Phần 4 Kết quả nghiên cứu và thảo luận
4.3. Ảnh hưởng của một số biện pháp kỹ thuật canh tác đến phát thải khí CH
4.3.2. Sử dụng giống lúa có lượng phát thải CH4 thấp
4.3.2.1. Lựa chọn giống lúa thí nghiệm
Năm 2018, diện tích lúa vùng đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) là 1.040,8 ngàn ha, đạt sản lượng 6.298 ngàn tấn, chiếm 14,3% sản lượng lúa toàn quốc (bảng 4.3). Theo kết quả khảo sát của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn năm 2014, nhóm giống lúa thuần có diện tích 416.115 ha (chiếm 74,1% diện tích) tập trung chủ yếu tại các tỉnh thành: Hà Nội (20% diện tích giống lúa thuần tồn vùng), Thái Bình (16%), Nam Định (15,4%)... Các giống lúa thuần ngắn ngày, năng suất cao vẫn chiếm vai trò chủ đạo. Giống lúa Khang Dân 18 (32,7% diện tích), tập trung chủ yếu các tỉnh thành: Hà Nội (chiếm 31% diện tích giống Khang Dân 18 tồn vùng), Nam Định (21,2%), Hải Phịng (18,2%)... Giống Bắc Thơm 7 (chiếm 20,5% diện tích) tập trung chủ yếu tại các tỉnh thành: Nam Định (chiếm 33,7% diện tích giống Bắc Thơm 7 tồn vùng), Ninh Bình (10,7%), Hải Dương (16,1%). Giống lúa Q5 đạt 30.675 ha chiếm 7,4% diện tích, tập trung chủ yếu tại các tỉnh thành: Hà Nội (chiếm 25,7% diện tích giống lúa Q5 tồn vùng), Thái Bình (22,4%), Hải Dương (16,0%)…
Bảng 4.8. Cơ cấu giống lúa thuần vùng đồng bằng sông Hồng
TT Loại giống Diện tích lúacả năm (ha) Cơ cấu(%)
1 KD18 290.035 32,06 2 BT7 169.195 18,70 3 Q5 67.728 7,49 4 HT1 66.627 7,36 5 BC15 75.971 8,40 6 N 97 35.861 3,96 7 TBR1 27.014 2,99 8 N 87 19.909 2,20 9 LT2 13.624 1,51 10 N98 6.969 0,77 11 Lúa thuần khác 131.738 14,56 Tổng số 904.670 100 Nguồn: Bộ NN&PTNT (2014)
Qua kết quả điều tra được thể hiện ở bảng 4.8 cho thấy 3 giống thuần Khang Dân 18, Bắc Thơm 7 và Q5 có diện tích trồng chiếm 56,3-60,6 diện tích vùng ĐBSH trong đó giống Khang Dân 18 có diện tích trồng lớn nhất với 136.019-154.016 ha, chiếm 31,5-32,7% tổng diện tích lúa tồn vùng; thứ hai là giống Bắc Thơm 7 có diện tích 84.099-85.096 ha, chiếm 17,2%-20,5% tổng diện tích lúa tồn vùng. Giống Q5 có diện tích gieo trồng lớn thứ ba với 30.675- 37.053 ha, chiếm 7,4 -7,6% tổng diện tích lúa vùng ĐBSH. Số liệu về diện tích lúa thuần tương đối ổn định so với diện tích lúa lai tại vùng nghiên cứu, đây là cơ sở để lựa chọn loại giống Khang Dân 18, Bắc Thơm 7 và Q5 làm đối tượng nghiên cứu về phát thải CH4 từ đất trồng các giống lúa này.
4.3.2.2. Diễn biến Eh đất thí nghiệm
Để biểu diễn cường độ phản ứng ơxy hố - khử, người ta sử dụng đại lượng pE của hoạt độ electron hoặc Eh (thế ơ xy hố - khử) ở điều kiện tiêu chuẩn theo công thức:
pE = Eh/0,059
Do Eh của phản ứng ơxy hố - khử có thể đo trực tiếp nên đại lượng này thường được sử dụng để biểu thị trạng thái ơxy hố - khử của đất. Trong thực tế Eh có ảnh hưởng tới sự hồ tan, chuyển hố của các ngun tố và hợp chất hoá học trong đất. Sự hình thành và chuyển hố CH4 phụ thuộc chủ yếu vào Eh đất đã được rất nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học nghiên cứu như Nguyễn Việt Anh & Nguyễn Văn Tỉnh (2010), Wang & cs. (1993a), Wassmann & cs. (1998)...
Đồ thị 4.4. Giá trị Eh và mực nước mặt ruộng của các cơng thức thí nghiệm
Sự biến đổi giá trị Eh đất thí nghiệm cũng có quy luật, đó là giá trị cao ở đầu vụ (từ -30 đến -150), sau đó giảm nhanh ở tuần sau đó và ổn định quanh giá
trị âm -220 đến -250 mV cho tới cuối vụ giá trị này tăng trở lại trong khoảng -80 đến -110 mV do việc rút nước phục vụ cho thu hoạch.
Trong thời gian làm thí nghiệm từ đầu tới cuối vụ, việc duy trì một lớp nước trên mặt ruộng chính là nguyên nhân làm cho Eh ln ở ngưỡng thấp do q trình yếm khí trong đất diễn ra. Giá trị đo ở Eh của đất trồng 3 giống lúa thí nghiệm chưa thấy có sự sai khác do yếu tố giống lúa trong cùng vụ. Vụ xuân và vụ mùa, mặc dù có sự thay đổi về nhiệt độ khơng khí và nhiệt độ đất, giá trị Eh cũng vẫn chưa thấy có sự khác biệt nào. Ở giá trị Eh này, q trình sinh và phát thải khí CH4 diễn ra thuận lợi.
Sự giảm Eh ở tuần đầu có thể giải thích: đất được cày, bừa trước khi cấy, làm cho ơ xy trong khơng khí xâm nhập vào và thế ơxy hố-khử tăng, sau đó có lớp nước mặt thường trực trên ruộng, ngăn cách. Qua kết quả đo Eh ngồi thực địa thấy rằng 3 cơng thức trồng 3 giống lúa khác nhau, chưa thấy có sự khác biệt rõ ràng về Eh ở vụ xuân với vụ mùa.
Theo số liệu đo giá trị Eh của đất ở cơng thức cấy giống Q5 có xu thế cao hơn so với Eh của đất trồng giống Khang Dân 18 và Bắc Thơm 7, có thể do đặc điểm giống Q5 có sinh khối lớn hơn, bộ rễ lúa lớn hơn, trong quá trình sinh trưởng của lúa, ôxy xâm nhập vào đất thông qua các ống mao quản trong thân cây, đi vào đất qua bộ rễ nhiều hơn làm cho tính khử của đất giảm, dẫn tới giá trị Eh cao hơn.
4.3.2.3. Động thái phát thải khí mê tan
Động thái phát thải CH4 từ đất trồng 3 giống lúa thí nghiệm được thể hiện ở đồ thị 4.5. Qua số liệu quan trắc được, thấy rằng ở cả 3 công thức, cường độ phát thải CH4 tăng dần từ giai đoạn sinh trưởng cấy-hồi xanh-đẻ nhánh đến đứng cái-làm đòng. Cường độ phát thải CH4 đạt cực đại ở giai đoạn cuối đẻ nhánh đến cây bắt đầu đứng cái làm địng, sau đó giảm dần đến giai đoạn trỗ bơng và chín vàng. Điều này cho thấy yếu tố chi phối chính đến động thái phát thải CH4 là giai đoạn sinh trưởng của cây và ở thời kỳ cuối có thêm yếu tố rút nước ở cuối vụ. Yếu tố thời tiết cũng có tác động tới cường độ phát thải khí mê tan từ đất. Vụ xuân, nền nhiệt độ khơng khí và đất thấp hơn vụ mùa, vì vậy cường độ phát thải và lượng phát thải vụ xuân cũng thấp hơn nhiều so với vụ mùa.
Vụ xuân 2015, cường độ phát thải khí mê tan từ đất trồng 3 giống lúa, đầu vụ chỉ phát thải khoảng 1,8-2,0 mg CH4-C/m2/giờ, sau đó tăng dần, lên khoảng 2,7-4,5 mg CH4-C/m2/giờ trong khoảng 6 tuần đầu, đây là thời kỳ cây bén rễ, hồi xanh và bắt đầu đẻ nhánh. Giai đoạn cây bắt đầu đẻ nhánh thì cường độ phát thải CH4 từ đất cũng bắt đầu tăng mạnh. Giai đoạn cây lúa đẻ nhánh cực đại và chuẩn bị đứng cái, làm địng cường độ phát thải khí mê tan cũng đạt cao nhất ở cả 3 công thức cấy 3 giống lúa, đạt 11,2-14,3 mg CH4-C/m2/giờ. Cường độ phát thải mê tan sau đó giảm dần tới cuối vụ. Cường độ phát thải CH4 từ đất trước khi gặt
đạt 4,2-7,1 mg CH4-C/m2/giờ. Qua đồ thị có thể thấy đất trồng giống Q5, cường độ phát thải mê tan cao hơn phát thải từ đất trồng 2 giống Khang Dân 18 và Bắc Thơm 7 từ giai đoạn cây lúa bắt đầu đẻ nhánh còn giai đoạn trước đó chưa rõ ràng do cường độ phát thải thấp. Vụ xuân 2016, sau khi cấy 1 tuần, cường độ phát thải CH4 đạt 1,3-2,6 mg CH4-C/m2/giờ, sau đó tăng dần. Từ tuần thứ 6 trở đi, cường độ phát thải khí này tăng mạnh, đây cũng là thời kỳ cây bắt đầu đẻ nhánh rộ, tới tuần 9-10 sau cấy, cường độ đạt cao nhất 18,1-22,3 mg CH4- C/m2/giờ sau đó lại giảm tới cuối vụ chỉ đạt 1,4-2,1 mg CH4-C/m2/giờ. Cường độ phát thải cuối vụ xuân 2016 thấp có thể là do nhiệt độ khơng khí vụ này thấp hơn cùng thời điểm 2015, do nhiệt độ khơng khí thấp ảnh hưởng làm cho các phản ứng sinh hoá trong đất giảm đi.
Vụ mùa 2015, cường độ phát thải ngay sau khi cấy cao hơn so với đầu vụ xuân đạt 6-7 mg CH4-C/m2/giờ sau đó tăng dần đều ở mức 2-3 mg CH4- C/m2/giờ/tuần và đạt cao nhất ở 6 tuần sau cấy. Ở công thức trồng giống Khang Dân 18, đạt cao nhất, trung bình phát thải 26,5 CH4-C/m2/giờ từ đất. Đất trồng giống Bắc Thơm 7 phát thải trung bình ở thời điểm này là 23,1 mg CH4-C/m2/giờ và phát thải từ đất trồng giống Q5 đạt 28,2 mg CH4-C/m2/giờ. Trong khoảng thời gian 1 tuần trước khi đạt đỉnh đến 2 tuần sau khi đạt đỉnh phát thải, thấy rằng cường độ phát thải CH4 trung bình từ đất trồng giống Q5 ln cao hơn so với đất trồng các giống Khang Dân 18 và Bắc Thơm 7 từ 2-4 mg CH4-C/m2/giờ/tuần, thậm chí, ở thời điểm cuối vụ, cường độ phát thải từ đất trồng giống Q5 vẫn cao hơn so với đất trồng 2 giống còn lại. Ở vụ mùa 2016, diễn biến phát thải CH4 từ đất trồng lúa lại lặp lại giống như vụ mùa 2015. đầu vụ đạt 11-14 mg CH4- C/m2/giờ, sau đó tăng mạnh, trung bình tăng 2-3 mg CH4-C/m2/giờ/tuần, đạt đỉnh ở 6 tuần sau cấy. Cường độ phát thải từ đất sau đó giảm dần, cuối vụ có giá trị 7- 8 mg CH4-C/m2/giờ.
Đồ thị 4.5. Động thái phát thải CH4 của 3 giống lúa KD18, BT7, Q5
Qua 4 vụ thí nghiệm trong 2 năm có thể thấy tổng lượng phát thải CH4 từ
đất trồng giống Q5 luôn cho giá trị cao hơn so với đất trồng giống Khang Dân 18 và Bắc Thơm 7 ở mức sai khác có ý nghĩa 5%. Sự sai khác lượng phát thải khí mê tan từ đất trồng 2 giống Khang Dân 18 và Bắc Thơm 7 là chưa rõ ràng. Cụ thể, vụ xuân, tổng lượng phát thải CH4 từ đất trồng giống lúa Q5 đạt từ 147,26- 188,7 kg CH4-C/ha, trong khi vụ mùa phát thải lượng cao hơn nhiều, đạt 256,97- 260,86 kg CH4-C/ha. Phát thải CH4 từ đất trồng giống Khang Dân 18 vụ xuân đạt từ 125,91-156,51 kg CH4-C/ha, vụ mùa phát thải từ 132,13-233,93 kg CH4-C/ha.
Đối với giống Bắc Thơm 7, phát thải CH4 vụ xuân đạt 106,68-152,69 kg CH4-C/ha và vụ mùa đạt 222,41-224,58 kg CH4-C/ha. Số liệu trên cho thấy khi trồng 3 giống lúa này, trong cùng một diện tích như nhau, phát thải CH4 từ đất
trồng giống Q5 cao hơn từ đất trồng giống Khang Dân 18 17-20% vụ xuân và 10- 11% vụ mùa. So với giống Bắc Thơm 7, phát thải CH4 từ đất trồng giống Q5 cao hơn 23-38% vụ xuân và 14-17% vụ mùa.
Việc chọn giống lúa thích hợp canh tác cho năng suất, chất lượng cao và ít phát thải khí nhà kính nói chung hay CH4 nói riêng là một lựa chọn khá triển vọng vì biện pháp này khơng phải đầu tư nguyên vật liệu để can thiệp vào đất, không gây ảnh hưởng tới hệ sinh thái đất. Trong ngân hàng gen của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế, hiện nay có khoảng 90.000 giống lúa và nhiều giống lúa thích hợp với nhiều vùng sinh thái khác nhau, đây chính là cơ sở để lựa chọn được và áp dụng biện pháp này trong sản xuất nơng nghiệp nhằm giảm phát thải khí nhà
kính cũng như khí mê tan. Như đã trình bày ở mục 2.5.5, các nghiên cứu của các tác giả: Lindau & cs. (1995); Kesheng & Zhen (1997); Satpathy & cs. (1998); Wang & cs. (1999); Wang & Adachi (2000); Shin & Yun (2000); Wassmann & cs. (2002)... đã chỉ ra các giống lúa có mối liên hệ mật thiết tới phát thải CH4 từ đất.
Wang & Adachi (2000) cho biết ảnh hưởng của yếu tố giống lúa tới phát thải khí mê tan từ đất do các q trình hình thành và oxy hố khí mê tan trong đất. Các giống lúa khác nhau sẽ có các chất tiết ra từ rễ khác nhau, dẫn tới hàm lượng các bon hoà tan trong dung dịch đất khác nhau. Đây là nguồn ngun liệu để hình thành khí mê tan. Các tác giả cũng có nhận định giống lúa có bộ rễ nhỏ sẽ có khả năng làm giảm phát thải khí mê tan do lượng chất tiết ra từ rễ cũng như các bon di động tiết ra ít hơn. Các giống có khả năng ơxy hố vùng rễ cao sẽ rất lý tưởng cho việc làm giảm khí mê tan phát thải ra khí quyển.
Với đặc trưng cơ cấu giống lúa ở Việt Nam, việc tìm ra những giống có lượng phát thải CH4 thấp khi canh tác, cho năng suất và chất lượng gạo tốt cũng mang một ý nghĩa rất quan trọng không chỉ nâng cao chất lượng thực phẩm mà cịn góp phần bảo về mơi trường sống nói chung.
4.3.2.4. Lượng CH4 phát thải từ đất trồng 3 giống lúa thí nghiệm
Đối với việc canh tác lúa trong sản xuất nông nghiệp, thu được năng suất cao là quan trọng nhất. Tuy nhiên về mặt bảo vệ môi trường, canh tác lúa phát thải ít CH4 lại là yếu tố quan trọng. Để dung hồ 2 xu hướng này thì đại lượng CH4 phát thải trên 1 lượng năng suất lúa được tạo ra cần được xem xét đến. Bảng 4.11 thể hiện giá trị trung bình giữa năng suất lúa và lượng CH4 phát thải vụ xuân và vụ mùa của 3 giống lúa thuần Khang Dân18, Bắc Thơm 7 và Q5.
Bảng 4.9. Lượng CH4 phát thải trung bình từ đất trồng giống lúa thí nghiệm
vụ xn vụ mùa
Cơng thức lượng phát thải lượng phát lượng phát thải lượng phát
thải/năng suất lúa thải/năng suất lúa
(kg CH4-C/ha) (kg CH4-C/ha)
(kg CH4-C/tạ thóc) (kg CH4-C/tạ thóc)
CT1 141,2 2,22 233,0 4,06
CT2 129,7 2,40 223,5 4,14
Bảng 4.9 cho thấy vụ xuân, giống Khang Dân 18 có năng suất trung bình 63,6 tạ/ha trong khi phát thải trung bình 141,2 kg CH4-C/ha và trung bình phát thải 2,22 kg CH4-C/tạ thóc, thấp nhất trong 3 giống trồng vụ xuân. Theo bảng số liệu, mặc dù lượng phát thải từ đất trồng giống Bắc Thơm 7 thấp nhất 129,7 kg CH4-C/ha nhưng năng suất lúa cũng thấp nhất 54,0 tạ/ha. Vì vậy, hiệu quả về phát thải so với năng suất của giống này vẫn cao hơn so với giống Bắc Thơm 7 ở mức 2,40 kg CH4-C/tạ thóc. Đối với giống Q5 cho năng suất lúa cao nhất đạt 68,5 tạ/ha và lượng phát thải cũng cao nhất là 168,0 kg CH4-C/ha, tương quan về
phát thải CH4 so với năng suất lúa cũng cao nhất trong 3 giống lúa làm thí nghiệm, đạt 2,45 kg CH4-C/tạ thóc.
Vụ mùa, mối tương quan giữa lượng CH4 phát thải so với năng suất lúa tăng so với vụ xuân do năng suất lúa giảm và tổng lượng CH4 phát thải tăng đối với đất trồng cả 3 giống lúa. Tuy nhiên, đối với giống Q5, tương quan giữa lượng phát thải so với năng suất lại thấp nhất do năng suất lúa của giống này đạt cao hơn giống Khang Dân 18 và Bắc Thơm 7 ở mức 3,82 kg CH4-C/tạ thóc, trong khi của giống Khang Dân 18 là 4,06 kg CH4-C/tạ thóc và của Bắc Thơm 7 là 4,14 kg CH4-C/tạ thóc.
Bảng 4.10. Ước tính lượng CH4 phát thải hằng năm của 3 giống lúa thí nghiệm vùng đồng bằng sơng Hồng Cường độ Công TT thức Cường độ phát thải vụ xuân Cường độ phát thải vụ mùa kg CH4-C/ha phát thải CH4 hằng năm Tổng lượng phát thải hằng năm tấn CO2 tương
Tổng diện tích 158.277 ha đất phù sa trung tính vùng đồng bằng sơng Hồng, có hệ số sử dụng đất trung bình 1,77, ở điều kiện được tưới, trồng các giống Khang Dân 18, Bắc Thơm 7 và Q5 sẽ phát thải từ đất trồng ra môi trường
đương
1 CT1 141,2 233,0 374,2 165.413,3
2 CT2 129,7 223,5 353,2 156.130,3
ước tính đạt tương ứng 165.413,3, 156.130,3, 188.709,0 tấn CO2 tương đương/năm.
4.3.2.5. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất lúa
a. Các yếu tố cấu thành năng suất
Các yếu tố cấu thành năng suất lúa của 3 giống thí nghiệm được thể hiện ở bảng 4.11. Số liệu cho thấy vụ xuân có số bơng/khóm cao hơn so với vụ mùa dẫn tới số lượng bơng/m2 có xu thế cao hơn do cấy cùng chung một mật độ như nhau, đây là một trong những yếu tố dẫn tới năng suất lúa vụ xuân cao hơn vụ mùa. Vụ xuân, giống Khang Dân 18 có giá trị bơng/khóm và bơng/m2 cao hơn 2 giống cịn lại, đạt 7,1 bơng/khóm và 224,5 bơng/m2. Tuy nhiên các con số này trong vụ mùa