Luận án tiến sĩ khoa học môi trường đánh giá nguy cơ môi trường do sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện giao thủy tỉnh nam định

Luận án tiến sĩ môi trường nghiên cứu môi trường đánh giá nguy cơ môi trường do sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý

• Tác giả: Lý Thị Thu Hà
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Hà
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Môi trường đất và nước
• Đề tài: Đánh giá nguy cơ môi trường từ phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ khoa học môi trường
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Thuật ngữ, khái niệm sử dụng trong luận án
• 1.2. Nhu cầu sử dụng phân đạm và hệ quả môi trường của sử dụng phân đạm trong hệ thống nông nghiệp
• 1.2.1. Dạng tồn tại của nito trong hệ thống nông nghiệp
• 1.2.2. Nhu cầu và hiệu quả sử dụng phân đạm cho trồng cây hàng năm
• 1.2.3. Ảnh hưởng của sử dụng phân đạm đến môi trường
• 1.2.4. Đánh giá nguy cơ và rủi ro môi trường do sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm
• 1.3. Các phương pháp sử dụng trong đánh giá rủi ro rửa trôi nitơ từ đất trồng cây hàng năm tới nước dưới đất
• 1.3.1. Các phương pháp định lượng khí nhà kính phát thải từ đất trồng cây hàng năm
• 1.4. Nghiên cứu xác định nguy cơ và rủi ro môi trường do sử dụng phân đạm trong trồng cây hàng năm trên Thế giới và Việt Nam
• 1.4.1. Nghiên cứu ứng dụng DRASTIC xác định tổn thương nitrat trong nước ngầm do sử dụng phân đạm trong nông nghiệp
• 1.4.2. Nghiên cứu xác định nguy cơ phát thải khí nhà kính từ đất nông nghiệp do sử dụng phân đạm trong trồng trọt
• 1.5. Tổng quan về đất trồng cây hàng năm và tài nguyên nước dưới đất tỉnh Nam Định
• 1.5.1. Hiện trạng đất trồng cây hàng năm tỉnh Nam Định
• 1.5.2. Địa chất thủy văn và tài nguyên nước dưới đất tỉnh Nam Định
• 1.5.3. Đánh giá tổng quan và các vấn đề luận án góp phần giải quyết
• 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phạm vi nghiên cứu
• 2.2.1. Phạm vi không gian
• 2.2.2. Phạm vi thời gian
• 2.3. Trình tự thực hiện nội dung và khung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp thu thập dữ liệu
• 2.4.2. Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu
• 2.4.3. Phương pháp đánh giá rủi ro ô nhiễm nước dưới đất liên quan đến sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm
• 2.4.4. Phương pháp đánh giá nguy cơ môi trường liên quan đến phát thải khí nhà kính do sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm
• 2.4.5. Phương pháp tính cân bằng và hiệu quả sử dụng nitơ
• 2.4.6. Phương pháp thống kê, xử lý số liệu, phân tích tổng hợp
• 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Hiện trạng sử dụng đất và bón phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy
• 3.1.1. Hiện trạng sử dụng đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy
• 3.1.2. Kỹ thuật canh tác và hiện trạng sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm huyện Giao Thủy
• 3.1.3. Hiện trạng thành phần nitơ trên các loại sử dụng đất trồng cây hàng năm
• 3.1.4. Nguy cơ ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất tầng nông do sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm
• 3.1.5. Đánh giá tổn thương nước dưới đất tầng nông tại huyện Giao Thủy
• 3.1.6. Đánh giá nguy cơ ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất từ hoạt động bón phân đạm trên đất trồng cây hàng năm
• 3.2. Đánh giá rủi ro nước dưới đất tầng nông tại huyện Giao Thủy
• 3.2.1. Độ tin cậy của mô hình đánh giá nguy cơ ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất tầng nông áp dụng cho huyện Giao Thủy
• 3.3. Nguy cơ phát thải khí nhà kính nitơ oxit (N2O) từ đất trồng cây hàng năm
• 3.3.1. Hiện trạng phát thải nitơ oxit (N2O) từ đất trồng cây hàng năm
• 3.3.2. Ảnh hưởng của lượng phân đạm và các yếu tố môi trường đất đến phát thải N2O từ đất trồng cây hàng năm
• 3.3.3. Đề xuất giải pháp giảm thiểu nguy cơ, rủi ro do sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy
• 3.3.4. Đánh giá cân bằng nitơ trong hệ thống trồng cây hàng năm làm cơ sở đề xuất các giải pháp
• 3.3.5. Đề xuất giải pháp giảm rửa trôi nitrat và phát thải nitơ oxit trên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC A: VỊ TRÍ LẤY MẪU VÀ SỐ LIỆU SƠ CẤP. MỘT SỐ HÌNH ẢNH NGHIÊN CỨU

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Luận án 'Đánh giá nguy cơ môi trường từ phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại Giao Thủy, Nam Định' tập trung vào việc phân tích tác động của việc sử dụng phân đạm đến môi trường. Đánh giá môi trường là một phần quan trọng trong quản lý nông nghiệp bền vững. Việc sử dụng phân đạm không chỉ ảnh hưởng đến năng suất cây trồng mà còn có thể gây ra nguy cơ môi trường nghiêm trọng. Nghiên cứu này nhằm mục đích xác định mức độ ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất và phát thải khí nhà kính từ đất trồng cây hàng năm. Theo các nghiên cứu trước đây, lượng phân đạm bón cho cây trồng thường chỉ được hấp thu một phần, phần còn lại có thể gây ô nhiễm môi trường. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc quản lý và sử dụng phân bón một cách hợp lý.

II. Tình hình sử dụng phân đạm tại Giao Thủy

Huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định, là một trong những khu vực có nền nông nghiệp phát triển mạnh mẽ. Việc sử dụng phân đạm trong canh tác cây hàng năm đã gia tăng đáng kể trong những năm gần đây. Theo số liệu thống kê, lượng phân đạm bón cho cây trồng tại đây đã đạt mức cao, dẫn đến sự gia tăng nồng độ nitrat trong nước dưới đất. Nghiên cứu cho thấy rằng, việc bón phân đạm không hợp lý có thể dẫn đến ô nhiễm đất và nước, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và sinh thái. Các biện pháp quản lý phân bón cần được áp dụng để giảm thiểu tác động tiêu cực này. Việc đánh giá hiện trạng sử dụng phân đạm là cần thiết để đưa ra các giải pháp hiệu quả nhằm bảo vệ môi trường.

III. Nguy cơ ô nhiễm nitrat và phát thải khí nhà kính

Sử dụng phân đạm không chỉ gây ra nguy cơ ô nhiễm nitrat mà còn dẫn đến phát thải khí nhà kính, đặc biệt là N2O. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, lượng N2O phát thải từ đất trồng cây hàng năm tại Giao Thủy chiếm tỷ lệ lớn trong tổng lượng khí nhà kính phát thải từ nông nghiệp. Tác động môi trường từ việc sử dụng phân đạm cần được đánh giá một cách toàn diện. Việc rửa trôi nitrat vào nước dưới đất là một trong những vấn đề nghiêm trọng, có thể dẫn đến ô nhiễm nguồn nước. Các mô hình như DRASTIC và IPNOA đã được áp dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm và rủi ro môi trường. Kết quả cho thấy, cần có các biện pháp quản lý hiệu quả để giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ tài nguyên nước.

IV. Giải pháp quản lý rủi ro môi trường

Để giảm thiểu nguy cơ môi trường từ việc sử dụng phân đạm, các giải pháp quản lý cần được đề xuất. Việc áp dụng các phương pháp canh tác bền vững, như luân canh cây trồng và sử dụng phân bón hữu cơ, có thể giúp cải thiện chất lượng đất và giảm thiểu ô nhiễm. Ngoài ra, việc nâng cao nhận thức của nông dân về tác động của phân đạm đến môi trường cũng là một yếu tố quan trọng. Các chương trình đào tạo và hướng dẫn sử dụng phân bón hợp lý cần được triển khai để đảm bảo rằng nông dân có thể áp dụng các biện pháp hiệu quả trong canh tác. Điều này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn nâng cao năng suất cây trồng.

V. Kết luận

Luận án đã chỉ ra rằng, việc sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại Giao Thủy có thể gây ra nhiều nguy cơ môi trường nghiêm trọng. Cần có các biện pháp quản lý hiệu quả để giảm thiểu ô nhiễm nitrat và phát thải khí nhà kính. Việc đánh giá và quản lý rủi ro môi trường là cần thiết để đảm bảo sự phát triển bền vững của nông nghiệp tại khu vực này. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các mô hình quản lý phân bón hiệu quả hơn, nhằm bảo vệ tài nguyên nước và môi trường sống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. TINH CAP THIẾT CUA LUẬN AN Nito (N) là thành phan dinh dưỡng quan trọng quyết định sự phát triển va năng suất của cây trồng. Thách thức lớn trong các hệ thống sản xuất nông nghiệp là kết hợp sản xuất thâm canh với hiệu quả sử dụng phân đạm (NUE) cao. Việc sử dụng đất nông nghiệp với cường độ cao hiện nay ở một số nước đã và đang gây ra các vấn đề môi trường.

Nguyên nhân chủ yếu là do tăng lượng phân đạm sử dụng cho hệ thống canh tác. Tỷ lệ bón phân đạm trung bình toàn cầu lên đến 220 kgN/ha.vụ, được áp dụng rộng rãi trong sản xuất rau dé tôi đa năng suất cây trồng [Rezaei Rashti, 2015]. Các nghiên cứu cho thấy trong thời gian sinh trưởng, cây trồng thường chỉ hấp thu được 50% lượng phân đạm bón [Lassaletta, 2014, Martinez-Feria, 2018], 50% lượng còn lại tồn lưu trong môi trường, gây ra các van dé cho môi trường nước và biến đồi khí hậu cùng một số tác động khác tới sức khỏe con người [Lassaletta, 2016]. Luong N dư thừa có thê bị mất khỏi hệ thống đất - cây trồng do quá trình khử nitrat ở dạng dinito (N›), nito oxit (N20) và oxit nitric (NO), do bay hơi amoniac (NH3), hoặc do quá trình rửa trôi nitrat (NO3°) [Bouwman, 2013].

Trong đó, rửa trôi NO3 và phat thải N2O là mối quan tâm đặc biệt vì NOs đang là tác nhân phô biến gây ô nhiễm nước dưới đất trên toàn Thế giới [Zhou, 2015; Wang, 2019] và NoO là một khí nhà kính quan trọng có khả năng gây nóng lên toàn cầu cao gap 265 lần so với CO2 trong khoảng thời gian 100 năm [IPCC, 2019a]. Dat trồng cây hàng năm (ĐTCHN) được xem là nguồn chính của N2O trong khí quyền, hiện đóng góp khoảng 60% lượng khí N2O toàn cầu từ hoạt động của con người [Saha, 2021]. Lượng NO; rửa trôi và N2O phat thải từ sản xuất nông nghiệp bị ảnh hưởng đáng kể bởi các biện pháp quản lý phân bón và nước. Ngoài ra, rửa trôi NOx, phát thải NaO cũng có sự biến đổi lớn về không gian và thời gian, do sự thay đổi trong sử dụng đất, quản lý nông nghiệp, sự sẵn có của thành phần dinh dưỡng trong đất và địa hình [Schelde, 2012].

Do đó, phép ngoại suy các phát hiện từ nơi này hoặc khoảng thời gian này sang nơi khác hoặc khoảng thời gian khác có thê dẫn đến sự đánh giá quá thấp hoặc quá mức nghiêm trọng mức độ phát thải. Mặc dù mỗi quan hệ tuyến tính thuận giữa quá trình rửa trôi NOs’, phát thải NaO và tỷ lệ phân đạm đã được xác nhận một cách rõ ràng, tuy nhiên, các nghiên cứu cụ thé theo vùng là cần thiết dé xác định các biện pháp quản lý phân đạm tối ưu trong nông nghiệp nhằm giảm NO; rửa trôi và giảm N›O phát thải trong khi vẫn duy trì hoặc tăng năng suất cây trồng, đặc biệt đối với các vùng khí hậu nhiệt đới mà dữ liệu cho đến nay vẫn còn chưa đầy đủ [Snyder, 2009; Wang, 2011]; [Richards, 2016 ]; [Aliyu, 2018]. Hiện có nhiều phương pháp đánh giá nguy cơ ô nhiễm nước dưới đất (NDĐ) tang nông do sử dụng phân đạm trên đất nông nghiệp va mức phat thai NzO. Trong đó, phương pháp ứng dụng mô hình DRASTIC, IPNOA đánh giá nguy cơ ô nhiễm nước dưới đất tầng nông và phương pháp buồng tĩnh đo NaO phát thải là phương pháp phổ biến [Zaman, 2021], thé hiện được ưu thé vượt trội do tính hệ thống và năng lực phân tích không gian đồng bộ.

Mô hình DRASTIC và IPNOA đã được ứng dụng rộng rãi ở Hoa Kỳ [Fritch, 2000]; Bồ Đào Nha [Pacheco, 2015]; Malaysia [Kura, 2015]; Iran [Barzegar, 2019]; Ethiopia [Alamne, 2022]; An Độ (Chakraborty, 2022] va Trung Quốc [Yu, 2022] .Mô hình DRASTIC cũng đã được áp dụng tại Việt Nam [Bùi Trần Vượng, 2004; Nguyễn Đình Tiến, 2007; Phạm Quý Nhân, 2014]. Tuy nhiên, các công trình này mới chỉ dừng lại ở đánh giá tính rủi ro chung cho toàn khu vực, chưa có công trình nào đánh giá tôn thương, nguy cơ từ khu vực dat trồng cây hàng năm, nguồn gây ra ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất, và chưa đánh giá day đủ về độ tin cậy của mô hình áp dụng. Vì vậy, cơ sở khoa học ứng dụng những mô hình này tại Việt Nam vẫn cần tiếp tục nghiên cứu, phát triển. Huyện Giao Thủy nằm ở vùng ven biển của tỉnh Nam Định, tiếp giáp với cửa sông Hong, trên nền đất phù sa mầu mỡ nên rat thuận lợi cho canh tác nông nghiệp.

Nhằm sử dụng đất có hiệu quả và thích ứng với biến đôi khí hậu, đặc biệt với các xã vùng ven biển bị xâm nhập mặn, huyện Giao Thủy nói riêng và tỉnh Nam Định nói chung đã xây dựng chính sách chuyền đổi từ các mô hình trồng lúa kém hiệu quả sang trồng rau, trồng màu hoặc kết hợp lúa và rau; lúa và nuôi trồng thủy sản [UBND tỉnh Nam Định, 2020]. Theo đó, sự mở rộng diện tích đất trồng mau thâm canh đã và đang diễn ra trên một số vùng đất pha cát vàn cao [Nguyễn Thị Phương Hoa, 2021]. Tác động của việc chuyển đối cây trồng diễn ra nhanh, mạnh mẽ tại huyện Giao Thủy đã dẫn đến sự thay đổi lớn về cau trúc và dinh dưỡng đất trong đó có thành phần đạm. Trong bối cảnh các đánh giá nguy cơ và rủi ro môi trường từ hoạt động bón phân đạm trên đất nông nghiệp, đặc biệt đối với các loại DTCHN tại huyện là chưa đầy đủ, đánh giá rủi ro môi trường do sử dụng phân đạm trong canh tác nông nghiệp liên quan đến rửa trôi NOx và phát thải N2O là rất cần thiết.

Chính vì vậy, luận án “Đánh giá nguy cơ môi trường do sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định” được thực hiện trên cơ sở kết hợp những phương pháp hiện đại nói trên để đưa ra giải pháp quản lý rủi ro môi trường đối với nước dưới đất tầng nông và giảm thiêu phát thải khí nhà kính trên địa bàn nghiên cứu. MỤC TIEU CUA LUẬN ÁN Mục tiêu chung: Đánh giá được nguy cơ, rủi ro môi trường từ nito (dang NOs’) rửa trôi tới nước dưới dat tang nông và khí nhà kính (NaO) phát thải liên quan đến sử dung phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định. Mục tiêu cụ thể: (1) Nghiên cứu được hiện trang sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định. (2) Nghiên cứu được nguy cơ, rủi ro rửa trôi NOs tới nước dưới đất tang nông và phát thải khí nhà kính NaO liên quan đến sử dụng phân đạm trên dat trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định.

(3) Đề xuất được một số giải pháp quản lý rủi ro môi trường thông qua đánh giá cân bằng N trên đất trồng cây hang năm nhằm giảm thiểu rửa trôi NOx tới nước dưới đất tầng nông và phát thải khí nhà kính NaO tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN Luận án được thực hiện với 4 nội dung chính như sau: Nội dung 1: Hiện trạng sử dụng đất và bón phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy. Nội dung 2: Đánh giá nguy cơ, rủi ro rửa trôi nitrat tới nước dưới đất tang nông liên quan đến sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy. Nội dung 3: Đánh giá lượng khí nhà kính (N2O) phát thải liên quan đến sử dụng phân đạm trên đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy.

Nội dung 4: Đề xuất giải pháp giảm thiểu nguy cơ, rủi ro rửa trôi nitrat tới nước đưới đất tầng nông và phát thải khí nhà kính NaO tại huyện Giao Thủy. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIEN CUA LUẬN AN 4. Ý nghĩa khoa học của luận án Luận án đã góp phần bố sung thông tin và bộ số liệu về hiện trạng sử dụng phân dam, dữ liệu về lượng khí nhà kính N2O phát thải trong các loại sử dụng đất trồng cây hàng năm tại huyện Giao Thủy, tinh Nam Định — một trong các khu vực ven biển chịu tác động mạnh mẽ của biến đổi khí hậu. Đồng thời, luận án cũng bố sung cơ sở khoa học về nguy cơ, rủi ro môi trường liên quan đến rửa trôi NOs tới nước đưới dat tầng nông và phát thải khí nhà kính N2O tới bầu khí quyên do sử dung phân đạm trong thâm canh trên đất trồng cây hàng năm.

Ý nghĩa thực tiễn của luận án Kết quả của luận án cung cấp thông tin tham khảo cho địa phương khu vực nghiên cứu xây dựng kế hoạch cắt giảm khí nhà kính theo cam kết “Đóng góp do quốc gia tự quyết định của Việt Nam”, trong đó bao gồm các hệ số sử dụng trong kiểm kê khí nhà kính và các biện pháp bón phân hợp lý giảm phát thải, áp dụng trực tiếp cho canh tác một số cây hàng năm chính tại địa bàn nghiên cứu. Kết quả của luận án cung cấp thông tin về nguy cơ, rủi ro môi trường liên quan đến sử dụng phân dam trong canh tác nông nghiệp đối với nước dưới dat tang nông và phát thải KNK, góp phần xây dựng cơ sở cho những chính sách sử dụng hợp lý phân đạm trong canh tác nông nghiệp nhằm bảo vệ môi trường. DIEM MỚI CUA LUẬN ÁN - Đã đánh giá được nguy cơ, rủi ro ô nhiễm nitrat trong nước dưới đất tầng nông tại huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định liên quan đến lượng và cách thức bón phân đạm tương ứng với các loại sử dụng đất trồng cây hàng năm. Đồng thời đã đưa ra được mối tương quan giữa kết quả đánh giá rủi ro và mức độ ô nhiễm nitrat trong nước đưới đất tầng nông.

- Đã đánh giá được mối quan hệ giữa lượng phân đạm sử dụng trên đất trồng cây hang năm tại huyện Giao Thuy với lượng khí nhà kính N2O phat thải. - Đã bước đầu tính toán được cân bang nito, từ đó chi ra được hiệu quả sử dụng phân đạm khác biệt giữa các loại sử dụng đất trồng cây hàng năm trong mối liên hệ với nguy cơ ô nhiễm NOz trong nước dưới đất tầng nông và phát thải khí nhà kính N2O làm cơ sở đề xuất các giải pháp giảm rửa trôi NOx và phát thải N›O. CHUONG I TONG QUAN CAC VAN DE NGHIEN CUU 1. THUAT NGỮ, KHÁI NIEM SỬ DUNG TRONG LUẬN ÁN Dat trồng cây hàng năm: đất trồng cây hang 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.