- ẢNH HƯỞNG CỦA HAI LOẠI BIOCHAR TRẤU ĐẾN SỰ PHÁT THẢI KHÍ CH 4. - Biochar trấu, đất lúa ngập nước, phát thải CH 4 , phát thải N 2 O. - Khí CH 4 và N 2 O từ đất trồng lúa đĩng vai trị quan trọng trong giảm phát thải khí nhà kính. - Nghiên cứu được thực hiện nhằm so sánh sự phát thải CH 4 và N 2 O khi bổ sung 2 loại biochar trấu khác nhau. - Các nghiệm thức bổ sung RB-lab hoặc RB giảm phát thải CH 4 cĩ ý nghĩa so với đối chứng (p<0,05). - N 2 O phát thải khơng đáng kể trong điều kiện đất ngập nước liên tục trong phịng thí nghiệm. - Bổ sung 1% RB cho hiệu quả giảm phát thải tốt hơn so với RB-lab.. - Ảnh hưởng của hai loại biochar trấu đến sự phát thải khí CH 4 và N 2 O từ đất phù sa trong điều kiện phịng thí nghiệm. - là khí phát thải nhiều nhất trong điều kiện ngập nước. - và là khí gây phát thải hiệu ứng nhà kính lớn thứ hai sau CO 2 , đĩng gĩp lớn vào phát thải tiềm năng ấm lên tồn cầu (GWP) chiếm khoảng 78% tổng lượng CO 2eq. - (CO 2 tương đương) phát thải tồn cầu (Tsuruta et al., 1998). - (2012) sản xuất nơng nghiệp chiếm 50,63% lượng phát thải CH 4 . - Hằng năm ở Việt Nam, theo MONRE (2010) tổng lượng phát thải CH 4 từ hoạt động trồng lúa là 37,43 triệu tấn, chiếm 58% tổng lượng CH 4 từ hoạt động nơng nghiệp, xếp thứ 11 trên thế giới.. - Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng biochar cĩ thể đĩng vai trị chính trong việc giảm phát thải GHGs từ ruộng lúa (Spokas et al., 2009. - Tuy nhiên, hiệu quả của việc bổ sung biochar vào đất sẽ làm giảm sự phát thải CH 4 khơng hồn tồn giống nhau, như kết quả nghiên cứu của Zhang et al.. - (2010) cho thấy bổ sung biochar vào ruộng lúa mặc dù làm giảm tổng lượng phát thải CO 2eq, nhưng đối với CH 4 lại tăng phát thải. - Nhiều nghiên cứu cho rằng CH 4 phát thải khơng chỉ phụ thuộc vào đặc điểm hĩa học của biochar mà cịn phụ thuộc vào tính chất đất đai, cộng đồng vi sinh vật, phân bĩn và hình thức quản lý nước (Zwieten et al., 2010). - Biochar tác động lên sự phát thải N 2 O thơng qua các cơ chế phức tạp, biochar cĩ khả năng tác động lên cộng đồng vi sinh vật nitrate hĩa, làm tăng quá trình cố định N do biochar là một loại vật liệu cĩ tỷ lệ C/N cao. - Bổ sung biochar cịn làm tăng sự thống khí, qua đĩ giảm thiểu phát thải N 2 O (Yanai et al., 2007).. - Nghiên cứu này được thực hiện với mục tiêu đánh giá việc giảm phát thải CH 4 , N 2 O từ đất phù sa trong điều kiện ngập nước liên tục cĩ bổ sung hai loại biochar trấu được sản xuất theo phương pháp nhiệt phân chậm trong phịng thí nghiệm và biochar trấu thương mại.. - 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đặc điểm đất thí nghiệm. - 2.2 Đặc điểm biochar thí nghiệm. - Hai loại biochar sử dụng trong thí nghiệm được sản xuất trong hai điều kiện khác nhau:. - Biochar trấu sản xuất trong phịng thí nghiệm (RB-lab): được sản xuất trong phịng thí nghiệm bằng lị nung VMF 165 (Yamada Denki, Adachi, Nhật Bản) theo phương pháp nhiệt phân chậm. - Biochar trấu (RB). - 2.3 Bố trí thí nghiệm. - Thí nghiệm theo dõi phát thải khí CH 4 và N 2 O được thực hiện trong điều kiện phịng thí nghiệm của Khoa Mơi trường và Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại học Cần Thơ sử dụng hai loại biochar sản xuất từ vỏ trấu ở hai phương pháp khác nhau (theo phương pháp nhiệt phân chậm trong phịng thí nghiệm và biochar trấu thương mại). - Hình 2: Mơ tả chi tiết mơ hình bố trí thí nghiệm Quy trình theo dõi phát thải khí được thực hiện như sau:. - Thí nghiệm theo dõi phát thải khí sử dụng hai loại biochar sản xuất từ vỏ trấu, mỗi loại cĩ 3 tỷ lệ áp dụng là 0,2%. - Bảng 2: Các nghiệm thức trong thí nghiệm với lượng biochar sử dụng khác nhau. - Các nghiên cứu đánh giá phát thải khí nhà kính từ đất ở điều kiện phịng thí nghiệm (Liu et al., 2011;. - 2.5 Phương pháp phân tích và tính tốn lượng phát thải. - Hàm lượng khí N 2 O phát thải trong mẫu khí được xác định bằng cột đầu đị bắt electron (ECD) Hayesep – N, nhiệt độ của buồng cột là 60 o C, áp suất khí H 2 là 15 PSI, áp suất khơng khí 5 PSI, áp suất N 2 là 18 PSI. - Trong khi đĩ, hàm lượng CH 4 phát thải trong mẫu được xác định bằng cột đầu đị Flame ionization detector (FID), nhiệt độ của buồng là 350 o C, áp suất khí H 2 là 20 PSI, khơng khí 5 PSI.. - Tốc độ phát thải CH 4 và N 2 O được tính theo cơng thức (Parkin et al., 2003):. - F n là lượng phát thải trung bình của khí CH 4 , N 2 O (mg.kg -1 .ngày -1 ) ứng với các ngày lấy mẫu n 1 , n 2, n 3. - Khí CH 4 và N 2 O phát thải tích lũy được qui đổi theo lượng CO 2 tương đương (CO2eq), theo cơng thức sau:. - Hình 3: Sự thay đổi trị số pH (A) và điện thế oxy hĩa khử (Eh) (B) trong thí nghiệm Kết quả thí nghiệm cho thấy khi bổ sung biochar. - 3.2 Ảnh hưởng của bổ sung biochar trấu đến phát thải CH 4 trong đất. - Kết quả theo dõi tốc độ phát thải CH 4 (Hình 4A) cho thấy sự phát thải chia làm 3 giai đoạn chính: giai đoạn 1-4 ngày đầu sau khi ủ, sự phát thải xảy ra rất thấp ở tất cả các nghiệm thức dao động từ 2,40–4,10 mgCH 4 /kg/ngày. - Tốc độ phát thải CH 4 trong giai đoạn này khơng khác biệt giữa các nghiệm thức (p>0,05). - Giai đoạn 2 (từ ngày 4-11): sau 96 giờ ủ, mơi trường bắt đầu thiếu oxy và CH 4 phát thải mạnh nhất trong thí nghiệm. - Với lượng CH 4 hằng ngày phát thải trung bình ở NTĐC là 50,66 mgCH 4 /kg/ngày và các nghiệm thức RB-lab từ mgCH 4 /kg/ngày và RB là mgCH 4 /kg/ngày. - Ở giai đoạn này, tốc độ phát thải cũng khơng khác biệt cĩ ý nghĩa (p>0,05) giữa các nghiệm thức. - Ở các ngày 11 và 15, nghiệm thức đối chứng cĩ lượng phát thải cao trung bình 20,3 mgCH 4 /kg/ngày khác biệt cĩ ý nghĩa so với các nghiệm thức bổ sung biochar RB-lab2, RB- lab3 và RB2, RB3 (p<0,05), nhưng khác biệt khơng cĩ ý nghĩa so với nghiệm thức RB-lab2 và RB1 (p>0,05).. - Ngày 1 Ngày 4 Ngày 7 Ngày 11 Ngày 15 Ngày 19 Tốc độ phát thải CH 4 (mgCH4/kg/ngày). - Nghiệm thức. - Tổng lượng CH 4 phát thải (mgCH 4/kg . - Hình 4: A) Tốc độ phát thải CH 4 và B) tổng lượng CH 4 phát thải. - CH 4 phát thải nhiều trong thí nghiệm sau khi Eh giảm về nhỏ hơn -200 mV và sau đĩ lượng khí CH 4. - Lượng CH 4 sinh ra phụ thuộc chính vào hàm lượng chất hữu cơ của chất nền và hoạt động phân hủy methanogenis (Dubey, 2005), vì vậy trong điều kiện đất ngập nước và trong đất cĩ sẵn đầy đủ chất hữu cơ dễ phân hủy sẽ rất thuận lợi cho vi sinh vật methanogenis phát triển sẽ thúc dẩy sự phát thải CH 4. - Lượng CH 4 tích lũy trong suốt thí nghiệm ở các nghiệm thức dao động từ mgCH 4 /kg (Hình 4B). - Trong đĩ, NTĐC cĩ tổng lượng CH 4 phát thải cao nhất là 932±17 mgCH 4 /kg, khác biệt cĩ ý nghĩa thống kê (p<0,05) so với các nghiệm cĩ bổ sung biochar. - Bổ sung biochar vào đất giúp giảm lượng CH 4 phát thải từ 16-20%, tổng lượng phát thải trong suốt thí nghiệm từ 747±17 mgCH 4 /kg (RB3) đến 800±20 mgCH 4 /kg (RB- Lab3). - Tổng lượng CH 4 phát thải được giảm thiểu khi bổ sung biochar ở tỷ lệ 0,2% RB-lab1 (giảm 16% so với đối chứng) và RB1 (giảm 17% so với đối chứng), tỷ lệ 0,5%: RB2-lab (giảm 18% so với đối chứng) và RB2 (giảm 16% so với đối chứng), tỷ lệ 1%: RB-lab3 (giảm 14% so với đối chứng) và RB3 (giảm 20% so với đối chứng). - Hiệu quả giảm phát thải CH 4 ở từng tỷ lệ 0,2% và 0,5% là khác biệt khơng cĩ ý nghĩa thống kê, tỷ lệ 1% khác biệt cĩ ý nghĩa thống kê (Bảng 3).. - NTĐC là nghiệm thức cĩ tổng lượng CH 4 phát thải cao nhất cĩ thể giải thích do trong điều kiện ngập nước liên tục, hàm lượng hữu cơ trong đất cao (được bổ sung rơm) nên các quá trình phân hủy kỵ khí của vi sinh vật methanogenis diễn ra mạnh và nhanh hình thành nên nhiều sản phẩm như acetat, CO 2, H 2 , thúc đẩy sự sinh CH 4 nhiều trong thời gian ngắn (Yoo and Kang, 2012) nhưng quá trình này lại khơng bị cản trở hoặc khí sinh ra khơng bị hấp phụ bởi vật liệu gì, nên lượng CH 4 sinh ở NTĐC là cao nhất so với các nghiệm thức khác cĩ bổ sung biochar. - Đối với các nghiệm thức cĩ bổ sung biohar, khơng cĩ sự khác biệt về tổng lượng phát thải CH 4. - Khi bổ sung ở mức 1% biochar vào đất thì cĩ sự khác biệt về tổng lượng phát thải CH 4 do với lượng biochar bổ sung đã đủ lớn để tạo sự khác biệt trong hiệu quả hấp phụ, độ thống khí, tạo nên sự khác biệt trong giảm phát thải khí CH 4 . - Kết quả tổng lượng CH 4 phát thải trong nghiên cứu khi bổ sung biochar giúp giảm 14%-20% so với đối chứng, tương tự với nghiên cứu một số nghiên cứu của Yoo and Kang (2012) và Cai et al. - 3.3 Ảnh hưởng của bổ sung biochar đến sự phát thải N 2 O trong đất. - Khác với sự phát thải CH 4 , N 2 O trong thí nghiệm phát thải với một lượng rất thấp. - Các nghiệm thức cĩ biochar sự phát thải N 2 O trong đất ở mức thấp từ. - 0,05-3,70 µg/kg/ngày và ổn định trong suốt thí nghiệm, riêng NTĐC cĩ N 2 O phát thải ở mức cao từ µg/kg/ngày (Hình 5A). - Sự phát thải N 2 O hằng ngày hầu hết khơng cĩ sự biệt giữa các nghiệm thức, trừ ngày thứ 7. - Vào Ngày 7, nghiệm thức cĩ biochar khơng cĩ sự khác biệt, nhưng NTĐC cĩ tốc độ phát thải µg/kg/ngày là cao nhất trong thí nghiệm khác biệt cĩ ý nghĩa thống kê với 6 nghiệm thức cịn lại. - Trong suốt 19 ngày thí nghiệm, tốc độ phát và tổng lượng phát thải N 2 O <1 µg/kg/ngày.. - Sự phát thải N 2 O thấp do thí nghiệm bố trí trong điều kiện Eh thấp (-142 đến - 262mV), trong khi Eh thuận lợi cho sự phát thải N 2 O là 120 đến 250 mV. - Tuy lượng phát thải N 2 O là khơng đáng kể, nhưng khác với một số nghiên cứu trước đĩ N 2 O vẫn phát thải dù đất luơn bị ngập nước (Xing et al., 2002).. - Sau 19 ngày thí nghiệm tổng lượng N 2 O phát thải trong thí nghiệm là 0,07±0,02 mgN 2 O/kg đến 0,19±0,04 mgN 2 O/kg. - Khơng cĩ sự khác biệt về tổng lượng phát thải N 2 O giữa các nghiệm thức (p>0,05) (Hình 4B). - Tổng lượng N 2 O phát thải trong thí nghiệm tương đương với cơng bố của Troy et al.. - Tốc độ phát thải N 2O (µg.kg/ngày) -4. - Tổng lượng N 2O phát thải (mgN 2O/kg a. - Hình 5: A) Tốc độ phát thải N 2 O. - B) Tổng lượng phát thải N 2 O. - 3.4 Tổng lượng phát thải khí nhà kính (quy đổi sang CO 2 tương đương). - Kết quả tổng lượng phát thải khí nhà kính (CH 4. - Tổng lượng CO 2eq phát thải ở nghiệm thức đối chứng (khơng bổ sung biochar gCO 2 /kg) là cao nhất (p<0,05) so với các nghiệm thức bĩn. - Hình 6: Tổng lượng phát thải khí nhà kính (CO 2eq. - Bổ sung RB- lab cho hiệu quả giảm phát thải từ 16%-18% so với khơng bổ sung than và RB cho hiệu quả giảm phát thải 16%-20%. - Kết quả cũng cho thấy rằng, trong điều kiện đất bị ngập nước liên tục, CH 4 là khí được tạo thành và phát thải nhiều, khí N 2 O phát thải khơng đáng kể trong điều kiện thí nghiệm.. - Bảng 3 cho thấy lượng GHGs phát thải ở các nghiệm thức 0,2% và 0,5% là khơng cĩ sự khác biệt (t-test, α>0,05). - Khi bổ sung biochar với lượng 1%, cĩ sự khác biệt trong tổng lượng GHGs của hai loại biochar sử dụng là RB3 giảm phát thải tốt hơn RB- lab3 (t-test, α<0,05). - Từ kết quả cĩ thể thấy rằng ở tỷ lệ thấp <1%, hai loại biochar cĩ khả năng giảm phát thải như nhau, nhưng nếu tỷ lệ biohar bổ sung 1%, biochar trấu sản xuất thương mại (RB) cho hiệu quả cao hơn biochar trấu trong PTN (RB-lab).. - Bảng 3: Tổng lượng CH 4, N 2 O và khí nhà kính phát thải ở tỷ lệ và loại biochar khác nhau. - Bổ sung than tỷ lệ 1%. - khơng cĩ sự khác biệt về tổng lượng GHGs phát thải cĩ thể do biochar sản xuất trong phịng thí nghiệm và biochar sản xuất thương mại khơng cĩ sự khác biệt lớn về các đặc tính lý-hĩa học và kích thước lỗ. - lỗ rỗng, hiệu suất hấp phụ, qua đĩ ảnh hưởng đến tổng lượng phát thải trong thí nghiệm. - (2017) khi cho rằng các vật liệu từ gỗ, trấu, rơm rạ, tre, nứa khi nhiệt phân trên 500 o C, sẽ cho kết quả về hấp phụ và giảm thiểu phát thải GHGs là khơng cĩ sự khác biệt. - Bổ sung biochar cĩ tác dụng giảm phát thải CH 4. - Trong thí nghiệm này, CH 4 là khí nhà kính phát thải chủ yếu, N 2 O phát thải khơng đáng kể. - Bổ sung biochar trấu sản xuất trong phịng thí nghiệm PTN và biochar trấu thương mại làm giảm lần lượt 14%-18% và 16%-20% phát thải khí CH 4 so với nghiệm thức đối chứng. - Bổ sung biochar trấu ở mức 1% cĩ khả năng giảm phát thải khí nhà kính tốt hơn các mức khác trong thí nghiệm này. - Biochar trấu sản xuất trong phịng thí nghiệm và biochar trấu bán thương mại khơng cĩ sự khác biệt trong việc giảm phát thải CH 4. - Bổ sung 1% biochar trấu thương mại cho hiệu quả giảm phát thải CH 4 , N 2 O và tổng CO 2eq tốt hơn so với biochar trấu trong phịng thí nghiệm. - Cần thực hiện thêm các nghiên cứu theo dõi quá trình phân hủy biochar trong đất, cộng đồng vi sinh vật chuyển hĩa CH 4 nhằm làm rõ hơn cơ chế giảm phát thải khí nhà kính của việc bổ sung biochar.. - Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới đến năng suất và phát thải methane (CH 4 ) trong sản xuất lúa tại Gị Cơng Tây – Tiền Giang. - Tiềm năng giảm thiểu phát thải khí nhà kính của ngành sản xuất lúa nước Việt Nam. - Ảnh hưởng của phân biogro, phương pháp tưới tiết kiệm nước đến năng suất và phát thải khí nhà kính trên ruộng lúa