Phần 2 Tổng quan nghiên cứu
2.5. Một số biện pháp làm giảm phát thải CH4
2.5.2. Áp dụng kỹ thuật canh tác hợp lý
Hiện nay có rất nhiều kỹ thuật được áp dụng và mang lại hiệu quả rất cao trong việc hạn chế phát thải khí nhà kính nói chung và CH4 nói riêng.
Lưu Thế Anh & cs. (2020) nghiên cứu đo đạc lượng phát thải CH4 từ hai hệ thống canh tác lúa nước gồm: chuyên 2 vụ lúa và 2 vụ lúa + 1 vụ màu tại xã Trực Hùng, huyện Trực Ninh, tỉnh Nam Định cho thấy, lượng khí thải CH4 trong ruộng chuyên 2 vụ lúa đạt cực đại là 413,7 mg/m2/ngày sau 61-67 ngày cấy; trong khi lượng phát thải CH4 trong ruộng 2 vụ lúa + 1 vụ màu đạt cực đại là 540,6 mg/m2/ngày sau 73-77 ngày cấy. Sự khác nhau này được giải thích do chế độ bón phân khác nhau giữa hai phương thức canh tác. Ruộng chuyên 2 vụ lúa chủ yếu sử dụng phân bón vơ cơ nên cây trồng dễ hấp thu hơn và cây lúa sinh trưởng nhanh hơn, do đó đỉnh phát thải khí CH4 cũng sớm hơn. Trong khi ruộng trồng 2 vụ lúa + 1 vụ màu chủ yếu bón phân chuồng hoai mục (phân compost) nên phải mất một thời gian để vi sinh vật phân giải, khiến cho giai đoạn phân hố địng của lúa muộn hơn và đỉnh phát thải khí CH4 cũng chậm hơn. Đây là lý do giải thích cho lượng CH4 phát thải trong đất trồng 2 vụ lúa + 1 vụ màu (quy đổi tương đương 2,668 tấn CO2/tấn thóc) cao hơn so với đất chuyên 2 vụ lúa (quy đổi tương đương 2,194 tấn CO2/tấn thóc).
Gupta & cs. (2016) đã nghiên cứu tác dụng của việc hạn chế phát thải khí nhà kính ở hệ thống canh tác lúa gạo - lúa mì thơng qua biện pháp trồng, tưới và bón phân tại New Delhi thấy rằng khi áp dụng 2 kỹ thuật canh tác: thứ nhất là "Khơng cấy lúa mì - gieo sạ lúa gạo" và "Khơng cấy lúa mì kết hợp bón rơm rạ vụ trước - gieo sạ lúa gạo" kết quả là tiềm năng nóng lên tồn cầu (GWP) giảm so với của cơng thức đối chứng "canh tác lúa mì có điều chỉnh (CTW) - cấy lúa gạo ruộng ngập (TPR)" từ 44-47% mà không làm giảm năng suất. Điều này là do CH4 phát thải thấp (82,3-87,2%) ở kỹ thuật gieo sạ trực tiếp (DSR) do đất khơng bị yếm khí so với cấy lúa trên ruộng ướt (TPR).
Jain & cs. (2014) đã nghiên cứu ảnh hưởng của các kỹ thuật canh tác lúa cải tiến (SRI - System of Rice Improvement) tới giảm phát thải khí nhà kính tại Viện nghiên cứu nơng nghiệp Ấn Độ, thành phố New Delhi thấy rằng lượng khí CH4 phát thải cao nhất theo mùa ở công thức đối chứng (22,59 kg/ha) và thấp nhất ở công thức áp dụng kỹ thuật MSRI (kỹ thuật MSRI là kỹ thuật được điều chỉnh từ kỹ thuật SRI) (8,16 kg/ha) tương đương giảm 61,1% và 64%. Áp dụng
kỹ thuật SRI và MSRI làm giảm 36% nước tới và giảm 4,42% và 2,2% về năng suất hạt so với công thức đối chứng.
Chen & cs. (2013) nghiên cứu về ảnh hưởng của mật độ cấy tới phát thải khí CO2, CH4 và N2O từ đất tại Trung Quốc. Mật độ cấy là 24 (theo tập quán), 16, 8 và 0 khóm/m2. Ở cơng thức lúa khơng trồng lúa (mật độ 0) cường độ phát thải CH4 đạt 1,9 0,4 mgC/m2/giờ. Ở mật độ 24 khóm/m2, lượng phát thải CH4 là 156 7 kgC/ha, mật độ cấy 8 khóm/m2 có lượng phát thải thấp hơn cơng thức cấy mật độ 24 khóm/m2 (P<0,05). Cơng thức cấy 16 khóm/m2 có giá trị lượng phát thải CH4 so với năng suất lúa là thấp nhất. Mật độ cấy 16 khóm/m2 là mật độ tốt nhất cân bằng giữa năng suất lúa với lượng phát thải khí nhà kính.
2.5.3. Lựa chọn giống lúa trồng có phát thải khí mê tan thấp từ đất
Nghiên cứu của Xu & cs. (2015) về ảnh hưởng của tưới tiết kiệm và giống lúa chống hạn tới phát thải khí nhà kính từ ruộng trồng lúa ở Trung Quốc. Nghiên cứu được tiến hành vào mùa khô, với 2 giống lúa FYY299 và HY3. Các tác giả cũng thấy giống lúa cũng có ảnh hưởng tới năng suất, cường độ phát thải khí nhà kính nói chung và khí CH4 nói riêng ở các chế độ nước mặt ruộng khác nhau. Giống chống hạn HY3 duy trì được năng suất, tiết kiệm nước tưới và giảm khí nhà kính nói chung ở chế độ tưới ngập kết hợp ẩm xen kẽ so với giống
FYY299 là giống địa phương được trồng phổ biến.
Nghiên cứu của Gutierrez & cs. (2013) về giống lúa tới phát thải khí CH4 và năng suất lúa tại Hàn Quốc cho thấy qua khảo sát 8 giống Japonica trên cùng một loại đất. Các tác giả đã nghiên cứu các giống lúa chín sớm 111 ngày với số ngày ngập nước 97 ngày và giống chính muộn 135 ngày trong đó có 121 ngày ngập nước thấy rằng, năng suất lúa có sự khác nhau giữa các giống nhưng khơng phụ thuộc vào các giống chín sớm hay chín muộn. Cường độ phát thải khí CH4
trung bình đạt từ 0,15-0,37 g/m2/ngày và tổng lượng phát thải đạt 20,0-50,0 g/m2/ngày. Tuy nhiên, các giống ngắn ngày, tổng lượng phát thải khí CH4 cũng khơng giảm so với giống dài ngày do thời kỳ chín, cây lúa phát thải không đáng kể.
Jiang & cs. (2013) đã nghiên cứu so sánh năng suất và phát thải CH4 của 2
giống lúa, giống siêu cao sản Ningjing 1 và giống truyền thống Zhendao 11 tại Trung Quốc. Kết quả cho thấy chưa có sự sai khác về sinh khối giữa hai giống này. Năng suất hạt của giống Ningjing 1 cao hơn trên 35% (P<0,05) nhưng lượng phát thải CH4 thấp hơn 35,2% (P<0,05) so với giống Zhendao 11. Giống Ningjing 1, lượng CH4 phát thải so với sinh khối và so với năng suất hạt tương
ứng là 3,8 mg/g và 5,2 mg/g, trong khi đối với giống Zhendao 11 là 7,4 mg/g và 12,8 mg/g. Sự tương quan giữa các yếu tố cấu thành năng suất với lượng CH4 phát thải, bộ rễ phát triển mạnh hơn của Ningjing 1 là yếu tố chính làm giảm phát thải so với Zhendao 11.
Nghiên cứu của Das & cs. (2008) tại Đông Bắc Ấn Độ, về cường độ phát thải CH4 của 2 giống lúa truyền thống (Oriza sativa L.) là Agni và Ranjit cho thấy: cả 2 giống này có cường độ phát thải lên cao nhất lần 1 ở thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng và đạt đỉnh lần thứ 2 vào thời kỳ đẻ nhánh rộ.
Gogoi & cs. (2005) đã nghiên cứu phát thải khí CH4 ở 2 loại đất vùng
Assam, Ấn Độ. Thí nghiệm thứ nhất trồng các giống Jaya và GRT trên loại đất thịt pha cát ở vùng trũng của thung lũng Brahmaputra và thí nghiệm thứ hai sử dụng giống Jyotiprasad và Bishnuprasad trên đất có thành phần cơ giới từ cát tới thịt pha cát ở vùng cao hơn của thung lũng này. Cường độ phát thải CH4 của giống Jyotiprasad và GRT cao hơn 2 giống còn lại theo thứ tự GRT (10,76 g/m2),
Jaya (9,98 g/m2), Bishnuprasad (9,74 g/m2) và Jyotiprasad (11,31 g/m2). Ở tất cả
các giống này, cường độ phát thải cao nhất ở 2 thời kỳ là đẻ nhánh và làm đòng. Số lượng lá và chỉ số diện tích lá (LAI) tương quan chặt với cường độ phát thải CH4.
Kerdchoechen (2005) nghiên cứu phát thải CH4 của 4 giống lúa Supanburi
1 (SP1), Supanburi 60 (SP60), Supanburi 90 (SP90) và Chainat 1 (CN1) tại Thái
Lan cho thấy lượng CH4 phát thải từ giống CN1 và SP1 cao hơn so với SP60 và SP90. Khối lượng thân và rễ lúa ở thời kỳ sinh trưởng khác nhau của giống SP1 và CN1 cao hơn (lượng CH4 phát thải nhiều hơn) so với SP60 và SP90 (là giống phát thải CH4 thấp hơn). Tác giả cũng nhận định, lượng CH4 sinh ra do một số đặc điểm của cây lúa và đây cũng là cơ sở để lựa chọn các giống phát thải thấp trong canh tác lúa.
Nghiên cứu của Setyanto & cs. (2004) về ảnh hưởng của giống lúa tới phát thải CH4 từ ruộng lúa nước vùng Jakenan, Trung Java, Indonesia đối với 4 giống lúa là Memberamo, Cisadane, IR64 và Way Apoburu ở cùng điều kiện tưới như nhau, bón 5 tấn phân chuồng/ha cho thấy cường độ phát thải trung bình đạt cao nhất ở giống Cisadane (94,8 kg CH4/ha) và thấp nhất là giống IR64 ở mức 37,7 kg CH4/ha. Các giống Memberamo và Way Apoburu có kết quả tương ứng
là 61,1 và 58,9 kg CH4/ha, giữa các giống khơng có sự khác nhau về năng suất, theo thứ tự Memberamo (5,882 tấn/ha), Cisadane (5,764 tấn/ha), IR64 (5,873 tấn/ha) và Way Apoburu (6,065 tấn/ha). Giữa các giống này cũng không khác nhau về sinh khối rễ, độ dài rễ hay số nhánh đẻ. Tuy nhiên, giống Cisadane có
hàm lượng chất khơ cao nhất là 222 g/khóm ở thời điểm 57 ngày sau cấy so với các giống khác từ 175-190 g/khóm. Cường độ phát thải CH4 có liên quan tới khối lượng rễ, độ dài rễ, sinh khối thân lá và số lượng nhánh đẻ. Các tác giả thấy rằng nếu trồng giống IR64 thì có thể làm giảm lượng phát thải CH4.
Jia & cs. (2002) nghiên cứu ảnh hưởng của giống lúa tới phát thải khí CH4
tại Trung Quốc với 3 giống lúa: Yanxuan, 72031 và 9516 ở các thời kỳ sinh trưởng khác nhau như hồi xanh, đẻ nhánh rộ, làm địng, chín và trước khi gặt cho thấy Yanxuan có cường độ phát thải cao nhất 5,98 µg CH4/m2/giờ tiếp theo là giống 72031 phát thải 4,48 µg CH4/m2/giờ và giống 9516 có cường độ phát thải 3,34 µg CH4/m2/giờ. Đất trồng lúa giống Yanxuan có cường độ phát thải lớn nhất đạt 18,0 µg CH4/kg đất/giờ tiếp theo là đất trồng giống 9516 đạt 17,5 µg CH4/kg đất/giờ.
Wassmann & cs. (2002) nghiên cứu sự phát thải CH4 của 9 giống lúa chia thành 3 nhóm tại Philippin trong 9 vụ liên tiếp từ 1993 đến 1999 gồm các giống
IR72, IR52, PSBRc20, PSBRc14, các giống thân lùn năng suất cao; giống thân
cao truyền thống Dular, Intan, giống lúa lai Magat và các giống có tiềm năng năng suất lúc đó đang được lại tạo là IR65597, IR65600. Ở ruộng lúa được bón phân vơ cơ, cường độ phát thải trung bình theo mùa từ 20-89 mg CH4/m2/ngày còn các ruộng được bón phân hữu cơ, cường độ phát thải từ 129-143 mg CH4/m2/ngày.
Shin & Yun (2000) nghiên cứu về sự phát thải CH4 của 8 giống lúa tại Hàn Quốc có cùng điều kiện canh tác cho thấy giá trị phát thải trung bình ngày và theo mùa có xu hướng tương tự như nhau ở các giống khác nhau. Cụ thể, cường độ phát thải (g CH4/m2) của giống Dasanyeo (36,9) < Ilpumbyeo (42,9) <
Gyehwabyeo (47,8) < Daeanbyeo (50,9) < Dongjinbyeo (58,8) < Hwaseongbyeo
(59,7) < Odeabyeo (62,9) < Mangeumbyeo (76,0).
Wang & Adachi (2000) nghiên cứu phát thải CH4 của 3 giống lúa thấy rằng giống IR65598 có hoạt động oxy hoá cao hơn giống IR72 và Chiyonishiki. Ơxy vùng rễ của các giống lúa khơng khác nhau nhiều ở thời kỳ sinh trưởng sinh thực. Điều này cho thấy ở thời kỳ này, giống lúa không liên quan tới sự phát thải khí CH4. Sau thời kỳ cấy - hồi xanh, mật độ vi sinh vật sinh mê tan trong đất vùng rễ, trồng giống lúa khác nhau thấy có sự khác nhau đáng kể. Các tác giả cũng đưa ra kết luận: Các giống lúa có ít nhánh vơ hiệu, hệ rễ nhỏ, hoạt độ ơxy hố vùng rễ mạnh và có yếu tố cấu thành năng suất cao sẽ là những giống lý tưởng làm giảm phát thải khí CH4.
Nghiên cứu ảnh hưởng của phát thải CH4 do giống lúa tại Bắc Kinh, Trung Quốc của Wang & cs. (1999) với 3 giống lúa Jingyou, Zhonghua và
Zhongzhuo thấy rằng giống Jingyou có cường độ phát thải lớn nhất tiếp theo là
Zhonghua và Zhongzhou có cường độ phát thải thấp nhất. Lượng phát thải của
các giống này theo mùa là quan hệ tỷ lệ thuận với hàm lượng chất khô của cây lúa và khối lượng rễ nhưng khơng có liên hệ với năng suất lúa. Các tác giả cũng thấy rằng tốc độ phát thải các giống lúa này khá tương đồng nhau.
Satpathy & cs. (1998) đã nghiên cứu sự phát thải của 10 giống lúa tại Cuttack, Ấn Độ trồng trong cùng điều kiện, thấy rằng lượng phát thải khí mê tan từ đất đạt 4,61-20,25 g/m2. Các tác giả này cũng nghiên cứu sự tương quan một số yếu tố như thế ơxy hố - khử vùng rễ, sinh khối rễ và thân, năng suất hạt và sinh khối rơm rạ, thời gian sinh trưởng, diện tích lá, hoạt độ ơxy hố vùng rễ thì chỉ hoạt độ ơxy hố vùng rễ có tương quan âm với phát thải khí CH4.
Nghiên cứu của Kesheng & Zhen (1997) 4 giống lúa là Qiuguang, nếp Bắc Kinh, 83812 và Bắc Kinh 15 trên cùng một cánh đồng tại Trung Quốc cho
thấy cường độ phát thải khí CH4 giống 93812 phát thải CH4 gấp 5 lần giống
Qiuguang. Bón phân hữu cơ cùng với (NH4)2SO4 ở thời kỳ bón lót và bón thúc ở
các thời kỳ sinh trưởng khác nhau so với khơng bón thúc thì giảm phát thải CH4
tới 58% và tăng năng suất lúa 31,7%.
Các nhà nghiên cứu tại bang Lusiana, Mỹ (Lindau & cs., 1995) nghiên cứu 6 giống lúa địa phương Oryza sativa L. thấy rằng các giống lúa thân lùn có lượng phát thải khí CH4 thấp hơn đáng kể (185 kg/ha) so với các giống lúa cao cây (300 kg CH4/ha) ở vụ thứ nhất trong năm. Ở vụ thứ 2, lượng phát thải của giống lúa thân lùn đạt 540 kg CH4/ha so với 830 kg CH4/ha ở giống lúa cao cây.
2.5.4. Bón phân hợp lý làm giảm phát thải khí mê tan
CH4 phát thải cũng ảnh hưởng bởi loại, lượng và phương pháp bón phân. Một số nghiên cứu gần đây cho thấy nếu bón phân đạm đúng cách có thể làm giảm 30%-50% lượng CH4 phát thải.
Zhong & cs. (2016) nghiên cứu về mức bón đạm thích hợp để giảm phát thải khí nhà kính và để đảm bảo năng suất lúa tại Trung Quốc với 6 mức bón 0 kg N/ha, 75 kg N/ha, 150 kg N/ha, 225 kgN/ha, 300 kg N/ha và 375 kg N/ha. Kết quả chỉ ra rằng hiệu suất nóng lên tồn cầu (GWP) và năng suất lúa đều tăng khi tăng lượng phân urê. Cường độ phát thải CH4 đạt cao nhất xuất hiện ở thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng và phát thải khí này phụ thuộc vào chế độ nước mặt
ruộng là chính. Cũng theo nghiên cứu này thì ở mức bón 225 kg N/ha là thích hợp nhất cho việc hạn chế phát thải khí nhà kính khi so với năng suất lúa.
Linquist & cs. (2012) nghiên cứu quản lý sử dụng phân bón tới phát thải khí nhà kính thấy rằng bón phân đạm với liều lượng thấp (79 kg N/ha) làm tăng phát thải CH4 18% so với không bón đạm, trong khi bón ở mức cao (249 kg N/ha) lại làm giảm phát thải 15%. Khi thay thế phân urê bằng phân amôn sunphat ở cùng liều lượng, làm giảm đáng kể phát thải CH4 (trên 40%) mà không làm tăng phát thải N2O. Khi sử dụng Dicyandiamide (DCD) một chất ức chế phản ứng phản đạm, làm cho phát thải CH4 và N2O giảm lần lượt là 18% và 29%. Khi so sánh bón phân đạm vơ cơ, bón phân chuồng làm tăng phát thải CH4 26%
và bón phân xanh (Sesbania rostrata) làm tăng phát thải 192%. Bón phân chuồng hay phân xanh đều làm tăng phát thải N2O. Bón phân chứa gốc sunphat ở mức 208 kg S/ha và 992 kg S/ha làm giảm phát thải CH4 lần lượt là 28% và 53%.
Ali & cs. (2012) nghiên cứu phát thải CH4 tại 2 vùng sinh thái khác nhau, vùng đất cao và vùng đất thấp ở Bangladesh. Các cơng thức thí nghiệm gồm: bón 250 kg urê/ha; urê + 1 tấn tro than/ha, urê + 90 kg phosphogypsum/ha, urê + 150 kg phân silicat/ha, urê (giảm 25%) + Cyanobacteria + 1 tấn bèo hoa dâu/ha. Kết quả thí nghiệm cho thấy ở vùng đất cao, tổng lượng CH4 phát thải theo mùa giảm so với các công thức ở vùng đất thấp 12%-21% và năng suất lúa tăng 4%-18%. Ở vùng đất cao, lượng CH4 phát thải giảm 11%-26% và tăng năng suất lúa 4,5%- 24%. Bón kết hợp phân silicat với urê và silicat với amôn sunphat làm giảm phát thải lần lượt 18%-23% và 21%-26% đồng thời làm tăng năng suất lần lượt 18%- 24% và 16%-18% ở cả hai vùng.
Dong & cs. (2011) nghiên cứu tại vùng đồng bằng sông Yangtze, Trung Quốc về ảnh hưởng của liều lượng phân urê kết hợp với NH4H2PO4 tới phát thải CH4 từ ruộng trồng lúa nước. Thí nghiệm thực hiện ở chế độ nước: tưới ngập - rút nước giữa vụ - tưới ngập trở lại. Lượng CH4 phát thải trung bình theo vụ là 221 kg/ha, 136 kg/ha, 112 kg/ha lần lượt đối với các cơng thức bón 0, 150 và 250