Nghiên cứu mô phỏng sự phát thải khí nhà kính CH4 n2o trong môi trường đất lúa lưu vực sông vu gia thu bồn tỉnh quảng nam

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

NGÔ ĐỨC MINH

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỰ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ
KÍNH (CH4, N2O) TRONG MƠI TRƯỜNG ĐẤT LÚA
LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN, TỈNH QUẢNG NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội - 2018


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

NGÔ ĐỨC MINH

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỰ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ
KÍNH (CH4, N2O) TRONG MƠI TRƯỜNG ĐẤT LÚA
LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN, TỈNH QUẢNG NAM

Chuyên ngành: Môi trường đất và nước
Mã số: 62 44 03 03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải
PGS.TS Mai Văn Trịnh

Hà Nội - 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận án là trung thực từ đề tài nghiên cứu của tôi. Một số kết quả đã
được tôi công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý của các
đồng tác giả, phù hợp với các quy định hiện hành. Các số liệu, thông tin tham khảo,
chứng minh và so sánh từ các nguồn khác đã được trích dẫn và ghi rõ nguồn theo
đúng quy định. Việc sử dụng các nguồn thông tin, số liệu trích dẫn này chỉ phục vụ
cho mục đích nghiên cứu và học thuật.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về lời cam đoan và các kết quả nghiên
cứu trong luận án này.
Hà Nội, ngày … tháng 12 năm 2018
Nghiên cứu sinh

Ngô Đức Minh

iii


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận án này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi luôn nhận được
sự giúp đỡ về nhiều mặt của các cấp lãnh đạo, các tập thể và cá nhân.
Trước hết, tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc và chân thành nhất tới PGS.TS. Nguyễn
Mạnh Khải (Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội), PGS.TS. Mai Văn Trịnh (Viện Môi
trường Nông nghiệp), TS. Reiner Wassmann (Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế - IRRI),
các Thầy hướng dẫn khoa học đã hết lòng định hướng, chỉ dẫn tơi trong suốt q trình
xây dựng đề cương, triển khai nghiên cứu và hồn thành luận án này.

Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám đốc Đại học Quốc Gia Hà Nội, Ban
giám hiệu Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, Phịng Đào tạo Sau đại học, các
thầy/cơ giáo Khoa Môi trường, Bộ Môn Công nghệ Môi trường đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong q trình học tập và hồn thành luận án tại Trường.
Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp tại IRRI, GS.TS Trần Đăng Hòa
và các cán bộ/sinh viên khoa Nông học - Đại học Nông lâm Huế, lãnh đạo và nông
dân các địa phương của tỉnh Quảng Nam đã nhiệt tình cộng tác, hỗ trợ tơi trong q
trình thực hiện nghiên cứu đồng ruộng và trong phịng thí nghiệm.
Tơi cũng xin bày tỏ lời cảm ơn đến lãnh đạo và đồng nghiệp tại Viện Thổ
nhưỡng Nơng hóa, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, các nhà khoa học và bạn
bè đồng nghiệp tại các cơ quan đã tạo điều kiện cho tơi về thời gian và đóng góp
nhiều ý kiến thiết thực cho đề tài nghiên cứu và hoàn thiện luận án.
Cuối cùng, con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Bố Mẹ, những người đã
sinh thành, nuôi dưỡng con nên người; người thân hai bên gia đình và đặc biệt là vợ
và 2 con gái yêu q đã ln ở bên động viên và khích lệ về mọi mặt để tơi nỗ lực
hồn thành luận án này.
Nghiên cứu này được thực hiện trong khuôn khổ hợp phần WT4 (do IRRI
chủ trì), thuộc dự án “Quan hệ tương tác giữa biến đổi khí hậu và sử dụng đất ở
miền Trung, Việt Nam - LUCCi” được tài trợ bởi Bộ Giáo dục và Nghiên cứu Cộng
hoà Liên bang Đức . Tôi xin trân trọng cảm ơn./.
Hà Nội, ngày… tháng 12 năm 2018
Nghiên cứu sinh


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN....................................................................................................... i
MỤC LỤC............................................................................................................... iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................ vi
DANH MỤC BẢNG.............................................................................................. viii
DANH MỤC HÌNH.................................................................................................. x

MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của nghiên cứu............................................................................ 1
2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu...................................................................... 3
2.1. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................... 3
2.2. Nội dung nghiên cứu.................................................................................. 4
3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn............................................................... 5
3.1. Ý nghĩa khoa học........................................................................................ 5
3.2. Ý nghĩa thực tiễn........................................................................................ 5
4. Đóng góp mới của luận án:................................................................................ 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU............................................................ 7
1.1. Khí nhà kính và hiệu ứng ấm lên tồn cầu...................................................... 7
1.2. Phát thải khí nhà kính trong nơng nghiệp trên thế giới và ở Việt Nam.........10
1.2.1. Phát thải khí nhà kính trong nơng nghiệp trên thế giới..........................10
1.2.2. Phát thải khí nhà kính trong nơng nghiệp tại Việt Nam.........................13
1.3. Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa trên thế giới và ở Việt Nam...............16
1.3.1. Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa trên thế giới................................16
1.3.2. Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa tại Việt Nam...............................19
1.4. Cơ chế hình thành và phát thải khí CH4 và N2O trong mơi trường đất lúa
ngập nước..................................................................................................... 25
1.4.1. Cơ chế hình thành và giải phóng khí CH4.............................................. 25
1.4.2. Cơ chế hình thành và giải phóng khí N2O.............................................. 28
1.5. Một số yếu tố ảnh hưởng đến phát thải CH4 và N2O từ đất lúa.....................31
1.5.1. Biện pháp canh tác................................................................................. 32
1.5.5. Tính chất đất.......................................................................................... 35


1.6. Ứng dụng mơ hình hóa trong tính tốn phát thải KNK từ canh tác lúa.........43
1.6.1. Ứng dụng mơ hình hóa trong tính tốn phát thải KNK từ canh tác lúa
trên thế giới............................................................................................ 43
1.6.2. Ứng dụng mơ hình DNDC trong ước lượng phát thải KNK từ canh tác

lúa tại Việt Nam..................................................................................... 45
1.7. Nhận xét chung rút ra từ tổng quan nghiên cứu............................................ 48
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....50
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................. 50
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................ 50
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu............................................................................... 50
2.2. Phương pháp nghiên cứu:............................................................................. 50
2.2.1. Phương pháp thu thập thông tin và điều tra nông hộ..............................50
2.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng...........................................52
2.3.3. Phương pháp mơ hình hố..................................................................... 59
2.3.4. Hệ thống thông tin địa lý và kĩ thuật bản đồ.......................................... 64
2.3.5. Phương pháp kiểm sốt/hạn chế độ khơng chắc chắn của mơ hình........67
2.3.6. Phương pháp xử lý thống kê.................................................................. 68
2.4. Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu............................................................. 68
2.4.1. Địa hình, địa mạo................................................................................... 68
2.4.2. Khí hậu và thủy văn............................................................................... 69
2.4.3. Tài nguyên đất....................................................................................... 71
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.................................73
3.1. Đặc điểm canh tác lúa vùng nghiên cứu....................................................... 73
3.1.1. Hiện trạng sản xuất lúa vùng nghiên cứu............................................... 73
3.1.2. Đặc điểm mơi trường đất lúa điểm thí nghiệm....................................... 79
3.2. Kiểm định khả năng áp dụng mơ hình DNDC để tính tốn phát thải KNK của
mơ hình DNDC............................................................................................. 86
3.2.1. Phát thải khí CH4................................................................................... 86
3.2.2. Phát thải khí N2O................................................................................. 100
3.2.3. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đối với kết quả đầu ra của mơ
hình...................................................................................................... 114


3.3. Ứng dụng mơ hình DNDC tính tốn phát thải CH4 và N2O quy mơ vùng

..121 3.3.1. Tính tốn phát thải CH4 và N2O quy mô vùng.........................121
3.3.2. Bản đồ phát thải CH4 và N2O quy mô vùng......................................... 129
3.3.3. Bản đồ tổng lượng phát thải CH4, N2O và GWP quy mô vùng............136
3.4. Đề xuất hệ số phát thải trong tính tốn kiểm kê KNK và lộ trình áp dụng chế
độ tưới tiết kiệm nước cho vùng nghiên cứu............................................... 144
3.4.1. Đề xuất hệ số phát thải CH4 sử dụng trong tính tốn kiểm kê KNK theo
phương pháp bậc 2 (Tier 2) cho vùng nghiên cứu.........................................144
3.4.2. Đề xuất lộ trình áp dụng chế độ tưới tiết kiệm cho vùng nghiên cứu...146
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................... 148
1. Kết luận......................................................................................................... 148
2. Kiến nghị....................................................................................................... 149
DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ
LIÊN
QUAN ĐẾN LUẬN ÁN....................................................................................... 151


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
3G-3T
1P-5G
1RN
2RN
3RN
AP
AWD
BAU
CO2tđ
DAP
DNDC
DOC
ĐX

EF
EFi
Eh
FAO

:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:

GIS
GWP
HT
IFA
IPCC

:
:
:
:
:

IRRI
KNK
LCC
NSS
RN
RMSE
SFw
SFi

:
:
:
:
:
:
:
:

:
:
:

3 giảm-3 tăng
1 phải-5 giảm
Rút nước 1 lần giữa vụ
Rút nước 2 lần giữa vụ
Rút nước 3 lần giữa vụ
Active Promotion (Kịch bản hành động giảm thiểu chủ động)
Alternate Wetting - Drying (Tưới ướt khô xen kẽ, tưới nông lộ phơi)

Business as Usual (Kịch bản hành động thông thường)
CO2 equivalent (CO2 tương đương - CO2 tđ)
DiAmmonium Phosphate (phân bón Đi-Amơn Phốt phát)
DeNitrification-DeComposition (Mơ hình sinh địa hóa)
Dissolve Organic Carbon (Các-bon hữu cơ hịa tan)
Đơng Xn
Efficiency Factor (Hệ số hiệu quả - trong phân tích thống kê)
Emission Factor (Hệ số phát thải khí)
Điện thế ơxy hóa khử
Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ chức
Nông lương Liên Hiệp Quốc)
Geographic Information System (Hệ thống thông tin địa lý).
Global Warming Potential (Tiềm năng gây ấm toàn cầu)
Hè Thu
International Fertilizer Asociation (Hiệp hội phân bón quốc tế)
The Intergovernmental Panel on Climate Change (Ủy ban liên chính
phủ về biến đổi khí hậu)
International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu lúa quốc tế)
Khí nhà kính
Leaf Color Chart (Thang so màu lá lúa)
Ngày sau sạ
Rút nước
Root mean square error (Sai số bình phương trung bình căn nguyên)
Scaling Factor (Hệ số tỷ lệ đối với các chế độ tưới)
Hê ̣số hiệu quả (Efficiency Factor/Index)


SRI
SOC/OC
Tier 1

Tier 2
Tier 3
TN
TTK
TPCG
UNFCCC

:
:
:
:
:
:
:
:
:

US EPA

:

VSV
VG-TB
WMO

:
:
:

System of Rice Intensification (Hệ thống canh tác lúa cải tiến)

Soil Organic Carbon (Các-bon hữu cơ trong đất)
Phương pháp tính tốn kiểm kê khí nhà kính bậc 1 (của IPCC)
Phương pháp tính tốn kiểm kê khí nhà kính bậc 2 (của IPCC)
Phương pháp tính tốn kiểm kê khí nhà kính bậc 3 (của IPCC)
Tưới ngập liên tục
Tưới tiết kiệm
Thành phần cơ giới
United Nations Framework Convention on Climate Change (Công
ước khung của Liên Hiệp Quốc về biến đổi khí hậu)
United States Environmental Protection Agency (Cục Bảo vệ Môi
trường Hoa Kỳ)
Vi sinh vật
Vu Gia-Thu Bồn
World Meteorological Organization
(Tổ chức khí tượng thế giới)


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Một số đặc trưng của các KNK chính....................................................... 8
Bảng 1.2: Giá trị tiềm năng gây ấm lên tồn cầu (GWP) của các KNK chính...........9
Bảng 1.3: Dự tính phát thải KNK trong lĩnh vực nơng nghiệp (1000 tấn CO2tđ)....15
Bảng 1.4: Phát thải KNK năm 2013 trong lĩnh vực nơng nghiệp............................15
Bảng 1.5: Diện tích canh tác lúa của Việt Nam năm 2013 (1000 ha).......................19
Bảng 1.6: Diện tích lúa ngập nước thường xuyên và ngập gián đoạn năm 2013.....20
\Bảng 1.7: Phát thải KNK từ canh tác lúa tại Việt Nam năm 2013.........................21
Bảng 1.8: Các phản ứng khử trong các khoảng giá trị Eh........................................ 26
Bảng 1.9: Động thái các chất trong đất theo mức giảm điện thế..............................37
Bảng 2.1: Một số thơng tin chung về 2 điểm thí nghiệm đồng ruộng......................53
Bảng 2.2: Phương pháp lấy mẫu và phân tích đất trước thí nghiệm........................56
Bảng 2.3: Các tính chất đất sử dụng để tính tốn phát thải tối đa và tối thiểu.........67

Bảng 3.1: Chuyển đổi lịch canh tác lúa ở Quảng Nam............................................ 76
Bảng 3.2: Lượng phân vơ cơ bón cho lúa ở Quảng Nam (kg/ha)............................76
Bảng 3.3: Mức bón phân cho lúa theo khuyến cáo (kg/ha)...................................... 77
Bảng 3.4: Các phương thức sử dụng rơm rạ ở Quảng Nam.....................................78
Bảng 3.5: Lý do nông dân chọn giống lúa............................................................... 79
Bảng 3.6: Một số tính chất đất lúa (tầng 0-20 cm) tại điểm thí nghiệm...................80
Bảng 3.7: Tương quan giữa cường độ phát thải CH4 với Eh và pH đất...................93
Bảng 3.8: Phân tích thống kê tương quan giữa số liệu phát thải CH4 tính tốn bằng
mơ hình với đo đạc từ thí nghiệm đồng ruộng......................................................... 94
Bảng 3.9: Tổng phát thải CH4 tích lũy theo vụ tại các điểm thí nghiệm..................97
Bảng 3.10: Tổng phát thải CH4 theo vụ được đo đạc từ thí nghiệm đồng ruộng và
ước lượng/tính tốn bằng mơ hình (kg CH4/ha/vụ).................................................. 99
Bảng 3.11: Tương quan giữa cường độ phát thải N2O với Eh và pH đất...............107
Bảng 3.12: Phân tích thống kê tương quan giữa số liệu phát thải N2O tính tốn bằng
mơ hình với đo đạc từ thí nghiệm đồng ruộng....................................................... 108
Bảng 3.13: Tổng phát thải N2O tích lũy theo vụ tại các điểm thí nghiệm..............111
Bảng 3.14: Tổng phát thải N2O theo vụ được đo đạc từ thí nghiệm đồng ruộng và
ước lượng/tính tốn bằng mơ hình (kg N2O/ha/vụ)................................................ 113
Bảng 3.15: Các kịch bản đánh giá mức độ nhạy cảm của các yếu tố đầu vào mô hình
áp dụng cho hệ canh tác lúa có tưới....................................................................... 114


Bảng 3.16: Tính chất vật lý đất (của các nhóm đất trồng lúa) đầu vào mơ hình....122
Bảng 3.17: Tính chất hóa học đất (của các nhóm đất trồng lúa) đầu vào mơ hình.122
Bảng 3.18. Các thơng số đầu vào mơ hình về sinh khối cây trồng........................ 123
Bảng 3.19: Mức phát thải CH4 từ canh tác lúa ở các chế độ tưới khác nhau..........124
Bảng 3.20: Mức phát thải N2O từ canh tác lúa ở các chế độ tưới khác nhau.........125
Bảng 3.21: Mức phát thải CH4 của các nhóm đất lúa khác nhau...........................127
Bảng 3.22: Mức phát thải N2O của các nhóm đất lúa khác nhau...........................128
Bảng 3.23: Tổng lượng phát thải khí CH4 từ canh tác lúa...................................... 136

Bảng 3.24: Tổng lượng phát thải khí N2O từ canh tác lúa.....................................139
Bảng 3.25: Tổng GWP từ canh tác lúa.................................................................. 142
Bảng 3.26: Hệ số phát thải CH4 từ canh tác lúa ngập nước liên tục (khơng bón phân
hữu cơ) vùng nghiên cứu....................................................................................... 145
Bảng 3.27: Hệ số tỷ lệ cho các chế độ tưới tiêu (SFw) áp dụng trong canh tác lúa
ngập nước vùng nghiên cứu................................................................................... 145
Bảng 3.28: Giá trị GWP do canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 1RN cho vùng nghiên
cứu theo lộ trình thời gian..................................................................................... 146


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Tỷ lệ % tăng/giảm phát thải CH4 và N2O từ hoạt động nông nghiệp (năm
2020 so với 1990).................................................................................................... 11
Hình 1.2: Mức thải N2O từ hoạt động sản xuất nơng nghiệp (1000-2000)...............13
Hình 1.3: Xu thế phát thải/hấp thụ KNK trong các kỳ kiểm kê............................... 14
Hình 1.4: Cơ cấu phát thải khí nhà kính trong nơng nghiệp năm 2013...................21
Hình 1.5: Cơ chế hình thành và phát tán CH4 trong đất lúa nước...........................27
Hình 1.6: Các q trình chuyến hóa nitơ trong đất.................................................. 29
Hình 1.7: Vịng tuần hồn nitơ trong đất lúa nước................................................... 30
Hình 2.1: Vị trí và địa hình điểm thí nghiệm........................................................... 52
Hình 2.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm đồng ruộng tại điểm thí nghiệm 1......................54
Hình 2.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm đồng ruộng tại điểm thí nghiệm 2......................54
Hình 2.4: Lịch điều tiết nước và bón phân trong thí nghiệm vụ Đơng Xn...........55
Hình 2.5: Lịch điều tiết nước và bón phân trong thí nghiệm vụ Hè Thu................. 55
Hình 2.6: Cấu trúc của mơ hình DNDC................................................................... 61
Hình 2.7: Trình tự ứng dụng mơ hình DNDC để tính tốn phát thải KNK..............64
Hình 2.8: Vị trí khu vực nghiên cứu........................................................................ 69
Hình 2.9: Phân bố lượng mưa các tháng trong năm................................................. 70
Hình 3.1: Phân bố đất lúa lưu vực sơng Vu Gia-Thu Bồn.......................................73
Hình 3.2: Biến động diện tích lúa gieo trồng hàng năm (2000-2015)......................74

Hình 3.3: Động thái Eh đất thí nghiệm vụ Đơng Xn............................................ 82
Hình 3.4: Động thái Eh đất thí nghiệm vụ Hè Thu.................................................. 82
Hình 3.5: Động thái pH đất thí nghiệm vụ Đơng Xn........................................... 83
Hình 3.6: Động thái pH đất thí nghiệm vụ Hè Thu.................................................. 83
Hình 3.7: Động thái nhiệt độ đất thí nghiệm điểm nghiên cứu 1.............................85
Hình 3.8: Động thái nhiệt độ đất thí nghiệm điểm nghiên cứu 2.............................85
Hình 3.9 (a, b, c, d): Động thái phát thải CH4 trong vụ Đơng Xn........................90
Hình 3.10 (a, b, c, d): Động thái phát thải CH4 vụ Hè Thu...................................... 91
Hình 3.11 (a, b, c, d, e, f, g, h): Tương quan giữa giá trị phát thải CH 4 ước
lượng/tính tốn bằng mơ hình và đo đạc tại điểm nghiên cứu 1..............................95
Hình 3.12 (a, b, c, d, e, f, g, h): Tương quan giữa giá trị phát thải CH4 ước
lượng/tính tốn bằng mơ hình và đo đạc tại điểm nghiên cứu 2..............................96
Hình 3.13 (a, b, c, d): Động thái phát thải N2O vụ Đông Xuân.............................105


Hình 3.14 (a, b, c, d): Động thái phát thải N2O vụ Hè Thu.................................... 106
Hình 3.15 (a, b, c, d, e, f, g, h): Tương quan giữa giá trị phát thải N2O ước
lượng/tính tốn bằng mơ hình và đo đạc tại điểm nghiên cứu 1............................109
Hình 3.16 (a, b, c, d, e, f, g, h). Tương quan giữa giá trị phát thải N2O ước
lượng/tính tốn bằng mơ hình và đo đạc tại điểm nghiên cứu 2............................110
Hình 3.17: Ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến phát thải CH4.........................116
Hình 3.18: Ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến phát thải N2O.........................119
Hình 3.19: Bản đồ phát thải CH4 từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới TN.............131
Hình 3.20: Bản đồ phát thải CH4 từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 1RN..........131
Hình 3.21: Bản đồ phát thải CH4 từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 2RN..........132
Hình 3.22: Bản đồ phát thải CH4 từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 3RN..........132
Hình 3.23: Bản đồ phát thải N2O từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới TN............134
Hình 3.24: Bản đồ phát thải N2O từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 1RN..........134
Hình 3.25: Bản đồ phát thải N2O từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 2RN..........135
Hình 3.26: Bản đồ phát thải N2O từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 3RN..........135

Hình 3.27: Bản đồ tổng phát thải CH4 (theo huyện) từ canh tác lúa áp dụng chế độ
tưới TN.................................................................................................................. 137
Hình 3.28: Bản đồ tổng phát thải CH4 (theo huyện) từ canh tác lúa áp dụng chế độ
tưới 1RN................................................................................................................ 137
Hình 3.29: Bản đồ tổng phát thải N2O (theo huyện) từ canh tác lúa áp dụng dưới chế
độ tưới TN............................................................................................................. 140
Hình 3.30: Bản đồ tổng phát thải N2O (theo huyện) từ canh tác lúa áp dụng chế độ
tưới 1RN................................................................................................................ 140
Hình 3.31: Bản đồ tổng GWP (theo huyện) từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới TN
.................................................................................................................................143
Hình 3.32: Bản đồ tổng GWP (theo huyện) từ canh tác lúa áp dụng chế độ tưới 1RN
.................................................................................................................................143
Hình 3.33 (a1, a2, a3, b1, b2, b3): Biểu đồ lộ trình đề xuất áp dụng chế độ tưới tiết
kiệm 1RN cho vùng nghiên cứu............................................................................ 147


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của nghiên cứu
Việt Nam hiện là một trong những nước sản xuất và xuất khẩu gạo hàng đầu
thế giới [IRRI, 2015] với diện tích canh tác lúa hàng năm đạt trên 7,7 triệu ha [Bộ
Nông nghiệp và PTNT, 2017]. Lúa là cây lương thực chính của Việt Nam, hàng năm
tạo ra khoảng 44 triệu tấn lúa, tương đương khoảng 70% tổng sản lượng lương thực
[Tổng cục Thống kê, 2017; Bộ Nông nghiệp và PTNT, 2017]. Tuy nhiên, canh tác
lúa được xem là nguồn phát thải khí nhà kính (KNK) lớn nhất trong ngành sản xuất
nơng nghiệp ở Việt Nam với lượng phát thải ước tính là 37,4 triệu tấn CO 2 tương
đương (CO2tđ), chiếm 58% tổng lượng KNK từ nông nghiệp và 26,1% tổng lượng
KNK quốc gia [Bộ TNMT, 2014]. Bên cạnh nhận thức vai trò quan trọng của sản
xuất lúa gạo đối với an ninh lương thực và nền kinh tế quốc dân, các vấn đề về môi
trường liên quan đến việc phát thải KNK từ canh tác lúa đã và đang được Chính
phủ Việt Nam quan tâm và hiện trở thành một phần quan trọng của Chương trình

Mục tiêu Quốc gia Ứng phó với Biến đổi khí hậu. Trên 85% diện tích đất lúa hàng
năm ở Việt Nam là đất lúa nướcáp dụng chế độ tưới ngập thường kì, là điều kiện
thuận lợi cho phát thải CH4 [IAE, 2011]. Việt Nam đã đặt mục tiêu giảm 20% lượng
khí thải mê tan (CH4) và nitơ ơxít (N2O) từ hoạt động canh tác lúa đến năm 2020
[Bộ Nông nghiệp & PTNT, 2013].
Hiện nay, phát thải KNK trong sản xuất nói chung và trong nơng nghiệp nói
riêng đã trở thành vấn đề tồn cầu. Lúa nước hiện là một trong những cây lương
thực chính của thế giới nhưng phát thải CH 4 và N2O từ canh tác lúa nước đang góp
phần đáng kể vào q trình ấm lên toàn cầu [Bronson và nnk, 1997]. Do vậy, việc
xác định mức độ phát thải trong mỗi điều kiện canh tác đặc thù, từ đó thay đổi chế
độ canh tác (tưới, bón phân, sử dụng rơm rạ) phù hợp nhằm duy trì năng suất lúa
đồng thời đảm bảo giảm thiểu mức thải phát thải KNK [Zhang và nnk, 2011] hiện
đang được quan tâm nghiên cứu. Nhiều trung tâm, tổ chức khoa học trên thế giới
đang tiến hành các nghiên cứu về vấn đề này trên quy mô và phương thức khác
nhau. Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI), Tổ chức Nơng Lương Liên Hiệp Quốc
(UN-FAO), Liên minh tồn cầu nghiên cứu giảm phát thải KNK trong nông nghiệp
(GRA) cũng đã thành lập một nhóm chuyên gia (Paddy Rice Research Group) tập
trung nghiên cứu về vấn đề này.

14


Khí CH4 là sản phẩm của q trình phân huỷ kị khí chất hữu cơ bởi vi khuẩn
sinh mê-tan. Thơng thường, mơi trường có ơxy đầy đủ, hầu hết các C trong chất hữu
cơ sẽ bị phân huỷ thành sản phẩm cuối cùng là CO 2. Tuy nhiên, trong trường hợp
khơng có hoặc thiếu ơxy, q trình phân hủy chất hữu cơ sẽ không được thực hiện
triệt để và C được giải phóng dưới dạng CH 4. Trong khi đó, Khí N2O phát thải từ
mơi trường đất lúa là sản phẩm trung gian và được hình thành từ quá trình nitrat hóa
(q trình ơxy hóa sinh học NH 4+ thành NO2- và NO3- trong điều kiện háo khí) và
q trình phản nitrat hóa (là q trình khử NO 3- hoặc NO2- thành khí N2 trong điều

kiện yếm khí) và đều được tiến hành bởi các nhóm vi khuẩn trong đất. Q trình
nitrat hóa và phản nitrat hóa xảy ra gần như song song nhau trong đất lúa. Tầng đất
có ơxy, nơi xảy ra q trình nitrat hóa, rất mỏng và NO 3- nhanh chóng bị phân tán
vào tầng đất yếm khí bên dưới, nơi mà sự khử nitrat xảy ra, biến đổi NO 3- thành N2
và N2O. trên thực tế lượng khí CH4 và N2O được tạo ra ở trong đất có thể lớn hơn
nhiều so với lượng phát thải thực tế vào khí quyển do có thể bị giữ lại trong đất và
tiếp tục chuyển thành các khí khác. Vì vậy, việc lượng hóa chính xác phát thải khí
CH4 và N2O từ canh tác lúa khá phức tạp do biến động về điều kiện và phương thức
canh tác (bón phân, chế độ tưới…), do sự khác nhau về đặc điểm sinh trưởng trong
các giai đoạn khác nhau của cây lúa.
Trong khi việc quan trắc, đo đạc phát thải KNK trên đồng ruộng rất tốn kém,
thì áp dụng mơ hình trong định lượng mức phát thài KNK là giải pháp khả thi đáp
ứng cả yêu cầu về kĩ thuật và kinh tế. Mơ hình DeNitrification-DeComposition
(DNDC), một dạng mơ hình sinh địa hóa, là cơng cụ đang được ứng dụng khá nhiều
trong tính tốn phát thải KNK từ các hệ sinh thái nông nghiệp. Hầu hết các kết quả
cho thấy, mô hình DNDC phù hợp cho nghiên cứu sự phát thải KNK từ các hệ sinh
thái nơng nghiệp trong đó có lúa nước, mặc dù còn tồn tại sự khác biệt trong một số
trường hợp nghiên cứu. Cho đến nay, việc áp dụng mơ hình DNDC để ước lượng
phát thải CH4, N2O từ các hệ sinh thái nông nghiệp đã dần được quan tâm tại Việt
Nam. William Salas (2013) đưa ra đề xuất ý tưởng tích hợp mơ hình DNDC trong
hệ thống giám sát KNK phát thải từ các vùng canh tác lúa của Việt Nam. Viện Môi
trường Nông nghiệp cũng áp dụng DNDC trong tính tốn, dự báo lượng phát thải
KNK trong một số hoạt động kiểm kê KNK gần đây… Tuy nhiên, do thiếu dữ
liệu/thông số thực tế để kiểm định và hiệu chỉnh mơ hình cho phù hợp với từng đối
tượng cây trồng và đặc điểm của vùng cụ thể ở Việt Nam, nên phần lớn các nghiên


cứu trên vẫn phải sử dụng các thông số mặc định hay dữ liệu tham khảo để chạy mơ
hình DNDC.
Hiện nay, Việt Nam đã có khá nhiều nghiên cứu về phát thải KNK (đặc biệt

là các nghiên cứu trên đồng ruộng) nhưng tập trung chủ yếu tại đồng bằng sông
Hồng và đồng bằng sông Cửu Long, hai vùng canh tác lúa chính chiếm trên 70%
tổng diện tích lúa của Việt Nam. Các kết quả đã chỉ ra mức độ phát thải và phân bố
không gian của các khu vực phát thải CH 4, N2O từ các vùng lúa của hai vựa lúa này.
Tuy nhiên, các nghiên cứu về phát thải CH 4, N2O tại các vùng trồng lúa nhỏ hơn
(như lưu vực sông VG-TB, một trong những lưu vực sông lớn nhất và vùng lúa
trọng điểm ở khu vực Nam Trung Bộ), với các đặc điểm rất khác về điều kiện khí
hậu, đất đai, tập quán canh tác… hầu chưa được tiến hành. Bên cạnh đó, mặc dù kỹ
thuật, quy trình đo và quan trắc KNK quy mơ điểm trong canh tác lúa gần đây đã
được cải thiện đáng kể, nhưng những dự báo phát thải KNK trong canh tác lúa quy
mơ vùng sinh thái hay tồn quốc vẫn cịn khá nhiều hạn chế do thiếu phương
pháp/cơng cụ tính tốn đủ tin cậy và toàn diện.
Xuất phát từ những vấn đề lý luận trên cùng với yêu cầu cấp bách về việc lựa
chọn, hồn thiện phương pháp tính tốn đủ tin cậy, nhanh chóng, ít chi phí để phục
vụ cho nghiên cứu động thái phát thải KNK trong đất lúa ở quy mơ điểm, tính tốn
mức phát thải và phân bố không gian phát thải KNK từ canh tác lúa ở quy mô vùng,
đồng thời đưa ra được lựa chọn biện pháp canh tác tối ưu để sản xuất lúa ổn định về
năng suất, bền vững về môi trường (giảm phát thải khí nhà kính), nghiên cứu sinh
tiến hành đề tài: “Nghiên cứu mơ phỏng sự phát thải khí nhà kính (CH 4, N2O)
trong mơi trường đất lúa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, tỉnh Quảng Nam”.
2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu này được thực hiện với các mục tiêu sau:
- Đánh giá hiện trạng, đặc điểm về canh tác lúa tại các vùng trồng lúa chính ở lưu vực
sơng VG-TB và xây dựng cơ sở dữ liệu đầu vào cho mơ hình DNDC.
- Xác định động thái phát thải CH4 và N2O từ môi trường đất lúa nước trong mối
quan hệ với biện pháp canh tác (chế độ tưới, sử dụng phân bón), yếu tố mùa vụ, giai
đoạn sinh trưởng của lúa và một số tính chất đất cơ bản (pH, Eh, nhiệt độ đất).

- Kiểm định khả năng ước lượng/tính tốn phát thải CH 4, N2O của mơ hình DNDC và
xác định mức tác động/nhạy cảm của một số biện pháp canh tác, tính chất đất, yếu
tố khí tượng đến kết quả ước lượng phát thải CH4, N2O bằng mơ hình.
- Xác định phát thải CH4 và N2O quy mô vùng bằng mô hình DNDC đã kiểm định và
lập bản đồ phát thải CH4, N2O, bản đồ tiềm năng gây ấm toàn cầu (GWP) vùng
nghiên cứu (tập trung vào sự thay đổi chế độ tưới).
- Đề xuất hệ số phát thải (Emission factor) của CH4 từ canh tác lúa, hệ số tỷ lệ
(Scaling factor) của các chế độ tưới và đề xuất lộ trình thời gian áp dụng chế độ tưới
rút nước 1 lần giữa vụ (1RN) cho toàn vùng nghiên cứu để vừa giảm phát thải
KNK, vừa duy trì được năng suất lúa.
2.2. Nội dung nghiên cứu
Căn cứ vào mục tiêu nghiên cứu của đề tài, nghiên cứu sinh tiến hành các
các nội dung nghiên cứu sau:
- Rà soát, điều tra và thu thập các tài liệu, số liệu, dữ liệu về phương thức canh tác tại
các vùng lúa chính của tỉnh Quảng Nam, số liệu khí tượng, đất đai… và xây dựng
cơ sở dữ liệu đầu vào (của mơ hình DNDC) để tính tốn phát thải CH 4, N2O từ canh
tác lúa cho tồn lưu vực sơng VG-TB.
- Xây dựng thí nghiệm đồng ruộng để đánh giá ảnh hưởng của biện pháp canh tác
(chế độ tưới, sử dụng phân bón), thời vụ, tính chất đất (pH, Eh, nhiệt độ đất), đến
động thái phát thải CH4, N2O từ môi trường đất lúa điển hình tại lưu vực sơng VGTB.
- Tiến hành kiểm định mơ hình DNDC thơng qua đánh giá tương quan thống kê giữa
số liệu phát thải CH 4, N2O quan trắc/đo đạc từ thí nghiệm đồng ruộng với số liệu
tính tốn/ước lượng bởi mơ hình. Đồng thời, thực hiện kiểm tra độ nhạy (sensitive
test) mơ hình đối với các nhóm yếu tố đầu vào chính (biện pháp canh tác, tính chất
đất, số liệu khí tượng). nhằm xác định những yếu tố có tác động/ảnh hưởng lớn
nhất đến kết quả phát thải CH4, N2O.
- Sử dụng mơ hình DNDC đã kiểm định để tính tốn/ước lượng phát thải CH 4, N2O
trên quy mô vùng và lập bản đồ phát thải CH 4, N2O và tiềm năng gây ấm toàn cầu
(GWP) (tập trung vào các kịch bản thay đổi chế độ tưới) cho tồn lưu vực sơng VGTB;

- Đề xuất hệ số phát thải CH 4, hệ số tỷ lệ của các chế độ tưới trong canh tác lúa ở lưu
vực sông VG-TB; đồng thời đề xuất lộ trình thời gian áp dụng chế độ tưới rút nước
1 lần giữa vụ, hướng tới canh tác lúa phát thải thấp ở vùng nghiên cứu.
3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
3.1. Ý nghĩa khoa học
- Nghiên cứu cung cấp dữ liệu phát thải quan trắc từ thí nghiệm đồng ruộng có độ tin
cậy cao phục vụ cho việc hiệu chỉnh, kiểm định độ chính xác của mơ hình DNDC
(Phần mềm kiểm kê KNK từ canh tác lúa). Từ đó, sử dụng mơ hình đã kiểm định để
tính tốn mức phát thải KNK và tiềm năng giảm phát thải của các biện pháp canh
tác cải tiến (trong đó có tưới nước tiết kiệm) cho những vùng có điều kiện tương tự
như lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn (VG-TB).
- Nghiên cứu cung cấp thêm các cơ sở khoa học và dữ liệu tham khảo cho các nghiên
cứu giảm phát thải KNK trong nông nghiệp ở Việt Nam.
- Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu và đề xuất biện pháp canh
tác phù hợp cho sản xuất lúa bền vững, phát thải các-bon thấp (vừa đảm bảo được
năng suất, vừa giảm phát thải KNK) tại lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Những kết quả thu được từ nghiên cứu này sẽ là dữ liệu cơ sở có giá trị trong cơng
tác kiểm kê KNK từ sản xuất nơng nghiệp nói chung và sản xuất lúa nói riêng của
tồn vùng và các khu vực có điều kiện tương tự ở Việt Nam.
- Các kết quả nghiên cứu cịn có thể được sử dụng trong lập kế hoạch quản lý, sử
dụng đất nông nghiệp với trọng tâm là các lồng ghép các chiến lược thích ứng và
giảm nhẹ biến đổi khí hậu (BĐKH) vào trong các dự án, chương trình phát triển sản
xuất nông nghiệp ở khu vực ven biển miền Trung Việt Nam.
4. Đóng góp mới của luận án:
- Nghiên cứu đầu tiên ở lưu vực sông VG-TB kết hợp 3 thành phần trong
một nghiên cứu điển hình: (i) dữ liệu thực địa về lượng phát thải KNK theo các
cách quản lý khác nhau (quản lý nước, sử dụng phân bón) ở địa điểm nghiên cứu;
(ii) dữ liệu về phương thức canh tác được thu thập từ nông dân địa phương và đặc trưng

về khí hậu, đất đai… (iii) các kết quả định lượng về phát thải KNK được tính


tốn bằng mơ hình DNDC đã được kiểm định và hiệu chỉnh phù hợp các điều kiện
thực tế (tập quán canh tác, đất đai, khí hậu…) của địa phương.
- Sử dụng dữ liệu không gian và kỹ thuật GIS để tích hợp kết quả tính tốn từ mơ
hình DNDC vào bản đồ để mô tả phân bố không gian mức độ phát thải CH 4, N2O và
tiềm năng gây ấm toàn cầu (GWP) dưới các chế độ tưới khác nhau, từ đó thấy rõ
tiềm năng giảm phát thải CH4, N2O của các biện pháp quản lý tưới trong canh tác
lúa nước tại vùng nghiên cứu.
- Đề xuất hệ số phát thải mê tan (EFi) và hệ số tỷ lệ đối với các chế độ tưới (SFw) (sử
dụng để tính tốn kiểm kê KNK theo Tier 2 của IPCC) và đề xuất lộ trình áp dụng
tưới tiết kiệm cho khu vực nghiên cứu, từ góp phần hồn thiện bộ cơ sở dữ liệu
quốc gia về phát thải KNK trong nông nghiệp.


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1. Khí nhà kính và hiệu ứng ấm lên tồn cầu
Biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu đang trở thành một vấn đề “thời sự” trong
khoa học và chính trị hiện nay. Có rất nhiều tranh luận về nguyên nhân gây ra
BĐKH là do hoạt động của con người hay vận động của tự nhiên. Tuy nhiên, qua
các quan trắc và nghiên cứu lâu dài trên phạm vi toàn cầu, các kết quả đã chứng
minh rằng: sự thay đổi khí hậu đương đại (ví dụ như tăng nhiệt độ) chủ yếu là do sự
phát thải các khí nhà kính (KNK) từ các hoạt động của con người, bao gồm: gồm
hơi nước (H2O), cácbon điơxít (CO2), mê-tan (CH4), ơxit-nitơ (N2O), ơzơn(O3), các
khí chlorofluorocacbon (CFC)… [IPCC, 2007]. Đây là những khí có khả năng hấp
thụ các bức xạ sóng dài (hồng ngoại) được phản xạ từ bề mặt trái đất khi được mặt
trời chiếu sáng. Các KNK trong khí quyển cho phép bức xạ sóng ngắn (< 0,7µm)
từ mặt trời đi qua, nhưng hấp thụ bức xạ song dài (≥ 0,7µm) đi từ bề mặt trái đất.
Nhiệt độ trung bình tồn cầu được xác định bởi sự cân bằng giữa năng lượng

từ mặt trời và năng lượng nhiệt từ mặt đất. Hiện tượng các tia bức xạ sóng ngắn của
mặt trời xun qua bầu khí quyển đến mặt đất, được phản xạ trở lại thành các bức
xạ nhiệt sóng dài, tiếp đó được các KNK trong bầu khí quyển hấp thụ và phân tán
nhiệt trở lại trái đất và làm nóng bầu khí quyển, được gọi là “hiệu ứng nhà kính tự
nhiên” [IPCC, 2007]. Hiệu ứng nhà kính là nguyên nhân chính làm tăng nhiệt độ bề
mặt trái đất và thay đổi hình thái khí hậu [IPCC, 2007]. Các nghiên cứu đã chứng
minh rằng sự gia tăng nồng độ CH 4 và N2O trong khí quyển do các hoạt động của
con người có liên quan đến sự thay đổi khí hậu tồn cầu. Mơi trường đất được coi là
một nguồn lưu giữ KNK trong hầu hết các hệ sinh thái trên cạn. Theo tính tốn của
IPCC năm 2007, mức đóng góp vào hiệu ứng nhà kính của CO 2 khoảng 36-70%
(trung bình 60%), CH4 khoảng 9-26% (trung bình 15%), N2O khoảng 3-7% (trung
bình 5%), O3 khoảng 4 - 9% (trung bình 6%)... [Barker và nnk, 2007; IPCC, 2007].
Khí CH4 và N2O liên quan đến sự suy giảm lớp ơzơn (O 3) ở tầng bình lưu của bầu
khí quyển [IPCC, 1996].
Tác động của hiệu ứng nhà kính đã làm tăng nhiệt độ tồn cầu trung bình
trong khoảng 0,3-0,6°C trong thế kỷ trước và dự đoán sẽ tăng từ 1,1°C đến 6,4°C
vào năm 2100 trong đó nhiệt độ ở vùng có vĩ độ trung và cao tăng lên càng nhiều
[IPCC, 2007]. Các nhà khoa học dự đoán rằng: nếu nồng độ CO2 tiếp tục tăng lên


thì sau 100 năm nữa hoặc trong thời gian ngắn hơn, mức độ hiệu ứng nhà kính
giống như kỷ Jura sẽ tái xuất hiện. Lúc đó băng ở hai cực của trái đất sẽ tan ra, đất
liền sẽ bị thu hẹp, nhiệt độ tăng cao và một lượng lớn sinh vật sẽ bị huỷ diệt. Vùng
Bắc cực nóng lên nhanh gấp 2 lần mức nóng trung bình trên tồn cầu. Diện tích của
Biển Bắc cực được bao phủ bởi băng trong mỗi mùa hè đang thu nhỏ lại. Tính từ
năm 1980, vùng Bắc Âu đã mất khoảng 20-30% lượng băng trên biển. Trong vòng
100 năm qua, mực nước biển trên phạm vi toàn cầu đã tăng từ 1-2 mm mỗi năm.
Nếu tính từ năm 1993, mực nước biển tăng khoảng 3,1 mm/năm. Mực nước biển
tăng, cư dân sống ở các đảo thấp và các thành phố ven biển đối mặt với tình trạng
ngập lụt [Church và White, 2011].

Nồng độ KNK tương đối ổn định trong khoảng một nghìn năm trước cuộc
cách mạng cơng nghiệp và sau đó đã tăng lên đáng kể: nồng độ CO 2 trong khí quyển
tăng gần 30%, nồng độ CH4 tăng hơn 200%, và nồng độ N2O đã tăng khoảng 15%
[IPCC, 2001]. Nồng độ CO2 trong khí quyển tăng từ giá trị tiền cơng nghiệp khoảng
280 ppm đến 379 ppm, CH 4 từ 0,715 ppm lên 1,775ppm và N2O từ 0,270 ppmlên
0.319 ppm trong năm 2005 [IPCC, 2007].
Bảng 1.1: Một số đặc trưng của các KNK chính
Khí nhà kính
CO2
CH4
N2O

Nồng độ thời tiền
cơng nghiệp (ppm)
280
0,715
0,270

Nồng độ năm
2005 (ppm)
379
1,775
0,319

Thời gian tồn tại
trong khí quyển
(năm)
5-200
12
114

[Nguồn: IPCC, 2007]

Các KNK khác nhau về khả năng hấp thụ nhiệt trong khí quyển. Tác động
của phát thải KNK lên khí quyển khơng chỉ liên quan đến tính chất bức xạ, mà cịn
liên quan đến thời gian chất khí tồn tại trong khí quyển, yếu tố chính trong việc xác
định hiệu ứng gây nóng bầu khí quyển. Ví dụ, khí CO 2 có thể tồn tại trong khí
quyển khoảng 120 năm và tiếp tục đóng góp vào q trình bức xạ nhiệt (với tác
động giảm dần) trong nhiều thập kỷ; một số khí CFCs có thời gian tồn tại rất dài và
có thể góp phần làm nóng trái đất trong nhiều thế kỷ [IPCC, 2001].


Tiềm năng gây ấm toàn cầu (Global Warming Potential – GWP) của một chất
KNK nào đó được định nghĩa là tỉ số đo khả năng bẫy nhiệt của một đơn vị khối
lượng của chất khí đó với một đơn vị khối lượng khí CO 2 trong cùng một thời gian
(năm) so sánh (ngắn có thể là 20 năm, thơng thường là 100 năm hoặc dài hơn đến
500 năm). Nói cách khác, GWP là một chỉ số được sử dụng để ước lượng các tác
động tiềm tàng trong tương lai của các loại KNK khác nhau đối với khí hậu tồn
cầu theo nghĩa tương đối (IPCC, 2001). Ví dụ: Tính trên một đơn vị khối lượng cơ
sở của chất khí và trong một khoảng thời gian 100 năm, GWP (hay khả năng giữ
nhiệt trong khí quyển) của CH4 cao gấp 25 lần so với CO2 và GWP của N2O cao gấp
298 lần so với CO2 [IPCC, 2007].
Bảng 1.2: Giá trị tiềm năng gây ấm lên toàn cầu (GWP) của các KNK chính
Khí nhà kính
CO2
CH4
N2O
CFC
HCFC

Giá trị tiềm năng gây ấm lên tồn cầu (CO2tđ)

20 năm
100 năm
500 năm
1
1
1
62
25
7
275
298
156
7900
8500
4200
4300
1700
520
[Nguồn: Báo cáo thường niên lần 4, IPCC, 2007]

Nếu như sự gia tăng nồng độ khí CO 2 trong khí quyển chủ yếu do sử dụng
nhiên liệu hố thạch và thay đổi sử dụng đất, thì CH 4 và N2O phát thải chủ yếu từ
hoạt động nơng nghiệp [IPCC, 2007].
Khí CH4 hình thành từ sự phân hủy yếm khí các chất hữu cơ, các xác bã thực
vật và động vật ở đất ngập nước và ruộng lúa, sự lên men đường ruột trong dạ dày
của các lồi đại gia súc móng guốc [Maunder, 1992]. Các hoạt động sinh nhiều khí
CH4 gồm canh tác lúa nước, chăn nuôi, chôn lấp rác thải và sự phân hủy tự nhiên
của tàn dư thực vật trong hệ sinh thái đầm lầy. Khí CH 4 cịn bị rị rỉ từ trong lịng địa
quyển ra khí quyển qua các hoạt động khai khống hoặc chế biến khống sản (than
đá, dầu khí…). Đất lúa ngập nước là một trong những nguồn phát thải CH 4 đáng kể

do mơi trường kị khí trong đất ngập nước là điều kiện lý tưởng cho quá trình sản
sinh và phát thải khí CH 4 (methanogenesis) [Corton và nnk, 2000]. Theo Cục Bảo
vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA, 2016), hoạt động của con người đóng


góp khoảng 50% lượng CH4 trong khí quyển, cịn lại là từ sự rò rỉ ở các lớp thổ
nhưỡng và đại dương. Tổng lượng khí CH 4 phát thải hàng năm trên tồn cầu ước
tính khoảng 30 – 60 tỉ tấn hằng năm, tương đương khoảng 750 – 1.250 tỉ tấn CO 2tđ
[Soyez và Grl, 2008], trong đó khoảng 60% liên quan đến hoạt động của con
người như nông nghiệp, sử dụng nhiên liệu hoá thạch và xử lý chất thải. Khí CH 4
được xem là khí gây hiệu ứng nhà kính quan trọng thứ hai. Từ năm 1750 đến năm
1998, nồng độ khí CH4 tăng khoảng 150%, lên mức 1745 ppb [IPCC, 2001]. Theo
quan sát của Dlugokencky và nnk (2003), từ năm 1985 đến năm 2000 nồng độ khí
CH4 trong khơng khí gia tăng liên tục nhưng trong khoảng vài năm sau đó, sự gia
tăng này dường như diễn ra chậm lại. Theo báo cáo của NOAA (2008), nồng độ
CH4 trong khí quyển đã đạt đến mức 1.800 ppm vào năm 2008.
Khí N2O sản sinh từ nguồn gốc tự nhiên và từ nhân tạo (hoạt động nông
nghiệp và công nghiệp). Nguồn thải N2O chủ yếu hiện nay từ sử dụng phân bón hóa
học trong nơng nghiệp, do đốt các nhiên liệu hóa thạch, phân giải các hợp chất hữu
cơ, sản xuất các chất nylon, đốt sinh khối, phá rừng [Li và nnk, 2000]… Theo kết
quả công bố bản Báo cáo Đánh giá thứ hai của IPCC [1996] về Tiềm năng gây nóng
tồn cầu (GWP), khí N2O có khả năng giữ nhiệt trong khí quyển gấp 298 lần so với
khí CO2 trong thời gian 100 năm. Khí N 2O có khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại
nhưng lại kém hoạt động (khí trơ) trong tầng bình lưu. Trong tầng đối lưu N 2O bị
phá huỷ bởi các nguyên tử ơxy (O) hình thành NO. Chất khí này sẽ phản ứng với O 3
dẫn đến làm phá huỷ tầng ôzôn (O3) trong khí quyển. Vì thời gian tồn tại của N 2O
trong khí quyển vào khoảng hơn 100 năm nên có ảnh hưởng lâu dài đối với nhiệt độ
trái đất. Khí N2O là loại khí tham gia khoảng 6-8% thành phần gây hiệu ứng nhà
kính. Nồng độ N2O trong khí quyển năm 2005 là 0,319 ppm, tăng gần 1,2 lần so với
thời kỳ tiền công nghiệp (Bảng 1.1). Hàng năm, tổng lượng N 2O được thải vào bầu

khí quyển khoảng 17,7 Gg N [Mosier và nnk, 1998].
1.2. Phát thải khí nhà kính trong nơng nghiệp trên thế giới và ở Việt Nam
1.2.1. Phát thải khí nhà kính trong nơng nghiệp trên thế giới
Nơng nghiệp đóng vai trị quan trọng đối với của hầu hết các quốc gia trên
thế giới, đặc biệt là các nước đang phát triển. Hơn 60% dân số thế giới sống ở nông
thôn và các sản phẩm nơng nghiệp giúp duy trì an ninh lương thực. Tuy nhiên, các
hoạt động nông nghiệp cũng ảnh hưởng đến môi trường tồn cầu thơng qua các tác


động đến khí quyển, mơi trường đất, nước và các hệ sinh thái tự nhiên. Liên quan
đến sự ấm lên toàn cầu, nhiều nghiên cứu gần đây đã khẳng định rằng nơng nghiệp
chính là một trong những nguồn phát thải KNK chính và là bể chứa các-bon.
Theo IPCC, 3 loại KNK được quan tâm nhất trong nông nghiệp là CO 2
(45%), CH4 (44%) và N2O (11%); trong đó 57,5% phát thải từ canh tác lúa nước;
21,8% phát thải từ đất; 17,2% phát thải từ chăn nuôi; 3,5% từ đốt phụ phẩm nông
nghiệp, đốt đồng cỏ… Trong trồng trọt, lượng phát thải KNK trung bình từ canh tác
lúa là 20 tấn CO2tđ/ha, từ mía là 28 tấn CO2tđ/ha, từ đậu tương là 17 tấn CO 2tđ/ha,
từ sắn là 12 tấn CO2tđ/ha, từ lạc là 10 tấn CO2tđ/ha, từ ngô là 7 tấn CO2tđ/ha… [dẫn
bởi Nguyễn Văn Bộ và nnk, 2016]. Theo tính tốn của US-EPA (2016), đến năm
2020, lượng phát thải khí CH4 và N2O từ nơng nghiệp sẽ tăng từ 10-40% so với năm
1990, chủ yếu ở các quốc gia đang phát triển (Hình 1.1).

Hình 1.1: Tỷ lệ % tăng/giảm phát thải CH4 và N2O từ hoạt động nông nghiệp
(năm 2020 so với 1990)
[Nguồn: US-EPA, 2016]
Nông nghiệp không phải là nguồn phát thải CO 2 chủ yếu, nhưng lại là nguồn
phát thải khí CH4 và khí N2O chính [Watson và nnk, 1996]. Ước tính 30% CH4 và
90% N2O trong khí quyển có nguồn gốc từ hoạt động sản xuất nơng nghiệp
[Bouwman, 1998]. Theo thống kê của IPCC, nơng nghiệp đóng góp 84% tổng

lượng N2O phát thải và 47% tổng lượng CH 4 phát thải vào khí quyển hàng năm
[IPCC, 2007]. Theo ước tính của Tổ chức nơng lương của Liên Hiệp Quốc (FAO) ,
khoảng 25% CO2 trong khí quyển được tạo ra từ các hoạt động nơng nghiệp; hầu
hết khí CH4 trong khí quyển là từ các động vật nhai lại, cháy rừng, canh tác lúa
nước và sự phân hủy các sản phẩm phế thải; 70% khí N 2O phát thải từ canh tác
nơng nghiệp truyền thống và sử dụng phân bón trong nông nghiệp [IFA và FAO,
2001]. Một nghiên cứu của Mosier và nnk (1991, 1998) cho thấy khí N 2O thải ra từ
chăn nuôi và trồng trọt chiếm xấp xỉ 70% nguồn N 2O nhân tạo toàn cầu hàng năm
và sẽ tăng lên trong tương lai khi phân bón nitơ sử dụng ngày càng nhiều nhằm tăng
năng suất cây trồng, đáp ứng nhu cầu nuôi sống con người. Theo số liệu của Viện
nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI), hàng năm riêng sản xuất lúa sử dụng gần 20% tổng
lượng phân bón nitơ tồn cầu, từ đó phát thải lượng N 2O đáng kể vào khí quyển
[Wassmann và Dobermann, 2006]. Smith và nnk (2007) ước tính nơng nghiệp thải
ra khoảng 60% lượng N2O và khoảng 50% lượng CH 4 nhân tạo. Theo Denman và
nnk (2007), đất nông nghiệp được coi là nguồn phát thải N 2O chính vào khí quyển,
đóng góp 67% lượng khí thải do con người tạo ra. Căn cứ vào dự báo nhu cầu tiêu
thụ phân khoáng nitơ và diện tích đất canh tác, Hiệp hội phân bón quốc tế (IFA) và
Tổ chức Nông lương Liên Hiệp Quốc (FAO) ước tính lượng phát thải N 2O từ sản
xuất nơng nghiệp có thể tăng tới 90% trong giai đoạn từ 1996-2026 [IFA và FAO,
2001].
Trong phương pháp kiểm kê KNK, IPCC phân chia hình thức phát thải N 2O
từ nơng nghiệp thành 2 dạng: phát thải trực tiếp và gián tiếp. Phát thải N 2O trực tiếp
là phát thải có nguồn gốc từ phân bón N vơ cơ và phân hữu cơ, được dự báo là sẽ
tăng do nhu cầu sử dụng phân bón tăng lên. Phát thải N 2O gián tiếp bao gồm 3
phần: từ quá trình tổng hợp N từ khí quyển, chất thải/phân của vật ni và con
người, và N bị mất do rửa trơi, xói mịn. Dạng N 2O phát thải gián tiếp chiếm 1/3
tổng lượng N2O phát thải từ nơng nghiệp, trong đó 75% đến từ các vùng đồng bằng,
nơi NO3- bị thất thoát do rửa trơi và NH 4+ bị nitrat hóa chuyển thành N 2O và N2
(Zaman và nnk, 2012.).

Khoảng 45% khí thải CH4 có nguồn gốc từ các hoạt động nơng nghiệp, trong
khi 90% khí thải N2O bắt nguồn từ q trình nitrat hóa và phản nitrat trong đất, một
phần là do việc sử dụng phân bón vơ cơ ngày càng tăng lên [Steven, 1998]. Theo
báo cáo mới nhất của Tổ chức khí tượng thế giới (WMO), hoạt động của con người