ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN VĂN ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ NGẬP NƯỚC ĐẾN ĐỘNG THÁI THẾ ÔXI HOÁ - KHỬ, ĐỘ pH VÀ PHÁT THẢI MÊTAN Ở ĐẤT TRỒNG LÚA THUỘC XÃ KIM CHUNG HUYỆN HOÀI ĐỨC - HÀ NỘI Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60 85 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS VĂN HUY HẢI Hà Nội – 2010 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu bảo tận tình TS Văn Huy Hải, luận văn hoàn thành Nhân dịp xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Văn Huy Hải, khoa Môi trường - trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại Học Quốc Gia Hà Nội Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy cô Khoa Môi trường - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại Học Quốc Gia Hà Nội giúp đỡ trình học tập nghiên cứu trường Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy cô phòng Sau đại học –Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại Học Quốc Gia Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ trình học tập nghiên cứu trường Tôi xin chân thành cảm ơn TS.Nguyễn Việt Anh, chủ nhiệm đề tài “ Nghiên cứu chế độ tưới thích hợp cho lúa nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính điều kiện không làm giảm suất lúa” tạo điều kiện giúp đỡ trình thực thí nghiệm phòng đồng ruộng Cuối xin gửi đến gia đình, bạn bè người động viên giúp đỡ trình thực tập, nghiên cứu thời gian thực đề tài lời cảm ơn chân thành Hà Nội, ngày 10/10/2010 Học viên Nguyễn Văn Định MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………………………….……1 Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Một số vấn đề sinh thái học ruộng lúa nước 1.2 Các tính chất điện hóa đất lúa nước .5 1.2.1 Động thái ôxi hóa - khử đất ngập nước 1.2.2 Động thái pH đất ngập nước 10 1.3 Sự hình thành phát thải khí mêtan đất trồng lúa nước .13 1.3.1 Sự phân giải chất hữu hình thành CH4 13 1.3.2 Vai trò sinh vật .17 1.3.3 Sự ôxi hóa mêtan 19 1.3.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến phát thải CH4 19 1.4 Phát thải khí nhà kính gây biến đổi khí hậu .25 Chương ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .29 2.1 Đối tượng nghiên cứu 29 2.2 Nội dung nghiên cứu 29 2.3 Phương pháp nghiên cứu 29 2.3.1 Phương pháp thí nghiệm phòng 29 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thí nghiệm đồng ruộng .30 2.4 Phương pháp đo đạc, lấy mẫu CH4 36 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 39 3.1 Động thái Eh .39 3.1.1 Động thái của Eh mô hình thí nghiệm phòng 39 3.1.2 Động thái Eh thí nghiệm đồng ruộng 44 3.2 Động thái pH 45 3.2.1.Động thái pH thí nghiệm mô hình phòng 45 3.2.2.Động thái pH thí nghiệm đồng ruộng 48 3.3 Trạng thái tồn Fe, Mn liên quan đến Eh pH…………… .……50 3.4 Ảnh hưởng chế độ nước đến phát thải CH4 vụ xuân 2010 52 3.5 Ảnh hưởng chế độ nước đến suất lúa………………………… …63 3.6 Chế độ nước hợp lý tiềm xây dựng dự án CDM (Clean Development Mechanism) .64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………….…….66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Những phản ứng ôxi hóa-khử quan trọng đất Bảng 2.1 Các tiêu khu đất thí nghiệm 31 Bảng 2.2 Các tiêu nước thí nghiệm 34 Bảng 3.1 Động thái Eh công thức thí nghiệm mô hình phòng 40 Bảng 3.2 Động thái Eh công thức thí nghiệm mô hình đồng ruộng 44 Bảng 3.3 Động thái pH công thức thí nghiệm mô hình phòng 46 Bảng 3.4 Động thái pH thí nghiệm đồng ruộng.……………………………48 Bảng 3.5 Cường độ phát thải CH4 theo phương án vụ xuân 2010 54 Bảng 3.6 Cường độ phát thải CH4 vụ xuân năm 2010 theo đối chứng 55 Bảng 3.7.Lượng phát thải CH4 toàn vụ xuân 2010 theo ĐC 55 Bảng 3.8.Cường độ CH4 phát thải trường hợp đối chứng PA1 vụ xuân 2010 58 Bảng 3.9 Lượng phát thải CH4 toàn vụ xuân 2010 theo ĐC PA1 58 Bảng 3.10.Cường độ CH4 phát thải trường hợp đối chứng PA2 vụ xuân 2010 60 Bảng 3.11 Lượng phát thải CH4 toàn vụ xuân 2010 theo PA2 60 Bảng 3.12 Các tiêu sinh lý, sinh thái suất lúa vụ xuân 2010 63 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Động thái Eh theo Ponnamperuma,F.N(1985) Hình 1.2 Động thái Eh phương án thí nghiệm nhiệt độ 200C Hình 1.3 Động thái pH số loại đất ngập nước theo Ponnamperuma,F.N(1985) 11 Hình 1.4 Sơ đồ phân hủy xenlulo 14 Hình 1.5 Sơ đồ phân giải hợp chất hữu chứa N 15 Hình 1.6 Quá trình phân hủy chất hữu chuyển hóa lượng 16 Hình 1.7 Đồ thị phát thải CH4 CO2 điều kiện yếm khí .17 Hình 1.8 Động thái nhiệt độ, nước ngập (a d), phát thải CH4 (b d), Eh pH (c f) điều kiện đất ngập nước liên tục không kiên tục 22 Hình 1.9 Động thái Eh đất trồng lúa không trồng lúa theo Tanaka,A 23 Hình 1.10 Quá trình trao đổi ôxy lúa .24 Hình 3.1 Diễn biến ôxi hóa – khử (Eh) công thức thí nghiệm phòng .40 Hình 3.2 Diễn biến ôxi hóa – khử (Eh) CT6 thí nghiệm phòng 42 Hình 3.3 Diễn biến ôxi hóa – khử (Eh) CT3 thí nghiệm phòng 42 Hình 3.4 Diễn biến ôxi hóa – khử (Eh) CT4 thí nghiệm phòng 43 Hình 3.5 Diễn biến ôxi hóa – khử (Eh) công thức thí nghiệm đồng ruộng .45 Hình 3.6 Động thái pH thí nghiệm mô hình phòng 46 Hình 3.7 Động thái pH thí nghiệm mô hình phòng theo công thức 47 Hình 3.8 Động thái pH thí nghiệm đồng ruộng 49 Hình 3.9 Giản đồ ổn định Fe 51 Hình 3.10 Giản đồ ổn định Mn 52 Hình 3.11 Diễn biến cường độ CH4 phát thải theo công thức vụ xuân 2010 54 Hình 3.12 Mô cường độ CH4 phát thải vụ xuân 2010 theo ĐC .56 Hình 3.13 Quá trình mô phát thải CH4 57 Hình 3.14 Mô cường độ CH4 phát thải vụ xuân 2010 theo PA1 59 Hình 3.15 Mô cường độ CH4 phát thải vụ xuân 2010 theo ĐC PA2 61 CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ ĐƠN VỊ BĐKH Biến đổi khí hậu ĐBSH Đồng sông Hồng IPCC Ban liên phủ biến đổi khí hậu IRRI Viện nghiên cứu lúa quốc tế KNK Khí nhà kính UNFCCC Công ước khung Liên hợp quốc biến đổi khí hậu KP Nghị định thư Kyoto Eh Thế ôxi hóa khử CT Công thức thí nghiệm ĐC Công thức đối chứng NTX Ngập nông thường xuyên NLP Nông lộ phơi PA1, PA2, PA3 Các phương án thí nghiệm ứng với chế độ nước khác GĐST Giai đoạn sinh trưởng ppm Phần triệu thể tích(khối lượng, số hạt…) ppb Phần tỷ thể tích (khối lượng số hạt…) Gg CO2 Nghìn cacbonic Tg CO2 Triệu cacbonic Pg CO2 Tỷ cacbonic MỞ ĐẦU Trồng lúa nói chung trồng lúa nước nói riêng hệ sinh thái nhân tạo Như I.Watanabe P.A.Roger (1985) nhận định: hệ sinh thái bất ổn định môi trường bị phá hủy thường xuyên, nghiên cứu nước ngập đến động thái số nguyên tố hóa học môi trường đất ý Mặt khác, nghị định thư Kyoto đề cập, sản xuất nông nghiệp đặc biệt trồng lúa nước có tham gia gây nên hiệu ứng nhà kính làm biến đổi khí hậu Tuy nhiên, vấn đề trồng lúa gây nên phát thải khí mêtan (CH4) chưa nghiên cứu rõ ràng, đặc biệt điều kiện Việt Nam Eh, pH tính chất hóa học quan trọng thường nhắc tới nghiên cứu môi trường đất, tài liệu nghiên cứu, Việt Nam, thường đề cập thời điểm định Trong tiêu biến động mạnh theo biến động yếu tố môi trường, đặc biệt chế độ nước ngập Để đánh giá thông số trên, cần nghiên cứu động thái chúng theo thời gian tác động yếu tố môi trường, kể tác động biện pháp bón phân sản xuất lúa Đặc biệt cần nhấn mạnh rằng, Eh pH hai tiêu quan trọng để đánh giá môi trường đất nước Có thể nói hai tiêu định đến tồn chuyển hóa hàng loạt nguyên tố hóa học môi trường đất nước Nắm bắt động thái chúng giúp cho việc đánh giá nhiều nguyên tố hóa học đầy đủ xác hơn, đặc biệt nguyên tố kim loại nặng Fe Mn Giữa hình thành CH4 Eh có mối liên hệ mật thiết Bởi CH4 hình thành điều kiện yếm khí, Eh thấp Mối liên hệ nghiên cứu Việt Nam Như đề cập, trồng lúa gây nên phát thải CH4, vai trò lúa trình phát thải CH4 câu hỏi khó giải đáp Việt Nam mà bình diện quốc tế Xuất phát từ vấn đề nêu trên, đề tài nghiên cứu : “ Ảnh hưởng chế độ ngập nước đến động thái ôxi hóa –khử, độ pH phát thải mêtan đất trồng lúa thuộc xã Kim Chung, huyện Hoài Đức- Hà Nội” đặt với mục tiêu sau đây: Xác định ảnh hưởng chế độ nước đến động thái Eh Xác định ảnh hưởng chế độ nước đến động thái pH Xác định ảnh hưởng chế độ nước vai trò lúa đến động thái phát thải CH4 Đề xuất biện pháp hạn chế phát thải CH4 trồng lúa nước Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Một số vấn đề sinh thái học ruộng lúa nước Ruộng lúa nước hệ sinh thái nhân tạo thường xuyên bị xáo trộn thói quen canh tác nhổ cỏ, làm đất, tưới tiêu, bón phân, trồng cấy, biện pháp bảo vệ thực vật….và tượng tự nhiên mưa Từ dẫn đến bất ổn định biến động khoảng thời gian ngắn (chu kỳ mùa vụ) Cấu trúc hệ sinh thái ruộng lúa lúa nước: Hệ sinh thái ruộng lúa nước gồm tiểu hệ sinh thái chủ đạo sau: nước ngập, tầng đất bị ôxi hóa bề mặt, tầng đất bị làm ngàu bùn khử (kỵ khí), tầng đất (bị ôxi hóa điều kiện thoát nước tốt bị khử biểu nước cao), thân lúa (bị ngâm nước) hệ rễ Sự biến đổi chất dinh dưỡng đất lúa ngập nước chủ đề nghiên cứu thổ nhưỡng học loại đất Tầng nước ngập bề mặt phân cách đất nước : Trong cánh đồng tưới tiêu, tầng nước ngập môi trường oxicphotic Sự chuyển tiếp tầng nước ngập đất khử anoxic – aphotic hình thành tầng ôxi hóa đất – nước Tầng nước ngập tầng ôxi hóa hình thành tầng ôxi hóa đất – nước Tầng nước ngập tầng ôxi hóa hình thành nên hệ sinh thái liên tục xảy chế liên quan đến độ phì sau: Cố định nitơ sinh học Mất N bay NH3 – liên quan đến hoạt động quang hợp thực vật trình khử nitrat nitrat hóa Bẫy bắt quay vòng vật chất hữu (C) quang hợp loại muối khoáng giải phóng từ đất phân bón Sự lưu chuyển chất dinh dưỡng từ đất đến nước nhờ thực vật phù du sinh vật tiêu thụ sơ cấp Cường độ phản ứng liên quan trực tiếp đến đặc tính tầng nước ngập hoạt động thực vật Hóa học tầng nước ngập: tính chất hóa học nước đứng phụ thuộc vào tính chất nước đất Tuy nhiên thành phần hóa học biến đổi đáng kể suốt chu kỳ mùa vụ vị trí khác liên quan đến : 60 Mực nước(ĐC) CH4 (mg/m2/h) 50 40 CH4(ĐC) 30 20 10 Cấy- hồi xanh Đẻ nhánh Đứng - Làm đòng Trổ 16-6-10 9-6-10 2-6-10 27-5-10 20-5-10 13-5-10 6-5-10 29-4-10 22-4-10 15-4-10 8-4-10 1-4-10 25-3-10 18-3-10 - Ngậm sữa Chín vàng xanh Giai đoạn sinh trưởng Hình 3.12 Mô cường độ CH4 phát thải vụ xuân 2010 theo ĐC + Cường độ CH4 phát thải trung bình vụ 19.65mg/m2/h tương ứng với lượng CH4 phát thải vụ 457.2kg/ha (bảng 3.7) Động thái cường độ CH4 phát thải nêu giải thích nguyên nhân sau: - Sau ngập nước để cấy lúa Eh giảm mạnh dần đạt mức từ -126mV ÷ -165 mV Giái trị CH4 phát thải cao trùng với khoảng thấp giá trị Eh đất Đây điều kiện thuận lợi để CH4 phát thải mạnh - Ở giai đoạn làm đòng, lúa phát triển mạnh thân, rễ Do đó, CH4 khuếch tán vào biểu bì vỏ rễ thoát cuống giai đoạn với mức độ cao Đặc biệt rễ phát triển mạnh tiết chất hữu nhiều tạo hệ thống mao quản nhiều đất Như vậy, chất hữu nguồn sinh sản sinh CH4 , thuận lợi để CH4 hình thành Mặt khác, hệ thống mao quản hình thành từ phát triển rễ lúa tạo điều kiện tốt để CH4 thoát khỏi đất 56 Hình 3.13 Quá trình mô phát thải CH4 Ngoài hai nguyên nhân nhiệt độ dao động mực nước mặt ruộng có ảnh hưởng đến động thái CH4 Vì phát thải CH4 kết trình sinh hóa học nên nhiệt độ cao thúc đẩy phản ứng hóa học hoạt động nhóm vi khuẩn mêtan (methanobacterium) methanosarcina, methanococus Tuy nhiên thấy ảnh hưởng nhiệt độ không mạnh ảnh hưởng Eh phát triển lúa Cường độ CH4 phát thải trung bình vụ 19.65 mg/m2/h tương ứng với lượng phát thải toàn vụ 457.2kg/ha 57 b Phương án 1: tưới nông lộ phơi Kết đo đạc cường độ CH4 phát thải theo PA1 trình bày bảng 3.8 Bảng 3.8 Cường độ CH4 phát thải trường hợp đối chứng PA1 vụ xuân 2010 Giai đoạn sinh trưởng Ngày đo Ngày sau cấy(ngày) Cường độ CH4 Mực nước phát thải ruộng (cm) (mg/m2/h) ĐC PA1 ĐC PA1 18-3-10 5.0 2.8 3.06 4.81 25-3-10 11 3.5 2.6 12.05 15.45 1-4-10 18 6.2 4.1 25.86 31.50 8-4-10 25 3.2 2.9 50.26 54.56 15-4-10 32 4.8 53.32 49.01 22-4-10 39 4.3 3.6 42.51 11.88 29-4-10 46 3.7 1.5 35.20 16.85 6-5-10 53 4.0 1.8 20.94 13.67 13-5-10 60 2.9 3.4 7.18 8.99 20-5-10 67 3.5 2.5 5.03 7.59 Ngậm sữa 27-5-10 74 1.5 1.2 4.06 7.06 xanh 2-6-10 81 2.7 6.48 5.98 9-6-10 88 2.0 7.40 3.80 16-6-10 95 1.5 1.68 2.06 Cấy- hồi xanh Đẻ nhánh Đứng - Làm đòng Trổ Chín vàng Bảng 3.9 Lượng phát thải CH4 toàn vụ xuân 2010 theo ĐC PA1 Cường độ CH4 phát thải Lượng CH4 phát thải toàn trung bình (mg/m2/h) vụ (kg/ha) ĐC 19.65 457.2 PA1 16.66 401.5 Giảm so ĐC 15.21% 12.18% Phương án thí nghiệm 58 CH4 (mg/m2/h) 60 Mực nước(ĐC) 50 Mực nước(PA1) 40 CH4(ĐC) 30 CH4 (PA1) 20 10 Cấy- hồi xanh Đẻ nhánh Đứng - Làm đòng Trổ 16-6-10 9-6-10 2-6-10 27-5-10 20-5-10 13-5-10 6-5-10 29-4-10 22-4-10 15-4-10 8-4-10 1-4-10 25-3-10 18-3-10 - Ngậm sữa Chín vàng xanh Giai đoạn sinh trưởng Hình 3.14 Mô cường độ CH4 phát thải vụ xuân 2010 theo PA1 Nhật xét: Qua bảng 3.8 hình 3.14 trình bày kết đo đạc cường độ CH4 phát thải theo PA1, cho thấy: + Lượng CH4 phát thải từ GĐST cấy-hồi xanh đến chín vàng dao động từ 2.06 mg/m2/h (giai đoạn chín vàng, ngày16/6/2010 ) đến 54.56 mg/m2/h, (cuối GĐST đẻ nhánh- ngày 8/4/2010) Lượng CH4 tăng từ GĐST cấy hồi xanh đến giai đoạn đẻ nhánh đạt giá trị cực đại 54.56 mg/m2/h- ngày 8/4/2010 vào GĐST cuối đẻ nhánh sang đầu GĐST làm đòng, sau giảm dần đến GĐST chín vàng; + Cường độ CH4 phát thải trung bình theo PA1 16.66 mg/m2/h giảm 15.21% so với ĐC Và lượng CH4 phát thải toàn vụ 401.5kg/ha giảm 12.18% so với ĐC; Khác với ĐC, trình sinh trưởng, lượng phát thải CH4 sau đạt giá trị cao nhất, trình CH4 giảm có dao động mạnh Nguyên nhân có giai đoạn rút nước phơi ruộng ( mặt ruộng nứt chân chim) tạo cho tầng đất canh tác tiếp xúc với không khí, trình ôxi hóa diễn ra, Eh tăng làm hạn chế trình khử hợp chất cacbon thành CH4 (hạn chế trình khử CO2 thành CH4) Giá trị CH4 thay đổi rõ rệt tương ứng với mực nước ruộng, lượng CH4 phát thải giảm mạnh 59 phơi ruộng (giảm 15.21%) Như vậy, chế độ nước ảnh hưởng rõ rệt đến phát thải CH4 Ngập nước yếu tố có ảnh hưởng định đến phát thải CH4 tạo môi trường yếm khí Eh giảm mạnh Qua thấy liên hệ chặt chẽ phát thải CH4 Eh đất c.Phương án : tưới giữ ẩm Kết đo đạc phát thải CH4 phương án tưới ẩm trình bày bảng 3.10 hình 3.15 Bảng 3.10 – Cường độ CH4 phát thải trường hợp đối chứng PA2 vụ xuân 2010 Giai đoạn sinh trưởng Cấy- hồi xanh Đẻ nhánh Đứng - Làm đòng Trổ Ngậm sữa xanh Chín vàng Ngày đo 18-3-10 25-3-10 1-4-10 8-4-10 15-4-10 22-4-10 29-4-10 6-5-10 13-5-10 20-5-10 27-5-10 2-6-10 9-6-10 16-6-10 Ngày sau cấy (ngày) 11 18 25 32 39 46 53 60 67 74 81 88 95 Cường độ CH4 phát thải (mg/m2/h) Mực nước ruộng (cm) ĐC PA2 ĐC PA2 5.0 3.5 6.2 3.2 4.8 4.3 3.7 4.0 2.9 3.5 1.5 2.7 2.0 1.5 2.5 2.3 1.2 - 3.06 12.05 25.86 50.26 53.32 42.51 35.20 20.94 7.18 5.03 4.06 6.48 7.40 1.68 4.91 11.76 27.35 45.65 18.71 6.33 5.77 5.32 3.88 3.47 2.99 2.61 2.19 1.91 Từ bảng 3.10 hình 3.15 rút số nhận xét: + Cường độ CH4 phát thải PA2 dao động từ 1.91 mg/m2/h (ở GĐST chín vàng) đến 45.65 mg/m2/h cuối GĐST đẻ nhánh (ngày 8/4/2010) với giá trị trung bình 10.2 mg/m2/h (giảm 48% so với ĐC) Diễn biến CH4 phát thải tăng dần từ GĐST cấy hồi-xanh cao cuối GĐST đẻ nhánh (45.65 mg/m2/h), sau lượng CH4 phát thải giảm dần GĐST lúa; 60 + Nếu so sánh với phương án thí nghiệm khác CH4 phát thải phương án tưới giữ ẩm giảm nhiều Cường độ CH4 phát thải trung bình 10.02 mg/m2/h giảm 48.1% so với ĐC, lượng CH4 phát thải vụ 247.7kg/ha giảm 45.8% so ĐC (bảng 3.11) Bảng 3.11 Lượng phát thải CH4 toàn vụ xuân 2010 theo PA2 Cường độ CH4 phát thải Lượng CH4 phát thải toàn trung bình (mg/m2/h) vụ (kg/ha) ĐC 19.65 457.2 PA2 10.2 247.7 Giảm so ĐC 48.1% 45.8% CH4 (mg/m2/h) Phương án thí nghiệm 60 Mực nước(ĐC) 50 Mực nước(PA2) 40 CH4(ĐC) 30 CH4 (PA2) 20 10 Cấy- hồi xanh Đẻ nhánh Đứng - Làm đòng Trổ 16-6-10 9-6-10 2-6-10 27-5-10 20-5-10 13-5-10 6-5-10 29-4-10 22-4-10 15-4-10 8-4-10 1-4-10 25-3-10 18-3-10 - Ngậm sữa Chín vàng xanh Giai đoạn sinh trưởng Hình 3.15 Mô cường độ CH4 phát thải vụ xuân 2010 theo ĐC PA2 Như sau rút nước hãm đẻ từ cuối GĐST đẻ nhánh (sau cấy 25 ngày) đến GĐST lúa, chế độ nước mặt ruộng trì mức 80-90% độ ẩm bão hòa, CH4 phát thải giảm mạnh sau lượng phát thải nhỏ ổn định ( từ ngày 22/4/2010 GĐST đứng cái-làm đòng đến GĐST lại); Giải thích giản đồ động thái CH4 phương án tưới giữ ẩm tương tự phương án trình bày Nguyên nhân giản đồ động thái CH4 có 61 tính ổn định, dao động sau 40 ngày cấy lượng nước đất ổn định mức giữ ẩm (80-90% độ ẩm bão hòa), mặt ruộng trạng thái nứt chân chim giun đùn, ôxy xâm nhập vào lớp đất mặt ruộng tạo môi trường ôxi hóa, hạn chế hình thành CH4.Từ giản đồ động thái CH4 thấy rằng: phát thải CH4 phụ thuộc vào giai đoạn sinh trưởng lúa phát thải lớn lúa phát triển đầy đủ (đẻ nhánh, làm đòng) giảm dần lúc chín; chế độ nước có ảnh hưởng trực tiếp định đến phát thải CH4 Tóm lại: Ở tất phương án thí nghiệm, cường độ CH4 phát thải tăng dần từ GĐST cấy hồi xanh đạt cực đại GĐST đẻ nhánh, làm đòng, sau giảm dần từ GĐST xanh đến GĐST chín vàng Hiện tượng có liên quan đến động thái Eh đất Tại thời điểm lúa đẻ nhánh làm đòng, đất ngập nước đủ thời gian để Eh giảm tới mức thấp quát trình tạo thành CH4 thuận lợi Tuy nhiên, chu kỳ phát triển lúa có ý nghĩa định Khi rễ lúa phát triển mạnh, hệ thống mao quản hình thành phát triển rễ tạo điều kiện cho khí CH4 thoát khỏi lớp đất Bên canh phát triển rễ lúa tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động vi khuẩn vùng rễ, có vi khuẩn CH4, tạo thành CH4 trình ôxi hóa-khử sinh học có tham gia vi khuẩn Giản đồ động thái có dao động định công thức mà nguyên nhân phụ thuộc vào chế độ tưới Ở phương án có để cạn nước lộ mặt ruộng thời điểm cường độ CH4 phát thải giảm rõ rệt Khi rút nước phơi ruộng (PA1) lượng CH4 phát thải toàn vụ 401.5kg/ha giảm 12.18% so ĐC, tưới giữ ẩm (PA2) giảm tới 45.8% so ĐC Ở điều kiện không trồng lúa, trình hình thành CH4 xảy lượng nhỏ nên không tự thoát đầm lầy hầm mỏ có lượng phát thải lớn Do đó, lượng CH4 phát thải không đáng kể gần 62 3.5 Ảnh hưởng chế độ nước đến suất lúa Một mục tiêu luận văn nêu lên ảnh hưởng chế độ nước đến động thái mêtan đồng thời đề xuất chế độ nước mặt ruộng hợp lý để giảm phát thải CH4 gắn liền với ổn định suất lúa Bảng 3.12 Các tiêu sinh lý, sinh thái suất lúa vụ xuân 2010 Chỉ tiêu sinh lý,sinh thái suất lúa Chiều cao cây(giai đoạn trổ đến xanh)(cm) ĐC PA1 103.3 105.1 Diện tích khóm (cm2) Đẻ nhánh 1017 835 Làm Đòng 2010 1831 Trổ 2297 1882 Số nhánh/m2 381 407 Trọng lượng khóm(gam) Tươi Khô Tươi Khô Bông 13.4 5.42 11.26 4.88 Lá 21.2 6.68 18.56 6.1 Thân 68.44 13.78 61.72 13.3 Rễ 21.38 3.86 23.34 4.64 Chỉ tiêu suất lúa Số bông/khóm (bông) 6.2 6.3 Số hạt chắc/bông(hạt) 147.6 152.6 Số hạt lép/bông(hạt) 38.4 57.4 Trọng lượng 1000 hạt (gam) 20.76 20.8 Năng suất (tạ/ha) 88.2 92.9(tăng 5.06%) 63 Nhận xét : Qua bảng 3.12 ta thấy suất lúa PA1 tăng 5.06% so với ĐC Nguyên nhân tượng liên quan đến chuyển hóa nguyên tố dinh dưỡng độc tố đất có lợi cho lúa Ở thời điểm để cạn nước lộ mặt ruộng, Eh tăng lên, độc tố Fe2+ vốn có nhiều đất lúa bị ôxi hóa chuyển sang trạng thái kết tủa dạng Fe(OH)3 Fe3(OH)8 gây độc cho lúa Mặt khác, đất không ngập nước,quá trình khoáng hóa chất hữu tăng, giun đùn làm tăng lượng ôxy xâm nhập vào đất Trong điều kiện vi khuẩn cố định nitơ phân tử sống tự điều kiện háo khí azotobacter hoạt động mạnh làm tăng nitơ đất Hơn nữa, nước ruộng thay thường xuyên nên lúa không bị độc, tiêu sinh lý, sinh thái có xu hướng tốt đến sinh trưởng, phát triển hình thành suất lúa cao so với tưới ngập nông thường xuyên Trong khuân khổ nghiên cứu đề tài không tiến hành thống kê suất lúa phương án tưới giữ ẩm nên tác giả không đề cập đến suất lúa phương án Bên cạnh đó, thực tế cho thấy phương án tưới giữ ẩm lượng phát thải CH4 thấp lại không đảm bảo suất lúa 3.6 Chế độ nước hợp lý tiềm xây dựng dự án CDM (Clean Development Mechanism) Từ kết thí nghiệm trình bày thấy rằng: chế độ nước mặt ruộng ảnh hưởng rõ đến lượng phát thải CH4 Lượng CH4 phát thải rút nước phơi ruộng vụ xuân theo PA1 giảm 12.18% so với ĐC Về suất lúa, PA1 suất lúa vụ xuân 2010 ổn định tăng 5.06 % so với ĐC Như vậy, xét khả giảm phát thải CH4, tiết kiệm nước không giảm suất lúa chế độ nước mặt ruộng PA1 hợp lý đáp ứng tiêu chí đặt Tiềm xây dựng dự án CDM cho nông nghiệp Việt Nam: Việt Nam đất nước có nông nghiệp phát triển tiềm giảm thiểu phát thải khí mêtan từ ruộng lúa lớn Xây dựng dự án giảm phát 64 thải khí mêtan từ cánh đồng lúa chế độ quản lý nước quan trọng Để có dự án phải làm nhiều việc đó: Đánh giá định lượng phát thải khí mê-tan tiềm giảm nhẹ Chi phí-hiệu phân tích cho dự án Giám sát / Xác minh cho hoạt động dự án Cơ sở hạ tầng quản lý nước Viện quản lý nước Tổ chức dự án 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu thí nghiệm phòng cho thấy chế độ nước ảnh hưởng mạnh đến động thái ôxi hóa-khử Khi đất khô ngập nước Eh giảm nhanh tuần đầu Sau Eh dao động trừ để cạn nước Ở thí nghiệm đồng ruộng đất ngập nước trước cấy nên Eh thấp biến đổi trừ rút nước phơi ruộng Eh tăng Đất nghiên cứu có phản ứng trung tính nên chế độ ngập nước ảnh hưởng mạnh đến động thái pH Trong trình thí nghiệm phòng đồng ruộng, giản đồ động thái pH dao động quanh giá trị Chế độ bón phân có ảnh hưởng đến động thái pH theo thời gian ngập nước không rõ rệt Tuy nhiên, thấy giai đoạn đầu ngập nước, công thức bón phân urê bón phân hữu có giá trị pH cao so với đối chứng Chế độ nước ảnh hưởng mạnh đến phát thải CH4, phát thải CH4 thấp chế độ tưới giữ ẩm sau tưới nông lộ phơi cao phương án ngập thường xuyên Ngoài phụ thuộc vào chế độ nước, phát thải mêtan phụ thuộc vào sinh trưởng lúa Ở giai đoạn cuối đẻ nhánh làm đòng có phát thải mêtan lớn nhất, nguyên nhân phát triển rễ tạo hệ thống mao quản đất tạo điều kiện để CH4 khuếch tán qua rễ thoát vào môi trường khí Qua thí nghiệm đồng ruộng cho thấy phương án 1(tưới nông lộ phơi ) phương án giảm phát thải CH4 mà không làm giảm suất lúa 66 KIẾN NGHỊ Từ so sánh mức độ phát thải mêtan suất lúa phương án thí nghiệm, đề xuất công thức tưới nông lộ phơi (PA1) giải pháp hữu hiệu hạn chế phát thải mêtan đảm bảo suất lúa, nên đưa biện pháp ứng dụng cho thực tế sản xuất lúa Cơ chế phát thải mêtan thông qua lúa nhiều vấn đề chưa giải thích rõ Việt Nam bình diện quốc tế Do cần có nhiều nghiên cứu chi tiết vấn đề Việt Nam có tiềm để xây dựng dự án CDM cho nông nghiệp, đặc biệt trồng lúa Vì việc nghiên cứu biện pháp nhằm hạn chế phát thải khí nhà kính từ việc trồng lúa cần thiết, kết nghiên cứu tài liệu quan trọng để phục vụ cho dự án CDM nông nghiệp 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Nguyễn Việt Anh (2010), Nghiên cứu chế độ nước mặt ruộng hợp lý để giảm thiểu phát thải khí mêtan ruộng lúa vùng đất phù sa trung tính chua đồng sông Hồng, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Hà nội [2] Văn Huy Hải (2006), Đánh giá môi trường đất, nước khí huyện Tứ Kỳ, Nam Sách, Chí Linh Thành phố Hải Dương - Tỉnh Hải Dương phương pháp thị sinh học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội [3] IPCC(2007), Báo cáo lần thứ biến đổi khí hậu, UNEP/IUC [4] Trần Ngọc Lan (2008), Hóa học nước tự nhiên, NXB Đại học Quốc gia Hà nội [5] Lê Văn Khoa (2007), Chỉ thị sinh học môi trường, NXB Giáo dục [6] Nguyễn Văn Tỉnh (2004), “ Ảnh hưởng chế độ nước mặt ruộng đến trình sinh trưởng suất lúa vùng đồng sông Hồng”, Nông nghiệp Phát triển nông thôn, T12/2004, tr.1723-1725 [7] Viện Khí tượng Thủy văn (1999), Báo cáo khoa học hội thảo – Đánh giá kết kiểm kê khí nhà kính, Dự án Thông báo Quốc gia biến đổi khí hậu, Hà nội TIẾNG ANH [8] Adhya T.K., Bharati K., Mohanti S.R., Ramakrishnan B., Rao V.R., Sethunathan N & Wassmann R.(2000), “Methane emissions from rice fields at Cuttack, India”, Nutrient Cycling in Agroecosystems, 58, pp.95-105 [9] Alexander M (1977), Soil Microbiology, NewYork Santa Babara London Sydney Toronto [10] Chareonsilp N., Buddhaboon C., Promanrt P., Wassmann R & Latin R.S (2000), “Methane emissions from deeowater rice fields in Thailand”, Nutrient Cycling in Agroecosystems, 58, pp.85-93 [11] Corton T.M., Bajita J.B., Grosper F.S., Pamploma R.R., Asis C.A., Wassmann R., Latin R.S & Buendia L.V.(2000), “Methane emissions from irrigated and intensively managed rice fields in Central Luzon, Philippines” Nutrient Cycling in Agroecosystems, 58, pp.37-53 68 [12] IRRI(1999), Terminal Report January 1993 – December 1998, GLO/91/631 International Research Program in Methane Emission from Rice Fields, UNDP/GEF [13] Isamu Nouchi, shigeru Mariko, and Kazuyuki Aoki (1990), “Methanism of methane transport from the rhizosphere to the atmosphere through rice plants”, Plant physiol, 94, pp.59-66 [14] Lu W.F., Chen W., Duan B.W., Guo W.M., Lu Y., Latin R.S., Wassmann R.& Neue H.U (2000), “ Methan emissions and mitigation options in irrigated rice files in southeast China”, Nutrient Cycling in Agroecosystems 58,pp.65-73 [15] Neue H.U (1985), “Organic matte dynamics in wetland soil”, Wetland soils: Characterization, Classification and Utilization, IRRI.Manila Philippines, pp.109-122 [16] Nguyen Mong Cuong, Nguyen Van Tinh and others (2000), Report on measuring the methane emission from irrigated rice field under intermittent drainage techonology UNDP, Ha noi [17] Ottow, J.C.G., Benchiser G Watanabe and Santiago S.(1982), “Multiple nutritional soil stress as the prerequisite for iron toxicity of wet land rice (Cryza sativa.L)”, Trop Agric.(Trinidad ), 60,pp.102-105 [18] Patrick W.H.,I.C.Mahapatra (1968), “ Transformation and availability to rice of nitrogen and phosphorus in water logged soils”Adv.Agron 20, pp 323359 [19] Ponnamperuma F.N (1985), “ Chemical Kineties of Wetland rice soils relative to soil fertility”, Wetland soils: characteri-zation, classification and utilization, IRRI.Manila.Philippines, pp.71-89 [20] Setyanto P., Makarim A.K., Fagi A.M., Wassman R & Buendia L.V.(2000), “Crop management affeecting methane emissions from irrigated and rained rice in Central Java-Indonesian”, Nutrient Cycling in Agroecosystems, 58, pp.85-93 69 [21] Tanaka A and Tadano T.(1970), “Studies on the iron nutrition of the rice plant Part – Iron exclusing capacity of the rice roots”, Soil Science and plant Nutrient.16 (1972),pp.185-189 [22] Wang Z.Y., Xu Y.C., Li Z., Guo Y.X., Wasssmann R., Neue H.U., Latin R.S., Buendia L.V., Ding Y.P & Wang Z.Z.(2000), “ A four year record of methan emission from irrigated rice fields in the Beijing region of China”, Nutrient Cycling in Agroecosystems, 58, pp 55-63 [23] Wassmann R., Buendia L.V., Lati R.S., Bueno C.S., Lubigan L.A., Umali A., Nocon N.N., Javellana A.M & Neue H.U.(2000), “Mechanisms of crop management impact on methane emissions from rice files in Los Banos, Philippines” Nutrient Cycling in Agroecosystems, 58,pp.107-119 [24] Watanabe, P.A.Roger (1985), “ Ecology of flooded rice fields” , Wetland soils: Characterization, classification and untilization, pp.229-241 [25] Yamane P and Sato K (1970), “Some problem in the measurement of Eh of plastic flooded soils”, Rep.Insd.Arg Res.Tohoku.Uni,21,pp.65-77 [26] Yu Tian-ren (1985), Soil and plants In: Physical chemistry of paddy soils, Springer Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo [27] Yong-Kwang Shin, Seong-Ho Yun (2000), “Varietal differences in methane emission from Korea rice cultivars”, Nutrient Cycling in Agroecosystems,58,pp.315-319 TIẾNG ĐỨC [28] Van Huy Hai (1986), Untersuchung riber die Transformation und aufnahme von Mangan und Esien leim Anbau von Wasserreis anf eniem SandlehmFaslstaugley Dissertation, A.Universitat Leipzig [29] Muller G.(1964), Bodenbiologie, Brockhaus Verlag Leipzig [30] Pagel H.(1966), Hochschulstudium Bodenkunde b2, Universitat Leipzig [31] Pagel H (1981), Grundlagen des Nahrspoff-haus Haltes Tropischer Boden, VEB.Deutscher.Landwirtschaftverlag.Berlin 70 [...]... những yếu tố ảnh hưởng đến Eh cũng chính là những yếu tố ảnh hưởng đến sự ph t thải CH4 19 a .Ảnh hưởng của chế độ nước và ph n bón đến sự ph t thải CH4 Chế độ nước và ph n bón có ảnh hưởng trực tiếp đến sự ph t thải CH4 Ph n bón (hữu cơ) là nguồn sinh ra CH4 Chế độ nước tạo môi trường hình thành CH4, liên quan chặt chẽ tới chế độ khí trong đất Khi đất ngập nước, hệ thống mao quản của đất bị nước chiếm... làm thay đổi Eh như: cày sâu, bón ph n hữu cơ, tưới… hay các chất khác đưa vào đất b Động thái của thế ôxi hóa khử Thế ôxi hóa – khử của đất có thể dao động từ - 0,4 đến 0,8 V Ở đất háo khí thế ôxi hóa – khử dao động trong khoảng 0,4 đến 0,8 V, ở đất ngập nước định kỳ thế ôxi hóa – khử dao động trong khoảng -0,1 đến 0,1V, ở đất ngập nước lâu ngày thế ôxi hóa – khử dao động trong khoảng – 0,3V Theo A.I.perenman... đến năm 2010, đánh giá tác động và xây dựng biện ph p thích ứng ở Việt Nam 28 Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PH ƠNG PH P NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là môi trường đất trồng lúa ở xã Kim Chung, huyện Hoài Đức, Hà Nội 2.2 Nội dung nghiên cứu Xác định động thái của các chỉ tiêu ở điều kiện đất ngập nước và thời gian ngập nước khác nhau: Động thái của Eh Động thái của pH Động. .. pCO2 đất sodic Hình 1.3 Động thái pH ở một số loại đất khi ngập nước theo Ponnamperuma, F.N.(1985) [19] Các động thái của giá trị pH ở một vài loại đất ngập nước: pH của đất ngập nước ảnh hưởng rõ ràng đến nồng độ của các chất dinh dưỡng và các chất độc thông qua các tác động đến cân bằng hóa học, sự hấp thu vào ph c hệ hấp thu, sự giải ph ng khỏi ph c hệ hấp ph , sự bay hơi NH3 và các quá trình của. .. trình ph t thải CH4 với Eh, pH và nhiệt độ biểu thị qua hình 1.8 : 21 Qua biểu đồ trên có thể rút ra nhận xét: Sự ph t thải CH4 của đất nhìn chung dao động trong khoảng 0 – Hình 1.8 Động thái của nhiệt độ, nước ngập (a và d), sự ph t thải CH4 (b và d), Eh và pH (c và f) ở điều kiện đất ngập nước liên tục và không kiên tục Nguồn : IRRI, 1999[12] Độ pH hầu như không có mối liên hệ với sự ph t thải CH4... trong vài tuần sau đó pH = 6,7 – 7,2 theo tỉ lệ 1: 1 huyền ph đất nước (theo tỉ lệ 1:1 hỗn hợp các hạt đất mịn không lắng trong nước) hoặc pH = 6,5-7,0 trong dung dịch đất Toàn bộ ảnh hưởng của sự ngập nước làm tăng pH của đất axit và giảm pH của đất sodic và đất đá vôi Do đó việc ngập nước làm ảnh hưởng tới pH của tất cả các loại đất trừ các bãi than bùn có tính axit và những ảnh hưởng này đến trạng thái. .. Động thái của CH4 Ngoài các chỉ tiêu trên còn theo dõi sự sinh trưởng và năng suất lúa 2.3 Ph ơng ph p nghiên cứu 2.3.1 .Ph ơng ph p thí nghiệm trong ph ng Mục đích : theo dõi động thái của Eh, pH trong quá trình đất khô sang ngập nước để xác định điện hóa đất lúa ngập nước trên nền đất thí nghiệm cụ thể: đất ph sa trung tính ít chua đồng bằng sông Hồng Theo dõi động thái của Eh và pH ở chế độ ngập nước. .. hình thành sẽ biến đổi tùy theo điều kiện môi trường, trong đó vai trò của vi sinh vật là rất quan trọng Nó không những tham gia vào sự hình thành mà còn tham gia vào sự chuyển hóa CH4 1.3.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến sự ph t thải CH4 Có nhiều yếu tố như: chế độ nước, ph n bón, tính chất đất, quá trình sinh trưởng của cây lúa có ảnh hưởng mạnh đến Eh Khi động thái của Eh thay đổi thì sự ph t thải CH4... CH4[21] Kết quả nghiên cứu của Tanaka A &Tadano T.(1970) [21] về động thái Eh ph thuộc vào cây lúa được thể hiện ở hình 1.9 Hình 1.9 Động thái của Eh ở đất trồng lúa và không trồng lúa theo Tanaka,A và Tadano,T.(1970)[21] Đồ thị cho thấy khi đất trồng lúa, đặc biệt là ở giai đoạn lúa ph t triển mạnh (thời kỳ đẻ nhánh đến làm đòng) thì Eh tăng hơn so với đất không trồng lúa Nguyên nhân được tác giả... cơ là sản ph m ban đầu để sinh ra CH4 Mặt khác, chất hữu cơ trong đất làm giảm thế ôxi hóa – khử tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành CH4 c .Ảnh hưởng của trồng lúa và mùa vụ đến sự ph t thải CH4 Dưới góc độ sinh lý thực vật và dinh dưỡng cây trồng, cây lúa không hấp thụ CH4 Nhưng nhiều công trình nghiên cứu đã khẳng định rằng việc trồng lúa, tức bản thân cây lúa có ảnh hưởng đến ph t thải CH4[21]