- BỔ SUNG THAN SINH HỌC TRẤU VÀ TRE LÀM GIẢM PHÁT THẢI KHÍ CH 4. - CỦA ĐẤT NGẬP NƯỚC TRONG ĐIỀU KIỆN PHÒNG THÍ NGHIỆM. - nghiệm, than trấu, than tre, phát thải CH 4. - Bổ sung than sinh học vào đất được xem là một biện pháp trong cải tạo đất và giảm phát thải khí CH 4 từ ruộng lúa. - Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá hiệu quả giảm phát thải khí methane (CH 4 ) của đất ngập nước khi bổ sung than sinh học trấu (RB) và tre (BB) trong điều kiện phòng thí nghiệm. - Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 7 nghiệm thức gồm hai loại than sinh học là trấu và tre với 3 tỷ lệ than sinh học được bổ sung là 0,1, 0,2 và 0,5% (tính theo trọng lượng than sinh học trên trọng lượng đất) và nghiệm thức đối chứng (không có than sinh học).. - Kết quả đo đạc cho thấy trong điều kiện đất ngập nước, cường độ phát thải khí CH 4 mạnh nhất từ 7-10 ngày sau khi bắt đầu thí nghiệm (với mức phát thải tương ứng µg/kg/ngày). - Than sinh học được bổ sung vào đất trong điều kiện ngập nước làm giảm phát thải CH 4 từ 21,9 đến 49,6% và tương ứng với tỷ lệ bổ sung than từ 0,2 đến 0,5%. - Than sinh học trấu bổ sung ở tỷ lệ 0,5% có mức giảm 49,64% tổng phát thải khí CH 4 so với nghiệm thức đối chứng. - Nghiên cứu cần thực hiện trong điều kiện đồng ruộng để đánh giá tác động của việc bổ sung than trong điều kiện thực tế.. - Đất lúa là nguồn phát khí nhà kính (GHGs) nhiều nhất trong nông nghiệp (Smith et al., 2017). - Tổng lượng phát thải khí nhà kính (GHE) của Việt Nam ước tính là 37,43 triệu tấn, 58% CH 4 phát thải từ các hoạt động nông nghiệp, xếp thứ 11 trên thế giới (MONRE, 2010). - CH 4 được xem là khí phát thải nhiều nhất trên đồng ruộng. - Vì vậy, giảm phát thải CH 4 cũng như tăng cường khả năng và lượng cô lập carbon trong hệ sinh thái đất đóng vai trò quan trọng trong việc ứng phó với biến đổi khí hậu (Cheng et al., 2016). - Trong đất trồng lúa, CH 4 là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy các vật chất hữu cơ bởi vi sinh vật (VSV) trong điều kiện yếm khí, và một phần khí CH 4 tạo ra sẽ bị oxy hóa bởi các VSV methanotrophs trong lớp đất mặt xung quanh rễ cây, phần còn lại phát thải vào khí quyển chủ yếu bằng con đường khuếch tán qua hệ thống mạch thông khí (Conrad et al., 2006). - Nhiều nghiên cứu cho thấy lượng CH 4 phát thải thường phụ thuộc vào tính chất vật lý và hóa học của than sinh học (biochar), loại đất, điều kiện môi trường sống của VSV, kỹ thuật làm đất, quản lý nước và phân bón, gieo trồng hay khí hậu (Inubushi, 1989 trích dẫn bởi Phạm Quang Hà và ctv., 2013. - Xiong et al., 2007. - Zwieten et al., 2009;).. - Liang et al., 2006). - Gần đây, nhiệt phân gỗ và một số phụ phẩm nông nghiệp để sản xuất biochar được xem là các biện pháp để hạn chế ô nhiễm môi trường và giảm phát thải khí nhà kính hiệu quả (Mai Văn Trịnh và ctv., 2013). - Biochar có khả năng làm giảm phát thải khí CH 4 , nghiên cứu của Spokas and Reicosky (2009) và Karhu et al. - (2011) cho thấy bổ sung biochar ở tỷ lệ 2-60% sẽ làm giảm phát thải CH 4 tối đa lên đến 91,2% so với không bổ sung biochar vào đất. - Theo Liu et al. - (2011), trong điều kiện phòng thí nghiệm (không trồng lúa), khi bổ sung biochar tre ở mức 1,5-2% giảm 51,1% và biochar rơm rạ làm giảm 91,2% lượng CH 4 sinh ra từ đất. - Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng có nguồn nguyên liệu dồi dào trong việc sản xuất than sinh học từ trấu để giảm phát thải khí nhà kính.. - lượng lúa sau xay xát gạo (Chungsangusist et al.,. - Đây là hai nguồn nguyên liệu dồi dào ở ĐBSCL có thể dùng để sản xuất biochar, vì nó có tính hấp phụ tốt và sản xuất với số lượng lớn để bổ sung cho đất làm giảm phát thải khí CH 4 và cải thiện môi trường đất.. - Việc thâm canh và tăng vụ làm cho ruộng lúa luôn trong tình trạng ngập nước liên tục, môi trường đất ở tình trạng hiếm khí, thuận lợi cho sự phân hủy chất hữu cơ và phát thải CH 4 , sự phát thải từ sự sủi bọt khí trong đất ngập nước kể cả khi không có cây trồng chiếm 49-64% (Barlett et al., 1988). - Vì vậy, nghiên cứu được thực hiện nhằm sử dụng than trấu và than tre để giảm phát thải CH 4 của đất ngập nước từ quá trình phân hủy hữu cơ tự nhiên trong đất ở điều kiện phòng thí nghiệm.. - Vật liệu thí nghiệm 2.1.1. - Hai loại biochar sau khi nhiệt phân sẽ được phân tích pH, EC được ly trích 1:10 (Wang et al., 2017), ẩm độ được nung ở 105 o C, %C được nung 550 o C để xác định, TN xác định theo phương pháp Kjeldahl (Ngô Ngọc Hưng, 2004), chụp độ rỗng (SEM) bằng kính hiển vi điện tử Hitachi TM-1000 (Nhật), một số tính chất lý hóa của than sau khi hầm được ở Bảng 2.. - Bố trí thí nghiệm. - Thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm, tại Khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại học Cần Thơ. - Thí nghiệm gồm 7 nghiệm thức, được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 2 loại than sinh học là trấu và tre, mỗi loại có 3 mức tỷ lệ bổ sung được áp dụng là và 0,5%. - Quy trình bố trí thí nghiệm trong chai ủ được thực hiện như sau:. - Đây là khoảng khoảng nhiệt độ thích hợp để methanogenic hoạt động tốt nhất, thuận lợi cho sinh khí CH 4 (Inubushi et al., 1990).. - Phương pháp thu mẫu khí được thực hiện theo Yoo và Kang (2012) và Troy et al. - Bảng 1: Mô tả chi tiết các nghiệm thức. - Ký hiệu Nghiệm thức Trọng lượng đất Trọng lượng than sinh học NTĐC Nghiệm thức đối chứng (không bổ sung. - RB1 Nghiệm thức 0,1% biochar trấu 81 g 0,081 g. - RB2 Nghiệm thức 0,2% biochar trấu 81 g 0,162 g. - RB3 Nghiệm thức 0,5% biochar trấu 81 g 0,405 g. - BB1 Nghiệm thức 0,1% biochar tre 81 g 0,081 g. - BB2 Nghiệm thức 0,2% biochar tre 81 g 0,162 g. - BB3 Nghiệm thức 0,5% biochar tre 81 g 0,405 g. - Hình 2: Mô tả chi tiết chai ủ trong thí nghiệm 2.3. - CH 4 phát thải trong thí nghiệm sinh ra từ các chai ủ được theo dõi liên tục trong 3 tuần và với các thời điểm thu mẫu vào các ngày và 21 sau khi bắt đầu thí nghiệm (NSU). - Tô Lan Phương và ctv., 2012), và một số nghiên cứu đánh giá phát thải CH 4 ở điều kiện phòng thí nghiệm đã được thực hiện của Liu et al. - (2011), Wang et al. - Phương pháp phân tích và tính toán lượng phát thải. - Tốc độ phát thải CH 4 được tính theo công thức Parkin et al. - Tổng lượng phát thải CH 4 qua các ngày được tính dựa vào công thức của Mai Văn Trịnh và ctv.. - F n là lượng phát thải trung bình của khí CH 4 (mgCH 4 /kg/ngày) ứng với các ngày lấy mẫu n 1 , n 2, n 3. - Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai trước khi thực hiện thống kê, so sánh tốc độ phát thải khí và tổng lượng khí CH 4 của các nghiệm thức được thực hiện theo phương pháp phân tích phương sai ANOVA với phép thử Duncan ở độ tin cậy 95%. - Kết quả Bảng 2 cho thấy đất sử dụng thí nghiệm có dung trọng 0,81 g/cm 3 , hàm lượng C là 4,85%, tương ứng với hàm lượng hữu cơ là 8,36% thuộc nhóm giàu hữu cơ (Ngô Ngọc Hưng, 2004), hàm lượng tổng đạm là 0,21% ở mức trung bình, pH ở mức ít chua 5,85-6,05 và EC dao động từ 0,25-0,27 mS/cm, thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của cây (Ngô Ngọc Hưng, 2004). - Đất thí nghiệm với đặc điểm là có hàm lượng chất hữu cơ cao, kết hợp với thí nghiệm trong điều kiện ngập nước liên tục sẽ là môi trường thuận lợi cho methanogenic phát triển, phân hủy hữu cơ nhanh sinh ra khí CH 4 nhiều. - Kết quả này tương đương khi so với biochar được tạo thành bằng phương pháp nhiệt phân chậm ở 500 o C của Nguyen et al. - Wang et al., 2011). - Điều này có thể góp phần thúc đẩy quá trình giữ lại carbon trong đất, làm giảm sự phát thải khí CH 4. - Bảng 2: Đặc tính đất và biochar được sử dụng trong thí nghiệm. - Ảnh hưởng bổ sung biochar trấu và tre đến sự phát thải CH 4. - Kết quả Hình 4 cho thấy tốc độ phát thải CH 4 của các nghiệm thức bổ sung biochar trấu RB1, RB2, RB3 có giá trị dao động lần lượt là và 0,17-54,3 µgCH 4 /kg/ngày. - Các nghiệm thức bổ sung than tre BB1, BB2 và BB3 có tốc độ phát thải khí CH 4 ghi nhận lần lượt là và 0,44-82,1 µgCH 4 /kg/ngày. - Trong khí đó, nghiệm thức đối chứng có CH 4 phát thải dao động từ µgCH 4 /kg/ngày (trung bình 26,7 µgCH 4 /kg/ngày), cao vào thời điểm 7 NSU và 10 NSU khác biệt có ý nghĩa thống kê so với các nghiệm thức có bổ sung biochar (p<0,05), tuy nhiên không có sự khác biệt có ý nghĩa so với các nghiệm thức khác tại các thời điểm còn lại (p>0,05).. - Hình 4: Tốc độ phát thải CH 4 hàng ngày trong thời gian thí nghiệm. - Xu hướng phát thải khí CH 4 trong thí nghiệm được thể hiện ở Hình 4, có thể chia làm 3 giai đoạn chính: giai đoạn 1: từ 1 đến 5 NSU là giai đoạn hình thành điều kiện thích hợp cho sự sinh khí CH 4 , giai đoạn 2: từ 6 đến 14 NSU là giai đoạn phát thải CH 4. - cực đại, giai đoạn 3: từ 15 đến 21 NSU là giai đoạn CH 4 phát thải thấp, dừng phát thải. - CH 4 phát thải nhanh và nhiều vào thời gian từ 7 đến 10 NSU có thể giải thích do sau khi đất được giữ ngập nước trong 7 ngày, các khí oxy đã bị các VSV hiếu khí và quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong đất đã sử dụng hết oxy có sẵn mà sự khuếch tán oxy từ không khí bị hạn chế do qua lớp mặt nước nên môi trường đất chuyển sang trạng thái thiếu oxy (Wang et al., 2017. - Weier et al., 1999). - lượng hữu cơ đã giảm, đất thí nghiệm chỉ có lượng hữu cơ nhất định, không có sự bổ sung các nguồn carbon như rơm trong thí nghiệm của Liu et al.. - (2011), nên thiếu hưu cơ để VSV sinh CH 4 tiếp tục quá trình phân hủy hữu cơ sinh CH 4 , do đó sự phát thải giảm dần và ở mức rất thấp vào 21 NSU.. - Kết quả Hình 5 cho thấy tổng lượng phát thải khí CH 4 sau 21 ngày thí nghiệm của nghiệm thức đối chứng (không được bổ sung biochar) cao nhất (0,556 mgCH 4 /kg), khác biệt có ý nghĩa với nghiệm thức có bổ sung biochar (trừ nghiệm thức RB1, BB1 với tốc độ phát thải lần lượt là 0,552 và 0,550 mgCH 4 /kg) (p<0,05). - Tổng lượng phát thải CH 4 của nghiệm thức bổ sung biochar trấu với tỷ lệ 0,2%. - Trong khi đó, tổng lượng CH 4 của nghiệm thức bổ sung than tre 0,2% (BB2) và 0,5% (BB3) giảm lần lượt 42,53% và 27,47% so với đối chứng (p<0,05).. - Kết quả Hình 5 cũng cho thấy bổ sung than trấu ở mức 0,5% cho kết quả tốt nhất, khác biệt có ý nghĩa so với các nghiệm thức còn lại (p<0,05). - Hình 5: Tổng lượng phát thải CH 4 trong thí nghiệm. - Bổ sung than sinh học trấu và tre làm giảm lượng CH 4 phát thải trong đất có thể giải thích bằng cơ chế:. - methanotrophs phát triển trong giai đoạn háo khí ban đầu (Liu et al., 2011). - (iii) ngoài ra biochar có nhiều lỗ rỗng có khả năng hấp phụ giữ lại C, làm hạn chế sự phát thải lên khí quyển (Lehmann &. - Liu et al., 2011, Feng et al., 2012).. - Hiệu quả bổ sung biochar được thể hiện qua các nghiên cứu trước đây của Rondon et al. - Trong một thí nghiệm khác của Rondon et al.. - (2006) đã chứng minh sử dụng biochar từ gỗ bổ sung vào đất bạc màu ở vùng nhiệt đới đã làm giảm 200 mgCH 4 /m 2 . - Nghiên cứu gần đây của Karhu et al.. - (2011) đã bổ sung 9 tấn biochar gỗ Bạch dương vào đất trồng lúa mì cho hiệu quả giảm phát thải CH 4. - đến 96% so với đất không bổ sung biochar. - Kết quả nghiên cứu Liu et al. - (2011) đã sử dụng 2 loại biochar rơm và tre bổ sung ở 3 tỷ lệ 0,5%. - 1,5% và 2% cho hiệu quả giảm phát thải CH 4 rất tốt ở tỷ lệ 1,5% biochar tre giảm phát thải 51,1% và biochar rơm là 91,2%. - So sánh với các kết quả trước đó có thể thấy rằng hiệu quả giảm phát thải/tỷ lệ bổ sung than cao hơn từ 1,6 đến 2,49 lần. - Với lượng biochar áp dụng nhỏ hơn từ 3 đến 12 lần so với các nghiên cứu đã thực hiện trước đó nhưng đã giúp cắt giảm lượng CH 4 sinh ra từ đất trồng lúa từ khi bổ sung than trấu và khi bổ sung than tre.. - Bổ sung than trấu hoặc than tre vào đất ngập nước với lượng từ 0,2 đến 0,5% có hiệu quả giảm phát thải CH 4 từ 21,9 đến 49,6% và 27,5-42,5%. - Than trấu bổ sung ở tỷ lệ 0,5% khối lượng đất làm giảm 49,6%. - phát thải khí CH 4 so với nghiệm thức đối chứng. - Kết quả nghiên cứu cho thấy trong điều kiện thí nghiệm, đất ngập nước vẫn phát thải một lượng lớn CH 4 , kể cả không trồng lúa µgCH 4 /kg/ngày).. - Các nghiên cứu tiếp theo cần được tiến hành thêm ở điều kiện ngoài đồng để đánh giá chính xác hơn hiệu quả giảm phát thải khí CH 4 khi bổ sung than sinh học vào đất, vì trong điều kiện thực tế với các phương pháp cải tạo đất, quản lý nước, quản lý rơm rạ, phân bón sẽ là các nhân tố có thể ảnh hưởng đến mức độ phát thải CH 4 cũng như tổng lượng phát thải.. - Ảnh hưởng của kỹ thuật tới đến năng suất và phát thải methane (CH 4 ) trong sản xuất lúa tại Gò Công Tây – Tiền Giang. - Tiềm năng giảm thiểu phát thải khí nhà kính của ngành sản xuất lúa nước Việt Nam.. - Ảnh hưởng của một số biochar khác nhau đến phát thải N2O trên đất vườn cây ăn trái và đất phù sa trồng lúa. - Ảnh hưởng của phân Biogro, phương pháp tưới tiết kiệm nước đến năng suất và phát thải khí nhà kính trên ruộng lúa