Như vậy, kết quả đáp ứng các mục tiêu nghiên cứu: xác định được biện pháp quản lý nước ngập nông từ 0 – 5 cm làm giảm phát thải có ý nghĩa cả hai loại khí nhà kính CH4, N2O và giảm tổng
GIỚI THIỆU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Biến đổi khí hậu (BĐKH) do sự ấm dần lên của trái đất đang gây ra những tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trường toàn cầu Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) của Việt Nam là khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề nhất, với khí nhà kính (KNK) là nguyên nhân chính Phát thải KNK chủ yếu từ hoạt động của con người, trong đó sản xuất nông nghiệp chiếm 14%, với trồng lúa nước đóng góp gần 60% lượng phát thải do khí mêtan (CH4) và oxit nitơ (N2O) Khí CH4 và N2O là hai loại khí quan trọng gây nóng lên toàn cầu, với nguồn phát thải từ đất nông nghiệp chiếm khoảng 50% và 60% Tại thành phố Cần Thơ, nhiệt độ trung bình đã tăng khoảng 0,5°C trong 30 năm qua, và mực nước cao nhất đã dâng gần 50 cm BĐKH đã làm gia tăng cường độ bão, lũ, hạn hán, với các tác động như nhiệt độ không khí tăng, hạn hán, xâm nhập mặn, ngập sâu và sạt lở bờ sông.
Mức độ ảnh hưởng của nước lên sản xuất lúa tại TP Cần Thơ rất nghiêm trọng, với sản lượng giảm từ 50,7% đến 100% trong vụ ĐX, từ 6% đến 71% trong vụ HT, và hoàn toàn mất trắng trong vụ Thu Đông (UBND TP Cần Thơ, 2011) Theo thống kê năm 2015, diện tích trồng lúa tại TP Cần Thơ là 232.336 ha, chiếm 99,6% diện tích cây lương thực có hạt, cho thấy nông nghiệp, đặc biệt là canh tác lúa, vẫn là nguồn sống chính của người dân Việc canh tác 2-3 vụ lúa mỗi năm đã làm mất cân bằng dinh dưỡng trong đất, trong khi thói quen đốt hoặc vùi rơm tươi để tiết kiệm chi phí có thể gây hại cho nguồn hữu cơ trong đất và dẫn đến ngộ độc hữu cơ, đặc biệt ở những ruộng có thời gian nghỉ ngắn giữa các vụ Thêm vào đó, các đặc tính hóa, lý của đất cũng bị thay đổi, ảnh hưởng đến năng suất lúa.
Sản xuất lúa hiện nay đối mặt với chi phí cao do việc sử dụng nhiều phân bón vô cơ, đặc biệt là phân N và nông dược, gây ảnh hưởng đến môi trường Canh tác lúa trong điều kiện ngập nước thường xuyên cũng là một vấn đề đáng lo ngại khi nguồn nước ngọt ngày càng khan hiếm và xâm nhập mặn gia tăng Tại Tp Cần Thơ, nhiều mô hình canh tác như luân canh với cây màu (mè, đậu nành, dưa hấu) và xen canh lúa với nuôi trồng thủy sản không chỉ giúp giảm rủi ro do năng suất lúa vụ 2 và 3 thường thấp mà còn cải thiện tính chất hóa lý của đất.
Do đó trong điều kiện BĐKH hiện nay với những vấn đề thực tế nêu trên thì các giả thuyết nghiên cứu được đặt ra như sau:
Để quản lý nước hiệu quả, cần tìm ra biện pháp phù hợp nhằm giảm phát thải khí N2O mà không ảnh hưởng đến năng suất lúa Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về vấn đề này, nhưng vẫn còn tranh cãi về mức nước hợp lý trên đồng ruộng Nhiều nghiên cứu cho thấy việc rút nước có thể giảm phát thải khí CH4, nhưng lại làm tăng phát thải khí N2O, và ngược lại.
Tập quán canh tác của nông dân thường bao gồm việc đốt hoặc vùi rơm rạ tươi vào đất, điều này có thể dẫn đến sự phát thải khí nhà kính CH4 và N2O Việc áp dụng các mô hình canh tác này cần được xem xét kỹ lưỡng để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
Mô hình luân canh cây màu trên nền đất lúa mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng cần xem xét tiềm năng phát thải khí nhà kính (CH4 và N2O) so với mô hình độc canh cây lúa.
Nghiên cứu “Đánh giá phát thải khí nhà kính (N2O và CH4) trên hai mô hình canh tác lúa” được thực hiện nhằm giải quyết các vấn đề thực tiễn trong canh tác lúa và biến đổi khí hậu hiện nay Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá tiềm năng phát thải khí nhà kính từ các mô hình canh tác lúa, từ đó đưa ra khuyến cáo cho sản xuất lúa, góp phần giảm phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp và đảm bảo an ninh lương thực quốc gia.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
– Xác định được biện pháp quản lý nước phù hợp làm giảm phát thải CH4 và N2O trong canh tác lúa
– Đánh giá tiềm năng phát thải CH4 và N2O giữa các biện pháp xử lý rơm rạ sau thu hoach
Mô hình canh tác có tiềm năng phát thải khí nhà kính thấp nhưng vẫn duy trì năng suất lúa ổn định đã được xác định trong hệ thống luân canh cây màu và độc canh 3 vụ lúa trên nền đất lúa Điều này tạo cơ sở cho việc khuyến cáo trong canh tác lúa, nhằm giảm phát thải khí nhà kính và góp phần giảm thiểu tiềm năng gây nóng lên toàn cầu trong sản xuất lúa.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học để đề xuất và khuyến cáo áp dụng mô hình canh tác tại tỉnh Cần Thơ và các khu vực có điều kiện tương tự, nhằm đảm bảo năng suất cao đồng thời giảm thiểu phát thải khí nhà kính.
Kết quả nghiên cứu sẽ được sử dụng để bổ sung tài liệu cho giảng dạy, học tập và nghiên cứu tại các trường đại học và viện nghiên cứu, đặc biệt về các mô hình canh tác lúa và mối liên hệ giữa sản xuất lúa nước và phát thải khí nhà kính.
Khuyến cáo các mô hình canh tác lúa an toàn với môi trường sinh thái cho vùng trồng lúa tại tỉnh Cần Thơ và các khu vực có điều kiện sinh thái tương tự.
Nâng cao nhận thức của người dân về canh tác giảm phát thải khí nhà kính và ứng phó với biến đổi khí hậu là rất quan trọng, đặc biệt trong sản xuất lúa tại tỉnh Cần Thơ và trong toàn bộ lĩnh vực canh tác lúa.
PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài tập trung nghiên cứu, đánh giá tiềm năng phát thải khí CH4 và
N2O trong các mô hình quản lý nước, xử lý rơm rạ sau thu hoạch, và canh tác trên hệ thống luân canh và độc canh là cơ sở để khuyến cáo sản xuất lúa nhằm giảm phát thải khí nhà kính và thích ứng với biến đổi khí hậu.
Các mô hình quản lý nước, xử lý rơm rạ sau thu hoạch, và canh tác trên hệ thống luân canh và độc canh đã được triển khai trên đất phèn nhẹ tại Ấp Thới Phong A, Thị Trấn Thới Lai và Viện lúa Đồng bằng sông Cửu Long, Xã Tân Thạnh, Huyện Thới Lai, TP Cần Thơ trong các vụ ĐX 2015 – 2016, Xuân Hè 2016, HT 2016 và ĐX 2016 – 2017.
GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
– Về địa điểm: Đề tài tập trung nghiên cứu trên địa bàn Huyện Thới Lai
Nội dung nghiên cứu tập trung vào việc phân tích và đánh giá phát thải khí metan (CH4) và nitrous oxide (N2O) trong các mô hình quản lý nước trên đồng ruộng Nghiên cứu cũng xem xét các mô hình canh tác như xử lý rơm rạ sau thu hoạch, canh tác lúa trong hệ thống luân canh cây mè trên nền đất lúa, và độc canh 3 vụ lúa.
NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
Nghiên cứu cho thấy mô hình quản lý mực nước ruộng ngập nông (0 – 5 cm) không chỉ giảm phát thải khí CH4 từ 28,3 – 38,0% mà còn không làm tăng phát thải khí N2O trên ruộng lúa Tổng phát thải khí nhà kính giảm 27,9% so với phương pháp để nước ngập thường xuyên.
Nghiên cứu cho thấy phát thải khí CH4 từ mô hình vùi rạ đạt 2,02 kg/ha/ngày, trong khi xử lý bằng Tricho là 1,99 kg/ha/ngày và đốt rơm là 1,90 kg/ha/ngày Tổng phát thải quy đổi kg CO2e/ha/năm không có sự khác biệt giữa các biện pháp xử lý rơm rạ.
Nghiên cứu cho thấy rằng các mô hình quản lý nước và xử lý rơm dẫn đến lượng khí N2O phát thải cao gấp 2,50 – 3,00 lần so với lượng phát thải hằng ngày, chiếm từ 36,9% đến 45,1% tổng phát thải khí N2O trong mỗi vụ.
Kết quả nghiên cứu đã xác định tổng phát thải khí N2O sau bón phân qua
Trong nghiên cứu, ba vụ canh tác đóng góp từ 25,1% đến 65,6% tổng lượng khí N2O trong mô hình luân canh, trong khi ở mô hình độc canh, tỷ lệ này chỉ từ 18,3% đến 37,4% Tổng phát thải khí quy đổi ra kgCO2e/ha giữa hai mô hình có sự khác biệt rõ rệt, với tổng phát thải khí kgCO2e/ha/năm ở mô hình luân canh thấp hơn 20,6% so với mô hình độc canh.
Với tổng diện tích canh tác lúa của ĐBSCL khoảng 4 triệu ha/năm, việc áp dụng mô hình quản lý nước ngập nông và chuyển đổi diện tích đất canh tác lúa không hiệu quả sang luân canh có thể giảm khoảng 12,03 triệu tấn CO2e/ha Điều này đóng vai trò quan trọng trong việc giảm phát thải khí nhà kính trong sản xuất nông nghiệp.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
NỘI DUNG 1: NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP QUẢN LÝ NƯỚC ẢNH HƯỞNG ĐẾN PHÁT THẢI KHÍ CH 4 VÀ N 2 O TRONG CANH TÁC LÚA
– Nghiên cứu ảnh hưởng các mực nước ngập khác nhau đến phát thái khí
– Địa điểm: Nhà lưới Bộ môn Khoa học đất và Vi sinh và khu thí nghiệm – Viện lúa Đồng bằng sông Cửu Long – Xã Tân Thạnh – Huyện Thới Lai –
* Thí nghiệm 1.1: Ảnh hưởng của các biện pháp quản lý nước đến phát thát thải khí N2O và CH4 trong canh tác lúa
– Địa điểm: Nhà lưới Bộ môn Khoa học đất và Vi sinh – Viện lúa ĐBSCL – Xã Tân Thạnh – Huyện Thới Lai – TP Cần Thơ
– Thời gian: Từ tháng 09 đến tháng 12 năm 2015
– Mục đích: Tìm hiểu tác động của các độ sâu ngập khác nhau trên lượng khí thải N2O và CH4 gây hiệu ứng nhà kính
Giống lúa OM 5451 được lai tạo bởi viện lúa ĐBSCL, và nghiên cứu sử dụng máy sắc ký khí Model SRI 8610C Các loại phân bón được áp dụng trong nghiên cứu bao gồm Urea (46% N), DAP (18% N và 46% P2O5) và KCl (60% K).
Mẫu đất được thu thập từ khu thí nghiệm của Viện lúa ĐBSCL với các đặc tính như sau: độ pH là 5,49 và hàm lượng photpho (P) là 0,05%.
Đất nghiên cứu là đất phù sa không mặn, với hàm lượng N (%) là 0,15 và OC (%) là 2,13 Theo các nghiên cứu, thành phần dinh dưỡng N và K tổng số trung bình được ghi nhận (Kyuma, 1976), trong khi P tổng số lại nghèo (Lê Văn Căn, 1978) và cacbon hữu cơ ở mức thấp (Metson, 1961).
– Phương pháp nghiên cứu: Thí nghiệm được bố trí theo thể thức hoàn toàn ngẫu nhiên với 4 biện pháp quản lý nước khác nhau và 4 lần lặp lại, công
42 thức phân vô cơ sử dụng 80 N – 40 P2O5 – 30 K2O Phân được chia làm các lần bún như sau: Lần 1: 8 ngày sau cấy (NSC) với liều lượng ẳ N và ẵ K2O; lần 2:
24 NSC với liều lượng ẵ N; lần 3: 42 NSC với liều lượng ẳ N và ẵ K2O Phõn lân bón lót hoàn toàn trước khi cấy
Các nghiệm thức thí nghiệm như sau: Đối chứng (ĐC): Giữ nước ngập liên tục 15 cm
5 cm: Giữ nước ngập liên tục 5 cm
AWD: (Alternate Wetting and Drying: Tưới ngập khô luân phiên) ĐBHN: Đất bảo hòa nước
Bảng 3.2 Mô tả các nghiệm thức quản lý nước trong nhà lưới
Kí hiệu Nghiệm thức Mô tả ĐC Giữ nước ngập liên tục 15 cm Giữ mực nước trong bể ngập 5 cm trong giai đoạn 5 –
Sau 10 ngày cấy, cần tăng dần lượng nước và duy trì mực nước trong bể ở mức 15 cm trong suốt vụ Trước khi thu hoạch lúa, hãy rút nước khoảng 7 – 10 ngày.
5 cm Giữ nước ngập liên tục 5 cm
Sau khi cấy 5 – 10 ngày và trong suốt vụ trồng sẽ giữ mực nước trong bể ngập liên tục 5 cm Rút nước trước khi thu hoạch lúa 7 – 10 ngày
AWD Tưới ngập khô luân phiên
Giữ mực nước trong bể ngập 5 cm trong giai đoạn 5–
Sau 10 ngày cấy, chỉ tưới bể lúa khi mực nước hạ thấp dưới 15 cm Cần duy trì mực nước ngập từ 3–5 cm trong các lần bón phân và giai đoạn lúa làm đòng–trổ Trước khi thu hoạch, nên rút nước 7 – 10 ngày để đảm bảo đất bảo hòa nước.
Sau khi cấy từ 5 đến 10 ngày và trong suốt vụ trồng, cần duy trì mực nước trong bể ở mức 0 cm, tức là mực nước ngang bằng với mặt ống nhựa PVC Ngoại trừ các lần bón phân, khi đó sẽ cho nước vào bể với mực nước từ 3 đến 5 cm.
Hình 3.1 Dung cụ theo dõi mực nước thứ tự từ trái qua phải: (a) Giữ nước ngập liên tục 15 cm; (b) Giữ nước ngập 5 cm; (c) AWD; (d) Đất bảo hòa nước
Sơ đồ bố trí thí nghiệm:
Lặp lại 1 Lặp lại 2 Lặp lại 3 Lặp lại 4 ĐC AWD 5 cm ĐHBN
5 cm ĐC ĐHBN AWD ĐHBN 5 cm AWD ĐC
Mẫu đất cần được phơi khô, băm nhuyễn và trộn đều trước khi cho vào bể xi măng có kích thước cao 60 cm, dài 4 m và rộng 2,5 m Lúa sau khi được ngâm ủ nảy mầm trong 12 ngày sẽ được cấy vào bể thí nghiệm với khoảng cách 20 cm x 20 cm.
+ Phân tích đặc tính đất đầu vụ
+ Đếm số chồi ở 35, 60 NSC trong diện tích thu mẫu khí CH4
+ Ghi nhận nhiệt độ trong buồng thu mẫu khí và mực nước trong bể vào các thời điểm lấy mẫu
+ Thu mẫu khí N2O và CH4 định kỳ 1 lần/tuần sau khi cấy và kết thúc qúa trình thu mẫu trước khi thu hoạch lúa 1 tuần
+ Phân tích hàm lượng cacbon hữu cơ (OC%), đạm tổng số (N%) và pH trong đất cuối vụ
+ Số bông/diện tích 0,25 m 2 , tổng số hạt/bông, tỷ lệ hạt chắc, trọng lương
1000 hạt, sinh khối và năng suất lúa (g/m 2 )
– Phương pháp thu, đo và phân tích mẫu:
+ Mẫu khí: được lấy vào thời điểm 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 và 11 tuần sau cấy, sử dụng 2 hệ thống bình kín thu khí như sau:
Hệ thống bình kín khí N2O được thiết kế bởi Smith và cộng sự vào năm 1995, bao gồm một thân hình trụ tròn với đường kính 20 cm và chiều dài 30 cm, được đặt cách đáy 8 cm để lắp vào đất Thân bình có hai lỗ đường kính 1,50 cm đối diện nhau, cho phép nước và các chất dinh dưỡng lưu thông giữa môi trường bên trong và bên ngoài Phần nắp của bình cũng có đường kính 20 cm, kết nối với ống để tạo thành một hệ thống hoàn toàn kín khí Trên nắp bình, có hai vị trí khoan đường kính 1,50 cm, một để gắn nhiệt kế và một để thu mẫu khí N2O.
* Hệ thống bình kín khí CH4: hệ thống này gồm phần đế có đường kính
50 cm, chiều dài đế 30 cm, cách đáy 8 cm (nơi đặt vào đất) được khoan 2 lỗ
Hệ thống bao gồm 44 lỗ đối diện nhau với đường kính 1,50 cm, cho phép nước và các chất dinh dưỡng lưu thông giữa môi trường bên trong và bên ngoài Phần buồng khí có thể tích 110 lít, kết nối với đế qua vành nhựa đường kính 52 cm, tạo thành một hệ thống kín khí Trên buồng khí có gắn quạt để đảo khí trong quá trình thu mẫu Hai vị trí khoan (đường kính 1,50 cm) được sử dụng: một để gắn nhiệt kế đo nhiệt độ và một để thu mẫu khí CH4 Trước khi lấy mẫu CH4, vành nhựa trên đế được đổ đầy nước, và buồng lấy mẫu được đặt lên trên đế, tạo thành hệ thống kín nhằm ngăn chặn không khí khuếch tán vào hoặc ra ngoài.
Bắt đầu thu mẫu khí trong giai đoạn lúa từ 07 – 10 ngày sau khi cấy, vào khoảng thời gian từ 8 – 11h sáng Sử dụng xi lanh 60 ml để thu mẫu tại các thời điểm 0, 10, 20 và 30 phút, với quy trình đảo khí 3 lần trước khi lấy mẫu cho các thời điểm sau 0 phút Sau khi rút 60 ml mẫu khí vào ống tiêm, giữ lại 10 ml và nén vào lọ chứa mẫu 5 ml đã được hút chân không Ghi nhận nhiệt độ không khí và mực nước bên trong đế tại thời điểm lấy mẫu Các mẫu khí sau đó được đưa về phòng thí nghiệm để đo khí CH4 bằng máy sắc ký khí GC–SRI 8610C tại Viện Lúa Đồng bằng.
Hình 3.2 Mô tả dụng cụ thu mẫu khí: (a) khí CH4; (b) khí N2O
Vị trí gắn nhiệt kế
Vị trí gắn nhiệt kế
Khí CH4 được phát hiện bằng đầu dò ion hóa ngọn lửa (FID), trong khi khí N2O được phát hiện bằng đầu dò electron (ECD) tại sông Cửu Long Nhiệt độ của buồng cột là
Nhiệt độ đầu dò FID được thiết lập ở 350 °C, trong khi đầu dò ECD hoạt động ở 330 °C Áp suất khí H2 là 15 psi, áp suất không khí là 5 psi, và áp suất khí N2 là 19 psi Cột sử dụng cho đầu dò ECD là Hayesep–N.
Công thức tính mẫu khí:
V: Tổng thể tích buồng thu mẫu khí (L)
A: Diện tích bề mặt đế thu mẫu khí (cm 2 )
T: Nhiệt độ tuyệt đối (T'3 + nhiệt độ trong buồng kín lấy mẫu khí, o C) MW: Phân tử lượng của khí nhà kính (g/mol)
0,08203: Hằng số khí (L atm/mole/ °K)
* GWP (kgCO2e/ha/vụ) = CH4 (kg/ha/vụ) x 25 + N2O (kg/ha/vụ) x 298 (2) (IPCC, 2007)
Để đo mực nước trong bể thí nghiệm, sử dụng ống nhựa PVC có đường kính 100 mm và chiều cao từ 35 đến 40 cm, với các lỗ đục 2 mm ở chiều cao 15 cm Ống cần được đặt thẳng đứng trong bể, phần lỗ đục nằm trong đất, trong khi phần không đục lỗ từ mặt đất đến thành ống phải đạt 20 – 25 cm Đảm bảo mặt ống phẳng, không bị lệch hay nghiêng, và loại bỏ đất sát đáy ống Kiểm tra và đo mực nước hàng ngày từ mặt nước trong ống đến thành ống nhựa PVC theo phương pháp tưới ngập khô luân phiên của IRRI (2014).
Mẫu đất đầu vụ cần được phơi khô, băm nhuyễn và trộn đều trước khi đưa vào bể thí nghiệm để phân tích đặc tính Mẫu đất cuối vụ được thu ở độ sâu 0 – 20 cm từ 3 vị trí khác nhau trong bể Sau khi thu thập, mẫu đất được làm khô ở nhiệt độ phòng, nghiền mịn và rây qua lưới có đường kính 0,20 mm, rồi được bảo quản trong túi nilong.
* mgGHG (N2O; CH4)/m 2 /ngày = ppmGHG/min x V x 60 x 24 x MW x 10 –3
46 để phân tích các chỉ tiêu theo yêu cầu thí nghiệm Các chỉ tiêu ghi nhận được phân tích theo các phương pháp sau:
Cacbon hữu cơ được xác định theo phương pháp Walkley – Black, dựa trên nguyên tắc ôxy hóa chất hữu cơ bằng K2Cr2O7 trong môi trường H2SO4 đậm đặc, sau đó chuẩn độ lượng dư K2Cr2O7 bằng FeSO4 0,5M Đo pH của dung dịch trích bằng máy đo pH với tỷ lệ đất : nước là 1 : 2,50 Đạm tổng số trong đất được xác định bằng phương pháp Kjeldahl, chuyển toàn bộ N trong hợp chất hữu cơ thành NH4 + thông qua việc công phá mẫu đất bằng H2SO4 đậm đặc, với H2SO4 tăng nhiệt độ sôi và Se làm xúc tác Hàm lượng NH4 + thu được được xác định bằng cách chưng cất và chuẩn độ.
+ Mẫu thành phần năng suất và năng suất lúa:
NỘI DUNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA PHÂN HỮU CƠ VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ RƠM ĐẾN PHÁT THẢI CH 4 VÀ N 2 O
– Địa điểm nghiên cứu: Khu thí nghiệm Viện lúa ĐBSCL – Xã Tân Thạnh – Huyện Thới Lai – TP Cần Thơ
Nghiên cứu sử dụng giống lúa OM 5451 do viện lúa ĐBSCL lai tạo, kết hợp với máy sắc ký khí Model SRI 8610C và máy đo điện thế oxy hóa khử Model PRN–41 từ Nhật Bản Các loại phân bón được áp dụng bao gồm Urea (46% N), DAP (18% N và 46% P2O5) và KCl (60% K2O), cùng với phân bò ủ hoai có tỷ lệ C/N là 12,3 và chế phẩm Trichoderma với mật độ tế bào VSV đạt 10^9 CFU/g Đất nghiên cứu có hàm lượng đạm tổng số trung bình, N dễ tiêu cao, nhưng Ca²⁺ và Mg²⁺ thấp; P tổng số nghèo và P dễ tiêu ở mức trung bình CEC của đất cũng ở mức trung bình, với rơm rạ được thu thập từ các ruộng lúa tại Viện lúa ĐBSCL, ấp Thới Thuận, xã Tân Thạnh, huyện Thới Lai, TP Cần Thơ Thông tin chi tiết về đặc tính đất và thành phần dinh dưỡng trong rơm rạ được trình bày trong bảng 3.4.
Bảng 3.4 trình bày các đặc tính và thành phần dinh dưỡng trong đất đầu vụ (độ sâu 0 – 20 cm) và rơm rạ được nghiên cứu tại Viện lúa ĐBSCL Đặc biệt, pH của đất đầu vụ dao động từ 4,98 đến 6,71, cho thấy sự đa dạng trong tính chất hóa học của đất và ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng.
* Thí nghiệm 2.1: Ảnh hưởng của phân hữu cơ và các biện pháp xử lý rơm đến phát thải khí N2O và CH4 trong canh tác lúa
– Mục đích: Tìm hiểu tác động của phân hữu cơ, đốt rơm so với vùi rạ
5 m 2 x 1.000 Năng suất thực tế của 5m 2 (ẩm độ 14%) kg x 10.000 m 2 NSTT (tấn/ha) 50 vào đất đến tiềm năng phát thải khí N2O và CH4 trong canh tác lúa
– Thời gian nghiên cứu: Từ 2012 – 2013 (Kế thừa kết quả từ dự án CLUES)
Thí nghiệm được thực hiện theo thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên với 4 nghiệm thức và 3 lần lặp lại, sử dụng mật độ sạ 100kg/ha Công thức phân bón gồm 80N – 40P2O5 – 30K2O, trong đó phân đạm được chia thành 3 lần bón: lần 1 vào ngày thứ 8 sau sạ với liều lượng ẳ N, lần 2 vào ngày thứ 23 với liều lượng ẵ N, và lần 3 vào ngày thứ 43 với liều lượng ẳ N Phân lân được chia đều vào lần 1 và lần 2, trong khi phân kali cũng được chia đều vào lần 1 và lần 2.
3 Phân hữu cơ sử dụng phân bò ủ hoai và được bón lót hoàn toàn trước khi sạ
Sơ đồ bố trí và các nghiệm thức thí nghiệm như sau:
Sơ đồ bố trí thí nghiệm:
Lặp lại 1 Lặp lại 2 Lặp lại 3
Bảng 3.5 Mô tả các nghiệm thức xử lý rơm
STT Nghiệm thức Mô tả
Sau khi thu hoạch lúa, rơm sẽ được chuyển hoàn toàn ra khỏi ruộng, trong khi phần rạ còn lại sẽ được cày vùi vào đất.
Sau khi thu hoạch lúa, toàn bộ rơm sẽ được di chuyển ra khỏi ruộng thí nghiệm Phần rạ còn lại sẽ được cày vùi vào đất, kết hợp với việc bón phân bò ủ hoai với lượng 2,00 t/ha, tương đương với lượng rơm đã lấy đi trên diện tích thí nghiệm.
T3: Để xử lý rơm rạ, phun nấm Trichoderma trực tiếp lên rơm, rạ và cày vùi vào đất Rải đều 5,20 tấn rơm trên mỗi hecta, để khô trong 1 tuần, sau đó phun 4 kg chế phẩm Trichoderma/ha Tiếp theo, cày vùi rơm, rạ vào đất và ngập nước khoảng 5 cm trong 24 giờ, sau đó tháo cạn nước T4: Đốt rơm rạ bằng cách rải đều 2,00 tấn/ha lên ruộng sau khi thu hoạch lúa, phơi trong 1 tuần rồi tiến hành đốt.
+ Phân tích đặc tính đất trước thí nghiệm
+ Đếm số chồi ở 35, 60 ngày sau sạ trong diện tích thu mẫu khí CH4
+ Ghi nhận nhiệt độ trong buồng thu mẫu khí và mực nước trong đế vào các thời điểm lấy mẫu
+ Thu mẫu khí N2O và CH4 lần/tuần sau khi sạ và kết thúc quả trình thu mẫu trước khi thu hoạch lúa 1 tuần
+ Phân tích hàm lượng cacbon hữu cơ (%), đạm tổng số (N%) và pH trong đất cuối vụ
+ Thành phần năng suất và năng suất lúa
* Thí nghiệm 2.2: Mô hình kiểm chứng ảnh hưởng của các biện pháp quản lý rơm đến N2O và CH4 trong canh tác lúa
Mục đích nghiên cứu là để đánh giá tác động của hai biện pháp xử lý rơm rạ: đốt rơm rạ so với vùi rạ vào đất, cùng với việc xử lý rơm rạ bằng chế phẩm Trichoderma, đến tiềm năng phát thải khí N2O và CH4 trong canh tác lúa.
– Thời gian nghiên cứu: Từ 2016 – 2017
Nghiên cứu được thực hiện bằng cách thu thập rơm rạ sau vụ lúa ĐX 2015 – 2016 và vụ lúa HT 2016 Chế phẩm Trichodema, được Viện Lúa ĐBSCL phân lập và sản xuất, được sử dụng để xử lý rơm rạ nhằm tăng tốc độ phân hủy Các chủng nấm Trichodema được thu thập từ các hệ thống canh tác lúa ở ĐBSCL Liều lượng phân vô cơ trong vụ HT 2016 là 60N kg/ha và trong vụ ĐX 2016 – 2017 là 80N, với lượng lân và kali cho cả hai vụ là 40 P2O5 – 30 K2O kg/ha.
Nghiên cứu được thực hiện với ba mô hình xử lý rơm khác nhau trên diện tích 1.500 m² cho mỗi mô hình, với sáu lần lặp lại và mật độ sạ hàng 100 kg/ha Phân đạm được chia thành ba lần bón: lần 1 và lần 3 bón một lượng N, lần 2 bón một lượng N khác Phân lân được chia đều và bón vào lần 1 và lần 2, trong khi phân kali được chia đều và bón vào lần 1 và lần 3 Sơ đồ các vị trí thu mẫu được trình bày trong hình 3.5 (thí nghiệm 1.2), và cách thức xử lý rơm trên các mô hình tương tự như thí nghiệm 2.1.
MH1: Vùi rạ MH2: Xử lý Tricho Mh3: Đốt rơm rạ
Hình 3.6 Cày vùi rạ vào đất Hình 3.7 Xử lý Tricho Hình 3.8 Đốt rơm rạ
Sơ đồ bố trí mô hình thí nghiệm:
+ Phân tích đặc tính đất trước thí nghiệm
+ Đếm số chồi ở 35, 60 ngày sau sạ trong diện tích thu mẫu khí CH4
+ Ghi nhận nhiệt độ trong buồng thu mẫu khí và mực nước trong đế vào các thời điểm lấy mẫu
Mẫu khí N2O và CH4 sẽ được thu thập một lần mỗi tuần sau khi sạ và trước khi thu hoạch lúa 1 tuần Đối với khí N2O, ngoài các thời điểm thu mẫu đã nêu, sẽ tiến hành thu thêm vào các thời điểm 1, 2, 3, 4 và 5 ngày sau khi bón phân đạm để tính toán lượng N2O phát thải sau khi bón phân.
+ Đo điện thế ôxy hóa khử (Eh) một lần/tuần sau khi sạ và kết thúc quả trình thu mẫu trước khi thu hoạch lúa 1 tuần
+ Phân tích hàm lượng cacbon hữu cơ (OC%), đạm tổng số (N%) và pH trong đất sau 2 vụ thí nghiệm
+ Thành phần năng suất và năng suất lúa sau mỗi vụ trồng
Mô hình Xử lý Tricho
Mô hình Đốt rơm rạ
– Phương pháp thu, đo, phân tích mẫu và dụng cụ thu mẫu khí thải: tương tự như trong thí nghiệm 2 ở Nội dung 1
3.3 Nội dung 3: Đánh giá tiềm năng phát thải khí N2O và CH4 trên hệ thống canh tác lúa luân canh cây màu và hệ thống canh tác độc canh cây lúa Nội dung thực hiện:
– Nghiên cứu tiềm năng phát thải khí N2O và CH4 trên hai hệ thống canh tác độc canh cây lúa và luân canh cây màu trên nền đất lúa
– Địa điểm nghiên cứu: Ấp Thới Phong A – Thị Trấn Thới Lai – Huyện Thới Lai – TP Cần Thơ
Mục đích của nghiên cứu này là đánh giá tiềm năng phát thải khí N2O và CH4 từ biện pháp luân canh cây mè, so với hệ thống độc canh cây lúa.
– Vật liệu nghiên cứu: Giống lúa OM 5451 do viện lúa ĐBSCL lai tạo,
Giống lúa IR 50404 được nghiên cứu và lai tạo tại viện lúa Quốc tế, sử dụng giống mè địa phương (Mè đen Năm Bé) với thời gian sinh trưởng 75 ngày Trong quá trình nghiên cứu, các thiết bị như máy sắc ký khí Model SRI 8610C và máy đo điện thế oxy hóa khử Model PRN–41 từ Nhật Bản đã được sử dụng Các loại phân bón áp dụng bao gồm Urea (46% N), DAP (18% N và 46% P2O5), NPK (20% N – 20% P2O5 – 15% K2O) và KCl (60% K2O).
Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc theo dõi các mô hình trồng mè trên nền đất lúa qua ba vụ: mè Xuân Hè 2016, lúa Hè Thu 2016 và lúa Đông Xuân 2016-2017, cùng với ruộng độc canh ba vụ lúa Giống lúa sử dụng là IR50404 cho vụ Xuân Hè và Đông Xuân, và OM5451 cho vụ Hè Thu Mẫu được thu thập từ chín vị trí khác nhau theo sơ đồ thí nghiệm Đối với mô hình luân canh, sau vụ thu hoạch lúa Đông Xuân 2015-2016, vụ mè Xuân Hè 2016 được thực hiện với công thức phân bón 120 N – 80 P2O5 – 30 K2O5 kg/ha Công thức phân bón cho vụ lúa Hè Thu 2016 là 90 N – 50 P2O5 – 25 K2O5 kg/ha và cho vụ lúa Đông Xuân 2016-2017 là 120 N – 60 P2O5 – 40 K2O5 kg/ha Đối với mô hình độc canh, công thức phân bón cho vụ Xuân Hè 2016 là 90 N – 60 P2O5 – 30 K2O5 kg/ha.
P2O5 – 60 K2O5 kg/ha Vụ HT 2016: 100 N – 60 P2O5 – 30 K2O5 kg/ha và vụ ĐX 2016 – 2017: 120 N – 60 P2O5 – 60 K2O5 kg/ha
Lúa được sạ lan với mật độ sạ: 192 kg/ha (vụ XH và HT 2016) và 231 kg/ha vụ ĐX 2016 – 2017 Mật độ sạ mè là 75 kg /ha
+ Phân tích đặc tính đất trước thí nghiệm
+ Đếm số chồi ở 35, 60 ngày sau sạ trong diện tích thu mẫu khí CH4 + Phân tích đặc tính đất trước thí nghiệm
+ Ghi nhận nhiệt độ trong buồng thu mẫu khí và mực nước trong đế vào các thời điểm lấy mẫu
Mẫu khí N2O và CH4 được thu một lần mỗi tuần sau khi sạ và trước khi thu hoạch lúa 1 tuần Đối với khí N2O, ngoài các thời điểm thu mẫu định kỳ, sẽ thu thêm vào các ngày 1, 2, 3, 4 và 5 sau khi bón phân để tính toán lượng N2O phát thải sau khi bón phân.
+ Đo điện thế ôxy hóa khử (Eh): Một lần/tuần sau khi sạ và kết thúc quả trình thu mẫu trước khi thu hoạch lúa 1 tuần
+ Phân tích hàm lượng cacbon hữu cơ (OC%), đạm tổng số (N%) và pH trong đất sau 3 vụ thí nghiệm
+ Thành phần năng suất, năng suất lúa và mè sau mỗi vụ trồng
– Phương pháp thu, đo và phân tích mẫu: tương tự như trong thí nghiệm
* Phương pháp xử lý số liệu
– Sử dụng phần mềm Microsoft Excel và chương trình thống kê STAR (Statistical Tool for Agricultural Research) để tính toán kết quả phân tích đất,
Xuân Hè 2016 Hè Thu 2016 Đông Xuân 2016–2017
MH độc canh MH Luân canh
Hình 3.9 Sơ đồ thí nghiệm và vị trí ( ) thu mẫu khí trên các mô hình
55 năng suất lúa và tốc độ phát thải khí N2O và CH4 trên các mô hình nghiên cứu khác biệt ở mức ý nghĩa 5%
và N 2 O trong canh tác lúa
ẢNH HƯỞNG CỦA PHÂN HỮU CƠ VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ RƠM ĐẾN PHÁT THẢI CH 4 VÀ N 2 O
4.2.1 Ảnh hưởng của phân hữu cơ và các biện pháp xử lý rơm đến phát thải khí N 2 O và CH 4 trong canh tác lúa
Phân hữu cơ và các biện pháp xử lý rơm có ảnh hưởng đáng kể đến các thành phần năng suất và năng suất lúa, cũng như hàm lượng dinh dưỡng trong đất vào cuối vụ Việc sử dụng phân hữu cơ giúp cải thiện cấu trúc đất, tăng cường khả năng giữ nước và cung cấp dinh dưỡng cần thiết cho cây lúa Đồng thời, xử lý rơm một cách hợp lý không chỉ giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn góp phần nâng cao chất lượng đất, từ đó thúc đẩy năng suất lúa Kết quả nghiên cứu cho thấy sự kết hợp giữa phân hữu cơ và xử lý rơm mang lại hiệu quả cao trong việc cải thiện năng suất lúa và chất lượng đất.
Số chồi ở các nghiệm thức thí nghiệm khác biệt không ý nghĩa ở cả hai giai đoạn 35 NSS và 60 NSS Số chồi ở giai đoạn 35 NSS dao đồng từ 108 –
Giai đoạn 35 NSS là thời điểm cây lúa bắt đầu tăng trưởng tích cực, dẫn đến sự gia tăng số lượng chồi, với số chồi đạt cao nhất là 139 Tuy nhiên, khi chuyển sang giai đoạn 60 NSS, số chồi giảm xuống còn 87 – 91 do cây lúa đã phát triển đòng lớn và chuẩn bị trổ, cùng với việc giữ nước trên ruộng Điều này khiến cho các chồi vô hiệu không hình thành bông bị chết hoặc không phát triển, dẫn đến sự giảm số lượng chồi trong giai đoạn này.
Mô hình Tổng phát thải
Tỷ lệ phát thải vụ/ha/năm (%) Giảm so với ĐC (%)
Bảng 4.9 Ảnh hưởng của phân hữu cơ và các biện pháp xử lý rơm đến các thành phần năng suất và năng suất lúa
Nghiệm thức 35 NSS 60 NSS Trọng lượng ngàn hạt (g)
Xử lý Tricho 139 91 26,3 503 85 78,2 6,48 Đốt rơm rạ 108 87 26,4 487 83 80,8 6,30
F ns ns ns ns ns ns ns
Các giá trị trung bình trong cùng một cột có mẫu tự theo sau giống nhau không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê khi áp dụng phép thử Duncan với mức ý nghĩa 5% NSS đại diện cho ngày sau sạ, trong khi NSTT là năng suất thực tế.
+ Các thành phần năng suất và năng suất lúa:
Kết quả phân tích thống kê cho thấy, các thành phần năng suất như trọng lượng ngàn hạt, số bông/m², tổng số hạt/bông, tỷ lệ hạt chắc và năng suất lúa giữa các nghiệm thức không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê Việc bổ sung phân hữu cơ và xử lý rơm trong một vụ canh tác chưa ảnh hưởng rõ rệt đến các chỉ tiêu này, điều này phù hợp với nghiên cứu của Trần Thị Hồng Huyến (2018).
+ pH, lượng N tổng số và OC (%) trong đất cuối vụ: pH, lượng N tổng số và OC (%) trong đất cuối vụ thể hiện ở bảng 4.10 như sau:
Bảng 4.10 Ảnh hưởng phân hữu cơ và các biện pháp xử lý rơm đến hàm lượng dinh dưỡng trong đất cuối vụ
Xử lý Tricho 5,25 0,13 2,88 Đốt rơm rạ 5,15 0,11 2,82
Các giá trị trung bình trong cùng một cột có mẫu tự theo sau giống nhau không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê khi áp dụng phép thử Duncan với mức ý nghĩa 5%.
Cuối vụ, pH, tổng lượng N và OC (%) trong đất có sự biến động, nhưng không đủ lớn để tạo ra sự khác biệt có ý nghĩa giữa việc bổ sung phân hữu cơ và xử lý rơm pH ở các nghiệm thức dao động trong khoảng chua nhẹ từ 5,10 đến 5,25, trong khi tổng lượng N trung bình nằm trong khoảng từ 0,11 đến 0,13%.
OC ở mức nghèo từ 2,82 – 2,88% (Bảng 4.10)
* Ảnh hưởng của phân hữu cơ và các biện pháp xử lý rơm đến tổng phát thải khí CH 4 và N 2 O
Khí CH4 và N2O là hai loại khí nhà kính chính phát thải từ cánh đồng lúa Đo đạc thông lượng phát thải của chúng giúp đánh giá tiềm năng phát thải riêng lẻ và xác định các yếu tố tác động Từ đó, có thể đề xuất biện pháp phù hợp nhằm giảm thiểu lượng phát thải Việc ước lượng tổng phát thải của hai khí này là cần thiết để quản lý hiệu quả.
CO2e (kg/ha) là chỉ số quan trọng để đánh giá tác động và hiệu quả giảm thiểu khí nhà kính trong canh tác cây trồng Thông qua chỉ số này, chúng ta có thể xác định các biện pháp kỹ thuật phù hợp và mở rộng mô hình ứng dụng theo điều kiện canh tác thực tế.
Phát thải khí CH4 trong các nghiệm thức thí nghiệm dao động từ 127 – 160 kg/ha, với nghiệm thức vùi rạ và bón phân bò ủ hoai có xu hướng làm tăng khí CH4 phát thải Việc xử lý rơm rạ bằng nấm Trichoderma giúp giảm lượng khí CH4 phát thải so với rơm rạ tươi Sau 90 ngày vùi rơm, chỉ khoảng 63% rơm rạ được phân hủy, và thực tế, tỷ lệ này chỉ đạt trạng thái bán phân hủy.
Trong quá trình phân hủy rơm rạ tươi, các chất như H2S, C2H4, và các axít bay hơi được sinh ra, với sản phẩm cuối cùng là CH4 Việc vùi rơm tươi có thể làm tăng lượng phát thải CH4 trên ruộng lúa từ 30% đến 150%, và trong một số trường hợp, mức tăng có thể lên tới 2-4 lần so với việc không vùi Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, việc vùi rạ chỉ làm tăng phát thải CH4 khoảng 20,6%, tương đương với 160 kg/ha.
Phát thải khí N2O trong các nghiệm thức dao động từ 2,45 đến 2,60 kg/ha, không có sự khác biệt ý nghĩa giữa các nghiệm thức Quá trình cố định nitơ trong đất được thúc đẩy bởi hàm lượng carbon hữu cơ trong rơm, làm tăng cường quá trình này và ảnh hưởng đến nitrat hóa cũng như phản nitrat hóa, từ đó giảm tốc độ phát thải N2O Các biện pháp như vùi rạ, bón phân hữu cơ và xử lý có thể góp phần vào việc giảm thiểu phát thải khí N2O.
73 rơm rạ với nấm Trichoderma có chiều hướng giảm hơn so với biện pháp đốt rơm rạ (Bảng 4.11)
Bảng 4.11 Ảnh hưởng của phân hữu cơ và các biện pháp xử lý rơm đến ước lượng tổng phát thải khí CH4 và N2O Đơn vị tính: kg/ha
Xử lý Tricho 138 2,55 4.202 Đốt rơm rạ 127 2,60 3.950
Các giá trị trung bình trong cùng một cột có mẫu tự theo sau giống nhau không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê khi áp dụng phép thử Duncan với mức ý nghĩa 5%.
Tổng phát thải khí CO2 quy đổi trên mỗi hecta cho nghiệm thức vùi rạ (4.743 kgCO2e/ha) và bổ sung phân hữu cơ (4.732 kgCO2e/ha) cao hơn so với hai nghiệm thức xử lý Tricho (4.202 kgCO2e/ha) và đốt rơm rạ (3.950 kgCO2e/ha) Mặc dù bốc thoát N2O trên đất lúa thấp hơn nhiều so với CH4, nhưng N2O vẫn có thể ảnh hưởng lớn do hiệu ứng khí nhà kính cao hơn Tuy nhiên, tình trạng phân hủy rạ tươi trong điều kiện yếm khí dẫn đến phát thải khí CH4 tăng cao hơn, ảnh hưởng quyết định đến chênh lệch tổng phát thải khí quy đổi giữa các nghiệm thức.
Biện pháp vùi rạ đã dẫn đến sự gia tăng phát thải khí nhà kính Việc cung cấp phân hữu cơ đã ủ hoai không làm tăng phát thải khí so với vùi rạ, nhưng không giảm phát thải khí so với xử lý rơm rạ bằng nấm Trichoderma và đốt rơm rạ Nguyên nhân là do lượng rạ tươi ban đầu không được xử lý trước khi vùi vào đất.
Trong canh tác lúa, việc sử dụng rơm rạ sau thu hoạch để cung cấp chất hữu cơ cho đất là một giải pháp hiệu quả và tiết kiệm chi phí Các nhà khoa học khuyến cáo rằng rơm rạ là nguồn hữu cơ sẵn có, thuận tiện hơn so với các nguồn khác như phân bò ủ hoai hay phân trùn quế Tuy nhiên, cần chú ý đến các biện pháp xử lý rơm rạ trước khi vùi vào đất để tối ưu hóa hiệu quả cung cấp chất hữu cơ và giảm thiểu phát thải khí nhà kính Thực tế cho thấy, nhiều nông dân hiện nay vẫn bán hoặc đốt rơm rạ sau thu hoạch mà chưa nhận thức được lợi ích lâu dài của việc bón rơm rạ trở lại cho đất.