Luận án tiến sĩ khoa học môi trường: Đánh giá nguy cơ môi trường do sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (56.66 MB, 229 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI HỌC QUOC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Lý Thị Thu Hà

LUAN AN TIEN SI KHOA HOC MOI TRUONG

Hà Nội — 2023

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

ĐẠI HỌC QUOC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Lý Thị Thu Hà

Chuyên ngành: Môi trường đất và nướcMã số: 9440301.02

LUẬN AN TIEN SĨ KHOA HOC MOI TRUONG

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC:

1. PGS.TS. Nguyễn Thi Hà

2. PGS.TS. Ngô Thế Ân

Hà Nội — 2023

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan, đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quảnghiên cứu trong luận án được đánh giá và phân tích một cách khách quan. Các số

liệu tham khảo trong luận án này được trích dẫn đầy đủ.

TÁC GIÁ

Lý Thị Thu Hà

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tôi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành và sâu sắc của mình tới tậpthé hướng dẫn khoa học PGS.TS. Nguyễn Thị Ha và PGS.TS. Ngô Thế An, là nhữngngười đã gợi mở cho tôi các ý tưởng khoa học và hướng dẫn tôi trong suốt thời giannghiên cứu luận án bằng tất cả tâm huyết và sự quan tâm hết mực của người thầy đến

nghiên cứu sinh.

Tôi xin cảm ơn, Bộ môn Công nghệ môi trường, Khoa Môi trường, Trường

Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã truyền đạt và bồi dưỡngcho tôi những kiến thức, phương pháp học tập và nghiên cứu chuyên môn trong suốt

thời gian tôi thực hiện nghiên cứu tại Bộ môn, Khoa và Nhà trường.

Đặc biệt cảm ơn các anh, chị, em trong Phịng thí nghiệm Bộ mơn Cơng nghệmơi trường, Khoa Tài nguyên và môi trường, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã

giúp đỡ tôi rất nhiều về cơ sở vật chất, trang thiết bị thí nghiệm, để tơi hồn thành tốt

chương trình nghiên cứu của mình.

Tơi cũng xin cảm ơn Dự án DeltA dapt đã tài trợ cho nghiên cứu này và hỗ trợ

chuyên gia trong bố trí thí nghiệm, thu thập và phân tích số liệu.

Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình, những người thân ln động viên về tinhthần, thời gian và vật chất để tơi có động lực trong công việc vả nghiên cứu khoa học.

TÁC GIÁ

Lý Thị Thu Hà

il

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

1 Tính cấp thiết của luận áin... - ¿22 2 E+SE££E£+EE+EE£EEEEEEEEEEEEEEErEErrkrrkrree 1

2 Mục tiêu của luận áñn...-- - - - -- ---- 2 2211111111223 1111 1 91111111 ven vn 33. Nội dung nghiên cứu của luận án...- - --- -- 5 + 1S. SH ng ngư4

4. Y nghia khoa hoc va thuc tiễn của luận AN oe eeeseseseseesessscesesetseseeeees 4Al. Y nghĩa khoa hoc của luận At... eeeesceeseescceseeeseceseeseeeseeesecseeeseenseeeeeeseeeeeees 442. Ý nghĩa thực tiễn của luận ấn... ---- ¿2 2S SE+E£EE+E£EEEEEEEEEEEEEEErEerkrrrrree 45... Điểm mới của luận án...--- 2c ©s£++£+EE+EE£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrkrrkervee 5

Chương I. TONG QUAN CÁC VAN DE NGHIÊN CUU ...--.----2 6

1.1. Thuat ngữ, khái niệm sử dung trong luận án ...-..-- 25s << s++vexsses 6

1.2. Nhu cầu sử dụng phân đạm và hệ quả môi trường của sử dung phân đạm

trong hệ thống nông nghiỆp...--- 2-2 2© 2£ EE+EE+EE£EEE2EEEEEtEEEZEErExerkrred 71.2.1. Dạng tơn tại của nito trong hệ thống nông nghiệp...---2--¿--5¿55+¿ 71.2.2. Nhu cau và hiệu quả sử dụng phân đạm cho trồng cây hang năm... 91.2.3. Ảnh hưởng của sử dụng phân đạm đến môi trường...---:-5+ 171.3. Đánh giá nguy cơ và rủi ro môi trường do sử dụng phân đạm trên đất

trồng cây hàng năm ... ¿2-52 £+E+EE£EE£EEEEEE2E12717112112117171.211 1xx rxe. 241.3.1. Các phương pháp sử dụng trong đánh giá rủi ro rửa trôi nitơ từ đất trồng

cây hàng năm tới nước dưới đất...--- ¿- ¿+ k+Sx+E++EE£EE+EEEEEEEerEerkerkrrsres 241.3.2. Các phương pháp định lượng khí nhà kính phát thải từ đất trồng cây

WANG NAM 8... ... 32

1.4. Nghiên cứu xác định nguy co và rủi ro môi trường do sử dụng phân dam

trong trồng cây hàng năm trên Thế giới và Việt Nam ...---: 37

1H

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

1.4.1. Nghiên cứu ứng dụng DRASTIC xác định tổn thương nitrat trong nước

ngầm do sử dụng phân đạm trong nông nghiỆp...-- 2 ¿2 5 s+z++5s2 371.4.2. Nghiên cứu xác định nguy cơ phát thải khí nhà kính từ đất nông nghiệp

do sử dung phân đạm trong trồng trỌ(...---- 2-2 2 2252££+E££E+£Eerxerxerszrs 421.5. _ Tổng quan về đất trồng cây hang năm và tài nguyên nước dưới đất tỉnh

892101277 —= 49

1.5.1. Hiện trạng dat trồng cây hang năm tỉnh Nam Định ...--- ¿5+49

1.5.2. Địa chất thủy văn và tài nguyên nước dưới đất tinh Nam Định ... 511.6. Danh giá tơng quan và các van dé luận án góp phan giải quyết... 53Chương 2. DOI TƯỢNG, PHAM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...572.1. _ Đối tượng nghiên CỨU...- - + S2SE+SE+EESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrkrree 57

2.2. Phạm vi nghiÊn CỨU...- - -- S111 1v kg HH rưy 572.2.1. Phạm vi khơng gØ1an...- - ó5 + 1x TH ng krưy 572.2.2. Phạm Vi thời Ø141... -- G Ă 111v 1H HH no HH rưy 58

2.2.3. Trinh tự thực hiện nội dung và khung nghiên cứu...--.---««++<<+++ 58

2.3. Phương pháp nghiÊn CỨU... .-- -- S< +13 EE91123 E111 111 1 1n ng ng rệt 59

2.3.1. Phương pháp thu thập dữ liệu ... ---- 5 5c 225 32232 ESEESEEsssrerssrresrrrsee 59

2.3.2. Phương pháp lay mẫu và phân tích mẫu...--- 2-2 ++2+£+£++zx+rxzzsz 612.3.3. Phương pháp đánh giá rủi ro ô nhiễm nước dưới đất liên quan đến sử

dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm ...-- 2-2252 22 ++£xzse2 642.3.4. Phương pháp đánh giá nguy cơ môi trường liên quan đến phát thải khí

nhà kính do sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm ... 742.3.5. Phương pháp tinh cân bằng và hiệu quả sử dung nitơ...---5. 792.3.6. Phương pháp thống kê, xử lý số liệu, phân tích tong hợp ...-- 84Chương 3. KET QUÁ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...--.---- 853.1. Hiện Trạng trạng sử dụng đất và bón phân đạm trên đất trồng cây hàng

năm tại huyện Giao “TÏhỦyy...-- - c1 3 9 2 91H TH HH HH nh nh rư 85

3.1.1. Hiện trạng sử dung đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thuy ... 853.1.2. Kĩ thuật canh tác và hiện trang sử dụng phân đạm trên đất trồng cây

hàng năm huyện Giao Thuỷ ... ... ---- c1 n3 9 33 11 Triệt 89

iv

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

3.1.3. Hiện trạng thành phan nitơ trên các loại sử dụng đất trồng cây hàng năm... 943.2. Nguy cơ ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất Tầng nông do sử dụng phân

đạm trên đất trồng cây hàng năm...---- 2 2 +©E++E++EE£EEtrEzrerrxerxerxee 973.2.1. Đánh giá tơn thương nước dưới đất tang nông tại huyện Giao Thủy ... 97

3.2.2. Đánh giá nguy cơ ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất từ hoạt động bón

phân đạm trên đất trồng cây hàng năm...-- 2 2 2 E+cx+EE+E+zEzEzxeei 1063.2.3. Đánh giá rủi ro nước dưới đất tang nông tại huyện Giao Thủy ... 111

3.2.4. Độ tin cậy của mơ hình đánh giá nguy co 6 nhiễm nitrat trong nước dưới

đất tang nông áp dụng cho huyện Giao Thủy ...---- 2: 2 5 z+sz+see: 1133.3. Nguy cơ phát thải khí nhà kính nitơ oxit (n2O) từ đất trồng cây hàng

cây hàng năm tại huyện Giao THUDY ... - ¿5c + + ssvxeereeerrrerrerrrke 147

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, ...- <2 s2 ©s<ss£©ss£essersevssersserseessersee 157

I. KÉTLUẬN...Ă-5Ă. 252cc 1572. KIÊN NGHỊ,...---©2c 22c 221 2212211221212. cEcrkrrree 158DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIÁ LIÊN

QUAN DEN LUẬN ÁN...---- 2-5 SE 212E1217121111211111111 1111 cre. 160TÀI LIEU THAM KHẢO...- 2-22 ©5£22E2E2‡EE2SEEE2EEE2112711221211211221 21c ee 161PHU LUC A. VI TRÍ LAY MAU VA SO LIEU SƠ CẤP...---2©22752 55c: iPHU LUC B. MOT SO HINH ANH NGHIÊN CỨU...----2- +: xxvi

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VA CHỮ VIET TAT

Chữ/ký hiệu Tiếng Việt Tiếng AnhBDKH Biến đổi khí hậu

CF Yếu tố kiểm soát Control Factor

COP Hội nghị các bên Conference of the parties

CV Dat chuyén rau

DI Chi số ton thương DRASTIC DRASTIC Index

DRASTIC Mơ hình đánh giá ton thương Depth of water (D), netnước dưới đất với 7 lớp đữ liệu: recharge (R), aquifer media(Độ sâu mực nước dưới đất (D), (A), soil media (5),lượng nước tái nạp thực (R), môi topography (T), the impact oftrường tang chứa nước dưới đất the vadose zone (I) and

(A), thành phần cơ giới đất (S), hydraulic conductivity (C)địa hình (T), đới thơng khí (1) va

độ thâm thủy lực (C).

ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu LongĐBSH Đồng bằng sông Hồng

ĐTCHN Dat trồng cây hàng năm

FRR Đất trồng lúa không nhiễm mặn

GSO Tổng cục thống kê General Statistic OfficeHF Yếu tố nguy cơ Hazard Factor

HI Chỉ số nguy cơ Hazard index

IPCC Uy ban Liên chính phủ về biến đổi Intergovernmental Panel on

khí hậu Climate Change

IPNOA Chỉ số nguy cơ ô nhiễm nitrattừ The agricultural nitrate

nông nghiệp hazard index

vi

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Chữ/kýhiệu Tiếng Việt Tiếng Anh

KNK Khí nhà kính

LUTs Các loại sử dung đất Land use typesNDĐ Nước dưới đất

NUE Hiệu quả sử dụng nito Nitrogen use efficiency

NVZ Vùng dé bi tôn thương do nitrat Nitrate Vulnerable ZoneRI Chi số rủi ro Risk index

RMSE Sai số bình phương trung bình Root mean square errorRV Dat luân canh rau — lúa

SIA Tích lũy tổng hợp Self-Integrating

SRR Đất trồng lúa bị nhiễm mặn

TN Tổng nitơ Total nitrogen

vii

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Bang 1.1.

Bang 1.2.

Bang 1.3.Bang 1.4.

Bang 1.5.Bang 1.6.Bang 1.7.

Bang 1.8.

Bang 2.1.Bang 2.2.Bang 2.3.Bang 2.4.

Bang 2.5.

Bang 3.1.

Bang 3.2.

Bang 3.3.Bang 3.4.

Bang 3.5.

Bang 3.6.

Bang 3.7.Bang 3.8.

Bang 3.9.

DANH MUC CAC BANG

Nhu cầu sử dụng phân đạm trên Thế giới và Chau A đến năm 2017

và dự báo đến năm 2020...---c¿++c2++cttttEkkrrrtrtrtirrrrrtrirrrrrrieg

Lượng phân N bón cho lúa trên thế giới ...--- 2 2s + s+zs+zszsz

Lượng phân đạm sử dụng trong canh tác tại Việt

Nam...-Luong N khuyén cáo su dung đối với một số loại rau tại Việt Nam...

Hệ số phát thải N2O đối với đất nơng nghiệp trên Thế giới ...

Diện tích đất nơng nghiệp tỉnh Nam Định...-.---2¿ 25252Diện tích đất trồng cây hàng năm tinh Nam Định ...---

Tổng hợp trữ lượng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Nam Định...

Phương pháp phân tích các thơng số đánh giá

đất...---Phân chia mức độ tôn thương NDD theo phương pháp DRASTIC...

Phân lớp, giá tri và mô tả nguy cơ môi trường IPNOA...

Thời vụ và phân bón cho cây trồng hàng năm...---- 5: 5522Tóm tắt phương pháp tính tốn cân bằng N trong các loại sửMột số loại phân đạm hóa học sử dụng phổ biến trong trồng câyhàng năm tại huyện Giao TÏhỦyy...- --- 5s +1 nh ngư

So sánh lượng phân đạm bón thực tế và theo hướng dẫn (khuyến

cáo) đối với cây trồng hàng năm...--.2- 2+ 2¿©++x++zxzx+srxesrxezĐặc tính đất canh tác huyện Giao Thủy (n =3)... ...---<css<ssxĐánh giá thông số độ sâu mực nước dưới đất...---- 5: 5 s52Kết quả tính lượng nước tái nạp tại huyện Giao Thủy...---

Đánh giá thông số lượng nước tái nạp hàng năm

...--.--viii

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Bảng 3.10.

Bảng 3.11.

Bảng 3.12.Bảng 3.13.Bảng 3.14.

Bảng 3.15.

Bảng 3.16.

Bảng 3.17.Bảng 3.18.Bảng 3.19.

Bảng 3.20.

Bảng 3.21.

Bảng 3.22.Bảng 3.23.Bảng 3.24.

Bảng 3.25.

Bảng 3.26.

Bảng 3.27.

Kết quả xác định thành phần cơ giới đất của các phẫu diện đất tại

huyện Giao Thủy (n —222)...- --- -- s knhnHnHnHnHnHggnnnrnrệp

Kết quả đánh giá tham số thành phan cơ giới Đánh giá thơng số đới thơng khí...-- 2 ¿5 5 s+£x+£++£z£z£zcxezKết quả đánh giá tham số độ thắm thủy lực...---- 2-2 25+:Điểm số các lớp và chỉ số DI đánh giá tinh dé bị ton thương nội

đất...---tại nước dưới đất đất...---tại huyện Giao Thuy theo mơ hình DRASTIC...Lượng phân đạm bón tính theo diện tích đất tự nhiên tại huyện

€8) 21155... ...Ô.

Điểm số yếu tố nguy cơ tại huyện Giao Thủy ...--- 2s:Đánh giá yếu tơ kiểm sốt Nts trong đất và kĩ thuật tưới ...Đánh giá yếu tơ kiểm sốt thực hành nơng học và khí hậu ...

Chỉ số nguy cơ và đánh giá mức độ nguy cơ ô nhiễm nitrat trong

nước dưới dat tại huyện Giao Thủy ...---- 2-22 s+cxccxezzsrsrredĐánh giá rủi ro ô nhiễm nitrat tới nước dưới đất tầng nơng tại

j0/25I86108010) 1157. Ố=ỐỐƠ...

Độ nhạy của các yếu tố đầu vào trong mơ hình DRASTIC và

IPNOA áp dụng cho huyện Giao ThủỦy...-S-ccc«seecseeeexke

Phát thải N2O trung bình và tổng tích lũy từ các ruộng chuyên lúa ...

Ảnh hưởng của các mức sử dụng phan bón N đến phát thải NoO...Cân bang nitơ đất trồng cây hang năm huyện Giao Thủy ...Tóm tắt tỉ lệ % các nguồn N đầu vào và đầu ra trong đất trồng

cây hàng năm huyện Giao Thủy ...- -- Ă SSe*+ssissireree

Hiệu quả sử dụng phân N trên các loại sử dụng đất trồng

Đề xuất lượng đạm bón trên đất trồng cây hàng năm tại huyện

€0 201177 ...

ix

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Hình 1.1.

Hình 2.1.

Hình 2.2.Hình 2.4.

Hình 2.5.Hình 2.6.

Hình 2.7.Hình 2.8.Hình 2.9.

DANH MỤC CÁC HINH VE, DO THỊ

Sự biến đổi của khoáng N trong dat dẫn đến phát thải N›O và rửa

trôi NOs qua các con đường khác nhau...- -¿- «5s +s£+s£+sxsesserse 9

Sơ đồ khu vực nghiên CỨU...-- 2-2 ¿+ +k+SE+EE£EE£EE2EEECEEerkerkerxrreee 58

Khung logic các nội dung và phương pháp chính của luận án... 59

Khung đánh giá rủi ro ơ nhiễm nitrat trong nước dưới đất... 70

VỊ trí thí nghiệm đo NaO trên DTCHN tại huyện Giao Thủy... 74

Lắp đặt buồng thu khí tại thực địa, (a): Buong thu khí tại ruộnglúa, (b): buồng thu khí tại ruộng rau, (c): cầu gỗ dẫn từ bờ ruộng

tới buồng thu Khí...- - 2-2 2 2 S££E+E£EE£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkerkerkrei 76Lịch thời vụ và ngày bón phân, lay mẫu đất trên SRR và FRR... 78Lich thời vụ và ngày bón phân, lay mẫu dat trên RV và CV... 79

Sơ đồ dịng trong tính tốn cân bang nito trên LUTs tại huyện

Lượng N bón trong một số loại sử dung đất trồng cây hang năm

tại huyện Giao Thủy (1=130) ...-- c Sc 1x Hee 92

Sự biến thiên NOz-N (a), NH¿*-N (b) va Nts (c) trong đất theo

thời gian ở 4 loại sử dụng đất (CS 0) GQnSS SH se, 95

Ti lệ phần trăm NO3-N và NH¿*-N trong đất chuyên rau và đất

rau -lúa (A) và trong đất lúa (B) so với Nts trong đất...-- 96Ban đồ các lớp tổn thương va chi số ton thương nội tai nước dưới

đất theo mơ hình DRASTIC...--c¿-222cc+evEEvterrrrrkkerrrrrrkeed 105Bản đồ chỉ số nguy cơ ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất tại huyện

Giao Thủy theo mơ hình IPNOA... 25c SĂSSsSssisssereesee 111

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Hình 3.8.

Hình 3.9.

Hình 3.10.

Hình 3.11.Hình 3.12.

Hình 3.13.

Hình 3.14.Hình 3.15.

Hàm lượng NO; trong nước dưới đất tại huyện Giao Thủy (n = 6)...

Mối quan hệ giữa hệ số rủi ro (RI) và nồng độ NOz' trong nước

dưới đất huyện Giao Thủy (n=130) ...--- 2c s+cx+c++czzxezxecxeeTốc độ và tích lũy phát thải N›O từ đất chuyên canh lúa (n=27)...Tốc độ và tích lũy phát thải N2O từ đất luân canh và chuyên canh

TAU (1 220. -.aaA.Ặ..lBầ in.

Ban đồ phát thải N›O từ các loại sử dụng DTCHN chính của huyện

€8) 20011757... ....Ả...

Tích lũy thải N2O từ các loại sử dụng đất và cơng thức bón phân...

Tương quan giữa lượng phân bón và phát thải NzO trên DTCHN

tại huyện Giao TỦ ...- sgk

Tương quan Person giữa các thông số mơi trường đất với lượng

N2O phát thải trong mơ hình chun canh rau...- ---‹---«<+

Tương quan Person giữa các thơng số mơi trường đất với lượng

NĐaO phat thải trong mơ hình RV ... ..- 5 55 + + skrserserrrrske

Tương quan Person giữa các thông số môi trường đất với lượng

N2O phát thải trong mơ hình FRR ...- -- 555 sS+ssscrssreereses

Tương quan Person giữa các thông số môi trường đất với lượng

N2O phát thải trong mơ hình SRR ... 555cc S+ssscrssreeresesSo sánh tỉ lệ phát thai Ñ2O giữa các loại LỮT... -- 5555

Nhiệt độ đất, độ âm đất LUTs thời điểm lây mẫu KNK N:O (0-10 cm

chiều sâu) (n=27) (A) và điều kiện khí tượng huyện Giao Thủy (B)...Lượng nitơ đầu vào và đầu ra trong các loại sử dụng đất trồng cây

hàng năm huyện Giao TÏhỦy...- 5c +13 ksrsekeeeeersrersee

Tổng lượng N thất thốt khỏi đất nơng nghiệp huyện Giao Thủy

(từ rửa trơi, phát thai khí NH3, Na, NO và N:©Ị)...

XI

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Hình 3.24. Ban đồ Nito thất thốt từ DTCHN và rủi ro 6 nhiễm nitrat nước

dưới dat (RI), phát thải khí N2O vào khí quyền huyện Giao Thủy... 145Hình 3.25. Bản đồ hiệu quả sử dụng phân bón và rủi ro ô nhiễm nitrat nước

dưới dat (RI), phát thải khí N2O vào khí quyền huyện Giao Thủy... 52Hình 3.26. Tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính do tái sử dụng rơm rạ tại

0/9086/1008000ã)2000272577...—...a... 155

xii

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

MỞ ĐẦU

1. TINH CAP THIẾT CUA LUẬN AN

Nito (N) là thành phan dinh dưỡng quan trọng quyết định sự phát triển va năngsuất của cây trồng. Thách thức lớn trong các hệ thống sản xuất nông nghiệp là kếthợp sản xuất thâm canh với hiệu quả sử dụng phân đạm (NUE) cao. Việc sử dụng đấtnông nghiệp với cường độ cao hiện nay ở một số nước đã và đang gây ra các vấn đềmôi trường. Nguyên nhân chủ yếu là do tăng lượng phân đạm sử dụng cho hệ thốngcanh tác. Tỷ lệ bón phân đạm trung bình tồn cầu lên đến 220 kgN/ha.vụ, được ápdụng rộng rãi trong sản xuất rau dé tôi đa năng suất cây trồng [Rezaei Rashti, 2015].Các nghiên cứu cho thấy trong thời gian sinh trưởng, cây trồng thường chỉ hấp thu

được 50% lượng phân đạm bón [Lassaletta, 2014, Martinez-Feria, 2018], 50% lượng

cịn lại tồn lưu trong môi trường, gây ra các van dé cho mơi trường nước và biến đồikhí hậu cùng một số tác động khác tới sức khỏe con người [Lassaletta, 2016]. LuongN dư thừa có thê bị mất khỏi hệ thống đất - cây trồng do quá trình khử nitrat ở dạng

dinito (N›), nito oxit (N20) và oxit nitric (NO), do bay hơi amoniac (NH3), hoặc doq trình rửa trơi nitrat (NO3°) [Bouwman, 2013]. Trong đó, rửa trơi NO3 và phat thải

N2O là mối quan tâm đặc biệt vì NOs đang là tác nhân phô biến gây ô nhiễm nướcdưới đất trên toàn Thế giới [Zhou, 2015; Wang, 2019] và NoO là một khí nhà kínhquan trọng có khả năng gây nóng lên tồn cầu cao gap 265 lần so với CO2 trongkhoảng thời gian 100 năm [IPCC, 2019a]. Dat trồng cây hàng năm (ĐTCHN) đượcxem là nguồn chính của N2O trong khí quyền, hiện đóng góp khoảng 60% lượng khíN2O tồn cầu từ hoạt động của con người [Saha, 2021].

Lượng NO; rửa trôi và N2O phat thải từ sản xuất nông nghiệp bị ảnh hưởngđáng kể bởi các biện pháp quản lý phân bón và nước. Ngồi ra, rửa trơi NOx, phátthải NaO cũng có sự biến đổi lớn về không gian và thời gian, do sự thay đổi trong sửdụng đất, quản lý nơng nghiệp, sự sẵn có của thành phần dinh dưỡng trong đất và địa

hình [Schelde, 2012]. Do đó, phép ngoại suy các phát hiện từ nơi này hoặc khoảng

thời gian này sang nơi khác hoặc khoảng thời gian khác có thê dẫn đến sự đánh giá

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

quá thấp hoặc quá mức nghiêm trọng mức độ phát thải. Mặc dù mỗi quan hệ tuyến

tính thuận giữa q trình rửa trơi NOs’, phát thải NaO và tỷ lệ phân đạm đã được xác

nhận một cách rõ ràng, tuy nhiên, các nghiên cứu cụ thé theo vùng là cần thiết dé xácđịnh các biện pháp quản lý phân đạm tối ưu trong nông nghiệp nhằm giảm NO; rửatrôi và giảm N›O phát thải trong khi vẫn duy trì hoặc tăng năng suất cây trồng, đặcbiệt đối với các vùng khí hậu nhiệt đới mà dữ liệu cho đến nay vẫn còn chưa đầy đủ

[Snyder, 2009; Wang, 2011]; [Richards, 2016 ]; [Aliyu, 2018].

Hiện có nhiều phương pháp đánh giá nguy cơ ô nhiễm nước dưới đất (NDĐ)tang nông do sử dụng phân đạm trên đất nông nghiệp va mức phat thai NzO. Trong

đó, phương pháp ứng dụng mơ hình DRASTIC, IPNOA đánh giá nguy cơ ơ nhiễm

nước dưới đất tầng nông và phương pháp buồng tĩnh đo NaO phát thải là phương phápphổ biến [Zaman, 2021], thé hiện được ưu thé vượt trội do tính hệ thống và năng lựcphân tích khơng gian đồng bộ. Mơ hình DRASTIC và IPNOA đã được ứng dụng rộngrãi ở Hoa Kỳ [Fritch, 2000]; Bồ Đào Nha [Pacheco, 2015]; Malaysia [Kura, 2015];Iran [Barzegar, 2019]; Ethiopia [Alamne, 2022]; An Độ (Chakraborty, 2022] vaTrung Quốc [Yu, 2022] ...Mơ hình DRASTIC cũng đã được áp dụng tại Việt Nam[Bùi Trần Vượng, 2004; Nguyễn Đình Tiến, 2007; Phạm Q Nhân, 2014]. Tuy

nhiên, các cơng trình này mới chỉ dừng lại ở đánh giá tính rủi ro chung cho tồn khu

vực, chưa có cơng trình nào đánh giá tôn thương, nguy cơ từ khu vực dat trồng câyhàng năm, nguồn gây ra ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất, và chưa đánh giá day đủvề độ tin cậy của mơ hình áp dụng. Vì vậy, cơ sở khoa học ứng dụng những mơ hình

này tại Việt Nam vẫn cần tiếp tục nghiên cứu, phát triển.

Huyện Giao Thủy nằm ở vùng ven biển của tỉnh Nam Định, tiếp giáp với cửasông Hong, trên nền đất phù sa mầu mỡ nên rat thuận lợi cho canh tác nơng nghiệp.Nhằm sử dụng đất có hiệu quả và thích ứng với biến đơi khí hậu, đặc biệt với các xã

vùng ven biển bị xâm nhập mặn, huyện Giao Thủy nói riêng và tỉnh Nam Định nóichung đã xây dựng chính sách chuyền đổi từ các mơ hình trồng lúa kém hiệu quảsang trồng rau, trồng màu hoặc kết hợp lúa và rau; lúa và nuôi trồng thủy sản [UBND

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

tỉnh Nam Định, 2020]. Theo đó, sự mở rộng diện tích đất trồng mau thâm canh đã và

đang diễn ra trên một số vùng đất pha cát vàn cao [Nguyễn Thị Phương Hoa, 2021].Tác động của việc chuyển đối cây trồng diễn ra nhanh, mạnh mẽ tại huyệnGiao Thủy đã dẫn đến sự thay đổi lớn về cau trúc và dinh dưỡng đất trong đó có thànhphần đạm. Trong bối cảnh các đánh giá nguy cơ và rủi ro mơi trường từ hoạt độngbón phân đạm trên đất nông nghiệp, đặc biệt đối với các loại DTCHN tại huyện làchưa đầy đủ, đánh giá rủi ro môi trường do sử dụng phân đạm trong canh tác nôngnghiệp liên quan đến rửa trôi NOx và phát thải N2O là rất cần thiết. Chính vì vậy,luận án “Đánh giá nguy cơ môi trường do sử dụng phân đạm trên đất trồng câyhàng năm tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định” được thực hiện trên cơ sở kết hợpnhững phương pháp hiện đại nói trên để đưa ra giải pháp quản lý rủi ro môi trườngđối với nước dưới đất tầng nơng và giảm thiêu phát thải khí nhà kính trên địa bàn

nghiên cứu.

2. MỤC TIEU CUA LUẬN ÁN

Mục tiêu chung:

Đánh giá được nguy cơ, rủi ro môi trường từ nito (dang NOs’) rửa trôi tới nước

dưới dat tang nông và khí nhà kính (NaO) phát thải liên quan đến sử dung phân đạmtrên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định.

Mục tiêu cụ thể:

(1) Nghiên cứu được hiện trang sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm

tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định.

(2) Nghiên cứu được nguy cơ, rủi ro rửa trôi NOs tới nước dưới đất tang nơngvà phát thải khí nhà kính NaO liên quan đến sử dụng phân đạm trên dat trồng cây

hàng năm tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định.

(3) Đề xuất được một số giải pháp quản lý rủi ro môi trường thông qua đánhgiá cân bằng N trên đất trồng cây hang năm nhằm giảm thiểu rửa trôi NOx tớinước dưới đất tầng nông và phát thải khí nhà kính NaO tại huyện Giao Thủy,

tỉnh Nam Định.

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

Luận án được thực hiện với 4 nội dung chính như sau:

Nội dung 1: Hiện trạng sử dụng đất và bón phân đạm trên đất trồng cây hàng

năm tại huyện Giao Thủy.

Nội dung 2: Đánh giá nguy cơ, rủi ro rửa trôi nitrat tới nước dưới đất tang nôngliên quan đến sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy.

Nội dung 3: Đánh giá lượng khí nhà kính (N2O) phát thải liên quan đến sửdụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy.

Nội dung 4: Đề xuất giải pháp giảm thiểu nguy cơ, rủi ro rửa trôi nitrat tớinước đưới đất tầng nơng và phát thải khí nhà kính NaO tại huyện Giao Thủy.

4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIEN CUA LUẬN AN4.1. Ý nghĩa khoa học của luận án

Luận án đã góp phần bố sung thơng tin và bộ số liệu về hiện trạng sử dụngphân dam, dữ liệu về lượng khí nhà kính N2O phát thải trong các loại sử dụng đấttrồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy, tinh Nam Định — một trong các khu vựcven biển chịu tác động mạnh mẽ của biến đổi khí hậu. Đồng thời, luận án cũng bốsung cơ sở khoa học về nguy cơ, rủi ro môi trường liên quan đến rửa trôi NOs tớinước đưới dat tầng nông và phát thải khí nhà kính N2O tới bầu khí quyên do sử dungphân đạm trong thâm canh trên đất trồng cây hàng năm.

4.2. Ý nghĩa thực tiễn của luận án

Kết quả của luận án cung cấp thông tin tham khảo cho địa phương khu vựcnghiên cứu xây dựng kế hoạch cắt giảm khí nhà kính theo cam kết “Đóng góp doquốc gia tự quyết định của Việt Nam”, trong đó bao gồm các hệ số sử dụng trongkiểm kê khí nhà kính và các biện pháp bón phân hợp lý giảm phát thải, áp dụng trực

tiếp cho canh tác một số cây hàng năm chính tại địa bàn nghiên cứu.

Kết quả của luận án cung cấp thông tin về nguy cơ, rủi ro môi trường liên quanđến sử dụng phân dam trong canh tác nông nghiệp đối với nước dưới dat tang nông

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

và phát thải KNK, góp phần xây dựng cơ sở cho những chính sách sử dụng hợp lýphân đạm trong canh tác nông nghiệp nhằm bảo vệ môi trường.

5. DIEM MỚI CUA LUẬN ÁN

- Đã đánh giá được nguy cơ, rủi ro ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất tầngnông tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định liên quan đến lượng và cách thức bón phânđạm tương ứng với các loại sử dụng đất trồng cây hàng năm. Đồng thời đã đưa rađược mối tương quan giữa kết quả đánh giá rủi ro và mức độ ô nhiễm nitrat trongnước đưới đất tầng nông.

- Đã đánh giá được mối quan hệ giữa lượng phân đạm sử dụng trên đất trồng

cây hang năm tại huyện Giao Thuy với lượng khí nhà kính N2O phat thải.

- Đã bước đầu tính tốn được cân bang nito, từ đó chi ra được hiệu quả sửdụng phân đạm khác biệt giữa các loại sử dụng đất trồng cây hàng năm trong mối liênhệ với nguy cơ ô nhiễm NOz trong nước dưới đất tầng nơng và phát thải khí nhà kínhN2O làm cơ sở đề xuất các giải pháp giảm rửa trôi NOx và phát thải N›O.

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

CHUONG I

TONG QUAN CAC VAN DE NGHIEN CUU

1.1. THUAT NGỮ, KHÁI NIEM SỬ DUNG TRONG LUẬN ÁN

Dat trồng cây hàng năm: đất trồng cây hang năm (ĐTCHN) là loại đất đượcsử dụng cho mục đích gieo trồng, thu hoạch và kết thúc chu kỳ sản xuất trong thời giankhông quá 1 năm. Theo đó, DTCHN sẽ thuộc nhóm đất nông nghiệp và bao gồm:

+ Dat trồng lúa: gồm loại đất chuyên trồng lúa nước, đất trồng lúa nước cònlại và đất trồng lúa nương.

« Những loại đất được sử dụng vào trong mục đích trồng các loại cây hàngnăm khác (Thông tư số 27/2018/TT-BTNMT ngày 14/12/2018 của Bộ Tài nguyênvà Môi trường quy định về thống kê, kiểm kê đất đai và lập bản đồ hiện trạng sử

dụng đất”)

Dat nhiễm mặn: Dat nhiễm mặn từ quan điểm nông nghiệp, là đất đó có tồntại các loại muối hịa tan ở một nồng độ cao hơn bình thường, gây ảnh hưởng xấu đếncây trồng. Hiện nay, dé đánh giá độ mặn của dat, trên thế giới người ta dùng đại lượngEC là độ dẫn điện của đất, có đơn vị là dS/m (1dS/m = 0,64%o). Dat mặn là nhữngloại đất có độ dẫn điện lớn hơn 4 dS/m ở 25°C tương đương với nồng độ mudi hòa

tan khoảng 2,56 %o (cách tính thơng thường tại Việt Nam)

Nước dưới đất: Nước dưới dat (NDĐ) gồm tat cả nước tồn tại dưới dạng khácnhau phân bố trong các chỗ trống, các khe nứt của đất đá nằm dưới mặt đất trong đónước có thê được lưu giữ. Nước dưới đất có diện tích phân bồ rộng rãi từ vùng 4mướt cho đến các sa mạc, ở núi cao, vùng cực của Trải đất.

Nước dưới dat tầng nông (Tang chứa nước lỗ hồng Holocen (qh2)): là tầngchứa nước nông (tang chứa nước thứ nhất ké từ mặt đất).

Nguy cơ: là bất kì tác nhân nào có thê gây tổn hại sức khỏe và tính mạng chocon người, hay gây thiệt hại về tài sản hoặc môi trường.

Rui ro: là một sự kiện, tác động tiêu cực khơng thê đốn trước được về khả

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

năng xảy ra, thời gian và vi tri cũng như mức độ nghiêm trọng và hậu quả của nó. Ruiro được xác định là sự kêt hợp giữa xác suât hoặc tân suât xảy ra của một môi nguy

hiêm và mức độ hậu quả cua sự cô xảy ra. Rui ro môi trường là những môi đe dọa có

thê gây hại cho cả mơi trường sống và con người.

Đánh giá rủi ro là quá trình khoa học trong đó các rủi ro gây ra bởi các mốinguy hiểm vốn có liên quan đến q trình hoặc các tình huống được ước tính theođịnh lượng hoặc định tính. Ví dụ, trong vịng đời của rủi ro hóa học có thể phát sinhtrong q trình sản xuất, phân phối, sử dụng, tái chế hoặc xử lý. Đánh giá rủi ro đượcthực hiện để kiểm tra tác động của một chất đối với con người (Đánh giá rủi ro sức

khỏe) và hệ sinh thái (Đánh giá rủi ro môi trường).

Đánh giá rủi ro mơi trường (ERA) là một q trình xác định và đánh giá các

tác động bắt lợi đối với hệ sinh thái, động vật và con người.

Tính dễ bị tốn thương của nước dưới đất là một thuật ngữ được sử dụng débiểu thị các đặc điểm tự nhiên của mặt đất xác định mức độ nước dưới đất có thé dédang bị ơ nhiễm do các hoạt động của con người. Tính dé bị tốn thương của NDD cóthé là nội tại hoặc cụ thé, tinh dé bị tổn thương nội tại của tầng chứa nước có thé đượcđịnh nghĩa là khả năng mà chất gây 6 nhiễm đưa vào bề mặt đất có thé tiếp cận vàkhuếch tán trong NDD.

Rii ro ô nhiễm nước dưới đất: Rui ro có thé được định nghĩa là khả năngxảy ra hoặc tần suất dự kiến của một hậu quả bat lợi cụ thể. Được áp dụng cho NDB,thê hiện khả năng bị ô nhiễm phát sinh từ các nguồn hoặc hoạt động có khả năng gây

ơ nhiễm (được gọi là mối nguy). Mối nguy thê hiện rủi ro khi có khả năng ảnh hưởngđến thứ gì đó có giá trị (mục tiêu, trong trường hợp này là nước dưới đất).

1.2. NHU CÂU SỬ DỤNG PHAN DAM VÀ HỆ QUA MOI TRUONG CUA SUDUNG PHAN DAM TRONG HE THONG NONG NGHIEP

1.2.1. Dạng tồn tại của nito trong hệ thống nông nghiệp

Nito là một nguyên tố rất linh hoạt, tồn tại ở cả dạng vô cơ và hữu cơ, cũngnhư nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau. Các dạng chủ yếu của N trong đất là amoni

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

(NH¿}), nitrat (NO3_) và các nitơ hữu cơ, trong đó khoảng 90-98% là dạng hữu cơ và

chỉ có ít hơn 2% dạng vô cơ [Mirzakhaninafchi, 2022]. Thông qua một số quá trìnhsinh hóa, đặc biệt là các q trình khống hóa và có định N, các dạng N hữu cơ và vơcơ của đất có thé được biến đơi từ dạng này sang dạng khác. Nitơ hữu cơ có liên quanđến axit nucleic, axit amin, protein và đường amino trong khi N dang vô cơ bao gồmamoni - N và nitrat — N hịa tan sẵn có dé cây trồng và vi sinh vật dé dang sử dụng,hấp thu hoặc có thê bị rửa trơi, bay hơi.

Q trình khống hóa xảy ra trong đất khi vi sinh vật chuyên hóa N hữu cơthành các dạng vô cơ. Bước đầu tiên của q trình khống hóa được gọi là q trìnhamin hóa, trong đó vi sinh vật (chủ yếu là sinh vật dị dưỡng) phân hủy các protein

phức tạp thành các axit amin, amin trung gian va amin đơn giản hon (phản ứng 1.1).

Các vi sinh vật di đưỡng cần các hợp chất hữu cơ làm nguồn cung cấp cacbon (C) vànăng lượng. Các vi sinh vật tự dưỡng có thê lấy năng lượng từ q trình oxi hóa cácngun tố hoặc hợp chất vô cơ như Fe, S, NHa*, NOz-, hoặc từ năng lượng bức xạvới nguồn cung cấp C từ CO›.

Amin hóa: Protein — R-NH2 + CO2 (1.1)

Q trình amon hóa là bước thứ hai của q trình khoảng hóa, trong đó các

nhóm amin (-NH;) được chuyền thành amoni. Tương tự, các vi sinh vật (chủ yếu là

tự dưỡng) thực hiện q trình này (phản ứng 1.2).

Q trình amon hóa: R-NH2 + HO —› NH3 + R-OH (1.2)

Quá trình nitrat hóa là q trình trong đó NH4* được chun thành NOz” và

sau đó thành NOz:.. Q trình này xảy ra tự nhiên trong môi trường, với sự tham gia

của vi khuẩn (phương trình 1.3 và 1.4):

NH¿" + 3/2 O2 > NO; + 2H” + HO (1.3)NO; +1⁄2O; > NO:_ (1.4)

Trạng thai N trong đất thay đổi tùy thuộc vào một số yếu tố tự nhiên và nhântạo, trong đó yếu tố nhân tạo thường rất quan trọng. Các yêu tố nhân tạo quan trọngliên quan đến loại sử dụng đất và quản lý canh tác như kĩ thuật tưới, kĩ thuật làm đất.

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

5 NH3

Hình 1.1. Sự biến đổi của khoáng N trong dat dẫn đến phát thai N2O va rửa

trôi NO3 qua các con đường khác nhau

1.2.2. Nhu cầu và hiệu quả sử dụng phân đạm cho trồng cây hàng năma. Trên Thế giới

Tắt cả các hệ thống cây trồng như độc canh, đa canh và xen canh, đã được thựchiện trên khắp thé giới. Các hệ thống đa canh phô biến hơn so với độc canh. Trên thégiới, các hệ thống cây trồng chính gồm lúa - lúa mì, bơng - lúa mì, ngơ - lúa mì, đậutương - cây rum, mía - đậu, hướng dương - bông, v.v. Ở châu Âu, hệ thống trồng lúamì - hạt cải dầu và lúa mì - ngũ cốc hạt nhỏ rat phổ biến [Peyraud, 2014]. Ở TrungTây Hoa Kỳ, ngô - đậu tương là hai loại cây trồng luân canh chiếm ưu thế [Plourde,2013]. Trong khi đó, ở châu Á, lúa - lúa mì là loại luân canh chiếm ưu thế. Luân canhlúa - lúa mì chiếm diện tích khoảng 18 triệu ha ở châu Á, trong đó 75% diện tích ởđồng bằng Ấn Độ - Hangetic gồm Ấn Độ, Pakistan, Bangladesh và Nepal tương ứng10; 2,2; 0,8 và 0,5 triệu ha [Mishra, 2012]. Đậu tương và ngô vụ hè được trồng luâncanh với cỏ lúa mạch đen Y, phổ biến ở các vùng cận nhiệt đới Nam Mỹ của Brazil,

Argentina, Uruguay va Paraguay [Barth Neto, 2014]. Tương tự Việt Nam, Trung

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Quốc có một lịch sử lâu dài về thực hành luân canh cây trồng và cảnh quan nôngnghiệp được đặc trưng bởi các cánh đồng nhỏ, cường độ canh tác cao và cây trồng đa

dạng. Hệ thống canh tác gồm luân canh ngơ - đậu tương - lúa mì ở Đơng Bắc TrungQuốc, luân canh cây trồng đa dạng ở Cao nguyên hồng thổ Tây Bắc Trung Quốc,ln canh ngơ - lúa mì - đậu tương và hệ thống hai vụ lạc - lúa mì ở đồng băng BắcTrung Quốc [Zhao, 2020]. Luân canh rau - lúa cũng rất phô biến, tiếp đó là hệ thốngluân canh rau — rau — rau và rau — rau. Các loại rau phô biến của Trung Quốc bao gồmbắp cải, cải xanh, củ cải mùa đông, đậu Hà Lan, đậu dài và các loại dưa, cà tím, dưa

chuột, và một số loại khác [Liu, 2022].

Bảng 1.1. Nhu cầu sử dụng phân đạm trên Thế giới và Châu Á đến năm 2017và dự báo đến năm 2020

Dong A 41 039 41 509 41 888 42 278 42 578 42 890

Nguon: FAO, 2017

Việc tăng cường sử dụng phân bón, đặc biệt là phân đạm, đã thúc day manhmẽ năng suất cây trồng. Nhu cầu về phân đạm được dự báo sé tăng trung bình hangnăm là 1,5% từ năm 2015 đến năm 2020. Khu vực châu Á có nhu cầu về phân đạmchiếm lượng lớn so với các khu vực khác trên Thế giới, tăng từ 66,29 lên 71,48 triệutan tương ứng năm 2015 và 2020, tăng 7,8% trong giai đoạn nay (Bang 1.1) [FAO,2017]. Khoảng 50% lượng phân đạm tồn cầu được bón cho các loại ngũ cốc chínhnhư: ngơ (17%), lúa mì (18%) và lúa (16%) [Heffer, 2013]. Các khuyến cáo về tỷ lệphân đạm tối ưu thường dựa trên các nghiên cứu thử nghiệm trước đó, phụ thuộc vào

giơng, kêt cau dat và việc chuân bi luông gieo hạt.

10

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Xu hướng sử dụng phân N để trồng lúa ngày càng phổ biến ở nhiều nơi trênthế giới. Lượng phân N sử dụng đã tăng lên gấp nhiều lần ở các nước trồng lúa. Vídụ, ở Ấn Độ, mức tiêu thụ phân bón N trong nơng nghiệp đã tăng từ 0,44 kg/ha trong

giai đoạn 1951—1952 lên 86,2 kg/ha trong giai đoạn 2013-2014 [FAI, 2015]. Tỷ lệ

tiêu thụ phân N dé trồng lúa 6 Bangladesh năm 2006 là 104 kg/ha [Shah, 2008] vàtăng lên 130 kg/ha vào năm 2021 [Islam, 2022], cho thay xấp xỉ 25% nhu cầu N cholúa cao hơn trong 15 năm qua. Tỷ lệ bón N cho lúa ở Trung Quốc là 145 kg/ha vào

năm 1997 và tăng lên 300 kg/ha vào năm 2006 [Liu, 2016]. Dang chú ý là tỷ lệ bón

N cao tới 360 kg/ha ở vùng hồ Taihu của Trung Quốc [Zhao, 2012]. Tỷ lệ N cho lúaở Nepal dao động từ 54 đến 78 kg/ha [Baral, 2019], trong khi ở Ai Cập, tỷ lệ này

trung bình lên tới 270 kg/ha [Chivenge, 2021].

Châu Á là nơi đóng góp lớn nhất trong sản xuất lúa gạo của thế giới với hơn90% sản lượng. Ở châu Á, lúa thường được trồng bởi các hộ nơng dân. Ngồi sự thiếunhận thức của người trồng lúa về việc bón phân cân đối, trợ cấp đầu vào nông nghiệpcao hơn và giá phân bón N thấp hơn đã dẫn đến lượng N đầu vào trong nông nghiệptăng vượt quá nhu cầu cây trồng [Ladha, 2005]. Tuy nhiên, điều đáng chú ý là đữ liệu

hiện có về tỷ lệ sử dụng phân bón cho trồng trọt ở các quốc gia khác nhau thườngmâu thuẫn và không đáng tin cậy [Chivenge, 2021]. Dữ liệu về tỷ lệ sử dụng N đểtrồng lúa được trình bày trong Bảng 1.2 [Alam, 2023], cho thấy sự khác biệt lớn giữa

các quôc gia khác nhau.

Trung Quốc đứng đầu về sản lượng lúa gạo hàng năm, chiếm 29% sản lượnggạo thế giới [FAO, 2013]. Tỷ lệ bón N cho lúa đã tăng lên trong 20 năm qua và việcbón phân N q mức đã được báo cáo. Ví dụ, năm 2009, Peng và cộng sự cho biết,tỷ lệ sử dụng phân đạm trung bình để sản xuất lúa gạo ở Trung Quốc là 180 kg/ha,cao hơn khoảng 75% so với mức trung bình của thế giới [Peng, 2009]. Cho đến năm

2014, Chen và cộng sự chỉ ra lượng N được bón cho lúa là 209 kg/ha, được cho là lớn

hơn 90% so với mức trung bình tồn cầu [Chen, 2014], đặc biệt, khoảng 300—

350 kg N/ha đã được áp dụng ở tỉnh Giang Tô [Sui, 2013].

11

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Bảng 1.2. Lượng phân N bón cho lúa trên thế giới

STT Tên nước Lượng N bón (kg/ha/vụ)

1 Trung Quốc 200-3002 |ÁnĐộ 110

12

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

trên tám tiểu vùng sinh thái nông nghiệp của Trung Quốc. Kết quả cho thấy ty lệ bónN trung bình là 210 kg/ha, dao động từ 30 đến 744 kg/ha trên các cánh đồng và từ131 đến 316 kg/ha trên các vùng. Tỷ lệ N tối ưu theo vùng được xác định từ các thínghiệm trung bình là 167 kg/ha và thay đổi từ 114 đến 224 kg N/ha cho các vùng

khác nhau [Wu, L., 2015]. Nghiên cứu trên 1070 cánh đồng, Ding và cộng sự xác

định tỉ lệ phân N bón cho 1 vụ lúa là 165, 180, 160, 153 và 173 kg/ha lần lượt ở vùngtrung tâm, vùng phía đơng, vùng phía Bac Trung Quốc [Ding, 2020].

Đối với rau, khoảng thời gian trồng thường rất ngắn, mức bón trung bìnhtồn cầu là 220 kgN/ha mỗi vụ, được áp dụng rộng rãi trong sản xuất rau dé tối đanăng suất cây trồng [Rezaei Rashti, 2015]. Ở New Zealand, theo khuyến cáo,lượng N sử dụng đối với bắp cải, cải canh và súp lơ vào vụ đông và vụ hè lần lượttừ 195 -115; 125 -70; 230 — 135 kgN/ha; đối với cà rốt, khoai tây tương ứng là 100và 225 kgN/ha (mục tiêu 100 tan/ha) và xà lách 120 kgN/ha (mục tiêu 30 tan/ha)[Reid & Morton, 2019]. Georgia là Bang sản xuất bắp cải tươi hàng đầu ở HoaKỳ, phan lớn rau được trồng trên đất cát ở đồng bang ven bién phía nam, nơi débị rửa trôi dinh dưỡng đất như N, lượng phân N khuyến nghị bón cho bắp cải là191 — 315 kgN/ha [da Silva, 2020]. Nghiên cứu về bón phân N cho cà chua, Panditđã chỉ ra lượng tối ưu để tăng năng suất tăng lên 43% là 200 kg N/ha [Pandit,

2022]. Tại Hàn Quốc, lượng N bón cho rau thường cao hơn từ 1,73 — 4,95 lầnlượng bón tiêu chuẩn, cao nhất được ghi nhận cho rau lay củ ở Hanrim va

Hankyung tương ứng là 500,5 và 487,1 kg N/ha [Koh, 2021]. Trong nghiên cứu

cua Jia và cộng su, tỉ lệ bón phân đạm hàng năm cho ruộng luân canh rau 4 vụ/năm

tại Nanjing, Trung Quốc dao động từ 2302 đến 5572 kgN/ha/năm, trung bình 3714kgN/ha/năm, nằm trong khoảng 576 đến 1412 kgN/ha/vụ [Jia, 2012]. Giá trị điểnhình được đưa ra với canh tác rau ở Trung Quốc là 234-870 kgN/ha áp dụng cho

cả ngoài đồng và trong nhà kính [Min & Shi, 2018].

Loại phân bón sử dụng, phương pháp và thời điểm bón có thé ảnh hưởngđến hiệu quả sử dụng nitơ (NUE). NUE là tỷ lệ giữa lượng N mà cây trồng hap

thu với lượng N được bón. Gia tri NUE cao có nghĩa là N bón có hiệu qua cho sự

13

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

phát triển của cây trồng. Tuy nhiên, lượng phân N bón q cao có thể khơng manglại lợi ich đáng ké cho năng suất cây trồng mà còn làm giảm đáng ké NUE và gây

nguy cơ cho mơi trường. Ví dụ, ở Châu Phi, Elrys và cộng sự [Elrys, 2020] đã báo

cáo răng tong lượng N đầu vào tăng từ 35 lên 181 kg N/ha/năm trong giai đoạn2016 — 2050 dé đạt được khả năng tự túc lương thực. Tuy nhiên, bón thừa N dẫnđến NUE thấp, sản lượng cây trồng hầu như khơng tăng khi lượng phân bón Ntăng mạnh. Lassaletta và cộng sự phân tích tổng quan mối quan hệ giữa năng suấtvụ mùa và lượng phân N bón trong vịng 50 năm trên tồn thế giới đã phát hiện rarằng chỉ có 47% lượng N bón được chuyên hóa thành năng suất nơng nghiệp, sovới 68% vào năm 1960 [Lassaletta, 2014] . Điều này cũng phù hợp với phát hiệncủa Yan và cộng sự nghiên cứu trong các hệ thống ngũ cốc trên phạm vi toàn cầu[Yan, 2020]. Đối với rau, các nghiên cứu cũng cho thấy lượng phân N đầu vàovượt quá 300 và 500 kgN/ha/vụ, gần gấp đôi so với nhu cầu của hầu hết các loại

cây rau ở một số vùng, dẫn đến NUE thấp với giá trị lần lượt là 1§ và 33% ở miềnnam và miền bắc Trung Quốc [Min, 2011].

Trên quy mô toàn cầu, dư thừa N vẫn tiếp tục ở mức cao. Bất kỳ dạng N nào

cịn lại trong đất, khơng được vi sinh vật cô định hoặc thực vật sử dụng, đều có thé là

nguồn ơ nhiễm N tiềm tàng. Theo Abascal (2020), tổng quan trên 292 mẫu NDD ởcác châu lục, cho thấy có 20; 1; 9; 30 mẫu tương ứng ở châu Á, châu Mĩ, châu Âu vàchâu Phi bị nhiễm NOs" vượt hướng dẫn của Tô chức Y tế thé giới (WHO) về nướcuống (50 mg/l) [Abascal, 2020]. Kiểm sốt ty lệ chun hóa N và lượng N bón là giải

pháp tăng NUE và giảm ơ nhiễm mơi trường do bón phân N, từ đó giảm lượng dư

thừa N khoáng trong sinh quyền và giảm sự thất thốt N ở thé khí và rửa trơi.

b. Tại Việt Nam

Hang năm Việt Nam tiêu thụ khoảng 1 1 triệu tan phân bón với lượng phân hóahọc chiếm 90%, trong đó có 2,3 triệu tấn urê [N guyen, 2017]. Năm 2018, tiêu thụ

phân bón của Việt Nam là 415,3 kg/ha. Mức tiêu thụ phân bón của Việt Nam tăng từ

49,2 năm 1969 lên 415,3 kg/ha năm 2018, với tốc độ tăng trung bình năm là 6,71%.Lượng phân N sử dụng và tỉ lệ thay đổi hàng năm được chỉ ra trong Bảng I.3.

14

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Bảng 1.3. Lượng phân đạm sử dụng trong canh tác tại Việt Nam

[7H Ị 1 |}

Nguồn: [FAO, 2018]

Đối với lúa, trên thực tế, tỉ lệ N bón rat đa dạng tùy thuộc vào giống lúa, điềukiện đất dai và tập quan của nông dân. Cụ thé, khuyến cáo lượng phân bón cho một sốgiống lúa như giống N26; lai 2 dong HYT116; thuần Gia Lộc; 26; P9 và HYT 83 tương

ứng là: 200-210; 120; 120; 110 — 120; va 160 kg N/ha [VAAS, 2020]. Thí nghiệm

lượng đạm bón cho giống lúa MT10 trồng vụ Hè Thu tại Ninh Thuận, bao gồm 4 mứcbón 100, 120, 140 và 160 kg N/ha. Kết quả cho thay năng suất và hiệu quả kinh tế caonhất ở thí nghiệm với lượng bón đạm 140 kg N/ha [Phan, 2018]. Thực tế, lượng phânN thường được sử dụng nhiều hơn lượng khuyến cáo. Ví dụ ở tỉnh An Giang và KiênGiang, hai tỉnh sản xuất lúa gạo lớn nhất ĐBSCL, lượng phân N bón cho lúa nhiều hơn20-30% so với lượng được khuyến cáo. Cụ thé, ở Kiên Giang bón nhiều hơn 38kgN/ha/vụ (lượng khuyến cáo và lượng áp dụng tương ứng là 96 và 134 kgN/ha/vụ).Ở An Giang mức bón nhiều hơn 28 kgN/ha/vu (lượng khuyến cáo và lượng áp dụngtương ứng là 151 và 179 kgN/ha/vu) [Nguyen, 2017]. Điều tra hiện trạng canh tác lúavới 80 hộ nông dân ở hai xã Thủy Phú và Hương Toàn, Trần Thị Xuân Phương và cộngsự đã chỉ ra cơ cấu giống lúa khá đa dạng với 16 giống gồm giống dài và trung ngày

15

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

(NN4B, X21, Xi23, JO2...), giống ngăn ngày và cực ngăn ngày (Khang dân 18, TH5,

HT1, HNó, KHI, Hà Phát 3, PC6, BT7, ..). Lượng phân bón vơ cơ sử dụng cao hon

mức khuyến cáo của Trung tâm Khuyến nông, Lâm nghiệp và Khuyến ngư Thừa ThiênHuế, vụ hè thu bón 177 và 123 kgN/ha, vụ đơng xn bón 123 và 117 kgN/ha lần lượt

ở 2 xã Thủy Phú và Hương Toản [Trần Thị Xuân Phương, 2021]. Nhằm mục đích đánh

giá ảnh hưởng của lượng đạm bón đến sự phát triển bộ rễ, quang hợp và tích luỹ chấtkhơ của cây lúa trong các điều kiện hạn khác nhau, Tran Thi Thiem và cộng sự chỉ ra,tong chiều dài rễ và khối lượng chất khô tăng khi tăng lượng đạm ở mức từ 60 đến 180kgN/ha trong điều kiện hạn nhẹ. Ngoài ra, trong điều kiện tưới nước đủ âm, tổng chiềudài rễ có mối quan hệ thuận và chặt ở mức ý nghĩa với khối lượng chất khơ khi bón

đạm ở mức 120 và 180 kgN/ha.

Bảng 1.4. Lượng N khuyến cáo sử dụng đối với một số loại rau tại Việt Nam

Loại rau Sở NN và PTNT Hà Nội (kgN/ha) * | BO NN và PINT**

Thap nhat Cao nhat

Cai xanh 55 90 60Ca chua 220 300 250Dua chuột 170 220 250

Mướp dang 150 180 300Ot 140 170 300

Bi dao 100 120 300

Dua hau 150 200 250

Đậu đũa 200 220 200Cải thảo 120 150 150

Cải bắp 170 220 200

Súp lơ 110 140 170

Củ cải 106 127 170Khoai tây 100 120 -

*: Ban hành kèm theo Quyết định số 2660/QD-SNN ngày 29/12/2017; Quyết định số

2993/QD-SNN ngày 30/12/2016 của Giám đốc Sở NNN và PTNT Hà Nội

** Ban hành theo Quyết định số 3073/QD-BNN-KHCN ngày 28/10/2009 của Bộ trưởng Bộ

NN và PTNT

16

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

Đối với rau củ, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn khuyến cáo lượngphân đạm sử dụng khác nhau đối với mỗi loại, trong đó rau cải xanh khuyến cáolượng phân đạm thấp nhất, khoảng 60 kgN/ha, nhiều nhất là ớt, mướp đắng và bí đao,

cịn các loại rau củ khác lượng bón tương đương nhau, trung bình khoảng 150 - 250

kgN/ha (Bảng 1.4).

1.2.3. Anh hưởng của sử dung phan đạm đến môi trường

a. Hệ quả môi trường của việc sử dụng phan dam

Phân bón hóa học cũng như phân chuồng là nguồn chính gây ơ nhiễm cáchợp chất chứa N trong nơng nghiệp. Chu trình N trong các hệ thống cây trồng rấtphức tạp và đặc trưng bởi nhiều biến đổi liên quan đến ca N hữu cơ, vô cơ va thấtthốt các hợp chất N thơng qua bay hơi, rửa trôi cũng như hap thu/cé định N của vikhuẩn và cây trồng. Ở quy mô đồng ruộng, chu trình N trong các hệ thống sản xuấtnơng nghiệp có thê được đơn giản hóa thành mơ hình “lỗ trong đường ống” (Hình

1.2) [Oenema, 2009].

N đầu ra:

Nơng sản

~ ie Ur

N đầu vào: eee ®@

Phan dam, N dau ra:

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Trong chu trình N, ngoăi N tích lũy trong nơng sản, câc hợp chất N có thểbị bay hơi hoặc rửa trôi từ câc hệ thống cđy trồng vă gđy ra câc vấn đề ô nhiễmmôi trường như: oxit nitơ (N2O) vă amoniac (NH3) bay hơi từ đất nông nghiệp văokhí qun, sau đó trở lại đất thơng qua N lắng đọng. Ngoăi ra, bón quâ nhiều phđnđạm dẫn đến NUE thấp vă lượng N dư thừa trong đất cao, đi văo nước mặt vă

NDD thơng qua q trình rửa trôi nitrat (NO3), gđy ra hiện tượng phú dưỡng nước

mặt vă ơ nhiễm NDĐ. Sự nóng lín toăn cầu, axit hóa đất, phú dưỡng nước mặt vẵ nhiễm NDD đê được bâo câo lă kết quả của việc thất thôt N từ câc hệ thống

nơng nghiệp.

*) Tích lũy trong rau ăn lâ

Phđn đạm, chủ yếu lă loại nitrat, được sử dụng rộng rêi trong trồng rau, nếutốc độ hấp thụ vượt quâ tốc độ khử thănh amoni sẽ dẫn đến tích lũy nitrat trong tếbăo lâ. Tỷ lệ sử dung phđn đạm có mối quan hệ mật thiết với lượng nitrat tích lũytrong câc loại rau ăn lâ vă ăn củ. Rau ăn lâ có tốc độ tăng trưởng nhanh nín có thĩnhanh chóng hap thụ nitrat. Vì nitrat tích tụ chủ yếu trong lâ nín câc loại rau ăn lâđược coi lă ngu6n giău nitrat nhất trong số câc loại rau [Colla, 2018]. Ảnh hưởng

của việc bón đạm đối với sự tích lũy nitrat đê được nghiín cứu rộng rêi trong câcđiều kiện được kiểm soât, như canh tâc trong chậu [Liu, 2014]. Nhiều yếu tố ảnhhưởng đến tích lũy nitrat trong rau như câc đặc tính vật lý vă hóa học của đất

[Beule, 2019], loại rau [Salehzadeh, 2020], chế độ bón phđn [Li, 2020]. Theonhiều tâc giả, bón phđn hữu cơ, được đặc trưng bởi sự giải phóng chậm câc dạngnitơ có sẵn cho cđy trồng, dẫn đến giảm hăm lượng nitrat trong rau so với phđn

khoâng [Kyriacou, 2019].

Nitrat vă nitrit được Cơ quan Nghiín cứu Ung thư Quốc tế (IARC) coi lă hợpchất gđy ung thư cho con người vì khi phản ứng với câc amin vă amit, tạo thănh hợpchat N-nitroso, lă chất gđy ung thu. Nong độ nitrat cao cũng có liín quan đến câcbệnh như suy giâp vă methemoglobin mâu. Cộng đồng Chđu Đu (EC) đê thiết lậpgiới hạn tối đa đối với hăm lượng nitrat trong một số loại rau được coi lă tích lũy

nitrat cao như rau cai bó xơi, rau diệp, rau xă lâch rocket vă ngũ coc. Một sô nghiín

18

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

cứu đã chỉ ra, hàm lượng nitrat trong rau có thể vượt giới hạn cho phép khi tỷ lệ phânđạm bón vượt quá 200 kg/ha, đặc biệt đối với rau xà lách rocket và rau cải bó xơi

[Kyriacou, 2019].

*) Làm chua đất

Sự khác biệt của các phương pháp bón N như liều lượng N bón, dang phânbón N gây chua hóa đất khác nhau. Lượng N bón cao dẫn đến mất nitrat và suy giảmcation bazơ, có thé gay ra hiện tượng chua hóa đất [Lucas, 201 1]. Cac dang phân bónN khác nhau cũng có thé gây ra những tac động khác nhau đến quá trình axit hóa đất.Ví dụ, ion NH4* và anion NO; tir phân bón N có thé đóng các vai trị khác nhau trongviệc ảnh hưởng đến q trình axit hóa. Các ion NH¿† có thé thay thế các cation bazơ(Caa*, Mga*, Kt, Na) liên kết với bề mặt đất và khiến chúng dễ dàng bị rửa trôi khỏiđất [Matschonat, 1996], làm giảm khả năng đệm của chúng chống lại quá trình axithóa. Hơn nữa, khi ion NH4* được rễ cây hap thụ, ion H* sẽ được giải phóng vào dungdich đất và gây ra hiện tượng axit hóa dat [Smith 2008]. Trong khi các anion NO”dẫn đến sự mat mát các cation kim loại thơng qua q trình rửa trơi dựa trên sự cânbằng điện tích trong dung dịch đất [Rothwell, 2008].

Guo và cộng sự đã chỉ ra ở khu vực thâm canh và bón đạm với tỷ lệ cao trong

20 năm, độ pH của đất giảm 0,30 — 0,80 đơn vi so với mức ban đầu [Guo, 2010].

Chien và cộng sự chỉ ra độ chua của đất ảnh hưởng từ nguồn phân đạm theo thứ tự

(NH¿)zSO¿ > NHaCl > NH4aNO3 > NH3 khan > uré [Chien, 2008].*) Bay hoi amoniac

Tất cả các loại phân bón chứa amoni, vi dụ như amoni nitrat, amoni sunfat vàurê (NH¿NOa, NH¿SO¿ và CHuN›O) đều có kha năng bay hơi. Phân urê thường bayhơi nhiều hơn các loại phân đạm khác và thường diễn ra trong khoảng thời gian từhai đến ba tuần sau khi bón. Amoniac (NHa) bay hơi chiếm một lượng đáng kể (trungbình 10-14%) tơng lượng nito thất thốt [Zhou, 2021], đây là một trong các conđường chính làm thất thốt nitơ. NH3 dé bay hơi không chi là tiền chất của các hạtmịn trong khí quyền mà cịn là ngun nhân gây ra hiện tượng phú dưỡng nước mặt

19

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

và axit hóa đất khi lắng đọng. Các yếu tố ảnh hưởng đến bay hoi NH; trong các hệthống nơng nghiệp như điều kiện khí tượng (nhiệt độ, tốc độ gió), chế độ nước, hệthống canh tác (tinh chất dat và đặc điểm cây trồng), thực hành canh tác, chang hạnnhư phân bón và biện pháp tưới tiêu và các yếu tố khác.

*) Riva trôi nitrat

Nitrat trong đất hình thành từ q trình oxi hóa amoni (nitrat hóa), có théhịa tan trong nước. Bon phân q mức dẫn đến thất thốt N dưới dạng NO" thơngqua q trình rửa trôi và phân tán vào môi trường, ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng

đất, an toàn thực phẩm, chất lượng nước và khơng khí. Nước mưa và nước tưới

tiêu tạo điều kiện thuận lợi cho NOz- đi chuyên vào các lớp đất và ra khỏi vùngrễ. Do đó, NOz_ tổn tại trong đất phụ thuộc vào loại đất và điều kiện khí tượng.

Trên tồn cầu, rửa trơi NO3 là con đường thất thốt N chính trong các hệ thốngnơng nghiệp, xap xi 19% tổng lượng N bón trên thé giới bị rửa trôi đưới dang NOvà NOs rửa trôi từ đất nông nghiệp đã được xác định là nguồn NOz' chiếm ưu thế

trong NDD.

Rửa trôi NO3" trong đất cát cao hơn so với đất sét do đất cát có tỉ lệ lỗ hồngcao và kích thước lớn hơn. Rửa trôi NO3” ở vùng âm cao hơn so với vùng khô hạn vabán khô hạn [Jabloun, 2015]. Trên thực tế, q trình khống hóa chậm dẫn đến sự

tích tụ NOazˆ và NO: sẽ nhanh chóng bị rửa trơi khi có mưa. Q trình rửa trơi NO3ˆ

có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng do bùng phát tảo trong các hồ chứa, đồng thời cóthé đi vào cơ thé con người qua nước uống, gây ảnh hưởng tới sức khỏe.

*) Phat thai khí nhà kính nito oxit

Oxit nitơ (N›O) khơng chỉ là một loại khí nhà kính mạnh với tiềm năng nónglên tồn cầu trong 100 năm gap 298 lần so với COa (IPCC 2015) mà còn là chất làmsuy giảm lớp ơzơn ở tang bình lưu. N2O phát thải từ dat cả trong điều kiện hiếu khí(q trình nitrat hóa) và điều kiện ky khí (q trình khử nitrat). Các vi sinh vật sản

xuất N2O là vi khuẩn cỗ oxi hóa amoniac, vi khuẩn oxi hóa amoniac, sinh vật di

dưỡng oxi hóa amoniac, nắm và vi khuân khử nitrat [Chalk, 2019]. Việc lạm dụng

20

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

phân đạm dẫn đến phát thải N2O từ đất đã gây ra các van dé môi trường nghiêm trọng

ở quy mô khu vực cũng như tồn câu, có thê làm khí hậu nóng lên.

Tương tự như tất cả các quá trình sinh học, quá trình sản xuất NaO của vi sinhvật được kiểm soát bởi một loạt các yếu tố như lượng nito vơ cơ sẵn có trong đất, độ

am và nhiệt độ của đất cũng như kết cấu của đất. Do đó, lượng khí NaO trong đất từcác hệ thống nơng nghiệp bị ảnh hưởng rất nhiều bởi các biện pháp quản lý phân bónvà nước. Ngồi ra, phát thải N2O trong dat cho thay sự thay đổi lớn về không gian vàthời gian, do sự thay đổi trong sử dụng đất, quản lý nơng nghiệp, sự sẵn có của chất

dinh dưỡng trong đất và địa hình. Do đó, phép ngoại suy các phát hiện từ nơi nàyhoặc khoảng thời gian này sang nơi khác hoặc khoảng thời gian khác có thê gây ra sự

đánh giá quá thấp hoặc quá mức nghiêm trọng lượng phát thải.

Ngồi ra, mặc dù các ước tính hiện tại về lượng khí N2O phát thải từ nơngnghiệp toàn cầu là nhất quán, tuy nhiên số lượng dé liệu còn rất thiếu cho một số khuvực dẫn đến số liệu ước tính cho qui mơ khu vực rất khơng chắc chăn. Ước tính 3,3

tan NaO/năm trên tồn cầu phat thải từ các vùng đất trồng trọt được bón phân là ratkhơng chắc chan (khoảng tin cậy trung bình 95%: -51 đến 107%), rất có thé là do cácphép do phát thai N2O từ các hệ thống nông nghiệp nhiệt đới và cận nhiệt đới thể hiệnquá thấp. Cho đến nay, các phép đo lượng phat thải N2O trong đất trong nhiều năm ởcác hệ thống cây trồng nhiệt đới còn rất thiếu [Snyder, 2009, Wang, 2011], [Richards,

21

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

nông độ thấp N trong dat cát do mat mát qua rửa trôi cao và nồng độ N cao trong đấtphù sa và đất sét do NHat được cơ định bởi khống sét [Onweremadu, 2011].

*) Ảnh hưởng của lượng mưa và độ ẩm dat

Lượng mưa tăng làm thay đôi độ âm của đất và tăng khả năng thắm sâu cácchat trong hệ thống trồng trọt. Những thay đổi như vậy có khả năng làm thay đổichu trình N và thất thốt N thơng qua tác động lên q trình vận chuyển N cũng như

động lực học của thực vật và vi sinh vật [McCulley, 2009], như quá trình khống

hóa hoặc sự hấp thụ, tất cả đều có thể ảnh hưởng đến khả năng mất N của đất. Cảhai q trình khử nitrat và nitrat hóa tạo ra NOs' và khí N2O đều bị ảnh hưởng đángkế bởi hàm lượng nước trong đất vì các quá trình này điều chỉnh lượng oxy cung

cấp cho vi khuẩn đất trong điều kiện hiếu khí và ky khí của đất. Hàm lượng nướctrong đất cao có thé tăng cường q trình khử nitrat. Sử dụng cơ sở dữ liệu toàn cầu

gồm 82 nghiên cứu thực địa về cây ngũ cốc vùng ôn đới có mưa với 961 quan sát,cho thay lượng và cường độ mưa giải thích sự biến đổi lớn nhất trong q trình rửa

trơi NOz' (lên tới 24 kgN/ha) [Tamagno, 2022]. Thí nghiệm thực địa kéo dài 234

ngày dé đánh giá tác động của lượng mưa đối với quá trình rửa trôi N, sự biến đổiN của đất và hàm lượng N trong các hệ thống cây trồng có cày xới và không cày

xới ở vùng Thượng Trung Tây nước Mi, kết quả cho thấy, việc tăng lượng mưatrong các hệ thống trồng trọt có cày xới sẽ làm tăng lượng N rửa trôi vào nước dướiđất, quản lý đất khơng cày xới có thể giúp hệ thống giảm tác động của thâm canhlàm mắt nitrat [Hess, 2020].

Lượng khí N2O phát sinh từ q trình khử nitrat hóa tăng mạnh ở sức chứa 4mđồng ruộng tối đa (WFPS) trên 70%. Ngược lại, q trình nitrat hóa là q trình chínhdé tạo ra NO ở WFPS thấp hơn (từ 30 đến 60%). Việc tạo thành NaO tối đa có thé

đạt được ở mức 70% WFPS từ cả qua trình nitrat hóa và khử nitrat hóa. Tương tự,

mức phát thải NoO tối ưu sẽ nằm trong khoảng từ 70 đến 80% WEPS, tùy thuộc vàoloại đất. Trong trường hợp bón phân và tưới đồng thời, độ âm thấp (45% WFPS) cóthé tạo ra lượng phat thai N20 tối da [Amha, 2011].

22

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

*) Ảnh hưởng nhiệt độ đất

Nhiệt độ điều hịa lượng phát thải N2O từ dat thơng qua ảnh hưởng đến hoạtđộng của vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn khử nitrat và các vi sinh vật khác. Phân tíchtương quan cho thấy mối tương quan thuận rat đáng kê giữa lượng phát thải N2Otrong dat và nhiệt độ đất. Nhiệt độ đất điều chỉnh lượng khí thải NzO chủ yếu bằngcách tác động đến cấu trúc của cộng đồng vi sinh vật khử nitrat loại nirS và hoạtđộng của vi khuẩn khử nitrat tăng từ 1,5 đến 3,0 lần khi nhiệt độ tăng 10°C [Xing,2021]. Mặt khác, nhiệt độ đất cũng làm tăng q trình hơ hấp của vi sinh vật trongđất, tạo điều kiện yếm khí cho sinh vật khử nitrat dẫn đến phát thải N2O cao hơn

[Braker, 2010]. Theo ngun tắc thơng thường, lượng khí N2O thấp khi nhiệt độ đất

dưới 15°C. Nhiệt độ được xác định là thuận lợi cho q trình tạo ra khí N2O là

15-27°C. Với phạm vi nhiệt độ khơng khí từ khoảng 7 - 38°C, lượng khí hàng ngày

tăng tuyến tính. Tương tự, nhiệt độ tăng từ 12 giờ đến 15 giờ trong ngày có tươngquan thuận với lượng khí N2O hình thành. Lượng khí N2O thấp nhất vào sáng sớm

[Steenwerth, 2008].

*) Ảnh hưởng của tỉ lệ phân dam

Phát thải N2O liên quan rõ rệt đến tỷ lệ phân đạm bón. Tỷ lệ phân dam là yếutố dự báo tốt nhất về lượng phát thải N›O từ đất nông nghiệp. Tam quan trọng củamối quan hệ giữa phân dam và phát thai NzO đã được trình bày dưới dạng các hệ sốphát thải (EFs) do Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) đề xuất. Tỷ lệphân bón đầu vào do IPCC đề xuất dé ước tính lượng phát thải NO trực tiếp ở mức1,0 và 0,8% tương ứng đối với phân bón hóa học và phân động vật (IPCC, 2006).Bón phân đạm (phân hữu cơ và vơ cơ) với lượng thích hợp có thể làm giảm lượng

khí NaO trong khi vẫn duy trì hiệu quả về năng suất cây trồng.

*) Ảnh hưởng việc làm đất

Không làm đất và giảm làm đất là một trong những phần chính của nôngnghiệp bảo tồn. Ưu điểm của phương pháp không làm đất hoặc giảm làm đất là tănglượng cacbon hữu cơ và tông lượng nitơ trong đất đã được đánh giá trong các nghiên

23

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

cứu với thời gian dài. Tuy nhiên, tác động của các phương pháp làm đất đối với phátthải N2O từ nhiều nghiên cứu trước đây đã đưa ra những kết quả gây tranh cãi. Vi dụ,

lượng phát thải N›O cao hơn khi không làm đất hoặc giảm làm đất so với làm đất

thông thường khi bón phân uré [Snyder, 2009]. Lượng phát thải N2O hàng ngày trong

các phương pháp thông thường cao hơn đáng kể so với không làm đất tuy nhiên lượng

phat thải N2O theo mùa là không rõ rệt.

1.3. ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ VÀ RỦI RO MOI TRUONG DO SỬ DỤNG PHANĐẠM TRÊN ĐÁT TRÒNG CÂY HÀNG NĂM

1.3.1. Các phương pháp sử dụng trong đánh giá rủi ro rửa trôi nitơ từ đất trồngcây hàng năm tới nước dưới đất

a. Các phương pháp sử dụng để đánh giá ton thương nước dưới dat

Có nhiêu cách tiêp cận khác nhau được sử dụng đê ước tính mức độ tơn thương

NDĐ, được chia thành 3 nhóm phương pháp:

(1) Phương pháp chong xếp và chỉ số

Phương pháp lập chỉ số và chồng xếp chỉ xem xét các đặc điểm của đất và

vùng chưa bão hịa. Trong đó có các phương pháp Cài đặt và phức hợp thủy văn; Hệ

thống ma trận; và Hệ thống xếp hạng. Cách xây dựng các nhóm dé bị tổn thươngbang cách sử dụng các xếp hạng khác nhau liên quan đến các đặc điểm vật lý củatham số nghiên cứu. Các phương thức chồng xếp và chỉ số đã được định lượng vàgán các điểm số và trọng số khác nhau cho các thuộc tính trong việc phát triển cáclớp dé bị ton thương, và được biểu diễn trên bản đồ. Công nghệ GIS đã giúp áp dụngcác phương pháp lập chỉ số và chồng xếp bản đồ ngày càng dễ dàng. DRASTIC

[Aller, 1987] là mơ hình áp dụng phương pháp chồng xếp và chỉ số được sử dụngphổ biến nhất trong các phương pháp đánh giá liên quan như SINTACS, GOD, AVI,

EPIK, SI... [Focazio, 2002].

(2) Phương pháp thong kê

Phương pháp thống kê đánh giá tính dé bị tổn thương của NDD thơng qua cácmơ hình phân tích hoặc hồi quy thống kê, bao gồm từ thống kê mô tả về nồng độ chat

24

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

gây ô nhiễm đến phân tích hồi quy phức tạp hơn. Các phương pháp thống kê sử dụngnồng độ chất gây ô nhiễm hoặc xác suất nhiễm ban là biến phụ thuộc. Phương phápthong kê cũng được sử dụng bởi các cơ quan quan lý có cơ sở dữ liệu cần thiết về 6nhiễm NDD trong khu vực dé phát triển các mơ hình.

(3) Phương pháp sử dụng mơ hình mơ phỏng dựa trên quy trình

Phương pháp sử dụng các kỹ thuật mơ phỏng dé dự báo q trình liên quanđến vận chuyển chất gây ô nhiễm. Các phương pháp sử dụng các mơ hình mơ

phỏng dựa trên quy trình địi hỏi các giải pháp phân tích hoặc dữ liệu cho các

phương trình tốn học đại diện cho các q trình kết hợp kiểm sốt vận chuyểnchất gây ơ nhiễm.

b. Các mơ hình đánh giá ton thương nước dưới đất dựa trên các phương pháp

(1) Mơ hình GOD

Mơ hình này được Foster phát triển vào năm 1987 dé nghiên cứu tinh dé bịton thương của tang chứa nước khi chat ô nhiễm đi theo chiều dọc từ vùng ô nhiễmqua vùng không bão hịa, mà khơng xem xét sự di chuyển trong vùng bão hịa

[Ferreira & Oliveira, 2004]. Ba tham số chính được xem xét: 1) sự xâm nhập củaNDĐ, 2) tầng chứa nước và 3) độ sâu của NDĐ. Chi số dễ bị ton thương được tínhtốn bằng cách chọn xếp hạng của tham số xâm nhập NDD và sau đó nhân với xếphạng về tầng chứa nước và tham số độ sâu tầng nước. Các chỉ số GOD được chiathành năm lớp, có giá trị cực trị từ 0 đến 1. Sau đó, ban đồ dé bị tổn thương NDDđược xây dựng bằng cách sử dụng công cụ ArcGIS. Chỉ số dễ bị tốn thương có théđược tính bằng cơng thức sau:

Chỉ số dễ tốn thương GOD = Cix Cạ x Ca (1.5)

Trong đó: Ci: Xếp hạng về sự xâm nhập của NDĐ; Ca: Xếp hạng về tầng chứa

nước của vùng chưa bão hòa; Ca: Xếp hạng độ sâu của NDD.

GOD có thé áp dụng và cho kết quả tốt đối với khu vực có điện tích lớn vaGIS là một cơng cụ hiệu quả để phân tích và xử lý dữ liệu không gian lớn

[Khodapanah, 2011].

25

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

(2) Mơ hình DRASTIC

DRASTIC là một mơ hình dé bị tổn thương NDD để đánh giá tiềm năng 6nhiễm của các khu vực rộng lớn bằng cách sử dụng các thiết lập địa chất thủy văncủa khu vực. Mơ hình được phát triển bởi Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA)vào những năm 1980 [Aller, 1987] như là một hệ thống tiêu chuẩn dé đánh giá tính

dé bị tốn thương nội tại của NDD đối với chat 6 nhiễm.

Mơ hình này sử dụng một hệ thống xếp hang, gan các trọng số tương đối chonhiều tham số, giúp đánh giá mức độ ton thương của NDD đối với chat ô nhiễm. Hệthống DRASTIC xem xét bảy tham số: độ sâu của mực NDĐ (D), lượng nước tái nạp(R), môi trường tang chứa NDD (A), thành phan cơ giới đất (S), địa hình (T), đớithơng khí (I) và độ thấm thủy lực của đất (C).

Mỗi tham số được chia thành một khoảng phạm vi và được chỉ định bởi xếphạng dựa trên tầm quan trọng của tham số trong tổn thương. Bảy tham số được sử

dụng dé xác định các đơn vị thủy văn khác nhau chịu ảnh hưởng khác nhau trong cácquá trình vận chuyền và suy giảm ô nhiễm trong đất. Giá trị số này được gọi là thamsố trọng số, từ 1 đến 5 được gan cho từng tham số và phan ánh mức độ ảnh hưởngcủa các tham số. Mỗi tham số, trọng số được liệt kê điểm xếp hạng dựa trên các điểmsố liên quan từ 1 đến 10, điểm thấp nhất đại diện cho tình trang 6 nhiễm dé bị tốnthương thấp hơn.

Chỉ số tổn thương cuối cùng (DI) là tổng trọng số của bảy tham số và có théđược tính băng cơng thức:

Chỉ số DRASTIC (Di) =DrDw + RrRw + ArAw + SrSw + TrTw + Irlw + CrCw (1.6)Trong đó: w - trong số cho tham số, r- điểm xếp hang cho tham số

Độ sâu mực NDP (D) - Day là lớp quan trọng được EPA chon dé đưa vào mơhình DRASTIC vì đây là yếu tố chủ yêu quyết định độ thấm sâu của chất gây ơ nhiễm,ví dụ như quãng đường mà nitrat di chuyên trước khi có thé đến tầng chứa nước. Tangchứa nước sâu hơn cũng có nghĩa là có nhiều khả năng suy giảm nồng độ chất ơ nhiễm

xảy ra, điêu nay có lợi cho việc giảm 6 nhiém trong tang chứa NDD. Sự giảm độ sâu

26

</div>