Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ tưới cho lúa đến sự phát thải khí metan ở đất trồng lúa huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:83

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ tưới đến sự phát thải khí CH4 trên ruộng lúa huyện Bố Trạch; đề xuất chế độ tưới lúa hợp lý để giảm thiểu sự phát thải khí CH4 mà không ảnh hưởng đến năng suất lúa huyện Bố Trạch.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ tưới cho lúa đến sự phát thải khí metan ở đất trồng lúa huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Thị Thúy Hằng NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TƢỚI CHO LÚA ĐẾN SỰ PHÁT THẢI KHÍ METAN Ở ĐẤT TRỒNG LÚA HUYỆN BỐ TRẠCH, TỈNH QUẢNG BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội, 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Thị Thúy Hằng NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TƢỚI CHO LÚA ĐẾN SỰ PHÁT THẢI KHÍ METAN Ở ĐẤT TRỒNG LÚA HUYỆN BỐ TRẠCH, TỈNH QUẢNG BÌNH Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Việt Anh PGS.TSKH. Nguyễn Xuân Hải Hà Nội - 2014
Lời cám ơn Để hoàn thành luận văn, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của các tập thể, cá nhân trong và ngoài trường. Tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Nguyễn Việt Anh – Trường Đại học Thủy Lợi và PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải – Trường Đại học Khoa học và Tự nhiên Hà Nội đã hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành tốt luận văn. Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa Môi trường đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại đây. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn ủng hộ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn của tôi còn nhiều thiếu sót, tôi kính mong được sự góp ý của thầy cô, bạn bè để luận văn được hoàn chỉnh hơn. Xin chân thành cám ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Sinh viên Nguyễn Thị Thúy Hằng
MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 1 2. Mục tiêu, nội dung .............................................................................................. 2 3. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 2 4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ................................................................ 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ........................................................... 4 1.1.Tổng quan kết quả nghiên cứu về phát thải metan ........................................... 4 1.1.1. Kết quả nghiên cứu về phát thải metan trên thế giới ................................ 4 1.1.2. Kết quả nghiên cứu trong nƣớc ................................................................. 7 1.1.2.1. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực Năng lƣợng .................................. 7 1.1.2.3. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực lâm nghiệp .................................. 8 1.1.2.4. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực chất thải ...................................... 8 1.1.2.5. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực Nông nghiệp ............................... 9 1.2. Cơ chế hình thành khí CH4 ............................................................................ 14 1.2.1. Sự phân giải chất hữu cơ và hình thành CH4 ........................................... 15 1.2.2. Vi sinh vật và sự hình thành CH4 ............................................................ 19 1.2.3. Sự ôxi hoá CH4 và sự hình thành CH4 ..................................................... 22 1.2.4. Thế ôxy hoá-khử (Eh) và sự hình thành CH4 .......................................... 23 1.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến phát thải CH4 ..................................................... 26 1.3.1. Ảnh hƣởng của chế độ tƣới đến phát thải CH4 ..................................... 26 1.3.2. Ảnh hƣởng của các tính chất lý-hoá học đất đến sự phát thải CH4 ......... 30 1.3.3. Ảnh hƣởng của trồng lúa và mùa vụ đến sự phát thải CH4 ..................... 33 1.4. Khái quát về phƣơng pháp tƣới truyền thống và tƣới tiết kiệm ..................... 37 1.4.1. Phƣơng pháp tƣới ngập thƣờng xuyên (NTX) ......................................... 37 1.4.2. Phƣơng pháp tƣới nông lộ phơi (NLP) .................................................... 38 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .. 40 2.1. Địa điểm và đối tƣợng nghiên cứu ................................................................. 40 2.2. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 40 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................ 40
2.3.1. Phƣơng pháp kế thừa ............................................................................... 40 2.3.2. Phƣơng pháp lấy mẫu ngoài thực địa ...................................................... 40 2.3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm .................................. 44 2.3.4. Phƣơng pháp thí nghiệm đồng ruộng ...................................................... 45 2.3.5. Phƣơng pháp phân tích ............................................................................ 41 CHƢƠNG 3. KẾT QỦA NGHIÊN CỨU ................................................................ 49 3.1. Điều kiện tự nhiên huyện Bố Trạch – tỉnh Quảng Bình ................................ 49 3.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................... 49 3.1.2. Các yếu tố khí tƣợng ............................................................................... 50 3.2. Một số tính chất lý – hóa học đất nghiên cứu ................................................ 54 3.2.1. Thành phần cơ giới .................................................................................. 54 3.2.2. Tính chất hóa đất ..................................................................................... 55 3.3. Kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.................................................. 57 3.3.1. Biến động Eh qua hai phƣơng pháp tƣới ................................................. 57 3.3.2. Biến động pH qua hai phƣơng pháp tƣới ................................................. 58 3.4. Kết quả nghiên cứu đồng ruộng ..................................................................... 60 3.4.1. Biến động Eh và pH qua hai phƣơng pháp tƣới tại thí nghiệm đồng ruộng60 3.4.2. Biến động lƣợng phát thải khí CH4 qua hai chế độ tƣới tại thí nghiệm đồng ruộng .................................................................................................................. 62 3.5. Ảnh hƣởng của chế độ tƣới đến lƣợng phát thải khí CH4 trên ruộng lúa ...... 67 3.6. Đề xuất chế độ tƣới lúa hợp lý nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính, tiết kiệm nƣớc ở khu vực huyện Bố Trạch - Quảng Bình ...................................... 70 CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 72 1. Kết luận............................................................................................................. 72 2. Kiến nghị ........................................................................................................... 73
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Mô tả vị trí ruộng lúa thí nghiệm………………………………………...…..……5 Bảng 1.2. Kết quả thí nghiệm về đo đạc phát thải khí CH4………………….…..………...6 Bảng 1.3.Lựa chọn kịch bản giảm thiểu - Jakenan (Indonesia) ……….………...….…6 Bảng 1.4. Kết quả kiểm kê khí nhà kính khu vực nông nghiệp năm 2000……………..9 Bảng 1.5. Diện tích trồng lúa với các chế độ quản lý nước khác nhau ……………..…11 Bảng 1.6. Tổng lượng phát thải khí Mêtan và năng suất lúa trong 2 trường hợp tưới ngập thường xuyên và nông lộ phơi (Trạm KTNN Hoài Đức, vụ mùa năm 2000)….…11 Bảng 1.7. Lượng phát thải khí Mêtan trong 2 trường hợp tưới ngập thường xuyên và rút nước định kỳ ở Trạm khí tượng nông nghiệp Hoài Đức………………………………12 Bảng 1.8: Eh của các hệ ôxy hoá-khử……………….....……………….............…………23 Bảng 2.1. Các chỉ tiêu của nước tưới khu thí nghiệm………………..…………..….…42 Bảng2.2.Chỉ tiêu và phương pháp phân tích………………………..…..…………...….48 Bảng3.1.Một số tính chất hoá đất tại khu thí nghiệm………………...…………..…..52 Bảng3.2. Động thái Eh của hai công thức tưới…………………………………..………54 Bảng3.3. Động thái pH của hai công thức tưới…………………………………….……...56 Bảng 3.4. Biến động Eh qua hai phương pháp tưới tại đồng ruộng………………….....57 Bảng 3.5. Biến động pH qua hai phương pháp tưới tại đồng ruộng……………….……58 Bảng 3.6. Lượng phát thải khí CH4 trên ruộng tưới ngập thường xuyên…………….60 Bảng 3.7. Tổng lượng phát thải khí CH4 trên ruộng tưới ngập thường xuyên…….......61 Bảng 3.8. Lượng phát thải khí CH4 trên ruộng lúa tưới nông lộ phơi………….…....62 Bảng 3.8. Tổng lượng phát thải khí CH4 (tưới nông lộ phơi…………………….……63 Bảng 3.9. So sánh lượng phát thải khí CH4 trên ruộng lúa trong 2 trường hợp tưới ngập thường xuyên và tưới nông lộ phơi………………………………….…...…………...65 Bảng 3.1.0. So sánh tổng lượng phát thải khí Mêtan và năng suất lúa trong 2 trường hợp tưới ngập thường xuyên và tưới nông lộ phơi……..……………………..…………...66
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Diện tích trồng lúa với các chế độ quản lý nước khác nhau…………….…..10 Hình 1.2. Biểu đồ diễn biến lượng phát thải khí Mêtan trong 2 trường hợp tưới ngập thường xuyên và rút nước định kỳ ở Trạm khí tượng nông nghiệp Hoài Đức…………………………………………………………………………...………….….…….13 Hình 1.3. Sơ đồ về đặc điểm sự hình thành mê tan ở đất ngập nước trồng lúa của Việt Nam……………………………………………………………………............................14 Hình 1.4. Sơ đồ phân huỷ Xenlulozo………………….…………...………………….……..16 Hình 1.5. Sơ đồ phân giải các hợp chất hữu cơ chứa N………………….………….…...17 Hình 1.6. Quá trình phân huỷ chất hữu cơ và chuyển hoá năng lượng ở điều kiện yếm khí ……………………………………………………..…………………..……….…………...17 Hình 1.7. Đồ thị sự phát thải của CH4 & CO2 ở điều kiện yếm khí….…..……………...17 Hình 1.8: Giản đồ ổn định của các hệ ôxy hoá- khử phụ thuộc vào Eh và pH …..…...24 Hình 1.9: Động thái của Eh ở các phương án thí nghiệm tại nhiệt độ 200C ….……....25 Hình 1.10. Động thái của nhiệt độ (a và d), sự phát thải CH4 (b và e), Eh và pH (c và f) ở điều kiện đất ngập nước liên tục và không liên tục ……………………………………..31 Hình 1.11. Động thái của pH ở một số loại đất khi ngập nước…………..……………...32 Hình 1.12. Mô phỏng quá trình phát thải CH4 ở đất trồng lúa nước…………..…….34 Hình 1.13. Động thái của Eh ở đất trồng lúa và không trồng lúa……..………..……….35 Hình 1.14. Quá trình trao đổi ôxy của cây lúa…………………………………….……....35 Hình 2.1. Bố trí thí nghiệm tại Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình……………………..……...42 Hình 2.2 Mô phỏng lớp nước mặt ruộng khi tưới ngập thường xuyên (đối chứng) …..44 Hình 2.3 Mô phỏng lớp nước mặt ruộng khi tưới nông lộ phơi………………..………...45 Hình 2.4. Thiết bị lấy mẫu mêtan (CH4) tại đồng ruộng…………………….…….…...47 Hình 3.1. Bản đồ hành chính huyện Bố Trạch - tỉnh Quảng Bình……………..………50 Hình 3.2. Phẫu diện đất tại khu thí nghiệm………………………………………….……..52 Hình 3.3. Diễn biến Eh của các công thức thí nghiệm…………………………….…...…54 Hình 3.4. Diễn biến pH của các công thức thí nghiệm………….………………………..56 Hình 3.5.Diễn biến Eh qua hai phương pháp tưới tại đồng ruộng……..……………....57
Hình 3.6. Diễn biến pH qua hai phương pháp tưới tại đồng ruộng……………….…....59 Hình 3.7.Biểu đồ diễn biến lượng phát thải CH4 trên ruộng tưới ngập thường xuyên……………………………………………………………………………………..…...……61 Hình 3.8. Biểu đồ diễn biến lượng phát thải khí CH4 trên ruộng tưới nông lộ phơi…...63 Hình 3.9 . Biểu đồ so sánh diễn biến lượng phát thải CH4 trong 2 trường hợp tưới ngập thường xuyên và nông lộ phơi……………...…………………………………….................66 Hình 3.10. Mô phỏng lớp nước mặt ruộng nông lộ phơi………………………..….......68
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, biến đổi khí hậu và những hệ quả của biến đổi khí hậu đang là một vấn đề đƣợc sự quan tâm của rất nhiều quốc gia trên thế giới. Nguyên nhân chính gây biến đổi khí hậu là sự gia tăng chất thải khí nhà kính vào khí quyển, trong đó có khí CO2, CH4 và N2O từ hệ thống canh tác nông nghiệp, đặc biệt là khí CH4 từ hệ thống canh tác lúa nƣớc. CH4 là một trong những khí nhà kính (KNK) chủ yếu của khí quyển. Sự phát thải ngày càng dƣ thừa KNK vào khí quyển của hoạt động kinh tế xã hội, con ngƣời đã và đang làm cho khí hậu biến đổi nhanh chóng. Trong khoảng 100 năm qua, nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng lên 0,3-0,6 0C và mực nƣớc biển dâng lên 10-20 cm, là hậu quả của sự tăng KNK trong khí quyển. Nguồn phát thải chính khí CH4 là ruộng lúa nƣớc, đầm lầy tự nhiên, các mỏ khai khoáng, v.v..., trong đó, khu vực sản xuất lúa nƣớc chiếm tỷ lệ lớn nhất [3]. Việt Nam là một nƣớc nông nghiệp với khoảng 80% dân số sống tại vùng nông thôn, nông nghiệp Việt Nam dựa trên cơ sở chính là trồng trọt và chăn nuôi, trong đó trồng trọt chiếm vị trí quan trọng nhất. Việt Nam có diện tích đất canh tác trồng lúa khoảng 4 triệu ha. Đối với ruộng lúa, sự phân huỷ yếm khí của các chất hữu cơ trong ruộng lúa, đã sản sinh ra CH4 phát tán vào không khí thông qua cây trồng. Chất hữu cơ đƣợc phân huỷ trong ruộng lúa bao gồm: - Dịch thải bài tiết của rễ và các tế bào rễ; - Các thành phần hữu cơ đã bón vào ruộng (phân hữu cơ, thân, lá cây trồng, v.v…); - Các sinh vật sản sinh trong điều kiện ngập nƣớc. Có thể thấy rằng, điều kiện ngập nƣớc trên ruộng lúa là hoàn cảnh thuận lợi nhất dẫn đến quá trình sản sinh và phát thải CH4 trên ruộng lúa. 1
Vì vậy đề tài “Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ tƣới cho lúa đến sự phát thải khí metan ở đất trồng lúa huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình” đƣợc đƣa ra nhằm đƣa ra một chế độ tƣới hợp lý nhất nhằm giảm thải khí CH4. 2. Mục tiêu nghiên cứu -Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ tƣới đến sự phát thải khí CH4 trên ruộng lúa huyện Bố Trạch - Đề xuất chế độ tƣới lúa hợp lý để giảm thiểu sự phát thải khí CH4 mà không ảnh hƣởng đến năng suất lúa huyện Bố Trạch. 3. Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi lãnh thổ: Địa bàn nghiên cứu là cánh đồng lúa thuộc huyện Bố Trạch tỉnh Quảng Bình - Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tập trung đánh giá ảnh hƣởng của chế độ tƣới tới sự phát thải khí CH4 trên ruộng lúa và đƣa ra chế độ tƣới phù hợp để giảm thải khí CH4. 4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn: a) Ý nghĩa khoa học - Đánh giá mối tƣơng quan giữa biện pháp tƣới ngập thƣờng xuyên và tƣới nông lộ phơi đối với sự phát thải CH4 trên ruộng trồng lúa. b) Ý nghĩa thực tiễn Đối với khu vực nghiên cứu đánh giá đƣợc phần nào tình trạng phát thải CH4 trên ruộng lúa. Dựa vào đó góp phần đƣa ra giải pháp khắc phục tình trạng này và giúp cho phát triển nông nghiệp theo hƣớng bảo vệ môi trƣờng. Các sản phẩm nghiên cứu của đề tài là cơ sở khoa học góp phần rà soát lại các quy hoạch phát triển kinh tế xã hội và hạn chế hậu quả thiên tai, sử dụng bền vững đất đai. Đây chính là căn cứ cho các nhà hoạch định chính sách và quản lý 2
nhà nƣớc ở Quảng Bình đề ra quyết sách chuyển đổi cơ cấu cây trồng, vật nuôi, chuyển dịch cơ cấu kinh tế đảm bảo phát triển kinh tế xã hội có ổn định cao. . 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan kết quả nghiên cứu về phát thải metan CH4 là một trong những khí tồn tại quan trọng trong khí quyển, cũng giống nhƣ CO2, CH4 là KNK tồn tại lâu dài. Việc tăng các KNK này gây trực tiếp đến việc thay đổi khí hậu thông qua quá trình bức xạ. Khác với CO2, CH4 là một thành phần hoạt động về mặt hoá học. Việc tăng CH4, sẽ gây nên sự thay đổi quá trình hoá học của khí quyển và ảnh hƣởng đến nồng độ của các khí khác, vì thế ảnh hƣởng gián tiếp đến sự biến đổi khí hậu. Trong vòng 4 thập kỷ qua, kể từ sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, nồng độ CH4 tăng lên nhanh hơn so với trƣớc. Nguyên nhân của việc tăng CH4 đã không đƣợc hiểu một cách thấu đáo. Một trong những giải thích có tính khả thi là, việc tăng liên tục nguồn CH4 từ các khu vực trồng lúa nƣớc, đầm lầy, v.v...[16]. 1.1.1. Kết quả nghiên cứu về phát thải metan trên thế giới Các nƣớc trồng lúa trên thế giới nhƣ Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc, Ấn Độ, Hàn Quốc, v.v… và các nƣớc Đông Nam Á đã sớm có nhiều công trình nghiên cứu về phát thải mê tan trên ruộng lúa. Từ đầu thập kỷ 80, các kết quả nghiên cứu đã tập trung vào cơ chế phát thải mê tan trên ruộng lúa, lƣợng phát thải và các biện pháp giảm thiểu phát thải mê tan. Gần đây, trong chƣơng trình nghiên cứu liên vùng về “Phát thải mê tan trên ruộng lúa” do Quỹ Môi trƣờng toàn cầu tài trợ (dự án mã số GLO/91/631), Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế IRRI thực hiện từ năm 1991-1999 [12], đã xây dựng hệ thống đo đạc nghiên cứu phát thải mê tan trên ruộng lúa của Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Thái lan, Philippin. Chƣơng trình này đã nghiên cứu đánh giá lƣợng phát thải CH4 trên ruộng lúa của các nƣớc tham gia với các chế độ phân bón, tƣới tiêu, giống, đất đai, v.v… khác nhau, đồng thời xây dựng các biện pháp tiềm năng giảm nhẹ khí thải mê tan. Nhiều hội thảo, hội nghị quốc tế và khu vực đã tổ chức để trao đổi về các nội dung nêu trên. 4
Những thí nghiệm này bao gồm: Các giai đoạn sinh trƣởng của cây lúa trong điều kiện tƣới nƣớc và có mƣa, ở các ô ruộng khác nhau, nhƣng có cùng tính chất và lịch gieo cấy giống nhau. Kết quả nghiên cứu ở các nƣớc Trung Quốc, Philippin, Ấn Độ và Indonesia đƣợc giới thiệu trong bảng 1.1, 1.2 và 1.3 sau [12]: Bảng 1.1. Mô tả vị trí ruộng lúa thí nghiệm Hangzhou Maligaya LosBanos Cuttack Jakenan Vị trí (Trung Quốc) (Philippin) (Philippin) (Ấn Độ) (Indonesia) Vụ sớm (tháng 4- Vụ mùa khô Vụ mùa khô Vụ mùa khô Vụ mùa khô Hệ thống 7), 1 vụ (T 7-9), (tháng 1-4) (tháng 1-4) (tháng 2-5) (tháng 2-6) trồng trọt Vụ muộn Vụ mùa mƣa Vụ mùa mƣa Vụ mùa mƣa Vụ mùa mƣa (tháng 7-11) (tháng 7-10) (tháng 7-10) (tháng 7-10) (tháng 10-2) Ấm, mát, ẩm ƣớt Ấm, mát, ẩm Ấm, mát, ẩm ƣớt Ấm, mát, ẩm Ấm, mát, ẩm cận nhiệt đới ƣớt nhiệt đới nhiệt đới ƣớt nhiệt đới ƣớt nhiệt đới Khí hậu Tmax=20,40c Tmax= 31,80c Tmax=30,60c Tmax=31,80c Tmax=30,80c Tmin= 12,90c Tmin= 23,20c Tmin= 23,10c Tmin= 22,10c Tmin= 22,50c Đất á sét Đất á sét Đất á sét Mùn pha sét Mùn pha sét Đất pH = 6,2 pH = 6,9 pH = 6,6 pH = 7,0 pH = 4,7 Phân lợn, tƣới Phân đạm, Chế độ Phân đạm, tƣới gián đoạn tƣới ngập liên Phân đạm Phân hỗn hợp bón phân ngập liên tục tục (Nguồn: IRRI (1999)) Trong bảng 1.2 chỉ ra rằng, tỷ lệ phát thải CH4 trong trƣờng hợp tƣới ngập thƣờng xuyên cao so với rút nƣớc gián đoạn hoặc tiêu giữa vụ. Bằng việc rút nƣớc gián đoạn ở Hangzhou (Trung Quốc) năm 1995 và 1998, tổng lƣợng phát thải CH4 giảm trong phạm vi từ 48 - 341 kg/ha, so với tƣới ngập thƣờng xuyên. Ở Maligaya (Philippin), LosBanos (Philippin), thay đổi từ 16 - 180 kg/ha. Tại Cuttack (Ấn Độ), việc tƣới ngập gián đoạn với rơm (phân bón), cho mức phát thải thấp (27 kg/ha), so với mức tƣới ngập thƣờng xuyên (36 kg/ha ), với việc xử lý phân rơm tƣơng tự . 5
Bảng 1.2. Kết quả thí nghiệm về đo đạc phát thải khí CH4 Lƣợng phát Phát thải thải giới hạn Sản lƣợng mùa Địa điểm Năm Mùa Các xử lý thí nghiệm có thể gây lúa (t/ha) (kg/ha) độc(kg/ha) 1995 Muộn - Tƣới liên tục + phân xanh 557 6,7 (Trung Quốc) - Tƣới gián đoạn + phân xanh 216 341 6,7 Hangzhou 1998 - Tƣới + đạm + tro 225 6,2 Sớm - Tƣới gián đoạn+đạm+ tro 177 48 6,2 - Tƣới + đạm + tro 279 6,4 1998 Muộn -Tƣới gián đoạn+đạm + tro 215 64 6,7 - Cấy duy trì nƣớc trên ruộng 89 7,9 (Philippin) Maligaya Khô - Cấy, tiêu nƣớc giữa vụ 51 38 7,7 1997 - Cấy duy trì nƣớc trên ruộng 348 5,4 Mƣa - Cấy, tiêu nƣớc giữa vụ 323 25 5,5 - Duy trì nƣớc trên ruộng, kết 225 5,3 LosBanos (Philippin) hợp rạ lúa Khô - Tiêu nƣớc thu hoạch, giữa 45 180 5,1 đẻ nhánh 1994 - Duy trì nƣớc trên ruộng, kết 27 3,8 hợp rạ lúa hoặc búi rễ Mƣa - Tiêu nƣớc thu hoạch, giữa 11 16 3,4 đẻ nhánh - Duy trì nƣớc trên ruộng + 36 3,5 Cuttack (ấn độ) 1997 Khô rơm - Tiêu nƣớc gián đoạn + rơm 27 9 3,1 (Nguồn: IRRI (1999)) Bảng 1.3. Lựa chọn kịch bản giảm thiểu - Jakenan (Indonesia) Lựa chọn Ranh giới Áp dụng kịch Giảm phát thải Giảm phát Ảnh hƣởng giảm thiểu giảm thiểu bản giảm thiểu Mêtan từ ranh thải Mêtan đến năng giới (%) (kg/ha) suất (%) Tƣới nông Tƣới ngập Ruộng thỉnh lộ phơi thƣờng xuyên thoảng ngập, 29,8 55,5 + 5,4% thỉnh thoảng khô bằng cách bởi điều tiết nƣớc tƣới 6
Bảng 1.3 giới thiệu kết quả lựa chọn kịch bản giảm thiểu CH4 trên ruộng lúa, đƣợc nghiên cứu bởi TS. Ir Abdul Karim Makarim (Viện nghiên cứu quốc gia cây lƣơng thực – Indonesia) thông qua dự án ALGAS. Kết quả chỉ ra rằng, chế độ rút nƣớc định kỳ thay cho tƣới ngập hoàn toàn là giải pháp lựa chọn giảm thiểu khí CH4 trên ruộng lúa, với tổng lƣợng phát thải khí Mêtan giảm 55 kg/ha và năng suất lúa tăng 5,4% [7]. Những thí nghiệm đƣợc đề cập ở trên và nghiên cứu ở châu Á chỉ ra rằng, việc rút nƣớc định kỳ có thể là tối ƣu để tiết kiệm nƣớc tƣới, tăng sản lƣợng lúa và giảm sự phát thải CH4 trên ruộng lúa. Vì vậy, việc đề xuất chế độ tƣới rút cạn nƣớc định kỳ thay cho tƣới ngập thƣờng xuyên đã đƣợc ứng dụng nhằm giảm thiểu phát thải CH4 trên ruộng lúa. 1.1.2. Kết quả nghiên cứu trong nước 1.1.2.1. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực Năng lượng Theo TS. Phạm Khánh Toàn và KS. Lê Nguyên Tƣờng [7] đã xác định đƣợc tổng lƣợng phát thải KNK ngành Năng lƣợng là 27.074,362 Gg. Trong đó, lƣợng phát thải CO2 lớn nhất, do xăng dầu gần 14 triệu tấn, tiếp đến là than hơn 8 triệu tấn, chiếm 35,7% lƣợng phát thải CO2 do đốt nhiên liệu hoá thạch. Năng lƣợng tiêu thụ trong công nghiệp và xây dựng tạo nên lƣợng phát thải lớn nhất, chiếm 38% phát thải CO2 tƣơng đƣơng trong toàn ngành Năng lƣợng; Dân dụng 17%; Giao thông vận tải 15%; tiếp đến là Công nghiệp chuyển đổi năng lƣợng 14%. Phát tán KNK do khai thác năng lƣợng ở Việt Nam không lớn, tổng lƣợng phát tán do khai thác than và dầu khí là 46,764 Gg, trong đó chủ yếu do khai thác than hầm lò, chiếm khoảng 80%. Tổng lƣợng các KNK phát thải từ ngành Năng lƣợng chiếm 26,4% lƣợng phát thải khí nhà kính quốc gia. 7
1.1.2.2. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực Công nghiệp Kết quả nghiên cứu của KS. Lê Nguyên Tƣờng, KS. Nguyễn Gia Để, KS. Nguyễn Anh Dũng [7] cho thấy, tổng lƣợng phát thải CO2 của một số loại hình công nghiệp ở Việt Nam năm 1994 là 3,807 triệu tấn. Chủ yếu do sản xuất vật liệu xây dựng, sản xuất xi măng chiếm khoảng 2,7 triệu tấn, nung vôi 650 ngàn tấn, cán thép gần 500 ngàn tấn. Lƣợng SO2 phát thải năm 1994 vào khoảng 1,6 triệu tấn, chủ yếu cũng từ ngành sản xuất xi măng. Tổng lƣợng các KNK phát thải từ ngành công nghiệp chỉ chiếm 3,7% lƣợng phát thải KNK quốc gia. 1.1.2.3. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực lâm nghiệp Theo KS. Nguyễn Khắc Hiếu, PGS.TS. Hoàng Xuân Tý, KS. Phùng Tửu Bôi [2] đã kiểm kê lƣợng KNK (tính theo CO2 tƣơng đƣơng) phát thải vào khí quyển trong khu vực lâm nghiệp và thay đổi sử dụng đất trong năm 1994 là 16,91 triệu tấn. Trong đó, hấp thụ CO2 do tăng trƣởng sinh khối là 41,75 triệu tấn, do tái sinh rừng tự nhiên 11,05 triệu tấn. Tuy vậy, lƣợng phát thải do phá rừng chuyển đổi sử dụng đất vẫn rất lớn, ƣớc tính khoảng 56,72 triệu tấn, phát thải từ đất là 8,82 triệu tấn. Lƣợng CH4 và ôxít Nitơ phát thải từ lâm nghiệp ƣớc tính ở mức 4,16 triệu tấn CO2 tƣơng đƣơng. Tổng lƣợng các loại KNK phát thải từ ngành lâm nghiệp chiếm 16,4% lƣợng phát thải KNK quốc gia. 1.1.2.4. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực chất thải Theo TS. Trần Duy Bình, KS. Lê Nguyên Tƣờng, KS. Đoàn Chí Dũng [7] đã nghiên cứu và xác định đƣợc nguồn phát thải lớn nhất là rác thải sinh hoạt. Lƣợng khí mêtan do rác thải sinh hoạt phát thải ƣớc tính là 66,813 Gg, tƣơng đƣơng với 1403 Gg CO, chiếm 54,5% lƣợng KNK do chất thải. Tổng lƣợng các loại KNK phát thải từ chất thải chỉ chiếm 2,5% lƣợng phát thải KNK quốc gia. 8
1.1.2.5. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực Nông nghiệp Nông nghiệp là một ngành có nguồn phát thải KNK lớn nhất trong các ngành kinh tế của nƣớc ta, mà chủ yếu là phát thải khí CH4, Ôxít nitơ (N2O), tiếp đó là Monoxít cacbon (CO) và Ôxít nitrogen (NOx). Trong lĩnh vực nông nghiệp, nguồn phát thải KNK đƣợc sinh ra từ các hoạt động nhƣ: Chăn nuôi gia súc, trồng lúa, đốt các phế thải trên đồng ruộng, đất nông nghiệp, đốt đồng cỏ, v.v... Bảng 1.4. Kết quả kiểm kê khí nhà kính khu vực nông nghiệp năm 2000 CH4 N2O CO Oxit nitrogen CO2 tổng % (Gg) Gg) (Gg) Khu vực NOx cộng (Tg) Trồng lúa 1.782,37 37,43 57,50 Chăn nuôi gia súc - Tiêu hoá thức ăn 368,12 7,73 11,88 - Quản lý chất thải 164,16 3,45 5,30 Đất nông nghiệp 45,87 14,22 21,85 Đốt Savan đồng cỏ 9,97 1,23 261,71 4,46 0,59 0,91 Đốt các phế thải trên 59,13 1,39 1.241,68 50,28 1,67 2,75 đồng ruộng Tổng số 2.383,75 48,49 1.503,39 54,74 65,09 100,00 (Nguồn: Dự án thông báo quốc gia – Việt Nam (2000)) Kết quả kiểm kê năm 2000 [2], lƣợng phát thải KNK khu vực nông nghiệp là 65,09Tg CO2 chiếm 43,1% tổng lƣợng phát thải KNK Quốc gia, chiếm tỷ trọng cao nhất. Khí nhà kính khu vực nông nghiệp năm 2000, nguồn phát thải lớn nhất là CH4 trong đó khu vực trồng lúa là 1.782Gg/năm tƣơng đƣơng 37,43Tg CO2 Gg chiếm 57,5%, khu vực chăn nuôi chiếm 17,18%, đất nông nghiệp chiếm 21,85%, còn lại là 9
các nguồn phát thải do đốt savan và đốt phế thải. Điều đó cho thấy khu vực trồng lúa nƣớc nguồn phát thải CH4 là chủ yếu. Để giảm lƣợng phát thải KNK, một trong những biện pháp là giảm phát thải CH4 trên vùng trồng lúa nƣớc. Hình 1.1. Diện tích trồng lúa với các chế độ quản lý nước khác nhau Ghi chú: 1/ Diện tích trồng lúa tưới ngập thường xuyên (65,3%). 2/ Diện tích trồng lúa tưới ngập không thường xuyên (19,3%). 3/ Diện tích trồng lúa tưới nhờ nước mưa (15,4%). Theo kết quả khảo sát điều tra của Viện khoa học thuỷ lợi [15], diện tích trồng lúa với các chế độ quản lý nƣớc khác nhau đƣợc trình bày trong bảng 1.5 Bảng 1.5. Diện tích trồng lúa với các chế độ quản lý nước khác nhau Chế độ quản lý nước Diện tích (103 ha) Miền Bắc Miền Nam Tổng số Tƣới ngập thƣờng xuyên 1.957 2.353 4.310 Tƣới ngập không thƣờng xuyên 1.273 1.049 1.273 Nhờ nƣớc mƣa 0.326 0.690 1.016 Tổng số 2.507 4.092 6.599 10
Theo TS. Nguyễn Văn Tỉnh, KS. Nguyễn Mộng Cƣờng và NNK v.v…[2000] [16] đã nghiên cứu sự phát thải khí mêtan trên ruộng lúa tại Trạm KTNN Hoài Đức vụ mùa năm 2000, ứng với hai trƣờng hợp tƣới ngập thƣờng xuyên và nông lộ phơi, theo tập quán canh tác bón phân hữu cơ kết hợp vô cơ. Kết quả cho thấy, lƣợng phát thải tập trung lớn nhất lớn nhất vào giai đoạn sau cấy khoảng 25  30 ngày, từ 55  60 mg/m2/h và nhỏ nhất vào giai đoạn cuối, chỉ từ 0,60  1,0 mg/m2/h. Trong trƣờng hợp tƣới nông lộ phơi, lƣợng phát thải khí mêtan nhỏ hơn so với tƣới ngập thƣờng xuyên khoảng 10% (bảng 1.6; 1.7 và hình 1.5). Bảng 1.6. Tổng lượng phát thải khí Mêtan và năng suất lúa trong 2 trường hợp tưới ngập thường xuyên và nông lộ phơi (Trạm KTNN Hoài Đức, vụ mùa năm 2000) Lượng phát thải Lượng phát Sản lượng Trường hợp Xử lý thí nghiệm trung bình thải cả mùa lúa (Tấn/ha) (mg/m2/ngày) (kg/ha) Tưới ngập Tƣới ngập thƣờng 422,3 515,3 5,50 thường xuyên xuyên + phân hoá học Tưới nông lộ Rút nƣớc định kỳ + 384,9 469,6 5,67 phơi phân hoá học Bảng 1.7. Lượng phát thải khí Mêtan trong 2 trường hợp tưới ngập thường xuyên và rút nước định kỳ ở Trạm khí tượng nông nghiệp Hoài Đức STT Ngày Tưới ngập thường xuyên Rút nước định kỳ Dòng CH4 Mực nƣớc trên Dòng CH4 Mực nƣớc trên (mg/m2/h) ruộng (cm) (mg/m2/h) ruộng (cm) 1 08/8/2000 11,65 3 11,32 3 2 15/8/2000 24,44 2 22,41 2 3 22/8/2000 48,22 2 49,40 2 11
4 29/8/2000 41,53 5 40,80 5 5 05/9/2000 56,22 4 59,81 4 6 12/9/2000 55,61 4 50,12 0 7 14/9/2000 55,85 4 24,55 0 8 16/9/2000 53,85 4,5 14,15 0 9 19/9/2000 37,51 4 8,89 0 10 21/9/2000 26,27 4,5 5,90 3 11 26/9/2000 14,78 2 7,83 3 12 03/10/2000 11,93 2 12,14 3 13 10/10/2000 9,98 3 9,82 3 14 17/10/2000 2,12 5 2,24 4,5 15 24/10/2000 2,53 4 1,54 0 16 26/10/2000 2,05 3 2,75 0 17 28/10/2000 2,71 2 2,75 0 18 31/10/2000 2,67 2 2,54 0 19 07/11/2000 1,05 2 0,64 0 12