CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về phát thải KNK trong sản xuất nông nghiệp trên thế giới và Việt Nam 1. Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp trên thế giới Nghị định Kyoto đã xác định có 6 loại khí nhà kính (KNK) có tiềm năng gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu (GWP) gồm khí carbon dioxide (CO2), nitrous oxide (N2O), methane (CH4), hydro fluorocarbons (HFCs), per fluorocarbon (PFCs) và sulfur hexafluoride (SF6).
Trong đó, CH4 và N2O là nguồn KNK phát thải chủ yếu từ hoạt động sản xuất nông nghiệp. Với hoạt động nông nghiệp, nguồn phát thải KNK chính từ canh tác cây trồng cạn (như ngô, sắn, mía, chè, …) là khí N2O từ đất trồng. Hơn 60% dân số thế giới sống ở nông thôn và các sản phẩm nông nghiệp giúp duy trì an ninh lương thực. Tuy nhiên, các hoạt động nông nghiệp cũng ảnh hưởng đến môi trường toàn cầu thông qua các tác động đến khí quyển, môi trường đất, nước và các hệ sinh thái tự nhiên.
Liên quan đến sự ấm lên toàn cầu, nhiều nghiên cứu gần đây đã khẳng định rằng nông nghiệp chính là một trong những nguồn phát thải KNK chính và là bể chứa các bon. Theo IPCC, 3 loại KNK được quan tâm nhất trong nông nghiệp là CO2 (45%), CH4 (44%) và N2O (11%); trong đó 57,5% phát thải từ canh tác lúa nước; 21,8% phát thải từ đất; 17,2% phát thải từ chăn nuôi; 3,5% từ đốt phụ phẩm nông nghiệp, đốt đồng cỏ… Trong trồng trọt, lượng phát thải KNK trung bình từ canh tác lúa là 20 tấn CO2tđ/ha, từ mía là 28 tấn CO2tđ/ha, từđậu tương là 17 tấn CO2tđ/ha, từ sắn là 12 tấn CO2tđ/ha, từ lạc là 10 tấn CO2tđ/ha, từ ngô là 7 tấn CO2tđ/ha… [dẫn bởi Nguyễn Văn Bộ và nnk, 2016]. Theo tính toán của US-EPA (2006), đến năm 2020, lượng phát thải khí CH4 và N2O từ nông nghiệp sẽ tăng từ 10-40% so với năm 1990, chủ yếu ở các quốc gia đang phát triển (Hình 1. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.
Tỷ lệ % tăng/giảm phát thải CH4 và N2O từ hoạt động nông nghiệp (năm 2020 so với 1990) [US-EPA, 2006] Nông nghiệp không phải là nguồn phát thải CO2 chủ yếu, nhưng lại là nguồn phát thải khí CH4 và khí N2O chính [Watson và nnk, 1995]. Ước tính 30% CH4 và 90% N2O trong khí quyển có nguồn gốc từ hoạt động sản xuất nông nghiệp [Bouwman, 1990]. Theo một thống kê khác, nông nghiệp phát thải 84% tổng lượng phát thải N2O và 47% tổng phát thải CH4 [IPCC, 2007]. FAO báo cáo rằng nông nghiệp chịu trách nhiệm một phần ba sự nóng lên toàn cầu và sự thay đổi khí hậu.
Theo ước tính của FAO, khoảng 25% CO2 trong khí quyển được tạo ra từ các hoạt động nông nghiệp; hầu hết khí CH4 trong khí quyển là từ các động vật nhai lại, cháy rừng, canh tác lúa nước và sự phân hủy các sản phẩm phế thải; 70% khí N2O phát thải từ canh tác nông nghiệp truyền thống và sử dụng phân bón cầu hàng năm và sẽ tăng lên cùng với việc sử dụng phân bón nitơ ngày càng nhiều để tăng năng suất cây trồng, đáp ứng nhu cầu nuôi sống con người. Theo số liệu của Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI), hàng năm riêng sản xuất lúa sử dụng gần 20% tổng lượng phân bón N toàn cầu do vậy phát thải lượng N2O đáng kể vào khí quyển [Wassmann và Dobermann, 2006]. Smith và nnk (2007) ước tính nông nghiệp thải ra khoảng 60% lượng N2O và khoảng 50% lượng CH4 nhân tạo. Đất nông nghiệp được biết đến là một nguồn quan trọng của phát thải N2O, đóng góp 6,1% vào sự ấm lên toàn cầu do con người gây ra Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.
Theo Denman và nnk (2007), hoạt động con người (nông nghiệp, công nghiệp, đốt nhiên liệu hóa thạch) đóng góp 38% tổng khí thải N2O), trong đó đất nông nghiệp được coi là nguồn phát thải N2O chính vào khí quyển, đóng góp 67% lượng khí thải do con người tạo ra. Căn cứ vào dự báo nhu cầu tiêu thụ phân khoáng nitơ và diện tích đất canh tác, Hiệp hội phân bón quốc tế (IFA) và Tổ chức Nông lương Liên Hiệp Quốc (FAO) ước tính lượng phát thải N2O từ sản xuất nông nghiệp có thể tăng tới 90% trong giai đoạn từ 1996-2026 [IFA và FAO, 2001].trong nông nghiệp [FAO, 2001]. Một nghiên cứu khác của Mosier và nnk (1991) cho thấy khí N2O thải ra từ chăn nuôi và trồng trọt chiếm xấp xỉ 70% nguồn N2O nhân tạo toàn Trong phương pháp kiểm kê KNK, IPCC chia N2O phát thải từ nông nghiệp thành 2 dạng phát thải trực tiếp và gián tiếp. Phát thải N2O trực tiếp là phát thải có nguồn gốc từ phân bón N vô cơ và phân hữu cơ, được dự báo là sẽ tăng do nhu cầu sử dụng phân bón tăng lên.
Phát thải N2O gián tiếp bao gồm 3 phần: từ quá trình tổng hợp N từ khí quyển, chất thải/phân của vật nuôi và con người, và N bị mất do rửa trôi, xói mòn. Dạng N2O phát thải gián tiếp chiếm 1/3 tổng lượng N2O phát thải từ nông nghiệp, trong đó 75% đến từ các vùng đồng bằng, nơi NO3- bị thất thoát do rửa trôi và NH4+ bị nitrat hóa chuyển thành N2O và N2 (Zaman và nnk, 2012. Khoảng 45% khí thải CH4 có nguồn gốc từ các hoạt động nông nghiệp, trong khi 90% khí thải N2O bắt nguồn từ quá trình nitrat hóa và phản nitrat trong đất, một phần là do việc sử dụng phân bón vô cơ ngày càng tăng lên [Steven, 1998]. Theo báo cáo mới nhất của Tổ chức khí tượng thế giới (WMO), hoạt động của con người (chăn nuôi, canh tác lúa, sử dụng nhiên liệu hóa thạch, đốt phế phụ phẩm nông nghiệp, chôn lấp rác thải) tạo ra 60% tổng lượng CH4 phát thải toàn cầu.
Mê-tan phát thải từ hoạt động trồng lúa, phân hủy chất thải động vật và đốt sinh khối đóng góp 8-10% tổng lượng CO2tđ và N2O từ trồng trọt (đốt nhiên liệu hóa thạch, nhiên liệu sinh học và bón phân) đóng góp 3-5% tổng lượng CO2tđ. Thêm vào đó, khoảng 30% lượng khí CO2 trong khí quyển tăng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn hàng năm là do sự mất cácbon trong đất liên quan đến phá rừng, làm đất canh tác và các mục đích khác [WMO, 2016]. Mức thải N2O từ hoạt động sản xuất nông nghiệp (1000-2000)[31] Giám sát sự phát thải KNK từ hoạt động của nông nghiệp là một chiến lược quan trọng giúp các nhà hoạch định chính sách kiểm soát và đáp ứng các nghĩa vụ quốc tế trong cắt giảm phát thải KNK trên quy mô toàn cầu 1. Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp tại Việt Nam Trong giai đoạn từ 1994 đến 2013, tổng lượng phát thải KNK ở Việt Nam (bao gồm cả lĩnh vực sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất và lâm nghiệp - LULUCF) tăng hơn hai lần, từ 103,8 triệu tấn CO2tđ lên 259,0 triệu tấn CO2tđ.
Phát thải trong lĩnh vực năng lượng tăng nhanh nhất (gấp gần sáu lần từ 25,6 triệu tấn CO2tđ lên 151,4 triệu tấn CO2tđ) do nhu cầu năng lượng tăng nhanh chóng. Xu thế phát thải/hấp thụ KNK qua các kỳ kiểm kê được thể hiện tại Hình 1. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc. Xu thế phát thải/hấp thụ KNK trong các kỳ kiểm kê [MONRE, 2017] Theo kết quả kiểm kê KNK năm 1994, lượng KNK phát thải trong lĩnh vực nông nghiệp là 52,45 triệu tấn CO2tđ, chiếm 50,50% tổng lượng KNK phát thải của cả nước; trong lĩnh vực lâm nghiệp & thay đổi sử dụng đất là 19,38 triệu tấn CO2tđ, chiếm 18,70% tổng lượng KNK phát thải của cả nước.
Đến năm 2005, lượng KNK phát thải trong lĩnh vực nông nghiệp là 80,58 triệu tấn CO2tđ, chiếm 49,37% tổng lượng KNK phát thải của cả nước (trong đó, phát thải từ trồng lúa chiếm 44,49%; từ đất nông nghiệp 32,22%; từ lên men tiêu hóa của động vật nhai lại là 11,54%, còn lại là từ quản lý phân bón, đốt phụ phẩm nông nghiệp và đốt đồng cỏ); trong lĩnh vực lâm nghiệp, thay đổi sử dụng đất hấp thụ 36,67 triệu tấn CO2tđ. Năm 2010, tổng lượng phát thải khí nhà kính ở Việt Nam là 246,8 triệu tấn CO2tđ (bao gồm cả sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất và lâm nghiệp - LULUCF) hoặc 266 triệu tấn CO2tđ (không bao gồm LULUCF), trong đó phát thải KNK từ ngành nông nghiệp chiếm 36,7% tổng lượng phát thải KNK quốc gia, là nguồn phát thải KNK lớn thứ 2 ở Việt Nam (87,7 triệu tấn CO2tđ), tiếp sau là ngành năng lượng với 57,2% (141,2 triệu tấn CO2tđ). Đến năm 2013, lượng KNK phát thải trong lĩnh vực nông nghiệp là 89,7 triệu tấn CO2tđ, tương đương 34,6% tổng lượng KNK phát thải quốc gia; Lĩnh vực LULUCF đã chuyển từ phát thải sang hấp thụ KNK vào năm 2010 và tiếp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn tục tăng hấp thụ lên 34,2 triệu tấn CO2tđ vào năm 2013 do thực hiện tốt các hoạt động trồng rừng và bảo vệ rừng trong thời gian gần đây [MONRE, 2017]. Phát thải KNK từ ngành nông nghiệp chủ yếu từ trồng lúa, đất nông nghiệp và lên men tiêu hóa trong chăn nuôi.
Theo tính toán của Bộ Tài Nguyên và Môi trường, từ năm 2010, hoạt động chăn nuôi và đất nông nghiệp sẽ có lượng KNK phát thải và tỷ lệ đóng góp tăng lên trong tổng lượng phát thải KNK của ngành nông nghiệp. Canh tác lúa dự kiến sẽ giảm lượng KNK phát thải từ 50,5% năm 2010 (44,6 triệu tấn CO2tđ) xuống còn 39,1% năm 2020 (39,4 triệu tấn CO2tđ - mặc dù diện tích đất lúa vẫn tăng chậm từ 2010 đến nay) và 36,5% vào năm 2030 (39,9 triệu tấn CO2tđ). Việc đốt cháy phế phụ phẩm nông nghiệp có thể sẽ gia tăng lượng KNK phát thải nhưng tỷ lệ đóng góp vào tổng lượng phát thải không lớn, dao động từ 2,1-2,4% (Bảng 1. Dự tính phát thải KNK trong lĩnh vực nông nghiệp (1000 tấn CO2tđ) Nguồn 2010 2020 (dự tính) 2030 (dự tính) Chăn nuôi gia súc 18.949 36,5 Đất nông nghiệp 23.397 34,3 Đốt nương - - - - - - Đốt phụ phẩm nông 1.673 2,4 nghiệp ngoài đồng 2,1 2.342 100 [Nguồn: MONRE, Báo cáo Việt Nam 2 năm 1 lần cho UNFCCC (BUR1), 2014] Tổng lượng KNK phát thải trong năm 2010 từ nông nghiệp là 88,35 triệu tấn CO2tđ, trong đó canh tác trồng lúa đóng góp 44,6 triệu tấn CO2tđ (chiếm 50,49%); còn lại 10,72% tổng lượng KNK phát thải từ quá trình lên men của động vật nhai lại trong chăn nuôi: 9,69% từ phân chuồng, 26,95% từ đất nông nghiệp và 2,15% từ phế phụ phẩm nông nghiệp.