Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn
TRƯờNG ĐạI HọC thủy lợi nguyễn thị phơng anh
nghiên cứu chế độ tới hợp lý cho lúa
nhằm tiết kiệm nớc, giảm phát thảI
khí nhà kính và không ảnh hởng đến
năng suất lúa vùng đồng bằng sông hồng
Chuyên ngành : Kỹ thuật tài nguyên nớc
Mã số : 60580212 Luận văn thạc sĩ Ngời hớng dẫn khoa học:
1. TS. Nguyễn Việt Anh
2. PGS.TS Lê Thị Nguyên Hà Nội 2014
ii
BẢN CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đề tài luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu chế độ tưới hợp
lý cho lúa nhằm tiết kiệm nước, giảm phát thải khí nhà kính và không ảnh
hưởng đến năng suất lúa vùng đồng bằng sông Hồng” là đề tài do cá nhân tôi
thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Lê Thị Nguyên và TS. Nguyễn
Việt Anh. Luận văn được làm dựa trên các số liệu, tài liệu được thu thập từ nguồn
thực tế, được công bố trên báo cáo của cơ các quan Nhà nước, được đăng tải trên
các tạp chí chuyên ngành, sách, báo… để làm cơ sở nghiên cứu. Tác giả không sao
chép bất kỳ một luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào trước đó.
Hà Nội, ngày 18 tháng 7 năm 2014
Tác giả Nguyễn Thị Phương Anh
phát thải phụ thuộc vào thế oxy hoá khử của đất khi sinh
trưởng của lúa 23
Hình 1.3. Động thái Eh của đất trồng lúa và đất không trồng lúa 24
Hình 2.1- Vị trí khu nghiên cứu thí nghiệm tại Hoài Đức, Hà Nội. 38
Hình 2.2- Sơ đồ bố trí thí nghiệm 52
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 53
Hình 2.4- Mô phỏng lớp nước mặt ruộng (đối chứng) 54
Hình 2.5- Mô phỏng lớp nước mặt ruộng (CT1) 55
Hình 2.6- Mô phỏng lớp nước mặt ruộng (CT2) 56
Hình 2.7. Sơ đồ bể thí nghiệm có đáy và không đáy 57
Hình 2.8: Thiết bị lấy mẫu mêtan (CH
4
) tại đồng ruộng 59
Hình 3.1: Sơ đồ về đặc điểm sự hình thành mê tan ở đất ngập nước trồng lúa ở đồng
bằng sông Hồng 80
Hình 3.2: Mô phỏng cường độ CH
4
phát thải ở các trường hợp có cấy lúa và không
cấy lúa vụ mùa 2010 82
Bảng 2.6. Các chỉ tiêu của nước tưới khu thí nghiệm 45
Bảng 3.1-Lượng bốc-thoát hơi nước thực tế của lúa vụ xuân 2009 65
Bảng 3.2- Lượng bốc thoát hơi nước thực tế của lúa vụ mùa 2009 66
Bảng 3.3- Lượng bốc-thoát hơi nước thực tế của lúa vụ xuân 2010 68
Bảng 3.4- Lượng bốc thoát hơi nước thực tế của lúa vụ mùa 2010 69
Bảng 3.5- Tổng hợp lượng bốc-thoát hơi nước thực tế 2 vụ lúa 70
Bảng 3.6- Chiều cao cây từ mặt đất đến đỉnh bông 73
(từ giai đoạn trỗ bông đến chắc xanh) 73
Bảng 3.7- Diện tích lá trong 1 khóm 74
Bảng 3.7- Diện tích lá trong 1 khóm (tiếp theo) 74
Bảng 3.8 – Số nhánh trên 1 m
2
75
Bảng 3.9- Trọng lượng của 1 khóm (giai đoạn trỗ bông) 75
Bảng 3.10- Các yếu tố cấu thành năng suất lúa 76
Bảng 3.11: So sánh năng suất lúa trong các trường hợp thí nghiệm (tạ/ha) 77
1.1. Tính cấp thiết của đề tài 8
1.2. Mục tiêu nghiên cứu 9
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9
1.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 9
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN
ĐỀ TÀI 10
1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 10
1.1.1. Chế độ tưới cho cây trồng: 10
1.1.2.Phát thải mêtan (CH
4
) dưới ảnh hưởng của các yếu tố tưới tiêu và chế
độ canh tác lúa 15
1.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 25
1.2.1. Chế độ tưới cho cây trồng: 25
1.2.2. Phát thải mêtan dưới ảnh hưởng của các yếu tố tưới tiêu và chế độ canh
tác lúa 29
1.3. Cơ chế hình thành và phát thải Mêtan 34
3.1.1. Cơ sở khoa học tiết kiệm nước 63
3.1.2. Kết quả nghiên cứu lượng bốc thoát hơi nước mặt ruộng (nhu cầu nước
của cây lúa) 64
3.2. Ảnh hưởng của chế độ tưới đến sinh trưởng, phát triển và năng suất lúa 71
3.2.1. Ảnh hưởng của tưới nông lộ phơi đến sinh trưởng, phát triển và năng
suất lúa 71
3.2.2. Ảnh hưởng của chế độ tưới đến năng suất lúa 72
3.3. Chế độ tưới lúa và phát thải khí nhà kính trên ruộng lúa 77
3.3.1. Cơ chế hình thành mêtan 77
3.3.2. Cơ chế phát thải mêtan 81
3.3.3. Ảnh hưởng của chế độ tưới đến phát thải Mêtan trên ruộng lúa 83
3.3.4. Đánh giá chung về ảnh hưởng của trồng lúa nước và chế độ tưới đến
phát thải CH
4
ở khu vực nghiên cứu 87
3.4. Đề xuất chế độ nước nhằm giảm thiểu lượng CH
4
phát thải trên ruộng lúa, tiết
kiệm nước và không làm giảm năng suất lúa 89
đang và sẽ còn chiếm tỷ trọng cao trong tổng giá trị xuất khẩu của cả nước vì thế
giới đang trong cơn khủng hoảng về lương thực nói riêng và các loại nông sản khác
nói chung.
Theo Macintosh, 2008, Châu Á hy vọng sẽ tăng 1% sản lượng gạo mỗi năm,
nhưng họ phải làm điều đó trong điều kiện có ít nước, ít đất và ít nhân công hơn cho
trồng trọt.
Thực tế những nghiên cứu về chế độ tưới cho lúa ở nước ta thường thực hiện
theo phương pháp tưới ngập nên lượng nước tưới cho lúa lớn. Mỗi vụ trung bình hệ
thống thủy nông phải cung cấp một lượng nước từ 7000 m
3
/ha đến 8000 m
3
/ha. Mặt
khác, trong điều kiện ruộng lúa ngập thường xuyên sẽ làm cho quá trình phân giải
chất hữu cơ ở điều kiện yếm khí, sinh ra khí mêtan (CH
4
). Chất khí này là nguồn
phát thải khí nhà kính, làm gia tăng khí nhà kính, là một trong những nguyên nhân
gây nên sự biến đổi khí hậu.
Những nghiên cứu về chế độ tưới ngập không liên tục so với ngập liên tục
trên ruộng lúa cho thấy, sự phát thải CH
4
được giảm rõ rệt. Bón phân hữu cơ làm
tăng lượng CH
4
phát thải, bón phân vô cơ hạn chế phát thải CH
4
(IRRI, 1999). Hơn
nữa, rút nước phơi ruộng ở các giai đoạn thích hợp còn làm giảm độc tố trong đất,
giúp cho hệ rễ lúa phát triển tốt, tiết kiệm lượng nước tưới, chi phí tưới giảm. Việt
1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
1.1.1. Chế độ tưới cho cây trồng:
Hiểu theo nghĩa chung nhất, chế độ tưới là chế độ điều tiết nước mặt ruộng
cho phù hợp với yêu cầu sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Chế độ tưới bao
gồm thời gian tưới, mức tưới mỗi lần, số lần tưới và tổng lượng nước tưới để đảm
bảo chế độ nước mặt ruộng phù hợp với nhu cầu nước của từng loại cây trồng trong
toàn bộ hoặc một chu kỳ sinh trưởng với những điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng và kỹ
thuật canh tác nhất định (Trần Viết Ổn, 2009).
Nghiên cứu chế độ tưới ngoài mục tiêu đảm bảo chế độ nước phù hợp để cây
trồng có thể sinh trưởng, phát triển tốt, cho năng suất cao và ổn định còn một mục
đích quan trọng khác là nâng cao hiệu quả sử dụng nước, tiết kiệm công lao động vì
vậy nó có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển và nâng cao hiệu quả kinh tế
trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt trong bối cảnh sản xuất nông nghiệp đang chịu
nhiều áp lực của sự gia tăng dân số, công nghiệp hoá và tình hình biến đổi khí hậu.
Theo Báo cáo Phát triển con người 2007/2008 của UNDP đã chỉ ra năm điểm
ảnh hưởng tới phát triển con người đã và đang xảy ra trong điền kiện biến đổi khí
hậu cần xem xét là (1) năng suất nông nghiệp giảm; (2) mức độ mất an ninh về
nước tăng lên; (3) có nhiều khả năng xảy ra thiên tai ở mức khắc nghiệt hơn; (4) các
hệ sinh thái bị phá vỡ và (5) rủi ro về sức khoẻ của con người gia tăng (Christophe
Bahuet, 2008). Thực tế đó đã đặt ra thách thức trong việc nghiên cứu nhằm nâng
cao hiệu quả sử dụng nước, nhất là trong sản xuất nông nghiệp, nghĩa là cần phải
sản xuất một lượng lương thực nhiều hơn với một lượng nước tưới ít hơn.
Ngành nông nghiệp sản xuất lúa gạo là ngành có tỷ lệ tiêu thụ nước lớn nhất,
ước tính chiếm hơn 80% lượng nước tưới ở khu vực Châu Á. Vì vậy, đây là khu
vực được các nhà khoa học ưu tiên nghiên cứu tìm các biện pháp thích hợp giảm
thiểu lượng nước tưới cho lúa. Theo đó, hai hướng nghiên cứu cơ bản được tiến
hành là: (i) giảm lượng nước tổn thất trên hệ thống tưới và (ii) giảm lượng nước
tưới tại mặt ruộng.
11
12
số trường hợp, để giải quyết mâu thuẫn cung cầu, cũng dùng cách cung cấp nước
thấp hơn nhu cầu nước tiêu chuẩn của cây trồng, tức thực hiện tưới không đầy đủ,
lúc này không còn đòi hỏi năng suất cao nhất nữa, mà là với nguồn nước có hạn đó,
đạt được mục tiêu hiệu ích kinh tế của tổng sản lượng cao nhất hay nói cách khác là
năng suất tính trên đơn vị nước sử dụng là cao nhất (Lý Viễn Hoa, 2003).
Trên cơ sở những xu hướng nghiên cứu cơ bản nêu trên, các nội dung nghiên
cứu cụ thể được triển khai trên thế giới được điều chỉnh cho phù hợp với mục đích
nghiên cứu và đặc thù địa lý, khí hậu cũng như đặc điểm xã hội từng vùng. Do vậy,
kết quả thu được cũng có những khác biệt nhất định về giá trị và ý nghĩa như một số
nghiên cứu điển hình được giới thiệu dưới đây.
+ Ở Philipines: Giai đoạn từ năm 1968 – 1995, Viện nghiên cứu lúa quốc tế
IRRI đã tiến hành một số nghiên cứu nhằm xác định mối quan hệ giữa lượng nước
tưới và năng suất lúa. Các nghiên cứu điển hình được thực hiện vào mùa khô năm
1968 và 1969.
- Mùa khô năm 1968: Nghiên cứu thử nghiệm với việc duy trì một lớp nước
50 mm trên tất cả các ô ruộng thí nghiệm, sau đó các ô ruộng tách ra thành 3 nhóm
được tưới với các mức tưới khác nhau, lần lượt là 2 mm/ngày, 4 mm/ngày và 6
mm/ngày với tần suất tưới 5 ngày/lần. Kết quả thí nghiệm cho thấy, độ ẩm đồng
ruộng ở tất cả các ruộng thí nghiệm luôn lớn hơn 50% độ ẩm tối đa đồng ruộng và
năng suất lúa khi tưới 2 mm/ngày giảm không đáng kể so với tưới ngập liên tục.
- Mùa khô năm 1969: Các thí nghiệm được thay đổi, áp dụng mức tưới từ 2-8
mm/ngày cho các ô thí nghiệm ngay từ khi gieo cấy và tần suất tưới cũng là 5
ngày/lần. Kết quả cho thấy, năng suất lúa không giảm nếu mức tưới từ 7 mm/ngày
trở lên, nhỏ hơn mức tưới này thì năng suất lúa bắt đầu giảm nhỏ và gần như bằng
không nếu mức tưới nhỏ hơn hoặc bằng 4 mm/ngày.
Một số nghiên cứu khác cũng được Bhuiyan và Tuong tiến hành vào năm 1995,
kết quả cho thấy phương pháp tưới nông lộ phơi nếu được áp dụng ngay từ khi gieo
ngập truyền thống.
+ Ở Trung Quốc: Các nghiên cứu về tiết kiệm nước tưới ở Trung Quốc
được tiến hành theo cả hai hướng là trên phạm vi toàn hệ thống và tại mặt ruộng.
Trên phạm vi mặt ruộng, cho đến cuối những năm 1970, phương pháp tưới
truyền thống là tưới nông thường xuyên. Tuy nhiên, sang đến đầu nững năm 1980,
ở Trung Quốc đã bắt đầu nghiên cứu phương pháp tưới tiết kiệm nước cho lúa.
Theo phương pháp này sẽ không tưới ngập thường xuyên tức là không duy trì
thường xuyên một lớp nước trên ruộng lúa nhằm làm giảm lượng nước thấm và bốc
14
thoát hơi mặt ruộng. Kết quả từ các nghiên cứu về tưới tiết kiệm nướctrong những
năm 1980, 1990 ở các tỉnh miền Nam Trung Quốc mà điển hình là từ 1990-1992,
tác giả MaoZi tiến hành thí nghiệm tại trạm thí nghiệm Guillin với 2 nhóm công
thức tưới là tưới ngập truyền thống và tưới ướt – khô xen kẽ đã cho thấy, tưới ướt –
khô xen kẽ không chỉ có tác dụng tiết kiệm được một lượng nước đáng kể từ 20-
35% (từ: 3.100-4.500 m
3
/ha/vụ so với 4.080-5.780 m
3
/ha/vụ) mà còn có thể tăng
năng suất từ 15-28%. Sản lượng nông nghiệp tính trên 1 đơn vị m
3
nước tưới tăng
từ 0,65-0,82 kg/m
3
lên 1,18-1,5 kg/m
3
(MaoZi, 1996).
+ Ở Pakistan: Các nghiên cứu được tiến hành theo hai giai đoạn là giai đoạn
1.1.2.Phát thải mêtan (CH
4
) dưới ảnh hưởng của các yếu tố tưới tiêu và chế độ
canh tác lúa
Phát thải CH
4
trên ruộng lúa nước đã được phát hiện từ lâu, theo IRRI thì
một lượng lớn CH
4
phát thải lần đầu tiên được phát hiện ở vùng trồng lúa của Mỹ
và Châu Âu. Sau đó những nghiên cứu chi tiết được tiến hành ở Ý, Trung Quốc, Ấn
Độ, Nhật Bản và Đông Nam Á. Theo đánh giá của ban liên chính phủ về biến đổi
khí hậu (IPCC,1996) thì tổng lượng CH
4
phát thải từ các vùng trồng lúa nước dao
động từ 200-100 Tg/năm (Tg – triệu tấn).
Hiện nay, người ta tập trung chú ý vào hai nguồn khí mêtan mà chúng ta
thường không nghĩ đến đó là: khu vực đầm lầy và các ruộng lúa nước, là những
nhân tố gây ô nhiễm tự nhiên. Vùng trồng lúa chủ động tưới là nguồn sinh mêtan
chính từ ruộng lúa. Lượng khí mêtan phát thải do trồng lúa nước ở một số nước
trình bày ở bảng 1.1.
Bảng 1.1: Lượng khí mêtan phát thải do trồng lúa nước ở một số nước
Quốc gia
Tổng lượng
CH
4
phát thải
(triệu tấn)
Lượng CH
4
nguồn là 570-850 triệu tấn/năm. Lượng CH
4
phát thải từ ruộng lúa chủ yếu dựa trên
các thí nghiệm tại Nhật Bản (Koyam, 1963). Tuy nhiên Ehhalt và Schmidt (1978)
chỉ ra rằng nồng độ này được xác định trong phòng thí nghiệm chứ không phải trên
ruộng lúa thực tế.
Cicerone và Shetter (1981) thuộc viện khoa học California là những người
đầu tiên nghiên cứu về phát thải khí CH
4
trên ruộng lúa sử dụng phương pháp
buồng kín. Họ đã xác định được ở ruộng lúa có sự phát thải từ 0,04 đến 0,3
g/m
2
/ngày. Họ cũng thấy rằng CH
4
phát thải chủ yếu qua cây lúa. Phát thải qua
khuyếch tán và bọt bong bóng là không đáng kể.
* Yếu tố ảnh hưởng tới phát thải khí mêtan (CH
4
)
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quá trình phát thải như: chế độ nước, phân
bón, tính chất đất, quá trình sinh trưởng của cây lúa có ảnh hưởng đến Eh. Khi động
thái của Eh thay đổi thì sự phát thải của CH
4
cũng thay đổi theo. Nói cách khác,
những yếu tố ảnh hưởng đến Eh cũng chính là yếu tố ảnh hưởng đến sự phát thải
của CH
4
. Vấn đề này trong những năm gần đây cũng được nhiều tác giả nghiên cứu.
a. Ảnh hưởng của chế độ nước và phân bón đến sự phát thải CH
cho lúa sẽ làm giảm lượng phát thải đáng kể khí CH
4
.
Yang và cộng sự cũng chỉ ra rằng luân phiên ẩm khô thích hợp trên ruộng lúa
làm giảm lượng phát thải CH
4
tới hơn 40% so với chế độ nước tồn tại liên tục trên
mặt ruộng, hiệu quả này được cho là do lượng phát thải ít đi và khả năng oxy hoá
khí mêtan tăng lên. Tập quán để nước mặt ruộng vào cuối vụ, một lượng lớn khí
CH
4
bị giữ lại trước đó được giải phóng vào khí quyển khi nước rút đi. Các kỹ thuật
trồng trọt có thể ảnh hưởng tới 20% tổng lượng khí CH
4
phát thải theo mùa.
Trong mô hình nghiên cứu của Granberg và cộng sự thì mực nước trên ruộng
là yếu tố quan trọng nhất và duy nhất để dự báo lượng khí phát thải ở những vùng
đầm lầy ở miền Bắc Thuỵ Điển (r
2
=0,58).
Phân đạm có ảnh hưởng hoặc giảm sự oxy hoá CH
4
trong đất. Ảnh hưởng
của phân đạm có thể do giảm lượng oxy trong đất làm cho các phản ứng của chất
hữu cơ trong đất ở điều kiện yếm khí và tăng khả năng nitrit hoá dẫn tới làm tăng
các enzym mêtan hoá. Bằng chứng của cơ chế này cũng được khẳng định khi người
ta bón phân nitrat vào đất so với đất không được bón phân trong thí nghiệm trồng
hành ở Nhật Bản. Hơn nữa phân đạm làm tăng tính axit của đất, điều này có thể làm
giảm các phản ứng oxy hoá CH
4
3
làm oxy hoá mạnh CH
4
hơn phân NH
4
SO
4
.
b. Ảnh hưởng của canh tác và nén đất tới phát thải mêtan
Một số nghiên cứu cho thấy khả năng oxy hoá khí CH
4
của đất ở những nơi
đất cao thấy rằng những nơi làm đất tối thiểu có sự phát thải ít nhất bởi vì khi canh
tác lúa, làm đất sẽ làm xáo trộn các vi sinh vật chuyên oxy hoá khí mêtan và có thể
làm phát tán ở tầng đất hấp thu khí này.
Ở một số đất vùng nhiệt đới việc canh tác ít ảnh hưởng tới lượng khí CH
4
cây vận chuyển.
Việc trồng lúa theo các phương thức: cấy mạ 30 ngày tuổi; gieo sạ trên đất
ngập nước; gieo sạ trên đất ẩm làm giảm lượng CH
4
tương đương 5%; 13% và 37%,
khi so sánh với việc trồng lúa bằng mạ 8 ngày tuổi. Trong trường hợp bón phân hữu
cơ vào cho đất và cày cũng là cách làm giảm phát thải mêtan.
Một nhân tố quan trọng ảnh hưởng tới sự oxy hoá khí mêtan và phát thải khí
này là độ nén của đất. Tại ruộng trồng khoai tây, đất trên các luống và đất ở rãnh tơi
xốp có tỉ lệ oxy hoá trung bình là 3,8 µg/m
2
giờ và 0,8 µg/m
của nông dân theo hình thức tưới ngập và kết hợp tiêu giữa vụ, bón phân chuồng
(phân lợn). Lượng CH
4
phát thải biến động 6-503 kg/ha/vụ, trung bình 109
kg/ha/vụ, đối với khu vực ruộng lúa của nông dân, lượng phát thải trung bình 288
kg/ha/vụ. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, rút cạn nước giữa vụ có tác dụng giảm
23% lượng CH
4
phát thải so với tưới ngập thường xuyên. Bón phân gà có thể giảm
lượng CH
4
phát thải 77,5% so với phân lợn và giảm 69,5% so với bón phân rơm rạ.
Nghiên cứu tại Hàng Châu (Trung Quốc): từ năm 1995 – 1998, ruộng thí
nghiệm cấy 3 vụ lúa, khí hậu cận nhiệt đới ẩm ướt và lạnh, lượng mưa trung bình
năm 1470 mm, nhiệt độ cao nhất 20,4
0
C (tháng 7) và thấp nhất 12,9
0
C (tháng 1).
Đất sét nhẹ, hàm lượng các bon hữu cơ 1,90%, đạm tổng số 0,22%. Trong vùng tưới
nước theo hình thức ngập kết hợp tiêu giữa vụ và bón phân lợn. Lượng phát thải dao
động từ 53 - 225 kg/ha/vụ (vụ sớm), 88 – 183 kg/ha/vụ (vụ giữa) và từ 100 – 557
kg/ha/vụ (vụ muộn). Trong trường hợp tiêu nước định kỳ giữa vụ, lượng CH
4
phát
thải giảm 44% so với tưới ngập thường xuyên. Ngoài ra, sử dụng phân từ hầm
biogas sẽ làm giảm lượng phát thải từ 10 – 16% so với phân lợn, phân rơm rạ giảm
12% so với bón phân lợn.
Tại Maligaya (Philipin): thí nghiệm từ năm 1994–1998 trên ruộng cấy 2
vụ lúa, vụ xuân (từ tháng 1 đến tháng 4) và vụ mùa (từ tháng 7 đến tháng 10). Khí
xuyên và bón phân đạm, lượng CH
4
phát thải dao động trong khoảng từ 5 - 634
kg/ha/vụ (vụ xuân), từ 4 - 602 kg/ha/vụ (vụ mùa). Trong trường hợp sử dụng rơm kết
hợp với đạm urê bón ruộng, lượng phát thải CH
4
gấp 23 lần so với chỉ bón đạm urê.
Khi bón urê và phân xanh, lượng CH
4
phát thải gấp 3 – 4 lần so với chỉ bón đạm urê.
Bón phân đạm sunphat kết hợp urê, lượng CH
4
phát thải giảm 36 -67% so với phân
urê. Ngoài ra, nếu ruộng được rút cạn nước vào giữa giai đoạn đẻ nhánh, lượng CH
4
phát thải trên ruộng lúa giảm 20 – 80% so với tưới ngập thường xuyên.
Nghiên cứu tại Jakenan (Indonesia):
Từ 1993 – 1998 trên ruộng lúa 2 vụ, vụ xuân từ tháng 1 – tháng 6, vụ mùa từ
tháng 10 – tháng 2 năm sau, khí hậu nhiệt đới ẩm và ấm, lượng mưa trung bình 1600
mm/năm, thí nghiệm trên đất thịt nhẹ, pH = 4,7, lượng các bon hữu cơ 0,48%, lượng
CH
4
phát thải từ 52 – 181 kg/ha/vụ (vụ xuân) và từ 26 - 256 kg/ha/vụ (vụ mùa). Kết
quả nghiên cứu cho thấy, trên ruộng tưới toàn bằng nước mưa, lượng CH
4
phát thải
giảm khoảng 50% so với tưới ngập liên tục và việc rút nước định kỳ cũng có tác dụng
giảm phát thải CH
4
4
trên ruộng lúa tại Suwon. Hệ thống thí nghiệm bao gồm 16 hòm lấy mẫu khí được đặt
trên 8 ô ruộng. Mẫu khí được lấy mỗi tuần một lần trong khoảng thời gian từ
31/5/1994 – 11/10/1994. Kết quả cho thấy, lượng CH
4
phát thải trong trường hợp rút
cạn nước định kỳ giảm 36% so với tưới ngập thường xuyên. Ngoài ra, nếu sử dụng
phân rơm ủ sẽ giảm phát thải 49% so với rơm chưa xử lý và nếu rơm vùi vào ruộng
trước khi cấy 3 tháng, lượng phát thải giảm 23% so với bón rơm thông thường.
Như vậy, các kết quả nghiên cứu cho thấy: có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến
phát thải CH
4
trên đất lúa ngập nước, trong đó chế độ bón phân và chế độ nước mặt
ruộng khác nhau là những yếu tố chính ảnh hưởng trực tiếp đến phát thải CH
4
trên
ruộng lúa.
c. Ảnh hưởng của các tính chất lý – hoá học trên đất đến sự phát thải CH
4
Eh và pH là những tính chất điện hoá của đất và hai đại lượng này có mối
liên hệ mật thiết với nhau. Bởi vì hầu hết quá trình oxy hoá khử đều sử dụng prôtôn
(H
+
). Do đó khi xác định Eh người ta thường nêu rõ ở môi trường có độ pH cụ thể.
Mặt khác giá trị Eh của đất lại có sự liên quan chặt chẽ đến chế độ nước và chất hữu
cơ của đất như đã đề cập ở trên.
Sự liên quan của quá trình phát thải CH
4
). Do đó, nồng độ H
+
trong dung dịch giảm và pH tăng.
Khi đất có giá trị pH > 7,0 thì trong quá trình ngập nước pH giảm dần và cũng
tiệm cận với giá trị 7,0. Nguyên nhân là do áp lực CO
2
, CO
2
hoà tan trong nước tạo
thành HCO
3
2-
làm pH giảm (Pagel H., 1981). Quá trình trung hoà hoặc pha loãng
xảy ra làm cho pH của đất giảm và tiệm cận với giá trị 7,0.
Giá trị Eh có tương quan với sự phát thải CH
4
. Khi Eh giảm thì sự phát thải
23
C
H
4
ph
á
t
t
h
Hình 1.2: Lượng khí CH
4
phát thải phụ thuộc vào thế oxy hoá khử của đất khi
sinh trưởng của lúa
Trong các yếu tố lý hoá học đất thì thế oxy hoá khử Eh của đất luôn có quan
hệ chặt chẽ với những hoạt động mêtan hoá của vi khuẩn. Mối quan hệ nghịch biến
giữa Eh đất và lượng khí CH
4
phát thải được một số tác giả nghiên cứu. Trong sơ
đồ trên cho thấy mối quan hệ của hai yếu tố này trong suốt quá trình sinh trưởng của
cây lúa. Fiedler và Sommer chỉ ra rằng do mối liên hệ giữa mực nước với chất hữu
cơ trong đất và Eh, khí CH
4
thoát ra có thể ước tính bằng lượng phát thải trên một
đơn vị diện tích. Stepniewsky và Stepniewska thấy rằng khí mêtan phát thải từ đất
khi Eh dưới 50 mV và đạt cực đại ở mức -150 mV.
Thành phần cơ giới đất cũng có liên quan tới sự phát thải mêtan. Ở điều kiện
đất cát thì CH
4
phát thải lớn hơn ở đất sét. Điều này được giải thích là đất cát có hệ
thống khe hở lớn nên dễ dẫn tới thoát các chất khí trong đất. Một tính chất liên quan
chặt chẽ tới sự phát thải khí mêtan trong đất là hàm lượng chất hữu cơ cũng được
nhiều tác giả khẳng định: đất giàu chất hữu cơ thì phát thải khí mêtan CH
4
tăng. Vì
chất hữu cơ là nguồn ban đầu để sinh ra CH
4
. Mặt khác, chất hữu cơ trong đất làm
giảm thế oxy hoá khử, tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành CH
Nguyên nhân được tác giả giải thích là O
2
qua lá, thân, tới rễ. Oxy xâm nhập làm
đất tăng thế oxy hoá và làm giảm nồng độ chất khử. Nếu đất giàu sắt ở dạng khử thì
hiện tượng này sẽ dễ dẫn đến nghẹt rễ lúa. Như vậy, trồng lúa có ảnh hưởng rõ rệt
đến động thái của Eh và đương nhiên ảnh hưởng tới quá trình hình thành CH
4
. Mặt
khác, do vi sinh vật vùng rễ lúa phát triển mạnh và tiến hành khử hợp chất Fe
3+
.
Các kết quả nghiên cứu đo phát thải mêtan trên ruộng lúa của Viện Khí tượng
thủy văn (1999) đã đưa ra nhận xét rằng: Vụ lúa đông xuân 1998, lượng phát thải
lớn nhất (70mg/m
2
/giờ) tập trung vào khoảng 70 ngày sau cấy, đây là thời kỳ làm
đòng, lúa sinh trưởng và phát triển mạnh mẽ. Giai đoạn lúa đẻ nhánh phát thải
khoảng 20mg/m
2
/giờ, giai đoạn trổ bông phát thải khá thấp khoảng 3-6mg/m
2
/giờ.
Copyright: Tài liệu đại học ©