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 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- Nguyễn Thị Thúy Hằng NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TƯỚI CHO LÚA ĐẾN SỰ PHÁT THẢI KHÍ METAN Ở ĐẤT TRỒNG LÚA HUYỆN BỐ TRẠ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Thị Thúy Hằng

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội, 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Thị Thúy Hằng

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

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG 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 9

1 Tính cấp thiết của đề tài 9

2 Mục tiêu, nội dung 10

3 Phạm vi nghiên cứu 10

4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined 1.1.Tổng quan kết quả nghiên cứu về phát thải metanError! Bookmark not defined 1.1.1 Kết quả nghiên cứu về phát thải metan trên thế giớiError! Bookmark not

defined

1.1.2 Kết quả nghiên cứu trong nước Error! Bookmark not defined 1.1.2.1 Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực Năng lượngError! Bookmark not

defined

1.1.2.3 Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực lâm nghiệpError! Bookmark not

defined

1.1.2.4 Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực chất thảiError! Bookmark not defined

1.1.2.5 Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực Nông nghiệpError! Bookmark not

defined

1.2 Cơ chế hình thành khí CH4 Error! Bookmark not defined

1.2.1 Sự phân giải chất hữu cơ và hình thành CH4Error! Bookmark not defined

1.2.2 Vi sinh vật và sự hình thành CH4 Error! Bookmark not defined

1.2.3 Sự ôxi hoá CH4 và sự hình thành CH4 Error! Bookmark not defined

1.2.4 Thế ôxy hoá-khử (Eh) và sự hình thành CH4Error! Bookmark not defined

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến phát thải CH4 Error! Bookmark not defined

1.3.1 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến phát thải CH4Error! Bookmark not defined

1.3.2 Ảnh hưởng của các tính chất lý-hoá học đất đến sự phát thải CH4 Error!

Bookmark not defined

1.3.3 Ảnh hưởng của trồng lúa và mùa vụ đến sự phát thải CH4Error! Bookmark not defined

1.4 Khái quát về phương pháp tưới truyền thống và tưới tiết kiệmError! Bookmark

not defined

1.4.1 Phương pháp tưới ngập thường xuyên (NTX)Error! Bookmark not defined 1.4.2 Phương pháp tưới nông lộ phơi (NLP) Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUError!

Bookmark not defined

2.1 Địa điểm và đối tượng nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3.1 Phương pháp kế thừa Error! Bookmark not defined 2.3.2 Phương pháp lấy mẫu ngoài thực địa Error! Bookmark not defined 2.3.3 Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệmError! Bookmark not defined

2.3.4 Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng Error! Bookmark not defined 2.3.5 Phương pháp phân tích Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3 KẾT QỦA NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined 3.1 Điều kiện tự nhiên huyện Bố Trạch – tỉnh Quảng BìnhError! Bookmark not

defined

3.1.1 Vị trí địa lý Error! Bookmark not defined 3.1.2 Các yếu tố khí tượng Error! Bookmark not defined 3.2 Một số tính chất lý – hóa học đất nghiên cứu Error! Bookmark not defined 3.2.1 Thành phần cơ giới Error! Bookmark not defined 3.2.2 Tính chất hóa đất Error! Bookmark not defined 3.3 Kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm Error! Bookmark not defined 3.3.1 Biến động Eh qua hai phương pháp tưới Error! Bookmark not defined 3.3.2 Biến động pH qua hai phương pháp tưới Error! Bookmark not defined 3.4 Kết quả nghiên cứu đồng ruộng Error! Bookmark not defined

3.4.1 Biến động Eh và pH qua hai phương pháp tưới tại thí nghiệm đồng ruộng

Error! Bookmark not defined

3.4.2 Biến động lượng phát thải khí CH4 qua hai chế độ tưới tại thí nghiệm đồng

ruộng Error! Bookmark not defined

3.5 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến lượng phát thải khí CH4 trên ruộng lúa Error!

Bookmark not defined

3.6 Đề xuất chế độ tưới lúa hợp lý nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính, tiết

kiệm nước ở khu vực huyện Bố Trạch - Quảng BìnhError! Bookmark not defined

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined

1 Kết luận Error! Bookmark not defined

2 Kiến nghị Error! Bookmark not defined.

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 CH 4 ……….… ……… 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 CH 4 trên ruộng tưới ngập thường xuyên……….60

Bảng 3.7 Tổng lượng phát thải khí CH 4 trên ruộng tưới ngập thường xuyên…… 61

Bảng 3.8 Lượng phát thải khí CH 4 trên ruộng lúa tưới nông lộ phơi………….… 62

Bảng 3.8 Tổng lượng phát thải khí CH 4 (tưới nông lộ phơi……….……63

Bảng 3.9 So sánh lượng phát thải khí CH 4 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 CH 4 & CO 2 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 20 0 C ….…… 25

Hình 1.10 Động thái của nhiệt độ (a và d), sự phát thải CH 4 (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

xuyên……… … ……61

thường xuyên và nông lộ phơi……… ……… 66 Hình 3.10 Mô phỏng lớp nước mặt ruộng nông lộ phơi……… … 68

10

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 được 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 nước

CH4 là một trong những khí nhà kính (KNK) chủ yếu của khí quyển Sự phát thải ngày càng dư thừa KNK vào khí quyển của hoạt động kinh tế xã hội, con người

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 nước 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 nước, đầm lầy tự nhiên, các mỏ khai khoáng, v.v , trong đó, khu vực sản xuất lúa nước chiếm tỷ lệ lớn nhất [3]

Việt Nam là một nước 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 được 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 nước

Có thể thấy rằng, điều kiện ngập nước trên ruộng lúa là hoàn cảnh thuận lợi nhất dẫn đến quá trình sản sinh và phát thải CH4 trên ruộng lúa

11

Vì vậy đề tài “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” được đưa ra

nhằm đưa ra một chế độ tưới hợp lý nhất nhằm giảm thải khí CH4

2 Mục tiêu nghiên cứu

-Nghiên cứu ảnh hưởng 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

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 hưởng của chế độ tưới tới sự phát thải khí CH4 trên ruộng lúa và đưa ra chế độ tưới 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 tương quan giữa biện pháp tưới ngập thường xuyên và tưới 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 được phần nào tình trạng phát thải CH4

trên ruộng lúa Dựa vào đó góp phần đưa ra giải pháp khắc phục tình trạng này và giúp cho phát triển nông nghiệp theo hướng bảo vệ môi trường

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

12

nhà nước 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

13

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Tiếng Việt

1 Bộ nông nghiệp – Bộ thuỷ lợi (1978), “Quy trình tưới tiêu nước cho lúa và một

số cây trồng cạn”, Hà Nội,

2 Dự án thông báo quốc gia – Việt Nam (2000), “ Các phương án giảm nhẹ khí

nhà kính trong nông nghiệp”,

3 IPCC (2007), “Báo cáo lần thứ 4 về biến đổi khí hậu”, UNEP/IUC,

4 Nguyễn Văn Tỉnh, Nguyễn Mộng Cường, Nguyễn Việt Anh (2004), “Kết quả

nghiên cứu bước đầu về phát thải khí Metan trên ruộng lúa khu vực TP

Hồ Chí Minh”, Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn,

5 Nguyễn Việt Anh (2009), “Nghiên cứu chế độ nước mặt ruộng hợp lý để giảm

thiểu phát thải khí metan trên ruộng lúa vùng đất phù sa trung tính ít chua

đồng bằng sông Hồng“, Luận án tiến sĩ, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam,

Hà Nội,

6 Nguyễn Việt Anh, Nguyễn Văn Tỉnh (2004), “Các giải pháp giảm thiểu phát

thải khí metan trong nông nghiệp”, Nông nghiệp và Phát triển nông thôn,

4(40), tr,582-583,

7 Tổng cục khí tượng thuỷ văn (1998), “Báo cáo Dự án ALGAS”, Việt Nam,

8 Tổng cục khí tượng thuỷ văn – Viện khí tượng thuỷ văn (1999), “Báo cáo khoa

học hội thảo 2 đánh giá kết quả kiểm kê khí nhà kính dự án Thông báo

quốc gia về biến đổi khí hậu”,

9 Trường đại học Thủy lợi (2012), “Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu

chế độ tưới thích hợp cho lúa nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính trong

điều kiện không làm giảm năng suất lúa”, Hà Nội ,

10 Viện Khí tượng thuỷ văn (1999), “Kết quả ban đầu thực nghiệm đo phát thải

mê tan trên ruộng lúa hai năm 1998 – 1999 tại Trạm Khí tượng nông

nghiệp Hoài Đức”, Hà Nội,

11 Các tài liệu tham khảo trên Internet của FAO tại http://www,fao,org,

2 Tiếng Anh

14

12 IRRI (1999), “World rice sotatistics International Rice Research Institute”, Los

Banos, Philippines,

13 J, Doorenbos and W,O,Pruitt (1994), "Guidelines for predicting crop water

requirements" Fao Irrigation and drainage,

14 Page H, (1981), “Grundlagen dộ Nahspoff-hasu Haltes Drobisher Boden, Veb,

Deutscher, Landwirtschaftverlag”, Berlin,

15 Ponnamperuma F, N, (1985), “Chemical Kineties of wetland rice soils relative

to soil fertility”, Wetland soils: characterization, classification and

utilization, IRRI, Manila, Philippines, pp,

16 Prepared by Mr, NGUYEN MONG CUONG (2000), “Report on measuring the

methane emision from irrigated rice fields under intermittent drainage

technology”,

17 Tananka A, And Tadano T, (1972), “Studies on the iron nutrition of the rice

plant Part2-Iron exclusing capacity of the rice roots”, Soil Science and

Plant Nutrient, Vo,16,s