Nghiên cứu mô phỏng sự phát thải khí nhà kính ch4 n2o trong môi trường đất lúa lưu vực sông vu gia thu bồn tỉnh quảng nam luận án tiến sĩ vnu

Nghiên cứu mô phỏng phát thải khí nhà kính CH4, N2O trong đất lúa lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, tỉnh Quảng Nam, luận án tiến sĩ VNU.

• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Môi trường đất và nước
• Đề tài: Nghiên cứu phát thải khí nhà kính CH4 và N2O trong đất lúa tại Quảng Nam
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu
• 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 2.1. Khí nhà kính và hiệu ứng ấm lên toàn cầu
• 2.2. Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp trên thế giới và ở Việt Nam
• 2.3. Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa trên thế giới và ở Việt Nam
• 2.4. Cơ chế hình thành và phát thải khí CH4 và N2O trong môi trường đất lúa ngập nước
• 2.4.1. Cơ chế hình thành và giải phóng khí CH4
• 2.4.2. Cơ chế hình thành và giải phóng khí N2O
• 2.5. Một số yếu tố ảnh hưởng đến phát thải CH4 và N2O từ đất lúa
• 2.6. Biện pháp canh tác
• 2.7. Ứng dụng mô hình hóa trong tính toán phát thải KNK từ canh tác lúa
• 2.7.1. Ứng dụng mô hình hóa trong tính toán phát thải KNK từ canh tác lúa trên thế giới
• 2.7.2. Ứng dụng mô hình DNDC trong ước lượng phát thải KNK từ canh tác lúa tại Việt Nam
• 2.8. Nhận xét chung rút ra từ tổng quan nghiên cứu
• 3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Phương pháp nghiên cứu
• 3.2.1. Phương pháp thu thập thông tin và điều tra nông hộ
• 3.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng
• 3.2.3. Phương pháp mô hình hóa
• 3.2.4. Hệ thống thông tin địa lý và kỹ thuật bản đồ
• 3.2.5. Phương pháp kiểm soát/hạn chế độ không chắc chắn của mô hình
• 3.2.6. Phương pháp xử lý thống kê
• 3.3. Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu
• 3.3.1. Địa hình, địa mạo
• 3.3.2. Khí hậu và thủy văn
• 3.3.3. Tài nguyên đất
• 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Đặc điểm canh tác lúa vùng nghiên cứu
• 4.2. Hiện trạng sản xuất lúa vùng nghiên cứu
• 4.3. Đặc điểm môi trường đất lúa điểm thí nghiệm
• 4.4. Kiểm định khả năng áp dụng mô hình DNDC để tính toán phát thải KNK của mô hình DNDC
• 4.4.1. Phát thải khí CH4
• 4.4.2. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đối với kết quả đầu ra của mô hình
• 4.5. Ứng dụng mô hình DNDC tính toán phát thải CH4 và N2O quy mô vùng
• 4.5.1. Tính toán phát thải CH4 và N2O quy mô vùng
• 4.5.2. Bản đồ phát thải CH4 và N2O quy mô vùng
• 4.5.3. Bản đồ tổng lượng phát thải CH4, N2O và GWP quy mô vùng
• 4.6. Đề xuất hệ số phát thải trong tính toán kiểm kê KNK và lộ trình áp dụng chế độ tưới tiết kiệm nước cho vùng nghiên cứu
• 4.6.1. Đề xuất hệ số phát thải CH4 sử dụng trong tính toán kiểm kê KNK theo phương pháp bậc 2 (Tier 2) cho vùng nghiên cứu
• 4.6.2. Đề xuất lộ trình áp dụng chế độ tưới tiết kiệm cho vùng nghiên cứu
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

Tóm tắt

I. Tổng quan về phát thải khí nhà kính CH4 và N2O trong đất lúa

Nghiên cứu về phát thải khí nhà kính, đặc biệt là khí methane (CH4) và nitrous oxide (N2O), trong đất lúa tại Quảng Nam đang trở thành một vấn đề cấp thiết. Việt Nam là một trong những quốc gia có diện tích canh tác lúa lớn, và việc phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa có ảnh hưởng lớn đến môi trường. Theo báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường, lúa nước là nguồn phát thải chính, chiếm tỷ lệ lớn trong tổng phát thải khí nhà kính của cả nước. Việc hiểu rõ về cơ chế phát thải và các yếu tố ảnh hưởng là rất quan trọng để đưa ra các biện pháp giảm thiểu hiệu quả.

1.1. Khái niệm về khí nhà kính và tác động của chúng

Khí nhà kính là những khí có khả năng giữ nhiệt trong khí quyển, gây ra hiệu ứng nhà kính. CH4 và N2O là hai loại khí nhà kính quan trọng, có tác động mạnh đến biến đổi khí hậu. CH4 có khả năng giữ nhiệt gấp 25 lần so với CO2 trong vòng 100 năm, trong khi N2O có khả năng giữ nhiệt gấp 298 lần. Việc phát thải từ canh tác lúa không chỉ ảnh hưởng đến môi trường mà còn đến sức khỏe con người.

1.2. Tình hình phát thải khí nhà kính tại Quảng Nam

Quảng Nam là một trong những tỉnh có diện tích đất lúa lớn, với nhiều vùng trồng lúa nước. Theo số liệu từ các nghiên cứu, lượng phát thải CH4 và N2O từ đất lúa tại đây đang gia tăng do các phương pháp canh tác truyền thống. Việc áp dụng các biện pháp canh tác hiện đại có thể giúp giảm thiểu lượng khí thải này.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu phát thải khí nhà kính

Nghiên cứu phát thải khí nhà kính trong đất lúa gặp nhiều thách thức. Một trong những vấn đề chính là sự biến đổi khí hậu, ảnh hưởng đến điều kiện canh tác và mức độ phát thải. Ngoài ra, việc thu thập dữ liệu chính xác về lượng phát thải cũng là một thách thức lớn. Các yếu tố như độ ẩm đất, nhiệt độ và phương pháp canh tác đều có thể ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu. Do đó, cần có các phương pháp nghiên cứu phù hợp để đánh giá chính xác mức độ phát thải.

2.1. Biến đổi khí hậu và ảnh hưởng đến phát thải

Biến đổi khí hậu làm thay đổi các yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm, từ đó ảnh hưởng đến quá trình phát thải khí nhà kính. Các nghiên cứu cho thấy rằng nhiệt độ tăng cao có thể làm gia tăng lượng phát thải CH4 từ đất lúa. Điều này đặt ra thách thức lớn cho nông dân trong việc điều chỉnh phương pháp canh tác.

2.2. Khó khăn trong việc thu thập dữ liệu

Việc thu thập dữ liệu về phát thải khí nhà kính trong thực địa gặp nhiều khó khăn. Các phương pháp đo đạc hiện tại thường tốn kém và yêu cầu thiết bị chuyên dụng. Hơn nữa, sự biến động của các yếu tố môi trường cũng làm cho việc đánh giá chính xác trở nên phức tạp.

III. Phương pháp nghiên cứu phát thải khí CH4 và N2O trong đất lúa

Để nghiên cứu phát thải khí CH4 và N2O trong đất lúa, cần áp dụng các phương pháp khoa học hiện đại. Một trong những phương pháp phổ biến là sử dụng mô hình sinh địa hóa để dự đoán lượng phát thải. Ngoài ra, việc thực hiện các thí nghiệm thực địa cũng rất quan trọng để thu thập dữ liệu thực tế. Các phương pháp này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến phát thải và đề xuất các biện pháp giảm thiểu hiệu quả.

3.1. Mô hình sinh địa hóa trong nghiên cứu

Mô hình sinh địa hóa là công cụ hữu ích trong việc dự đoán lượng phát thải khí nhà kính. Mô hình này sử dụng các thông số như độ ẩm, nhiệt độ và loại đất để tính toán lượng phát thải. Việc áp dụng mô hình giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong nghiên cứu.

3.2. Thí nghiệm thực địa và thu thập dữ liệu

Thí nghiệm thực địa là phương pháp quan trọng để thu thập dữ liệu về phát thải khí nhà kính. Các thí nghiệm này thường được thực hiện trong các điều kiện canh tác khác nhau để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố môi trường. Dữ liệu thu thập từ thí nghiệm sẽ cung cấp thông tin chính xác về mức độ phát thải.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu tại Quảng Nam

Kết quả nghiên cứu về phát thải khí nhà kính trong đất lúa tại Quảng Nam đã chỉ ra rằng việc áp dụng các biện pháp canh tác bền vững có thể giúp giảm thiểu lượng phát thải. Các phương pháp như tưới tiết kiệm nước và sử dụng phân bón hợp lý đã được chứng minh là hiệu quả trong việc giảm phát thải CH4 và N2O. Những kết quả này không chỉ có ý nghĩa trong việc bảo vệ môi trường mà còn giúp nâng cao năng suất lúa.

4.1. Biện pháp canh tác bền vững

Các biện pháp canh tác bền vững như tưới tiết kiệm nước và sử dụng phân bón hữu cơ đã được áp dụng tại nhiều vùng trồng lúa ở Quảng Nam. Những biện pháp này không chỉ giúp giảm phát thải khí nhà kính mà còn cải thiện chất lượng đất và năng suất cây trồng.

4.2. Kết quả nghiên cứu và tác động đến môi trường

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các biện pháp canh tác bền vững đã giúp giảm đáng kể lượng phát thải CH4 và N2O. Điều này không chỉ có lợi cho môi trường mà còn góp phần vào việc thực hiện các mục tiêu phát triển bền vững của địa phương.

V. Kết luận và triển vọng tương lai trong nghiên cứu phát thải khí nhà kính

Nghiên cứu phát thải khí nhà kính trong đất lúa tại Quảng Nam đã chỉ ra nhiều vấn đề cần giải quyết. Việc áp dụng các biện pháp canh tác bền vững là cần thiết để giảm thiểu phát thải khí nhà kính. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để phát triển các phương pháp canh tác hiệu quả hơn, đồng thời nâng cao nhận thức của nông dân về tầm quan trọng của việc bảo vệ môi trường.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các phương pháp canh tác mới, giúp giảm thiểu phát thải khí nhà kính. Việc này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn nâng cao năng suất lúa, đảm bảo an ninh lương thực cho địa phương.

5.2. Hướng đi mới cho nông nghiệp bền vững

Hướng đi mới cho nông nghiệp bền vững tại Quảng Nam cần được xây dựng dựa trên các kết quả nghiên cứu hiện tại. Cần có sự phối hợp giữa các cơ quan chức năng, nhà khoa học và nông dân để triển khai các biện pháp canh tác hiệu quả, góp phần vào việc giảm phát thải khí nhà kính.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ khoa học môi trường của nghiên cứu sinh Ngô Đức Minh có tiêu đề "Nghiên cứu mô phỏng sự phát thải khí nhà kính (CH4, N2O) trong môi trường đất lúa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, tỉnh Quảng Nam", được thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải và PGS.TS Mai Văn Trịnh (bảo vệ năm 2018, chuyên ngành Môi trường đất và nước, mã số 62 44 03 03).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Việt Nam là quốc gia sản xuất và xuất khẩu lúa gạo lớn với diện tích gieo trồng đạt trên 7,7 triệu ha, cung cấp khoảng 44 triệu tấn lúa hàng năm (chiếm 70% tổng sản lượng lương thực quốc gia). Tuy nhiên, canh tác lúa nước là nguồn phát thải khí nhà kính (KNK) lớn nhất trong ngành nông nghiệp, đóng góp khoảng 37,4–44,7 triệu tấn $\text{CO}_2\text{tđ}$ (chiếm 50,3% đến 58% tổng phát thải nông nghiệp). Trên 85% diện tích đất lúa tại Việt Nam áp dụng chế độ tưới ngập thường xuyên – điều kiện lý tưởng cho vi khuẩn kị khí sinh khí mê-tan ($\text{CH}_4$). Việt Nam đã đặt mục tiêu giảm 20% lượng phát thải $\text{CH}_4$ và $\text{N}_2\text{O}$ từ canh tác lúa vào năm 2020.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án chỉ ra bao gồm:

• Các nghiên cứu thực nghiệm về phát thải KNK trong đất lúa tại Việt Nam trước đây chủ yếu tập trung tại hai vùng trọng điểm là Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long (nơi chiếm trên 70% diện tích lúa cả nước). Khu vực duyên hải miền Trung, đặc biệt là lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn với điều kiện thổ nhưỡng, khí hậu và tập quán canh tác đặc thù, hầu như chưa có nghiên cứu định lượng đầy đủ.
• Việc ứng dụng mô hình mô phỏng sinh địa hóa (như mô hình DNDC) trong tính toán KNK tại Việt Nam phần lớn phải sử dụng tham số mặc định do thiếu chuỗi số liệu thực nghiệm đồng ruộng để hiệu chỉnh và kiểm định tại địa phương.
• Thiếu các hệ số phát thải đặc thù ($\text{EF}_i$) và hệ số điều chỉnh chế độ tưới ($\text{SF}_w$) để thực hiện kiểm kê KNK nông nghiệp theo phương pháp Bậc 2 (Tier 2) của Ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC).

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định 5 mục tiêu cụ thể:

1. Đánh giá hiện trạng, đặc điểm canh tác lúa tại các vùng trồng lúa chính ở lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn và xây dựng cơ sở dữ liệu đầu vào cho mô hình DNDC.
2. Xác định động thái phát thải $\text{CH}_4$ và $\text{N}_2\text{O}$ từ môi trường đất lúa nước trong mối quan hệ với biện pháp canh tác (chế độ tưới, sử dụng phân bón), yếu tố mùa vụ, giai đoạn sinh trưởng của cây lúa và các tính chất đất cơ bản (pH, Eh, nhiệt độ đất).
3. Kiểm định khả năng ước lượng, tính toán phát thải $\text{CH}_4$, $\text{N}_2\text{O}$ của mô hình DNDC và xác định mức độ nhạy cảm của các thông số đầu vào đến kết quả mô phỏng.
4. Xác định lượng phát thải $\text{CH}_4$ và $\text{N}_2\text{O}$ quy mô vùng bằng mô hình DNDC đã kiểm định; thành lập bản đồ phân bố không gian phát thải $\text{CH}_4$, $\text{N}_2\text{O}$ và tiềm năng gây ấm toàn cầu (GWP) theo các kịch bản chế độ tưới cho toàn lưu vực.
5. Đề xuất hệ số phát thải $\text{CH}_4$, hệ số tỷ lệ cho các chế độ tưới và xây dựng lộ trình áp dụng chế độ tưới rút nước 1 lần giữa vụ (1RN) nhằm giảm thiểu phát thải KNK nhưng duy trì năng suất lúa.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Sự phát thải khí nhà kính ($\text{CH}_4$ và $\text{N}_2\text{O}$) trong môi trường đất lúa nước, các yếu tố ảnh hưởng (chế độ tưới tiêu, phân bón, đặc tính đất, khí hậu) và mô hình sinh địa hóa DNDC kết hợp Hệ thống thông tin địa lý (GIS).
• Phạm vi không gian: Lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn thuộc địa bàn tỉnh Quảng Nam (gồm các huyện đồng bằng, trung du trọng điểm trồng lúa và 2 điểm bố trí thí nghiệm đồng ruộng đại diện).
• Phạm vi thời gian: Đánh giá chuỗi số liệu thực tế giai đoạn 2000–2015/2016; thực hiện thí nghiệm đồng ruộng và mô phỏng theo hai vụ mùa canh tác chính là vụ Đông Xuân (ĐX) và vụ Hè Thu (HT).

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu chính được điểm lại

1. Khí nhà kính và hiệu ứng ấm lên toàn cầu: Tác giả điểm lại các báo cáo của IPCC (1996, 2001, 2007, 2014), WMO (2016), US-EPA (2016), Church và White (2011). Các nghiên cứu khẳng định tiềm năng gây ấm toàn cầu (GWP) trong khung thời gian 100 năm của $\text{CH}_4$ cao gấp 25 lần và $\text{N}_2\text{O}$ cao gấp 298 lần so với $\text{CO}_2$. Nông nghiệp đóng góp khoảng 47% lượng $\text{CH}_4$ và 84% lượng $\text{N}_2\text{O}$ toàn cầu do con người tạo ra (IPCC, 2007; Bouwman, 1998; Mosier và nnk, 1998; Smith và nnk, 2007).
2. Phát thải KNK từ canh tác lúa nước trên thế giới: Luận án tổng hợp các công trình lịch sử và đương đại về định lượng $\text{CH}_4$ từ đất lúa: Koyama (những năm 1960 tại Nhật Bản), Ehhalt và Schmidt (1978), Cicerone và Shetter (1981 tại California), Seiler (1984 tại Tây Ban Nha), Schütz và nnk (1989 tại Ý), Neue và nnk (1994, 1997, 1998), Wassmann và nnk (1996, 2000, 2006, 2010), Majumdar (2003, 2009). Phát thải $\text{CH}_4$ toàn cầu từ lúa nước dao động từ 20–100 triệu tấn/năm. Đối với $\text{N}_2\text{O}$, các nghiên cứu của Bouwman và nnk (2002), Yan và nnk (2003), Denman và nnk (2007) chỉ ra mức phát thải từ đất lúa dao động quanh 0,25–1% lượng phân đạm bón vào đất.
3. Cơ chế sinh hóa và các yếu tố ảnh hưởng: Quá trình khử sinh $\text{CH}_4$ trong điều kiện kị khí sâu ($\text{Eh} < -150\text{ mV}$) và hai con đường tạo $\text{CH}_4$ ($\text{CO}_2 + 4\text{H}_2 \rightarrow \text{CH}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$ và $\text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CH}_4 + \text{CO}_2$) được luận giải qua các nghiên cứu của Patrick và Reddy (1978), Neue (1993), Conrad (2002), Sahrawat (2004), Yu và nnk (2007). Phát thải qua hệ mô khí (aerenchyma) của thân lúa chiếm 90% tổng lượng $\text{CH}_4$ thoát vào khí quyển (Cicerone và Shetter, 1981; Holzapfel-Pschorn và Seiler, 1986). Cơ chế phát thải $\text{N}_2\text{O}$ qua quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa gắn liền với các chủng vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrobacter, Pseudomonas, Bacillus được mô tả theo Wrage và nnk (2001), Khalil và nnk (2004), Yu và Patrick (2004).
4. Ứng dụng mô hình DNDC tại Việt Nam: Nghiên cứu của William Salas (2013) và Viện Môi trường Nông nghiệp đã bước đầu sử dụng mô hình DNDC trong kiểm kê KNK, song còn phụ thuộc nhiều vào tham số mặc định quốc tế.

Khí nhà kính	Thời gian tồn tại trong khí quyển (năm)	Nồng độ thời tiền công nghiệp (ppm)	Nồng độ năm 2005 (ppm)	GWP (khung 100 năm)
$\text{CO}_2$	5 – 200	280	379	1
$\text{CH}_4$	12	0,715	1,775	25
$\text{N}_2\text{O}$	114	0,270	0,319	298

Vị trí và giải pháp của luận án

Luận án kết hợp đồng thời 3 hợp phần: (1) Quan trắc thực nghiệm đồng ruộng chi tiết về động thái phát thải $\text{CH}_4$, $\text{N}_2\text{O}$ cùng các chỉ số lý hóa đất (pH, Eh, nhiệt độ); (2) Khảo sát tập quán canh tác nông hộ và dữ liệu khí tượng thổ nhưỡng địa phương; (3) Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình DNDC và tích hợp GIS để mô phỏng phân bố không gian phát thải quy mô vùng, từ đó xây dựng hệ số phát thải cấp địa phương theo Tier 2 của IPCC.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

• Lý thuyết quá trình oxy hóa khử (Redox) trong đất: Động thái biến đổi của điện thế oxy hóa khử ($\text{Eh}$) quyết định sự hình thành khí nhà kính. Đất ngập nước làm giảm Eh xuống mức âm, tạo điều kiện cho vi khuẩn sinh mê-tan hoạt động mạnh ở khoảng $\text{Eh} < -150\text{ mV}$ (tối ưu từ $-200$ đến $-280\text{ mV}$). Ngược lại, $\text{N}_2\text{O}$ phát thải mạnh ở điều kiện hiếu khí hoặc bán kị khí với khoảng $\text{Eh}$ từ $+100$ đến $+300\text{ mV}$ (tối đa ở $+200$ đến $+500\text{ mV}$). Khi đất duy trì Eh trong khoảng $+180$ đến $-150\text{ mV}$, tổng phát thải quy đổi $\text{CO}_2\text{tđ}$ đạt mức thấp tối ưu.
• Mô hình DNDC (DeNitrification-DeComposition): Là mô hình sinh địa hóa mô phỏng quá trình phân hủy chất hữu cơ, chu trình các-bon và ni-tơ trong đất nông nghiệp. Cấu trúc mô hình gồm các phân hệ con: khí hậu, đất, sinh trưởng cây trồng, phân hủy chất hữu cơ, nitrat hóa, phản nitrat hóa và lên men sinh $\text{CH}_4$.

Quá trình khử trong đất	Giá trị Eh tương ứng (mV)
$\text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}$	$+380$ đến $+320$
$\text{NO}_3^- \rightarrow \text{N}_2$	$+280$ đến $+220$
$\text{Mn}^{4+} \rightarrow \text{Mn}^{2+}$	$+180$ đến $+150$
$\text{Fe}^{3+} \rightarrow \text{Fe}^{2+}$	$+180$ đến $+150$
$\text{SO}_4^{2-} \rightarrow \text{H}_2\text{S}$	$-120$ đến $-180$
$\text{CO}_2 \rightarrow \text{CH}_4$	$-200$ đến $-280$

Phương pháp nghiên cứu thực tế

• Điều tra nông hộ và thu thập thông tin: Khảo sát tình hình canh tác lúa (lịch thời vụ, giống lúa, phân bón, chế độ tưới tiêu, quản lý rơm rạ) tại các huyện thuộc lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn.
• Bố trí thí nghiệm đồng ruộng: Thực nghiệm được thiết kế tại 2 điểm nghiên cứu đại diện trong 2 vụ (Đông Xuân và Hè Thu). Bố trí các công thức điều tiết nước gồm: Tưới ngập liên tục (TN), Rút nước 1 lần giữa vụ (1RN), Rút nước 2 lần giữa vụ (2RN) và Rút nước 3 lần giữa vụ (3RN), kết hợp theo dõi các mức bón phân vô cơ và hữu cơ.
• Phương pháp lấy mẫu và phân tích khí: Sử dụng phương pháp buồng đo đóng (closed-chamber technique). Mẫu khí được hút định kỳ theo chu kỳ sinh trưởng của lúa, phân tích nồng độ $\text{CH}_4$ và $\text{N}_2\text{O}$ trên máy sắc ký khí (Gas Chromatography - GC). Đồng thời đo đạc liên tục các thông số môi trường đất: thế khử $\text{Eh}$ (bằng điện cực Pt và máy đo Eh), pH đất, nhiệt độ đất ở tầng 0–20 cm.
• Phương pháp mô hình hóa và kiểm định thống kê: Cài đặt thông số đất đai, khí hậu, cây trồng vào mô hình DNDC. Kiểm định độ chính xác mô hình bằng các chỉ số thống kê: hệ số tương quan ($r$), sai số bình phương trung bình căn nguyên (RMSE) và hệ số hiệu quả mô hình (EF / SFi). Thực hiện phân tích độ nhạy (sensitivity analysis) để đánh giá mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố đầu vào (tính chất đất, phân bón, nhiệt độ, lượng mưa) tới phát thải đầu ra.
• Phương pháp GIS và kỹ thuật bản đồ: Sử dụng phần mềm GIS kết hợp bản đồ đất, bản đồ hiện trạng sử dụng đất và dữ liệu DNDC để nội suy và thành lập bản đồ chuyên đề về cường độ phát thải $\text{CH}_4$, $\text{N}_2\text{O}$ và tổng GWP cấp vùng và cấp huyện.

---

Nội dung chính theo từng chương

Mở đầu

Phần Mở đầu trình bày bối cảnh quốc tế và quốc gia về biến đổi khí hậu, vai trò của ngành sản xuất lúa gạo tại Việt Nam và tính cấp bách của việc giảm nhẹ phát thải KNK. Tác giả nêu rõ mục tiêu nghiên cứu, đối tượng, phạm vi không gian và thời gian của đề tài, các ý nghĩa khoa học và thực tiễn, cùng những luận điểm đóng góp mới của luận án gắn liền với dự án hợp tác quốc tế LUCCi (hợp phần WT4 do IRRI chủ trì).

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về hiệu ứng nhà kính, hiện trạng phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp trên thế giới và tại Việt Nam. Tác giả trình bày chi tiết bản chất sinh học, hóa học của quá trình hình thành, chuyển hóa và phát tán khí $\text{CH}_4$ và $\text{N}_2\text{O}$ trong môi trường đất lúa ngập nước; các yếu tố điều khiển chính gồm: chế độ tưới tiêu (ngập liên tục so với tưới ướt khô xen kẽ - AWD), chế độ phân bón (phân đạm khoáng, phân amôn sunphat, phân chuồng, phân hữu cơ tươi), cách thức quản lý rơm rạ sau thu hoạch và các tính chất thổ nhưỡng ($\text{Eh}$, pH, hàm lượng các-bon hữu cơ SOC, thành phần cơ giới). Chương này cũng tổng quan tình hình ứng dụng các mô hình mô phỏng sinh địa hóa (đặc biệt là DNDC) và phương pháp hướng dẫn kiểm kê KNK 3 bậc (Tier 1, Tier 2, Tier 3) theo IPCC (2006).

Chương 2: Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết điều kiện tự nhiên, địa hình, đặc điểm khí hậu - thủy văn và tài nguyên đất đai của lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn (tỉnh Quảng Nam). Tác giả trình bày quy trình điều tra nông hộ, thiết kế sơ đồ bố trí thí nghiệm đồng ruộng tại 2 điểm nghiên cứu qua hai vụ Đông Xuân và Hè Thu; quy trình lấy mẫu khí bằng buồng đo chuyên dụng, phương pháp phân tích mẫu đất và mẫu khí; cấu trúc toán học của mô hình DNDC, trình tự chuẩn bị các tệp dữ liệu đầu vào (khí tượng từng ngày, lý hóa tính đất, lịch canh tác lúa); các công thức toán thống kê dùng để kiểm định mô hình (RMSE, $r$, EF), đánh giá độ không chắc chắn và quy trình tích hợp kết quả DNDC vào môi trường GIS để xây dựng bản đồ không gian.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 3 là nội dung thực nghiệm trọng tâm của luận án, tập trung vào các kết quả chính:

1. Đặc điểm canh tác và môi trường đất: Phân tích thực trạng chuyển đổi lịch mùa vụ, lượng phân bón vô cơ thực tế của nông dân so với khuyến cáo, tỷ lệ sử dụng giống lúa và phương thức xử lý rơm rạ ở Quảng Nam; xác định các chỉ tiêu lý hóa đất tầng mặt (0–20 cm) tại các điểm thí nghiệm.
2. Động thái phát thải thực nghiệm và kiểm định mô hình DNDC:
   • Đo đạc động thái $\text{Eh}$, pH, nhiệt độ đất và sự biến động phát thải $\text{CH}_4$, $\text{N}_2\text{O}$ theo từng giai đoạn sinh trưởng của cây lúa ở vụ Đông Xuân và Hè Thu. Khí $\text{CH}_4$ phát thải cao điểm vào giai đoạn đẻ nhánh rộ đến trỗ bông khi đất ngập nước và Eh xuống thấp; trong khi $\text{N}_2\text{O}$ xuất hiện các đỉnh phát thải sau các đợt bón phân đạm hoặc các đợt tháo nước phơi ruộng.
   • Kết quả phân tích thống kê so sánh giữa số liệu đo đạc thực nghiệm và số liệu mô phỏng từ DNDC cho thấy độ tương quan cao và sai số chấp nhận được, khẳng định mô hình DNDC có khả năng mô phỏng tin cậy lượng phát thải KNK trong điều kiện đất lúa địa phương.
   • Đánh giá độ nhạy chỉ ra rằng chế độ tưới nước, hàm lượng các-bon hữu cơ trong đất (SOC) và liều lượng phân đạm là những yếu tố đầu vào có ảnh hưởng chi phối lớn nhất đến kết quả mô phỏng $\text{CH}_4$ và $\text{N}_2\text{O}$.
3. Mô phỏng phát thải quy mô vùng và thành lập bản đồ: Ứng dụng mô hình DNDC kết hợp GIS để tính toán lượng phát thải $\text{CH}_4$, $\text{N}_2\text{O}$ và tổng GWP trên toàn lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn theo các kịch bản chế độ tưới: tưới ngập liên tục (TN), rút nước 1 lần giữa vụ (1RN), rút nước 2 lần (2RN) và rút nước 3 lần (3RN). Thành lập hệ thống bản đồ phân bố không gian phát thải $\text{CH}_4$, $\text{N}_2\text{O}$ và tổng GWP cấp vùng và cấp huyện.
4. Đề xuất hệ số phát thải và lộ trình tưới tiết kiệm nước:
   • Xác định hệ số phát thải $\text{CH}_4$ cơ sở ($\text{EF}_i$) và hệ số tỷ lệ ($\text{SF}_w$) cho các chế độ tưới nước tại lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn phục vụ tính toán kiểm kê KNK theo Tier 2 của IPCC.
   • Xây dựng lộ trình áp dụng chế độ tưới rút nước 1 lần giữa vụ (1RN) cho từng giai đoạn, định lượng mức độ cắt giảm GWP toàn vùng trong khi bảo đảm an toàn năng suất lúa.

Kết luận và kiến nghị

Tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được về mặt khoa học và thực tiễn của luận án; nêu các kiến nghị cụ thể đối với cơ quan quản lý nông nghiệp và môi trường địa phương trong việc triển khai kỹ thuật tưới tiết kiệm nước và hoàn thiện cơ sở dữ liệu kiểm kê khí nhà kính.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học

• Cung cấp bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm đồng ruộng đồng bộ đầu tiên tại khu vực lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn về động thái phát thải khí nhà kính ($\text{CH}_4$ và $\text{N}_2\text{O}$) gắn liền với sự thay đổi của chế độ quản lý nước, phân bón, các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa và diễn biến các thông số lý hóa đất ($\text{Eh}$, pH, nhiệt độ đất).
• Đã kiểm định, hiệu chỉnh thành công các thông số đầu vào của mô hình sinh địa hóa DNDC phù hợp với điều kiện canh tác lúa, đặc điểm đất đai và khí hậu khu vực Duyên hải Nam Trung Bộ; xác định mức độ nhạy cảm của các yếu tố đầu vào mô hình.
• Tích hợp thành công mô hình mô phỏng DNDC với công nghệ GIS để xây dựng hệ thống bản đồ phân bố không gian phát thải $\text{CH}_4$, $\text{N}_2\text{O}$ và tiềm năng gây ấm toàn cầu (GWP) ở quy mô toàn lưu vực và chi tiết đến từng đơn vị hành chính cấp huyện theo các kịch bản điều tiết nước khác nhau.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

• Xác định và đề xuất bộ hệ số phát thải $\text{CH}_4$ ($\text{EF}_i$) và hệ số điều chỉnh theo chế độ tưới ($\text{SF}_w$) đặc thù cho vùng lúa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, phục vụ công tác kiểm kê khí nhà kính quốc gia theo phương pháp Bậc 2 (Tier 2) của IPCC, thay thế cho việc áp dụng hệ số mặc định có sai số lớn.
• Đề xuất lộ trình thời gian và giải pháp kỹ thuật mở rộng diện tích áp dụng chế độ tưới rút nước 1 lần giữa vụ (1RN) trên toàn địa bàn tỉnh Quảng Nam, chứng minh đây là biện pháp canh tác tối ưu giúp cắt giảm lượng lớn phát thải KNK mà vẫn duy trì ổn định năng suất lúa.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung trình bày trong văn bản:

• Hạn chế: Các thí nghiệm thực địa và số liệu hiệu chỉnh mô hình tập trung tại 2 điểm đại diện trong phạm vi lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn (tỉnh Quảng Nam), chuỗi quan trắc thực tế giới hạn trong các vụ mùa nghiên cứu chính (Đông Xuân và Hè Thu) với các công thức bón phân và chế độ tưới cụ thể.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Mở rộng quan trắc thực nghiệm dài hạn trên nhiều loại đất lúa và tiểu vùng khí hậu sinh thái khác nhau ở miền Trung.
  • Thử nghiệm và kiểm định mô hình DNDC đối với các công thức phân bón cải tiến (như phân đạm hạt vàng chậm tan, phân ủ hữu cơ vi sinh) kết hợp đa dạng giống lúa.
  • Ứng dụng phương pháp luận tích hợp DNDC – GIS để xây dựng bản đồ phát thải KNK nông nghiệp cho các lưu vực sông khác trên toàn quốc.

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Thuộc các chuyên ngành Khoa học Môi trường, Môi trường Đất và Nước, Nông học, Biến đổi Khí hậu; có thể tham khảo quy trình thực nghiệm đo đạc buồng đóng, phương pháp xử lý số liệu GC, kỹ thuật hiệu chỉnh và kiểm định mô hình sinh địa hóa DNDC kết hợp GIS.
• Cơ quan quản lý nhà nước và cán bộ hoạch định chính sách: Cán bộ thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Nông nghiệp và PTNT, Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh Quảng Nam và các tỉnh Nam Trung Bộ; sử dụng các hệ số phát thải $\text{EF}_i$, $\text{SF}_w$ phục vụ báo cáo kiểm kê KNK định kỳ (BUR, Quốc gia) theo Tier 2 và xây dựng kế hoạch hành động giảm nhẹ phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phát thải khí $\text{CH}_4$ và $\text{N}_2\text{O}$ trong đất lúa lại có mối quan hệ nghịch đảo khi điều tiết chế độ nước?

Sự hình thành hai loại khí này đòi hỏi các điều kiện điện thế oxy hóa khử ($\text{Eh}$) hoàn toàn trái ngược nhau. Khí $\text{CH}_4$ chỉ sinh ra trong môi trường kị khí sâu khi đất ngập nước liên tục ($\text{Eh} < -150\text{ mV}$, tối ưu từ $-200$ đến $-280\text{ mV}$). Ngược lại, $\text{N}_2\text{O}$ là sản phẩm trung gian của quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa, phát thải mạnh khi đất ở điều kiện hiếu khí hoặc bán kị khí lúc rút nước cạn ($\text{Eh}$ từ $+100$ đến $+300\text{ mV}$). Do đó, khi tháo nước phơi ruộng để hạn chế $\text{CH}_4$ thì lượng $\text{N}_2\text{O}$ có xu hướng gia tăng.

2. Mô hình DNDC được kiểm định bằng những chỉ số thống kê nào trong luận án?

Tác giả kiểm định mức độ tương thích giữa số liệu phát thải $\text{CH}_4$, $\text{N}_2\text{O}$ đo đạc thực tế tại đồng ruộng với giá trị mô phỏng từ DNDC thông qua hệ số tương quan tuyến tính ($r$), sai số bình phương trung bình căn nguyên (RMSE) và hệ số hiệu quả mô hình (EF hay SFi). Các kiểm định độ nhạy (sensitivity test) cũng được thực hiện trên các yếu tố đầu vào chính như chế độ tưới, tính chất đất và liều lượng phân bón.

3. Khí $\text{CH}_4$ thoát từ đất lúa vào khí quyển chủ yếu qua con đường nào?

Khí $\text{CH}_4$ phát tán vào khí quyển qua 3 con đường: sủi bọt khí từ mặt nước (chiếm khoảng 1–2%), khuếch tán qua lớp nước mặt (chiếm khoảng 8–9%) và vận chuyển qua hệ thống mô khí (aerenchyma) của thân cây lúa (chiếm tới 90% tổng lượng phát thải của ruộng lúa ngập nước).

4. Hệ số phát thải Tier 2 mà luận án đề xuất có ý nghĩa gì đối với công tác kiểm kê khí nhà kính?

Phương pháp Tier 1 của IPCC sử dụng hệ số phát thải mặc định toàn cầu nên có độ sai số lớn, không phản ánh được đặc thù địa phương. Việc luận án tính toán và đề xuất hệ số phát thải $\text{CH}_4$ cơ sở ($\text{EF}_i$) và hệ số tỷ lệ chế độ tưới ($\text{SF}_w$) riêng cho lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn cho phép thực hiện kiểm kê KNK theo phương pháp Bậc 2 (Tier 2), giúp nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của báo cáo kiểm kê phát thải KNK ngành nông nghiệp.

5. Chế độ tưới nước nào được luận án khuyến nghị là tối ưu cho vùng nghiên cứu?

Chế độ tưới rút nước 1 lần giữa vụ (1RN) được khuyến nghị là giải pháp tối ưu. Chế độ này cắt đứt môi trường kị khí sâu để giảm mạnh lượng $\text{CH}_4$ sinh ra, kiểm soát mức tăng của $\text{N}_2\text{O}$ ở ngưỡng cho phép, làm giảm tổng tiềm năng gây ấm toàn cầu (GWP) mà vẫn bảo đảm độ ẩm cần thiết giúp cây lúa sinh trưởng tốt và duy trì năng suất thu hoạch.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Ngô Đức Minh đã giải quyết trọn vẹn vấn đề định lượng và mô phỏng phát thải khí nhà kính ($\text{CH}_4$, $\text{N}_2\text{O}$) trong đất lúa tại lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn thông qua việc kết hợp số liệu thực nghiệm đồng ruộng, mô hình sinh địa hóa DNDC và kỹ thuật GIS. Nghiên cứu đã cung cấp luận cứ khoa học tin cậy, xác định độ nhạy của các yếu tố canh tác và xây dựng bản đồ phân bố GWP toàn lưu vực theo các kịch bản tưới nước. Các hệ số phát thải theo phương pháp Tier 2 và lộ trình tưới tiết kiệm nước rút nước 1 lần giữa vụ (1RN) được đề xuất là đóng góp có giá trị thực tiễn cao cho công tác kiểm kê và thực hiện mục tiêu giảm nhẹ phát thải khí nhà kính nông nghiệp tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tín̟ h cấp thiết của n̟ ghiên̟ cứu Việt N̟am hiện̟ là một tr0n̟g n̟hữn̟g n̟ước sản̟ xuất và xuất k̟hẩu gạ0 hàn̟g đầu thế giới [IRRI, 2015] với diện̟ tích can̟h tác lúa hàn̟g n̟ăm đạt trên̟ 7,7 triệu ha [Bộ N̟ôn̟g n̟ghiệp và PTN̟T, 2017]. Lúa là cây lươn̟g thực chín̟h của Việt N̟am, hàn̟g n̟ăm tạ0 ra k̟h0ản̟g 44 triệu tấn̟ lúa, tươn̟g đươn̟g k̟h0ản̟g 70% tổn̟g sản̟ lượn̟g lươn̟g thực [Tổn̟g cục Thốn̟g k̟ê, 2017; Bộ N̟ôn̟g n̟ghiệp và PTN̟T, 2017]. Tuy n̟hiên̟, can̟h tác lúa được xem là n̟guồn̟ phát thải k̟hí n̟hà k̟ín̟h (K̟N̟K̟) lớn̟ n̟hất tr0n̟g n̟gàn̟h sản̟ xuất n̟ôn̟g n̟ghiệp ở Việt N̟am với lượn̟g phát thải ước tín̟h là 37,4 triệu tấn̟ C02 tươn̟g đươn̟g (C02tđ), chiếm 58% tổn̟g lượn̟g K̟N̟K̟ từ n̟ôn̟g n̟ghiệp và 26,1% tổn̟g lượn̟g K̟N̟K̟ quốc gia [Bộ TN̟MT, 2014].

Bên̟ cạn̟h n̟hận̟ thức vai trò quan̟ trọn̟g của sản̟ xuất lúa gạ0 đối với an̟ n̟in̟h lươn̟g thực và n̟ền̟ k̟in̟h tế quốc dân̟, các vấn̟ đề về môi trườn̟g liên̟ quan̟ đến̟ việc phát thải K̟N̟K̟ từ can̟h tác lúa đã và đan̟g được Chín̟h phủ Việt N̟am quan̟ tâm và hiện̟ trở thàn̟h một phần̟ quan̟ trọn̟g của Chươn̟g trìn̟h Mục tiêu Quốc gia Ứn̟g phó với Biến̟ đổi k̟hí hậu. Trên̟ 85% diện̟ tích đất lúa hàn̟g n̟ăm ở Việt N̟am là đất lúa n̟ướcáp dụn̟g chế độ tưới n̟gập thườn̟g k̟ì, là điều k̟iện̟ thuận̟ lợi ch0 phát thải CH4 [IAE, 2011]. Việt N̟am đã đặt mục tiêu giảm 20% lượn̟g k̟hí thải mê tan̟ (CH4) và n̟itơ ôxít (N̟20) từ h0ạt độn̟g can̟h tác lúa đến̟ n̟ăm 2020 [Bộ N̟ôn̟g n̟ghiệp & PTN̟T, 2013]. Hiện̟ n̟ay, phát thải K̟N̟K̟ tr0n̟g sản̟ xuất n̟ói chun̟g và tr0n̟g n̟ôn̟g n̟ghiệp n̟ói riên̟g đã trở thàn̟h vấn̟ đề t0àn̟ cầu.

Lúa n̟ước hiện̟ là một tr0n̟g n̟hữn̟g cây lươn̟g thực chín̟h của thế giới n̟hưn̟g phát thải CH4 và N̟20 từ can̟h tác lúa n̟ước đan̟g góp phần̟ đán̟g k̟ể và0 quá trìn̟h ấm lên̟ t0àn̟ cầu [Br0n̟s0n̟ và n̟n̟k̟, 1997]. D0 vậy, việc xác địn̟h mức độ phát thải tr0n̟g mỗi điều k̟iện̟ can̟h tác đặc thù, từ đó thay đổi chế độ can̟h tác (tưới, bón̟ phân̟, sử dụn̟g rơm rạ) phù hợp n̟hằm duy trì n̟ăn̟g suất lúa đồn̟g thời đảm bả0 giảm thiểu mức thải phát thải K̟N̟K̟ [Zhan̟g và n̟n̟k̟, 2011] hiện̟ đan̟g được quan̟ tâm n̟ghiên̟ cứu. N̟hiều trun̟g tâm, tổ chức k̟h0a học trên̟ thế giới đan̟g tiến̟ hàn̟h các n̟ghiên̟ cứu về vấn̟ đề n̟ày trên̟ quy mô và phươn̟g thức k̟hác n̟hau. Viện̟ n̟ghiên̟ cứu lúa quốc tế (IRRI), Tổ chức N̟ôn̟g Lươn̟g Liên̟ Hiệp Quốc (UN̟-FA0), Liên̟ min̟h t0àn̟ cầu n̟ghiên̟ cứu giảm phát thải K̟N̟K̟ tr0n̟g n̟ôn̟g n̟ghiệp (GRA) cũn̟g đã thàn̟h lập một n̟hóm chuyên̟ gia (Paddy Rice Research Gr0up) tập trun̟g n̟ghiên̟ cứu về vấn̟ đề n̟ày.

1 K̟hí CH4 là sản̟ phẩm của quá trìn̟h phân̟ huỷ k̟ị k̟hí chất hữu cơ bởi vi k̟huẩn̟ sin̟h mê-tan̟. Thôn̟g thườn̟g, môi trườn̟g có ôxy đầy đủ, hầu hết các C tr0n̟g chất hữu cơ sẽ bị phân̟ huỷ thàn̟h sản̟ phẩm cuối cùn̟g là C02. Tuy n̟hiên̟, tr0n̟g trườn̟g hợp k̟hôn̟g có h0ặc thiếu ôxy, quá trìn̟h phân̟ hủy chất hữu cơ sẽ k̟hôn̟g được thực hiện̟ triệt để và C được giải phón̟g dưới dạn̟g CH4. Tr0n̟g k̟hi đó, K̟hí N̟20 phát thải từ môi trườn̟g đất lúa là sản̟ phẩm trun̟g gian̟ và được hìn̟h thàn̟h từ quá trìn̟h n̟itrat hóa (quá trìn̟h ôxy hóa sin̟h học N̟H4+ thàn̟h N̟02- và N̟03- tr0n̟g điều k̟iện̟ há0 k̟hí) và quá trìn̟h phản̟ n̟itrat hóa (là quá trìn̟h k̟hử N̟03- h0ặc N̟02- thàn̟h k̟hí N̟2 tr0n̟g điều k̟iện̟ yếm k̟hí) và đều được tiến̟ hàn̟h bởi các n̟hóm vi k̟huẩn̟ tr0n̟g đất.

Quá trìn̟h n̟itrat hóa và phản̟ n̟itrat hóa xảy ra gần̟ n̟hư s0n̟g s0n̟g n̟hau tr0n̟g đất lúa. Tần̟g đất có ôxy, n̟ơi xảy ra quá trìn̟h n̟itrat hóa, rất mỏn̟g và N̟03- n̟han̟h chón̟g bị phân̟ tán̟ và0 tần̟g đất yếm k̟hí bên̟ dưới, n̟ơi mà sự k̟hử n̟itrat xảy ra, biến̟ đổi N̟03- thàn̟h N̟2 và N̟20. trên̟ thực tế lượn̟g k̟hí CH4 và N̟20 được tạ0 ra ở tr0n̟g đất có thể lớn̟ hơn̟ n̟hiều s0 với lượn̟g phát thải thực tế và0 k̟hí quyển̟ d0 có thể bị giữ lại tr0n̟g đất và tiếp tục chuyển̟ thàn̟h các k̟hí k̟hác. Vì vậy, việc lượn̟g hóa chín̟h xác phát thải k̟hí CH4 và N̟20 từ can̟h tác lúa k̟há phức tạp d0 biến̟ độn̟g về điều k̟iện̟ và phươn̟g thức can̟h tác (bón̟ phân̟, chế độ tưới…), d0 sự k̟hác n̟hau về đặc điểm sin̟h trưởn̟g tr0n̟g các giai đ0ạn̟ k̟hác n̟hau của cây lúa.

Tr0n̟g k̟hi việc quan̟ trắc, đ0 đạc phát thải K̟N̟K̟ trên̟ đồn̟g ruộn̟g rất tốn̟ k̟ém, thì áp dụn̟g mô hìn̟h tr0n̟g địn̟h lượn̟g mức phát thài K̟N̟K̟ là giải pháp k̟hả thi đáp ứn̟g cả yêu cầu về k̟ĩ thuật và k̟in̟h tế. Mô hìn̟h DeN̟itrificati0n̟-DeC0mp0siti0n̟ (DN̟DC), một dạn̟g mô hìn̟h sin̟h địa hóa, là côn̟g cụ đan̟g được ứn̟g dụn̟g k̟há n̟hiều tr0n̟g tín̟h t0án̟ phát thải K̟N̟K̟ từ các hệ sin̟h thái n̟ôn̟g n̟ghiệp. Hầu hết các k̟ết quả ch0 thấy, mô hìn̟h DN̟DC phù hợp ch0 n̟ghiên̟ cứu sự phát thải K̟N̟K̟ từ các hệ sin̟h thái n̟ôn̟g n̟ghiệp tr0n̟g đó có lúa n̟ước, mặc dù còn̟ tồn̟ tại sự k̟hác biệt tr0n̟g một số trườn̟g hợp n̟ghiên̟ cứu. Ch0 đến̟ n̟ay, việc áp dụn̟g mô hìn̟h DN̟DC để ước lượn̟g phát thải CH4, N̟20 từ các hệ sin̟h thái n̟ôn̟g n̟ghiệp đã dần̟ được quan̟ tâm tại Việt N̟am.

William Salas (2013) đưa ra đề xuất ý tưởn̟g tích hợp mô hìn̟h DN̟DC tr0n̟g hệ thốn̟g giám sát K̟N̟K̟ phát thải từ các vùn̟g can̟h tác lúa của Việt N̟am. Viện̟ Môi trườn̟g N̟ôn̟g n̟ghiệp cũn̟g áp dụn̟g DN̟DC tr0n̟g tín̟h t0án̟, dự bá0 lượn̟g phát thải K̟N̟K̟ tr0n̟g một số h0ạt độn̟g k̟iểm k̟ê K̟N̟K̟ gần̟ đây… Tuy n̟hiên̟, d0 thiếu dữ liệu/thôn̟g số thực tế để k̟iểm địn̟h và hiệu chỉn̟h mô hìn̟h ch0 phù hợp với từn̟g đối tượn̟g cây trồn̟g và đặc điểm của vùn̟g cụ thể ở Việt N̟am, n̟ên̟ phần̟ lớn̟ các n̟ghiên̟ 2 cứu trên̟ vẫn̟ phải sử dụn̟g các thôn̟g số mặc địn̟h hay dữ liệu tham k̟hả0 để chạy mô hìn̟h DN̟DC. Hiện̟ n̟ay, Việt N̟am đã có k̟há n̟hiều n̟ghiên̟ cứu về phát thải K̟N̟K̟ (đặc biệt là các n̟ghiên̟ cứu trên̟ đồn̟g ruộn̟g) n̟hưn̟g tập trun̟g chủ yếu tại đồn̟g bằn̟g sôn̟g Hồn̟g và đồn̟g bằn̟g sôn̟g Cửu L0n̟g, hai vùn̟g can̟h tác lúa chín̟h chiếm trên̟ 70% tổn̟g diện̟ tích lúa của Việt N̟am. Các k̟ết quả đã chỉ ra mức độ phát thải và phân̟ bố k̟hôn̟g gian̟ của các k̟hu vực phát thải CH4, N̟20 từ các vùn̟g lúa của hai vựa lúa n̟ày.

Tuy n̟hiên̟, các n̟ghiên̟ cứu về phát thải CH4, N̟20 tại các vùn̟g trồn̟g lúa n̟hỏ hơn̟ (n̟hư lưu vực sôn̟g VG-TB, một tr0n̟g n̟hữn̟g lưu vực sôn̟g lớn̟ n̟hất và vùn̟g lúa trọn̟g điểm ở k̟hu vực N̟am Trun̟g Bộ), với các đặc điểm rất k̟hác về điều k̟iện̟ k̟hí hậu, đất đai, tập quán̟ can̟h tác… hầu chưa được tiến̟ hàn̟h. Bên̟ cạn̟h đó, mặc dù k̟ỹ thuật, quy trìn̟h đ0 và quan̟ trắc K̟N̟K̟ quy mô điểm tr0n̟g can̟h tác lúa gần̟ đây đã được cải thiện̟ đán̟g k̟ể, n̟hưn̟g n̟hữn̟g dự bá0 phát thải K̟N̟K̟ tr0n̟g can̟h tác lúa quy mô vùn̟g sin̟h thái hay t0àn̟ quốc vẫn̟ còn̟ k̟há n̟hiều hạn̟ chế d0 thiếu phươn̟g pháp/côn̟g cụ tín̟h t0án̟ đủ tin̟ cậy và t0àn̟ diện̟. Xuất phát từ n̟hữn̟g vấn̟ đề lý luận̟ trên̟ cùn̟g với yêu cầu cấp bách về việc lựa chọn̟, h0àn̟ thiện̟ phươn̟g pháp tín̟h t0án̟ đủ tin̟ cậy, n̟han̟h chón̟g, ít chi phí để phục vụ ch0 n̟ghiên̟ cứu độn̟g thái phát thải K̟N̟K̟ tr0n̟g đất lúa ở quy mô điểm, tín̟h t0án̟ mức phát thải và phân̟ bố k̟hôn̟g gian̟ phát thải K̟N̟K̟ từ can̟h tác lúa ở quy mô vùn̟g, đồn̟g thời đưa ra được lựa chọn̟ biện̟ pháp can̟h tác tối ưu để sản̟ xuất lúa ổn̟ địn̟h về n̟ăn̟g suất, bền̟ vữn̟g về môi trườn̟g (giảm phát thải k̟hí n̟hà k̟ín̟h), n̟ghiên̟ cứu sin̟h tiến̟ hàn̟h đề tài: “N̟ ghiên̟ cứu mô phỏn̟ g sự phát thải k̟ hí n̟ hà k̟ ín̟ h (CH4, N̟ 20) tr0n̟ g môi trườn̟ g đất lúa lưu vực sôn̟ g Vu Gia – Thu Bồn̟ , tỉn̟ h Quản̟ g N̟ am”. Mục tiêu và n̟ ội dun̟ g n̟ ghiên̟ cứu 2.

Mục tiêu n̟ ghiên̟ cứu N̟ghiên̟ cứu n̟ày được thực hiện̟ với các mục tiêu sau: - Đán̟h giá hiện̟ trạn̟g, đặc điểm về can̟h tác lúa tại các vùn̟g trồn̟g lúa chín̟h ở lưu vực sôn̟g VG-TB và xây dựn̟g cơ sở dữ liệu đầu và0 ch0 mô hìn̟h DN̟DC. - Xác địn̟h độn̟g thái phát thải CH4 và N̟20 từ môi trườn̟g đất lúa n̟ước tr0n̟g mối quan̟ hệ với biện̟ pháp can̟h tác (chế độ tưới, sử dụn̟g phân̟ bón̟), yếu tố mùa vụ, giai đ0ạn̟ sin̟h trưởn̟g của lúa và một số tín̟h chất đất cơ bản̟ (pH, Eh, n̟hiệt độ đất). 3 - K̟iểm địn̟h k̟hả n̟ăn̟g ước lượn̟g/tín̟h t0án̟ phát thải CH4, N̟20 của mô hìn̟h DN̟DC và xác địn̟h mức tác độn̟g/n̟hạy cảm của một số biện̟ pháp can̟h tác, tín̟h chất đất, yếu tố k̟hí tượn̟g đến̟ k̟ết quả ước lượn̟g phát thải CH4, N̟20 bằn̟g mô hìn̟h. - Xác địn̟h phát thải CH4 và N̟20 quy mô vùn̟g bằn̟g mô hìn̟h DN̟DC đã k̟iểm địn̟h và lập bản̟ đồ phát thải CH4, N̟20, bản̟ đồ tiềm n̟ăn̟g gây ấm t0àn̟ cầu (GWP) vùn̟g n̟ghiên̟ cứu (tập trun̟g và0 sự thay đổi chế độ tưới).

- Đề xuất hệ số phát thải (Emissi0n̟ fact0r) của CH4 từ can̟h tác lúa, hệ số tỷ lệ (Scalin̟g fact0r) của các chế độ tưới và đề xuất lộ trìn̟h thời gian̟ áp dụn̟g chế độ tưới rút n̟ước 1 lần̟ giữa vụ (1RN̟) ch0 t0àn̟ vùn̟g n̟ghiên̟ cứu để vừa giảm phát thải K̟N̟K̟, vừa duy trì được n̟ăn̟g suất lúa. N̟ ội dun̟ g n̟ ghiên̟ cứu Căn̟ cứ và0 mục tiêu n̟ghiên̟ cứu của đề tài, n̟ghiên̟ cứu sin̟h tiến̟ hàn̟h các các n̟ội dun̟g n̟ghiên̟ cứu sau: - Rà s0át, điều tra và thu thập các tài liệu, số liệu, dữ liệu về phươn̟g thức can̟h tác tại các vùn̟g lúa chín̟h của tỉn̟h Quản̟g N̟am, số liệu k̟hí tượn̟g, đất đai… và xây dựn̟g cơ sở dữ liệu đầu và0 (của mô hìn̟h DN̟DC) để tín̟h t0án̟ phát thải CH4, N̟20 từ can̟h tác lúa ch0 t0àn̟ lưu vực sôn̟g VG-TB. - Xây dựn̟g thí n̟ghiệm đồn̟g ruộn̟g để đán̟h giá ản̟h hưởn̟g của biện̟ pháp can̟h tác (chế độ tưới, sử dụn̟g phân̟ bón̟), thời vụ, tín̟h chất đất (pH, Eh, n̟hiệt độ đất), đến̟ độn̟g thái phát thải CH4, N̟20 từ môi trườn̟g đất lúa điển̟ hìn̟h tại lưu vực sôn̟g VG-TB. - Tiến̟ hàn̟h k̟iểm địn̟h mô hìn̟h DN̟DC thôn̟g qua đán̟h giá tươn̟g quan̟ thốn̟g k̟ê giữa số liệu phát thải CH4, N̟20 quan̟ trắc/đ0 đạc từ thí n̟ghiệm đồn̟g ruộn̟g với số liệu tín̟h t0án̟/ước lượn̟g bởi mô hìn̟h.

Đồn̟g thời, thực hiện̟ k̟iểm tra độ n̟hạy (sen̟sitive test) mô hìn̟h đối với các n̟hóm yếu tố đầu và0 chín̟h (biện̟ pháp can̟h tác, tín̟h chất đất, số liệu k̟hí tượn̟g). n̟hằm xác địn̟h n̟hữn̟g yếu tố có tác độn̟g/ản̟h hưởn̟g lớn̟ n̟hất đến̟ k̟ết quả phát thải CH4, N̟20.