CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. THUẬT NGỮ, KHÁI NIỆM SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN Đất trồng cây hàng năm: đất trồng cây hàng năm (ĐTCHN) là loại đất được sử dụng cho mục đích gieo trồng, thu hoạch và kết thúc chu kỳ sản xuất trong thời gian không quá 1 năm. Theo đó, ĐTCHN sẽ thuộc nhóm đất nông nghiệp và bao gồm: • Đất trồng lúa: gồm loại đất chuyên trồng lúa nước, đất trồng lúa nước còn lại và đất trồng lúa nương. • Những loại đất được sử dụng vào trong mục đích trồng các loại cây hàng năm khác (Thông tư số 27/2018/TT-BTNMT ngày 14/12/2018 của Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định về thống kê, kiểm kê đất đai và lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất”) Đất nhiễm mặn: Đất nhiễm mặn từ quan điểm nông nghiệp, là đất đó có tồn tại các loại muối hòa tan ở một nồng độ cao hơn bình thường, gây ảnh hưởng xấu đến cây trồng.
Hiện nay, để đánh giá độ mặn của đất, trên thế giới người ta dùng đại lượng EC là độ dẫn điện của đất, có đơn vị là dS/m (1dS/m = 0,64‰). Đất mặn là những loại đất có độ dẫn điện lớn hơn 4 dS/m ở 25oC tương đương với nồng độ muối hòa tan khoảng 2,56 ‰ (cách tính thông thường tại Việt Nam) Nước dưới đất: Nước dưới đất (NDĐ) gồm tất cả nước tồn tại dưới dạng khác nhau phân bố trong các chỗ trống, các khe nứt của đất đá nằm dưới mặt đất trong đó nước có thể được lưu giữ. Nước dưới đất có diện tích phân bố rộng rãi từ vùng ẩm ướt cho đến các sa mạc, ở núi cao, vùng cực của Trái đất. Nước dưới đất tầng nông (Tầng chứa nước lỗ hổng Holocen (qh2)): là tầng chứa nước nông (tầng chứa nước thứ nhất kể từ mặt đất).
Nguy cơ: là bất kì tác nhân nào có thể gây tổn hại sức khỏe và tính mạng cho con người, hay gây thiệt hại về tài sản hoặc môi trường. Rủi ro: là một sự kiện, tác động tiêu cực không thể đoán trước được về khả 6 năng xảy ra, thời gian và vị trí cũng như mức độ nghiêm trọng và hậu quả của nó. Rủi ro được xác định là sự kết hợp giữa xác suất hoặc tần suất xảy ra của một mối nguy hiểm và mức độ hậu quả của sự cố xảy ra. Rủi ro môi trường là những mối đe dọa có thể gây hại cho cả môi trường sống và con người.
Đánh giá rủi ro là quá trình khoa học trong đó các rủi ro gây ra bởi các mối nguy hiểm vốn có liên quan đến quá trình hoặc các tình huống được ước tính theo định lượng hoặc định tính. Ví dụ, trong vòng đời của rủi ro hóa học có thể phát sinh trong quá trình sản xuất, phân phối, sử dụng, tái chế hoặc xử lý. Đánh giá rủi ro được thực hiện để kiểm tra tác động của một chất đối với con người (Đánh giá rủi ro sức khỏe) và hệ sinh thái (Đánh giá rủi ro môi trường). Đánh giá rủi ro môi trường (ERA) là một quá trình xác định và đánh giá các tác động bất lợi đối với hệ sinh thái, động vật và con người.
Tính dễ bị tổn thương của nước dưới đất là một thuật ngữ được sử dụng để biểu thị các đặc điểm tự nhiên của mặt đất xác định mức độ nước dưới đất có thể dễ dàng bị ô nhiễm do các hoạt động của con người. Tính dễ bị tổn thương của NDĐ có thể là nội tại hoặc cụ thể, tính dễ bị tổn thương nội tại của tầng chứa nước có thể được định nghĩa là khả năng mà chất gây ô nhiễm đưa vào bề mặt đất có thể tiếp cận và khuếch tán trong NDĐ. Rủi ro ô nhiễm nước dưới đất: Rủi ro có thể được định nghĩa là khả năng xảy ra hoặc tần suất dự kiến của một hậu quả bất lợi cụ thể. Được áp dụng cho NDĐ, thể hiện khả năng bị ô nhiễm phát sinh từ các nguồn hoặc hoạt động có khả năng gây ô nhiễm (được gọi là mối nguy).
Mối nguy thể hiện rủi ro khi có khả năng ảnh hưởng đến thứ gì đó có giá trị (mục tiêu, trong trường hợp này là nước dưới đất). NHU CẦU SỬ DỤNG PHÂN ĐẠM VÀ HỆ QUẢ MÔI TRƯỜNG CỦA SỬ DỤNG PHÂN ĐẠM TRONG HỆ THỐNG NÔNG NGHIỆP 1. Dạng tồn tại của nitơ trong hệ thống nông nghiệp Nitơ là một nguyên tố rất linh hoạt, tồn tại ở cả dạng vô cơ và hữu cơ, cũng như nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau. Các dạng chủ yếu của N trong đất là amoni 7 (NH4+), nitrat (NO3−) và các nitơ hữu cơ, trong đó khoảng 90-98% là dạng hữu cơ và chỉ có ít hơn 2% dạng vô cơ [Mirzakhaninafchi, 2022].
Thông qua một số quá trình sinh hóa, đặc biệt là các quá trình khoáng hóa và cố định N, các dạng N hữu cơ và vô cơ của đất có thể được biến đổi từ dạng này sang dạng khác. Nitơ hữu cơ có liên quan đến axit nucleic, axit amin, protein và đường amino trong khi N dạng vô cơ bao gồm amoni - N và nitrat – N hòa tan sẵn có để cây trồng và vi sinh vật dễ dàng sử dụng, hấp thu hoặc có thể bị rửa trôi, bay hơi. Quá trình khoáng hóa xảy ra trong đất khi vi sinh vật chuyển hóa N hữu cơ thành các dạng vô cơ. Bước đầu tiên của quá trình khoáng hóa được gọi là quá trình amin hóa, trong đó vi sinh vật (chủ yếu là sinh vật dị dưỡng) phân hủy các protein phức tạp thành các axit amin, amin trung gian và amin đơn giản hơn (phản ứng 1.
Các vi sinh vật dị dưỡng cần các hợp chất hữu cơ làm nguồn cung cấp cacbon (C) và năng lượng. Các vi sinh vật tự dưỡng có thể lấy năng lượng từ quá trình oxi hóa các nguyên tố hoặc hợp chất vô cơ như Fe, S, NH4+, NO2−, hoặc từ năng lượng bức xạ với nguồn cung cấp C từ CO2. Amin hóa: Protein → R-NH2 + CO2 (1.1) Quá trình amon hóa là bước thứ hai của quá trình khoáng hóa, trong đó các nhóm amin (-NH2) được chuyển thành amoni. Tương tự, các vi sinh vật (chủ yếu là tự dưỡng) thực hiện quá trình này (phản ứng 1.
Quá trình amon hóa: R-NH2 + H2O → NH3 + R-OH (1.2) Quá trình nitrat hóa là quá trình trong đó NH4+ được chuyển thành NO2− và sau đó thành NO3−. Quá trình này xảy ra tự nhiên trong môi trường, với sự tham gia của vi khuẩn (phương trình 1.4) Trạng thái N trong đất thay đổi tùy thuộc vào một số yếu tố tự nhiên và nhân tạo, trong đó yếu tố nhân tạo thường rất quan trọng. Các yếu tố nhân tạo quan trọng liên quan đến loại sử dụng đất và quản lý canh tác như kĩ thuật tưới, kĩ thuật làm đất. 8 NH3 Bay hơi + CO2 + H2O/OH- Chất nền NH4+ N2O/ N2 nitơ Thủy phân Con đường gián tiếp 1 – 3 ngày NH2OH Đề nitrat hóa NO2- Nitrat hóa NO3- N2O NO Hình 1.
Sự biến đổi của khoáng N trong đất dẫn đến phát thải N2O và rửa trôi NO3- qua các con đường khác nhau 1. Nhu cầu và hiệu quả sử dụng phân đạm cho trồng cây hàng năm a. Trên Thế giới Tất cả các hệ thống cây trồng như độc canh, đa canh và xen canh, đã được thực hiện trên khắp thế giới. Các hệ thống đa canh phổ biến hơn so với độc canh.
Trên thế giới, các hệ thống cây trồng chính gồm lúa - lúa mì, bông - lúa mì, ngô - lúa mì, đậu tương - cây rum, mía - đậu, hướng dương - bông, v. Ở châu Âu, hệ thống trồng lúa mì - hạt cải dầu và lúa mì - ngũ cốc hạt nhỏ rất phổ biến [Peyraud, 2014]. Ở Trung Tây Hoa Kỳ, ngô - đậu tương là hai loại cây trồng luân canh chiếm ưu thế [Plourde, 2013]. Trong khi đó, ở châu Á, lúa - lúa mì là loại luân canh chiếm ưu thế.
Luân canh lúa - lúa mì chiếm diện tích khoảng 18 triệu ha ở châu Á, trong đó 75% diện tích ở đồng bằng Ấn Độ - Hangetic gồm Ấn Độ, Pakistan, Bangladesh và Nepal tương ứng 10; 2,2; 0,8 và 0,5 triệu ha [Mishra, 2012]. Đậu tương và ngô vụ hè được trồng luân canh với cỏ lúa mạch đen Ý, phổ biến ở các vùng cận nhiệt đới Nam Mỹ của Brazil, Argentina, Uruguay và Paraguay [Barth Neto, 2014]. Tương tự Việt Nam, Trung 9 Quốc có một lịch sử lâu dài về thực hành luân canh cây trồng và cảnh quan nông nghiệp được đặc trưng bởi các cánh đồng nhỏ, cường độ canh tác cao và cây trồng đa dạng. Hệ thống canh tác gồm luân canh ngô - đậu tương - lúa mì ở Đông Bắc Trung Quốc, luân canh cây trồng đa dạng ở Cao nguyên hoàng thổ Tây Bắc Trung Quốc, luân canh ngô - lúa mì - đậu tương và hệ thống hai vụ lạc - lúa mì ở đồng bằng Bắc Trung Quốc [Zhao, 2020].
Luân canh rau - lúa cũng rất phổ biến, tiếp đó là hệ thống luân canh rau – rau – rau và rau – rau. Các loại rau phổ biến của Trung Quốc bao gồm bắp cải, cải xanh, củ cải mùa đông, đậu Hà Lan, đậu dài và các loại dưa, cà tím, dưa chuột, và một số loại khác [Liu, 2022]. Nhu cầu sử dụng phân đạm trên Thế giới và Châu Á đến năm 2017 và dự báo đến năm 2020 Đơn vị: nghìn tấn N 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Thế giới 110 027 111 575 113 607 115 376 117 116 118 763 Châu Á 66 294 67 082 68 446 69 493 70 525 71 476 Tây Á 2 982 3 048 3 127 3 213 3 302 3 395 Bắc Á 22 273 22 525 23 430 24 002 24 645 25 191 Đông Á 41 039 41 509 41 888 42 278 42 578 42 890 Nguồn: FAO, 2017 Việc tăng cường sử dụng phân bón, đặc biệt là phân đạm, đã thúc đẩy mạnh mẽ năng suất cây trồng. Nhu cầu về phân đạm được dự báo sẽ tăng trung bình hàng năm là 1,5% từ năm 2015 đến năm 2020.
Khu vực châu Á có nhu cầu về phân đạm chiếm lượng lớn so với các khu vực khác trên Thế giới, tăng từ 66,29 lên 71,48 triệu tấn tương ứng năm 2015 và 2020, tăng 7,8% trong giai đoạn này (Bảng 1. Khoảng 50% lượng phân đạm toàn cầu được bón cho các loại ngũ cốc chính như: ngô (17%), lúa mì (18%) và lúa (16%) [Heffer, 2013]. Các khuyến cáo về tỷ lệ phân đạm tối ưu thường dựa trên các nghiên cứu thử nghiệm trước đó, phụ thuộc vào giống, kết cấu đất và việc chuẩn bị luống gieo hạt. 10 Xu hướng sử dụng phân N để trồng lúa ngày càng phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới.