Nghiên cứu một số biện pháp canh tác hạn chế phát thải khí mê tan trên đất trồng lúa nước vùng đồng bằng sông hồng

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Đánh giá việc ảnh hưởng của biện pháp canh tác lúa nước tại vùng đ ồngbằng sông Hồng như: sử dụng giống lúa ít phát thải CH4, áp dụng mật đ ộ cấythích hợp, sử dụng cá

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

H C VI N NÔNG NGHI P VI T NAM ỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN ĐỨC HÙNG

NGHIÊN C U M T S BI N PHÁP CANH TÁC ỨU MỘT SỐ BIỆN PHÁP CANH TÁC ỘT SỐ BIỆN PHÁP CANH TÁC Ố BIỆN PHÁP CANH TÁC ỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

H N CH PHÁT TH I KHÍ MÊ TAN TRÊN Đ T ẠN CHẾ PHÁT THẢI KHÍ MÊ TAN TRÊN ĐẤT Ế PHÁT THẢI KHÍ MÊ TAN TRÊN ĐẤT ẢI KHÍ MÊ TAN TRÊN ĐẤT ẤT

TR NG LÚA N ỒNG LÚA NƯỚC VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG ƯỚC VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG C VÙNG Đ NG B NG SÔNG ỒNG LÚA NƯỚC VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG ẰNG SÔNG

H NG ỒNG LÚA NƯỚC VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG

Ngành: Khoa h c đ t ọc đất ất

Mã s : 9.62.01.03 ố: 9.62.01.03

Ng ười hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Hữu Thành ướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Hữu Thành i h ng d n khoa h c: GS.TS Nguy n H u Thành ẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Hữu Thành ọc đất ễn Hữu Thành ữu Thành

HÀ NỘI, 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong Luận án trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ

ở bất kỳ học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận án đã được cảm

ơn, các thông tin trích dẫn trong Luận án này đều được ghi rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Đức Hùng

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nh ậnđược sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy giáo, cô giáo, sự giúp đỡ, động viêncủa bạn bè, đồng nghiệp và gia đình

Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng, biết ơnsâu sắc tới Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Hữu Thành là thầy hướng dẫn của tôi, người đãdành nhiều công sức, thời gian, tạo đi ều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập,nghiên cứu và thực hiện Luận án nghiên cứu này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo,

bộ môn Khoa học đất, Khoa Tài nguyên Môi trường - Học viện Nông nghiệp Việt Nam,các cơ quan, phòng nông nghiệp trên địa bàn nghiên cứu đã giúp đỡ tôi trong quá trìnhhọc tập, thực hiện đề tài và hoàn thành Luận án

Cuối cùng, xin cảm ơn bố, mẹ, vợ, con, những người thân trong gia đình và bạn

bè gần xa đã tích cực giúp đỡ, khích lệ tinh thần trong suốt quá trình thực hiện và hoànthành Luận án

Trân trọng

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Đức Hùng

THESIS ABSTRACT

PhD student: Nguyen Duc Hung

Thesis tilte: Study the cultivation measurments to mitigate the methane emission from

paddy rice soil in Red river delta

Major: Soil Science Code: 9.62.01.03

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA) Research objective

Study the Application of cultivation measurements to mitigate methane emissionfrom paddy rice soil in Eutric Fluvisols of Red river delta

1 Investigate the good rice varieties in terms of methane flux (Khang Dan 18, Bac

Thom 7, Q5 (Oryza Sativa L subsp Indica).

2 Study the suitable planting density (24-25; 34-35; 44-45 hills.m-2) to mitigare methane emission

3 Application of organic matter made from rice straw (bio-char and compost)

From the results of the studies, propose the appropriate measurements to

mitigate the methane emission from paddy rice soils

Experiment designation: Ramdomized Compete Block Design was used to design the experiments

Gas sampling: Using the closed chamber technique to collect the CH4 gas emitted from soil

Main findings and conclusions

1 Methane emission from paddy soil as effected by rice cultivars: Khang Dan

18, Bac Thom 7 and Q5

CH4 emission from soil cultivated Q5 variety were higher than that of KhangDan 18 and Bac Thom 7 in growing stage of panicle initiation both in spring and

summer season Theo total emission from soil of Q5 in spring season from 147.26-188.7

kg CH4-C ha-1 and 256.97-260.86 kg CH4-C ha-1 in summer season

The CH 4 emission from paddy soil cultivated Khang Dan 18 variety was 156.51 kg CH 4 -C ha-1 in spring season, lower than that of Q5 17-20% and 232.13-

125.91-233.93 kg CH4-C ha-1 in summer season, lower than that of Q5 10-11%

The emission from soil cultivated Bac Thơm 7 variety was the lowest of 152.69 kg CH4-C ha-1 in spring season, 23-38% lower than that of Q5 variety and222.41-224.58 kg CH4-C ha-1 in summer season, lower than the emission from soil cultivated Q5 14-17%

106.68-In term of CH4 emission per grain yield, the Q5 was the lowest of 2,45 kg CH4C/100 kg while the Khang Dan 18 and Bac Thom 7 varieties emission were 2,22 and2,40 kg CH4-C/100 kg in spring season.

-The emission per grain yield of Q5 variety, in summer season, was the lowest of3,82 kg CH4-C/100 kg and the emission of Khang Dan 18 and Bac Thom 7 were 4,06

và 4,14 kg CH4-C/100 kg respectively

2 The effects of planting density on methane emission from paddy fields in Redriver delta In different growing stages, the methane emission in all treatments were notsignificant different In spring season, D1, accumualtive flux of 118.31-161.11 kg CH4-C.ha-1 and summer season 216.38-218.90 kg CH4-C.ha-1 D2 sping season of 121.87-169.02 kg CH4-C.ha-1, Summer season of 226.46-231.38 kg CH4-C.ha-1 D3 Spingseason of 127.37-185.09 kg CH4-C.ha-1 and summer season of 241.78-243.11 kg CH4-C.ha-1 Only in summer season, the accumulative flux of D3 significant higher than D1

of around 1.11 times Rice yield, D1 treatment was significant higher than D3 of 1.19 –1.46 times in Spring season and 1.21 – 1.25 times in Summer season Rice yield of D2was not different from D1 and D2 treatments

3 The Invesstigation of CH4 emission influenced by organic matters of rice

straw from paddy rice soil Spring and Summer season, treatment CT1, the seasonal emission of 126,4-152,8 kgCH 4 -C ha-1 and 234,2-237,2 kgCH 4 -C.ha-1 The rice yield reached the highest, at 63.6x102–64.2x102 kg.ha-1 and 54.6x102 - 58,3x102 kg.ha-1 Treatment CT2, the emission of CH 4 reached the highest level while the rice yield was lowest The seasonal emission of 157.3 - 188.9 and 302.3 - 309.5 kgCH 4 -C.ha-1respectively, increasing 23.6-24.4% and 27.4-32.1% The rice yield 49.8x102–51.5x102 and 49.1x102–49.9x102 kg.ha-1 in Spring and Summer crop, decreasing 23.4-28.9% and 11.2- 17.0% compared to CT1 Treatment CT3, the accumulation emission 127.5-159.2 and 255.9-261.8 kgCH 4 -C.ha-1 in Spring and Summer crop decreasing 18.6-23.3% and 15.4- 23.2% compared to applied rice straw treatment Rice yield 61.7x102-62.9x102 and

51.0x102-57.5x102 kg.ha-1 respectively Applied compost treatment, the accumulation emission 131.8-171.2 and 258.5-288.4 kgCH 4 -C.ha-1 in Spring and Summer crop, lower than applied rice straw treatment 10.3-19.3% and 7.3-17.2% Rice yield 61.7x102-62.9x102and 51.0x102-57.7x102 kg.ha-1 in Spring and Summer crop Not being lower than applied mineral fertilizers treatment, rice yield of rice compost applied treatment was higher than applied rice straw treatment 19.8%-26.3% and 3.8-15.8%, respectively.

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Biến đổi khí hậu (BĐKH) đang di ễn ra từng ngày và có ảnh hưởng trựctiếp lên đời sống, sức khỏe và tính mạng của con người cũng như sự sống trênTrái đất Đây được xem là vấn đề môi trường cấp thiết nhất tác động tới tiến trìnhphát triển bền vững hiện nay tại Việt Nam cũng như trên thế giới Nếu không cócác hành động ứng phó kịp thời, biến đổi khí hậu sẽ làm một hiểm họa nghiêmtrọng đối với con người

Theo IPCC (2014), trong mỗi 3 thập niên gần nhất, nhiệt đ ộ bề mặt tráiđất ấm lên cao hơn các thập niên trước đó kể từ năm 1850 Nhiệt độ trung bình

bề mặt trái đất và đại dương tăng 0,85°C trong giai đo ạn 1880-2012 Giai đo ạn1998-2012, xu thế ấm lên toàn cầu là 0,5°C mỗi thập niên Các đại dương cũng

ấm lên, tích luỹ hơn 90% năng lượng trong giai đo ạn giữa năm 1971 và 2010,ước tính tầng nước mặt đã tăng 0,11°C mỗi thập niên trong giai đoạn này Lượngbăng ở Bắc cực giảm trung bình 3,5%-4,1% trong giai đo ạn 1979-2012 Mựcnước biển tăng trung bình 0,19 m giai đoạn từ năm 1901-2010 Lượng mưa có xuhướng tăng ở vùng phía bắc của vĩ đ ộ Bắc 30° trong giai đo ạn 1900-2005 Từnăm 1970 tới nay, hạn hán thường xuyên xảy ra ở vùng nhiệt đ ới và cận nhiệtđới Các cơn bão mạnh và có quỹ đạo bất thường gia tăng Hiện tượng El Ninoxảy ra thường xuyên hơn

Nguyên nhân của biến đ ổi khí hậu do sự gia tăng nồng đ ộ các khí nhàkính Tổng lượng khí nhà kính phát thải năm 2010 đạt 49±4,5 tỷ tấn CO2 tươngđương/năm Phát thải CO2 do đốt nguyên liệu hoá thạch và sản xuất công nghiệpchiếm 78% tổng lượng tăng phát thải trong giai đo ạn 1970-2010 Nồng đ ộ khícác bon nic, mê tan và nitơ oxit tăng mạnh kể từ năm 1750 (tăng tương ứng 40%,150% và 20%) Giai đoạn từ năm 1750 đến năm 2011, tổng lượng CO2 phát thảivào khí quyển ước tính 2040±310 tỷ tấn CO2 tương đương Các đ ại dương hấpthụ khoảng 30% khí CO2 đã phát thải vào khí quyển, gây ra hiện tượng axít hoánước biển Nồng đ ộ khí CO2 tăng nhanh nhất ở mức 2,0 ppm/năm trong giaiđoạn các năm 2002-2011 Nồng độ khí mê tan ổn định kể từ sau thập nhiên 1990,

từ năm 2007 ghi nhận nồng độ khí này bắt đầu tăng Nồng độ khí N2O tăng liêntục ở mức ổn định là 0,73 ppb/năm trong vòng 3 thập niên gần nhất.

Theo báo cáo cập nhật của Bộ Tài nguyên và Môi trường (2014) của ViệtNam cho Công ước khung của Liên hợp quốc và Biến đ ổi khí hậu, tổng lượngphát thải khí nhà kính tại Việt Nam là 246,8 triệu tấn CO2 tương đương, trong đólĩnh vực nông nghiệp phát thải 88.345,7 tấn CO2 tương đương, chiếm 33,2%, chủyếu là khí mê tan chiếm 65,5% và oxít nitơ chiếm 34,5% Trong nông nghiệp,trồng lúa phát thải khí nhà kính chủ yếu là khí mê tan, đạt 44.614,2 tấn CO2

tương đương, chiếm khoảng 50% lượng phát thải khí nhà kính

Cây lúa (Oryza sativa L.) là một trong những loại cây lương thực quan

trọng nhất, trên thế giới, đặc biệt là Việt Nam Cây lúa cũng là một trong ba câylương thực chủ yếu trên thế giới đó là lúa mì, lúa nước và ngô Sản phẩm lúa gạo

là nguồn lương thực nuôi sống hơn ½ dân số trên thế giới Tổng diện tích khoảng

167 triệu hec ta, chiếm khoảng 11% diện tích đất trồng trên thế giới (FAOSTAT,2011) Để đảm bảo an ninh lương thực, diện tích trồng lúa nước dự báo sẽ tiếp tục tăng

do tăng dân số, cụ thể, sản lượng lúa phải tăng trên 40% vào cuối năm 2030, đây chính

là ngu ồn phát thải CH4 rất lớn Nếu không có biện pháp giảm thải thích hợp thì sẽ làmtăng nhanh hiệu ứng nhà kính trên trái đất

Canh tác lúa giảm thiểu phát thải khí mê tan có rất nhiều biện pháp khácnhau như can thiệp bằng các hoá chất để ngăn hình thành và phát thải, quản lýchế độ nước tưới tuy nhiên các biện pháp này sẽ gây tốn kém do phải đầu tưhoá chất cần thiết hay hệ thống tưới tiêu hiện đại Biện pháp làm giảm phát thảikhí mê tan phổ biến trên thế giới hiện nay là quản lý việc trồng lúa như sử dụnggiống ít phát thải, trồng lúa mật độ thích hợp hay quản lý, sử dụng phân bón hữu

cơ bón cho lúa Đây là những biện pháp dễ áp dụng, rẻ tiền và mang lại hiệu quảgiảm phát thải khí nhà kính nói chung và khí mê tan nói riêng

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Đánh giá việc ảnh hưởng của biện pháp canh tác lúa nước tại vùng đ ồngbằng sông Hồng như: sử dụng giống lúa ít phát thải CH4, áp dụng mật đ ộ cấythích hợp, sử dụng các dạng vật liệu hữu cơ từ rơm rạ sau thu hoạch bón cho lúa,tới sự phát thải khí mê tan từ đất, tìm ra công thức có tác dụng làm giảm phát thảikhí mê tan từ đất, duy trì năng suất lúa

Từ đó đưa ra khuyến cáo áp dụng biện pháp canh tác hợp lý để giảm phátthải khí mê tan từ ruộng trồng lúa nước.

1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu giới hạn thực hiện trên đất phù sa trung tính vùng đồngbằng sông Hồng do đây là loại đất có độ phì cao, rất thích hợp với cây lúa, diệntích khá lớn và là loại đất đặc trưng của đất phù sa vùng đồng bằng sông Hồng.Các thí nghiệm đư ợc bố trí trong vụ xuân và vụ mùa năm 2015-2016 Các thínghiệm đư ợc tưới ngập liên tục từ đầu tới cuối vụ Sử dụng 3 giống lúa thuầnKhang Dân 18, Bắc Thơm 7 và Q5

1.4 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

Luận án nghiên cứu bước đầu xác định được khi trồng các giống KhangDân 18, Bắc Thơm 7 và Q5, giống Q5 có lượng CH4 phát thải từ đất cao nhất,trồng giống BT7 có lượng phát thải CH4 thấp nhất

Khi áp dụng các mật đ ộ cấy thưa, trung bình và cấy dày, công thức ápdụng mật độ cấy thưa vừa có tác dụng làm tăng năng suất lúa vừa có tác dụnglàm giảm lượng phát thải khí mê tan từ đất

Khi bón các vật liệu hữu cơ cho lúa: rơm rạ, than sinh học làm từ rơm vàphân compost làm từ rơm, bón than sinh học có tác dụng làm giảm phát thải khí

mê tan so với bón rơm, tuy nhiên, lại làm giảm năng suất lúa Bón phân compostlàm từ rơm vửa có tác dụng làm giảm phát thải khí mê tan từ đất, vừa có tác dụngduy trì năng suất lúa

1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.5.1 Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu các biện pháp nhằm giảm phát thải khí mê tan nói riêng và khínhà kính nói chung trong canh tác lúa là vấn đề thời sự trong bối cảnh hiện tượngnóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu đang diễn ra ngày càng mạnh, ảnh hưởng tớiđời sống của hàng triệu người trên thế giới Hướng áp dụng các biện pháp canh táclúa cải tiến, đúng kỹ thuật như trồng giống lúa phát thải mê tan thấp, mật độ cấythích hợp hay sử dụng bón vật liệu hữu cơ thích hợp cũng là một trong những cáchlàm giảm phát thải Nghiên cứu này góp phần làm sáng tỏ việc áp dụng các biệnpháp canh tác thích hợp và chỉ ra hiệu quả giảm phát thải khí mê tan khi canh tác lúanước trên đất phù sa trung tính vùng đồng bằng sông Hồng

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu sẽ giúp các nhà khoa học, cơ quan khuyến nông,người nông dân quan tâm hơn tới vấn đề phát thải khí mê tan nói riêng và khí nhàkính nói chung trong canh tác lúa nước, từ đó áp dụng các biện pháp canh tácthích hợp như chọn giống lúa có lượng phát thải khí mê tan thấp, cấy mật độ thưahoặc chế biến rơm rạ thành phân compost bón cho lúa vừa có tác dụng cung cấpchất hữu cơ cho đất, vừa giảm phát thải khí mê tan và duy trì năng suất lúa

PHẦN 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU2.1 PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Sự nóng lên toàn cầu gây ra Biến đổi khí hậu (BĐKH) chính là do sự tănglên không ngừng của KNK mà chủ yếu là sử dụng nguyên liệu hóa thạch, phárừng Theo báo cáo khoa học lần thứ 4 của Ủy ban Liên chính phủ về thay đổikhí hậu, IPCC năm 2007, nồng độ khí CO2 tăng 280 ppmv lên 379 ppmv, khí mêtan tăng từ 715 ppbv lên 1774 ppbv và N2O cũng tăng từ 270 ppbv lên trên 319ppbv Lượng phát thải KNK do đốt nhiên liệu hóa thạch hằng năm phát thải từ6,4 tỷ tấn CO2 trong thập kỷ 90 của thế kỷ trước đã lên tới 7,2 tỷ tấn hằng nămtrong giai đo ạn 2000 – 2005 Tác đ ộng của BĐKH trên phạm vi toàn cầu hơn

100 năm qua có những biểu hiện chính:

- Nhiệt đ ộ trung bình tăng khoảng 0,7°C trong kỳ 1906 – 2005, tốc đ ộ tăng của nhiệt độ trong 50 năm gần đây gấp đôi so với 50 năm trước đó

- Trong thế kỷ 20, trung bình mực nước biển dâng 1,8 mm/năm, riêng thập

kỷ vừa qua tăng 3,1 mm/năm Vào cuối thế kỷ 21, dự báo nhiệt độ toàn cầu có thể tăngthêm 1,1 - 6,4°C và mực nước biển sẽ dâng cao ít nhất từ 2,8 - 4,3 mm/năm

- Lượng mưa có chiều hướng tăng lên trong thời kỳ 1900 – 2005 ở phía Bắc vĩ độ 30º, nhưng có xu hướng giảm kể từ năm 1970 ở vùng nhiệt đới

- Từ năm 1970, hạn hán thường xuyên xảy ra ở vùng nhiệt đ ới và cận nhiệt đới

- Các cơn bão mạnh và có quỹ đạo bất thường gia tăng kể từ năm 1970

- Có những biến đổi trong chế độ hoàn lưu quy mô lớn trên lục địa và đại dương, dẫn đến sự gia tăng về số lượng và cường độ hiện tượng El Nino

Theo dự báo tại Việt Nam, sẽ diễn ra một số biến đ ổi là nhiệt độ trungbình năm tăng 0,1°C mỗi thập niên; mực nước biển dâng 5 cm mỗi thập niên, sẽdâng khoảng 33 - 45 cm vào 2070 và 100 cm đến năm 2011 Việt Nam là 1 trong

5 nước chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của BĐKH và mực nước biển dâng cao.Theo nghiên cứu của Ngân hàng thế giới, nếu mực nước biển dâng cao 1 m, Việt Nam

sẽ mất 12% diện tích đất và ảnh hưởng tới 10,8% dân số BĐKH dẫn đến các trận bãoxảy ra thường xuyên, với mức độ tàn phá nặng nề hơn

a Lượng KNK toàn cầu do con người thải ra

b Tỷ lệ lượng khí nhà kính toàn cầu

Đồ thị 2.1 Tỷ lệ khí nhà kính phát thải trên thế giới

Nguồn: IPCC (2014)

2.1.1 Mê tan, khí gây hiệu ứng nhà kính

Khí CH4 là một khí nhà kính quan trọng, nồng độ của khí này trong khíquyển đã tăng gấp đôi kể từ trước thời kỳ công nghiệp, tăng nồng độ từ 715 ppbvlên 1774 ppbv Cuối những năm 70 của thế kỷ trước, nồng đ ộ tăng ở mức 20ppmv/năm nhưng trong những năm 80, tỉ lệ tăng này chỉ là 9 – 13 ppmv/năm.Giữa những năm 1992, nồng đ ộ khí mê tan trong khí quyển ở mức ổn đ ịnh,không thay đ ổi nhưng kể từ năm 1993, tốc đ ộ tăng nồng đ ộ khí này ổn đ ịnh ởmức 8 ppmv/năm

Khí CH4 gây hiệu ứng nhà kính mạnh hơn CO2, nó có khả năng gây ấmlên toàn cầu mạnh hơn 28 lần so với CO2. Tuy nhiên thời gian tồn tại của khí nàytrong khí quyển ngắn hơn, chỉ khoảng 12 năm, người ta ước tính rằng lượng phátthải trên toàn cầu chỉ cần giảm đi 8% so với mức nồng độ hiện nay thì nồng độ

mê tan trong khí quyển sẽ ổn định (IPCC, 2014)

Ở Việt Nam, theo kết quả kiểm kê khí nhà kính năm 2010, Việt Nam phátthải 246,8 triệu tấn CO2 tương đương Lĩnh vực nông nghiệp phát thải 88,3 triệu tấn

CO2 tương đương, trong đó phát thải do tiêu hoá thức ăn chiếm 11%, do canh tác lúachiếm 50%, do quản lý phân hữu cơ chiếm 10%, do đốt phụ phẩm nông nghiệp chiếm2% và do sử dụng đất nông nghiệp chiếm 27% (Bộ TN&MT, 2014)

Bảng 2.1 Phát thải Khí nhà kính năm 2010 trong lĩnh vực nông nghiệp

Đơn vị: nghìn tấn CO2 tương đương

mê tan đạt 43.951 nghìn tấn CO 2 tương đương Đến năm 2010, phát thải KNK đạt 88.354,77 nghìn tấn CO2 tương đương, khí mê tan đạt 57.909 nghìn tấn CO 2

tương đương

Bảng 2.2 Phát thải khí nhà kính các năm 1994, 2000, 2010 theo lĩnh vực

Đơn vị: nghìn tấn CO 2 tương đương

Trong tự nhiên, người ta đã xác định có rất nhiều nguồn phát thải khí CH4

khác nhau, Lượng phát thải khí CH4 từ các nguồn khác nhau không giống nhau.Ước tính lượng phát thải CH4 được thể hiện ở bảng 2.3

Theo Karakurt & cs (2012), lĩnh vực nông nghiệp, lượng CH4 toàn cầuphát thải chiếm khoảng 50,63%, ngành công nghiệp và năng lượng phát thảikhoảng 28,75% và phát thải từ chôn lấp và phân huỷ chất thải khoảng 20,61%.

Bảng 2.3 Ước tính lượng thải khí mê tan từ các nguồn khác nhau

Nguồn tự nhiên (triệu tấn/năm) Trung bình Khoảng biến động

Nguồn do con người (triệu tấn/năm)

- Khai thác than, công

Nguồn: Watson & cs (1992)

Kasterine & Vanzetti (2010) có thống kê cho thấy trong hoạt đ ộng sảnxuất nông nghiệp, lượng khí CH4 phát thải chiếm khoảng 45% và lượng còn lại

là khí CO2 và N2O

Đồ thị 2.2 Phát thải CH 4 trong nông nghiệp

Nguồn: Kasterine &Vanzetti (2010)

2.1.3 Ruộng lúa là một nguồn phát thải khí mê tan

Gạo là lương thực chính của châu Á và một phần Thái Bình Dương Hơn90% lượng gạo trên thế giới được sản xuất và tiêu thụ ở Khu vực Châu Á - TháiBình Dương Với sự phát triển và đô th ị hóa ngày càng tăng, tiêu thụ gạo bình quânđầu người đã bắt đầu giảm ở các nước châu Á có thu nhập trung bình và cao nhưHàn Quốc và Nhật Bản Tuy nhiên, gần một phần tư dân số châu Á vẫn có nhu cầu

về gạo và ở những vùng này, tiêu thụ gạo sẽ tăng nhanh hơn Dân số châu Á hiệnđang tăng 1,8% mỗi năm Dự báo dân số năm 2025 cho thấy mức tăng trung bình51% và một số nơi tăng đến 87% so với năm 1995 Cho đến nay, tốc độ tăng trưởngtiêu thụ gạo hàng năm ở Khu vực Châu Á - Thái Bình Dương trong khoảng thời gian

45 (từ năm 1950 đ ến 1995) đã đáp ứng đư ợc nhu cầu, thông qua việc tăng sảnlượng hơn là mở rộng diện tích Các giống cải tiến đã tạo ra năng suất tăng đáng k ể.Nguồn cung gạo thế giới đã tăng hơn gấp đôi t ừ 261 triệu tấn năm 1950 (với sảnlượng 240 triệu tấn của châu Á) lên 573 triệu tấn năm 1997 (bao gồm cả sản lượngcủa khu vực là 524 triệu tấn) Sản lượng đã tăng hơn gấp đôi, vượt qua mức tăng dân

số gần 1,6 lần ở châu Á (Minas & cs., 2000)

Tổng lượng phát thải mê tan toàn cầu từ tất cả các nguồn là khoảng 600triệu tấn mỗi năm (Denier & cs., 2002) Hiện nay, tỷ lệ phát thải CH4 từ ruộnglúa đang tăng v ới tốc đ ộ 0,7-1,1%/năm, tương đương khoảng 18-280 triệu tấnnăm, bằng 10-70% lượng mê tan do con người gây ra Yan & cs (2009) nghiêncứu và thấy rằng ruộng lúa toàn cầu sẽ thải ra 25,6 triệu tấn năm

Trong đất trồng lúa nước, các vi sinh vật trung gian hay vi khuẩn sinhmethanogenic chính là nguyên nhân gây phát thải khí mê tan từ ruộng lúa Các visinh vật này hoạt động tốt trong điều kiện yếm khí và chuyển hóa carbon hữu cơthành mê tan, quá trình này được gọi là quá trình sinh methanogenesis (Bloom &Swisher, 2010) Trong đ iều kiện đất bị yếm khí, các phản sinh hóa của các visinh vật này tạo ra khí mêtan Nguồn nguyên liệu đầu vào chính cho tất cả cácphản ứng là chất hữu cơ trong đất theo 2 phản ứng cơ bản sau:

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

CH3COOH → CH4 + CO2

Đây là các quá trình khử CO2 bởi H2 và quá trình tách cacboxyl của hợp chất axetat để hình thành khí mê tan trong đất

2.2 CÁC CON ĐƯỜNG PHÁT THẢI KHÍ CH 4 TỪ RUỘNG LÚA

Cây lúa đóng vai trò quan trọng trong việc phát thải khí mê tan từ đất vàokhí quyển theo 3 con đường chính: Bọt khí; khuếch tán và phát thải qua cây lúa(Schütz & cs., 1989) Cây lúa đóng vai trò như ống khí vận chuyển CH4 Ở vùng

rễ lúa, do thâm nhập của oxy qua rễ tạo ra điều kiện oxy hoá để ôxy hoá khí mêtan sinh ra vì vậy chỉ một phần nhỏ khí này có thể thoát ra khí quyển và rễ có thểtiết ra các hợp chất hữu cơ rất phù hợp cho việc tạo ra khí mê tan do các emzymsinh mê tan (Methanogen) Các quá trình này tạo ra một loạt những quan hệ phứctạp giữa cây lúa và cường đ ộ phát thải khí mê tan Các tác giả cũng nêu nhậnđịnh: nếu không có điều kiện ôxy hoá ở vùng rễ, thì ảnh hưởng của mật độ câylúa tới việc phát thải khí mê tan chỉ tăng do có thêm cách vận chuyển khí mê tan.Nếu vậy sẽ không ảnh hưởng tới tổng lượng phát thải khí này ra khí quyển trongsuốt thời kỳ sinh trưởng của lúa Các tác giả cũng tính toán và đưa ra k ết luận:Khí CH4 phát thải từ đất ruộng lúa vào khí quyển theo ba con đường chính là: bọtkhí CH4 từ đất, khuếch tán và phát thải qua cây lúa thông qua ống dẫn khí trênthân, kéo từ các lỗ trên bẹ lá xuống đ ến rễ Lượng khí mê tan khuếch tán chỉkhoảng 1%, dạng bọt khí chiếm 10% tổng lượng phát thải từ đất lúa Phần chủyếu phát thải thông qua thân cây lúa chiếm 90% tổng lượng phát thải

Hình 2.1 Sơ đồ vận chuyển khí CH 4 từ đất trồng lúa theo 3 con đường

Nguồn: Schütz & cs (1989)

Hình 2.2 Sơ đồ vận chuyển CH 4 qua thân cây lúa

Nguồn: Wassmann & Aulakh (2000)

2.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ PHÁT THẢI KHÍ CH 4

2.3.1 Ảnh hưởng của pH đất và thế năng oxy hoá - khử (Eh) của đất

Nguyễn Việt Anh & Nguyễn Văn Tỉnh (2010) nghiên cứu ngưỡng hìnhthành mê tan trong đất lúa vùng đồng bằng sông Hồng cho biết Eh và pH là hainhân tố ảnh hưởng đến sự hình thành mê tan trong đất, đồng thái của Eh biết đổilớn theo giai đoạn sinh trưởng của cây lúa, giảm dần từ giai đoạn cấy-hồi xanh,đạt giá trị nhỏ nhất ở giai đo ạn đ ứng cái-làm đòng, sau đó tăng d ần ở các giaiđoạn tiếp theo

Nghiên cứu của Wang & cs (1993a) về ảnh hưởng của thế oxy hoá khử và

pH đất tới sự sản sinh khí mê tan ở đất ngập nước thấy rằng việc hình thành khí

mê tan trong đất là quá trình sinh học bị tác động bởi nhiều yếu tố, trong đó thếôxy hoá-khử của đất và pH đất là yếu tố quan trọng nhất

Theo các tác giả này, khoảng pH tối ưu đ ể sinh mê tan là trung tính Nếu

pH giảm đi một giá trị nhỏ cũng làm giảm đáng kể lượng khí CH4 sinh ra Nếu

pH tăng nhẹ ở giá trị trên 7,0 (khoảng 0,2 đơn vị) lại làm tăng CH4 được sinh ratới 11%-20% và 24%-25% ở những thí nghiệm được điều chỉnh Eh đất -250 mV

và -200 mV theo thứ tự

Wang & cs (1993b) nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về ảnh hưởng củacác tính chất lý hoá đất tới lượng phát thải khí mê tan và phần bị giữ lại trong 16loại đất khác nhau có pH dao động từ 4,7 - 8,1, chất hữu cơ 0,72% - 2,38% vàthành phần cơ giới từ đất thịt tới đất sét Thấy rằng, chưa có sự liên hệ nào giữalượng khí mê tan sinh ra với pH, đạm tổng số, CEC, đặc biệt là các bon hữu cơ

và các bon hoà tan, một chỉ tiêu được coi là yếu tố tác động lượng khí CH4 sinh

ra Lượng CH4 sinh ra thấp ở những đất có lượng chất hữu cơ cao hơn

Wassmann & cs (1998) cũng có kết luận pH của đ ất lúa thường xoayquanh giá trị 7,0 và đây là giá trị thích hợp nhất cho quá trình sinh CH4 trong đất.Quá trình ôxy hoá khử là quá trình liên quan đ ến thu hoặc nhường ôxy, hydrohoặc điện tử Trong đó quá trình ôxy hoá là quá trình nhận oxy hoặc loại hydrohoặc đi ện tử và làm tăng số ôxy hoá Ngược lại quá trình khử ôxy là quá trìnhloại ôxy hoặc nhận hydro hoặc điện tử và làm giảm số ôxy hoá Thế ôxy hoá khử

là mức đo trình độ ôxy hoá khử của một hệ thống đo được:

Chất ôxy hoá + n.e chất khử ôxy

Ví dụ, Fe3+ + e Fe2+, trong nhiệt động học, thế oxy hoá khử tính theobiểu thức sau đây:

Eh =Eo + (RT/nF) ln(aOx/aRed) = Eo + (0,059/n) log(aOx/aRed)

Trong đó Eh: Thế năng oxy hoá khử (tính bằng von-V), Eo: Thế năng oxyhoá khử tiêu chuẩn khi hoạt độ chất oxy hoá bằng hoạt độ chất khử bằng 1, R:Hằng số khí lý tưởng (universal), T: nhiệt độ tuyệt đối, n: số điện tử trao đổi, F:Hằng số Faraday, aOx: Hoạt độ của chất oxy hoá (oxidant), aRed: Hoạt độ của chấtkhử (reductant)

Bảng 2.4 Một số phản ứng oxy hóa-khử quan trọng trong đất

o C) Tại pH = 5 Tại pH = 7

Như vậy phản ứng oxy hóa khử là phản ứng giữa chất oxy hóa và khử có

sự trao đổi electron Trong đất những chất oxy hóa là O2, NO3-, Fe3+, Mn4+, Cu2+

và một số sinh vật hiếu khí Chất khử là H2, Fe2+, Cu+ và vi sinh vật kị khí Quátrình oxy hóa - khử trong đất đều có thực vật và vi sinh vật tham gia cho nên đây

là một quá trình sinh học Trong điều kiện khử, chất hữu cơ bị phân giải và tạothành CH4

Yagi & cs (1998) thấy có sự liên hệ giữa Eh đất ở độ sâu 5 cm và lượngkhí mê tan phát thải trong thời kỳ sinh trưởng của cây Ở giá trị Eh cao hơn -30

mV, lượng khí CH4 phát thải không đáng k ể và không thấy có sự tương quangiữa Eh và lượng CH4 sinh ra Khi Eh đất đạt giá trị -100 mV thì lượng phát thảikhí mê tan khoảng 2 mg/m2/giờ

Wang & cs (1993b) nghiên cứu quan hệ giữa lượng CH4 phát thải và của

Eh, pH đất lúa trong đi ều kiện phòng thí nghiệm, đất tầng mặt (0-20 cm) đượclấy từ Mỹ, Ấn Độ, Thái Lan và Liberia có pH (tỷ lệ đất: nước 1:1) dao động từ4,7-8,1; OM từ 0,72% - 3,28%; Thành phần cơ giới từ thịt đến sét Đất được ủtrong lọ thuỷ tinh kín, khi thêm nước theo tỷ lệ đất:nước là 2:1, ủ ở 30°C trongvòng 39 ngày, các tác giả đã xác định được mối quan hệ giữa Eh và lượng CH4

phát thải theo phương trình:

Y = 848,85 + 0,99X1 - 148,81X2

Trong đó: Y là Eh đất; X1 là lượng sắt và mangan khử sinh học; X2 là pH đất

Wang & cs (1993a) thực hiện thí nghiệm trong phòng thí nghiệm cho

thấy khí mê tan trong đất bắt đầu được sinh ra khi Eh của đất đạt trong khoảng

-150 đến -160 mV Ở trong khoảng -230 đến -250 mV, mối quan hệ giữa lượng

khí mê tan sinh ra và Eh đất bắt đầu có tương quan theo phương trình:

Y = a10-bxTrong đó: Y là lượng khí mê tan sinh ra (µg/gam đ ất/ngày); x là giá trị Eh đ ất(mV); a, b là các hằng số

2.3.2 Ảnh hưởng của thành phần cơ giới đất

Sass & cs (1994) tại Texas, Mỹ nghiên cứu phát thải khí mê tan từ đấtthấy rằng thành phần cơ giới đất cũng có ảnh hưởng tới phát thải CH4 3 loại đấtvới thành phần cơ giới khác nhau cho các giá trị phát thải khác nhau thể hiện ởbảng 2.5, 2.6 và đồ thị 2.3

Bảng 2.5 Thành phần cơ giới của 3 loại đất nghiên cứu tại Texas, Mỹ

Nguồn: Sass & cs (1994)

Bảng 2.6 CH 4 phát thải và thành phần cơ giới đất

Đồ thị 2.3 Phương trình tương quan giữa lượng CH 4 phát thải với % cát

Nguồn: Sass & cs (1994)

Theo các tác giả, đất có thành phần cơ giới khác nhau và tính chất hoá họckhác nhau, lượng CH4 phát thải cũng khác nhau, đ ặc biệt là % lượng cát trongđất Lượng cát trong đất dao động 18,8% tới 32,5% thì lượng CH4 phát thải theomùa trong khoảng 15,1 g/m2 tới 36,3 g/m2

Wagner & cs (1999) nghiên cứu hình thành CH4 từ đất tại Hamburg, Đức.Trong đi ều kiện ủ yếm khí, CH4 sinh ra phụ thuộc vào thành phần cơ giới đất.Đất cát, tốc đ ộ sinh mê tan ở mức 3,0 ± 1,3 nmol/g/giờ và 15,7 ± 6,4 nmol/gam/giờ ở đất sét Trong điều kiện nồng độ oxy tương đối cao Kết quả là lượng mêtan sinh ra tăng theo chiều: đất cát < đất thịt pha cát< thịt pha sét < sét

Yang & Chang (1998) cho biết nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, ảnhhưởng của sinh khí mê tan bởi các quá trình khử trùng, nhiệt độ, bổ sung hữu cơ,bón ure, nồng độ ôxy, độ ẩm, pH đất và cường độ ánh sáng, thấy rằng mỗi gamđất hằng ngày sinh ra 32,7 ± 2,2 µg CH4 tới 65,1 ± 6,4 µg CH4 trong khoảng pH

từ 4,3-8,7 Lượng khí này bị giảm khi pH có giá trị 9,3 hay 3,2 pH đ ất trongkhoảng 6,0-7,7 thì lượng CH4 sinh ra như nhau

2.3.3 Ảnh hưởng của loại đất

Vũ Thắng & cs (2011) nghiên cứu mức đ ộ phát thải CH4 từ đất phù sasông Hồng và đất xám bạc màu trồng lúa ở miền Bắc Việt Nam chỉ ra rằng lượng

CH4 phát thải trên mỗi đơn vị diện tích trên đất xám bạc màu cao hơn đất phù sa14% ở các công thức không bón phân Mức bón phân phổ biến của nông dân, làmgiảm phát thải CH4 trên đất phù sa và đất xám tương ứng 21,5% và 25,5% so vớicông thức không bón phân

Nguyễn Hữu Thành & cs (2012) nghiên cứu phát thải CH4 ở đất phù sachua, Hải Dương và đất phù sa trung tính ít chua tại Hà Nội: Vụ mùa 2010 cường

độ phát thải CH4 đạt cao nhất ở 5 tuần sau cấy (thời kỳ đẻ nhánh rộ) tương ứng là72,3 mg CH4/m2/giờ và 66,0 mg CH4/m2/giờ, sau đó gi ảm dần tới cuối vụ VụXuân 2011, cường độ phát thải cao nhất vào 9 tuần sau cấy, tương ứng đạt 53,6

mg CH4/m2/giờ và 44,7 mg CH4/m2/giờ, thấp hơn cường đ ộ phát thải trong vụmùa 2010

Nghiên cứu của Phạm Quang Hà & cs (2013) đánh giá mức độ phát thải

CH4 từ đất phù sa sông Hồng và đ ất xám bạc màu trồng lúa ở miền bắc ViệtNam, cho thấy tổng lượng phát thải CH4 trên mỗi diện tích cao hơn 9% nhưngnăng suất lại thấp hơn 57% ở đất phù sa sông Hồng so với đất xám bạc màu khikhông bón phân Ở thí nghiệm với mức bón của nông dân, tổng lượng phát thảitrên đơn vị diện tích tăng 15,4% và 25,5% trong khi giảm lượng phát thải so vớinăng suất giảm 30% và 59% ở đất phù sa sông Hồng và đất xám bạc màu khi sosánh giữa công thức có bón và không bón phân

Nghiên cứu của Singh & cs (1997) về mức phát thải khác nhau, tổnglượng CH4 phát thải dao đ ộng từ 8,04-20,92 g/m2 ở đất Inceptisol và từ 1,47-10,91 g/m2 với đất Vertisol Cường độ phát thải đạt đỉnh thứ nhất trong thời kỳsinh trưởng sinh thực và lần thứ hai vào thời kỳ chín

Yagi & Minami (1990) nghiên cứu thực hiện trên 4 loại đ ất thấy rằngcường độ phát thải rất khác nhau ở những loại đất khác nhau Cường độ phát thải

CH4 cao nhất là đ ất than bùn (Dystric Histosols) 44,8 g CH4/m2 trong suốt vụtrồng lúa; tiếp theo là đ ất glây trung tính (Eutric Gleysols) 8,0-27,0 g CH4/m2.Cường độ phát thải ở đất Andosols là tương đối thấp 0,6-12,6 g CH4/m2

2.3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Ngô Đức Minh & cs (2015) nghiên cứu phát thải khí mê tan từ đất trồnglúa tại vùng lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn cho biết khi nhiệt độ có ảnh hưởng tớiphát thải khí mê tan Nhiệt độ tăng lên làm quá trình phân giải chất hữu cơ trongđất cũng như các quá trình hoá sinh trong đ ất tăng làm tăng lượng khí mê tanphát thải ra môi trường

Wassmann & cs (1998) đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới lượngkhí CH4 sinh ra Ở 25°C, 30°C và 35°C, có sự quan hệ giữa sự thay đổi Eh và pHđất Kết quả nghiên cứu cho thấy nhiệt độ cao hơn sẽ sinh CH4 mạnh hơn Ảnhhưởng của nhiệt độ mạnh nhất ở nhóm đất có lượng CH4 sinh ra giảm sau 2 tuần

là Inceptisols, Vertisols và Entisols Khả năng sinh CH4 ở các thí nghiệm nàyđược biểu thị bằng phương trình Arrhenius sau:

Trong đó:

P là khả năng sinh mê tan; R là hằng số khí; T là nhiệt độ tuyệt đối; Ea là năng

lượng hoạt động; a là hằng số Arrhenius

Nghiên cứu của Jingjing & cs (2008) tại Trung Quốc đã đưa ra k ết luậnnhiệt độ và tàn dư thực vật là những yếu tố quan trọng trong quá trình tạo ra khí

mê tan trong đ ất Các công thức thí nghiệm đư ợc bổ sung hữu cơ từ rơm cólượng khí CH4 sinh ra cao hơn so với công thức bổ sung rễ lúa Khi tăng nhiệt độ

từ 15°C lên tới 45°C, lượng CH4 sinh ra tăng đáng kể Tuy nhiên trong 10 ngàyđầu tiên, ở công thức bón rơm, lượng CH4 sinh ra ở nhiệt độ 45°C chậm hơn sovới ở 30°C

Lu & cs (2015) nghiên cứu đ ất lúa tại đ ồng bằng Sanjiang, Tây BắcTrung Quốc, ủ kỵ khí với việc có bón và không bón rơm rạ vào đất, ở nhiệt độ ủ

là 10°C, 30°C và 45°C CH4 sinh ra ở 10°C hầu như rất ít, một phần do ảnhhưởng bởi lượng rơm bón vào Khi nhiệt đ ộ tăng từ 10°C lên 30°C và 45°C,lượng CH4 sinh ra rất mạnh tuy nhiên ở nhiệt đ ộ 30°C, lượng khí CH4 sinh ranhiều hơn sơ với ở 45°C ở cả 2 công thức có bón và không bón rơm

Van Hulzen & cs (1999) nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ tới lượng

CH4 sinh ra kết luận rằng khi đất được ủ trong điều kiện yếm khí thì CH4 sinh raphụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ Ở 4°C, quá trình sinh khí CH4 chưa rõ ràng và

rất thấp Chỉ khi tăng nhiệt độ lên 20°C và 30°C, thì quá trình sinh và tích luỹ

CH4 tăng đều và ổn định

2.3.5 Ảnh hưởng của bón phân và vật liệu hữu cơ

Nguyễn Văn Tỉnh (2005b) nghiên cứu bước đ ầu về ảnh hưởng của phân bónhữu cơ đến phát thải khí mê tan trên ruộng lúa vùng đồng bằng sông Hồng cho kếtluận bón phân hữu cơ có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hình thành và phát triểnkhí mê tan trên ruộng lúa Vào giai đoạn đẻ nhánh và làm đòng, yêu cầu nước vàphân bón của lúa rất lớn, là thời kỳ phát thải khí mê tan lớn nhất, cần lựa chọn loạiphân phù hợp vừa đ ảm bảo cây lúa phát triển và hạn chế phát thải mê tan, tránhdùng các loại rơm rạ tươi hoặc phân hữu cơ chưa ủ kỹ để bón ruộng

Yang & cs (2019) nghiên cứu sử dụng than sinh học (Biochar) bón vào đất

để nâng cao năng suất lúa và giảm phát thải CH4 và N2O từ đất ở Trung Quốc chobiết việc bón than sinh học có tác dụng làm giảm phát thải khí nhà kính từ các ruộnglúa Bón 40 tấn than sinh học/ha kết hợp với tưới làm giảm chỉ số tiềm năng nónglên toàn cầu, công thức bón 20 tấn than sinh học kết hợp tưới lại làm tăng chỉ sốtiềm năng nóng lên toàn cầu của CH4 và N2O so với công thức không bón than sinhhọc mà chỉ điều chỉnh chế độ tưới Vụ thứ hai, công thức bón 20 tấn và 40 tấn thansinh học kết hợp tưới tiêu làm giảm chỉ số tiềm năng nóng lên toàn cầu tương ứng35,7% và 21,5% so với công thức đối chứng, chỉ điều chỉnh tưới tiêu Các tác giảcũng đưa ra khuyến cáo bón 20 tấn và 40 tấn than sinh học/ha có thể là tối ưu khi kếthợp với chế độ tưới hợp lý sẽ làm giảm phát thải CH4 và N2O, tăng năng suất lúa, độphì đất và hiệu quả sử dụng nước tưới

Nguyễn Lê Trang & cs (2018) xác định hiệu quả và tác dụng của các vậtliệu hữu cơ và phân đạm tan chậm trên đất phù sa nhiễm mặn đến năng suất lúa

và khả năng giảm phát thải khí nhà kính tại Nam Định Kết quả nghiên cứu chothấy phát thải KNK ở các công thức bón phân hữu cơ theo thứ tự là NPK +COMP (phân compost) > NPK + COMP + Biochar > NPK + Biochar > NPK

Thammasom & cs (2016) đã khảo sát ảnh hưởng của việc bón than sinhhọc và rơm rạ tới sức sản xuất của đất, phát thải khí nhà kính và các hợp chất hữu

cơ trong đ ất tại Thái Lan cho thấy so với bón phân hữu cơ các công thức bónthan sinh học hoặc rơm rạ ở các mức 6,25 tấn/ha, 12,5 tấn/ha, 18,75 tấn/ha và 25tấn/ha không chỉ cải thiện được chất lượng đất mà còn làm tăng năng suất lúa.Tổng lượng phát thải CH4 và tổng tiềm năng gây hiệu ứng nhà kính (GWP) của

các công thức bón than sinh học giảm đáng k ể nhưng công thức bón rơm rạ lạităng so với chỉ bón phân vô cơ Chất hữu cơ trong đất đồng thời tăng ở công thứcbón than sinh học từ 1,87-13,37 tấn C/ha trong khi bón rơm rạ lại làm giảm còn

từ 0,92-2,56 tấn C/ha Các tác giả cũng đưa ra kết luận rằng, lượng các bon bị giữlại cao trong đ ất ở các công thức bón than sinh học có thể giải thích cho việcgiảm tiềm năng gây hiệu ứng nhà kính và làm tăng tích luỹ các hợp chất hữu cơtrong đất

Xiaobo Qin & cs (2016) nghiên cứu ảnh hưởng lâu dài của than sinh họctới phát thải khí nhà kính từ đất trồng lúa tại Trung Quốc từ năm 2012-2015 Kếtquả cho thấy sử dụng than sinh học bón vào đ ất làm giảm đáng k ể lượng CH4

phát thải và hiệu suất nóng lên toàn cầu (GWP) từ đất So với các công thức chỉbón phân vô cơ, bón vùi trực tiếp 2,4 tấn rơm rạ/ha và bón phân ủ từ 2,4 tấn rơm

rạ, các công thức bón thêm than sinh học (tính trung bình) làm giảm tương ứng26,18%, 70,02, 66,47% khí CH4 Ở mức bón đ ối chứng + 20 tấn than sinhhọc/ha, làm giảm phát thải khí nhà kính mạnh nhất (36,24%) so với đối chứng vàcải thiện năng suất lúa (tăng 7,65%)

Das & cs (2014) nghiên cứu ảnh hưởng của bón kết hợp phân chuồng vớiphân vô cơ tới phát thải CH4 và N2O từ đất lúa ngập nước tại Ấn Độ đưa ra kếtluận bón rơm + urê làm tăng 82,7%; bón phân ủ + urê làm tăng 69,2%; bón phângia cầm + urê tăng 68,8%; bón rơm rạ + urê tăng 37,6% lượng khí CH4 so vớikhông bón phân Tổng sinh khối vi sinh vật đất, các bon hữu cơ đã bị khoáng hoácũng ảnh hưởng theo thứ tự: bón phân ủ + urê > bón phân gia cầm + urê > bónrơm rạ + urê > bón urê > không bón phân Từ các công thức thí nghiệm, các tácgiả rút ra kết luận rằng bón phân ủ kết hợp với bón phân urê làm cho sinh khối visinh vật vùng rễ cao, hoạt động của vi sinh vật mạnh, tỷ lệ hiệu quả của các boncao, năng suất cao, phát thải khí nhà kính thấp, là công thức tốt hơn hết để làmgiảm phát thải khí nhà kính nói chung và khí CH4 nói riêng

Dong & cs (2013) đã nghiên cứu ảnh hưởng của bón rơm rạ và than sinh họctới phát thải CH4 và năng suất lúa cho thấy bón than sinh học làm từ rơm rạ có hiệuquả làm giảm phát thải CH4 từ đất lúa tốt hơn than sinh học làm từ thân cây tre (mứcbón 22,5 tấn/ha) Kết hợp than sinh học làm từ rơm rạ bón vào đất có thể làm giảmphát thải CH4 từ 47,3-86,43% so với bón trực tiếp rơm rạ vào đất

2.3.6 Ảnh hưởng của thuốc bảo vệ thực vật

Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, Mohanty & cs (2004) đã s ử dụng

Butachlor (N-butoxymethyl-2-chloro-2'

,6'

-diethyl acetanilide) ủ vào 3 loại đ ất

có các đặc điểm lý hoá tính khác nhau, trong điều kiện ngập nước để làm giảmviệc sinh CH4 Tác dụng làm giảm phát thải CH4 phụ thuộc vào nồng độ của hoạtchất này và có tác dụng mạnh nhất trên đất phù sa Với các nông độ ủ 5, 10, 50,

và 100 µg/g đất làm cho CH4 phát thải từ đất phù sa giảm lần lượt là 15%, 31%,91% và 98% so với đ ối chứng Lượng CH4 sinh ở đất thịt pha cát và đ ất phènkhông đáng kể so với đất phù sa Trong suốt 40 ngày ủ, lượng CH4 sinh ra ở cácmẫu không đư ợc ủ với butachlor đ ạt 21133 µg/gam đ ất ở đất phù sa, 1178

¡g/gam đất ở đất thịt pha cát và ở đất phèn là 2963 µg/gam đất Ảnh hưởng củaButachlor, lượng CH4 sinh ra ở các mẫu đ ất thịt pha cát và đ ất phèn thấp hơnđáng kể so với đất phù sa Cụ thể, ở đất cát pha thịt, thấp hơn 2% khi nồng độbutachlor là 5 µg/g đất tới 52% khi ở nông độ 100 µg/g đất Ở đất phèn, lượng

CH4 giảm 4% khi cho butachlor với nồng độ 5 µg/g đất và giảm 20% khi nồng

độ butachlor là 100 µg/g đất Theo Jiang & cs (2015) sử dụng butachlor cũnglàm giảm CH4 sinh ra tới 58%

Bharati & cs (1999) nghiên cứu ảnh hưởng của thuốc diệt nấmTridemorph tới sinh mê tan và oxy hoá khí này ở đất lúa vùng nhiệt đ ới Thínghiệm thực hiện trong phòng thí nghiệm, trong điều kiện ngập nước thấy rằng ởnồng độ thấp 5, 10, 20 µg/g đất làm tăng kích thích việc sản sinh CH4 nhưng lại

có tác dụng ức chế ở nồng độ cao hơn là 50 µg/g đất và 100 µg/g đất đồng thờicũng làm giảm quá trình oxy hoá CH4 Lượng CH4 sinh ra tăng do Tridmorphtrong đất làm tăng thế ôxy hoá khử của đất, tăng lượng các bon hoạt tính và làmtăng số lượng vi khuẩn sinh mê tan Ảnh hưởng của Tridemorph tới ôxy hoá CH4

cũng liên quan tới số lượng vi khuẩn dinh dưỡng mê tan

2.3.7 Ảnh hưởng của các biện pháp canh tác khác

Chu Sỹ Huân & cs (2020) nghiên cứu cho thấy phát thải CH4 ở vụ xuântăng từ khi lúa bén rễ hồi xanh tới đẻ nhánh Sau đó, thay đổi phụ thuộc vào chế

độ nước trong ruộng Với đất phèn, phát thải kéo dài hơn và cao hơn Trong vụmùa, phát thải tăng ngay sau khi cấy, đạt tối đa trong giai đoạn đẻ nhánh - làmđòng (28 mg CH4/m2/giờ), sau đó giảm dần

Bhattacharya & cs (2014) nghiên cứu phát thải CH4 từ ruộng lúa nướcCuttack, Ấn Độ thấy rằng nồng độ khí mê tan phát thải tương đối thấp ở thời kỳ

gieo hạt tới đẻ nhánh (2,37 mg CH4/m2/giờ) và đạt cao nhất từ thời kỳ đẻ nhánh cựcđại tới làm đòng (5,72 mg CH4/m2/giờ) sau đó giảm dần ở thời kỳ chín (0,94 mg

CH4/m2/giờ) trong mùa mưa 2012 Mùa khô 2012-2013, lượng CH4 phát thải caonhất trong suốt thời kỳ đẻ nhánh tới chỗ đòng Cường độ phát thải đo được là 5,23

mg CH4/m2/giờ Cả hai vụ đo được giá trị trung bình phát thải ngày là từ 0,5 đến 3,5

mg CH4/m2/30 phút và trong khoảng thời gian giữa trưa và chiều, CH4 phát thải caonhất Trong cả hai vụ, lượng phát thải CH4 hàng ngày cao nhất từ 9-

12 mg CH4/m2/giờ và tổng lượng phát thải là 84-129 kg/ha Lượng CH4 phát thải hàng năm là 262,62 kg CH4/ha bao gồm cả thời kỳ cày, làm đất là 49 kg CH4/ha

Priyanka & cs (2013) nghiên cứu về phát thải CH4 và hiệu quả sử dụng nướctưới của 3 phương pháp canh tác lúa tại New Delhi Ấn Độ, sử dụng giống PusaBasmati 1401, gồm các kỹ thuật: kỹ thuật CT, cấy mạ 21 ngày tuổi, khoảng cách cấy10x20 cm, duy trì mực nước mặt ruộng 3-5 cm; kỹ thuật SRI, cấy mạ 12 ngày tuổi,khoảng cách 25x25 cm, duy trì mực nước mặt ruộng 2cm; kỹ thuật DT, cấy mạ 45ngày tuổi, khoảng cách cấy 7,5x7,5 cm, thấy rằng: cường độ phát thải CH4 của kỹthuật CT là từ 79,7 mg/m2/ngày đến 482,0 mg/m2/ngày, trong đó kỹ thuật SRI là46,0-315,0 mg/m2/ngày và kỹ thuật DT dao động từ 86,7-467,3 mg/m2/ngày Cáctác giả cũng thấy rằng cường độ CH4 phát thải tăng mạnh tới mức cao ngay sau khicấy và đạt đỉnh trong vòng 3 tuần ở kỹ thuật SRI và CT, sau đó giảm còn khôngđáng kể thời kỳ thu hoạch Kỹ thuật DT, cường độ phát thải tăng và đạt 2 đỉnh, thứnhất ở 21 ngày sau cấy và thứ hai là 60 ngày sau cấy (sau khi bón urê) Nhìn chung,cường độ phát thải CH4 ở thời kỳ đầu cao hơn và đạt cao nhất khoảng 1 tháng saukhi cấy, đây là thời kỳ đẻ nhánh Cường độ này giảm dần sau 75 ngày cấy và đạt ổnđịnh tới cuối vụ ở cả 3 kỹ thuật Tổng lượng phát thải CH4 của kỹ thuật CT là caonhất, tiếp đó là DT và SRI

Li & cs (2011) nghiên cứu phát thải CH4 từ đất trồng 2 vụ lúa ở Tây NamTrung Quốc với chế độ canh tác khác nhau Công thức thứ nhất là làm đất cả 2

vụ trong năm và công thức thứ 2 là làm đất vụ trước, không làm đất vụ sau thấyrằng cường đ ộ phát thải lần lượt là 21,71 mg/m2/giờ và 24,70 mg/m2/giờ ở vụđầu tiên Trong vụ thứ 2, cường đ ộ CH4 phát thải trung bình lần lượt là 18,52mg/m2/giờ và 7,32 mg/m2/giờ Ở cả 2 công thức thí nghiệm, lượng khí CH4 phátthải ở vụ đầu tiên không khác nhau nhưng ở vụ thứ 2 thì có sự khác nhau ở mức

P<0,05 với giá trị là 6,57 g/m2 và 3,04 g/m2 Khi so sánh lượng mê tan phát thải

vụ thứ 2 so với vụ thứ nhất ở cả 2 công thức, lượng khí này giảm ở vụ thứ 2 lầnlượt là 29% và 68% Cường độ CH4 giảm ở công thức thứ 2 do lượng các bonhữu cơ hoà tan trong đất thấp hơn và dung trọng cao hơn và tác giả có kết luận làcanh tác theo phương thức không làm đất sẽ làm giảm phát thải khí mê tan trongcanh tác lúa

2.4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CH 4 PHÁT THẢI TỪ ĐẤT

Phương pháp sử dụng buồng kín là một trong những phương pháp thôngdụng nhất trên thế giới hiện nay Buồng kín có dạng hình hộp, kín 5 mặt và mộtmặt hở để tiếp xúc với mặt đ ất Vách của buồng kín đư ợc làm bằng tấm nhựaacrylic trong suốt Phương pháp này dựa trên nguyên tắc buồng kín chụp vào câylúa, sự tăng nồng độ khí trong buồng kín theo thời gian do tích tụ khí phát thải từđất đư ợc giữ lại bên trong Không khí bên trong buồng kín đư ợc đ ảo trộn đ ềubằng quạt Mẫu khí đư ợc lấy ở các thời gian nhất đ ịnh là 0 phút, 15 phút, 30phút… và không quá 2 giờ sau khi úp buồng kín trên mặt đất Các mẫu khí trongbuồng kín được hút bằng xylanh, bơm vào các lọ thuỷ tinh đã hút chân không đểlưu mẫu và được xác định nồng độ sớm nhất có thể để tránh bị mất khí

Đường hút khí có nắp cao suQuạt đảo khí bên trong buồng kínTấm vách ngăn trong suốt bằng vật

liệu Acrylic

Chân đế

Hình 2.3 Phương pháp lấy mẫu khí CH 4 bằng buồng kín

Nguồn: Theivasigamani Parthasarathi & cs (2019)

Xác định nồng độ khí CH4 bằng phương pháp sắc ký khí với detector FID (Flame Ionization Detector) Sau khi đã xác đ ịnh đư ợc nồng đ ộ của CH4 ở các

thời đi ểm lấy mẫu khác nhau, dựa vào công thức đ ể tính tốc đ ộ phát thải khí

CH4 trong buồng kín (mg/m3/giờ); T: Nhiệt độ tuyệt đối (T=273 + nhiệt độ trong buồng kín khi lấy mẫu, đơn vị độ C)

Bên cạnh phương pháp xác đ ịnh phát thải khí CH4 bằng buồng kín thìphương pháp tính toán tổng hợp nhiều biến trong không gian (Eddy covariancetechnique) là phương pháp đang được sử dụng phổ biến hiện nay

Phương pháp này là dựa trên thống kê, tính toán kết quả đo của nhiều biếntrong không gian 3D ở các tầng không khí theo chiều thẳng đứng như tốc độ gió,nồng độ CH4 và nhiệt độ không khí… (Foken & cs., 2012; Burba, 2013) sau đó

tổ hợp, tính toán và đưa ra kết quả theo công thức:

w là giá trị trung bình của tốc độ gió ở độ cao khác nhau

s là giá trị trung bình của nồng độ khí CH4 ở độ cao khác nhau

Do sự phát triển của khoa học công nghệ, các kết quả nghiên cứu phát thảikhí nhà kính nói chung và khí mê tan nói riêng bằng phương pháp tổng hợp nhiềubiến trong không gian (Eddy Covariance tecnique) đang ngày càng được áp dụngrộng rãi trên thế giới Phương pháp này đáng tin cậy, dễ thực hiện thông qua cáctrạm đo lắp đặt trên đồng ruộng và đặc biệt có thể theo dõi trong thời gian dài

Lingfei & cs (2013) so sánh giữa phương pháp xác định phát thải khí mêtan bằng sử dụng công nghệ phân tích tổng hợp nhiều biến trong không gian vàphương pháp buồng kín tại vùng đất ngập nước tại vùng Tây Tạng, cho biết 2

phương pháp này cho kết quả chu kỳ phát thải hàng ngày khác nhau Trong khiphương phương pháp phân tích lượng phát thải tự động dùng buồng kín có tươngquan dương với nhiệt độ đất trong khi phương pháp sử dụng công nghệ phân tíchnhiều biến trong không gian lại có mối liên hệ rất chặt với lượng bức xạ mặt trời

và lượng khí CO2 phát thải vào ban ngày nhưng lại có tương quan chặt với nhiệt

độ đất vào ban đêm Phương pháp xác định thủ công sử dụng buồng kín cho kếtquả phát thải cao hơn tương ứng 25,3% và 7,6% so với phương pháp sử dụngcông nghệ phân tích nhiều biến trong không gian và phương pháp xác định tựđộng sử dụng buồng kín trong khoảng thời gian 9-12 giờ

Nghiên cứu của Alberto & cs (2014) tại Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế(IRRI), Philippins cho biết, áp dụng công nghệ phân tích tổng hợp nhiều biếntrong không gian bằng việc đo các biến số ảnh hưởng tới phát thải khí mê tan từđất Phương pháp này tổng hợp từ nhiều số liệu khác nhau được đo 24/24 Lượngkhí CH4 phát thải từ ruộng lúa nước được theo dõi trong vụ lúa vào mùa khô năm

2013 Số liệu cho biết các chu kỳ phát thải hằng ngày từ đất trồng lúa ở các thời

kỳ sinh trưởng khác nhau như trước cấy, hồi xanh, làm đòng, chín và sau khi gặt.Chu kỳ phát thải hằng ngày bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ (không khí, nhiệt độ đất vànhiệt độ nước tưới mặt ruộng), năng lượng bức xạ mặt đất (bức xạ mặt trời, bức

xạ nhiệt của mặt đất ) và lượng CO 2 trao đổi sinh học (quang hợp và hô hấp).Các tác giả cũng cho biết lượng phát thải khí mê tan ảnh hưởng trước tiên dođiều tiết nước và thời kỳ sinh trưởng của cây lúa

Miyata & cs (2000) nghiên cứu phát thải CO2 và CH4 ở ruộng lúa khôngngập nước liên tục có sử dụng phương pháp tính toán tổng hợp nhiều biến trongkhông gian tại Nhật Bản cho kết quả là phát thải ban ngày 5 giờ đến 19 giờ là từ43-52 mg CH4/m2 sau đó gi ảm còn 30-33 mg CH4/m2 do ngập nước Phát thải

CH4 ban đêm (từ 19 giờ hôm trước tới 5 giờ hôm sau) ở trong khoảng 15-28 mg

CH4/m2 Cường độ phát thải CH4 trong những ngày được tháo cạn nước là từ

58-80 mg CH4/m2 sau đó giảm xuống dưới 60 mg CH4/m2 khi được tưới ngập trở lại

và đạt trung bình 53 mg CH4/m2

Tseng & cs (2010) nghiên cứu phát thải CH4 và CO2 trong thời kỳ lúachín tại Cao Hùng, Đài Loan sử dụng phương pháp tính toán tổng hợp nhiều biếntrong không gian, cho thấy mê tan phát thải vào buổi đêm rất thấp, bắt đầu tăng

vào lúc 6,00 giờ và tiếp tục tăng Theo tính toán, giá trị phát thải trung bình banngày là 0,017 µmol/m2/giây.

Hình 2.4 Một trạm đo các thông số đa biến trong không gian tại Philippin

Nguồn: Ma & cs (2014)

Hong-Xing & cs (2018) sử dụng phương pháp phân tích nhiều biến trongkhông gian để nghiên cứu các đặc đi ểm phát thải khí mê tan hàng ngày tại cáccánh đ ồng lúa đư ợc tưới tại Yancheng, Tỉnh Jiangsu, phía Đông Trung Qu ốctrong suốt vụ lúa năm 2016 cho biết cường độ phát thải khí này bắt đầu tăng từsau khi tưới ngập đư ợc 3 ngày, cường đ ộ phát thải đ ạt cao nhất đ ạt 0,37 gC/

m2/ngày tại cuối thời kỳ kiến thiết (mùng 2 tháng 8) và trong thời kỳ này cũngquan sát thấy chu kỳ phát thải ban ngày của khí mê tan có một giá trị cao nhất (1đỉnh) Cường độ phát thải bắt đầu tăng sau khi mặt trời mọc và đạt đỉnh trongkhoảng 14 giờ 30 phút chiều nhưng chu kỳ này lại không xuất hiện ở thời kỳ làmđòng và chín Chu k ỳ nhiệt độ đất và tổng cường độ quang hợp của hệ sinh tháiban ngày tỉ lệ với cường độ phát thải khí mê tan Giá trị F test cho thấy nhiệt độđất và độ ẩm đất là những nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới phát thải khí mêtan từ ruộng lúa

Kuo-Hsin & cs (2010) xác định lượng khí mê tan và cacbonic phát thảitrong suốt thời kỳ lúa chín tại Cao Hùng, Đài Loan b ằng việc sử dụng kỹ thuậtphân tích nhiều biến trong không gian cho thấy trong suốt thời kỳ này, nồng độ

CH4 trung bình tại độ cao dưới 22,2 m trên mặt đất và cao hơn 27,5 m tương ứngquanh giá trị 2,04 ppm và 2,01 ppm Các tác giả cũng cho biết bức xạ nhiệt củađất có tương quan dương với phát thải khí mê tan Trong suốt thời kỳ lúa chín, hệsinh thái trồng lúa nước đóng vai trò là ngu ồn phát thải CH4 và CO2 Trongkhung thời gian 100 năm, các tác giả cho rằng tiềm năng nóng lên toàn cầu của 2khí này tại điểm thí nghiệm đạt tương ứng 0,16 và 0,71 mol/m2/giây quy về CO2.Tổng tiềm năng nóng lên toàn cầu phát thải ra (CH4 và CO2) là 0,86 mol/m2/giâyquy về CO2 trong đó lượng CH4 và CO2 đóng góp tương ứng 18% và 82%

Cả hai phương pháp buồng kín và tổng hợp nhiều biến trong không gian

có những ưu đi ểm và nhược đi ểm khác nhau Phương pháp buồng kín cho kếtquả phát thải CH4 tại một khoảng thời gian ngắn và diện tích hẹp (dưới 1 m2)trong khi phương pháp tính toán tổng hợp nhiều biến trong không gian tính toáncác thông số theo thời gian, không gian để có được số liệu tổng hợp và được ápdụng đo với diện tích rộng (trên 1 ha)

2.5 MỘT SỐ BIỆN PHÁP LÀM GIẢM PHÁT THẢI CH 4

Trên cơ sở nắm vững các yếu tố liên quan tới sự hình thành, phát thải vànhững tác nhân làm giảm phát thải CH4 giúp chúng ta có cái nhìn tổng thể trongviệc điều tiết, phối hợp các biện pháp khác nhau để làm giảm thiểu CH4 phát thảivào khí quyển Nhìn chung, có 2 cách tiếp cận: thứ nhất là áp dụng các biện phápquản lý như quản lý nước, sử dụng giống ít phát thải CH4, canh tác và thứ hai

là sử dụng các chất can thiệp, đưa các chất này vào đất nhằm làm giảm CH4 sinh

ra hay phát thải vào khí quyển

2.5.1 Quản lý chế độ nước tưới

Lê Xuân Quang & cs (2019) nghiên cứu quản lý nước mặt ruộng tớiphát thải khí N2O và CH4 ở vùng đồng bằng sông Hồng cho biết để giảm thiểuphát thải khí nhà kính từ ruộng lúa và giải quyết vấn đề thiếu nước, cần xây dựngcác hệ thống quản lý nước bền vững và thân thiện với môi trường cho canh táclúa Quản lý nước theo chế độ ngập và khô xen kẽ có (AWD) hiệu quả và tiếtkiệm nước Lượng phát thải CH4 giảm khi tăng thời gian đ ể khô mặt ruộng và

mức giảm mạnh trong vụ hè thu Chưa có mối quan hệ nào giữa phát thải N2O vàquản lý nước mặt ruộng Trong khi CH4 phát thải trong thời gian tưới ngập liêntục Thế ôxy hóa khử của đất có thể không thường xuyên vượt quá +200 mV khirút nước Nghiên cứu này cho thấy tầm quan trọng của việc giảm thiểu phát thải

CH4 để giảm tác đ ộng của KNK đ ối với các vùng trồng lúa ở vùng đ ồng bằngsông Hồng Năng suất lúa giảm do phơi khô ruộng quá lâu, cây thiếu nước trong

vụ hè thu nhưng không bị ảnh hưởng trong vụ đông xuân Nghiên cứu đã chứngminh rằng có thể giảm lượng phát thải CH4 và duy trì năng suất lúa bằng cách đạtđược thời gian để khô mặt ruộng tối đa

Xiaohong & cs (2019) cho rằng chế độ nước và bón chất hữu cơ vào đất

là 2 nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới quá trình sinh và phát thải CH4 từ đấttrồng lúa vào khí quyển Các công thức: tưới ngập liên lục; tưới ngập đầu vụ, đểkhô giữa vụ và tưới ngập trở lại sau đó; tưới ngập đầu vụ để cấy, sau đó tưới nhờnước trời Các công thức thí nghiệm trong các ô phụ gồm: bón rơm rạ được càyvùi vào đất; bón rơm rạ phủ lên bề mặt đất và không bón rơm rạ Kết quả chothấy khi tưới và duy trì lớp nước mặt làm tăng sinh mê tan và nếu đất được bónthêm rơm rạ thì lại làm tăng lượng mê tan được sinh ra Tổng lượng CH 4 phátthải có tương quan với lượng rơm rạ bón vào đất và nước tưới ở mức ý nghĩa(P<0,05) Tổng lượng CH4 phát thải tương ứng 505,3, 241,2 và 56,5 kg/ha ởcông thức: tưới ngập liên tục; tưới ngập đầu vụ, để khô giữa vụ và tưới ngập trởlại và tưới ngập đầu vụ để cấy, sau đó tưới nhờ nước trời Ngược lại, bón vùi rơm

rạ vào đất kết hợp với 3 công thức tưới trên cho lượng phát thải CH4 tương ứng265,4, 271,4 và 175,6 kg/ha Thí nghiệm bón rơm rạ bằng cách phủ bề mặt kếthợp với 3 công thức tưới trên làm tăng phát thải CH4 ở mức tương ứng 213,3,112,8 và 14,6 kg/ha

Lê Xuân Quang (2017) cho biết phải thực hiện quản lý nước trên ruộng lúathân thiện với môi trường để giảm phát thải khí nhà kính Nghiên cứu ứng dụng kỹthuật tưới khô ướt xen kẽ được thực hiện tại tỉnh Hưng Yên từ vụ xuân 2015, nghiêncứu theo dõi sự thay đổi theo thời gian của phát thải khí CH 4 từ 6 ô ruộng vụ chiêmxuân và vụ hè thu để xác định các yếu tố có ảnh hưởng đến phát thải khí CH4 chothấy khí CH4 tích luỹ vào vụ chiêm xuân bằng ¼ vụ hè thu (9,0 g m-

2 trong vụ chiêm xuân (91 ngày) và 37,3 g m-2 trong vụ hè thu) (85 ngày) Tỉ lệ

CH4 trong giai đoạn tưới liên tục so với tổng t hời gian trồng là 11% trong vụ chiêmxuân và 49% trong vụ hè thu Việc quản lý nước mặt ruộng vụ chiêm xuân

hiệu quả hơn vụ hè thu do lượng mưa ít hơn, mối tương quan chặt chẽ giữa khí

CH4 và các yếu tố ảnh hưởng (mực nước ruộng, độ sâu 5 cm so với mặt ruộng,nhiệt độ đấ t, độ dẫn điện (EC), pH, thế oxy hóa khử của đất (Eh) Lượng CH4

giảm đáng kể khi mực nước giảm dưới 5 cm và khi Eh của đất trên 220 mV

Nguyễn Văn Tỉnh & Lê Xuân Quang (2017) nghiên cứu quản lý nước mặtruộng để giảm thải khí nhà kính là CH4 và N2O tại vùng đồng bằng sông Hồngcho biết quản lý ruộng lúa theo hướng tiết kiệm nước, thân thiện với môi trường(kỹ thuật tưới - khô xen kẽ) góp phần tiết kiệm nước, giảm phát thải khí nhà kính.Chế độ tưới khô vừa giúp tăng năng suất lúa so với tưới khô kiệt tuy nhiên chế độtưới khô kiệt sẽ hiệu quả hơn trong việc giảm phát thải khí CH4 Các tác giả cũng

có kết luận: Phát thải vụ mùa cao gấp 4 lần so với độ Đông Xuân, chiếm 49%lượng phát thải trong giai đoạn tưới tiêu gián đoạn Phát thải khí CH4 giảm khihàm lượng nước thể tích ở độ sâu 5 cm dưới 25%V và khi Eh trên 220 mV và sẽtăng lên khi pH dao động từ 6 đến 8

Nghiên cứu của Meijide & cs (2017) về quản lý nước làm giảm phát thải khígây hiệu ứng nhà kính tại Italia, cho thấy các ruộng lúa đóng vai trò là các nguồnphát thải khí nhà kính rất lớn với tiềm năng nóng lên toàn cầu là 1148 g CO2/

m2/năm trong năm 2009 và giảm 4 lần năm 2010, khoảng 289 g CO2/m2/năm Trong

cả 2 năm nghiên cứu, địa điểm nghiên cứu này là nguồn phát thải CH4 rất lớn Sựkhác nhau rất lớn về phát thải khí nhà kính giữa 2 năm xác định chủ yếu do sự phátthải CH4 thấp hơn trong năm 2010 (21,0 g CH4/m2 năm 2010 so với 37,4 g CH4/m2năm 2009) có thể do rút nước ở ruộng ngập vào giữa vụ năm 2010 và lượng CO2được đồng hoá không lớn lắm Các kết quả nghiên cứu cho thấy quản lý hợp lý mựcnước mặt ruộng sẽ làm giảm phát thải CH4 và làm giảm tiềm năng nóng lên toàn cầu

và giảm mất nước do bốc hơi mặt ruộng

Azeem & cs (2017) đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc rút nước đầu vụ đểlàm giảm phát thải CH4 và N2O từ đất có bón và không được bón phân hữu cơtrong mối quan hệ với các bon hữu cơ trong đ ất Kết quả nghiên cứu cho thấy sựkhoáng hoá nhanh các bon hữu cơ ở công thức đư ợc rút nước 2 lần trong vụ (đầu

và giữa vụ) dẫn tới tổng lượng phát thải CH4 thấp hơn so với công thức đư ợc rútnước 1 lần giữa vụ Tổng lượng phát thải CH4 đã giảm tương ứng 89% và 92% ởcác công thức bón thân lá ngô + phân đ ạm và rút nước 2 lần ở đất có hàm lượngcác bon thấp (1,4%) và đất có lượng các bon cao (2,2%) khi so sánh với các côngthức bón thân lá ngô + phân đạm nhưng chỉ rút

nước 1 lần giữa vụ Hiệu quả của việc rút nước đ ến sự phát thải CH4 do bónphân ủ chỉ thể hiện rõ ở đất có lượng các bon thấp với việc giảm 61% ở côngthức rút nước 2 lần so với rút nước 1 lần giữa vụ Sự phát thải N2O ở các côngthức không bón hữu cơ khi rút nước 2 lần cao hơn 87% so với công thức rút nước

1 lần giữa vụ ở đất có hàm lượng các bon thấp

Liang & cs (2016) đã nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ nước tới năngsuất lúa, lượng nước tưới và phát thải khí CH4 từ đất lúa nước tại Trung Quốc,

giống lai TY3618 với 3 chế độ nước khác nhau: tưới ngập 15 cm, để khô rồi lặp

lại (AWD15), tưới ngập 30 cm, đ ể khô rồi lặp lại (AWD30) và công thức tưới

ngập liên tục (CF); vụ lúa muộn sử dụng giống TY3618 và giống HFZ với 4 công

thức thí nghiệm về chế độ nước là: AWD15, AWD30, CF và FP là tưới theotruyền thống của người dân đ ịa phương Các kết quả cho thấy năng suất lúa ởcông thức AWD15 và AWD30 so với công thức CF là không có sự thay đ ổitrong khi lượng nước tưới và tổng lượng phát thải CH4 của 2 công thức tướiAWD thấp hơn so với công thức tưới ngập liên tục ở cả 2 vụ Trong vụ lúa muộn,

không có sự khác nhau về năng suất lúa giữa 4 công thức tưới đối với giống HFZ trong khi đối với giống TY361, năng suất hạt ở công thức AWD30 thấp hơn đáng

kể công thức AWD15 Lượng nước tưới ở công thức AWD15 và AWD30 thấphơn lần lượt là 19,4% và 29,7% nhưng hiệu suất tưới lại cao hơn lần lượt là 31,7-37,6% và 48,4-53,2% so với công thức tưới truyền thống Kết quả thí nghiệmcũng cho thấy không có sự sai khác về số nhánh đẻ cực đại, chỉ số diện tích lá,

tổng sinh khối thân lá ở cả 4 công thức tưới đối với giống HFZ Trong khi đối với giống TY3618, tốc độ tăng trưởng của lúa trong thời kỳ vào chắc hạt ở công

thức AWD30 thấp hơn đáng kể công thức CF và FP Cường độ phát thải CH4 ởcông thức AWD15 và AWD30 thấp hơn lần lượt là 37,4-45,7% và 61,1-77,1% sovới công thức FP

Matteo & cs (2016) đã nghiên cứu phát thải khí nhà kính trong đó có phátthải khí mê tan, dưới ảnh hưởng của kỹ thuật quản lý nước khác nhau gồm: tướingập liên tục theo truyền thống (WFL): gieo hạt khi đ ất khô, sau đó tư ới ngập(DFL) và thỉnh thoảng tưới (DIR) Kỹ thuật DFL đã làm gi ảm 59% tổng lượngphát thải CH4 so với WFL, trong khi kỹ thuật DIR đã triệt tiêu sự phát thải CH4

từ đất Hiệu quả giảm thiểu CH4 của kỹ thuật DFL so với WFL là tập trung giảmchủ yếu ở giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng của lúa Các kỹ thuật quản lý nướcbằng gieo hạt khi mặt ruộng khô và tưới ngập sau đó hoặc tưới gián đoạn có thể

góp phần giảm đ áng kể tiềm năng nóng lên toàn cầu của các hệ thống canh táclên tới 56% và 83% so với tưới ngập liên tục.

Trần Đăng Hoà & Hoàng Trọng Nghĩa (2016) nghiên cứu ảnh hưởng củachế độ tưới nước đến phát thải khí CH4, N2O và năng suất lúa trên đất phù sa cổtại Quảng Nam cho biết công thức tưới nước khô xen kẽ (AWD) không ảnhhưởng tới sinh trưởng, phát triển, năng suất lúa nhưng giảm sự phát thải khí nhàkính so với biện pháp tưới ngập thường xuyên Lượng phát thải CH4, tổng lượngkhí CO2 quy đ ổi ở chế độ tưới AWD lần lượt giảm 19,1-34,18% và 17,19-25,47%, chế độ tưới nước vừa đ ủ ẩm giảm 18,19-19,33% và 15,08-17,92% sovới chế độ tưới nước ngập thường xuyên

Nguyễn Đức Thành & cs (2016) nghiên cứu ảnh hưởng của nước tưới đếnphát thải CH4, N2O trên đất phù sa tại tỉnh Thừa Thiên - Huế cho kết luận công thứctưới ngập nước thường xuyên có sự phát thải khí CH4 cao hơn so với công thức tướiướt, khô xen kẽ, đạt 3,7 và 1,6 kg/ha/ngày trong vụ hè thu và Đông Xuân

Nghiên cứu của Xu & cs (2015) về ảnh hưởng của tưới tiết kiệm và giốnglúa chống hạn tới phát thải khí nhà kính từ ruộng trồng lúa không làm đất hoặclàm đ ất tối thiểu ở Hồ Bắc, Trung Quốc Nghiên cứu đư ợc tiến hành vào mùa

khô, 2 giống lúa FYY299 và HY3 ở những ruộng trồng lúa không làm đất với 3

chế độ nước khác nhau là: 1) ngập liên tục, 2) ngập kết hợp đôi khi ẩm và 3)ngập kết hợp đôi khi khô So sánh v ới công thức ngập liên tục (1) thì hai côngthức còn lại giảm phát thải CH4 tương ứng 60% và 83%

Huỳnh Quang Tín & cs (2015) đã nghiên c ứu ảnh hưởng của kỹ thuậttưới đến năng suất và phát thải CH4 trong sản xuất lúa tại tỉnh Tiền Giang chothấy năng suất lúa của công thức canh tác theo truyền thống (6,6 t/ha) thấp hơn

và khác biệt ý nghĩa với công th ức "1 phải 6 giảm" (Phải sử dụng giống xác

nhận; giảm lượng hạt giống; giảm bón thừa đạm; giảm lượng thuốc bảo vệ thực vật hoá học; giảm lượng nước tưới; giảm thất thoát sau thu hoạch và kỹ thuật trồng lúa giảm phát thải khí nhà kính) kết hợp tưới ngập xen kẽ (7,3 tấn/ha) và

công thức áp dụng quy trình "1 phải 5 giảm" (6,8 tấn/ha) Lợi nhuận từ công thứckết hợp "1 phải 6 giảm" + "ngập khô xen kẽ" cao hơn 7,4 triệu đồng/ha so vớicông thức đối chứng Công thức "1 phải 5 giảm" kết hợp tưới ngập khô xen kẽ;công thức áp dụng quy trình "1 phải 5 giảm" có số lần bơm nước ít hơn 50% đãtiết kiệm lượng nước rất đáng kể so với cách làm truy ền thống Áp dụng quy

trình "1 phải 5 giảm" kết hợp tưới ngập khô xen kẽ giảm lượng phát thải CH4

tương đương 5,9 tấn CO2/ha/vụ so với canh tác truyền thống

Pandey & cs (2014) đã nghiên cứu bón phân hữu cơ kết hợp với chế độtưới đến phát thải CH4 và N2O trên ruộng lúa tại Hà Nội, Việt Nam đã rút ra cáckết luận: So với công thức đối chứng (không bón phân hữu cơ kết hợp với chế độtưới luân phiên ẩm khô hoặc ngập thường xuyên) bón phân chuồng, phân ủ từrơm rạ, than sinh học từ rơm rạ đã làm tăng sự phát thải CH4 tương ứng là 230%,150% và 38% Khi tưới ẩm khô luân phiên, bón phân chuồng đã làm tăng sự phátthải N2O khoảng 30%, bón phân ủ và than sinh học từ rơm rạ, có lượng phát thải

N2O tương tự công thức đ ối chứng Khi tưới ngập thường xuyên, sự phát thải

N2O do bón phân chuồng và phân ủ từ rơm rạ cao hơn công thức đ ối chứngtương ứng là 40% và 35%

Huỳnh Quang Tín & cs (2012) nghiên cứu các mô hình canh tác lúa ítphát thải khí nhà kính tại tỉnh An Giang vụ Đông Xuân 2010-2011 có kết luận:

mô hình áp dụng tưới ngập khô xen kẽ và áp dụng phân đạm theo bảng so màu lácho năng suất lúa cao hơn 0,6-0,9 tấn/ha, lợi nhuận thu được cao hơn 8-13 triệuđồng/ha, và lượng khí CH4 phát thải cho cả vụ biến đ ộng từ 172,6 kg/ha đ ến252,2 kg/ha, thấp hơn 19-31% so với mô hình đ ối chứng (ngập nước liên tục).Phương pháp này còn giúp cây lúa chống đổ ngã phù hợp cho cơ giới hóa thuhoạch và giảm phân, thuốc hóa học

Shihong & cs (2012) nghiên cứu phát thải N2O và CH4 từ đất lúa do tướitiết kiệm tại tỉnh Jiangsu, Trung Quốc cho thấy tổng lượng CH4 phát thải từ trồnglúa là 2,47 g/m2 và 1,88 g/m2 năm 2006 và 2007 Trung bình giảm 79,1% so vớitưới ngập liên tục Trong 2 năm quan trắc, các tác giả thấy ở những ruộng đư ợc

đi ều tiết tưới, lượng CH4 phát thải với nồng đ ộ cao ở đầu vụ và giữa thời kỳ đẻnhánh Lượng CH4 và N2O được quy về CO2 đã phát thải trong thời kỳ lúa sinhtrưởng ở công thức tưới tiết kiểm đ ạt 788 kg CO2/ha, giảm 61,4% so với tướiliên tục

Nguyễn Văn Tỉnh & cs (2004) kết luận: cường đ ộ phát thải CH4 vàcường đ ộ bốc thoát hơi nước mặt ruộng ETa trong vụ mùa ở vùng đ ồng bằngsông Hồng có quan hệ chặt chẽ với nhau theo phương trình tuyến tính từ giaiđoạn cấy-hồi xanh đến đứng cái-làm đòng, đây là giai đo ạn cây phát triển mạnh

và có nhu cầu nước cao Do đó, nếu giảm được ETa, sẽ giảm được cường độ phátthải CH4 và ngược lại, nếu giảm được cường độ phát thải CH4 sẽ giảm ETa Vì

vậy cần lựa chọn thời đi ểm rút nước phơi ruộng hợp lý để giảm thiểu phát thải

CH4, giảm lượng nước tưới, thúc đẩy quá trình sinh trưởng và tăng năng suất lúa

2.5.2 Áp dụng kỹ thuật canh tác hợp lý

Hiện nay có rất nhiều kỹ thuật được áp dụng và mang lại hiệu quả rất caotrong việc hạn chế phát thải khí nhà kính nói chung và CH4 nói riêng

Lưu Thế Anh & cs (2020) nghiên cứu đo đạc lượng phát thải CH 4 từ hai

hệ thống canh tác lúa nước gồm: chuyên 2 vụ lúa và 2 vụ lúa + 1 vụ màu tại xãTrực Hùng, huyện Trực Ninh, tỉnh Nam Định cho thấy, lượng khí thải CH4 trongruộng chuyên 2 vụ lúa đạt cực đại là 413,7 mg/m 2/ngày sau 61-67 ngày cấy;trong khi lượng phát thải CH4 trong ruộng 2 vụ lúa + 1 vụ màu đạt cực đại là540,6 mg/m2/ngày sau 73-77 ngày cấy Sự khác nhau này được giải thích do chế

độ bón phân khác nhau giữa hai phương thức canh tác Ruộng chuyên 2 vụ lúachủ yếu sử dụng phân bón vô cơ nên cây trồng dễ hấp thu hơn và cây lúa sinhtrưởng nhanh hơn, do đó đỉnh phát thải khí CH 4 cũng sớm hơn Trong khi ruộngtrồng 2 vụ lúa + 1 vụ màu chủ yếu bón phân chuồng hoai mục (phân compost)nên phải mất một thời gian để vi sinh vật phân giải, khiến cho giai đoạn phân hoáđòng của lúa muộn hơn và đỉnh phát thải khí CH4 cũng chậm hơn Đây là lý dogiải thích cho lượng CH4 phát thải trong đất trồng 2 vụ lúa + 1 vụ màu (quy đổitương đương 2,668 tấn CO2/tấn thóc) cao hơn so với đất chuyên 2 vụ lúa (quyđổi tương đương 2,194 tấn CO2/tấn thóc)

Gupta & cs (2016) đã nghiên cứu tác dụng của việc hạn chế phát thải khínhà kính ở hệ thống canh tác lúa gạo - lúa mì thông qua biện pháp trồng, tưới vàbón phân tại New Delhi thấy rằng khi áp dụng 2 kỹ thuật canh tác: thứ nhất là

"Không cấy lúa mì - gieo sạ lúa gạo" và "Không cấy lúa mì kết hợp bón rơm rạ

vụ trước - gieo sạ lúa gạo" kết quả là tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) giảm

so với của công thức đối chứng "canh tác lúa mì có điều chỉnh (CTW) - cấy lúagạo ruộng ngập (TPR)" từ 44-47% mà không làm giảm năng suất Điều này là do

CH4 phát thải thấp (82,3-87,2%) ở kỹ thuật gieo sạ trực tiếp (DSR) do đất không

bị yếm khí so với cấy lúa trên ruộng ướt (TPR)

Jain & cs (2014) đã nghiên cứu ảnh hưởng của các kỹ thuật canh tác lúacải tiến (SRI - System of Rice Improvement) tới giảm phát thải khí nhà kính tạiViện nghiên cứu nông nghiệp Ấn Độ, thành phố New Delhi thấy rằng lượng khí

CH4 phát thải cao nhất theo mùa ở công thức đ ối chứng (22,59 kg/ha) và thấpnhất ở công thức áp dụng kỹ thuật MSRI (kỹ thuật MSRI là kỹ thuật được điềuchỉnh từ kỹ thuật SRI) (8,16 kg/ha) tương đương giảm 61,1% và 64% Áp dụng

kỹ thuật SRI và MSRI làm giảm 36% nước tới và giảm 4,42% và 2,2% về năngsuất hạt so với công thức đối chứng.

Chen & cs (2013) nghiên cứu về ảnh hưởng của mật độ cấy tới phát thảikhí CO2, CH4 và N2O từ đất tại Trung Quốc Mật độ cấy là 24 (theo tập quán),

16, 8 và 0 khóm/m2 Ở công thức lúa không trồng lúa (mật độ 0) cường độ phátthải CH4 đạt 1,9 ± 0,4 mgC/m2/giờ Ở mật độ 24 khóm/m2, lượng phát thải CH4

là 156 ± 7 kgC/ha, mật độ cấy 8 khóm/m2 có lượng phát thải thấp hơn công thứccấy mật đ ộ 24 khóm/m2 (P<0,05) Công thức cấy 16 khóm/m2 có giá trị lượngphát thải CH4 so với năng suất lúa là thấp nhất Mật độ cấy 16 khóm/m2 là mật

độ tốt nhất cân bằng giữa năng suất lúa với lượng phát thải khí nhà kính

2.5.3 Lựa chọn giống lúa trồng có phát thải khí mê tan thấp từ đất

Nghiên cứu của Xu & cs (2015) về ảnh hưởng của tưới tiết kiệm và giốnglúa chống hạn tới phát thải khí nhà kính từ ruộng trồng lúa ở Trung Quốc

Nghiên cứu được tiến hành vào mùa khô, với 2 giống lúa FYY299 và HY3 Các

tác giả cũng thấy giống lúa cũng có ảnh hưởng tới năng suất, cường độ phát thảikhí nhà kính nói chung và khí CH4 nói riêng ở các chế độ nước mặt ruộng khác

nhau Giống chống hạn HY3 duy trì được năng suất, tiết kiệm nước tưới và giảm

khí nhà kính nói chung ở chế độ tưới ngập kết hợp ẩm xen kẽ so với giống

FYY299 là giống địa phương được trồng phổ biến.

Nghiên cứu của Gutierrez & cs (2013) về giống lúa tới phát thải khí CH4 vànăng suất lúa tại Hàn Quốc cho thấy qua khảo sát 8 giống Japonica trên cùng mộtloại đất Các tác giả đã nghiên cứu các giống lúa chín sớm 111 ngày với số ngàyngập nước 97 ngày và giống chính muộn 135 ngày trong đó có 121 ngày ngập nướcthấy rằng, năng suất lúa có sự khác nhau giữa các giống nhưng không phụ thuộc vàocác giống chín sớm hay chín muộn Cường độ phát thải khí CH4 trung bình đ ạt từ0,15-0,37 g/m2/ngày và tổng lượng phát thải đ ạt 20,0-50,0 g/m2/ngày Tuy nhiên,các giống ngắn ngày, tổng lượng phát thải khí CH4 cũng không giảm so với giốngdài ngày do thời kỳ chín, cây lúa phát thải không đáng kể

Jiang & cs (2013) đã nghiên cứu so sánh năng suất và phát thải CH4 của 2giống lúa, giống siêu cao sản Ningjing 1 và giống truyền thống Zhendao 11 tạiTrung Quốc Kết quả cho thấy chưa có sự sai khác về sinh khối giữa hai giốngnày Năng suất hạt của giống Ningjing 1 cao hơn trên 35% (P<0,05) nhưng lượngphát thải CH4 thấp hơn 35,2% (P<0,05) so với giống Zhendao 11 GiốngNingjing 1, lượng CH4 phát thải so với sinh khối và so với năng suất hạt tương