Định hướng nghiên cứu giảm phát thải khí đinitơ oxit (N2O) đối với các khu vực canh tác lúa nước tại Việt Nam

Hiện nay, biến đổi khí hậu (BĐKH) đang là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất mà thế giới sẽ phải đối mặt trong những năm tiếp theo. Nguyên nhân của vấn đề này là do sự gia tăng nhanh chóng nồng độ khí nhà kính (GHGs) trong khí quyển. Carbonic (CO2), Metan (CH4) và Đinitơ Oxit (N2O) là 3 loại khí nhà kính chính sinh ra trong quá trình sản xuất nông nghiệp, tỉ lệ phát thải của các khí nhà kính này lần lượt là 9% CO2, 45% CH4, 46% các khí chuyển hoá từ Nitơ và canh tác lúa nước là một nguồn chính của các loại khí này.

Trong đó, khí N2O được biết đến như là một loại khí nhà kính mạnh gấp 12 lần khí CH4 và 296 lần khí CO2 và nó đang góp phần phá huỷ mạnh mẽ tầng Ôzôn trong suốt 100 năm qua (IPCC, 2010). Việt Nam là một đất nước có 4,1 triệu ha diện tích đất sản xuất nông nghiệp là canh tác lúa nước (Bộ TNMT, 2011) nên cần thiết phải nghiên cứu các giải pháp về khoa học công nghệ nhằm giảm thiểu phát thải khí N2O trong ngành nông nghiệp, cụ thể hơn là nghiên cứu một phương pháp quản lý nước một cách hợp lý đi kèm với chất dinh dưỡng mặt ruộng tốt để có thể duy trì sản lượng mà vẫn giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính từ ruộng lúa. Bài báo này xin cùng được bàn luận và chia sẻ một số các nội dung cần thực hiện cho hướng nghiên cứu này.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU

Theo báo cáo của Chương trình Phát triển Liên hiệp quốc (UNDP), dân số thế giới hiện nay đang ở mức 7 tỷ người và dự đoán sẽ tăng lên đến 11 tỷ người vào năm 2050. Đảm bảo an ninh lương thực sẽ là một vấn đề trọng tâm của toàn cầu trong những năm tiếp theo. Trước đây, các nhà khoa học và người nông dân thường nói đến vai trò của canh tác lúa nước trong đảm bảo an ninh lương thực cho xã hội nhưng còn ít đề cập đến tác động của nó đối với môi trường. CH4, CO2 và N2O là 3 loại khí chính sinh ra trong sản xuất nông nghiệp, là một trong những nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính dẫn đến BĐKH toàn cầu. Qua phương pháp đánh giá của Uỷ ban Liên Chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC), khí N2O được phát thải từ đất nông nghiệp do: (i) Do chế độ nước trên mặt ruộng; (ii) 1,25% tổng lượng Nito đầu vào được phát thải trực tiếp thành khí Nitơ Oxit (Nitơ đầu vào là các loại phân bón, có sẵn trong đất và tàn dư của thuốc bảo vệ thực vật) và; (iii) 2% tổng lượng Nitơ đầu vào được phát thải trực tiếp từ đất do phân thải ra của động vật ăn cỏ.
Trong ngành nông nghiệp toàn cầu, tỉ lệ phát thải của các khí nhà kính này là 45% CH4, 9% CO2, 46% các khí chuyển hoá từ Nitơ và canh tác lúa nước là một nguồn chính của khí N2O. Tại Trung Quốc, các nhà khoa học đã công bố rằng khí nhà kính sinh ra từ ruộng lúa chiếm 22% tổng phát thải từ đất trồng trọt ở Trung Quốc, và ước tính hàng năm, phát thải N2O trực tiếp do trồng lúa lên chiếm tới 7-11% tổng lượng khí nhà kính phát thải (Xing et al., 2009).

Việt Nam với 4,1 triệu ha diện tích đất sản xuất nông nghiệp là canh tác lúa nước (Bộ TNMT, 2011) và là nước xuất khẩu gạo đứng thứ 2 trên thế giới. Theo tổng kiểm kê khí nhà kính theo quy chuẩn Liên hiệp quốc, công bố năm 2000, thì khí phát thải trong ngành nông nghiệp tại Việt Nam là cao nhất chiếm 43,1% (tương đương 65 triệu tấn CO2) trong tổng lượng khí phát thải; Dự báo lượng phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp đến năm 2030 sẽ tiếp tục tăng lên gần 30% (VAAS, 2012).

Trong đó lúa nước chiếm 57,5% cũng cao nhất trong tổng lượng khí thải trong nông nghiệp. Hiện nay, trong canh tác lúa nước, Việt Nam đang khuyến khích áp dụng phương pháp tưới tiết kiệm nước cho canh tác lúa nước là phương pháp và kỹ thuật tưới Nông – Lộ – Phơi. Các kết quả nghiên cứu cho thấy áp dụng phương pháp tưới này thì vẫn đảm bảo tăng năng suất cây trồng. Theo đó, sau khi làm đất, tháo cạn nước để gieo sạ tiếp tục để khô ruộng từ 5 đến 7 ngày hoặc 10 ngày sẽ tạo điều kiện cho việc mọc mầm. Tiếp đến giai đoạn lúc non- đẻ nhánh, duy trì lớp nước tưới thường xuyên trên ruộng tăng dần theo chiều cao cây lúa từ 3-5 cm; Kết thúc thời kỳ đẻ nhánh để ruộng khô từ 5-7 ngày nhằm hạn chế đẻ nhánh vô hiệu. Các giai đoạn tiếp theo thực hiện tưới Nông - Lộ - Phơi diễn biến lớp nước trên ruộng từ (0-6) cm hoặc (0-8) cm. Khi áp dụng kỹ thuật tưới ẩm ướt (không tạo thành lớp nước mặt ruộng, trừ giai đọan lúa non đẻ nhánh) độ ẩm bão hoà trên ruộng từ 80-90% sẽ giảm được lượng nước tiêu hao trên mặt ruộng lên đến 40% so với kỹ thuật tưới truyền thống.

Thêm nữa, chế độ nước mặt ruộng theo công thức tưới Nông - Lộ - Phơi giảm thiểu lượng CH4 phát thải trung bình toàn vụ mùa 11,25%, tương ứng vụ xuân 8,97% so với công thức tưới nông thường xuyên (Việt Anh, 2005).
Tuy nhiên, theo Viện Lúa Quốc tế (IRRI), mặc dù phương pháp tưới tiết kiệm Nông - Lộ - Phơi sẽ làm giảm lượng phát thải khí mê-tan CH4 (loại khí nhà kính mạnh gấp 25 lần khí CO2), nhưng phương pháp này lại làm tăng phát thải khí N2O (IRRI, 2011), một loại khí nhà kính gây phá huỷ tầng Ôzôn mạnh gấp 296 lần khí CO2 - và vì vậy làm mất đi khoảng 2/3 những gì thu được từ việc loại bỏ bớt khí CO2 (IPCC, 2011). Cụ thể là, do sự hiện diện của lượng Nito dư thừa trong đất trong giai đoạn rút nước phơi ruộng sẽ dẫn đến phát thải khí N2O vào khí quyển (Miami, 1987; Chen, 1987; Trusuta,1997; Xiong, 1998 và Shuhui Huang, 2009).

Do vậy, cần có một giải pháp về khoa học công nghệ giảm thiểu phát thải khí N2O trong ngành nông nghiệp, cụ thể hơn là nghiên cứu một phương pháp quản lý nước một cách hợp lý đi kèm với chất dinh dưỡng mặt ruộng tốt để có thể duy trì sản lượng mà vẫn giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính từ ruộng lúa.

Hướng nghiên cứu này sẽ cùng với các kết quả nghiên cứu trước đó (chủ yếu là về phát thải khí CH4) vẽ nên một bức tranh về tác động của 2 loại khí nhà kính (N2O và CH4) trên mặt ruộng đối với hiệu ứng nhà kính trong điều kiện canh tác lúa nước tại Việt Nam, trên cơ sở đó đưa ra được một phương pháp tưới và chế độ bón phân chứa gốc Nitơ một cách hợp lý trên mặt ruộng mà vẫn hài hoà giữa 2 loại khí trên thông qua một bài toán kinh tế. Thêm nữa, kết quả của nghiên cứu cũng sẽ giúp cho Đề án về “Giảm phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp, nông thôn” theo Quyết định 3119/QĐ-BNN-KHCN của Bộ NN& PTNT với mục tiêu đến năm 2020, Việt Nam giảm 20% lượng phát thải khí nhà kính (Trong đó, ngành trồng trọt giảm được 9,46 triệu tấn CO2, chăn nuôi giảm 6,3 triệu tấn CO2, thủy sản giảm được 3 triệu tấn CO2 và ngành nghề nông thôn giảm được 4,78 triệu tấn CO2) đạt kết quả nhanh hơn vì tương ứng với tỉ lệ 1kg N2O là 296kg CO2.

2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

2.1. Kết quả nghiên cứu ngoài nước

2.2. Kết quả nghiên cứu trong nước

3. ĐỐI TƯỢNG VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1. Đối tượng nghiên cứu

3.2. Định hướng một số nội dung cần nghiên cứu

4. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

4.1. Phương pháp logic vấn đề thông qua các câu hỏi nghiên cứu

4.2. Phân tích, tổng hợp và kế thừa tài liệu

4.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm hiện trường

5. KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Việt Anh . (2005). Một số kết quả nghiên cứu về quản lý nước mặt ruộng nhằm giảm phát thải khí Meetan, tiết kiệm nước và không giảm năng xuất lúa trên đất phù sa trung tính vùng ĐBSH, 2(1999), 1–9.

[2] Ass, R. O. L. S. (2000). Agricultural Contributions to Greenhouse Gas Emissions. Duce, R. (2008). Chất ô nhiễm Nitơ từ phân bón nông nghiệp hoà tan trong nước biển đe dọa bầu khí quyển. Retrieved October 10, 2012, trang: http://www.khoahoc.com.vn/print/20251.aspx.

[3] Ghosh, S., Majumdar, D., & Jain, M. C. (2003). Methane and nitrous oxide emissions from an irrigated rice of North India. Chemosphere, 51(3), 181–95.

[4] Huang, S., Pant, H. K., & Lu, J. (2007). Effects of water regimes on nitrous oxide emission from soils. Ecological Engineering, 31(1), 9–15.

[5] Institute Intenational Rice Research, I. (2011). Reducing emissions from rice. Retrieved October 10, 2012, trang: http://irri.org/index.php?option=com_k2&view=item&layout=item&id=9898&Itemid=100891&lang=en

[6] Iqbal, M. T. (1990). Effects of Nitrogen and Phosphorous Fertilisation on Nitrous Oxide Emission and Nitrogen Loss in an Irrigated Rice Field, 13(Eicher), 105–117.

[7] Klein, C. D., Letica, S., Clough, T., & Kelliher, F. (2011). Workshop Report Nitrous Oxide Chamber Methodology Guidelines.

[8] Liu, S., Qin, Y., Zou, J., & Liu, Q. (2010). Effects of water regime during rice-growing season on annual direct N(2)O emission in a paddy rice-winter wheat rotation system in southeast China. The Science of the total environment, 408(4), 906–13.

[9] Lưu, V. P.-T. (2012). Bảo vệ tư liệu sản xuất cho người trồng lúa. Tinmoi.vn, (Đất sản xuất nông gnhieepj). Theo trang: http://www.tinmoi.vn/bao-ve-tu-lieu-san-xuat-cho-nguoitrong-lua-9885822.html

[10] Ma, Y., Wang, J., Zhou, W., Yan, X., & Xiong, Z. (2012). Greenhouse gas emissions during the seedling stage of rice agriculture as affected by cultivar type and crop density. Biology and Fertility of Soils, 48(5), 589–595.

[11] Manual, R. (n.d.). IPCC guidelines for National Greenhouse Gas Inventories: Reference Manual.

[12] Millar, N., Robertson, G. P., Grace, P. R., Gehl, R. J., & Hoben, J. P. (2010). Nitrogen fertilizer management for nitrous oxide (N2O) mitigation in intensive corn (Maize) production: an emissions reduction protocol for US Midwest agriculture. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 15(2), 185–204.

[13] Paulino, L., Monreal, C., & Zagal, E. (2010). GREENHOUSE GAS ( CO2 and N2O) EMISSIONS FROM SOILS: A REVIEW, 70(September), 485–497.

[14] Redeker, K. R. (2003). Gaseous emissions from flooded rice paddy agriculture. Journal of Geophysical Research, 108(D13).

[15] The F., In, P., & Quebec, N. (1994). MEASUREMENT O F METHANE AND NITROUS OXIDE EMISSIONS, 1991(Table 1), 237–242.

[16] Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, V. (2012). 43% khí nhà kính từ hoạt động nông nghiệp. Trang Khoa học - Báo Đất Việt. Trang: http://khoahoc.baodatviet.vn/Home/KHCN/kh24/43-khi-nha-kinh-tu-hoat-dong-nongnghiep/20123/194807.datviet

[17] Wang, J., Zhang, M., Xiong, Z., Liu, P., & Pan, G. (2011). Effects of biochar addition on N2O and CO2 emissions from two paddy soils. Biology and Fertility of Soils, 47(8), 887–896.

[18] Wikipedia. (n.d.). Quá tải dân số thế giới 2010-2050. 2012. Trang: http://vi.wikipedia.org/wiki/Quá_tải_dân_số#D.E1.BB.B1_.C4.91o.C3.A1n_cho_n.C4.83m_2050.

[19] Xing, G., Zhao, X., Xiong, Z., Yan, X., Xu, H., Xie, Y., & Shi, S. (2009). Nitrous oxide emission from paddy fields in China. Acta Ecologica Sinica, 29(1), 45–50.

[20] Zschornack, T., Bayer, C., Zanatta, J. A., Vieira, F. C. B., & Anghinoni, I. (2011). Mitigation of methane and nitrous oxide emissions from flood-irrigated rice by no incorporation of winter crop residues into the soil. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 35(2), 623–634.