Biến đổi khí hậu hiện nay đang là một trong những vấn đề môi trường nóng bỏng nhất. Nguyên nhân chủ yếu là do sự phát thải khí nhà kính thông qua các hoạt động của con người như: nông nghiệp, công nghiệp, phá rừng, giao thông vận tải, mở rộng đô thị,… Tất cả những điều này đã góp phần phá vỡ chu kỳ C và N trong các hệ sinh thái trên cạn (IPCC, 2007).
Ở Việt Nam, một số kết quả nghiên cứu về phát thải CH4 từ các ruộng trồng lúa ở đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) thì có liên quan đến chế độ tưới nước mặt ruộng và việc quản lý nước mặt ruộng như: Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Nam Định và Thái Bình kết quả nghiên cứu cho thấy mỗi ngày các ruộng lúa nước phát thải một lượng khí metan (CH4) khá cao góp phần làm trái đất nóng lên. Trong đó tốc độ phát thải khí metan của đất lúa trung bình tại 5 tỉnh là 52 mg CH4/m2/giờ tương đương hơn 1.200 CH4/m2/ngày (Nguyễn Hữu Thành và ctv.,
2011).
Hai khí N2O và CH4 là các khí gây hiệu ứng nhà kính mạnh, với một tiềm năng ấm lên toàn cầu lớn hơn CO2 tương ứng là 296 lần và 23 lần, trong đó nén chặt đất kích thích sự phát thải của oxid nitơ (N2O) và metan (CH4) từ đất nông nghiệp (Metay A et al., 2007). Các khí nhà kính quan trọng được tạo ra tương ứng bởi các quá trình sinh học đang diễn ra một cách tự nhiên của quá trình khử nitơ hoặc các quá trình nitratre hóa không hoàn chỉnh và sự hình thành CH4
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Phương tiện
- Địa điểm thực hiện: Tại nhà lưới Bộ môn Khoa học Cây Trồng, khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng (NN & SHƯD), trường Đại học Cần Thơ (ĐHCT) với các đặc tính vật lý, hóa học của đất thí nghiệm được thể hiện ở Bảng 2.1. - Thời gian thực hiện: Từ tháng 6-12/2013
Bảng 2.1 Đặc tính hóa học đất trong thẩm kế (0-20 và 20-50 cm) tại khu thực nghiệm Đại học Cần Thơ Độ sâu (cm) Thành phần cấp hạt (%) pH EC (mS/cm)
Cacbon hữu cơ (%) Đạm tổng số (%) Sét Thịt Cát 0-20 61 38 1 5,1 0,26 2,80 0,13 20-50 55 44 1 4,8 0,23 2,14 0,18
Tên phân loại đất là Thapto-histic sulfic Tropaquepts (theo USDA), Ngô Ngọc Hưng 2012
* Giống lúa, phân bón
- Giống lúa: OM5451, là giống lúa được trồng phổ biến ở ĐBSCL, thời gian sinh trưởng 90-95 ngày, khả năng kháng rầy, đạo ôn khá. Thích nghi vùng đất phù sa và đất phèn nhẹ.
- Phân bón vô cơ
+ Đạm: Urea (CO(NH2)2 ), (%N = 46%)
+ Lân: Supper lân Long Thành (Ca(H2PO4)2H2O) P2O5 ≥ 16%
+ Kali: KCl (K2O = 60%)
- Phân rơm hữu cơ vi sinh. Nấm Trichoderma dùng để xử lý rơm rạ (ĐHCT). Vi khuẩn cố định đạm Azospirillum và vi khuẩn hòa tan lân Pseudomonas stutzeri từ chế phẩm Dasvila-ĐHCT.
* Thiết bị dùng để lấy chỉ tiêu
- Cân điện tử (sai số ± 0,01)
- Thước đo (50 cm và 100 cm): Dùng để đo chiều cao cây lúa - Máy đo ẩm độ hạt: Grain Tester, Riceter M411
- Các dụng cụ canh tác, làm cỏ, trồng lúa, phun thuốc, bón phân,…
Thí nghiệm được bố trí trên bồn lysimeter (hệ thống mô đất thí nghiệm chủ động quản lý nước trong đất) tại nhà lưới khoa NN & SHƯD, trường ĐHCT.
* Dụng cụ thu khí: Sử dụng buồng khép kín (closed chamber-Hình 2.2 a) để thu khí phát thải CH4 và N2O, ống tiêm 60 ml, quạt đảo khí, nhiệt kế, chai 10 ml (Hình 2.3).
* Đế thùng: Đường kính 50 cm, được lắp đặt tại vị trí cố định trong đất sâu khoảng 10 cm từ khi bắt đầu lấy mẫu đến khi kết thúc thí nghiệm.
(a) (b)
Hình 2.1 Cách đặt đế thu mẫu, đế thu mẫu (Basement) (a) và bồn lysimeter (b)
(a) (b)
Hình 2.2 Buồng khép kính (closed chamber) để thu khí (a) và ảnh minh họa thu khí CH4 và N2O (b)
(a) (b)
(c) (d)
Hình 2.3 Những dụng cụ liên quan đến thu mẫu khí: ống tiêm 60 ml (a), quạt đảo khí (b), nhiệt kế (c), chai 10 ml (d)
* Xác định lượng phát thải CH4 và N2O bằng máy sắc ký khí tại phòng thí nghiệm Bộ môn Khoa học Đất và Vi Sinh-Viện Lúa ĐBSCL.
2.2 Phương pháp 2.2.1 Mô tả thí nghiệm 2.2.1 Mô tả thí nghiệm
Thí nghiệm 1 nhân tố được bố trí theo thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên với 3 lần lặp lại, gồm 4 nghiệm thức. Nghiệm thức thí nghiệm được mô tả ở Bảng 2.2.
Bảng 2.2 Các nghiệm thức thí nghiệm Nghiệm thức Mô tả
ĐC Bón phân hữu cơ từ rơm ủ với nấm Trichoderma
TĐL Bón phân hữu cơ từ rơm ủ với nấm Trichoderma, vi khuẩn cố định đạmAzospirillum, vi khuẩn hòa tan lân Pseudomonas stutzeri kết hợp phân đạm và phân lân
TĐ Bón phân hữu cơ từ rơm ủ với nấm Trichoderma, vi khuẩn cố định đạm Azospirillum và phân đạm
TL Bón phân hữu cơ từ rơm ủ với nấm Trichoderma, vi khuẩn hòa tan lân Pseudomonasstutzeri và phân lân
Ghi chú: ĐC: Rơm + Nấm Trichoderma; TĐL: Rơm + Nấm Trichoderma + Phân đạm + Phân lân + Vi khuẩn cố định đạm Azospirillum + Vi khuẩn hòa tan lân Pseudomonas stutzeri; TĐ: Rơm + Nấm Trichoderma + Phân đạm + Vi khuẩn cố định đạm Azospirillum; TL: Rơm + Nấm Trichoderma + Phân lân + Vi khuẩn hòa tan lân Pseudomonas stutzeri
2.2.2 Kỹ thuật ủ phân rơm hữu cơ
Rơm rạ sau sau khi thu hoạch được thu lấy và đem về nhà lưới tại Khoa NN & SHƯD, ĐHCT. Tiến hành ủ thành phân hữu cơ. Rơm được ủ thành đống, trong cao su màu tối, diện tích 1 m2 và cao 1 m, mỗi lớp dày khoảng 10 cm, dùng chân nén dẽ, rãi phân đạm, phân lân, phân heo, nấm Trichoderma (ĐHCT), bổ sung vi khuẩn cố định đạm, vi khuẩn hòa tan lân. Cứ tiếp tục như thế mà ủ thành nhiều lớp. Thường xuyên kiểm tra nhiệt độ đống ủ hằng ngày, mỗi tuần trộn đều đống ủ để đảm bảo cho đống ủ nhanh phân hủy thành phân.
Bảng 2.3 Liều lượng vật liệu bổ sung ủ rơm hữu cơ của 4 nghiệm thức thí nghiệm Nghiệm
thức
Bổ sung vật liệu ủ 1 tấn rơm rạ Phân đạm (kg) Phân lân (kg) Nấm Trichoderma (kg) Vi khuẩn cố định đạm (kg) Vi khuẩn hòa tan lân (kg) ĐC 2,0 TĐL 5,0 5,0 2,0 2,0 2,0 TĐ 5,0 2,0 2,0 TL 5,0 2,0 2,0
Ghi chú: ĐC: Rơm + Nấm Trichoderma; TĐL: Rơm + Nấm Trichoderma + Phân đạm + Phân lân + Vi khuẩn cố định đạm Azospirillum + Vi khuẩn hòa tan lân Pseudomonas stutzeri; TĐ: Rơm + Nấm Trichoderma + Phân đạm + Vi khuẩn cố định đạm Azospirillum; TL: Rơm + Nấm Trichoderma + Phân lân + Vi khuẩn hòa tan lân Pseudomonas stutzeri
2.2.3 Biện pháp canh tác lúa
- Làm đất: Làm sạch cỏ dại sau đó tiến hành cài xới, phơi đất.
- Xử lý giống: Chuẩn bị giống: giống được ngâm trong nước ấm (2 sôi, 3 lạnh) trong 20 phút sau đó đem ngâm với nước lạnh trong 24 giờ, tiếp tục ủ trong 36 giờ khi nứt nanh và ra rễ mầm, sau đó đem gieo lượng giống là 100 kg/ha.
- Bón phân: Phân rơm ủ khi hoai mục (khoảng 6 tuần) được bón vùi vào trong đất trước khi sạ liều lượng là 6 tấn/ha.
Các nghiệm thức được bón phân theo công thức khuyến cáo chung cho lúa ở ĐBSCL là 100 N-60 P2O5-30 K2O kg/ha.
Bảng 2.4 Thời điểm và liều lượng bón phân Phân bón
Thời điểm bón phân (NSS)
Bón lót 10 20 45
Rơm ủ Tất cả 0 0 0
N (kg N/ha) 0 30 30 40
P (kg P2O5/ha) 60 0 0 0
K (kg K2O/ha) 0 15 0 15
Ghi chú: NSS: ngày sau sạ
- Chăm sóc: Thường xuyên quản lý nước, quản lý cỏ, quản lý sâu bệnh để đảm bảo cho việc lấy chỉ tiêu chính xác.
- Thu hoạch: Tiến hành lấy mẫu và thu hoạch toàn bộ thí nghiệm khi lúa chín 80- 95% số hạt trên bông trong vòng 1 ngày.
2.2.4 Chỉ tiêu theo dõi
2.2.4.1 Phương pháp thu mẫu khí CH4 và N2O
Mẫu khí được thu từ 10-12 giờ thông qua buồng khép kín để thu khí phát thải CH4 và N2O vào các giai đoạn 10, 20 và 45 NSS. Sử dụng ống tiêm 60 ml (Hình 2.4) để rút mẫu khí từ đỉnh của buồng vào các thời điểm 0, 10, 20 và 30 phút sau khi đặt buồng thu khí lên cây lúa được trồng. Mỗi đợt (10, 20 và 45 NSS) lấy 4 lần (ở các ngày 1, 3 và 5 của mỗi giai đoạn) và mỗi mẫu lấy cách nhau 10 phút (ghi nhiệt độ sau mỗi lần lấy mẫu). Các nghiệm thức thí nghiệm được thu mẫu cùng một thời điểm.
Bảng 2.5 Thời điểm lấy mẫu CH4 và N2O
Đợt thu mẫu khí Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3
(10 NSS) (20 NSS) (45 NSS)
NSS 10 11 13 15 20 21 23 25 45 46 48 50
NSKBP 0 1 3 5 0 1 3 5 0 1 3 5
Ghi chú: NSS: ngày sau sạ; NSKBP: ngày sau khi bón phân
Mẫu khí được thu cùng lúc bằng cách sử dụng thùng lấy mẫu (chamber) có đường kính bằng với đường kính đế thu mẫu (Basement) đã đặt trước đó và đặt thùng lấy mẫu (chamber) lên đế, đế thùng phải làm kín khí bằng cách đổ
nước lên vành tiếp giáp giữa đế và thùng lấy mẫu (chamber). Mỗi thùng có gắn nhiệt kế và nguồn điện nối với quạt bên trong thùng để đảo khí. Bắt đầu lấy mẫu từ 10 NSS. Ở các thời điểm thu mẫu thì trước khi thu mẫu sẽ tiến hành đảo khí 3 lần, sau đó thu khí và nén vào lọ khoảng 10 ml khí. Ghi nhận nhiệt độ không khí bên trong thông qua nhiệt kế ở mỗi thời điễm thu mẫu.
2.2.4.2 Phân tích mẫu
Khí CH4 được phát hiện bằng đầu dò ion hóa ngọn lửa (FID) và N2O được phát hiện bằng đầu dò electron (ECD) của máy sắc ký khí sử dụng cột mao quản và detector FID với khí mang là N2, với tính nhạy lên đến 10-13 g/s tại Bộ môn Khoa học đất và vi sinh-Viện lúa ĐBSCL.
Lượng phát thải CH4 và N2O (kg/ha/ngày) = Tốc độ phát thải CH4 và N2O (mg m-2 giờ-1) x 24
1000
Mẫu khí thải CH4 và N2O được quy chuẩn về CO2 với hệ số lần lược là: 25 và 298 (Bảng 2.6).
Theo công thức quy đổi: kg CO2 = 25 kg CH4
kg CO2 = 298 kg N2O
Bảng 2.6 Tiềm năng nóng lên toàn cầu Tiềm năng nóng lên toàn cầu (CO2 eq)
N2O 298
CH4 25
CO2 1
Nguồn: IPCC, 2007
2.2.4.3 Chỉ tiêu nông học
Chiều cao cây (cm): Đo từ sát mặt đất đến chót của lá hoặc chót của bông cao nhất. Đo vào thời điểm 10, 20, 45, 65 ngày sau khi gieo. Đo 20 cây được chọn ngẫu nhiên trong bồn lysimeter, mỗi khung có diện tích 0,25 m2. Sau đó tính chiều cao trung bình của cây lúa ớ các lô thí nghiệm.
Số chồi: Đếm số chồi hiện diện trong mỗi khung sau đó qui ra 1m2 ở các thời điểm 20, 45, 65 ngày sau khi gieo.
2.2.4.4 Thành phần năng suất và năng suất thực tế
Thu hoạch mỗi bồn 0,25 m2sau đó qui ra 1 m2 để tính các chỉ tiêu: - Số bông trên m2:
- Số hạt trên bông: Đếm tổng số hạt (chắc và lép) của khung 0,25 m2 chia cho tổng số bông của 0,25 m2.
Số hạt/bông = (Tổng số hạt trong 0,25 m2)/(Tổng số bông trong 0,25 m2) - Tỷ lệ hạt chắc:
Tỷ lệ hạt chắc = (Tổng số hạt chắc/Tổng số hạt) x 100%
- Trọng lượng 1000 hạt (g): Sau khi tách chọn hạt chắc và lép ra riêng lẻ với nhau. Tiến hành đếm 1000 hạt chắc và cân chính xác (cân điện tử) trọng lượng hạt chắc này (W), sau đó đo ẩm độ hạt bằng máy đọc ẩm độ (Riceter M411) rồi quy đổi ra trọng lượng 1000 hạt chắc ra ẩm độ 14% theo công thức:
W14%= (W(100 - H%))/86 Trong đó:
W14%: Trọng lượng hạt ở ẩm độ 14%.
W: Trọng lượng 1000 hạt chắc ở ẩm độ lúc cân. H(%): Ẩm độ hạt cân sau khi thu hoạch.
- Năng suất thực tế (g/khung): Trọng lượng hạt chắc/khung quy về ẩm độ 14% sau đó quy về năng suất trên diện tích 1 ha.
2.2.5 Phân tích số liệu
Sử dụng phần mềm Microsoft Excel 2003 để tính toán và xử lý số liệu. Dùng chương trình SPSS 16.0, kiểm định Duncan ở mức ý nghĩa 5% để phân tích thống kê số liệu.
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THẢO LUẬN
3.1 Ảnh hưởng của biện pháp bón phân hữu cơ vi sinh từ rơm rạ đế sự phát thải khí CH4 sự phát thải khí CH4
3.1.1 Tốc độ phát thải khí CH4
Vào đợt bón phân thứ nhất (11-15 NSS), tốc độ phát thải khí có sự khác biệt qua phân tích thống kê ở mức ý nghĩa 1% giữa các nghiệm thức. Trong đó nghiệm thức ĐC có tốc độ phát thải cao nhất là 1,93 mg CH4 m-2 giờ-1 và thấp nhất là nghiệm thức TĐ là 0,24 mg CH4 m-2 giờ-1. Ở thời điểm 13 NSS và 15 NSS thì giữa nghiệm thức TL và TĐL không có sự khác biệt qua phân tích thống kê. Tại thời điểm 15 NSS thì nghiệm thức TĐ cho lượng khí phát thải thấp nhất trong bốn nghiệm thức.
Vào đợt bón phân thứ hai (21-25 NSS), tốc độ phát thải khí CH4 ở giai đoạn này dao động từ 1,46-0,12 mg CH4 m-2 giờ-1có sự khác biệt qua phân tích thống kê ở mức ý nghĩa 1% giữa các nghiệm thức. Ở thời điểm 21 NSS và 23 NSS thì nghiệm thức TĐ và TL không có sự khác biệt qua phân tích thống kê. Vào thời điểm 21 NSS nghiệm thức ĐC cho lượng khí phát thải cao nhất (1,46 mg CH4 m-2 giờ-1) và thấp nhất ở thời điểm 25 NSS (0,12 mg CH4 m-2 giờ-1).
Vào đợt bón phân thứ ba (46-50 NSS), tốc độ phát thải khí CH4 có sự khác biệt qua phân tích thống kê ở mức ý nghĩa 1% giữa các nghiệm thức. Trong đó nghiệm thức ĐC có tốc độ phát thải cao nhất là 0,87 mg CH4 m-2 giờ-1 và thấp nhất vẫn là nghiệm thức ĐC 0,17 mg CH4 m-2 giờ-1 vào giai đoạn 48 NSS và 50 NSS thì giữa 2 nghiệm thức TĐ và TL vẫn không có sự khác biệt qua phân tích thống kê (Phụ bảng 2.1).
Kết quả nghiên cứu cho thấy, bón rơm ủ với nấm Trichoderma có bổ sung đạm, lân, vi khuẩn cố định đạm và vi khuẩn hòa tan lân làm giảm phát thải CH4
so với bón rơm chỉ ủ với nấm Trichoderma.Tốc độ phát thải khí CH4 tại các thời điểm bón phân (11, 21, 46 NSS) đều tăng lên ở tất cả các nghiệm thức. Kết quả này có thể chỉ ra rằng, ở thời điểm sau khi bón đạm lượng phát thải tăng lên so với thời điểm trước khi bón đạm có thể là phân đạm giúp cây lúa phát triển tốt hơn dẫn đến phát thải methane nhiều hơn (Hình 3.1).
(mg CH4 m-2 giờ-1) 0,0 0,6 1,2 1,8 2,4 11 13 15 21 23 25 46 48 50 Ngày sau sạ T ố c đ ộ p h át t h ải k h í C H4 ĐC TĐ TL TĐL
Hình 3.1 Tốc độ phát thải khí CH4 qua các giai đoạn sinh trưởng của lúa OM5451
Ghi chú: ĐC: Rơm + Nấm Trichoderma; TĐL: Rơm + Nấm Trichoderma + Phân đạm + Phân lân + Vi khuẩn cố định đạm Azospirillum + Vi khuẩn hòa tan lân Pseudomonas stutzeri; TĐ: Rơm + Nấm Trichoderma + Phân đạm + Vi khuẩn cố định đạm Azospirillum; TL: Rơm + Nấm Trichoderma + Phân lân + Vi khuẩn hòa tan lân Pseudomonas stutzeri
Theo Phạm Văn Kim (2006), quá trình phát thải CH4 là quá trình hô hấp yếm khí của vi sinh vật. Trong quá trình này, các chất N và chất hữu cơ cao phân tử bị phân giải thành các acid hữu cơ như acid acetic, acid propionic, acid butyric,… Các acid này được nhóm vi khuẩn Metanobacteria phân giải tiếp thành CH4. Bón phân hữu cơ kết hợp phân vô cơ giảm hai lần phát thải CH4 ở India (Nayak et al., 2007). Theo thí nghiệm của Lindau (1994), cho thấy bón phân ure cao cũng góp tạo khí methane nhiều hơn có thể là do lượng phân đạm cao trong điều kiện ngập nước liên tục làm cho vi sinh vật hoạt động mạnh hơn và sự sinh trưởng của cây lúa tốt cũng phát thải khí CH4 nhiều hơn. Kết quả nghiên cứu của Quin et al. (2010) cho thấy lượng phát thải khí methane cao nhất vào giai đoạn sinh trưởng của cây lúa và lượng phát thải giảm rất lớn khi để khô vào giai đoạn này. Theo Lindau and Bollich (1993), bón ure làm tăng phát thải CH4 trên đất lúa ngập nước bởi vì sự thủy phân ure làm gia tăng pH đất và do đó làm gia tăng phát thải CH4 (Wang et al., 1992).
3.1.2 Ước lượng tổng lượng phát thải CH4 được qui đổi thành lượng phát thải CO2 (kg CO2 tương đương/3 đợt bón phân/ha)
Tổng lượng phát thải CH4 qua 3 đợt bón phân ở nghiệm thức ĐC (0,387 kg CH4) cao hơn nghiệm thức TĐ (0,298 kg CH4), TL (0,291 kg CH4) và TĐL (0,166 kg CH4). Tuy nhiên, khi đánh giá lượng phát thải khí này lên tiềm năng