CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.5. Phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nƣớc:
Chất hữu cơ bị phân huỷ trong đất ruộng lúa ngập nƣớc ở điệu kiện yếm khí sinh ra CH4, và CH4 này thốt vào khí quyển chủ yếu bằng 3 cách là do: khuếch tán thông qua cây lúa trong suốt mùa sinh trƣởng; khuyếch tán từ đất vào nƣớc do nồng độ CH4 trong đất cao và khuyếch tán vào khơng khí; đi trực tiếp vào khơng khí khi đất bị cạn, nứt nẻ. Lƣợng khí CH4 phát thải phụ thuộc vào các yếu tố đầu vào là cac-bon hữu cơ, loại đất, môi trƣờng đất, chế độ tƣới nƣớc, thời gian ngập và khô v.v…
Phát thải CH4 từ ruộng lúa
Quá trình này xảy ra khi một số vi khuẩn xác định (vi khuẩn mêtan) sử dụng CO2 hoặc nhóm metyl nhƣ những chất thu nhận electron để sản sinh ra khí mêtan (CH4) theo phƣơng trình:
4H2 + CO2 ==> CH4 + 2H2O (1) CH3COO- + 4H2 ==> 2CH4 + 2H2O (2)
CH4 có thể đi vào khí quyển khi các trầm tích bị tác động và đƣợc gọi là "khí đầm lầy". Việc sản sinh CH4 địi hỏi những điều kiện cực kỳ kỵ khí với thế ơ xy hố khử (Redox) dao động từ - 250 và - 350 mV, sau những chất thu nhận electron cuối cùng khác (O2, NO3- và SO42-) đã đƣợc sử dụng. Nhìn chung, CH4 đƣợc phát hiện ở những nồng độ thấp trong những đất có mơi trƣờng khử, nếu nồng độ SO42- lớn. Nguyên nhân của hiện tƣợng này là:
- Sự cạnh tranh của các cơ chất xảy ra giữa sunfua và vi khuẩn mêtan. - Tác động kìm hãm của sunfat hoặc sunfit đến vi khuẩn mêtan.
- Có thể có sự phụ thuộc vi khuẩn sinh mêtan đến các sản phẩm của những vi khuẩn sản xuất sunfua.
Phát thải CH4 từ ruộng lúa là tƣơng đối lớn và là một trong những nguồn chính đóng góp phát thải CH4 vào khí quyển. Sự hình thành CH4 ở ruộng lúa và ảnh hƣởng đến nồng độ, sự phân bố của CH4 trong khí quyển đƣợc Koyama nghiên cứu đầu tiên vào năm 1964. Dựa vào các thí nghiệm trong phịng và những mẫu đất lúa ở Nhật Bản, tác giả đã ƣớc tính hàng năm sự phát thải CH4 từ những ruộng lúa vào khí quyển khoảng 190 triệu tấn trong những năm đầu thập kỷ 60. Đến giữa năm 1970 ƣớc tính khoảng 280 triệu tấn/năm. Nghĩa là chiếm 50% tổng lƣợng CH4 đƣợc phát thải vào khí quyển. Khoảng 90% diện tích trồng lúa phân bố ở Châu Á. Sự ngập nƣớc làm cho đất luôn ở trạng thái khử và sản sinh CH4.
Việc sử dụng phân khống cũng có ảnh hƣởng tới lƣợng CH4 phát thải. sau khi bón amơni sunphat (NH4)SO4, lƣợng CH4 phát thải giảm. Nhiều thí nghiệm đại trà ở Italia cũng cho thấy, sự ảnh hƣởng của phân bón đến sự phát thải CH4 cũng rất lớn, phụ thuộc vào loại, liều lƣợng và phƣơng pháp sử dụng phân bón. Việc sử dụng phân hữu cơ nhƣ phân chuồng, phân rác càng làm tăng lƣợng CH4 và lên đến 2 lần. Ngƣợc lại, nếu bón sâu và phối hợp với phân urê (200kg N/ha) hoặc amơni sunphat thì lƣợng CH4 phát thải lại giảm đi một nửa.
Phát thải CO2
Ở điều kiện thống khí xảy ra sự phân rã hữu cơ bởi sự hơ hấp và ơxy hố quá trình xảy ra mạnh yếu hồn tồn phụ thuộc vào độ thống và ơxy hố đến hồn tồn thành CO2 và H2O.
Sự lên men các chất hữu cơ xảy ra khi chất hữu cơ là chất nhận electron trong hơ hấp kỵ khí bởi các vi sinh vật hình thành nên những axit hữu cơ có trọng lƣợng phân tử nhỏ, rƣợu và CO2.
C6H12O6 ==> 2CH3CHOCOOH (axit lactic) (3) Hoặc C6H12O6 ==> 2CH2CH2OH + 2 CO2 (4)
Q trình có thể xảy ra trong điều kiện ngập nƣớc bởi những vi sinh vật kỵ khí khơng hồn tồn và bắt buộc, q trình đó xảy ra nhƣ sau:
C6H12O6 ==> 2CH3CHOCOOH (axit lactic) (5) hoặc C6H12O6 ==> 2 CH2CH2OH + CO2 (6)
Sự sản sinh các khí nitơ
Sự chuyển hoá nitơ trong đất bao gồm nhiều q trình có sự tham gia của các vi sinh vật, NH4+ là dạng phổ biến của nitơ khoáng trong hầu hết các loại đất, mặc dù nhiều nitơ bị liên kết chặt ở các dạng hữu cơ, trong các đất có hàm lƣợng hữu cơ cao. Sự hiện diện của tầng ơxy hố bên trên tầng khử hoặc kỵ khí là ngƣỡng tới hạn đối với nhiều quá trình. Một trong số q trình đó là sự khống hoá chất hữu cơ chứa nitơ.
Một số ion NH4+ có thể khuyếch tán vào tầng đất ơxy hố và đƣợc cây lúa hút thu, hoặc bị mất do bay hơi, hoặc bị nitrat hố và rửa trơi trở lại tầng đất khử và ở đây có thể bị mất nitơ dạng phân tử (N2) do q trình phản nitrat hố.
Khi phân bón nitơ amơni (urê, amơni sunfat) đƣợc bón bằng cách rải trên bề mặt ruộng lúa thì có thể mất nitơ ở dạng NH3 do bay hơi. Bay hơi NH3 phụ thuộc vào nhiệt độ, tốc độ gió, sự biến đổi pH ngày đêm do hoạt động sinh học trong nƣớc ngập. Một cách luân phiên, những ion NH4+ khuếch tán vào tầng đất bị ơxy hố kéo theo q trình thuỷ phân và đƣợc cây lúa hút thu trực tiếp hoặc bị nitrat hoá, hoặc bị cố định trong hợp chất hữu cơ.
Tiếp theo quá trình nitrat hố NH4 - N trong tầng đất bị ơxy hố, thì NO3 - N hoặc đƣợc rễ hút thu, hoặc rửa trôi xuống tầng đất khử và ở đây nó bị phản nitrat hố và mất nitơ ở dạng khí N2O, NO và N2.
Theo Báo cáo kiểm kê KNK năm 2010, tổng lƣợng phát thải KNK trong lĩnh vực nông nghiệp là 88,35 triệu tấn CO2e trong đó canh tác lúa phát thải lớn nhất 44,6 triệu tấn CO2e (chiếm 50,5%), tiếp đó là đến đất nông nghiệp 23,8 triệu tấn CO2e (chiếm 27%). Tuy nhiên, kết quả báo cáo đã chƣa tính đến lƣợng phát thải khí N2O trong canh tác lúa nƣớc.
4A Tiêu hóa thức ăn; 9.467,5 ; 10,7% 4B Quản lý chất thải; 8.560,0 ; 9,7% 4C Canh tác lúa; 44.614,2 ; 50,5% 4D Đất nông nghiệp; 23.812,0 ; 27,0% 4E Đốt đồng cỏ (savana); 1,7 ; 0,0% 4F Đốt phụ phẩm nơng nghiệp; 1.899,3 ; 2,1%
Hình 1.9: Phát thải khí nhà kính năm 2010 lĩnh vực Nơng nghiệp
Báo cáo kiểm kê năm 2010 cũng tính tổng phát thải CH4 từ canh tác lúa là 2,1 triệu tấn CH4. Phát thải từ Lúa tƣới tiêu ngập nƣớc thƣờng xuyên là 2,0 triệu tấn CH4 và phát thải từ lúa nhờ nƣớc trời là 0,16 triệu tấn CH4.
Bảng 1.9: Phát thải CH4 từ canh tác lúa năm 2005 và 2010 Chế độ quản lý nƣớc Chế độ quản lý nƣớc Năm 2005 Năm 2010 Phát thảiCH4 (nghìn tấn) Phát thải CO2e (nghìn tấn ) Phát thảiCH4 (nghìn tấn) Phát thải CO2e (nghìn tấn ) Lúa nƣơng 0 0 0 0 Tƣới (ngập nƣớc thƣờng xuyên) 1.873,6 39.345,7 1.967,2 41.310,3 Nhờ nƣớc trời 150,8 3.165,9 157,3 3.303,9 Tổng 2.024,4 42.511,6 2.124,5 44.614,2
(Nguồn: Báo cáo kiểm kê khí nhà kính quốc gia của Việt Nam, 2014)
Phát thải KNK từ lúa nƣớc có tốc độ tăng khơng nhiều so với tốc độ phát thải từ các lĩnh vực khác vì diện tích trồng lúa của nƣớc ta đã đạt diện tích gần nhƣ tối đa, thậm chí có một số năm giảm. Phát thải KNK từ ruộng lúa có thể thay đổi theo vùng sinh thái, điều kiện khí tƣợng, thổ nhƣỡng, giống và chế động canh tác nhƣ làm đất, tƣới tiêu, bón phân…. Các yếu tố ảnh hƣởng phát thải KNK trên ruộng lúa gồm:
+ Các loại đất: chua, phèn, nhiễm mặn, glay, đất cát, thịt, sét;
+ Tính chất chất: pH đất, hàm lƣợng cac-bon, hàm lƣợng đạm trong đất...; + Mơi trƣờng đất: chế độ nƣớc, chế độ phân bón;
+ Mùa vụ.