Phần 5 Kết luận và đề nghị
4.9. Động thái biến đổi Eh đất và mực nước mặt ruộng thí nghiệm
Điều này lặp lại khi Eh ở cuối vụ có xu hướng tăng trở lại tới giá trị -50 đến -20 mV do mực nước được rút đi để thu hoạch. Kết quả đo Eh đất cũng phù hợp với nghiên cứu của Babu & cs. (2006); Yagi & Minami (1990) hay Muhammad Aslam Ali & cs. (2014).
4.3.4.2. Ảnh hưởng của việc sử dụng phân khống tới phát thải CH4
Cơng thức CT1, đất không được bổ sung vật liệu hữu cơ, chỉ bón phân vơ cơ, vụ xuân 2015, cường độ phát thải khí mê tan thấp ở đầu vụ (dưới 2 mg CH4- C/m2/giờ), sau đó tăng dần và đạt cao nhất ở 8-9 tuần sau cấy (12,1 mg CH4-
C/m2/giờ), sau đó giảm dần tới cuối vụ, khoảng 4-6 mg CH4-C/m2/giờ (đồ thị 4.11a). Vụ xuân 2016, động thái phát thải CH4 lặp lại tương tự, phát thải thấp vào đầu vụ, sau đó tăng dần và đạt cao nhất ở 7-8 tuần sau cấy (đạt 22 mg CH4- C/m2/giờ), sau đó giảm dần tới cuối vụ (2-3 mg CH4-C/m2/giờ) (đồ thị 4.12). Cường độ phát thải vụ xuân 2016 cao hơn so với năm 2015, có thể là do nhiệt độ khơng khí và nhiệt độ đất vụ xuân 2016 cao hơn dẫn tới các phản ứng sinh hoá xảy ra trong đất mạnh hơn, dẫn tới phát thải cao hơn (đồ thị 4.9).
Vụ mùa, nhìn chung thời vụ ngắn hơn (10-11 tuần so với 13-14 tuần của vụ xuân) nhưng cường độ phát thải lớn hơn. Điều này là do ảnh hưởng của nhiệt độ khơng khí và nhiệt độ đất vụ mùa cao hơn làm cho các quá trình sinh hoá trong đất xảy ra mạnh hơn, tạo ra nhiều CH4 dẫn tới phát thải vào khí quyển cao hơn. Vụ mùa 2015, đầu vụ, cường độ phát thải khoảng 6-7 mgCH4-C/m2/giờ sau đó tăng mạnh và đạt đỉnh ở 7-8 tuần sau cấy (thời kỳ lúa phát triển sinh khối
mạnh nhất) 26,4 mg CH4-C/m2/giờ, sau đó giảm dần tới cuối vụ. Vụ mùa 2016 cũng có xu hướng tương tự là phát thải thấp ở đầu vụ (12-15 mg CH4-C/m2/giờ), sau đó tăng mạnh và đạt đỉnh ở giữa vụ 4-5 tuần sau cấy, đạt 23,7 mg CH4- C/m2/giờ, sau đó giảm dần tới cuối vụ (4-6 mg CH4-C/m2/giờ). Tổng lượng CH4 phát thải trung bình vụ xuân từ 126,4-152,8 kg CH4-C/ha và vụ mùa đạt 234,2- 237,2 kg CH4-C/ha. Vụ mùa phát thải CH4 gấp 1,55-1,85 lần vụ xuân (đồ thị 4.11b, 4.11d).
4.3.4.3. Ảnh hưởng của bón rơm rạ tới phát thải CH4
Như đã trình bày về các nghiên cứu của các nhà khoa học ở mục 2.3.5. việc bón rơm rạ tuy cung cấp hữu cơ cho đất, tuy nhiên có thể làm tăng phát thải khí mê tan từ đất. Vụ xuân và vụ mùa, cường độ phát thải CH4 ở cơng thức bón rơm rạ kết hợp phân khống khơng nằm ngồi quy luật phát thải của cơng thức chỉ bón phân khống, thấp ở đầu vụ, đạt đỉnh ở giữa vụ là thời kỳ cây sinh trưởng phát triển mạnh nhất về thân lá và bộ rễ, sau đó giảm dần tới cuối vụ. Vụ xuân, đầu vụ đạt từ 1-2 mg CH4-C/m2/giờ, đạt cao nhất 11,6 và 21,9 mg CH4-C/m2/giờ giữa vụ và 8-9 mg CH4-C/m2/giờ ở cuối vụ. Vụ mùa, cường độ phát thải đầu vụ đạt 6-7 mg CH4-C/m2/giờ, sau đó tăng dần và đạt đỉnh ở 29-32 mg CH4- C/m2/giờ. Cuối vụ, cường độ phát thải ở cả 2 vụ là 7-8 mg CH4-C/m2/giờ. Tổng lượng phát thải CH4 vụ xuân đạt 157,3-188,9 kg CH4-C/ha, vụ mùa đạt 302,3- 309,5 kg CH4-C/ha. Nếu so sánh với cơng thức CT1 chỉ sử dụng phân khống, lượng CH4 ở cơng thức bón rơm rạ kết hợp phân khống cao hơn 23,6-24,4% vụ xuân và 27,4-32,1% vụ mùa.
4.3.4.4. Ảnh hưởng của bón than sinh học và phân compost kết hợp với phân khoáng tới phát thải CH4
Than sinh học gồm các bon bền, các bon không bền, các thành phần bay hơi khác, phần tro khống và nước bị hấp phụ. Do đó cấu trúc của than sinh học có trạng thái xốp và có diện tích bề mặt lớn. Các lỗ trong than có đường kính rất nhỏ (50 nm) hình thành trong q trình nhiệt phân tạo nên một cấu trúc rỗng, góp phần quan trọng cho sự thơng khí, hoạt động của hệ rễ và cấu trúc đất. Chính vì vậy bổ sung than vào đất làm thay đổi tính chất vật lý tự nhiên của đất làm tăng tổng diện tính bề mặt riêng, cải thiện cấu trúc và thống khí của đất.
Trong than sinh học có sự kết hợp chặt chẽ giữa các nguyên tố như: H, N, O, P, S trong các vòng thơm, điều này tạo ra ái lực điện tử của than, ảnh hưởng đến khả năng trao đổi cation (CEC). Điện tích bề mặt của than quyết định bản chất của sự tương tác giữa than sinh học với các hạt đất, chất hữu cơ hồ tan, khí, vi sinh vật và nước trong đất.
Than sinh học không trực tiếp cung cấp dinh dưỡng khi được bón vào đất vì khơng có hàm lượng N, P, K dễ tiêu cao nhưng giá trị dinh dưỡng gián tiếp có được là rất to lớn do khả năng tồn trữ và cung cấp lại các chất dinh dưỡng cho đất, hạn chế sự rửa trôi, gia tăng sự hấp thu, hệ số sử dụng dinh dưỡng của cây trồng, nhờ đó năng suất vụ mùa cao hơn (Chan & Xu, 2009).
Ở cả 2 cơng thức thí nghiệm, động thái phát thải CH4 cũng theo quy luật tương tự so với cơng thức thí nghiệm chỉ bón phân khống CT1 hay bón rơm rạ kết hợp phân khống CT2, đó là phát thải thấp ở đầu vụ, đạt đỉnh ở giữa vụ, thời kỳ lúa sinh trưởng, phát triển mạnh nhất, sau đo giảm dần tới cuối vụ.
Bón than sinh học kết hợp với phân khoáng, vụ xuân phát thải 127,5- 159,2 kg CH4-C/ha và vụ mùa phát thải 255,9-261,6 kg CH4-C/ha. So với cơng thức chỉ bón phân khống, chưa thấy có sự sai khác có ý nghĩa về phát thải giữa 2 công thức ở cả 4 vụ (Bảng 4.17). Điều này có thể do các bon bị cố định ở dạng bền vững, khơng cịn là nguồn nguyên liệu cho quá trình sinh CH4 trong đất. Bón than sinh học làm giảm lượng CH4 phát thải vào khí quyển so với bón rơm. Cụ thể, vụ xuân giảm 18,6-23,3%, trong khi vụ mùa giảm 15,4-23,2%. Kết quả này cũng cùng kết quả nghiên cứu của Thammasom & cs. (2016); Xiaobo & cs. (2016).
Các nghiên cứu của Yannan & cs. (2018), Liu & cs. (2014) cho biết bón than sinh học sản xuất từ rơm cho ruộng tưới ngập liên tục, lượng khí mê tan phát thải từ đất giảm 30%-40% so với ruộng lúa khơng bón than sinh học, các tác giả cho biết có thể do pH đất bị thay đổi theo chiều hướng tăng do than sinh học có giá
trị pH cao, làm giảm phát thải khí mê tan. Kurniawati & cs. (2018) cho rằng 80- 99% lượng khí mê tan trong đất bị ơxy hố sau khi được sinh ra. Khí mê tan được sinh ra bởi các vi khuẩn Methanogenic trong khi lại bị ơxy hố bởi các vi khuẩn methanotrophic, lượng khí mê tan được sinh ra phụ thuộc vào hoạt động của 2 nhóm vi khuẩn này trong đất. Feng & cs. (2012) cho biết nếu tăng lượng bón than sinh học bón vào đất, quần thể các vi sinh vật methanogenic và methanotrophic đều tăng và lượng khí mê tan sinh ra phụ thuộc vào tỷ lệ phát triển của 2 quần thể vi sinh vật này. Yuan & cs. (2018) và Zhou & cs. (2017) có nghiên cứu và chỉ ra rằng khi bón than sinh học vào đất làm giảm khả năng hoạt động của nhóm vi khuẩn methanogenic và làm tăng hoạt động nhóm methanogenic, là nhóm ơxy hố khí mê tan trong đất. Đây là một trong những nguyên nhân chính làm giảm lượng khí mê tan phát thải từ đất khi bón than sinh học.
Bón phân compost kết hợp với phân khống, tổng lượng phát thải vụ xuân đạt 131,8-171,2 kg CH4-C/ha và 258,5-288,4 kg CH4-C/ha vụ mùa. Nhìn chung, bón phân compost kết hợp với phân khoáng làm giảm CH4 phát thải từ đất so với bón rơm rạ. Vụ xuân, giảm trung bình từ 10,3-19,3% trong khi, vụ mùa giảm trung bình 7,3-17,2%.
Việc cày vùi rơm rạ trực tiếp hay bón phân compost đều có tác dụng làm tăng lượng khí mê tan phát thải so với khơng bón hữu cơ vào đất do các hợp chất hữu cơ khi bón vào chính là nguồn để tạo ra khí mê tan trong đất. Tuy nhiên ở những cơng thức bón phân compost, lượng phát thải khí mê tan giảm so với cày vùi trực tiếp rơm rạ. Theo Suvendu Das & cs. (2014), Le Mer & Roger (2001), tỷ lệ C/N trong vật liệu hữu cơ bón vào đất có vai trị quan trọng, tỷ lệ này càng cao thì tỷ lệ các bon càng cao. Khi được vùi vào đất có tác dụng kích thích sự hoạt động của nhóm vi sinh vật methanogenic sinh mê tan. Qua kết quả phân tích thành phần rơm rạ và compost bón vào đất, tỷ lệ C/N tương ứng 30,6 và 16,4.
Lượng phát thải khí mê tan của từng cơng thức thí nghiệm được thể hiện ở đồ thị 4.11 cho thấy vụ xuân, lượng khí mê tan phát thải ra khí quyển tăng dần đều, tuy nhiên ở thời điểm giữa vụ (8-9 tuần sau cấy vụ xuân và 6-8 tuần sau cấy vụ mùa) là thời điểm phát thải từ đất mạnh nhất, đồ thị tạo ra điểm uốn rõ ràng, tốc độ phát thải ở khoảng thời gian này đạt cao nhất. Hệ số phát thải thời kỳ này cũng là cao nhất. Qua đồ thị cũng có thể thấy cơng thức cày vùi rơm rạ trực tiếp vào đất ln có lượng phát thải cao nhât, trong đó vụ mùa ln có lượng phát thải cao hơn rất nhiều so với các cơng thức cịn lại.
Đồ thị 4.11. Tổng luỹ kế lượng CH4 phát thải từ đất theo thời gian
4.3.4.5. Mối quan hệ giữa cường độ phát thải CH4 với Eh đất, nhiệt độ và mực
nước mặt ruộng
Qua 4 vụ thí nghiệm vụ xuân và vụ mùa trong 2 năm, kết quả cho thấy mối tương quan giữa Eh với cường độ phát thải CH4 có tương quan nghịch, ở mức ý nghĩa 1%, hệ số tương quan ở mức -0,43. Trong khi đó, nhiệt độ đất, nhiệt độ khơng khí có mối tương quan đồng biến với cường độ phát thải CH4 ở mức ý nghĩa 1%, hệ số tương quan đạt từ 0,45-0,57. Chưa thấy có sự liên hệ nào giữa cường độ phát thải CH4 từ đất với mực nước trên mặt ruộng.
Bảng 4.15. Hệ số tương quan Pearson giữa phát thải CH4 với Eh đất, nhiệt độ và mực nước mặt ruộng
Công Eh đất
Nhiệt độ Nhiệt độ đất Mực nước
**, * và ns: mức ý nghĩa 1%, 5% và không ý nghĩa
Qua bảng 4.15, tương quan giữa cường độ phát thải CH4 với mực nước mặt ruộng là rất thấp, mặc dù mức nước mặt ruộng tác động tới biến đổi Eh đất và Eh đất ảnh hưởng tới cường độ phát thải CH4. Điều này có thể giải thích là mặc dù mực nước mặt ruộng tăng lên hay giảm đi, tuy nhiên mực nước này tương đối dày,
thức khơng khí mặt ruộng
CT1 -0,43** 0,52** 0,57** 0,02ns
CT2 - 0,46** 0,51** 0,07ns
CT3 - 0,47** 0,51** 0,09ns
vẫn có tác dụng ngăn cản khơng khí xâm nhập vào đất, bằng chứng là giá trị Eh thấp, chưa làm ảnh hưởng tới q trình sinh khí CH4 trong đất.
4.3.4.6. Năng suất lúa
Năng suất lúa và tổng lượng phát thải CH4 tích luỹ của các cơng thức thí nghiệm qua 2 năm 2015-2016 được thể hiện ở bảng 4.16.
Bảng 4.16. Ảnh hưởng của vật liệu hưu cơ tới phát thải CH4 và năng suất lúa
vụ xuân 2015 vụ mùa 2015 vụ xuân 2016 vụ mùa 2016
Công thức Năng suất (tạ/ha) Lượng phát thải (kg CH4- Năng suất (tạ/ha) Lượng phát thải (kg CH4- Năng suất (tạ/ha) Lượng phát thải (kg CH4- Năng suất (tạ/ha) Lượng phát thải (kg CH4-
Số liệu cho thấy năng suất vụ xuân cao hơn vụ mùa từ 9-16%, tuy nhiên trong cùng vụ, các công thức chỉ bón phân khống, năng suất ln cao hơn các cơng thức cịn lại đạt từ 63,6-64,2 tạ/ha vụ xuân và 54,6-58,3 tạ/ha vụ mùa. Cơng thức bón rơm kết hợp với phân khống ln cho năng suất thấp nhất, đạt từ 49,8- 51,5 tạ/ha vụ xuân và 49,1-49,9 tạ/ha vụ mùa.
Bón than sinh học kết hợp với phân khoáng chưa thấy thay đổi rõ rệt về năng suất lúa. Bón phân compost kết hợp phân khống cho năng suất lúa 61,70- 62,96 tạ/ha vụ xuân và 51,01-57,77 tạ/ha vụ mùa, không giảm năng suất lúa so với chỉ bón phân khống, Trong khi làm tăng năng suất từ 19%-26% vụ xuân và 3,8-15,8% vụ mùa so với cơng thức bón rơm.
Việc chỉ bón phân khống cho lúa (cách làm phổ biến của nông dân) cho năng suất cao nhất là do dinh dưỡng trong phân khoáng là dạng dễ tiêu, cây có thể hấp thu ngay để tạo sinh khối. khác hẳn so với các cơng thức bón rơm rạ và vật liệu hữu cơ kết hợp với phân khoáng, lượng dinh dưỡng N, P, K bị giữ lại trong rơm rạ, chưa phân giải kịp thời để cung cấp dinh dưỡng cho cây phát triển. Tuy
C/ha) C/ha) C/ha) C/ha)
CT1 64,2a 126,4b 58,3a 234,2b 63,6a 152,8c 54,6a 237,2b CT2 49,8b 157,3a 49,8b 309,5a 51,5b 188,9a 49,1b 302,3a CT3 55,2ab 127,5b 54,7ab 255,9b 56,1ab 159,2bc 50,1b 261,8b CT4 62,9a 131,8b 57,7a 288,4a 61,7a 171,2b 51,0ab 258,5b LSD0,05 9,61 19,87 6,07 24,72 8,67 13,51 4,31 31,55 CV (%) 7,32 7,30 5,51 4,54 7,45 4,02 4,21 5,94
nhiên, giữa cơng thức chỉ bón phân khống và bón phân compost kết hợp phân khống, năng suất lúa và lượng CH4 phát thải gần như khơng có sự sai khác.
Kết luận
Bón phân khống vơ cơ, lượng khí CH4 phát thải ra mơi trường thấp nhất ở mức 126,4-152,8 kg CH4-C/ha vụ xuân và 234,2-237,2 kg CH4-C/ha vụ mùa, cho năng suất cao hơn các cơng thức cịn lại, đạt 63,6-64,2 tạ/ha vụ xuân và 54,6- 58,3 tạ/ha vụ mùa.
Bón rơm rạ kết hợp với phân khoáng làm phát thải CH4 cao nhất, cao hơn so với chỉ bón phân khống từ 23,6-24,4% vụ xn, 27,4-32,1% vụ mùa và giảm năng suất lúa từ 23,4-28,0% vụ xuân, 11,2-17,0% vụ mùa.
Bón than sinh học kết hợp với bón phân khống so với cơng thức chỉ bón phân khống, chưa thấy có sự sai khác có ý nghĩa về phát thải nhưng so với cơng thức bón rơm, vụ xuân giảm 18,6-23,3%, vụ mùa giảm 15,4-23,2%. Năng suất lúa cơng thức bón than sinh học giảm so với cơng thức bón phân khống và cao hơn cơng thức bón rơm, tuy nhiên chưa rõ ràng.
Bón phân compost làm từ rơm có tác dụng làm giảm phát thải CH4 so với cơng thức bón rơm rạ 10,3-19,3% vụ xuân và 7,3-17,2% vụ mùa, tăng năng suất lúa 19,8%-26,3% vụ xuân và 3,8-15,8% vụ mùa.
4.4. ĐỀ XUẤT MỘT SỐ KỸ THUẬT CANH TÁC GIẢM THIỂU PHÁT
THẢI KHÍ MÊ TAN TRÊN ĐẤT PHÙ SA TRUNG TÍNH VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG
Qua kết quả nghiên cứu trên, đề xuất một số kỹ thuật canh tác nhằm giảm thiểu phát thải khí mê tan trên đất phù sa trung tính vùng đồng bằng sơng Hồng, thường xuyên tưới ngập:
Với 3 giống lúa thuần Khang Dân 18, Bắc Thơm 7 và Q5, trồng giống Q5 có lượng CH4 phát thải từ đất cao nhất, trồng giống BT7 có lượng phát thải CH4
thấp nhất. Vì vậy, để giảm thiểu phát thải khí mê tan từ trồng lúa nước, có thể chọn giống Bắc Thơm 7.
Cấy giống lúa Khang Dân18, mật độ 24-25 khóm/m2 có lượng phát thải khí mê tan từ đất thấp hơn so với cấy mật độ 34-35 hoặc 44-45 khóm/m2 và cho năng suất lúa cao hơn.
Rơm rạ sau thu hoạch nên thu lại và xử lý với các chế phẩm vi sinh vật, ủ thành phân compost để bón cho lúa nhằm cung cấp hữu cơ cho đất. Đây là nguồn hữu cơ rẻ tiền, sẵn có mà người nơng dân có thể tận dụng sau khi thu hoạch lúa.