Luận án Tiến sĩ Khoa học đất: 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

Chia sẻ: Tomjerry | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:176

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án này là đánh giá việc ảnh hưởng của biện pháp canh tác lúa nước tại vùng đồng bằng sông Hồng như: sử dụng giống lúa ít phát thải CH4, áp dụng mật độ cấy thích 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 thải khí mê tan từ đất, duy trì năng suất lúa.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học đất: 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

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN ĐỨC HÙNG 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP – 2021
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN ĐỨC HÙNG 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 Ngành: Khoa học đất Mã số: 9.62.01.03 Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Nguyễn Hữu 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 i
LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy giáo, cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng, biết ơn sâu sắc tới Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Hữu Thành là thầy hướng dẫn của tôi, người đã dành nhiều công sức, thời gian, tạo điều 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 trình học 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 hoàn thành Luận án. Trân trọng. Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Nghiên cứu sinh Nguyễn Đức Hùng ii
MỤC LỤC Lời cam đoan .................................................................................................................... i Lời cảm ơn ....................................................................................................................... ii Mục lục ........................................................................................................................... iii Danh mục chữ viết tắt ..................................................................................................... vi Danh mục bảng .............................................................................................................. vii Danh mục đồ thị ............................................................................................................ viii Danh mục hình ................................................................................................................ ix Trích yếu luận án ..............................................................................................................x Thesis abstract................................................................................................................ xii Phần 1. Mở đầu ...............................................................................................................1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................1 1.2. Mục tiêu của đề tài ................................................................................................2 1.3. Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................3 1.4. Những đóng góp mới của luận án .........................................................................3 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..............................................................3 1.5.1. Ý nghĩa khoa học ..................................................................................................3 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn ...................................................................................................4 Phần 2. Tổng quan nghiên cứu ......................................................................................5 2.1. Phát thải khí nhà kính và biến đổi khí hậu ............................................................5 2.1.1. Mê tan, khí gây hiệu ứng nhà kính .......................................................................6 2.1.2. Các nguồn phát thải khí CH4 ................................................................................7 2.1.3. Ruộng lúa là một nguồn phát thải khí mê tan .......................................................9 2.2. Các con đường phát thải khí ch4 từ ruộng lúa.....................................................10 2.3. Các yếu tố Ảnh hưởng tới sự phát thải khí CH4 .................................................11 2.3.1. Ảnh hưởng của pH đất và thế năng oxy hoá - khử (Eh) của đất .........................11 2.3.2. Ảnh hưởng của thành phần cơ giới đất ...............................................................14 2.3.3. Ảnh hưởng của loại đất .......................................................................................16 2.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ ......................................................................................17 2.3.5. Ảnh hưởng của bón phân và vật liệu hữu cơ ......................................................18 2.3.6. Ảnh hưởng của thuốc bảo vệ thực vật ................................................................20 iii
2.3.7. Ảnh hưởng của các biện pháp canh tác khác ......................................................20 2.4. Một số phương pháp xác định ch4 phát thải từ đất .............................................22 2.5. Một số biện pháp làm giảm phát thải CH4 ..........................................................26 2.5.1. Quản lý chế độ nước tưới....................................................................................26 2.5.2. Áp dụng kỹ thuật canh tác hợp lý .......................................................................32 2.5.3. Lựa chọn giống lúa trồng có phát thải khí mê tan thấp từ đất ............................33 2.5.4. Bón phân hợp lý làm giảm phát thải khí mê tan .................................................36 2.5.5. Sử dụng một số hợp chất khác bón vào đất làm giảm phát thải CH4..................38 2.6. Nhận xét chung về tổng quan tài liệu và vấn đề nghiên cứu sinh hướng tới trong nghiên cứu .................................................................................................39 Phần 3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ..........................................................41 3.1. Địa điểm nghiên cứu ...........................................................................................41 3.2. Thời gian nghiên cứu ..........................................................................................41 3.3. Vật liệu thí nghiệm..............................................................................................41 3.4. Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................41 3.5. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................42 3.5.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp .................................................................42 3.5.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm ...........................................................................42 3.5.3. Phương pháp lấy mẫu .........................................................................................45 3.5.4. Phương pháp phân tích .......................................................................................46 3.5.5. Phương pháp tính tổng lượng khí CH4 phát thải.................................................47 3.5.6. Phương pháp đo một số yếu tố ảnh hưởng tới phát thải khí mê tan ...................48 3.5.7. Phương pháp sản xuất than sinh học ...................................................................48 3.5.8. Phương pháp ủ phân compost từ rơm .................................................................48 3.5.9. Phương pháp xử lý số liệu và phân tích thống kê tương quan hồi quy ...............49 Phần 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận ...................................................................51 4.1. Đặc điểm tự nhiên vùng đồng bằng sông Hồng ..................................................51 4.1.1. Khái quát chung về vùng đồng bằng sông Hồng ................................................51 4.1.2. Đặc điểm khí hậu ................................................................................................51 4.1.3. Tài nguyên nước .................................................................................................54 4.1.4. Hiện trạng sử dụng đất và diện tích các nhóm đất chính trồng lúa .....................55 4.2. Hiện trạng canh tác lúa nước vùng đồng bằng sông Hồng.....................................58 iv
4.2.1. Diện tích đất lúa nước vùng đồng bằng sông Hồng ............................................58 4.2.2. Đặc điểm canh tác lúa nước vùng đồng bằng sông Hồng ...................................59 4.2.3. Cơ cấu giống lúa theo mùa vụ vùng đồng bằng sông Hồng ...............................62 4.3. Ảnh hưởng của một số biện pháp kỹ thuật canh tác đến phát thải khí CH4 từ đất ...................................................................................................................66 4.3.1. Đặc điểm của đất thí nghiệm và diễn biến nhiệt độ khi lấy mẫu ........................66 4.3.2. Sử dụng giống lúa có lượng phát thải CH4 thấp .................................................69 4.3.3. Ảnh hưởng của mật độ cấy tới phát thải khí CH4 từ đất ........................................82 4.3.4. Ảnh hưởng của vật liệu hữu cơ bón vào đất tới lượng CH4 phát thải .................93 4.4. Đề xuất một số kỹ thuật canh tác giảm thiểu phát thải khí mê tan trên đất phù sa trung tính vùng đồng bằng sông Hồng ..................................................103 Phần 5. Kết luận và đề nghị .......................................................................................105 5.1. Kết luận .............................................................................................................105 5.2. Đề nghị ..............................................................................................................106 Danh mục công trình đã công bố liên quan đến luận án ...............................................108 Tài liệu tham khảo ........................................................................................................109 Phụ lục ..........................................................................................................................121 v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt BĐKH Biến đổi khí hậu BT7 Giống Bắc Thơm số 7 BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường CH4 Khí mê tan CO2 Khí cacbonic CS Cộng sự CT Công thức ĐBSH Đồng bằng sông Hồng ĐC Đối chứng Eh Thế ôxy hoá - khử FID Flame ionlized Detector (Đầu dò ion hóa ngọn lửa) GC Gas chromatoghraphy (Sắc ký khí) TKST Thời kỳ sinh trưởng Gt Gigaton - 109 (Tỷ tấn) GWP Global warming potentials (Tiềm năng nóng lên toàn cầu) IPCC Intergovermental Panel on Climate Change (Cơ quan liên chính phủ về biến đổi khí hậu) IRRI International Rice Research Institute (Viện lúa quốc tế) KD18 Giống Khang Dân 18 KNK Khí nhà kính ppb Parts per billion (Phần tỷ) ppm Parts per million (Phần triệu) ppmv Parts per million volume (Phần triệu thể tích) Q5 Giống Q5 SRI System rice intensification) (Hệ thống thâm canh lúa cải tiến) TB Trung bình Tg Teragam - 1012 (Triệu tấn) UNFCCC United nations framwork convention on climate change (Công ước khung của Liên hợp quốc tế về Biến đổi khí hậu) vi
DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 2.1. Phát thải Khí nhà kính năm 2010 trong lĩnh vực nông nghiệp .............................7 2.2. Phát thải khí nhà kính các năm 1994, 2000, 2010 theo lĩnh vực ..........................7 2.3. Ước tính lượng thải khí mê tan từ các nguồn khác nhau ......................................8 2.4. Một số phản ứng oxy hóa-khử quan trọng trong đất...........................................12 2.5. Thành phần cơ giới của 3 loại đất nghiên cứu tại Texas, Mỹ .............................14 2.6. CH4 phát thải và thành phần cơ giới đất .............................................................14 3.1. Một số tính chất của vật liệu hữu cơ được chế biến từ rơm rạ ...........................49 4.1. Hiện trạng sử dụng đất vùng đồng bằng sông Hồng ...........................................56 4.2. Diện tích các nhóm đất chính trồng lúa vùng đồng bằng sông Hồng ................57 4.3. Diện tích, năng suất và sản lượng và hệ số sử dụng đất lúa các vùng trên toàn quốc năm 2018 ............................................................................................58 4.4. Liều lượng NPK bón cho lúa trong vùng nghiên cứu .........................................60 4.5. Liều lượng phân ngành nông nghiệp khuyến cáo bón cho lúa ...........................61 4.6. Cơ cấu giống lúa và diện tích gieo trồng vùng đồng bằng sông Hồng năm 2014.............................................................................................................65 4.7. Một số tính chất lý hoá đất trước thí nghiệm ......................................................66 4.8. Cơ cấu giống lúa thuần vùng đồng bằng sông Hồng ..........................................69 4.9. Lượng CH4 phát thải trung bình từ đất trồng giống lúa thí nghiệm ..........................76 4.10. Ước tính lượng CH4 phát thải hằng năm của 3 giống lúa thí nghiệm vùng đồng bằng sông Hồng .........................................................................................77 4.11. Các yếu tố cấu thành năng suất 3 giống lúa thí nghiệm......................................79 4.12. Các yếu tố cấu thành năng suất lúa ở các mức mật độ cấy khác nhau ...............90 4.13. Năng suất lúa trồng mật độ khác nhau trên đất phù sa sông Hồng .....................91 4.14. Lượng CH4 phát thải so với năng suất lúa ..........................................................92 4.15. Hệ số tương quan Pearson giữa phát thải CH4 với Eh đất, nhiệt độ và mực nước mặt ruộng .................................................................................................101 4.16. Ảnh hưởng của vật liệu hưu cơ tới phát thải CH4 và năng suất lúa ..................102 vii
DANH MỤC ĐỒ THỊ TT Tên đồ thị Trang 2.1. Tỷ lệ khí nhà kính phát thải trên thế giới .................................................................6 2.2. Phát thải CH4 trong nông nghiệp .............................................................................8 2.3. Phương trình tương quan giữa lượng CH4 phát thải với % cát ..............................15 4.1. Diễn biến một số yếu tố khí tượng vùng đồng bằng sông Hồng năm 2015, 2016..............................................................................................................54 4.2. Cơ cấu đất đai vùng đồng bằng sông Hồng ...........................................................55 4.3. Nhiệt độ đất và không khí thời điểm lấy mẫu vụ xuân và mùa 2015, 2016 ..........68 4.4. Giá trị Eh và mực nước mặt ruộng của các công thức thí nghiệm.........................71 4.5. Động thái phát thải CH4 của 3 giống lúa KD18, BT7, Q5.....................................75 4.6. Diễn biến Eh đất tại điểm thí nghiệm ....................................................................83 4.7. Động thái phát thải CH4 tại các công thức thí nghiệm ..........................................86 4.8. Tổng lượng phát thải CH4 tại các công thức thí nghiệm........................................89 4.9. Động thái biến đổi Eh đất và mực nước mặt ruộng thí nghiệm .............................95 4.10. Động thái phát thải CH4 tại công thức thí nghiệm .................................................97 4.11. Tổng luỹ kế lượng CH4 phát thải từ đất theo thời gian ........................................101 viii
DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 2.1. Sơ đồ vận chuyển khí CH4 từ đất trồng lúa theo 3 con đường .............................. 10 2.2. Sơ đồ vận chuyển CH4 qua thân cây lúa ................................................................ 11 2.3. Phương pháp lấy mẫu khí CH4 bằng buồng kín..................................................... 22 2.4. Một trạm đo các thông số đa biến trong không gian tại Philippin ......................... 25 3.1. Cấu tạo của buồng kín lấy mẫu .............................................................................. 45 3.2. Hình ảnh thực tế quá trình lấy mẫu khí CH4 từ ruộng lúa ..................................... 46 4.1. Sơ đồ di chuyển khí mê tan từ đất vào khí quyển qua thân cây lúa ....................... 84 ix
TRÍCH YẾU LUẬN ÁN Tên tác giả: Nguyễn Đức Hùng Tên luận án: 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. Ngành: Khoa học đất Mã số: 9.62.01.03 Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu áp dụng 3 biện pháp canh tác nhằm hạn chế phát thải khí mê tan từ ruộng trồng lúa nước trên đất phù sa trung tính vùng đồng bằng sông Hồng. 1. Khảo sát, sử dụng giống lúa thuần có lượng phát thải khí mê tan thấp (Oryza sativa L. subsp. Indica); 2. Cấy mật độ khác nhau; 3. Bón các dạng vật liệu hữu cơ khác nhau được sản xuất từ rơm rạ cho lúa. Nhằm giảm lượng khí mê tan phát thải từ ruộng lúa, từ kết quả nghiên cứu, đề xuất biện pháp canh tác tối ưu nhằm giảm phát thải CH4, duy trình năng suất lúa ở vùng đồng bằng sông Hồng. Luận án đã áp dụng những phương pháp nghiên cứu chính sau đây: Sử dụng phương pháp bố trí thí nghiệm theo khối hoàn toàn ngẫu nhiên (RCBD – Ramdomized Compete Block Design) để bố trí các thí nghiệm trên đất phù sa sông Hồng trung tính không được bồi hằng năm. Sử dụng phương pháp buồng kín (closed chamber) chụp trên ruộng lúa để thu mẫu khí phát thải từ đất, phân tích nồng độ CH4 trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp sắc ký khí (Gas Chromatography). Kết quả chính và kết luận 1. Ảnh hưởng của giống lúa thuần tới phát thải khí mê tan, khảo sát sự phát thải khí mê tan của 3 giống lúa thuần trồng phổ biến nhất ở miền Bắc Việt Nam là các giống Khang dân 18, Bắc thơm số 7 và Q5. Đất trồng giống Q5 có cường độ phát thải cao hơn giống Khang Dân 18 và Bắc Thơm 7 ở thời kỳ cây lúa đẻ nhánh rộ đến làm đòng cả vụ xuân và vụ mùa. lượng phát thải của giống Q5 đạt trung bình 147,26-188,7 kg CH4-C/ha vụ xuân, 256,97-260,86 kg CH4-C/ha vụ mùa. Đất trồng giống Khang Dân 18 phát thải trung bình 125,91-156,51 kg CH4-C/ha vụ xuân, 232,13-233,93 kg CH4-C/ha vụ mùa, tổng lượng phát thải CH4 thấp hơn so với đất trồng giống Q5 vụ xuân từ 17-20% và vụ mùa từ 10-11%. x
Đất trồng giống Bắc Thơm 7 có lượng phát thải trung bình thấp nhất trong 3 giống làm thí nghiệm. Tổng lượng phát thải vụ xuân từ 106,68-152,69 kg CH4-C/ha và vụ mùa từ 222,41-224,58 kg CH4-C/ha, thấp hơn phát thải từ đất trồng giống Q5 từ 23- 38% vụ xuân và 14-17% vụ mùa. Hiệu quả về mặt môi trường trong vụ xuân, tương quan giữa lượng phát thải CH4 với năng suất lúa tạo ra cho thấy trồng giống Q5 cho hiệu quả thấp nhất khi chỉ đạt 2,45 kg CH4-C/tạ thóc trong khi của giống Khang Dân18 và Bắc Thơm 7 lần lượt là 2,22 và 2,40 kg CH4-C/tạ thóc. Vụ mùa, hiệu quả về mặt môi trường, đối với đất trồng giống Q5 lại cho hiệu quả cao nhất khi đạt 3,82 kg CH4-C/tạ thóc trong khi của giống Khang Dân 18 và Bắc Thơm 7 là 4,06 và 4,14 kg CH4-C/tạ thóc. 2. Ảnh hưởng của mật độ cấy tới phát thải khí mê tan với các công thức cấy D1 24-25 khóm/m2; công thức D2 34-35 khóm/m2 và công thức D3 44-45 khóm/m2. Ở các giai đoạn sinh trưởng, mật độ khác nhau không ảnh hưởng tới cường độ phát thải CH4. Tổng lượng phát thải CH4 công thức D1 vụ Xuân 118,31-161,11 kg CH4- C/ha và vụ mùa 216,38-218,90 kg CH4-C/ha. Công thức D2 vụ Xuân đạt 121,87-169,02 kg CH4-C/ha, vụ Mùa đạt 226,46-231,38 kg CH4-C/ha. Công thức D3 vụ Xuân đạt 127,37-185,09 kg CH4-C/ha và vụ Mùa 241,78-243,11 kg CH4-C/ha. Tổng lượng phát thải CH4 công thức D3, vụ Mùa, cao hơn D1 khoảng 1,11 lần. Ngoài ra chưa thấy có sự khác biệt nào khác giữa các công thức, các vụ. Năng suất lúa công thức D1 cao hơn D3, vụ Xuân cao hơn 1,19 – 1,46 lần và vụ Mùa cao hơn 1,21 – 1,25 lần. Năng suất lúa công thức D2 chưa có sự khác biệt so với 2 công thức còn lại. 3. Bón vật liệu hữu cơ khác nhau sản xuất từ rơm rạ tới phát thải khí mê tan từ ruộng lúa nước. Kết quả nghiên cứu vụ xuân và mùa cho thấy chỉ bón phân khoáng, phát thải CH4 thấp nhất 126,4-152,8 kgCH4-C/ha và 234,2-237,2 kgCH4-C/ha, năng suất lúa cao nhất, đạt 63,6-64,2 tạ/ha và 54,6-58,3 tạ/ha. Bón rơm phát thải CH4 cao nhất, năng suất lúa thấp nhất. So với chỉ bón phân khoáng, bón rơm làm tăng CH4 phát thải vụ Xuân và vụ Mùa tương ứng 23,6-24,4% và 27,4-32,1%, năng suất lúa giảm tương ứng 23,4- 28,9% và 11,2-17,0% trong 2 vụ. Bón than sinh học, phát thải CH4 giảm so với bón rơm tương ứng 18,6-23,3% và 15,4-23,2%. Bón compost, giảm phát thải CH4 so với bón rơm tương ứng 10,3-19,3% và 7,3-17,2%. Bón compost, năng suất lúa không giảm so với bón phân khoáng, so với bón rơm tăng 19,8%-26,3% và 3,8-15,8%. xi
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 emission from 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 Khang Dan 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 CH4 emission from paddy soil cultivated Khang Dan 18 variety was 125.91- 156.51 kg CH4-C ha-1 in spring season, lower than that of Q5 17-20% and 232.13- 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 106.68- 152.69 kg CH4-C ha-1 in spring season, 23-38% lower than that of Q5 variety and 222.41-224.58 kg CH4-C ha-1 in summer season, lower than the emission from soil cultivated Q5 14-17%. xii
In term of CH4 emission per grain yield, the Q5 was the lowest of 2,45 kg CH4- C/100 kg while the Khang Dan 18 and Bac Thom 7 varieties emission were 2,22 and 2,40 kg CH4-C/100 kg in spring season. The emission per grain yield of Q5 variety, in summer season, was the lowest of 3,82 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 Red river delta. In different growing stages, the methane emission in all treatments were not significant 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 Sping season 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 D2 was 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 kgCH4-C ha-1 and 234,2-237,2 kgCH4-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 CH4 reached the highest level while the rice yield was lowest. The seasonal emission of 157.3 - 188.9 and 302.3 - 309.5 kgCH4-C.ha-1 respectively, 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 kgCH4-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 kgCH4-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- 62.9x102 and 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. xiii
PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Biến đổi khí hậu (BĐKH) đang diễn ra từng ngày và có ảnh hưởng trực tiếp lên đời sống, sức khỏe và tính mạng của con người cũng như sự sống trên Trái đất. Đây được xem là vấn đề môi trường cấp thiết nhất tác động tới tiến trình phát triển bền vững hiện nay tại Việt Nam cũng như trên thế giới. Nếu không có các hành động ứng phó kịp thời, biến đổi khí hậu sẽ làm một hiểm họa nghiêm trọng đối với con người. Theo IPCC (2014), trong mỗi 3 thập niên gần nhất, nhiệt độ bề mặt trái đất 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 đoạn 1880-2012. Giai đoạn 1998-2012, 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 đoạn giữa năm 1971 và 2010, ước tính tầng nước mặt đã tăng 0,11°C mỗi thập niên trong giai đoạn này. Lượng băng ở Bắc cực giảm trung bình 3,5%-4,1% trong giai đoạn 1979-2012. Mực nước biển tăng trung bình 0,19 m giai đoạn từ năm 1901-2010. Lượng mưa có xu hướng tăng ở vùng phía bắc của vĩ độ Bắc 30° trong giai đoạn 1900-2005. Từ năm 1970 tới nay, hạn hán thường xuyên xảy ra ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Các cơn bão mạnh và có quỹ đạo bất thường gia tăng. Hiện tượng El Nino xảy ra thường xuyên hơn. Nguyên nhân của biến đổi khí hậu do sự gia tăng nồng độ các khí nhà kính. Tổng lượng khí nhà kính phát thải năm 2010 đạt 49±4,5 tỷ tấn CO2 tương đương/năm. Phát thải CO2 do đốt nguyên liệu hoá thạch và sản xuất công nghiệp chiếm 78% tổng lượng tăng phát thải trong giai đoạn 1970-2010. Nồng độ khí các 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 thải vào khí quyển ước tính 2040±310 tỷ tấn CO2 tương đương. Các đại dương hấp thụ khoảng 30% khí CO2 đã phát thải vào khí quyển, gây ra hiện tượng axít hoá nước biển. Nồng độ khí CO2 tăng nhanh nhất ở mức 2,0 ppm/năm trong giai đoạn các năm 2002-2011. Nồng độ khí mê tan ổn định kể từ sau thập nhiên 1990, 1
từ năm 2007 ghi nhận nồng độ khí này bắt đầu tăng. Nồng độ khí N2O tăng liên tục 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 Việt Nam cho Công ước khung của Liên hợp quốc và Biến đổi khí hậu, tổng lượng phát thải khí nhà kính tại Việt Nam là 246,8 triệu tấn CO2 tương đương, trong đó lĩnh vực nông nghiệp phát thải 88.345,7 tấn CO2 tương đương, chiếm 33,2%, chủ yếu 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 cây lương 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 nguồn phát thải CH4 rất lớn. Nếu không có biện pháp giảm thải thích hợp thì sẽ làm tăng nhanh hiệu ứng nhà kính trên trái đất. Canh tác lúa giảm thiểu phát thải khí mê tan có rất nhiều biện pháp khác nhau như can thiệp bằng các hoá chất để ngăn hình thành và phát thải, quản lý chế độ nước tưới... tuy nhiên các biện pháp này sẽ gây tốn kém do phải đầu tư hoá chất cần thiết hay hệ thống tưới tiêu hiện đại. Biện pháp làm giảm phát thải khí mê tan phổ biến trên thế giới hiện nay là quản lý việc trồng lúa như sử dụng giống 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 quả giảm 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 đồng bằng sông Hồng như: sử dụng giống lúa ít phát thải CH4, áp dụng mật độ cấy thích 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 thải khí mê tan từ đất, duy trì năng suất lúa. 2
Từ đó đưa ra khuyến cáo áp dụng biện pháp canh tác hợp lý để giảm phát thải 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 đồng bằng sông Hồng do đây là loại đất có độ phì cao, rất thích hợp với cây lúa, diện tích khá lớn và là loại đất đặc trưng của đất phù sa vùng đồng bằng sông Hồng. Các thí nghiệm được bố trí trong vụ xuân và vụ mùa năm 2015-2016. Các thí nghiệm được tưới ngập liên tục từ đầu tới cuối vụ. Sử dụng 3 giống lúa thuần Khang 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 Khang Dân 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 độ cấy thưa, trung bình và cấy dày, công thức áp dụng mật độ cấy thưa vừa có tác dụng làm tăng năng suất lúa vừa có tác dụng làm 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 và phân 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 compost làm từ rơm vửa có tác dụng làm giảm phát thải khí mê tan từ đất, vừa có tác dụng duy 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 khí nhà kính nói chung trong canh tác lúa là vấn đề thời sự trong bối cảnh hiện tượng nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu đang diễn ra ngày càng mạnh, ảnh hưởng tới đời sống của hàng triệu người trên thế giới. Hướng áp dụng các biện pháp canh tác lúa cải tiến, đúng kỹ thuật như trồng giống lúa phát thải mê tan thấp, mật độ cấy thích hợp hay sử dụng bón vật liệu hữu cơ thích hợp cũng là một trong những cách làm giảm phát thải. Nghiên cứu này góp phần làm sáng tỏ việc áp dụng các biện pháp canh tác thích hợp và chỉ ra hiệu quả giảm phát thải khí mê tan khi canh tác lúa nước trên đất phù sa trung tính vùng đồng bằng sông Hồng. 3
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 nhà kính nói chung trong canh tác lúa nước, từ đó áp dụng các biện pháp canh tác thích hợp như chọn giống lúa có lượng phát thải khí mê tan thấp, cấy mật độ thưa hoặc chế biến rơm rạ thành phân compost bón cho lúa vừa có tác dụng cung cấp chất hữu cơ cho đất, vừa giảm phát thải khí mê tan và duy trì năng suất lúa. 4
PHẦN 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1. 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 tăng lên không ngừng của KNK mà chủ yếu là sử dụng nguyên liệu hóa thạch, phá rừng. Theo báo cáo khoa học lần thứ 4 của Ủy ban Liên chính phủ về thay đổi khí hậu, IPCC năm 2007, nồng độ khí CO2 tăng 280 ppmv lên 379 ppmv, khí mê tan tăng từ 715 ppbv lên 1774 ppbv và N2O cũng tăng từ 270 ppbv lên trên 319 ppbv. Lượng phát thải KNK do đốt nhiên liệu hóa thạch hằng năm phát thải từ 6,4 tỷ tấn CO2 trong thập kỷ 90 của thế kỷ trước đã lên tới 7,2 tỷ tấn hằng năm trong giai đoạn 2000 – 2005. Tác động của BĐKH trên phạm vi toàn cầu hơn 100 năm qua có những biểu hiện chính: - Nhiệt độ trung bình tăng khoảng 0,7°C trong kỳ 1906 – 2005, tốc độ 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 tăng thêm 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 đới 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 đổi là nhiệt độ trung bình năm tăng 0,1°C mỗi thập niên; mực nước biển dâng 5 cm mỗi thập niên, sẽ dâng 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 bão xảy ra thường xuyên, với mức độ tàn phá nặng nề hơn. 5