Dự thảo tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học Môi trường: Nghiên cứu sự phát thải khí nhà kính trong hệ thống canh tác lúa nước tại Nam Định và đề xuất các giải pháp giảm thiểu

Chia sẻ: Acacia2510 _Acacia2510 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là mô phỏng và tính toán lượng CH4, N2O phát thải từ các hệ thống cây trồng có lúa tại vùng ven biển và trên toàn tỉnh Nam Định Đánh giá tiềm năng giảm phát thải CH4, N2O của các biện pháp canh tác cải tiến được xây dựng; từ đó đề xuất một số giải pháp giảm thiểu phát thải CH4, N2O tiềm năng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Dự thảo tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học Môi trường: Nghiên cứu sự phát thải khí nhà kính trong hệ thống canh tác lúa nước tại Nam Định và đề xuất các giải pháp giảm thiểu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ***************** NGUYỄN LÊ TRANG NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG HỆ THỐNG CANH TÁC LÚA NƢỚC TẠI NAM ĐỊNH VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 9440301.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2019
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. Mai Văn Trịnh PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải 2. PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải 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 họp tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 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.
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Lúa là cây lương thực quan trọng bậc nhất của nhiều nước trên thế giới với tổng diện tích gieo trồng lúa toàn cầu là 161,62 triệu ha với sản lượng thóc 728,07 triệu tấn, tương đương 487,35 triệu tấn gạo (USDA, 2018). Sản xuất nông nghiệp nói chung và lúa gạo nói riêng đã và đang đối mặt với nhiều tác động nghiêm trọng do biến đổi khí hậu, nước biển dâng, khí hậu cực đoan. (MONRE, 2014) Hoạt động sản xuất nông nghiệp đã có từ lâu đời, đóng góp vào sự gia tăng hàm lượng các khí nhà kính (CO2, CH4, N2O) trong khí quyển. Tổng phát thải KNK của Việt Nam là 293,3 triệu tấn CO2-e và ước tính cho năm 2020 và 2030 (không bao gồm lĩnh vực các quá trình công nghiệp) tương ứng năm 2020 là 474,1 triệu tấn CO2- eq năm 2030 là 787,4 triệu tấn CO2-e. Trong đó, phát thải KNK từ Nông nghiệp là 89,4 triệu tấn CO2-e vào năm 2013; 100,8 triệu tấn CO2-eq vào năm 2020 và 109,3 triệu tấn CO2-eq vào năm 2030. Nguồn phát thải chủ yếu là từ canh tác lúa nước, đốt phế phụ phẩm nông nghiệp và chất thải chăn nuôi (MONRE, 2015) Đặc biệt, phát thải KNK từ canh tác lúa là lớn nhất, đạt 44,1 triệu tấn CO 2e năm 2010, chiếm 49,3% tổng phát thải KNK trong lĩnh vực Nông nghiệp. Do vậy, tôi đã thực hiện: “Nghiên cứu sự phát thải khí nhà kính trong hệ thống canh tác lúa nước tại Nam Định và đề xuất các giải pháp giảm thiểu” nhằm góp thêm giải pháp thực hiện NDC của Việt Nam là giảm 8% KNK bằng nguồn lực trong nước và 25% với sự hỗ trợ của quốc tế. Nghiên cứu này là một phần trong kết quả của dự án ClimaViet, hợp tác giữa Việt Nam và Chính phủ Nauy với tên gọi: “Biến đổi khí hậu và những tác động đến sản xuất lúa tại Việt Nam: Thử nghiệm các giải pháp tiềm năng về thích ứng và giảm thiểu”, do Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam chủ trì thực hiện, giai đoạn 2014- 2016, cá nhân NCS trực tiếp thực hiện các nội dung nghiên cứu của luận án. 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: i) Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại phân đạm chậm tan, vật liệu hữu cơ đến sự phát thải khí nhà kính (CH4, N2O) trong hệ canh tác lúa nước tại Nam Định ii) Mô phỏng và tính toán lượng CH4, N2O phát thải từ các hệ thống cây trồng có lúa tại vùng ven biển và trên toàn tỉnh Nam Định
iii) Đánh giá tiềm năng giảm phát thải CH4, N2O của các biện pháp canh tác cải tiến được xây dựng; từ đó đề xuất một số giải pháp giảm thiểu phát thải CH4, N2O tiềm năng. 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Phát thải KNK (CH4, N2O) trên các nền phân hữu cơ, phân đạm chậm tan (Urea 46A+ và Urea-NEB26) trong ruộng lúa. - Phạm vi nghiên cứu: Thí nghiệm đồng ruộng được tiến hành trong 2 vụ liên tiếp (Vụ mùa 2014 và vụ Xuân 2015) trên đất phù sa và phù sa nhiễm mặn của tỉnh Nam Định, đại diện cho nhóm đất phù sa và phù sa nhiễm mặn hệ thống sông Hồng. Sau đó, sử dụng mô hình DNDC đã kiểm định để tính toán tổng lượng phát thải CH 4 và N2O từ canh tác lúa nước trên toàn tỉnh Nam Định. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3.1. Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu đã mô phỏng và đánh giá được phát thải KNK (CH4, N2O) của các hệ thống canh tác có lúa tại các tiểu vùng sinh thái điển hình của tỉnh Nam Định; xác định mức độ phát thải CH4, N2O khi áp dụng phân đạm chậm tan và phân hữu cơ. Nghiên cứu lần đầu tiên đánh giá được ảnh hưởng của phân đạm chậm tan đến phát thải KNK trong sản xuất lúa. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Các kết quả nghiên cứu là căn cứ đề xuất sử dụng phân đạm chậm tan và các vật liệu hữu cơ vừa đảm bảo sản xuất lúa hiệu quả vừa góp phần giảm thiểu phát thải KNK. Các khuyến nghị này hoàn toàn có thể chuyển giao cho hệ thống khuyến nông để đưa vào qui trình sản xuất lúa thông mình, thích ứng với BĐKH 4. Những đóng góp mới của đề tài: Luận án đã xác định được ảnh hưởng của các dạng đạm chậm tan (Urea 46A+ và Urea-NEB26) cũng như các vật liệu hữu cơ (phân bón hữu cơ, than sinh học) đến phát thải KNK (CH4, N2O) trong ruộng lúa nước. Các kết luận này là cơ sở khoa học quan trọng để xây dựng công thức bón phân phù hợp cho cây lúa trên đất phù sa và phù sa nhiễm mặn tại tỉnh Nam Định và có thể mô phỏng để sử dụng cho các địa phương trồng lúa có điều kiện tương tự.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1. Khí nhà kính và phát thải khí nhà kính Biến đổi khí hậu đang trở thành vấn đề toàn cầu trên bàn nghị sự của tất cả các quốc gia và tổ chức quốc tế. Các nhà khoa học đã nhất trí cho rằng thay đổi khí hậu hiện nay (ví dụ như tăng nhiệt độ) chủ yếu là do sự gia tăng bất thường khí nhà kính (KNK) trong khí quyển, chủ yếu là từ các hoạt động của con người, bao gồm: gồm hơi nước (H2O), các-bon điôxít (CO2), mê-tan (CH4), ôxit-nitơ (N2O), ozone (O3), các khí CFC. CH4 và N2O phát thải vào khí quyển chủ yếu từ hoạt động nông nghiệp chiếm tương ứng 52% và 75% [IPCC, 2007]. Khí CO2, CH4, và N2O là các KNK quan trọng góp phần gây ra hiệu ứng ấm lên toàn cầu ở mức 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 Nông nghiệp không phải là nguồn phát thải carbon dioxide (CO2) chính, nhưng nó là nguồn phát thải khí mê-tan (CH4) và ôxit nitơ (N2O) (Watson, 2015); Lượng khí thải phát ra trong quá trình sử dụng phân bón tổng hợp chiếm 12,6% lượng phát thải nông nghiệp vào năm 2014 và là nguồn phát thải khí tăng nhanh nhất với mức tăng 37% kể từ năm 2001 (FAO 2015) Khí nhà kính từ quá trình phân hủy sinh học ở ruộng lúa tạo ra khí methane chiếm 10% tổng lượng khí thải nông nghiệp, trong khi khí thải từ việc đốt đồng cỏ chiếm 5%. Theo số liệu của FAO, trong năm 2014, có tới 44,1% KNK liên quan đến nông nghiệp phát sinh ở châu Á, tiếp theo là Châu Mỹ (25,2%), châu Phi (15,9%), châu Âu (11,2%) và châu Đại dương (3,6%). 1.2.2. Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp tại Việt Nam Theo Báo cáo cập nhật hai năm một lần Lần thứ hai (2017) của Việt Nam cho Công ước khung của Liên hợp quốc về Biến đổi khí hậu, tổng lượng KNK phát thải của Việt Nam là 259,0 triệu tấn CO2 quy đổi khi có tính đến đóng góp của việc sử dụng, thay đổi sử dụng đất và trồng rừng (LULUCF). Trong đó, ngành năng lượng đóng góp phát thải KNK nhiều nhất (51,63%), tiếp đó là Nông nghiệp (30,49%), công nghiệp (10,8%) và chất thải (7,05%). Việc sử dụng, thay đổi sử dụng đất và trồng mới rừng đã giúp giảm 11,68% lượng KNK phát thải vào môi trường. Trong Nông nghiệp, phát thải KNK từ canh tác lúa nước nhiều nhất, chiếm 49,3%, đốt phụ phẩm 27%, đất nông nghiệp 26.7%, tiêu hóa thức ăn 11.4% và quản
lý chất thải (nông nghiệp) 9,9%. Do vậy, giải pháp tiềm năng giảm phát thải cũng sẽ tập trung trong kỹ thuật canh tác lúa, đốt phụ phẩm và cải tiến sử dụng đất Nông nghiệp (MONRE, 2017) 1.3. Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa nƣớc 1.3.1. Thực trạng sản xuất lúa gạo trên thế giới và ở Việt Nam Lúa là cây lương thực chính của gần 50% dân số thế giới (FAO, 2011). Diện tích trồng lúa trên thế giới đã mở rộng 30% so với năm 1961 và hiện tại ở mức 160 triệu ha. Bên cạnh đó, sản lượng lúa gạo năm 2016 đạt 741 triệu tấn, có mức tăng ấn tượng với gấp 3,5 lần so với 215 triệu tấn ở năm 1961. Châu Á là khu vực canh tác và sử dụng lúa gạo cao nhất trên thế giới, chiếm tới hơn 90% sản lượng lúa gạo trên toàn cầu (FAO, 2017). Tổng diện tích gieo cấy lúa ở Việt Nam năm 2018 đạt 7,57 triệu ha (chiếm 50,18% diện tích gieo trồng cả nước), giảm 135 nghìn ha (1.7%) so với năm 2017; Năng suất lúa trung bình đạt 5.81 tấn/ha, tăng 4,7%, do vậy, dù diện tích có giảm song sản lượng vẫn đạt 43.979 ngàn tấn, tăng 2,9% so với năm 2017 (MARD, 2017). 1.3.2. Phát thải KNK trong sản xuất lúa gạo trên thế giới và Việt Nam Với 167,2 triệu ha lúa nước (năm 2017), ước tính ngành này đã phát thải vào môi trường 529 triệu tấn CO2eq, chiếm 10% tổng lượng KNK phát thải từ ngành nông nghiệp. Tại Việt Nam, với diện tích canh tác lúa chiếm tới gần 70% diện tích đất sản xuất nông nghiệp, lúa nước đóng góp 57% trong tổng lượng KNK phát thải của ngành nông nghiệp với gần 37,4 triệu tấn CO2eq (năm 2014) gồm chủ yếu là các khí CH4 và N2O. (FAO, 2017). Hiện nay, Việt Nam với phương thức canh tác ngập nước và chế độ bón phân như hiện tại, môi trường yếm khí tạo điều kiện để vi sinh vật trong đất phân hủy các chất hữu cơ tạo thành CH4 và phân đạm dư trong đất phát thải ra lượng lớn khí N2O, khiến cho sản xuất lúa gạo trở thành nguồn phát thải KNK chính trong trồng trọt với 91% lượng khí phát thải so với các cây trồng còn lại. 1.4. Những yếu tố ảnh hƣởng đến phát thải KNK trong canh tác lúa nƣớc 1.4.1. Quá trình hình thành khí nhà kính trong canh tác lúa nƣớc. Methane (CH4) được sản sinh trong đất khi chất hữu cơ bị phân hủy dưới điều kiện yếm khí. Trong môi trường đất thiếu ôxy, quá trình phân hủy chất hữu cơ sẽ không triệt để và C chuyển thành CH4. Sau khi hình thành, CH4 được giải phóng vào khí quyển thông qua sự khuếch tán, sủi bọt khí và hệ thống mô khí của cây. Khí N2O trong ruộng lúa là sản phẩm trung gian được hình thành từ quá trình nitrat hóa (trong điều kiện ôxy hóa) và phản nitrat hóa (trong điều kiện khử). Trong
quá trình nitrat hóa, N2O được hình thành do sự chuyển hóa nitrite hoặc hydroxylamine. Trong quá trình phản nitrat, tỷ lệ N2O hình thành liên quan đến lượng N2 tăng khi O2 tăng lên và C giảm xuống. N2O được phát thải nhiều nhất ở Eh từ 200- 500 mV. 1.4.2. Những yếu tố ảnh hƣởng đến phát thải KNK trong canh tác lúa nƣớc. Một số yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sự hình thành và phát thải CH4 và N2O là chế độ nước (tưới tiêu), quản lý chất hữu cơ (tàn dư cây trồng, rơm rạ và phân hữu cơ…), khí hậu (nhiệt độ), tính chất đất (chất hữu cơ, pH và Eh, vi sinh vật), và các hoạt động canh tác khác như làm đất, bón phân… 1.5. Định hƣớng và các biện pháp thực hành nhằm cắt giảm phát thải khí nhà kính ở Việt Nam Việt Nam là một quốc gia đang phát triển, nguồn lực còn rất hạn chế, song luôn đi tiên phong trong thực hiện các cam kết quốc tế về BĐKH. Việt Nam cam kết đóng góp vô điều kiện đến năm 2030 Việt Nam sẽ giảm 8% lượng phát thải khí nhà kính so với BAU, trong đó: Cường độ phát thải trên một đơn vị GDP sẽ giảm 20% so với mức năm 2010; Độ che phủ rừng sẽ tăng lên 45%. Mức độ đóng góp có thể tăng lên 25% nếu nhận được sự hỗ trợ quốc tế thông qua hợp tác song phương và đa phương cũng như thông qua việc thực hiện các cơ chế mới theo Thỏa thuận Khí hậu Toàn cầu, trong đó cường độ phát thải trên một đơn vị GDP sẽ là giảm 30% so với năm 2010. Các biện pháp phổ biến để giảm thiểu phát thải N2O và CH4 đồng thời từ ruộng lúa: quản lý nước, quản lý các chất hữu cơ trong đất, quản lý phân bón, lựa chọn giống cây trồng phù hợp và một số phương pháp canh tác khác. 1.6. Kết luận rút ra từ tổng quan nghiên cứu Hoạt động nông nghiệp nói chung và canh tác lúa nói riêng là một trong những nguồn phát thải CH4 và N2O chính, đặc biệt ở các nước đang phát triển, đóng góp lớn vào việc gây hiệu ứng nhà kính toàn cầu. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến phát thải CH4 và N2O trên đất lúa ngập nước, trong đó chế độ tưới/nước và bón phân là những yếu tố chính. Khí CH4 phát thải từ ruộng lúa chủ yếu do quá trình phân giải chất hữu cơ ở điều kiện môi trường yếm khí và N2O phát thải từ sự phân giải đạm. Trong định hướng phát triển nông nghiệp hữu cơ, các giải pháp để vừa hướng tới một nền nông nghiệp sạch, vừa thân thiện với môi trường, giảm thiểu phát thải KNK, thì nghiên cứu
phương pháp sử dụng phân bón hữu cơ và phân đạm hợp lý là một nhiệm vụ cấp thiết. Mô hình sinh địa hóa DNDC là một trong những mô hình đã được kiểm định để tính toán, ước lượng và dự báo phát thải CH4 và N2O từ hoạt động sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là canh tác lúa nước, trong nghiên cứu này, được áp dụng trong việc kiểm kê phát thải KNK cho từng địa phương giúp địa phương có được chiến lược phát triển nông nghiệp nói chung và canh tác lúa nói riêng phù hợp CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng, vật liệu và phạm vi nghiên cứu: 2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu - Đất phù sa điển hình, nhiễm mặn nhẹ vụ xuân và phù sa nhiễm mặn hệ thống sông Hồng tại tỉnh Nam Định; - Lúa canh tác 2 vụ: Vụ Mùa 2014 và Vụ Xuân 2015 - Phân bón: Phân hữu cơ ủ, than sinh học, đạm urê, đạm chậm tan (đạm vàng- Agrotain và đạm xanh-NEB26) - Khí nhà kính: CH4 và N2O 2.1.2. Vật liệu nghiên cứu - Phân đạm trắng urê Ninh Bình; Phân đạm xanh urea + NEB26; Phân đạm phân giải chậm màu vàng cam urê + agrotain - Phân ủ; Than sinh học 2.1.3. Phạm vi nghiên cứu Các điểm nghiên cứu đồng ruộng được đặt tại thị trấn Thịnh Long, huyện Hải Hậu và Nông trường Rạng Đông, huyện Nghĩa Hưng. Điểm so sánh tại xã Hải Phúc, huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định Thời gian nghiên cứu: Các thí nghiệm cũng như điều tra được thực hiện trong giai đoạn 2014-2016 và phân tích kết quả điều tra, quan trắc và mô hình hóa trong giai đoạn 2016-2018. 2.2. Nội dung nghiên cứu: (1) Điều tra hiện trạng sản xuất lúa và bón phân cho lúa ở tỉnh Nam Định và điểm nghiên cứu (Huyện Hải Hậu và Nghĩa Hưng); (2) Xây dựng bộ dữ liệu hiện trạng sản xuất lúa của tỉnh để xác định phát thải KNK tiềm năng với các điều kiện khí hậu, đất đai, cây trồng và canh tác khác nhau;
(3) Tiến hành thí nghiệm đồng ruộng để đánh giá ảnh hưởng của các dạng phân đạm, chất hữu cơ đến phát thải CH4 và N2O và năng suất lúa. (4) Kết hợp mô hình hoá, hệ thống thông tin địa lí và đo đếm ngoài thực địa để tính toán và lập bản đồ phân bố lượng phát thải KNK trên các đơn vị bản đồ khác nhau; (5) Đề xuất giải pháp kỹ thuật giảm phát thải CH4 và N2O trên cơ sở kết quả nghiên cứu thu được . 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu: 2.3.1. Thu thập thông tin và điều tra khảo sát. - Số liệu thứ cấp (điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, sản xuất nông nghiệp và canh tác lúa) được thu thập từ các cơ quan chuyên ngành như: Tổng cục Thống kê, Bộ Nông nghiệp và PTNT, Sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh Nam Định. - Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Nam Định: Sử dụng kết quả điều tra của Viện Thổ nhưỡng Nông hóa (2016) - Số liệu khí tượng: Thu thập từ 04 trạm khí tượng (Nam Định, Thái Bình, Ninh Bình, Văn Lý) của 2 năm 2014-2015 - Số liệu sơ cấp: Thu thập thông qua điều tra nhanh nông dân vào tháng 3- 4/2014 với 80 hộ của 2 điểm thuộc 2 huyện được lựa chọn. 2.3.2. Thí nghiệm đồng ruộng 2.3.2.1. Địa điểm và thời gian thực hiện thí nghiệm Các thí nghiệm đồng ruộng được tiến hành trong hai vụ Vụ mùa 2014 và Vụ Xuân 2015 tại thị trấn Thịnh Long, huyện Hải Hậu và thị trấn Rạng Đông, huyện Nghĩa Hưg 2.3.2.2. Bố trí thí nghiệm - Thí nghiệm được bố trí theo kiểu khối hoàn chỉnh (CBD) với 3 lần nhắc lại, kích thước ô thí nghiệm 20 m2 (5mx4m) với 3 lần nhắc lạ nhằm đánh giá ảnh hưởng của phân bón đến phát thải CH4 và N2O. - Thí nghiệm được bố trí với 2 yếu tố: + Ảnh hưởng của phân đạm chậm tan đến sự phát thải CH4, N2O và đến năng suất lúa, sử dụng các loại phân giảm phân giải chậm + Ảnh hưởng của phân hữu cơ đến sự phát thải CH4, N2O và đến năng suất lúa, sử dụng các công thức kết hợp phân vô cơ như nông dân sử dụng kết hợp với phân ủ và than sinh học. 2.3.3. Quan trắc, lấy mẫu và đo đạc 2.3.3.1. Quan trắc các yếu tố môi trường, sinh trưởng và năng suất của lúa.
- Tính chất đất; - Độ mặn của nước trong ruộng - Các chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển của cây lúa: - Lượng phát thải khí CH4, N2O được đo 5 lần/vụ vào các giai đoạn hồi xanh, đẻ nhánh rộ, làm đòng, trỗ và chín sữa 2.3.3.2. Lấy mẫu khí Thu mẫu khí bằng phương pháp sử dụng buồng kín (Mai Văn Trịnh, 2016) với 5 đợt lấy mẫu, mỗi đợt lấy 3 lần và lặp lại 3 lần. Tổng số mẫu của 7 công thức trong 2 thí nghiệm trong 2 vụ là 1.260 mẫu. 2.3.3.3 Phương pháp phân tích khí Phương pháp phân tích khí: Sử dụng máy sắc kí khí Bruker 450-GC 2011với 2 đầu dẫn FID (phân tích CH4) và ECD (phân tích N2O) gắn với máy vi tính. 2.3.4. Phƣơng pháp mô hình hoá - Mô hình DNDC phiên bản 9.5 được sử dụng cho nghiên cứu này. DNDC là dạng mô hình sinh địa hóa trong đất, cho phép dự báo lượng các-bon được giữ lại trong đất, sự phát thải khí nhà kính (CH4, N2O...) từ các hệ sinh thái nông nghiệp. - Mô hình DNDC có 2 chế độ chạy: theo điểm (site mode) và theo vùng (regional mode). * Các dữ liệu đầu vào của mô hình: dữ liệu về khí tượng thủy văn (nhiệt độ, lượng mưa, tốc độ gió, bức xạ mặt trời, độ ẩm); dữ liệu về canh tác (giống, thời gian gieo cấy, phân bón, tưới nước, thu hoạch…); dữ liệu về đất đai (pH, tỷ trọng, TPCG, hàm lượng OC…). * Các dữ liệu đầu ra của mô hình: Lượng phát thải khí CH4, N2O trên một đơn vị diện tích canh tác lúa, nhiều chỉ số khác liên quan đến OC, Eh, độ ẩm đất… 2.3.5. Hệ thống thông tin địa lý và phƣơng pháp bản đồ Phương pháp xây dựng bản đồ: - Phân tích chồng xếp và hiển thị 2.3.6. Phƣơng pháp xử lý thống kê Số liệu điều tra và thí nghiệm được xử lý thống kê bằng phần mềm thống kê SPSS (Ver.19) và Statistic 9.0. Đồ thị được vẽ bằng chương trình Excel.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Thực trạng sản xuất nông nghiệp tỉnh Nam Định 3.1.1. Hiện trạng đất nông nghiệp tại tỉnh Nam Định Theo số liệu thống kê của tỉnh Nam Định năm 2015, tổng diện tích đất tự nhiên ở Nam Định là 166.854 ha, trong đó diện tích đất nông nghiệp là 113.001 ha với 76.380 ha là đất trồng lúa, diện tích đất phi nông nghiệp 50.691 ha và đất không sử dụng là 3.161 ha, tỉ lệ diện tích đất nông nghiệp so với diện tích tự nhiên của Nam Định tương đương trung bình của ĐBSH (67,7% so với 65%), song thấp hơn hẳn trung bình cả nước (81%). Nam Định có 5 loại đất chính (FAO-UNESCO-WRB) sau: i) Đất phù sa điển hình (32,1 ngàn ha); ii) Đất phù sa gley (28 ngàn ha); iii) Đất phù sa nhiễm mặn (24,1 ngàn ha); iv) Đất phù sa đọng nước (9 ngàn ha) và v) Đất xám điển hình (63ha). Nam Định có diện tích thích hợp đối với cây lúa khá, 93.246 ha, trong đó mức thích hợp cao (S1) là 6.802ha, chiếm 7,29% diện tích đất điều tra, tập trung ở nhiều ở huyện Ý Yên, Nghĩa Hưng, Vụ Bản và Mỹ Lộc. Mức thích hợp trung bình chiếm diện tích nhiều nhất với 73.404ha. Hai huyện nghiên cứu là Hải Hậu và Nghĩa Hưng lại có diện tích thích nghi cao với cây lúa rất thấp, không có diện tích S1 tại huyện Hải Hậu và chỉ 1.538ha tại huyện Nghĩa Hưng (12,8% tổng diện tích điều tra đất sản xuất nông nghiệp của huyện) 3.1.2. Thực trạng thủy lợi phục vụ nông nghiệp và sự xâm nhập mặn tại tỉnh Nam Định Hệ thống thủy lợi khá hoàn chỉnh nhưng lạc hậu so với nhu cầu sản xuất lúa tiên tiến, thâm canh cao, hệ số tưới tiêu mới chỉ đáp ứng được từ 65-75% nhu cầu. Hệ thống tưới mới đạt từ 0,86 - 1,0 l/s/ha (trong đó yêu cầu là 1,25l/s/ha -1,3l/s/ha); hệ số tiêu mới đạt khoảng 4 - 5 l/s/ha (yêu cầu là 7,0 – 7,2l/s/ha). Khu vực nghiên cứu là huyện Nghĩa Hưng và Hải Hậu là hai khu vực canh tác lúa trọng điểm của tỉnh, có hệ thống thủy nông khá hoàn chỉnh phục vụ nhu cầu tưới tiêu cho khu vực. Qua quá trình thực hiện và bổ sung quy hoạch các chỉ tiêu tính toán đã được nâng lên: qtưới = 1,06 ÷ 1,16l/s/ha; với tần suất bảo đảm tưới P = 75% Nhiễm mặn ở Nam Định đã ảnh hưởng đến 38.000 ha đất canh tác trong phạm vi huyện Giao Thuỷ, Hải Hậu, Nghĩa Hưng, Xuân Trường và Trúc Ninh hàng năm do hạn hán, bão lụt và xâm nhập mặn. Đặc biệt, có hơn 12.000 ha đất canh tác trong ba huyện ven biển (Giao Thuỷ, Hải Hậu, Nghĩa Hưng) bị ảnh hưởng nặng nề bởi độ mặn (độ mặn dao động từ 1,2 đến 3 ‰, và vài năm thậm chí trên 4 ‰), do đó rất khó để
trồng lúa bằng cách sử dụng các giống hiện có, đặc biệt là trong vụ đầu tiên. Quan trắc tại 2 điểm nghiên cứu cho thấy, diễn biến mặn tại hai vùng nghiên cứu có biến động không lớn, dao động trong khoảng từ 1 đến 4‰, trong đó, độ mặn ở Rạng Đông cao hơn ở Thịnh Long. Độ mặn ở cả hai điểm cao nhất là vào đầu vụ Xuân, thời điểm trước khi cấy. 3.1.3. Hiện trạng ngành nông nghiệp tỉnh Nam Định Nam Định là tỉnh có tỉ lệ diện tích trồng lúa cao của ĐBSH, với diện tích đất chuyên lúa tới 73.877ha, chiếm 45,7% diện tích đất tự nhiên và 67,5% đất nông nghiệp toàn tỉnh. Diện tích gieo trồng lúa tới 154 ngàn ha, hệ số sử dụng đất đạt 2,09, đó là chưa kể Nam Định có diện tích cây vụ đông khá lớn, nên hệ số sử dụng đất nhiều vùng đất 3-3,5. Tại hai huyện nghiên cứu, đất chuyên lúa của huyện Hải Hậu chiếm tỉ lệ 43,3% so diện tích tự nhiên và 63,2% diện tích đất nông nghiệp của tỉnh. Con số tương ứng tại huyện Nghĩa Hưng là 38,9 và 59,7%. Năm 2018, diện tích gieo sạ là 56.128 ha, chiếm 37% diện tích gieo trồng lúa, tăng 10.823 ha so với năm 2016, trong đó vụ Xuân đạt 47,7% và vụ mùa đạt 27% diện tích. Những năm gần đây, diện tích sản xuất lúa của Nam Định liên tục giảm để thực hiện tái cơ cấu ngành trồng trọt. Tại vùng nghiên cứu, nông dân sử dụng phân bón hữu cơ chủ yếu cho các cây trồng có giá trị cao như cây ăn quả, cây rau mầu hoặc mạ của lúa đặc sản. Hầu như ít sử dụng phân hữu cơ cho cây lúa. Theo tính toán, nếu bón 10-15 tấn phân hữu cơ/năm (2-3 vụ) cho 1 ha gieo trồng (đây là mức bón trung bình), nhu cầu về phân hữu cơ của tỉnh đã lên tới 1,8 – 2,8 triệu tấn, trong khi thực tế mới chỉ sản xuất được trên 725.000 tấn, đáp ứng khoảng 26%. Với phân vô cơ, lượng bón thực tế cao hơn khuyến cáo khá nhiều, nhất là với lân và kali (70,9 kg so với 40kg P 2O5 và 82,3kg so với 30kg K2O/ha), gây lãng phí và ô nhiễm môi trường. 3.1.4. Tập quán canh tác và nhận thức của ngƣời dân địa phƣơng về biến đổi khí hậu Phần lớn nông dân ở khu vực nghiên cứu có kinh nghiệm 20-30 năm trong nghề trồng lúa cho rằng các biểu hiện của BĐKH đang ngày một rõ rệt hơn (92,5% đối với nhiệt độ và 76,3% đối với lượng mưa) theo hướng bất thuận với canh tác lúa và tỷ lệ cao nông dân khảo sát (trên 90%) sẵn sàng chấp nhận áp dụng các biện pháp khoa học kỹ thuật mới để giảm thiểu và thích ứng với biến đổi khí hậu. 3.2. Ảnh hƣởng của phân đạm chậm tan đến phát thải khí nhà kính 3.2.1. Ảnh hƣởng của phân đạm chậm tan đến phát thải CH4 trong ruộng lúa
*Đối với Vụ Mùa 2014 Hình 0.1. Ảnh hƣởng của đạm chậm tan đến động thái phát thải CH4 trên đất phù sa, cơ giới nhẹ ở Thịnh Long vụ mùa năm 2014 Tại điểm Thịnh Long, đất phù sa có thành phần cơ giới nặng hơn và tại điểm Rạng Đông, đất phù sa có thành phần cơ giới nhẹ, bị nhiễm mặn, mức độ phát thải CH4 đều ở mức thấp từ đầu vụ cho đến 45 ngày sau khi cấy và sau đó tăng mạnh ở giai đoạn lúa làm đòng và trỗ hạt. Phát thải CH4 ở đạm thông thường cao hơn so so với 2 loại phân đạm chậm tan, đạt mức tối đa trên 70mg CH 4/m2/h; nhưng trong giai đoạn sinh trưởng sinh thực (khoảng 60 ngày sau cấy), có xu hướng ngược lại, nghĩa là phát thải ở công thức đạm thông thường lại thấp hơn so với đạm chậm tan do tốc độ thủy phân và giải phóng đạm từ urea nhanh hơn nên giúp hoạt động vi sinh vật phân giải cellulose mạnh hơn, giúp phân giải chất hữu cơ có trong đất và gốc rạ tồn lại từ vụ xuân nên lượng phát thải CH4 tăng lên. Hình 0.2. Ảnh hƣởng của đạm chậm tan đến động thái phát thải CH4 trên đất phù sa nhiễm mặn, cơ giới nặng ở Rạng Đông vụ mùa năm 2014 Thời điểm cường độ phát thải CH4 cao nhất tại điểm Thịnh Long vào giai đoạn
57 ngày sau cấy thì tại điểm Rạng Đông, lại rơi vào khoảng 64-70 ngày, nghĩa là muộn hơn khá nhiều. Điều này có thể liên quan đến yếu tố mặn và hàm lượng hữu cơ trong đất cao hơn. Phát thải CH4 gần như kết thúc khi lúa vào chắc và chuẩn bị thu hoạch (72 ngày sau cấy). *Đối với vụ xuân 2015 Hình 0.3. Ảnh hƣởng của đạm chậm tan đến động thái phát thải CH4 trên đất phù sa, cơ giới nhẹ ở Thịnh Long vụ xuân 2015 Tại điểm Thịnh Long (Hình 3.8), các loại phân đạm có ảnh hưởng khá rõ đến động thái và mức độ phát thải CH4. Xu thế chung là phát thải CH4 tăng dần từ đầu vụ và đạt tối đa vào thời điểm 78 ngày sau cấy (muộn hơn khá nhiều so với động thái CH4 trên cùng địa điểm trong vụ mùa). Khi đó, mức phát thải ở công thức bón đạm trắng là 45mg CH4/m2/h, ở công thức bón đạm vàng là 35mg CH4/m2/h và đạm xanh là khoảng 30mg CH4/m2/h, ở mức thấp nhất trong các loại phân bón thử nghiệm. Như vậy, các loại đạm có ảnh hưởng khá rõ đến phát thải CH4 trong phạm vi thí nghiệm trên đất phù sa. Như xu thế chung, phát thải CH4 gần như kết thúc khi lúa vào chắc và chuẩn bị thu hoạch trong vụ xuân (96 ngày sau cấy). Tại điểm Rạng Đông (Hình 3.9), trên đất phù sa nhiễm mặn khác với điểm Thịnh Long thành phần cơ giới nhẹ, các loại phân đạm có ảnh hưởng không rõ ràng đến động thái và mức độ phát thải CH4 trong giai đoạn đầu đến 53 ngày sau cấy. Mức phát thải cực đại chỉ ở mức 11-15mg CH4/m2/h. Mức phát thải cực đại tại hai điểm không chệnh lệch nhiều, chỉ có sự khác biệt là mức độ phát thải cực đại tại điểm Rạng Đông kết thúc sớm, còn tại Thịnh Long mãi đến thời điểm 78 ngày sau cấy mới bắt đầu giảm xuống. Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy khi bón đạm chậm tạn đều làm giảm phát thải có ý nghĩa, mức chênh lệch về cường độ phát thải tối đa lên đến
11mg CH4/m2/h (giảm 2,75 lần) khi bón đạm xanh và 6mg CH4/m2/ngày (giảm 1,5 lần) khi bón đạm vàng. Như vậy, các loại đạm có ảnh hưởng khá rõ đến phát thải CH4 trong phạm vi thí nghiệm trên đất phù sa nhiễm mặn. Hình 0.4. Ảnh hƣởng của đạm chậm tan đến động thái phát thải CH4 trên đất phù sa nhiễm mặn ở Rạng Đông vụ xuân 2015 Bảng 0.1. Tổng lƣợng phát thải CH4 dƣới tác động của phân đạm chậm tan qua hai vụ ở hai địa điểm nghiên cứu Tổng phát thải CH4 / vụ (kgCH4/ha/vụ) Công thức Vụ mùa Vụ xuân Thịnh Long Rạng Đông Thịnh Long Rạng Đông Đạm trắng (đối chứng) 443a 506a 486bc 231c Đạm xanh 451a 541b 329a 131a Đạm vàng cam 437a 573c 473b 159b Bảng 3.17 cho thấy tổng lượng phát thải CH4 trong vụ mùa cao hơn đáng kể trong vụ xuân trên hai loại đất thí nghiệm và dao động từ 437-451kg CH4/ha/vụ tại điểm Thịnh Long và 506-573kg CH4/ha/vụ tại điểm Rạng Đông. Trong vụ xuân số liệu tương ứng chỉ là 329-486kg CH4/ha/vụ và 131-231kg CH4/ha/vụ. Kết quả nghiên cứu (Bảng 3.18) cũng cho thấy, trong vụ mùa, cả hai loại phân đạm chậm tan đều không có ảnh hưởng đến tổng phát thải CH4 so với đạm trắng thông thường, trên đất phù sa nhiễm mặn còn có xu hướng làm tăng phát thải CH 4, cho dù mức tăng này không cao (13,2%), song là mức tăng có ý nghĩa thống kê. Tuy nhiên, trong vụ xuân 2015 thì ảnh hưởng của phân đạm chậm tan đến phát thải CH4 đã rõ ràng hơn rất nhiều. Bón đạm xanh giảm 157 CH4/ha/vụ (32,3%), trong khi bón
đạm vàng chưa thấy ảnh hưởng có ý nghĩa. Trên đất phù sa nhiễm mặn, hai loại phân đạm chậm tan đều làm giảm có ý nghĩa tổng lượng phát thải CH 4, trong đó, bón đạm xanh giảm được 100kg CH4/ha/vụ (43,3%), còn bón đạm vàng giảm được 72kg CH4/ha/vụ (31,2%). Do vậy, khuyến cáo tăng cường sử dụng các loại phân đạm chậm tan với cây lúa trong vụ Xuân. Bảng 0.2 Sự thay đổi lƣợng phát thải CH4 do thay đổi loại phân đạm ở hai vụ tại hai địa điểm nghiên cứu Tổng phát thải CH4 / vụ (kgCH4/ha/vụ) Vụ mùa Vụ xuân Công thức Thịnh Long Rạng Đông Thịnh Long Rạng Đông (đất nặng) (đất nhẹ) (đất nặng) (đất nhẹ) Do bón đạm xanh +1,8% +6,9% -32,3% -43,3% Do bón đạm vàng -1,4% +13,2% -2,7% -31,4% 3.2.2. Ảnh hƣởng của phân đạm chậm tan đến phát thải N2O trong ruộng lúa *Đối với Vụ Mùa Hình 3.10 cho thấy động thái của cường độ phát thải N2O trên đất phù sa tại điểm Thịnh Long. Phát thải N2O tăng dần trong suốt quá trình sinh trưởng của cây lúa, thậm chí sau khi làm đòng và trỗ, cường độ phát thải loại khí này vẫn tăng lên. Hai loại phân đạm chậm tan có làm giảm cường độ phát thải của khí N2O và mức giảm cao nhất vào giai đoạn 64 ngày sau cấy (kết thúc sinh trưởng sinh dưỡng), đạt mức giảm 0,2- 0,25mg N2O/m2/giờ, trong đó đạm vàng giảm nhiều hơn, tuy không lớn. Hình 0.5. Ảnh hƣởng của phân đạm chậm tan đên động thái phát thải N2O trong canh tác lúa tại Thịnh Long vụ mùa năm 2014
Qui luật với động thái phát thải N2O tại điểm Rạng Đông có sự khác biệt đáng kể, trên đất phù sa nhiễm mặn khi cường độ phát thải không tăng đều như tại điểm Thịnh Long. Tuy nhiên, có một điểm tương đồng là cả 2 loại phân đạm chậm tan đều làm giảm đáng kể cường độ phát thải N2O (Hình 3.11). Tại thời điểm 17 ngày sau khi cấy, tương đương bón thúc đẻ nhánh, cường độ phát thải KNK của công thức đối chứng (đạm urea thường) có phát thải N2O cao hơn hẳn bón đạm xanh và đạm vàng, cùng ở mức độ 0,3mg N2O/m2/h, tức giảm gần 100%. Cường độ phát thải N2O duy trì ở mức 0,3-0,4mg N2O/m2/h và giảm nhanh sau khi cây lúa bước bào giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng (hình thành đòng-trỗ). Giai đoạn này, cây lúa có khả năng huy động tối đa lượng đạm có trong đất để tăng nhanh sinh khối và tích lũy hạt nên đạm dư thừa trong đất không nhiều nên cũng ảnh hưởng đến cường độ phát thải loại khí này. Còn xét về ảnh hưởng giữa hai loại phân đạm chậm tan đến cường độ phát thải N2O là không có sự khác biệt lớn, cho dù về tổng thể, đạm vàng có xu hưởng giảm phát thải N2O nhiều hơn so với đạm xanh. Hình 0.6. Ảnh hƣởng của phân đạm chậm tan đên động thái phát thải N2O trong canh tác lúa tại Rạng Đông vụ mùa năm 2014 * Đối với Vụ Xuân Trong vụ xuân 2015, cường độ phát thải N2O ở Thịnh Long và Rạng Đông đều có xu hướng tăng dần đến thời điểm 51-64 ngày sau cấy (kết thúc sinh trưởng sinh dưỡng), đạt cực đại mức 0,4-0,45mg N2O/m2/h và sau đó giảm nhanh cho đến khi thu hoạch. Khi lúa trỗ hoàn toàn và vào chắc, thời kỳ 96 ngày sau cấy, cường độ phát thải N2O chỉ còn ở mức 0,1-0,25N2O/m2/h (Hình 3.12, 3.13).
Hình 0.7. Ảnh hƣởng của phân đạm chậm tan đên động thái phát thải N2O trong canh tác lúa tại Thịnh Long vụ xuân năm 2015 Có một sự khác biệt trong giai đoạn sinh trưởng đầu của cây lúa khi cường độ phát thải N2O của các loại đạm chậm tan lại cao hơn khi bón urea thường ở mức khoảng 25-30%. Tác động của phân đạm chậm tan đến giảm cường độ phát thải N2O trên loại đất nghiên cứu chỉ thực sự sau 51 ngày sau cấy với đạm xanh và 64 ngày sau cầy với đạm vàng, trên đất phù sa nhiễm mặn, các loại phân đạm chậm tan có ảnh hưởng ít hơn đến cường độ phát thải N2O. Tác dụng giảm phát thải N2O của các công thức bón đạm chậm tan chỉ phát huy ở nửa đầu của giai đoạn sinh trưởng và sau khi trỗ (88 ngày sau cấy), gần như không còn sự khác biệt giữa các công thức thí nghiệm. Về giá trị tuyệt đối, các loại phân đạm chậm tan có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ phát thải N2O (p
Hình 0.8 Ảnh hƣởng của phân đạm chậm tan đến động thái phát thải N2O trong canh tác lúa tại Rạng Đông vụ xuân năm 2015 Về giá trị tuyệt đối, các loại phân đạm chậm tan có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ phát thải N2O (p Đạm vàng (1,002 kg N2O/ha/năm), trong đó, đạm xanh giảm phát thải N2O so đối chứng là 13,85% và đạm vàng giảm 23,81% - Tại Rạng Đông, trên đất phù sa nhiễm mặn vẫn có chung xu thế như tại điểm Thịnh Long: Đạm trắng (1,738) > Đạm xanh (1,296) ≥ Đạm vàng (1,291 kg N2O/ha/năm), trong đó, đạm xanh và đạm vàng cùng giảm phát thải N 2O so đối chứng là 25,44%.
Bảng 0.3 Ảnh hƣởng của phân đạm chậm tan đến lƣợng phát thải N2O Lƣợng phát thải N2O thay đổi so đối chứng (urea thƣờng), % Công thức thí nghiệm Vụ mùa 2014 Vụ xuân 2015 Tổng 2 vụ Thịnh Rạng Thịnh Rạng Thịnh Rạng Long Đông Long Đông Long Đông Do bón đạm xanh -17,6 -37,5 -10,5 -11,5 -13,85 -25,43 Do bón đạm vàng -29,1 -42,7 -14,8 -6,2 -23,81 -25,44 3.2.3. Ảnh hƣởng của phân đạm chậm tan đến tổng lƣợng phát thải KNK trong ruộng lúa Số liệu tổng hợp phát thải qui về CO2e cho thấy, trung bình phát thải CH4, N2O trên ruộng lúa tại Nam Định biến động trong khoảng 17-23 tấn CO2e/ha/năm, trong đó chủ yếu là CH4, gấp hàng trăm lần phát thải N2O khi qui về CO2e. Bón đạm chậm tan không làm ảnh hưởng nhiều đến phát thải CH4 song giảm có ý nghĩa với N2O, trong đó mức độ giảm trong vụ mùa cao hơn nhiều so với vụ xuân (2- 2,5 lần). Về tổng thể, trên đất phù sa, bón đạm xạnh và đạm vàng làm giảm phát thải N2O lần lượt ở mức 13,8 và 21,3% và mức giảm đạt 25,4 và 25,7% trên đất phù sa nhiễm mặn. Do vậy, nếu tất cả đạm bón cho lúa (khoảng 1,7 triệu tấn/năm) đều là đạm chậm tan thì lượng phát thải N2O có thể giảm 143-252 ngàn tấn CO2e/năm. 3.3. Ảnh hƣởng của chất hữu cơ đến phát thải khí nhà kính từ đất lúa tại Nam Định 3.3.1. Ảnh hƣởng của chất hữu cơ đến cƣờng độ phát thải CH4 trong canh tác lúa *Vụ mùa 2014 Cường độ phát thải CH4 cao nhất ghi nhận tại đất phù sa có thành phần cơ giới nặng tại Thịnh Long là 70.57mg CH4/m2/h, trong khi ở đất phù sa nhiễm mặn, thành phần cơ giới nhẹ tại Rạng Đông cường độ phát thải khí mêtan cao nhất là 93,8 mg CH4/m2/h. Bón phân ủ với liều lượng 10 tấn/ha làm tăng phát thải CH 4 lên 1,6 lần ở Thịnh Long và 1,8 lần ở Rạng Đông so với đối chứng. Bón NPK kết hợp 10 tấn phân ủ cho tổng phát thải cao nhất, đạt 894kg CH 4/vụ và đạt cường độ phát thải cao nhất trong cùng thời kỳ so với các công thức khác. Bón phân ủ cũng cho cường độ phát thải cao và tăng dần theo thời gian sinh trường, trong