Luận văn thạc sĩ HUS nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ tưới cho lúa đến sự phát thải khí metan ở đất trồng lúa huyện bố trạch, tỉnh quảng bình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Thị Thúy Hằng

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TƢỚI CHO LÚA
ĐẾN SỰ PHÁT THẢI KHÍ METAN Ở ĐẤT TRỒNG LÚA
HUYỆN BỐ TRẠCH, TỈNH QUẢNG BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội, 2014

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Thị Thúy Hằng

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TƢỚI CHO
LÚA ĐẾN SỰ PHÁT THẢI KHÍ METAN Ở ĐẤT TRỒNG LÚA
HUYỆN BỐ TRẠCH, TỈNH QUẢNG BÌNH

Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Việt Anh
PGS.TSKH. Nguyễn Xuân Hải

Hà Nội - 2014

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Lời cám ơn
Để hoàn thành luận văn, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được
rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của các tập thể, cá nhân trong và ngồi
trường.
Tơi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Nguyễn Việt Anh – Trường Đại học Thủy Lợi và
PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải – Trường Đại học Khoa học và Tự nhiên Hà Nội đã
hướng dẫn tôi trong suốt q trình thực hiện luận văn.
Tơi xin chân thành cảm ơn các cán bộ huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình đã tận tình
giúp đỡ và tạo điều kiện giúp tơi hồn thành tốt luận văn.
Tơi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa Môi trường đã nhiệt tình giảng
dạy và giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập tại đây.
Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã ln ủng hộ và giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian qua.
Do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn của tơi cịn nhiều thiếu sót, tơi
kính mong được sự góp ý của thầy cơ, bạn bè để luận văn được hoàn chỉnh hơn.
Xin chân thành cám ơn!
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2014

Sinh viên
Nguyễn Thị Thúy Hằng

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 1
2. Mục tiêu, nội dung .............................................................................................. 2
3. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 2
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ................................................................ 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ........................................................... 4
1.1.Tổng quan kết quả nghiên cứu về phát thải metan ........................................... 4
1.1.1. Kết quả nghiên cứu về phát thải metan trên thế giới ................................ 4
1.1.2. Kết quả nghiên cứu trong nƣớc ................................................................. 7
1.1.2.1. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực Năng lƣợng .................................. 7
1.1.2.3. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực lâm nghiệp .................................. 8
1.1.2.4. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực chất thải ...................................... 8
1.1.2.5. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực Nơng nghiệp ............................... 9
1.2. Cơ chế hình thành khí CH4 ............................................................................ 14
1.2.1. Sự phân giải chất hữu cơ và hình thành CH4 ........................................... 15
1.2.2. Vi sinh vật và sự hình thành CH4 ............................................................ 19
1.2.3. Sự ơxi hố CH4 và sự hình thành CH4 ..................................................... 22
1.2.4. Thế ơxy hố-khử (Eh) và sự hình thành CH4 .......................................... 23
1.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến phát thải CH4 ..................................................... 26
1.3.1. Ảnh hƣởng của chế độ tƣới đến phát thải CH4 ..................................... 26
1.3.2. Ảnh hƣởng của các tính chất lý-hố học đất đến sự phát thải CH4 ......... 30
1.3.3. Ảnh hƣởng của trồng lúa và mùa vụ đến sự phát thải CH4 ..................... 33
1.4. Khái quát về phƣơng pháp tƣới truyền thống và tƣới tiết kiệm ..................... 37

1.4.1. Phƣơng pháp tƣới ngập thƣờng xuyên (NTX) ......................................... 37
1.4.2. Phƣơng pháp tƣới nông lộ phơi (NLP) .................................................... 38
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .. 40
2.1. Địa điểm và đối tƣợng nghiên cứu ................................................................. 40
2.2. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 40
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................ 40

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


2.3.1. Phƣơng pháp kế thừa ............................................................................... 40
2.3.2. Phƣơng pháp lấy mẫu ngoài thực địa ...................................................... 40
2.3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu trong phịng thí nghiệm .................................. 44
2.3.4. Phƣơng pháp thí nghiệm đồng ruộng ...................................................... 45
2.3.5. Phƣơng pháp phân tích ............................................................................ 41
CHƢƠNG 3. KẾT QỦA NGHIÊN CỨU ................................................................ 49
3.1. Điều kiện tự nhiên huyện Bố Trạch – tỉnh Quảng Bình ................................ 49
3.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................... 49
3.1.2. Các yếu tố khí tƣợng ............................................................................... 50
3.2. Một số tính chất lý – hóa học đất nghiên cứu ................................................ 54
3.2.1. Thành phần cơ giới .................................................................................. 54
3.2.2. Tính chất hóa đất ..................................................................................... 55
3.3. Kết quả nghiên cứu trong phịng thí nghiệm.................................................. 57
3.3.1. Biến động Eh qua hai phƣơng pháp tƣới ................................................. 57
3.3.2. Biến động pH qua hai phƣơng pháp tƣới ................................................. 58
3.4. Kết quả nghiên cứu đồng ruộng ..................................................................... 60
3.4.1. Biến động Eh và pH qua hai phƣơng pháp tƣới tại thí nghiệm đồng ruộng60
3.4.2. Biến động lƣợng phát thải khí CH4 qua hai chế độ tƣới tại thí nghiệm đồng
ruộng .................................................................................................................. 62
3.5. Ảnh hƣởng của chế độ tƣới đến lƣợng phát thải khí CH4 trên ruộng lúa ...... 67

3.6. Đề xuất chế độ tƣới lúa hợp lý nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính, tiết
kiệm nƣớc ở khu vực huyện Bố Trạch - Quảng Bình ...................................... 70
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 72
1. Kết luận............................................................................................................. 72
2. Kiến nghị ........................................................................................................... 73

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Mơ tả vị trí ruộng lúa thí nghiệm………………………………………...…..……5
Bảng 1.2. Kết quả thí nghiệm về đo đạc phát thải khí CH4………………….…..………...6
Bảng 1.3.Lựa chọn kịch bản giảm thiểu - Jakenan (Indonesia) ……….………...….…6
Bảng 1.4. Kết quả kiểm kê khí nhà kính khu vực nơng nghiệp năm 2000……………..9
Bảng 1.5. Diện tích trồng lúa với các chế độ quản lý nước khác nhau ……………..…11
Bảng 1.6. Tổng lượng phát thải khí Mêtan và năng suất lúa trong 2 trường hợp tưới
ngập thường xun và nơng lộ phơi (Trạm KTNN Hồi Đức, vụ mùa năm 2000)….…11
Bảng 1.7. Lượng phát thải khí Mêtan trong 2 trường hợp tưới ngập thường xuyên và rút
nước định kỳ ở Trạm khí tượng nơng nghiệp Hồi Đức………………………………12
Bảng 1.8: Eh của các hệ ơxy hố-khử……………….....……………….............…………23
Bảng 2.1. Các chỉ tiêu của nước tưới khu thí nghiệm………………..…………..….…42
Bảng2.2.Chỉ tiêu và phương pháp phân tích………………………..…..…………...….48
Bảng3.1.Một số tính chất hố đất tại khu thí nghiệm………………...…………..…..52
Bảng3.2. Động thái Eh của hai công thức tưới…………………………………..………54
Bảng3.3. Động thái pH của hai công thức tưới…………………………………….……...56
Bảng 3.4. Biến động Eh qua hai phương pháp tưới tại đồng ruộng………………….....57
Bảng 3.5. Biến động pH qua hai phương pháp tưới tại đồng ruộng……………….……58
Bảng 3.6. Lượng phát thải khí CH4 trên ruộng tưới ngập thường xuyên…………….60
Bảng 3.7. Tổng lượng phát thải khí CH4 trên ruộng tưới ngập thường xuyên…….......61
Bảng 3.8. Lượng phát thải khí CH4 trên ruộng lúa tưới nơng lộ phơi………….…....62

Bảng 3.8. Tổng lượng phát thải khí CH4 (tưới nơng lộ phơi…………………….……63
Bảng 3.9. So sánh lượng phát thải khí CH4 trên ruộng lúa trong 2 trường hợp tưới ngập
thường xuyên và tưới nông lộ phơi………………………………….…...…………...65
Bảng 3.1.0. So sánh tổng lượng phát thải khí Mêtan và năng suất lúa trong 2 trường
hợp tưới ngập thường xuyên và tưới nông lộ phơi……..……………………..…………...66

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Diện tích trồng lúa với các chế độ quản lý nước khác nhau…………….…..10
Hình 1.2. Biểu đồ diễn biến lượng phát thải khí Mêtan trong 2 trường hợp tưới ngập
thường xuyên và rút nước định kỳ ở Trạm khí tượng nơng nghiệp Hồi
Đức…………………………………………………………………………...………….….…….13
Hình 1.3. Sơ đồ về đặc điểm sự hình thành mê tan ở đất ngập nước trồng lúa của
Việt Nam……………………………………………………………………............................14
Hình 1.4. Sơ đồ phân huỷ Xenlulozo………………….…………...………………….……..16
Hình 1.5. Sơ đồ phân giải các hợp chất hữu cơ chứa N………………….………….…...17
Hình 1.6. Quá trình phân huỷ chất hữu cơ và chuyển hố năng lượng ở điều kiện yếm
khí ……………………………………………………..…………………..……….…………...17
Hình 1.7. Đồ thị sự phát thải của CH4 & CO2 ở điều kiện yếm khí….…..……………...17
Hình 1.8: Giản đồ ổn định của các hệ ơxy hố- khử phụ thuộc vào Eh và pH …..…...24
Hình 1.9: Động thái của Eh ở các phương án thí nghiệm tại nhiệt độ 200C ….……....25
Hình 1.10. Động thái của nhiệt độ (a và d), sự phát thải CH4 (b và e), Eh và pH (c và f)
ở điều kiện đất ngập nước liên tục và khơng liên tục ……………………………………..31
Hình 1.11. Động thái của pH ở một số loại đất khi ngập nước…………..……………...32
Hình 1.12. Mơ phỏng quá trình phát thải CH4 ở đất trồng lúa nước…………..…….34
Hình 1.13. Động thái của Eh ở đất trồng lúa và khơng trồng lúa……..………..……….35
Hình 1.14. Q trình trao đổi ơxy của cây lúa…………………………………….……....35
Hình 2.1. Bố trí thí nghiệm tại Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình……………………..……...42

Hình 2.2 Mơ phỏng lớp nước mặt ruộng khi tưới ngập thường xun (đối chứng) …..44
Hình 2.3 Mơ phỏng lớp nước mặt ruộng khi tưới nơng lộ phơi………………..………...45
Hình 2.4. Thiết bị lấy mẫu mêtan (CH4) tại đồng ruộng…………………….…….…...47
Hình 3.1. Bản đồ hành chính huyện Bố Trạch - tỉnh Quảng Bình……………..………50
Hình 3.2. Phẫu diện đất tại khu thí nghiệm………………………………………….……..52
Hình 3.3. Diễn biến Eh của các cơng thức thí nghiệm…………………………….…...…54
Hình 3.4. Diễn biến pH của các cơng thức thí nghiệm………….………………………..56
Hình 3.5.Diễn biến Eh qua hai phương pháp tưới tại đồng ruộng……..……………....57

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Hình 3.6. Diễn biến pH qua hai phương pháp tưới tại đồng ruộng……………….…....59
Hình 3.7.Biểu đồ diễn biến lượng phát thải CH4 trên ruộng tưới ngập thường
xuyên……………………………………………………………………………………..…...……61
Hình 3.8. Biểu đồ diễn biến lượng phát thải khí CH4 trên ruộng tưới nơng lộ phơi…...63
Hình 3.9 . Biểu đồ so sánh diễn biến lượng phát thải CH4 trong 2 trường hợp tưới ngập
thường xun và nơng lộ phơi……………...…………………………………….................66
Hình 3.10. Mơ phỏng lớp nước mặt ruộng nông lộ phơi………………………..….......68

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, biến đổi khí hậu và những hệ quả của biến đổi khí hậu đang là
một vấn đề đƣợc sự quan tâm của rất nhiều quốc gia trên thế giới. Nguyên nhân
chính gây biến đổi khí hậu là sự gia tăng chất thải khí nhà kính vào khí quyển, trong
đó có khí CO2, CH4 và N2O từ hệ thống canh tác nông nghiệp, đặc biệt là khí CH4 từ
hệ thống canh tác lúa nƣớc.

CH4 là một trong những khí nhà kính (KNK) chủ yếu của khí quyển. Sự phát
thải ngày càng dƣ thừa KNK vào khí quyển của hoạt động kinh tế xã hội, con ngƣời
đã và đang làm cho khí hậu biến đổi nhanh chóng. Trong khoảng 100 năm qua,
nhiệt độ trung bình tồn cầu tăng lên 0,3-0,6 0C và mực nƣớc biển dâng lên 10-20
cm, là hậu quả của sự tăng KNK trong khí quyển. Nguồn phát thải chính khí CH4 là
ruộng lúa nƣớc, đầm lầy tự nhiên, các mỏ khai khống, v.v..., trong đó, khu vực sản
xuất lúa nƣớc chiếm tỷ lệ lớn nhất [3].
Việt Nam là một nƣớc nông nghiệp với khoảng 80% dân số sống tại vùng
nông thơn, nơng nghiệp Việt Nam dựa trên cơ sở chính là trồng trọt và chăn ni,
trong đó trồng trọt chiếm vị trí quan trọng nhất. Việt Nam có diện tích đất canh tác
trồng lúa khoảng 4 triệu ha. Đối với ruộng lúa, sự phân huỷ yếm khí của các chất
hữu cơ trong ruộng lúa, đã sản sinh ra CH4 phát tán vào khơng khí thơng qua cây
trồng.
Chất hữu cơ đƣợc phân huỷ trong ruộng lúa bao gồm:
- Dịch thải bài tiết của rễ và các tế bào rễ;
- Các thành phần hữu cơ đã bón vào ruộng (phân hữu cơ, thân, lá cây trồng, v.v…);
- Các sinh vật sản sinh trong điều kiện ngập nƣớc.
Có thể thấy rằng, điều kiện ngập nƣớc trên ruộng lúa là hoàn cảnh thuận lợi
nhất dẫn đến quá trình sản sinh và phát thải CH4 trên ruộng lúa.

1

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Vì vậy đề tài “Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ tƣới cho lúa đến sự phát
thải khí metan ở đất trồng lúa huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình” đƣợc đƣa ra
nhằm đƣa ra một chế độ tƣới hợp lý nhất nhằm giảm thải khí CH4.
2. Mục tiêu nghiên cứu
-Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ tƣới đến sự phát thải khí CH4 trên ruộng lúa

huyện Bố Trạch
- Đề xuất chế độ tƣới lúa hợp lý để giảm thiểu sự phát thải khí CH4 mà khơng ảnh
hƣởng đến năng suất lúa huyện Bố Trạch.
3. Phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi lãnh thổ: Địa bàn nghiên cứu là cánh đồng lúa thuộc huyện Bố Trạch tỉnh
Quảng Bình
- Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tập trung đánh giá ảnh hƣởng của chế độ tƣới tới sự
phát thải khí CH4 trên ruộng lúa và đƣa ra chế độ tƣới phù hợp để giảm thải khí
CH4.
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn:
a) Ý nghĩa khoa học
- Đánh giá mối tƣơng quan giữa biện pháp tƣới ngập thƣờng xuyên và tƣới nông lộ
phơi đối với sự phát thải CH4 trên ruộng trồng lúa.
b) Ý nghĩa thực tiễn
Đối với khu vực nghiên cứu đánh giá đƣợc phần nào tình trạng phát thải CH4
trên ruộng lúa. Dựa vào đó góp phần đƣa ra giải pháp khắc phục tình trạng này và
giúp cho phát triển nông nghiệp theo hƣớng bảo vệ môi trƣờng.
Các sản phẩm nghiên cứu của đề tài là cơ sở khoa học góp phần rà sốt lại
các quy hoạch phát triển kinh tế xã hội và hạn chế hậu quả thiên tai, sử dụng bền
vững đất đai. Đây chính là căn cứ cho các nhà hoạch định chính sách và quản lý

2

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


nhà nƣớc ở Quảng Bình đề ra quyết sách chuyển đổi cơ cấu cây trồng, vật nuôi,
chuyển dịch cơ cấu kinh tế đảm bảo phát triển kinh tế xã hội có ổn định cao.
.

3

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1.Tổng quan kết quả nghiên cứu về phát thải metan
CH4 là một trong những khí tồn tại quan trọng trong khí quyển, cũng giống
nhƣ CO2, CH4 là KNK tồn tại lâu dài. Việc tăng các KNK này gây trực tiếp đến việc
thay đổi khí hậu thơng qua q trình bức xạ. Khác với CO2, CH4 là một thành phần
hoạt động về mặt hoá học. Việc tăng CH4, sẽ gây nên sự thay đổi quá trình hố học
của khí quyển và ảnh hƣởng đến nồng độ của các khí khác, vì thế ảnh hƣởng gián
tiếp đến sự biến đổi khí hậu.
Trong vịng 4 thập kỷ qua, kể từ sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, nồng độ
CH4 tăng lên nhanh hơn so với trƣớc. Nguyên nhân của việc tăng CH4 đã không
đƣợc hiểu một cách thấu đáo. Một trong những giải thích có tính khả thi là, việc
tăng liên tục nguồn CH4 từ các khu vực trồng lúa nƣớc, đầm lầy, v.v...[16].
1.1.1. Kết quả nghiên cứu về phát thải metan trên thế giới
Các nƣớc trồng lúa trên thế giới nhƣ Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc, Ấn Độ,
Hàn Quốc, v.v… và các nƣớc Đông Nam Á đã sớm có nhiều cơng trình nghiên cứu
về phát thải mê tan trên ruộng lúa. Từ đầu thập kỷ 80, các kết quả nghiên cứu đã tập
trung vào cơ chế phát thải mê tan trên ruộng lúa, lƣợng phát thải và các biện pháp
giảm thiểu phát thải mê tan.
Gần đây, trong chƣơng trình nghiên cứu liên vùng về “Phát thải mê tan trên
ruộng lúa” do Quỹ Mơi trƣờng tồn cầu tài trợ (dự án mã số GLO/91/631), Viện
Nghiên cứu lúa Quốc tế IRRI thực hiện từ năm 1991-1999 [12], đã xây dựng hệ
thống đo đạc nghiên cứu phát thải mê tan trên ruộng lúa của Trung Quốc, Ấn Độ,
Indonesia, Thái lan, Philippin. Chƣơng trình này đã nghiên cứu đánh giá lƣợng phát
thải CH4 trên ruộng lúa của các nƣớc tham gia với các chế độ phân bón, tƣới tiêu,
giống, đất đai, v.v… khác nhau, đồng thời xây dựng các biện pháp tiềm năng giảm

nhẹ khí thải mê tan. Nhiều hội thảo, hội nghị quốc tế và khu vực đã tổ chức để trao
đổi về các nội dung nêu trên.

4

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Những thí nghiệm này bao gồm: Các giai đoạn sinh trƣởng của cây lúa trong
điều kiện tƣới nƣớc và có mƣa, ở các ơ ruộng khác nhau, nhƣng có cùng tính chất
và lịch gieo cấy giống nhau. Kết quả nghiên cứu ở các nƣớc Trung Quốc, Philippin,
Ấn Độ và Indonesia đƣợc giới thiệu trong bảng 1.1, 1.2 và 1.3 sau [12]:
Bảng 1.1. Mơ tả vị trí ruộng lúa thí nghiệm
Hangzhou

Maligaya

LosBanos

Cuttack

Jakenan

(Trung Quốc)

(Philippin)

(Philippin)

(Ấn Độ)

(Indonesia)

Vụ sớm (tháng 4-

Vụ mùa khô

Vụ mùa khô

Vụ mùa khô

Vụ mùa khô

Hệ thống

7), 1 vụ (T 7-9),

(tháng 1-4)

(tháng 1-4)

(tháng 2-5)

(tháng 2-6)

trồng trọt

Vụ muộn

Vụ mùa mƣa

Vụ mùa mƣa

Vụ mùa mƣa

Vụ mùa mƣa

(tháng 7-11)

(tháng 7-10)

(tháng 7-10)

(tháng 7-10)

(tháng 10-2)

Ấm, mát, ẩm ƣớt

Ấm, mát, ẩm

Ấm, mát, ẩm ƣớt

Ấm, mát, ẩm

Ấm, mát, ẩm

cận nhiệt đới

ƣớt nhiệt đới

nhiệt đới

ƣớt nhiệt đới

ƣớt nhiệt đới

Tmax=20,40c

Tmax= 31,80c

Tmax=30,60c

Tmax=31,80c

Tmax=30,80c

Tmin= 12,90c

Tmin= 23,20c

Tmin= 23,10c

Tmin= 22,10c

Tmin= 22,50c

Đất á sét

Đất á sét

Đất á sét

Mùn pha sét

Mùn pha sét

pH = 6,2

pH = 6,9

pH = 6,6

pH = 7,0

pH = 4,7

Phân lợn, tƣới

Phân đạm,

gián đoạn

tƣới ngập liên

Phân đạm

Phân hỗn hợp

Vị trí

Khí hậu

Đất

Chế độ
bón phân

tục

Phân đạm, tƣới
ngập liên tục

(Nguồn: IRRI (1999))
Trong bảng 1.2 chỉ ra rằng, tỷ lệ phát thải CH4 trong trƣờng hợp tƣới ngập
thƣờng xuyên cao so với rút nƣớc gián đoạn hoặc tiêu giữa vụ. Bằng việc rút nƣớc
gián đoạn ở Hangzhou (Trung Quốc) năm 1995 và 1998, tổng lƣợng phát thải CH4
giảm trong phạm vi từ 48 - 341 kg/ha, so với tƣới ngập thƣờng xuyên. Ở Maligaya
(Philippin), LosBanos (Philippin), thay đổi từ 16 - 180 kg/ha. Tại Cuttack (Ấn Độ),
việc tƣới ngập gián đoạn với rơm (phân bón), cho mức phát thải thấp (27 kg/ha), so
với mức tƣới ngập thƣờng xuyên (36 kg/ha ), với việc xử lý phân rơm tƣơng tự .

5

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Bảng 1.2. Kết quả thí nghiệm về đo đạc phát thải khí CH4

Hangzhou

(Trung Quốc)

Địa điểm

Năm

Mùa

Các xử lý thí nghiệm

1995

Muộn

- Tƣới liên tục + phân xanh
- Tƣới gián đoạn + phân xanh
- Tƣới + đạm + tro
- Tƣới gián đoạn+đạm+ tro
- Tƣới + đạm + tro
-Tƣới gián đoạn+đạm + tro

557
216
225
177
279
215

- Cấy duy trì nƣớc trên ruộng
- Cấy, tiêu nƣớc giữa vụ

- Cấy duy trì nƣớc trên ruộng
- Cấy, tiêu nƣớc giữa vụ
- Duy trì nƣớc trên ruộng, kết
hợp rạ lúa
- Tiêu nƣớc thu hoạch, giữa
đẻ nhánh
- Duy trì nƣớc trên ruộng, kết
hợp rạ lúa hoặc búi rễ
- Tiêu nƣớc thu hoạch, giữa
đẻ nhánh

89
51
348
323
225

- Duy trì nƣớc trên ruộng +
rơm
- Tiêu nƣớc gián đoạn + rơm

36

1998
Sớm

LosBanos (Philippin)

Maligaya
(Philippin)

1998

Cuttack
(ấn độ)

Phát thải
mùa
(kg/ha)

Muộn
Khơ

1997
Mƣa

Khơ
1994
Mƣa

1997

Khơ

45

Lƣợng phát
thải giới hạn
có thể gây
độc(kg/ha)

341
48
64
38
25

27

6,7
6,7
6,2
6,2
6,4
6,7
7,9
7,7
5,4
5,5
5,3

180

27
11

Sản lƣợng
lúa (t/ha)

5,1
3,8

16

3,4
3,5

9

3,1

(Nguồn: IRRI (1999))
Bảng 1.3. Lựa chọn kịch bản giảm thiểu - Jakenan (Indonesia)
Lựa chọn
giảm thiểu

Ranh giới
giảm thiểu

Áp dụng kịch
bản giảm thiểu

Tƣới nông
lộ phơi

Tƣới ngập
thƣờng xuyên

Ruộng
thỉnh
thoảng

ngập,
thỉnh thoảng khô
bằng cách bởi
điều tiết nƣớc
tƣới

Giảm phát thải
Mêtan từ ranh
giới (%)

Giảm phát
thải Mêtan
(kg/ha)

Ảnh hƣởng
đến năng
suất (%)

29,8

55,5

+ 5,4%

6

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Bảng 1.3 giới thiệu kết quả lựa chọn kịch bản giảm thiểu CH4 trên ruộng lúa,

đƣợc nghiên cứu bởi TS. Ir Abdul Karim Makarim (Viện nghiên cứu quốc gia cây
lƣơng thực – Indonesia) thông qua dự án ALGAS. Kết quả chỉ ra rằng, chế độ rút
nƣớc định kỳ thay cho tƣới ngập hoàn toàn là giải pháp lựa chọn giảm thiểu khí
CH4 trên ruộng lúa, với tổng lƣợng phát thải khí Mêtan giảm 55 kg/ha và năng suất
lúa tăng 5,4% [7].
Những thí nghiệm đƣợc đề cập ở trên và nghiên cứu ở châu Á chỉ ra rằng,
việc rút nƣớc định kỳ có thể là tối ƣu để tiết kiệm nƣớc tƣới, tăng sản lƣợng lúa và
giảm sự phát thải CH4 trên ruộng lúa. Vì vậy, việc đề xuất chế độ tƣới rút cạn nƣớc
định kỳ thay cho tƣới ngập thƣờng xuyên đã đƣợc ứng dụng nhằm giảm thiểu phát
thải CH4 trên ruộng lúa.
1.1.2. Kết quả nghiên cứu trong nước
1.1.2.1. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực Năng lượng
Theo TS. Phạm Khánh Toàn và KS. Lê Nguyên Tƣờng [7] đã xác định đƣợc
tổng lƣợng phát thải KNK ngành Năng lƣợng là 27.074,362 Gg. Trong đó, lƣợng
phát thải CO2 lớn nhất, do xăng dầu gần 14 triệu tấn, tiếp đến là than hơn 8 triệu
tấn, chiếm 35,7% lƣợng phát thải CO2 do đốt nhiên liệu hoá thạch.
Năng lƣợng tiêu thụ trong công nghiệp và xây dựng tạo nên lƣợng phát thải
lớn nhất, chiếm 38% phát thải CO2 tƣơng đƣơng trong toàn ngành Năng lƣợng; Dân
dụng 17%; Giao thông vận tải 15%; tiếp đến là Công nghiệp chuyển đổi năng lƣợng
14%.
Phát tán KNK do khai thác năng lƣợng ở Việt Nam không lớn, tổng lƣợng
phát tán do khai thác than và dầu khí là 46,764 Gg, trong đó chủ yếu do khai thác
than hầm lò, chiếm khoảng 80%. Tổng lƣợng các KNK phát thải từ ngành Năng
lƣợng chiếm 26,4% lƣợng phát thải khí nhà kính quốc gia.

7

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

1.1.2.2. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực Cơng nghiệp
Kết quả nghiên cứu của KS. Lê Nguyên Tƣờng, KS. Nguyễn Gia Để, KS.
Nguyễn Anh Dũng [7] cho thấy, tổng lƣợng phát thải CO2 của một số loại hình
cơng nghiệp ở Việt Nam năm 1994 là 3,807 triệu tấn. Chủ yếu do sản xuất vật liệu
xây dựng, sản xuất xi măng chiếm khoảng 2,7 triệu tấn, nung vôi 650 ngàn tấn, cán
thép gần 500 ngàn tấn.
Lƣợng SO2 phát thải năm 1994 vào khoảng 1,6 triệu tấn, chủ yếu cũng từ
ngành sản xuất xi măng. Tổng lƣợng các KNK phát thải từ ngành công nghiệp chỉ
chiếm 3,7% lƣợng phát thải KNK quốc gia.
1.1.2.3. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực lâm nghiệp
Theo KS. Nguyễn Khắc Hiếu, PGS.TS. Hoàng Xuân Tý, KS. Phùng Tửu Bơi
[2] đã kiểm kê lƣợng KNK (tính theo CO2 tƣơng đƣơng) phát thải vào khí quyển
trong khu vực lâm nghiệp và thay đổi sử dụng đất trong năm 1994 là 16,91 triệu tấn.
Trong đó, hấp thụ CO2 do tăng trƣởng sinh khối là 41,75 triệu tấn, do tái sinh rừng
tự nhiên 11,05 triệu tấn. Tuy vậy, lƣợng phát thải do phá rừng chuyển đổi sử dụng
đất vẫn rất lớn, ƣớc tính khoảng 56,72 triệu tấn, phát thải từ đất là 8,82 triệu tấn.
Lƣợng CH4 và ơxít Nitơ phát thải từ lâm nghiệp ƣớc tính ở mức 4,16 triệu tấn CO2
tƣơng đƣơng.
Tổng lƣợng các loại KNK phát thải từ ngành lâm nghiệp chiếm 16,4% lƣợng
phát thải KNK quốc gia.
1.1.2.4. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực chất thải
Theo TS. Trần Duy Bình, KS. Lê Nguyên Tƣờng, KS. Đồn Chí Dũng [7] đã
nghiên cứu và xác định đƣợc nguồn phát thải lớn nhất là rác thải sinh hoạt. Lƣợng
khí mêtan do rác thải sinh hoạt phát thải ƣớc tính là 66,813 Gg, tƣơng đƣơng với
1403 Gg CO, chiếm 54,5% lƣợng KNK do chất thải. Tổng lƣợng các loại KNK phát
thải từ chất thải chỉ chiếm 2,5% lƣợng phát thải KNK quốc gia.

8

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

1.1.2.5. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực Nơng nghiệp
Nơng nghiệp là một ngành có nguồn phát thải KNK lớn nhất trong các
ngành kinh tế của nƣớc ta, mà chủ yếu là phát thải khí CH4, Ơxít nitơ (N2O), tiếp đó
là Monoxít cacbon (CO) và Ơxít nitrogen (NOx).
Trong lĩnh vực nông nghiệp, nguồn phát thải KNK đƣợc sinh ra từ các hoạt
động nhƣ: Chăn nuôi gia súc, trồng lúa, đốt các phế thải trên đồng ruộng, đất nông
nghiệp, đốt đồng cỏ, v.v...
Bảng 1.4. Kết quả kiểm kê khí nhà kính khu vực nơng nghiệp năm 2000

Khu vực

CH4
(Gg)

Trồng lúa

N2O
Gg)

CO
(Gg)

CO2 tổng
cộng (Tg)

%

1.782,37

37,43

57,50

368,12

7,73

11,88

- Quản lý chất thải 164,16

3,45

5,30

14,22

21,85

Oxit nitrogen
NOx

Chăn nuôi gia súc
- Tiêu hố thức ăn

Đất nơng nghiệp

45,87

Đốt Savan đồng cỏ

9,97

1,23

261,71

4,46

0,59

0,91

Đốt các phế thải trên
đồng ruộng

59,13

1,39

1.241,68

50,28

1,67

2,75

2.383,75

48,49

1.503,39

54,74

65,09

100,00

Tổng số

(Nguồn: Dự án thông báo quốc gia – Việt Nam (2000))
Kết quả kiểm kê năm 2000 [2], lƣợng phát thải KNK khu vực nông nghiệp là
65,09Tg CO2 chiếm 43,1% tổng lƣợng phát thải KNK Quốc gia, chiếm tỷ trọng cao
nhất. Khí nhà kính khu vực nơng nghiệp năm 2000, nguồn phát thải lớn nhất là CH4
trong đó khu vực trồng lúa là 1.782Gg/năm tƣơng đƣơng 37,43Tg CO2 Gg chiếm
57,5%, khu vực chăn nuôi chiếm 17,18%, đất nơng nghiệp chiếm 21,85%, cịn lại là

9

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


các nguồn phát thải do đốt savan và đốt phế thải. Điều đó cho thấy khu vực trồng
lúa nƣớc nguồn phát thải CH4 là chủ yếu. Để giảm lƣợng phát thải KNK, một trong
những biện pháp là giảm phát thải CH4 trên vùng trồng lúa nƣớc.

Hình 1.1. Diện tích trồng lúa với các chế độ quản lý nước khác nhau
Ghi chú:

1/ Diện tích trồng lúa tưới ngập thường xuyên (65,3%).
2/ Diện tích trồng lúa tưới ngập khơng thường xun (19,3%).
3/ Diện tích trồng lúa tưới nhờ nước mưa (15,4%).

Theo kết quả khảo sát điều tra của Viện khoa học thuỷ lợi [15], diện tích trồng
lúa với các chế độ quản lý nƣớc khác nhau đƣợc trình bày trong bảng 1.5

Bảng 1.5. Diện tích trồng lúa với các chế độ quản lý nước khác nhau
Diện tích (103 ha)

Chế độ quản lý nước
Miền Bắc

Miền Nam

Tổng số

Tƣới ngập thƣờng xuyên

1.957

2.353

4.310

Tƣới ngập không thƣờng xuyên

1.273

1.049

1.273

Nhờ nƣớc mƣa

0.326

0.690

1.016

2.507

4.092

6.599

Tổng số

10

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Theo TS. Nguyễn Văn Tỉnh, KS. Nguyễn Mộng Cƣờng và NNK v.v…[2000]
[16] đã nghiên cứu sự phát thải khí mêtan trên ruộng lúa tại Trạm KTNN Hoài Đức
vụ mùa năm 2000, ứng với hai trƣờng hợp tƣới ngập thƣờng xuyên và nơng lộ phơi,

theo tập qn canh tác bón phân hữu cơ kết hợp vô cơ. Kết quả cho thấy, lƣợng phát
thải tập trung lớn nhất lớn nhất vào giai đoạn sau cấy khoảng 25  30 ngày, từ 55 
60 mg/m2/h và nhỏ nhất vào giai đoạn cuối, chỉ từ 0,60  1,0 mg/m2/h. Trong
trƣờng hợp tƣới nông lộ phơi, lƣợng phát thải khí mêtan nhỏ hơn so với tƣới ngập
thƣờng xuyên khoảng 10% (bảng 1.6; 1.7 và hình 1.5).
Bảng 1.6. Tổng lượng phát thải khí Mêtan và năng suất lúa trong 2 trường hợp
tưới ngập thường xuyên và nơng lộ phơi (Trạm KTNN Hồi Đức, vụ mùa năm
2000)

Trường hợp

Xử lý thí nghiệm

Lượng phát thải Lượng phát
Sản lượng
trung bình
thải cả mùa
lúa (Tấn/ha)
(mg/m2/ngày)
(kg/ha)

Tƣới ngập thƣờng
Tưới ngập
thường xuyên xuyên + phân hố học
Tưới nơng lộ
phơi

515,3

5,50

384,9

469,6

5,67

Rút nƣớc định kỳ +
phân hố học

422,3

Bảng 1.7. Lượng phát thải khí Mêtan trong 2 trường hợp tưới ngập thường xuyên
và rút nước định kỳ ở Trạm khí tượng nơng nghiệp Hồi Đức
STT

Ngày

Tưới ngập thường xun

Rút nước định kỳ

Dòng CH4 Mực nƣớc trên Dòng CH4 Mực nƣớc trên
(mg/m2/h)

ruộng (cm)

(mg/m2/h)

ruộng (cm)

1

08/8/2000

11,65

3

11,32

3

2

15/8/2000

24,44

2

22,41

2

3

22/8/2000

48,22

2

49,40

2

11

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


4

29/8/2000

41,53

5

40,80

5

5

05/9/2000

56,22

4

59,81

4

6

12/9/2000

55,61

4

50,12

0

7

14/9/2000

55,85

4

24,55

0

8

16/9/2000

53,85

4,5

14,15

0

9

19/9/2000

37,51

4

8,89

0

10

21/9/2000

26,27

4,5

5,90

3

11

26/9/2000

14,78

2

7,83

3

12

03/10/2000

11,93

2

12,14

3

13

10/10/2000

9,98

3

9,82

3

14

17/10/2000

2,12

5

2,24

4,5

15

24/10/2000

2,53

4

1,54

0

16

26/10/2000

2,05

3

2,75

0

17

28/10/2000

2,71

2

2,75

0

18

31/10/2000

2,67

2

2,54

0

19

07/11/2000

1,05

2

0,64

0

12

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Hình 1.2. Biểu đồ diễn biến lượng phát thải khí Mêtan trong 2 trường hợp tưới

ngập thường xuyên và rút nước định kỳ ở Trạm khí tượng nơng nghiệp Hồi Đức
Trên cơ sở tổng quan về phát thải KNK nhận thấy rằng, khí mêtan là nguồn
phát thải quan trọng nhất trong các loại KNK ở nƣớc ta, trong đó tập trung chủ yếu
ở khu vực trồng lúa. Điều kiện tự nhiên và tập quán canh tác lúa nƣớc ở nƣớc ta là
mơi trƣờng rất thuận lợi cho q trình sản sinh và phát thải khí mêtan trên ruộng
lúa.

13

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


1.2. Cơ chế hình thành khí CH4

Nguồn C vào
- Bẩy bắt và quay vịng C

Điều kiện và q trình hình thành

- Rễ bài tiết chất hữu cơ

- Eh giảm mạnh (sau 3-8 ngày ngập

- Rễ bài tiết HCO3

nƣớc)
- pH tăng lên mức trung tính

- Cỏ tảo, xác vi sinh vật

- Lên men và phân hủy chất hữu cơ ở

- Sản phẩm phù sa
- Nƣớc tới
- Rễ, rơm rạ
- Bón phân hữu cơ

điều kiện yếm khí.
Vật chất hình thành CH4

- Vi khuẩn vùng rễ và vi khuẩn mêtan

- Chất hữu cơ của đất

hoạt động mạnh.

- CO2

CH4 hình thành

Hình 1.3. Sơ đồ về đặc điểm sự hình thành mê tan ở đất ngập nước trồng lúa của Việt Nam

14

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


1.2.1. Sự phân giải chất hữu cơ và hình thành CH4
CH4 là một hydrocacbon có thành phần chủ yếu là cacbon và hyđro, trong đó
cacbon là nguyên tố cơ bản của tất cả vật thể hữu cơ và chu trình sinh học của

nguyên tố này thuộc về những quá trình cơ bản của thế giới sự sống. Trong quá
trình biến đổi của chất hữu cơ, tuỳ theo điều kiện môi trƣờng mà sản phẩm cuối
cùng có thể là CO2, H20, các axít hữu cơ, H2, và CH4. Đây là quá trình biến đổi sinh
học phức tạp, có sự tham gia của vi sinh vật đã đƣợc nhiều tác giả đề cập.
Nhìn chung đây là q trình phân huỷ sinh hố của hợp chất cao phân tử ở
trong đất, có sự xúc tác của enzym để chuyển thành những hợp chất hồ tan trong
nƣớc hoặc thốt ra ngồi nhƣ khí CH4, CO2, H2 …
Tuỳ theo nguồn gốc chất hữu cơ ban đầu, thí dụ Xenlulozo, lignin, hoặc chất
đạm… mà q trình biến đổi và sản phẩm cuối cùng cũng rất khác nhau. Có thể
hình dung những q trình biến đổi chủ yếu nhƣ sau :
* Sự phân giải của hydrocacbon
Sự phân giải của hydrocacbon (Xenlulozo, tinh bột, hemizelllo), trong đó
Xenlulozo là chất khó phân huỷ nhất trong nhóm này, sơ đồ nhƣ hình 1.4.
Ở điều kiện háo khí thì CO2 và H2O hình thành, ở điều kiện yếm khí thì các
axit hữu cơ, khí CH4 và H2 hình thành. Đây là q trình biến đổi sinh hố phức tạp,
có sự tham gia của các vi khuẩn phân giải Xenlulozo thuộc bộ Pseudomonadales, họ
Spirillaceac, giống Vibrio, Cellvibrio và Cellfalcicula. Bên cạnh đó cịn có sự tham
gia của các lồi nấm thuộc lớp Ascomycetes mà Myxotrichum chartarum là một đại
diện điển hình thuộc chủng Gymnoascales, họ Chytridiaceac.

15

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Xenlulozo cao phân tử
Tác động của quá trình thuỷ phân và tác động
của Enzym
Mạch Xenlulozo đơn giản
Tác động của Enzym

Polysacharid
Tác động của Enzym
Monosacharid
Trao đổi chất
Vật thể vi sinh
vật

Sự hấp thụ qua vi sinh
vật và chu trình axit citric

Tự phân huỷ

Khống hố

Yếm khí

Háo khí
CO2, H20

Axit hữu cơ, CH4, H2

Hình 1.4. Sơ đồ phân huỷ Xenlulozo
* Sự phân giải của hợp chất hữu cơ chứa ni-tơ (N)
Có thể hình dung q trình phân giải các hợp chất hữu cơ chứa N nhƣ hình
1.5
Q trình phân giải trên có sự tham gia của vi khuẩn, nấm và hàng loạt
enzym. Sau quá trình denaminaza thì NH3 và axít béo đƣợc giải phóng. Sau đó,
tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp của hydro cacbon, ở điều kiện háo khí sẽ khống hố
thành CO2, NO2, SO4, H2O và các chất cặn. Ở điều kiện yếm khí thì sẽ phân giải
thành CH4, CO2, H2, H2S, NH3, R-COOH, RNH2, RSH và chất cặn.

16

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Chất đạm

Pepton

Polypeptid
Khử Cacboxyn
Khử Amin

Axit amin

NH3
Axit béo

CH4

CO2

H2O

Amin

--> Từ axit Amin mạch
vòng: Phenol, Krenson,
Indon, Skaton.

-->Từ axit Amin chứa S
Mercaptan, H2S

Hình 1.5. Sơ đồ phân giải các hợp chất hữu cơ chứa N
Sự phân huỷ chất hữu cơ và chuyển hoá năng lƣợng ở điều kiện yếm khí
đƣợc mơ tả một cách chi tiết hơn theo hình 1.6

Hình 1.6. Quá trình phân huỷ chất hữu cơ và chuyển hoá năng lượng ở
điều kiện yếm khí [13]

17

LUAN VAN CHAT LUONG download : add