Lớp KTMT 2012B 33 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Nghiên cứu thực hiện tại tỉnh Kiên Giang Và Cà Mau, chủ yếu là vườn Quốc gia U Minh Thượng và U Minh Hạ. Diện tích đất than bùn hiện nay chủ yếu phân bố ở Đồng bằng sông Cửu Long. Ở vườn Quốc gia U Minh Hạ và U Minh Thượng, diện tích đất than bùn được ước tình là khoảng 32.500ha với trữ lượng than bùn là khoảng 456 triệu tấn [7].
Bảng 1.10. Phát thải do quá trình oxi hóa than bùn [11]
Phát thải do oxy hóa than bùn bởi hạ thấp mực nước ngầm vào mùa khô ở 2 tỉnh khoảng 629.356 tấn CO2/năm trong đó ở tỉnh Kiên Giang là 446.692 tấn CO2/năm vì diện tích than bùn hiện lớn hơn rất nhiều so tỉnh Cà Mau. Tùy đặc điểm kiểu sử dụng đất và điều kiện địa hình mà phát thải than bùn do oxy hóa là khác nhau, nơi canh tác nông nghiệp, thực vật tự nhiên bị phá thì phát thải ước tính 25 - 38 tấn CO2/ha.năm, ở vườn quốc gia là khoảng 14 - 25 tấn CO2/ha.năm, những năm khô hạn mạnh là trên 27 tấn CO2/ha.năm [11].
Lớp KTMT 2012B 34 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
+ Sự phát thải các khí nhà kính từ các vùng đất ngập nước + Quá trình lưu trữ cacbon ở một số loại hình đất ngập nước
2.2. Phạm vi nghiên cứu
Một số loại hình đất ngập nước phổ biến trên địa bàn thành phố Hải Phòng bao gồm: Rừng ngập mặn ven biển, ruộng lúa nước, đất ngập nước nuôi trồng thủy sản và đất ngập nước thường xuyên.
2.3. Nội dung nghiên cứu
+ Thu thập số liệu về đặc trưng chế độ khí hậu, thủy hải văn khu vực TP. Hải Phòng
+ Đánh giá hiện trạng, tiềm năng và lợi ích đất ngập nước ven biển Hải Phòng + Tính toán lượng phát thải khí nhà kính tại một số loại hình đất ngập nước tại Hải Phòng
+ Tính toán lượng cacbon lưu trữ ở một số loại hình đất ngập nước
+ Đề xuất giải pháp giảm thiểu phát thải khí nhà kính vùng đất ngập nước; sử dụng hợp lý và bảo vệ đất ngập nước ven biển Hải Phòng
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.4.1. Phƣơng pháp thu thập số liệu
Số liệu liên quan được thu thập tại các phòng nông nghiệp và tài nguyên môi trường các huyện, các sở thuộc vùng nghiên cứu; thu thập số liệu về đất ngập nước từ các đề tài tại Viện Tài nguyên và Môi trường Biển (Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam).
- Loại số liệu: Diện tích đất ngập nước, sản lượng lúa, sản lượng nuôi trồng thủy sản.
Lớp KTMT 2012B 35 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
2.4.2. Phƣơng pháp tính toán phát thải khí nhà kính từ một số loại hình đất ngập nƣớc
2.4.2.1. Phương pháp tính toán phát thải khí CH4, CO2, N2O từ vùng đất ngập nước tự nhiên, lâu đời
Tính toán phát thải được thực hiện theo hướng dẫn của IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) [19, 20].
Trong điều kiện hiếu khí (oxy dồi dào), đó là phổ biến trong các hệ sinh thái vùng cao nhất, phân hủy giải phóng CO2, trong khi lượng khí thải CH4 chiếm ưu thế trong điều kiện yếm khí. Trong hầu hết các vùng đất ngập nước, khoảng 90 phần trăm của cacbon trong tổng lượng sinh ra trở lại bầu khí quyển bởi sự phân rã. N2O phát thải từ các hệ sinh thái bão hòa là rất thấp, trừ khi có một nguồn cung cấp bền vững của nitơ ngoại sinh. Khi vùng đất ngập nước, đặc biệt là vùng đất than bùn, được thoát nước, tỷ lệ phát thải N2O được kiểm soát chủ yếu bằng việc cung cấp nitơ bởi khoáng, do đó bằng màu mỡ của đất. Trong điều kiện giàu chất dinh dưỡng, các điều kiện như pH, nhiệt độ và mực nước sẽ điều tiết quá trình nitrat hóa của nitơ khoáng, và sẽ giảm việc hình thành N2O.
Lớp KTMT 2012B 36 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Hình 2.1 cho thấy Việt Nam thuộc vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, cho nên hệ số phát thải khí nhà kình từ các vùng đất ngập nước đều tính theo nhiệt đới ẩm.
Phát thải khí nhà kính, có thể xảy ra thông qua các con đường sau đây sau khi qúa trình ngập lụt đã xảy ra:
+ Khuếch tán phân tử qua bề mặt không khí - nước của CO2, CH4 và N2O (phát thải khuếch tán).
+ Bong bóng khí CH4 từ trầm tích qua cột nước (sủi tăm).
+ Phát thải từ việc nước chảy qua một tua-bin và/hoặc thông qua đập tràn và hạ lưu không ổn định.
+ Phát thải từ phân rã của sinh khối trên mặt nước.
* Phát thải CO2 tính theo công thức sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CO2-TNLD = T ● E(CO2)KT● ATNLD (2.1)
CO2-TNLD: Tổng lượng phát thải CO2 từ các vùng ngập lụt, kg CO2/năm. T: thời gian, ngày (365 ngày).
E(CO2)KT: Phát thải do khuếch tán trung bình hàng ngày, kg CO2.ha-1.ngày-1. ATNLD: Tổng diện tích bề mặt bị ngập lụt, trong đó có đất bị ngập lụt, diện tích bề mặt sông, hồ bị ngập lụt, ha.
* Phát thải CH4 tính theo công thức sau:
CH4-TNLD = T ● E(CH4)KT● ATNLD + T ● E(CH4)bb● A TNLD (2.2)
CH4- TNLD : Tổng CH4 phát thải từ vùng ngập lụt, kg CH4/năm. T: thời gian, ngày (365 ngày).
E(CH4)KT: Hệ số phát thải do khuếch tán trung bình hàng ngày, kg CH4.ha-1.ngày-1.
E(CH4)bb: Hệ số phát thải trung bình bởi bong bóng khí, kg CH4.ha-1.ngày-1. ATNLD: Tổng diện tích bề mặt bị ngập lụt, trong đó có đất bị ngập lụt, diện tích bề mặt sông, hồ bị ngập lụt, ha.
Lớp KTMT 2012B 37 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Phương pháp ước lượng phát thải N2O từ các vùng ngập lụt này chỉ có con đường khuếch tán; N2O thải thông qua con đường bong bóng là không đáng kể, công thức sau:
N2OTNLD = T ● E(N2O)KT● ATNLD (2.3)
N2OTNLD: Tổng N2O phát thải từ vùng ngập lụt, kg N2O/năm. T: thời gian, ngày (365 ngày).
E(N2O)KT: Hệ số phát thải do khuếch tán trung bình hàng ngày, kg N2O.ha-1.ngày-1.
ATNLD: Tổng diện tích bề mặt bị ngập lụt, trong đó có đất bị ngập lụt, diện tích bề mặt sông, hồ bị ngập lụt, ha.
* Hệ số phát thải
Hệ số phát thải CO2, CH4 và N2O qua con đường khuếch tán và phát thải CH4 thông qua bởi các bong bóng khí.
Bảng 2.1. Hệ số phát thải cho vùng ngập lụt
Khí hậu
Phát thải do khuếch tán
Ef (KNK)KT (kg.ha-1.ngày-1) Tác giả
CH4 CO2 N2O
Nhiệt đới, ẩm ướt 0,64 ±330%
60,4 ±145%
0,05 ±100%
Keller et Stallard, 1994; Galy-Lacaux
et al.,1997; Duchemin et al., 2000; Pinguelli Rosa et al., 2002
Bởi các bong bóng khí
Nhiệt đới, ẩm ướt 2,83 ±45%
Không đáng kể
Không đáng kể (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Galy-Lacaux et al., 1997; Duchemin et al.,2000; Pinguelli Rosa et al., 2002
2.4.2.2. Phương pháp tính toán phát thải khí CH4 từ đất ngập nước rừng ngập mặn
Tính toán phát thải được thực hiện theo hướng dẫn của IPCC [21, 22].
CH4 phát thải từ đất ẩm ướt và rừng ngập mặn tạo ra và đầm lầy thủy triều. Trong môi trường có độ mặn thấp cũng xảy ra phát thải CH4 (đặc biệt độ mặn < 5‰), phân hủy sinh học các chất hữu cơ có thể dẫn đến tạo thành CH4. Tuy nhiên, trong đất bão hòa với nước biển, giảm vi khuẩn sulfate, sulfide sẽ thường tạo ra trước khi sản xuất metan CH4 và không phụ thuộc vào hàm lượng chất hữu cơ.
Lượng khí phát thải CH4 và độ mặn của nước vùng đất ngập mặn có mối quan hệ tỷ lệ nghịch, lượng khí thải CH4 giảm khi độ mặn trong đầm lầy thủy triều tăng.
Lớp KTMT 2012B 38 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
CH4 phát thải từ đất ẩm ướt và rừng ngập mặn tạo ra và đầm lầy thủy triều tính theo công thức sau:
CH4-SO-WET = Σv(AWET • EFWET)v (2.4)
CH4-SO-WET: CH4 phát thải vùng đất ngập nước ven biển, được tạo ra bởi thực vật (v) kg CH4.năm-1.
AWET: Diện tích đất (bao gồm cả đầm lầy thủy triều hoặc đất ngập nước ngập mặn), theo loại thảm thực vật; ha.
EFWET: Hệ số phát thải CH4 từ đất hữu cơ và vô cơ ẩm ướt với thảm thực vật; kg CH4.ha-1.năm-1.
Bảng 2.2. Hệ số phát thải CH4 từ đất hữu cơ và vô cơ ẩm ướt với thảm thực vật
Loại thực vật Độ mặn (‰) EFwet
(kg CH4.ha-1.năm-1 ) Thủy triều nước ngọt và đầm lầy nước lợ,
rừng ngập mặn <18 193,7
Đầm lầy thủy triều nước mặn và rừng
ngập mặn >18 0
2.4.2.3. Phương pháp tính toán phát thải CH4, N2O từ đất ngập nước nuôi trồng thủy sản
* Phát thải N2O
Tính toán phát thải được thực hiện theo hướng dẫn của IPCC [21, 22]
Phát thải N2O có thể dễ dàng được ước tính từ các số liệu từ hoạt động nuôi cá trong các đầm nuôi trồng thủy sản ven biển. N2O phát thải tại các đầm nuôi thủy sản được ước tính dựa trên sản lượng thủy sản từ các hoạt động nuôi trồng thủy sản, tính theo công thức sau:
F EF N2ONAQ FF. (2.5) AQ N 2O
N : Phát thải N2O-N trực tiếp hàng năm từ việc nuôi trồng thủy sản, kg N2O-N/năm.
Lớp KTMT 2012B 39 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
EFF: Hệ số phát thải N2O-N từ NTTS, (kg N2O-N)/(kg thủy sản).
Hệ số phát thải (EFF) N2O-N từ hoạt động nuôi trồng thủy sản là 0,00169 kg N2O- N/kg thủy sản. 28 44 . O O N AQ N 2 2 N (2.6) O 2
N : Lượng khí N2O phát thải trực tiếp hàng năm từ việc nuôi trồng thủy sản, kg N2O/năm.
* Phát thải CH4
CH4 phát thải tại các đầm nuôi thủy sản được tính theo công thức sau:
4 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
. A
CH4-NTTS NTTS EFCH (2.7)
CH4-NTTS: Lượng khí CH4 phát thải trực tiếp hàng năm từ việc nuôi trồng thủy sản, kg CH4/năm.
ANTTS: Diện tích nuôi trồng thủy sản hàng năm, ha.
EFCH4: Hệ số phát thải CH4 từ hoạt động nuôi trồng thủy sản. EFCH4 = 375 kg/ha/năm [24].
2.4.2.4. Phương pháp tính toán phát thải khí CH4 và N2O từ ruộng lúa nước
* Phát thải khí CH4
Phương pháp tính theo hướng dẫn của IPCC [18].
Việc sản xuất lúa ở Việt Nam theo phương pháp truyền thống đã tạo ra nhiều khí thải nhà kính như bón phân quá liều lượng làm tỷ lệ phân thất thoát cao gây ô nhiễm đất và phát thải Oxit nitơ (N2O). Tưới tiêu không hợp lý, giữ nước thường xuyên trong ruộng suốt quá trình sinh trưởng và phát triển gây phát thải khí mêtan (CH4) thông qua quá trình methanogenesis (đây là kết quả của việc khí CH4 có thể phát ra không khí thông qua cây trồng và nước). Khi một ruộng lúa ngập nước trong khoảng 10 - 14 ngày thì bắt đầu có phát thải khí CH4(các chất hữu cơ được phân giải trong điều kiện yếm khí sẽ sinh ra CH4, CO2, H2S…).Nếu ruộng vẫn tiếp tục ngập thì khí này sẽ tiếp tục tăng cho đến khi cây lúa tới giai đoạn vào chắc.
Lớp KTMT 2012B 40 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Nguồn phát thải CH4 trên vùng trồng lúa là quá trình phân giải chất hữu cơ ở điều kiện yếm khí. Đây là quá trình phân giải sinh hóa phức tạp có sự tham gia của vi khuẩn. Trong quá trình hình thành và chuyển hóa CH4 có sự tham gia của vi khuẩn metan (metanobacterium) và phụ thuộc vào các yếu tố môi trường, trong đó chủ yếu là thế oxy hóa khử (Eh), chất hữu cơ, chế độ nước, nhiệt độ, v.v…
Quá trình giải phóng CH4 từ đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Khi đất bị ngập nước trên 10 cm ít có tác động làm tăng quá trình giải phóng CH4. Còn khi mực nước dưới 10 cm thì quá trình giải phóng CH4, có tương quan thuận với độ sâu tầng đất ngập. Trong phẩu diện đất ngập nước thường chia ra các tầng có mức độ khử khác nhau. Tầng mặt vẫn được xem là tầng oxy hóa, tiếp đến là tầng khử chứa nhiều Fe2+, Mn4+ và vẫn còn tồn tại NO3-. Tiếp theo là tầng khử SO42- và cuối cùng là tầng sản sinh khí CH4, đây cũng là tầng có điện thế oxy hóa khử thấp. Một phần CH4 được hình thành ở tầng sản sinh CH4 có thể bị phân hủy ngay ở tầng đất oxy hóa và thực tế chỉ có khoảng 23% được thoát vào khí quyển. Trong trừơng hợp không có cây lúa, khoảng 35% lượng khí này sẽ phát thải vào khí quyển (Holzapfel - Pschoru et al, 1986).
Hình 2.2. Sơ đồ vận chuyển khí CH4 trên ruộng (Kiene 1991, Whalen 2005, Lai 2009, Li et al. 2009)
Lớp KTMT 2012B 41 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Những cánh đồng lúa vùng cao không bị ngập lụt do đó sẽ không tạo ra một lượng đáng kể của CH4. Có nhiều nguồn phát thải CH4 ra khí quyển, trồng lúa nước được coi là một nguồn phát thải CH4 quan trọng nhất. Phát thải khí metan từ ruộng lúa có thể được tính như sau:
FCH4 = EFCH4.ARL (2.8)
FCH4: Phát thải hàng năm ước tính của khí metan từ trồng lúa nước, tấn/năm. EFCH4: Hệ số phát thải khí metan tích hợp trong mùa thu hoạch, kg/ha; EFCH4 = 200 kg/ha.
ARL: Diện tích ruộng các mùa gieo trồng mỗi năm, nghìn ha/năm.
* Phát thải khí N2O
Trồng lúa là một nguồn quan trọng không chỉ thải vào khí quyển khí CH4 mà còn có cả N2O. Hầu hết các N2O có nguồn gốc như là một sản phẩm trung gian từ quá trình nitrat hóa và khử nitrit do tác động của vi sinh vật đất. Lượng phát thải N2O tiềm năng của đất gia tăng khi số lượng nitơ có sẵn cho việc chuyển đổi của vi sinh vật được tăng cường thông qua việc bón phân nitơ, thu hoạch lúa, kết hợp phân hữu cơ và tồn dư thực vật và sự khoáng hoá sinh khối đất và các hình thức khác của nguyên liệu hữu cơ trong đất. Tuy nhiên, số lượng khí phát thải phụ thuộc vào sự tương tác giữa các tính chất của đất, yếu tố khí hậu và các hoạt động nông nghiệp. Hầu hết các nghiên cứu đã cho thấy điều kiện đất đai như lượng nước chứa trong các khoang rỗng, nhiệt độ và lượng cacbon hòa tan có sẵn ảnh hưởng mạnh đến sự phát thải khí N2O [23].
Lượng khí N2O phát thải từ ruộng lúa được tính theo công thức sau:
28 44 . . 2 2ORL AEFN O N N (2.9)
N2ORL: Lượng khí N2O phát thải trực tiếp hàng năm từ ruộng lúa, kg N2O/năm A: Diện tích ruộng các mùa gieo trồng mỗi năm, ha
N O N
EF
Lớp KTMT 2012B 42 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường N O N EF 2 = 0,7 kg N2O-N.ha-1.năm-1 [17]
2.4.3. Phƣơng pháp tính toán giá trị lƣu trữ và hấp thụ cacbon
2.4.3.1. Tính toán giá trị lưu trữ và hấp thụ cacbon hệ sinh thái rừng ngập mặn
Đất ngập nước nuôi trồng thủy sản, đất lúa nước,… phát thải khí nhà kính gây hiệu ứng nhà kính, tuy vậy rừng ngập mặn tham gia và chu trình chuyển hóa cacbon và nitơ, góp phần đáng kể trong việc cố định khí CO2 làm giảm thiểu hiệu ứng nhà kính. Thông qua quá trình quang hợp, cây rừng đã sử dụng nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời và khí CO2 trong bầu khí quyển để tổng hợp chất hữu cơ cho cơ thể. Một phần lớn chất hữu cơ được phân giải, tạo ra các chất đơn giản và năng lượng cho cây rừng. Một phần nhỏ chất hữu cơ được trả về cho đất rừng thông qua lượng rơi (cành, lá, hoa, quả…) của cây rừng [20].
Lớp KTMT 2012B 43 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tổng lượng lưu trữ CO2 (tấn) tính theo công thức sau:
12 44 BGB).CF. AGB ( EF (2.10) MC = EF.A (2.11) MC: Tổng lượng lưu trữ CO2, tấn CO2 A: Diện tích rừng, ha
EF: Hệ số lưu trữ CO2, tấn CO2/ha AGB : Sinh khối trên mặt đất, tấn/ha
BGB : Sinh khối dưới mặt đất, tấn/ha, BGB = AGB.R