ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
*****************
NGÔ ĐỨC MINH
NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỰ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH
(CH4, N2O) TRONG MÔI TRƢỜNG ĐẤT LÚA
LƢU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN, TỈNH QUẢNG NAM
Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 62440301
DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG
Hà Nội - 2017
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học
Quốc gia Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải
2. PGS.TS. Mai Văn Trịnh
Phản biện 1: …………………………………….
Phản biện 2: …………………………………….
Phản biện 3: …………………………………….
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận án Tiến sĩ cấp Đại học
Quốc gia tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội vào hồi…….giờ……., ngày
………tháng……….năm…….....
Có thể tìm hiểu Luận án Tiến sĩ tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam;
- Trung tâm thông tin Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn (VG-TB) là một trong những lưu vực sông lớn nhất
và cũng là vùng kinh tế và nông nghiệp trọng điểm ở khu vực Nam Trung Bộ. Lưu vực sông
VG-TB có diện tích đất trồng trọt trên 120.000 ha, trong đó gần 50% được sử dụng cho
canh tác lúa (tương đương 60.700 ha). Đây là vùng sản xuất lúa lớn thứ hai ở khu vực Nam
Trung Bộ. Lúa được coi là cây lương thực quan trọng nhất tại khu vực này [Sở Nông nghiệp
và PTNT Quảng Nam, 2014].
Hiện nay, Việt Nam đã có khá nhiều các nghiên cứu về phát thải KNK (đặc biệt là
các nghiên cứu trên đồng ruộng) nhưng tập trung chủ yếu tại đồng bằng sông Hồng và đồng
bằng sông Cửu Long. Tuy nhiên, các nghiên cứu về phát thải CH4, N2O tại các vùng trồng
lúa nhỏ hơn, hầu như chưa được tiến hành. Ngoài ra, mặc dù kỹ thuật, quy trình đo và quan
trắc KNK quy mô điểm trong canh tác lúa gần đây đã được cải thiện đáng kể, nhưng những
dự báo phát thải KNK trong canh tác lúa quy mô vùng sinh thái hay toàn quốc vẫn còn
nhiều khá hạn chế do thiếu phương pháp/công cụ tính toán đủ tin cậy và toàn diện. Cho đến
nay, việc áp dụng mô hình DNDC để ước lượng phát thải CH4, N2O từ các hệ sinh thái nông
nghiệp đã dần được quan tâm. Tuy nhiên, do thiếu dữ liệu/thông số thực tế để kiểm chứng
và hiệu chỉnh mô hình cho phù hợp nên phần lớn các nghiên cứu trên vẫn phải sử dụng các
thông số mặc định hay dữ liệu tham khảo để chạy mô hình DNDC.
Xuất phát từ những vấn đề lý luận trên cùng với yêu cầu cấp bách về việc lựa chọn,
hoàn thiện phương pháp tính toán đủ tin cậy, nhanh chóng, ít chi phí để phục vụ cho nghiên
cứu động thái phát thải KNK trong đất lúa ở quy mô điểm, tính toán mức phát thải và phân
bố không gian phát thải KNK từ canh tác lúa ở quy mô vùng, chúng tôi tiến hành đề tài:
“Nghiên cứu mô phỏng sự phát thải khí nhà kính (CH4, N2O) trong môi trường đất lúa
lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, tỉnh Quảng Nam”.
2. Mục tiêu, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu này được thực hiện với các mục tiêu sau:
- Xác định động thái phát thải CH4 và N2O từ môi trường đất lúa nước trong mối
quan hệ với một số yếu tố khí hậu, tính chất đất và biện pháp canh tác.
- Xác định tác động tiềm năng của các biện pháp canh tác thay thế khác nhau đối với
mức phát thải CH4 và N2O cũng như năng suất lúa (tập trung vào đánh giá ảnh hưởng của
các biện pháp tưới tới sự phát thải CH4 và N2O).
- Ước tính phát thải và lập bản đồ phát thải CH4 và N2O quy mô toàn vùng.
- Đề xuất hệ số phát thải CH4 và hệ số tỷ lệ của các chế độ tưới cho vùng nghiên cứu
và lộ trình áp dụng chế độ tưới tiết kiệm để vừa giảm phát thải KNK, vừa duy trì được năng
suất lúa.
2
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Đề tài tập trung nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của các
biện pháp tưới tới sự phát thải CH4 và N2O của các hệ canh tác có lúa thuộc lưu vực sông
Vu Gia – Thu Bồn, làm cơ sở cho hiệu chỉnh mô hình sinh địa hóa DNDC.
- Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tiến hành nghiên cứu thực nghiệm trên 2 điểm thuộc hai
vùng canh tác lúa chính, điển hình của lưu vực VG-TB: (i) huyện Đại Lộc - đại diện cho
vùng trung du và (ii) huyện Duy Xuyên - đại diện cho vùng đồng bằng thấp. Sau đó, sử
dụng mô hình DNDC đã hiệu chỉnh để tính toán tổng lượng phát thải toàn lưu vực sông Vu
Gia – Thu Bồn.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
3.1. Ý nghĩa khoa học
- Cung cấp bằng chứng khoa học và cơ sở dữ liệu cho việc hiệu chỉnh, thẩm định,
kiểm tra độ chính xác của mô hình DNDC (phần mềm kiểm kê phát thải KNK từ canh tác
lúa), trước khi sử dụng mô hình để tính toán mức phát thải và tiềm năng giảm phát thải của
chế độ tưới tiết kiệm cho vùng nghiên cứu.
- Cung cấp thêm các bằng cơ sở khoa học và dữ liệu tham khảo cho các nghiên cứu
giảm thiểu phát thải KNK trong nông nghiệp ở Việt Nam.
- Cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu tham khảo cho việc nghiên cứu và đề xuất biện
pháp canh tác phù hợp cho canh tác lúa bền vững (vừa đảm bảo được năng suất, vừa giảm
phát thải khí nhà kính) tại lưu vực sông Vu Gia Thu Bồn.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Những kết quả thu được từ nghiên cứu này sẽ là dữ liệu cơ sở có giá trị trong công
tác kiểm kê KNK từ sản xuất nông nghiệp nói chung và sản xuất lúa nói riêng của toàn vùng
và các khu vực có điều kiện tương tự ở Việt Nam.
Các kết quả nghiên cứu còn có thể được sử dụng trong lập kế hoạch quản lý đất đai
với trọng tâm là các lồng ghép các chiến lược giảm nhẹ BĐKH vào trong các dự án, chương
trình phát triển nông nghiệp ở khu vực ven biển miền Trung Việt Nam.
4. Những đóng góp mới của đề tài:
- Nghiên cứu này là một trong những nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam kết hợp 3
thành phần trong một nghiên cứu điển hình ở Việt Nam: (i) dữ liệu thực địa về lượng phát
thải KNK (ii) dữ liệu về phương canh tác được thu thập từ nông dân địa phương … (iii) các
kết quả định lượng về lượng phát thải KNK bằng mô hình DNDC đã được hiệu chuẩn và
kiểm định
- Sử dụng kỹ thuật GIS để tích hợp kết quả tính toán từ mô hình DNDC vào hiện thị
trên bản đồ để mô tả phân bố không gian các vùng với các mức độ phát thải CH4 và N2O
khác nhau, dựa trên các chế độ tưới khác nhau.
3
- Đề xuất hệ số phát thải (EF) và hệ số tỷ lệ đối với các chế độ tưới (SFw) (sử dụng
để tính toán kiêm kê KNK theo Tier 2 của IPCC) riêng cho khu vực nghiên cứu, một trong
những vùng canh tác lúa chính ở duyên hải miền Trung Việt Nam.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1. Khí nhà kính và hiệu ứng ấm lên toàn cầu
Biến đổi khí hậu toàn cầu đang trở thành một vấn đề “thời sự” trong khoa học và chính trị
hiện nay. Có rất nhiều tranh cãi về nguyên nhân gây ra biến đổi khí hậu: do hoạt động của
con người hay hoạt động chính tự nhiên. Tuy nhiên, qua các quan trắc và nghiên cứu lâu dài
trên phạm vi toàn thế giới, các nghiên cứu khoa học đã chứng minh rằng: sự thay đổi khí
hậu đương đại (ví dụ như tăng nhiệt độ) chủ yếu là do sự phát thải các khí nhà kính (KNK)
từ các hoạt động của con người, bao gồm: gồm hơi nước (H2O), cácbon điôxít (CO2), mê-
tan (CH4), ôxit-nitơ (N2O), ozone (O3), các khí chlorofluorocacbon CFC… [IPCC, 2007].
Nếu như sự gia tăng nồng độ và lượng khí CO2 trong khí quyển chủ yếu do sử dụng nhiên
liệu hoá thạch và thay đổi sử dụng đất, thì CH4 và N2O phát thải chủ yếu từ hoạt động nông
nghiệp [IPCC, 2007]. Cácbon điôxit (CO2), khí mê-tan (CH4), và ôxit nitơ (N2O) là các khí
nhà kính quan trọng góp phần gây ra hiệu ứng ấm lên toàn cầu ở mức tương ứng là 60%,
15% và 5% [IPCC 2007].
1.2. Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp trên thế giới và ở Việt Nam
1.2.1. Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp trên thế giới
Theo Ủy Ban Liên Chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC), 3 loại KNK được quan
tâm nhất trong nông nghiệp là CO2 (45%), CH4 (44%) và N2O (11%); trong đó 57,5% phát
thải từ canh tác lúa; 21,8% phát thải từ đất; 17,2% phát thải từ chăn nuôi; 3,5% từ đốt phụ
phẩm nông nghiệp, đốt đồng cỏ… Trong trồng trọt, lượng phát thải KNK trung bình từ canh
tác lúa là 20 tấn CO2 quy đổi/ha, mía 28 tấn CO2 quy đổi /ha, đậu tương 17 tấn CO2 quy
đổi/ha, sắn 12 tấn CO2 quy đổi/ha, lạc 10 tấn CO2 quy đổi/ha, ngô 7 tấn CO2 quy đổi/ha…
[dẫn theo Nguyễn Văn Bộ và cs,, 2016]
1.2.2. Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp tại Việt Nam
Tổng lượng KNK phát thải trong năm 2010 từ nông nghiệp là 88,35 triệu tấn CO2
tương đương, trong đó canh tác trồng lúa đóng góp 44,6 triệu tấn CO2 tương đương (chiếm
50,49%); còn lại 10,72% tổng lượng KNK phát thải từ quá trình lên men của động vật nhai
lại trong chăn nuôi:, 9,69% từ phân chuồng, 26,95% từ đất nông nghiệp và 2,15% từ phế
phụ phẩm nông nghiệp [MONRE, 2014].
1.3. Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa trên thế giới và ở Việt Nam
1.3.1. Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa trên thế giới
Lúa là cây lương thực chính của gần 50% dân số thế giới (Fageria và cộng sự, 2011).
Các cánh đồng lúa và các hệ thống canh tác có lúa được coi là một nguồn phát thải KNK