Phần 2 Tổng quan nghiên cứu
2.4. Một số phương pháp xác định ch4 phát thải từ đất
Phương pháp sử dụng buồng kín là một trong những phương pháp thơng dụng nhất trên thế giới hiện nay. Buồng kín có dạng hình hộp, kín 5 mặt và một mặt hở để tiếp xúc với mặt đất. Vách của buồng kín được làm bằng tấm nhựa acrylic trong suốt. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc buồng kín chụp vào cây lúa, sự tăng nồng độ khí trong buồng kín theo thời gian do tích tụ khí phát thải từ đất được giữ lại bên trong. Khơng khí bên trong buồng kín được đảo trộn đều bằng quạt. Mẫu khí được lấy ở các thời gian nhất định là 0 phút, 15 phút, 30 phút… và khơng q 2 giờ sau khi úp buồng kín trên mặt đất. Các mẫu khí trong buồng kín được hút bằng xylanh, bơm vào các lọ thuỷ tinh đã hút chân không để lưu mẫu và được xác định nồng độ sớm nhất có thể để tránh bị mất khí.
Đường hút khí có nắp cao su Quạt đảo khí bên trong buồng kín Tấm vách ngăn trong suốt bằng vật
liệu Acrylic
Chân đế
Hình 2.3. Phương pháp lấy mẫu khí CH4 bằng buồng kín
Nguồn: Theivasigamani Parthasarathi & cs. (2019) Xác định nồng độ khí CH4 bằng phương pháp sắc ký khí với detector FID (Flame Ionization Detector). Sau khi đã xác định được nồng độ của CH4 ở các
thời điểm lấy mẫu khác nhau, dựa vào cơng thức để tính tốc độ phát thải khí CH4:
F V A C t 273T
Trong đó: F là tốc độ phát thải mê tan (mg CH4/m2/giờ); : mật độ của khí CH4; V: là thể tích buồng kín (V=A.h, m3); A: diện tích bề mặt đất được bao phủ buồng kín (m2); h: chiều cao của buồng kín (m); C / t : tốc độ tăng nồng độ khí CH4 trong buồng kín (mg/m3/giờ); T: Nhiệt độ tuyệt đối (T=273 + nhiệt độ trong buồng kín khi lấy mẫu, đơn vị độ C).
Bên cạnh phương pháp xác định phát thải khí CH4 bằng buồng kín thì phương pháp tính tốn tổng hợp nhiều biến trong khơng gian (Eddy covariance technique) là phương pháp đang được sử dụng phổ biến hiện nay.
Phương pháp này là dựa trên thống kê, tính tốn kết quả đo của nhiều biến trong khơng gian 3D ở các tầng khơng khí theo chiều thẳng đứng như tốc độ gió, nồng độ CH4 và nhiệt độ khơng khí… (Foken & cs., 2012; Burba, 2013) sau đó tổ hợp, tính tốn và đưa ra kết quả theo cơng thức:
F a w s
Trong đó:
F là cường độ phát thải;
là giá trị trung bình của mật độ khí ở các độ cao khác nhau
w là giá trị trung bình của tốc độ gió ở độ cao khác nhau
s là giá trị trung bình của nồng độ khí CH4 ở độ cao khác nhau Do sự phát triển của khoa học cơng nghệ, các kết quả nghiên cứu phát thải khí nhà kính nói chung và khí mê tan nói riêng bằng phương pháp tổng hợp nhiều biến trong không gian (Eddy Covariance tecnique) đang ngày càng được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Phương pháp này đáng tin cậy, dễ thực hiện thông qua các trạm đo lắp đặt trên đồng ruộng và đặc biệt có thể theo dõi trong thời gian dài.
Lingfei & cs. (2013) so sánh giữa phương pháp xác định phát thải khí mê tan bằng sử dụng cơng nghệ phân tích tổng hợp nhiều biến trong khơng gian và phương pháp buồng kín tại vùng đất ngập nước tại vùng Tây Tạng, cho biết 2
phương pháp này cho kết quả chu kỳ phát thải hàng ngày khác nhau. Trong khi phương phương pháp phân tích lượng phát thải tự động dùng buồng kín có tương quan dương với nhiệt độ đất trong khi phương pháp sử dụng công nghệ phân tích nhiều biến trong khơng gian lại có mối liên hệ rất chặt với lượng bức xạ mặt trời và lượng khí CO2 phát thải vào ban ngày nhưng lại có tương quan chặt với nhiệt độ đất vào ban đêm. Phương pháp xác định thủ cơng sử dụng buồng kín cho kết quả phát thải cao hơn tương ứng 25,3% và 7,6% so với phương pháp sử dụng cơng nghệ phân tích nhiều biến trong khơng gian và phương pháp xác định tự động sử dụng buồng kín trong khoảng thời gian 9-12 giờ.
Nghiên cứu của Alberto & cs. (2014) tại Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI), Philippins cho biết, áp dụng công nghệ phân tích tổng hợp nhiều biến trong khơng gian bằng việc đo các biến số ảnh hưởng tới phát thải khí mê tan từ đất. Phương pháp này tổng hợp từ nhiều số liệu khác nhau được đo 24/24. Lượng khí CH4 phát thải từ ruộng lúa nước được theo dõi trong vụ lúa vào mùa khô năm 2013. Số liệu cho biết các chu kỳ phát thải hằng ngày từ đất trồng lúa ở các thời kỳ sinh trưởng khác nhau như trước cấy, hồi xanh, làm địng, chín và sau khi gặt. Chu kỳ phát thải hằng ngày bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ (khơng khí, nhiệt độ đất và nhiệt độ nước tưới mặt ruộng), năng lượng bức xạ mặt đất (bức xạ mặt trời, bức xạ nhiệt của mặt đất...) và lượng CO2 trao đổi sinh học (quang hợp và hô hấp). Các tác giả cũng cho biết lượng phát thải khí mê tan ảnh hưởng trước tiên do điều tiết nước và thời kỳ sinh trưởng của cây lúa.
Miyata & cs. (2000) nghiên cứu phát thải CO2 và CH4 ở ruộng lúa khơng ngập nước liên tục có sử dụng phương pháp tính tốn tổng hợp nhiều biến trong khơng gian tại Nhật Bản cho kết quả là phát thải ban ngày 5 giờ đến 19 giờ là từ 43-52 mg CH4/m2 sau đó giảm cịn 30-33 mg CH4/m2 do ngập nước. Phát thải CH4 ban đêm (từ 19 giờ hôm trước tới 5 giờ hôm sau) ở trong khoảng 15-28 mg CH4/m2. Cường độ phát thải CH4 trong những ngày được tháo cạn nước là từ 58- 80 mg CH4/m2 sau đó giảm xuống dưới 60 mg CH4/m2 khi được tưới ngập trở lại và đạt trung bình 53 mg CH4/m2.
Tseng & cs. (2010) nghiên cứu phát thải CH4 và CO2 trong thời kỳ lúa chín tại Cao Hùng, Đài Loan sử dụng phương pháp tính tốn tổng hợp nhiều biến trong không gian, cho thấy mê tan phát thải vào buổi đêm rất thấp, bắt đầu tăng
vào lúc 6,00 giờ và tiếp tục tăng. Theo tính tốn, giá trị phát thải trung bình ban ngày là 0,017 µmol/m2/giây.
Hình 2.4. Một trạm đo các thơng số đa biến trong không gian tại Philippin
Nguồn: Ma & cs. (2014)
Hong-Xing & cs. (2018) sử dụng phương pháp phân tích nhiều biến trong khơng gian để nghiên cứu các đặc điểm phát thải khí mê tan hàng ngày tại các cánh đồng lúa được tưới tại Yancheng, Tỉnh Jiangsu, phía Đơng Trung Quốc trong suốt vụ lúa năm 2016 cho biết cường độ phát thải khí này bắt đầu tăng từ sau khi tưới ngập được 3 ngày, cường độ phát thải đạt cao nhất đạt 0,37 gC/m2/ngày tại cuối thời kỳ kiến thiết (mùng 2 tháng 8) và trong thời kỳ này cũng quan sát thấy chu kỳ phát thải ban ngày của khí mê tan có một giá trị cao nhất (1 đỉnh). Cường độ phát thải bắt đầu tăng sau khi mặt trời mọc và đạt đỉnh trong khoảng 14 giờ 30 phút chiều nhưng chu kỳ này lại không xuất hiện ở thời kỳ làm địng và chín. Chu kỳ nhiệt độ đất và tổng cường độ quang hợp của hệ sinh thái ban ngày tỉ lệ với cường độ phát thải khí mê tan. Giá trị F test cho thấy nhiệt độ đất và độ ẩm đất là những nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới phát thải khí mê tan từ ruộng lúa.
Kuo-Hsin & cs. (2010) xác định lượng khí mê tan và cacbonic phát thải trong suốt thời kỳ lúa chín tại Cao Hùng, Đài Loan bằng việc sử dụng kỹ thuật phân tích nhiều biến trong khơng gian cho thấy trong suốt thời kỳ này, nồng độ CH4 trung bình tại độ cao dưới 22,2 m trên mặt đất và cao hơn 27,5 m tương ứng quanh giá trị 2,04 ppm và 2,01 ppm. Các tác giả cũng cho biết bức xạ nhiệt của đất có tương quan dương với phát thải khí mê tan. Trong suốt thời kỳ lúa chín, hệ sinh thái trồng lúa nước đóng vai trị là nguồn phát thải CH4 và CO2. Trong khung thời gian 100 năm, các tác giả cho rằng tiềm năng nóng lên tồn cầu của 2 khí này tại điểm thí nghiệm đạt tương ứng 0,16 và 0,71 mol/m2/giây quy về CO2. Tổng tiềm năng nóng lên tồn cầu phát thải ra (CH4 và CO2) là 0,86 mol/m2/giây quy về CO2 trong đó lượng CH4 và CO2 đóng góp tương ứng 18% và 82%.
Cả hai phương pháp buồng kín và tổng hợp nhiều biến trong khơng gian có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau. Phương pháp buồng kín cho kết quả phát thải CH4 tại một khoảng thời gian ngắn và diện tích hẹp (dưới 1 m2) trong khi phương pháp tính tốn tổng hợp nhiều biến trong khơng gian tính tốn các thơng số theo thời gian, khơng gian để có được số liệu tổng hợp và được áp dụng đo với diện tích rộng (trên 1 ha).