Phần 5 Kết luận và đề nghị
2.3. Phương trình tương quan giữa lượng CH4 phát thải vớ i% cát
Nguồn: Sass & cs. (1994)
Theo các tác giả, đất có thành phần cơ giới khác nhau và tính chất hố học khác nhau, lượng CH4 phát thải cũng khác nhau, đặc biệt là % lượng cát trong đất. Lượng cát trong đất dao động 18,8% tới 32,5% thì lượng CH4 phát thải theo mùa trong khoảng 15,1 g/m2 tới 36,3 g/m2.
Wagner & cs. (1999) nghiên cứu hình thành CH4 từ đất tại Hamburg, Đức. Trong điều kiện ủ yếm khí, CH4 sinh ra phụ thuộc vào thành phần cơ giới đất. Đất cát, tốc độ sinh mê tan ở mức 3,0 ± 1,3 nmol/g/giờ và 15,7 ± 6,4 nmol/gam/giờ ở đất sét. Trong điều kiện nồng độ oxy tương đối cao. Kết quả là lượng mê tan sinh ra tăng theo chiều: đất cát < đất thịt pha cát< thịt pha sét < sét.
Yang & Chang (1998) cho biết nghiên cứu trong phịng thí nghiệm, ảnh hưởng của sinh khí mê tan bởi các q trình khử trùng, nhiệt độ, bổ sung hữu cơ, bón ure, nồng độ ơxy, độ ẩm, pH đất và cường độ ánh sáng, thấy rằng mỗi gam đất hằng ngày sinh ra 32,7 ± 2,2 µg CH4 tới 65,1 ± 6,4 µg CH4 trong khoảng pH từ 4,3-8,7. Lượng khí này bị giảm khi pH có giá trị 9,3 hay 3,2. pH đất trong khoảng 6,0-7,7 thì lượng CH4 sinh ra như nhau.
lư ợn g C H4 p há t t hả i t he o m ùa ( g/ m 2 )
2.3.3. Ảnh hưởng của loại đất
Vũ Thắng & cs. (2011) nghiên cứu mức độ phát thải CH4 từ đất phù sa sông Hồng và đất xám bạc màu trồng lúa ở miền Bắc Việt Nam chỉ ra rằng lượng CH4 phát thải trên mỗi đơn vị diện tích trên đất xám bạc màu cao hơn đất phù sa 14% ở các cơng thức khơng bón phân. Mức bón phân phổ biến của nông dân, làm giảm phát thải CH4 trên đất phù sa và đất xám tương ứng 21,5% và 25,5% so với cơng thức khơng bón phân.
Nguyễn Hữu Thành & cs. (2012) nghiên cứu phát thải CH4 ở đất phù sa chua, Hải Dương và đất phù sa trung tính ít chua tại Hà Nội: Vụ mùa 2010 cường độ phát thải CH4 đạt cao nhất ở 5 tuần sau cấy (thời kỳ đẻ nhánh rộ) tương ứng là 72,3 mg CH4/m2/giờ và 66,0 mg CH4/m2/giờ, sau đó giảm dần tới cuối vụ. Vụ Xuân 2011, cường độ phát thải cao nhất vào 9 tuần sau cấy, tương ứng đạt 53,6 mg CH4/m2/giờ và 44,7 mg CH4/m2/giờ, thấp hơn cường độ phát thải trong vụ mùa 2010.
Nghiên cứu của Phạm Quang Hà & cs. (2013) đánh giá mức độ phát thải CH4 từ đất phù sa sông Hồng và đất xám bạc màu trồng lúa ở miền bắc Việt Nam, cho thấy tổng lượng phát thải CH4 trên mỗi diện tích cao hơn 9% nhưng năng suất lại thấp hơn 57% ở đất phù sa sông Hồng so với đất xám bạc màu khi khơng bón phân. Ở thí nghiệm với mức bón của nơng dân, tổng lượng phát thải trên đơn vị diện tích tăng 15,4% và 25,5% trong khi giảm lượng phát thải so với năng suất giảm 30% và 59% ở đất phù sa sông Hồng và đất xám bạc màu khi so sánh giữa cơng thức có bón và khơng bón phân.
Nghiên cứu của Singh & cs. (1997) về mức phát thải khác nhau, tổng lượng CH4 phát thải dao động từ 8,04-20,92 g/m2 ở đất Inceptisol và từ 1,47- 10,91 g/m2 với đất Vertisol. Cường độ phát thải đạt đỉnh thứ nhất trong thời kỳ sinh trưởng sinh thực và lần thứ hai vào thời kỳ chín.
Yagi & Minami (1990) nghiên cứu thực hiện trên 4 loại đất thấy rằng cường độ phát thải rất khác nhau ở những loại đất khác nhau. Cường độ phát thải CH4 cao nhất là đất than bùn (Dystric Histosols) 44,8 g CH4/m2 trong suốt vụ trồng lúa; tiếp theo là đất glây trung tính (Eutric Gleysols) 8,0-27,0 g CH4/m2. Cường độ phát thải ở đất Andosols là tương đối thấp 0,6-12,6 g CH4/m2.
2.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Ngô Đức Minh & cs. (2015) nghiên cứu phát thải khí mê tan từ đất trồng lúa tại vùng lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn cho biết khi nhiệt độ có ảnh hưởng tới phát thải khí mê tan. Nhiệt độ tăng lên làm quá trình phân giải chất hữu cơ trong đất cũng như các q trình hố sinh trong đất tăng làm tăng lượng khí mê tan phát thải ra mơi trường.
Wassmann & cs. (1998) đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới lượng khí CH4 sinh ra. Ở 25°C, 30°C và 35°C, có sự quan hệ giữa sự thay đổi Eh và pH đất. Kết quả nghiên cứu cho thấy nhiệt độ cao hơn sẽ sinh CH4 mạnh hơn. Ảnh hưởng của nhiệt độ mạnh nhất ở nhóm đất có lượng CH4 sinh ra giảm sau 2 tuần là Inceptisols, Vertisols và Entisols. Khả năng sinh CH4 ở các thí nghiệm này được biểu thị bằng phương trình Arrhenius sau:
P = a e-Ea/RT Trong đó:
P là khả năng sinh mê tan; R là hằng số khí; T là nhiệt độ tuyệt đối; Ea là năng lượng hoạt động; a là hằng số Arrhenius
Nghiên cứu của Jingjing & cs. (2008) tại Trung Quốc đã đưa ra kết luận nhiệt độ và tàn dư thực vật là những yếu tố quan trọng trong q trình tạo ra khí mê tan trong đất. Các công thức thí nghiệm được bổ sung hữu cơ từ rơm có lượng khí CH4 sinh ra cao hơn so với công thức bổ sung rễ lúa. Khi tăng nhiệt độ từ 15°C lên tới 45°C, lượng CH4 sinh ra tăng đáng kể. Tuy nhiên trong 10 ngày đầu tiên, ở cơng thức bón rơm, lượng CH4 sinh ra ở nhiệt độ 45°C chậm hơn so với ở 30°C.
Lu & cs. (2015) nghiên cứu đất lúa tại đồng bằng Sanjiang, Tây Bắc Trung Quốc, ủ kỵ khí với việc có bón và khơng bón rơm rạ vào đất, ở nhiệt độ ủ là 10°C, 30°C và 45°C. CH4 sinh ra ở 10°C hầu như rất ít, một phần do ảnh hưởng bởi lượng rơm bón vào. Khi nhiệt độ tăng từ 10°C lên 30°C và 45°C, lượng CH4 sinh ra rất mạnh tuy nhiên ở nhiệt độ 30°C, lượng khí CH4 sinh ra nhiều hơn sơ với ở 45°C ở cả 2 công thức có bón và khơng bón rơm.
Van Hulzen & cs. (1999) nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ tới lượng CH4 sinh ra kết luận rằng khi đất được ủ trong điều kiện yếm khí thì CH4 sinh ra phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Ở 4°C, q trình sinh khí CH4 chưa rõ ràng và
rất thấp. Chỉ khi tăng nhiệt độ lên 20°C và 30°C, thì q trình sinh và tích luỹ CH4 tăng đều và ổn định.
2.3.5. Ảnh hưởng của bón phân và vật liệu hữu cơ
Nguyễn Văn Tỉnh (2005b) nghiên cứu bước đầu về ảnh hưởng của phân bón hữu cơ đến phát thải khí mê tan trên ruộng lúa vùng đồng bằng sơng Hồng cho kết luận bón phân hữu cơ có ảnh hưởng trực tiếp đến q trình hình thành và phát triển khí mê tan trên ruộng lúa. Vào giai đoạn đẻ nhánh và làm đòng, yêu cầu nước và phân bón của lúa rất lớn, là thời kỳ phát thải khí mê tan lớn nhất, cần lựa chọn loại phân phù hợp vừa đảm bảo cây lúa phát triển và hạn chế phát thải mê tan, tránh dùng các loại rơm rạ tươi hoặc phân hữu cơ chưa ủ kỹ để bón ruộng.
Yang & cs. (2019) nghiên cứu sử dụng than sinh học (Biochar) bón vào đất để nâng cao năng suất lúa và giảm phát thải CH4 và N2O từ đất ở Trung Quốc cho biết việc bón than sinh học có tác dụng làm giảm phát thải khí nhà kính từ các ruộng lúa. Bón 40 tấn than sinh học/ha kết hợp với tưới làm giảm chỉ số tiềm năng nóng lên tồn cầu, cơng thức bón 20 tấn than sinh học kết hợp tưới lại làm tăng chỉ số tiềm năng nóng lên tồn cầu của CH4 và N2O so với cơng thức khơng bón than sinh học mà chỉ điều chỉnh chế độ tưới. Vụ thứ hai, cơng thức bón 20 tấn và 40 tấn than sinh học kết hợp tưới tiêu làm giảm chỉ số tiềm năng nóng lên tồn cầu tương ứng 35,7% và 21,5% so với công thức đối chứng, chỉ điều chỉnh tưới tiêu. Các tác giả cũng đưa ra khuyến cáo bón 20 tấn và 40 tấn than sinh học/ha có thể là tối ưu khi kết hợp với chế độ tưới hợp lý sẽ làm giảm phát thải CH4 và N2O, tăng năng suất lúa, độ phì đất và hiệu quả sử dụng nước tưới.
Nguyễn Lê Trang & cs. (2018) xác định hiệu quả và tác dụng của các vật liệu hữu cơ và phân đạm tan chậm trên đất phù sa nhiễm mặn đến năng suất lúa và khả năng giảm phát thải khí nhà kính tại Nam Định. Kết quả nghiên cứu cho thấy phát thải KNK ở các cơng thức bón phân hữu cơ theo thứ tự là NPK + COMP (phân compost) > NPK + COMP + Biochar > NPK + Biochar > NPK.
Thammasom & cs. (2016) đã khảo sát ảnh hưởng của việc bón than sinh học và rơm rạ tới sức sản xuất của đất, phát thải khí nhà kính và các hợp chất hữu cơ trong đất tại Thái Lan cho thấy so với bón phân hữu cơ các cơng thức bón than sinh học hoặc rơm rạ ở các mức 6,25 tấn/ha, 12,5 tấn/ha, 18,75 tấn/ha và 25 tấn/ha không chỉ cải thiện được chất lượng đất mà còn làm tăng năng suất lúa. Tổng lượng phát thải CH4 và tổng tiềm năng gây hiệu ứng nhà kính (GWP) của
các cơng thức bón than sinh học giảm đáng kể nhưng cơng thức bón rơm rạ lại tăng so với chỉ bón phân vơ cơ. Chất hữu cơ trong đất đồng thời tăng ở cơng thức bón than sinh học từ 1,87-13,37 tấn C/ha trong khi bón rơm rạ lại làm giảm còn từ 0,92-2,56 tấn C/ha. Các tác giả cũng đưa ra kết luận rằng, lượng các bon bị giữ lại cao trong đất ở các cơng thức bón than sinh học có thể giải thích cho việc giảm tiềm năng gây hiệu ứng nhà kính và làm tăng tích luỹ các hợp chất hữu cơ trong đất.
Xiaobo Qin & cs. (2016) nghiên cứu ảnh hưởng lâu dài của than sinh học tới phát thải khí nhà kính từ đất trồng lúa tại Trung Quốc từ năm 2012-2015. Kết quả cho thấy sử dụng than sinh học bón vào đất làm giảm đáng kể lượng CH4 phát thải và hiệu suất nóng lên tồn cầu (GWP) từ đất. So với các cơng thức chỉ bón phân vơ cơ, bón vùi trực tiếp 2,4 tấn rơm rạ/ha và bón phân ủ từ 2,4 tấn rơm rạ, các cơng thức bón thêm than sinh học (tính trung bình) làm giảm tương ứng 26,18%, 70,02, 66,47% khí CH4. Ở mức bón đối chứng + 20 tấn than sinh học/ha, làm giảm phát thải khí nhà kính mạnh nhất (36,24%) so với đối chứng và cải thiện năng suất lúa (tăng 7,65%).
Das & cs. (2014) nghiên cứu ảnh hưởng của bón kết hợp phân chuồng với phân vô cơ tới phát thải CH4 và N2O từ đất lúa ngập nước tại Ấn Độ đưa ra kết luận bón rơm + urê làm tăng 82,7%; bón phân ủ + urê làm tăng 69,2%; bón phân gia cầm + urê tăng 68,8%; bón rơm rạ + urê tăng 37,6% lượng khí CH4 so với
khơng bón phân. Tổng sinh khối vi sinh vật đất, các bon hữu cơ đã bị khống hố cũng ảnh hưởng theo thứ tự: bón phân ủ + urê > bón phân gia cầm + urê > bón rơm rạ + urê > bón urê > khơng bón phân. Từ các cơng thức thí nghiệm, các tác giả rút ra kết luận rằng bón phân ủ kết hợp với bón phân urê làm cho sinh khối vi sinh vật vùng rễ cao, hoạt động của vi sinh vật mạnh, tỷ lệ hiệu quả của các bon cao, năng suất cao, phát thải khí nhà kính thấp, là cơng thức tốt hơn hết để làm giảm phát thải khí nhà kính nói chung và khí CH4 nói riêng.
Dong & cs. (2013) đã nghiên cứu ảnh hưởng của bón rơm rạ và than sinh học tới phát thải CH4 và năng suất lúa cho thấy bón than sinh học làm từ rơm rạ có hiệu quả làm giảm phát thải CH4 từ đất lúa tốt hơn than sinh học làm từ thân cây tre (mức bón 22,5 tấn/ha). Kết hợp than sinh học làm từ rơm rạ bón vào đất có thể làm giảm phát thải CH4 từ 47,3-86,43% so với bón trực tiếp rơm rạ vào đất.
2.3.6. Ảnh hưởng của thuốc bảo vệ thực vật
Nghiên cứu trong phịng thí nghiệm, Mohanty & cs. (2004) đã sử dụng Butachlor (N-butoxymethyl-2-chloro-2' ,6' -diethyl acetanilide) ủ vào 3 loại đất có các đặc điểm lý hố tính khác nhau, trong điều kiện ngập nước để làm giảm việc sinh CH4. Tác dụng làm giảm phát thải CH4 phụ thuộc vào nồng độ của hoạt chất này và có tác dụng mạnh nhất trên đất phù sa. Với các nông độ ủ 5, 10, 50, và 100 µg/g đất làm cho CH4 phát thải từ đất phù sa giảm lần lượt là 15%, 31%, 91% và 98% so với đối chứng. Lượng CH4 sinh ở đất thịt pha cát và đất phèn không đáng kể so với đất phù sa. Trong suốt 40 ngày ủ, lượng CH4 sinh ra ở các mẫu không được ủ với butachlor đạt 21133 µg/gam đất ở đất phù sa, 1178 ηg/gam đất ở đất thịt pha cát và ở đất phèn là 2963 µg/gam đất. Ảnh hưởng của Butachlor, lượng CH4 sinh ra ở các mẫu đất thịt pha cát và đất phèn thấp hơn đáng kể so với đất phù sa. Cụ thể, ở đất cát pha thịt, thấp hơn 2% khi nồng độ butachlor là 5 µg/g đất tới 52% khi ở nơng độ 100 µg/g đất. Ở đất phèn, lượng CH4 giảm 4% khi cho butachlor với nồng độ 5 µg/g đất và giảm 20% khi nồng độ butachlor là 100 µg/g đất. Theo Jiang & cs. (2015) sử dụng butachlor cũng làm giảm CH4 sinh ra tới 58%.
Bharati & cs. (1999) nghiên cứu ảnh hưởng của thuốc diệt nấm Tridemorph tới sinh mê tan và oxy hố khí này ở đất lúa vùng nhiệt đới. Thí nghiệm thực hiện trong phịng thí nghiệm, trong điều kiện ngập nước thấy rằng ở nồng độ thấp 5, 10, 20 µg/g đất làm tăng kích thích việc sản sinh CH4 nhưng lại có tác dụng ức chế ở nồng độ cao hơn là 50 µg/g đất và 100 µg/g đất. đồng thời cũng làm giảm q trình oxy hố CH4. Lượng CH4 sinh ra tăng do Tridmorph trong đất làm tăng thế ơxy hố khử của đất, tăng lượng các bon hoạt tính và làm tăng số lượng vi khuẩn sinh mê tan. Ảnh hưởng của Tridemorph tới ơxy hố CH4 cũng liên quan tới số lượng vi khuẩn dinh dưỡng mê tan.
2.3.7. Ảnh hưởng của các biện pháp canh tác khác
Chu Sỹ Huân & cs. (2020) nghiên cứu cho thấy phát thải CH4 ở vụ xuân tăng từ khi lúa bén rễ hồi xanh tới đẻ nhánh. Sau đó, thay đổi phụ thuộc vào chế độ nước trong ruộng. Với đất phèn, phát thải kéo dài hơn và cao hơn. Trong vụ mùa, phát thải tăng ngay sau khi cấy, đạt tối đa trong giai đoạn đẻ nhánh - làm đòng (28 mg CH4/m2/giờ), sau đó giảm dần.
Bhattacharya & cs. (2014) nghiên cứu phát thải CH4 từ ruộng lúa nước Cuttack, Ấn Độ thấy rằng nồng độ khí mê tan phát thải tương đối thấp ở thời kỳ
gieo hạt tới đẻ nhánh (2,37 mg CH4/m2/giờ) và đạt cao nhất từ thời kỳ đẻ nhánh cực đại tới làm địng (5,72 mg CH4/m2/giờ) sau đó giảm dần ở thời kỳ chín (0,94 mg CH4/m2/giờ) trong mùa mưa 2012. Mùa khô 2012-2013, lượng CH4 phát thải cao nhất trong suốt thời kỳ đẻ nhánh tới chỗ đòng. Cường độ phát thải đo được là 5,23 mg CH4/m2/giờ. Cả hai vụ đo được giá trị trung bình phát thải ngày là từ 0,5 đến 3,5 mg CH4/m2/30 phút và trong khoảng thời gian giữa trưa và chiều, CH4
phát thải cao nhất. Trong cả hai vụ, lượng phát thải CH4 hàng ngày cao nhất từ 9- 12 mg CH4/m2/giờ và tổng lượng phát thải là 84-129 kg/ha. Lượng CH4 phát thải hàng năm là 262,62 kg CH4/ha bao gồm cả thời kỳ cày, làm đất là 49 kg CH4/ha.
Priyanka & cs. (2013) nghiên cứu về phát thải CH4 và hiệu quả sử dụng
nước tưới của 3 phương pháp canh tác lúa tại New Delhi Ấn Độ, sử dụng giống Pusa Basmati 1401, gồm các kỹ thuật: kỹ thuật CT, cấy mạ 21 ngày tuổi, khoảng cách cấy 10x20 cm, duy trì mực nước mặt ruộng 3-5 cm; kỹ thuật SRI, cấy mạ 12