CHƯƠNG 1: TONG QUAN CÁC VAN ĐÈ NGHIÊN COU Le ng quan về khí nhà kính Nghị định Kyoto đã xác định có 6 loại KNK có tiềm năng gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu (GWP) gém khí carbon dioxide (CO;), nitrous oxide (NO), me-tan (CHỊ), hydro fluorocarbons (HFCs), per fluorocarbon (PFCs) và sulfur hexafluoride (SẼ,). Tiềm năng gây hiệu ứng KNK làm nóng lên toàn cầu được dựa trên chỉ số khí CO; tương đương, lấy khí CO; có tim năng gây hiện tượng nóng lên toàn cầu là 1 ‘Cc kết quả nghiên cứu cho ring nguồn phát sinh KNK chủ yếu từ hoạt động sản xuất, sinh hot của con người và một phần có trong tự nhiên. Các loại KNK pl at thải từ tự. nhiên bao gdm catbon oxide đơn (CO), carbon dioxide (CO,) từ quá tinh chy rừng và đốt phụ phẩm, methane (CH,), nitrous oxides (N;O), CO; từ quá trình phân giải chất hữu cơ trong canh tắc nông nghiệp và các nguồn phát thai tự nhiên khác do tác động của sim, chớp, bão, núi lửa,.
Tuy nhiên, nguồn phát thải KNK từ tự nhiên thấp và chủ yếu do nguyên nhân hoặc có liên quan đến con người như cháy rừng. Trong khi đó, nguồn phát thải KNK chủ yếu từ hoạt động sản xuất của con người như hoạt động. công nghiệp, ning lượng, canh tác nông nghiệp. Theo bio cáo của IPCC, 2007, nguồn phát thai KNK lớn nhất chính từ các hoạt động công nghiệp và giao thông Hoạt động sin xuất nông nghiệp cũng là hoạt động gây phát thi lớn, chiếm 14% tiểm năng làm nóng lên toàn cầu (GWP), trong đồ 17% CO; tương đương từ quá tình sử cdụng đắt và thay đối sử dụng đắt trong nông nghiệp, 3⁄ CO; tương đương từ quá tình quản lý chất thải rong nông nghiệp.
CH, và N;O là nguồn KNK phát thải từ hoạt động sản xuất nông nghiệp. IPCC (2007) đã chỉ ra ring các nước phát triển chỉ chiếm chưa tới 20% về dân số nhưng lại gây phát thải tới 46,4% lượng KNK toàn cầu trong Khi các nước đang phát triển chỉ chiếm 53,6% về tổng lượng KNK nhưng chiếm trên 80% về dân số [26] * co, + là chất khí nhà kính quan trọng sinh ra và tiêu hao didxit cacbon trong khí “quyền từ các quá trình tự nhiên chủ yếu bao g m: hô ip của động - thực vật, quang hợp của thực vật; các quá trình trao đổi khí quyền ~ đại dương; hoạt động của núi lửa. Hoạt động của con người lim gia tăng lượng điôxit cacbon chủ yếu do sử dụng nhiên liệu hóa thạch, chế tạo các loại máy sưởi, máy làm lạnh, sản xuất xi măng, phá rừng, thay đổi sử dụng đất, vv * CH: là KNK quan tong thứ hai sau CO;. Các công trình nghi công bổ, lượng phát thai CH, đã tăng từ 0,700 ppmV năm 1750 lên 1,774 ppmV năm 2005 [26].
Một đơn vị khối lượng CH, phát thai vào khí quyển có thé gây Ấm cho toàn cầu Global Warming Potential -GWP) gấp 24 lần 1 đơn vị khối lượng CO; (tinh cho chu kỳ 100 nim), Sự gia tăng phát thải CH, trong suốt thé ky qua chủ yếu là từ cạnh tác lúa nước, từ chăn nuôi trong nông nghiệp và một phần từ phát thải khí tr nhiên. Ruộng lúa nước đồng góp khoảng 15-20% tổng lượng CH, phát thải trên toàn cầu [14] * N,0: là KNK quan trong thứ ba sau CO; và CHỤ. Theo các công tình nghiên cứu đã công bố thì lượng phát thải khí này đã tăng từ 270 ppbV năm 1750 lên 319 ppbV năm 2005. Theo IPCC (2007), việc phát thải một đơn vị khối lượng N;O vào khí.
quyên có GWP gấp 310 in 1 đơn vị khối lượng CO; đính cho chu kỹ 100 năm) [24 Trong môi trường đắc, N.O được tạo ra nhờ các loài vi sinh vật, là sản phẩm phụ của quả tình nitrát hóa hoặc sản phẩm trung gian của quá trình phản nitát hóa (Bouwman, 1990), Bat canh tác được bón phân là một nguồn phát thải NạO đáng chú ý, chiếm 13% [30] đến 28% [29] lượng N;O phát thải toàn cầu hàng năm. Dựa trên các kết quả dự báo quốc tế cho thấy, nếu không có các chính sách can thiệp kịp thời, lượng phát thải KNK toàn cầu s tăng từ 25-90% vào năm 2030 so với hiện trang phát thải KNK năm 2000. Đặc biệt, lượng phát thải KNK sẽ tăng mạnh ở các nước đang phát triển như nước ta (dự báo KNK tăng lên gấp 4 lẫn vio năm 2030). Sự gia tăng KNK dai hỏi các quốc gia cần nỗ lực hon 48 giảm phát thải KNK nhằm ngăn chặn, hạn chế quá trình gia tăng biển đổi khí hậu toàn cầu (các hoạt động phát thải thấp) ở hầu hết các lĩnh vục cia nỀn kính tế, Trong đó.
hoạt động sin xuất nông nghiệp được đánh giá là một ong những nguồn phát thải KNK chủ yếu ở các quốc gia dang phát triển Nong nghiệp được cho là ngành phát thải lớn nhưng cũng được đảnh giá là ngành có tiềm năng giảm phát thải cao. Những tính toán về chỉ phí cận biên giảm phát thải KNK, (MACC) cho thấy hoạt động sản xuất nông nghiệp có tiềm năng lớn trong giảm phát thải KNK, Tại Indonesia, Ủy ban về biến đổi khí hậu nước này đã dự báo rằng các hoạt động kinh tế có tiềm năng giảm phát thải KNK 164 triệu tắn CO; tương đương, trong đó chỉ tính riêng lĩnh vực nông nghiệp đã có tiềm năng giảm 105 trigu tin CO; tương đương thông qua các hoạt động cải thiện hệ thống tưới tiêu trong canh tác lúa nước, ei tiến quan lý giống cây trồng, giám sit và quản lý phân đạm, quản ý chất thái hữu cơ từ chăn nuối và hệ thống cung cấp thức ăn chăn nuôi (mặc di có chỉ p cao) 1.Téng quan v cơ chế hình thành, phát thải khí CH, và NạO từ ruộng lúa nước 1. Qué trình hình thành và phát thai khí N,O từ ruộng hia Nguồn phát thai CH, trên vùng trồng lúa là quá tinh phân giải chất hữu cơ ở điều kiện yếm khí. Dây là quá tinh phân giải sinh hoá phức tạp có sự tham gia cia các vỉ khuẩn.
Trong quá tình hình thành và chuyển hoá CH, có sự tham gia của vỉ khuẩn métan methanogens). Thường nhờ 3 vi khuẩn từ 3 cơ chất (0) ~Hydrogenottophic methanogen sử dung cơ chất là hydro và CÓ; CO, + 4H; — CH, +2150 (2) ~ Nhờ vi khuẩn acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat tành metan và CO2 eetorophic methanogen chuyễn hóa ata thành metan và Ct Khoảng 70% lượng metan sinh a bằng con đường này CH;COOH ~ CO; + CH. 4CO-+2H;O CH, + CO, (6) = Nhờ vi khuẩn methyloephie methanogen phn giải cơ chất chứa nhóm metyl CHOH + H CH, +2H,O X4 6H:O — 9CH, + 3CO, + 4NH, =n hóa này phụ thuộc vào các môi trường, trong đó chủ yếu là thể ôxy hoá-khử (Bh), chất hữu cơ, chế độ nước, nhiệt độ. Sự thay đổi chế độ nước sẽ kéo đổi chế độ khí, nhiệt độ và Eh của môi trường đắc.
Một số kết quả nghiên chế độ ngập nước không liên tục (rút nước phơi rudng giữa vụ, rút nước định kỳ) so với ngập nước liên tục trên ruội lúa, phát thải CH giảm thiểu rõ rệt Bồn phân vô cơ hạn chế phát thai CHỊ [ Khí CHỊ phát thai từ mộng lía vào khí quyễn theo ba con đường chính là từ ạt khí CH, cưới đ khuếch tín và phá thả tử cây lứa thông qua khí khẳng của cây [34], Nhơng hiện tượng khuếch tần chỉ đóng góp khoảng 1% tổng lượng khí CHy, trong khi khí CH, đi vào. Khí quyển ở dạng bọt khí chiếm tới 10% tổng lượng phát thả từ đất Ha, phần chủ yếu phát tần là thông qua thân cây lúa chiếm 90% tổng lượng phát thải của đắt lúa ngập nước. oO on atin Tem nà "Hình 1.2, Sơ dé vận chuyên khí CH, trên ruộng lúa theo 3 con đường|34] 1. Quá trình hình thành va phát thải khí NạO từ ruộng lúa Sản sinh N;O trong đắt chủ yêu là do kết quả của hai hoạt động tương phản của vi sinh vật quá trình nitrat hóa và quá trình khử nitrat thé hiện ở hình dưới đây.
Quá trình nitrat hóa được diễn ra rong diều kiện hiểu khí trong đó NO là sản phẩm phụ của quá trình Oxy hóa amoni (NHL) thành nitit (NO. Trong khi, quá tình khử nitrat là qu trình diễn ra trong điều kiện ky khí và N;O là sản phẩm của quá tình khử nitart thành khí nitơ (N;) [33]. Sự chuyễn bod ni trong đất bao gdm nhiều quá tình có sự tham gia của các vi sinh vật, NH," là dạng phô biển của nitơ khoáng trong hầu. sác loại đ L, mặc dù nhiễu nữơ bị liên kết chit ở các dang hữu cơ, trong các đất có him lượng hữu cơ cao.
Sự hiện điện của tầng ôxy hoá bên trên ting khử hoặc ky khí là ngưởng tới hạn đối với nhiều quá tình. Một trong số quá trình đó là sự khoáng hoá chất hữu cơ chứa ni Mat số ion NH," có thể khuyéch tin vào ting đắt Oxy hoá và và được cây lúa hút tha, hoặc bị mắt do bay hơi, hoặc bị nitrat hoá và rửa trôi trở lại tang đắt khử và ở đây có. thể bị mắt nito dạng phân từ (N2) do quá trình phản nitrat hoá. 10 Khi phân bón nite amôn (rẻ, amin su) được bón bằng ích ri be mặt ruộng.
lúa thìcó thể mắt nto ở dạng NH, do bay hoi, Bay hơi NH phụ thuộc vào nhiệt độ, tốc độ gi, sự biển đồi pH ngày đêm do hoạt động sinh học trong nước ngập. Một cách luân phiên, những ion NH,” khuếch tin vào Ling đất bj Oxy hoá kéo theo quá trình. thuỷ phân và được cây lúa hút thu trực tiếp hoặc bị nitrat hoá, hoặc bị cổ định trong hợp chất hữu cơ. Tiếp theo quá trình niưat hoá NH, - N trong ting it bị Oxy hoá, thì NO; - N hoặc được ễ hút thu, hoặc rửa tôi xuống ting đất khử và ở đây nó bị phản niưat hoá và mắt nito ở dạng khí N;O, NO và Ny a m | retain weSewn Sos ig, ah, — Mà Nà io ; | V nitrate | nats noise |B ye Ob ay do timateep bk Hình 1.
Sơ đỗ hình thành kh 0 trên ruộng lúa Rung lúa được đánh gid ít quan trọng đối với phát thải khí NO bối. hộ sinh thái khác nhau cơ bản của nó, đặc biệt là môi trường yếm k Điều kiện yém khí ngập thường xuyên của ruộng lúa làm giảm quá trình nitrat hóa và khử hoàn toàn, sản xuất ra No hơn là khí NạO [23]. “Tuy nhiên các nghiên cứu gần diy đã cho thấy ruộng lúa cótằm quan trọng đổi với phát thải NO [26]. Tại muộng lúa phát thai NạO thông qua cả quá trình niưat hóa -khử nitrat do sự tồn tại của lớp bị Oxi hóa trong bủn đất và trong vùng rễ của cây lúa [33].