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

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.

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.