D. Giải pháp đảm bảo tiếp cận với thực phẩm an toàn và dinh dưỡng và chuyển đổi sang tiêu dùng bền vững
2. Tại sao sản xuất trồng trọt và sử dụng phân bón liên quan đến phát thải khí nhà kính
phát thải khí nhà kính
Sự tăng lên nhanh lượng các khí nhà kính (KNK) như CH4, CO2, CH4 N2O, CFC trong khí quyển là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng ấm lên của trái đất. Các nguồn phát thải KNK trong lĩnh vực trồng trọt đa dạng và từ nhiều nguồn khác nhau. Đối với sản xuất trồng trọt và sử dụng phân bón thải ra hai khí nhà kính quan trọng đó là CH4 và N2O. CH4 là một trong các KNK đóng góp nhiều nhất vào việc làm mất cân bằng bức xạ. Một đơn vị khối lượng CH4 phát thải hiện nay vào khí quyển có tiềm năng gây ấm lên toàn cầu (Global Warming Potential - GWP) gấp 21 lần 1 đơn vị khối lượng CO2 tăng lên (tính cho chu kỳ 100 năm). Tổng CH4 phát thải vào khí quyển trên tồn cầu hiện nay khoảng 600 Tg/năm (Tg = 1012g). Nồng độ CH4 trong khí quyển đã tăng từ 0,700 ppmV năm 1750 lến 1,774 ppmV năm 2005 (IPCC, 2007). Đối với N2O, một đơn vị khối lượng N2O phát thải hiện nay vào khí quyển có tiềm năng gây ấm lên tồn cầu (Global Warming Potential - GWP) gấp 310 lần 1 đơn vị khối lượng CO2 tăng lên (tính cho chu kỳ 100 năm).
Bảng 1. Dự báo dân số thế giới, khí nhà kính và biến đổi khí hậu Năm Dân số thế giới (tỉ người) Hàm lượng ôzôn tầng thấp (ppm) Hàm lượng CO2 (ppm) Biến đổi nhiệt độ (OC) Nước biển dâng toàn cầu (cm) 1990 5,3 -- 354 0 0 2000 6,1-6,2 40 367 0,2 2,0 2018 7,6 50 405 0,5 2,5 2050 8,4-11,3 ~60 463-623 0.8-2.6 5-32 2100 7,0-15,1 >70 478-1099 1.4-5.8 69-88
Nguồn: Phạm Quang Hà (tập hợp từ nhiều nguồn, IPPC 2007, Forster et al.)
Bảng 2. Phát thải khí nhà kính ở Vịêt Nam năm 2000 (ngàn tấn)
Ngành CO2 CH4 N2O CO2 e Phần trăm (%)
Năng lượng 45.900,00 308,56 1,27 52.773,46 35,0 Công nghịêp 10.005,72 0 0 10.005,72 6,6 Nông nghịêp 0 2.383,75 48,49 65.090,65 43,1 LULUCF 11.860,19 140,33 0,96 15.104,72 10,0 Chất thải 0 331,48 3,11 7.925,18 5,3 Tổng cộng 67.765,91 3.164,12 53,83 150.899,73 100 Nguồn: (MONRE, 2014)
Khí nhà kính, CH4 và N2O từ sản xuất trồng trọt
Phát thải CH4 chủ yếu từ canh tác lúa nước (chiếm 59,64%). Trong đất trồng lúa, CH4 là một sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy các vật chất hữu cơ bởi vi sinh vật trong điều kiện yếm khí. Một phần CH4 sau khi được tạo ra bị oxi hóa bởi các vi khuẩn methanotroths (methanotrophic bacteria) trong lớp đất mặt (dày 1-3 mm) xung quanh rễ cây, phần còn lại phát thải vào khí quyển chủ yếu bằng con đường khuếch tán qua hệ thống mạch thơng khí của thực vật - hệ thống cung cấp oxi cho quá tŕnh hô hấp (Conrad và cs, 2006). Quá trình sản sinh ra CH4 chủ yếu là do vi khuẩn mê- tan hóa Archaea (methanogenic Archaea) biến đổi a-xe-tát thành CH4 và
CO2 (acetoclastic methanogenesis - quá trình lên men acetate) hoặc biến đổi H2 và CO2 thành CH4 (hydrogenotrophic methanogenesis - q trình khử CO2 bằng H2). Ngồi ra, cũng có một số con đường khác tạo ra CH4 như oxi hóa methanol nhưng chiếm tỷ lệ không đáng kể. CH4 là KNK quan trọng thứ hai sau CO2. Các cơng trình nghiên cứu trên thế giới đã công bố, lượng phát thải CH4 đă tăng từ 0,700 ppmV năm 1750 lến 1,774 ppmV năm 2005 (IPCC, 2007). Sự gia tăng phát thải CH4 trong suốt thế kỷ qua chủ yếu là từ canh tác lúa nước, từ chăn nuôi trong nông nghiệp và một phần từ phát thải khí tự nhiên. Ruộng lúa nước đóng góp khoảng 15-20% tổng lượng CH4 phát thải trên toàn cầu (Aulakh và cs, 2001). Việc giữ nước thường xuyên trong ruộng gây phát thải khí metan (CH4).. các nghiên cứu cho thấy, canh tác lúa ở điều kiện ngập nước tạo điều kiện mơi trường khử, ơ xy hóa khử (Eh) của đất giảm xuống dưới 0 là điều kiện thuận lợi cho các loại vi sinh vật phân giải chất hữu cơ đất và sinh khí mê tan, phát thải vào khí quyển.
N2O là KNK quan trọng thứ ba sau CO2 và CH4. Theo các cơng trình nghiên cứu đã cơng bố thì lượng phát thải khí này đă tăng từ 270 ppbV năm 1750 lến 319 ppbV năm 2005. Theo IPCC (2007), việc phát thải một đơn vị khối lượng N2O vào khí quyển có GWP gấp 310 lần 1 đơn vị khối lượng CO2 (tính cho chu kỳ 100 năm).
Trong mơi trường đất, N2O được tạo ra nhờ các loài vi sinh vật, là sản phẩm phụ của q trình nitơrát hóa hoặc sản phẩm trung gian của quá tŕnh phản nitơrát hóa. Đất canh tác được bón phân là một nguồn phát thải N2O đáng chú ý. Các nghiên cứu dự báo cho thấy, nếu khơng có các chính sách can thiệp kịp thời, lượng phát thải KNK toàn cầu sẽ tăng từ 25-90% vào năm 2030 so với phát thải KNK năm 2000. Đặc biệt, lượng phát thải KNK sẽ tăng mạnh ở các nước đang phát triển (dự báo KNK tăng lên gấp 4 lần vào năm 2030). Sự gia tăng KNK đòi hỏi các quốc gia cần nỗ lực hơn để
giảm phát thải KNK nhằm ngăn chặn, hạn chế quá trình gia tăng biến đổi khí hậu tồn cầu (các hoạt động phát thải thấp) ở hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế. Trong đó, hoạt động sản xuất nơng nghiệp được đánh giá là một trong những nguồn phát thải KNK chủ yếu ở các quốc gia đang phát triển. IPCC (2007) đã có hướng dẫn chi tiết (phương pháp, hệ số) để ước tính lượng phát thải KNK cho các hoạt động sản xuất nông nghiệp (quá trình lên men ở động vật; quản lý hữu cơ và đất nông nghiệp). Việc sử dụng phân đạm trong điều kiện yếm khí, cũng có thể phát sinh các sản phẩm của q trình phản đạm hóa như NO, N2O và N2. Trong canh tác lúa nước, khi nhiệt độ cao, một lượng đạm không nhỏ bay hơi ở dạng NH3… Ngược lại, khi canh tác cạn (trong điều kiện yếm khí), đồng loạt nhiều q trình giải phóng KNK có thể xảy ra như phân giải chất hữu cơ (khống hóa) để tạo ra CO2 và một phần NO3 cũng như các sản phẩm trung gian (NO, N2O và N2). Quá trình nitrate và phản nitrate hóa cho ra NO3 và cả 2 q trình này đều sinh khí trung gian là N2O. Càng bón nhiều đạm, bón đạm mất cân đối với lân và kali, hoặc đất được bón nhiều đạm chuyển từ trạng thái ngập sang khô cũng xảy ra quá trình sinh N2O.
Canh tác trên đất dốc, trong đó có lúa nương, trồng sắn, ngơ… làm cho rừng bị tàn phá, thảm phủ bị đốt cháy, ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ các bon của rừng, tăng phân hủy hữu cơ, phát thải KNK… Đốt các loại tàn dư cây trồng và vệ sinh đồng ruộng sẽ sinh các loại khí CO2, CO và CH4 phát thải trực tiếp vào khơng khí.
Bảng 3. Nguồn phát thải KNK chủ yếu trong trồng trọt
KNK GWP Nguồn nông nghiệp Nguyên nhân
CO2 1 – Đất
– Đốt cháy nguyên liệu hoá thạch
Làm đất; Quản lý nước; Đốt tàn dư thực vật; Máy nông nghiệp. Xây dựng nhà xưởng, nông trại.
CH4 21 – Hô hấp của gia súc
– Phân gia súc – Đất
– Đất ngập nước, lúa nước
Tiêu hóa thức ăn dạ cỏ của gia súc; Phân hủy trong lưu giữ và bón phân hữu cơ; Phân hủy yếm khí chất hữu cơ trong điều kiện đất ngập nước và đất ướt.
N2O 310 – Đất
– Phân đạm (N)
Quá trình nitrat và phản nitrate hóa trong đất; Sản sinh gián tiếp KNK do mất đạm trong quá trình rửa trơi và bay hơi; Bón dư thừa phân.
Các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ phát thải các KNK chủ yếu (CO2, CH4, N2O)
Có rất nhiều yếu tố liên quan đến phát thải KNK kính trong sản xuất trồng trọt đặc biệt là canh tác lúa, trong đó có quản lý phân bón hóa học, phân chuồng, phân xanh, chế độ nước, v.v. Để giảm lượng phát thải KNK trong nông nghiệp một cách rõ rệt, cần can thiệp vào tất cả các yếu tố khác nhau. Phân đạm chậm tan và phế phụ phẩm nông nghiệp đã qua xử lý (than sinh học từ rơm rạ) được kỳ vọng có tiềm năng đáng kể trong việc giảm lượng khí thải N2O và CH4.
Ngược lại, khi canh tác cạn (trong điều kiện háo khí), đồng loạt nhiều q trình giải phóng KNK có thể xảy ra như phân giải chất hữu cơ (khống hóa) để tạo ra CO2 và một phần NO3 cũng như các sản phẩm trung gian (NO, N2O và N2). Q trình nitrate và phản nitrate hóa cho ra NO3 và cả 2 q trình này đều sinh khí trung gian là N2O. Càng bón nhiều đạm, bón đạm mất cân đối với lân và kali, hoặc đất được bón nhiều đạm chuyển từ trạng thái ngập sang khô cũng xảy ra quá trình sinh N2O. Phương pháp bón phân đạm cũng ảnh hưởng đến chuyển hóa N. Khi bón vãi trên mặt đất, ion NH4+ và NO3- không liên kết với keo đất, dễ bị ánh sáng mặt trời, nước mưa và nhiệt độ làm chuyển hóa và sinh khí N2O. Mặt khác nếu trời mưa to có thể gây xói mịn và rửa trôi đạm, vừa làm phú dưỡng nguồn nước vừa sinh nhiều khí N2O trong q trình di chuyển. Như vậy, đạm có thể bị mất đi qua 3 con đường: bay hơi ammoniac, trực di và phản nitơ-rát hóa, trong đó có sản phẩm trung gian là khí nhà kinh N2O. Hoạt động sản xuất nông nghiệp được cho là ngành phát thải lớn nhưng cũng được đánh giá là ngành có tiềm năng giảm phát thải cao. Những tính tốn về chi phí cận biên giảm phát thải KNK (MACC) cho thấy hoạt động sản xuất nơng nghiệp có tiềm năng lớn trong giảm phát thải KNK. Tại Indonesia, Ủy ban về biến đổi khí hậu nước này đã dự báo rằng các hoạt động kinh tế có tiềm năng giảm phát thải KNK 164 triệu tấn CO2 tương đương, trong đó chỉ tính riêng lĩnh vực nơng nghiệp đã có tiềm năng giảm 105 triệu tấn CO2 tương đương thông qua các hoạt động cải thiện hệ thống tưới tiêu trong canh tác lúa nước, cải tiến quản lý giống cây trồng, giám sát và quản lý phân đạm, quản lý chất thải hữu cơ từ chăn nuôi và hệ thống cung cấp thức ăn chăn ni (mặc dù có chi phí rất cao). Việt Nam chúng ta cũng đã có rất nhiều tiến bộ kỹ thuật trong việc bố trí hệ thống cây trồng có giá trị cao, thực hành nơng nghiệp sinh thái, thông minh, canh tác bền vững nhằm nâng cao năng suất, giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch, phân bón, tăng tích lũy hữu cơ trong đất và giảm phát thải khí nhà kính (GRA, 2017).