Luận án tiến sĩ nghiên cứu mô phỏng sự phát thải khí nhà kính ch4 n2o trong môi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN _______________________ NGÔ ĐỨC MINH 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 KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ______________________ NGÔ ĐỨC MINH 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 Chuyên ngành: Môi trường đất và nước Mã số: 62 44 03 03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải PGS.TS Mai Văn Trịnh Hà Nội - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực từ đề tài nghiên cứu của tôi. Một số kết quả đã được tôi công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý của các đồng tác giả, phù hợp với các quy định hiện hành. Các số liệu, thông tin tham khảo, chứng minh và so sánh từ các nguồn khác đã được trích dẫn và ghi rõ nguồn theo đúng quy định.

Việc sử dụng các nguồn thông tin, số liệu trích dẫn này chỉ phục vụ cho mục đích nghiên cứu và học thuật. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan và các kết quả nghiên cứu trong luận án này. Hà Nội, ngày … tháng 12 năm 2018 Nghiên cứu sinh Ngô Đức Minh i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi luôn nhận được sự giúp đỡ về nhiều mặt của các cấp lãnh đạo, các tập thể và cá nhân. Trước hết, tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc và chân thành nhất tới PGS.

Nguyễn Mạnh Khải (Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội), PGS. Mai Văn Trịnh (Viện Môi trường Nông nghiệp), TS. Reiner Wassmann (Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế - IRRI), các Thầy hướng dẫn khoa học đã hết lòng định hướng, chỉ dẫn tôi trong suốt quá trình xây dựng đề cương, triển khai nghiên cứu và hoàn thành luận án này. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám đốc Đại học Quốc Gia Hà Nội, Ban giám hiệu Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, Phòng Đào tạo Sau đại học, các thầy/cô giáo Khoa Môi trường, Bộ Môn Công nghệ Môi trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án tại Trường.

Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp tại IRRI, GS.TS Trần Đăng Hòa và các cán bộ/sinh viên khoa Nông học - Đại học Nông lâm Huế, lãnh đạo và nông dân các địa phương của tỉnh Quảng Nam đã nhiệt tình cộng tác, hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu đồng ruộng và trong phòng thí nghiệm. Tôi cũng xin bày tỏ lời cảm ơn đến lãnh đạo và đồng nghiệp tại Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, các nhà khoa học và bạn bè đồng nghiệp tại các cơ quan đã tạo điều kiện cho tôi về thời gian và đóng góp nhiều ý kiến thiết thực cho đề tài nghiên cứu và hoàn thiện luận án. Cuối cùng, con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Bố Mẹ, những người đã sinh thành, nuôi dưỡng con nên người; người thân hai bên gia đình và đặc biệt là vợ và 2 con gái yêu quý đã luôn ở bên động viên và khích lệ về mọi mặt để tôi nỗ lực hoàn thành luận án này. Nghiên cứu này được thực hiện trong khuôn khổ hợp phần WT4 (do IRRI chủ trì), thuộc dự án “Quan hệ tương tác giữa biến đổi khí hậu và sử dụng đất ở miền Trung, Việt Nam - LUCCi” được tài trợ bởi Bộ Giáo dục và Nghiên cứu Cộng hoà Liên bang Đức.

Tôi xin trân trọng cảm ơn. Hà Nội, ngày… tháng 12 năm 2018 Nghiên cứu sinh ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC BẢNG.

viii DANH MỤC HÌNH. Tính cấp thiết của nghiên cứu. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu. Mục tiêu nghiên cứu.

Nội dung nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. Ý nghĩa khoa học. Ý nghĩa thực tiễn.

Đóng góp mới của luận án:. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU. Khí nhà kính và hiệu ứng ấm lên toàn cầu. Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp trên thế giới và ở Việt Nam.

Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp trên thế giới. Phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp tại Việt Nam. Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa trên thế giới và ở Việt Nam. Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa trên thế giới.

Phát thải khí nhà kính từ canh tác lúa tại Việt Nam. Cơ chế hình thành và phát thải khí CH4 và N2O trong môi trường đất lúa ngập nước. Cơ chế hình thành và giải phóng khí CH4. Cơ chế hình thành và giải phóng khí N2O.

Một số yếu tố ảnh hưởng đến phát thải CH4 và N2O từ đất lúa. Biện pháp canh tác. Tính chất đất. Ứng dụng mô hình hóa trong tính toán phát thải KNK từ canh tác lúa.

Ứng dụng mô hình hóa trong tính toán phát thải KNK từ canh tác lúa trên thế giới. Ứng dụng mô hình DNDC trong ước lượng phát thải KNK từ canh tác lúa tại Việt Nam. Nhận xét chung rút ra từ tổng quan nghiên cứu. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu:.

Phương pháp thu thập thông tin và điều tra nông hộ:. Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng. Phương pháp mô hình hoá. Hệ thống thông tin địa lý và kĩ thuật bản đồ.

Phương pháp kiểm soát/hạn chế độ không chắc chắn của mô hình. Phương pháp xử lý thống kê. Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu. Địa hình, địa mạo.

Khí hậu và thủy văn. Tài nguyên đất. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN. Đặc điểm canh tác lúa vùng nghiên cứu.

Hiện trạng sản xuất lúa vùng nghiên cứu. Đặc điểm môi trường đất lúa điểm thí nghiệm. Kiểm định khả năng áp dụng mô hình DNDC để tính toán phát thải KNK của mô hình DNDC. Phát thải khí CH4.

Phát thải khí N2O. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đối với kết quả đầu ra của mô hình. Ứng dụng mô hình DNDC tính toán phát thải CH4 và N2O quy mô vùng. Tính toán phát thải CH4 và N2O quy mô vùng.

Bản đồ phát thải CH4 và N2O quy mô vùng. Bản đồ tổng lượng phát thải CH4, N2O và GWP quy mô vùng. 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. 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.

Đề xuất lộ trình áp dụng chế độ tưới tiết kiệm cho vùng nghiên cứu .146 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.149 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .151 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 3G-3T : 3 giảm-3 tăng 1P-5G : 1 phải-5 giảm 1RN : Rút nước 1 lần giữa vụ 2RN : Rút nước 2 lần giữa vụ 3RN : Rút nước 3 lần giữa vụ AP : Active Promotion (Kịch bản hành động giảm thiểu chủ động) AWD : Alternate Wetting - Drying (Tưới ướt khô xen kẽ, tưới nông lộ phơi) BAU : Business as Usual (Kịch bản hành động thông thường) CO2tđ : CO2 equivalent (CO2 tương đương - CO2 tđ) DAP : DiAmmonium Phosphate (phân bón Đi-Amôn Phốt phát) DNDC : DeNitrification-DeComposition (Mô hình sinh địa hóa) DOC : Dissolve Organic Carbon (Các-bon hữu cơ hòa tan) ĐX : Đông Xuân EF Efficiency Factor (Hệ số hiệu quả - trong phân tích thống kê) EFi : Emission Factor (Hệ số phát thải khí) Eh : Điện thế ôxy hóa khử FAO : Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ chức Nông lương Liên Hiệp Quốc) GIS : Geographic Information System (Hệ thống thông tin địa lý). GWP : Global Warming Potential (Tiềm năng gây ấm toàn cầu) HT : Hè Thu IFA : International Fertilizer Asociation (Hiệp hội phân bón quốc tế) IPCC : The Intergovernmental Panel on Climate Change (Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu) IRRI : International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu lúa quốc tế) KNK : Khí nhà kính LCC : Leaf Color Chart (Thang so màu lá lúa) NSS : Ngày sau sạ RN : Rút nước RMSE : Root mean square error (Sai số bình phương trung bình căn nguyên) SFw : Scaling Factor (Hệ số tỷ lệ đối với các chế độ tưới) SFi : Hê ̣số hiệu quả (Efficiency Factor/Index) vi SRI : System of Rice Intensification (Hệ thống canh tác lúa cải tiến) SOC/OC : Soil Organic Carbon (Các-bon hữu cơ trong đất) Tier 1 : Phương pháp tính toán kiểm kê khí nhà kính bậc 1 (của IPCC) Tier 2 : Phương pháp tính toán kiểm kê khí nhà kính bậc 2 (của IPCC) Tier 3 : Phương pháp tính toán kiểm kê khí nhà kính bậc 3 (của IPCC) TN : Tưới ngập liên tục TTK : Tưới tiết kiệm TPCG : Thành phần cơ giới UNFCCC : United Nations Framework Convention on Climate Change (Công ước khung của Liên Hiệp Quốc về biến đổi khí hậu) US EPA : United States Environmental Protection Agency (Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ) VSV : Vi sinh vật VG-TB : Vu Gia-Thu Bồn WMO : World Meteorological Organization (Tổ chức khí tượng thế giới) vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Một số đặc trưng của các KNK chính .2: Giá trị tiềm năng gây ấm lên toàn cầu (GWP) của các KNK chính .3: Dự tính phát thải KNK trong lĩnh vực nông nghiệp (1000 tấn CO2tđ) .4: Phát thải KNK năm 2013 trong lĩnh vực nông nghiệp .5: Diện tích canh tác lúa của Việt Nam năm 2013 (1000 ha).6: Diện tích lúa ngập nước thường xuyên và ngập gián đoạn năm 2013 .7: Phát thải KNK từ canh tác lúa tại Việt Nam năm 2013 .8: Các phản ứng khử trong các khoảng giá trị Eh .9: Động thái các chất trong đất theo mức giảm điện thế .1: Một số thông tin chung về 2 điểm thí nghiệm đồng ruộng .2: Phương pháp lấy mẫu và phân tích đất trước thí nghiệm .3: Các tính chất đất sử dụng để tính toán phát thải tối đa và tối thiểu .1: Chuyển đổi lịch canh tác lúa ở Quảng Nam .