Ngiên cứu xây dựng bản đồ hiện trạng phát thải khí nhà kính cho canh tác lúa tại tỉnh thái bình

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành tốt bài luận văn này, tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ
của các cá nhân và tập thể.
Trước tiên tôi xin được gửi lời biết ơn chân thành nhất tới PGS.TS. Mai Văn Trịnh –
Viện trưởng Viện Môi trường Nông nghiệp đã hướng dẫn tận tình và tạo điều kiện tốt
nhất cho tôi được nghiên cứu và thực hiện luận văn. Qua đây, tôi cũng xin gửi lời cảm
ơn tới các anh, các chị, bạn đồng nghiệp đang công tác tại bộ mơn Mơ hình hóa và Cơ
sở dữ liệu về mơi trường đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi nghiên cứu và thực
hiện luận văn.
Tôi xin gửi lời biết ơn tới ban lãnh đạo và thầy cô trường Đại học Thủy lợi đã luôn tạo
điều kiện tốt cho tôi học tập và phát triển. Đồng thời tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn
tới PGS.TS. Bùi Quốc Lập – Trường Đại học Thủy Lợi đã giúp đỡ tơi trong suốt q
trình tơi học tập tại trường.
Và cuối cùng, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, người thân, những người đã
luôn sát cánh cùng tôi, chia sẻ và động viên tôi không ngừng nỗ lực vươn lên trong
học tập cũng như trong cuộc sống.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng

TÁC GIẢ

Vũ Thị Hằng

i

năm 2017


LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Vũ Thị Hằng

Mã số học viên: 1581440301002

Lớp: 23KHMT23
Chun ngành: Khoa học Mơi trường

Mã số: 608502

Khóa học: 23 đợt 2
Tôi xin cam đoan quyển luận văn được chính tơi thực hiện dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS. Mai Văn Trịnh và PGS.TS. Bùi Quốc Lập với đề tài nghiên cứu trong luận
văn “Nghiên cứu xây dựng bản đồ hiện trạng phát thải khí nhà kính cho canh tác lúa
tại tỉnh Thái Bình”
Đây là đề tài nghiên cứu mới, không trùng lặp với các đề tài luận văn nào trước đây,
do đó khơng có sự sao chép của bất kì luận văn nào. Nội dung của luận văn được thể
hiện theo đúng quy định, các nguồn tài liệu, tư liệu nghiên cứu và sử dụng trong luận
văn đều được trích dẫn nguồn.
Nếu xảy ra vấn đề gì với nơi dung luận văn này, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm
theo quy định./.
NGƯỜI VIẾT CAM ĐOAN

Vũ Thị Hằng

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... ii

DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................v
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................... vii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..............................................................................................1
2. Mục tiêu của đề tài ......................................................................................................2
2.1. Mục tiêu tổng quát ....................................................................................................2
2.2. Mục tiêu cụ thể .........................................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..............................................................................2
3.1. Đối tượng.........................................................................................................................................2
3.2. Phạm vi vùng nghiên cứu ..............................................................................................................2
4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ........................................................................2
4.1. Nội dung nghiên cứu...............................................................................................2
4.2. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................3
4.2.1. Phương pháp phân tích, tổng hợp số liệu ..................................................................................3
4.2.2. Phương pháp mơ hình hóa..........................................................................................................4
4.2.3. Hệ thống thơng tin địa lý và phương pháp bản đồ ...................................................................5
1.1. Tổng quan về khí nhà kính .....................................................................................7
1.2. Tổng quan về cơ chế hình thành, phát thải khí CH 4 và N 2 O từ ruộng lúa nước ....9
1.2.1. Quá trình hình thành và phát thải khí N2O từ ruộng lúa..........................................................9
1.2.2. Quá trình hình thành và phát thải khí N2O từ ruộng lúa....................................................... 10
1.3. Phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước ở Việt Nam .................................11
1.4. Tổng quan các nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ phát thải KNK
(CH 4 , N 2 O) trên ruộng lúa nước. ..................................................................................13
1.5. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu .....................................20
1.5.1. Vị trí địa lý ................................................................................................................................. 20
1.5.2. Điều kiện tự nhiên..................................................................................................................... 21
1.5.3. Các điều kiện kinh tế- xã hội ................................................................................................... 24
1.5.4. Hiện trạng canh tác lúa tại tỉnh Thái Bình ..........................................................25

iii


1.5.5. Diễn biến khí hậu, thời tiết tại tỉnh Thái Bình ........................................................................ 27
1.5.5.1.Nhiệt độ ................................................................................................................................... 27
1.5.5.2.Lượng mưa.............................................................................................................................. 28
1.5.6. Các tác động trực tiếp của biến đổi khí hậu đến sản xuất nơng nghiệp tại Thái Bình. ...... 29
1.5.6.1.Xâm nhập mặn........................................................................................................................ 29
1.5.6.2.Hạn hán.................................................................................................................................... 29
1.5.6.3.Hiện tượng các thời tiết cực đoan ......................................................................................... 30
1.6. Tổng quan các mơ hình tính tốn phát thải KNK cho canh tác lúa ...................... 31
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN HIỆN TRẠNG PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG
CANH TÁC LÚA NƯỚC TẠI TỈNH THÁI BÌNH ..................................................... 37
2.1. Ứng dụng mơ hình DNDC tính tốn phát thải KNK trên đất lúa tỉnh Thái Bình .. 37
2.1.1. Tổng hợp và nhập các dữ liệu - thơng số đầu vào của mơ hình .......................... 37
2.1.1.1. Các dữ liệu về khí tượng .................................................................................. 37
2.1.1.2. Các dữ liệu về điều kiện thổ nhưỡng ................................................................................... 39
2.1.1.3. Các dữ liệu về điều kiện canh tác......................................................................................... 40
2.1.2. Chạy mơ hình DNDC .............................................................................................................. 41
2.2. Hiệu chỉnh mơ hình ................................................................................................ 44
2.3. Kiểm định mơ hình ................................................................................................. 46
2.3. Kết quả mơ phỏng sự phát thải của KNK bằng mơ hình DNDC trên đất trồng lúa
nước tại tỉnh Thái Bình ……………………………………………………………….49
3.1. Bản đồ phân vùng khí hậu ...................................................................................... 53
3.2. Bản đồ đất trồng lúa ............................................................................................... 55
3.3. Bản đồ đơn vị các tổ hợp điều kiện tự nhiên (Khí tượng – Đất – Canh tác).......... 58
3.4. Xây dựng bản đồ phát thải khí nhà kính ................................................................ 62
3.4.1. Bản đồ phát thải CH4 ............................................................................................................... 62
3.4.2. Bản đồ phát thải N2O ............................................................................................................... 63
3.4.3. Bản đồ phát thải KNK.............................................................................................................. 64

3.4.4. Kết quả tính tốn tổng lượng phát thải KNK......................................................................... 64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................................... 71
A- Kết luận ..................................................................................................................... 71
B- Kiến nghị ................................................................................................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 73
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 77

iv


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1 Trình tự các bước nghiên cứu, chuẩn bị, hiệu chỉnh và ứng dụng mơ hình
DNDC để tính tốn phát thải KNK từ canh tác lúa .........................................................6
Hình 1.2. Sơ đồ vận chuyển khí CH 4 trên ruộng lúa theo 3 con đường[34]. ................10
Hình 1. 3. Sơ đồ hình thành khí N 2 O trên ruộng lúa .....................................................11
Hình 1. 4. Phát thải KNK năm 2010 lĩnh vực Nơng nghiệp (tóm tắt) [1]. ....................13
Hình 1. 5. Bản đồ hành chính của tỉnh Thái Bình [10]. ................................................21
Hình 1. 6 .Bản đồ phân bố lượng mưa ở Thái Bình [11]. .............................................22
Hình 1. 7.Biểu đồ nhiệt độ trung bình và tổng lượng mưa các tháng ở Thái Bình năm
2015 [11]........................................................................................................................23
Hình 1. 8. Diễn biến nhiệt độ tháng I và tháng VII ở tỉnh Thái Bình giai đoạn 19602010 [11]........................................................................................................................28
Hình 1. 9.Diễn biến lượng mưa hàng năm ở tỉnh Thái Bình giai đoạn 1960 – 2010 [11].....28
Hình 1. 10. Các hiện tượng thời tiết cực đoan xuất hiện tại tỉnh Thái Bình [11]..........30
Hình 1. 11.Cấu trúc của mơ hình DNDC [18]...............................................................35
Hình 2. 1. Cấu trúc file dữ liệu khí tượng đầu vào mơ hình DNDC………………….38
Hình 2.2. Nhập dữ liệu khí tượng ..................................................................................41
Hình 2. 3. Nhập dữ liệu về canh tác ..............................................................................42
Hình 2. 4. Nhập dữ liệu về đất .......................................................................................42
Hình 2. 5.Nhập dữ liệu về thời vụ và phân bón.............................................................43
Hình 2.6. Chạy mơ hình ................................................................................................43

Hình 2.7. Các thơng số hiệu chỉnh của mơ hình............................................................45
Hình 2.8. Lượng phát thải CH 4 tính tốn bằng mơ hình DNDC và đo ngồi hiện trường
ở xã Phú Lương của cây lúa vụ xuân 2016 ...................................................................47
Hình 2. 9. Lượng phát thải khí N 2 O tính tốn bằng mơ hình DNDC ở xã Phú Lương đo
ngồi hiện trường của cây lúa vụ xuân 2016 .................................................................48
Hình 2.10. Lượng phát thải CH 4 tính tốn bằng mơ hình DNDC và đo ngoài hiện
trường ở xã Phú Lương của cây lúa vụ mùa 2016.........................................................48
Hình 2. 11. Lượng phát thải khí N 2 O tính tốn bằng mơ hình DNDC ở xã Phú Lương
đo ngoài hiện trường của cây lúa vụ xuân 2016 ............................................................49
Hình 3. 1. Bản đồ phân vùng khí hậu tỉnh Thái Bình…………………………………53
Hình 3. 2.Bản đồ hiện trạng đất trồng lúa tỉnh Thái Bình…………………………… 55
Hình 3. 3.Các loại đất canh tác lúa tại tỉnh Thái Bình………………………………. 56
Hình 3. 4.Bản đồ đơn vị các tổ hợp điều kiện tự nhiên………………………………. 59
Hình 3. 5.Bản đồ phát thải CH 4 trên đất trồng lúa tỉnh Thái Bình……………………62
Hình 3. 6.Bản đồ phát thải N 2 O trên đất trồng lúa tỉnh Thái Bình……………………63
Hình 3. 7.Bản đồ phát thải KNK quy đổi ra CO 2 trên đất trồng lúa tỉnh Thái Bình…. 64
Hình 3. 8.Tỷ lệ phát thải KNK trong canh tác lúa tỉnh Thái Bình…………………… 65

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1 Phát thải KNK năm 2005 và 2010 trong lĩnh vực nơng nghiệp (tóm tắt) [1].
....................................................................................................................................... 12
Bảng 1. 2. Thông tin về canh tác lúa tỉnh Thái Bình [10]. ................................................. 26
Bảng 1.3. Bảng diện tích, năng suất và sản lượng lúa tỉnh Thái Bình giai đoạn 20102013 [10]. ...................................................................................................................... 27
Bảng 1.4. Phân tích lựa chọn mơ hình tính tốn phát thải KNK cho cây lúa và cây
trồng cạn ........................................................................................................................ 35
Bảng 2.1.Đặc trưng dữ liệu về khí tượng tại các vùng khí hậu năm 2013-2015.
[11]…………………………………………………………………..………………..37

Bảng 2.2.Các dữ liệu về điều kiện thổ nhưỡng [12] .................................................... 39
Bảng 2.3. Các dữ liệu về quản lý canh tác lúa tại tỉnh Thái Bình [10] ......................... 40
Bảng 2. 4. Lịch thời vụ canh tác lúa tỉnh Thái Bình năm 2016 [10]............................. 40
Bảng 2. 5. Các thơng số mơ hình khi hiệu chỉnh và kiểm định .................................... 44
Bảng 2. 5. Kết quả phát thải CH 4 và N 2 O từ chạy mơ hình DNDC và đo tại hiện
trường qua các giai đoạn tại xã Phú Lương cho cây lúa vụ xuân và vụ mùa năm 2016
....................................................................................................................................... 45
Bảng 2. 7. Kết quả phát thải CH 4 từ chạy mơ hình DNDC và đo tại hiện trường tại xã
Phú Lương cho cây lúa vụ xuân và vụ mùa năm 2016 ................................................. 46
Bảng 2.8. Kết quả phát thải N 2 O từ chạy mô hình DNDC và đo tại hiện trường tại xã
Phú Lương cây lúa vụ xuân và vụ mùa năm 2016 ........................................................ 47
Bảng 2.9. Phát thải CH 4 và N 2 O từ kết quả chạy mơ hình DNDC ............................... 49
Bảng 2. 10.Tiềm năng nóng lên tồn cầu(CO 2 -e)trên các loại đất trồng lúa tại Thái
Bình ............................................................................................................................... 51
Bảng 3. 1 Đặc trưng của các vùng khí hậu giai đoạn 2013-2015 [11]. ........................ 55
Bảng 3. 2 Phân bố các loại đất trồng lúa nước theo huyện tỉnh Thái Bình.................. 57
Bảng 3. 3 Tổng hợp các tổ hợp khí hậu – đất và diện tích canh tác lúa theo các huyện
tỉnh Thái Bình ................................................................................................................ 60
Bảng 3. 4. Hiện trạng tổng lượng phát thải CO 2 -e theo đơn vị hành chính của tỉnh Thái
Bình trung bình giai đoạn (2013-2015) ......................................................................... 65
Bảng 3. 6: Hiện trạng tiềm năng nóng lên tồn cầu (CO 2 e) từ canh tác lúa tại tỉnh ..... 66

vi


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AWD

: Kỹ thuật tưới khơ ướt xen kẽ

BĐKH

: Biến đổi khí hậu

CO 2 e

: CO 2 tương đương

ĐBSCL

: Đồng bằng sông Cửu Long

DNDC

: Denitrification Decomposition - Mơ hình sinh địa hóa trong đất

FAO

: Tổ chức Lương thực và nông nghiệp Liên Hiệp Quốc

GIS

: Hệ thống thơng tin địa lý

GWP

: Tiềm năng nóng lên toàn cầu

HI

: Hệ số thu hoạch

ICEM

: Trung tâm quản lý Mơi trường Quốc tế

IPCC

:Tổ chức liên chính phủ về Biến đổi khí hậu

IRRI

: Viện nghiên cứu Lúa quốc tế

KTNN

: Khí tượng nơng nghiệp

KNK

: Khí nhà kính

MACC

: Chi phí cận biên giảm phát thải KNK

MRV

: Giám sát - Báo cáo - Kiểm định

LULUCF

: Sử dụng đất và lâm nghiệp

NBD

: Nước biển dâng

NSI

: Chỉ số hiệu quả

NN&PTNT

: Nông nghiệp và phát triển nông thôn

SOC

: Hàm lượng carbon hữu cơ tổng hợp

UNFCCC

: Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu

WB

: Ngân hàng thế giới

vii

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong năm 2010, tổng lượng phát thải khí nhà kính tại Việt Nam là 246,8 triệu tấn
CO 2 tương đương bao gồm lĩnh vực: sử dụng đất và lâm nghiệp (LULUCF) và 266
triệu tấn CO 2 tương đương không bao gồm LULUCF. Phát thải khí nhà kính trong lĩnh
vực năng lượng chiếm tỷ trọng lớn nhất là 53,05% của tổng lượng phát thải khí nhà
kính khơng tính LULUCF, tiếp theo là lĩnh vực nơng nghiệp chiếm 33,20%. Trong đó
tổng phát thải CH 4 từ canh tác lúa năm 2010 là 44,61 triệu tấn; Phát thải từ lúa canh
tác ngập nước thường xuyên là 41,31 triệu tấn và phát thải từ lúa nhờ nước trời là 3,30
triệu tấn [1].
Thái Bình là tỉnh thuộc vùng châu thổ sơng Hồng, với diện tích lúa năm 2013 là 161,8
nghìn ha, sản lượng đạt 1.091,3 nghìn tấn. Căn cứ vào diện tích trồng lúa cùng với
mức thâm canh cho thấy Thái Bình cũng là địa phương phát thải lượng lớn khí nhà
kính vào khí quyển. Cho đến nay mặc dù tỉnh Thái Bình chưa có báo cáo nào về kiểm
kê phát thải KNK trong canh tác lúa nhưng cũng đã có một số biện pháp canh tác đóng
góp cho việc giảm phát thải KNK, đặc biệt là trong sản xuất lúa đang được tỉnh Thái
Bình quan tâm.
Ở Việt Nam kiểm kê phát thải KNK được tính theo phương pháp của IPCC, 1996 với
các hệ số chung của toàn quốc, không thể hiện được sự khác nhau về địa hình, thời
tiết, đất, cây trồng, mức độ thâm canh của cây trồng. Trong khi đó, mơ hình DNDC
(Denitrification - Decomposition: Phân huỷ carbon - Đề nitrate hố) là mơ hình sinh
địa hóa trong hẹ sinh thái nơng nghiệp, cho phép dự báo lượng cacbon được giữ lại
trong đất, hàm lượng đạm bị mất, sự phát thải một số khí nhà kính như CO 2 , CH 4 từ
các hệ sinh thái nông nghiệp theo ngày, theo giai đoạn hàng năm [20]. Mơ hình DNDC
đã được kiểm nghiệm và áp dụng để tính tốn phát thải khí nhà kính trong các hệ canh
tác nông nghiệp ở các nước Mỹ, Trung Quốc, Italy, Đức, Anh .. nhưng ở nước ta mới
chỉ có một vài nghiên cứu ứng dụng tính tốn như tính tốn tiềm năng giảm thiếu phát
thải khí nhà kính của ngành sản xuất lúa nước Việt Nam [4] [5].

Đồng thời việc sử dụng mơ hình phối hợp với cơ sở dữ liệu của bản đồ cây trồng và
liên kết dữ liệu khí tượng để đưa ra bản đồ phát thải khí nhà kính cho một khu vực cụ
thể cịn thực hiện rất ít. Vì những lý do trên, học viên thực hiện đề tài: “Nghiên cứu
xây dựng bản đồ hiện trạng phát thải khí nhà kính cho canh tác lúa tại tỉnh Thái
Bình” góp phần tạo một bức tranh tổng thể về phát thải KNK trong canh tác lúa tại
Thái Bình, làm cơ sở cho q trình hoạch định chính sách, chỉ đạo sản xuất nông

1


nghiệp nói chung và canh tác lúa nói riêng nhằm áp dụng các biện pháp giảm thải
KNK trong sản xuất lúa, xây dựng kế hoạch giảm nhẹ BĐKH.
2. Mục tiêu của đề tài
2.1. Mục tiêu tổng quát
Định lượng phát thải KNK (CH 4 , N 2 O) trong canh tác lúa nước theo các điều kiện khí
hậu, đất đai và mức thâm canh lúa của tỉnh Thái Bình; tính tốn lượng khí các bon níc
tương đương/quy đổi (CO 2 -e) trong canh tác lúa nước làm cơ sở cho việc kiểm kê
KNK và giúp cho các dự án giảm nhẹ BĐKH có thể định lượng được phát thải cơ sở
và tiềm năng giảm nhẹ theo không gian và thời gian.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Xác định và mô phỏng lượng (CH 4 , N 2 O) phát thải từ hệ thống cây trồng có lúa nước
trên các vùng khí hậu và loại đất khác nhau bằng mơ hình DNDC.
- Tính toán tổng lượng CO2-e trong canh tác lúa nước tỉnh Thái Bình. Từ đó xây dựng
bản đồ hiện trạng phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa nước tại tỉnh Thái Bình và đưa
ra được biện pháp tối ưu giảm thiểu phát thải KNK.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng
- Khí nhà kính (CH4, N2O) từ canh tác lúa tại tỉnh Thái Bình.
3.2. Phạm vi vùng nghiên cứu

- Vùng canh tác lúa của tỉnh Thái Bình.
4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
4.1. Nội dung nghiên cứu
- Xây dựng bản đồ phân vùng khí hậu;
- Xây dựng bản đồ canh tác lúa tỉnh Thái Bình theo các loại đất và vùng khí hậu;
- Sử dụng mơ hình DNDC tính tốn, mơ phỏng phát thải khí nhà kính trong canh tác
lúa nước tồn tỉnh Thái Bình;
-Tạo bản đồ hiện trạng phát thải khí nhà kính cho canh tác lúa nước tại tỉnh Thái Bình;
- Đề xuất một số biện pháp canh tác giảm phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa nước
phù hợp với điều kiện của tỉnh Thái Bình;

2


4.2. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu được tiến hành bằng cách sử dụng mơ hình DNDC mơ phỏng, tính tốn
phát thải KNK trên đất lúa thuộc tỉnh Thái Bình với các điều kiện khí hậu khác nhau,
điều kiện thổ nhưỡng khác nhau và các chế độ canh tác lúa khác nhau.
Để tính tốn được như vậy thì cần phải có sự hỗ trợ của hệ thống thông tin địa lý (GIS)
kết hợp chồng các lớp thông tin bản đồ vùng khí hậu, bản đồ đất và các điều kiện canh
tác. Độ chính xác của kết quả tính tốn được thể hiện bằng sự chuẩn hóa của các yếu
tố đầu vào, khi mơ hình được hiệu chỉnh với các số liệu quan trắc thực địa tại tỉnh Thái
Bình.
Để đạt được các mục tiêu nghiên cứu như mơ tả thì các phương pháp được sử dụng
như sau:
4.2.1. Phương pháp phân tích, tổng hợp số liệu
- Thu thập số liệu:
Thu thập số liệu hiện có liên quan đến đề tài, thu thập tất cả các số liệu về điều kiện tự
nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu, các số liệu canh tác, số liệu đo phát thải tại
đồng ruộng (số liệu của dự án “Phát triển khung Giám sát - Báo cáo - Kiểm định

(MRV) cho NAMAs về hệ thống nông nghiệp tổng hợp với canh tác lúa cải tiến
(SRI)” do Viện Môi trường thực hiện). Niên giám thống kê toàn quốc các năm 2011,
năm 2012, năm 2013, năm 2014 và năm 2015; các báo cáo: Kế hoạch hành động ứng
phó với BĐKH tỉnh Thái Bình giai đoạn 2011-2015 tầm nhìn 2020,..); Báo cáo sản
xuất nơng nghiệp tỉnh Thái Bình năm 2015, 2016.
Thu thập số liệu về không gian:bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỉnh Thái Bình năm
2010, Bản đồ Quy hoạch sử dụng đất đến năm 2020 tỉnh Thái Bình (tại Tổng cục Quản
lý đất đai – Bộ Tài nguyên và Môi trường).
+ Thu thập các số liệu về khí tượng: để mơ hình có kết quả chính xác, số liệu khí
tượng phải đại diện cho vùng nghiên cứu. Vị trí của các trạm đo khí tượng ảnh hưởng
trực tiếp tới vùng nghiên cứu. Học viên đã thu thập số liệu từ năm 2013 - 2015 tại 04
trạm khí tượng thuộc và giáp danh tỉnh Thái Bình: Trạm Thái Bình, Trạm Ba Lạt,
Trạm Nam Định (tỉnh Nam Định) và Trạm Phú Liễn (tỉnh Hải Phịng). Các thơng tin
thu thập gồm: tọa độ trạm, nhiệt độ khơng khí cao nhất ngày (Tmax), nhiệt độ khơng
khí thấp nhất ngày (Tmin), nhiệt độ khơng khí trung bình ngày (Ttb), tổng số giờ nắng
ngày, hướng và tốc độ gió, lượng mưa ngày (tại Trung tâm Khí tượng thủy văn quốc
gia) [11].

3


+ Các số liệu về cây trồng: giống lúa; đặc tính sinh lý, sinh hóa của giống lúa; lịch
mùa vụ; các kỹ thuật canh tác (làm đất, tưới, bón phân, làm cỏ, phun thuộc bảo vệ thực
vật…); các loại phân bón và đặc tính của phân bón (thu thập từ các tài liệu, sách và bài
báo khoa học, các thông tin về giống và kết quả khảo nghiệm giống từ Sở Nơng
nghiệp & PTNT Thái Bình [10].
+ Số liệu về đất: Loại đất, độ dày tầng đất, thành phần cơ giới, đặc tính lý học, hóa học
của đất (từ Bảo tàng đất Việt Nam, báo cáo về bản đồ đất tỉnh Thái Bình, báo cáo đất
mặn…).
4.2.2. Phương pháp mơ hình hóa

Sử dụng phần mềm DNDC để tính tốn sự phát thải khí nhà kính:
•

Xây dựng các dữ liệu đầu vào

+ Các dữ liệu về khí tượng thủy văn (nhiệt độ, lượng mưa, tốc độ gió, bức xạ mặt trời, độ
ẩm)
+ Các dữ liệu về canh tác (giống, thời gian gieo cấy, thu hoạch, phân bón, tưới nước,
quản lý mùa vụ, cỏ hại)
+ Các dữ liệu về đất đai (loại đất, pH, độ xốp, độ mặn, hàm lượng OC, NO 3 -, NH 4 +).
•

Hiệu chỉnh mơ hình

Mơ hình được hiệu chỉnh bằng cách so sánh kết quả tính tốn phát thải KNK của mơ
hình với kết quả thí nghiệm đồng ruộng và điều chỉnh các thơng số của mơ hình để kết
quả tính tốn của mơ hình gần với kết quả đo thực địa trong cùng 1 điều kiện khí
tượng, đất đai, cây trồng và canh tác để từ đó có các thơng số chuẩn cho mơ hình theo
điều kiện điểm nghiên cứu. Sau đó, có thể mơ phỏng tốt nhất lượng phát thái KNK cho
các kịch bản khác nhau với sai số nhỏ nhất.
Các hệ số điều chỉnh là: SOC, tỉ lên C/N của chất hữu cơ bởi nó quyết định sự phát
thải các khí nhà kính.
•

Kiểm định mơ hình

Q trình hiệu chỉnh mơ hình được đánh giá độ chính xác thơng qua hệ số xác định R2
và chỉ số hiệu quả Nash - Sutcliffe (NSI). Cơng thức tính toán các hệ số này được thể
hiện trong các phương trình sau đây:

4


Trong đó:
O i là giá trị thực đo
Ō là giá trị thực đo trung bình
P i là giá trị mơ phỏng
n là số lượng giá trị tính tốn
Chỉ số NSI chạy từ 0 đến 1, đo lường sự phù hợp giữa giá trị thực đo và giá trị mô
phỏng trên đường thẳng 1:1. Nếu NSI nhỏ hơn hoặc gần bằng 0, khi đó kết quả được
xem là khơng thể chấp nhận hoặc độ tin cậy kém. Ngược lại, nếu giá trị này bằng 1, thì
kết quả mơ phỏng của mơ hình là hồn hảo.
4.2.3. Hệ thống thơng tin địa lý và phương pháp bản đồ
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một cơng cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các
sự vật, hiện tượng thực trên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu
thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý,
trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từ các bản đồ.
Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS
có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự
đoán tác động và hoạch định chiến lược). Một số phương pháp để xây dựng bản đồ là:
- Phân tích chồng xếp: là q trình tích hợp các lớp thơng tin khác nhau. Các thao tác
phân tích địi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải được liên kết vật lý. cụ thể là sự
chồng xếp dữ liệu về đất, khí tượng và cây trồng.
- Mơ hình hố: Các dữ liệu khơng gian từ q trình chồng xếp bản đồ được sử dụng là
dữ liệu tự nhiên cho đầu vào của mơ hình DNDC. Mơ hình được hiệu chỉnh theo các
số liệu quan trắc đồng ruộng theo cùng điều kiện khí tượng và thổ nhưỡng để có cách
tính giống với phát thải thực tế, sau đó được áp dụng tính tốn cho tồn bộ vùng
nghiên cứu.
- Hiển thị và xây dựng bản đồ: Sau khi chạy mơ hình xong kết quả đầu ra của mơ hình
(là số liệu phát thải KNK) được khơng gian hố theo các đơn vị tổ hợp ban đầu để biểu

diễn lượng phát thải KNK cho từng khoanh đất.
5


- Tổng hợp và biên tập bản đồ: từ kết quả mơ hình và đã được khơng gian hố, chúng
được biên tập và tạo các bản đồ hiện trạng phát thải CH 4 , N 2 O và tiềm năng nóng lên
tồn cầu (quy đổi ra CO 2 -e).
Tổng hợp các bước nghiên cứu được thể hiện tại hình 1.2.
Số liệu khí tượng

Bản đồ Hiện trạng sử dụng đất

Bản đồ phân vùng khí
hậu

Bản đồ đất lúa

Bản đồ đất

Bản đồ đơn vị các tổ hợp
Khí tượng – Đất – Canh tác
Thơng tin giống lúa và
các biện pháp canh tác

DNDC
hiệu chỉnh mô hình
Mơ hình được hiệu chỉnh

Đầu vào: nước,
phân bón.

Số liệu thí
nghiệm thực
địa CH4, N2O

- Phát thải CH 4
- Phát thải N 2 O
Bản đồ phát thải KNK

Hình 1. 1 Trình tự các bước nghiên cứu, chuẩn bị, hiệu chỉnh và ứng dụng mơ hình
DNDC để tính tốn phát thải KNK từ canh tác lúa

6


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về khí nhà kính
Nghị định Kyoto đã xác định có 6 loại KNK có tiềm năng gây nên hiện tượng nóng lên
tồn cầu (GWP) gồm khí carbon dioxide (CO 2 ), nitrous oxide (N 2 O), me-tan (CH 4 ),
hydro fluorocarbons (HFCs), per fluorocarbon (PFCs) và sulfur hexafluoride (SF 6 ).
Tiềm năng gây hiệu ứng KNK làm nóng lên tồn cầu được dựa trên chỉ số khí CO 2
tương đương, lấy khí CO 2 có tiềm năng gây hiện tượng nóng lên tồn cầu là 1.
Các kết quả nghiên cứu cho rằng nguồn phát sinh KNK chủ yếu từ hoạt động sản xuất,
sinh hoạt của con người và một phần có trong tự nhiên. Các loại KNK phát thải từ tự
nhiên bao gồm carbon oxide đơn (CO), carbon dioxide (CO 2 ) từ quá trình cháy rừng
và đốt phụ phẩm, methane (CH 4 ), nitrous oxides (N 2 O), CO 2 từ quá trình phân giải
chất hữu cơ trong canh tác nông nghiệp và các nguồn phát thải tự nhiên khác do tác
động của sấm, chớp, bão, núi lửa,… Tuy nhiên, nguồn phát thải KNK từ tự nhiên thấp
và chủ yếu do nguyên nhân hoặc có liên quan đến con người như cháy rừng. Trong khi
đó, nguồn phát thải KNK chủ yếu từ hoạt động sản xuất của con người như hoạt động
công nghiệp, năng lượng, canh tác nông nghiệp. Theo báo cáo của IPCC, 2007, nguồn

phát thải KNK lớn nhất chính từ các hoạt động cơng nghiệp và giao thông .
Hoạt động sản xuất nông nghiệp cũng là hoạt động gây phát thải lớn, chiếm 14% tiềm
năng làm nóng lên tồn cầu (GWP), trong đó 17% CO 2 tương đương từ quá trình sử
dụng đất và thay đổi sử dụng đất trong nông nghiệp, 3% CO 2 tương đương từ q trình
quản lý chất thải trong nơng nghiệp. CH 4 và N 2 O là nguồn KNK phát thải từ hoạt
động sản xuất nông nghiệp. IPCC (2007) đã chỉ ra rằng các nước phát triển chỉ chiếm
chưa tới 20% về dân số nhưng lại gây phát thải tới 46,4% lượng KNK toàn cầu trong
khi các nước đang phát triển chỉ chiếm 53,6% về tổng lượng KNK nhưng chiếm trên
80% về dân số [26].
* CO 2 : là chất khí nhà kính quan trọng sinh ra và tiêu hao điơxit cacbon trong khí
quyển từ các q trình tự nhiên chủ yếu bao gồm: hô hấp của động - thực vật, quang
hợp của thực vật; các quá trình trao đổi khí quyển – đại dương; hoạt động của núi lửa.
Hoạt động của con người làm gia tăng lượng điôxit cacbon chủ yếu do sử dụng nhiên
liệu hóa thạch, chế tạo các loại máy sưởi, máy làm lạnh, sản xuất xi măng, phá rừng,
thay đổi sử dụng đất, v.v.

7


* CH4 : là KNK quan trọng thứ hai sau CO2 . Các cơng trình nghiên cứu trên thế giới đã
công bố, lượng phát thải CH4 đă tăng từ 0,700 ppmV năm 1750 lến 1,774 ppmV năm
2005 [26]. Một đơn vị khối lượng CH4 phát thải vào khí quyển có thể gây ấm cho toàn
cầu (Global Warming Potential - GWP) gấp 24 lần 1 đơn vị khối lượng CO2 (tính cho chu
kỳ 100 năm). Sự gia tăng phát thải CH4 trong suốt thế kỷ qua chủ yếu là từ canh tác lúa
nước, từ chăn nuôi trong nông nghiệp và một phần từ phát thải khí tự nhiên. Ruộng lúa
nước đóng góp khoảng 15-20% tổng lượng CH4 phát thải trên tồn cầu [14].
* N 2 O: là KNK quan trọng thứ ba sau CO 2 và CH 4 . Theo các cơng trình nghiên cứu
đã cơng bố thì lượng phát thải khí này đă tăng từ 270 ppbV năm 1750 lến 319 ppbV
năm 2005. Theo IPCC (2007), việc phát thải một đơn vị khối lượng N 2 O vào khí
quyển có GWP gấp 310 lần 1 đơn vị khối lượng CO 2 (tính cho chu kỳ 100 năm) [24].

Trong mơi trường đất, N 2 O được tạo ra nhờ các loài vi sinh vật, là sản phẩm phụ của
quá tŕình nitrát hóa hoặc sản phẩm trung gian của q trình phản nitrát hóa (Bouwman,
1990). Đất canh tác được bón phân là một nguồn phát thải N 2 O đáng chú ý, chiếm
13% [30] đến 28% [29] lượng N 2 O phát thải toàn cầu hàng năm.
Dựa trên các kết quả dự báo quốc tế cho thấy, nếu khơng có các chính sách can thiệp
kịp thời, lượng phát thải KNK toàn cầu sẽ tăng từ 25-90% vào năm 2030 so với hiện
trạng phát thải KNK năm 2000. Đặc biệt, lượng phát thải KNK sẽ tăng mạnh ở các
nước đang phát triển như nước ta (dự báo KNK tăng lên gấp 4 lần vào năm 2030). Sự
gia tăng KNK đòi hỏi các quốc gia cần nỗ lực hơn để giảm phát thải KNK nhằm ngăn
chặn, hạn chế quá trình gia tăng biến đổi khí hậu tồn cầu (các hoạt động phát thải
thấp) ở hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế. Trong đó, hoạt động sản xuất nơng
nghiệp được đánh giá là một trong những nguồn phát thải KNK chủ yếu ở các quốc gia
đang phát triển.
Nông nghiệp được cho là ngành phát thải lớn nhưng cũng được đánh giá là ngành có
tiềm năng giảm phát thải cao. Những tính tốn về chi phí cận biên giảm phát thải KNK
(MACC) cho thấy hoạt động sản xuất nơng nghiệp có tiềm năng lớn trong giảm phát
thải KNK. Tại Indonesia, Ủy ban về biến đổi khí hậu nước này đã dự báo rằng các
hoạt động kinh tế có tiềm năng giảm phát thải KNK 164 triệu tấn CO 2 tương đương,
trong đó chỉ tính riêng lĩnh vực nơng nghiệp đã có tiềm năng giảm 105 triệu tấn CO 2
tương đương thông qua các hoạt động cải thiện hệ thống tưới tiêu trong canh tác lúa
nước, cải tiến quản lý giống cây trồng, giám sát và quản lý phân đạm, quản lý chất thải
hữu cơ từ chăn nuôi và hệ thống cung cấp thức ăn chăn ni (mặc dù có chi phí rất
cao).
8


1.2. Tổng quan về cơ chế hình thành, phát thải khí CH 4 và N 2 O từ ruộng lúa
nước
1.2.1. Q trình hình thành và phát thải khí N2O từ ruộng lúa
Nguồn phát thải CH 4 trên vùng trồng lúa là quá trình phân giải chất hữu cơ ở điều

kiện yếm khí. Đây là q trình phân giải sinh hố phức tạp có sự tham gia của các vi
khuẩn. Trong q trình hình thành và chuyển hố CH 4 có sự tham gia của vi khuẩn
mêtan (methanogens). Thường nhờ 3 vi khuẩn từ 3 cơ chất:
(1) - Hydrogenotrophic methanogen sử dụng cơ chất là hydro và CO 2 :

CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O
(2) - Nhờ vi khuẩn acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành metan và CO2.

acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành metan và CO 2 . Khoảng 70% lượng
metan sinh ra bằng con đường này.
CH 3 COOH → CO 2 + CH 4
4CO + 2H 2 O → CH 4 + 3CO 2
(3) - Nhờ vi khuẩn methylotrophic methanogen phân giải cơ chất chứa nhóm metyl:
CH 3 OH + H 2 → CH 4 + 2H 2 O
4(CH 3 )3-N + 6H 2 O → 9CH 4 + 3CO 2 + 4NH 3
Sự chuyển hóa này phụ thuộc vào các yếu tố mơi trường, trong đó chủ yếu là thế ơxy
hố-khử (Eh), chất hữu cơ, chế độ nước, nhiệt độ … Sự thay đổi chế độ nước sẽ kéo
theo sự thay đổi chế độ khí, nhiệt độ và Eh của mơi trường đất. Một số kết quả nghiên
cứu cho thấy chế độ ngập nước không liên tục (rút nước phơi ruồng giữa vụ, rút nước
định kỳ) so với ngập nước liên tục trên ruộng lúa, phát thải CH 4 giảm thiểu rõ rệt.
Bón phân vơ cơ hạn chế phát thải CH 4 [17].
Khí CH4 phát thải từ ruộng lúa vào khí quyển theo ba con đường chính là: từ bọt khí CH4
dưới đất, khuếch tán và phát thải từ cây lúa thông qua khí khổng của cây [34]. Nhưng hiện
tượng khuếch tán chỉ đóng góp khoảng 1% tổng lượng khí CH4 , trong khi khí CH4 đi vào
khí quyển ở dạng bọt khí chiếm tới 10% tổng lượng phát thải từ đất lúa, phần chủ yếu
phát tán là thông qua thân cây lúa chiếm 90% tổng lượng phát thải của đất lúa ngập nước.

9

Hình 1.2. Sơ đồ vận chuyển khí CH 4 trên ruộng lúa theo 3 con đường[34].
1.2.2. Quá trình hình thành và phát thải khí N2O từ ruộng lúa
Sản sinh N 2 O trong đất chủ yếu là do kết quả của hai hoạt động tương phản của vi sinh
vật quá trình nitrat hóa và q trình khử nitrat thể hiện ở hình dưới đây. Q trình
nitrat hóa được diễn ra trong điều kiện hiếu khí trong đó N 2 O là sản phẩm phụ của q
trình ơxy hóa amoni (NH 4 +) thành nitrit (NO 2 -). Trong khi, quá trình khử nitrat là quá
trình diễn ra trong điều kiện kỵ khí và N 2 O là sản phẩm của q trình khử nitart thành
khí nitơ (N 2 ) [33].
Sự chuyển hố nitơ trong đất bao gồm nhiều q trình có sự tham gia của các vi sinh
vật, NH 4 + là dạng phổ biến của nitơ khoáng trong hầu hết các loại đất, mặc dù nhiều
nitơ bị liên kết chặt ở các dạng hữu cơ, trong các đất có hàm lượng hữu cơ cao. Sự
hiện diện của tầng ôxy hố bên trên tầng khử hoặc kỵ khí là ngưỡng tới hạn đối với
nhiều quá trình. Một trong số quá trình đó là sự khống hố chất hữu cơ chứa nitơ.
Một số ion NH 4 + có thể khuyếch tán vào tầng đất ơxy hố và và được cây lúa hút thu,
hoặc bị mất do bay hơi, hoặc bị nitrat hố và rửa trơi trở lại tầng đất khử và ở đây có
thể bị mất nitơ dạng phân tử (N 2 ) do q trình phản nitrat hố.
10


Khi phân bón nitơ amơni (urê, amơni sunfat) được bón bằng cách rải trên bề mặt ruộng
lúa thì có thể mất nitơ ở dạng NH 3 do bay hơi. Bay hơi NH 3 phụ thuộc vào nhiệt độ,
tốc độ gió, sự biến đổi pH ngày đêm do hoạt động sinh học trong nước ngập. Một cách
luân phiên, những ion NH 4 + khuếch tán vào tầng đất bị ơxy hố kéo theo quá trình
thuỷ phân và được cây lúa hút thu trực tiếp hoặc bị nitrat hoá, hoặc bị cố định trong
hợp chất hữu cơ.
Tiếp theo q trình nitrat hố NH 4 - N trong tầng đất bị ơxy hố, thì NO 3 - N hoặc
được rễ hút thu, hoặc rửa trơi xuống tầng đất khử và ở đây nó bị phản nitrat hố và mất
nitơ ở dạng khí N 2 O, NO và N 2 .

Phân bón

Nitric hóa
Nitrat hóa

Khử nitrat

Cùng
diễn ra
khử
nitrat và
nitrat hóa

Khử
nitrat

Hình 1. 3. Sơ đồ hình thành khí N 2 O trên ruộng lúa
Ruộng lúa được đánh giá ít quan trọng đối với phát thải khí N 2 O bởi hệ sinh thái khác
nhau cơ bản của nó, đặc biệt là mơi trường yếm khí. Điều kiện yếm khí ngập thường
xuyên của ruộng lúa làm giảm quá trình nitrat hóa và khử hồn tồn, sản xuất ra N 2
hơn là khí N 2 O [23].
Tuy nhiên các nghiên cứu gần đây đã cho thấy ruộng lúa có tầm quan trọng đối với
phát thải N 2 O [26]. Tại ruộng lúa phát thải N 2 O thông qua cả q trình nitrat hóa -khử
nitrat do sự tồn tại của lớp bị ơxi hóa trong bùn đất và trong vùng rễ của cây lúa [33].
1.3. Phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước ở Việt Nam
Trong kiểm kê quốc gia KNK năm 2005 và 2010 đối với lĩnh vực Nơng nghiệp, kết
quả ước tính phát thải đã được thực hiện cho 6 hạng mục, bao gồm: Tiêu hóa thức ăn
(CH 4 ); quản lý chất thải (CH 4 , N 2 O);canh tác lúa(CH 4 ); đất nông nghiệp (N 2 O), Đốt
đồng cỏ (CH 4 , N 2 O); đốt phụ phẩm nơng nghiệp ngồi đồng (CH 4 , N 2 O).

11

Tổng lượng phát thải KNK từ lĩnh vực nông nghiệp trong năm 2005 tương
đương 83.820,4 nghìn tấn CO 2 . Nguồn phát thải lớn nhất là phát thải CH 4 từ canh tác
lúa, tương đương 45.511,6 nghìn tấn CO 2 . Nguồn phát thải lớn thứ hai là phát thải
N 2 O từ đất nơng nghiệp, tương đương 22.282,9 nghìn tấn CO 2 [1].
Tổng lượng phát thải KNK từ lĩnh vực nơng nghiệp trong năm 2010 tương
đương 88.354,8 nghìn tấn CO 2 . Nguồn phát thải lớn nhất là phát thải CH 4 từ canh tác
lúa, tương đương 44.614,2 nghìn tấn CO 2 . Nguồn phát thải lớn thứ hai là phát thải
N 2 O từ đất nông nghiệp, tương đương 23.812,0 nghìn tấn CO 2 , giống như năm 2005.
Bảng 1. 1 Phát thải KNK năm 2005 và 2010 trong lĩnh vực nơng nghiệp (tóm tắt) [1].
Các nguồn phát
thải
/Hấp thụ KNK
(Nghìn tấn CO 2
tđ.)
4A Tiêu hóa
thức ăn
4B Quản lý chất
thải
4C Canh tác lúa
4D Đất nông
nhiệp
4E Đốt đồng cỏ
(savana)
4F Đốt phụ
phẩm
nơng nghiệp
ngồi đồng

2005

2010

CH 4

N2O

Tổng

CH 4

N2O

Tổng

55.282,0

28.538,4

83.820,4

57.909,0

30.445,8

88.354,8

9.275,1

0,0

9.275,1

9.467,5

0,0

9.467,5

2.149,6

5.906,5

8.056,2

2.319,5

6.240,5

8.560,0

42.511,6

0,0

42.511,6

44.614,2

0,0

44.614,2

0,0

22.282,9

22.282,9

0,0

23.812,0

23.812,0

3,1

0,6

3,6

1,4

0,3

1,7

1.342,6

348,3

1.690,9

1.506,3

393,0

1.899,3

12


(Nghìn tấn CO 2 tđ.)

4E Đốt đồng cỏ
(savana); 1,7 ;
0,0%

4F Đốt phụ
phẩm nông
nghiệp; 1.899,3 ;
2,1%

4D Đất nông
nghiệp; 23.812,0
; 27,0%

4A Tiêu hóa thức
ăn; 9.467,5 ;

10,7%
4B Quản lý chất
thải; 8.560,0 ;
9,7%

4C Canh tác lúa;
44.614,2 ; 50,5%

Hình 1. 4. Phát thải KNK năm 2010 lĩnh vực Nơng nghiệp (tóm tắt) [1].
Xu thế phát thải KNK trong hầu hết các hạng mục của lĩnh vực nông nghiệp năm 2010
đều tăng so với năm 2005. So sánh lượng phát thải của năm 2010 với năm 2005 cho
thấy trong hạng mục canh tác lúa (CH 4 ) tăng 4,9%.
Tại Việt Nam chúng ta cũng đã có rất nhiều tiến bộ kỹ thuật trong việc bố trí hệ thống
cây trồng (như trồng cây trồng màu có giá trị cao), thâm canh (như bằng giống mới,
bón phân cân đối), canh tác bền vững nhằm nâng cao năng suất, giảm sử dụng nhiên
liệu hóa thạch, phân bón, tăng tích lũy hữu cơ trong đất và giảm phát thải khí nhà kính.
Một trong những biện pháp đã được chứng minh giảm pháp thải khí mê tan là phương
pháp canh tác lúa có rút nước giữa vụ đã được Nguyễn Văn Tính và Nguyễn Việt Anh
(2006) chỉ ra là có thể giảm đến 60kg/ha CH 4 năm-1[11].
1.4. Tổng quan các nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ phát thải
KNK (CH4, N2O) trên ruộng lúa nước.
Các nghiên cứu trong nước và quốc tế cho thấy lượng mê tan phát thải trên ruộng lúa
nước chiếm tới 13% tổng lượng mê tan phát thải trên toàn thế giới. Lượng mê tan phát
thải tỷ lệ thuận với mực nước ruộng, khi giảm lượng nước mặt của ruộng lúa nước thì
lượng mê tan phát thải có su hướng giảm và có thể giảm từ 30% - 80% lượng mê tan
13


phát thải [33]. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng lượng mê tan phát thải trên ruộng lúa
ngập nước không đơn thuần là lượng mê tan do phân hủy yếm khí các vật chất hữu cơ.

Mặc dù chưa có những cơng trình nghiên cứu tổng thể, mang tính hệ thống nhưng cho
đến nay trên thế giới đó có nhiều cơng trình đi sâu nghiên cứu từng yếu tố cụ thể ảnh
hưởng đến mức độ phát thải KNK trong hoạt động sản xuất lúa đặc biệt là lúa nước.
Thông qua nghiên cứu, các cơng trình này đều cho biết các nhân tố mơi trường như
nhiệt độ; tính chất vật lý, Eh, pH đất; chế độ ẩm; hàm lượng hữu cơ trong đất; vi sinh
vật đất; kiểu luân canh cây trồng; chế độ bón phân; tưới nước và phương pháp quản lý
phế phụ phẩm trong các vùng sản xuất đều có liên quan đến mức độ và quá tŕnh phân
hủy chất hữu cơ, q trình nitơrát hóa và phản nitơrát hóa, q tŕnh oxi hóa - khử và di
chuyển CO 2 , CH 4 và N 2 O trong đất, do đó trực tiếp hay gián tiếp ảnh hưởng đến phát
thải các KNK chủ yếu như CH 4 , N 2 O và CO 2 từ ruộng lúa nước.
* Ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết, khí hậu đến mức độ phát thải các KNK: Cân
bằng các bon trong đất là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến phát thải KNK. Các
cơng trình nghiên cứu trên thế giới đều khẳng định, sự cân bằng C trong đất phụ thuộc
vào tính chất đất, điều kiện khí hậu, hệ thống cây trồng và các biện pháp canh tác như
làm đất, bón phân, tưới nước và quản lý sản phẩm phụ cây trồng.
Nghiên cứu của Inubushi K. và cộng sự đã cho thấy rằng phát thải CH 4 dao động khá lớn
trong ngày, thường đạt giá trị cao nhất vào khoảng 13 – 15 giờ, thời điểm thường nóng
nhất trong ngày [23]. Tương tự, các nghiên cứu ở Nhật Bản cũng cho thấy, mức độ phát
thải CH4 từ ruộng lúa nước trong mùa mưa cao hơn 1,5-4 lần trong mùa khô. Kết quả
nghiên cứu của Aulakh và cộng sự trên ruộng lúa nước tại Nhật Bản cho thấy nhiệt độ là
nhân tố chính ảnh hưởng đến sự biến động phát thải CH4 qua các mùa trong năm [14].
* Ảnh hưởng của yếu tố đất đai đến mức độ phát thải KNK: tính chất môi trường đất
(thành phần cơ giới, Eh, pH đất, vi sinh vật ...) cũng có ảnh hưởng rõ rệt tới cân bằng
các-bon trong đất, do đó có ảnh hưởng tới mức độ phát thải của các KNK.
Kết quả nghiên cứu của Hou và cộng sự cho thấy trong đất lúa, phát thải CH 4 có quan
hệ nghịch với phát thải N 2 O [23]. Cả hai quá tŕnh đều phụ thuộc vào tiềm năng oxi
hóa khử của đất nhưng CH 4 xuất hiện trong điều kiện môi trường khử mạnh, trái lại
N 2 O xuất hiện trong điều kiện môi trường oxi hóa. Do vậy nghiên cứu các giải pháp
làm giảm phát thải CH 4 trong hệ sinh thái lúa có thể khơng đánh giá đầy đủ được ảnh
hưởng của nó đến hiện tượng ấm lên của trái đất. Trong mỗi điều kiện môi trường cần

xác định vùng “tiềm năng oxi hóa khử có lợi” (heathy redox potential) để có thể làm
14


giảm tổng CH 4 và N 2 O phát thải. Koga và Tsuruta (2004) cũng chỉ ra rằng khả năng
phát sinh CH 4 và N 2 O phụ thuộc vào pH, hàm lượng hữu cơ và sulfur trong đất, giá trị
tới hạn xung quanh vùng “tiềm năng oxi hóa khử có lợi” là -150 mV và +180 mV. Khi
giới hạn này thấp hơn -150 mV thì h́ nh thành CH 4 nhiều hơn và trên +180 mV thì
N 2 O được h́ ình thành nhiều hơn [27].
* Ảnh hưởng của các kỹ thuật canh tác đến mức độ phát thải KNK:
- Ảnh hưởng của phương thức gieo cấy và luân canh cây trồng đến mức độ phát thải
KNK: hình thức gieo cấy (lúa cấy và lúa gieo thẳng) hay hình thức luân canh giữa lúa
nước với các cây trồng cạn có ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ hấp thụ ánh sáng, khả
năng hoạt động của hệ vi sinh vật đất, do đó ảnh hưởng đến mức độ phát thải của các
KNK. Bên cạnh đó, các phương thức gieo cấy và chế độ luân canh cây trồng cũng có
ảnh hưởng tới kỹ thuật canh tác đặc biệt là kỹ thuật tưới nước, bón phân, phịng trừ cỏ
dại v.v... do đó gián tiếp ảnh hưởng tới mức độ phát thải KNK.
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của biện pháp làm đất và gieo hạt đến phát thải KNK từ
canh tác lúa ở Okayama, Nhật Bản từ 1998 đến 2002, Ishibashi E. và cộng sự (2009)
đă kết luận ruộng lúa không làm đất kết hợp với gieo thẳng dẫn đến phát thải CH 4
thấp hơn nhiều ở ruộng lúa làm đất kết hợp với hình thức cấy lúa [27]. Đồng thời
Ishibashi E. và cộng sự (2009) cũng chỉ ra biện pháp canh tác khơng làm đất kết hợp
gieo thẳng đó hạn chế đáng kể mức độ phát thải N 2 O so với hình thức làm đất kết hợp
với cấy lúa. Theo ơng, sự phát thải N 2 O không thấy xuất hiện trong suốt thời kỳ ruộng
ngập nước nhưng xuất hiện khi ruộng được tháo cạn hoặc giai đoạn bỏ hóa ở cả hai
loại hình canh tác gieo thẳng và lúa cấy. Ḍạng N 2 O ở lúa gieo thẳng cao hơn ở lúa cấy.
Trên ruộng lúa gieo thẳng, một số đỉnh của ḍạng N 2 O xuất hiện từ giai đoạn bón lót
phân đạm đến giai đoạn cho nước vào ruộng, sự tăng lên này như là sản phẩm của quá
trình nitrat và/hoặc phản nitrat lượng đạm bón vào. Một số đỉnh cao hơn của ḍạng N 2 O
xuất hiện giai đoạn bỏ hóa khi mà mơi trường đất thay đổi nhanh chóng từ háo khí

thành yếm khí bởi những trận mưa lớn. Điều này chứng tỏ rằng NO 3 - được tạo ra bởi
q trình khống hóa các chất hữu cơ trong tầng đất mặt đã tồn tại với nồng độ cao
trong dung dịch đất trong điều kiện khô. Sau trận mưa lớn, NO 3 - trong tầng canh tác bị
khử bởi quá trình phản nitrat và đã tạo ra N 2 O phát thải vào khí quyển [26].
Ở Trung Quốc, Zhang A. và cộng sự cũng đó theo dơi sự trao đổi 3 KNK chủ yếu là CH4 ,
N2 O và CO2 trong 3 hệ sinh thái lúa có tưới: lúa – vịt (RD), lúa – cá (RF) và lúa nước
truyền thống (CK), và đã chỉ ra rằng trong suốt giai đoạn trồng lúa CH4 phát thải khoảng
15


19,1 - 26,6 g m-2 , N2 O phát thải khoảng 0,229 - 0,237 g m-2. Lượng C cố định trên mặt đất
bởi cây lúa khoảng 2433 - 2766 g m-2 và C tích lũy trong đất trong khoảng 562 - 675 g m[34]. Sự trao đổi KNK trong nghiên cứu được tính trên cơ sở CO2 được cố định và CH4
và N2 O thải vào khơng khí. Kết quả là hệ sinh thái lúa – vịt có nguy cơ gây ấm lên trái đất
2

thấp nhất (bằng 62% của hệ sinh thái lúa nước truyền thống).
Một nghiên cứu tương tự của , Zhang A. và cộng sự (2010) từ hệ sinh thái lúa – vịt (RD)
ở Trung Quốc cũng chỉ ra rằng đỉnh của N2 O phát thải xuất hiện vào 2 tuần sau khi bón
phân đạm và sau khi làm khô ruộng. So sánh với canh tác lúa nước truyền thống, RD làm
tăng phát thải N2 O nhưng làm giảm tổng KNK phát thải vào khí quyển, làm giảm GWP
tính từ CH4 và N2 O. Các tác giả cho rằng canh tác lúa – vịt ở Trung Quốc sẽ là một sự lựa
chọn cho việc giảm nhẹ ảnh hưởng của canh tác lúa đến sự ấm lên của trái đất [34].
Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, các phương thức canh tác khác nhau không chỉ liên
quan đến chế độ nước tưới, làm đất mà cũn liên quan đến chế độ bón phân khác nhau,
do đó gián tiếp ảnh hưởng đến mức độ phát thải KNK. Ishibashi E. và cộng sự tiến
hành nghiên cứu ở Okayama, Nhật Bản từ 1998 đến 2002 đã chỉ ra phương thức gieo
thẳng kết hợp với khơng làm đất, bón phân đạm gây ra phát thải N 2 O là 2,5% trong
khi ở mức độ phát thải ở phương thức lúa cấy có làm đất là 0,48%. Sau 8 năm liền áp
dụng phương thức canh tác không làm đất kết hợp gieo thẳng sau đó chuyển sang làm
đất kết hợp vùi các vật chất hữu cơ tầng mặt vào tầng canh tác cũng không thấy có sự

tăng CH 4 và N 2 O phát thải trong 2 năm đầu. Các tác giả đã kết luận rằng áp dụng biện
pháp canh tác không làm đất cùng với gieo thẳng liên tiếp mội thời gian sau đó chuyển
sang canh tác làm đất và cấy hoặc gieo thẳng trong vài năm như là một giải pháp cho
việc giảm thiểu phát thải KNK từ canh tác lúa [26].
- Ảnh hưởng của giống lúa: khả năng sinh trưởng phát triển hay đặc tính của giống lúa có
thể ảnh hưởng đến mức độ phát thải CH4 . Kết quả nghiên cứu của Ma, J và cộng sự cho
thấy việc loại bỏ các hoa lúa để giảm sức chứa các bon của cây đã làm gia tăng mức độ
phát thải CH4 . Sự tăng lên này có thể do các bon được cố định trên mặt đất bởi quang
hợp đi vào trong đất qua rễ nhiều hơn. mức độ phát thải CH4 trong mùa mưa ẩm cao hơn
trong mùa khô mà nguyên nhân có thể do điều kiện ngoại cảnh mùa mưa ẩm đã khơng
thích hợp cho hình thành hoa lúa, do đó dẫn đến các bon tích lũy tại vùng rễ nhiều hơn và
phát thải CH4 từ đất tăng. Kết quả nghiên cứu gợi ý rằng việc tối ưu hóa năng suất hạt
cũng có thể là một cách giảm thiểu CH4 phát thải. Như vậy việc sử dụng giống lúa với tỷ
lệ sinh khối rễ /thân hay hệ số thu hoạch cao cũng có thể giảm bớt phát thải CH4 [30].

16


- Ảnh hưởng của giai đoạn sinh trưởng: mức độ phát thải N 2 O từ đất canh tác xảy ra
nhiều nhất vào các thời kỳ sau khi bón phân [22], sau khi mưa tuyết tan, sau thu hoạch
cây trồng [30] và sau khi vùi phân chuồng [22]. Tương tự với N 2 O, các kết quả nghiên
cứu về CH 4 cũng cho thấy mức độ phát thải CH 4 thường tăng lên dần sau khi cấy, đạt
giá trị cao nhất xung quan thời kỳ đẻ nhánh rộ và nở hoa và giảm dần đến khi chín
[22] [9]. Tăng CO 2 khơng khí trong ruộng lúa (sử dụng hệ thống FACE) đã làm tăng
phát thải CH 4 đáng kể (38-53%). Các tác giả cho rằng điều này liên quan đến sự tăng
lên các sản phẩm tiết ra từ rễ và số nhánh lúa khi nồng độ CO 2 khơng khí tăng lên.
- Ảnh hưởng của phương thức và kỹ thuật làm đất: nhiều cơng trình nghiên cứu đó chỉ ra
rằng kỹ thuật làm đất (bao gồm phương thức và kỹ thuật) có ảnh hưởng rõ rệt tới mức độ
phát thải KNK. Nghiên cứu tại Hachirogata, Nhật Bản, Ishibashi, Eiji và cộng sự (2007)
chỉ ra rằng hình thức canh tác lúa không làm đất (bỏ qua giai đoạn cày và bừa đất) đó tiết

kiệm nhiên liệu tiêu thụ bởi máy cày khoảng 42 kg CO2 ha-1, tương đương 6% phát thải
KNK. Đồng thời, mức độ phát thải CH4 trong cả vụ ở mơ hình khơng làm đất giảm 43%
so với mơ hình canh tác truyền thống (các kỹ thuật canh tác khác và năng suất lúa không
thay đổi). Phát thải N2 O của 2 mơ hình có sự sai khác nhưng khơng đáng kể. Qua nghiên
cứu cũng cho thấy, khơng có sự sai khác về mức độ hô hấp đất, hàm lượng các-bon đất
hay năng suất rơm rạ giữa 2 mô hình, điều này chỉ ra rằng ảnh hưởng của làm đất đến
dạng CO2 trong ruộng lúa là không đáng kể. Như vậy qua nghiên cứu các tác giả đã kết
luận là canh tác khơng làm đất có thể tiết kiệm được 1.783 kg CO2 ha-1 [26].
- Ảnh hưởng của phân bón và kỹ thuật bón phân: bón phân đạm và quản lý phế phụ phẩm
có thể ảnh hưởng đến phát thải KNK từ ruộng lúa. Ba mức bón đạm (0;200 và 270 kg
N/ha) và hai mức bón rơm rạ lúa mùa (0 và 3.750 kg/ha) được Ma J. và cộng sự sử dụng
trong nghiên cứu ảnh hưởng của việc bón phân đạm và rơm rạ lúa mùa đến phát thải CH4
và N2 O ở Trung Quốc từ 2003 đến 2005. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng bón phân đạm ở mức
200 kg/ha đã làm giảm phát thải CH 4 so với đối chứng khơng bón, nhưng mức độ ảnh
hưởng đó giảm đi khi lượng phân đạm tăng lên 270 kg/ha và sự giảm đi này trở nên rõ nét
hơn khi phân đạm được bón cùng với vùi rơm rạ. Các tác giả đã kết luận rằng tiềm năng
nóng lên tồn cầu (GWP) gây ra bởi CH4 và N 2 O phát thải từ ruộng lúa bị ảnh hưởng bởi
lượng phân đạm bón, nó tăng lên đáng kể bởi việc vùi rơm rạ. Trong nghiên cứu này,
GWP thấp nhất khi chỉ bón phân đạm ở mức 200 kg/ha [342]. Hiện nay, Viện Môi trường
nông nghiệp cũng đang hợp tác với với một số nhà khoa học Nhật Bản trong nghiên cứu
thử nghiệm một số loại phân bón hóa học vừa làm tăng năng suất lúa vừa có thể làm giảm
phát KNK trong quá tŕnh canh tác ở Việt Nam.

17