Tài liệu Sử dụng mô hình dndc và hệ thống thông tin địa lý tính toán phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước tại tỉnh nam định.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC NGUYỄN TIẾN SỸ SỬ DỤNG MÔ HÌNH DNDC VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ TÍNH TOÁN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG CANH TÁC LÚA NƢỚC TẠI TỈNH NAM ĐỊNH LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HÀ NỘI - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC SỬ DỤNG MÔ HÌNH DNDC VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ TÍNH TOÁN PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG CANH TÁC LÚA NƢỚC TẠI TỈNH NAM ĐỊNH LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mã số: Chƣơng trình đào tạo thí điểm Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Mai Văn Trịnh HÀ NỘI - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Sử dụng mô hình DNDC và hệ thống thông tin địa lý tính toán phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nƣớc tại tỉnh Nam Định” là công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của PGS.TS Mai Văn Trịnh, không sao chép từ các công trình nghiên cứu của ngƣời khác. Số liệu và kết quả của luận văn chƣa từng đƣợc công bố ở bất kì một công trình khoa học nào khác. Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận văn là có nguồn gốc rõ ràng, đƣợc trích dẫn đầy đủ, trung thực và đúng quy cách. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn./. Hà Nội, tháng 3 năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Tiến Sỹ LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Mai Văn Trịnh đã định hƣớng nghiên cứu và các phƣơng pháp luận cho tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu Luận văn thạc sĩ. Trong quá trình đƣợc nghiên cứu, học tập tại Khoa sau Đại học, Đại học Quốc gia Hà Nội, tôi đã có cơ hội đƣợc tiếp thu những kiến thức cơ bản và chuyên sâu về biến đổi khí hậu qua đó đã giúp tôi có đủ kiến thức chuyên môn cũng nhƣ kinh nghiệm trong suốt quá trình học tập, tạo cho tôi niềm say mê nghiên cứu khoa học, phục vụ hiệu quả cho quá trình nghiên cứu, thực hiện và hoàn thành Luận văn thạc sĩ của bản thân. Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo và các đồng chí Lãnh đạo cùng với các cán bộ Khoa sau Đại học, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi về các điều kiện trong quá trình thực hiện luận văn. Xin trân trọng cảm ơn các đồng chí Lãnh đạo và cán bộ của: Cục Khí tƣợng Thủy văn và Biến đổi khí hậu; Trung tâm Khí tƣợng thủy văn quốc gia; Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Tổng cục Quản lý đất đai (Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng); Viện Môi trƣờng Nông nghiệp (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn) đã cung cấp thông tin, tài liệu và tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này. Trân trọng cảm ơn sự quan tâm của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã luôn sát cánh, động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn./. Hà Nội, tháng 3 năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Tiến Sỹ MỤC LỤC MỤC LỤC .............................................................................................................. i DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ iii DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................... iv DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT .................................................................... vi MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................ 5 1.1. Biến đổi khí hậu ............................................................................................. 5 1.1.1. Khái niệm về biến đổi khí hậu ..................................................................... 5 1.1.2. Nguyên nhân của biến đổi khí hậu .............................................................. 5 1.2. Biểu hiện của biến đổi khí hậu trên phạm vi toàn cầu ................................... 6 1.3. Phát thải khí nhà kính ..................................................................................... 8 1.4. Biến đổi khí hậu ở Việt Nam và tỉnh Nam Định ........................................... 9 1.4.1. Biến đổi khí hậu ở Việt Nam ....................................................................... 9 1.4.2. Phát thải khí nhà kính tại Việt Nam .......................................................... 12 1.4.3. Biến đổi khí hậu ở khu vực tỉnh Nam Định ............................................... 16 1.5. Phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nƣớc: ........................................... 24 1.6. Các nghiên cứu về phát thải KNK trên ruộng lúa: ....................................... 28 CHƢƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................... 31 2.1. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 31 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 31 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................... 40 3.1. Bản đồ phân vùng khí hậu ............................................................................ 40 3.2. Bản đồ đất trồng lúa ..................................................................................... 42 3.3. Bản đồ đơn vị các tổ hợp điều kiện tự nhiên (Khí tƣợng – Đất – Canh tác) 45 3.4. Ứng dụng mô hình DNDC tính toán phát thải KNK trên lúa tỉnh Nam Định ..... 48 3.4.1. Tổng hợp và nhập các dữ liệu - thông số đầu vào của mô hình ............... 48 3.4.2. Chạy mô hình DNDC ................................................................................ 52 3.5. Hiệu chỉnh mô hình ...................................................................................... 55 i 3.6. Kết quả mô phỏng sự phát thải của KNK bằng mô hình DNDC trên đất trồng lúa nƣớc tại tỉnh Nam Định ....................................................................... 58 3.7. Xây dựng bản đồ phát thải khí nhà kính ...................................................... 61 3.7.1. Bản đồ phát thải CH4 ................................................................................ 61 3.7.2. Bản đồ phát thải N2O ................................................................................ 62 3.7.3. Bản đồ tổng lượng phát thải KNK (quy đổi CO2e) ................................... 63 3.7.4. Kết quả tính toán lượng phát thải KNK theo đơn vị hành chính. ............. 64 KẾT LUẬN ......................................................................................................... 69 KIẾN NGHỊ ........................................................................................................ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 71 PHỤ LỤC ............................................................................................................ 73 ii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Mức tăng nhiệt độ và mức thay đổi lƣợng mƣa trong 50 năm qua ở các vùng khí hậu của Việt Nam ...........................................................................................10 Bảng 1.2: Mƣ́c tăng nhi ệt độ (oC) trung bình năm so với thời kỳ 1980-1999 theo kich ̣ bản phát thải trung bình (B2).........................................................................................10 Bảng 1.3: Tổng hợp phát thải, hấp thụ KNK cho năm 2010 .........................................12 Bảng1.4. Phát thải KNK năm 2005 và 2010 trong lĩnh vực nông nghiệp.....................13 Bảng 1.5: Tổng hợp thiệt hại do tác động của BĐKH đối với một số cây trồng chính 15 Bảng 1.6: Mức tăng nhiệt độ trung bình năm (0C) so với thời kỳ 1980 - 1999 theo kịch bản phát thải trung bình (B2) của tỉnh Nam Định .........................................................19 Bảng 1.7: Mức thay đổi lƣợng mƣa so với thời kỳ 1980 - 1999 theo kịch bản phát thải trung bình (B2) địa bàn tỉnh Nam Định.........................................................................20 Bảng 1.8: Mực nƣớc biển dâng so với thời kỳ 1980 - 1999 theo kịch bản phát thải trung bình (B2) khu vực tỉnh Nam Định .......................................................................22 Bảng 1.9: Phát thải CH4 từ canh tác lúa năm 2005 và 2010 .........................................28 Bảng 3.1: Đặc trƣng của các vùng khí hậu giai đoạn 2013-2015 .................................42 Bảng 3.2: Phân bố các loại đất trồng lúa nƣớc theo huyện tỉnh Nam Định ..................43 Bảng 3.3: Tổng hợp các tổ hợp khí hậu – đất và diện tích canh tác theo các huyện.....46 Bảng 3.4: Đặc trƣng dữ liệu về khí tƣợng tại các vùng khí hậu giai đoạn 2013 - 201548 Bảng 3.5: Các dữ liệu về điều kiện thổ nhƣỡng ...........................................................50 Bảng 3.6: Các dữ liệu về canh tác .................................................................................51 Bảng 3.7: Lịch thời vụ ...................................................................................................51 Bảng 3.8: Kết quả phát thải CH4 từ chạy mô hình DNDC và đo phát thải hiện trƣờng tại Thịnh Long ...............................................................................................................55 Bảng 3.9: Kết quả phát thải N2O từ chạy mô hình DNDC và đo phát thải hiện trƣờng tại Thịnh Long ...............................................................................................................55 Bảng 3.10: Phát thải CH4 và N2O từ kết quả chạy mô hình DNDC .............................58 Bảng 3.11: Tổng lƣợng phát thải khí nhà kính tƣơng đƣơng (CO2e) trên các loại đất trồng lúa tại Nam Định ..................................................................................................59 Bảng 3.12: Tổng lƣợng phát thải KNK tƣơng đƣơng (CO2e) theo các huyện ............65 Bảng 3.13: Tổng lƣợng phát thải KNK tƣơng đƣơng (CO2e) theo vùng khí hậu .........65 Bảng 3.14: Tổng lƣợng phát thải KNK tƣơng đƣơng (CO2e) theo loại hình đất ..........66 iii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Diễn biến chuẩn sai nhiệt độ trung bình toàn cầu thời kỳ 1850-2012 (thời kỳ chuẩn: 1961-1999): trung bình năm (a) và thập niên (b) ................................................6 Hình 1.2: Mức độ biến đổi nhiệt độ trung bình năm thời kỳ 1901-2012 ........................7 Hình 1.3: Mức độ biến đổi tuyến tính của lƣợng mƣa năm thời kỳ 1901-2010 và giai đoạn 1951-2010 (Nguồn: IPCC, 2013) ...........................................................................7 Hình 1.4: Mức thay đổi lƣợng mƣa năm (%) vào cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ 19801999 theo kịch bản phát thải trung bình (B2) ................................................................ 11 Hình 1.5: Bản đồ hành chính tỉnh Nam Định ................................................................ 16 Hình 1.6: Biểu đồ Nhiệt độ trung bình năm khu vực Nam Định giai đoạn 1990 –2009 ......... 18 Hình 1.7: Biểu đồ tổng lƣợng mƣa trung bình năm khu vực Nam Định giai đoạn 1990 2009 ...............................................................................................................................20 Hình 1.8: Vùng ngập của tỉnh Nam Định với kịch bản nƣớc biển dâng (B2) ...............22 Hình 1.9: Phát thải khí nhà kính năm 2010 lĩnh vực Nông nghiệp ...............................27 Hình 2.1: Cấu trúc của mô hình DNDC (DNDC Guideline, 2011) ..............................32 Hình 2.2: Cấu trúc hệ thống GIS ...................................................................................36 Hình 2.3: Trình tự các bƣớc nghiên cứu, chuẩn bị, hiệu chỉnh và ứng dụng mô hình DNDC để tính toán phát thải KNK trên ruộng lúa ........................................................39 Hình 3.1: Bản đồ phân vùng khí hậu tỉnh Nam Định ....................................................40 Hình 3.2: Bản đồ hiện trạng đất trồng lúa tỉnh Nam Định ............................................42 Hình 3.3: Bản đồ đơn vị các tổ hợp điều kiện tự nhiên .................................................45 Hình 3.4: Tích hợp dữ liệu bản đồ.................................................................................46 Hình 3.5: Cấu trúc file dữ liệu khí tƣợng đầu vào mô hình DNDC ..............................49 Hình 3.6: Nhập dữ liệu khí tƣợng ..................................................................................52 Hình 3.7: Nhập dữ liệu về đất .......................................................................................52 Hình 3.8: Nhập dữ liệu về canh tác ...............................................................................53 Hình 3.9: Nhập dữ liệu về thời vụ và phân bón ............................................................53 Hình 3.10: Lƣu file chạy mô hình .................................................................................54 Hình 3.11: Chạy mô hình ..............................................................................................54 Hình 3.12: Kết quả mô hình ..........................................................................................55 Hình 3.13: Lƣợng phát thải CH4 (kg/ha/năm) đo ngoài hiện trƣờng và tính toán bằng mô hình DNDC ở Thịnh Long ......................................................................................56 Hình 3.14: Lƣợng phát thải khí N2O (kg/ha/năm) đo ngoài hiện trƣờng và tính toán bằng mô hình DNDC ở Thịnh Long ..............................................................................56 Hình 3.15: Lƣợng phát thải CH4 (kg/ha/năm)đo ngoài hiện trƣờng và tính toán bằng mô hình DNDC ở Rạng Đông .......................................................................................57 iv Hình 3.16: Lƣợng phát thải N2O (kg/ha/năm) đo ngoài hiện trƣờng và tính toán bằng mô hình DNDC ở Rạng Đông .......................................................................................57 Hình: 3.17: Bản đồ phát thải CH4 trên đất trồng lúa tỉnh Nam Định ...........................61 Hình: 3.18: Bản đồ phát thải N2O trên đất trồng lúa tỉnh Nam Định ...........................62 Hình: 3.19: Bản đồ tổng lƣợng phát thải khí nhà kính trên một đơn vị canh tác lúa nƣớc (quy đổi CO2e) tỉnh Nam Định ............................................................................63 Hình 3.20: Lƣợng phát thải KNK (quy ra CO2e) trong canh tác lúa tỉnh Nam Định ...64 Hình 3.21: Cơ cấu phát thải KNK (theo CO2e) theo các huyện ....................................64 v DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT BĐKH : Biến đổi khí hậu KNK : Khí nhà kính DNDC : Denitrification – Decomposition; Phân huỷ carbon- Đề nitrate hoá IPCC : Intergovernmental Panel on Climate Change - Tổ chức liên chính phủ về Biến đổi khí hậu UNFCCC : Công ƣớc khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu AR5 : Báo cáo lần thứ 5 của IPCC NBD : Nƣớc biển dâng ĐBSH : Đồng bằng sông Hồng vi MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Biến đổi khí hậu, mà với những biểu hiện rõ rệt nhất của nó là sự nóng lên và mực nƣớc biển dâng trên phạm vi toàn cầu, đây sẽ là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại. Biến đổi khí hậu (BĐKH) đã, đang và sẽ tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trƣờng trên phạm vi toàn cầu nhƣ: nhiệt độ tăng, mực nƣớc biển dâng gây ngập lụt, nhiễm mặn nguồn nƣớc, ảnh hƣởng lớn đến sản xuất nông nghiệp, gây rủi ro lớn đối với công nghiệp và tác động lớn đến kinh tế - xã hội. Việt Nam ký Công ƣớc khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu năm 1992 và phê chuẩn năm 1994, ký Nghị định thƣ Kyoto vào năm 1998, phê chuẩn năm 2002 và có hiệu lực từ ngày 16 tháng 2 năm 2005. Các quốc gia ký Công ƣớc Khung của Liên hợp quốc về BĐKH bắt buộc phải đệ trình kiểm kê quốc gia về phát thải khí nhà kính (KNK). Các Hƣớng dẫn của Ủy ban liên Chính phủ về BĐKH (IPCC) đã đƣa ra hƣớng dẫn kiểm kê KNK quốc gia. Nói chung, IPCC phân loại tất cả các nguồn phát thải/hấp thụ KNK đối với năm lĩnh vực: năng lƣợng; các quá trình công nghiệp; nông nghiệp; sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất và lâm nghiệp (LULUCF) và chất thải. Cho đến nay, IPCC đã đƣa ra các hƣớng dẫn: Hƣớng dẫn 1996 sửa đổi, Hƣớng dẫn thực hành tốt năm 2000 (cho tất cả các lĩnh vực trừ LULUCF), Hƣớng dẫn thực hành tốt cho lĩnh vực LULUCF (năm 2003) và mới nhất là Hƣớng dẫn IPCC năm 2006. Việt Nam đã triển khai thực hiện kiểm kê khí nhà kính từ các nguồn phát thải và bể hấp thụ KNK; đánh giá tác động biến đổi khí hậu đối với các lĩnh vực kinh tế-xã hội và các khu vực dễ bị tổn thƣơng do biến đổi khí hậu (đặc biệt là khu vực bị ảnh hƣởng do nƣớc biển dâng); xây dựng các biện pháp giảm nhẹ phát thải KNK; xây dựng và thực hiện các biện pháp thích ứng với và tiến hành nghiên cứu và giám sát các vấn đề/yếu tố liên quan đến khí hậu và biến đổi khí hậu; cập nhật và phổ biến thông tin để nâng cao nhận thức của các nhà hoạch 1 định chính sách và công chúng về biến đổi khí hậu cũng nhƣ các hoạt động giảm nhẹ phát thải KNK đƣa vào trong Thông báo Quốc gia và Báo cáo cập nhật hai năm một lần gửi Ban Thƣ ký Công ƣớc UNFCCC. Ngày 22/12/2015, Thủ tƣớng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 2359/QĐ-CP phê duyệt Hệ thống quốc gia về kiểm kê khí nhà kính trong đó đã thiết lập hệ thống kiểm kê KNK cấp quốc gia với sự tham gia của các Bộ, ngành có liên quan, hoạt động từ năm 2016 và hoàn thiện Hệ thống vào năm 2020 [11]. Bên cạnh đó, tại Hội nghị các Bên tham gia Công ƣớc khung của Liên Hợp Quốc về biến đổi khí hậu lần thứ 21 (COP21), Thoả thuận Paris về khí hậu đƣợc thông qua.Đây là văn bản pháp lý toàn cầu đầu tiên ràng buộc trách nhiệm của tất cả các Bên trong ứng phó với biến đổi khí hậu.Việt Nam đặt mục tiêu đến 2030, bằng nguồn lực trong nƣớc, sẽ giảm 8% tổng lƣợng phát thải KNK so với kịch bản phát triển thông thƣờng và có thể tăng lên thành 25% khi nhận đƣợc hỗ trợ quốc tế thông qua hợp tác song phƣơng, đa phƣơng và thực hiện các cơ chế mới trong Thỏa thuận khí hậu toàn cầu. Để thực hiện mục tiêu này, Thủ tƣớng Chính phủ đã ký Quyết định số 2053/QĐ-TTg ngày 28/10/2016 phê duyệt Kế hoạch thực hiện Thỏa thuận Pari về khí hậu trong đó, nhiệm vụ chính trong giai đoạn 2016-2020 là vận hành hệ thống kiểm kê KNK quốc gia, thực hiện kiểm kê KNK định kỳ cho năm các cơ sở là 2014, 2016 và 2018 [12]. Trong lĩnh vực nông nghiệp thì trồng lúa nƣớc hiện đang phát thải khí nhà kính lớn nhất, chiếm 50,5% (Báo cáo Kiểm kê KNK năm 2010, 2014). Tuy nhiên, ở Việt Nam kiểm kê phát thải KNK đƣợc tính theo phƣơng pháp của IPCC, 1996 với các hệ số phát thải mặc định áp dụng chung cho toàn quốc, không thể hiện đƣợc sự khác nhau về địa hình, thời tiết, thổ nhƣỡng, cây trồng, mức độ thâm canh của cây trồng. Để có cơ sở so sánh tính chính xác của công tác kiểm kê KNK, mô hình DNDC (Denitrification – Decomposition; Phân huỷ carbon- Đề nitrate hoá) là mô hình sinh địa hóa trong đất, cho phép dự báo lƣợng cacbon đƣợc giữ lại trong đất, hàm lƣợng đạm bị mất, sự phát thải một số khí nhà kính nhƣ CO2, CH4 từ các hệ sinh thái nông nghiệp theo ngày, theo giai đoạn hàng năm (Mai Văn Trịnh, 2012, 2013) [8, 9]. Mô hình DNDC đã đƣợc 2 kiểm nghiệm và áp dụng để tính toán phát thải khí nhà kính trong các hệ canh tác nông nghiệp ở các nƣớc Mỹ, Italy, Đức, Anh, phổ biến nhất là ở Trung Quốc (DNDC Guideline, 2012) [15]. Hơn nữa, việc kiểm chứng khả năng các mô hình trƣớc khi áp dụng tính toán là rất quan trọng, để khẳng định xem mô hình đó có thể sử dụng cho các đối tƣợng và từng địa bàn nghiên cứu không? Nam Định là tỉnh thuộc vùng châu thổ sông Hồng, là vựa lúa lớn của đồng bằng Bắc Bộ. Là một tỉnh có diện tích sản xuất lúa lớn và trình độ thâm canh cao Nam Định cũng là địa phƣơng có diện tích lúa phát thải lƣợng lớn khí nhà kính vào khí quyển. Vì những lý do trên, tôi thực hiện đề tài: “Sử dụng mô hình DNDC và hệ thống thông tin địa lý tính toán phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước tại tỉnh Nam Định” nhằm mục đích tính toán và xác định tiềm năng phát thải KNK trong canh tác lúa nƣớc, làm cơ sở để tính toán phát thải KNK trong nông nghiệptheo từng vùng khí hậu khác nhau, từng loại đất và từng loại hình canh tác, giúp công tác kiểm kê KNK trong nông nghiệp đạt kết quả chính xác, giúp các dự án giảm nhẹ BĐKH trên đất lúa của tỉnh có đƣợc bộ dữ liệu cơ sở về phát thải KNK cho tính toán khả năng giảm nhẹ theo không gian và thời gian, hoặc để giúp đề ra chính sách giảm phát thải phù hợp. 2. Mục tiêu của đề tài 2.1. Mục tiêu tổng quát Định lƣợng phát thải KNK (CH4, N2O) trong canh tác lúa nƣớc theo các điều kiện khí hậu, đất đai và mức thâm canh lúa của tỉnh Nam Định; tính toán lƣợng khí các-bon-níc tƣơng đƣơng/quy đổi (CO2e) trong canh tác lúa nƣớc làm cơ sở cho việc kiểm kê KNK và giúp cho các dự án giảm nhẹ BĐKH có thể định lƣợng đƣợc 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 lƣợng CH4, N2O phát thải từ các hệ thống cây trồng có lúa nƣớc trên các vùng khí hậu và loại đất khác nhau bằng mô hình DNDC. 3 - Tính toán tổng lƣợng phát thải khí nhà kính tƣơng đƣơng (CO2e) trong canh tác lúa nƣớc tỉnh Nam Định. 3. Địa điểm và đối tƣợng nghiên cứu 3.1. Địa điểm nghiên cứu Nghiên cứu đƣợc tiến hành trên phạm vi toàn tỉnh Nam Định. 3.2. Đối tƣợng nghiên cứu Các loại đất và cây lúa tỉnh Nam Định. 4. Cấu trúc luận văn: - Mở đầu - Chƣơng 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu - Chƣơng 2: Nội dung và Phƣơng pháp nghiên cứu - Chƣơng 3: Kết quả nghiên cứu - Kết luận và Kiến nghị. 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Biến đổi khí hậu 1.1.1. Khái niệm về biến đổi khí hậu Biến đổi khí hậu là sự thay đổi của khí hậu trong một khoảng thời gian dài do tác động của các điều kiện tự nhiên và hoạt động của con ngƣời. Biến đổi khí hậu hiện nay biểu hiện bởi sự nóng lên toàn cầu, mực nƣớc biển dâng và gia tăng các hiện tƣợng khí tƣợng thủy văn cực đoan. Hiện nay khái niệm “biến đổi khí hậu” và sự nóng lên toàn cầu không còn xa lạ và đƣợc đánh giá tiềm ẩn nhiều nguy cơ do các tác động của nó. Nhiệt độ toàn cầu gia tăng cùng với sự thay đổi trong phân bố năng lƣợng trên bề mặt Trái đất và bầu khí quyển đã dẫn đến sự biến đổi của các hệ thống hoàn lƣu khí quyển và đại dƣơng mà hậu quả của nó là sự biến đổi của các cực trị thời tiết và khí hậu. Nhiều bằng chứng đã chứng tỏ rằng, thiên tai và các hiện tƣợng cực đoan ngày càng gia tăng ở nhiều vùng trên Trái đất mà nguyên nhân là do sự biến đổi bất thƣờng của các hiện tƣợng thời tiết, khí hậu cực đoan. Hiểu một cách chung nhất thì BĐKH là sự thay đổi của hệ thống khí hậu trái đất do sự gia tăng nhiệt độ trung bình của trái đất từ giữa Thế kỷ 20 tới nay, bắt nguồn từ nồng độ khí nhà kính phát sinh từ các hoạt động của con ngƣời (sử dụng quá mức nhiên liệu hóa thạch, hoạt động sản xuất nông nghiệp, chặt phá và đốt rừng, thay đổi mục đích sử dụng đất…) đã gia tăng ở mức vƣợt xa so với thời kỳ tiền công nghiệp (IPCC, 2007) [18]. 1.1.2. Nguyên nhân của biến đổi khí hậu Nguyên nhân chính của BĐKH là do phát thải khí nhà kính. BĐKH có thể do các quá trình tự nhiên bên trong hệ thống khí hậu, hoặc do tác động bên ngoài hoặc do tác động của con ngƣời. Các đánh giá liên quan đến nguyên nhân gây ra BĐKH do hoạt động của con ngƣời do IPCC công bố đã có những thay đổi. Theo bản báo cáo của IPCC gần đây nhất công bố năm 2013 đã kết luận rằng hoạt động con ngƣời đóng góp vào 95% nguyên nhân gây ra BĐKH (IPCC, 2013) [19]. 5 1.2. Biểu hiện của biến đổi khí hậu trên phạm vi toàn cầu Theo báo cáo lần thứ 5 của IPCC (AR5), nhiệt độ trung bình toàn cầu có xu thế tăng lên rõ rệt kể từ những năm 1950, nhiều kỷ lục thời tiết và khí hậu cực đoan đã đƣợc xác lập trong vài thập kỷ qua. Khí quyển và đại dƣơng ấm lên, lƣợng tuyết và băng giảm, mực nƣớc biển tăng, nồng độ các khí nhà kính tăng (IPCC, 2013) [19]. Biến đổi của nhiệt độ có xu thế chung là tăng nhanh hơn ở vùng vĩ độ cao so với vùng vĩ độ thấp; tăng nhanh hơn ở các vùng sâu trong lục địa so với vùng ven biển và hải đảo; nhiệt độ tối thấp tăng nhanh hơn so với nhiệt độ tối cao. Báo cáo AR 5 (IPCC, 2013) tiếp tục khẳng định số ngày và số đêm lạnh có xu thế giảm; số ngày và số đêm nóng, số đợt nắng nóng có xu thế tăng trên quy mô toàn cầu. Cùng với sự tăng nhanh của nhiệt độ, diện tích băng cũng có xu thế giảm, giảm đáng kể nhất trong những năm gần đây. a) Trung bình năm b) Trung bình thập niên Hình 1.1: Diễn biến chuẩn sai nhiệt độ trung bình toàn cầu thời kỳ 18502012 (thời kỳ chuẩn: 1961-1999): trung bình năm (a) và thập niên (b) M ức ch ên (Nguồn: IPCC, 2013) 6 Hình 1.2: Mức độ biến đổi nhiệt độ trung bình năm thời kỳ 1901-2012 (Nguồn: IPCC, 2013) Lƣợng mƣa có xu thế tăng ở đa phần các khu vực trên quy mô toàn cầu trong thời kỳ 1901-2010. Trong đó, xu thế tăng rõ ràng nhất ở các vùng vĩ độ trung bình và cao; ngƣợc lại, nhiều khu vực nhiệt đới có xu thế giảm. Xu thế tăng/giảm của lƣợng mƣa phản ánh rõ ràng hơn trong giai đoạn 1951-2010 so với giai đoạn 1901-2010. Trong đó, xu thế tăng rõ ràng nhất ở khu vực Châu Mỹ, Tây Âu, Úc; xu thế giảm rõ ràng nhất ở khu vực Châu Phi và Trung Quốc. IPCC cũng tiếp tục khẳng định số vùng có số đợt mƣa lớn tăng nhiều hơn số vùng có số đợt mƣa lớn giảm. Hạn hán không có xu thế rõ ràng do hạn chế về số liệu quan trắc và đánh giá hạn. Xu thế về tầ n số bão là chƣa rõ ràng, tuy nhiên gần nhƣ chắc chắn rằng số cơn bão mạnh cũng nhƣ cƣờng độ của các cơn bão mạnh đã tăng lên (IPCC, 2013) [19]. Hình 1.3: Mức độ biến đổi tuyến tính của lượng mưa năm thời kỳ 19012010 và giai đoạn 1951-2010 (Nguồn: IPCC, 2013) 7 1.3. Phát thải khí nhà kính KNK đƣợc định nghĩa là những thành phần của khí quyển, đƣợc tạo ra do tự nhiên và các hoạt động của con ngƣời. Chúng có khả năng hấp thụ các bức xạ sóng dài đƣợc phản xạ từ bề mặt Trái đất khi đƣợc chiếu sáng bằng ánh sáng mặt trời, sau đó phân tán nhiệt lại cho Trái đất, gây nên hiệu ứng nhà kính. Tiếp tục phát thải KNK sẽ làm nặng nề thêm những thay đổi của khí hậu toàn cầu cũng nhƣ những ảnh hƣởng tiêu cực của nó lên tự nhiên và con ngƣời. Căn cứ theo nguồn gốc phát sinh, mức độ phát thải tuyệt đối và xu hƣớng phát thải cũng nhƣ mức độ ảnh hƣởng đến tổng tiềm năng phát thải KNK của các quốc gia, các nguồn phát thải đƣợc chia thành 4 nhóm chính: - Năng lượng: là một trong những nguồn phát thải KNK lớn nhất hiện nay. Lĩnh vực này thƣờng đóng góp đến trên 90% lƣợng CO2 và 75% lƣợng KNK khác phát thải ở các nƣớc đang phát triển. 95% các khí phát thải từ ngành năng lƣợng là CO2, còn lại là CH4 và N2O với mức tƣơng đƣơng. - Quy trình công nghiệp và sử dụng sản phẩm (IPPU): phát thải từ lĩnh vực IPPU phát sinh trong các quy trình xử lý công nghiệp; việc sử dụng KNK trong các sản phẩm và sử dụng các bon trong các nhiên liệu hóa thạch không nhằm mục đích sản xuất năng lƣợng. Trong suốt các quy trình này, nhiều loại KNK đƣợc tạo ra bao gồm: CO2, CH4, N2O, HFCs và PFCs. Lĩnh vực IPPU đóng góp khoảng 7% lƣợng khí thải tạo ra từ các nƣớc phụ lục I (UNFCCC, 2008) và xấp xỉ 6% ở các nƣớc không thuộc phụ lục I (UNFCCC, 2005). - Nông nghiệp, lâm nghiệp và sử dụng đất: các nguồn chủ yếu gây phát thải bao gồm phát thải CH4 và N2O từ chăn nuôi, trồng lúa nƣớc, đất canh tác nông nghiệp, hoạt động đốt trong sản xuất nông nghiệp; Phát thải/hấp thụ CO2 trong lĩnh vực nông, lâm nghiệp và thay đổi sử dụng đất. Nói chung, lĩnh vực nông nghiệp, lâm nghiệp và sử dụng đất đóng góp khoảng 30% lƣợng phát thải KNK toàn cầu, chủ yếu là do CO2 phát thải từ những thay đổi trong sử dụng đất (phần lớn là do phá rừng nhiệt đới) và CH4, N2O từ trồng trọt và chăn nuôi gia súc. 8 - Chất thải: Các loại KNK có thể phát sinh trong lĩnh vực chất thải bao gồm: CO2, CH4 và N2O. Các nguồn phát sinh KNK chính trong lĩnh vực chất thải đƣợc ghi nhận là: chôn lấp chất thải rắn; xử lý sinh học chất thải rắn; thiêu hủy và đốt mở chất thải; xử lý và xả nƣớc thải. 1.4. Biến đổi khí hậu ở Việt Nam và tỉnh Nam Định 1.4.1. Biến đổi khí hậu ở Việt Nam Vào những năm 90 của thế kỷ trƣớc, các nhà nghiên cứu khoa học đầu ngành nhƣ Nguyễn Đức Ngữ, Nguyễn Trọng Hiệu đã tiến hành nghiên cứu về biến đổi khí hậu ở Việt Nam. Tuy nhiên vấn đề này chỉ thực sự đƣợc quan tâm từ sau năm 2000. Các công trình nghiên cứu về biến đổi khí hậu cũng đã dần đi vào chiều sâu về bản chất vật lý và những bằng chứng cho thấy sự tác động của nó. Kết quả của những nghiên cứu này đã cho chúng ta biết khí hậu Việt Nam có những dấu hiệu biến đổi sâu sắc. - Về nhiệt độ: theo Kịch bản biến đổi khí hậu của Bộ Tài Nguyên và Môi trƣờng công bố năm 2012, ở Việt Nam, xu thế biến đổi của nhiệt độ và lƣợng mƣa là rất khác nhau trên các vùng trong 50 năm qua (1961-2010) (Bảng 1.1). Nhiệt độ trung bình năm tăng khoảng 0,5oC trên phạm vi cả nƣớc và lƣợng mƣa có xu hƣớng giảm ở phía Bắc, tăng ở phía Nam lãnh thổ. Vào mùa đông, nhiệt độ tăng nhanh hơn ở vùng Tây Bắc Bộ, Đông Bắc Bộ, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ (khoảng 1,3-1,5oC/50 năm). Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ có nhiệt độ tháng 1 tăng chậm hơn so với các vùng khí hậu phía Bắc (khoảng 0,6-0,9oC/50 năm). Tính trung bình cho cả nƣớc, nhiệt độ mùa đông ở nƣớc ta đã tăng lên 1,2oC trong 50 năm qua. Nhiệt độ tháng VII tăng khoảng 0,30,5oC/50 năm trên tất cả các vùng khí hậu của nƣớc ta. Nhiệt độ trung bình năm tăng 0,5-0,6oC/50 năm ở Tây Bắc, Đông Bắc Bộ, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ còn mức tăng nhiệt độ trung bình năm ở Nam Trung Bộ thấp hơn, chỉ vào khoảng 0,3oC/50 năm. Mức biến đổi nhiệt độ cực đại trên toàn Việt Nam nhìn chung dao động trong khoảng từ -3oC đến 3oC. Mức thay đổi nhiệt độ cực tiểu chủ yếu dao động trong khoảng -5oC đến 5oC. Xu thế chung 9 của nhiệt độ cực đại và cực tiểu là tăng, tốc độ tăng của nhiệt độ cực tiểu nhanh hơn so với nhiệt độ cực đại, phù hợp với xu thế chung của BĐKH toàn cầu [5]. Bảng 1.1: Mức tăng nhiệt độ và mức thay đổi lượng mưa trong 50 năm qua ở các vùng khí hậu của Việt Nam Nhiệt độ (oC) Lƣợng mƣa (%) Vùng khí hậu Tháng 1 Tháng 7 Năm Mùa khô (T11 - T4) Mùa mƣa(T5 T10) Năm Tây Bắc Bộ 1,4 0,5 0,5 6 -6 -2 Đông Bắc Bộ 1,5 0,3 0,6 0 -9 -7 Đồng bằng Bắc Bộ 1,4 0,5 0,6 0 -13 -11 Bắc Trung Bộ 1,3 0,5 0,5 4 -5 -3 Nam Trung Bộ 0,6 0,5 0,3 20 20 20 Tây Nguyên 0,9 0,4 0,6 19 9 11 Nam Bộ 0,8 0,4 0,6 27 6 9 (Nguồn: Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam, Bộ TN&MT, 2012) Bảng 1.2: Mức tăng nhiệt độ (oC) trung bình năm so với thời kỳ 1980-1999 theo kịch bản phát thải trung bình (B2) (Nguồn: Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam, Bộ TN&MT, 2012) - Về lƣợng mƣa: Lƣợng mƣa năm tăng trên hầu khắp lãnh thổ, mức tăng phổ biến từ 2-7%. Xu thế chung là lƣợng mƣa mùa khô giảm và lƣợng mƣa mùa 10