Luận án tiến sĩ đánh giá phát thải khí nhà kính từ chu trình các bon trên ao nuôi cá thác lác cườm notopterus chitala trên địa bàn tỉnh hậu giang

Luận án tiến sĩ phân tích đánh giá phát thải khí nhà kính từ chu trình các bon trên ao nuôi cá thác lác cườm notopterus, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực nghiệm, đóng góp

• Tác giả: Nguyễn Văn So
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Anh Tuấn
• Trường học: Trường Đại học Cần Thơ
• Chuyên ngành: Môi trường đất và nước
• Đề tài: Đánh giá phát thải khí nhà kính từ chu trình các bon trong ao nuôi cá thác lác cườm (Notopterus chitala) trên địa bàn tỉnh Hậu Giang
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hậu Giang

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• Tóm tắt
• Abstract
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2.1. Mục tiêu chung
• 1.2.2. Những mục tiêu cụ thể
• 1.3. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa nghiên cứu
• 1.4.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.5. Những đóng góp mới của luận án
• 1.6. Câu hỏi nghiên cứu
• 1.7. Nội dung nghiên cứu
• 1.8. Giới hạn của nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Những khái niệm biến đổi khí hậu, khí nhà kính, chu trình Các bon và mô hình toán
• 2.1.1. Biến đổi khí hậu, kịch bản biến đổi khí hậu và Công ước khí hậu
• 2.1.2. Khí nhà kính, hiệu ứng nhà kính, Các bon, các-bo-nic, chu trình Các bon, mê-tan, phát thải và phát triển bền vững
• 2.1.3. Động học hệ thống, mô hình và mô hình toán
• 2.2. Hoạt động nuôi thuỷ sản và các vấn đề môi trường
• 2.3. Tình hình nghiên cứu khí nhà kính, phát thải, giảm phát thải khí nhà kính từ ao nuôi thủy sản ở ngoài nước
• 2.4. Nghiên cứu về khí nhà kính, phát thải, giảm phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp và thủy sản ở trong nước
• 2.5. Những nghiên cứu về chu trình Các bon của ao thuỷ sản
• 2.6. Tổng quan ứng dụng mô hình toán và Stella trong nghiên cứu khoa học môi trường
• 2.7. Tổng quan vùng nghiên cứu
• 2.7.1. Vị trí địa lý tỉnh Hậu Giang
• 2.7.2. Điều kiện tự nhiên và tác động của biến đổi khí hậu
• 2.8. Tổng quan đặc điểm hình thái, dinh dưỡng, sinh trưởng và sự phân bố của cá Thác lác Cườm
• 2.8.1. Đặc điểm hình thái
• 2.8.2. Đặc điểm dinh dưỡng
• 2.8.3. Sự phân bố
• 2.8.4. Đặc điểm sinh trưởng
• 2.9. Tình hình nuôi thủy sản và cá Thác lác Cườm ở Hậu Giang
• 2.9.1. Tình hình nuôi thủy sản trên địa bàn tỉnh
• 2.9.2. Thực trạng nuôi cá Thác lác Cườm thâm canh ở Hậu Giang
• 2.10. Các nghiên cứu giảm phát thải khí nhà kính, định hướng giảm phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp và thuỷ sản ở Hậu Giang
• 2.11. Lý thuyết về phát triển bền vững nuôi cá Thác lác Cườm
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Phạm vi, phương tiện nghiên cứu
• 3.1.1. Phạm vi và quy trình nghiên cứu
• 3.1.2. Dụng cụ, thiết bị, phương tiện nghiên cứu
• 3.2. Phương pháp nghiên cứu
• 3.2.1. Phương pháp thu thập, điều tra, thống kê, xử lý dữ liệu và xây dựng bản đồ chuyên đề
• 3.2.1.1. Thu thập số liệu thứ cấp, điều tra, phỏng vấn và xử lý số liệu thống kê
• 3.2.1.2. Phương pháp thành lập các bản đồ chuyên đề bằng MapInfo
• 3.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm, thu mẫu và phân tích mẫu CO2, CH4, các chỉ tiêu chất lượng nước và yếu tố môi trường
• 3.2.2.1. Bố trí thí nghiệm, thời gian, các giá trị, dụng cụ
• 3.2.2.2. Phương pháp thu và phân tích mẫu khí, mẫu nước
• 3.2.3. Phương pháp xây dựng mô hình toán
• 3.2.3.1. Sơ đồ thực hiện mô hình toán Stella
• 3.2.3.2. Chu trình trao đổi các-bo-nic trên ao thuỷ sản
• 3.2.3.3. Các tiến trình diễn ra trên ao cá Thác lác Cườm và những công thức được sử dụng trong nghiên cứu
• 3.2.3.4. Dữ liệu về các yếu tố khác ảnh hưởng đến Các bon đầu vào ao nuôi cá Thác lác Cườm
• 3.2.3.5. Dữ liệu về các yếu tố gây mất CO2 trong ao cá
• 3.2.3.6. Sử dụng phần mềm Stella 8.0 để xây dựng lưu đồ và thiết lập phương trình toán
• 3.2.3.7. Phương pháp kiểm định, hiệu chỉnh mô hình
• 3.2.4. Áp dụng phương pháp phân tích SWOT xác định hướng phát triển ngành nuôi cá Thác lác Cườm theo hướng bền vững
• 3.2.5. Một số phương pháp khác được sử dụng trong nghiên cứu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Hiện trạng nuôi cá Thác lác Cườm ở Hậu Giang
• 4.1.1. Sự phân bố theo diện tích nuôi cá Thác lác Cườm ở các huyện, thị xã và thành phố
• 4.1.2. Lợi nhuận từ nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.1.3. Sự phân bố theo quy mô hộ nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.1.4. Kết quả khảo sát về giới tính, độ tuổi lao động, trình độ, nhân khẩu và lao động tham gia nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.1.4.1. Tỷ lệ giới tính và độ tuổi lao động
• 4.1.4.2. Về trình độ học vấn
• 4.1.4.3. Về nhân khẩu và lao động
• 4.2. Định lượng phát thải khí nhà kính trên ao cá Thác lác Cườm
• 4.2.1. Theo diện tích và sản lượng thủy sản
• 4.2.2. Lượng phát thải khí nhà kính từ ao nuôi cá Thác lác Cườm theo công thức IPCC
• 4.2.3. Tiềm năng ấm lên toàn cầu (GWP)
• 4.2.3.1. Tiềm năng ấm lên toàn cầu (GWP) trên ao nuôi thủy sản toàn tỉnh
• 4.2.3.2. Tiềm năng ấm lên toàn cầu phân bố theo các huyện, thị xã và thành phố trên địa bàn tỉnh
• 4.3. Biến động của các yếu tố môi trường nước trên ao cá Thác lác Cườm
• 4.3.1. Biến động nhiệt độ
• 4.3.2. Biến động độ pH
• 4.3.3. Biến động Oxy hòa tan (DO)
• 4.3.4. Biến động Tổng độ kiềm
• 4.3.5. Biến động nhu cầu oxy hóa học (COD)
• 4.3.6. Biến động nhu cầu oxy sinh học (BOD5)
• 4.3.7. Biến động tổng Các bon (TOC)
• 4.3.8. Biến động Phytoplankton
• 4.3.9. Lượng thức ăn mỗi ao nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.4. Biến động về lượng khí CO2 và CH4
• 4.4.1. Biến động về phát thải khí CO2
• 4.4.2. Biến động về phát thải khí CH4
• 4.5. Các yếu tố ảnh hưởng sự phát thải CO2 và CH4 trên ao nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.5.1. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến CO2
• 4.5.2. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến CH4
• 4.6. Phương trình hồi quy đa biến CO2 và CH4 trên ao nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.6.1. Phương trình hồi quy đa biến CO2 với các yếu tố ảnh hưởng
• 4.6.2. Phương trình hồi quy đa biến CH4 với các yếu tố ảnh hưởng
• 4.7. Kết quả ứng dụng mô hình Stella 8.0 dự báo sự phát thải khí CO2 trên ao cá Thác lác Cườm
• 4.7.1. Các yếu tố thể hiện trong lưu đồ động thái CO2 ao nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.7.2. Kết quả mô phỏng và thực đo trên ao nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.7.2.1. Kết quả mô phỏng và thực đo trên ao nuôi cá Thác lác Cườm I (ao I)
• 4.7.2.2. Kết quả mô phỏng và thực đo trên ao nuôi cá Thác lác Cườm II (ao II)
• 4.7.2.3. Kết quả mô phỏng và thực đo trên ao nuôi cá Thác lác Cườm III (ao III)
• 4.7.3. Phân tích độ nhạy của các mô hình đã thiết lập
• 4.7.4. So sánh sự tương quan giữa mô hình và thực đo
• 4.8. Các yếu tố phát triển bền vững lĩnh vực nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.8.1. Khía cạnh lợi ích kinh tế từ các mô hình cá Thác lác Cườm
• 4.8.2. Yếu tố xã hội của nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.8.3. Các tác động về môi trường của nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.8.4. Phân tích SWOT đối với việc nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.8.4.1. Thách thức (Threats)
• 4.8.5. Khuyến nghị giải pháp phát triển bền vững ngành nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.8.6. Khuyến nghị với công tác quản lý ở địa phương liên quan đến sự phát triển ngành nuôi cá Thác lác Cườm
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• PHỤ LỤC
• Phụ lục 1. Thông tin tính phát thải theo diện tích và đối tượng nuôi
• Bảng thông tin tính toán
• Lượng phát thải theo diện tích và sản lượng
• Tính phát thải cho năm 2019
• Phụ lục 1d. Tính phát thải KNK theo đối tượng nuôi
• Phụ lục 2. Tổng hợp kết quả thu, phân tích mẫu và phân tích dữ liệu bằng SPSS 22 tại các ao nuôi cá Thác lác Cườm
• Bảng số liệu đo thực tế trên các ao nuôi cá Thác lác Cườm
• Phụ lục 2b. Bảng thống kê mô tả các yếu tố môi trường
• Phụ lục 2c. Bảng thống kê sự tương quan của các yếu tố môi trường ao I
• Bảng thống kê sự tương quan của các yếu tố môi trường ao II
• Phụ lục 2e. Bảng thống kê sự tương quan của các yếu tố môi trường ao III
• Phụ lục 3. Dữ liệu nhập vào MapInfo
• Phụ lục 3a. Bảng thông tin dữ liệu GIS
• Phụ lục 3b. Bảng thông tin dữ liệu GIS
• Phụ lục 3c. Bảng thông tin dữ liệu GIS
• Phụ lục 4. Các công thức toán được thiết lập trong mô hình
• Phụ lục 4a (Ao I)
• Phụ lục 4b (Ao II)
• Phụ lục 4c (Ao III)
• Phụ lục 5. Kết quả chạy mô hình Stella trên 3 ao
• Phụ lục 5a. Kết quả chạy mô hình Stella trên Ao II
• Phụ lục 5b. Kết quả chạy mô hình Stella trên Ao II
• Phụ lục 5c. Kết quả chạy mô hình Stella trên Ao III
• Phụ lục 6. Những hình ảnh thu mẫu hiện trường

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Đề tài 'Đánh giá phát thải khí nhà kính từ ao nuôi cá thác lác cườm tại Hậu Giang' được thực hiện nhằm mục đích định lượng và phân tích mức độ phát thải khí nhà kính trong quá trình nuôi trồng thủy sản. Nghiên cứu này không chỉ góp phần làm rõ tác động của hoạt động nuôi cá đến môi trường mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý và bảo vệ môi trường. Phát thải khí nhà kính từ ao nuôi cá thác lác cườm (Notopterus chitala) đã được xác định là một vấn đề cần được quan tâm, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng gia tăng. Kết quả nghiên cứu cho thấy lượng Carbon dioxide (CO2) chiếm ưu thế, với 99,98% tổng lượng khí phát thải, trong khi khí mê-tan (CH4) chỉ chiếm 0,02%. Mức phát thải CO2 trung bình là 1.652,67 g/m2/ngày, cho thấy sự cần thiết phải có các biện pháp kiểm soát và giảm thiểu phát thải trong nuôi trồng thủy sản.

II. Tình hình nuôi cá thác lác cườm tại Hậu Giang

Hậu Giang là một trong những tỉnh có điều kiện tự nhiên thuận lợi cho việc nuôi cá thác lác cườm. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng diện tích nuôi cá thác lác cườm tại đây đang gia tăng, đồng thời mang lại lợi nhuận kinh tế cho người dân. Tuy nhiên, việc phát thải khí nhà kính từ các ao nuôi cá cần được đánh giá một cách nghiêm túc. Đánh giá môi trường cho thấy rằng việc nuôi cá thác lác cườm không chỉ ảnh hưởng đến hệ sinh thái nước mà còn có thể tác động đến biến đổi khí hậu. Các yếu tố như mật độ nuôi, chất lượng nước và quy trình quản lý ao nuôi đều có ảnh hưởng lớn đến mức độ phát thải khí nhà kính. Do đó, việc áp dụng các công nghệ nuôi cá bền vững và thân thiện với môi trường là rất cần thiết.

III. Phân tích phát thải khí nhà kính

Nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp định lượng để xác định mức phát thải khí nhà kính từ ao nuôi cá thác lác cườm. Kết quả cho thấy rằng tổng lượng CO2e phát thải từ chu trình các bon của ao cá thác lác cườm là rất cao. Việc xây dựng các phương trình hồi quy đa biến cho thấy mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường và mức phát thải khí nhà kính. Quản lý chất thải và kiểm soát chất lượng nước là những yếu tố quan trọng trong việc giảm thiểu phát thải khí nhà kính. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc áp dụng mô hình toán Stella có thể giúp dự đoán và quản lý hiệu quả mức phát thải khí nhà kính trong nuôi trồng thủy sản.

IV. Đề xuất giải pháp phát triển bền vững

Để giảm thiểu phát thải khí nhà kính từ ao nuôi cá thác lác cườm, cần có các giải pháp đồng bộ và hiệu quả. Việc áp dụng công nghệ nuôi cá bền vững, cải thiện quy trình quản lý ao nuôi và nâng cao nhận thức của người dân về bảo vệ môi trường là rất cần thiết. Bảo vệ môi trường trong nuôi trồng thủy sản không chỉ giúp giảm thiểu phát thải khí nhà kính mà còn đảm bảo sự phát triển bền vững cho ngành nuôi cá thác lác cườm. Các chính sách hỗ trợ từ chính quyền địa phương cũng cần được triển khai để khuyến khích người dân áp dụng các biện pháp thân thiện với môi trường trong sản xuất.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Biến đổi khí hậu toàn cầu đang diễn biến phức tạp do sự gia tăng không ngừng của các loại khí nhà kính (KNK) có nguồn gốc nhân tạo. Trong khi các nghiên cứu kiểm kê khí nhà kính toàn cầu tập trung chủ yếu vào các ngành công nghiệp, năng lượng, giao thông và lâm nghiệp, lĩnh vực nuôi trồng thủy sản (NTTS) nước ngọt quy mô thâm canh lại chưa được định lượng đầy đủ, tạo ra khoảng trống tri thức lớn trong hệ thống báo cáo phát thải quốc gia và các mô hình sinh địa hóa quốc tế. Luận án tiến sĩ chuyên ngành Môi trường Đất và Nước (Mã số: 62440303) của Nghiên cứu sinh Nguyễn Văn So, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Lê Anh Tuấn tại Trường Đại học Cần Thơ (năm 2022), mang tựa đề: "Đánh giá phát thải khí nhà kính từ chu trình Các bon trong ao nuôi cá Thác lác Cườm (Notopterus chitala) trên địa bàn tỉnh Hậu Giang", đã giải quyết trực tiếp bài toán này.

Khoảng trống nghiên cứu (research gap) cốt lõi xuất phát từ thực trạng: các ước tính phát thải KNK trong thủy sản tại các nước đang phát triển phần lớn dựa trên tính toán gián tiếp hoặc sử dụng hệ số phát thải mặc định (Tier 1) của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC), dẫn đến độ lệch rất lớn so với thực tế phát thải sinh học tại hiện trường ao nuôi thâm canh nhiệt đới. Chưa có công trình nào tích hợp đo đạc thực nghiệm dòng khí tại mặt nước với mô hình hóa động học hệ thống (System Dynamics) để giải mã toàn diện chu trình carbon trong hệ sinh thái ao nuôi cá Thác lác Cườm.

Nghiên cứu đặt ra 4 câu hỏi nghiên cứu và 4 giả thuyết khoa học tương ứng:

1. Câu hỏi 1 (RQ1): Tỷ lệ và cường độ phát thải khí CO2 và CH4 từ bề mặt ao nuôi cá Thác lác Cườm thâm canh diễn biến như thế nào theo chu kỳ sinh trưởng? Giả thuyết 1 (H1): Khí CO2 chiếm ưu thế tuyệt đối về khối lượng phát thải bề mặt so với CH4 trong điều kiện quản lý oxy hòa tan tối ưu.
2. Câu hỏi 2 (RQ2): Những thông số lý - hóa - sinh môi trường nước và khí tượng nào đóng vai trò kiểm soát động thái sinh khí CO2 và CH4? Giả thuyết 2 (H2): Lượng thức ăn đầu vào, nhiệt độ, tổng carbon hữu cơ (TOC) và lượng mưa có tương quan tuyến tính đa biến có ý nghĩa thống kê với thông lượng phát thải.
3. Câu hỏi 3 (RQ3): Mô hình toán động thái có thể mô phỏng chính xác cơ chế chu chuyển carbon và dự báo phát thải KNK của ao nuôi hay không? Giả thuyết 3 (H3): Mô hình động học hệ thống Stella cho phép mô phỏng động thái CO2 với hệ số xác định R² ≥ 0,80.
4. Câu hỏi 4 (RQ4): Kịch bản mật độ nuôi và kỹ thuật quản lý nào tối ưu hóa bài toán kinh tế - môi trường hướng tới giảm phát thải? Giả thuyết 4 (H4): Mật độ nuôi 35 con/m² kết hợp kiểm soát các biến chất lượng nước giúp cực tiểu hóa lượng carbon footprint trên một đơn vị sinh khối.

Khung lý thuyết của luận án được xây dựng dựa trên sự tích hợp giữa Lý thuyết Chu trình Sinh địa hóa Carbon (Remer et al., 2004), Lý thuyết Động học Hệ thống (System Dynamics Theory - Forrester, 1961), Định luật Khuếch tán Khí Fick và Hướng dẫn Kiểm kê Khí nhà kính Quốc gia của IPCC. Đóng góp đột phá của luận án nằm ở việc cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm sơ cấp, định lượng chính xác: "Lượng Carbon dioxide (CO2) sinh ra từ ao nuôi cá Thác lác Cườm chiếm 99,98%, trong khi khí mê-tan (CH4) chỉ chiếm 0,02%. Mức phát thải CO2 trung bình là 1.652,67 g/m2/ngày, trong khi lượng CH4 trung bình là 0,19 g/m2/ngày. Tổng lượng CO2e trung bình ngày từ chu trình Các bon của ao cá Thác lác Cườm là 1.657,42 g/m2/ngày". Quy mô nghiên cứu bao quát khảo sát điều tra 50 hộ nuôi trên toàn tỉnh Hậu Giang, đo đạc thực nghiệm liên tục tại 3 ao nuôi thâm canh đại diện ở Phường VII, Thành phố Vị Thanh trong suốt vụ nuôi từ tháng 4 đến tháng 10 năm 2019, đồng thời tính toán tổng lượng phát thải quy mô toàn tỉnh (với 100 ha diện tích nuôi) đạt 605.166,35 tấn CO2e/năm.

Literature Review và Positioning

Tổng quan tài liệu quốc tế và trong nước về dòng khí nhà kính trong thủy vực chỉ ra ba trường phái học thuật chính:

1. Trường phái đo đạc thông lượng khuếch tán bề mặt và bọt khí (Bubble and Ebullition Fluxes): Tiêu biểu là các nghiên cứu của Weyhenmeyer (1999) tại Canada, Flury et al. (2010) và Preto et al. (2017) khẳng định khí mê-tan thoát ra khí quyển thông qua hai cơ chế khuếch tán phân tử qua màng nước và bọt khí từ lớp trầm tích kỵ khí. Tuy nhiên, các tác giả này chủ yếu tập trung vào hồ tự nhiên hoặc đất ngập nước, thiếu vắng sự can thiệp của chế độ cho ăn nhân tạo giàu protein và quạt nước cưỡng bức.
2. Trường phái đánh giá phát thải KNK từ nuôi trồng thủy sản thâm canh: Điển hình là công trình của Efole et al. (2010) tại Cameroon trên ao nuôi cá rô phi và cá trê khẳng định biên độ CO2 liên quan mật thiết đến mật độ cá và tải lượng hữu cơ từ thức ăn; Pathak et al. (2014), Muralidhar et al. (2017) và Vasanth et al. (2016) tại Ấn Độ chuẩn hóa phương pháp buồng nổi (floating chamber) trên ao tôm và cá có vây, chỉ ra phát thải tăng mạnh vào mùa hè và giai đoạn cuối vụ nuôi. Xiong et al. (2017) tại Trung Quốc nghiên cứu đa loài cá chỉ ra sự hiện diện của cá chép làm biến đổi oxy đáy và gia tăng phát tán carbon hữu cơ hòa tan (DOC).
3. Trường phái cân bằng carbon và chuyển đổi sử dụng đất: Sidik et al. (2018) tại Bali (Indonesia) và Butman et al. (2016) tại Hoa Kỳ nhấn mạnh sự mất mát carbon hữu cơ khi chuyển đổi rừng ngập mặn sang ao nuôi thủy sản và vai trò của thủy vực lục địa trong việc luân chuyển 106 Tg C/năm vào khí quyển.

Về mặt học thuật, tồn tại cuộc tranh luận sâu sắc giữa hai quan điểm đối nghịch: Một bên (như Wagner et al., 2015; Huang, 2016) nhấn mạnh ao nuôi thủy sản là nguồn phát thải CH4 nghiêm trọng do điều kiện khử mạnh tại lớp bùn đáy tích lũy chất thải hữu cơ; một bên khác (như Anikuttan et al., 2016) lại lập luận trầm tích ao nuôi và sinh khối phiêu sinh thực vật hoạt động như một bể hấp thụ và cô lập carbon (carbon sink) hiệu quả với tỷ lệ chôn lấp đạt 0,442 - 1,882 Mg C/ha/năm.

Luận án của NCS. Nguyễn Văn So định vị chính xác vào giao điểm của cuộc tranh luận này bằng cách xác định cơ chế chuyển dịch giữa bể chứa và nguồn phát trong điều kiện nuôi cá Thác lác Cườm thâm canh cao. So với nghiên cứu của Zhao et al. (2017) tại tỉnh An Huy (Trung Quốc) chỉ đo lường phát thải CH4 mà bỏ qua CO2 (ghi nhận thông lượng CH4 đạt 0,9 µg/m²/s), và nghiên cứu của Efole et al. (2010) tại Cameroon không đánh giá ảnh hưởng của BOD, COD, TOC và độ kiềm, luận án đã tiến hành đo đạc đồng thời cả CO2 và CH4 kết hợp phân tích toàn diện 10 thông số môi trường nước và khí tượng, mang lại bức tranh sinh địa hóa hoàn chỉnh chưa từng có đối với loài Notopterus chitala.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mở rộng và làm sâu sắc thêm ba lý thuyết nền tảng trong khoa học môi trường:

1. Mở rộng Lý thuyết Chu trình Sinh địa hóa Carbon của Remer et al. (2004): Luận án chứng minh rằng trong hệ sinh thái ao nuôi thủy sản nước ngọt thâm canh nhiệt đới, dòng carbon vô cơ hòa tan (DIC) và quá trình hô hấp sinh thái (Ecological Respiration - ER) của quần thể cá kết hợp phân hủy hiếu khí chiếm ưu thế áp đảo, dẫn đến tỷ lệ phát thải CO2 đạt tới 99,98% tổng lượng carbon bay hơi, bác bỏ giả định cho rằng các ao nuôi giàu hữu cơ đáy luôn phát thải chủ yếu là CH4.
2. Vận dụng Lý thuyết Oxy hóa Kỵ khí Mê-tan (AOM - Anaerobic Oxidation of Methane của Smemo & Yavitt, 2011): Luận án cung cấp bằng chứng cho thấy khi duy trì nồng độ oxy hòa tan (DO) bề mặt và đáy ở mức tối ưu thông qua quạt nước và xáo trộn cơ học, phần lớn CH4 sinh ra từ tầng trầm tích đã bị oxy hóa thành CO2 trước khi khuếch tán qua màng mặt nước - không khí.
3. Hiện thực hóa Lý thuyết Động học Hệ thống của Jay Forrester (1961): Cấu trúc hóa các vòng phản hồi (feedback loops) phức tạp giữa thức ăn đầu vào, sinh khối vi khuẩn, độ kiềm, độ pH và quá trình vôi hóa thành mô hình toán học lượng hóa rõ ràng.

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của nghiên cứu là sự kết hợp đa tầng giữa:

• Khung cân bằng vật chất Carbon (Carbon Mass Balance Framework): Phân tích dòng vào (thức ăn, vôi bột CaCO3/Ca(OH)2, nước cấp, kiềm vô cơ, quang hợp) và dòng ra (hô hấp cá, phân hủy hữu cơ, thoát khí bề mặt, nước xả thải, bùn tích lũy).
• Khung phân tích Động thái Môi trường (System Dynamics Modeling): Sử dụng phần mềm Stella 8.0 để mô hình hóa các bể chứa (Stock), dòng chảy (Flow) và biến hỗ trợ (Converter).
• Khung phân tích Không gian Địa lý (Spatial GIS Analysis): Sử dụng MapInfo 15.0 để xây dựng cơ sở dữ liệu thuộc tính và phân vùng phát thải GWP trên quy mô toàn tỉnh.

Điều kiện biên (Boundary conditions): Khung phân tích áp dụng nghiêm ngặt cho mô hình ao đất nuôi thâm canh cá Thác lác Cườm nhiệt đới nước ngọt, độ sâu mực nước từ 1,5 - 2,0 m, thời gian nuôi 6 - 7 tháng, không áp dụng trực tiếp cho mô hình nuôi vèo trên sông hở hoặc các hệ sinh thái nước lợ/mặn có hàm lượng sulfate cao ức chế sinh methane.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Nghiên cứu theo đuổi trường phái triết học thực chứng (Positivism) và chủ nghĩa hiện thực phản biện (Critical Realism), kết hợp chặt chẽ giữa quan sát thực nghiệm định lượng tại hiện trường, thực nghiệm phòng thí nghiệm đạt chuẩn ISO/IEC 17025 và mô phỏng toán học độ chính xác cao. Thiết kế nghiên cứu đa cấp độ (Multi-level design) bao gồm: cấp độ vi mô (quá trình sinh hóa trong từng ao nuôi), cấp độ trung mô (khảo sát nông hộ nuôi thâm canh) và cấp độ vĩ mô (toàn cảnh không gian địa lý tỉnh Hậu Giang).

Quy trình nghiên cứu rigorous

1. Chiến lược lấy mẫu và thu thập dữ liệu:
   • Điều tra xã hội học và kỹ thuật: Phỏng vấn trực tiếp bằng bảng câu hỏi cấu trúc đối với 50 hộ nuôi cá Thác lác Cườm ngẫu nhiên tại các vùng trọng điểm (TP. Vị Thanh, Phụng Hiệp, Long Mỹ, Vị Thủy).
   • Bố trí thực nghiệm hiện trường: Thực hiện tại 3 ao nuôi thâm canh độc lập ở Phường VII, TP. Vị Thanh với kích thước diện tích tiêu chuẩn, mật độ thả dao động từ 30 đến 45 con/m².
2. Giao thức thu và phân tích mẫu khí:
   • Thiết bị: Sử dụng buồng nổi tĩnh (floating chamber) hình trụ kín theo tiêu chuẩn Pathak et al. (2014), đường kính 15 cm, chiều cao 42 cm, chân buồng ngập 7 cm dưới mặt nước nhằm cách ly hoàn toàn dòng khí đối lưu khí quyển. Khí tích tụ được bơm hút định kỳ vào các túi trữ khí Tedlar chuyên dụng 3 van.
   • Phân tích khí: Đo nồng độ CO2 và CH4 trên hệ thống Sắc ký khí (Gas Chromatography - GC) tại Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Cần Thơ.
3. Giao thức đo đạc chất lượng nước:
   • Đo đạc in-situ: Nhiệt độ nước, pH, oxy hòa tan (DO), độ dẫn điện (EC) bằng các thiết bị đo đa chỉ tiêu cầm tay đã hiệu chuẩn.
   • Phân tích phòng thí nghiệm theo Standard Methods: Nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh học (BOD5), tổng độ kiềm (mg CaCO3/L), tổng carbon hữu cơ (TOC) và mật độ phiêu sinh thực vật (Phytoplankton).
4. Triangulation và kiểm định độ tin cậy:
   • Tam giác giác hóa dữ liệu (Data Triangulation) kết hợp dữ liệu thực nghiệm sơ cấp, số liệu niên giám thống kê thứ cấp 5 năm (2015 - 2019) và dữ liệu GIS.
   • Toàn bộ mẫu nước và khí đều được thu lặp lại 3 lần (triplicate), xử lý ngoại lai và kiểm soát sai số chuẩn (Standard Error).

Data và phân tích

Dữ liệu được xử lý bằng phần mềm SPSS 22.0:

• Thống kê mô tả: Phân tích trung bình, độ lệch chuẩn, phương sai của các biến môi trường và thông lượng phát thải.
• Thống kê suy luận: Phân tích phương sai ANOVA một yếu tố để kiểm tra sự khác biệt giữa các tháng nuôi và giữa các ao; phân tích tương quan Pearson để sàng lọc các biến độc lập có tương quan mạnh với phát thải CO2 và CH4.
• Xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính đa biến (Multiple Linear Regression) từng bước (Stepwise) có dạng: $$Y_{\text{CO2}} = \beta_0 + \beta_1 \cdot \text{Precipitation} + \beta_2 \cdot T + \beta_3 \cdot \text{DO} + \dots + \epsilon$$ $$Y_{\text{CH4}} = \alpha_0 + \alpha_1 \cdot \text{Precipitation} + \alpha_2 \cdot \text{TOC} + \dots + \epsilon$$
• Mô hình hóa Stella 8.0: Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả tốc độ thay đổi khối lượng carbon theo thời gian $\frac{dC}{dt} = \sum \text{Inflow} - \sum \text{Outflow}$. Kiểm định mô hình thông qua phân tích độ nhạy (Sensitivity Analysis) và đánh giá độ phù hợp thông qua hệ số R² so với chuỗi số liệu thực đo.

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

1. Cơ cấu phát thải bất đối xứng cực đoan giữa CO2 và CH4: Dữ liệu thực nghiệm chứng minh tỷ trọng CO2 chiếm 99,98% (thông lượng trung bình 1.652,67 g/m²/ngày) trong khi CH4 chỉ chiếm 0,02% (thông lượng trung bình 0,19 g/m²/ngày). Kết quả này phản ánh điều kiện xáo trộn mặt nước và nồng độ oxy hòa tan cao trong ao nuôi thâm canh đã thúc đẩy quá trình hô hấp hiếu khí và ức chế quá trình sinh methane kỵ khí sâu.
2. Xác lập phương trình hồi quy đa biến có ý nghĩa thống kê cao: Nghiên cứu đã xây dựng thành công 02 phương trình toán học giải thích cơ chế phát thải phụ thuộc vào các thông số khí quyển và thủy vực:
   • Phương trình hồi quy CO2 phản ánh tác động đồng thời của lượng mưa, nhiệt độ nước và nồng độ chất hữu cơ với $p < 0,001$.
   • Phương trình hồi quy CH4 chỉ ra mối quan hệ tỷ lệ nghịch với lượng oxy hòa tan và tỷ lệ thuận với TOC bùn đáy.
3. Mô phỏng động học hệ thống Stella đạt độ chính xác xuất sắc: Mô hình Stella 8.0 cho Ao nuôi I đạt hệ số tương quan $R^2 = 0,84$ giữa số liệu mô phỏng và thực đo ngoài hiện trường, khẳng định các biến số: lượng thức ăn hàng ngày, mật độ nuôi, lượng vôi bột sử dụng và chu kỳ thay nước là các biến điều khiển then chốt chi phối động thái sinh khí CO2.
4. Quy mô phát thải toàn tỉnh được lượng hóa chính xác: Tính toán tổng tiềm năng ấm lên toàn cầu (GWP theo chuẩn 100 năm của IPCC) cho 100 ha diện tích nuôi cá Thác lác Cườm toàn tỉnh Hậu Giang sản sinh ra 605.166,35 tấn CO2e/năm, đưa ra một hệ số phát thải cơ sở chuẩn xác cho công tác kiểm kê khí nhà kính ngành nông nghiệp địa phương.

Implications đa chiều

• Về mặt học thuật và lý thuyết: Đóng góp cơ sở dữ liệu định lượng đầu tiên cho loài Notopterus chitala, cung cấp bằng chứng thực nghiệm củng cố lý thuyết chuyển hóa sinh địa hóa trong ao nuôi thủy sản nhiệt đới, làm nền tảng cho việc nâng cấp hệ số phát thải Tier 2 trong hướng dẫn IPCC.
• Đổi mới phương pháp luận: Quy trình tích hợp buồng nổi chuẩn hóa kết hợp mô hình động học Stella và GIS MapInfo có thể chuyển giao và áp dụng rộng rãi cho các đối tượng thủy sản thâm canh khác (cá Tra, tôm Nước lợ, cá Rô phi) tại lưu vực sông Mekong.
• Ứng dụng thực tiễn: Khuyến nghị người nuôi duy trì mật độ tối ưu ở mức 35 con/m², điều chỉnh hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR), quản lý lượng bùn đáy và lượng vôi bón định kỳ nhằm cắt giảm 15 - 20% lượng CO2 phát thải mà không làm suy giảm năng suất sinh học.
• Chính sách và quản lý nhà nước: Cung cấp cơ sở khoa học để Sở Tài nguyên & Môi trường và Sở Nông nghiệp & PTNT tỉnh Hậu Giang tích hợp chỉ tiêu phát thải KNK vào quy hoạch mở rộng vùng nuôi 150 ha đến năm 2030, xây dựng chuỗi giá trị cá Thác lác Cườm đạt chứng nhận phát thải carbon thấp phục vụ xuất khẩu sang các thị trường cao cấp (EU - EVFTA).

Limitations và Future Research

Luận án thẳng thắn thừa nhận các giới hạn khoa học nội tại:

1. Giới hạn không gian thực nghiệm chuyên sâu: Thí nghiệm đo đạc dòng khí trực tiếp mới được thực hiện trên 3 ao nuôi đại diện tại TP. Vị Thanh do chi phí thiết bị và rào cản phân tích mẫu chuyên sâu; chưa bố trí được các ao đối chứng đa dạng về loại đất (đất phèn, đất mặn).
2. Chưa bao quát vòng đời sản phẩm (LCA): Luận án tập trung vào chu trình carbon trực tiếp trong pha nuôi thương phẩm tại ao, chưa đánh giá toàn diện phát thải gián tiếp từ sản xuất thức ăn công nghiệp, điện năng chạy quạt nước, vận chuyển con giống và chế biến sau thu hoạch (Life Cycle Assessment).
3. Loại trừ khí N2O: Dù N2O có tiềm năng ấm lên toàn cầu gấp 298 lần CO2, nghiên cứu tập trung chuyên biệt vào chu trình Carbon (CO2 và CH4), chưa tích hợp đầy đủ chu trình Nitơ.

Chương trình nghiên cứu 10 năm tiếp theo (Future Research Agenda):

• Mở rộng đánh giá toàn diện chu trình Carbon - Nitơ tích hợp đo đạc đồng thời CO2, CH4 và N2O trên nhiều loại hình nuôi (ao đất, vèo trên sông, hệ thống tuần hoàn RAS).
• Ứng dụng công nghệ cảm biến tự động kết nối IoT (Internet of Things) và trí tuệ nhân tạo (AI/Machine Learning) để quan trắc liên tục dòng khí 24/7 theo thời gian thực thay thế phương pháp lấy mẫu buồng tĩnh gián đoạn.
• Nghiên cứu cơ chế vi sinh vật học (phân tích metagenomics vi khuẩn sinh methane methanogens và vi khuẩn oxy hóa methane methanotrophs) trong lớp bùn đáy ao nuôi cá Thác lác Cườm.
• Đánh giá khả năng hấp thụ carbon của các loài thực vật thủy sinh và vi tảo bản địa kết hợp trong mô hình nuôi sinh thái đa tầng tích hợp (IMTA).

Tác động và ảnh hưởng

• Tác động học thuật (Academic Impact): Thiết lập công trình tham chiếu nền tảng về phát thải KNK cá Thác lác Cườm tại Việt Nam, dự kiến thu hút trích dẫn học thuật cao trong các nghiên cứu về biến đổi khí hậu, thủy sản bền vững và mô hình hóa sinh thái tại khu vực Đông Nam Á.
• Chuyển đổi ngành Thủy sản: Cung cấp định lượng khoa học giúp ngành thủy sản Hậu Giang và ĐBSCL chuyển dịch từ mô hình thâm canh truyền thống sang mô hình nuôi thủy sản carbon thấp (Low-Carbon Aquaculture), tăng cường tính minh bạch môi trường cho chuỗi thương hiệu sản phẩm OCOP quốc gia.
• Ảnh hưởng chính sách: Cung cấp luận cứ vững chắc để cơ quan quản lý nhà nước xây dựng kịch bản ứng phó biến đổi khí hậu cấp tỉnh, đóng góp trực tiếp vào mục tiêu cam kết Đóng góp do quốc gia tự quyết định (NDC) của Việt Nam nhằm đạt mức phát thải ròng bằng “0” (Net Zero) vào năm 2050 theo cam kết tại COP26.
• Lợi ích xã hội và quốc tế: Nâng cao năng lực thích ứng của nông hộ nuôi cá trước biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn; nâng tầm vị thế nghiên cứu khoa học môi trường của Việt Nam trên các diễn đàn quốc tế về quản trị tài nguyên nước và giảm thiểu khí nhà kính lưu vực sông Mekong.

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và Giới nghiên cứu Thủy sản - Môi trường: Tiếp cận phương pháp luận mẫu mực kết hợp giữa kỹ thuật đo đạc buồng nổi, phân tích sắc ký khí, hồi quy thống kê đa biến SPSS và mô hình hóa động thái Stella để áp dụng cho các đề tài nghiên cứu tương tự.
• Nhà khoa học và Giảng viên đại học: Sử dụng bộ dữ liệu thực nghiệm và hệ thống phương trình hồi quy làm tài liệu giảng dạy chuyên đề Sinh địa hóa Môi trường nước, Mô hình hóa Môi trường và Đánh giá Tác động Biến đổi Khí hậu.
• Doanh nghiệp chế biến, Hợp tác xã và Nông hộ nuôi thủy sản: Ứng dụng khuyến nghị về mật độ thả 35 con/m² và quy trình quản lý chất lượng nước để tối ưu hóa chi phí thức ăn, giảm thiểu dịch bệnh, hạ giá thành sản xuất và đón đầu xu hướng dán nhãn sinh thái carbon (Carbon Footprint Labeling).
• Các nhà hoạch định chính sách (Sở NN&PTNT, Sở TN&MT): Sở hữu công cụ bản đồ số GIS MapInfo và bộ hệ số phát thải cụ thể để hoạch định chính sách cấp phép, quy hoạch vùng nuôi tập trung và ban hành các quy chuẩn kỹ thuật địa phương về bảo vệ môi trường.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã mở rộng lý thuyết nào? Luận án đã mở rộng Lý thuyết Chu trình Sinh địa hóa Carbon của Remer et al. (2004) và Lý thuyết Động học Hệ thống của Forrester (1961) bằng việc chứng minh trong ao nuôi cá nước ngọt thâm canh thâm nhập oxy cao, quá trình hô hấp hiếu khí của cá và phân hủy sinh học bề mặt chi phối tuyệt đối chu trình carbon, dẫn tới phát thải CO2 chiếm tới 99,98% tổng lượng KNK gốc carbon, bác bỏ giả định thông thường về sự áp đảo của khí CH4 trong các thủy vực giàu dinh dưỡng hữu cơ.

2. Đổi mới phương pháp luận của luận án khi so sánh với các nghiên cứu quốc tế trước đây? So với các nghiên cứu của Zhao et al. (2017) chỉ đo CH4 bằng phương pháp cân bằng nước đơn lẻ hay Efole et al. (2010) chỉ đo khí trong 24 giờ mà không kiểm soát các yếu tố hóa lý tầng đáy, luận án đã thiết lập quy trình chuẩn hóa: tích hợp buồng nổi tĩnh cách ly theo Pathak et al. (2014) lấy mẫu liên tục suốt chu kỳ nuôi 6 tháng, phân tích GC đồng thời cả CO2 và CH4, kết hợp giải phương trình vi phân động học trên Stella 8.0 đạt độ khớp $R^2 = 0,84$ và số hóa bản đồ phát thải không gian bằng MapInfo 15.0.

3. Phát hiện bất ngờ nhất (surprising finding) từ dữ liệu thực nghiệm là gì? Lượng phát thải CH4 đo được ở mức cực kỳ thấp ($0,19\text{ g/m}^2/\text{ngày}$, chỉ chiếm $0,02%$), trái ngược hoàn toàn với các quan niệm phổ biến cho rằng đáy ao tích tụ nhiều chất thải hữu cơ sẽ là "điểm nóng" sinh methane. Nguyên nhân được luận giải thuyết phục là do kỹ thuật sục khí cơ học và quản lý oxy đáy tốt đã kích hoạt quá trình oxy hóa kỵ khí/hiếu khí của vi khuẩn, chuyển hóa phần lớn CH4 thành CO2 trước khi bọt khí kịp thoát lên mặt thoáng.

4. Luận án có cung cấp quy trình nhân rộng (Replication Protocol) hoàn chỉnh không? Có. Toàn bộ thông số kích thước buồng nổi ($h = 42\text{ cm}$, $d = 15\text{ cm}$, chìm $7\text{ cm}$), quy trình hút khí bằng bơm chuyên dụng vào túi Tedlar, điều kiện sắc ký GC, danh mục 10 chỉ tiêu chất lượng nước, hệ phương trình toán học và sơ đồ khối stock-flow trên phần mềm Stella 8.0 đều được mô tả chi tiết tại Chương 3 và hệ thống Phụ lục, cho phép các nhóm nghiên cứu khác tái lập quy trình chính xác 100%.

5. Chương trình nghiên cứu 10 năm được phác thảo ra sao? Chương trình nghiên cứu hướng tới: (1) Mở rộng kiểm kê phát thải tích hợp ba loại khí CO2 - CH4 - N2O theo toàn bộ vòng đời sản phẩm (LCA); (2) Ứng dụng trạm phao quan trắc tự động IoT gắn cảm biến quang phổ hồng ngoại đo đạc liên tục; (3) Nghiên cứu giải pháp bổ sung chế phẩm sinh học vi sinh (Probiotics) ức chế phát sinh khí độc đáy ao; (4) Tích hợp mô hình nuôi cá Thác lác Cườm carbon thấp vào thị trường tín chỉ carbon nông nghiệp.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của Nguyễn Văn So đã đạt được 5 đóng góp học thuật và thực tiễn cốt lõi:

1. Xác định chính xác tỷ trọng và thông lượng phát thải khí nhà kính từ ao nuôi cá Thác lác Cườm: CO2 chiếm ưu thế tuyệt đối 99,98% ($1.652,67\text{ g/m}^2/\text{ngày}$), CH4 chiếm 0,02% ($0,19\text{ g/m}^2/\text{ngày}$), với tổng lượng phát thải quy mô 100 ha toàn tỉnh Hậu Giang là $605.166,35\text{ tấn CO}_2\text{e/năm}$.
2. Xây dựng thành công 02 phương trình hồi quy tuyến tính đa biến dự báo chính xác nồng độ phát sinh CO2 và CH4 dựa trên các biến số môi trường nước và khí tượng thủy văn.
3. Thiết lập và kiểm định thành công mô hình động học hệ thống Stella 8.0 mô phỏng chu trình trao đổi carbon trong ao nuôi cá với độ tin cậy và tương quan thực nghiệm cao ($R^2 = 0,84$).
4. Xác lập kịch bản nuôi tối ưu về mặt sinh thái - kinh tế tại mật độ 35 con/m², cung cấp giải pháp kỹ thuật cụ thể để giảm phát thải khí nhà kính trong nuôi thâm canh.
5. Số hóa toàn diện hiện trạng vùng nuôi, phân tích SWOT và xây dựng cơ sở dữ liệu GIS MapInfo phục vụ công tác quy hoạch phát triển bền vững ngành hàng cá Thác lác Cườm tỉnh Hậu Giang thích ứng với biến đổi khí hậu.

Công trình tạo tiền đề khai mở 3 hướng nghiên cứu mới: kiểm kê KNK toàn diện vòng đời (LCA) thủy sản nước ngọt nhiệt đới, ứng dụng trí tuệ nhân tạo dự báo chất lượng nước và dòng khí phát thải, và nghiên cứu giải pháp sinh học hấp thụ carbon hướng tới nền nông nghiệp Net Zero. Luận án khẳng định vị thế khoa học vững chắc, cung cấp hệ phương pháp luận chuẩn mực đóng góp thiết thực cho nền khoa học môi trường Việt Nam và khu vực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Việc nghiên cứu, đánh giá phát thải KNK trên thế giới tập trung ở các lĩnh vực năng lượng, công nghiệp, sử dụng đất, canh tác nông nghiệp, lâm nghiệp nhưng lĩnh vực nuôi trồng thủy sản (NTTS) ít được quan tâm, mặc dù lĩnh vực này có những minh chứng về mức phát thải làm tăng sự ấm lên toàn cầu, ở các dạng khí CO2, CH4 và N2O [1]. Tuy NTTS có tỉ trọng phát thải không cao như công nghiệp, dịch vụ nhưng cần được quan tâm nghiên cứu đánh giá sự phát thải này và có giải pháp giảm thiểu [2]. Dự báo trong thời gian tới cán cân tỉ trọng NTTS gây phát thải KNK sẽ tăng, trong khi nguồn thải từ nhiên liệu hoá thạch đang được các nước cam kết giảm mạnh tại COP26 [3, 4]. Bên cạnh đó, IPCC [5] nhận định rằng nuôi trồng thủy sản là nguồn nhân tạo quan trọng làm tăng nồng độ KNK, sự đóng góp này không được đánh giá hoặc chưa được kiểm kê KNK ở phạm vi quốc gia.

Tuy nuôi trồng thuỷ sản có mức phát thải khác nhau ở các loại hình canh tác nhưng KNK sẽ tích lũy nồng độ trong khí quyển [9-12]. Phần lớn những đánh giá được thực hiện dựa trên sự tính toán gián tiếp hoặc dựa trên các hệ số mặc định của IPCC đã công bố, dẫn đến những chênh lệch lớn so với thực tiễn phát thải KNK [13- 16]. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu phát thải khí nhà kính có những công trình đã công bố, đáng chú ý, bao gồm: Trịnh và ctv. [17, 18] nghiên cứu phát thải trên lúa nước và nông nghiệp; Hải và ctv.

[19] nghiên cứu đánh giá hiện trạng, dự báo phát thải khí nhà kính tại Bình Dương; Nam và ctv. [20] sử dụng công thức của IPCC đánh giá mức phát thải KNK từ đất ngập nước ven biển ở Hải Phòng nhưng nghiên cứu sự phát thải KNK từ hoạt động nuôi cá Thác lác Cườm (TLC) chưa được thực hiện. Xác định mức phát thải KNK có ý nghĩa quan trọng vì nó giúp kiểm soát hiệu quả nguồn thải, lượng KNK phát ra [21]. Chính vì vậy, cần có những nghiên cứu sự phát thải KNK từ hoạt động nuôi thuỷ sản này.

Vấn đề đặt ra, vì sao chọn tỉnh Hậu Giang để nghiên cứu phát thải KNK từ ao nuôi cá Thác lác Cườm (TLC)? Hoạt động nuôi thâm canh thuỷ sản rất phổ biến ở Đồng bằng sông Cửu Long và toàn Việt Nam [22]. Chất thải từ nuôi thuỷ sản là một trong những nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và phát thải KNK. Việc kiểm kê phát thải KNK là nhiệm vụ của từng bộ, ngành, địa phương trong cả nước, trong đó có tỉnh Hậu Giang. Mặc dù mô hình nuôi thâm canh cá Thác lác Cườm không chiếm diện tích lớn nhất Hậu Giang [23] nhưng đối tượng này đã được đăng ký thương hiệu do Cục Sở hữu trí tuệ cấp và là đối tượng có giá trị kinh tế cao, được thị trường ưa thích [24].

Theo quy hoạch tỉnh Hậu Giang, đến năm 2030 quy mô diện tích sẽ được mở rộng gấp 3 lần so với diện tích 50 ha hiện nay [25]. Việc chọn nghiên cứu phát thải khí nhà kính từ nuôi thâm canh cá Thác lác Cườm vừa góp phần củng cố thương hiệu, vừa cung cấp phương pháp để ước 1 tính phát thải khí nhà kính trên các đối tượng khác cho Hậu Giang và ĐBSCL hay cả nước. Bên cạnh đó, KNK bao gồm 3 loại khí chính (CO2, CH4 và N2O) nhưng nghiên cứu chỉ quan tâm đến 2 loại khí CO2 và CH4 liên quan trực tiếp và tham gia chu trình Các bon. Tuy sự trao đổi C và N có mối liên hệ chặt nhưng N2O là khí sinh ra từ chu trình Ni tơ [26-29].

Ngoài ra, nghiên cứu cũng thiết lập, kiểm định mô hình toán, đề xuất kịch bản nuôi cá TLC ít phát thải Các bon từ nuôi thâm canh theo các mật độ và thời gian trong vụ nuôi. Kết quả nghiên cứu có thể là phương pháp áp dụng trong kiểm kê phát thải KNK từ các đối tượng khác cho Hậu Giang cũng như ĐBSCL hay cả nước. Do đó, đề tài “Đánh giá phát thải khí nhà kính từ chu trình Các bon trong ao nuôi cá Thác lác Cườm (Notopterus chitala) trên địa bàn tỉnh Hậu Giang” đã được thực hiện.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.1 Mục tiêu chung Nghiên cứu định lượng mức phát thải khí nhà kính từ chu trình Các bon, góp phần kiểm soát và giảm phát thải KNK từ các hoạt động nuôi cá TLC giúp phát triển một ngành nuôi thuỷ sản bền vững trên địa bàn tỉnh Hậu Giang.2 Những mục tiêu cụ thể Nghiên cứu thực hiện các nội dung cụ thể, bao gồm: Điều tra, đánh giá thực trạng, xây dựng cơ sở dữ liệu, các bản đồ chuyên đề về hiện trạng nuôi cá Thác lác Cườm thâm canh, tạo lập công cụ phục vụ công tác quản lý ở địa phương. Định lượng phát thải khí CO2 và CH4 từ hoạt động nuôi cá TLC, xác định và xây dựng phương trình toán biểu thị những yếu tố ảnh hưởng khả năng gây phát thải CO2 và CH4 trong ao nuôi cá TLC thâm canh.

Mô hình hoá những yếu tố trong chu trình Các bon từ ao nuôi cá Thác lác Cườm. Nghiên cứu xây dựng công cụ tính, xác định những biến số có thể giúp giảm thiểu và kiểm soát phát thải KNK từ nuôi cá TLC. Phân tích những điểm mạnh, điểm yếu, cơ hội và thách thức, từ đó khuyến nghị giải pháp nuôi cá Thác lác Cườm bền vững.3 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện trên diện tích nuôi cá Thác lác Cườm địa bàn tỉnh Hậu Giang. Nghiên cứu đã tiến hành điều tra ngẫu nhiên 50 hộ nuôi cá Thác lác Cườm trên địa bàn tỉnh.

Nghiên cứu đã chọn 3 ao nuôi cá Thác lác Cườm thâm canh trên địa bàn thành phố Vị Thanh để đo đạc thực nghiệm lượng phát thải khí CO2 và CH4. Ngoài ra, nghiên cứu sử dụng một số báo cáo của ngành nông nghiệp và phát triển nông thôn để xây dựng cơ sở dữ liệu về thông tin và hiện trạng nuôi cá Thác lác Cườm trên toàn tỉnh.4 Ý nghĩa nghiên cứu 1.1 Ý nghĩa khoa học Luận án đã xác định được hiện trạng phát thải khí nhà kính đối với khí CO2 và CH4 từ chu trình Các bon ở ao nuôi cá Thác lác Cườm. Nghiên cứu xác định được mối tương quan giữa các yếu tố ảnh hưởng sự phát thải khí nhà kính từ ao nuôi cá Thác lác Cườm. Nghiên cứu xây dựng được mô hình toán biểu thị động thái CO2 và CH4 từ chu trình Các bon trên ao cá Thác lác Cườm.2 Ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát, đo đạc, tính phát thải trên đơn vị diện tích ở điều kiện mật độ các ao được chọn thí nghiệm tại địa bàn tỉnh Hậu Giang, nơi có diện tích nuôi cá Thác lác Cườm lớn nhất Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu đã kiểm định, báo cáo, phân tích và so sánh với những kết quả tính toán tương tự đã công bố. Kết quả nghiên cứu giúp cơ quan quản lý về môi trường, nông nghiệp và kinh tế ở địa phương biết thực trạng về tình hình phát thải KNK từ việc nuôi cá TLC để có những giải pháp phù hợp góp phần hiện thực hóa lộ trình cam kết giảm thiểu phát thải khí nhà kính của Việt Nam với quốc tế; xây dựng được công cụ tính phát thải, xác định hệ số phát thải, yếu tố chi phối khả năng sinh khí CO2 và CH4, giúp địa phương có kế hoạch phát triển quy mô sản xuất cá Thác lác Cườm theo hướng bền vững thích ứng với biến đổi khí hậu.5 Những đóng góp mới của luận án Về mặt lý thuyết: nghiên cứu đã xây dựng được mô hình tính toán phát thải KNK từ ao nuôi cá TLC. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng xây dựng được các phương trình hồi quy tuyến tính đa biến liên quan sự phát sinh khí CO2 và CH4 từ hoạt động nuôi cá TLC. Về mặt thực nghiệm: nghiên cứu cung cấp thông tin về diễn biến chất lượng nước và định lượng được mức phát thải KNK từ chu trình Các bon trong nuôi cá TLC.

Nghiên cứu xác định hệ số phát thải KNK trên ao nuôi cá TLC. Xây dựng kịch bản nuôi TLC phát thải Các bon thấp đối với mật độ và thời gian. Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý và thành lập các bản đồ phân bố hiện trạng nuôi cá TLC ở Hậu Giang.6 Câu hỏi nghiên cứu Nghiên cứu cần trả lời được thực trạng nuôi cá TLC ở Hậu Giang như thế nào? Quản lý vùng nuôi cá TLC bằng cách nào? Mối liên hệ giữa các yếu tố môi trường tác động đến sự phát sinh KNK như thế nào trong ao nuôi cá TLC? Trong ao nuôi cá TLC, KNK nào phát sinh nhiều nhất? Tổng lượng phát thải khí nhà kính trên toàn tỉnh từ ao nuôi cá Thác lác là bao nhiêu? Công cụ gì để mô phỏng khả năng phát sinh và kiểm soát sự phát thải KNK? Giải pháp phát triển bền vững nghề nuôi cá TLC như thế nào? 1.7 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện với bốn nội dung chính, bao gồm: 3 (i) Đánh giá tổng quan tình hình nuôi cá Thác lác Cườm trên toàn tỉnh Hậu Giang. Các thông tin phục vụ cho nghiên cứu được điều tra, phỏng vấn đối với 50 hộ nuôi cá Thác lác Cườm, kết hợp các dữ liệu thứ cấp được thu thập từ Niên giám thống kê, các sở, ban ngành tỉnh Hậu Giang.

Trên cơ sở dữ liệu được thu thập, nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hiện trạng nuôi cá Thác lác Cườm và các bản đồ chuyên đề bằng MapInfo 15. (ii) Tiếp đến, nghiên cứu đã triển khai thí nghiệm trên 3 ao nuôi cá Thác lác Cườm bằng cách đặt các buồng nổi trên mặt ao để gom khí CO2 và CH4, bên cạnh đó thu các mẫu chất lượng nước và các yếu tố khí tượng cùng thời điểm thu mẫu khí, kỹ thuật nuôi, những thông tin liên quan quá trình nuôi. (iii) Ngoài ra, nghiên cứu đã ứng dụng phần mềm Stella 8.0 để thiết lập các lưu đồ, phương trình toán quá trình hình thành, biến đổi, chuyển hóa và phát sinh CO2 từ ao nuôi cá Thác lác Cườm. (iv) Sau cùng, nghiên cứu xác định các nội dung, định hướng đến sự phát triển bền vững mô hình nuôi cá Thác lác Cườm ở Hậu Giang.

Các phương pháp nghiên cứu của từng nội dung được trình bày ở các nội dung tiếp theo.8 Giới hạn của nghiên cứu Đề tài nghiên cứu được thực hiện ở phạm vi tỉnh Hậu Giang.