Khí nhà kính trong nông nghiệp và các quá trình
biến đổi

Nhằm đối phó với hiện tượng nóng lên toàn cầu và hạn chế những tác động có
thể đem lại do việc tăng nhiệt độ trung bình của trái đất, tại hội nghị của liên hiệp
quốc về Môi trường và Phát triển ở Rio de Janeiro, Brazil tháng 6/1992, 155 nhà nước
và chính phủ đã tham gia kí kết Công ước khung liên hiệp quốc về biến đổi khí hậu
toàn cầu (UNFCCC) nhằm mục tiêu cuối cùng là ổn định nồng độ khí nhà kính
(KNK) trong khí quyển ở mức độ có thể ngăn ngừa được sự can thiệp nguy hiểm của
con người đối với hệ thống khí hậu.
Nghị định thư Kyôto là hiệp định được kí kết trong khuôn khổ UNFCCC tại hội nghị
lần thứ 3 các bên tham gia UNFCCC tại Kyoto - Nhật Bản tháng 12/1997. Trong nghị
định thư này đã đưa ra 3 cơ chế mềm dẻo (Buôn bán phát thải toàn cầu (IET), cơ chế
đồng thực hiện (JI) và cơ chế sạch (CDM), để giúp các nước thực hiện và phát triển
được mục tiêu giảm thải khí nhà kính, góp phần đạt được mục tiêu chung của công
ước.
CDM được ghi trong điều 12 của nghị định thư Kyoto, cho phép chính phủ hoặc tổ
chức, cá nhân ở các nước công nghiệp thực hiện dự án giảm phát thải ở các nước đang
phát triển để nhận được “chứng chỉ giảm phát thải”, viết tắt là CERs, đóng góp cho
mục tiêu giảm phát thải của quốc gia đó. CDM cố gắng thúc đẩy phát triển bền vững
ở các nước đang phát triển và cho phép các nước phát triển đóng góp vào mục tiêu
giảm mật độ tập trung KNK trong khí quyển.
Tại điều 12.2 trong nghị định thư có nêu “mục đích của CDM sẽ là trợ giúp các bên
không thuộc phụ lục I đạt được phát triển bền vững và góp phần thực hiện mục tiêu
cuối cùng của công ước và giúp các bên phụ thuộc phụ lục I thực hiện được cam kết
giảm và hạn chế phát thải của mình trong điều 3”.
Cơ chế phát triển sạch (CDM) là một trong những công cụ linh hoạt của nghị định thư
Kyoto. CDM bao gồm các nguyên tắc cốt lõi của phát triển bền vững: Phát triển kinh
tế, cải thiện môi trường và tiến bộ xã hội và có tiềm năng ứng dụng lớn ở các nước
đang phát triển.
Xem một ví dụ sau: “ Chẳng hạn với các nước công nghiệp phát triển như Đức, Pháp

Sự men hoá chất hữu cơ xảy ra khi chất hữu cơ là chất nhận electron trong hô hấp kỵ
khí bởi các vi sinh vật hình thành nên những axit hữu cơ có trọng lượng phân tử nhỏ,
rượu và CO
2
.
C
6
H
12
O
6
==> 2CH
3
CHOCOOH (axit lactic)
Hoặc C
6
H
12
O
6
 2CH
2
CH
2
OH + 2 CO
2

(ethanol).
Quá trình có thể xảy ra trong ĐNN bởi những vi sinh vật kỵ khí không hoàn toàn
và bắt buộc. Có ý kiến cho rằng, sự men hoá có vai trò trung tâm trong việc cung cấp

) trong ĐNN
Quá trình này xảy ra khi một số vi khuẩn nhất định (vi khuẩn mê tan) sử dụng
CO
2
hoặc nhóm metyl như những chất thu nhận electron để sản sinh ra khí mêtan
(CH
4
) theo phương trình:
4H
2
+ CO
2
 CH
4
+ 2H
2
O
CH
3
COO
-
+ 4H
2
 2CH
4
+ 2H
2
O
CH
4

độ sản sinh mêtan trong môi trường nước ngọt cao hơn vì lượng sunfat trong nước và
trong trầm tích nhỏ hơn.
Sử dụng các nghiên cứu khác nhau để so sánh tốc độ sản sinh mêtan rất khó, bởi
vì các tác giả đã sử dụng những phương pháp khác nhau trong khi đó tốc độ sản sinh
lại phụ thuộc vào nhiệt độ và thời kỳ thuỷ văn.
Sự sản sinh mêtan thường theo mùa ở những vùng khí hậu ôn hoà. Ví dụ, Harris
(1982) cho biết, sự sản sinh mêtan cực đại ở đầm lầy nước ngọt bang Virigina vào
tháng 4 và 5, trong khi theo Wiebe (1981) ở những đầm lầy nước mặn lại vào cuối
mùa hè
Chu trình sunfua
Chu trình sunfua rất quan trọng trong một số ĐNN để ôxy hoá các bon. Điều này chỉ
đúng với ĐNN ven biển (bãi lầy mặn, khu rừng ngập mặn) là nơi rất giàu sunfua. Vi
khuẩn khử sunfua cần cơ chất hữu cơ, nhìn chung có trọng lượng phân tử thấp, và như
là nguồn năng lượng để chuyển sunfat thành sunfit. Quá trình men hoá được đề cập ở
phần trên có thể cung cấp những hợp chất hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp như
lactat
Những phương trình khử sunfua đã cho thấy quá trình ôxy hoá chất hữu cơ xảy ra
như sau:
2CH
3
CHOHCOO
-
+ SO
4
2-
+ 3H
+
 2CH
3
COO

lầy là bằng con đường khử sunfua men hoá, và với sự hô hấp hiếu khí chiếm 45%
phần còn lại và chỉ có tỷ lệ nhỏ CO
2
.

- Đất trồng lúa và phát thải khí nhà kính
Theo định nghĩa của công ước Ramsar toàn bộ ĐNN của Việt Nam chiếm một
phần không nhỏ toàn lãnh thổ. Các vùng biển nông, ven biển, cửa sông, đầm phá,
đồng bằng châu thổ sông, tất cả các sông suối ao hồ, đầm lầy tự nhiên hay nhân tạo
(Trong điều kiện Việt Nam diện tích > 2ha), các vùng nuôi trồng thuỷ sản và canh tác
lúa nước đều thuộc loại hình ĐNN.
Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới ẩm gió mùa nên vừa có những thuận lợi lại
vừa có những thách thức. Nhiệt độ nóng và ẩm làm cho tốc độ sinh trưởng phát triển
của thực vật nhanh. Mưa nhiều gây cho đất bị xói mòn nghiêm trọng, nhất là đất dốc.
So sánh giữa các loại hình sử dụng đất ở vùng nhiệt đới ẩm mưa nhiều người ta thấy
có hai phương thức sử dụng đất bền vững là lúa nước và rừng (hoặc loại hình tương
tự rừng như các trang trại trồng cây lưu niên).
Người ta thường nói đến vai trò của hệ 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.
Một số ý kiến dưới đây của cơ quan Phối hợp Chính sách Môi trường Nhật Bản làm
rõ thêm một số tác động tích cực của hệ canh tác lúa nước đối với môi trường.
*Hạn chế lũ lụt: Đê điều nhằm bảo vệ các cánh đồng lúa khỏi bị ngập lụt nhưng
mặt khác cần thấy tác động ngược lại là chính chúng đã góp phần hạn chế lũ lụt. Các
cánh đồng lúa được bao bọc bởi hệ thống bờ vùng bờ thửa do đó hạn chế lượng nước
chảy tràn của các trận mưa tạo nên lũ lụt. Có thể xem vai trò các cánh đồng lúa như
các hồ chứa nước và trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, chúng có giá trị tương đương
như các hồ chứa nước nhất là các cánh đồng cao, ít bằng phẳng.
*Duy trì tài nguyên nước: Các cánh đồng lúa luôn lưu giữ lớp nước trên bề mặt
trải rộng trên diện tích lớn của lãnh thổ nhờ đó đã tác động tích cực đến chế độ nước
ngầm. Nước ngầm được các cánh đồng lúa duy trì đã đóng góp vào sự ổn định lưu

đã tăng lên 2 lần. Mặc dù nồng độ của nó tương đối thấp nhưng CH
4
có tầm quan
trọng đặc biệt đối với môi trường. Nó là loại khí có liên quan tới khí hậu và đóng góp
khẳng 20% vào sự nóng lên của khí hậu toàn cầu 0,7
0
C trong vòng 100 năm qua. Tác
động này càng tăng lên do sự ôxy hóa CH
4
bởi các phản ứng của OH
-
tại những nồng
độ NO
x
cao dẫn tới việc hình thành ôzôn (O
3
) ở tầng đối lưu gây ảnh hưởng tới điều
kiện khí hậu. Hơn nữa, nồng độ ôzôn của tầng đối lưu quyết định tiềm năng ôxy hóa
của tầng này và do đó có ảnh hưởng tới sự phân bố và tính phong phú của các hợp
phần môi trường khác.
Nguồn gốc chủ yếu của CH
4
là bề mặt Trái Đất với diện tích khoảng 150 triệu
km
2
, thông qua qúa trình khoáng hóa chất hữu cơ bởi vi sinh vật trong điều kiện khử
hoàn toàn. Quá trình này xảy ra trong ĐNN (đầm lầy, ruộng lúa, đầm phá, bãi rác) và
trong quá trình lên men ở bộ máy tiêu hóa của các động vật và những loài động vật ăn
cỏ khác.
* Phát thải khí CH

Thí nghiệm đo trực tiếp ngoài ruộng lúa lượng CH
4
phát thải được thực hiện đầu
tiên vào năm 1980 tại California (Mỹ). Cicerone và Shetter (1981) cho biết, lượng
phát thải CH
4
vào khoảng 59 triệu tấn/năm. Sau đó, năm 1984 Seiler lặp lại thí nghiệm
ở Tây Ban Nha và cũng đưa ra giá trị tương tự từ 35 - 59 triệu tấn/năm
Holzapfer và Seiler (1986) đo lượng CH
4
phát thải từ ruộng lúa ở Italia đã cho kết
quả cao hơn, trung bình từ 12  6mg/m
2
/giờ. Căn cứ vào diện tích đồng lúa và nhiệt
độ đất ở các vùng, Schutz (1989) ước đoán lượng CH
4
phát thải trên toàn cầu khoảng
100  50 triệu tấn/năm. Thế nhưng sự ảnh hưởng của khí hậu, loại đất, giống cây
trồng, quản lý đồng ruộng, loại và cách sử dụng phân bón đến nay vẫn chưa được
nghiên cứu đầy đủ. Điều trở nên hấp dẫn là cường độ phát thải mạnh ở Italia và Trung
Quốc phản ánh sự biến đổi ngày đêm và theo mùa, phụ thuộc vào điều kiện khí hậu và
phương thức quản lý đồng ruộng. Ở Italia, sự phát thải CH
4
đạt giá trị cực đại vào nửa
buổi chiều khi nhiệt độ đất tới sâu 5cm đạt cực đại. Tương quan thuận giữa nhiệt độ
đất và lượng CH
4
phát thải (trong suốt thời kỳ sinh trưởng) đã được các thí nghiệm
khẳng định
Về giá trị trung bình theo mùa, tỷ lệ CH

chuồng, phân rác càng làm tăng lượng CH
4
và tăng gấp 2 lần. Ngược lại, nếu bón sâu
và phối hợp với phân urê (200kg N/ha) hoặc amôni sunphat thì lượng CH
4
phát thải
lại giảm đi một nửa.
Ở Việt Nam, diện tích trồng lúa khoảng 4,3 triệu ha, nhưng do tăng vụ nên tính ra
khoảng trên 7 triệu ha.
Trong chăn nuôi thải ra khoảng 50 - 65 triệu tấn phân chuồng, chủ yếu dùng để
bón cho lúa, nên lượng phát thải CH
4
trong các ruộng lúa khá lớn. Ngoài ra, diện tích
ĐNN có rừng ngập mặn khoảng 156.000ha (Ngô Đình Quế, 2003), ĐNN có RNM
phát thải khoảng 38 triệu tấn CH
4
và CO
2
(Nguyễn Văn Hiệu, 1997). Văn phòng ôzôn
của VN đã thử kiểm kê khí nhà kính.
Như vậy, CO
2
và CH
4
là 2 loại khí nhà kính chủ yếu ở Việt Nam hiện nay. Tính đến
1993, luợng phát thải CO
2
ở Việt Nam vào khoảng 27 - 28 triệu tấn do tiêu thụ nhiên
liệu hóa thạch từ các hoạt động năng lượng và lượng phát thải CH
4

phụ thuộc vào nhiệt
độ, tốc độ gió, sự biến đổi pH ngày đêm do hoạt động sinh học trong nước ngập. Một
cách luân phiên, những ion NH
4
+
khuếch tán vào tầng đất bị ôxy hoá kéo theo quá
trình thuỷ phân và được cây lúa hút thu trực tiếp hoặc bị nitrat hoá, hoặc bị cố định
trong hợp chất hữu cơ.
Tiếp theo quá trình nitrat hoá NH
4
- N trong tầng đất bị ôxy hoá, thì NO
3
- N hoặc
được rễ hút thu, hoặc rửa trôi xuống tầng đất khử và ở đây nó bị phản nitrat hoá và
mất nitơ ở dạng khí N
2
O, NO và N
2
.
Quá trình khoáng hoá nitơ là sự chuyển hoá sinh học các chất hữu cơ chứa nitơ
đến nitơ amôni (NH
4
- N). Quá trình này xảy ra trong cả hai điều kiện kỵ khí và hiếu
khí và được gọi là quá trình amôn hoá theo các phản ứng:
NH
2
- CO- NH
2
+ H
2

lên tầng trên.
NH
4
+
- N bị ôxy hoá bởi các vi khuẩn hoá dưỡng qua quá trình nitrat hoá theo hai
giai đoạn:
- Do vi khuẩn Nitrosomonas.sp.
2NH
4
+
+ 3O
2
==> 2NO
2
-
+ 2H
2
O + 4H
+
+ năng lượng (3)
- Do vi khuẩn Nitrobacter sp.
2NO
2
-
+ O
2
 2NO
3
-
+ năng lượng (4)

trình này có thể là nguồn nitơ đáng kể cho một số loại đất.
Quá trình cố định N
2
diễn ra do những vi khuẩn hiếu khí và có ưu thế ở nồng độ
ôxy thấp vì ở nồng độ ôxy cao thì hoạt tính của enzyme nitrogenaza bị kìm hãm
(Ethrington, 1983).
Cố định N
2
có thể xảy ra do vi khuẩn sống tự do và vi khuẩn cộng sinh
giốngRhizobium hoặc bởi xạ khuẩn Actinomycete. Whitney (1981) cho biết, cố định
bởi vi sinh vật (VSV) là con đường quan trọng nhất trong những đất đầm lầy mặn.
Một mặt khác, cả hai loại vi khuẩn (VK) cố định N
2
và VK nitrat hoá đều không có
hoạt tính ở điều kiện pH thấp. Tảo xanh lục không cố định N
2
cộng sinh có nhiều ở
ĐNN cũng là nguồn đóng góp đáng kể niơ trong các ĐNN.
Ở ruộng lúa có 3 quá trình chính làm biến đổi những điều kiện đất gần rễ lúa trong
điều kiện kỵ khí.
- Giải phóng O
2
từ rễ gây nên sự ôxy hoá Fe
2+
và tạo môi trường axit.
4 Fe
2+
+ O
2
+ 10H