Luận án TS Khoa học Môi trường: Carbon hữu cơ đất phù sa ĐBSH, tỷ lệ 13C/12C

NGUYEN THỊ HONG THỊNH NGHIÊN CỨU TỶ LE DONG VỊ #C/?C VÀ KHẢ NĂNG LƯU GIU CARBON HỮU CƠ TRONG MOT SỐ LOẠI DAT PHÙ SA ĐÔNG BẰNG SÔNG HÒNG LUẬN AN TIEN SI KHOA HOC MOI TRUONG Hà Nội - 2022 ĐẠI HỌC QUOC GIA HÀ NOI NGUYÊN THỊ HÒNG THỊNH NGHIÊN CUU TỶ LE DONG VỊ #C/2C VÀ KHẢ NĂNG LƯU GIỮ CARBON HỮU CƠ TRONG MỘT SỐ LOẠI DAT PHÙ SA DONG BẰNG SÔNG HONG Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 9440301.01 LUẬN ÁN TIEN SĨ KHOA HOC MOI TRUONG NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC: 1. Trịnh Văn Giáp Hà Nội - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của tập thé cán bộ hướng dan. Các kết quả, số liệu nêu trong luận án là trung thực, khách quan, có nguôn gốc rõ rang, được các đông tác giả cho phép sử dụng. Một số kết quả nghiên cứu đã được đăng trên một số tạp chí chuyên ngành, phù hợp với quy định hiện hành.

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan và kết quả nghiên cứu trong luận an. Hà Nội, ngày tháng năm 2022 TÁC GIÁ Nguyễn Thị Hồng Thịnh LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới PGS. Nguyễn Văn Vượng và TS. Trịnh Văn Giáp, những người thây tâm huyết đã tận tình hướng dẫn tôi nghiên cứu, học tập, dành thời gian quỷ báu dé trao đồi, định hướng cũng như động viên khích lệ tôi hoàn thành luận an tiễn sĩ này.

Tôi xin cam on sự giúp đỡ và những góp y chuyên môn chân thành, giá trị của các thây, cô giáo công tác tại Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Dai học Quốc gia Hà Nội — đặc biệt là các thây, cô giáo thuộc bộ môn Thổ nhưỡng và Môi trường đất đã dành cho tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu tại trường. Tôi xin trân trọng cảm ơn các can bộ tham gia thực hiện dé tài cấp Bộ “Sử dung kỹ thuật dong vị dé đánh giá khả năng tích lũy CO› trong đất của một số mô hình canh tác nông nghiệp ở đông bằng Bắc bộ” do Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân chu trì; cảm on Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam — Bộ Khoa học Công nghệ đã hỗ trợ kinh phí, tạo điều kiện cho tôi rất nhiêu về cơ sở vật chất, trang thiết bị dé tôi hoàn thành tot nghiên cứu của mình. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới những người thân trong gia đình, các bạn bè, đồng nghiệp thân thiết luôn động viên tỉnh thân, luôn cảm thông và chia sẻ về cả thời gian, vật chất và các nguôn lực khác để tôi hoàn thành chương trình nghiên cứu sinh và hoàn thành luận an. TÁC GIÁ Nguyễn Thị Hồng Thịnh Trang LOI CAM DOAN.

5c: 22t 22 2E tre 1 LOL CAM 00. 7 DANH MUC HINH 002. Tinh cấp thiết của dé tài luận án. ¿2-2-5 2E2EESEE£EEEEEE2EE2EEE2E2EE2E1 2E crkcrer 14 2.

Mục tiêu của luận án.---- - -- +2 21112223111 2231 11 293 199v ng ng ng ngư 16 3.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án.----- cv eE+EeEeEererererers 16 3.1 Ý nghĩa khoa hoe. Tính mới của luận ấn. 17 CHƯƠNG 1: TONG QUAN CÁC VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU. TONG QUAN VE CARBON HỮU CƠ ĐẤTT.

Thanh phan, nguồn gốc, vai trò của carbon hữu cơ đất. Tổng hợp các nghiên cứu về dự trữ carbon đất trên thế giới. Tổng hợp các nghiên cứu về dự trữ carbon trong đất Việt Nam. TONG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU CARBON ĐẤT.

Phương pháp phân tích hàm lượng C trong đất. Các phương pháp quan trắc sự thay đổi carbon trong đất. Phương pháp nghiên cứu đồng vị °C trong đất. Ứng dụng của phương pháp đồng vị '3C trong nghiên cứu dự trữ carbon đất.

TONG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CUU .---2--5¿©52252+cs+zxe>sz 46 1. Tổng quan về đất phù sa đồng bằng sông Hồng. Tổng quan điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của huyện Đông Anh. Tổng quan điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của Huyện Dan Phượng.

51 Chương 2: DOI TƯỢNG, NOI DUNG VA PHƯƠNG PHAP NGHIÊN CUU. DOI TUONG VA PHAM VI NGHIÊN CỨU.1 Đối tượng nghiên cứu.-----s- 5£ ©5<+SE+Sx£EEEE2EE27121211211271 71211211 1x. Pham vi nghién 0ui n6 .2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.1 Phương pháp thu thập thông tin và khảo sát địa điểm nghiên cứu .2 Phương pháp bé trí thí nghiệm đồng ruộng .3 Lay mau va xử lý mau đất, mẫu thực vật.4 Các phương pháp phân tích tinh chất hóa, lý mau đất.5 Phương pháp xác định thành phan đồng vị °C trong chất hữu co dat và thực vật.1 Nguyên lý của phương phÁ.2 Hóa chất, thiết bị phân tÍCH.

Thiết bị phân tach coeccecceccescescsseesessessessessessesssssessesessessessessessesssssesessessesseseessees 66 2.4 Xu lý mẫu đất và mẫu thực VAteecececceceseccccsseccecssesvecssesveresesvesesevseassvsuereavenees 68 2.5 Xử lý carbon vô cơ trong mẫu đất cho phân tích 5'C trong SOM.6 Khảo sát chương trình phân tích toi ưu trên EA-IRMS.7 Kiểm tra độ lặp, độ chính xác của phương pháp phân tích 6°C trong SOM.6 Tính toán lượng C tích lũy trong sinh khối thực vật.7 Phương pháp đánh giá lượng carbon lưu giữ trong chất hữu cơ đất trung bình năm với hệ canh tác chính là lúa - ngÔ.- --- 5 5 2+1 ng ng ưkt 72 2.1 Tính toán lượng C tích lũy trong đất .2 Tính toán lượng C do thực vật mới đóng góp vào đất.3 Tinh toán lượng C tích lity trong đất sau thời gian nghiên cứu .8 Phương pháp xử lý số liệu. 74 Chương 3: KET QUÁ NGHIÊN CỨU VA BAN LUẬN. 1 XỬ LÝ VA PHAN TÍCH §!3C TRONG SOC VÀ TRONG CÂY TRONG.1 Thời gian khuếch tán tối ưu loại bỏ carbon vô cơ trong mẫu đất .2 Quy trình xử lý mẫu đất và mẫu thực vật cho phân tích ö'3C.3 Chương trình phân tích 8'3C tối ưu trên EA-IRMS.5 Kết qua kiểm soát chất lượng phân tích.-- - 2 2 22 + +E££Ez£xe£erszse2 81 3. ĐẶC DIEM TÍNH CHAT DAT TẠI VUNG NGHIÊN CỨU.1 Kết quả phân tích thành phan cơ giới đất.2 Các tính chất lý, hóa học và thành phần đồng vị 8'3C trong đất tại các ruộng H311: 017.1 Các tinh chất lý, hóa học và thành phan dong vị ở°C trong đất tại Dan 2-0 000n8Ẻn8Ẻ86n6.2 Các tinh chất lý, hóa học và thành phan dong vị 5°C trong dat tại Đông Anh.3 DAC DIEM VÀ QUY LUAT BIEN DOI SOC THEO MÙA VỤ VA MOI QUAN HE VỚI 8! CS0C -ssssssessssssssseeseessssneeeecesssnneeseessssneeseeessnnnmeesesssnnueeeeesssneeseesssnneeeeea 91 3.1 Sự bién thiên hàm lượng SOC theo thời gian và mối liên hệ giữa SOC và thành phan đồng vị !3C trong đất.1 Sự biến thiên ham lượng SOC theo thời gian tại Dan Phượng .2 Sự biến thiên hàm lượng SOC theo thời gian tại Đông Anh.3 Moi liên hệ giữa SOC và thành phan đông vị 56°C trong dat ở Đông Anh và [227/0/1//-0 E77 07070n88Ẻ 6.2 Phân tích tương quan và thống kê kết quả phân tích hóa ly các mẫu đất .1 Phân tích tương quan và thông kê kết quả phân tích tính chaatslys, hóa học các mẫu đất tại Đan [17.2 Phân tích tương quan và thống kê kết quả phân tích tinh chất lý, hóa hoc các UUR.4 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH SINH KHÓI KHÔ, HÀM LƯỢNG C VÀ THÀNH PHAN DONG VỊ ð'°C TRONG MAU THỰC VẬT.---- 2-52 se2sz+zs+cseẻ 105 3.1 Nghiên cứu mẫu thực vật tại Đan PHUONG 01 .2 Nghiên cứu mẫu thực vật tại Đông Anh .5 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TỶ LỆ ĐÓNG GÓP CỦA THỰC VẬT MỚI VÀO SOC VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LƯU GIỮ C TRONG ĐÁT.1 Trữ lượng carbon tại các tầng đất .2 Nghiên cứu xác định tỷ lệ đóng góp C của thực vật mới vào SOC.3 Đánh giá khả năng lưu giữ C trong đất phù sa vùng đông bằng sông Hồng.

I 19 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ,.- 2-2 £+S2£EE£EE£2E2EEEEEE71211211221 2121.crxe 123 KET LUAN 07. 124 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CUA TÁC GIA LIEN QUAN DEN LUẬN ÁN. - 55222221 2212211271221211 2111 T1 11 11 1 1 1g gưeg 126 TAI LIEU THAM KHẢO. 2-2-2 ©5£2S£+SE£EE£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkerrrrrkee 127 PHỤ LỤC 1.

PHU LUC MỘT SO HÌNH ANH THỰC DIA. PHU LUC KET QUA PHAN TÍCH MAU ĐÁTT. - 2 2 e+xeExeEeEeEerses 7 DANH MỤC TỪ VIET TAT DNDC (DeNitrification-DeComposition): Mô hình sinh địa hóa EA-IRMS (Elemental Analyzer - Isotope Ratio Mass Spectrometry): Khối phổ kế tỷ số đồng vị ghép nói với hệ phân tích nguyên tố FAO (Food and Agricultural Organization): Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc GtC (Gigaton carbon): Don vi tỷ tan carbon HC/VC: chất hữu cơ/ vô co IAEA (International Atomic Energy Agency): Cơ quan Năng lượng nguyên tử Quốc tế IC (Inorganic Carbon): Carbon vô cơ IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) : Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu LLN-KV: Mô hình canh tác 2 vụ lúa — 1 vụ ngô không vùi phụ phẩm LLN-V: Mô hình canh tác 2 vụ lúa — 1 vụ ngô dé lại phụ pham Nnk: nhiều người khác NNL: Mô hình canh tác 2 vụ ngô- I vụ lúa OC (Organic carbon): Hàm lượng carbon hữu co PAHs (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons): các hợp chat Hydrocarbon thơm đa vòng PCA (Principal Components Analysis): Phương pháp phân tích thành phần chính PTN: Phòng thí nghiệm RSD (Relative standard deviation): Độ lệch chuẩn tuong đối SD (standard deviation): Độ lệch chuẩn SOC (Soil organic carbon): Carbon hữu cơ dat SOM (Soil organic matter): Chất hữu co đất Sr: Độ lệch chuẩn lặp lại TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam Thực vat C3: thực vật quang hợp theo chu trình Calvin va Benson (lúa, đậu, đỗ, nhãn, vải.) Thực vật C4: thực vật quang hợp theo chu trình Hatch Slack ( ngô, mia.) TK : Tổng hàm lượng kali TN: Tổng hàm lượng nitơ TP: Tổng hàm lượng photpho TPCG: Thành phần cơ giới TVDV: Thủy văn Đồng vị U (Standard uncertainty): Độ không đảm bảo đo chuẩn VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite): Mẫu chuẩn đồng vi °C gốc tham chiếu quốc tế VSV: Vi sinh vật DANH MỤC HÌNH Hình 1-1: Chu trình và chức năng của chất hữu cơ đất (SOM)).------:-- 19 Hình 1-2: Các thành phần đồng vị của các bê chứa carbon, oxi và hydro trong các hệ sinh thái lục dia Israel .---- << + +22 1332221112231 3 2531 1 9311 2931 12g 1n ng re 24 Hình 1-3: Các đồng vị bền và đồng vị phóng xạ của C trong môi trường. 34 Hình 1-4: Sự thay thế SOM bởi thực vật cũ A bởi thực vật mới B — phương pháp đánh dau đồng vị !3C trong tự nhiên.---¿- 2+ +22++2E+2EE+2EEE2EEEEEESEEEEEEEEkerkrrrkrrrrees 37 Hình 1-5: Thành phần đồng vị của thực vật C3 và C4 so sánh với thành phan đồng vị của COz khí quyên va của mâu chuân.

-- -¿- ¿+ +++ + + ++EEsEEeeEeeEseereeseserske 40 Hình 1-6: Biến thiên giá trị ö'°C của các thành phần khác nhau trong môi trường.4 Ì Hình 1-7: Nguồn phat thải COa, tốc độ phân hủy và thời gian lưu trung bình MRT.