Ngiên cứu xây dựng bản đồ hiện trạng phát thải khí nhà kính cho canh tác lúa tại tỉnh thái bình

Trong đó tổng phát thải CH4 từ canh tác lúa năm 2010 là 44,61 triệu tấn; Phát thải từ lúa canh tác ngập nước thường xuyên là 41,31 triệu tấn và phát thải từ lúa nhờ nước trời là 3,30 Ở

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt bài luận văn này, tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ

của các cá nhân và tập thể

Trước tiên tôi xin được gửi lời biết ơn chân thành nhất tới PGS.TS Mai Văn Trịnh –

Viện trưởng Viện Môi trường Nông nghiệp đã hướng dẫn tận tình và tạo điều kiện tốt

nhất cho tôi được nghiên cứu và thực hiện luận văn Qua đây, tôi cũng xin gửi lời cảm

ơn tới các anh, các chị, bạn đồng nghiệp đang công tác tại bộ môn Mô hình hóa và Cơ

sở dữ liệu về môi trường đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi nghiên cứu và thực

học tập cũng như trong cuộc sống

M ột lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà N ội, ngày tháng năm 2017

TÁC GI Ả

Vũ Thị Hằng

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Vũ Thị Hằng Mã s ố học viên: 1581440301002

t ại tỉnh Thái Bình”

Đây là đề tài nghiên cứu mới, không trùng lặp với các đề tài luận văn nào trước đây,

do đó không có sự sao chép của bất kì luận văn nào Nội dung của luận văn được thể

hiện theo đúng quy định, các nguồn tài liệu, tư liệu nghiên cứu và sử dụng trong luận văn đều được trích dẫn nguồn

Nếu xảy ra vấn đề gì với nôi dung luận văn này, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm theo quy định./

NGƯỜI VIẾT CAM ĐOAN

Vũ Thị Hằng

M ỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

DANH MỤC HÌNH v

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

2.1 Mục tiêu tổng quát 2

2.2 Mục tiêu cụ thể 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

3.1 Đối tượng 2

3.2 Phạm vi vùng nghiên cứu 2

4 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 2

4.1 Nội dung nghiên cứu 2

4.2 Phương pháp nghiên cứu 3

4.2.1 Phương pháp phân tích, tổng hợp số liệu 3

4.2.2 Phương pháp mô hình hóa 4

4.2.3 Hệ thống thông tin địa lý và phương pháp bản đồ 5

1.1 Tổng quan về khí nhà kính 7

1.2 Tổng quan về cơ chế hình thành, phát thải khí CH4 và N2O từ ruộng lúa nước 9

1.2.1 Quá trình hình thành và phát thải khí N2O từ ruộng lúa 9

1.2.2 Quá trình hình thành và phát thải khí N2O từ ruộng lúa 10

1.3 Phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước ở Việt Nam 11

1.4 Tổng quan các nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ phát thải KNK (CH4, N2O) trên ruộng lúa nước 13

1.5 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu 20

1.5.1 Vị trí địa lý 20

1.5.2 Điều kiện tự nhiên 21

1.5.3 Các điều kiện kinh tế- xã hội 24

1.5.4 Hiện trạng canh tác lúa tại tỉnh Thái Bình 25

1.5.5 Diễn biến khí hậu, thời tiết tại tỉnh Thái Bình 27

1.5.5.1 Nhiệt độ 27

1.5.5.2 Lượng mưa 28

1.5.6 Các tác động trực tiếp của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp tại Thái Bình 29

1.5.6.1 Xâm nhập mặn 29

1.5.6.2 Hạn hán 29

1.5.6.3 Hiện tượng các thời tiết cực đoan 30

1.6 Tổng quan các mô hình tính toán phát thải KNK cho canh tác lúa 31

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN HIỆN TRẠNG PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG CANH TÁC LÚA NƯỚC TẠI TỈNH THÁI BÌNH 37

2.1 Ứng dụng mô hình DNDC tính toán phát thải KNK trên đất lúa tỉnh Thái Bình 37

2.1.1 Tổng hợp và nhập các dữ liệu - thông số đầu vào của mô hình 37

2.1.1.1 Các dữ liệu về khí tượng 37

2.1.1.2 Các dữ liệu về điều kiện thổ nhưỡng 39

2.1.1.3 Các dữ liệu về điều kiện canh tác 40

2.1.2 Chạy mô hình DNDC 41

2.2 Hiệu chỉnh mô hình 44

2.3 Kiểm định mô hình 46

2.3 Kết quả mô phỏng sự phát thải của KNK bằng mô hình DNDC trên đất trồng lúa nước tại tỉnh Thái Bình ……….49

3.1 Bản đồ phân vùng khí hậu 53

3.2 Bản đồ đất trồng lúa 55

3.3 Bản đồ đơn vị các tổ hợp điều kiện tự nhiên (Khí tượng – Đất – Canh tác) 58

3.4 Xây dựng bản đồ phát thải khí nhà kính 62

3.4.1 Bản đồ phát thải CH4 62

3.4.2 Bản đồ phát thải N2O 63

3.4.3 Bản đồ phát thải KNK 64

3.4.4 Kết quả tính toán tổng lượng phát thải KNK 64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

A- Kết luận 71

B- Kiến nghị 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHỤ LỤC 77

DANH M ỤC HÌNH

Hình 1 1 Trình tự các bước nghiên cứu, chuẩn bị, hiệu chỉnh và ứng dụng mô hình

DNDC để tính toán phát thải KNK từ canh tác lúa 6

Hình 1.2 Sơ đồ vận chuyển khí CH4 trên ruộng lúa theo 3 con đường[34] 10

Hình 1 3 Sơ đồ hình thành khí N2O trên ruộng lúa 11

Hình 1 4 Phát thải KNK năm 2010 lĩnh vực Nông nghiệp (tóm tắt) [1] 13

Hình 1 5 Bản đồ hành chính của tỉnh Thái Bình [10] 21

Hình 1 6 Bản đồ phân bố lượng mưa ở Thái Bình [11] 22

Hình 1 7.Biểu đồ nhiệt độ trung bình và tổng lượng mưa các tháng ở Thái Bình năm 2015 [11] 23

Hình 1 8 Diễn biến nhiệt độ tháng I và tháng VII ở tỉnh Thái Bình giai đoạn 1960- 2010 [11] 28

Hình 1 9.Diễn biến lượng mưa hàng năm ở tỉnh Thái Bình giai đoạn 1960 – 2010 [11] 28

Hình 1 10 Các hiện tượng thời tiết cực đoan xuất hiện tại tỉnh Thái Bình [11] 30

Hình 1 11.Cấu trúc của mô hình DNDC [18] 35

Hình 2 1 Cấu trúc file dữ liệu khí tượng đầu vào mô hình DNDC……….38

Hình 2.2 Nhập dữ liệu khí tượng 41

Hình 2 3 Nhập dữ liệu về canh tác 42

Hình 2 4 Nhập dữ liệu về đất 42

Hình 2 5.Nhập dữ liệu về thời vụ và phân bón 43

Hình 2.6 Chạy mô hình 43

Hình 2.7 Các thông số hiệu chỉnh của mô hình 45

Hình 2.8 Lượng phát thải CH4 tính toán bằng mô hình DNDC và đo ngoài hiện trường ở xã Phú Lương của cây lúa vụ xuân 2016 47

Hình 2 9 Lượng phát thải khí N2O tính toán bằng mô hình DNDC ở xã Phú Lương đo ngoài hiện trường của cây lúa vụ xuân 2016 48

Hình 2.10 Lượng phát thải CH4 tính toán bằng mô hình DNDC và đo ngoài hiện trường ở xã Phú Lương của cây lúa vụ mùa 2016 48

Hình 2 11 Lượng phát thải khí N2O tính toán bằng mô hình DNDC ở xã Phú Lương đo ngoài hiện trường của cây lúa vụ xuân 2016 49

Hình 3 1 Bản đồ phân vùng khí hậu tỉnh Thái Bình………53

Hình 3 2.Bản đồ hiện trạng đất trồng lúa tỉnh Thái Bình……… 55

Hình 3 3.Các loại đất canh tác lúa tại tỉnh Thái Bình……… 56

Hình 3 4.Bản đồ đơn vị các tổ hợp điều kiện tự nhiên……… 59

Hình 3 5.Bản đồ phát thải CH4 trên đất trồng lúa tỉnh Thái Bình……… 62

Hình 3 6.Bản đồ phát thải N2O trên đất trồng lúa tỉnh Thái Bình………63

Hình 3 7.Bản đồ phát thải KNK quy đổi ra CO2 trên đất trồng lúa tỉnh Thái Bình… 64 Hình 3 8.Tỷ lệ phát thải KNK trong canh tác lúa tỉnh Thái Bình……… 65

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Phát thải KNK năm 2005 và 2010 trong lĩnh vực nông nghiệp (tóm tắt) [1]

12

Bảng 1 2 Thông tin về canh tác lúa tỉnh Thái Bình [10] 26

Bảng 1.3 Bảng diện tích, năng suất và sản lượng lúa tỉnh Thái Bình giai đoạn 2010-2013 [10] 27

Bảng 1.4 Phân tích lựa chọn mô hình tính toán phát thải KNK cho cây lúa và cây trồng cạn 35

Bảng 2.1.Đặc trưng dữ liệu về khí tượng tại các vùng khí hậu năm 2013-2015 [11]……… ……… 37

Bảng 2.2.Các dữ liệu về điều kiện thổ nhưỡng [12] 39

Bảng 2.3 Các dữ liệu về quản lý canh tác lúa tại tỉnh Thái Bình [10] 40

Bảng 2 4 Lịch thời vụ canh tác lúa tỉnh Thái Bình năm 2016 [10] 40

Bảng 2 5 Các thông số mô hình khi hiệu chỉnh và kiểm định 44

Bảng 2 5 Kết quả phát thải CH4 và N2O từ chạy mô hình DNDC và đo tại hiện trường qua các giai đoạn tại xã Phú Lương cho cây lúa vụ xuân và vụ mùa năm 2016 45

Bảng 2 7 Kết quả phát thải CH4 từ chạy mô hình DNDC và đo tại hiện trường tại xã Phú Lương cho cây lúa vụ xuân và vụ mùa năm 2016 46

Bảng 2.8 Kết quả phát thải N2O từ chạy mô hình DNDC và đo tại hiện trường tại xã Phú Lương cây lúa vụ xuân và vụ mùa năm 2016 47

Bảng 2.9 Phát thải CH4 và N2O từ kết quả chạy mô hình DNDC 49

Bảng 2 10.Tiềm năng nóng lên toàn cầu(CO2-e)trên các loại đất trồng lúa tại Thái Bình 51

Bảng 3 1 Đặc trưng của các vùng khí hậu giai đoạn 2013-2015 [11] 55

Bảng 3 2 Phân bố các loại đất trồng lúa nước theo huyện tỉnh Thái Bình 57

Bảng 3 3 Tổng hợp các tổ hợp khí hậu – đất và diện tích canh tác lúa theo các huyện tỉnh Thái Bình 60

Bảng 3 4 Hiện trạng tổng lượng phát thải CO2-e theo đơn vị hành chính của tỉnh Thái Bình trung bình giai đoạn (2013-2015) 65

Bảng 3 6: Hiện trạng tiềm năng nóng lên toàn cầu (CO2e) từ canh tác lúa tại tỉnh 66

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AWD : Kỹ thuật tưới khô ướt xen kẽ

DNDC : Denitrification Decomposition - Mô hình sinh địa hóa trong đất FAO : Tổ chức Lương thực và nông nghiệp Liên Hiệp Quốc

ICEM : Trung tâm quản lý Môi trường Quốc tế

IPCC :Tổ chức liên chính phủ về Biến đổi khí hậu

IRRI : Viện nghiên cứu Lúa quốc tế

MACC : Chi phí cận biên giảm phát thải KNK

MRV : Giám sát - Báo cáo - Kiểm định

LULUCF : Sử dụng đất và lâm nghiệp

NN&PTNT : Nông nghiệp và phát triển nông thôn

UNFCCC : Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong năm 2010, tổng lượng phát thải khí nhà kính tại Việt Nam là 246,8 triệu tấn

CO2 tương đương bao gồm lĩnh vực: sử dụng đất và lâm nghiệp (LULUCF) và 266 triệu tấn CO2 tương đương không bao gồm LULUCF Phát thải khí nhà kính trong lĩnh

vực năng lượng chiếm tỷ trọng lớn nhất là 53,05% của tổng lượng phát thải khí nhà kính không tính LULUCF, tiếp theo là lĩnh vực nông nghiệp chiếm 33,20% Trong đó

tổng phát thải CH4 từ canh tác lúa năm 2010 là 44,61 triệu tấn; Phát thải từ lúa canh tác ngập nước thường xuyên là 41,31 triệu tấn và phát thải từ lúa nhờ nước trời là 3,30

Ở Việt Nam kiểm kê phát thải KNK được tính theo phương pháp của IPCC, 1996 với các hệ số chung của toàn quốc, không thể hiện được sự khác nhau về địa hình, thời

tiết, đất, cây trồng, mức độ thâm canh của cây trồng Trong khi đó, mô hình DNDC (Denitrification - Decomposition: Phân huỷ carbon - Đề nitrate hoá) là mô hình sinh địa hóa trong hẹ sinh thái nông nghiệp, cho phép dự báo lượng cacbon được giữ lại trong đất, hàm lượng đạm bị mất, sự phát thải một số khí nhà kính như CO2, CH4 từ các hệ sinh thái nông nghiệp theo ngày, theo giai đoạn hàng năm [20] Mô hình DNDC

đã được kiểm nghiệm và áp dụng để tính toán phát thải khí nhà kính trong các hệ canh tác nông nghiệp ở các nước Mỹ, Trung Quốc, Italy, Đức, Anh nhưng ở nước ta mới

chỉ có một vài nghiên cứu ứng dụng tính toán như tính toán tiềm năng giảm thiếu phát

thải khí nhà kính của ngành sản xuất lúa nước Việt Nam [4] [5]

Đồng thời việc sử dụng mô hình phối hợp với cơ sở dữ liệu của bản đồ cây trồng và liên kết dữ liệu khí tượng để đưa ra bản đồ phát thải khí nhà kính cho một khu vực cụ

thể còn thực hiện rất ít Vì những lý do trên, học viên thực hiện đề tài: “Nghiên cứu

xây d ựng bản đồ hiện trạng phát thải khí nhà kính cho canh tác lúa tại tỉnh Thái Bình” góp phần tạo một bức tranh tổng thể về phát thải KNK trong canh tác lúa tại Thái Bình, làm cơ sở cho quá trình hoạch định chính sách, chỉ đạo sản xuất nông

nghiệp nói chung và canh tác lúa nói riêng nhằm áp dụng các biện pháp giảm thải KNK trong sản xuất lúa, xây dựng kế hoạch giảm nhẹ BĐKH

2 Mục tiêu của đề tài

2.1 Mục tiêu tổng quát

Định lượng phát thải KNK (CH4, N2O) trong canh tác lúa nước theo các điều kiện khí

hậu, đất đai và mức thâm canh lúa của tỉnh Thái Bình; tính toán lượng khí các bon níc tương đương/quy đổi (CO2-e) trong canh tác lúa nước làm cơ sở cho việc kiểm kê KNK và giúp cho các dự án giảm nhẹ BĐKH có thể định lượng được phát thải cơ sở

và tiềm năng giảm nhẹ theo không gian và thời gian

2.2 Mục tiêu cụ thể

- Xác định và mô phỏng lượng (CH4, N2O) phát thải từ hệ thống cây trồng có lúa nước trên các vùng khí hậu và loại đất khác nhau bằng mô hình DNDC

- Tính toán tổng lượng CO2-e trong canh tác lúa nước tỉnh Thái Bình Từ đó xây dựng

bản đồ hiện trạng phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa nước tại tỉnh Thái Bình và đưa

ra được biện pháp tối ưu giảm thiểu phát thải KNK

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3 1 Đối tượng

- Khí nhà kính (CH4, N2O) từ canh tác lúa tại tỉnh Thái Bình

3.2 Phạm vi vùng nghiên cứu

- Vùng canh tác lúa của tỉnh Thái Bình

4 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

4.1 N ội dung nghiên cứu

- Xây dựng bản đồ phân vùng khí hậu;

- Xây dựng bản đồ canh tác lúa tỉnh Thái Bình theo các loại đất và vùng khí hậu;

- Sử dụng mô hình DNDC tính toán, mô phỏng phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước toàn tỉnh Thái Bình;

-Tạo bản đồ hiện trạng phát thải khí nhà kính cho canh tác lúa nước tại tỉnh Thái Bình;

- Đề xuất một số biện pháp canh tác giảm phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa nước phù hợp với điều kiện của tỉnh Thái Bình;

4.2 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được tiến hành bằng cách sử dụng mô hình DNDC mô phỏng, tính toán phát thải KNK trên đất lúa thuộc tỉnh Thái Bình với các điều kiện khí hậu khác nhau, điều kiện thổ nhưỡng khác nhau và các chế độ canh tác lúa khác nhau

Để tính toán được như vậy thì cần phải có sự hỗ trợ của hệ thống thông tin địa lý (GIS)

kết hợp chồng các lớp thông tin bản đồ vùng khí hậu, bản đồ đất và các điều kiện canh tác Độ chính xác của kết quả tính toán được thể hiện bằng sự chuẩn hóa của các yếu

tố đầu vào, khi mô hình được hiệu chỉnh với các số liệu quan trắc thực địa tại tỉnh Thái Bình

Để đạt được các mục tiêu nghiên cứu như mô tả thì các phương pháp được sử dụng như sau:

4.2.1 Phương pháp phân tích, tổng hợp số liệu

- Thu thập số liệu:

Thu thập số liệu hiện có liên quan đến đề tài, thu thập tất cả các số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu, các số liệu canh tác, số liệu đo phát thải tại đồng ruộng (số liệu của dự án “Phát triển khung Giám sát - Báo cáo - Kiểm định (MRV) cho NAMAs về hệ thống nông nghiệp tổng hợp với canh tác lúa cải tiến

(SRI)” do Viện Môi trường thực hiện) Niên giám thống kê toàn quốc các năm 2011, năm 2012, năm 2013, năm 2014 và năm 2015; các báo cáo: Kế hoạch hành động ứng phó với BĐKH tỉnh Thái Bình giai đoạn 2011-2015 tầm nhìn 2020, ); Báo cáo sản

xuất nông nghiệp tỉnh Thái Bình năm 2015, 2016

Thu thập số liệu về không gian:bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỉnh Thái Bình năm

2010, Bản đồ Quy hoạch sử dụng đất đến năm 2020 tỉnh Thái Bình (tại Tổng cục Quản

lý đất đai – Bộ Tài nguyên và Môi trường)

+ Thu thập các số liệu về khí tượng: để mô hình có kết quả chính xác, số liệu khí tượng phải đại diện cho vùng nghiên cứu Vị trí của các trạm đo khí tượng ảnh hưởng

trực tiếp tới vùng nghiên cứu Học viên đã thu thập số liệu từ năm 2013 - 2015 tại 04

trạm khí tượng thuộc và giáp danh tỉnh Thái Bình: Trạm Thái Bình, Trạm Ba Lạt,

Trạm Nam Định (tỉnh Nam Định) và Trạm Phú Liễn (tỉnh Hải Phòng) Các thông tin thu thập gồm: tọa độ trạm, nhiệt độ không khí cao nhất ngày (Tmax), nhiệt độ không khí thấp nhất ngày (Tmin), nhiệt độ không khí trung bình ngày (Ttb), tổng số giờ nắng ngày, hướng và tốc độ gió, lượng mưa ngày (tại Trung tâm Khí tượng thủy văn quốc gia) [11]

+ Các số liệu về cây trồng: giống lúa; đặc tính sinh lý, sinh hóa của giống lúa; lịch mùa vụ; các kỹ thuật canh tác (làm đất, tưới, bón phân, làm cỏ, phun thuộc bảo vệ thực

vật…); các loại phân bón và đặc tính của phân bón (thu thập từ các tài liệu, sách và bài báo khoa học, các thông tin về giống và kết quả khảo nghiệm giống từ Sở Nông nghiệp & PTNT Thái Bình [10]

+ Số liệu về đất: Loại đất, độ dày tầng đất, thành phần cơ giới, đặc tính lý học, hóa học

của đất (từ Bảo tàng đất Việt Nam, báo cáo về bản đồ đất tỉnh Thái Bình, báo cáo đất

mặn…)

4.2.2 Phương pháp mô hình hóa

Sử dụng phần mềm DNDC để tính toán sự phát thải khí nhà kính:

• Xây d ựng các dữ liệu đầu vào

+ Các dữ liệu về khí tượng thủy văn (nhiệt độ, lượng mưa, tốc độ gió, bức xạ mặt trời, độ ẩm)

+ Các dữ liệu về canh tác (giống, thời gian gieo cấy, thu hoạch, phân bón, tưới nước,

Các hệ số điều chỉnh là: SOC, tỉ lên C/N của chất hữu cơ bởi nó quyết định sự phát

thải các khí nhà kính

• Ki ểm định mô hình

Quá trình hiệu chỉnh mô hình được đánh giá độ chính xác thông qua hệ số xác định R2

và chỉ số hiệu quả Nash - Sutcliffe (NSI) Công thức tính toán các hệ số này được thể

hiện trong các phương trình sau đây:

Trong đó:

Oi là giá trị thực đo

Ō là giá trị thực đo trung bình

Pi là giá trị mô phỏng

n là số lượng giá trị tính toán

Chỉ số NSI chạy từ 0 đến 1, đo lường sự phù hợp giữa giá trị thực đo và giá trị mô

phỏng trên đường thẳng 1:1 Nếu NSI nhỏ hơn hoặc gần bằng 0, khi đó kết quả được xem là không thể chấp nhận hoặc độ tin cậy kém Ngược lại, nếu giá trị này bằng 1, thì

kết quả mô phỏng của mô hình là hoàn hảo

4.2.3 Hệ thống thông tin địa lý và phương pháp bản đồ

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các

sự vật, hiện tượng thực trên trái đất Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từ các bản đồ

Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS

có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược) Một số phương pháp để xây dựng bản đồ là:

- Phân tích chồng xếp: là quá trình tích hợp các lớp thông tin khác nhau Các thao tác phân tích đòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải được liên kết vật lý cụ thể là sự

chồng xếp dữ liệu về đất, khí tượng và cây trồng

- Mô hình hoá: Các dữ liệu không gian từ quá trình chồng xếp bản đồ được sử dụng là

dữ liệu tự nhiên cho đầu vào của mô hình DNDC Mô hình được hiệu chỉnh theo các

số liệu quan trắc đồng ruộng theo cùng điều kiện khí tượng và thổ nhưỡng để có cách tính giống với phát thải thực tế, sau đó được áp dụng tính toán cho toàn bộ vùng nghiên cứu

- Hiển thị và xây dựng bản đồ: Sau khi chạy mô hình xong kết quả đầu ra của mô hình (là số liệu phát thải KNK) được không gian hoá theo các đơn vị tổ hợp ban đầu để biểu

diễn lượng phát thải KNK cho từng khoanh đất

- Tổng hợp và biên tập bản đồ: từ kết quả mô hình và đã được không gian hoá, chúng được biên tập và tạo các bản đồ hiện trạng phát thải CH4, N2O và tiềm năng nóng lên toàn cầu (quy đổi ra CO2-e)

Tổng hợp các bước nghiên cứu được thể hiện tại hình 1.2.

Số liệu khí tượng Bản đồ Hiện trạng sử dụng đất

Bản đồ phân vùng khí

Bản đồ đơn vị các tổ hợp Khí tượng – Đất – Canh tác

Thông tin giống lúa và

các biện pháp canh tác DNDC Đầu vào: nước, phân bón

Hình 1 1 Trình tự các bước nghiên cứu, chuẩn bị, hiệu chỉnh và ứng dụng mô hình

DNDC để tính toán phát thải KNK từ canh tác lúa

Số liệu thí nghiệm thực địa CH4, N2O

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 T ổng quan về khí nhà kính

Nghị định Kyoto đã xác định có 6 loại KNK có tiềm năng gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu (GWP) gồm khí carbon dioxide (CO2), nitrous oxide (N2O), me-tan (CH4), hydro fluorocarbons (HFCs), per fluorocarbon (PFCs) và sulfur hexafluoride (SF6)

Tiềm năng gây hiệu ứng KNK làm nóng lên toàn cầu được dựa trên chỉ số khí CO2tương đương, lấy khí CO2 có tiềm năng gây hiện tượng nóng lên toàn cầu là 1

Các kết quả nghiên cứu cho rằng nguồn phát sinh KNK chủ yếu từ hoạt động sản xuất, sinh hoạt của con người và một phần có trong tự nhiên Các loại KNK phát thải từ tự nhiên bao gồm carbon oxide đơn (CO), carbon dioxide (CO2) từ quá trình cháy rừng

và đốt phụ phẩm, methane (CH4), nitrous oxides (N2O), CO2 từ quá trình phân giải

chất hữu cơ trong canh tác nông nghiệp và các nguồn phát thải tự nhiên khác do tác động của sấm, chớp, bão, núi lửa,… Tuy nhiên, nguồn phát thải KNK từ tự nhiên thấp

và chủ yếu do nguyên nhân hoặc có liên quan đến con người như cháy rừng Trong khi

đó, nguồn phát thải KNK chủ yếu từ hoạt động sản xuất của con người như hoạt động công nghiệp, năng lượng, canh tác nông nghiệp Theo báo cáo của IPCC, 2007, nguồn phát thải KNK lớn nhất chính từ các hoạt động công nghiệp và giao thông

Hoạt động sản xuất nông nghiệp cũng là hoạt động gây phát thải lớn, chiếm 14% tiềm năng làm nóng lên toàn cầu (GWP), trong đó 17% CO2 tương đương từ quá trình sử

dụng đất và thay đổi sử dụng đất trong nông nghiệp, 3% CO2 tương đương từ quá trình

quản lý chất thải trong nông nghiệp CH4 và N2O là nguồn KNK phát thải từ hoạt động sản xuất nông nghiệp IPCC (2007) đã chỉ ra rằng các nước phát triển chỉ chiếm chưa tới 20% về dân số nhưng lại gây phát thải tới 46,4% lượng KNK toàn cầu trong khi các nước đang phát triển chỉ chiếm 53,6% về tổng lượng KNK nhưng chiếm trên 80% về dân số [26]

* CO 2 : là chất khí nhà kính quan trọng sinh ra và tiêu hao điôxit cacbon trong khí quyển từ các quá trình tự nhiên chủ yếu bao gồm: hô hấp của động - thực vật, quang

hợp của thực vật; các quá trình trao đổi khí quyển – đại dương; hoạt động của núi lửa

Hoạt động của con người làm gia tăng lượng điôxit cacbon chủ yếu do sử dụng nhiên

liệu hóa thạch, chế tạo các loại máy sưởi, máy làm lạnh, sản xuất xi măng, phá rừng, thay đổi sử dụng đất, v.v.

* CH 4 : là KNK quan trọng thứ hai sau CO2 Các công trình nghiên cứu trên thế giới đã công bố, lượng phát thải CH4 đă tăng từ 0,700 ppmV năm 1750 lến 1,774 ppmV năm

2005 [26] Một đơn vị khối lượng CH4 phát thải vào khí quyển có thể gây ấm cho toàn

cầu (Global Warming Potential - GWP) gấp 24 lần 1 đơn vị khối lượng CO2 (tính cho chu

kỳ 100 năm) Sự gia tăng phát thải CH4 trong suốt thế kỷ qua chủ yếu là từ canh tác lúa

nước, từ chăn nuôi trong nông nghiệp và một phần từ phát thải khí tự nhiên Ruộng lúa nước đóng góp khoảng 15-20% tổng lượng CH4 phát thải trên toàn cầu [14]

* N 2 O: là KNK quan trọng thứ ba sau CO2 và CH4 Theo các công trình nghiên cứu

đã công bố thì lượng phát thải khí này đă tăng từ 270 ppbV năm 1750 lến 319 ppbV năm 2005 Theo IPCC (2007), việc phát thải một đơn vị khối lượng N2O vào khí quyển có GWP gấp 310 lần 1 đơn vị khối lượng CO2 (tính cho chu kỳ 100 năm) [24] Trong môi trường đất, N2O được tạo ra nhờ các loài vi sinh vật, là sản phẩm phụ của quá tŕình nitrát hóa hoặc sản phẩm trung gian của quá trình phản nitrát hóa (Bouwman, 1990) Đất canh tác được bón phân là một nguồn phát thải N2O đáng chú ý, chiếm 13% [30] đến 28% [29] lượng N2O phát thải toàn cầu hàng năm

Dựa trên các kết quả dự báo quốc tế cho thấy, nếu không có các chính sách can thiệp

kịp thời, lượng phát thải KNK toàn cầu sẽ tăng từ 25-90% vào năm 2030 so với hiện

trạng phát thải KNK năm 2000 Đặc biệt, lượng phát thải KNK sẽ tăng mạnh ở các nước đang phát triển như nước ta (dự báo KNK tăng lên gấp 4 lần vào năm 2030) Sự gia tăng KNK đòi hỏi các quốc gia cần nỗ lực hơn để giảm phát thải KNK nhằm ngăn

chặn, hạn chế quá trình gia tăng biến đổi khí hậu toàn cầu (các hoạt động phát thải

thấp) ở hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế Trong đó, hoạt động sản xuất nông nghiệp được đánh giá là một trong những nguồn phát thải KNK chủ yếu ở các quốc gia đang phát triển

Nông nghiệp được cho là ngành phát thải lớn nhưng cũng được đánh giá là ngành có

tiềm năng giảm phát thải cao Những tính toán về chi phí cận biên giảm phát thải KNK (MACC) cho thấy hoạt động sản xuất nông nghiệp có tiềm năng lớn trong giảm phát

thải KNK Tại Indonesia, Ủy ban về biến đổi khí hậu nước này đã dự báo rằng các

hoạt động kinh tế có tiềm năng giảm phát thải KNK 164 triệu tấn CO2 tương đương, trong đó chỉ tính riêng lĩnh vực nông nghiệp đã có tiềm năng giảm 105 triệu tấn CO2tương đương thông qua các hoạt động cải thiện hệ thống tưới tiêu trong canh tác lúa nước, cải tiến quản lý giống cây trồng, giám sát và quản lý phân đạm, quản lý chất thải

hữu cơ từ chăn nuôi và hệ thống cung cấp thức ăn chăn nuôi (mặc dù có chi phí rất cao)

1.2 Tổng quan về cơ chế hình thành, phát thải khí CH4 và N 2O từ ruộng lúa nước

1.2.1 Quá trình hình thành và phát th ải khí N 2 O t ừ ruộng lúa

Nguồn phát thải CH4 trên vùng trồng lúa là quá trình phân giải chất hữu cơ ở điều

kiện yếm khí Đây là quá trình phân giải sinh hoá phức tạp có sự tham gia của các vi khuẩn Trong quá trình hình thành và chuyển hoá CH4 có sự tham gia của vi khuẩn mêtan (methanogens) Thường nhờ 3 vi khuẩn từ 3 cơ chất:

(1) - Hydrogenotrophic methanogen sử dụng cơ chất là hydro và CO2:

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

(2) - Nhờ vi khuẩn acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành metan và CO2 acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành metan và CO2 Khoảng 70% lượng metan sinh ra bằng con đường này

cứu cho thấy chế độ ngập nước không liên tục (rút nước phơi ruồng giữa vụ, rút nước định kỳ) so với ngập nước liên tục trên ruộng lúa, phát thải CH4 giảm thiểu rõ rệt Bón phân vô cơ hạn chế phát thải CH4 [17]

Khí CH4 phát thải từ ruộng lúa vào khí quyển theo ba con đường chính là: từ bọt khí CH4dưới đất, khuếch tán và phát thải từ cây lúa thông qua khí khổng của cây [34] Nhưng hiện tượng khuếch tán chỉ đóng góp khoảng 1% tổng lượng khí CH4, trong khi khí CH4 đi vào khí quyển ở dạng bọt khí chiếm tới 10% tổng lượng phát thải từ đất lúa, phần chủ yếu phát tán là thông qua thân cây lúa chiếm 90% tổng lượng phát thải của đất lúa ngập nước

Hình 1.2 Sơ đồ vận chuyển khí CH 4 trên ruộng lúa theo 3 con đường[34]

1.2.2 Quá trình hình thành và phát th ải khí N 2 O t ừ ruộng lúa

Sản sinh N2O trong đất chủ yếu là do kết quả của hai hoạt động tương phản của vi sinh

vật quá trình nitrat hóa và quá trình khử nitrat thể hiện ở hình dưới đây Quá trình

nitrat hóa được diễn ra trong điều kiện hiếu khí trong đó N2O là sản phẩm phụ của quá trình ôxy hóa amoni (NH4+) thành nitrit (NO2-) Trong khi, quá trình khử nitrat là quá trình diễn ra trong điều kiện kỵ khí và N2O là sản phẩm của quá trình khử nitart thành khí nitơ (N2) [33]

Sự chuyển hoá nitơ trong đất bao gồm nhiều quá trình có sự tham gia của các vi sinh

vật, NH4+ là dạng phổ biến của nitơ khoáng trong hầu hết các loại đất, mặc dù nhiều nitơ bị liên kết chặt ở các dạng hữu cơ, trong các đất có hàm lượng hữu cơ cao Sự

hiện diện của tầng ôxy hoá bên trên tầng khử hoặc kỵ khí là ngưỡng tới hạn đối với nhiều quá trình Một trong số quá trình đó là sự khoáng hoá chất hữu cơ chứa nitơ

Một số ion NH4+ có thể khuyếch tán vào tầng đất ôxy hoá và và được cây lúa hút thu,

hoặc bị mất do bay hơi, hoặc bị nitrat hoá và rửa trôi trở lại tầng đất khử và ở đây có

thể bị mất nitơ dạng phân tử (N2) do quá trình phản nitrat hoá

Khi phân bón nitơ amôni (urê, amôni sunfat) được bón bằng cách rải trên bề mặt ruộng lúa thì có thể mất nitơ ở dạng NH3 do bay hơi Bay hơi NH3 phụ thuộc vào nhiệt độ,

tốc độ gió, sự biến đổi pH ngày đêm do hoạt động sinh học trong nước ngập Một cách luân phiên, những ion NH4+ khuếch tán vào tầng đất bị ôxy hoá kéo theo quá trình thuỷ phân và được cây lúa hút thu trực tiếp hoặc bị nitrat hoá, hoặc bị cố định trong

hợp chất hữu cơ

Tiếp theo quá trình nitrat hoá NH4 - N trong tầng đất bị ôxy hoá, thì NO3 - N hoặc được rễ hút thu, hoặc rửa trôi xuống tầng đất khử và ở đây nó bị phản nitrat hoá và mất nitơ ở dạng khí N2O, NO và N2

Hình 1 3 Sơ đồ hình thành khí N 2 O trên ruộng lúa

Ruộng lúa được đánh giá ít quan trọng đối với phát thải khí N2O bởi hệ sinh thái khác nhau cơ bản của nó, đặc biệt là môi trường yếm khí Điều kiện yếm khí ngập thường xuyên của ruộng lúa làm giảm quá trình nitrat hóa và khử hoàn toàn, sản xuất ra N2 hơn là khí N2O [23]

Tuy nhiên các nghiên cứu gần đây đã cho thấy ruộng lúa có tầm quan trọng đối với phát thải N2O [26] Tại ruộng lúa phát thải N2O thông qua cả quá trình nitrat hóa -khử nitrat do sự tồn tại của lớp bị ôxi hóa trong bùn đất và trong vùng rễ của cây lúa [33]

1.3 P hát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước ở Việt Nam

Trong kiểm kê quốc gia KNK năm 2005 và 2010 đối với lĩnh vực Nông nghiệp, kết

quả ước tính phát thải đã được thực hiện cho 6 hạng mục, bao gồm: Tiêu hóa thức ăn (CH4); quản lý chất thải (CH4, N2O);canh tác lúa(CH4); đất nông nghiệp (N2O), Đốt đồng cỏ (CH4, N2O); đốt phụ phẩm nông nghiệp ngoài đồng (CH4, N2O)

Nitrat hóa

Nitric hóa Khử nitrat

Cùng diễn ra khử nitrat và nitrat hóa

Phân bón

Khử nitrat

Tổng lượng phát thải KNK từ lĩnh vực nông nghiệp trong năm 2005 tương đương 83.820,4 nghìn tấn CO2 Nguồn phát thải lớn nhất là phát thải CH4 từ canh tác lúa, tương đương 45.511,6 nghìn tấn CO2 Nguồn phát thải lớn thứ hai là phát thải

N2O từ đất nông nghiệp, tương đương 22.282,9 nghìn tấn CO2 [1]

Tổng lượng phát thải KNK từ lĩnh vực nông nghiệp trong năm 2010 tương đương 88.354,8 nghìn tấn CO2 Nguồn phát thải lớn nhất là phát thải CH4 từ canh tác lúa, tương đương 44.614,2 nghìn tấn CO2 Nguồn phát thải lớn thứ hai là phát thải

N2O từ đất nông nghiệp, tương đương 23.812,0 nghìn tấn CO2, giống như năm 2005 Bảng 1 1 Phát thải KNK năm 2005 và 2010 trong lĩnh vực nông nghiệp (tóm tắt) [1]

(Nghìn t ấn CO 2 tđ.)

4A Tiêu hóa thức ăn; 9.467,5 ; 10,7%

4B Quản lý chất thải; 8.560,0 ; 9,7%

4F Đốt phụ phẩm nông nghiệp; 1.899,3 ; 2,1%

Hình 1 4 Phát thải KNK năm 2010 lĩnh vực Nông nghiệp (tóm tắt) [1]

Xu thế phát thải KNK trong hầu hết các hạng mục của lĩnh vực nông nghiệp năm 2010 đều tăng so với năm 2005 So sánh lượng phát thải của năm 2010 với năm 2005 cho

thấy trong hạng mục canh tác lúa (CH4) tăng 4,9%

Tại Việt Nam chúng ta cũng đã có rất nhiều tiến bộ kỹ thuật trong việc bố trí hệ thống cây trồng (như trồng cây trồng màu có giá trị cao), thâm canh (như bằng giống mới, bón phân cân đối), canh tác bền vững nhằm nâng cao năng suất, giảm sử dụng nhiên

liệu hóa thạch, phân bón, tăng tích lũy hữu cơ trong đất và giảm phát thải khí nhà kính

Một trong những biện pháp đã được chứng minh giảm pháp thải khí mê tan là phương pháp canh tác lúa có rút nước giữa vụ đã được Nguyễn Văn Tính và Nguyễn Việt Anh (2006) chỉ ra là có thể giảm đến 60kg/ha CH4 năm-1

phát thải [33] Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng lượng mê tan phát thải trên ruộng lúa

ngập nước không đơn thuần là lượng mê tan do phân hủy yếm khí các vật chất hữu cơ

Mặc dù chưa có những công trình nghiên cứu tổng thể, mang tính hệ thống nhưng cho đến nay trên thế giới đó có nhiều công trình đi sâu nghiên cứu từng yếu tố cụ thể ảnh hưởng đến mức độ phát thải KNK trong hoạt động sản xuất lúa đặc biệt là lúa nước Thông qua nghiên cứu, các công trình này đều cho biết các nhân tố môi trường như nhiệt độ; tính chất vật lý, Eh, pH đất; chế độ ẩm; hàm lượng hữu cơ trong đất; vi sinh

vật đất; kiểu luân canh cây trồng; chế độ bón phân; tưới nước và phương pháp quản lý

phế phụ phẩm trong các vùng sản xuất đều có liên quan đến mức độ và quá tŕnh phân

hủy chất hữu cơ, quá trình nitơrát hóa và phản nitơrát hóa, quá tŕnh oxi hóa - khử và di chuyển CO2, CH4 vàN2O trong đất, do đó trực tiếp hay gián tiếp ảnh hưởng đến phát

thải các KNK chủ yếu như CH4, N2O và CO2 từ ruộng lúa nước

* Ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết, khí hậu đến mức độ phát thải các KNK: Cân

bằng các bon trong đất là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến phát thải KNK Các công trình nghiên cứu trên thế giới đều khẳng định, sự cân bằng C trong đất phụ thuộc vào tính chất đất, điều kiện khí hậu, hệ thống cây trồng và các biện pháp canh tác như làm đất, bón phân, tưới nước và quản lý sản phẩm phụ cây trồng

Nghiên cứu của Inubushi K và cộng sự đã cho thấy rằng phát thải CH4 dao động khá lớn trong ngày, thường đạt giá trị cao nhất vào khoảng 13 – 15 giờ, thời điểm thường nóng

nhất trong ngày [23] Tương tự, các nghiên cứu ở Nhật Bản cũng cho thấy, mức độ phát

thải CH4 từ ruộng lúa nước trong mùa mưa cao hơn 1,5-4 lần trong mùa khô Kết quả nghiên cứu của Aulakh và cộng sự trên ruộng lúa nước tại Nhật Bản cho thấy nhiệt độ là nhân tố chính ảnh hưởng đến sự biến động phát thải CH4qua các mùa trong năm [14]

* Ảnh hưởng của yếu tố đất đai đến mức độ phát thải KNK: tính chất môi trường đất

(thành phần cơ giới, Eh, pH đất, vi sinh vật ) cũng có ảnh hưởng rõ rệt tới cân bằng các-bon trong đất, do đó có ảnh hưởng tới mức độ phát thải của các KNK

Kết quả nghiên cứu của Hou và cộng sự cho thấy trong đất lúa, phát thải CH4 có quan

hệ nghịch với phát thải N2O [23] Cả hai quá tŕnh đều phụ thuộc vào tiềm năng oxi hóa khử của đất nhưng CH4 xuất hiện trong điều kiện môi trường khử mạnh, trái lại

N2O xuất hiện trong điều kiện môi trường oxi hóa Do vậy nghiên cứu các giải pháp làm giảm phát thải CH4 trong hệ sinh thái lúa có thể không đánh giá đầy đủ được ảnh hưởng của nó đến hiện tượng ấm lên của trái đất Trong mỗi điều kiện môi trường cần xác định vùng “tiềm năng oxi hóa khử có lợi” (heathy redox potential) để có thể làm

giảm tổng CH4 và N2O phát thải Koga và Tsuruta (2004) cũng chỉ ra rằng khả năng phát sinh CH4 và N2O phụ thuộc vào pH, hàm lượng hữu cơ và sulfur trong đất, giá trị

tới hạn xung quanh vùng “tiềm năng oxi hóa khử có lợi” là -150 mV và +180 mV Khi

giới hạn này thấp hơn -150 mV thì h́nh thành CH4 nhiều hơn và trên +180 mV thì

N2O được h́ình thành nhiều hơn [27]

* Ảnh hưởng của các kỹ thuật canh tác đến mức độ phát thải KNK:

- Ảnh hưởng của phương thức gieo cấy và luân canh cây trồng đến mức độ phát thải KNK: hình thức gieo cấy (lúa cấy và lúa gieo thẳng) hay hình thức luân canh giữa lúa nước với các cây trồng cạn có ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ hấp thụ ánh sáng, khả năng hoạt động của hệ vi sinh vật đất, do đó ảnh hưởng đến mức độ phát thải của các KNK Bên cạnh đó, các phương thức gieo cấy và chế độ luân canh cây trồng cũng có ảnh hưởng tới kỹ thuật canh tác đặc biệt là kỹ thuật tưới nước, bón phân, phòng trừ cỏ

dại v.v do đó gián tiếp ảnh hưởng tới mức độ phát thải KNK

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của biện pháp làm đất và gieo hạt đến phát thải KNK từ canh tác lúa ở Okayama, Nhật Bản từ 1998 đến 2002, Ishibashi E và cộng sự (2009)

đă kết luận ruộng lúa không làm đất kết hợp với gieo thẳng dẫn đến phát thải CH4

thấp hơn nhiều ở ruộng lúa làm đất kết hợp với hình thức cấy lúa [27] Đồng thời Ishibashi E và cộng sự (2009) cũng chỉ ra biện pháp canh tác không làm đất kết hợp gieo thẳng đó hạn chế đáng kể mức độ phát thải N2O so với hình thức làm đất kết hợp

với cấy lúa Theo ông, sự phát thải N2O không thấy xuất hiện trong suốt thời kỳ ruộng

ngập nước nhưng xuất hiện khi ruộng được tháo cạn hoặc giai đoạn bỏ hóa ở cả hai

loại hình canh tác gieo thẳng và lúa cấy Ḍạng N2O ở lúa gieo thẳng cao hơn ở lúa cấy Trên ruộng lúa gieo thẳng, một số đỉnh của ḍạng N2O xuất hiện từ giai đoạn bón lót phân đạm đến giai đoạn cho nước vào ruộng, sự tăng lên này như là sản phẩm của quá trình nitrat và/hoặc phản nitrat lượng đạm bón vào Một số đỉnh cao hơn của ḍạng N2O

xuất hiện giai đoạn bỏ hóa khi mà môi trường đất thay đổi nhanh chóng từ háo khí thành yếm khí bởi những trận mưa lớn Điều này chứng tỏ rằng NO3- được tạo ra bởi quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ trong tầng đất mặt đã tồn tại với nồng độ cao trong dung dịch đất trong điều kiện khô Sau trận mưa lớn, NO3- trong tầng canh tác bị

khử bởi quá trình phản nitrat và đã tạo ra N2O phát thải vào khí quyển [26]

Ở Trung Quốc, Zhang A và cộng sự cũng đó theo dơi sự trao đổi 3 KNK chủ yếu là CH4,

N2O và CO2 trong 3 hệ sinh thái lúa có tưới: lúa – vịt (RD), lúa – cá (RF) và lúa nước truyền thống (CK), và đã chỉ ra rằng trong suốt giai đoạn trồng lúa CH4 phát thải khoảng

19,1 - 26,6 g m-2, N2O phát thải khoảng 0,229 - 0,237 g m-2 Lượng C cố định trên mặt đất

bởi cây lúa khoảng 2433 - 2766 g m-2 và C tích lũy trong đất trong khoảng 562 - 675 g m

-2 [34] Sự trao đổi KNK trong nghiên cứu được tính trên cơ sở CO2 được cố định và CH4

và N2O thải vào không khí Kết quả là hệ sinh thái lúa – vịt có nguy cơ gây ấm lên trái đất

thấp nhất (bằng 62% của hệ sinh thái lúa nước truyền thống)

Một nghiên cứu tương tự của , Zhang A và cộng sự (2010) từ hệ sinh thái lúa – vịt (RD)

ở Trung Quốc cũng chỉ ra rằng đỉnh của N2O phát thải xuất hiện vào 2 tuần sau khi bón phân đạm và sau khi làm khô ruộng So sánh với canh tác lúa nước truyền thống, RD làm tăng phát thải N2O nhưng làm giảm tổng KNK phát thải vào khí quyển, làm giảm GWP tính từ CH4 và N2O Các tác giả cho rằng canh tác lúa – vịt ở Trung Quốc sẽ là một sự lựa

chọn cho việc giảm nhẹ ảnh hưởng của canh tác lúa đến sự ấm lên của trái đất [34]

Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, các phương thức canh tác khác nhau không chỉ liên quan đến chế độ nước tưới, làm đất mà cũn liên quan đến chế độ bón phân khác nhau,

do đó gián tiếp ảnh hưởng đến mức độ phát thải KNK Ishibashi E và cộng sự tiến hành nghiên cứu ở Okayama, Nhật Bản từ 1998 đến 2002 đã chỉ ra phương thức gieo

thẳng kết hợp với không làm đất, bón phân đạm gây ra phát thải N2O là 2,5% trong khi ở mức độ phát thải ở phương thức lúa cấy có làm đất là 0,48% Sau 8 năm liền áp

dụng phương thức canh tác không làm đất kết hợp gieo thẳng sau đó chuyển sang làm đất kết hợp vùi các vật chất hữu cơ tầng mặt vào tầng canh tác cũng không thấy có sự tăng CH4 và N2O phát thải trong 2 năm đầu Các tác giả đã kết luận rằng áp dụng biện pháp canh tác không làm đất cùng với gieo thẳng liên tiếp mội thời gian sau đó chuyển sang canh tác làm đất và cấy hoặc gieo thẳng trong vài năm như là một giải pháp cho

việc giảm thiểu phát thải KNK từ canh tác lúa [26]

- Ảnh hưởng của giống lúa: khả năng sinh trưởng phát triển hay đặc tính của giống lúa có

thể ảnh hưởng đến mức độ phát thải CH4 Kết quả nghiên cứu của Ma, J và cộng sự cho

thấy việc loại bỏ các hoa lúa để giảm sức chứa các bon của cây đã làm gia tăng mức độ phát thải CH4 Sự tăng lên này có thể do các bon được cố định trên mặt đất bởi quang

hợp đi vào trong đất qua rễ nhiều hơn mức độ phát thải CH4 trong mùa mưa ẩm cao hơn trong mùa khô mà nguyên nhân có thể do điều kiện ngoại cảnh mùa mưa ẩm đã không thích hợp cho hình thành hoa lúa, do đó dẫn đến các bon tích lũy tại vùng rễ nhiều hơn và phát thải CH4 từ đất tăng Kết quả nghiên cứu gợi ý rằng việc tối ưu hóa năng suất hạt cũng có thể là một cách giảm thiểu CH4 phát thải Như vậy việc sử dụng giống lúa với tỷ

lệ sinh khối rễ /thân hay hệ số thu hoạch cao cũng có thể giảm bớt phát thải CH4 [30]

- Ảnh hưởng của giai đoạn sinh trưởng: mức độ phát thải N2O từ đất canh tác xảy ra nhiều nhất vào các thời kỳ sau khi bón phân [22], sau khi mưa tuyết tan, sau thu hoạch cây trồng [30] và sau khi vùi phân chuồng [22] Tương tự với N2O, các kết quả nghiên

cứu về CH4 cũng cho thấy mức độ phát thải CH4 thường tăng lên dần sau khi cấy, đạt giá trị cao nhất xung quan thời kỳ đẻ nhánh rộ và nở hoa và giảm dần đến khi chín [22] [9] Tăng CO2 không khí trong ruộng lúa (sử dụng hệ thống FACE) đã làm tăng phát thải CH4 đáng kể (38-53%) Các tác giả cho rằng điều này liên quan đến sự tăng lên các sản phẩm tiết ra từ rễ và số nhánh lúa khi nồng độ CO2 không khí tăng lên

- Ảnh hưởng của phương thức và kỹ thuật làm đất: nhiều công trình nghiên cứu đó chỉ ra

rằng kỹ thuật làm đất (bao gồm phương thức và kỹ thuật) có ảnh hưởng rõ rệt tới mức độ phát thải KNK Nghiên cứu tại Hachirogata, Nhật Bản, Ishibashi, Eiji và cộng sự (2007)

chỉ ra rằng hình thức canh tác lúa không làm đất (bỏ qua giai đoạn cày và bừa đất) đó tiết

kiệm nhiên liệu tiêu thụ bởi máy cày khoảng 42 kg CO2 ha-1, tương đương 6% phát thải KNK Đồng thời, mức độ phát thải CH4 trong cả vụ ở mô hình không làm đất giảm 43%

so với mô hình canh tác truyền thống (các kỹ thuật canh tác khác và năng suất lúa không thay đổi) Phát thải N2O của 2 mô hình có sự sai khác nhưng không đáng kể Qua nghiên

cứu cũng cho thấy, không có sự sai khác về mức độ hô hấp đất, hàm lượng các-bon đất hay năng suất rơm rạ giữa 2 mô hình, điều này chỉ ra rằng ảnh hưởng của làm đất đến

dạng CO2 trong ruộng lúa là không đáng kể Như vậy qua nghiên cứu các tác giả đã kết

luận là canh tác không làm đất có thể tiết kiệm được 1.783 kg CO2 ha-1 [26]

- Ảnh hưởng của phân bón và kỹ thuật bón phân: bón phân đạm và quản lý phế phụ phẩm

có thể ảnh hưởng đến phát thải KNK từ ruộng lúa Ba mức bón đạm (0;200 và 270 kg N/ha) và hai mức bón rơm rạ lúa mùa (0 và 3.750 kg/ha) được Ma J và cộng sự sử dụng trong nghiên cứu ảnh hưởng của việc bón phân đạm và rơm rạ lúa mùa đến phát thải CH4

và N2O ở Trung Quốc từ 2003 đến 2005 Nghiên cứu đã chỉ ra rằng bón phân đạm ở mức

200 kg/ha đã làm giảm phát thải CH4 so với đối chứng không bón, nhưng mức độ ảnh hưởng đó giảm đi khi lượng phân đạm tăng lên 270 kg/ha và sự giảm đi này trở nên rõ nét hơn khi phân đạm được bón cùng với vùi rơm rạ Các tác giả đã kết luận rằng tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) gây ra bởi CH4 và N2O phát thải từ ruộng lúa bị ảnh hưởng bởi lượng phân đạm bón, nó tăng lên đáng kể bởi việc vùi rơm rạ Trong nghiên cứu này, GWP thấp nhất khi chỉ bón phân đạm ở mức 200 kg/ha [342] Hiện nay, Viện Môi trường nông nghiệp cũng đang hợp tác với với một số nhà khoa học Nhật Bản trong nghiên cứu

thử nghiệm một số loại phân bón hóa học vừa làm tăng năng suất lúa vừa có thể làm giảm phát KNK trong quá tŕnh canh tác ở Việt Nam

Nghiên cứu các loại phân bón vừa làm tăng năng suất vừa có thể điều chỉnh Eh đất

nhằm làm giảm phát thải KNK cũng là một giải pháp cần quan tâm nghiên cứu Eh đất

có thể là một chỉ thị cho việc tìm một giải pháp tổng hợp các biện pháp kỹ thuật làm đất, bón phân, tưới nước, luân canh cây trồng, chọn giống cây trồng và quản lý phế

phụ phẩm trong mỗi vùng trồng đặc trưng về điều kiện đất đai và khí hậu Kết hợp các

biện pháp kỹ thuật lại có thể đem lại hiệu quả cao trong việc làm giảm phát thải KNK trong khi không làm giảm năng suất lúa

- Ảnh hưởng của quản lý phế phụ phẩm đến phát thải KNK: Ảnh hưởng của biện pháp

quản lý rơm rạ, lúa mạch đến phát thải KNK từ canh tác lúa trong hệ thống luân canh lúa nước – lúa mạch ở Hàn Quốc cũng đã được báo cáo bởi Ko Jee-Yeon và cộng sự [29] Các tác giả đã chứng minh rằng đốt rơm rạ lúa mạch với lượng 4,5 Mg ha-1 làm phát thải vào không khí 4.607 kg CO2, 19,5 kg CH4 và 0,9 kg N2O Phát thải KNK đo được trong quá trình canh tác lúa là: 387 kg CH4 ha-1 và 1 kg N2O ha-1ở ruộng vùi rơm rạ lúa mạch,

233 kg CH4 ha-1 và 0,8 kg N2O ha-1ở ruộng đốt rơm rạ lúa mạch, và 160 kg CH4 ha-1 và 0,79 kg N2O ha-1ở ruộng đưa rơm rạ lúa mạch ra khỏi đồng ruộng Như vậy trong 3 biện pháp quản lý rơm rạ lúa mạch trên thì đốt rơm rạ tại đồng ruộng làm phát thải KNK vào khí quyển lớn nhất - gấp 4,5 lần biện pháp vùi rơm rạ và 1,5 lần biện pháp đưa rơm rạ ra

khỏi đồng Vùi rơm rạ lúa mạch được coi như là mô hình hiệu quả trong việc làm giảm

KNK phát thải trong vụ lúa trong hệ thống luân canh lúa nước – lúa mạch

CH4 phát thải suốt mùa tương quan tuyến tính với tỷ lệ bón rơm rạ Naser và cộng sự cũng đã đánh giá ảnh hưởng của 5 mức bón rơm rạ lúa khác nhau (từ 0 đến 219 g chất khô

m-2) đến phát thải CH4 từ ruộng lúa nước trong hệ thống luân canh lúa – bỏ hóa – lúa ở Hokkaido, Nhật Bản Kết quả nghiên cứu cho thấy phát thải CH4 tăng cùng với sự tăng lượng rơm rạ bón Điểm phát thải CH4 cao nhất xuất hiện cuối giai đoạn sinh trưởng sinh

thực ở tất cả các ruộng được bón rơm rạ và giảm nhanh chóng khi ruộng lúa được tháo nước để thu hoạch Tổng CH4 phát thải dao động từ 4,04 – 40,8 g CH4–C m-2 vụ-1

Bón rơm rạ làm tăng phát thải CH4 2-10 lần so với không bón rơm rạ [33] Nghiên cứu ảnh

hưởng của cách sử dụng rơm rạ đến phát thải CH4 từ ruộng lúa, Zhang A đã chứng minh

rằng biện pháp dùng rơm rạ phủ trần lên trên ruộng lúa nước trước khi canh tác lúa làm

giảm thiểu CH4 phát thải nhiều nhất và không làm giảm năng suất lúa khi so sánh với các

biện pháp không sử dụng rơm rạ, vùi rơm rạ vào tầng đất mặt, vùi sâu và đốt [34]

- Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới nước và chất lượng nước tưới:

Nghiên cứu về chế độ nước tưới cho lúa cho thấy chỉ ở những giai đoạn sinh trưởng

mạnh cây lúa mới cần nước ngập mặt ruộng còn ở những giai đoạn gần thu hoạch

lượng nước chỉ cần ở mức ẩm là đủ Để giảm thiểu lượng mê tan phát thải thì tất yếu là

phải giảm lượng nước mặt trong quá trình canh tác lúa nước, việc giảm thiểu như thế nào, giai đoạn nào cho cây lúa để sao cho vừa đảm bảo được quá trình sinh trưởng của cây lúa hay nói cách khác là duy trì được năng xuất và giảm tối đa được lượng mê tan phát thải là một bài toán đặt ra cần phải tìm lời giải Trong ruộng lúa chi phối nhiều

nhất đến phát thải KNK do bởi nó ảnh hưởng đến tiềm năng oxi hóa khử cũng như sự phân giải các vật chất hữu cơ trong đất Quản lý nước mặt ruộng theo kiểu ”khô – ẩm luân phiên” (Alternate wetting and drying – AWD) hiện nay đang được áp dụng phổ

biến ở Trung Quốc và Philippin Mô hình canh tác này vừa cho phép tiết kiệm nước, đảm bảo năng suất lúa đồng thời giảm CH4 phát thải từ ruộng lúa tới 12% Tuy nhiên khi tháo nước vào thời điểm giữa vụ sẽ làm tăng phát thải N2O [29] [14] Cho đến nay các nghiên cứu để đánh giá tổng KNK (CH4, N2O, CO2) phát thải trong hệ thống canh tác này vẫn ít được biết đến

Chất lượng nguồn nước tưới cũng có thể ảnh hưởng đến phát thải KNK Koga, N., H đã nghiên cứu ảnh hưởng nước tưới bị ô nhiễm nitrat và nước tưới không ô nhiễm nitrat (nước sông) đến phát thải CH4 và N2O từ canh tác lúa ở Nhật Bản Kết quả nghiên cứu cho thấy tưới nước ô nhiễm nitrat cho lúa đã làm tăng phát thải N2O nhưng lại làm giảm phát thải CH4 so với ruộng lúa được tưới không ô nhiễm nitrat Trên cơ sở tính toán tiềm năng ấm lên toàn cầu giai đoạn 100 năm, tổng KNK phát thải giảm tới 40% ở ruộng lúa tưới nước ô nhiễm nitrat (so sánh với ruộng tưới nước không ô nhiễm nitrat) [28]

Chế độ nước và phân bón có ảnh hưởng trực tiếp đến phát thải CH4 Phân bón hữu cơ

là nguồn sinh ra CH4 Chế độ nước tạo môi trường hình thành CH4, liên quan chặt chẽ

tới chế độ khí trong đất Khi đất ngập nước, hệ thống mao quản của đất bị nước chiếm

chỗ, làm cho lượng không khí và O2 (chất ôxy hoá) ít, tạo nên môi trường yếm khí (khử), diễn ra quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ thành CH4

Sự phát thải CH4 ở đất lúa ngập nước cũng như ảnh hưởng của chế độ nước mặt ruộng,

chế độ bón phân đến phát thải CH4 đã được nghiên cứu rộng rãi ở nhiều nước trên thế

giới Trong Chương trình nghiên cứu liên vùng về phát thải khí mêtan trên ruộng lúa ở Châu Á do Quỹ môi trường toàn cầu tài trợ, Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) đã phối

hợp với Viện nghiên cứu Môi trường khí (Cộng hoà liên bang Đức) và các Viện nghiên

cứu nông nghiệp các nước Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Thái Lan và Philippin tiến hành thí nghiệm phát thải CH4 trên ruộng lúa từ năm 1993-1999, tại các địa điểm đại diện

về hệ sinh thái nông nghiệp và chế độ quản lý nước mặt ruộng trong vùng Các kết quả nghiên cứu cụ thể được giới thiệu khái quát dưới đây

Nguyễn Mộng Cường (2000) đã nghiên cứu đo đạc sự phát thải khí mêtan trên ruộng lúa

tại Trạm KTNN Hoài Đức vụ mùa năm 2000 từ 8/8/2000 đến 7/11/2000, ứng với hai trường hợp tưới ngập thường xuyên và rút nước định kỳ ở hai giai đoạn cuối đẻ nhánh và sau trỗ bông 15 ngày, theo tập quán canh tác bón phân hữu cơ (phân chuồng) kết hợp vô

cơ của nông dân vùng đồng bằng sông Hồng Kết quả cho thấy, lượng phát thải lớn nhất

tập trung vào giai đoạn sau cấy khoảng 25 ngày (từ 40 - 60 mg/m2/giờ) và nhỏ nhất vào giai đoạn trỗ-chín (từ 0,60 -1,0 mg/m2/giờ) Tác giả rút ra kết luận, trong trường hợp rút nước định kỳ lượng CH4 phát thải là 469,6 kg/ha/vụ, giảm 45,7 kg/ha/vụ (khoảng 10%) và năng suất lúa tăng 3% so với tưới ngập thường xuyên (515,3 kg/ha/vụ) [7]

Các tác giả rút ra nhận xét: lượng CH4 phát thải có xu thế tăng dần từ giai đoạn sinh trược

cấy hồi xanh đến cuối đẻ nhánh - trổ bông, phát thải lớn nhất tập trung ở giai đoạn từ cuối

đẻ nhánh đến sau trỗ bông 15 ngày (từ 6,81-25,32 mg/m2/h), chiếm 97% tổng lượng phát

thải toàn vụ Ngược lại, từ giai đoạn sau trỗ bông 15 ngày đến trỗ-chín, lượng phát thải

giảm dần (từ 1,09 - 5,56 mg/m2/h), chỉ chiếm 3% lượng phát thải toàn vụ Đặc biệt ở giai đoạn lúa chín, lượng phát thải rất nhỏ, chỉ từ 1,09-1,33 mg/m2 /h Lượng CH4 phát thải trung bình toàn vụ trong trường hợp rút nước định kỳ là 198,3 mg/m2/giờ, nhỏ hơn trường

hợp tưới ngập thường xuyên (228,6 mg/m2/giờ) 30,3 mg/m2/giờ Tương ứng với tổng lượng CH4 phát thải toàn vụ trường hợp rút nước định kỳ là 184,4 kg/ha/vụ, giảm 13% so

với trường hợp tưới ngập thường xuyên (217,2 kg/ha/vụ) Trong trường hợp rút nước định

kỳ, năng suất lúa tăng không đáng kể (1%) so với tưới ngập thường xuyên

1.5 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu

Với vị trí như vậy, tỉnh Thái Bình có vị trí quan trọng tại khu vực Nam đồng bằng sông Hồng Đồng thời, đây cũng là vùng đông dân (đứng thứ 9 trong cả nước), với mật

độ phân bố dân cư cao, có nhiều tiềm năng về tài nguyên thiên nhiên, xã hội, nhân văn

và khoa học, công nghệ khác vv Đó là những nhân tố nội sinh thuận lợi cho sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh

Hình 1 5 Bản đồ hành chính của tỉnh Thái Bình [10]

1.5.2 Điều kiện tự nhiên

1.5.2.1 Địa hình, địa mạo

Địa hình của tỉnh Thái Bình tương đối bằng phẳng, thấp dần từ Bắc xuống Nam Độ cao trung bình so với mặt nước biển từ 1 - 2 m Địa mạo của tỉnh Thái Bình được phân thành 2 khu vực:

- Khu vực phía Bắc sông Trà Lý: đất được hình thành sớm bởi phù sa sông Thái Bình,

độ chia cắt phức tạp, đây là vùng tương đối cao (trừ vùng Nam huyện Đông Hưng)

- Khu vực phía Nam sông Trà Lý: tương đối bằng phẳng, thấp hơn so với khu vực phía

Bắc Đây là vùng điển hình của phù sa sông Hồng

Trong thực tế, từng khu vực cũng bị chia cắt thành những tiểu vùng khác nhau về độ cao tạo nên vùng thâm canh tăng vụ, bố trí cây trồng và hệ thống thuỷ lợi thuận lợi Nhìn chung, tỉnh Thái Bình tương đối bằng phẳng, đất đai được hình thành do phù sa

của sông Hồng, sông Luộc, sông Hoá, sông Trà Lý, thuận lợi để phát triển nông nghiệp, đặc biệt là lúa nước

1.5.2.2 Khí hậu

Thái Bình nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, bức xạ mặt trời lớn với tổng bức

xạ trên 100 kca/cm2/năm Số giờ nắng trung bình từ 1.600 - 1.800 giờ/năm, tổng nhiệt

cả năm khoảng 8.500oC, nhiệt độ trung bình năm từ 23 - 24 oC lượng mưa trung bình năm 1.500 - 1.900 mm, độ ẩm từ 80 - 90%

- Mùa hè trùng với mùa mưa, bắt đầu từ tháng 5 và kết thúc vào cuối tháng 10

+ Mưa: Lượng mưa chiếm 80% tổng lượng mưa cả năm, lượng mưa ngày lớn nhất có

thể đạt 200 - 300 mm/ngày Mưa lớn thường xẩy ra trong ngày có bão và dông

Hình 1 6 Bản đồ phân bố lượng mưa ở Thái Bình [11]

+ Nhiệt độ: Nhiệt độ trung bình năm 2015 trên 24,5 o

C, cao nhất là 38,7 o

C thấp nhất là 8,9 oC Trong mùa hè thường gặp hai kiểu thời tiết, thời tiết dịu mát và thời tiết khô nóng kiểu gió Lào Những ngày dịu mát nhiệt độ dưới 25 oC, những ngày khô nóng nhiệt độ có thể lên tới gần 39 oC, làm cho cây cối thoát nước mạnh, dễ bị khô héo

Hình 1 7.Biểu đồ nhiệt độ trung bình và tổng lượng mưa các tháng ở Thái Bình

năm 2015 [11].

+ Gió: Thịnh hành là gió Đông Nam Tốc độ gió trung bình từ 2 - 4 m/giây Trong mùa hè thường hay xuất hiện bão Bão kèm theo gió mạnh và mưa to có sức tàn phá

lớn Trung bình mỗi năm có từ 2 - 3 cơn bão, cá biệt có năm có 6 cơn bão

+ Độ ẩm không khí: Mùa hè độ ẩm rất cao, nhất là những ngày mưa ngâu (tới 90%) Nhưng khi có gió Tây Nam xuất hiện, độ ẩm xuống thấp (dưới 30%)

- Mùa đông: Bắt đầu từ tháng 11 và kết thúc vào tháng 4

+ Mưa: chiếm lượng nhỏ, khoảng 15 - 20% tổng lượng mưa cả năm Các tháng 12 và tháng1 lượng mưa nhỏ thậm chí không có mưa Tháng 2 và tháng 3 là thời kỳ mưa phùn và

ẩm ướt Nhìn chung, lượng mưa giữa các tháng trong năm không đều Do đó cần có biện pháp đảm bảo nước cho cây trồng, nhất là vào đầu mùa

+ Gió: Gió hướng Bắc, Đông Bắc và Đông,thường gây ra lạnh đột ngột

+ Độ ẩm không khí: Ngày khô hanh độ ẩm rất thấp, lượng bốc hơi cao, thường xuất hiện vào đầu mùa Trong thời kỳ này hay xảy ra hạn nhưng có điều kiện làm ải đất Thời tiết

nồm thường xẩy ra vào cuối đông và thời kỳ chuyển sang hè, độ ẩm lớn trên 90%

1.5.2.3 Thủy văn

Tỉnh Thái Bình có hệ thống sông ngòi khá dày và phân bố khá đều giữa các vùng nội

tỉnh, chủ yếu thuộc hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình Các sông có tiềm năng về giao thông vận tải và cung cấp lượng phù sa rất lớn cho nội đồng nói riêng và đồng

bằng Nam sông Hồng nói chung

- Hệ thống sông Hồng: Bắt nguồn từ Vân Nam Trung Quốc, ở độ cao trên 1.000m, vào địa phận vùng tây Bắc bộ, qua vùng đồng bằng sông Hồng, đến Thái Bình, gồm: Sông

Hồng, sông Luộc và sông Trà Lý

• Sông Hồng chảy qua địa phận Thái Bình có chiều dài 70km Lưu lượng trung bình 850 -

950 m3/s, lưu lượng cao nhất mùa lũ là 8.160 m3/s Lưu lượng thấp nhất mùa kiệt là 105

m3/s Vào mùa kiệt tốc độ dòng chảy nước sông dao động khoảng 0,2 - 0,4 m/s, mùa lũ 1,3 - 1,5 m/s; bề rộng lòng sông là 500 - 1.000 m

• Sông Luộc là phân lưu của sông Hồng, chảy qua địa phận Thái Bình, từ xã Tân lễ huyện Hưng Hà đến xã An Khê huyện Quỳnh Phụ qua 33 xã, có chiều dài 53km, chiều

rộng dòng sông trung bình là 100 - 300m

• Sông Trà Lý nối với sông Hồng tại xã Hồng Lý, chảy theo hường Tây - Đông qua thành phố Thái Bình rồi đổ ra cửa Trà Lý Sông có chiều dài 65km Bề rộng lòng sông trung bình là 100-200m

Chế độ thủy triều ở tỉnh Thái Bình là nhật triều khá thuần nhất Biên độ dao động tối đa

của thủy triều từ 3,0 đến 3,5 m, trung bình từ 1,7 đến 1,9m và tối thiểu từ 0,3 đến 0,5 m

Mực nước triều lớn nhất nhiều năm có thể đạt 4,0 m và thấp nhất khoảng 0,08 m Độ cao

thủy triều trung bình là 1,8 m, độ cao tuyệt đối từ 0,6 đến 3,8m Số ngày triều cường từ 3m trở lên có từ 152 đến 176 ngày Do biên độ thủy triều lớn nên độ mặn xâm nhập vào các cửa sông khá sâu: 22 km trên sông Hồng; 20 km trên sông Trà Lý

Nhìn chung hệ thống thuỷ văn của tỉnh Thái Bình thuận lợi về nguồn nước tưới cho

sản xuất nông nghiệp, kể cả vào mùa khô và bồi đắp phù sa cho vùng đất ngoài đê thuộc các hệ thống sông Với 5 cửa sông lớn đổ ra biển tạo sự lắng đọng phù sa và bồi đắp ven biển là thế mạnh lấn biển của tỉnh Thái Bình Mặt hạn chế là hàng năm Thái Bình phải đầu tư sức người, sức của vào việc đắp đê, tu bổ đê sông, đê biển đồng thời

phải đầu tư cho việc thau chua, rửa mặn đất nông nghiệp ở ven biển do bị ảnh hưởng

của xâm nhập mặn theo dòng triều

1.5.3 Các điều kiện kinh tế- xã hội

Đối với ngành công nghiệp tỉnh Thái Bình, những năm qua giá trị sản xuất của riêng ngành công nghiệp chế biến lương thực, thực phẩm luôn giữ ở mức tương đối ổn định Năm 2015, Sản xuất công nghiệp, thương mại dịch vụ có chuyển biến tích cực, tăng trưởng cao hơn mức tăng của 4 năm trước Giá trị sản xuất công nghiệp tăng 14,68% Nghề và làng nghề tiếp tục được duy trì và phát triển với tổng số 245 làng nghề được công nhận Tiến độ thực hiện các dự án sản xuất lớn của Trung ương trên địa bàn được

bảo đảm; một số dự án đã đi vào hoạt động (dự án thu gom và phân phối khí mỏ; dự án

sản xuất Nitrat Amon…), giúp tăng mạnh năng lực sản xuất công nghiệp của tỉnh

Hoạt động của các doanh nghiệp trong các khu, cụm công nghiệp ổn định và tăng trưởng khá Giá trị sản xuất ngành xây dựng tăng 16,55% so với năm 2014, vượt kế

hoạch đề ra (16,1%) và cao hơn mức tăng trưởng của cùng kỳ năm trước (14,8%) Cơ

sở hạ tầng giao thông, hạ tầng kinh tế - xã hội tiếp tục được quan tâm đầu tư xây dựng;

Các ngành thương mại – dịch vụ tăng trưởng khá Kim ngạch xuất khẩu ước đạt 1.275,4 triệu USD tăng 9,3% trong đó xuất khẩu gạo tăng mạnh Tổng lượng khách du

lịch ước đạt trên 600.000 lượt Hoạt động tín dụng ngân hàng đạt kết quả khá; tổng nguồn vốn huy động toàn địa bàn năm 2015 tăng 22% so với 31/12/2014; tổng dư nợ cho vay ước đạt 43.197 tỷ đồng, tăng 13,8%; tỷ lệ nợ xấu chiếm 0,9%

Trong giai đoạn 2011-2015, sản xuất nông nghiệp của tỉnh phát triển toàn diện, chuyển

biến tích cực theo hướng sản xuất hàng hóa; giá trị sản xuất trung bình tăng 3,9%/năm (nông nghiệp 2,6%/năm, thủy sản 8,5%/năm); cơ cấu cây trồng, vật nuôi phát triển theo hướng năng suất, chất lượng và hiệu quả; giá trị bình quân mỗi ha canh tác từ 86,8 triệu (2010) lên 120,8 triệu đồng (2015); kết cấu hạ tầng nông thôn được xây dựng đồng bộ Trong đó, lĩnh vực trồng trọt giữ vững năng suất lúa trên 131 tạ/ha/năm, sản lượng thóc trên

1 triệu tấn/năm; các mô hình cánh đồng lớn được mở rộng, năm 2015 có 177 vùng với 10.546 ha; trong đó có 111 cánh đồng lớn có hợp đồng liên kết sản xuất từ đầu vụ Sản xuất cây màu đạt kết quả khá theo hướng mở rộng diện tích cây trồng giá trị kinh tế cao

Chăn nuôi trang trại cũng phát triển mạnh, gắn kết sản xuất với tiêu thụ.Năng lực chủ động kiểm soát dịch bệnh trên đàn gia súc, gia cầm được tăng cường, giảm thiểu thiệt hại Cơ cấu sản phẩm chuyển dịch tích cực, tăng nhanh đàn gia cầm, đàn lợn F1, tăng đàn lợn F2, F3 và đàn lợn ngoại

Thủy sản có bước phát triển mạnh cả nuôi trồng, khai thác và dịch vụ; nuôi cá lồng trên sông phát triển tốt, đến hết năm 2015 toàn tỉnh có 153 lồng nuôi (đến tháng 4/2016 tổng số lồng nuôi tăng đột biến trên 400 lồng) Năng lực và sản lượng khai thác thuỷ sản tăng nhanh và phát triển mạnh theo hướng đẩy mạnh khai thác xa bờ

1.5.4 Hiện trạng canh tác lúa tại tỉnh Thái Bình

Diện tích trồng lúa tỉnh Thái Bình

Diện tích đất lúa tại tỉnh cũng cho thấy có sự biến động đối với tỉnh Thái Bình trong năm 2010-2013 Kết quả phân tích số liệu cho thấy tỉnh cũng cho thấy trong những năm trở lại đây, diện tích đất lúa tại Thái bình có xu hướng giảm từ 166,4 ngàn ha năm

2010 xuống 161,8 ngàn ha năm 2013 tại Thái Bình Diện tích đất lúa giảm chủ yếu do phát triển đô thị và sản xuất công nghiệp, suy giảm diện tích đất lúa còn có nguyên nhân tác động của BĐKH như xói mòn đất ven các con sông, xâm lấn mặn ở các vùng

sản xuất lúa tại một số huyện trong tỉnh Do vậy, cần có các giải pháp bảo vệ và duy trì diện tích lúa nhằm đáp ứng nhu cầu và bảo đảm an ninh lương thực trong bối cảnh

biến đổi khí hậu tại tỉnh Thái Bình

Bảng 1 2 Thông tin về canh tác lúa tỉnh Thái Bình [10].

Bảng chi tiết về thông tin một số cây trồng chính tại tỉnh Thái Bình được trình bày ở

bảng 1.2 cho thấy:

Cây trồng chủ yếu tại tỉnh là lúa, ngô và một số cây màu

Đối với lúa chủ yếu trồng 2 vụ: Lúa xuân và lúa mùa với bộ giống đa dạng (chủ yếu

Bắc thơm, BC15, Khang dân, Tám thơm…) Năng suất giao động từ 5,2-6,5 tấn/ ha tùy thuộc vào phương thức canh tác của từng vùng trong tỉnh

Năng suất trồng lúa tại tỉnh Thái Bình

Kết quả tổng quan năng suất tại tỉnh Thái Bình cho thấy mặc dù có sự tác động mạnh

của biến đổi khí hậu như thay đổi lượng mưa, nhiệt độ và xâm lấn mặn nhưng năng

suất lúa bình quân trong giai đoạn 2010-2013 giảm nhẹ (-1,28 tạ/ha) Cụ thể, năng suất lúa bình quân tỉnh Thái Bình năm 2010 là 66,37 tạ/ha, giảm xuống trên 65,09 tạ/ha (Bảng 1.3)

Kết quả phân tích số liệu cũng cho thấy năng suất lúa ở tỉnh Thái Bình tăng cao Như

vậy, mặc dù trong điều kiện biến đổi khí hậu, năng suất lúa tại tỉnh không thay đổi là

mấy Kết quả này cho thấy chưa có sự tác động rõ ràng của biến đổi khí hậu đến năng

suất lúa tại tỉnh Thái Bình Mặt khác, do tác động của biến đổi khí hậu và các điều

kiện sinh thái, các giống lúa mới, biện pháp canh tác lúa mới đã có đóng góp tích cực

nhằm tăng năng suất lúa tại tỉnh Thái bình

S ản lượng lúa tại tỉnh Thái Bình

Sản lượng lúa của tỉnh giảm nhẹ từ 1,104 triệu tấn năm 2010 xuống 1,053 triệu tấn lúa năm 2013 ( Bảng 1.3)

Dựa vào kết quả đánh giá trên số liệu tổng quan cũng cho thấy sự suy giảm về diện tích, năng suất, sản lượng trong bối cảnh biến đổi khí hậu Thực tế cũng cho thấy nhiều

giống lúa mới với năng suất cao, biện pháp canh tác mới nhưng chưa có các đánh giá được tăng sản lượng lúa tại tỉnh Thái Bình đâu là nguyên nhân do tác động từ hiệu quả công nghệ, đâu là tác động thực sự do biến đổi khí hậu hoặc có cả các nguyên nhân do sai số thống kê

B ảng 1.3 Bảng diện tích, năng suất và sản lượng lúa tỉnh Thái Bình giai đoạn 2010-2013 [10]

Huyện,

thành phố Diện tích (ha)

Năng suất (tấn/ha) Sản lượng (tấn/năm)

Trong giai đoạn từ 1960 đến 2010, nhiệt độ trung bình cả năm tăng khoảng 0,4o

C, nhiệt độ trung bình mùa mưa tăng 0,9o

C, và mùa khô nhiệt độ trung bình tăng 0.35 o

C Nhiệt độ mùa đông tăng nhanh hơn nhiệt độ mùa hè Nhiệt độ mùa xuân và mùa thu cũng có xu thế tăng nhẹ, đặc biệt là mùa xuân nhiệt độ tăng không đáng kể trong giai đoạn 1960 – 2010

Hình 1 8 Di ễn biến nhiệt độ tháng I và tháng VII ở tỉnh Thái Bình giai đoạn 1960- 2010 [11] 1.5.5.2 Lượng mưa

Trong những năm qua tại tỉnh Thái Bình, lượng mưa mùa khô (tháng XI-IV) tăng lên không đáng kể, lượng mưa mùa mưa giảm 9% Lượng mưa trung bình năm cũng có xu

Hình 1 9.Di ễn biến lượng mưa hàng năm ở tỉnh Thái Bình giai đoạn 1960 – 2010 [11]

Đặc điểm chung về mưa gây úng ở Thái Bình: Tổng lượng mưa năm và mùa mưa của Thái Bình lớn hơn các tỉnh khác: Lượng mưa trung bình năm tại Thành phố Thái Bình

là 1805 mm, tại Hải Dương là 1562 mm, Hưng Yên 1729 mm, Nam Định 1757 mm

Những đợt mưa lớn 200-300 mm trở lên, xảy ra trong mùa mưa gây úng lụt thường do bão, áp thấp nhiệt đới (ATNĐ), rãnh thấp , hội tụ nhiệt đới gây ra

Mưa lớn thường trùng kỳ triều kém: Theo số liệu phân tích thống kê các trận mưa lớn có: 63 % số trận vào thời kỳ triều kém, 16 % số trận vào thời kỳ triều trung bình và 21

% số trận mưa lớn vào thời kỳ triều cường Như vậy tổ hợp bất lợi xảy ra với tần suất cao là khi mưa lớn vào lúc triều kém khả năng tiêu tự chảy nhỏ nhất nên gây ra úng

biển vào, khoảng cách xâm nhập mặn tăng lên, còn khi có mưa trên lưu vực thì độ mặn

sẽ giảm đi

Sự xâm nhập mặn vào cửa sông Hồng, sông Hóa và sông Trà Lý cũng như các sông vùng hạ lưu Thái Bình còn phụ thuộc vào sự điều tiết của hồ chứa Hòa Bình; Thác Bà

và Tuyên Quang; thực tế theo dõi nhiều năm trở lại đây nước mặn có xu thế ngày càng

lấn sâu hơn vào khu vực nội địa: Tại huyện Thái Thụy vụ xuân bị ảnh hưởng của

mặn từ cửa sông Hoá lên tới khu vực cầu Nghìn và Tiền Hải, Thái Thụy mặn triền sông Trà Lý ảnh hưởng lên qua cống Thái Phúc tới giáp cống Thuyền Quan, là cống

lấy nước chủ yếu cho vùng Nam huyện Thái Thụy;

1.5.6.2 Hạn hán

Diện tích hạn thường xuyên về vụ xuân trong tỉnh khoảng 10.000ha - 12.000ha

Những năm liên tục từ 2004 -2011, mực nước trên sông Hồng xuống rất thấp, tại Hà

Nội dưới 2m, phải có điều tiết của các hồ Hoà Bình, Thác Bà, Tuyên Quang trong giai đoạn đổ ải mới duy trì được mực nước dao động từ 2,1-2,46m Khi mực nước sông

Hồng tại Thái Bình xuống thấp, trên tất cả các triền sông, mặn xâm nhập vào sâu hơn

so với các năm bình thường, độ mặn lớn hơn 1‰ vào sâu cửa sông từ 15- 20 km, đặc

biệt vụ xuân 2010, mặn trên sông Hồng lên tới cống Vũ Đoài, cách cửa biển 35 km

Do vậy nhiều cống lấy nước tưới chủ lực từ thượng nguồn của hệ thống Nam (cống Nguyệt Lâm ), hệ thống Bắc (Thái Phúc), trong giai đoạn đổ ải thời gian mở cống rất

hạn chế, diện tích các vùng Nam, Bắc quốc lộ 10 (vùng Tân Đệ) của huyện Vũ Thư, vùng Tiến Đức, Hồng An, Phú Sơn (Hưng Hà), Quỳnh Hoàng, Quỳnh Ngọc (Quỳnh

Phụ ), cống Nguyệt Lâm cấp nguồn tưới chủ lực cho huyện Tiền Hải bị mặn xâm nhập không mở được gây thiếu nguồn nước, nhiều trạm bơm không hoạt động được;Các huyện Quỳnh Phụ, Kiến Xương không lấy được nước tự chảy nên rất bị động về tưới,

đã ảnh hưởng tiến độ gieo cấy lúa xuân Hệ thống Nam do chuyển đổi sang cấy trà

xuân muộn là chủ yếu, có 18.000 - 19.000 ha khó khăn nguồn nước tưới Hệ thống Bắc

vẫn cấy trà lúa xuân sớm, đổ ải tập trung trong tháng 1 vào thời kỳ mực nước triều cao nên diện tích khó khăn về nguồn nước ít hơn so phía Nam, giai đọan đổ ải có khoảng 10.000 – 12.000 ha khó khăn về nguồn nước Tuy nhiên, nếu những năm tới các huyện phía bắc chuyển đổi sang cấy chủ yếu trà xuân muộn, diện tích vùng khó khăn về nguồn nước tưới của hệ thống Bắc sẽ còn tăng lên

1.5.6.3 Hiện tượng các thời tiết cực đoan

Theo số liệu thống kê, lượng mưa 50 năm qua ở Thái Bình giảm 9%, lượng mưa mùa khô

có xu hướng tăng, số ngày mưa lớn cũng tăng lên Cùng với nạn xâm mặn và ngập úng,

biến đổi khí hậu ở Thái Bình cũng thể hiện khá rõ ở nền nhiệt Giai đoạn 1960 - 2010, nhiệt độ trung bình năm tăng 0,4 độ C, nhiệt độ mùa đông tăng nhanh hơn mùa hè; nhiệt

độ trung bình ở các thập kỷ 60; 70; 80 của Thế kỷ XX và những năm 2000 tăng khoảng 0,10 C cho mỗi thập kỷ Bão và áp thấp nhiệt đới tăng giảm thất thường Giai đoạn 1996 -

2004, số lượng các cơn bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào Thái Bình có xu hướng giảm

dần, nhưng lại có dấu hiệu tăng trở lại giai đoạn 2004 - 2010 Bên cạnh đó, số đợt không khí lạnh ảnh hưởng tới Thái Bình trung bình hàng năm khoảng 28 đợt

Hình 1 10 Các hi ện tượng thời tiết cực đoan xuất hiện tại tỉnh Thái Bình [11]

Biến đổi khí hậu gây nhiều hậu quả đến đời sống dân sinh, điều dễ nhận thấy đối với tỉnh nông nghiệp như Thái Bình là tình trạng mất đất nông nghiệp Khi nước biển dâng cao, tình trạng xâm thực của nước mặn cộng với bão, lũ, ngập úng đã khiến nhiều vùng đất canh tác màu mỡ bị mất Đáng chú ý là các xã thuộc hai huyện Tiền Hải và Thái Thụy bị tác động mạnh nhất do hiện tượng nước biển dâng, thuỷ triều dâng và nguy hại nghiêm

trọng khi có bão cộng với nước biển dâng

Ảnh hưởng tới canh lúa: Theo số liệu thống kê, diện tích lúa có xu hướng giảm dần từ

166,4 (ngàn ha) giảm xuống còn 161,8 (ngàn ha) chỉ trong ba năm Xu hướng giảm này không phải chỉ do tác động của biến đổi khí hậu mà một phần do quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa tuy nhiên những tác động bất thường của biến đổi khí hậu cũng là nguyên nhân đáng kể Về cơ cấu mùa vụ của sản xuất lúa cũng có nhiều biến động, tại Thái Bình, lúa chỉ canh tác được 2 vụ, diện tích cả lúa mùa và lúa đông xuân có xu hướng giảm nhanh trong giai 1995-2008 Hơn nữa do chịu tác động của điều kiện khí

hậu điển hình với mùa đông lạnh và mùa hè nóng ẩm do vậy khó có bố trí thêm lúa vụ 3

tại vùng này Kết quả quan sát diễn biến của các điều kiện thời tiết bất thường những năm gần đây, bão và lụt lội thường đến muộn đã ảnh hưởng đến đến diện tích lúa mùa

sớm và do đó làm giảm năng suất lúa vào các năm có các điều kiện thời tiết bất thường

Sự thu hẹp về diện tích trồng lúa có nhiều nguyên nhân nhưng trong đó có nguyên là nhiều diện tích đất lúa không thể canh tác được do xói mòn, suy thoái, mặn hóa, phèn hóa, ngập lụt do hậu quả của biến đối khí hậu tại hai vùng này Điều này cho thấy nguy

cơ ngày càng rõ rệt trong trường hợp năng suất lúa tiến tới kịch trần, diện tích bị thu hẹp

dần do tác động của biến đổi khí hậu, khi đó an ninh lương thực khó có thể bảo đảm được trong điều kiện dân số gia tăng và tiềm ẩn nhiều rủi do khó lường về thiên tai

1.6 T ổng quan các mô hình tính toán phát thải KNK cho canh tác lúa

Mô hình này được xây dựng trên 1 bảng tính Excel với các sheet đầu vào của từng lĩnh

vực sản xuất nông nghiệp và tính toán phát thải KNK cho các hoạt động: Tiêu hoá dạ

cỏ, quản lý chất hữu cơ, canh tác lúa nước, đất nông nghiệp, Đốt nương làm rẫy, đốt

phế phụ phẩm nông nghiệp

Kết hợp với các Macro tính toán viết trên Visual Basic để tính toán và tổng hợp tính toán vào các sheet kết quả và đưa ra kết quả chung theo mẫu báo cáo của UNFCCC

S ố liệu đầu vào: Diện tích các loại cây trồng nông, lâm nghiệp theo loại đất và vùng

khí hậu; Số đầu vật nuôi, và công nghệ nuôi theo vùng khí hậu

S ố liệu đầu ra: Phát thải KNK theo định dạng của UNFCCC: Tiêu hoá thức ăn;Quản

lý phân hữu cơ; Canh tác lúa; Đất nông nghiệp; Đốt nương, cỏ; Đốt phụ phẩm nông nghiệp

Như vậy mô hình này tính toán chỉ đơn thuần là nhận diện tích (hoặc số đầu con) của

số liệu hoạt động với hệ số phát thải chung của IPCC dành cho khu vực tính toán

• Mô hình ALU (Agriculture and Land Use National Green House Gas Inventory Software)

Mô hình tính toán phát thải KNK áp dụng để định lượng ảnh hưởng của các hoạt động gây phát thải và loại bỏ 1 số loại khí, đặc biệt là CO2, N2O và CH4 Kiểm kê phát thải

xuất hiện do hoạt động liên quan đến quản lý chất thải, sản xuất nông nghiệp và sử

dụng đất và quản lý rừng Xây dựng một hệ thống kiểm kê KNK mà định lượng được phát thải KNK và loại bỏ chúng ở cấp Quốc gia là một thách thức cho hầu hết các nước

Phần mềm ALU giúp cho kết hợp kiểm kê KNK thông qua các quá trình phát thải KNK và loại bỏ chúng liên quan đến các hoạt động bảo vệ rừng trong nông nghiệp Phần mềm đơn giản hoá các quá trình kiểm soát phát thải bằng chia nhỏ các bước phân tích kiểm kê để trợ giúp cho việc kết hợp số liệu hoạt động, gán các hệ số phát thải (theo bậc 1-TIER1 của hướng dẫn có cải tiến của IPCC, (1996) và hoàn thiện tính toán Phần mềm cũng kiểm tra nội hàm một cách chắc chắn quá trình kết hợp

Phần mềm đã được sử dụng cho UNFCCC tiến hành kiểm kê KNK theo vùng ở Đông nam châu Á, Tây Phi và Trung Mỹ

S ố liệu đầu vào:Diện tích các loại cây trồng nông, lâm nghiệp theo loại đất và vùng

khí hậu; Số đầu vật nuôi, và công nghệ nuôi theo vùng khí hậu

S ố liệu đầu ra: Phát thải KNK theo định dạng của UNFCCC: Tiêu hoá thức ăn;

Quản lý phân hữu cơ; Canh tác lúa; Đất nông nghiệp; Đốt nương, cỏ; Đốt phụ phẩm nông nghiệp

Như vậy mô hình này cũng tính toán chỉ đơn thuần là nhân diện tích (hoặc số đầu con)

của số liệu hoạt động với hệ số phát thải chung của IPCC dành cho khu vực tính toán

• Mô hình Ex-Act (The Ex-Ante Carbon-balance Tool)

Mô hình thực chất là công cụ tính cân bằng các bon Ex-Act (Ex-Ante Carbon-balance)

là một hệ thống đánh giá do FAO phát triển giúp ước tính tác dụng của các dự án nông lâm nghiệp, các chương trình và chính sách về cân bằng các bon Cân bằng các bon được mô tả như là một hệ cân bằng từ tất cả khí nhà kính quy đổi ra CO2 mà phát thải