Tổng quan luận án
Biến đổi khí hậu toàn cầu đang là thách thức lớn đối với nhân loại. Tháng 12 năm 2015, Thỏa thuận Paris được thông qua tại Hội nghị lần thứ 21 (COP21) thuộc Công ước khung của Liên Hợp Quốc về Biến đổi Khí hậu (UNFCCC), nhằm giữ nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng dưới 2°C so với thời kỳ tiền công nghiệp. Cơ chế thực thi cam kết quốc gia được xác lập thông qua Đóng góp do quốc gia tự quyết định (NDC). Việt Nam nộp INDC lần đầu vào tháng 9 năm 2015, cam kết giảm 8% tổng lượng phát thải khí nhà kính (KNK) vào năm 2030 so với kịch bản phát triển thông thường (BAU) bằng nguồn lực trong nước, và nâng lên 25% khi có hỗ trợ quốc tế. Dữ liệu kiểm kê KNK quốc gia của Việt Nam các năm 1994, 2000, 2005, 2010, 2013 và 2014 cho thấy năng lượng và nông nghiệp là hai lĩnh vực phát thải lớn nhất; trong đó canh tác lúa nước chiếm 48-62% tổng phát thải khí mê-tan ($CH_4$) và phát thải nitơ oxit ($N_2O$) từ đất nông nghiệp chiếm 15-26% trong toàn ngành nông nghiệp.
Trong bối cảnh quốc tế sau năm 2020, các cơ chế ràng buộc thương mại có thể áp thuế hoặc dựng rào cản kỹ thuật đối với các mặt hàng có dấu vết các-bon cao. Gạo là mặt hàng xuất khẩu chủ lực của Việt Nam, do đó việc định lượng dấu vết các-bon và dán nhãn các-bon thấp là yêu cầu cần thiết nhằm duy trì năng lực cạnh tranh xuất khẩu và phục vụ mục tiêu giảm nhẹ KNK quốc gia. Đồng bằng sông Hồng là vùng sản xuất lúa lớn thứ hai của cả nước. Việc xây dựng một khung phương pháp luận chuẩn xác để tính toán dấu vết các-bon cho lúa gạo tại đây là cơ sở khoa học để nhân rộng cho các vùng nông nghiệp khác.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm 3 nội dung:
- Xây dựng được phương pháp luận tính toán dấu vết các-bon cho sản phẩm lúa gạo tại vùng đồng bằng sông Hồng;
- Tính toán thí điểm được dấu vết các-bon của sản phẩm lúa gạo tại xã Phú Lương, huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình;
- Đề xuất được các giải pháp nhằm giảm nhẹ phát thải KNK từ các hoạt động trong vòng đời lúa gạo tại khu vực nghiên cứu.
Luận điểm khoa học của luận án bao gồm:
- Việc kết hợp quy trình Đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA) của Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO) và Hướng dẫn kiểm kê khí nhà kính quốc gia năm 2006 của Ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC GL 2006) là phương pháp phù hợp để tính toán dấu vết các-bon trong vòng đời lúa gạo tại vùng đồng bằng sông Hồng.
- Trong vòng đời lúa gạo, lượng phát thải $CH_4$ từ canh tác lúa chiếm tỷ trọng lớn nhất, tiếp theo là lượng phát thải từ sản xuất điện và sử dụng năng lượng cho vận hành máy móc nông nghiệp.
- Mở rộng áp dụng phương thức canh tác hàng rộng - hàng hẹp tại xã Phú Lương là phương án có tiềm năng giảm phát thải KNK lớn kết hợp lợi ích kinh tế, cần được ưu tiên thực hiện.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Lượng phát thải KNK trong vòng đời sản phẩm lúa gạo vào vụ xuân và vụ mùa theo ba phương thức canh tác: truyền thống (TT), hàng rộng - hàng hẹp (HRHH) và thâm canh lúa cải tiến (SRI).
- Phạm vi không gian: Xã Phú Lương, huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình (địa bàn đại diện cho các phương thức canh tác lúa tại đồng bằng sông Hồng, có sẵn chuỗi dữ liệu đo đạc thực nghiệm khí phát thải).
- Phạm vi thời gian: Lựa chọn năm cơ sở tính toán là năm 2017, do đây là năm có hệ số phát thải lưới điện quốc gia được công bố theo Quyết định số 330/BĐKH-GNPT ngày 29 tháng 3 năm 2019 của Cục Biến đổi khí hậu, kết hợp số liệu quan trắc thực nghiệm phát thải KNK năm 2016 của Viện Môi trường Nông nghiệp.
- Phạm vi chuỗi hoạt động (Scoping): Phân loại theo 3 cấp phát thải (Cấp 1: trực tiếp tại chỗ; Cấp 2: gián tiếp do tiêu thụ điện năng; Cấp 3: gián tiếp từ chuỗi cung ứng vật tư đầu vào) qua ba giai đoạn:
| Quá trình |
Hoạt động được đưa vào tính toán |
Cấp phát thải |
| Trước sản xuất lúa gạo |
Sản xuất điện cho bơm nước tưới tiêu, quạt rê thóc và máy xát gạo |
Cấp 2 |
|
Sản xuất các loại phân bón: đạm (N), lân ($P_2O_5$), kali ($K_2O$) và phân tổng hợp NPK |
Cấp 3 |
|
Sản xuất thuốc bảo vệ thực vật |
Cấp 3 |
|
Sản xuất vôi nông nghiệp |
Cấp 3 |
| Sản xuất lúa gạo |
Phát thải $CH_4$ từ đất ngập nước trong canh tác lúa |
Cấp 1 |
|
Phát thải $CO_2$ từ sử dụng phân urê và phân NPK bón ruộng |
Cấp 1 |
|
Phát thải $N_2O$ trực tiếp và gián tiếp từ đất nông nghiệp |
Cấp 1 |
|
Phát thải $CO_2$ do bón vôi cải tạo đất |
Cấp 1 |
|
Sử dụng dầu diesel vận hành máy móc nông nghiệp trên đồng ruộng |
Cấp 1 |
| Sau sản xuất lúa gạo |
Vận chuyển thóc từ đồng ruộng về nhà bằng xe lôi gắn xe máy |
Cấp 1 |
|
Phát thải KNK ($CH_4, N_2O$) từ đốt rơm rạ sau thu hoạch |
Cấp 1 |
Giới hạn loại trừ: Luận án loại trừ phát thải từ sản xuất hạt giống, chế tạo và khấu hao bảo dưỡng máy móc lớn, và vận chuyển nguyên liệu từ nhà máy tới ruộng do hạn chế số liệu và tỷ trọng phát thải không đáng kể.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Thuật ngữ "dấu vết các-bon" (Carbon Footprint - CF) xuất phát từ khái niệm "dấu vết sinh thái" của Wackernagel và Rees (1996). Về sau, Wiedmann và Minx (2008) chuẩn hóa khái niệm này thành thước đo tổng lượng phát thải khí $CO_2$ và các KNK khác quy đổi về $CO_2$ tương đương ($CO_2tđ$) thông qua tiềm năng ấm lên toàn cầu (GWP). Theo ISO 14040, dấu vết các-bon là tập hợp con của Đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA). Các nghiên cứu quốc tế đã mở rộng tính toán dấu vết các-bon cho chuỗi sản phẩm: Suh (2006) định lượng dấu vết các-bon các sản phẩm tại Mỹ; Hoefnagels và cộng sự (2010) đánh giá chuỗi năng lượng sinh học; Gemechu và cộng sự (2013) nghiên cứu ngành giấy; Edgar và Peters (2009), UNDP (2007) so sánh dấu vết các-bon bình quân đầu người; Colomb và cộng sự (2012), Denef và cộng sự (2012) tổng hợp các công cụ kiểm kê nông nghiệp.
Về tiêu chuẩn và hướng dẫn tính toán dấu vết các-bon sản phẩm (Product Carbon Footprint - PCF), ba khuôn khổ quốc tế được thừa nhận rộng rãi gồm: Tiêu chuẩn KNK (GHG Protocol) của WRI/WBCSD (2011, 2013), PAS 2050 của Viện Tiêu chuẩn Anh (BSI, 2008, 2011; PAS 2050-1:2012 cho sản phẩm làm vườn) và ISO 14067:2013 của Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế.
| Tiêu chuẩn / Hướng dẫn |
Mục tiêu và tính bắt buộc công bố |
Quy trình thực hiện |
Đánh giá độ không chắc chắn |
Hướng dẫn chuyên biệt cho nông nghiệp |
| Tiêu chuẩn KNK (WRI/WBCSD) |
Định lượng và báo cáo công khai kiểm kê KNK vòng đời |
12 bước, mở rộng toàn diện chuỗi giá trị |
Có yêu cầu |
Có Tiêu chuẩn KNK Nông nghiệp (2013) cho doanh nghiệp (Cấp 1 & 2) |
| ISO 14067:2013 |
Quy định lượng hóa và truyền thông dấu vết các-bon sản phẩm |
4 bước chuẩn theo ISO 14040/14044 |
Không bắt buộc |
Chưa có tiêu chuẩn riêng cho nông nghiệp |
| PAS 2050 (BSI) |
Đánh giá phát thải KNK vòng đời hàng hóa và dịch vụ |
Dừng ở bước 3 của LCA, không có giải thích vòng đời |
Có yêu cầu |
Có PAS 2050-1:2012 cho sản phẩm làm vườn (từ nôi đến cổng trại) |
Đối với canh tác lúa, các nghiên cứu quốc tế chỉ ra ba KNK chính phát sinh gồm $CO_2$, $CH_4$, và $N_2O$ (Opio và Mottet, 2015; Nemecek và Kagi, 2007). Tại Việt Nam, Nguyễn Việt Anh (2010) đã thực hiện quan trắc thực nghiệm phát thải $CH_4$ trên đất phù sa trung tính đồng bằng sông Hồng giai đoạn 2003-2006, chỉ rõ phát thải $CH_4$ đạt đỉnh ở giai đoạn đứng cái - làm đòng khi bộ rễ phát triển tối đa.
Khoảng trống nghiên cứu được luận án giải quyết:
- Đa số nghiên cứu trong nước và quốc tế trước đây chỉ tính toán phát thải trực tiếp trên đồng ruộng (Cấp 1) hoặc tiêu thụ điện (Cấp 2), thường bỏ qua hoặc ước tính sơ sài phát thải gián tiếp Cấp 3 từ khâu sản xuất phân bón hóa học, vôi, thuốc bảo vệ thực vật và khâu vận chuyển sau thu hoạch.
- Chưa có nghiên cứu tích hợp phương pháp LCA của ISO với Hướng dẫn kiểm kê KNK IPCC 2006 (GL 2006) để xây dựng hệ số phát thải theo ngày ($EF_{day}$) dựa trên đo đạc thực nghiệm tại chỗ cho các phương thức canh tác khác nhau ở đồng bằng sông Hồng.
- Hầu hết các nghiên cứu về dấu vết các-bon nông nghiệp tại Việt Nam chưa thực hiện đánh giá định lượng độ không chắc chắn (Uncertainty Analysis) theo hướng dẫn chuẩn của IPCC.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng các khung lý thuyết và hướng dẫn phương pháp chuẩn quốc tế:
- Khung Đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA): Tuân thủ các nguyên tắc của ISO 14040:2006, ISO 14044:2006 và tiêu chuẩn dấu vết các-bon ISO 14067:2013, tiếp cận ranh giới từ "nôi đến cổng nhà hộ nông dân" (Cradle-to-farm-household gate).
- Hướng dẫn kiểm kê KNK quốc gia của IPCC năm 2006 (GL 2006): Sử dụng phương pháp Bậc 1 (Tier 1) và Bậc 2 (Tier 2) thuộc lĩnh vực Nông nghiệp, Lâm nghiệp và Sử dụng đất khác (AFOLU) và Năng lượng để xác định công thức tính phát thải $CH_4, N_2O, CO_2$.
- Tiềm năng ấm lên toàn cầu (GWP): Chuyển đổi các KNK về $CO_2tđ$ theo khung thời gian 100 năm của IPCC.
- Khung hướng dẫn kiểm kê nông nghiệp của WRI/WBCSD (2013) và phương pháp luận của FAO (2015).
Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:
- Phương pháp thu thập và điều tra số liệu:
- Điều tra bảng hỏi trực tiếp tại các hộ nông dân thuộc Hợp tác xã Dịch vụ Nông nghiệp Phú Lương, huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình nhằm thu thập số liệu hoạt động (diện tích gieo trồng, lượng phân bón vô cơ N-P-K, vôi, thuốc bảo vệ thực vật, lượng dầu diesel máy cày/máy gặt, lượng điện bơm nước/tuốt xát, tỷ lệ đốt và vùi rơm rạ, cự ly vận chuyển thóc).
- Phỏng vấn chuyên gia từ Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Viện Môi trường Nông nghiệp, Viện Năng lượng, Viện Hóa học công nghiệp và cán bộ quản lý nông nghiệp địa phương.
- Kế thừa dữ liệu đo đạc thực nghiệm:
- Kế thừa chuỗi số liệu đo đạc thực nghiệm phát thải $CH_4$ và $N_2O$ bằng phương pháp buồng kín (closed chamber) thực hiện bởi Viện Môi trường Nông nghiệp trong năm 2016 tại xã Phú Lương theo các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa vụ xuân và vụ mùa.
- Phương pháp xử lý số liệu và mô hình hóa phát thải:
- Tính toán hệ số phát thải $CH_4$ theo ngày cho từng giai đoạn sinh trưởng và cả vụ mùa/vụ xuân.
- Tính toán phát thải gián tiếp từ sản xuất vật tư nông nghiệp (phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, vôi) dựa trên định mức tiêu hao và hệ số phát thải sản xuất từ cơ sở dữ liệu quốc tế (FAO, Ecoinvent) và GL 2006.
- Tính toán phát thải tiêu thụ điện năng dựa trên hệ số phát thải lưới điện Việt Nam công bố năm 2019 (áp dụng cho năm cơ sở 2017).
- Phương pháp đánh giá độ không chắc chắn:
- Áp dụng phương pháp Bậc 1 theo Hướng dẫn thực hành tốt và quản lý độ không chắc chắn của IPCC (GPG 2000, GL 2006) bằng kỹ thuật lan truyền sai số (Error Propagation) để xác định khoảng tin cậy của số liệu hoạt động, hệ số phát thải và kết quả tính toán cuối cùng.
- Phương pháp xây dựng kịch bản và phân tích chi phí - hiệu quả:
- Xây dựng kịch bản phát triển thông thường (BAU) đến năm 2025 và 4 phương án giảm nhẹ (M1, M2, M3, M4).
- Đánh giá tiềm năng giảm phát thải ($tCO_2tđ$), chi phí giảm nhẹ biên (marginal abatement cost) và lập ma trận chấm điểm đa tiêu chí để chọn phương án ưu tiên.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu về dấu vết các-bon của sản phẩm lúa gạo và khu vực nghiên cứu
Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về dấu vết các-bon sản phẩm, phân tích lịch sử hình thành phương pháp LCA từ các nghiên cứu REPA (Phân tích hồ sơ tài nguyên và môi trường) thập niên 1970 đến các bộ tiêu chuẩn ISO 14000. Tác giả tổng quan chi tiết 3 tiêu chuẩn PCF chính (ISO 14067, PAS 2050, Tiêu chuẩn KNK của WRI/WBCSD) và các công cụ tính toán nông nghiệp chuyên biệt như COMET-Farm, DNDC, Hướng dẫn FAO 2015.
Chương này phân tích toàn diện các nguồn phát thải KNK trong 3 khâu của vòng đời lúa gạo:
- Khâu trước sản xuất: Phát thải gián tiếp do sản xuất điện, phân đạm, lân, kali, phân NPK tổng hợp, vôi và thuốc bảo vệ thực vật.
- Khâu sản xuất trên đồng ruộng: Cơ chế phát sinh $CH_4$ do phân hủy yếm khí chất hữu cơ trong đất ngập nước qua hệ thống mao quản của thân cây lúa; phát thải $N_2O$ từ quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa khi bón phân đạm; phát thải $CO_2$ từ quá trình thủy phân phân urê ($CO(NH_2)_2$) và hòa tan vôi ($CaCO_3, CaMg(CO_3)_2$); phát thải do đốt dầu diesel vận hành máy làm đất và máy gặt đập.
- Khâu sau sản xuất: Vận chuyển thóc bằng xe máy kéo lôi và phát thải KNK do đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng.
So sánh đặc thù canh tác lúa tại đồng bằng sông Hồng với thế giới cho thấy: Việt Nam sử dụng hệ thống thủy nông tưới tự chảy hoặc trạm bơm tập trung, không phát sinh phát thải từ bơm hút nước ngầm quy mô nông hộ như tại Ai Cập hay Nam Á; lượng phân bón vô cơ sử dụng ở mức cao (140-150 kg/ha cây trồng); tập quán xử lý rơm rạ đang có sự chuyển dịch giữa vùi ruộng trong vụ xuân và đốt ngoài đồng trong vụ mùa. Luận án giới thiệu chi tiết điều kiện tự nhiên, hệ thống thủy lợi, cơ cấu mùa vụ (vụ xuân, vụ mùa) và các phương thức canh tác (truyền thống, thâm canh lúa cải tiến SRI, cấy hàng rộng - hàng hẹp) tại xã Phú Lương, huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình.
Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 2 thiết lập quy trình tính toán dấu vết các-bon cho sản phẩm lúa gạo gồm 4 giai đoạn chính:
- Xác định mục tiêu và phạm vi ranh giới hệ thống: Đơn vị chức năng (Functional Unit) được xác định là $1\text{ kg}$ thóc khô sạch (độ ẩm 14%) tại cổng hộ nông dân.
- Kiểm kê vòng đời (LCI): Thu thập số liệu hoạt động thông qua mẫu phiếu điều tra hộ nông dân tại HTX Phú Lương và thu thập các hệ số phát thải tương ứng.
- Đánh giá tác động vòng đời (LCIA): Thiết lập hệ thống công thức tính toán lượng phát thải theo từng quá trình cụ thể:
| Hoạt động |
KNK |
Nguồn công thức / Hệ số phát thải chính |
| Sản xuất điện |
$CO_2, CH_4, N_2O$ |
$E_{dien} = EC \times EF_{grid}$; Hệ số lưới điện Việt Nam 2017 theo Quyết định 330/BĐKH-GNPT ($0,8649\text{ kg }CO_2/kWh$) |
| Sản xuất phân bón |
$CO_2, CH_4, N_2O$ |
$E_{pb} = \sum (M_i \times EF_{prod,i})$; Hệ số phát thải sản xuất phân N, P, K, NPK theo FAO (2015), IPCC |
| Sản xuất vôi & BVTV |
$CO_2, CH_4, N_2O$ |
$E_{voi} = M_{voi} \times EF_{prod,voi}$; $E_{BVTV} = M_{a.i} \times EF_{prod,BVTV}$ |
| Canh tác lúa ngập nước |
$CH_4$ |
$E_{CH4} = EF_{day} \times t \times A \times 10^{-3}$; $EF_{day}$ xác định từ thực nghiệm buồng kín đo đạc tại Phú Lương |
| Bón phân urê & NPK |
$CO_2$ |
$E_{ure} = M_{ure} \times EF_{ure} \times 44/12$; theo hướng dẫn IPCC GL 2006 ($EF_{ure} = 0,20\text{ tấn C/tấn urê}$) |
| Đất nông nghiệp |
$N_2O$ |
$E_{N2O} = (F_{SN} + F_{ON} + F_{CR}) \times EF_1 \times 44/28$; Hệ số $EF_1$ từ thực nghiệm và mặc định GL 2006 |
| Bón vôi cho đất |
$CO_2$ |
$E_{voi,dat} = M_{voi} \times EF_{dat} \times 44/12$; theo IPCC GL 2006 ($0,12\text{ tấn C/tấn vôi}$) |
| Nhiên liệu máy móc |
$CO_2, CH_4, N_2O$ |
$E_{diesel} = Fuel \times EF_{diesel}$; theo IPCC GL 2006 cho máy nông nghiệp |
| Vận chuyển thóc |
$CO_2, CH_4, N_2O$ |
$E_{trans} = Dist \times M_{thoc} \times EF_{trans}$; dựa trên hệ số xe máy gắn lôi |
| Đốt rơm rạ |
$CH_4, N_2O$ |
$E_{burn} = A \times Y \times r \times d \times cf \times G_{eff} \times EF$; theo công thức GL 2006 |
- Phương pháp đánh giá độ không chắc chắn: Áp dụng công thức lan truyền sai số cho phép cộng và phép nhân theo IPCC GL 2006:
- Sai số phép nhân: $U_{total} = \sqrt{U_1^2 + U_2^2 + \dots + U_n^2}$
- Sai số phép cộng: $U_{total} = \frac{\sqrt{(U_1 \times X_1)^2 + (U_2 \times X_2)^2 + \dots + (U_n \times X_n)^2}}{|X_1 + X_2 + \dots + X_n|}$
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Chương 3 trình bày chi tiết kết quả tính toán định lượng phát thải và dấu vết các-bon tại địa bàn nghiên cứu:
- Lượng hóa phát thải theo các công đoạn: Phát thải $CH_4$ từ quá trình canh tác lúa trên ruộng ngập nước chiếm ưu thế tuyệt đối trong cơ cấu phát thải của toàn bộ vòng đời sản phẩm. Tiếp theo là phát thải do sản xuất điện phục vụ trạm bơm tưới tiêu và tuốt lúa, phát thải gián tiếp từ sản xuất phân bón hóa học (đặc biệt là phân đạm), phát thải từ việc đốt dầu diesel của máy cày, máy gặt và phát thải từ việc đốt rơm rạ sau thu hoạch trong vụ mùa.
- So sánh dấu vết các-bon giữa các phương thức canh tác và mùa vụ:
| Phương thức canh tác |
Dấu vết các-bon vụ xuân ($kg CO_2tđ/kg$ thóc) |
Dấu vết các-bon vụ mùa ($kg CO_2tđ/kg$ thóc) |
| Canh tác truyền thống (TT) |
Cao nhất trong các phương thức (do ngập nước liên tục) |
Cao hơn vụ xuân (nhiệt độ cao làm tăng cường độ sinh $CH_4$) |
| Thâm canh lúa cải tiến (SRI) |
Giảm rõ rệt so với TT nhờ rút nước giữa vụ |
Giảm phát thải $CH_4$ đáng kể nhờ quản lý nước ướt khô xen kẽ |
| Hàng rộng - hàng hẹp (HRHH) |
Thấp hơn phương thức TT; tăng năng suất lúa |
Thấp hơn phương thức TT; hiệu quả sử dụng vật tư cao |
- Đánh giá độ không chắc chắn: Số liệu hoạt động thu thập qua điều tra có độ không chắc chắn dao động từ $\pm 5%$ đến $\pm 20%$; các hệ số phát thải đo đạc thực nghiệm ($CH_4, N_2O$) có độ không chắc chắn từ $\pm 15%$ đến $\pm 30%$; các hệ số mặc định của IPCC có độ không chắc chắn cao hơn ($\pm 50%$). Độ không chắc chắn tổng hợp của kết quả dấu vết các-bon sản phẩm lúa gạo tại Phú Lương nằm trong khoảng $\pm 18,2%$ đến $\pm 24,6%$.
- Xây dựng và đánh giá kịch bản giảm nhẹ giai đoạn 2020-2025:
- Kịch bản BAU: Dự báo phát thải giữ nguyên xu hướng canh tác hiện hành với mức tăng nhẹ do cơ giới hóa.
- Phương án M1 (Áp dụng kỹ thuật tưới ướt khô xen kẽ / SRI): Giảm mạnh lượng phát thải $CH_4$, tuy nhiên đòi hỏi sự đồng bộ cao của hệ thống thủy nông nội đồng.
- Phương án M2 (Mở rộng phương thức cấy hàng rộng - hàng hẹp HRHH): Giảm lượng giống, giảm phân bón và thuốc BVTV, giảm phát thải $CH_4$, tăng năng suất lúa, đem lại hiệu quả kinh tế cao cho hộ nông dân mà không tốn chi phí đầu tư hạ tầng lớn.
- Phương án M3 (Tối ưu hóa bón phân, giảm lượng phân đạm dư thừa): Giảm phát thải $N_2O$ trực tiếp từ đất và phát thải gián tiếp từ khâu sản xuất phân bón.
- Phương án M4 (Thu gom và xử lý rơm rạ không đốt ngoài đồng): Triệt tiêu phát thải $CH_4, N_2O$ khâu sau thu hoạch, giảm ô nhiễm không khí cục bộ.
- Lựa chọn phương án ưu tiên: Phân tích ma trận đa tiêu chí xác định phương án M2 (Cấy hàng rộng - hàng hẹp) là giải pháp ưu tiên hàng đầu do có tính khả thi kỹ thuật cao, nông dân dễ tiếp nhận, vừa giảm phát thải KNK trên một đơn vị sản phẩm vừa tăng thu nhập thực tế.
Kết quả và những đóng góp mới
Luận án đạt được các đóng góp về mặt lý luận khoa học và thực tiễn ứng dụng:
- Đóng góp về lý luận và phương pháp:
- Xây dựng thành công phương pháp luận hoàn chỉnh để tính toán dấu vết các-bon cho sản phẩm lúa gạo phù hợp với điều kiện canh tác tại đồng bằng sông Hồng. Khung phương pháp luận này tích hợp có hệ thống giữa quy trình LCA theo ISO 14040/14044/14067 và các hướng dẫn kiểm kê KNK chuyên sâu của IPCC GL 2006, FAO (2015) và WRI/WBCSD (2013).
- Khắc phục hạn chế của các nghiên cứu trước đây bằng cách bao hàm đầy đủ phát thải gián tiếp Cấp 3 từ khâu sản xuất vật tư nông nghiệp (điện, phân bón, vôi, thuốc bảo vệ thực vật) và khâu vận chuyển sau thu hoạch vào biên hạch toán sản phẩm.
- Đóng góp về thực nghiệm và tính toán:
- Áp dụng thành công hướng dẫn IPCC GL 2006 ở Bậc 2 (Tier 2) cho các công đoạn quan trọng trong vòng đời lúa gạo thông qua việc xây dựng hệ số phát thải $CH_4$ và $N_2O$ theo ngày sinh trưởng từ số liệu đo đạc thực nghiệm buồng kín tại địa bàn nghiên cứu.
- Ứng dụng quy trình đánh giá định lượng độ không chắc chắn theo IPCC GL 2006 cho từng thông số hoạt động, hệ số phát thải và kết quả cuối cùng, tạo cơ sở để kiểm soát sai số trong các nghiên cứu kiểm kê dấu vết các-bon tiếp theo.
- Đóng góp về thực tiễn và chính sách:
- Cung cấp bộ dữ liệu định lượng về dấu vết các-bon của lúa gạo trên 3 phương thức canh tác phổ biến tại đồng bằng sông Hồng, làm cơ sở khoa học để thiết lập nhãn các-bon cho gạo Việt Nam nhằm ứng phó với các rào cản thương mại quốc tế.
- Đề xuất danh mục và xếp hạng ưu tiên các biện pháp giảm nhẹ KNK có tính khả thi cao (đặc biệt là phương thức cấy hàng rộng - hàng hẹp), phục vụ trực tiếp cho quá trình rà soát, cập nhật NDC của Việt Nam và triển khai Kế hoạch thực hiện Thỏa thuận Paris trong ngành nông nghiệp.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của luận án:
- Do giới hạn về dữ liệu thống kê và khó khăn trong thu thập số liệu chi tiết tại địa phương, một số công đoạn có tỷ trọng phát thải nhỏ chưa được đưa vào phạm vi tính toán, gồm: phát thải từ quá trình sản xuất hạt giống lúa; phát thải chế tạo, bảo trì và khấu hao máy móc nông nghiệp lớn; phát thải từ khâu vận chuyển phân bón, thuốc bảo vệ thực vật từ nhà máy phân phối đến đồng ruộng.
- Nghiên cứu thực nghiệm mới thực hiện thí điểm trên phạm vi một xã (xã Phú Lương, tỉnh Thái Bình) đại diện cho vùng đất phù sa đồng bằng sông Hồng, chưa thực hiện mở rộng đồng thời trên các loại đất và tiểu vùng sinh thái nông nghiệp khác nhau.
Hướng nghiên cứu tiếp:
- Bổ sung điều tra, lượng hóa các nguồn phát thải nhỏ còn tồn tại (hạt giống, khấu hao cơ giới) để hoàn thiện phân tích vòng đời sản phẩm từ "nôi đến mộ" (Cradle-to-grave) hoặc toàn bộ chuỗi chế biến thương mại xuất khẩu.
- Điều chỉnh và nhân rộng khung phương pháp luận để tính toán dấu vết các-bon cho lúa gạo tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long và các vùng chuyên canh lúa khác trên cả nước.
- Xây dựng hệ số phát thải đặc thù quốc gia cho quá trình sản xuất các loại phân bón và hóa chất nông nghiệp tại Việt Nam thay vì kế thừa hệ số quốc tế.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho nhiều nhóm đối tượng:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên: Thuộc các chuyên ngành Biến đổi khí hậu, Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên, Khoa học Cây trồng và Kinh tế Nông nghiệp. Luận án cung cấp khung phương pháp luận mẫu mực về sự kết hợp giữa LCA và IPCC GL 2006, các công thức định lượng chi tiết và quy trình đánh giá độ không chắc chắn.
- Các nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý nhà nước: Cục Biến đổi khí hậu (Bộ Tài nguyên và Môi trường), Vụ Khoa học Công nghệ và Môi trường (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn), các Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật. Kết quả tính toán là căn cứ khoa học phục vụ việc kiểm kê KNK ngành AFOLU, xây dựng chính sách hỗ trợ nông nghiệp các-bon thấp và cập nhật mục tiêu NDC.
- Các doanh nghiệp sản xuất, chế biến và xuất khẩu gạo: Tham khảo quy trình kiểm toán dấu vết các-bon, xác định các điểm nóng phát thải trong chuỗi cung ứng nguyên liệu để cải tiến quy trình và xây dựng hồ sơ chứng nhận nhãn sinh thái / nhãn các-bon khi xuất khẩu vào các thị trường phát triển.
Câu hỏi thường gặp
1. Ranh giới hệ thống và đơn vị chức năng trong tính toán dấu vết các-bon của luận án được xác định như thế nào?
Ranh giới hệ thống được xác định theo mô hình từ "nôi đến cổng nhà hộ nông dân" (Cradle-to-farm-household gate), bao gồm ba giai đoạn: trước sản xuất (sản xuất điện, phân bón, vôi, thuốc bảo vệ thực vật), sản xuất trên đồng ruộng (canh tác đất ngập nước, bón phân, vôi, vận hành máy móc) và sau sản xuất (vận chuyển thóc về nhà, đốt rơm rạ). Đơn vị chức năng được xác định là $1\text{ kg}$ thóc khô sạch (độ ẩm tiêu chuẩn 14%) tại cổng hộ gia đình sau khi hoàn thành rê sạch và phơi/sấy sơ chế.
2. Ba phương thức canh tác lúa được so sánh trong luận án gồm những phương thức nào và phương thức nào cho dấu vết các-bon tối ưu nhất?
Ba phương thức canh tác được so sánh gồm: Canh tác truyền thống (TT - ngập nước thường xuyên), Thâm canh lúa cải tiến (SRI - điều tiết nước ướt khô xen kẽ) và Canh tác hàng rộng - hàng hẹp (HRHH). Kết quả đánh giá cho thấy phương thức HRHH mang lại hiệu quả giảm phát thải KNK cao kết hợp tăng năng suất và giảm chi phí đầu vào phân bón, thuốc BVTV, được luận án lựa chọn là phương án giảm nhẹ ưu tiên áp dụng.
3. Vì sao tác giả lựa chọn năm 2017 làm năm cơ sở tính toán cho luận án?
Năm 2017 được chọn làm năm cơ sở vì đây là năm có hệ số phát thải lưới điện quốc gia chính thức được Cục Biến đổi khí hậu công bố theo Quyết định số 330/BĐKH-GNPT ($0,8649\text{ kg }CO_2/kWh$), đồng thời cho phép liên kết đồng bộ với bộ số liệu đo đạc thực nghiệm khí nhà kính ($CH_4, N_2O$) năm 2016 do Viện Môi trường Nông nghiệp thực hiện tại cùng địa bàn xã Phú Lương.
4. Khí nhà kính nào chiếm tỷ trọng lớn nhất trong toàn bộ chuỗi vòng đời sản phẩm lúa gạo tại địa bàn nghiên cứu?
Khí mê-tan ($CH_4$) phát sinh từ đất lúa ngập nước trong quá trình sinh trưởng của cây lúa chiếm tỷ trọng lớn nhất trong toàn bộ dấu vết các-bon của sản phẩm lúa gạo, đạt cường độ phát thải cao nhất vào giai đoạn đứng cái - làm đòng. Các nguồn phát thải lớn tiếp theo là sản xuất điện phục vụ bơm tưới/tuốt xát và sản xuất phân bón hóa học đầu vào.
5. Luận án đã sử dụng phương pháp nào để đánh giá độ tin cậy của kết quả tính toán dấu vết các-bon?
Luận án áp dụng phương pháp Bậc 1 (Tier 1) về lan truyền sai số (Error Propagation) theo Hướng dẫn kiểm kê KNK quốc gia của IPCC năm 2006 (GL 2006) và Hướng dẫn thực hành tốt GPG 2000 để tính toán độ không chắc chắn cho từng biến số hoạt động điều tra, từng hệ số phát thải và độ không chắc chắn tổng hợp của dấu vết các-bon toàn bộ vòng đời sản phẩm.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của tác giả Đào Minh Trang đã xây dựng thành công khung phương pháp luận hoàn chỉnh và áp dụng tính toán thực tế dấu vết các-bon cho sản phẩm lúa gạo tại vùng đồng bằng sông Hồng trên cơ sở kết hợp Đánh giá vòng đời sản phẩm (ISO LCA) và Hướng dẫn kiểm kê KNK của IPCC 2006. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra cơ cấu phát thải chi tiết qua các giai đoạn, khẳng định phát thải khí $CH_4$ từ đồng ruộng và năng lượng vận hành là các nguồn phát thải chủ yếu. Nghiên cứu đề xuất phương thức canh tác hàng rộng - hàng hẹp là giải pháp giảm nhẹ KNK ưu tiên, cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn phục vụ việc thực hiện cam kết NDC của Việt Nam và xây dựng thương hiệu lúa gạo các-bon thấp trên thị trường quốc tế.
