Nghiên c ứu chế độ tưới h ợp lý cho lúa nhằm tiết kiệm nước giảm phát thải khí nhà kính và không ảnh hưởng đến năng suất lúa vùng đồng bằng sông Hồng

Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn
TRƯờNG ĐạI HọC thủy lợi





nguyễn thị phơng anh




nghiên cứu chế độ tới hợp lý cho lúa
nhằm tiết kiệm nớc, giảm phát thảI
khí nhà kính và không ảnh hởng đến
năng suất lúa vùng đồng bằng sông hồng

Chuyên ngành : Kỹ thuật tài nguyên nớc
Mã số : 60580212


Luận văn thạc sĩ


Ngời hớng dẫn khoa học:
1. TS. Nguyễn Việt Anh
2. PGS.TS Lê Thị Nguyên


Hà Nội 2014

i

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian thu thập tài liệu, nghiên cứu tính toán và tổng hợp, luận văn
thạc sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu chế độ tưới hợp lý cho lúa nhằm tiết kiệm nước, giảm
phát thải khí nhà kính và không ảnh hưởng đến năng suất lúa vùng đồng bằng
sông Hồng” đã hoàn thành, đảm bảo theo đúng đề cương đã được duyệt.
Trước hết, tác giả bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới Trường Đại học Thủy
lợi, Công ty CP tư vấn đầu tư NN & PTNT tỉnh Vĩnh Phúc đã quan tâm giúp đỡ,
tạo điều kiện trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Việt Anh và PGS.TS.
Lê Thị Nguyên – Trường Đại học Thủy lợi đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ trong thời
gian làm luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy, các cô giáo Trường Đại học
Thủy lợi nói chung, Khoa Đại học và Sau Đại học, Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước
nói riêng đã truyền đạt kiến thức, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và
làm luận văn tốt nghiệp.
Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn những người thân trong gia đình, bạn bè
và đồng nghiệp cơ quan đã giúp đỡ, động viên, khích lệ tác giả trong suốt quá trình
học tập và hoàn thành luận văn.
Vĩnh Yên, tháng 7 năm 2014
Tác giả luận văn



Nguyễn Thị Phương Anh

ii

BẢN CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đề tài luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu chế độ tưới hợp
lý cho lúa nhằm tiết kiệm nước, giảm phát thải khí nhà kính và không ảnh
hưởng đến năng suất lúa vùng đồng bằng sông Hồng” là đề tài do cá nhân tôi
thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Lê Thị Nguyên và TS. Nguyễn
Việt Anh. Luận văn được làm dựa trên các số liệu, tài liệu được thu thập từ nguồn
thực tế, được công bố trên báo cáo của cơ các quan Nhà nước, được đăng tải trên
các tạp chí chuyên ngành, sách, báo… để làm cơ sở nghiên cứu. Tác giả không sao
chép bất kỳ một luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào trước đó.



Hà Nội, ngày 18 tháng 7 năm 2014
Tác giả


Nguyễn Thị Phương Anh

iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BĐKH : Biến đổi khí hậu
IRRI : Viện nghiên cứu lúa quốc tế
UNDP : Chương trình Phát triển Liên Hợp Quốc
IPCC : Ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu
Trạm KTNN: Trạm khí tượng nông nghiệp
β
bh
: độ ẩm bão hoà
WTO : Tổ chức thương mại thế giới

iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Biểu đồ động thái phát thải CH
4
với nhiệt độ, Eh, pH của đất ngập nước
liên tục và không liên tục 22

Hình 1.2: Lượng khí CH
4

phát thải phụ thuộc vào thế oxy hoá khử của đất khi sinh
trưởng của lúa 23

Hình 1.3. Động thái Eh của đất trồng lúa và đất không trồng lúa 24

Hình 2.1- Vị trí khu nghiên cứu thí nghiệm tại Hoài Đức, Hà Nội. 38

Hình 2.2- Sơ đồ bố trí thí nghiệm 52

Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 53

Hình 2.4- Mô phỏng lớp nước mặt ruộng (đối chứng) 54

Hình 2.5- Mô phỏng lớp nước mặt ruộng (CT1) 55

Hình 2.6- Mô phỏng lớp nước mặt ruộng (CT2) 56

Hình 2.7. Sơ đồ bể thí nghiệm có đáy và không đáy 57

Hình 2.8: Thiết bị lấy mẫu mêtan (CH
4
) tại đồng ruộng 59

Hình 3.1: Sơ đồ về đặc điểm sự hình thành mê tan ở đất ngập nước trồng lúa ở đồng
bằng sông Hồng 80

Hình 3.2: Mô phỏng cường độ CH
4
phát thải ở các trường hợp có cấy lúa và không
cấy lúa vụ mùa 2010 82

Hình 3.3: Lượng CH
4
phát thải của các công thức thí nghiệm ở vụ xuân 84

Hình 3.4: Lượng CH
4
phát thải của các công thức thí nghiệm 86




v

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Lượng khí mêtan phát thải do trồng lúa nước ở một số nước 15

Bảng 1.2: Kết quả kiểm kê khí nhà kính khu vực nông nghiệp năm 2000 30

Bảng 2.1. Các chỉ tiêu khu đất thí nghiệm 39

Bảng 2.2: Trị số bình quân nhiều năm các yếu tố khí tượng 41

Bảng 2.3- Lượng mưa trung bình tháng và năm (mm) 43

Bảng 2.4: Mực nước trên sông Đáy tại các cửa tiêu chính c
ủa hệ thống
sông Nhuệ, P = 10% (Bình quân 3 ngày Max) 44

Bảng 2.5. Mực nước lớn nhất trên sông Nhuệ qua một số năm điển hình 44

Bảng 2.6. Các chỉ tiêu của nước tưới khu thí nghiệm 45

Bảng 3.1-Lượng bốc-thoát hơi nước thực tế của lúa vụ xuân 2009 65

Bảng 3.2- Lượng bốc thoát hơi nước thực tế của lúa vụ mùa 2009 66

Bảng 3.3- Lượng bốc-thoát hơi nước thực tế của lúa vụ xuân 2010 68
Bảng 3.4- Lượng bốc thoát hơi nước thực tế của lúa vụ mùa 2010 69

Bảng 3.5- Tổng hợp lượng bốc-thoát hơi nước thực tế 2 vụ lúa 70

Bảng 3.6- Chiều cao cây từ mặt đất đến đỉnh bông 73

(từ giai đoạn trỗ bông đến chắc xanh) 73

Bảng 3.7- Diện tích lá trong 1 khóm 74

Bảng 3.7- Diện tích lá trong 1 khóm (tiếp theo) 74

Bảng 3.8 – Số nhánh trên 1 m
2
75

Bảng 3.9- Trọng lượng của 1 khóm (giai đoạn trỗ bông) 75

Bảng 3.10- Các yếu tố cấu thành năng suất lúa 76

Bảng 3.11: So sánh năng suất lúa trong các trường hợp thí nghiệm (tạ/ha) 77

Bảng 3.12: Cường độ phát thải CH
4
khi có và không cấy lúa vụ mùa 2010 81

Bảng 3.13: Lượng CH
4
phát thải của các công thức thí nghiệm ở vụ xuân 83

Bảng 3.14: Tổng CH
4
toàn vụ xuân và mức độ tăng giảm của các công thức thí
nghiệm so với đối chứng. 84

Bảng 3.15: Lượng CH
4
phát thải của các công thức thí nghiệm 86
Bảng 3.16: Tổng CH
4
phát thải toàn vụ mùa ở các công thức thí nghiệm 86

Bảng 3.17: So sánh ảnh hưởng của chế độ tưới nông lộ phơi đến phát thải CH
4
ở các
mùa vụ tại khu vực nghiên cứu 88


vi

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 8

1.1. Tính cấp thiết của đề tài 8

1.2. Mục tiêu nghiên cứu 9

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9

1.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 9

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN
ĐỀ TÀI 10

1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 10

1.1.1. Chế độ tưới cho cây trồng: 10

1.1.2.Phát thải mêtan (CH
4
) dưới ảnh hưởng của các yếu tố tưới tiêu và chế
độ canh tác lúa 15

1.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 25

1.2.1. Chế độ tưới cho cây trồng: 25

1.2.2. Phát thải mêtan dưới ảnh hưởng của các yếu tố tưới tiêu và chế độ canh
tác lúa 29

1.3. Cơ chế hình thành và phát thải Mêtan 34

1.3.1. Quá trình hình thành Mêtan 34

1.3.2. Cơ chế phát thải Mêtan 35

CHƯƠNG 2 37

ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37

2.1. Cơ sở và đối tượng nghiên cứu 37

2.1.1. Cơ sở vùng nghiên cứu 37

2.1.2. Đối tượng nghiên cứu 48

2.2. Nội dung nghiên cứu 49

2.3. Phương pháp nghiên cứu 50

2.3.1. Địa điểm nghiên cứu 50

2.3.2. Bố trí thí nghiệm 51

2.3.3. Các chỉ tiêu theo dõi thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu 56

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 63


vii

3.1. Chế độ tưới và lượng nước tiết kiệm 63

3.1.1. Cơ sở khoa học tiết kiệm nước 63

3.1.2. Kết quả nghiên cứu lượng bốc thoát hơi nước mặt ruộng (nhu cầu nước
của cây lúa) 64

3.2. Ảnh hưởng của chế độ tưới đến sinh trưởng, phát triển và năng suất lúa 71

3.2.1. Ảnh hưởng của tưới nông lộ phơi đến sinh trưởng, phát triển và năng
suất lúa 71

3.2.2. Ảnh hưởng của chế độ tưới đến năng suất lúa 72

3.3. Chế độ tưới lúa và phát thải khí nhà kính trên ruộng lúa 77

3.3.1. Cơ chế hình thành mêtan 77

3.3.2. Cơ chế phát thải mêtan 81

3.3.3. Ảnh hưởng của chế độ tưới đến phát thải Mêtan trên ruộng lúa 83

3.3.4. Đánh giá chung về ảnh hưởng của trồng lúa nước và chế độ tưới đến
phát thải CH
4
ở khu vực nghiên cứu 87

3.4. Đề xuất chế độ nước nhằm giảm thiểu lượng CH
4
phát thải trên ruộng lúa, tiết
kiệm nước và không làm giảm năng suất lúa 89

3.4.1. Cơ sở khoa học đề xuất giải pháp 89

3.4.2 Đề xuất chế độ tưới giảm thiểu lượng CH
4
phát thải trên ruộng lúa, tiết
kiệm nước và không giảm năng suất lúa. 91

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 93

I. Kết luận 93

II. Kiến nghị 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96







8

MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam, dưới sức ép của sự gia tăng dân số cũng như quá trình hội nhập với
khu vực và thế giới của nước ta được bắt đầu từ giữa thập kỷ 80 của thế kỷ trước và
nhất là từ khi gia nhập WTO thì nhu cầu về lương thực ngày càng gia tăng phục vụ
cho nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Theo dự báo, xuất khẩu nông sản của nước ta

đang và sẽ còn chiếm tỷ trọng cao trong tổng giá trị xuất khẩu của cả nước vì thế
giới đang trong cơn khủng hoảng về lương thực nói riêng và các loại nông sản khác
nói chung.
Theo Macintosh, 2008, Châu Á hy vọng sẽ tăng 1% sản lượng gạo mỗi năm,
nhưng họ phải làm điều đó trong điều kiện có ít nước, ít đất và ít nhân công hơn cho
trồng trọt.
Thực tế những nghiên cứu về chế độ tưới cho lúa ở nước ta thường thực hiện
theo phương pháp tưới ngập nên lượng nước tưới cho lúa lớn. Mỗi vụ trung bình hệ
thống thủy nông phải cung cấp một lượng nước từ 7000 m
3
/ha đến 8000 m
3
/ha. Mặt
khác, trong điều kiện ruộng lúa ngập thường xuyên sẽ làm cho quá trình phân giải
chất hữu cơ ở điều kiện yếm khí, sinh ra khí mêtan (CH
4
). Chất khí này là nguồn
phát thải khí nhà kính, làm gia tăng khí nhà kính, là một trong những nguyên nhân
gây nên sự biến đổi khí hậu.
Những nghiên cứu về chế độ tưới ngập không liên tục so với ngập liên tục
trên ruộng lúa cho thấy, sự phát thải CH
4
được giảm rõ rệt. Bón phân hữu cơ làm
tăng lượng CH
4
phát thải, bón phân vô cơ hạn chế phát thải CH
4
(IRRI, 1999). Hơn
nữa, rút nước phơi ruộng ở các giai đoạn thích hợp còn làm giảm độc tố trong đất,
giúp cho hệ rễ lúa phát triển tốt, tiết kiệm lượng nước tưới, chi phí tưới giảm. Việt

Nam có trên 3,8 triệu ha canh tác lúa nước, việc nghiên cứu đề xuất chế độ tưới hợp
lý, khoa học nhằm tiết kiệm nước, giảm chi phí tưới, đồng thời có ý nghĩa bảo vệ
môi trường rất có ý nghĩa và cần thiết. Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi
thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế độ tưới hợp lý cho lúa nhằm tiết kiệm nước,
giảm phát thải khí nhà kính và không ảnh hưởng đến năng suất lúa vùng đồng
bằng sông Hồng”.

9

1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định chế độ tưới thích hợp cho lúa nhằm tiết kiệm nước tưới và giảm
thiểu được phát thải khí nhà kính không ảnh hưởng đến năng suất lúa.
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Chế độ nước mặt ruộng lúa và phát thải khí mêtan.
Phạm vi nghiên cứu: Lúa nước trồng trên đất phù sa trung tính ít chua đồng
bằng sông Hồng.
1.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
* Cách tiếp cận:
- Kế thừa và có chọn lọc bổ sung
- Tiếp cận phát triển bền vững
* Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp kế thừa tài liệu và kết quả nghiên cứu đã có.
- Phương pháp điều tra, thu thập tài liệu, số liệu liên quan.
- Phương pháp phân tích, xử lý, đánh giá số liệu.
- Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng.

10

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI

1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
1.1.1. Chế độ tưới cho cây trồng:
Hiểu theo nghĩa chung nhất, chế độ tưới là chế độ điều tiết nước mặt ruộng
cho phù hợp với yêu cầu sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Chế độ tưới bao
gồm thời gian tưới, mức tưới mỗi lần, số lần tưới và tổng lượng nước tưới để đảm
bảo chế độ nước mặt ruộng phù hợp với nhu cầu nước của từng loại cây trồng trong
toàn bộ hoặc một chu kỳ sinh trưởng với những điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng và kỹ
thuật canh tác nhất định (Trần Viết Ổn, 2009).
Nghiên cứu chế độ tưới ngoài mục tiêu đảm bảo chế độ nước phù hợp để cây
trồng có thể sinh trưởng, phát triển tốt, cho năng suất cao và ổn định còn một mục
đích quan trọng khác là nâng cao hiệu quả sử dụng nước, tiết kiệm công lao động vì
vậy nó có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển và nâng cao hiệu quả kinh tế
trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt trong bối cảnh sản xuất nông nghiệp đang chịu
nhiều áp lực của sự gia tăng dân số, công nghiệp hoá và tình hình biến đổi khí hậu.
Theo Báo cáo Phát triển con người 2007/2008 của UNDP đã chỉ ra năm điểm
ảnh hưởng tới phát triển con người đã và đang xảy ra trong điền kiện biến đổi khí
hậu cần xem xét là (1) năng suất nông nghiệp giảm; (2) mức độ mất an ninh về
nước tăng lên; (3) có nhiều khả năng xảy ra thiên tai ở mức khắc nghiệt hơn; (4) các
hệ sinh thái bị phá vỡ và (5) rủi ro về sức khoẻ của con người gia tăng (Christophe
Bahuet, 2008). Thực tế đó đã đặt ra thách thức trong việc nghiên cứu nhằm nâng
cao hiệu quả sử dụng nước, nhất là trong sản xuất nông nghiệp, nghĩa là cần phải
sản xuất một lượng lương thực nhiều hơn với một lượng nước tưới ít hơn.
Ngành nông nghiệp sản xuất lúa gạo là ngành có tỷ lệ tiêu thụ nước lớn nhất,
ước tính chiếm hơn 80% lượng nước tưới ở khu vực Châu Á. Vì vậy, đây là khu
vực được các nhà khoa học ưu tiên nghiên cứu tìm các biện pháp thích hợp giảm
thiểu lượng nước tưới cho lúa. Theo đó, hai hướng nghiên cứu cơ bản được tiến
hành là: (i) giảm lượng nước tổn thất trên hệ thống tưới và (ii) giảm lượng nước
tưới tại mặt ruộng.

11

Việc giảm lượng nước tưới trên hệ thống dẫn nước chủ yếu được thực hiện
thông qua các biện pháp làm giảm tổn thất do thấm trên kênh bằng cách sử dụng các
loại vật liệu có hệ số thấm nhỏ. Tuy nhiên, các biện pháp này thường đòi hỏi vốn
đầu tư lớn trong khi lượng nước tưới cũng chỉ giảm trung bình từ 5-15% (Trần Viết
Ổn, 2009). Mặt khác, trên thực tế, lượng nước hồi quy trong các hệ thống tưới sau
đó vẫn tiếp tục được sử dụng nên việc giảm tổn thất do thấm có ý nghĩa về tiết kiệm
chi phí cho công tác tưới hơn là tiết kiệm nước.
Các biện pháp giảm lượng nước tưới mặt ruộng thông qua điều tiết được hy
vọng sẽ giảm đáng kể lượng nước tiêu thụ đồng thời có thể cải thiện được năng suất
lúa. Do vậy, trong những năm gần đây nhiều nước trên thế giới đã tập trung vào
việc nghiên cứu chế độ tưới hợp lý theo hướng tiết kiệm cho các loại cây trồng,
trong đó bao gồm cả lúa nước. Theo khảo sát tại 43 khu vực tưới lớn ở 7 quốc gia
của châu Á, cường độ hao nước trong ruộng lúa khi thực hiện tưới tiết kiệm nước
giảm trung bình 3,79 mm/ngày so với tưới ngập truyền thống. Trong đó, cường độ
bốc hơi mặt ruộng giảm 1,25 mm/ngày và cường độ thấm giảm 2,54 mm/ngày
(Hoàng Cẩm Châu, 2009).
Các nghiên cứu về tưới tiết kiệm nước tập trung vào hai khâu là (1) giảm
lượng bốc hơi khoảng trống và (2) giảm lượng thoát hơi của cây trồng. Lượng bốc
hơi khoảng trống trong toàn thời kỳ sinh trưởng phát triển chiếm khoảng 40-60%
tổng lượng nhu cầu nước của cây trồng (Lý Viễn Hoa, 2003). Lượng nước này có
tác dụng nhất định đối với việc cải thiện môi trường sinh trưởng của cây trồng,
không hoàn toàn là lượng nước lãng phí nhưng nghiên cứu các tài liệu thí nghiệm
hiện có cũng cho thấy việc giảm bớt một cách thích đáng lượng bốc hơi khoảng
trống của cây trồng không ảnh hưởng đến năng suất cây trồng và thậm chí, nhiều
nghiên cứu về tưới tiết kiệm nước hoặc tưới không đầy đủ trong những năm gần đây
đã chứng tỏ được rằng, trong những điều kiện nhất định, giảm thích đáng lượng
thoát hơi của cây trồng cũng không làm giảm năng suất.
Tiết kiệm nước phải là giảm bớt sự tiêu hao nước tưới vô ích, không giảm
lượng nước cần bình thường và làm giảm năng suất cây trồng. Tuy nhiên, trong một

12

số trường hợp, để giải quyết mâu thuẫn cung cầu, cũng dùng cách cung cấp nước
thấp hơn nhu cầu nước tiêu chuẩn của cây trồng, tức thực hiện tưới không đầy đủ,
lúc này không còn đòi hỏi năng suất cao nhất nữa, mà là với nguồn nước có hạn đó,
đạt được mục tiêu hiệu ích kinh tế của tổng sản lượng cao nhất hay nói cách khác là
năng suất tính trên đơn vị nước sử dụng là cao nhất (Lý Viễn Hoa, 2003).
Trên cơ sở những xu hướng nghiên cứu cơ bản nêu trên, các nội dung nghiên
cứu cụ thể được triển khai trên thế giới được điều chỉnh cho phù hợp với mục đích
nghiên cứu và đặc thù địa lý, khí hậu cũng như đặc điểm xã hội từng vùng. Do vậy,
kết quả thu được cũng có những khác biệt nhất định về giá trị và ý nghĩa như một số
nghiên cứu điển hình được giới thiệu dưới đây.
+ Ở Philipines: Giai đoạn từ năm 1968 – 1995, Viện nghiên cứu lúa quốc tế
IRRI đã tiến hành một số nghiên cứu nhằm xác định mối quan hệ giữa lượng nước
tưới và năng suất lúa. Các nghiên cứu điển hình được thực hiện vào mùa khô năm
1968 và 1969.
- Mùa khô năm 1968: Nghiên cứu thử nghiệm với việc duy trì một lớp nước
50 mm trên tất cả các ô ruộng thí nghiệm, sau đó các ô ruộng tách ra thành 3 nhóm
được tưới với các mức tưới khác nhau, lần lượt là 2 mm/ngày, 4 mm/ngày và 6
mm/ngày với tần suất tưới 5 ngày/lần. Kết quả thí nghiệm cho thấy, độ ẩm đồng
ruộng ở tất cả các ruộng thí nghiệm luôn lớn hơn 50% độ ẩm tối đa đồng ruộng và
năng suất lúa khi tưới 2 mm/ngày giảm không đáng kể so với tưới ngập liên tục.
- Mùa khô năm 1969: Các thí nghiệm được thay đổi, áp dụng mức tưới từ 2-8
mm/ngày cho các ô thí nghiệm ngay từ khi gieo cấy và tần suất tưới cũng là 5
ngày/lần. Kết quả cho thấy, năng suất lúa không giảm nếu mức tưới từ 7 mm/ngày
trở lên, nhỏ hơn mức tưới này thì năng suất lúa bắt đầu giảm nhỏ và gần như bằng
không nếu mức tưới nhỏ hơn hoặc bằng 4 mm/ngày.
Một số nghiên cứu khác cũng được Bhuiyan và Tuong tiến hành vào năm 1995,
kết quả cho thấy phương pháp tưới nông lộ phơi nếu được áp dụng ngay từ khi gieo

cấy có thể tiết kiệm được 40-45% lượng nước tưới so với truyền thống trong khi năng
suất vẫn không bị suy giảm và nếu muốn hạn chế được cỏ dại, có thể áp dụng sau khi

13

gieo cấy từ 15-20 ngày, ở thời điểm tán lá đã che phần lớn diện tích mặt đất.
+ Ở Nhật Bản: Vào những năm cuối của thập kỷ 60 của thế kỷ trước, nhiều
nghiên cứu về chế độ tưới cho lúa đã được tiến hành và cho rằng phơi ruộng vào
giữa giai đoạn sinh trưởng của lúa là yếu tố tăng năng suất. Đến những năm đầu của
thập kỷ 90, các nghiên cứu về nông lộ phơi mới bắt đầu được tiến hành, đặc biệt
đến năm 1998, Anbumozhi thí nghiệm biện pháp tưới nông lộ phơi với lớp nước
mặt ruộng tối đa là 90 mm, áp dụng từ thời điểm 30 ngày sau khi cấy đã cho kết quả
rất khả quan khi năng suất lúa không giảm và hiệu quả sử dụng nước tưới tăng vượt
trội,1,26 kg/m
3
so với 0,96 kg/m
3
của phương pháp tưới ngập truyền thống.
+ Ở Ấn Độ: Các nghiên cứu đầu tiên ở Ấn Độ do trường Đại học Nông
Nghiệp Tamil Nadu tiến hành tại hệ thống tưới Peray – Vaigai ở hai địa điểm là
Rabi và Kharif với 3 công thức tưới là: (1) tưới ngập truyền thống, (2) tưới ngập-lộ
liên tiếp với độ sâu ngập 5cm và thời gian lộ 1 ngày và (3) tưới 4 ngày nghỉ 3 ngày.
Kết quả, lượng nước tưới tiết kiệm được của hai công thức tưới ngập-lộ so với đối
chứng lần lượt là (4,5-17,2%), đối với công thức (2) và (5,6-8,2)%, đối với công
thức (3). Đặc biệt là trong khoảng 3 thập kỷ gần đây, các thí nghiệm được tiến hành
với hàng loạt chế độ tưới khác nhau, bao gồm tưới ngập truyền thống, tưới nông lộ
phơi và một số phương pháp tưới khác trên hầu hết các vùng địa lý thuộc Ấn Độ.
Cuối cùng đã đi đến một số kết luận là ở các khu thí nghiệm, phương pháp tưới
nông lộ phơi vừa có khả năng tiết kiệm nước tưới vừa tăng năng suất lúa, cụ thể tiết
kiệm được từ 10-77% lượng nước tưới và tăng năng suất từ 20-87% so với tưới

ngập truyền thống.
+ Ở Trung Quốc: Các nghiên cứu về tiết kiệm nước tưới ở Trung Quốc
được tiến hành theo cả hai hướng là trên phạm vi toàn hệ thống và tại mặt ruộng.
Trên phạm vi mặt ruộng, cho đến cuối những năm 1970, phương pháp tưới
truyền thống là tưới nông thường xuyên. Tuy nhiên, sang đến đầu nững năm 1980,
ở Trung Quốc đã bắt đầu nghiên cứu phương pháp tưới tiết kiệm nước cho lúa.
Theo phương pháp này sẽ không tưới ngập thường xuyên tức là không duy trì
thường xuyên một lớp nước trên ruộng lúa nhằm làm giảm lượng nước thấm và bốc

14

thoát hơi mặt ruộng. Kết quả từ các nghiên cứu về tưới tiết kiệm nướctrong những
năm 1980, 1990 ở các tỉnh miền Nam Trung Quốc mà điển hình là từ 1990-1992,
tác giả MaoZi tiến hành thí nghiệm tại trạm thí nghiệm Guillin với 2 nhóm công
thức tưới là tưới ngập truyền thống và tưới ướt – khô xen kẽ đã cho thấy, tưới ướt –
khô xen kẽ không chỉ có tác dụng tiết kiệm được một lượng nước đáng kể từ 20-
35% (từ: 3.100-4.500 m
3
/ha/vụ so với 4.080-5.780 m
3
/ha/vụ) mà còn có thể tăng
năng suất từ 15-28%. Sản lượng nông nghiệp tính trên 1 đơn vị m
3
nước tưới tăng
từ 0,65-0,82 kg/m
3
lên 1,18-1,5 kg/m
3
(MaoZi, 1996).
+ Ở Pakistan: Các nghiên cứu được tiến hành theo hai giai đoạn là giai đoạn

làm đất và giai đoạn sinh trưởng. Những nghiên cứu trong giai đoạn từ 1973-1980
cho thấy, nếu làm đất kỹ có thể giảm được lượng nước thấm đứng đến 60% và năng
suất có thể tăng tối đa đến 1,2 tấn/ha/vụ và hệ số sử dụng nước hiệu quả tăng lên 2,5
lần (7,9 kg/ha-mm so với 2,9 kg/ha-mm). Ở giai đoạn sinh trưởng, nếu duy trì chế
độ ngập trong khoảng một tuần sau khi cấy và duy trì một độ ẩm thích hợp ở thời
gian sau đó thì không ảnh hưởng đến năng suất lúa và có thể tiết kiệm từ 20-50%
lượng nước tưới so với tưới ngập thông thường (Gill, 1994).
Ngoài ra còn có một số tác giả khác như Kijne, Mishra và các cộng sự,
v.v cũng tiến hành nhiều nghiên cứu nhằm xác định chế độ tưới hợp lý cho cây lúa
vừa có khả năng tăng năng suất vừa tiết kiệm nước tưới và các tác giả đã đề xuất 3
công thức cơ bản thay thế phương pháp tưới ngập truyền thống là: (1) tưới không
liên tục, (2) tưới ngập giai đoạn đầu và tưới nông-lộ-phơi (Kijne, 1994).
(1) Tưới không liên tục: Ruộng được tưới ngập nông khi độ ẩm đất bắt đầu
nhỏ hơn độ ẩm tối đa đồng ruộng. Công thức tưới này có thể tiết kiệm được 20%
lượng nước tưới.
(2) Tưới ngập giai đoạn đầu: Tưới ngập liên tục cho đến hết giai đoạn đẻ
nhánh, sau đó duy trì độ ẩm bão hoà. Phương pháp này có thể tiết kiệm được 20%
lượng nước tưới.
(3) Tưới nông-lộ-phơi: Trước khi kết thúc thời kỳ trỗ bông 30 ngày, ruộng
được tưới ngập nông, sau đó chỉ duy trì độ ẩm đất không nhỏ hơn 75% độ ẩm bão

15

hoà. Phương pháp này có thể tiết kiệm được 25% lượng nước tưới mà không làm
giảm năng suất cây trồng.
Những thông tin trên đây cho thấy, phương pháp canh tác và chế độ tưới hợp
lý không chỉ có tác dụng nâng cao năng suất cây trồng, giảm công lao động mà còn
có khả năng tiết kiệm được đáng kể lượng nước tưới. Đây là những vấn đề quan
trọng trong bối cảnh hiện nay khi mà an ninh lương thực và suy giảm nguồn nước
ngọt đang là vấn đề nóng, đe doạ cuộc sống của toàn thế giới.

1.1.2.Phát thải mêtan (CH
4
) dưới ảnh hưởng của các yếu tố tưới tiêu và chế độ
canh tác lúa
Phát thải CH
4
trên ruộng lúa nước đã được phát hiện từ lâu, theo IRRI thì
một lượng lớn CH
4
phát thải lần đầu tiên được phát hiện ở vùng trồng lúa của Mỹ
và Châu Âu. Sau đó những nghiên cứu chi tiết được tiến hành ở Ý, Trung Quốc, Ấn
Độ, Nhật Bản và Đông Nam Á. Theo đánh giá của ban liên chính phủ về biến đổi
khí hậu (IPCC,1996) thì tổng lượng CH
4
phát thải từ các vùng trồng lúa nước dao
động từ 200-100 Tg/năm (Tg – triệu tấn).
Hiện nay, người ta tập trung chú ý vào hai nguồn khí mêtan mà chúng ta
thường không nghĩ đến đó là: khu vực đầm lầy và các ruộng lúa nước, là những
nhân tố gây ô nhiễm tự nhiên. Vùng trồng lúa chủ động tưới là nguồn sinh mêtan
chính từ ruộng lúa. Lượng khí mêtan phát thải do trồng lúa nước ở một số nước
trình bày ở bảng 1.1.
Bảng 1.1: Lượng khí mêtan phát thải do trồng lúa nước ở một số nước
Quốc gia
Tổng lượng
CH
4
phát thải
(triệu tấn)
Lượng CH
4

phát

thải do trồng lúa
so với tổng lượng
mêtan thải (%)
Lượng CH
4
phát
thải do trồng lúa nước
so với tổng lượng khí
nhà kính (%)
Mỹ năm 2005 328 1,3 0,1
Ý năm 2005 70 3,7 0,3
Nhật năm 2004 274 24,0 0,4
Trung Quốc năm 1994 10182 30,0 5,9
Ấn Độ năm 2006 6600 35,0 9,8
Nguồn: Leip, Bocchi, 2007

16

Những phân tích định lượng đầu tiên các nguồn phát thải khí CH
4
vào khí
quyển do Ehhalt và Schmidt (1978) tiến hành đã thừa nhận rằng ruộng lúa là nguồn
phát thải khí CH
4
lớn nhất. Họ ước tính mỗi năm trồng lúa sẽ phát thải vào khí
quyển 280 triệu tấn CH
4
trong tổng số lượng phát thải toàn thế giới từ tất cả các

nguồn là 570-850 triệu tấn/năm. Lượng CH
4
phát thải từ ruộng lúa chủ yếu dựa trên
các thí nghiệm tại Nhật Bản (Koyam, 1963). Tuy nhiên Ehhalt và Schmidt (1978)
chỉ ra rằng nồng độ này được xác định trong phòng thí nghiệm chứ không phải trên
ruộng lúa thực tế.
Cicerone và Shetter (1981) thuộc viện khoa học California là những người
đầu tiên nghiên cứu về phát thải khí CH
4
trên ruộng lúa sử dụng phương pháp
buồng kín. Họ đã xác định được ở ruộng lúa có sự phát thải từ 0,04 đến 0,3
g/m
2
/ngày. Họ cũng thấy rằng CH
4
phát thải chủ yếu qua cây lúa. Phát thải qua
khuyếch tán và bọt bong bóng là không đáng kể.
* Yếu tố ảnh hưởng tới phát thải khí mêtan (CH
4
)
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quá trình phát thải như: chế độ nước, phân
bón, tính chất đất, quá trình sinh trưởng của cây lúa có ảnh hưởng đến Eh. Khi động
thái của Eh thay đổi thì sự phát thải của CH
4
cũng thay đổi theo. Nói cách khác,
những yếu tố ảnh hưởng đến Eh cũng chính là yếu tố ảnh hưởng đến sự phát thải
của CH
4
. Vấn đề này trong những năm gần đây cũng được nhiều tác giả nghiên cứu.
a. Ảnh hưởng của chế độ nước và phân bón đến sự phát thải CH

4

Nước trên mặt ruộng có tác dụng cách ly nguồn cung cấp oxy từ không khí
vào đất nên ngăn cho quá trình oxi hóa chất hữu cơ của đất, kết quả là các chất hữu
cơ này lên men yếm khí và tạo ra khí CH
4
(Ferry, 1992). Vì vậy, chế độ nước trên
ruộng lúa cũng là nguyên nhân dẫn tới sự phát thải khí CH
4
. Sự phát thải CH
4
phụ
thuộc vào một số yếu tố như quản lý, điều tiết chế độ nước trên mặt ruộng, lượng
phân hữu cơ và vô cơ bón vào ruộng, đặc tính của giống lúa và môi trường tự nhiên
(Mitra và cộng sự 1999).
Ấn Độ: là một trong nước đông dân thứ hai thế giới, đồng thời là nước sản
xuất lúa gạo quan trọng trên thế giới. Đất lúa tại Ấn Độ được phân loại là canh tác

17

lúa nhờ nước tưới, nhờ mưa, ngập sâu và canh tác ở vùng cao. Canh tác lúa ngập
sâu nghĩa là các ruộng lúa ngập 50 – 100 cm. Hầu hết các ruộng lúa nước được tưới
nhờ nước mưa, ngập sâu và chỉ có khoảng 15% đất lúa là canh tác ở vùng cao thì họ
thấy rằng vùng đất này không được coi là nguồn phát thải khí mêtan vì ở đây không
được cung cấp đủ nước tưới trên mặt ruộng mà vùng đất lúa ngập nước mới là
nguồn phát thải mêtan chính. Chính vì vậy tưới nước là một yếu tố quan trọng nhất
quyết định phát thải khí mêtan.
Điều kiện thiếu oxy và ngập nước tạo điều kiện thuận lợi cho phát thải khí
metan trên mỗi diện tích của hệ sinh thái lúa khác nhau. Cao nhất là loại hình trồng
lúa ngập sâu > lúa được tưới > lúa nhờ nước trời. Bởi vậy, chế độ tưới thích hợp

cho lúa sẽ làm giảm lượng phát thải đáng kể khí CH
4
.
Yang và cộng sự cũng chỉ ra rằng luân phiên ẩm khô thích hợp trên ruộng lúa
làm giảm lượng phát thải CH
4
tới hơn 40% so với chế độ nước tồn tại liên tục trên
mặt ruộng, hiệu quả này được cho là do lượng phát thải ít đi và khả năng oxy hoá
khí mêtan tăng lên. Tập quán để nước mặt ruộng vào cuối vụ, một lượng lớn khí
CH
4
bị giữ lại trước đó được giải phóng vào khí quyển khi nước rút đi. Các kỹ thuật
trồng trọt có thể ảnh hưởng tới 20% tổng lượng khí CH
4
phát thải theo mùa.
Trong mô hình nghiên cứu của Granberg và cộng sự thì mực nước trên ruộng
là yếu tố quan trọng nhất và duy nhất để dự báo lượng khí phát thải ở những vùng
đầm lầy ở miền Bắc Thuỵ Điển (r
2
=0,58).
Phân đạm có ảnh hưởng hoặc giảm sự oxy hoá CH
4
trong đất. Ảnh hưởng
của phân đạm có thể do giảm lượng oxy trong đất làm cho các phản ứng của chất
hữu cơ trong đất ở điều kiện yếm khí và tăng khả năng nitrit hoá dẫn tới làm tăng
các enzym mêtan hoá. Bằng chứng của cơ chế này cũng được khẳng định khi người
ta bón phân nitrat vào đất so với đất không được bón phân trong thí nghiệm trồng
hành ở Nhật Bản. Hơn nữa phân đạm làm tăng tính axit của đất, điều này có thể làm
giảm các phản ứng oxy hoá CH
4

. Tăng số lượng vi sinh vật nitrat hoá làm giảm mật
độ của các vi sinh vật mêtan.
Theo nghiên cứu của Hatano và cộng sự khi nghiên cứu phát thải CH
4
khi

18

trồng hành thì cơ chế này được khẳng định do hàm lượng nitrat trong phân bón cao
hơn so với đất trồng hành không được bón phân. Hơn nữa, phân đạm làm cho đất bị
axit hoá và điều này có thể làm giảm các hoạt động oxy hoá CH
4
. Ruser và cộng sự
cho thấy hàng năm lượng CH
4
phát thải là 140 và 118 kg C/ha (hay 1,5 và 1,3 mg
C/m
2
/giờ) khi bón 50 kg N/ha và 150 kg N/ha. Phân đạm khi được bón vào đất
Vertisols sẽ làm giảm lượng CH
4
không đáng kể, nhưng xu hướng này có tác động
mạnh hơn ở đất Ulitsols và có tác dụng rõ rệt ở đất Oxisols ở vùng nhiệt đới.
Thường thì CH
4
phát thải vào khí quyển bị oxi hoá nhiều hơn do tác động
của phân chứa gốc amôn và phân urê làm quá trình này xảy ra mạnh hơn phân chứa
gốc NO
3
và phân KNO

3
làm oxy hoá mạnh CH
4
hơn phân NH
4
SO
4
.
b. Ảnh hưởng của canh tác và nén đất tới phát thải mêtan
Một số nghiên cứu cho thấy khả năng oxy hoá khí CH
4
của đất ở những nơi
đất cao thấy rằng những nơi làm đất tối thiểu có sự phát thải ít nhất bởi vì khi canh
tác lúa, làm đất sẽ làm xáo trộn các vi sinh vật chuyên oxy hoá khí mêtan và có thể
làm phát tán ở tầng đất hấp thu khí này.
Ở một số đất vùng nhiệt đới việc canh tác ít ảnh hưởng tới lượng khí CH
4

cây vận chuyển.
Việc trồng lúa theo các phương thức: cấy mạ 30 ngày tuổi; gieo sạ trên đất
ngập nước; gieo sạ trên đất ẩm làm giảm lượng CH
4
tương đương 5%; 13% và 37%,
khi so sánh với việc trồng lúa bằng mạ 8 ngày tuổi. Trong trường hợp bón phân hữu
cơ vào cho đất và cày cũng là cách làm giảm phát thải mêtan.
Một nhân tố quan trọng ảnh hưởng tới sự oxy hoá khí mêtan và phát thải khí
này là độ nén của đất. Tại ruộng trồng khoai tây, đất trên các luống và đất ở rãnh tơi
xốp có tỉ lệ oxy hoá trung bình là 3,8 µg/m
2
giờ và 0,8 µg/m

2
/giờ tương đương
0,0038g CH
4
-C/m
2
/giờ và 0,0008g CH
4
- C/m
2
/giờ. Tuy nhiên khi nghiên cứu những
nơi đất bị nén chặt cơ giới do máy cày tạo ra thì thấy rằng lượng phát thải là 2,1
µg/m
2
/giờ do điều kiện yếm khí ở đây. Kết quả trên cũng tương tự nghiên cứu của
Flessa và cộng sự.
Thí nghiệm đo CH
4
phát thải tại Bắc Kinh (Trung Quốc) được tiến hành từ

19

năm 1995 – 1998, ruộng cấy 1 vụ lúa (từ tháng 5 đến tháng 10), sau đó bỏ hoang.
Khí hậu khô ẩm và cận nhiệt đới bán khô với lượng mưa trung bình năm 541 mm,
nhiệt độ cao nhất 17,8
0
C (tháng 6) và thấp nhất 7,1
0
C (tháng 1). Đất thịt nặng, pH =
7,0, hàm lượng cácbon hữu cơ 0,99% đạm tổng số 0,09%. Truyền thống canh tác

của nông dân theo hình thức tưới ngập và kết hợp tiêu giữa vụ, bón phân chuồng
(phân lợn). Lượng CH
4
phát thải biến động 6-503 kg/ha/vụ, trung bình 109
kg/ha/vụ, đối với khu vực ruộng lúa của nông dân, lượng phát thải trung bình 288
kg/ha/vụ. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, rút cạn nước giữa vụ có tác dụng giảm
23% lượng CH
4
phát thải so với tưới ngập thường xuyên. Bón phân gà có thể giảm
lượng CH
4
phát thải 77,5% so với phân lợn và giảm 69,5% so với bón phân rơm rạ.
Nghiên cứu tại Hàng Châu (Trung Quốc): từ năm 1995 – 1998, ruộng thí
nghiệm cấy 3 vụ lúa, khí hậu cận nhiệt đới ẩm ướt và lạnh, lượng mưa trung bình
năm 1470 mm, nhiệt độ cao nhất 20,4
0
C (tháng 7) và thấp nhất 12,9
0
C (tháng 1).
Đất sét nhẹ, hàm lượng các bon hữu cơ 1,90%, đạm tổng số 0,22%. Trong vùng tưới
nước theo hình thức ngập kết hợp tiêu giữa vụ và bón phân lợn. Lượng phát thải dao
động từ 53 - 225 kg/ha/vụ (vụ sớm), 88 – 183 kg/ha/vụ (vụ giữa) và từ 100 – 557
kg/ha/vụ (vụ muộn). Trong trường hợp tiêu nước định kỳ giữa vụ, lượng CH
4
phát
thải giảm 44% so với tưới ngập thường xuyên. Ngoài ra, sử dụng phân từ hầm
biogas sẽ làm giảm lượng phát thải từ 10 – 16% so với phân lợn, phân rơm rạ giảm
12% so với bón phân lợn.
Tại Maligaya (Philipin): thí nghiệm từ năm 1994–1998 trên ruộng cấy 2
vụ lúa, vụ xuân (từ tháng 1 đến tháng 4) và vụ mùa (từ tháng 7 đến tháng 10). Khí

hậu nhiệt đới ẩm và ấm, lượng mưa trung bình năm 1944 mm, nhiệt độ cao nhất
31,8
0
C (tháng 5) và thấp nhất 2,4
0
C (tháng 12). Loại đất sét nhẹ, pH =6,9, cácbon
hữu cơ 1,32%, đạm tổng số 0,09%. Trên ruộng đại trà của nông dân áp dụng hình
thức tưới ngập thường xuyên, bón phân đạm. Lượng CH
4
phát thải dao động trong
khoảng từ 4 – 420 kg/ha/vụ (vụ xuân) và từ 143 – 952 kg/ha/vụ (vụ mùa), ruộng
canh tác của nông dân từ 67– 531 kg/ha/vụ. Trong vụ mùa do nhiệt độ cao hơn vụ
xuân, nên lượng phát thải lớn hơn, bón phân vô cơ làm giảm phát thải CH
4
từ 25 -

20

73% so với bón phân hữu cơ, việc tiêu nước giữa vụ sẽ giảm phát thải từ 14 - 43%
so với tưới ngập thường xuyên, tưới gián đoạn kết hợp bón phân NPK, phân rơm
được ủ giảm phát thải tới 92% so với tưới ngập, bón NPK, phân gà và phân tươi.
Điều kiện thí nghiệm trên ruộng cấy 2 vụ lúa, vụ chiêm (từ tháng 1 đến
tháng 4) và vụ mùa (từ tháng 7 đến tháng 10) tại Los Banos (Philipin) từ năm1994 –
1997, với khí hậu nhiệt độ ẩm và ấm, lượng mưa trung bình năm 2027mm, nhiệt độ
cao nhất 30,6
0
C (tháng 5) và thấp nhất 23,2
0
C (tháng 2), đất sét nhẹ, pH = 6,60, hàm
lượng các bon hữu cơ 1,2%, đạm tổng số 0,138% trên ruộng đại trà tưới ngập thường

xuyên và bón phân đạm, lượng CH
4
phát thải dao động trong khoảng từ 5 - 634
kg/ha/vụ (vụ xuân), từ 4 - 602 kg/ha/vụ (vụ mùa). Trong trường hợp sử dụng rơm kết
hợp với đạm urê bón ruộng, lượng phát thải CH
4
gấp 23 lần so với chỉ bón đạm urê.
Khi bón urê và phân xanh, lượng CH
4
phát thải gấp 3 – 4 lần so với chỉ bón đạm urê.
Bón phân đạm sunphat kết hợp urê, lượng CH
4
phát thải giảm 36 -67% so với phân
urê. Ngoài ra, nếu ruộng được rút cạn nước vào giữa giai đoạn đẻ nhánh, lượng CH
4

phát thải trên ruộng lúa giảm 20 – 80% so với tưới ngập thường xuyên.
Nghiên cứu tại Jakenan (Indonesia):
Từ 1993 – 1998 trên ruộng lúa 2 vụ, vụ xuân từ tháng 1 – tháng 6, vụ mùa từ
tháng 10 – tháng 2 năm sau, khí hậu nhiệt đới ẩm và ấm, lượng mưa trung bình 1600
mm/năm, thí nghiệm trên đất thịt nhẹ, pH = 4,7, lượng các bon hữu cơ 0,48%, lượng
CH
4
phát thải từ 52 – 181 kg/ha/vụ (vụ xuân) và từ 26 - 256 kg/ha/vụ (vụ mùa). Kết
quả nghiên cứu cho thấy, trên ruộng tưới toàn bằng nước mưa, lượng CH
4
phát thải
giảm khoảng 50% so với tưới ngập liên tục và việc rút nước định kỳ cũng có tác dụng
giảm phát thải CH
4

rõ rệt so với tưới ngập thường xuyên. Điều kiện thí nghiệm trên
ruộng cấy 1 vụ lúa tại New Delhi (Ấn Độ) năm 1997 với khí hậu bán nhiệt đới, bán
ẩm ướt và ẩm, lượng mưa trung bình 767 mm/năm, đất thịt nhẹ, pH= 8,2 lượng các
bon hữu cơ (OC) 0,41%, đạm tổng số 0,02% ruộng canh tác của nông dân trong vùng
bón phân đạm, tưới có rút nước định kỳ, lượng phát thải CH
4
dao động trong
khoảng 14 – 18 kg/ha/vụ, giảm 28% so với ruộng ngập nước thường xuyên, cấy
giống IR72. Ngoài ra, đối với ruộng cấy giống IR72, khi bón phân hữu cơ và rút nước
định kỳ, lượng phát thải sẽ tăng từ 12 – 20% so với không bón phân hữu cơ.

21

Các kết quả nghiên cứu tại Cuttack (Ấn Đ
ộ)
: từ năm 1996 – 1998 trên
ruộng cấy 2 vụ lúa, khí hậu nhiệt đới bán ẩm ướt và ẩm lượng mưa trung bình 1569
mm/năm, đất thịt nhẹ, pH=7,0 lượng cácbon hữu cơ OC 0,36%, đạm tổng số 0,04%,
trên ruộng canh tác của nông dân bón phân đạm, cho thấy phát thải CH
4
từ 36 - 44
kg/ha/vụ (vụ xuân) và từ 42 -132 kg/ha/vụ (vụ mùa). Trên ruộng tưới ngập thường
xuyên, nếu thêm một lượng rơm (2 tấn/ha) thì lượng CH
4
phát thải tăng 94% so với
không có rơm. Trong trường hợp tưới ngập gián đoạn, lượng phát thải ít hơn 15 –
25% so với thường xuyên ngập.
Tác giả Yong – Kwang Shin, Seong – Ho Yun, Moo – Eon Park và Byong
Lyol Lee (Hàn Quốc):
Đã nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ nước và rơm đến lượng phát thải CH

4

trên ruộng lúa tại Suwon. Hệ thống thí nghiệm bao gồm 16 hòm lấy mẫu khí được đặt
trên 8 ô ruộng. Mẫu khí được lấy mỗi tuần một lần trong khoảng thời gian từ
31/5/1994 – 11/10/1994. Kết quả cho thấy, lượng CH
4
phát thải trong trường hợp rút
cạn nước định kỳ giảm 36% so với tưới ngập thường xuyên. Ngoài ra, nếu sử dụng
phân rơm ủ sẽ giảm phát thải 49% so với rơm chưa xử lý và nếu rơm vùi vào ruộng
trước khi cấy 3 tháng, lượng phát thải giảm 23% so với bón rơm thông thường.
Như vậy, các kết quả nghiên cứu cho thấy: có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến
phát thải CH
4
trên đất lúa ngập nước, trong đó chế độ bón phân và chế độ nước mặt
ruộng khác nhau là những yếu tố chính ảnh hưởng trực tiếp đến phát thải CH
4
trên
ruộng lúa.
c. Ảnh hưởng của các tính chất lý – hoá học trên đất đến sự phát thải CH
4

Eh và pH là những tính chất điện hoá của đất và hai đại lượng này có mối
liên hệ mật thiết với nhau. Bởi vì hầu hết quá trình oxy hoá khử đều sử dụng prôtôn
(H
+
). Do đó khi xác định Eh người ta thường nêu rõ ở môi trường có độ pH cụ thể.
Mặt khác giá trị Eh của đất lại có sự liên quan chặt chẽ đến chế độ nước và chất hữu
cơ của đất như đã đề cập ở trên.
Sự liên quan của quá trình phát thải CH
4

với Eh, pH và nhiệt độ biểu thị qua
biểu đồ hình 1.1.

22


Hình 1.1: Biểu đồ động thái phát thải CH
4
với nhiệt độ, Eh, pH của đất ngập
nước liên tục và không liên tục
Hình a và d: động thái của nhiệt độ Hình b và e: sự phát thải CH
4

Hình c và f: Eh và pH đất ở điều kiện đất ngập nước liên tục và không liên tục
Qua biểu đồ trên có thể rút ra nhận xét: Sự phát thải của CH
4
của đất nhìn
chung dao động trong khoảng 0 - 1200 mg/m
2
/ngày. Sự phát thải nhiều hay ít phụ
thuộc vào những điều kiện cụ thể.
pH hầu như không có mối liên hệ với sự phát thải CH
4
(hình c và f). Mặt khác
trong suốt chu kỳ ngập nước và thời gian sinh dưỡng của cây lúa pH ít biến đổi và
dao động trong khoảng 6 -7.
Đất có pH ở mức gần 7,0 trong quá trình ngập nước thì pH tăng lên và tiếp cận
giá trị pH=7,0. Bởi vì khi ngập nước, quá trình khử xảy ra, đây là quá trình sử dụng
proton (H
+

). Do đó, nồng độ H
+
trong dung dịch giảm và pH tăng.
Khi đất có giá trị pH > 7,0 thì trong quá trình ngập nước pH giảm dần và cũng
tiệm cận với giá trị 7,0. Nguyên nhân là do áp lực CO
2
, CO
2
hoà tan trong nước tạo
thành HCO
3
2-
làm pH giảm (Pagel H., 1981). Quá trình trung hoà hoặc pha loãng
xảy ra làm cho pH của đất giảm và tiệm cận với giá trị 7,0.
Giá trị Eh có tương quan với sự phát thải CH
4
. Khi Eh giảm thì sự phát thải

23

C
H
4

ph
á
t

t
h

ả
i
(
C
H
4
-
C
m
2
/
g
i
ờ

Eh

d
ấ
t
(
m
V)

khí CH
4
xảy ra mạnh. Mối quan hệ giữa lượng khí CH
4
phát thải, Eh theo thời gian
sinh trưởng của cây lúa thể hiện ở hình 1.2.

Hình 1.2: Lượng khí CH
4
phát thải phụ thuộc vào thế oxy hoá khử của đất khi
sinh trưởng của lúa
Trong các yếu tố lý hoá học đất thì thế oxy hoá khử Eh của đất luôn có quan
hệ chặt chẽ với những hoạt động mêtan hoá của vi khuẩn. Mối quan hệ nghịch biến
giữa Eh đất và lượng khí CH
4
phát thải được một số tác giả nghiên cứu. Trong sơ
đồ trên cho thấy mối quan hệ của hai yếu tố này trong suốt quá trình sinh trưởng của
cây lúa. Fiedler và Sommer chỉ ra rằng do mối liên hệ giữa mực nước với chất hữu
cơ trong đất và Eh, khí CH
4
thoát ra có thể ước tính bằng lượng phát thải trên một
đơn vị diện tích. Stepniewsky và Stepniewska thấy rằng khí mêtan phát thải từ đất
khi Eh dưới 50 mV và đạt cực đại ở mức -150 mV.
Thành phần cơ giới đất cũng có liên quan tới sự phát thải mêtan. Ở điều kiện
đất cát thì CH
4
phát thải lớn hơn ở đất sét. Điều này được giải thích là đất cát có hệ
thống khe hở lớn nên dễ dẫn tới thoát các chất khí trong đất. Một tính chất liên quan
chặt chẽ tới sự phát thải khí mêtan trong đất là hàm lượng chất hữu cơ cũng được
nhiều tác giả khẳng định: đất giàu chất hữu cơ thì phát thải khí mêtan CH
4
tăng. Vì
chất hữu cơ là nguồn ban đầu để sinh ra CH
4
. Mặt khác, chất hữu cơ trong đất làm
giảm thế oxy hoá khử, tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành CH

4
.
Các nghiên cứu khác về tính chất lý – hoá học ảnh hưởng tới sự phát thải CH
4


24

rất đầy đủ về lý thuyết cũng như thực tế đã cụ thể hoá diễn biến của môi trường đất
lúa ngập nước bằng các phương trình hoá học, đã xác định được các giá trị Eh và
pH cụ thể ứng với điều kiện môi trường đất khác nhau cũng như đã xác định được
CH
4
được hình thành khi Eh= -120mV đến -300 mV.
d. Ảnh hưởng của trồng lúa và mùa vụ đến sự phát thải khí CH
4
.
Dưới góc độ sinh lý thực vật và dinh dưỡng cây trồng, cây lúa không hấp thu
CH
4
. Nhiều nghiên cứu đã khẳng định cây lúa có ảnh hưởng đến thế oxy hoá khử
Eh của đất, tuy nhiên chưa có nghiên cứu cụ thể về CH
4
có thải qua cây lúa. Kết quả
nghiên cứu của Tanaka A. và Tadano T. 1970 về động thái Eh phụ thuộc vào cây
lúa được thể hiện ở hình 1.3.

Hình 1.3. Động thái Eh của đất trồng lúa và đất không trồng lúa
Qua hình 1.3 cho thấy khi đất trồng lúa, đặc biệt ở giai đoạn lúa phát triển
mạnh (thời kỳ đẻ nhánh đến làm đòng) thì Eh tăng hơn so với đất không trồng lúa.

Nguyên nhân được tác giả giải thích là O
2
qua lá, thân, tới rễ. Oxy xâm nhập làm
đất tăng thế oxy hoá và làm giảm nồng độ chất khử. Nếu đất giàu sắt ở dạng khử thì
hiện tượng này sẽ dễ dẫn đến nghẹt rễ lúa. Như vậy, trồng lúa có ảnh hưởng rõ rệt
đến động thái của Eh và đương nhiên ảnh hưởng tới quá trình hình thành CH
4
. Mặt
khác, do vi sinh vật vùng rễ lúa phát triển mạnh và tiến hành khử hợp chất Fe
3+
.
Các kết quả nghiên cứu đo phát thải mêtan trên ruộng lúa của Viện Khí tượng
thủy văn (1999) đã đưa ra nhận xét rằng: Vụ lúa đông xuân 1998, lượng phát thải
lớn nhất (70mg/m
2
/giờ) tập trung vào khoảng 70 ngày sau cấy, đây là thời kỳ làm
đòng, lúa sinh trưởng và phát triển mạnh mẽ. Giai đoạn lúa đẻ nhánh phát thải
khoảng 20mg/m
2
/giờ, giai đoạn trổ bông phát thải khá thấp khoảng 3-6mg/m
2
/giờ.