BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI *** NGUYỄN ðỨC HÙNG TÌNH HÌNH PHÁT THẢI KHÍ METAN DO HOẠT ðỘNG CANH TÁC LÚA NƯỚC Ở KHU VỰC ðỒNG BẰNG SÔNG HỒNG LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành : Khoa học ðất Mã số : 60.62.15 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN HỮU THÀNH HÀ NỘI – 2011 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. i LỜI CAM ðOAN Tôi cam ñoan ñây là cổng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Nguyễn ðức Hùng Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn này, tôi ñã nhận ñược sự hướng dẫn nhiệt tình, chu ñáo của thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Hữu Thành. Bên cạnh ñó là sự giúp ñỡ quý báu của toàn thể các thầy cô giáo và cán bộ làm việc tại bộ môn Khoa học ñất, phòng thí nghiệm phòng Thí nghiệm trung tâm, khoa Tài nguyên và Môi trường, trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, cùng với sự tương trợ thân ái của bạn bè, gia ñình và người thân. Với long biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những sự giúp ñỡ quý báu ñó. Tác giả luận văn Nguyễn ðức Hùng Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các chữ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vii MỞ ðẦU 1 1.1 Tính cấp thiết của ñề tài 1 1.2 Mục ñích và yêu cầu 2 2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 3 2.1 Phát thải khí nhà kính 3 2.2 Quá trình hình thành khí metan CH 4 8 2.3 Những yếu tố ảnh hưởng tới phát thải khí metan CH 4 17 2.4 Các giải pháp giảm thiểu 30 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 3.1 ðối tượng nghiên cứu 34 3.2 Phạm vi nghiên cứu 34 3.3 Nội dung nghiên cứu 34 3.4 Phương pháp nghiên cứu 34 3.4.1 Phương pháp thu thập số liệu. 34 3.4.2 Thời gian tiến hành lấy mẫu 35 3.4.3 Phương pháp lấy mẫu 35 3.4.4 ðịa ñiểm lấy mẫu 35 3.4.5 Phương pháp phân tích 36 3.4.6 Phương pháp tính ñộ phát thải khí CH 4 36 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. iv 3.4.7 Phương pháp xử lý số liệu 37 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 38 4.1 Khái quát một số ñặc ñiểm khí hậu của vùng nghiên cứu 38 4.2 Hiện trạng ñất lúa nước của vùng nghiên cứu. 41 4.3 Tình hình sử dụng phân bón và xử lý rơm rạ sau thu hoạch. 42 4.4 Một số tính chất lý, hoá học của các ñất tại 5 tỉnh nghiên cứu 44 4.5 Xác ñịnh lượng khí CH 4 phát thải trên ñất lúa 49 4.5.1 Lượng khí CH 4 phát thải từ ñất lúa (thời kỳ ñẻ nhánh rộ) tại các tỉnh nghiên cứu trong vụ mùa 49 4.5.2 ðộng thái phát thải khí CH 4 trong vụ xuân và vụ mùa 50 4.6 Mối quan hệ giữa một số tính chất của ñất với tốc ñộ phát thải CH 4 từ ñất lúa (thời kỳ ñẻ nhánh rộ) 59 5 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 61 5.1 Kết luận 61 5.2 ðề nghị 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC 1 70 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT IPCC BðKH KNK FAO KTNN CðPT CLT&CTP ðHNN HD HUA HN Cơ quan Liên chính phủ về Biến ñổi Khí hậu Biến ñổi khí hậu Khí nhà kính Tổ chức Nông lương Thế giới Khí tượng nông nghiệp Cường ñộ phát thải Cây lương thực và cây thực phẩm ðại học Nông nghiệp Hải Dương ðại học Nông nghiệp Hà Nội Hà Nội Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. vi DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.1 Lượng khí metan phát thải do trồng lúa nước ở một số nước 5 2.2 Ước tính lượng thải khí metan từ các nguồn khác nhau 6 4.1 Giá trị một số yếu tố khí hậu vùng ñồng bằng sông Hồng năm 2010. 40 4.2 Diện tích ñất trồng lúa vùng nghiên cứu giai ñoạn 2005-2010. 41 4.3 Lượng NPK trung bình bón cho lúa ở vùng nghiên cứu 42 4.4 Một số tính chất lý, hóa học ñất lúa vùng nghiên cứu 47 4.5 Tốc ñộ phát thải khí CH4 từ ñất lúa thời kỳ ñẻ nhánh rộ tại các tỉnh trong vụ mùa 2010. 49 4.6 Một số ñặc ñiểm của mẫu ñất trước nghiên cứu. 51 4.7 Liều lượng phân bón cho ñất thí nghiệm. 52 4.8 Cường ñộ khí CH4 phát thải trên ruộng lúa vụ xuân và vụ mùa. 53 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. vii DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 2.1 Sơ ñồ vận chuyển khí CH 4 trên ruộng lúa theo 3 con ñường 8 2.2 Quá trình phân huỷ chất hữu cơ và chuyển hóa năng lượng ở ñiều kiện yếm khí 11 2.3 Giảm ñồ ổn ñịnh của các hệ oxy hóa-khử phụ thuộc vào Eh và pH 16 2.4 Biểu ñồ ñộng thái phát thải CH 4 với nhiệt ñộ, Eh, pH của ñất ngập nước liên tục và không liên tục 25 2.5 Lượng khí CH 4 phát thải phụ thuộc vào thế oxy hoá khử của ñất khi sinh trưởng của lúa 27 2.6 ðộng thái Eh của ñất trồng lúa và ñất không trồng lúa 28 4.1 Một số hình ảnh ñốt rơm rạ sau khi thu hoạch 43 4.2 ðộng thái phát thải khí CH 4 trong vụ mùa 2010. 56 4.3 ðộng thái phát thải khí CH 4 trong vụ Xuân 2011. 58 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. 1 MỞ ðẦU 1.1. Tính cấp thiết của ñề tài Bên cạnh CO 2 , khí metan cũng ñóng góp một vai trò lớn của việc nóng lên toàn cầu. Mặc dù hàm lượng phát thải khí metan toàn cầu thấp hơn phát thải khí CO 2 nhiều nhưng metan là một khí gây hiệu ứng nhà kính lớn hơn; một tấn khí metan gây hiệu ứng nhà kính lớn hơn một tấn CO 2 ñến 23 lần. Giống như CO 2 khoảng 60% lượng phát thải khí metan toàn cầu có từ các nguồn do con người gây ra và hàm lượng metan trong khí quyển ñã tăng lên khoảng 150% từ năm 1750 (Ủy ban Liên chính phủ về thay ñổi khí hậu - Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC, 1996). Hiện nay, người ta tập trung chú ý vào hai nguồn khí metan mà chúng ta thường không nghĩ ñến là những nhân tố gây ô nhiễm tự nhiên, ñó là khu vực ñầm lầy và các ruộng lúa nước. Tách các nhân tố góp phần gây biến ñổi khí hậu rất phức tạp bởi vai trò gây ô nhiễm của các chất này không ổn ñịnh ở các ñiều kiện khác nhau. Ví dụ cây hấp thụ khí CO 2 nhưng khi chúng chết và mục ñi, chúng thải khí CO 2 trở lại vào không khí. Các ñầm lầy và ruộng lúa cũng có vai trò kép như vậy về cả khí CO 2 và metan. Chúng vừa là nguồn phát thải khí gây ấm nóng toàn cầu và ñồng thời là bể chứa. Sử dụng các số liệu vệ tinh, các nhà khoa học khẳng ñịnh rằng các ñầm lầy góp 53 – 58% phát thải khí CH 4 toàn cầu và các ruộng lúa góp hơn một phần ba số ñó (IPCC, 1996). Ở Việt Nam tuy có một số tác giả nghiên cứu bước ñầu về khí gây hiệu ứng nhà kính ở khu vực nông nghiệp nhưng chưa chú ý tới sự phát thải CH 4 trên các ñất canh tác lúa nước khác nhau. Do ñó, việc nghiên cứu về tình hình phát thải CH 4 trên các loại ñất lúa nước khác nhau trong ñiều kiện của Việt Nam có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, ñây cũng là lý do chúng tôi tiến Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. 2 hành ñề tài nghiên cứu: “Tình hình phát thải khí metan do hoạt ñộng canh tác lúa nước ở khu vực ñồng bằng sông Hồng”. 1.2. Mục ñích và yêu cầu 1.2.1. Mục ñích Nghiên cứu tình hình phát thải khí metan trên ñất của các kiểu sử dụng ñất lúa khác nhau (2 lúa, 2 lúa – 1 màu) ở khu vực ñồng bằng sông Hồng. 1.2.2. Yêu cầu Lấy ñược mẫu khí CH 4 trên các loại ñất lúa khác nhau. [...]... là nư c s n xu t lúa g o quan tr ng trên th gi i ð t lúa t i n ð ñư c phân lo i là canh tác lúa nh nư c tư i, nh mưa, ng p sâu và canh tác vùng cao Canh tác lúa ng p sâu nghĩa là các ru ng lúa ng p 50 – 100 cm H u h t các ru ng lúa nư c là ñư c tư i nh nư c mưa, ng p sâu và ch có kho ng 15% ñ t lúa là canh tác vùng cao thì h th y r ng vùng ñ t này không ñư c coi là ngu n phát th i khí metan vì ñây không... ñư ng hình thành khí CH4 trên ru ng lúa Khí CH4 phát th i t ru ng lúa vào khí quy n theo ba con ñư ng chính là: t b t khí CH4 dư i ñ t, khu ch tán và phát th i t cây lúa thông qua khí kh ng c a cây (Schut et al., 1989; Delwiche and Cicerone, 1993) [54] Nhưng hi n tư ng khu ch tán ch ñóng góp kho ng 1% t ng lư ng khí CH4, trong khi khí CH4 ñi vào khí quy n d ng b t khí chi m t i 10% t ng Trư ng ð i h... ñ hi n nay thì n ng ñ metan trong khí quy n s n ñ nh (IPCC, 1996) M c gi m này là khá nh so v i nh ng khí gây hi u ng nhà kính khác là CO2 và N2O Trư ng ð i h c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 4 B ng 2.1: Lư ng khí metan phát th i do tr ng lúa nư c m t s nư c T ng Lư ng CH4 phát Lư ng CH4 phát lư ng th i do tr ng lúa th i do tr ng lúa CH4 phát so v i t ng lư ng... ñ t lúa ng p nư c m i là ngu n phát th i metan chính Chính vì v y tư i nư c là m t y u t quan tr ng nh t quy t ñ nh phát th i khí metan [21] [35] [45] [66] ði u ki n thi u oxy và ng p nư c t o ñi u ki n thu n l i cho phát th i khí metan trên m i di n tích c a h sinh thái lúa khác nhau Cao nh t là lo i hình tr ng lúa ng p sâu> lúa ñư c tư i >lúa nh nư c tr i [45] B i v y, ch ñ tư i thích h p cho lúa. .. thì ngư i ta cho r ng canh tác lúa nư c là ngu n phát th i khí CH4 quan tr ng nh t ði u nghi ng này d a trên th c t là di n tích ñ t canh tác ñư c m r ng t 84 lên 145 tri u ha (FAO, 1954 – 1988) [15] t năm 1936 ñ n năm 1986, vì v y, r t có th lư ng phát th i khí CH4 t l v i di n tích ñ t lúa tăng lên Nh ng phân tích ñ nh lư ng ñ u tiên các ngu n phát th i khí CH4 vào khí quy n do Ehhalt và Schmidt (1978)... th c sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 7 lư ng phát th i t ñ t lúa, ph n ch y u phát tán là thông qua thân cây lúa chi m 90% t ng lư ng phát th i c a ñ t lúa ng p nư c Hình 2.1: Sơ ñ v n chuy n khí CH4 trên ru ng lúa theo 3 con ñư ng Theo Schutz và c ng s , 1989 [54] 2.2 Quá trình hình thành khí metan CH4 2.2.1 S phân gi i ch t h u cơ và hình thành CH4 Khí CH4 là m t hydrocacbon có thành ph n là các... trên ru ng lúa th c t Cicerone và Shetter (1981) [9] thu c Vi n Khoa h c California là nh ng ngư i ñ u tiên nghiên c u v phát th i khí CH4 trên ru ng lúa s d ng phương pháp bu ng kín Và h ñã xác ñ nh ñư c ru ng lúa có s phát th i t 0,04 ñ n 0,3 g/m2/ngày H cũng th y r ng CH4 phát th i ch y u qua cây lúa Phát th i qua khu ch tán hay b t bong bóng là không ñáng k 2.1.5 Các con ñư ng hình thành khí CH4... hoá khí CH4 c a ñ t nh ng nơi ñ t cao th y r ng nh ng nơi làm ñ t t i thi u có s phát th i ít nh t [8] [25] [32] [35] b i vì khi canh tác lúa, làm ñ t s làm xáo tr n các vi sinh v t chuyên oxy hoá khí metan và có th làm phát tán t ng ñ t h p thu khí này Trư ng ð i h c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 19 m t s ñ t vùng nhi t ñ i vi c canh tác ít nh hư ng t i lư ng khí. .. qu ki m kê, lư ng phát th i khí nhà kính ngành nông nghi p là 65,1 tri u t n các bon chi m 45,4% t ng lư ng phát th i khí nhà kính toàn qu c Theo các s li u ki m kê năm 1994 thì phát th i l n nh t là CH4 trong ñó tr ng lúa phát th i 1559,7 nghìn t n các bon/năm (chi m 62,4%) Lĩnh v c chăn nuôi phát th i chi m 18,7% Phát th i do di n tích ñ t nông nghi p khác chi m 15,4%, còn l i là do ñ t ph th i ði... tr ng lúa nư c là ngu n phát th i ch y u [3] 2.1.3 Các ngu n phát th i khí CH4 Trong t nhiên, ngư i ta ñã xác ñ nh có r t nhi u ngu n phát th i khí CH4 khác nhau Lư ng phát th i khí CH4 t các ngu n khác nhau không gi ng nhau Ư c tính lư ng phát th i CH4 ñư c th hi n b ng 2.2 Trư ng ð i h c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 5 B ng 2.2: Ư c tính lư ng th i khí metan . NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI *** NGUYỄN ðỨC HÙNG TÌNH HÌNH PHÁT THẢI KHÍ METAN DO HOẠT ðỘNG CANH TÁC LÚA NƯỚC Ở KHU VỰC ðỒNG BẰNG SÔNG HỒNG LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên. tác lúa nước ở khu vực ñồng bằng sông Hồng . 1.2. Mục ñích và yêu cầu 1.2.1. Mục ñích Nghiên cứu tình hình phát thải khí metan trên ñất của các kiểu sử dụng ñất lúa khác nhau (2 lúa, 2 lúa. trồng lúa nước ở một số nước Quốc gia Tổng lượng CH 4 phát thải (triệu tấn) Lượng CH 4 phát thải do trồng lúa so với tổng lượng metan thải (%) Lượng CH 4 phát thải do trồng lúa nước