Tổng quan luận án
Biến đổi khí hậu toàn cầu đang là thách thức nghiêm trọng đối với hệ sinh thái và đời sống kinh tế - xã hội. Theo Báo cáo đánh giá lần thứ sáu (AR6) của Ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC, 2021), các hoạt động của con người đã khiến nhiệt độ bề mặt Trái đất tăng 1,1ºC so với thời kỳ tiền công nghiệp (1850 - 1900), mực nước biển dâng 20 cm vào năm 2018 so với năm 1901 với tốc độ tăng trung bình 3,7 mm/năm trong giai đoạn 2006 - 2018. Trước thực trạng này, 137 quốc gia đại diện cho 88% tổng lượng phát thải toàn cầu đã cam kết hướng tới mục tiêu phát thải ròng bằng không (Net Zero) vào năm 2050. Tại Việt Nam, theo Báo cáo Đóng góp do quốc gia tự quyết định (NDC) cập nhật năm 2022, mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính (KNK) vào năm 2030 là 15,8% bằng nguồn lực trong nước và đạt 43,5% khi có hỗ trợ quốc tế; đồng thời cam kết giảm 30% phát thải khí metan vào năm 2030 theo Quyết định số 942/QĐ-TTg ngày 05/8/2022 của Thủ tướng Chính phủ.
Kết quả kiểm kê KNK quốc gia năm 2016 cho thấy tổng lượng phát thải của Việt Nam là 316,73 triệu tấn CO2 tương đương (CO2tđ). Trong đó, lĩnh vực Nông nghiệp, Lâm nghiệp và Sử dụng đất (AFOLU) phát thải ròng 44,11 triệu tấn CO2tđ (chiếm 13,9% tổng phát thải toàn quốc), riêng hoạt động canh tác lúa nước phát thải lớn nhất với 49,70 triệu tấn CO2tđ, chiếm khoảng 50% tổng phát thải của ngành nông nghiệp.
Thái Bình là tỉnh thuộc vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng với hoạt động thâm canh lúa nước phát triển mạnh, đóng góp sản lượng lương thực lớn nhưng cũng là nguồn phát thải KNK đáng kể. Đồng thời, do địa hình thấp ven biển, địa phương chịu áp lực nặng nề từ nước biển dâng (3 - 4 m), lũ sông dâng (3 - 5 m) và nguy cơ nhiễm mặn. Mặc dù đã có một số mô hình giảm phát thải được thử nghiệm trên địa bàn như mô hình của Tập đoàn ThaiBinhSeed hay Dự án Agresults Vietnam (áp dụng cấy thưa, bón phân nén chậm tan, xử lý rơm rạ bằng chế phẩm sinh học, rút nước định kỳ), song các nghiên cứu này mới dừng lại ở quy mô thí nghiệm hẹp. Khoảng trống nghiên cứu lớn là chưa tích hợp quan trắc thực nghiệm với mô hình hóa động thái phát thải và phân tích không gian GIS trên quy mô toàn tỉnh nhằm gắn kết đồng thời các yếu tố khí hậu, thổ nhưỡng và tập quán canh tác. Do đó, luận án "Nghiên cứu các giải pháp giảm phát thải khí nhà kính trong sản xuất lúa tỉnh Thái Bình" của nghiên cứu sinh Chu Sỹ Huân, chuyên ngành Khoa học đất (mã số: 9 62 01 03), dưới sự hướng dẫn của PGS. Mai Văn Trịnh và PGS. Cao Việt Hà tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam (2023) đã được thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống này.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm:
- Làm rõ được động thái phát thải khí nhà kính trên đất trồng lúa;
- Xây dựng được bản đồ thể hiện phát thải khí nhà kính trên các đơn vị bản đồ tổng hợp các điều kiện khí hậu, loại đất và các biện pháp canh tác khác nhau;
- Đề xuất một số giải pháp giảm phát thải khí nhà kính trong sản xuất lúa ở tỉnh Thái Bình.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Khí nhà kính phát thải trong canh tác lúa nước (chủ yếu là metan - CH4 và oxit nitơ - N2O, quy đổi về tiềm năng nóng lên toàn cầu - CO2tđ); các nhóm đất trồng lúa chính; các biện pháp canh tác lúa (chế độ quản lý nước, phân bón, cơ cấu giống).
- Vật liệu nghiên cứu: Mẫu đất lúa, mẫu khí CH4 và N2O, các dạng phân đạm (urea đơn, phân đạm chậm tan urea bọc agrotain, phân NPK), các bộ giống lúa.
- Phạm vi không gian: Toàn bộ diện tích đất trồng lúa chính của tỉnh Thái Bình (phân bố trên 4 nhóm đất: đất phù sa chiếm 73,31%, đất phèn chiếm 15,13%, đất mặn chiếm 9,63% và đất cát chiếm 1,93%).
- Phạm vi thời gian: Số liệu sơ cấp nông hộ điều tra giai đoạn 2016 - 2017; thí nghiệm quan trắc khí đồng ruộng thực hiện năm 2018; số liệu khí tượng chuỗi 2010 - 2020 và 2012 - 2021; số liệu kinh tế - xã hội tổng hợp đến năm 2021.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Luận án đã tổng quan toàn diện các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến phát thải KNK trong nông nghiệp và canh tác lúa:
Khái niệm KNK và tiềm năng làm nóng lên toàn cầu (GWP): Kiehl & Kevin (1997) xác định tỷ lệ đóng góp vào hiệu ứng nhà kính của hơi nước (H2O: 36 - 72%), cacbonic (CO2: 9 - 26%), metan (CH4: 4 - 9%) và ozon (O3: 3 - 7%). Theo IPCC (2007, 2013, 2014), tiềm năng gây nóng lên toàn cầu tính cho khung thời gian 100 năm (GWP) của CO2 là 1, CH4 là 28 lần (theo AR5) hoặc 25 lần (AR4), N2O là 265 lần (AR5) hoặc 298 lần (AR4).
Phát thải KNK trong nông nghiệp: Các công trình của Watson & cs. (1995), IPCC (2007, 2014), US-EPA (2012), WMO (2016) khẳng định nông nghiệp là nguồn phát thải lớn, chiếm 84% N2O và 47% CH4 toàn cầu. Mosier & cs. (1991, 1998) và Olivier & cs. (1998) chỉ ra đất nông nghiệp được bón phân đóng góp từ 13% đến 28% tổng lượng N2O toàn cầu. Denman & cs. (2007) xác định đất nông nghiệp chiếm 67% lượng phát thải N2O do con người tạo ra. Theo FAO và Wassmann & Dobermann (2006), sản xuất lúa sử dụng gần 20% tổng lượng phân đạm toàn cầu. Tại Việt Nam, các báo cáo kiểm kê KNK của Bộ Tài nguyên và Môi trường (2010, 2014, 2018, 2020) và Đề án giảm phát thải của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn theo Quyết định số 3119/QĐ-BNN-KHCN (2011) đã lượng hóa tỷ trọng phát thải và đề ra mục tiêu giảm nhẹ KNK cho từng phân ngành.
Cơ chế phát sinh CH4 và N2O từ ruộng lúa nước:
- Khí CH4 hình thành do sự phân giải chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí bởi vi khuẩn sinh metan (methanogens) qua 3 cơ chế cơ bản: (1) Hydrogenotrophic methanogen ($CO_2 + 4H_2 \rightarrow CH_4 + 2H_2O$); (2) Acetotrophic methanogen phân giải axetat ($CH_3COOH \rightarrow CO_2 + CH_4$ và $4CO + 2H_2O \rightarrow CH_4 + 3CO_2$), con đường này chiếm khoảng 70% lượng metan sinh ra; (3) Methylotrophic methanogen ($CH_3OH + H_2 \rightarrow CH_4 + 2H_2O$ và $4(CH_3)_3\text{-}N + 6H_2O \rightarrow 9CH_4 + 3CO_2 + 4NH_3$). Phần lớn khí CH4 thoát vào khí quyển qua hệ thống mô khí (aerenchyma) của thân cây lúa (chiếm gần 90%), dạng bọt khí chiếm khoảng 10% và khuếch tán qua nước chỉ chiếm khoảng 1% (Aulakh & cs.; Conrad & cs.; Wassmann & cs.; Yan & cs.).
- Khí N2O sinh ra từ hai quá trình sinh học tương phản: quá trình nitrat hóa (hiếu khí, oxy hóa $NH_4^+$ thành $NO_2^-$) và quá trình phản nitrat hóa (kỵ khí, khử $NO_3^-$ thành $N_2O$ và $N_2$) (Smith & cs., 2003; Bouwman, 1990; Inubushi & cs.; Ishibashi & cs.).
Các yếu tố ảnh hưởng và giải pháp giảm nhẹ: Luận án tổng hợp các nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ (Inubushi & cs., 1989, 2002; Akira & cs., 2000; Li & cs., 2008); thế oxy hóa khử đất Eh trong khoảng có lợi từ -150 mV đến +180 mV (Hou & cs., 2000; Yu & Patrick, 2003, 2004); kỹ thuật làm đất không cày lật giảm phát thải (Harada & cs., 2007, 2010, 2014); chế độ nước tưới khô ướt xen kẽ AWD (Bronson & cs., 1997; Mai Văn Trịnh, 2013; Nguyễn Đắc Thành & cs., 2016); quản lý phân hữu cơ và phân khoáng (Schütz & cs., 1989; Sass & cs., 1990; Yagi & Minami, 1990; Wassmann & cs., 1996; Lu & cs., 1998; Adhya & cs., 2000; Lưu Thế Anh & cs., 2020; Cicerone & Shetter, 1981; Linquist & cs.; Granli & Bockman, 1994); và chuyển đổi cơ cấu giống lúa ngắn ngày (Corton, 2000; Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, 2018; Chu Sỹ Huân & Mai Văn Trịnh, 2018).
Khoảng trống nghiên cứu luận án giải quyết: Các công trình trước đây tại vùng Đồng bằng sông Hồng chủ yếu khảo sát điểm hoặc nghiên cứu tác động của một giải pháp kỹ thuật riêng lẻ. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống về việc định lượng phát thải chi tiết theo từng nhóm đất chính (phù sa, phèn, mặn), tích hợp số liệu quan trắc thực tế với mô hình hóa DNDC và hệ thống thông tin địa lý GIS để lập bản đồ phát thải và bản đồ phân vùng thích nghi kỹ thuật tưới khô ướt xen kẽ (AWD) tỷ lệ 1/50.000 trên toàn bộ diện tích đất trồng lúa tỉnh Thái Bình.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Luận án dựa trên khung lý thuyết chu trình sinh địa hóa cacbon và nitơ trong môi trường đất ngập nước, lý thuyết động học phát thải khí nhà kính dựa trên điện thế oxy hóa - khử (Eh) và phương pháp luận đánh giá tiềm năng làm nóng lên toàn cầu (GWP) của IPCC (2013, 2014) với hệ số quy đổi 100 năm: 1 kg CH4 = 28 kg CO2tđ và 1 kg N2O = 265 kg CO2tđ.
Hệ thống phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và định lượng bao gồm:
- Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp: Thu thập số liệu khí tượng (nhiệt độ, số giờ nắng, lượng mưa giai đoạn 2010 - 2020 và 2012 - 2021) từ các trạm khí tượng trên địa bàn; số liệu thống kê hiện trạng sử dụng đất, diện tích, năng suất, sản lượng lúa và cơ cấu kinh tế tỉnh Thái Bình đến năm 2021.
- Phương pháp điều tra, phỏng vấn nông hộ: Tiến hành khảo sát nông hộ tại các vùng sinh thái đất chính của tỉnh trong giai đoạn 2016 - 2017 nhằm thu thập dữ liệu về tập quán gieo cấy, kỹ thuật làm đất vụ xuân - vụ mùa, lượng và loại phân bón vô cơ/hữu cơ, chế độ tưới tiêu.
- Phương pháp chọn điểm và bố trí thí nghiệm đồng ruộng: Thiết lập 4 điểm quan trắc thực địa năm 2018 đại diện cho các nhóm đất và chế độ canh tác điển hình của tỉnh Thái Bình: đất phù sa canh tác 2 vụ lúa, đất phù sa canh tác 2 vụ lúa - 1 vụ màu, đất mặn canh tác 2 vụ lúa, đất phèn canh tác 2 vụ lúa.
- Phương pháp lấy mẫu và phân tích đất: Lấy mẫu đất tầng mặt (0 - 20 cm) trước thí nghiệm để phân tích các chỉ tiêu lý hóa cơ bản: thành phần cơ giới, dung trọng, pH, chất hữu cơ tổng số (OM), đạm tổng số, lân và kali dễ tiêu.
- Phương pháp lấy mẫu và phân tích khí: Sử dụng phương pháp buồng đo đóng kín (closed chamber) bằng hộp đo chuyên dụng có chân hộp cắm cố định trên ruộng lúa. Mẫu khí được lấy định kỳ theo các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa và các thời điểm bón phân, rút nước; nồng độ khí CH4 và N2O được phân tích trên hệ thống máy sắc ký khí (GC) trang bị đầu dò FID (cho CH4) và ECD (cho N2O).
- Phương pháp xử lý số liệu thống kê: Tính toán lưu lượng phát thải tức thời ($mg/m^2/gi\text{ờ}$), tổng lượng phát thải tích lũy theo vụ ($kg/ha/v\text{ụ}$) và cả năm ($t\text{ấn } CO_2t\text{đ}/ha/n\text{ăm}$), xử lý thống kê mô tả và so sánh sai số.
- Phương pháp mô hình hóa DNDC (DeNitrification - DeComposition): Thiết lập cơ sở dữ liệu đầu vào (thời tiết hàng ngày, tính chất lý hóa đất, lịch thời vụ, bón phân, quản lý nước); tiến hành đánh giá độ nhạy, hiệu chỉnh (calibration) và kiểm định (validation) mô hình DNDC thông qua đối chứng với số liệu đo thực tế tại 4 điểm thí nghiệm.
- Phương pháp phân tích không gian và GIS: Ứng dụng phần mềm GIS xây dựng các lớp bản đồ chuyên đề (phân vùng khí hậu, bản đồ đất, bản đồ hiện trạng sử dụng đất lúa). Chồng xếp các lớp bản đồ để tạo bản đồ tổ hợp khí hậu - đất - hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1/50.000, từ đó tính toán và kết xuất bản đồ phát thải CH4, N2O, CO2tđ cho vụ xuân, vụ mùa và cả năm.
- Phương pháp đánh giá thích nghi và tính tiềm năng giảm phát thải: Xây dựng quy trình đánh giá mức độ thích nghi kỹ thuật tưới khô ướt xen kẽ (AWD) dựa trên đặc điểm thủy lợi, địa hình, nhóm đất; mô phỏng các kịch bản áp dụng AWD, kịch bản thay thế phân đạm (urea đơn sang phân NPK tổng hợp và urea bọc agrotain) và cơ cấu giống ngắn ngày để tính lượng KNK giảm thiểu.
Nội dung chính theo từng chương
Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
Chương này tổng kết bức tranh toàn cảnh về phát thải KNK trong sản xuất nông nghiệp trên thế giới và tại Việt Nam, tập trung vào lĩnh vực canh tác lúa nước ngập thường xuyên. Tác giả phân tích chi tiết cơ chế vi sinh học sinh ra khí metan qua 3 nhóm vi khuẩn metanogens và con đường phát tán qua mô khí (chiếm ~90%), cơ chế nitrat hóa và phản nitrat hóa hình thành khí N2O phụ thuộc vào thế oxy hóa khử Eh và chế độ ẩm độ đất. Đồng thời, chương 1 hệ thống hóa các yếu tố ảnh hưởng gồm thời tiết, nhóm đất, phương thức làm đất, chế độ tưới, chủng loại phân bón và thời gian sinh trưởng của giống lúa; tổng hợp các giải pháp kỹ thuật giảm phát thải đã được nghiên cứu như phơi ruộng, kỹ thuật tưới khô ướt xen kẽ (AWD), canh tác không làm đất, hệ thống thâm canh lúa cải tiến (SRI), phân bón tan chậm và quản lý rơm rạ không đốt ngoài đồng.
Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương trình bày chi tiết đối tượng, địa bàn nghiên cứu tại tỉnh Thái Bình, các nội dung nghiên cứu và hệ thống phương pháp triển khai: quy trình điều tra xã hội học nông thôn; phương pháp bố trí điểm quan trắc đồng ruộng tại 4 điểm đại diện cho các nhóm đất (phù sa, phèn, mặn); kỹ thuật chế tạo hộp đo khí và quy trình lấy mẫu bằng buồng kín; phương pháp phân tích khí sắc ký GC; phương pháp vận hành, hiệu chuẩn mô hình DNDC; phương pháp phân tích không gian GIS xây dựng bản đồ tổ hợp tỷ lệ 1/50.000 và thuật toán tính toán tiềm năng giảm phát thải từ các kịch bản kỹ thuật canh tác.
Kết quả và thảo luận
Chương tập trung vào các kết quả thực nghiệm và tính toán mô phỏng chính:
- Đặc điểm địa bàn nghiên cứu: Đất trồng lúa Thái Bình phân bố trên 4 nhóm đất chính gồm đất phù sa (73,31%), đất phèn (15,13%), đất mặn (9,63%) và đất cát (1,93%). Giai đoạn 2015 - 2021, diện tích trồng lúa của tỉnh giảm trung bình khoảng 1.300 ha/năm, năng suất lúa năm 2020 đạt 65,9 tạ/ha. Tỉnh có mạng lưới kênh mương nội đồng dày và vận hành tương đối chủ động.
- Động thái phát thải CH4 và N2O từ đo thực địa (năm 2018):
- Vụ xuân: Phát thải CH4 trên tất cả các nhóm đất tăng liên tục từ giai đoạn bén rễ hồi xanh và đạt đỉnh tại thời kỳ đẻ nhánh rộ, sau đó biến động theo mực nước ruộng; trên đất phèn, phát thải tăng kéo dài đến tận thời kỳ trỗ với cường độ cao nhất đạt 32 mg CH4/m2/giờ. Động thái phát thải N2O đạt đỉnh vào thời kỳ trỗ với tốc độ phát thải đạt tới 0,4 mg N2O/m2/giờ.
- Vụ mùa: Phát thải CH4 tăng nhanh ngay sau khi cấy, đạt cực đại 28 mg CH4/m2/giờ trong giai đoạn đẻ nhánh đến phân hóa hoa, sau đó giảm dần đến thu hoạch.
| Nhóm đất và công thức luân canh |
Tổng phát thải KNK cả năm (tấn $CO_2t\text{đ}$/ha/năm) |
Cường độ phát thải vụ xuân (kg $CO_2t\text{đ}$/kg thóc) |
Cường độ phát thải vụ mùa (kg $CO_2t\text{đ}$/kg thóc) |
| Đất phù sa (2 vụ lúa) |
15,43 |
0,916 |
1,657 |
| Đất mặn (2 vụ lúa) |
16,85 |
0,805 |
1,761 |
| Đất phù sa (2 lúa - 1 vụ màu) |
18,85 |
1,397 |
5,000 |
| Đất phèn (2 vụ lúa) |
20,91 |
2,042 |
2,000 |
- Ứng dụng mô hình DNDC và xây dựng bản đồ phát thải: Luận án đã hiệu chỉnh mô hình DNDC đạt độ tương thích cao với số liệu đo thực địa, kết hợp GIS xây dựng bản đồ phát thải CH4, N2O và tổng CO2tđ tỷ lệ 1/50.000 cho các vụ và cả năm. Tổng phát thải CO2tđ cả năm từ đất trồng lúa toàn tỉnh phân theo nhóm đất:
- Đất phù sa: 166.184,11 tấn CO2tđ/năm;
- Đất phèn: 77.636,83 tấn CO2tđ/năm;
- Đất mặn: 21.311,33 tấn CO2tđ/năm;
- Đất cát: 15.077,32 tấn CO2tđ/năm.
- Đánh giá thích nghi kỹ thuật AWD và tiềm năng các giải pháp giảm phát thải:
- Bản đồ phân vùng thích nghi AWD tỷ lệ 1/50.000 xác định: Vụ xuân có 44.679,60 ha thích nghi cao, 43.482,54 ha thích nghi trung bình và 557,80 ha không thích nghi; vụ mùa có 30.878,24 ha thích nghi cao, 52.509,50 ha thích nghi trung bình và 5.332,20 ha không thích nghi.
- Tiềm năng giảm phát thải khi áp dụng AWD trên vùng thích nghi cao và trung bình đạt 109.680,12 tấn CO2tđ/năm.
- Tiềm năng từ giải pháp phân bón: Sử dụng phân N dạng NPK thay cho Urea đơn giúp giảm 40.624,26 tấn CO2tđ/năm; sử dụng phân đạm chậm tan (Urea bọc agrotain) thay cho Urea đơn giúp giảm 33.922,01 tấn CO2tđ/năm.
- Tiềm năng từ cơ cấu giống: Tăng cường sử dụng giống lúa ngắn ngày giúp giảm 5% tổng lượng phát thải KNK cả năm.
Kết luận và kiến nghị
Chương tổng kết các phát hiện định lượng cốt lõi về hiện trạng phát thải, bản đồ hóa không gian và lượng hóa tiềm năng giảm phát thải; đồng thời kiến nghị các cơ quan quản lý nông nghiệp tỉnh Thái Bình áp dụng gói giải pháp đồng bộ gồm: triển khai tưới AWD tại các vùng thích nghi cao và trung bình, chuyển đổi sang phân bón NPK tổng hợp/urea bọc agrotain và mở rộng cơ cấu giống lúa ngắn ngày.
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về mặt khoa học:
- Luận án đã làm rõ quy luật động thái phát thải KNK (CH4 và N2O) theo thời gian sinh trưởng của cây lúa và theo không gian tương ứng với từng điều kiện khí hậu, nhóm đất (phù sa, phèn, mặn) và chế độ canh tác tại tỉnh Thái Bình.
- Xây dựng thành công phương pháp tính toán và mô phỏng phát thải KNK tích hợp giữa mô hình mô phỏng sinh thái DNDC và công nghệ phân tích không gian GIS dựa trên các thông số đầu vào chi tiết về khí tượng, thổ nhưỡng và quản lý canh tác.
- Cung cấp bộ cơ sở dữ liệu định lượng về hệ số phát thải và tổng lượng phát thải KNK thực tế phục vụ công tác kiểm kê KNK quốc gia và cấp tỉnh trong lĩnh vực trồng trọt.
Đóng góp mới về mặt thực tiễn:
- Xây dựng bộ bản đồ phát thải KNK hiện tại (CH4, N2O, tổng CO2tđ) cho đất trồng lúa tỉnh Thái Bình tỷ lệ 1/50.000 cho từng vụ lúa và cả năm.
- Xây dựng bản đồ đánh giá mức độ thích nghi kỹ thuật tưới khô ướt xen kẽ (AWD) tỷ lệ 1/50.000 cho vụ xuân và vụ mùa trên phạm vi toàn bộ diện tích đất trồng lúa của tỉnh.
- Lượng hóa chính xác tiềm năng giảm nhẹ phát thải KNK của từng giải pháp kỹ thuật cụ thể:
- Áp dụng kỹ thuật tưới AWD tại các vùng thích nghi cao và trung bình có tiềm năng cắt giảm 109.680,12 tấn CO2tđ/năm.
- Sử dụng phân bón NPK thay thế phân Urea đơn có tiềm năng cắt giảm 40.624,26 tấn CO2tđ/năm.
- Sử dụng phân đạm chậm tan Urea bọc agrotain thay thế Urea đơn có tiềm năng cắt giảm 33.922,01 tấn CO2tđ/năm.
- Tăng cường sử dụng giống lúa ngắn ngày có tiềm năng cắt giảm 5% tổng lượng phát thải KNK cả năm.
Kiến nghị và giải pháp đề xuất: Đề xuất tỉnh Thái Bình lồng ghép các giải pháp kỹ thuật được lượng hóa vào kế hoạch hành động giảm phát thải khí metan theo Quyết định số 942/QĐ-TTg và cam kết NDC quốc gia; ưu tiên đầu tư hoàn thiện kênh mương điều tiết nước phục vụ quy trình tưới AWD tại các vùng thích nghi, khuyến khích nông dân sử dụng phân đạm chậm tan và cơ cấu giống lúa ngắn ngày.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của luận án:
- Số liệu quan trắc thực địa buồng đo khí tập trung thực hiện trong năm 2018 tại 4 điểm nghiên cứu điển hình; các biến động khí tượng liên năm kéo dài chưa được quan trắc thực nghiệm đa niên tại chỗ mà chủ yếu dựa vào mô phỏng DNDC.
- Số liệu điều tra tập quán canh tác nông hộ thực hiện trong giai đoạn 2016 - 2017.
- Luận án tập trung đánh giá sâu ba nhóm giải pháp chính (quản lý nước AWD, phân đạm, giống ngắn ngày), các giải pháp như than sinh học (biochar) hay chế phẩm ủ rơm rạ yếm khí mới dừng ở mức tổng quan lý thuyết, chưa được đưa vào mô phỏng không gian toàn tỉnh.
Hướng nghiên cứu tiếp theo:
- Mở rộng quan trắc thực nghiệm liên tục nhiều năm trên các công thức luân canh khác nhau để hoàn thiện bộ hệ số phát thải đặc thù vùng.
- Ứng dụng tích hợp mô hình DNDC - GIS cho các tỉnh khác trong vùng Đồng bằng sông Hồng.
- Nghiên cứu bổ sung tính toán chi phí - hiệu quả kinh tế (đường cong chi phí giảm phát thải cận biên - MACC) khi áp dụng diện rộng các gói kỹ thuật giảm phát thải.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị cao cho các nhóm đối tượng:
- Cán bộ nghiên cứu, giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học: Thuộc các chuyên ngành Khoa học đất, Nông học, Quản lý tài nguyên môi trường, Biến đổi khí hậu; tài liệu tham khảo giá trị về quy trình kết hợp đo đạc buồng kín, hiệu chỉnh mô hình DNDC và phân tích không gian GIS.
- Cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách: Cung cấp luận cứ khoa học và số liệu thực chứng cho Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Bình và các tỉnh Đồng bằng sông Hồng trong việc lập quy hoạch sản xuất lúa phát thải thấp, xây dựng báo cáo kiểm kê KNK và triển khai Kế hoạch hành động giảm phát thải khí metan đến năm 2030.
- Cán bộ khuyến nông và các doanh nghiệp nông nghiệp: Cung cấp cơ sở phân vùng địa lý để chuyển giao kỹ thuật tưới tiết kiệm nước AWD và phân phối các dòng phân đạm chậm tan phù hợp từng tiểu vùng thổ nhưỡng.
Câu hỏi thường gặp
1. Động thái phát thải khí CH4 và N2O trên các nhóm đất trồng lúa tại Thái Bình diễn biến như thế nào qua các giai đoạn sinh trưởng?
Trong vụ xuân, phát thải CH4 trên các nhóm đất tăng liên tục từ khi bén rễ hồi xanh và đạt đỉnh ở thời kỳ đẻ nhánh; riêng đất phèn tiếp tục tăng đến thời kỳ trỗ với tốc độ đạt cực đại 32 mg CH4/m2/giờ. Trong vụ mùa, phát thải CH4 tăng ngay sau khi cấy và đạt đỉnh (đến 28 mg CH4/m2/giờ) từ giai đoạn đẻ nhánh đến phân hóa hoa rồi giảm dần đến khi thu hoạch. Ngược lại, phát thải N2O trong vụ xuân đạt đỉnh vào thời kỳ trỗ với tốc độ lên tới 0,4 mg N2O/m2/giờ, phụ thuộc chặt chẽ vào các đợt bón phân đạm và rút nước phơi ruộng.
2. Tổng lượng phát thải KNK và cường độ phát thải trên các nhóm đất lúa ở Thái Bình khác nhau ra sao?
Tổng phát thải KNK cả năm xếp theo thứ tự tăng dần là: đất phù sa 2 vụ lúa (15,43 tấn CO2tđ/ha/năm), đất mặn 2 vụ lúa (16,85 tấn CO2tđ/ha/năm), đất phù sa 2 lúa - 1 vụ màu (18,85 tấn CO2tđ/ha/năm) và đất phèn 2 vụ lúa cao nhất (20,91 tấn CO2tđ/ha/năm). Cường độ phát thải (kg CO2tđ/kg thóc) vụ xuân thấp nhất ở đất mặn (0,805) và cao nhất ở đất phèn (2,042); vụ mùa thấp nhất ở đất phù sa 2 lúa (1,657) và cao nhất ở đất phù sa 2 lúa - 1 màu (5,000).
3. Tổng lượng phát thải KNK cả năm từ đất trồng lúa toàn tỉnh Thái Bình được mô hình DNDC và GIS tính toán theo từng nhóm đất là bao nhiêu?
Tổng lượng phát thải CO2tđ cả năm của toàn tỉnh Thái Bình phân theo các nhóm đất như sau: nhóm đất phù sa có lượng phát thải lớn nhất đạt 166.184,11 tấn CO2tđ/năm, nhóm đất phèn đạt 77.636,83 tấn CO2tđ/năm, nhóm đất mặn đạt 21.311,33 tấn CO2tđ/năm và nhóm đất cát thấp nhất đạt 15.077,32 tấn CO2tđ/năm.
4. Kỹ thuật tưới khô ướt xen kẽ (AWD) có diện tích thích nghi và tiềm năng cắt giảm phát thải KNK như thế nào tại Thái Bình?
Đánh giá mức độ thích nghi kỹ thuật AWD tỷ lệ 1/50.000 xác định: vụ xuân có 44.679,60 ha thích nghi cao và 43.482,54 ha thích nghi trung bình; vụ mùa có 30.878,24 ha thích nghi cao và 52.509,50 ha thích nghi trung bình. Khi áp dụng AWD trên toàn bộ diện tích thích nghi cao và trung bình, tiềm năng giảm phát thải KNK của tỉnh đạt 109.680,12 tấn CO2tđ/năm.
5. Việc chuyển đổi phân đạm và cơ cấu giống mang lại tiềm năng giảm phát thải KNK cụ thể ra sao?
Chuyển đổi từ phân đạm Urea đơn sang phân bón NPK tổng hợp giúp giảm 40.624,26 tấn CO2tđ/năm; chuyển sang sử dụng phân đạm chậm tan Urea bọc agrotain giúp giảm 33.922,01 tấn CO2tđ/năm; đồng thời việc tăng cường các giống lúa ngắn ngày (thời gian sinh trưởng 100 - 120 ngày) trong cơ cấu mùa vụ giúp giảm 5% tổng lượng phát thải KNK cả năm của tỉnh.
Kết luận
Luận án của tác giả Chu Sỹ Huân là công trình nghiên cứu chuyên sâu thuộc chuyên ngành Khoa học đất, đã giải quyết trọn vẹn việc định lượng và bản đồ hóa phát thải KNK trong canh tác lúa nước tại tỉnh Thái Bình. Thông qua việc kết hợp chặt chẽ giữa quan trắc thực địa buồng đo khí, mô hình hóa DNDC và phân tích không gian GIS tỷ lệ 1/50.000, luận án đã xác định rõ động thái phát thải CH4, N2O theo từng nhóm đất phù sa, phèn, mặn. Công trình đã lượng hóa cụ thể tiềm năng cắt giảm KNK của các giải pháp kỹ thuật gồm tưới khô ướt xen kẽ AWD (giảm 109.680,12 tấn CO2tđ/năm), thay thế phân đạm bằng NPK và urea bọc agrotain (giảm từ 33.922 đến 40.624 tấn CO2tđ/năm) cùng việc mở rộng giống lúa ngắn ngày (giảm 5% phát thải cả năm). Các kết quả này cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn trực tiếp cho công tác kiểm kê KNK và hoạch định chính sách sản xuất lúa phát thải thấp tại vùng Đồng bằng sông Hồng.