Luận án tiến sĩ môi trường 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

Bài viết đánh giá phát thải khí nhà kính từ chu trình carbon trong ao nuôi cá thác lác cườm tại Hậu Giang, phân tích tác động môi trường và giải pháp bền vững.

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

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
• 2.8.2. Đặc điểm hình thái
• 2.8.3. Đặc điểm dinh dưỡng
• 2.8.4. Sự phân bố
• 2.8.5. 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
• 4.4. Biến động của các yếu tố môi trường nước trên ao cá Thác lác Cườm
• 4.4.1. Biến động nhiệt độ
• 4.4.2. Biến động độ pH
• 4.4.3. Biến động Oxy hòa tan (DO)
• 4.4.4. Biến động Tổng độ kiềm
• 4.4.6. Biến động nhu cầu oxy hóa học (COD)
• 4.4.7. Biến động nhu cầu oxy sinh học (BOD5)
• 4.4.8. Biến động tổng Các bon (TOC)
• 4.4.9. Biến động Phytoplankton
• 4.4.10. Lượng thức ăn mỗi ao nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.5. Biến động về lượng khí CO2 và CH4
• 4.5.1. Biến động về phát thải khí CO2
• 4.5.2. Biến động về phát thải khí CH4
• 4.6. Các yếu tố ảnh hưởng sự phát thải CO2 và CH4 trên ao nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.6.1. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến CO2
• 4.6.2. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến CH4
• 4.7. Phương trình hồi quy đa biến CO2 và CH4 trên ao nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.7.1. Phương trình hồi quy đa biến CO2 với các yếu tố ảnh hưởng
• 4.7.2. Phương trình hồi quy đa biến CH4 với các yếu tố ảnh hưởng
• 4.7.3. Kết quả ứng dụng mô hình Stella 8.0 dự báo sự phát thải khí CO2 trên ao cá Thác lác Cườm
• 4.7.3.1. Các yếu tố thể hiện trong lưu đồ động thái CO2 ao nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.7.3.2. Kết quả mô phỏng và thực đo trên ao nuôi cá Thác lác Cườm
• 4.7.3.2.1. Kết quả mô phỏng và thực đo trên ao nuôi cá Thác lác Cườm I (ao I)
• 4.7.3.2.2. Kết quả mô phỏng và thực đo trên ao nuôi cá Thác lác Cườm II (ao II)
• 4.7.3.2.3. Kết quả mô phỏng và thực đo trên ao nuôi cá Thác lác Cườm III (ao III)
• 4.7.3.3. Phân tích độ nhạy của các mô hình đã thiết lập
• 4.7.3.4. 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
• 4.8.4.4. 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 I
• 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 chung về nghiên cứu

Nghiên cứu 'Đánh giá phát thải khí nhà kính từ chu trình carbon trong ao nuôi cá thác lác cườm tại Hậu Giang' tập trung vào việc định lượng phát thải khí nhà kính từ hoạt động nuôi trồng thủy sản, cụ thể là cá thác lác cườm. Chu trình carbon trong ao nuôi được phân tích để xác định nguồn gốc và cơ chế phát thải khí CO2 và CH4. Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá tác động môi trường của ngành nuôi trồng thủy sản, đồng thời đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Biến đổi khí hậu đang trở thành thách thức lớn đối với toàn cầu, trong đó phát thải khí nhà kính từ các hoạt động nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản đóng góp đáng kể. Tại Hậu Giang, nuôi cá thác lác cườm là một trong những ngành kinh tế quan trọng, nhưng việc đánh giá tác động môi trường từ hoạt động này còn hạn chế. Nghiên cứu này nhằm lấp khoảng trống đó bằng cách định lượng phát thải khí nhà kính và đề xuất các biện pháp quản lý phát thải hiệu quả.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là đánh giá phát thải khí nhà kính từ chu trình carbon trong ao nuôi cá thác lác cườm. Cụ thể, nghiên cứu xác định lượng CO2 và CH4 phát thải, phân tích các yếu tố ảnh hưởng, và đề xuất các giải pháp công nghệ xanh để giảm thiểu tác động môi trường. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở cho việc hoạch định chính sách nông nghiệp bền vững tại địa phương.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 4 đến tháng 10 năm 2019 tại 3 ao nuôi cá thác lác cườm ở phường VII, thành phố Vị Thanh, tỉnh Hậu Giang. Phương pháp thu thập dữ liệu bao gồm đo đạc trực tiếp lượng CO2 và CH4, phân tích chất lượng nước, và sử dụng mô hình toán học Stella 8.0 để mô phỏng chu trình carbon. Các yếu tố như mật độ nuôi, lượng thức ăn, và chất lượng nước được kiểm soát để đảm bảo độ chính xác của kết quả.

2.1. Thu thập và phân tích dữ liệu

Dữ liệu về phát thải khí nhà kính được thu thập thông qua các buồng nổi (chamber) đặt trên ao nuôi. Các mẫu khí và nước được phân tích bằng các phương pháp tiêu chuẩn để xác định nồng độ CO2 và CH4. Dữ liệu về chất lượng nước như nhiệt độ, độ pH, và nồng độ oxy hòa tan cũng được ghi nhận để phân tích mối tương quan với phát thải khí nhà kính.

2.2. Mô hình hóa chu trình carbon

Mô hình toán học Stella 8.0 được sử dụng để mô phỏng chu trình carbon trong ao nuôi. Mô hình này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến phát thải khí nhà kính, bao gồm quá trình oxy hóa chất hữu cơ và sự phân hủy kỵ khí. Kết quả mô phỏng được so sánh với dữ liệu thực tế để đảm bảo độ tin cậy của mô hình.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy lượng CO2 phát thải từ ao nuôi cá thác lác cườm chiếm 99,98%, trong khi CH4 chỉ chiếm 0,02%. Mức phát thải CO2 trung bình là 1.652,67 g/m2/ngày, và CH4 là 0,19 g/m2/ngày. Các yếu tố như mật độ nuôi và chất lượng nước có ảnh hưởng đáng kể đến phát thải khí nhà kính. Nghiên cứu cũng đề xuất các biện pháp giảm thiểu phát thải thông qua việc kiểm soát mật độ nuôi và áp dụng công nghệ xanh.

3.1. Định lượng phát thải khí nhà kính

Nghiên cứu định lượng được lượng CO2 và CH4 phát thải từ ao nuôi cá thác lác cườm. Kết quả cho thấy CO2 là khí nhà kính chủ yếu, chiếm 99,98% tổng lượng phát thải. Điều này phản ánh vai trò quan trọng của chu trình carbon trong việc phát thải khí nhà kính từ hoạt động nuôi trồng thủy sản.

3.2. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng

Các yếu tố như mật độ nuôi, lượng thức ăn, và chất lượng nước được phân tích để xác định mối tương quan với phát thải khí nhà kính. Kết quả cho thấy mật độ nuôi 35 con/m2 là tối ưu để giảm thiểu phát thải CO2. Ngoài ra, việc kiểm soát chất lượng nước cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu tác động môi trường.

IV. Kết luận và khuyến nghị

Nghiên cứu đã định lượng được phát thải khí nhà kính từ ao nuôi cá thác lác cườm và đề xuất các biện pháp giảm thiểu hiệu quả. Kết quả nghiên cứu là cơ sở quan trọng cho việc hoạch định chính sách nông nghiệp bền vững và bảo vệ môi trường tại Hậu Giang. Các khuyến nghị bao gồm áp dụng công nghệ xanh, kiểm soát mật độ nuôi, và tăng cường quản lý chất lượng nước.

4.1. Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu cung cấp dữ liệu quan trọng về phát thải khí nhà kính từ hoạt động nuôi trồng thủy sản, giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định dựa trên cơ sở khoa học. Đồng thời, nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trường và phát triển bền vững cho ngành nuôi cá thác lác cườm tại Hậu Giang.

4.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về chu trình carbon trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản khác nhau. Đồng thời, việc áp dụng các công nghệ xanh và cải tiến quy trình nuôi trồng cần được thử nghiệm và đánh giá để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả trong thực tế.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ “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” được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Nguyễn Văn So (Mã số NCS: P0716001), dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Lê Anh Tuấn, bảo vệ năm 2022 tại Trường Đại học Cần Thơ. Công trình thuộc chuyên ngành Môi trường Đất và Nước, mã số 62440303.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Các nghiên cứu và đánh giá phát thải khí nhà kính trên quy mô toàn cầu chủ yếu tập trung vào các lĩnh vực năng lượng, công nghiệp, sử dụng đất, nông nghiệp và lâm nghiệp. Ngược lại, lĩnh vực nuôi trồng thủy sản chưa nhận được sự quan tâm tương xứng, dù nhiều công trình đã chứng minh hoạt động này phát sinh các dòng khí nhà kính làm gia tăng nhiệt độ toàn cầu gồm Carbon dioxide ($CO_2$), Methane ($CH_4$) và Nitrous oxide ($N_2O$). Ủy ban Liên Chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) chỉ rõ nuôi trồng thủy sản là nguồn phát thải nhân tạo làm gia tăng nồng độ khí nhà kính, song sự đóng góp này chưa được kiểm kê đầy đủ trong các báo cáo quốc gia. Đa số các đánh giá hiện hành được thực hiện gián tiếp thông qua hệ số phát thải mặc định của IPCC, tạo ra độ sai lệch lớn so với thực tế phát thải tại hiện trường.

Tại Đồng bằng sông Cửu Long nói chung và tỉnh Hậu Giang nói riêng, hoạt động nuôi thâm canh thủy sản phát triển mạnh mẽ. Cá Thác lác Cườm (Notopterus chitala) là đối tượng thủy sản đặc sản có giá trị kinh tế cao, đã được cấp văn bằng bảo hộ nhãn hiệu bởi Cục Sở hữu trí tuệ. Theo quy hoạch phát triển của tỉnh Hậu Giang đến năm 2030, diện tích nuôi cá Thác lác Cườm định hướng mở rộng lên gấp 3 lần so với quy mô 50 ha trước đây. Dù vậy, các dữ liệu định lượng trực tiếp về mức độ phát thải khí nhà kính, cơ chế động học của chu trình Các bon và mối tương quan giữa các thông số môi trường nước với sự sinh khí trong ao thâm canh cá Thác lác Cườm hoàn toàn chưa được thực hiện. Việc nghiên cứu đề tài này giải quyết khoảng trống dữ liệu thực nghiệm, cung cấp công cụ tính toán và cơ sở khoa học để kiểm soát khí nhà kính cho tỉnh Hậu Giang cũng như khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.

Mục tiêu nghiên cứu

1. Mục tiêu chung: Định lượng mức phát thải khí nhà kính từ chu trình Các bon, góp phần kiểm soát và giảm thiểu phát thải khí nhà kính từ hoạt động nuôi cá Thác lác Cườm, hướng đến xây dựng ngành nuôi trồng thủy sản bền vững trên địa bàn tỉnh Hậu Giang.
2. Mục tiêu cụ thể:
   • Điều tra, đánh giá thực trạng, xây dựng cơ sở dữ liệu và hệ thống bản đồ chuyên đề về hiện trạng nuôi cá Thác lác Cườm thâm canh, tạo lập công cụ số phục vụ quản lý địa phương.
   • Định lượng lượng phát thải khí $CO_2$ và $CH_4$ từ hoạt động nuôi cá Thác lác Cườm; xác định và thiết lập phương trình toán biểu thị các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phát thải $CO_2$ và $CH_4$ trong ao nuôi thâm canh.
   • Mô hình hóa các tiến trình trong chu trình Các bon tại ao nuôi cá Thác lác Cườm bằng phần mềm Stella 8.0; xây dựng công cụ tính toán và xác định các biến số kỹ thuật giúp giảm thiểu phát thải.
   • Phân tích các yếu tố điểm mạnh, điểm yếu, cơ hội, thách thức (SWOT) nhằm đề xuất các khuyến nghị và giải pháp phát triển bền vững nghề nuôi cá Thác lác Cườm.

Câu hỏi nghiên cứu

1. Thực trạng hoạt động nuôi cá Thác lác Cườm tại tỉnh Hậu Giang diễn ra như thế nào?
2. Quản lý không gian và dữ liệu vùng nuôi cá Thác lác Cườm bằng công cụ nào đạt hiệu quả?
3. Mối liên hệ giữa các thông số môi trường nước tác động đến sự phát sinh khí nhà kính trong ao nuôi cá Thác lác Cườm diễn ra theo quy luật nào?
4. Trong ao nuôi cá Thác lác Cườm, loại khí nhà kính nào chiếm tỷ trọng phát sinh lớn nhất?
5. Tổng lượng phát thải khí nhà kính từ ao nuôi cá Thác lác Cườm trên toàn tỉnh Hậu Giang là bao nhiêu?
6. Công cụ toán học nào mô phỏng được động thái phát sinh khí và kiểm soát phát thải? Các giải pháp kỹ thuật và quản lý nào cần triển khai để ngành nuôi phát triển bền vững?

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Cá Thác lác Cườm (Notopterus chitala), chu trình biến đổi Các bon, dòng phát thải khí $CO_2$ và $CH_4$, các yếu tố chất lượng nước môi trường ao nuôi thâm canh.
• Phạm vi không gian: Địa bàn tỉnh Hậu Giang; khảo sát điều tra thực tế 50 nông hộ nuôi cá Thác lác Cườm trên toàn tỉnh; bố trí thực nghiệm đo đạc liên tục tại 3 ao nuôi cá Thác lác Cườm thâm canh tại phường VII, thành phố Vị Thanh.
• Phạm vi thời gian: Thực nghiệm đo đạc hiện trường và thu mẫu định kỳ triển khai từ tháng 4 đến tháng 10 năm 2019; chuỗi số liệu thứ cấp thu thập trong giai đoạn 2011–2020.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu quốc tế

Các công trình quốc tế về phát thải khí nhà kính từ các thủy vực và hệ thống nuôi trồng thủy sản đã được tác giả tổng hợp từ năm 1999 đến 2018 theo nhiều nhóm tiếp cận:

• Nghiên cứu cơ chế thoát khí qua bọt khí và khuếch tán: Weyhenmeyer (1999) ghi nhận phát thải $CH_4$ từ ao nuôi hải ly tại Ontario (Canada) đạt trung bình 37,2 ± 30,4 mg $CH_4/m^2/ngày$, trong đó 65% sinh ra qua bọt khí và 35% qua khuếch tán phân tử. Flury et al. (2010) sử dụng phễu thu bọt khí tại đầm nước ngọt ven biển xác định tỷ lệ phát thải dao động 0,2–30,3 mmol $CH_4/m^2/ngày$, khuếch tán cao hơn 4 lần lượng chuyển hóa qua thực vật. Preto et al. (2016) phân tích điều kiện yếm khí sinh $CH_4$, còn điều kiện giàu oxy hòa tan đáy ao làm $CO_2$ chiếm ưu thế.
• Nghiên cứu phát thải khí gắn với mật độ và thức ăn: Efole et al. (2012) khảo sát 8 ao nuôi cá rô phi, cá trê, cá chép tại Cameroon bằng buồng tĩnh, xác định biến thiên $CO_2$ phụ thuộc mật độ cá và chất hữu cơ đầu vào từ thức ăn. Muralidhar et al. (2017) đo khí nhà kính từ ao tôm và cá có vây tại Ấn Độ, kết luận phát thải tăng mạnh vào mùa hè và tỷ lệ thuận với mật độ nuôi. Xiong et al. (2017) nghiên cứu mô hình nuôi kết hợp cá chép (Cyprinus carpio), phát hiện việc giảm DO đáy ao và gia tăng Các bon hữu cơ hòa tan (DOC) làm đỉnh phát thải $CO_2$ và $CH_4$ tập trung vào tháng 7 và tháng 8.
• Nghiên cứu chuẩn hóa thiết bị buồng nổi (floating chamber): Pathak et al. (2013) thiết kế buồng nổi đáy mở có đường kính 15 cm, chiều cao 42 cm, chìm 7 cm trong nước, kết nối máy bơm và túi Tedlar, tạo hệ kín tiêu chuẩn thu mẫu khí trên mặt nước ao. Phương pháp này trở thành cơ sở kỹ thuật được luận án kế thừa.
• Nghiên cứu chuyển đổi đất và tiềm năng cô lập Các bon: Sidik et al. (2014) đo đạc phát thải $CO_2$ từ bờ bao (4,37 kg) và đáy ao (1,60 kg) nuôi tôm tại Bali (Indonesia) khi phá rừng ngập mặn. Anikuttan et al. (2016) chứng minh trầm tích đáy ao nuôi thủy sản nước ngọt có khả năng tích trữ Các bon trung bình 1,018 ± 0,447 $MgC/ha$.
• Nghiên cứu định lượng tại ao nước ngọt nội địa: Meredith (2014) khảo sát 6 ao nhỏ tại Connecticut (Hoa Kỳ). Huang (2015) đo đạc nồng độ $CH_4$ ao cá tại Đài Loan. Xiao et al. (2014) ứng dụng hệ thống vi khí tượng đo thông lượng khí tại hồ nội địa đạt trung bình 1,8 g $CH_4/m^2/năm$. Zhao et al. (2017) xác định ao nuôi cá nước ngọt tại An Huy (Trung Quốc) phát thải $CH_4$ khoảng 0,9 $\mu g/m^2/s$ vào mùa hè, cao hơn nhiều so với hồ tự nhiên (0,05 $\mu g/m^2/s$). Vasanth et al. (2016) theo dõi ao tôm hùm, ghi nhận $CO_2$ luôn áp đảo $CH_4$ và tăng dần theo chu kỳ nuôi.

Các nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, các nghiên cứu phát thải tập trung nhiều vào trồng trọt và đất ngập nước:

• Sơn (2010) đánh giá phương pháp buồng kín thu khí $CH_4$ trên ruộng lúa và đề xuất tính khả thi trên ao hồ nuôi thủy sản.
• Nam và Xinh (2013, 2014) áp dụng hướng dẫn của IPCC ước tính phát thải từ đất ngập nước ven biển Hải Phòng, tính toán 3.001,8 ha đất nuôi thủy sản năm 2012 phát thải 199.380 tấn $CO_2e$.
• Trịnh và ctv. (2015, 2018) nghiên cứu phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp và canh tác lúa nước.
• Hải và ctv. (2013) kiểm kê khí nhà kính tại Bình Dương; Lê và ctv. (2016) nghiên cứu tại Thái Bình.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết

Tổng quan tài liệu cho thấy chưa có nghiên cứu nào thực hiện đồng bộ việc đo đạc thực nghiệm dòng khí $CO_2$ và $CH_4$ trực tiếp trên mặt ao nuôi cá Thác lác Cườm; chưa có công trình làm rõ mối quan hệ định lượng giữa hệ thống chỉ tiêu chất lượng nước (DO, COD, BOD5, TOC, pH, độ kiềm, tảo) với sự phát sinh khí nhà kính của loài cá này. Luận án giải quyết khoảng trống trên bằng việc đo đạc thực địa tại Hậu Giang, kết hợp công cụ GIS MapInfo trong quản lý không gian và ứng dụng phần mềm động học hệ thống Stella 8.0 để mô phỏng toàn diện chu trình Các bon trong ao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

• Lý thuyết Biến đổi khí hậu và Khí nhà kính: Dựa trên các báo cáo của IPCC, Công ước khung Liên Hợp Quốc về Biến đổi khí hậu (UNFCCC 1992), Thỏa thuận Paris (COP21) và Hiệp ước Khí hậu Glasgow (COP26). Các khí nhà kính được tính toán quy đổi về thế năng ấm lên toàn cầu ($CO_2$ tương đương - $CO_2e$).
• Lý thuyết Chu trình Các bon trong thủy vực: Các bon trong ao tồn tại dưới dạng Các bon vô cơ hòa tan (DIC gồm $H_2CO_3, HCO_3^-, CO_3^{2-}$), Các bon hữu cơ hòa tan (DOC) và Các bon hữu cơ dạng hạt (POC). Dòng trao đổi khí phụ thuộc vào cân bằng vật chất giữa quang hợp của thực vật phù du, hô hấp quần xã, phân hủy chất hữu cơ từ thức ăn dư thừa, phân cá và phân giải kỵ khí tại lớp bùn đáy.
• Lý thuyết Động học hệ thống (System Dynamics): Được Forrester đề xuất từ năm 1961, phân tích các hệ thống phức tạp thông qua cấu trúc dòng tích lũy (stock), dòng chảy (flow), biến phụ trợ (converter) và các vòng phản hồi trễ.
• Lý thuyết Phát triển bền vững: Đánh giá cân bằng ba trụ cột kinh tế (doanh thu, lợi nhuận, tỷ suất lợi nhuận), xã hội (lao động, học vấn, chuyển giao kỹ thuật) và môi trường (giảm phát thải khí nhà kính, bảo vệ nguồn nước).

Phương pháp nghiên cứu thực tế

Công trình sử dụng hướng tiếp cận hỗn hợp, kết hợp điều tra định tính, phân tích không gian và thực nghiệm định lượng mô hình hóa:

1. Phương pháp điều tra, khảo sát và xây dựng bản đồ GIS:
   • Điều tra 50 hộ nuôi cá Thác lác Cườm tại các huyện, thị xã, thành phố của tỉnh Hậu Giang bằng phiếu phỏng vấn bán cấu trúc về kỹ thuật nuôi, diện tích, mật độ, thức ăn, chi phí và lợi nhuận.
   • Thu thập số liệu thứ cấp từ Niên giám thống kê, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Hậu Giang, Đài Khí tượng Thủy văn tỉnh Hậu Giang giai đoạn 2011–2020.
   • Ứng dụng phần mềm MapInfo 15.0 để thành lập cơ sở dữ liệu thuộc tính, xây dựng các bản đồ chuyên đề phân bố diện tích, hộ nuôi và lợi nhuận.
2. Phương pháp bố trí thực nghiệm và phân tích mẫu:
   • Bố trí thí nghiệm trên 3 ao nuôi thâm canh cá Thác lác Cườm đại diện tại phường VII, thành phố Vị Thanh (ký hiệu ao I, ao II, ao III) trong suốt vụ nuôi từ tháng 4 đến tháng 10 năm 2019.
   • Thu mẫu khí: Sử dụng buồng nổi (chamber) hình trụ kín phía trên, đáy mở chìm 7 cm dưới nước, nổi trên phao, gắn van khóa ba chiều nối túi lấy mẫu khí Tedlar chuyên dụng. Mẫu khí $CO_2$ và $CH_4$ được thu định kỳ và phân tích tại Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Cần Thơ bằng phương pháp sắc ký khí (GC).
   • Đo đạc chỉ tiêu chất lượng nước và khí tượng: Thu mẫu nước tại cùng thời điểm lấy mẫu khí để đo đạc nhiệt độ, pH, DO, tổng độ kiềm ($CaCO_3$), độ dẫn điện (EC), COD, $BOD_5$, TOC, mật độ thực vật phù du (Phytoplankton) và ghi nhận lượng thức ăn hàng ngày.
3. Phương pháp thống kê và phân tích hồi quy:
   • Sử dụng phần mềm SPSS 22 tính toán thống kê mô tả, ma trận tương quan Pearson, phân tích phương sai (ANOVA) và thiết lập phương trình hồi quy tuyến tính đa biến xác định các biến môi trường chi phối dòng phát thải $CO_2$ và $CH_4$.
4. Phương pháp mô phỏng mô hình toán:
   • Ứng dụng phần mềm Stella 8.0 xây dựng mô hình mô phỏng động thái $CO_2$ trong chu trình Các bon ao nuôi. Cấu trúc mô hình xác định các dòng Các bon nạp vào (thức ăn, nước cấp, vôi bột, phân bón, khuếch tán khí quyển) và dòng Các bon thoát ra (hô hấp cá, phân hủy hữu cơ, thoát khí bề mặt, lắng đọng trầm tích, nước xả).
   • Kiểm định mô hình thông qua so sánh giá trị mô phỏng với số liệu thực đo tại 3 ao, tính toán hệ số xác định ($R^2$) và phân tích độ nhạy.
5. Phương pháp phân tích SWOT:
   • Tổng hợp dữ liệu điều tra để phân tích Điểm mạnh (Strengths), Điểm yếu (Weaknesses), Cơ hội (Opportunities), Thách thức (Threats) đối với chuỗi sản xuất cá Thác lác Cườm tỉnh Hậu Giang.

Hạng mục phương pháp	Công cụ / Thiết bị	Chỉ tiêu / Dữ liệu đầu ra
Thu mẫu khí nhà kính	Buồng nổi chamber, túi Tedlar, sắc ký khí GC	Nồng độ và thông lượng $CO_2$, $CH_4$ ($g/m^2/ngày$)
Quan trắc chất lượng nước	Máy đo đa chỉ tiêu, phân tích phòng thí nghiệm chuẩn	Nhiệt độ, pH, DO, EC, Độ kiềm, COD, $BOD_5$, TOC, Tảo
Quản lý dữ liệu không gian	MapInfo 15.0	Bản đồ phân bố vùng nuôi, năng suất, lợi nhuận
Phân tích dữ liệu thống kê	SPSS 22	Tương quan Pearson, ANOVA, phương trình hồi quy đa biến
Mô hình hóa chu trình Các bon	Stella 8.0	Lưu đồ động thái dòng Các bon, kiểm định $R^2$, độ nhạy

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 làm rõ tính cấp thiết của nghiên cứu trong bối cảnh cam kết giảm phát thải khí nhà kính toàn cầu tại COP26 và sự gia tăng tỷ trọng của ngành nuôi trồng thủy sản. Tác giả phân tích lý do lựa chọn tỉnh Hậu Giang - địa phương sở hữu thương hiệu cá Thác lác Cườm nhưng đang đối mặt với biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn. Chương này xác định rõ mục tiêu chung, 4 mục tiêu cụ thể, 6 câu hỏi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn và những đóng góp mới của luận án. Giới hạn nghiên cứu được công bố minh bạch: phạm vi triển khai tại Hậu Giang, đo đạc thủ công bằng buồng nổi theo chuẩn phòng thí nghiệm trong nước, chưa phân tích phát thải vòng đời (LCA) và giới hạn đo đạc thực nghiệm tại 3 ao đại diện do điều kiện thực địa.

Chương 2: Tổng quan tài liệu

Chương 2 cung cấp hệ thống cơ sở lý thuyết bao quát gồm 11 tiểu mục:

• Định nghĩa chuẩn xác về biến đổi khí hậu, kịch bản biến đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính, chu trình Các bon toàn cầu (quy mô 750 GtC/năm), tính chất của khí $CO_2$ và $CH_4$.
• Tổng quan lý thuyết Động học hệ thống, lịch sử phát triển từ phần mềm DYNAMO (Forrester, 1961) đến Stella, Ithink, Powersim và cơ sở ứng dụng mô hình toán trong khoa học môi trường.
• Tình hình nghiên cứu phát thải khí nhà kính thủy sản ngoài nước (15 công trình tiêu biểu) và trong nước.
• Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu Hậu Giang: nằm ở trung tâm Tây sông Hậu, nhiệt độ trung bình 27,7°C, lượng mưa bình quân 1.731,6 mm/năm; chế độ ngập lũ chịu tác động của triều biển Đông và biển Tây; tình trạng xâm nhập mặn diễn biến phức tạp giai đoạn 2011–2020 (độ mặn cao nhất tại Long Mỹ đạt 19,7‰ năm 2016 và 18,3‰ năm 2020; tại Vị Thanh đạt 17,8‰ năm 2016 và 18,6‰ năm 2020).
• Đặc điểm sinh học cá Thác lác Cườm: loài Chitala chitala (Hamilton, 1882) thuộc họ Notopteridae; đặc điểm ăn động vật, dữ liệu thành phần thức ăn trong dạ dày cá (giáp xác 25,09%, cá 17,41%, côn trùng 14,95%, mùn bã hữu cơ 14,51%, thực vật 20,18%); khả năng chịu đựng oxy hòa tan thấp nhờ cơ quan hô hấp phụ.
• Thực trạng phát triển nghề nuôi tại địa phương và khung lý thuyết phát triển bền vững 3 khía cạnh.

Chương 3: Phương pháp nghiên cứu

Chương 3 trình bày chi tiết quy trình thực nghiệm và các thuật toán ứng dụng:

• Bố trí thực nghiệm tại 3 ao nuôi cá Thác lác Cườm phường VII, thành phố Vị Thanh; quy cách buồng nổi chamber, kỹ thuật thu mẫu khí vào túi Tedlar và quy trình bảo quản, đo sắc ký.
• Quy trình phân tích các thông số lý hóa nước theo phương pháp tiêu chuẩn.
• Các bước xây dựng cơ sở dữ liệu thuộc tính và số hóa bản đồ chuyên đề trên MapInfo 15.0.
• Quy trình thiết lập mô hình toán trên Stella 8.0: xây dựng lưu đồ động thái trao đổi $CO_2$ tại mặt nước ao; lập trình các công thức toán cho các tiến trình hô hấp cá, quang hợp của tảo, phân giải hữu cơ của vi sinh vật, trao đổi khí qua bề mặt; phương pháp kiểm định độ tương quan thực đo - mô phỏng và chạy kiểm tra độ nhạy mô hình.
• Khung ma trận phân tích SWOT định hướng phát triển bền vững.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 là chương trọng tâm của luận án, công bố các kết quả định lượng:

1. Hiện trạng kinh tế - xã hội vùng nuôi cá Thác lác Cườm:
   • Khảo sát 50 hộ nuôi cho thấy mô hình nuôi ao đất và nuôi trong vèo có hiệu quả kinh tế khác nhau giữa các địa phương; tỷ lệ lao động tham gia chủ yếu trong độ tuổi lao động chính, trình độ học vấn phần lớn đạt mức phổ thông, việc tiếp cận tập huấn kỹ thuật đạt tỷ lệ cao.
2. Định lượng phát thải khí nhà kính và thế năng làm ấm toàn cầu:
   • Dòng khí phát sinh từ ao cá Thác lác Cườm chủ yếu là $CO_2$, chiếm tới 99,98% tổng lượng khí nhà kính sinh ra, trong khi $CH_4$ chỉ chiếm tỷ lệ 0,02%.
   • Mức phát thải $CO_2$ trung bình đạt 1.652,67 g/$m^2$/ngày; lượng phát thải $CH_4$ trung bình đạt 0,19 g/$m^2$/ngày.
   • Tổng lượng phát thải quy đổi trung bình ngày từ chu trình Các bon trong ao đạt 1.657,42 g $CO_2e/m^2/ngày$.
   • Tính toán trên quy mô toàn tỉnh Hậu Giang với diện tích nuôi cá Thác lác Cườm thâm canh năm 2019 (khoảng 100 ha), tổng lượng khí nhà kính phát thải tương đương 605.166,35 tấn $CO_2e$/năm.

Chỉ tiêu phát thải	$CO_2$	$CH_4$	Tổng cộng ($CO_2e$)
Tỷ trọng phát sinh (%)	99,98%	0,02%	100%
Mức phát thải trung bình ngày ($g/m^2/ngày$)	1.652,67	0,19	1.657,42
Tổng phát thải toàn tỉnh năm 2019 (100 ha)	-	-	605.166,35 tấn $CO_2e$/năm

3. Biến động môi trường nước và tương quan với phát thải:
   • Các chỉ tiêu nhiệt độ, pH, DO, độ kiềm, EC, COD, $BOD_5$, TOC, mật độ tảo và lượng thức ăn biến động rõ rệt theo các giai đoạn sinh trưởng của cá. Hàm lượng TOC và COD tăng dần về cuối vụ nuôi do lượng thức ăn nạp vào lớn.
   • Phân tích hồi quy đa biến trên SPSS xác định được 2 phương trình hồi quy thể hiện mối quan hệ giữa phát thải khí với các biến môi trường:
     • Phương trình đối với $CO_2$: có dạng $Y(CO_2) = 1930.97 \times Precipitation ...$
     • Phương trình đối với $CH_4$: có dạng $Y(CH_4) = -0...$
4. Ứng dụng mô hình Stella 8.0 mô phỏng chu trình Các bon:
   • Mô hình hóa thành công lưu đồ động thái Các bon trên 3 ao thí nghiệm. Kết quả xác định các biến số chi phối mang tính quyết định đến lượng khí sinh ra gồm: lượng thức ăn hàng ngày, mật độ thả nuôi, lượng vôi bột sử dụng, lượng nước bơm cấp/thoát và tốc độ oxy hóa chất hữu cơ đáy ao.
   • Kết quả mô phỏng cho thấy mô hình ao I đạt độ tương quan rất cao giữa số liệu tính toán và thực đo với hệ số xác định $R^2 = 0,84$.
   • Kịch bản mô phỏng mật độ thả nuôi chỉ ra rằng mức mật độ 35 con/$m^2$ giúp kiểm soát dòng phát thải $CO_2$ ở mức vừa phải, đảm bảo cân bằng môi trường nước ao.
5. Phân tích SWOT và định hướng phát triển bền vững:
   • Điểm mạnh (S): Điều kiện tự nhiên thuận lợi, sản phẩm có thương hiệu bảo hộ, giá thành sản xuất có tính cạnh tranh, năng suất và kinh nghiệm kỹ thuật của nông dân ngày càng cải thiện.
   • Điểm yếu (W): Vốn đầu tư ban đầu cao, quy mô phân tán, chất lượng con giống chưa đồng đều, kỹ thuật xử lý môi trường nước xả thải còn hạn chế.
   • Cơ hội (O): Thị trường tiêu thụ nội địa và chế biến xuất khẩu mở rộng; chính sách tái cơ cấu ngành nông nghiệp của tỉnh Hậu Giang tập trung nâng cao chuỗi giá trị.
   • Thách thức (T): Biến đổi khí hậu gia tăng, xâm nhập mặn tiến sâu vào nội đồng, dịch bệnh thủy sản tiềm ẩn, áp lực giảm phát thải khí nhà kính trong sản xuất nông nghiệp.

Chương 5: Kết luận và đề nghị

Chương 5 tóm tắt các phát hiện cốt lõi về tỷ trọng phát thải, công cụ GIS, kết quả mô phỏng Stella và đưa ra các đề xuất cụ thể: kiến nghị ngành nông nghiệp địa phương áp dụng khung quản lý chất lượng nước theo mô hình ao I, duy trì mật độ nuôi 35 con/$m^2$, tăng cường tập huấn kỹ thuật giảm thất thoát thức ăn và tiếp tục mở rộng quan trắc tự động khí nhà kính.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý thuyết và khoa học

• Xây dựng thành công mô hình toán học ứng dụng phần mềm Stella 8.0 mô phỏng cơ chế động thái chu trình Các bon trong ao nuôi thâm canh cá Thác lác Cườm, làm rõ đường đi của các dòng vật chất Các bon nạp vào và phát thải ra môi trường.
• Thiết lập được 02 phương trình hồi quy tuyến tính đa biến dự báo mức phát thải khí $CO_2$ và $CH_4$ theo các thông số khí tượng và chất lượng nước ao nuôi.
• Bổ sung cơ sở dữ liệu khoa học về hệ số phát thải thực tế của loài cá Notopterus chitala, khắc phục độ sai lệch so với việc áp dụng các hệ số tính toán gián tiếp mặc định của IPCC.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

• Cung cấp bộ số liệu định lượng chính xác đầu tiên về mức độ phát sinh khí nhà kính từ ao nuôi cá Thác lác Cườm tại tỉnh Hậu Giang: $CO_2$ chiếm 99,98% (1.652,67 g/$m^2$/ngày), $CH_4$ chiếm 0,02% (0,19 g/$m^2$/ngày), tổng lượng $CO_2e$ trung bình đạt 1.657,42 g/$m^2$/ngày. Toàn tỉnh với diện tích 100 ha phát thải 605.166,35 tấn $CO_2e$/năm.
• Xây dựng hoàn chỉnh cơ sở dữ liệu số và hệ thống bản đồ chuyên đề trên phần mềm MapInfo 15.0 phục vụ quản lý quy hoạch vùng nuôi, diện tích, đối tượng và hiệu quả kinh tế tại các huyện, thị xã, thành phố của tỉnh Hậu Giang.
• Đề xuất kịch bản kỹ thuật nuôi cá Thác lác Cườm phát thải Các bon thấp với mật độ thả tối ưu là 35 con/$m^2$, kết hợp kiểm soát các thông số chất lượng nước theo mô hình thực nghiệm ao I ($R^2 = 0,84$).

Khuyến nghị và giải pháp đề xuất

• Về mặt kỹ thuật canh tác: Điều chỉnh lượng thức ăn chính xác theo giai đoạn tuổi của cá để giảm dư thừa hữu cơ; kiểm soát lượng vôi bột nạp vào ao; điều hòa chế độ bơm thay nước hợp lý; áp dụng các biện pháp tăng cường oxy hòa tan tầng đáy nhằm thúc đẩy quá trình oxy hóa hiếu khí, hạn chế hình thành khí $CH_4$.
• Về mặt quản lý nhà nước: Các cơ quan quản lý nông nghiệp và tài nguyên môi trường tỉnh Hậu Giang cần khai thác phần mềm MapInfo để số hóa công tác quản lý cấp phép và giám sát vùng nuôi; lồng ghép chỉ số phát thải khí nhà kính vào quy hoạch phát triển bền vững chuỗi giá trị cá Thác lác Cườm đến năm 2030; vận hành đồng bộ hệ thống công trình thủy lợi ngăn mặn, trữ ngọt chủ động trước tác động của biến đổi khí hậu.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

Theo công bố của tác giả tại phần giới hạn nghiên cứu:

• Phạm vi nghiên cứu chỉ giới hạn trên địa bàn tỉnh Hậu Giang.
• Kỹ thuật đo đạc và tính toán phát thải khí nhà kính dựa trên phương pháp thu mẫu thủ công bằng buồng nổi và phân tích trong phòng thí nghiệm chuẩn theo điều kiện Việt Nam, chưa áp dụng hệ thống cảm biến đo đạc tự động liên tục theo thời gian thực.
• Luận án chưa xác định mức phát thải khí nhà kính theo toàn bộ vòng đời sản phẩm (LCA) và chưa tính toán cân bằng vật chất toàn diện của quy trình nuôi cá Thác lác Cườm.
• Do khó khăn trong việc tìm kiếm vị trí ao bố trí đo đối chứng thực nghiệm trên thực địa, số lượng mẫu phân tích chỉ tập trung thực hiện trên hiện trạng của 3 ao nuôi được lựa chọn tại thành phố Vị Thanh.
• Nghiên cứu chỉ tập trung vào 2 khí thuộc chu trình Các bon ($CO_2$ và $CH_4$), chưa khảo sát khí Nitrous oxide ($N_2O$) thuộc chu trình Nitơ.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Mở rộng phạm vi đánh giá kiểm kê khí nhà kính theo phương pháp đánh giá vòng đời (Life Cycle Assessment - LCA) từ khâu sản xuất con giống, chế biến thức ăn, vận hành ao nuôi đến thu hoạch và chế biến thành phẩm.
• Nghiên cứu tích hợp chu trình Nitơ, đo đạc bổ sung mức phát thải khí $N_2O$ từ ao nuôi cá Thác lác Cườm thâm canh.
• Bố trí các hệ thống ao thực nghiệm đối chứng với nhiều dải mật độ nuôi khác nhau và trên các loại hình thủy vực khác nhau (nuôi vèo, nuôi kết hợp ruộng lúa) để hoàn thiện và nâng cao tính tổng quát của mô hình toán.

Giá trị tham khảo

Luận án mang lại giá trị tham khảo rõ ràng cho các nhóm đối tượng:

• Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Môi trường Đất và Nước, Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường và Nuôi trồng Thủy sản: Công trình cung cấp quy trình phương pháp luận chuẩn xác về việc ứng dụng buồng nổi (chamber) đo khí nhà kính mặt nước, kỹ thuật lập trình mô hình động học hệ thống Stella 8.0 trong mô phỏng các tiến trình sinh địa hóa ao nuôi, cùng phương pháp phân tích hồi quy tương quan chất lượng nước trên SPSS.
• Đối với cơ quan quản lý nhà nước (Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Hậu Giang và các tỉnh vùng Đồng bằng sông Cửu Long): Luận án cung cấp hệ số phát thải thực tế phục vụ trực tiếp cho công tác kiểm kê khí nhà kính cấp tỉnh và ngành thủy sản; bộ cơ sở dữ liệu và bản đồ chuyên đề trên MapInfo là công cụ hỗ trợ quy hoạch không gian vùng nuôi bền vững.
• Đối với các hợp tác xã, doanh nghiệp và nông hộ nuôi thủy sản: Công trình chỉ ra mật độ thả nuôi tối ưu (35 con/$m^2$) và các biện pháp quản lý thức ăn, môi trường nước nhằm giảm thiểu suy thoái môi trường ao nuôi, hạ thấp lượng khí nhà kính phát thải mà vẫn duy trì hiệu quả kinh tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Loại khí nhà kính nào chiếm tỷ trọng phát thải chủ yếu trong ao nuôi cá Thác lác Cườm và các giá trị định lượng cụ thể là bao nhiêu?

Theo kết quả đo đạc thực nghiệm của luận án, khí Carbon dioxide ($CO_2$) chiếm tỷ trọng áp đảo với 99,98%, trong khi khí Methane ($CH_4$) chỉ chiếm 0,02%. Mức phát thải $CO_2$ trung bình đạt 1.652,67 g/$m^2$/ngày, lượng phát thải $CH_4$ trung bình là 0,19 g/$m^2$/ngày. Tổng lượng phát thải quy đổi trung bình ngày từ chu trình Các bon trong ao nuôi cá Thác lác Cườm đạt 1.657,42 g $CO_2e/m^2/ngày$.

2. Ước tính tổng lượng phát thải khí nhà kính hàng năm từ diện tích nuôi cá Thác lác Cườm trên toàn tỉnh Hậu Giang là bao nhiêu?

Với quy mô diện tích nuôi cá Thác lác Cườm thâm canh trên địa bàn toàn tỉnh Hậu Giang tại thời điểm khảo sát (khoảng 100 ha), tổng lượng khí nhà kính phát thải được tính toán đạt mức 605.166,35 tấn $CO_2e$/năm.

3. Phần mềm Stella 8.0 đã xác định các biến số nào chi phối trực tiếp đến sự phát sinh khí $CO_2$ và $CH_4$ trong ao nuôi?

Mô hình mô phỏng động thái Các bon bằng phần mềm Stella 8.0 chỉ ra rằng 5 yếu tố quyết định đến lượng khí $CO_2$ và $CH_4$ phát sinh trong ao gồm:

1. Lượng thức ăn nạp vào ao hàng ngày.
2. Mật độ thả nuôi cá.
3. Lượng vôi bột sử dụng trong quá trình xử lý nước.
4. Lưu lượng nước bơm cấp vào và bơm xả ra khỏi ao.
5. Cường độ của các tiến trình oxy hóa phân hủy chất hữu cơ tại lớp bùn đáy ao.

4. Luận án đề xuất kịch bản kỹ thuật nào về mật độ nuôi để kiểm soát mức độ phát thải khí nhà kính?

Kết quả chạy mô phỏng trên mô hình toán học khuyến nghị mật độ nuôi tối ưu là 35 con/$m^2$. Mức mật độ này cho mức phát thải khí $CO_2$ vừa phải, đồng thời cần duy trì kiểm soát các chỉ số chất lượng nước theo thông số kỹ thuật của mô hình thực nghiệm ao I - mô hình đạt độ tương quan cao giữa thực tế và mô phỏng với hệ số xác định $R^2 = 0,84$.

5. Tình hình xâm nhập mặn tại địa bàn tỉnh Hậu Giang giai đoạn 2011–2020 diễn biến như thế nào theo ghi nhận của luận án?

Số liệu của ngành nông nghiệp tỉnh Hậu Giang trong luận án cho thấy xâm nhập mặn diễn ra ngày càng phức tạp, độ mặn cao nhất tại huyện Long Mỹ tăng từ 6,5‰ (năm 2011) lên đỉnh điểm 19,7‰ (năm 2016) và 18,3‰ (năm 2020); tại thành phố Vị Thanh tăng từ 5,5‰ (năm 2011) lên 17,8‰ (năm 2016) và 18,6‰ (năm 2020). Thời gian xâm nhập mặn kéo dài từ tháng 1 đến tháng 5 hàng năm, ảnh hưởng lớn đến nguồn nước cấp cho sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Văn So là công trình khoa học thực nghiệm chuyên ngành Môi trường Đất và Nước, định lượng toàn diện phát thải khí nhà kính từ chu trình Các bon trong ao nuôi cá Thác lác Cườm thâm canh tại tỉnh Hậu Giang. Bằng việc kết hợp phương pháp đo đạc buồng nổi, phân tích thống kê hồi quy SPSS, hệ thống thông tin địa lý MapInfo và mô hình hóa động học hệ thống Stella 8.0, tác giả đã xác định $CO_2$ chiếm 99,98% tổng lượng phát thải và mật độ nuôi 35 con/$m^2$ là kịch bản tối ưu giúp kiểm soát khí thải. Công trình cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác, hỗ trợ các cơ quan quản lý địa phương xây dựng chiến lược phát triển bền vững chuỗi ngành hàng cá Thác lác Cườm thích ứng với biến đổi khí hậu.

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.