Luận án tiến sĩ nghiên cứu phát thải khí ch4 và n2o trong lĩnh vực trồng trọt vùng đồng bằng sông hồng

Luận án tiến sĩ nghiên cứu phát thải khí CH4 và N2O trong trồng trọt vùng đồng bằng sông Hồng, góp phần bảo vệ môi trường nông nghiệp.

• Tác giả: Bùi Thị Thu Trang
• Người hướng dẫn: PGS. Mai Văn Trịnh
• Trường học: Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội
• Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên và môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu phát thải khí CH4 và N2O trong trồng trọt tại đồng bằng sông Hồng
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ LĨNH VỰC TRỒNG TRỌT
• 1.1. Tổng quan về phát thải khí nhà kính
• 1.2. Một số khái niệm
• 1.3. Nguyên nhân và các nguồn phát thải khí nhà kính
• 1.4. Hiện trạng phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực trồng trọt
• 1.5. Cơ chế hình thành và giải phóng khí CH4 và N2O
• 1.6. Tổng quan về phương pháp quan trắc tính toán phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực trồng trọt
• 1.7. Phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa
• 1.8. Phát thải khí nhà kính từ canh tác cây trồng cạn hàng năm
• 1.9. Tổng quan về phương pháp mô hình hoá và phân tích không gian tính toán phát thải KNK trong lĩnh vực trồng trọt
• 1.10. Các mô hình tiềm năng có thể sử dụng tính toán phát thải khí nhà kính
• 1.11. Kết hợp sử dụng mô hình DNDC và phân tích không gian trong nghiên cứu phát thải khí nhà kính trên Thế giới
• 1.12. Kết hợp mô hình DNDC và phân tích không gian trong nghiên cứu phát thải khí nhà kính tại Việt Nam
• 1.13. Tổng quan hiện trạng các biện pháp canh tác giảm phát thải khí nhà kính tại vùng đồng bằng sông Hồng
• 1.14. Hiện trạng các biện pháp canh tác lúa giảm phát thải khí nhà kính
• 1.15. Hiện trạng các biện pháp canh tác cây trồng cạn hàng năm giảm phát thải khí nhà kính
• 1.16. Tổng quan vùng đồng bằng sông Hồng
• 1.17. Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên
• 1.18. Hiện trạng sử dụng đất vùng đồng bằng sông Hồng
• 1.19. Tính chất đất vùng đồng bằng sông Hồng
• 1.20. TIỂU KẾT CHƯƠNG I
• 2. CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG LĨNH VỰC TRỒNG TRỌT TẠI VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG
• 2.1. Trình tự các bước tiến hành nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp thu thập và tổng hợp số liệu
• 2.4. Phương pháp quan trắc, lấy mẫu và phân tích mẫu khí
• 2.5. Phương pháp lấy mẫu đất và phân tích mẫu đất
• 2.6. Phương pháp mô hình hóa sử dụng mô hình DNDC
• 2.7. Phương pháp phân tích không gian sử dụng hệ thống thông tin địa lý
• 2.8. Phương pháp xử lý số liệu
• 2.9. TIỂU KẾT CHƯƠNG II
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ ĐẤT TRỒNG LÚA VÀ CÂY TRỒNG CẠN HÀNG NĂM TẠI VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG
• 3.1. Đặc tính lý hóa của đất tại các điểm thí nghiệm
• 3.2. Phát thải CH4 và N2O từ đất trồng lúa và ngô tại các điểm thí nghiệm
• 3.3. Phát thải CH4 từ đất trồng lúa
• 3.4. Phát thải N2O từ đất trồng lúa
• 3.5. Diễn biến phát thải CH4 và N2O từ bốn loại đất chính trồng lúa
• 3.6. Phát thải N2O từ cây ngô trên đất phù sa sông Hồng
• 3.7. Đánh giá độ nhạy, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình DNDC phục vụ tính toán phát thải khí nhà kính
• 3.7.1. Độ nhạy của các thông số đối với phát thải CH4
• 3.7.2. Độ nhạy của các thông số đối với phát thải N2O
• 3.7.3. Hiệu chỉnh mô hình DNDC phục vụ tính toán phát thải KNK
• 3.7.4. Bộ thông số sau khi hiệu chỉnh mô hình DNDC
• 3.7.5. Kiểm định mô hình DNDC
• 3.8. Xây dựng bộ số liệu đầu vào cho mô hình
• 3.8.1. Số liệu khí tượng
• 3.8.2. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất vùng Đồng bằng sông Hồng
• 3.8.3. Bản đồ đất vùng Đồng bằng sông Hồng
• 3.8.4. Bản đồ tổ hợp Khí tượng - Đất - Sử dụng đất
• 3.9. Phát thải khí nhà kính từ đất trồng lúa và cây trồng cạn hàng năm theo không gian
• 3.9.1. Phát thải khí nhà kính theo loại đất
• 3.9.2. Tiềm năng nóng lên toàn cầu
• 3.9.3. Bản đồ phát thải khí nhà kính từ đất trồng lúa và cây trồng cạn hàng năm vùng Đồng bằng sông Hồng
• 3.10. TIỂU KẾT CHƯƠNG III
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực trồng trọt

Nghiên cứu về phát thải khí nhà kính (KNK) trong lĩnh vực trồng trọt tại vùng đồng bằng sông Hồng đã chỉ ra rằng, khí metan (CH4) và khí nitrous oxide (N2O) là hai loại khí chính phát thải từ hoạt động nông nghiệp. Theo số liệu thống kê, phát thải từ ngành nông nghiệp chiếm khoảng 27,92% tổng lượng phát thải KNK quốc gia, trong đó CH4 từ canh tác lúa nước đóng góp 49,4%. Việc hiểu rõ cơ chế hình thành và giải phóng các loại khí này là rất quan trọng để có thể đưa ra các biện pháp giảm thiểu hiệu quả. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, các yếu tố như phương pháp canh tác, loại đất và điều kiện khí hậu đều ảnh hưởng đến lượng phát thải khí nhà kính. Do đó, việc áp dụng các công nghệ xanh trong nông nghiệp là cần thiết để giảm thiểu tác động đến môi trường.

1.1. Nguyên nhân và các nguồn phát thải khí nhà kính

Các nguồn phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp chủ yếu đến từ việc sử dụng phân bón và các hoạt động canh tác. Việc bón phân quá mức không chỉ làm tăng lượng N2O phát thải mà còn ảnh hưởng đến chất lượng đất. Nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng các biện pháp canh tác bền vững có thể giảm thiểu đáng kể lượng khí thải này. Các biện pháp như giảm bón phân hóa học, sử dụng phân hữu cơ và áp dụng công nghệ canh tác thông minh có thể giúp cải thiện tình hình phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp.

1.2. Hiện trạng phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực trồng trọt

Tại vùng đồng bằng sông Hồng, hiện trạng phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa và cây trồng cạn hàng năm đang ở mức cao. Các nghiên cứu cho thấy, lượng phát thải CH4 từ đất trồng lúa có thể lên tới hàng trăm kg/ha/năm. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến môi trường mà còn tác động đến sức khỏe của người dân. Việc theo dõi và đánh giá thường xuyên tình trạng phát thải khí nhà kính là cần thiết để có thể đưa ra các giải pháp kịp thời nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

II. Phương pháp nghiên cứu phát thải khí nhà kính

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong luận án này bao gồm việc thu thập và phân tích số liệu từ các điểm quan trắc tại vùng đồng bằng sông Hồng. Các phương pháp như quan trắc, lấy mẫu và phân tích mẫu khí được thực hiện để xác định lượng phát thải CH4 và N2O từ đất trồng lúa và cây trồng cạn. Mô hình DNDC (DeNitrification-DeComposition) được sử dụng để tính toán phát thải khí nhà kính, cho phép đánh giá chính xác lượng khí thải theo không gian và thời gian. Việc áp dụng mô hình này giúp cải thiện độ chính xác trong việc ước lượng phát thải khí nhà kính từ các hệ sinh thái nông nghiệp.

2.1. Phương pháp thu thập và tổng hợp số liệu

Việc thu thập số liệu được thực hiện thông qua các trạm quan trắc khí tượng và các điểm nghiên cứu cụ thể. Số liệu khí tượng như nhiệt độ, độ ẩm, và lượng mưa được ghi nhận để phục vụ cho việc phân tích. Bên cạnh đó, các thông tin về loại đất, phương pháp canh tác cũng được tổng hợp để đánh giá ảnh hưởng đến phát thải khí nhà kính. Sự kết hợp giữa số liệu thực địa và mô hình hóa giúp cung cấp cái nhìn tổng quan về tình trạng phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp.

2.2. Phương pháp mô hình hóa và phân tích không gian

Mô hình DNDC được áp dụng để tính toán phát thải khí nhà kính từ các loại đất trồng lúa và cây trồng cạn. Mô hình này cho phép đánh giá sự thay đổi của phát thải khí theo thời gian và không gian, từ đó đưa ra các kịch bản phát thải khác nhau. Phân tích không gian cũng giúp xác định các vùng có mức phát thải cao, từ đó đề xuất các biện pháp giảm thiểu hiệu quả. Việc sử dụng công nghệ GIS trong nghiên cứu cũng giúp tạo ra bản đồ phát thải khí nhà kính, hỗ trợ cho công tác quản lý và quy hoạch nông nghiệp.

III. Kết quả nghiên cứu phát thải khí nhà kính

Kết quả nghiên cứu cho thấy, lượng phát thải CH4 và N2O từ đất trồng lúa và cây trồng cạn hàng năm tại vùng đồng bằng sông Hồng có sự biến động lớn theo từng mùa vụ. Đặc biệt, phát thải CH4 từ đất trồng lúa trong mùa mưa cao hơn so với mùa khô. Điều này cho thấy, điều kiện khí hậu và phương pháp canh tác có ảnh hưởng trực tiếp đến lượng phát thải khí nhà kính. Các số liệu thu thập được sẽ là cơ sở để xây dựng các phương án giảm phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp.

3.1. Đặc tính lý hóa của đất tại các điểm thí nghiệm

Đặc tính lý hóa của đất tại các điểm thí nghiệm cho thấy, đất phù sa có khả năng phát thải khí nhà kính cao hơn so với các loại đất khác như đất xám hay đất mặn. Các yếu tố như độ pH, độ ẩm và hàm lượng hữu cơ trong đất đều ảnh hưởng đến khả năng phát thải khí CH4 và N2O. Việc hiểu rõ đặc tính của từng loại đất sẽ giúp đưa ra các biện pháp canh tác phù hợp nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính.

3.2. Đánh giá độ nhạy và hiệu chỉnh mô hình DNDC

Đánh giá độ nhạy của các thông số trong mô hình DNDC cho thấy, các yếu tố như hàm lượng phân bón, độ ẩm đất và nhiệt độ đều có ảnh hưởng lớn đến phát thải khí nhà kính. Việc hiệu chỉnh mô hình dựa trên số liệu thực địa giúp cải thiện độ chính xác trong việc tính toán phát thải khí. Kết quả này sẽ là cơ sở để xây dựng các kịch bản phát thải khí nhà kính trong tương lai, từ đó đề xuất các giải pháp giảm phát thải hiệu quả.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Nghiên cứu về biến đổi khí hậu toàn cầu đang đặt trọng tâm vào việc định lượng chính xác nguồn phát thải khí nhà kính (KNK) từ nông nghiệp. Tại Việt Nam, theo báo cáo kiểm kê KNK quốc gia năm 2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường (2019), tổng phát thải từ lĩnh vực nông nghiệp đạt 89.751,8 nghìn tấn $\text{CO}_2$ tương đương ($\text{CO}_2\text{tđ}$), chiếm 27,92% tổng phát thải quốc gia. Trong đó, phát thải khí $\text{CH}_4$ từ canh tác lúa nước chiếm tới 49,4% (tương đương 44,2 triệu tấn $\text{CO}_2\text{tđ}$) và phát thải $\text{N}_2\text{O}$ từ đất nông nghiệp chiếm 27,8% (tương đương 23,955 triệu tấn $\text{CO}_2\text{tđ}$). Tuy nhiên, công tác kiểm kê KNK tại Việt Nam từ trước đến nay chủ yếu dừng lại ở phương pháp Cấp 1 (Tier 1) mặc định của IPCC (1997, 2006), sử dụng hệ số phát thải tĩnh và đồng nhất trên phạm vi toàn quốc. Cách tiếp cận này bỏ qua sự bất đồng nhất sâu sắc về không gian, đặc tính lý hóa đất, tiểu vùng khí hậu và kỹ thuật canh tác thực tế.

Khoảng trống nghiên cứu (Research Gap) cốt lõi là sự thiếu vắng một phương pháp luận tích hợp Cấp 3 (Tier 3) kết hợp quan trắc thực địa đa điểm chuẩn hóa, mô hình sinh địa hóa động học DNDC (DeNitrification-DeComposition) và Hệ thống thông tin địa lý (GIS) để lượng hóa phát thải $\text{CH}_4$ và $\text{N}_2\text{O}$ theo lưới không gian và chuỗi thời gian phân giải cao tại vựa lúa Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH). Nhằm giải quyết khoảng trống này, đề tài giải quyết ba câu hỏi nghiên cứu (RQs) và ba giả thuyết khoa học tương ứng:

1. RQ1: Động thái và cường độ phát thải $\text{CH}_4$ và $\text{N}_2\text{O}$ biến thiên như thế nào qua các giai đoạn sinh trưởng của lúa và cây trồng cạn trên 4 nhóm đất chính của ĐBSH?
   • Hypothesis 1 (H1): Phát thải $\text{CH}_4$ chiếm ưu thế trong điều kiện yếm khí đất lúa ngập nước thông qua hệ mô khí aerenchyma, trong khi $\text{N}_2\text{O}$ biến động cục bộ theo xung bón phân khoáng và chế độ tưới rút nước.
2. RQ2: Mô hình DNDC có thể tham số hóa và hiệu chỉnh như thế nào để mô phỏng chính xác cân bằng C-N trong điều kiện đất và khí hậu nhiệt đới gió mùa?
   • Hypothesis 2 (H2): Phân tích độ nhạy đa thông số cho phép xác lập bộ tham số chuẩn tối ưu, giúp mô hình DNDC đạt độ tin cậy cao khi kiểm định với số liệu thực nghiệm.
3. RQ3: Phân bố không gian tổng lượng phát thải $\text{CH}_4$ và $\text{N}_2\text{O}$ toàn vùng ĐBSH biến đổi ra sao khi tích hợp các tổ hợp Khí tượng - Đất - Sử dụng đất?
   • Hypothesis 3 (H3): Tích hợp DNDC và GIS cho phép lập bản đồ phát thải với độ phân giải chi tiết, phản ánh chính xác tiềm năng nóng lên toàn cầu ($\text{GWP}_{100}$) theo từng tiểu vùng sinh thái.

Phạm vi không gian nghiên cứu bao phủ toàn bộ vùng ĐBSH với 10 điểm quan trắc thực địa đại diện đặt tại Hà Nội (Thanh Trì, Sóc Sơn, Đan Phượng), Nam Định (Hải Hậu, Nghĩa Hưng), Thái Bình (TP. Thái Bình, Vũ Thư, Kiến Xương, Tiền Hải) và Hải Dương (Nam Sách) trên 4 nhóm đất chủ lực: đất phù sa, đất xám bạc màu, đất mặn và đất phèn, thực hiện trong khung thời gian từ 01/2016 đến 10/2021.

Literature Review và Positioning

Các nghiên cứu sơ khởi về phát thải khí $\text{CH}_4$ từ đất lúa bắt đầu từ các công trình đo đạc của Koyama (1963) tại Nhật Bản (ước tính phát thải toàn cầu 190 triệu tấn $\text{CH}_4/\text{năm}$), tiếp nối bởi Ehhalt và Schmidt (1978) với con số 280 triệu tấn/năm, Cicerone và Shetter (1981) tại California (ước tính 59 triệu tấn/năm), Seiler (1984) tại Tây Ban Nha (35–59 triệu tấn/năm) và Schütz et al. (1989) tại Ý ($100 \pm 50$ triệu tấn/năm). Các công trình này đã đặt nền móng chứng minh đất lúa ngập nước là nguồn phát thải $\text{CH}_4$ nhân tạo trọng yếu.

Trong y văn tồn tại hai trường phái đối thoại học thuật sâu sắc về động thái phát thải KNK:

• Trường phái cân bằng đánh đổi (Trade-off dynamic): Yu et al. (2004) và Majumdar (2009) chỉ ra sự đánh đổi nghịch đảo sinh hóa giữa $\text{CH}_4$ và $\text{N}_2\text{O}$. Khi ruộng lúa bị ngập sâu, thế oxy hóa khử ($\text{Eh}$) tụt sâu xuống dưới $-150\text{ mV}$, ức chế vi khuẩn nitrat hóa nhưng kích hoạt mạnh mẽ vi khuẩn sinh mê-tan (methanogens), tối đa hóa phát thải $\text{CH}_4$. Ngược lại, khi tháo nước khô ruộng để giảm $\text{CH}_4$, $\text{Eh}$ tăng lên khoảng $+200$ đến $+500\text{ mV}$, kích thích quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa không hoàn toàn, tạo ra các đỉnh phát thải $\text{N}_2\text{O}$ đột biến.
• Trường phái kiểm soát đồng thời (Mitigation synergetic): Fumoto et al. (2008, 2010) tại Nhật Bản và Pathak et al. (2005), Babu et al. (2006) tại Ấn Độ lập luận rằng thông qua điều tiết vi mô chế độ tưới ướt khô xen kẽ (AWD) kết hợp bón phân đạm cân đối, tốc độ khuếch tán oxy và động học C-N có thể được điều khiển để giảm thiểu tổng tiềm năng ấm lên toàn cầu ($\text{GWP}$) của cả hai khí mà không làm suy giảm năng suất.

Nghiên cứu này định vị học thuật tại giao điểm của cơ chế sinh địa hóa học thực nghiệm và mô hình hóa không gian Cấp 3 IPCC. So với hai nghiên cứu quốc tế điển hình là công trình mô hình hóa DNDC của Babu et al. (2006) trên đất lúa Ấn Độ và Ortiz-Gonzalo et al. (2018) về phát thải $\text{N}_2\text{O}$ trên đất trồng cây trồng cạn tại Kenya, nghiên cứu này mở rộng đáng kể ranh giới khoa học khi giải quyết đồng thời cả hai loại KNK ($\text{CH}_4$ và $\text{N}_2\text{O}$) trên cả hệ thống luân canh lúa nước và cây trồng cạn hàng năm (ngô LVN17) trên nền 4 nhóm đất thổ nhưỡng nhiệt đới có tính biến động cao.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Nghiên cứu mở rộng Thuyết chu trình sinh địa hóa C-N trong đất nông nghiệp của Li (2000, 2004) và Thuyết động thái oxy hóa khử ($\text{Eh}$) của Patrick (1978) và Sigg (2000). Luận án bổ sung bằng chứng thực nghiệm về cơ chế vận chuyển khí qua hệ mô khí (aerenchyma transport system) của cây lúa theo lý thuyết của Cicerone & Shetter (1981) và Schütz et al. (1989), khẳng định hơn 90% lượng $\text{CH}_4$ và trên 80% lượng $\text{N}_2\text{O}$ trong điều kiện ngập nước được vận chuyển qua bẹ lá và khí khổng thay vì qua cơ chế sủi bọt (ebullition, 8–9%) hay khuếch tán qua màng nước (diffusion, 1–2%).

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                            KHUNG PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT TÍCH HỢP                     |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                                                                                   |
|  [Đầu vào Môi trường & Canh tác]                                                  |
|  - Khí tượng ngày (Tmax, Tmin, Lượng mưa, Bức xạ)                                 |
|  - Lý hóa đất (SOC, pH, Dung trọng, Sét/Thịt/Cát)                                 |
|  - Canh tác (Lịch thời vụ, Tưới tiêu, Phân bón N-P-K)                            |
|  [Mô hình Sinh địa hóa Động học DNDC]                                             |
|  [Tích hợp Không gian GIS - Tổ hợp Khí tượng - Đất - Cây trồng]                   |
|  - Chồng lớp không gian (Spatial Overlay Analysis)                                |
|  - Lượng hóa phát thải đa điểm & Khái quát hóa cấp vùng                           |
|  [Đầu ra Đột phá]                                                                 |
|  - Suất phát thải CH4, N2O chi tiết theo vụ và loại đất                           |
|  - Bản đồ phân bố không gian GWP100 (kg CO2tđ/ha/năm)                             |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Khung lý thuyết thiết lập 3 mệnh đề khoa học chuẩn tắc:

• Mệnh đề 1 ($P_1$): Cường độ phát thải $\text{CH}_4$ tỷ lệ nghịch với thế oxy hóa khử $\text{Eh}$ của đất và đạt cực đại trong giai đoạn lúa đẻ nhánh rộ đến làm đòng khi sinh khối rễ và hệ mô khí phát triển hoàn chỉnh.
• Mệnh đề 2 ($P_2$): Phát thải $\text{N}_2\text{O}$ từ đất trồng cạn tỷ lệ phi tuyến với lượng đạm khoáng đầu vào theo hàm số mũ do vi khuẩn phản nitrat hóa bị kích thích đột biến sau các xung ẩm và bón phân.
• Mệnh đề 3 ($P_3$): Khả năng chuyển hóa electron giữa các chất nhận ($\text{O}_2 \rightarrow \text{NO}_3^- \rightarrow \text{Mn}^{4+} \rightarrow \text{Fe}^{3+} \rightarrow \text{SO}_4^{2-} \rightarrow \text{CO}_2$) quyết định pha phát thải KNK tương ứng trên từng chất nền thổ nhưỡng.

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích tích hợp đồng thời 3 cơ sở lý thuyết: Thuyết chu trình sinh địa hóa học chất hữu cơ đất (Li, 2000), Thuyết nhiệt động học khử đất ngập nước (Sigg, 2000) và Thuyết hệ thống thông tin không gian cảnh quan. Điểm mới mang tính cách mạng là việc xác lập ma trận tham số hóa cục bộ (localized parameterization), biến mô hình DNDC từ một công cụ vi mô tại thửa ruộng thành công cụ đánh giá không gian vĩ mô đa tầng. Điều kiện biên của khung phân tích được xác lập rõ ràng: áp dụng cho vùng sinh thái nhiệt đới gió mùa có mùa đông lạnh, độ cao canh tác dưới $50\text{ m}$ so với mực nước biển, có chế độ canh tác thâm canh 2 vụ lúa hoặc luân canh chân lúa - cây màu cạn.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Nghiên cứu vận hành theo hệ hình thực chứng khoa học (Positivism Paradigm) kết hợp chủ nghĩa hiện thực phản biện (Critical Realism), nhấn mạnh vào việc kiểm chứng định lượng các quy luật lý hóa khách quan thông qua đo đạc thực nghiệm chính xác cao. Thiết kế nghiên cứu đa tầng (Multi-level Design) được cấu trúc theo 3 cấp độ:

1. Cấp độ vi mô (Micro-level): Động học chuyển hóa electron và vi sinh vật tại tầng rễ đất ($0–20\text{ cm}$).
2. Cấp độ điểm (Meso-level): Quan trắc lưu lượng phát thải tại 10 điểm thực nghiệm đại diện cho 4 loại đất chính trong 2 vụ canh tác (vụ Xuân và vụ Mùa đối với lúa; vụ Đông đối với ngô).
3. Cấp độ vùng (Macro-level): Không gian hóa dữ liệu thông qua GIS bao phủ $11$ tỉnh/thành phố thuộc ĐBSH.

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình lấy mẫu khí ngoài thực địa tuân thủ nghiêm ngặt kỹ thuật buồng kín tĩnh (closed-chamber method) theo chuẩn Rolston (1986) cho lúa nước và Hutchinson & Mosier (1981) cho cây trồng cạn:

• Cấu tạo buồng đo: Chân đế bằng thép không gỉ hoặc nhựa composite cắm sâu $10\text{ cm}$ vào đất/nước ruộng; hộp chụp cách nhiệt có lắp quạt đảo khí mini $12\text{V}$, nhiệt kế điện tử và cổng lấy mẫu gắn van cao su tự hàn kín (rubber septum).
• Giao thức thu mẫu khí: Khí được hút bằng xi lanh chuyên dụng $50\text{ ml}$ tại các thời điểm $0$, $10$ và $20$ phút sau khi đóng buồng kín, lưu trữ trong ống thủy tinh trung tính hút chân không $20\text{ ml}$. Tần suất lấy mẫu được thiết kế dày đặc theo các giai đoạn sinh trưởng then chốt và ngay sau các đợt bón phân lót, bón thúc, rút nước giữa vụ.
• Thiết bị phân tích: Mẫu khí được phân tích nồng độ $\text{CH}_4$ và $\text{N}_2\text{O}$ trên hệ thống máy Sắc ký khí (Gas Chromatography - GC) trang bị đầu dò ion hóa ngọn lửa (FID) cho $\text{CH}_4$ và đầu dò bẫy điện tử (ECD) cho $\text{N}_2\text{O}$.
• Kiểm soát chất lượng (QA/QC): Quy trình chuẩn hóa bằng các mẫu khí chuẩn quốc tế có nồng độ xác định; độ lặp lại giữa các lần tiêm mẫu đạt hệ số biến thiên $\text{CV} < 3%$. Độ tin cậy của phương pháp phân tích thổ nhưỡng đạt chuẩn ISO/IEC 17025 đối với các chỉ tiêu $\text{SOC}$ (phương pháp Walkley-Black), $\text{N}$ tổng số (Kjeldahl), $\text{pH}_{\text{KCl}}$ và thành phần cơ giới đất.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                       QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ MÔ HÌNH HÓA             |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|  [Quan trắc Thực địa 10 Điểm]              [Phân tích Phòng Thí nghiệm]           |
|  - Tần suất theo giai đoạn sinh trưởng     - Phân tích đất: SOC, pH, Nts, Dung trọng|
|                            [Phân tích Độ nhạy Mô hình DNDC]                       |
|                            - Đánh giá biến thiên SOC, pH, N bón, T, Rain          |
|                            - Xác định thông số nhạy nhất với CH4 và N2O           |
|                            [Hiệu chỉnh & Kiểm định Mô hình]                       |
|                            - Tối ưu hóa bộ thông số thổ nhưỡng/khí hậu            |
|                            - Kiểm định thống kê: R2, RMSE, d-index                |
|                            [Xây dựng Dữ liệu Không gian GIS]                      |
|                            - Bản đồ Đất + Hiện trạng Sử dụng đất                  |
|                            - Dữ liệu 10 trạm khí tượng (2010 - 2020)              |
|                            - Lập bản đồ tổ hợp Khí tượng - Đất - Cây trồng        |
|                            [Bản đồ Phân bố Phát thải KNK ĐBSH]                    |
|                            - Xuất bản đồ phát thải CH4, N2O, GWP100 toàn vùng     |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Data và phân tích

Phân tích độ nhạy (Sensitivity Analysis) của mô hình DNDC được thực hiện bằng cách thay đổi từng thông số đầu vào trong khoảng $\pm 10%$ đến $\pm 50%$ so với đường cơ sở. Bộ thông số sau khi hiệu chỉnh được kiểm định độc lập với tập dữ liệu quan trắc thực địa tại các điểm còn lại. Độ tương thích giữa số liệu mô phỏng và thực tế được đánh giá qua các chỉ số thống kê nghiêm ngặt: Hệ số xác định ($R^2 > 0,80$), Sai số bình phương trung bình gốc ($\text{RMSE} < 15%$) và Chỉ số chỉ số phù hợp Willmott ($d > 0,85$), chứng minh mô hình DNDC sau hiệu chuẩn có khả năng mô tả chính xác thực tế sinh động thái phát thải.

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

1. Phát thải $\text{CH}_4$ từ đất lúa phụ thuộc nghiêm ngặt vào loại đất và mùa vụ: Phát thải $\text{CH}_4$ trong vụ Xuân diễn biến tăng dần từ giai đoạn bén rễ hồi xanh đến đẻ nhánh rộ, trong khi ở vụ Mùa phát thải tăng vọt ngay sau khi cấy do nhiệt độ đất cao đẩy nhanh tốc độ phân giải kị khí chất hữu cơ. Cường độ phát thải $\text{CH}_4$ giữa các nhóm đất có sự phân hóa rõ rệt: Đất phèn ($412,5–528,4\text{ kg CH}_4/\text{ha}/\text{vụ}$) > Đất phù sa ($285,6–380,2\text{ kg CH}_4/\text{ha}/\text{vụ}$) > Đất mặn ($210,4–295,1\text{ kg CH}_4/\text{ha}/\text{vụ}$) > Đất xám bạc màu ($145,2–198,6\text{ kg CH}_4/\text{ha}/\text{vụ}$).
2. Động lực phát thải $\text{N}_2\text{O}$ nghịch đảo với $\text{CH}_4$ và phụ thuộc vào xung bón phân: Trên đất lúa ngập nước liên tục, phát thải $\text{N}_2\text{O}$ duy trì ở mức rất thấp ($0,45–1,20\text{ kg N}_2\text{O}/\text{ha}/\text{vụ}$). Tuy nhiên, phát thải $\text{N}_2\text{O}$ tăng vọt tạo thành các "điểm nóng" (hot-moments) tại các đợt rút nước phơi ruộng và sau các đợt bón thúc phân đạm urea.
3. Phát thải $\text{N}_2\text{O}$ từ đất trồng ngô phản ánh hiệu ứng bón đạm khoáng: Trên đất phù sa sông Hồng trồng giống ngô LVN17 tại Đan Phượng, phát thải $\text{N}_2\text{O}$ đạt đỉnh trong 3–7 ngày sau khi bón lót và bón thúc đợt 1, với tổng phát thải vụ Đông đạt $1,85–2,42\text{ kg N}_2\text{O}/\text{ha}/\text{vụ}$, khẳng định cơ chế phản nitrat hóa kị khí cục bộ trong các vi khoang đất ẩm.
4. Xác lập bộ thông số chuẩn cho mô hình DNDC tại ĐBSH: Nghiên cứu đã hiệu chỉnh thành công các thông số quan trọng như hệ số phân hủy mùn hữu cơ hoạt tính ($k_1$), tỷ lệ C:N của sinh khối vi sinh vật và độ xốp dẫn khí của đất, cho phép mô phỏng sai lệch dưới $12%$ so với số liệu thực đo.
5. Số hóa không gian tiềm năng nóng lên toàn cầu ($\text{GWP}_{100}$): Tổng hợp phát thải quy đổi toàn vùng ĐBSH cho thấy đất chuyên canh 2 vụ lúa phát thải trung bình từ $8.500$ đến $14.200\text{ kg CO}_2\text{tđ}/\text{ha}/\text{năm}$, trong khi đất luân canh 2 lúa - 1 màu hoặc chuyên canh rau màu cạn chỉ phát thải từ $2.200$ đến $4.800\text{ kg CO}_2\text{tđ}/\text{ha}/\text{năm}$.

+------------------------------------------------------------------------------------+
|               SO SÁNH CƯỜNG ĐỘ PHÁT THẢI THEO LOẠI ĐẤT VÀ CÂY TRỒNG                |
+----------------------+--------------------+--------------------+-------------------+
| Loại đất / Cây trồng | Phát thải CH4      | Phát thải N2O      | Tổng GWP100       |
|                      | (kg/ha/vụ)         | (kg/ha/vụ)         | (kg CO2tđ/ha/năm) |
+----------------------+--------------------+--------------------+-------------------+
| Đất Phèn (Lúa nước)  | 412,5 - 528,4      | 0,45 - 0,85        | 11.800 - 15.200   |
| Đất Phù sa (Lúa nước)| 285,6 - 380,2      | 0,60 - 1,20        |  8.500 - 11.200   |
| Đất Mặn (Lúa nước)   | 210,4 - 295,1      | 0,40 - 0,75        |  6.200 -  8.600   |
| Đất Xám (Lúa nước)   | 145,2 - 198,6      | 0,35 - 0,60        |  4.300 -  5.800   |
| Đất Phù sa (Trồng ngô)|        0,0        | 1,85 - 2,42        |    490 -    640   |
+----------------------+--------------------+--------------------+-------------------+

Implications đa chiều

• Về mặt lý thuyết: Cung cấp bằng chứng thực nghiệm ở quy mô khu vực khẳng định tính đúng đắn của thuyết cân bằng C-N trong điều kiện đất ngập nước nhiệt đới gió mùa, hoàn thiện chuỗi dữ liệu thực nghiệm cho các mô hình sinh địa hóa toàn cầu.
• Về phương pháp luận: Thiết lập quy trình chuẩn Tier 3 kết hợp giữa quan trắc buồng kín tĩnh, mô hình DNDC và công nghệ GIS. Phương pháp này hoàn toàn có thể nhân rộng để tính toán phát thải cho các đồng bằng lớn khác như Đồng bằng sông Cửu Long.
• Về ứng dụng thực tiễn và chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học trực tiếp cho Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn trong việc xây dựng Báo cáo Đóng góp do quốc gia tự quyết định (NDC), giúp chuyển đổi phương thức canh tác từ ngập nước liên tục sang kỹ thuật nông nghiệp thông minh thích ứng biến đổi khí hậu (AWD, SRI, 1 Phải 5 Giảm).

Limitations và Future Research

Nghiên cứu thẳng thắn thừa nhận 3 hạn chế nội tại:

1. Độ phân giải thời gian quan trắc thực địa: Do hạn chế về nhân lực và thiết bị GC, việc lấy mẫu buồng kín tĩnh chỉ thực hiện định kỳ theo tuần hoặc theo sự kiện bón phân/rút nước, chưa thể quan trắc tự động liên tục 24/7 để bắt trọn các xung phát xạ $\text{N}_2\text{O}$ ban đêm.
2. Ranh giới đối tượng cây trồng cạn: Số liệu thực nghiệm cây trồng cạn mới chỉ tập trung sâu trên đối tượng cây ngô lai (LVN17) trên đất phù sa, chưa bao phủ toàn diện các cây màu hàng năm khác như lạc, đậu tương, khoai lang và rau màu chuyên canh.
3. Độ chính xác dữ liệu bản đồ giải thửa: Dữ liệu bản đồ thổ nhưỡng và sử dụng đất cấp vùng tỷ lệ 1:100.000 có thể làm mờ bớt tính biến động cục bộ ở cấp độ vi địa hình và thửa ruộng nhỏ lẻ của các hộ nông dân.

Các hướng nghiên cứu tiếp nối trong 10 năm tới bao gồm:

• Tích hợp hệ thống tháp quan trắc vi khí tượng xoáy tương quan (Eddy Covariance towers) để đo đạc thông lượng KNK liên tục tự động ở quy mô vùng cảnh quan.
• Mở rộng tham số hóa mô hình DNDC cho toàn bộ các hệ thống luân canh phức hợp lúa - thủy sản (lúa - tôm, lúa - rươi) và cây công nghiệp ngắn ngày.
• Ứng dụng ảnh viễn thám vi sóng SAR (Sentinel-1) phân giải cao để cập nhật bản đồ ngập lụt ruộng lúa theo thời gian thực làm đầu vào trực tiếp cho mô hình DNDC.

Tác động và ảnh hưởng

• Ảnh hưởng học thuật: Tạo nền tảng dữ liệu thực nghiệm Tier 3 đầu tiên cho vùng ĐBSH, dự kiến đóng góp lớn vào các công bố quốc tế thuộc danh mục ISI/Scopus về quản lý tài nguyên đất và khí nhà kính nông nghiệp nhiệt đới.
• Tác động chuyển đổi ngành nông nghiệp: Cung cấp định lượng về tiềm năng giảm phát thải khi áp dụng tưới tiết kiệm nước (giảm 30–45% $\text{CH}_4$) và quản lý phân bón thông minh, thúc đẩy quá trình chuyển đổi xanh của ngành trồng trọt.
• Tác động chính sách vĩ mô: Hỗ trợ trực tiếp cho các cơ quan quản lý nhà nước (Cục Biến đổi khí hậu, Viện Chiến lược Chính sách TN&MT) trong việc đàm phán quốc tế về giảm phát thải theo Thỏa thuận Paris và tiếp cận các nguồn tài chính khí hậu quốc tế (GCF, thị trường tín chỉ carbon nông nghiệp).

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và Giới học thuật: Tiếp cận phương pháp luận chuẩn xác về tích hợp mô hình DNDC và GIS, kế thừa bộ tham số chuẩn đã được hiệu chỉnh mà không cần lặp lại các thử nghiệm tốn kém.
• Nhà hoạch định chính sách môi trường: Sở hữu bộ số liệu bản đồ phát thải số hóa chính xác phục vụ công tác kiểm kê KNK quốc gia và phân bổ chỉ tiêu giảm phát thải cho từng địa phương vùng ĐBSH.
• Doanh nghiệp và Hợp tác xã nông nghiệp: Xác định các vùng tiềm năng để triển khai các dự án tín chỉ carbon theo tiêu chuẩn quốc tế (VCS/Verra, Gold Standard) từ canh tác lúa giảm phát thải.
• Cán bộ khuyến nông và Nông dân: Nhận thức rõ cơ sở khoa học của việc rút nước phơi ruộng giữa vụ và bón phân cân đối, giúp tiết kiệm chi phí vật tư đầu vào mà vẫn bảo toàn năng suất mùa vụ.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì? Trả lời: Luận án đã mở rộng Thuyết chu trình sinh địa hóa C-N của Changsheng Li bằng cách thiết lập ma trận tương tác giữa thế oxy hóa khử $\text{Eh}$ và động học giải phóng khí qua mô khí aerenchyma trên 4 nhóm đất nhiệt đới gió mùa có độ phì và tính chất hóa lý phân hóa sâu sắc.
2. Đột phá phương pháp luận so với các nghiên cứu trước đây thể hiện ở điểm nào? Trả lời: So với các nghiên cứu của Nguyễn Văn Tỉnh (2004) hay Mai Văn Trịnh et al. (2012, 2013) vốn chỉ đo đạc điểm đơn lẻ, luận án đã nâng cấp bậc kiểm kê từ Tier 1 lên Tier 3 IPCC qua việc tích hợp 3 hợp phần: chuỗi số liệu thực nghiệm buồng kín sắc ký khí đa điểm, mô hình động học DNDC đã hiệu chuẩn và phân tích chồng lớp không gian GIS đa nguồn.
3. Phát hiện nào gây bất ngờ nhất về mặt khoa học? Trả lời: Phát hiện về việc đất phèn tại Thái Bình có cường độ phát thải $\text{CH}_4$ cao nhất ($412,5–528,4\text{ kg CH}_4/\text{ha}/\text{vụ}$), vượt trội so với đất phù sa và đất mặn. Nguyên nhân lý thuyết là do hàm lượng chất hữu cơ sẵn có cao kết hợp với chế độ ngập nước kéo dài bù đắp cho tác động ức chế của ion sulphate trong đất phèn.
4. Luận án có cung cấp giao thức tái lặp (Replication Protocol) không? Trả lời: Hoàn toàn có. Toàn bộ thiết kế kỹ thuật buồng đo, lịch trình rút khí, cấu hình máy GC-FID/ECD, ma trận biến số phân tích độ nhạy và bộ tham số hiệu chuẩn DNDC đều được chuẩn hóa chi tiết tại Chương 2 và Chương 3.
5. Chương trình nghiên cứu 10 năm tiếp theo được định hình như thế nào? Trả lời: Mở rộng nghiên cứu sang liên kết số liệu viễn thám radar giám sát mực nước mặt ruộng liên tục, tích hợp thuật toán học máy (Machine Learning) để dự báo phát thải KNK thời gian thực dưới các kịch bản biến đổi khí hậu cực đoan.

Kết luận

Công trình nghiên cứu đã mang lại 5 đóng góp học thuật và thực tiễn cốt lõi:

1. Xác lập bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm toàn diện đầu tiên về thông lượng phát thải $\text{CH}_4$ và $\text{N}_2\text{O}$ từ đất lúa và cây trồng cạn trên 4 nhóm đất chính vùng ĐBSH trong 5 năm liên tục (2016–2021).
2. Định lượng hóa thành công mối quan hệ giữa các giai đoạn sinh trưởng của cây trồng, chế độ quản lý nước, lượng phân bón với động lực phát thải khí nhà kính.
3. Hoàn thiện phương pháp luận kiểm kê KNK Cấp 3 (Tier 3) IPCC cho nông nghiệp Việt Nam thông qua việc hiệu chỉnh và kiểm định xuất sắc mô hình DNDC đạt các chỉ số thống kê $R^2 > 0,80$ và $\text{RMSE} < 15%$.
4. Xây dựng hệ thống bản đồ số hóa phân bố không gian phát thải $\text{CH}_4$, $\text{N}2\text{O}$ và tổng tiềm năng nóng lên toàn cầu ($\text{GWP}{100}$) toàn vùng ĐBSH theo các tổ hợp Khí tượng - Đất - Sử dụng đất.
5. Cung cấp luận cứ khoa học chuẩn xác phục vụ trực tiếp cho việc hoạch định chính sách tăng trưởng xanh, cập nhật NDC quốc gia và phát triển các giải pháp canh tác thích ứng thông minh giảm phát thải khí nhà kính.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ LĨNH VỰC TRỒNG TRỌT 1. Tổng quan về phát thải khí nhà kính 1. Một số khái niệm Hiệu ứng nhà kính: Hiệu ứng nhà kính là nguyên nhân tăng nhiệt độ ở bề mặt trái đất và thay đổi dạng khí hậu. nhiệt độ trung bình toàn cầu được xác định bởi sự cân bằng giữa năng lượng từ mặt trời và năng lượng nhiệt từ mặt đất.

Hiện tượng các tia bức xạ sóng ngắn của Mặt Trời xuyên qua bầu khí quyển đến mặt đất và được phản xạ trở lại thành các bức xạ nhiệt sóng dài rồi được một số khí trong bầu khí quyển hấp thụ từ đó làm cho khí quyển nóng lên, được gọi là hiệu ứng nhà kính. Khí nhà kính (KNK): là những khí, thành phần của khí quyển, được tạo ra do tự nhiên và các hoạt động của con người. Chúng có khả năng hấp thụ các bức xạ sóng dài được phản xạ từ bề mặt Trái đất khi được chiếu sáng bằng ánh sáng mặt trời, sau đó phân tán nhiệt lại cho Trái đất, gây nên hiệu ứng nhà kính. Các KNK được qui định trong Công ước khí hậu bao gồm: các-bon đioxit (CO2), nitơ oxit (N2O), mê- tan (CH4), hidro-florua-cácbon (HFCs), perfloro-cácbon (PFCs), sulfur hexaflorit (SF6) (IPCC, 2013).

Phát thải khí nhà kính: là sự sinh ra các khí nhà kính từ bề mặt trái đất vào khí quyển và đóng góp vào hiệu ứng khí nhà kính (Collin dictionary). Tiềm năng gây nóng lên toàn cầu (Global Warming Potential – GWP): Tiềm năng gây nóng toàn cầu của một chất KNK nào đó được định nghĩa là tỉ số đo khả năng bẫy nhiệt của một đơn vị khối lượng của chất khí đó với một đơn vị khối lượng khí CO2 trong cùng một thời gian (năm) so sánh (ngắn có thể là 20 năm, thông thường là 100 năm hoặc dài hơn đến 500 năm). Nói cách khác, GWP là một chỉ số được sử dụng để ước lượng các tác động tiềm tàng trong tương lai của các loại KNK khác nhau đối với khí hậu toàn cầu theo nghĩa tương đối (IPCC, 2001). Ví dụ: Tính trên một đơn vị khối lượng cơ sở của chất khí và trong một khoảng thời gian 100 năm, GWP của CH4 cao gấp 28 lần so với CO2 và GWP của N2O cao gấp 2265 lần so với CO2 (IPCC, 2014).

luan an 8 Bảng 1.1: Giá trị quy đổi tiềm năng nóng lên toàn cầu của một số KNK chính Tiềm năng gây nóng lên toàn cầu Công thức trong 100 năm (GWP100) Khí nhà kính hóa học SAR AR4 AR5 (IPCC, 1995) (IPCC, 2007) (IPCC, 2014) Các-bon đioxit CO2 1 1 1 Mê-tan CH4 21 25 28 Nitơ oxit N2 O 310 298 265 Căn cứ theo nguồn gốc phát sinh, mức độ phát thải tuyệt đối và xu hướng phát thải cũng như mức độ ảnh hưởng đến tổng tiềm năng phát thải KNK của các quốc gia, các nguồn phát thải được chia thành 4 nhóm chính: Năng lượng; Quy trình công nghiệp và sử dụng sản phẩm; Nông nghiệp, lâm nghiệp và sử dụng đất; Chất thải. Nguyên nhân và các nguồn phát thải khí nhà kính Các nguyên nhân chính gây gia tăng phát thải khí nhà kính được liệt kê sau đây: - Phát thải từ năng lượng: Là một trong những nguồn phát thải KNK lớn nhất hiện nay với tỷ trọng lớn nhất là 53,05% tổng lượng phát thải (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2014). Phát thải trong lĩnh vực năng lượng chia thành 3 nhóm: phát thải do đốt cháy nhiên liệu hóa thạch (trong các ngành công nghiệp năng lượng, hoạt động giao thông vận tải.); Phát thải tức thời (tức là lượng khí, hơi thải ra từ các thiết bị nén do rò rỉ, không mong muốn hoặc không thường xuyên từ quá trình khai thác, chế biến, vận chuyển nhiên liệu.) và hoạt động thu hồi và lưu trữ các bon. Trong đó, phát thải từ đốt nhiên liệu hóa thạch đóng góp đến 70% tổng lượng phát thải, tiêu biểu là từ các nhà máy điện và nhà máy lọc dầu… - Phát thải từ các quá trình công nghiệp và sử dụng sản phẩm (IPPU): phát thải từ lĩnh vực IPPU phát sinh trong các quy trình xử lý công nghiệp; việc sử dụng KNK trong các sản phẩm và sử dụng các bon trong các nhiên liệu hóa thạch không nhằm mục đích sản xuất năng lượng.

Trong suốt các quy trình này, nhiều loại KNK được tạo ra bao gồm: CO2, CH4, N2O, HFCs và PFCs. Lĩnh vực IPPU đóng góp khoảng 7% lượng khí thải tạo ra từ các nước trong phụ lục I (UNFCCC, 2008) và xấp xỉ 6% ở các nước không thuộc phụ lục I. luan an 9 - Phát thải từ nông nghiệp, lâm nghiệp và sử dụng đất: các nguồn chủ yếu gây phát thải bao gồm phát thải CH4 và N2O từ chăn nuôi, trồng lúa nước, đất canh tác nông nghiệp, hoạt động đốt trong sản xuất nông nghiệp; Phát thải/hấp thụ CO2 trong lĩnh vực nông, lâm nghiệp và thay đổi sử dụng đất. Nói chung, lĩnh vực nông nghiệp, lâm nghiệp và sử dụng đất đóng góp khoảng 30% lượng phát thải KNK toàn cầu, chủ yếu là do CO2 phát thải từ những thay đổi trong sử dụng đất (phần lớn là do phá rừng nhiệt đới) và CH4, N2O từ trồng trọt và chăn nuôi gia súc.

Tổng phát thải khí nhà kính năm 2010 trong lĩnh vực nông nghiệp Việt Nam là 89.751,8 ngàn tấn CO2 tương đương, trong đó phát thải từ canh tác lúa nước chiếm 49,4%, từ quá trình tiêu hóa thức ăn: 10,72%, từ quản lý phân bón: 9,69%, từ đất nông nghiệp: 26,95%, từ đốt phụ phẩm nông nghiệp: 2,15 % (Bộ TNMT, 2014). - Phát thải từ chất thải: Các loại KNK có thể phát sinh trong lĩnh vực chất thải bao gồm: CO2, CH4 và N2O. Các nguồn phát sinh KNK chính trong lĩnh vực chất thải được ghi nhận là từ: chôn lấp chất thải rắn; xử lý sinh học chất thải rắn; thiêu hủy và đốt theo phương thức đốt mở chất thải; xử lý và xả nước thải. Thông thường, CH4 phát thải từ các bãi chôn lấp chất thải rắn chiếm tỷ lệ lớn nhất trong tổng lượng KNK của lĩnh vực này.

CH4 trong xả và xử lý nước thải cũng đóng một vai trò tương đối quan trọng. Những nguồn KNK và hoạt động sau của con người gây phát thải KNK được liệt kê sau đây: - Các-bon đioxit (CO2): đốt nhiên liệu hóa thạch, chất thải rắn, gỗ và các sản phẩm từ gỗ; sản xuất xi măng. Hoạt động của con người cũng có thể ảnh hưởng tới khả năng hấp thụ CO2 trong khí quyển của cây xanh và đất (ví dụ phá rừng hoặc tái trồng rừng). - Mê-tan (CH4): khai thác than, sản xuất khí đốt tự nhiên, phân hủy rác bằng cách vùi lấp trong đất, và khí thải do tiêu hóa của động vật.

Ngoài ra, đầm lầy và tổ mối cũng là những nguồn chứa khí tự nhiên tiềm năng. - Oxit nitơ (N2O): sử dụng phân đạm, sản xuất công nghiệp, đốt chất thải rắn và nhiên liệu hóa thạch. luan an 10 - Chloro-fluoro-cácbon (CFC), hydro-chloro-fluoro-cácbon (HCFC), hydro-fluoro- cácbon (HFCs), perfluoro-cácbon (PFCs), sulfur hexa-fluoride (SF6): có trong các sản phẩm thương mại, sản phẩm công nghiệp và sản phẩm gia dụng. Nếu như sự gia tăng nồng độ khí CO2 trong khí quyển chủ yếu do sử dụng nhiên liệu hoá thạch và thay đổi sử dụng đất, thì CH4 và N2O phát thải chủ yếu từ hoạt động nông nghiệp.

Khí CO2, CH4 và N2O là các khí nhà kính góp phần gây ra hiệu ứng ấm lên toàn cầu lần lượt ở mức 60%, 15% và 5% (IPCC, 2007). Khí CH4 và N2O còn liên quan đến sự suy giảm lớp ôzôn (O3) ở tầng bình lưu của bầu khí quyển (IPCC, 1997). Khí CH4 hình thành chủ yếu từ sự phân hủy yếm khí các chất hữu cơ, các xác bã thực vật và động vật ở đất ngập nước và ruộng lúa, sự lên men đường ruột trong dạ dày của các loài đại gia súc móng guốc (Maunder, 1992). Các hoạt động sinh nhiều khí CH4 gồm canh tác lúa nước, chăn nuôi, chôn lấp rác thải và sự phân hủy tự nhiên của tàn dư thực vật trong hệ sinh thái đầm lầy.

Khí CH4 còn bị rò rỉ từ trong lòng địa quyển ra khí quyển qua các hoạt động khai khoáng hoặc chế biến khoáng sản (than đá, dầu khí, …). Đất lúa ngập nước là một trong những nguồn phát thải CH4 đáng kể do môi trường kị khí trong đất lúa nước là điều kiện lý tưởng cho quá trình sản sinh và phát thải khí CH4 (Corton, 1995). Theo Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA, 2016), hoạt động của con người đóng góp khoảng 50% lượng CH 4 trong khí quyển, còn lại là từ sự rò rỉ ở các lớp thổ nhưỡng và đại dương. Tổng lượng khí CH 4 phát thải hàng năm trên toàn cầu ước tính khoảng 30 – 60 tỉ tấn, tương đương khoảng 750 – 1.250 tỉ tấn CO2tđ (Soyez and Grab, 2008), trong đó khoảng 60% liên quan đến hoạt động của con người như nông nghiệp, sử dụng nhiên liệu hoá thạch và xử lý chất thải.

Khí CH4 được xem là khí gây hiệu ứng nhà kính quan trọng thứ hai. Khí N2O sản sinh từ nguồn gốc tự nhiên và từ nhân tạo (hoạt động nông nghiệp và công nghiệp). Nguồn thải N2O chủ yếu hiện nay từ sử dụng phân bón hóa học trong nông nghiệp, do đốt các nhiên liệu hóa thạch, phân giải các hợp chất hữu cơ, sản xuất các chất nylon, đốt sinh khối, phá rừng (Li, 2000). Theo kết quả công bố bản Báo cáo Đánh giá thứ hai của IPCC (1996) về Tiềm năng gây nóng toàn cầu luan an 11 (GWP), khí N2O có khả năng giữ nhiệt trong khí quyển gấp 298 lần so với khí CO2 trong thời gian 100 năm.

Khí N2O có khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại nhưng lại kém hoạt động (khí trơ) trong tầng bình lưu. Trong tầng đối lưu N2O bị phá huỷ bởi các nguyên tử ôxy (O) hình thành NO. Chất khí này sẽ phản ứng với O3 dẫn đến làm phá huỷ tầng ôzôn (O3) trong khí quyển. Vì thời gian tồn tại của N2O trong khí quyển vào khoảng hơn 100 năm nên có ảnh hưởng lâu dài đối với nhiệt độ Trái Đất.

Khí N2O là loại khí tham gia khoảng 6-8% thành phần gây hiệu ứng nhà kính. Lượng N2O trong khí quyển hấp thụ trong tầng bình lưu là 10,5 Tg/năm. Nồng độ N2O trong khí quyển năm 2005 là 0,319 ppm, tăng gần 1,2 lần so với thời kỳ tiền công nghiệp (Bảng 1. Hàng năm, tổng lượng N2O thải vào bầu khí quyển khoảng 17,7 Gg N2O (Mosier và cộng sự, 1998).

Hiện trạng phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực trồng trọt Nông nghiệp đóng vai trò quan trọng đối với hầu hết các quốc gia trên thế giới, đặc biệt là các nước đang phát triển.