Luận án Tiến sĩ Khoa học đất: Nghiên cứu các giải pháp giảm phát thải khí nhà kính trong sản xuất lúa tỉnh Thái Bình

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:232

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Khoa học đất "Nghiên cứu các giải pháp giảm phát thải khí nhà kính trong sản xuất lúa tỉnh Thái Bình" trình bày các nội dung chính sau: Làm rõ được động thái phát thải khí nhà kính trên đất trồng lúa; Xây dựng được bản đồ thể hiện phát thải khí nhà kính trên các đơn vị bản đồ tổng hợp các điều kiện khí hậu, loại đất và các biện pháp canh tác khác nhau; Đề xuất một số giải pháp giảm phát thải khí nhà kính trong sản xuất lúa ở tỉnh Thái Bình.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học đất: Nghiên cứu các giải pháp giảm phát thải khí nhà kính trong sản xuất lúa tỉnh Thái Bình

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM CHU SỸ HUÂN NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP GIẢM PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG SẢN XUẤT LÚA TỈNH THÁI BÌNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2023
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM CHU SỸ HUÂN NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP GIẢM PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG SẢN XUẤT LÚA TỈNH THÁI BÌNH Ngành: Khoa học đất Mã số: 9 62 01 03 Người hướng dẫn: PGS.TS. Mai Văn Trịnh PGS.TS. Cao Việt Hà
HÀ NỘI - 2023 ii
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Một số kết quả đã được tác giả công bố trên tạp chí khoa học chuyên ngành, báo cáo khoa học với sự đồng ý của đồng tác giả phù hợp với các quy định hiện hành. Việc sử dụng các nguồn thông tin, số liệu này chỉ phục vụ cho mục đích nghiên cứu, học thuật. Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2023 Tác giả luận án Chu Sỹ Huân i
LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tác giả xin trân trọng cảm ơn Học Viện Nông nghiệp Việt Nam, Viện Môi trường Nông nghiệp, Ban Quản lý Khu Công nghệ cao Hoà Lạc – Bộ Khoa học và Công nghệ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Với lòng biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới hai thầy cô hướng dẫn là PGS.TS. Mai Văn Trịnh và PGS.TS. Cao Việt Hà đã tận tình hướng dẫn từ những giai đoạn đầu để xây dựng định hướng nghiên cứu đến suốt quá trình triển khai nghiên cứu và hoàn thiện luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Tổng cục Khí tượng Thủy văn, Tổng cục Quản lý đất đai (cũ), Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, Viện Môi trường Nông nghiệp đã cung cấp tài liệu, số liệu cần thiết cho việc hoàn thành nghiên cứu của luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn các cán bộ của Viện Môi trường Nông nghiệp đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu. Xin vô cùng biết ơn các chuyên gia, các nhà khoa học từ nhiều đơn vị, cơ quan, viện nghiên cứu đã có những góp ý khoa học cũng như hỗ trợ nguồn tài liệu, số liệu cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận án. Nghiên cứu này là một phần của đề tài “Nghiên cứu xây dựng hệ số phát thải khí nhà kính quốc gia cho cây lúa và các loại cây trồng cạn chủ yếu phục vụ kiểm kê khí nhà kính và xây dựng các giải pháp giảm nhẹ phát thải khí nhà kính ngành nông nghiệp”. Mã số: BĐKH 21/16-20. Tác giả xin chân thành cám ơn chương trình Khoa học và Công nghệ cấp quốc gia về TNMT & BĐKH đã tạo điều kiện cho tác giả thực hiện nghiên cứu này. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới những người thân yêu trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn ở bên cạnh, động viên về tinh thần, chia sẻ những khó khăn, tạo điều kiện tốt nhất để tác giả hoàn thành tốt nhất luận án của mình. Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2023 Tác giả luận án Chu Sỹ Huân ii
MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ..................................................................................................................... i Lời cảm ơn ........................................................................................................................ ii Mục lục ........................................................................................................................... iii Danh mục chữ viết tắt ..................................................................................................... vii Danh mục bảng .............................................................................................................. viii Danh mục hình ................................................................................................................. xi Trích yếu luận án ........................................................................................................... xiii Thesis abstract................................................................................................................. xv Phần 1. Mở đầu ............................................................................................................... 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 3 1.3. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 3 1.4. Những đóng góp mới của đề tài.......................................................................... 3 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................ 4 1.5.1. Ý nghĩa khoa học ................................................................................................ 4 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................ 4 Phần 2. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu ................................................................... 5 2.1. Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp trên thế giới và ở việt nam................ 5 2.1.1. Khái niệm Khí nhà kính và hiệu ứng nhà kính ................................................... 5 2.1.2. Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp trên thế giới ...................................... 8 2.1.3. Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp tại Việt Nam ................................... 12 2.2. Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa nước ...................................................... 15 2.2.1. Thực trạng sản xuất lúa nước trên thế giới và ở Việt Nam .............................. 15 2.2.2. Cơ chế phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước .................................... 21 2.2.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước .................................................................................................................. 25 2.3. Một số phương pháp xác định phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước .................................................................................................................. 32 iii
2.3.1. Phương đo phát thải ngoài thực địa .................................................................. 32 2.3.2. Ứng dụng mô hình hóa trong xác định phát thải .............................................. 34 2.4. Các giải pháp nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước .................................................................................................................. 40 2.4.1. Biện pháp phơi ruộng ....................................................................................... 41 2.4.2. Tưới khô ướt xen kẽ (AWD) ............................................................................ 42 2.4.3. Canh tác tối thiểu .............................................................................................. 43 2.4.4. Công nghệ cấy lúa hiệu ứng hàng biên ............................................................. 44 2.4.5. Giảm phát thải thông qua chuyển đổi cơ cấu luân canh ................................... 44 2.4.6. Giảm phát thải thông qua chuyển đổi đất lúa kém hiệu quả sang các loại hình sử dụng khác ............................................................................................. 45 2.4.7. Sử dụng các giống chín sớm (ngắn ngày) và giảm lượng giống gieo trồng ..... 46 2.4.8. Tăng cường sử dụng phân ammonia sulphate (SA) thay thế Urea ................... 47 2.4.9. Giải pháp giảm phát thải trong quản lý đất và sử dụng phân bón .................... 47 2.4.10. Ủ yếm khí phụ phẩm nông nghiệp .................................................................... 48 2.4.11. Sử dụng than sinh học....................................................................................... 49 2.4.12. Hệ thống canh tác lúa cải tiến (SRI) ................................................................. 50 2.5. Định hướng nghiên cứu .................................................................................... 51 Phần 3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ............................................................ 53 3.1. Đối tượng và vật liệu nghiên cứu ..................................................................... 53 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................... 53 3.1.2. Vật liệu nghiên cứu ........................................................................................... 53 3.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 53 3.2.1. Các yếu tố tự nhiên – kinh tế xã hội tỉnh Thái Bình ......................................... 53 3.2.2. Xác định động thái phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa ở Thái Bình ...... 53 3.2.3. Xây dựng bản đồ phát thải khí nhà kính trong sản xuất lúa tỉnh Thái Bình ..... 54 3.2.4. Xây dựng các giải pháp giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước tỉnh Thái Bình .......................................................................................... 54 3.3. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 54 3.3.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp............................................................... 54 3.3.2. Phương pháp phỏng vấn nông hộ ..................................................................... 55 iv
3.3.3. Phương pháp chọn điểm nghiên cứu ............................................................... 55 3.3.4. Chế độ canh tác lúa tại các điểm lấy mẫu khí .................................................. 56 3.3.5. Phương pháp lấy mẫu đất và phân tích mẫu đất ............................................... 57 3.3.6. Phương pháp lấy mẫu khí ................................................................................. 57 3.3.7. Phân tích và tính toán lượng phát thải .............................................................. 60 3.3.8. Phương pháp xử lý số liệu thống kê ................................................................. 61 3.3.9. Phương pháp mô hình hoá sử dụng phần mềm DNDC để tính toán phát thải khí nhà kính ............................................................................................... 62 3.3.10. Phương pháp phân tích không gian sử dụng hệ thống thông tin địa lý............. 64 3.3.11. Tính tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính áp dụng biện pháp tưới khô xen kẽ ................................................................................................................ 66 3.3.12. Phương pháp tính phát thải khia nhà kính của các loại phân đạm.................... 70 Phần 4. Kết quả và thảo luận ...................................................................................... 72 4.1. Điều kiện tự nhiên – kinh tế xã hội tỉnh Thái Bình .......................................... 72 4.1.1. Khái quát điều kiện tự nhiên của tỉnh Thái Bình .............................................. 72 4.1.2. Điều kiện kinh tế xã hội .................................................................................... 80 4.1.3. Cơ cấu, thời vụ và đặc điểm canh tác ............................................................... 84 4.2. Động thái phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa ở Thái Bình ..................... 88 4.2.1. Đặc tính lý hóa của đất tại các điểm thí nghiệm ............................................... 88 4.2.2. Động thái phát thải khí CH4 từ ruộng lúa trên đất phù sa, đất mặn và đất phèn .................................................................................................................. 89 4.2.3. Động thái phát thải khí Oxít Ni tơ (N2O) từ ruộng lúa trên đất phù sa, đất mặn và đất phèn ................................................................................................ 91 4.2.4. Phát thải khí nhà kính theo vụ và tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) ........... 93 4.3. Bản đồ phát thải khí nhà kính từ sản xuất lúa tỉnh Thái Bình .......................... 95 4.3.1. Xây dựng đầu vào cho mô hình ........................................................................ 96 4.3.2. Đánh giá độ nhạy, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình ..................................... 102 4.3.3. Phát thải khí nhà kính tính toán bằng mô hình DNDC và đo thực tế tại tỉnh Thái Bình ........................................................................................................ 107 4.3.4. Xây dựng bản đồ phát thải CH4, N2O và quy đổi CO2 (CO2tđ) ..................... 110 4.4. Một số giải pháp giảm phát thải Khí nhà kính từ đất lúa ............................... 118 v
4.4.1. Lựa chọn các giải pháp giảm phát thải khí nhà kính ...................................... 118 4.4.2. Giải pháp tưới ướt khô xen kẽ (AWD) ........................................................... 120 4.4.3. Giảm phát thải từ bón phân đạm và phân chậm tan (urea bọc agrotain) ........ 140 4.4.4. Giống lúa ........................................................................................................ 143 4.4.5. Đề xuất các giải pháp giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước tỉnh Thái Bình ................................................................................................. 145 Phần 5. Kết luận và kiến nghị.................................................................................... 149 5.1. Kết luận........................................................................................................... 149 5.2. Kiến nghị ........................................................................................................ 150 Danh mục các công trình nghiên cứu liên quan đến luận án ....................................... 152 Tài liệu tham khảo ........................................................................................................ 153 Phụ lục ........................................................................................................................ 162 vi
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt và tiếng Anh AFOLU Nông nghiệp, lâm nghiệp và sử dụng đất AWD Tưới khô ướt xen kẽ (Altenative Wetting and Drying) BĐKH Biến đổi khí hậu CO2tđ CO2 tương đương (CO2 equivalent) DNDC Mô hình phản nitrat - phân hủy (DeNitrification-DeComposition) ĐBSH Đồng bằng sông Hồng FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc (Food and Agriculture Organization) FAOSTAT Ngân hàng dữ liệu trực tuyến của tổ chức Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) GWP Tiềm năng ấm lên toàn cầu (Global Warming Potential) IPCC Ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (Intergovernmental Panel on Climate Change) IPPU Quy trình công nghiệp và sử dụng sản phẩm IRRI Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (International Rice Research Institute) KNK Khí nhà kính KHCN Khoa học công nghệ LULUCF Sử dụng đất, Thay đổi sử dụng đất và Lâm nghiệp (Land Use, Land Use Change and Forestry) NN&PTNT Nông nghiệp và Phát triển nông thôn PPD Báo cáo về SRI, Cục Bảo vệ thực vật SRI Hệ thống canh tác lúa cải tiến (System of Rice Intensification) TN&MT Tài nguyên và môi trường 3G3T Ba giảm, ba tăng 1P5G Một phải năm giảm vii
DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 2.1. Tỷ lệ phần trăm các khí gây hiệu ứng nhà kính .................................................. 5 2.2. Tiềm năng gây nóng lên toàn cầu của một số khí nhà kính so với CO2 ............ 8 2.3. Phát thải khí nhà kính của Việt Nam trong lĩnh vực nông nghiệp ................... 13 2.4. Các nước có diện tích trồng lúa nước lớn nhất thế giới năm 2019 ................... 16 2.5. Diện tích lúa cả năm phân theo vùng sinh thái của Việt Nam các năm 2010, 2015 và 2020 .................................................................................................... 18 2.6. Năng suất lúa trung bình cả năm phân theo vùng sinh thái của Việt Nam các năm 2010, 2015 và 2020 ............................................................................ 19 2.7. Thời vụ gieo, cấy và thu hoạch của các trà lúa theo thời gian sinh trưởng ...... 31 2.8. Lượng phát thải khí nhà kính trong các chế độ quản lý nước khác nhau ....... 41 2.9. Tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính từ các công thức luân canh ................ 45 2.10. Diễn biến diện tích gieo trồng lúa nước ta 10 năm qua (1.000 ha) .................. 46 2.11. Phát thải khí nhà kính của giống dài ngày và ngắn ngày ................................. 47 2.12. Hiện trạng diện tích áp dụng SRI tại các tỉnh (ha) ........................................... 51 3.1. Tổng hợp địa điểm, nhóm đất, số hộ phỏng vấn .............................................. 55 3.2. Các điểm nghiên cứu về phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa ở Thái Bình năm 2018.................................................................................................. 56 3.3. Mức bón phân ở các điểm nghiên cứu .............................................................. 57 3.4. Khoảng đánh giá mức độ thích nghi kỹ thuật AWD ........................................ 70 4.1. Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Thái Bình năm 2021 ............................................ 81 4.2. Diện tích lúa tỉnh Thái Bình giai đoạn 2015 - 2021 ......................................... 82 4.3. Năng suất lúa của tỉnh Thái Bình giai đoạn 2015 - 2021 ................................. 82 4.4. Thống kê năng suất lúa trung bình theo giống trên các loại đất của tỉnh Thái Bình năm 2016 ......................................................................................... 83 4.5. Cơ cấu giống lúa toàn tỉnh năm 2020 ............................................................... 84 4.6. Phương pháp gieo cấy lúa trên các nhóm đất của tỉnh Thái Bình năm 2016 ...... 85 4.7. Các phương pháp làm đất lúa vụ xuân của tỉnh Thái Bình............................... 86 4.8. Các phương pháp làm đất lúa vụ mùa của tỉnh Thái Bình ............................... 86 4.9. Lượng và loại phân chứa đạm sử dụng cho lúa tỉnh Thái Bình ........................ 87 4.10. Phương thức bón phân N của người dân cho lúa ở tỉnh Thái Bình .................. 87 viii
4.11. Đặc tính lý hoá đất tại các điểm nghiên cứu trước thí nghiệm ......................... 88 4.13. Các trạm khí tượng ảnh hưởng đến khu vực nghiên cứu.................................. 96 4.14. Số liệu khí tượng tại các trạm giai đoạn 2010 - 2020 ....................................... 97 4.15. Diện tích các nhóm đất chính tỉnh Thái Bình ................................................... 99 4.16. Diện tích đất trồng lúa tỉnh Thái Bình năm 2015 phân theo huyện ................ 100 4.17. Phát thải CH4 và N2O từ đo thực tế trên đất trồng lúa và từ mô hình DNDC tại 4 điểm nghiên cứu của tỉnh Thái Bình....................................................... 105 4.18. So sánh kết quả phát thải CH4 và N2O từ đo thực tế trên đất trồng lúa và từ mô hình DNDC tại các điểm thí nghiệm .................................................... 106 4.19. Phát thải CH4 và N2O trên các nhóm đất trồng lúa ở các vùng khí hậu tỉnh Thái Bình ........................................................................................................ 108 4.20. Tiềm năng nóng lên toàn cầu từ đất trồng lúa theo các vùng khí hậu của tỉnh Thái Bình ................................................................................................. 110 4.21. Tổng lượng CO2tđ từ đất trồng lúa theo đất và vùng khí hậu ........................ 118 4.22. Nguồn gây phát thải và biện pháp giảm phát thải trong sản xuất lúa ở Thái Bình ................................................................................................................ 119 4.23. Diện tích phân theo các mức độ thích nghi khác nhau với AWD, ha ........... 125 4.24. Kịch bản áp dụng kỹ thuật AWD trong chạy mô hình ................................... 127 4.25. Tiềm năng giảm phát thải CH4 của lúa áp dụng AWD trên các nhóm đất ..... 128 4.26. Diễn biến phát thải N2O trên các nhóm đất áp dụng AWD ............................ 130 4.27. Tiềm năng giảm tổng phát thải trên các nhóm đất áp dụng AWD ................. 130 4.28. Tiềm năng giảm phát thải CH4 theo vùng khí hậu ......................................... 132 4.29. Diễn biến phát thải N2O theo vùng khí hậu .................................................... 133 4.30. Tiềm năng giảm tổng phát thải trên các vùng khí hậu áp dụng AWD ........... 134 4.31. Tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính khi áp dụng kỹ thuật AWD trên vùng thích nghi cao......................................................................................... 135 4.32. Tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính khi áp dụng kỹ thuật AWD trên vùng thích nghi trung bình.............................................................................. 136 4.33. Phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa khi sử dụng các dạng phân đạm khác nhau ........................................................................................................ 140 4.34. Tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa vụ xuân ở tỉnh Thái Bình khi áp dụng bón các loại phân đạm khác nhau .............................. 141 ix
4.35. Tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa vụ mùa ở tỉnh Thái Bình khi áp dụng bón các loại phân đạm khác nhau .............................. 142 4.36. Tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa cả năm ở tỉnh Thái Bình khi áp dụng bón các loại phân đạm khác nhau .............................. 142 4.37. Phát thải khí nhà kính của giống dài ngày và ngắn ngày ............................... 144 x
DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 2.1. Phát thải khí nhà kính trên toàn cầu theo lĩnh vực ............................................. 8 2.2. Tỷ lệ % tăng/giảm phát thải CH4 và N2O từ hoạt động nông nghiệp (năm 2020 so với 1990) ............................................................................................. 10 2.3. Mức thải N2O từ hoạt động sản xuất nông nghiệp (giai đoạn 1000 - 2000)..... 12 2.4. Kết quả kiểm kê quốc gia khí nhà kính của Việt Nam các năm 1994, 2010, 2014 và 2016 .................................................................................................... 13 2.5. Diện tích gieo trồng (ha) và sản lượng lúa của thế giới (tấn) trong giai đoạn 1994 -2020 ............................................................................................... 15 2.6. Năng suất lúa của một số nước trên thế giới năm 2019.................................... 17 2.7. Các quốc gia có sản lượng lúa lớn nhất thế giới 2019...................................... 17 2.8. Diện tích trồng lúa ở các tỉnh Đồng bằng sông Hồng các năm 2010, 2015 và 2020 ............................................................................................................. 20 2.9. Năng suất lúa bình quân năm 2020 của các tỉnh vùng Đồng bằng sông Hồng ................................................................................................................. 21 2.10. Các giai đoạn sinh trưởng cây lúa và nhu cầu tưới (xấp xỉ) ............................. 22 2.11. Sơ đồ hình thành khí N2O trên ruộng lúa ......................................................... 24 2.13. Thiết bị đo mẫu khí ........................................................................................... 33 2.14. Cấu trúc của mô hình DNDC ............................................................................ 38 2.15. Sơ đồ định hướng nghiên cứu ........................................................................... 52 3.1. Bản vẽ thiết kế hộp đo phát thải cho cây lúa và chân hộp ................................ 59 3.2. Sơ đồ xây dựng bản đồ phát thải khí nhà kính ................................................. 65 3.3. Quá trình cân bằng nước trong đất ................................................................... 67 3.4. Quy trình xây dựng bản đồ thích nghi kỹ thuật AWD cho canh tác lúa nước ở Thái Bình ....................................................................................................... 68 4.1. Bản đồ hành chính tỉnh Thái Bình .................................................................... 72 4.2. Nhiệt độ bình quân theo tháng giai đoạn 2012 - 2021 (oC) .............................. 74 4.3. Số giờ nắng bình quân theo tháng giai đoạn 2012 – 2021................................ 74 4.4. Lượng mưa bình quân theo tháng giai đoạn 2012 – 2021 ................................ 75 4.5. Cơ cấu diện tích 4 nhóm đất của tỉnh Thái Bình .............................................. 76 xi
4.6. Cơ cấu kinh tế tỉnh Thái Bình năm 2021 .......................................................... 80 4.7. Sản lượng lúa của tỉnh Thái Bình giai đoạn 2015 – 2021 ................................ 84 4.8. Diễn biến phát thải khí CH4 từ ruộng lúa trên các nhóm đất qua các thời kỳ sinh trưởng trong vụ xuân 2018 tại tỉnh Thái Bình ..................................... 89 4.9. Diễn biến phát thải khí CH4 từ ruộng lúa trên các nhóm đất qua các thời kỳ sinh trưởng trong vụ mùa 2018 tại tỉnh Thái Bình ...................................... 90 4.10. Diễn biến phát thải khí N2O từ ruộng lúa trên các nhóm đất qua các thời kỳ sinh trưởng trong vụ xuân 2018 tại tỉnh Thái Bình ..................................... 92 4.11. Diễn biến phát thải khí N2O từ ruộng lúa trên các nhóm đất qua các thời kỳ sinh trưởng trong vụ mùa 2018 tại tỉnh Thái Bình ...................................... 92 4.12. Bản đồ phân vùng khí hậu tỉnh Thái Bình ........................................................ 97 4.13. Bản đồ đất tỉnh Thái Bình............................................................................... 100 4.14. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất lúa tỉnh Thái Bình .......................................... 100 4.15. Bản đồ tổ hợp khí tượng - đất - hiện trạng sử dụng đất .................................. 102 4.16. Bản đồ phát thải CH4 từ đất trồng lúa vụ xuân (kg CH4/ha/vụ)...................... 111 4.17. Bản đồ phát thải CH4 từ đất trồng lúa vụ mùa (kg CH4/ha/vụ) ...................... 112 4.18. Bản đồ phát thải N2O từ đất trồng lúa vụ xuân (kg N2O/ha/vụ) ..................... 114 4.19. Bản đồ phát thải N2O từ đất trồng lúa vụ mùa (kg N2O/ha/vụ)...................... 115 4.20. Bản đồ CO2tđ từ đất trồng lúa vụ xuân (kg CO2tđ/ha/vụ) .............................. 116 4.21. Bản đồ CO2tđ từ đất trồng lúa vụ mùa (kg CO2tđ/ha/vụ) ............................... 117 4.22. Những hoạt động rút nước trong vụ sản xuất lúa Thái Bình .......................... 120 4.23. Bản đồ đánh giá thích nghi tưới khô ướt xen kẽ cho canh tác lúa vụ xuân ... 123 4.24. Bản đồ đánh giá mức độ phù hợp tưới khô ướt xen kẽ cho canh tác lúa vụ mùa ................................................................................................................. 124 4.25. Bản đồ tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính khi áp dụng kỹ thuật AWD vụ xuân ........................................................................................................... 137 4.26. Bản đồ tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính khi áp dụng kỹ thuật AWD vụ mùa ............................................................................................................ 138 xii
TRÍCH YẾU LUẬN ÁN Tên tác giả: Chu Sỹ Huân Tên Luận án: Nghiên cứu các giải pháp giảm phát thải khí nhà kính trong sản xuất lúa tỉnh Thái Bình Ngành: Khoa học đất Mã số: 9 62 01 03 Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu (i) Xác định được hiện trạng phát thải khí nhà kính (KNK) trên đất lúa và sự phân bố theo không gian của phát thải KNK theo các điều kiện khí hậu, loại đất và các biện pháp canh tác khác nhau; (ii) Xây dựng và đề xuất được các biện pháp giảm phát thải khí nhà kính đối với sản xuất lúa tỉnh Thái Bình cho từng điều kiện khí hậu, đất đai. Phương pháp nghiên cứu Luận án đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu chính sau: Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp; thu thập số liệu sơ cấp như: Phương pháp phỏng vấn nông hộ; Phương pháp chọn điểm nghiên cứu; Phương pháp canh tác lúa tại các điểm lấy mẫu khí; Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu đất; Phương pháp lấy mẫu khí và phân tích khí nhà kính; Phân tích và tính toán lượng phát thải; Phương pháp xử lý số liệu thống kê; Phương pháp tính toán phát thải khí nhà kính bằng phần mềm DNDC; Phương pháp ứng dụng GIS trong phân tích không gian; Phương pháp xây dựng bản đồ; Phương pháp tính tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính. Kết quả chính và kết luận - Thái Bình là tỉnh thuộc đồng bằng ven biển có các điều kiện tự nhiên thích hợp cho trồng lúa nước. Diện tích đất trồng lúa của Thái Bình phân bố chủ yếu trên 4 nhóm đất: đất phù sa với diện tích lớn nhất chiếm 73,31%, đất phèn 15,13%, đất mặn 9,63% và đất cát 1,93%. Trong giai đoạn (2015 - 2021), diện tích trồng lúa của tỉnh giảm trung bình khoảng 1.300 ha/năm. Tỉnh Thái Bình có hệ thống thuỷ lợi và kênh mương nội đồng tương đối dày đặc và được vận hành tốt, tạo nên những vùng sản xuất lớn chủ động về tưới tiêu, cũng là tiền đề để áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong quá trình canh tác để thích ứng với biến đổi khí hậu và từng bước giảm phát thải khí nhà kính trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là trong canh tác lúa. - Kết quả của thí nghiệm quan trắc phát thải KNK trên ruộng lúa cho thấy động thái phát thải khí CH4 trong vụ xuân ở tất cả các nhóm đất tăng liên tục từ khi lúa bén rễ hồi xanh và đạt cao nhất ở thời kì đẻ nhánh. Sau đó phát thải thay đổi phụ thuộc vào chế độ nước trong ruộng. Với đất phèn, phát thải còn tăng đến tận thời kỳ trỗ với tốc độ phát thải cao nhất đạt 32 mg CH4/m2/giờ. Trong vụ mùa, tất cả các điểm đo trên các nhóm đất đều có chung một xu hướng tăng phát thải ngay sau khi cấy và đạt tốc độ phát thải tối đa đến 28 mg CH4/m2/giờ trong giai đoạn từ đẻ nhánh đến phân hóa hoa và sau đó phát thải giảm xiii
dần đến khi thu hoạch. Trong khi đó động thái phát thải khí N2O trong vụ xuân trên các nhóm đất rất khác nhau theo các giai đoạn sinh trưởng và chế độ bón phân đạm và phát thải đạt cao nhất và thời kỳ trỗ với tốc độ đến 0,4 mg N2O/m2/giờ, sau đó phát thải giảm dần đến khi thu hoạch. - Tổng phát thải khí nhà kính trên 3 nhóm đất trồng lúa ở Thái Bình (tấn CO2 tđ/ha/năm) được xếp hạng theo thứ tự tăng dần là: đất phù sa 2 vụ lúa (15,43), đất mặn 2 vụ lúa (16,85), đất phù sa 2 lúa - màu (18,85 ), đất phèn 2 vụ lúa (20,91). Cường độ phát thải KNK trong canh tác lúa (kg CO2 tđ/kg thóc) trong vụ xuân là: đất mặn 2 lúa (0,805), đất phù sa 2 lúa (0,916), đất phù sa 2 lúa 1 màu (1,397), đất phèn 2 lúa (2,042). Chỉ số này trong vụ mùa lần lượt là đất phù sa 2 lúa (1,657), đất mặn 2 lúa (1,761), đất phèn 2 lúa (2,000), đất phù sa 2 lúa - màu (5,000). - Xây dựng được bản đồ tổ hợp vùng khí hậu-đất-hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1/50.000 cho tỉnh Thái Bình; Tính toán và xây dựng bản đồ phát thải CH4, N2O trên đất trồng lúa tỷ lệ 1/50.000 cho vụ xuân vụ mùa và bản đồ tổng phát thải CO2tđ cả năm cho toàn tỉnh. Đã tính toán được phát thải cụ thể theo nhóm đất cho hai loại khí nhà kính là CH4 và N2O. Tổng phát thải CO2tđ cả năm cho toàn tỉnh Thái Bình theo các nhóm đất như sau: Nhóm đất phù sa có lượng phát thải cao nhất với 166.184,11 tấn CO2tđ/năm, nhóm đất phèn 77.636,83 tấn CO2tđ/năm, nhóm đất mặn 21.311,33 CO2tđ/năm và nhóm đất cát có lượng phát thải thấp nhất với 15.077,32 tấn CO2tđ/năm. Kết quả này là cơ sở cho phép tính toán cụ thể lượng khí nhà kính phát thải từ canh tác lúa nước cho tính Thái Bình hàng năm trong kiểm kê phát thải khí nhà kính. - Xây dựng được bản đồ thích nghi cho áp dụng kỹ thuật tưới khô ướt xen kẽ (AWD) trên phạm vi đất trồng lúa toàn tỉnh Thái Bình tỷ lệ 1/50.000 với các mức thích nghi sau: Vụ xuân: có 44.679,60 ha thích nghi với AWD ở mức cao, 43.482,54 ha thích nghi ở mức trung bình và 557,80 ha không thích nghi; vụ mùa: có 30.878,24 ha thích nghi ở mức cao, 52.509,50 ha thích nghi ở mức trung bình và 5.332,20 ha không thích nghi. Xây dựng bản đồ tiềm năng giảm phát thải KNK khi áp dụng AWD tại các vùng thích nghi cao và thích nghi trung bình từ đó tính toán được lượng khí nhà kính có thể giảm khi áp dụng AWD ở Thái Bình là 109.680,12 tấn CO2tđ/năm. Để giảm được lượng KNK phát thải từ canh tác lúa nước, tỉnh Thái Bình cần áp dụng tổng hợp một số giải pháp sau: + Áp dụng kỹ thuật tưới khô ướt xen kẽ (AWD) tại các vùng thích nghi cao và thích nghi trung bình. + Tăng cường sử dụng các giống lúa ngắn ngày trong cơ cấu giống sẽ giảm được 5% lượng phát thải KNK trong cả năm. + Sử dụng phân N dạng NPK thay cho dùng Urea đơn sẽ giảm phát thải 40.624,26 tấn CO2tđ/năm và sử dụng phân đạm chậm tan (Urea bọc agrotain) thay cho phân đạm Urea đơn giảm phát thải 33.922,01 tấn CO2tđ/năm. xiv
THESIS ABSTRACT PhD candidate: Chu Sy Huan Thesis title: Research solutions to reduce greenhouse gas emissions in rice production in Thai Binh province Major: Soil Science Code: 9 62 01 03 Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA) Research Objectives (i) Determine the current status of greenhouse gas emissions on rice land and the spatial distribution of GHG emissions according to different climatic conditions, soil types and farming practices; (ii) Develop and propose measures to reduce greenhouse gas emissions for rice production in Thai Binh province for each climate condition and soil type; Materials and Methods The thesis used the following main research methods: Secondary data collection method; Farmer interview method; Methods of selecting research sites; Methods of rice cultivation at gas sampling points; Methods of sampling and analyzing soil samples; Methods of gas sampling and analysis of greenhouse gases; Emissions analysis and calculation; Methods of processing statistics; Method of calculating greenhouse gas emissions using DNDC software; Methods of GIS application in spatial analysis; Methods of mapping; Methods of calculating the potential to reduce greenhouse gas emissions; Main findings and conclusions - Thai Binh is a province in the coastal plain with suitable natural conditions for wet rice cultivation. Thai Binh’s rice cultivation area is mainly distributed on 4 soil groups: alluvial soil (73.31%), alkaline soil (15.13%), saline soil (9.63%) and sandy soil (1.93%). Between 2015 and 2021, the province’s rice growing area decreased by an average of 1,300 ha/year. Thai Binh province has a relatively dense and well-operated in- field irrigation system and canals, creating large production areas that are proactive in irrigation, which is also a premise to apply scientific and technical advances in the cultivation process to adapt to climate change and gradually reduce greenhouse gas emissions in agricultural production, especially in rice cultivation. - The results of the GHG emission monitoring experiment in rice fields showed that the CH4 emission dynamics in the spring crop in all soil groups increased continuously from the time the rice taking root at green stage and reached the peak at the tillering period. Emission rates change depending on the water levels in the field afterwards. For acid sulphate soil, emissions also accumulate until the flowering period with the highest emission rate of 32 mg CH4/m2/hour. During the crop season, all measurement points on the soil groups shared a common trend of increasing emissions immediately after transplanting and reaching a maximum emission rate of up to 28 mg CH4/m2/hour from the tillering period to the manure one, followed by a graduall decrease until harvest. xv
Meanwhile, the dynamics of N2O emissions in the spring crop on different soil groups are very different according to the growth stages and nitrogen fertilization regimes. Emission rates reach the peak and the flowering period is at 0.4 mg N2O/m2/hour, and then emissions gradually decrease until harvest. - Total greenhouse gas emissions on 3 groups of rice-growing land in Thai Binh (tons of CO2tđ/ha/year) ranked in ascending order: alluvial soil with 2 rice crops (15.43), saline soil with rice crops (16.85), 2 rice crops with alluvial soil (18.85), 2 rice crops in alkaline soil (20.91). GHG emission intensity in 2-crop rice cultivation (kilograms of CO2tđ eq/kg rice) in spring crop are: saline soil (0.805), alluvial soil 2 (0.916), alluvial soil with 2 rice 1 color (1.397), acid soil (2.042). These figures in the crop are as follows: alluvial soil with 2 rice (1.657), saline soil (1.761), acid soil (2.000), alluvial soil with 2 rice - color (5.000). - A map of the combination of climate-soil-land-use statuses has been created at the scale of 1:50,000 for Thai Binh province; Calculating and building a map of CH4, N2O emissions on rice land at the scale of 1/50,000 for the spring crop and a map of total CO2tđ emissions throughout the year for the whole province; Calculating the soil-specific emissions for two greenhouse gases, CH4 and N2O; The total annual CO2tđ emissions for the whole province of Thai Binh by soil groups are as follows: The alluvial soil group has the highest emission with 166,184.11 tons of CO2tđ/year, the acid soil group is 77,636.83 tons of CO2tđ/year, the saline soil group 21,311.33 tons of CO2tđ/year and the sandy soil group had the lowest emission with 15,077.32 tons of CO2tđ/year. This result serves as the basis for the calculation of specific greenhouse gas emissions from wet rice cultivation for the annual calculation of Thai Binh in the GHG emissions inventory. - An adaptation map has been developed for the application of alternating wet and dry irrigation (AWD) on rice land in the whole province of Thai Binh at the scale of 1:50,000 with the following adaptation levels: In Spring crop, the adaptation to AWD is high at 44,679.60 ha, the average level is 43,482.54 ha, the non-adapted rate is 557.80 ha; in the major crops, thet high adaptability is 30,878.24 ha, the average adaptability is 52,509.50 ha and the non-adaptation is 5,332.20 ha. A map of the potential for GHG emission reductions has also been developed when AWD is applied in high and medium adaptive areas, based on which the amount of greenhouse gas can be reduced by 109,680.12 tons of CO2tđ/year when AWD is applied in Thai Binh. To reduce GHG emissions from wet rice farming, Thai Binh province needs to apply a number of solutions: + Applying alternating wet and dry irrigation (AWD) in highly and moderately adapted areas. + Increasing the use of short-term rice varieties in the seed structure to reduce GHG emissions by 5% for the whole year. + Using NPK fertilizer instead of single Urea will reduce emissions by 40,624.26 tons CO2tđ/year and using slow-releasing nitrogen fertilizer (Urea coated with agrotain) instead of simple urea nitrogen fertilizer reduce emissions 33,922.01 tons CO2tđ/year. xvi
PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Báo cáo thứ VI của IPCC (AR6) công bố năm 2021 cho thấy, khí thải nhà kính từ các hoạt động của con người khiến Trái đất nóng lên 1,1ºC kể từ giai đoạn 1850 - 1900. Mỗi thập kỷ trong 40 năm vừa qua đều lần lượt nóng hơn các thập kỷ trước kể từ năm 1950. So với năm 1901, mực nước biển trung bình đã tăng 20 cm vào năm 2018. Mức tăng trung bình mực nước biển khoảng 3,7 mm mỗi năm (từ 2006 - 2018). Hiện nay đã có 137 quốc gia, đại diện cho 88% tổng lượng phát thải thế giới, gồm các nước phát thải lớn như Mỹ, Trung Quốc và Ấn Độ đã cam kết hoặc hướng tới mục tiêu Net Zero. Mỗi quốc gia tự đặt ra mốc thời gian để đạt mục tiêu này, phần lớn là vào năm 2050, một số ít ngoại lệ vào năm 2035 và muộn nhất vào năm 2070. Định hướng tới mục tiêu Net Zero, trong báo cáo NDC đóng góp do quốc gia tự quyết định cập nhật năm 2022, Việt Nam cam kết giảm nhẹ phát thải và đưa ra mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính (KNK) vào năm 2030 do quốc gia tự xác định là 15,8% và nếu có sự hỗ trợ của quốc tế là 43,5%. Cam kết giảm phát thải khí metan 30% vào năm 2030, chống suy thoái rừng và chuyển đổi năng lượng sạch. Chính phủ khẳng định, mặc dù là nước đang phát triển, mới chỉ bắt đầu tiến hành công nghiệp hóa trong hơn 3 thập kỷ qua nhưng là nước có lợi thế về năng lượng tái tạo, Việt Nam sẽ xây dựng và triển khai các biện pháp giảm phát thải khí nhà kính mạnh mẽ bằng nguồn lực của mình, cùng với sự hợp tác, hỗ trợ về tài chính và chuyển giao công nghệ của cộng đồng quốc tế, nhất là các nước phát triển, trong đó có thực hiện các cơ chế theo Thỏa thuận Paris, để đạt Net Zero vào năm 2050. Theo kết quả tính toán phát thải, hấp thụ khí nhà kính đã công bố của Việt Nam năm 2016, tổng lượng phát thải khí nhà kính tại Việt Nam là 316.734,96 nghìn tấn CO2tđ. Phát thải khí nhà kính (KNK) từ lĩnh vực năng lượng chiếm tỷ trọng lớn nhất là 65%, sau đó là lĩnh vực IPPU chiếm 14,6%. Phát thải ròng của lĩnh vực AFOLU chiếm tỷ trọng lớn thứ ba là 13,9% và nhỏ nhất là lĩnh vực chất thải chiếm 6,5%. Tổng lượng phát thải/hấp thụ KNK trong lĩnh vực AFOLU năm 2016 là 44.069,74 nghìn tấn CO2tđ. Trong đó, đất rừng hấp thụ lớn nhất, -54.657,78 nghìn tấn CO2tđ và canh tác lúa phát thải lớn nhất, 49.693,02 nghìn tấn CO2tđ (Bộ TN&MT, 2020). 1