Tài liệu Nghiên cứu phát thải khí nhà kính do hoạt động canh tác lúa nước trên đất cát ven biển xã nghi thạch, huyện nghi lộc, tỉnh nghệ an và đề xuất một số biện pháp giảm nhẹ biến đổi khí hậu trong sản xuất lúa

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC La Cao Cƣờng NGHIÊN CỨU PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH DO HOẠT ĐỘNG CANH TÁC LÚA NƢỚC TRÊN ĐẤT CÁT VEN BIỂN XÃ NGHI THẠCH, HUYỆN NGHI LỘC, TỈNH NGHỆ AN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIẢM NHẸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TRONG SẢN XUẤT LÚA LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG Thái Nguyên, năm 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC LA CAO CƢỜNG NGHIÊN CỨU PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH DO HOẠT ĐỘNG CANH TÁC LÚA NƢỚC TRÊN ĐẤT CÁT VEN BIỂN XÃ NGHI THẠCH, HUYỆN NGHI LỘC, TỈNH NGHỆ AN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIẢM NHẸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TRONG SẢN XUẤT LÚA Chuyên ngành: Quản lý Tài Nguyên và Môi trƣờng Mã số: 885 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Mai Văn Trịnh Thái Nguyên, năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực hiện, dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của PGS.TS. Mai Văn Trịnh. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. Kết quả nghiên cứu của luận văn chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ một nghiên cứu nào khác. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện nghiên cứu đã đƣợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Thái Nguyên, ngày 20 tháng 6 năm 2020 Tác giả La Cao Cƣờng i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài này, tác giả xin cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên, Ban chủ nhiệm khoa Tài nguyên và Môi trƣờng cùng các thầy cô đã dạy và hƣớng dẫn tôi hoàn thành nội dung học tập và làm Luận văn; Xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất tới PGS.TS. Mai Văn Trịnh ngƣời hƣớng dẫn khoa học đã tận tình hƣớng dẫn, đóng góp quan trọng cho sự thành công của luận văn; Luận văn là một phần nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu xây dựng hệ số phát thải khí nhà kính quốc gia cho cây lúa và các loại cây trồng cạn chủ yếu phục vụ kiểm kê khí nhà kính và xây dựng các giải pháp giảm nhẹ phát thải khí nhà kính của ngành Nông nghiệp”, Mã số: BĐKH.21/16-20 do PGS.TS. Mai Văn Trịnh là chủ nhiệm đề tài. Tác giả xin chân thành cảm ơn nhóm đề tài cùng Ban quản lý chƣơng trình Chƣơng trình „Khoa học và công nghệ ứng phó với biến đổi khí hậu, quản lý Tài nguyên và môi trƣờng giai đoạn 2016-2020” đã tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luân văn này; Tác giả cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ của các cán bộ Viện Môi trƣờng Nông nghiệp tạo điều kiện cho tác giả có các nguồn tài liệu, tƣ liệu và các công trình nghiên cứu liên quan trong suốt quá trình nghiên cứu. Nhân dịp này, tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tới gia đình, cơ quan công tác và anh, chị đồng nghiệp đã tạo điều kiện để tác giả hoàn thành bản luận văn này. Tác giả La Cao Cƣờng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii MỤC LỤC ............................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... v DANH SÁCH CÁC BẢNG ................................................................................. vi DANH SÁCH CÁC HÌNH ................................................................................. vii MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP................................................................ 2 1.1. Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu ................................................................... 2 1.2. Tổng quan tài liệu........................................................................................... 2 1.2.1. Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp trên thế giới và ở Việt Nam .. 2 1.2.2. Hiện trạng nghiên cứu phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa thế giới và Việt Nam ............................................................................................................... 8 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU NỘI DUNG ................................. 27 VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................ 27 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu................................................................................... 27 2.2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................... 27 2.3. Nội dung thực hiện ....................................................................................... 27 2.4. Phƣơng pháp thực hiện................................................................................. 27 2.4.1. Phƣơng pháp thu thập tài liệu thứ cấp .................................................. 27 2.4.2. Phƣơng pháp chọn điểm quan trắc KNK .............................................. 28 2.4.3. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm.............................................................. 28 2.3.4. Phƣơng pháp lấy mẫu ............................................................................ 31 2.3.5. Phƣơng pháp phân tích .......................................................................... 31 2.3.6. Phƣơng pháp tính toán số liệu khí phát thải.......................................... 32 CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................. 34 3.1. Điều kiên tự nhiên – kinh tế xã hội vùng nghiên cứu .................................. 34 3.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................ 34 iii 3.1.2. Địa hình địa mạo ................................................................................... 34 3.1.3. Khí hậu và thời tiết ................................................................................ 35 3.1.4. Diện tích và dân số ................................................................................ 36 3.2. Phát thải khí nhà kính từ quá trình canh tác lúa ........................................... 37 3.2.1. Phát thải CH4 từ quá trình canh tác lúa trên đất cát .............................. 37 3.2.2. Phát thải N2O từ quá trình canh tác lúa trên đất cát .............................. 38 3.2.3. Tổng phát thải khí nhà kính tính theo CO2 tƣơng đƣơng ..................... 38 3.2.4. Đề xuất Hệ số phát thải cho canh tác lúa .............................................. 39 3.3. Thảo luận ...................................................................................................... 40 3.4. Đề xuất một số giải pháp thích ứng và tiềm năng giảm thiểu với biến đổi khí hậu trong sản xuất lúa tại vùng nghiên cứu......................................................... 42 3.4.1. Giải pháp quản lý nhà nƣớc .................................................................. 42 3.4.2. Giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu tác động của BĐKH ................... 43 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ................................................................................ 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 46 PHỤ LỤC ............................................................................................................ 51 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AP : Active Promotion (Kịch bản hành động giảm thiểu chủ động) AWD BAU : Alternate Wetting - Drying (Tƣới ƣớt khô xen kẽ, tƣới nông lộ phơi) : Business as Usual (Kịch bản hành động thông thƣờng) BĐKH CO2tđ : Biến đổi khí hậu : CO2 equivalent (CO2 tƣơng đƣơng) DNDC : DeNitrification-DeComposition (Mô hình sinh địa hóa) DOC EF Eh : Dissolve Organic Carbon (Các bon hữu cơ hòa tan) : Emission Factor (Hệ số phát thải khí) : Điện thế ôxy hóa khử FAO : Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ chức Nông lƣơng Liên Hiệp Quốc) GIS ĐX GWP EF IAE : : : : : IFA IPCC : International Fertilizer Asociation (Hiệp hội phân bón quốc tế) : The Intergovernmental Panel on Climate Change (Ủy banliên chính IRRI KNK MONRE RMSE SRI SOC/OC TN TTK : : : : : : : : Geographic Information System (Hệ thống thông tin địa lý). Đông Xuân Global Warming Potential (Tiềm năng gây ấm toàn cầu) Emision Factor (Thông số phát thải) Institute of Agricultural Enviroment (Viện Môi trƣờng Nông nghiệp) phủ về biến đổi khí hậu) International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu lúa quốc tế) Khí nhà kính Bộ Tài Nguyên Môi trƣờng Root mean square error (Sai số bình phƣơng trung bình quân phƣơng) System of Rice Intensification (Hệ thống canh tác lúa cải tiến) Soil Organic Carbon (Các bon hữu cơ trong đất) Tƣới ngập Tƣới tiết kiệm TPCG : Thành phần cơ giới UNFCCC : United Nations Framework Convention on Climate Change (Công ƣớc khung của Liên Hiệp Quốc về biến đổi khí hậu) US EPA : United States Environmental Protection Agency (Cục Bảo vệ Môi trƣờng Hoa Kỳ) v DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1: Phát thải KNK năm 2013 trong lĩnh vực nông nghiệp ......................... 7 Bảng 1.2: Dự tính phát thải KNK trong lĩnh vực nông nghiệp năm 2020 ............ 7 và 2030 (1000 tấn CO2tđ)...................................................................................... 7 Bảng 1.3: Mức độ phát thải từ canh tác lúa ........................................................ 13 Bảng 1.4: Hệ số phát thải đƣợc sử dụng để tính toán phát thải KNK trong canh tác lúa tại Ấn Độ.................................................................................................. 14 Bảng 1.5: Hệ số phát thải đƣợc sử dụng để tính toán phát thải KNK trong canh tác lúa tại Philipin ................................................................................................ 14 Bảng 1.6: Diện tích canh tác lúa của Việt Nam năm 2013 (1000 ha) ................ 18 Bảng 1.7: Diện tích lúa ngập nƣớc thƣờng xuyên và ngập gián đoạn năm 2013 ... 18 Bảng 1.8: Phát thải KNK từ canh tác lúa tại Việt Nam năm 2013 ..................... 19 Bảng 1.9: Hệ số phát thải của lúa đã áp dụng trong kiểm kê KNK tại Việt Nam....... 25 Bảng 2.1: Thông tin, địa điểm, quy mô các thí nghiệm đƣợc lựa chọn quan trắc khí nhà kính cho cây lúa...................................................................................... 28 Bảng 2.2: Các chỉ tiêu và phƣơng pháp phân tích .............................................. 31 Bảng 3.1: Tiềm năng nóng lên toàn cầu từ canh tác lúa tại các điểm quan trắc ....... 39 Bảng 3.2: Số liệu cấu thành năng suất của từng điểm quan trắc phát thải KNK ...... 39 Bảng 3.3: Hệ số phát thải từ canh tác lúa............................................................ 40 vi DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Tỷ lệ % tăng/giảm phát thải CH4 và N2O từ hoạt động nông nghiệp (năm 2020 so với 1990) (US-EPA, 2006) ............................................................. 3 Hình 1.2: Xu thế phát thải/hấp thụ KNK trong các kỳ kiểm kê (MONRE, 2017)...... 6 Hình 1.3: Thiết bị đo khí nhà kính cho lúa và cây trồng cạn tại Ấn Độ ............. 12 Hình 1.4: Thiết bị đo khí nhà kính cho lúa tại Nhật Bản .................................... 12 Hình 2.1: Thƣớc, ống đo mực nƣớc .................................................................... 29 Hình 2.2.: Bản vẽ thiết kế hộp đo phát thải cho cây lúa và chân hộp ................. 30 Hình 3.1: Bản đồ vị trí khu vực nghiên cứu ........................................................ 34 Hình 3.4: Diễn biến phát thải khí CH4 từ canh tác lúa trên đất cát qua các thời kỳ sinh trƣởng vụ hè thu năm 2018 tại điểm xã Nghi Thạch, Nghi Lộc, Nghệ An. 37 Hình 3.5: Diễn biến phát thải khí N2O từ canh tác lúa trên đất cát qua các thời kỳ sinh trƣởng vụ hè thu năm 2018 tại điểm xã Nghi Thạch, Nghi Lộc, Nghệ An. 38 vii MỞ ĐẦU Biến đổi khí hậu (BĐKH) trong thời gian qua đã gây ra nhiều tác động tiêu cực đến nƣớc ta. Một trong những nguyên nhân chủ yếu làm xuất hiện và gia tăng BĐKH là khí nhà kính (KNK) với các quá trình tăng nhiệt độ của toàn cầu. Có nhiều ngành sản xuất tham gia vào phát thải KNK. Khí nhà kính chủ yếu phát sinh từ ngành công nghiệp và năng lƣợng, tiếp đến là phát sinh từ sản xuất nông nghiệp. Tại Việt Nam, kiểm kê KNK năm 2000 cho thấy, nông nghiệp đóng góp 43,1% tổng phát thải KNK. Các hoạt động trong nông nghiệp nhƣ canh tác lúa, lên men dạ cỏ gia súc nhai lại, sử dụng đất nông nghiệp, quản lý chất thải chăn nuôi, xử lý phụ phẩm nông nghiệp là những nguồn phát thải KNK chủ yếu. Các nghiên cứu cho thấy, canh tác lúa ở điều kiện ngập nƣớc tạo điều kiện môi trƣờng khử, và thế ô xy hóa khử (Eh) của đất giảm xuống dƣới 0 là điều kiện thuận lợi cho các loại vi sinh vật phân giải chất hữu cơ đất và sinh khí mê tan, phát thải vào khí quyển. Với phân đạm kể cả trong điều kiện yếm khí, cũng có thể phát sinh các sản phẩm của quá trình phản đạm hóa nhƣ NO, N2O và N2. Tuy nhiên, trong điều kiện ô xy hoá thì quá trình chuyển hoá đạm mạnh hơn và phát thải N2O cao hơn.. Trong canh tác lúa nƣớc, khi nhiệt độ cao, một lƣợng đạm không nhỏ bay hơi ở dạng NH3, mà NH3 cũng có thể chuyển hoá thành N2O trong không khí. Ngoài ra, việc đốt các loại tàn dƣ cây trồng và vệ sinh đồng ruộng sẽ sinh các loại khí CO2, CO và một lƣợng nhỏ CH4 phát thải trực tiếp vào không khí. Hiện tại đã và đang có các nghiên cứu khác nhau về khả năng phát thải khí nhà kính do hoạt động canh tác lúa nƣớc ở các vùng đồng bằng lớn của nƣớc ta tuy nhiên đối với khu vực đồng bằng duyên hải miền trung thì chƣa có nhiều nghiên cứu về vấn đề này. Do đó đề tài“Nghiên cứu phát thải khí nhà kính do hoạt động canh tác lúa nước trên đất cát ven biển xã Nghi Thạch, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An và đề xuất một số biện pháp giảm nhẹ biến đổi khí hậu trong sản xuất lúa.” đƣợc thực hiện là cần thiết. 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP 1.1. Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu Báo cáo kiểm kê KNK quốc gia cho năm 2014 trong thông báo quốc gia lần thứ 3 cho thấy, tổng phát thải từ lĩnh vực nông nghiệp: 89.751,8 nghìn tấn CO2 tƣơng đƣơng (CO2tđ). Nguồn phát thải lớn nhất là CH4 từ quá trình canh tác lúa, chiếm tới 49,4% tổng phát thải của ngành nông nghiệp. Nguồn phát thải KNK chính thứ 2 là từ canh tác cây trồng cạn là khí N2O từ đất nông nghiệp. Tiểu lĩnh vực này đóng góp tới 27,8% tổng phát thải từ lĩnh vực nông nghiệp. Tuy nhiên, việc tính toán kiểm kê KNK của Việt Nam chủ yếu vẫn dựa trên cơ sở là các hệ số phát thải mặc định do Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) đƣa ra, mà không có các HSPT riêng đặc trƣng cho từng lĩnh vực của ngành và quốc gia, do vậy độ tin cậy và chính xác của kết quả tính toán không cao. Do vậy nhu cầu xây dựng bộ hệ số phát thải đặc trƣng cho các KNK từ quá trình canh tác lúa cũng nhƣ sử dụng đất nông nghiệp cho các cây trồng cạn chủ lực là rất cần thiết để đảm bảo tính chính xác, thống nhất và minh bạch cũng nhƣ đáp ứng các yêu cầu của IPCC trong tƣơng lại cụ thể là việc áp dụng bộ hƣớng dẫn phiên bản IPCC 2006 với việc khuyến khích sử dụng các bộ hệ số phát thải cho từng lĩnh vực của quốc gia. Từ những yêu cầu thực tế trên tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu phát thải khí nhà kính do hoạt động canh tác lúa nước trên đất cát ven biển xã Nghi Thạch, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An và đề xuất một số biện pháp giảm nhẹ biến đổi khí hậu trong sản xuất lúa.” 1.2. Tổng quan tài liệu 1.2.1. Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp trên thế giới và ở Việt Nam 1.2.1.1. Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp trên thế giới Nông nghiệp đóng vai trò quan trọng đối với của hầu hết các quốc gia trên thế giới, đặc biệt là các nƣớc đang phát triển. Hơn 60% dân số thế giới sống ở 2 nông thôn và các sản phẩm nông nghiệp giúp duy trì an ninh lƣơng thực. Tuy nhiên, các hoạt động nông nghiệp cũng ảnh hƣởng đến môi trƣờng toàn cầu thông qua các tác động đến khí quyển, môi trƣờng đất, nƣớc và các hệ sinh thái tự nhiên. Liên quan đến sự ấm lên toàn cầu, nhiều nghiên cứu gần đây đã khẳng định rằng nông nghiệp chính là một trong những nguồn phát thải KNK chính và là bể chứa các bon. Theo IPCC, 3 loại KNK đƣợc 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 nƣớc; 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, lƣợng phát thải KNK trung bình từ canh tác lúa là 20 tấn CO2tđ/ha, từ mía là 28 tấn CO2tđ/ha, từ đậu tƣơng là 17 tấn CO2tđ/ha, từ sắn là 12 tấn CO2tđ/ha, từ lạc là 10 tấn CO2tđ/ha...(dẫn bởi Nguyễn Văn Bộ và nnk, 2016). Theo tính toán của US-EPA (2006), đến năm 2020, lƣợng phát thải khí CH4 và N2O từ nông 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) (US-EPA, 2006) 3 Nông nghiệp không phải là nguồn phát thải CO2 chủ yếu, nhƣng lại là nguồn phát thải khí CH4 và khí N2O chính (Watson và nnk, 1995). Ƣớc tính 30% CH4 và 90% N2O trong khí quyển có nguồn gốc từ hoạt động sản xuất nông nghiệp (Bouwman, 1990). Theo một thống kê khác, nông nghiệp phát thải 84% tổng lƣợng phát thải N2O và 47% tổng phát thải CH4 (IPCC, 2007). FAO báo cáo rằng nông nghiệp chịu trách nhiệm một phần ba sự nóng lên toàn cầu và sự thay đổi khí hậu. Theo ƣớc tính của FAO, khoảng 25% CO2 trong khí quyển đƣợc tạo ra từ các hoạt động nông nghiệp; hầu hết khí CH4 trong khí quyển là từ các động vật nhai lại, cháy rừng, canh tác lúa nƣớc và sự phân hủy các sản phẩm phế thải; 70% khí N2O phát thải từ canh tác nông nghiệp truyền thống và sử dụng phân bón. Trong khi nhu cầu sử dụng phân bón nói chung vàphân đạm nói riêng sẽ tăng lên ngày càng nhiều để tăng năng suất cây trồng, đáp ứng nhu cầu nuôi sống con ngƣời. Theo số liệu của Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI), hàng năm riêng sản xuất lúa sử dụng gần 20% tổng lƣợng phân đạm trên toàn cầu do vậy phát thải lƣợng N2O đáng kể vào khí quyển (Wassmann và Dobermann, 2006). Trong phƣơng pháp kiểm kê KNK, IPCC chia N2O phát thải từ nông 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 đạm vô cơ và phân hữu cơ, đƣợc dự báo là sẽ tăng do nhu cầu sử dụng phân bón tăng lên. Phát thải N2O gián tiếp bao gồm 3 phần: từ quá trình tổng hợp N từ khí quyển, chất thải/phân của vật nuôi và con ngƣời, và N bị mất do rửa trôi, xói mòn. Dạng N2O phát thải gián tiếp chiếm 1/3 tổng lƣợng N2O phát thải từ nông nghiệp, trong đó 75% đến từ các vùng đồng bằng, nơi NO3- bị thất thoát do rửa trôi và NH4+ bị nitrat hóa chuyển thành N2O và N2 (Zaman và nnk, 2012.). Khoảng 45% khí thải CH4 có nguồn gốc từ các hoạt động nông nghiệp, trong khi 90% khí thải N2O bắt nguồn từ quá trình nitrat hóa và phản nitrat trong đất, một phần là do việc sử dụng phân bón vô cơ ngày càng tăng lên (Steven, 1998). Theo báo cáo mới nhất của Tổ chức khí tƣợng thế giới (WMO), hoạt động của con ngƣời (chăn nuôi, canh tác lúa, sử dụng nhiên liệu hóa thạch, đốt phế phụ phẩm nông nghiệp, chôn lấp rác thải) tạo ra 60% tổng lƣợng CH 4 phát 4 thải toàn cầu. Mê-tan phát thải từ hoạt động trồng lúa, phân hủy chất thải động vật và đốt sinh khối đóng góp 8-10% tổng lƣợng CO2tđ và N2O từ trồng trọt (đốt nhiên liệu hóa thạch, nhiên liệu sinh học và bón phân) đóng góp 3-5% tổng lƣợng CO2tđ. Thêm vào đó, khoảng 30% lƣợng khí CO2 trong khí quyển tăng hàng năm là do sự mất cácbon trong đất liên quan đến phá rừng, làm đất canh tác và các mục đích khác (WMO, 2016) Giám sát sự phát thải KNK từ hoạt động của nông nghiệp là một chiến lƣợc quan trọng giúp các nhà hoạch định chính sách kiểm soát và đáp ứng các nghĩa vụ quốc tế trong cắt giảm phát thải KNK trên quy mô toàn cầu 1.2.2.2.Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp tại Việt Nam Trong giai đoạn từ 1994 đến 2013, tổng lƣợng phát thải KNK ở Việt Nam (bao gồm cả lĩnh vực sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất và lâm nghiệp LULUCF) tăng hơn hai lần, từ 103,8 triệu tấn CO2tđ lên 259,0 triệu tấn CO2tđ. Phát thải trong lĩnh vực năng lƣợng tăng nhanh nhất (gấp gần sáu lần từ 25,6 triệu tấn CO2tđ lên 151,4 triệu tấn CO2tđ) do nhu cầu năng lƣợng tăng nhanh chóng. Xu thế phát thải/hấp thụ KNK qua các kỳ kiểm kê đƣợc thể hiện tại Hình 1.2 (MONRE, 2017). Theo kết quả kiểm kê KNK năm 1994, lƣợng KNK phát thải trong lĩnh vực nông nghiệp là 52,45 triệu tấn CO2tđ, chiếm 50,50% tổng lƣợng KNK phát thải của cả nƣớc; trong lĩnh vực lâm nghiệp & thay đổi sử dụng đất là 19,38 triệu tấn CO2tđ, chiếm 18,70% tổng lƣợng KNK phát thải của cả nƣớc. Đến năm 2005, lƣợng KNK phát thải trong lĩnh vực nông nghiệp là 80,58 triệu tấn CO 2tđ, chiếm 49,37% tổng lƣợng KNK phát thải của cả nƣớc (trong đó, phát thải từ trồng lúa chiếm 44,49%; từ đất nông nghiệp 32,22%; từ lên men tiêu hóa của động vật nhai lại là 11,54%, còn lại là từ quản lý phân bón, đốt phụ phẩm nông nghiệp và đốt đồng cỏ); trong lĩnh vực lâm nghiệp, thay đổi sử dụng đất hấp thụ 36,67 triệu tấn CO2tđ. 5 Hình 1.2: Xu thế phát thải/hấp thụ KNK trong các kỳ kiểm kê (MONRE, 2017) Năm 2010, tổng lƣợng phát thải khí nhà kính ở Việt Nam là 246,8 triệu tấn CO2tđ (bao gồm cả sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất và lâm nghiệp LULUCF) hoặc 266 triệu tấn CO2tđ (không bao gồm LULUCF), trong đó phát thải KNK từ ngành nông nghiệp chiếm 36,7% tổng lƣợng phát thải KNK quốc gia, là nguồn phát thải KNK lớn thứ 2 ở Việt Nam (88,35 triệu tấn CO2tđ), tiếp sau là ngành năng lƣợng với 57,2% (141,2 triệu tấn CO2tđ). Tổng lƣợng KNK phát thải trong năm 2010 từ nông nghiệp là 88,35 triệu tấn CO2tđ , trong đó canh tác trồng lúa đóng góp 44,8 triệu tấn CO2tđ (chiếm 50,49%); còn lại 10,72% tổng lƣợng KNK phát thải từ quá trình lên men của động vật nhai lại trong chăn nuôi:, 9,69% từ phân chuồng, 26,95% từ đất nông nghiệp và 2,15% từ phế phụ phẩm nông nghiệp. Đến năm 2013, lƣợng KNK phát thải trong lĩnh vực nông nghiệp là 89,407 triệu tấn CO2tđ, tƣơng đƣơng 34,6% tổng lƣợng KNK phát thải quốc gia; Lĩnh vực LULUCF đã chuyển từ phát thải sang hấp thụ KNK vào năm 2010 và tiếp tục tăng hấp thụ lên 34,2 triệu tấn CO2tđ vào năm 2013 do thực hiện tốt các hoạt động trồng rừng và bảo vệ rừng trong thời gian gần đây (MONRE, 2017). 6 Bảng 1.1: Phát thải KNK năm 2013 trong lĩnh vực nông nghiệp Các nguồn phát thải CH4 N2O Tổng (1000 tấn CO2tđ) 10.328 10.328 2.087 5.816 7.904 44.741 44.741 24.045 24.045 1,0 0,1 1,1 1.972 415 2.387 59.131 30.276 89.407 (Nguồn: MONRE, 2017) Tiêu hóa thức ăn Quản lý chất thải chăn nuôi Canh tác lúa Đất canh tác nông nghiệp Đốt đồng cỏ (savana) Đốt phụ phẩm nông nghiệp ngoài đồng Tổng Phát thải KNK từ ngành nông nghiệp chủ yếu từ trồng lúa, đất nông nghiệp và lên men tiêu hóa trong chăn nuôi. Theo tính toán của Bộ Tài Nguyên và Môi trƣờng, từ năm 2010, hoạt động chăn nuôi và đất nông nghiệp sẽ có lƣợng KNK phát thải và tỷ lệ đóng góp tăng lên trong tổng lƣợng phát thải KNK của ngành nông nghiệp. Canh tác lúa dự kiến sẽ giảm lƣợng KNK phát thải từ 50,5% năm 2010 (44,6 triệu tấn CO2tđ) xuống còn 39,1% năm 2020 (39,4 triệu tấn CO2tđ - mặc dù diện tích đất lúa vẫn tăng chậm từ 2010 đến nay) và 36,5% vào năm 2030 (39,9 triệu tấn CO2tđ). Tuy nhiên thực tế thì diện tích lúa không giảm theo kế hoạch, thậm chí còn tăng và đạt cao nhất vào năm 2015 với diện tích khoảng 7,8 triệu ha. Việc đốt cháy phế phụ phẩm nông nghiệp có thể sẽ gia tăng lƣợng KNK phát thải nhƣng tỷ lệ đóng góp vào tổng lƣợng phát thải không lớn, dao động từ 2,1-2,4% (Bảng 1.2). Bảng 1.2: Dự tính phát thải KNK trong lĩnh vực nông nghiệp năm 2020 và 2030 (1000 tấn CO2tđ) Nguồn 2010 2020 2030 Chăn nuôi 18.030 20,4 24.948 24,8 29.322 26,8 Canh tác lúa 44.614 50,5 39.360 39,1 39.949 36,5 Đất nông nghiệp 23.812 27,0 33.947 33,6 37.397 34,3 Đốt nƣơng Đốt phụ phẩm nông 1.899 2,1 2.504 2,5 2.673 2,4 nghiệp ngoài đồng 88.355 100 100.758 100 109.342 100 Tổng (Nguồn: MONRE, Báo cáo Việt Nam 2 năm 1 lần cho UNFCCC (BUR1), 2014) 7 1.2.2. Hiện trạng nghiên cứu phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa thế giới và Việt Nam 1.2.2.1. Hiện trạng nghiên cứu kiểm kê phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa thế giới Từ năm 1996, Uỷ ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) cũng công bố bộ tài liệu về hệ số phát thải trên trang điện tử của IPCC. Tại Mỹ, việc xây dựng bộ hệ số phát thải đã đƣợc tiến hành và áp dụng rộng rãi từ rất sớm với bộ tài liệu AP-42: “Tổng hợp về hệ số phát thải ô nhiễm không khí”. Bộ tài liệu đƣợc xuất bản từ năm 1972 này là một tài liệu chính thống về thông tin hệ số phát thải, bao gồm hệ số phát thải và thông tin các quá trình của hơn 200 nguồn ô nhiễm không khí. Sau đó Cục bảo vệ môi trƣờng Mỹ (US EPA) xuất bản thêm phụ trƣơng và cập nhật thêm thông tin trong tập 1, nguồn điểm tĩnh và nguồn mặt vào lần xuất bản lần thứ 5 (1995). Ở Châu Âu, cũng đã đƣa ra bộ tài liệu về hệ số phát thải Hƣớng dẫn kiểm kê phát thải ô nhiễm không khí (phiên bản mới nhất năm 2009) của Cục bảo vệ môi trƣờng Châu Âu (EEA) cung cấp và hƣớng dẫn tính toán tải lƣợng phát thải từ cả các nguồn tự nhiên và nhân tạo. Tài liệu này gồm hai phần: Phần A là các hƣớng dẫn chung và phần B là hƣớng dẫn các ngành cụ thể. Hiện nay việc thực hiện kiểm kê KNK của các quốc gia thƣờng theo các hƣớng dẫn của IPCC (IPCC 1996, 2006). Tuỳ từng mức độ sẵn có của số liệu đầu vào mà mỗi quốc gia có thể lựa chọn phƣơng pháp tính toán (Tier) khác nhau. Hƣớng dẫn kiểm kê KNK của IPCC (2006) giới thiệu 3 Tier, với mức độ phức tạp và yêu cầu về dữ liệu và độ chính xác gia tăng. Các Tier này cho kết quả kiểm kê KNK với sai số trong kiểm kê từ mức độ tối đa tới mức độ tối thiểu. Phƣơng pháp bậc 1 (Tier 1): Là hƣớng dẫn đơn giản và cơ bản nhất và yêu cầu ít dữ liệu nhất. Dữ liệu tính toán và các hệ số phát thải đƣợc lấy từ nguồn dữ liệu công bố toàn cầu. Sử dụng Tier 1 để kiểm kê cacbon thì kết quả có độ sai số khá cao. 8 Phƣơng pháp bậc 2 (Tier 2): Tier 2 sử dụng phƣơng pháp tiếp cận giống nhƣ Tier 1 nhƣng áp dụng hệ số thay đổi phát thải dựa trên dữ liệu của từng quốc gia cụ thể với độ phân giải và chi tiết cao hơn, kết quả có độ chính xác hơn Tier 1. Phƣơng pháp bậc 3 (Tier 3): là phƣơng pháp tính toán bậc cao nhất, bao gồm dữ liệu từ hệ thống quan trắc phát thải đồng bộ trên thực địa và/hay có thể áp dụng các mô hình để tính toán cho từng trƣờng hợp cụ thể, với dữ liệu có độ phân giải cao đƣợc chi tiết hoá ở cấp vùng sinh thái, tỉnh hoặc huyện. Phƣơng pháp bậc này sẽ cho kết quả ƣớc tính với độ chắc chắn cao hơn Tier 1 và Tier 2. Lúa là cây lƣơng thực chính của gần 50% dân số thế giới (Fageria và nnk, 2011). Gần 90% sản lƣợng lúa gạo của thế giới đƣợc sản xuất và tiêu thụ ở Châu Á (FAO, 1998). Sản xuất lúa gạo đƣợc dự báo sẽ tăng trong những thập kỷ tới để đảm bảo an ninh lƣơng thực trƣớc áp lực gia tăng dân số thế giới. Tuy nhiên, do nhiệt độ toàn cầu tăng, chế độ mƣa thay đổi và biến đổi thời tiết theo hƣớng khắc nghiệt hơn đƣợc dự báo sẽ ảnh hƣởng đến năng suất và sản lƣợng lúa toàn cầu (Wassmann và nnk, 2010). Các cánh đồng lúa và các hệ thống canh tác có lúa đƣợc coi là một nguồn phát thải KNK quan trọng (Neue và nnk, 1994, Wassmann và nnk, 1995, IPCC, 1996, Neue & Sass, 1998; Wassmann và nnk, 1998). Canh tác lúa nƣớc là nguồn phát thải CH4 chính từ nông nghiệp nói chung và trồng trọt nói riêng (IPCC, 2007). Hệ canh tác lúa nƣớc cung cấp gần 90% sản lƣợng gạo toàn cầu (Fageria và nnk, 2011) nhƣng đóng góp 80% tổng lƣợng CH4 phát thải từ tất cả các loại hình canh tác lúa trên thế giới (Majumdar, 2003) và đóng góp 18% hiệu ứng nóng lên toàn cầu (Denman và nnk, 2007). Theo báo cáo của IRRI, phát thải CH4 từ ruộng lúa nƣớc đã đƣợc phát hiện lần đầu tiên ở Mỹ và Châu Âu. Sau đó những nghiên cứu chi tiết đƣợc tiến hành tại Ý, Ấn Độ, Nhật Bản, Trung Quốc, và các quốc gia Đông Nam Á. Ở Châu Á, việc kiểm kê KNK cũng đã đƣợc triển khai, tuy nhiên vẫn dựa chủ yếu vào hƣớng dẫn của IPCC, chƣa có hệ số phát thải của riêng của quốc gia mình. Lƣợng phát thải phụ thuộc vào từng giống lúa, thời tiết và quản lí cây trồng nhƣ quản lý phân bón và lƣợng nƣớc tƣới, do đó hệ số phát thải cho mỗi 9 quốc gia sẽ khác nhau. Vì vậy cần thiết đã xây dựng hệ số phát thải cho mỗi quốc gia nhằm tăng sự chính xác cho công tác kiểm kê khí nhà kính trong canh tác lúa. Viện Nghiên cứu Nông nghiệp của Ấn Độ (2013) cũng đã xuất bản hƣớng dẫn về phƣơng pháp tính toán Khí Nhà Kính cho lĩnh vực nông nghiệp (bao gồm trồng trọt, chăn nuôi và thủy sản). Đầu những năm 1960, tác giả Koyama tiến hành nghiên cứu sự hình thành và phát thải CH4 trong đất lúa ở Nhật Bản quy mô thí nghiệm. Từ số liệu quan trắc tại Nhật Bản, Koyama đã ƣớc tính lƣợng CH4 từ canh tác lúa toàn cầu phát thải vào trong khí quyển khoảng 190 triệu tấn CH4/năm. Đến giữa thập kỉ 1970, Ehhalt và Schmidt (1978) ƣớc tính lƣợng CH4 sản sinh từ đất trồng lúa khoảng 280 triệu tấn/năm, tƣơng đƣơng 50% tổng lƣợng CH4 toàn cầu đƣợc phát thải vào khí quyển cùng thời điểm. Dựa trên số liệu quan trắc từ các cánh đồng trồng lúa tại California (Mỹ) năm 1980, Cicerone và Shetter (1981) ƣớc tính lƣợng phát thải CH4 từ canh tác lúa trên thế giới khoảng 59 triệu tấn/năm. Năm 1984, từ số liệu trong thí nghiệm ở Tây Ban Nha, Seiler đã tính toán và đƣa ra giá trị phát thải CH4 từ trồng lúa dao động 35 - 59 triệu tấn/năm. Dựa trên các số liệu thí nghiệm tại Italia, Schutz (1989) ƣớc tính lƣợng CH4 phát thải từ diện tích đất lúa trên toàn thế giới khoảng 100 ± 50 triệu tấn/năm. Theo số liệu của IPCC tổng lƣợng khí CH4 phát thải từ hoạt động canh tác lúa toàn cầu dao động từ 20100 triệu tấn CH4/năm (trung bình 60 triệu tấn CH4/năm) tƣơng đƣơng 15% đến 20% tổng lƣợng CH4 do con ngƣời tạo ra, dù diện tích đất trồng lúa này chỉ chiếm 0,3% diện tích bề mặt trái đất (IPCC, 1996) Mặc dù nhiều nghiên cứu về phát thải N2O từ canh tác lúa đƣợc thực hiện trong 2 thập kỷ gần đây, nhƣng đến nay vẫn chƣa có số liệu chính thức về lƣợng N2O phát thải từ canh tác lúa vào khí quyển trên quy mô toàn cầu (Majumdar, 2009_. Quan trắc phát thải N2O từ canh tác lúa không đƣợc thực hiện rộng rãi nhƣ CH4, do N2O là sản phẩm trung gian của quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa, rất biến động trong môi trƣờng kị khí của đất lúa ngập nƣớc và dễ dàng bị khử thành N2. Các nỗ lực để tính toán phát thải N2O thông qua các mô hình mô phỏng cũng đang đƣợc tiến hành nhƣng rất khó chính xác vì sự hình thành và giải phóng N2O từ đất lúa chịu ảnh hƣởng của khá nhiều các yếu tố tự nhiên và 10 nhân tạo (Majumdar, 2009). Theo IPCC (1994), tổng lƣợng phát thải N2O từ canh tác lúa thấp hơn nhiều tổng lƣợng phát thải N2O từ tất cả diện tích trồng trọt (1,8–5,3 triệu tấn/năm). Theo ƣớc tính của IPCC (2000), chỉ có dƣới 1% N bị mất thông qua thất thoát N2O từ ruộng lúa nên tổng lƣợng phát thải N2O từ canh tác lúa sẽ thấp hơn lƣợng phát thải CH4, loại KNK chính phát thải từ ruộng lúa. Theo hƣớng dẫn kiểm kê KNK năm 1997, IPCC đã sử dụng hệ số phát thải (EF) mặc định tƣơng đƣơng 1,25% lƣợng N đầu vào từ phân bón và mức phát thải nền đối với phát thải trực tiếp từ đất nông nghiệp là 1 kg N/ha/năm (IPCC,1997). Cách tính toán này áp dụng chung cho mọi loại hình canh tác, không phân biệt đất trồng lúa nƣớc hay đất trồng cạn. Tuy nhiên, theo báo cáo của Bouwman và nnk (2002) dựa vào số liệu công bố trƣớc năm 1999, mức phát thải N 2O từ đất lúa (0,7 kg N2O-N/ha/năm) thấp hơn so với đất trồng cạn, bao gồm cả đồng cỏ (1,1 đến 2,9 kg N2O-N/ha/năm). Trên cơ sở số liệu đƣợc công bố trƣớc năm 2000, Yan và nnk (2003) ƣớc tính hệ số phát thải N2O từ ruộng lúa chỉ ở mức 0,25% tổng lƣợng N bón vào đất (thấp hơn so với mức phát thải canh tác cây trồng cạn) và mức phát thải nền của đất lúa nƣớc là 1,22 kg N 2O-N/ha/năm. Đến năm 2006, IPCC điều chỉnh hệ số phát thải EF xuống còn 1% tổng lƣợng N đầu vào (bao gồm từ phân khoáng, phân/chất hữu cơ đƣợc xử lý, tàn dƣ thực vật và N đƣợc khoáng hóa từ đất) (IPCC, 2006). Dựa vào đó, theo tính toán mới nhất của IPCC, đất canh tác nông nghiệp trên toàn thế giới phát thải khoảng 2,8 triệu tấn khí N2O mỗi năm, tƣơng đƣơng khoảng 42% lƣợng N2O do con ngƣời gây ra, hoặc khoảng 16% lƣợng khí N2O toàn cầu, tuy nhiên phát thải N2O từ đất lúa nƣớc vẫn chƣa đƣợc tách riêng khỏi đất trồng cạn (Denman và nnk., 2007). Trên thực tế, nhiều quan trắc phát thải N2O từ đất lúa đã đƣợc thực hiện, nhƣng vẫn còn tƣơng đối ít so với số liệu quan trắc phát thải CH4 từ đất lúa hoặc phát thải N2O từ canh tác cây trồng cạn do những đặc thù phức tạp của hệ sinh thái đất lúa nƣớc. Việc hoàn chỉnh bộ dữ liệu hệ số phát thải N2O để ƣớc tính mức phát thải N2O từ đất lúa vẫn còn nhiều thách thức. 11