Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ tưới cho lúa đến sự phát thải khí metan ở đất trồng lúa huyện bố trạch, tỉnh quảng bình

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

Nguyễn Thị Thúy Hằng

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội, 2014


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

Nguyễn Thị Thúy Hằng

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

Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Việt Anh
PGS.TSKH. Nguyễn Xuân Hải

Hà Nội - 2014


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

tháng

năm 2014

Sinh viên
Nguyễn Thị Thúy Hằng

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 9
1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 9
2. Mục tiêu, nội dung ............................................................................................ 10
3. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................... 10
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn .............................................................. 10
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ......... Error! Bookmark not defined.
1.1.Tổng quan kết quả nghiên cứu về phát thải metanError! Bookmark not defined.
1.1.1. Kết quả nghiên cứu về phát thải metan trên thế giớiError! Bookmark not
defined.
1.1.2. Kết quả nghiên cứu trong nƣớc ............... Error! Bookmark not defined.
1.1.2.1. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực Năng lƣợngError!
defined.

Bookmark

not

1.1.2.3. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực lâm nghiệpError!
defined.

Bookmark

not

1.1.2.4. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực chất thảiError!
defined.

Bookmark

not

1.1.2.5. Kiểm kê khí nhà kính trong lĩnh vực Nông nghiệpError! Bookmark not
defined.
1.2. Cơ chế hình thành khí CH4 ............................ Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Sự phân giải chất hữu cơ và hình thành CH4Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Vi sinh vật và sự hình thành CH4 ............ Error! Bookmark not defined.
1.2.3. Sự ôxi hoá CH4 và sự hình thành CH4 ..... Error! Bookmark not defined.
1.2.4. Thế ôxy hoá-khử (Eh) và sự hình thành CH4Error! Bookmark not defined.
1.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến phát thải CH4 ..... Error! Bookmark not defined.
1.3.1. Ảnh hƣởng của chế độ tƣới đến phát thải CH4Error!
defined.

Bookmark

not

1.3.2. Ảnh hƣởng của các tính chất lý-hoá học đất đến sự phát thải CH4 .. Error!
Bookmark not defined.
1.3.3. Ảnh hƣởng của trồng lúa và mùa vụ đến sự phát thải CH4Error! Bookmark
not defined.


1.4. Khái quát về phƣơng pháp tƣới truyền thống và tƣới tiết kiệmError! Bookmark
not defined.
1.4.1. Phƣơng pháp tƣới ngập thƣờng xuyên (NTX)Error! Bookmark not defined.
1.4.2. Phƣơng pháp tƣới nông lộ phơi (NLP) .... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUError!
Bookmark not defined.
2.1. Địa điểm và đối tƣợng nghiên cứu ................. Error! Bookmark not defined.

2.2. Nội dung nghiên cứu ...................................... Error! Bookmark not defined.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu................................ Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Phƣơng pháp kế thừa ............................... Error! Bookmark not defined.
2.3.2. Phƣơng pháp lấy mẫu ngoài thực địa ...... Error! Bookmark not defined.
2.3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệmError!
defined.

Bookmark

not

2.3.4. Phƣơng pháp thí nghiệm đồng ruộng ...... Error! Bookmark not defined.
2.3.5. Phƣơng pháp phân tích ............................ Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3. KẾT QỦA NGHIÊN CỨU ................ Error! Bookmark not defined.
3.1. Điều kiện tự nhiên huyện Bố Trạch – tỉnh Quảng BìnhError!
defined.

Bookmark

not

3.1.1. Vị trí địa lý ............................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.2. Các yếu tố khí tƣợng ............................... Error! Bookmark not defined.
3.2. Một số tính chất lý – hóa học đất nghiên cứu Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Thành phần cơ giới .................................. Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Tính chất hóa đất ..................................... Error! Bookmark not defined.
3.3. Kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.. Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Biến động Eh qua hai phƣơng pháp tƣới . Error! Bookmark not defined.
3.3.2. Biến động pH qua hai phƣơng pháp tƣới . Error! Bookmark not defined.
3.4. Kết quả nghiên cứu đồng ruộng ..................... Error! Bookmark not defined.

3.4.1. Biến động Eh và pH qua hai phƣơng pháp tƣới tại thí nghiệm đồng ruộng
........................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.4.2. Biến động lƣợng phát thải khí CH4 qua hai chế độ tƣới tại thí nghiệm đồng
ruộng .................................................................. Error! Bookmark not defined.


3.5. Ảnh hƣởng của chế độ tƣới đến lƣợng phát thải khí CH4 trên ruộng lúa Error!
Bookmark not defined.
3.6. Đề xuất chế độ tƣới lúa hợp lý nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính, tiết
kiệm nƣớc ở khu vực huyện Bố Trạch - Quảng BìnhError!
Bookmark
not
defined.
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........... Error! Bookmark not defined.
1. Kết luận............................................................. Error! Bookmark not defined.
2. Kiến nghị ........................................................... Error! Bookmark not defined.


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Mô tả vị trí ruộng lúa thí nghiệm………………………………………...…..……5
Bảng 1.2. Kết quả thí nghiệm về đo đạc phát thải khí CH4………………….…..………...6
Bảng 1.3.Lựa chọn kịch bản giảm thiểu - Jakenan (Indonesia) ……….………...….…6
Bảng 1.4. Kết quả kiểm kê khí nhà kính khu vực nông nghiệp năm 2000……………..9
Bảng 1.5. Diện tích trồng lúa với các chế độ quản lý nước khác nhau ……………..…11
Bảng 1.6. Tổng lượng phát thải khí Mêtan và năng suất lúa trong 2 trường hợp tưới
ngập thường xuyên và nông lộ phơi (Trạm KTNN Hoài Đức, vụ mùa năm 2000)….…11
Bảng 1.7. Lượng phát thải khí Mêtan trong 2 trường hợp tưới ngập thường xuyên và rút
nước định kỳ ở Trạm khí tượng nông nghiệp Hoài Đức………………………………12
Bảng 1.8: Eh của các hệ ôxy hoá-khử……………….....……………….............…………23
Bảng 2.1. Các chỉ tiêu của nước tưới khu thí nghiệm………………..…………..….…42

Bảng2.2.Chỉ tiêu và phương pháp phân tích………………………..…..…………...….48
Bảng3.1.Một số tính chất hoá đất tại khu thí nghiệm………………...…………..…..52
Bảng3.2. Động thái Eh của hai công thức tưới…………………………………..………54
Bảng3.3. Động thái pH của hai công thức tưới…………………………………….……...56
Bảng 3.4. Biến động Eh qua hai phương pháp tưới tại đồng ruộng………………….....57
Bảng 3.5. Biến động pH qua hai phương pháp tưới tại đồng ruộng……………….……58
Bảng 3.6. Lượng phát thải khí CH4 trên ruộng tưới ngập thường xuyên…………….60
Bảng 3.7. Tổng lượng phát thải khí CH4 trên ruộng tưới ngập thường xuyên…….......61
Bảng 3.8. Lượng phát thải khí CH4 trên ruộng lúa tưới nông lộ phơi………….…....62
Bảng 3.8. Tổng lượng phát thải khí CH4 (tưới nông lộ phơi…………………….……63
Bảng 3.9. So sánh lượng phát thải khí CH4 trên ruộng lúa trong 2 trường hợp tưới ngập
thường xuyên và tưới nông lộ phơi………………………………….…...…………...65
Bảng 3.1.0. So sánh tổng lượng phát thải khí Mêtan và năng suất lúa trong 2 trường
hợp tưới ngập thường xuyên và tưới nông lộ phơi……..……………………..…………...66


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Diện tích trồng lúa với các chế độ quản lý nước khác nhau…………….…..10
Hình 1.2. Biểu đồ diễn biến lượng phát thải khí Mêtan trong 2 trường hợp tưới ngập
thường xuyên và rút nước định kỳ ở Trạm khí tượng nông nghiệp Hoài
Đức…………………………………………………………………………...………….….…….13
Hình 1.3. Sơ đồ về đặc điểm sự hình thành mê tan ở đất ngập nước trồng lúa của
Việt Nam……………………………………………………………………............................14
Hình 1.4. Sơ đồ phân huỷ Xenlulozo………………….…………...………………….……..16
Hình 1.5. Sơ đồ phân giải các hợp chất hữu cơ chứa N………………….………….…...17
Hình 1.6. Quá trình phân huỷ chất hữu cơ và chuyển hoá năng lượng ở điều kiện yếm
khí ……………………………………………………..…………………..……….…………...17
Hình 1.7. Đồ thị sự phát thải của CH4 & CO2 ở điều kiện yếm khí….…..……………...17
Hình 1.8: Giản đồ ổn định của các hệ ôxy hoá- khử phụ thuộc vào Eh và pH …..…...24
Hình 1.9: Động thái của Eh ở các phương án thí nghiệm tại nhiệt độ 200C ….……....25

Hình 1.10. Động thái của nhiệt độ (a và d), sự phát thải CH4 (b và e), Eh và pH (c và f)
ở điều kiện đất ngập nước liên tục và không liên tục ……………………………………..31
Hình 1.11. Động thái của pH ở một số loại đất khi ngập nước…………..……………...32
Hình 1.12. Mô phỏng quá trình phát thải CH4 ở đất trồng lúa nước…………..…….34
Hình 1.13. Động thái của Eh ở đất trồng lúa và không trồng lúa……..………..……….35
Hình 1.14. Quá trình trao đổi ôxy của cây lúa…………………………………….……....35
Hình 2.1. Bố trí thí nghiệm tại Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình……………………..……...42
Hình 2.2 Mô phỏng lớp nước mặt ruộng khi tưới ngập thường xuyên (đối chứng) …..44
Hình 2.3 Mô phỏng lớp nước mặt ruộng khi tưới nông lộ phơi………………..………...45
Hình 2.4. Thiết bị lấy mẫu mêtan (CH4) tại đồng ruộng…………………….…….…...47
Hình 3.1. Bản đồ hành chính huyện Bố Trạch - tỉnh Quảng Bình……………..………50
Hình 3.2. Phẫu diện đất tại khu thí nghiệm………………………………………….……..52
Hình 3.3. Diễn biến Eh của các công thức thí nghiệm…………………………….…...…54
Hình 3.4. Diễn biến pH của các công thức thí nghiệm………….………………………..56


Hình 3.5.Diễn biến Eh qua hai phương pháp tưới tại đồng ruộng……..……………....57
Hình 3.6. Diễn biến pH qua hai phương pháp tưới tại đồng ruộng……………….…....59
Hình 3.7.Biểu đồ diễn biến lượng phát thải CH4 trên ruộng tưới ngập thường
xuyên……………………………………………………………………………………..…...……61
Hình 3.8. Biểu đồ diễn biến lượng phát thải khí CH4 trên ruộng tưới nông lộ phơi…...63
Hình 3.9 . Biểu đồ so sánh diễn biến lượng phát thải CH4 trong 2 trường hợp tưới ngập
thường xuyên và nông lộ phơi……………...…………………………………….................66
Hình 3.10. Mô phỏng lớp nước mặt ruộng nông lộ phơi………………………..….......68


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, biến đổi khí hậu và những hệ quả của biến đổi khí hậu đang là một
vấn đề đƣợc sự quan tâm của rất nhiều quốc gia trên thế giới. Nguyên nhân chính

gây biến đổi khí hậu là sự gia tăng chất thải khí nhà kính vào khí quyển, trong đó có
khí CO2, CH4 và N2O từ hệ thống canh tác nông nghiệp, đặc biệt là khí CH4 từ hệ
thống canh tác lúa nƣớc.
CH4 là một trong những khí nhà kính (KNK) chủ yếu của khí quyển. Sự phát
thải ngày càng dƣ thừa KNK vào khí quyển của hoạt động kinh tế xã hội, con ngƣời
đã và đang làm cho khí hậu biến đổi nhanh chóng. Trong khoảng 100 năm qua,
nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng lên 0,3-0,6 0C và mực nƣớc biển dâng lên 10-20
cm, là hậu quả của sự tăng KNK trong khí quyển. Nguồn phát thải chính khí CH4 là
ruộng lúa nƣớc, đầm lầy tự nhiên, các mỏ khai khoáng, v.v..., trong đó, khu vực sản
xuất lúa nƣớc chiếm tỷ lệ lớn nhất [3].
Việt Nam là một nƣớc nông nghiệp với khoảng 80% dân số sống tại vùng
nông thôn, nông nghiệp Việt Nam dựa trên cơ sở chính là trồng trọt và chăn nuôi,
trong đó trồng trọt chiếm vị trí quan trọng nhất. Việt Nam có diện tích đất canh tác
trồng lúa khoảng 4 triệu ha. Đối với ruộng lúa, sự phân huỷ yếm khí của các chất
hữu cơ trong ruộng lúa, đã sản sinh ra CH4 phát tán vào không khí thông qua cây
trồng.
Chất hữu cơ đƣợc phân huỷ trong ruộng lúa bao gồm:
- Dịch thải bài tiết của rễ và các tế bào rễ;
- Các thành phần hữu cơ đã bón vào ruộng (phân hữu cơ, thân, lá cây trồng, v.v…);
- Các sinh vật sản sinh trong điều kiện ngập nƣớc.
Có thể thấy rằng, điều kiện ngập nƣớc trên ruộng lúa là hoàn cảnh thuận lợi
nhất dẫn đến quá trình sản sinh và phát thải CH4 trên ruộng lúa.

10


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

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

11


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

12

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tiếng Việt
1. Bộ nông nghiệp – Bộ thuỷ lợi (1978), “Quy trình tưới tiêu nước cho lúa và một
số cây trồng cạn”, Hà Nội,
2. Dự án thông báo quốc gia – Việt Nam (2000), “ Các phương án giảm nhẹ khí
nhà kính trong nông nghiệp”,
3. IPCC (2007), “Báo cáo lần thứ 4 về biến đổi khí hậu”, UNEP/IUC,
4. Nguyễn Văn Tỉnh, Nguyễn Mộng Cƣờng, Nguyễn Việt Anh (2004), “Kết quả
nghiên cứu bước đầu về phát thải khí Metan trên ruộng lúa khu vực TP
Hồ Chí Minh”, Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn,
5. Nguyễn Việt Anh (2009), “Nghiên cứu chế độ nước mặt ruộng hợp lý để giảm
thiểu phát thải khí metan trên ruộng lúa vùng đất phù sa trung tính ít chua
đồng bằng sông Hồng“, Luận án tiến sĩ, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam,
Hà Nội,
6. Nguyễn Việt Anh, Nguyễn Văn Tỉnh (2004), “Các giải pháp giảm thiểu phát
thải khí metan trong nông nghiệp”, Nông nghiệp và Phát triển nông thôn,
4(40), tr,582-583,
7. Tổng cục khí tƣợng thuỷ văn (1998), “Báo cáo Dự án ALGAS”, Việt Nam,
8. Tổng cục khí tƣợng thuỷ văn – Viện khí tƣợng thuỷ văn (1999), “Báo cáo khoa
học hội thảo 2 đánh giá kết quả kiểm kê khí nhà kính dự án Thông báo
quốc gia về biến đổi khí hậu”,
9. Trƣờng đại học Thủy lợi (2012), “Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu
chế độ tưới thích hợp cho lúa nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính trong
điều kiện không làm giảm năng suất lúa”, Hà Nội ,
10. Viện Khí tƣợng thuỷ văn (1999), “Kết quả ban đầu thực nghiệm đo phát thải
mê tan trên ruộng lúa hai năm 1998 – 1999 tại Trạm Khí tượng nông
nghiệp Hoài Đức”, Hà Nội,
11. Các tài liệu tham khảo trên Internet của FAO tại http://www,fao,org,

2. Tiếng Anh

13


12. IRRI (1999), “World rice sotatistics International Rice Research Institute”, Los
Banos, Philippines,
13. J, Doorenbos and W,O,Pruitt (1994), "Guidelines for predicting crop water
requirements" Fao Irrigation and drainage,
14. Page H, (1981), “Grundlagen dộ Nahspoff-hasu Haltes Drobisher Boden, Veb,
Deutscher, Landwirtschaftverlag”, Berlin,
15. Ponnamperuma F, N, (1985), “Chemical Kineties of wetland rice soils relative
to soil fertility”, Wetland soils: characterization, classification and
utilization, IRRI, Manila, Philippines, pp,
16. Prepared by Mr, NGUYEN MONG CUONG (2000), “Report on measuring the
methane emision from irrigated rice fields under intermittent drainage
technology”,
17. Tananka A, And Tadano T, (1972), “Studies on the iron nutrition of the rice
plant Part2-Iron exclusing capacity of the rice roots”, Soil Science and
Plant Nutrient, Vo,16,s

14