ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NÔI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THANH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG

NGHIỆP VÙNG ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN TỈNH QUẢNG TRỊ

ĐẾN LƢỢNG CACBON TRONG ĐẤT

Chuyên ngành: Khoa học đất

Mã số: 62.62.01.03

DỰ THẢO

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC ĐẤT

Hà Nội, 2015

Công trình đã được hoàn thành tại:

Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:

1. PGS.TSKH. Nguyễn Xuân Hải

2. PGS.TS. Trần Văn Ý

Phản biện 1: ……………..

Phản biện 2: ……………..

Phản biện 3: ……………….

Luận án đã đƣợc bảo vệ tại ………………

Vào hồi … giờ … ngày ….. tháng ….. năm 20……

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam;

- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội

1

MỞ ĐẦU

1. Sự cần thiết nghiên cứu của đề tài luận án

Hoạt động canh tác nông nghiệp ở nước đã có nhiều thay đổi

cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là các vùng

chuyên canh. Phương thức canh tác giữa các vùng miền có sự khác

nhau đáng kể về bón phân, lượng phụ phẩm nông nghiệp để lại đồng

ruộng. Lượng phân chuồng bón cho đồng ruộng đang có xu hướng ít

đi, thay vào đó là các loại phân bón vô cơ nhằm tăng năng suất cây

trồng. Những thay đổi này đã và đang gây ra sự suy giảm lượng

cacbon hữu cơ của đất (SOC) ở các hệ canh tác nông nghiệp, giảm độ

phì của đất, tăng lượng khí nhà kính trong khí quyển.

Chất hữu cơ nói chung, cacbon trong đất nói riêng có vai trò rất

quan trọng đối với độ phì, mức độ ổn định của đất, sản xuất nông

nghiệp và quá trình cân bằng cacbon trong chu trình cacbon toàn cầu.

Các hoạt động canh tác nông nghiệp giúp hấp thụ và thu giữ cacbon

trong đất được xem là một giải pháp nhằm giảm lượng cacbon trong

không khí, là một biên pháp ứng phó với biến đổi khí hậu hiệu quả ở

các nước đang phát triển.

Biến động sử dụng đất có ảnh hưởng quan trọng đối với sự phát

thải khí nhà kính vào khí quyển và lượng SOC. Theo Uỷ ban liên

chính phủ về biến đổi khí hậu, từ năm 1850 đến 1998, khoảng (136 ±

55) x 109 tấn CO2 đã phát thải vào trong khí quyển do thay đổi sử

dụng đất và hoạt động canh tác, trong đó (78 ± 12) x 109 tấn CO2

phát thải trên do sự suy giảm SOC.

Những ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất nông nghiệp như sự

thay đổi diện tích đất nông nghiệp theo không gian, theo thời gian và

phương thức canh tác đều tác động đến lượng cacbon trong đất. Để

đảm bảo được nền nông nghiệp bền vững cần thiết phải có các biện

pháp quản lý hợp lý không những duy trì và nâng cao năng suất cây

trồng mà còn phải duy trì và nâng cao lượng cacbon trong đất.

Nghiên cứu ảnh hưởng của sử dụng đất trong nông nghiệp đến lượng

cacbon trong đất là một trong hướng được nhiều nước quan tâm. Tuy

nhiên, vấn đề trên ở nước ta vẫn còn bỏ ngỏ.

Quảng Trị cùng với sự phát triển kinh tế của cả nước đã có nhiều

thay đổi về kinh tế, xã hội và môi trường. Những tiến bộ của khoa

học kỹ thuật đã và đang được áp dụng rộng rãi trên địa bàn tỉnh nhằm

tăng năng suất cây trồng. Đất nông nghiệp của tỉnh tập trung chủ yếu

ở vùng đồng bằng ven biển (ĐBVB). Diện tích đất vùng ĐBVB

2

chiếm 9,53% diện tích đất tự nhiên của tỉnh. Vùng ĐBVB gồm 5 hệ

canh tác chính: (1) lúa - lúa - để trống (lúa - lúa); ngô - đậu - để trống

(ngô - đậu); lạc - để trống (lạc); lạc - khoai lang - để trống (lạc -

khoai lang); sắn - để trống (sắn). Cùng với xu thế chung của cả nước,

diện tích đất nông nghiệp vùng ĐBVB có xu hướng giảm trong

những năm gần đây do quá trình đô thị hoá, áp lực gia tăng dân số.

Bên cạnh đó, điều kiện nhiệt ẩm và thổ nhưỡng ở khu vực này rất

thuận lợi cho quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong đất.

Hiện nay ở nước ta việc xác định lượng SOC theo các hệ sinh

thái nông nghiệp ở quy mô vùng vẫn chưa được nghiên cứu. Sự thay

đổi lượng SOC theo không gian trong các hệ sinh thái nông nghiệp

của Việt Nam vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết và tính toán một

cách định lượng. Thêm vào đó sự thay đổi lượng SOC ở các hệ sinh

thái nông nghiệp theo thời gian cũng cần phải được dự báo. Đây là cơ

sở xem xét khả năng sản xuất của đất trong tương lai cũng như mức

độ bền vững của hệ sinh thái nông nghiệp đó. Xuất phát từ những lý

do trên đề tài “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỬ DỤNG ĐẤT

NÔNG NGHIỆP VÙNG ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN TỈNH QUẢNG

TRỊ ĐẾN LƯỢNG CACBON TRONG ĐẤT” đã được lựa chọn thực

hiện.

2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

- Về mặt khoa học, luận án là nghiên cứu định lượng và tính toán

lượng SOC trong các hệ canh tác (HCT) nông nghiệp đầu tiên ở Việt

Nam, ở quy mô vùng. Nghiên cứu này có thể áp dụng nhân rộng cho

các vùng canh tác nông nghiệp khác trên cả nước.

- Về mặt thực tiễn, các kết quả định lượng của luận án là cơ sở

quan trọng để các nhà quản lý và hoạch định chính sách có thể đưa ra

những quyết định hợp lý để vừa đảm bảo năng suất cây trồng, vừa

nâng cao hàm lượng cacbon trong đất, khả năng sản xuất của đất, và

góp phần xác định các giải pháp của ngành sản xuất nông nghiệp

trong xu thế biến đổi khí hậu toàn cầu.

3. Mục tiêu nghiên cứu

Định lượng hóa lượng SOC ở các HCT nông nghiệp (HCT cây

trồng hàng năm) ở đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị và những ảnh

hưởng của sử dụng đất nông nghiệp đến lượng cacbon trong đất.

4. Những đóng góp mới của luận án

- Đã định lượng hoá lượng SOC ở các HCT nông nghiệp ở quy

mô vùng và đã tính toán cho từng HCT nông nghiệp. Hướng nghiên

3

cứu này có thể nhân rộng và áp dụng cho các HCT nông nghiệp ở các

địa bàn khác trên cả nước.

- Nghiên cứu đã chỉ ra được ảnh hưởng của thay đổi diện tích và

chuyển đổi HCT (sử dụng đất nông nghiệp) đến lượng SOC ở quy

mô vùng.

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Chất hữu cơ trong đất và cacbon hữu cơ trong đất

Hiện nay, thuật ngữ cacbon hữu cơ trong đất (SOC) và chất hữu

cơ trong đất (SOM) thường được sử dụng thay đổi nhau trong một số

nghiên cứu. Thuật ngữ SOC được sử dụng nhiều hơn khi nghiên cứu

vòng tuần hoàn cacbon toàn cầu. Theo Stevenson, SOM là toàn bộ

vật liệu hữu cơ trong đất gồm các tàn tích sinh vật ở giai đoạn phân

huỷ khác nhau, sinh khối vi sinh vật, chất hữu cơ hoà tan, và chất

mùn. SOM gồm các nguyên tố C, H, O, N, P và S. Như vậy có thể

hiểu SOC là lượng cacbon tồn tại trong chất hữu cơ ở trong đất. SOC

biến đổi theo chu trình cacbon, là kết quả của quá trình mùn hoá và

khoáng hoá SOM.

1.2. Ảnh hƣởng của thay đổi sử dụng đất nông nghiệp đến cacbon

hữu cơ trong đất

a. Các nghiên cứu ngoài nước

Nghiên cứu ảnh hưởng của thay đổi (không gian và thời gian) sử

dụng đất đến lượng SOC đã được thực hiện bởi nhiều nhà nghiên cứu

trên thế giới như Lal, Guo và Gifford, Fisseha và nnk, Ciric và nnk,

Lei và nnk, Drewniak và nnk. Tuy nhiên, các nghiên cứu trên chỉ

xem xét chuyển đổi sử dụng đất từ đất rừng, đất trồng cỏ thành đất

nông nghiệp hoặc ngược lại. Nghiên cứu ảnh hưởng của thay đổi sử

dụng đất nông nghiệp, đặc biệt là ảnh hưởng của phương thức canh

tác đến lượng SOC đã được thực hiện từ những năm đầu của thế kỷ

20 như trạm nghiên cứu ở Rothamsted (Anh), Urbana, Illinois (Mỹ).

Ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất nông nghiệp đến SOC cũng

được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu như Cai, Qiu và nnk,

Tang và nnk, Shi và nnk, Zhang và nnk, Xu và nnk. Các nghiên cứu

đã đánh giá sự thay đổi lượng SOC theo không gian, thời gian ở các

vùng đất canh tác của Trung Quốc.

b. Các nghiên cứu trong nước

Các nghiên cứu trong nước chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ảnh

hưởng của phương thức canh tác đến năng suất cây trồng hoặc/và

dinh dưỡng trong đất ở quy mô điểm (sites) như Lương Đức Loan và

4

nnk; Trần Đức Toàn và nnk; Nguyễn Tử Siêm và Thái Phiên;

Nguyễn Công Vinh và nnk, Hoàng Ngọc Thuận. Các kết quả nghiên

cứu được đúc rút từ các nghiên cứu, đo đạc thực nghiệm ngoài thực

địa. Ngoài các nghiên cứu theo hướng trên, một số nghiên cứu khác

tập trung về ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất nông nghiệp (theo

không gian) đến lượng cacbon trong đất. Đáng lưu ý nhất là công

trình của Phạm Quang Hà, tác giả nghiên cứu khá kỹ mối quan hệ

giữa thay đổi đất nông nghiệp và hàm lượng cacbon trong đất ở một

diện tích giới hạn. Tác giả đã xác định hàm lượng cacbon trong đất

phù sa (Fluvisols) ở Việt Nam của 6 hệ canh tác cây trồng hàng năm

gồm dâu tằm; rau + ngô + đậu; lúa + rau hoặc ngô hoặc đậu; lúa +

lúa; lúa + lúa + rau hoặc ngô hoặc đậu; lúa + lúa + lúa bằng phương

pháp thu thập mẫu đất và phân tích trong phòng thí nghiệp. Tuy

nhiên, nghiên cứu chưa đưa ra được khối lượng cụ thể về lượng

cacbon trong đất (bao nhiêu tấn) của các nhóm đất chính trong các hệ

canh tác cho toàn vùng nghiên cứu. Tác giả mới chỉ đưa ra những so

sánh về hàm lượng cacbon giữa nhóm đất trên.

Như vậy, ở quy mô vùng với sự không đồng nhất về không gian

về đất đai, khí hậu, cơ cấu cây trồng và phương thức canh tác cần

phải được quan tâm khi nghiên cứu cũng như tính toán lượng cacbon

trong đất. Để giải quyết được vấn đề này nhiều tác giả trên thế giới

đã áp dụng các mô hình để tính toán và dự báo lượng cacbon trong

đất để giảm chi phí về công sức, thời gian, tiền khi triển khai các thí

nghiệm nông nghiệp ngoài đồng ruộng theo các phương thức canh

tác khác nhau ở quy mô lớn. Một trong những mô hình được áp dụng

khá phổ biến và đã được kiểm chứng bởi nhiều nhà khoa học là mô

hình DNDC (Denitrification – Decomposition).

1.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của thay đổi sử dụng đất nông nghiệp

đến lƣợng cacbon hữu cơ trong đất bằng phƣơng pháp mô

hình

1.3.1. Các mô hình tính toán, mô phỏng cacbon hữu cơ trong đất

Hiện này có nhiều mô hình tính toán, mô phỏng SOC ở các hệ

sinh thái cạn. Theo như thống kê của Smith và nnk năm 1997, một số

mô hình tính toán, mô phỏng lượng SOC ở các hệ sinh thái cạn tiêu

biểu gồm CANDY, CENTURY, DAISY, DNDC, NCSOIL, RothC,

SOMM, ITE, Verberne. Các mô hình trên đã được kiểm chứng và áp

dụng tính toán SOC bởi nhiều nhà khoa học trên thế giới. Smith và

nnk, năm 1997 đã đưa ra các kết luận quan trọng sau: (1) các mô hình

5

có kết quả ước lượng SOC chính xác hơn gồm CANDY, CENTURY,

NCSOIL, DNDC, DAISY và RothC; (2) các mô hình có kết quả ước

lượng kém chính xác gồm: Verberne, ITE và SOMM. Như vậy, mô

hình DNDC là một trong các mô hình phù hợp cho tính toán, mô

phỏng lượng SOC trong các hệ sinh thái nông nghiệp, tuy nhiên khi

áp dụng cho mỗi đối tượng nghiên cứu và địa bàn nghiên cứu cần

thiết phải kiểm chứng lại khả năng áp dụng của mô hình dựa trên các

thông số hiệu chỉnh từ chính đối tượng và địa bàn nghiên cứu đó.

1.3.2. Các nghiên cứu ứng dụng mô hình DNDC đánh giá ảnh

hưởng của thay đổi sử dụng đất nông nghiệp đến lượng cacbon

hữu cơ trong đất

Mô hình DNDC đã được nhiều nhà khoa học sử dụng để nghiên

cứu ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất nông nghiệp đến SOC như

Li và nnk, Smith và nnk, Qiu và nnk, Liu và nnk, Tang và nnk,

Zhang và nnk, Shi và nnk, Syeda, Zhang và nnk, Xu và nnk. Các

nghiên cứu trên đã đánh giá sự thay đổi lượng SOC theo không gian,

thời gian ở các vùng đất canh tác.

Sau những nghiên cứu trên, các nghiên cứu áp dụng mô hình

DNDC ở quy mô vùng tập chung vào các nghiên cứu chuyên sâu hơn

cho đất trồng lúa ở Trung Quốc. Ở các nghiên cứu này, lượng SOC

được tính toán dựa trên đơn vị cơ sở là đơn vị hành chính. Kết quả là

tổng khối lượng SOC cho đơn vị hành chính đó, không phải cho từng

đơn vị canh tác. Các nghiên cứu trên chưa chỉ ra được khi một HCT

chuyển đổi thành HCT khác trong một giai đoạn thì lượng SOC sẽ

thay đổi thế nào? Nghĩa là sự tăng giảm diện tích các HCT tác có ảnh

hưởng như thế nào đến lượng SOC.

CHƢƠNG 2. NỘI DUNG, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU

2.1. Nội dung nghiên cứu

- Rà soát các tài liệu, số liệu và dữ liệu liên quan hiện có.

- Điều tra và thu thập các dữ liệu liên quan đến thông số đầu vào

gồm đất, khí hậu và phương thức canh tác.

- Xây dựng CSDL đất, khí hậu, phương thức canh tác phục vụ

việc mô phỏng và tính toán lượng cacbon trong đất cho các HCT

chính vùng nghiên cứu năm 2000, 2010, 2020.

- Xác định lượng SOC ở HCT cây trồng hàng năm 2000, 2010 và

một số kịch bản trong tương lai bằng mô hình DNDC.

- Đánh giá sự thay đổi lượng SOC theo không gian và thời gian.

6

- Đánh giá lượng SOC theo một số kịch bản và đê xuất một số

giải pháp nhằm phát triển bền vững các HCT.

2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: (1) Các HCT nông nghiệp vùng ĐBVB

tỉnh Quảng Trị; (2) Lượng SOC ở các HCT nông nghiệp chính vùng

ĐBVB tỉnh Quảng Trị; (3) Mối quan hệ giữa thay đổi sử dụng đất với

lượng SOC ở các HCT nông nghiệp vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị; (4)

Mối quan hệ giữa thay đổi phương thức canh tác với lượng SOC ở

các HCT nông nghiệp vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị.

Phạm vi nghiên cứu:

- Về không gian, luận án tập trung vào khu vực đồng băng ven

biển tỉnh Quảng Trị do khu vực này là một vùng nông nghiệp quan

trọng của tỉnh. Lượng SOC được tính ở tầng bề mặt từ 0 – 30cm, đây

là tầng đất ở đó lượng SOC thay đổi nhanh theo hoạt động canh tác.

- Về thời gian, nghiên cứu tính toán sự thay đổi lượng SOC ở các

HCT nông nghiệp vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị trong hai giai đoạn

2000 – 2010 và 2010 – 2020.

- Về nội dung, luận án chỉ tập trung chủ yếu vào lượng C hữu cơ

trong đất ở các HCT cây trồng hàng năm vì các HCT này thay đổi

nhanh theo thời gian (do chu kỳ canh tác ngắn), và lượng C trong đất

ở khu vực này chủ yếu là C hữu cơ . Sự ảnh hưởng của sử dụng đất

nông nghiệp được xem xét dưới 3 khía cạnh: (1) Ảnh hưởng của thay

đổi phương thức canh tác cây trồng hàng năm, (2) Ảnh hưởng của

thay đổi cây trồng hàng năm theo không gian; (3) Ảnh hưởng của

thay đổi cây trồng hàng năm theo thời gian. Các kết quả nghiên cứu

cũng được trình bày theo 3 khía cạnh này.

2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu

2.3.1. Quy trình nghiên cứu

Sơ đồ quy trình nghiên cứu ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất

nông nghiệp đến lượng SOC được thể hiện trong Hình 1. Các đơn vị

tính toán được xác định qua 2 bước: (1) xác định biến động sử dựng

đất trong giai đoạn 2000 – 2010 và giai đoạn 2010 – 2020; (2) dữ liệu

về biến động sử dụng đất được kết hợp với dữ liệu các đơn vị đất,

ranh giới huyện để xác định các đơn vị tính toán.

7

Hình 1. Quy trình nghiên cứu ảnh hưởng sử dụng đất nông nghiệp

đến cacbon hữu cơ trong đất

Trên mỗi đơn vị tính toán giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của các

thông số đất đầu vào gồm lượng SOC đầu vào, hàm lượng sét, pH đất

được xác định dựa trên kết quả phân tích mẫu đất ở các phẫu diện

năm 2000. Sau khi mô hình được kiểm chứng, với các dữ liệu đầu

vào ở các đơn vị tính toán và dữ liệu khí hậu, SOC của mỗi năm sẽ

được tính cho mỗi đơn vị tính toán trong giai đoạn 2000 – 2020. Kết

quả tính cho mỗi đơn vị tính toán sẽ được liên kết trở lại trong môi

trường GIS để xem xét ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất nông

nghiệp đến SOC. Để hoàn thành các nhiệm vụ trên, các phương pháp

sau đây đã được sử dụng trong luận án:

2.3.2. Nhóm phương pháp liên quan đến mô hình DNDC

- Phương pháp mô hình hoá

Việc áp dụng mô hình DNDC để tính toán lượng SOC là phương

pháp mô hình hóa vì các quá trình sinh địa hóa trong đất đã được mô

hình hóa trong mô hình này thông qua các phương trình thực nghiệm.

Mô hình DNDC 9.5 được áp dụng cho nghiên cứu này. Hai phương

trình chính được sử dụng trong mô hình DNDC là phương trình nhiệt

8

động học Nernst (xác định thế oxy hoá khử) và Michaelis-Menten

(động lực phát triển của vi khuẩn).

- Phương pháp kiểm chứng mô hình

Kết quả ước lượng lượng SOC theo mô hình DNDC năm 2012

được so sánh với kết quả phân tích mẫu đất thực tế (5 phẫu diện, 4 –

5 mẫu / 1 phẫu diện) tại các địa điểm nghiên cứu mẫu. Sự chênh lệch

giữa lượng SOC theo mô hình và đo thực tế được so sánh với sai số

do lấy mẫu và phân tích để đánh giá độ chính xác kết quả mô hình.

Ngoài ra, đại lượng chỉ số mức độ phù hợp của kết quả ước lượng và

kết quả đo đạc, tương quan giữa giá trị ước lượng và đo đạc thực tế,

và đại lượng sai số bình phương trung bình cũng được sử dụng để

đánh giá kết quả ước lượng, khả năng áp dụng của mô hình. - Phương pháp nhân tố nhạy cảm

Phương pháp nhân tố nhạy cảm nhất đã được Li đưa ra năm

2004. Phương pháp cho phép xác định khoảng biến thiên kết quả ước

lượng SOC ở các hệ canh tác trên quy mô vùng. Cụ thể, mô hình

DNDC sẽ chạy 2 lần cho mỗi đơn vị cơ sở lựa chọn tính toán với giá

trị lớn nhất và nhỏ nhất của các yếu tố tính chất đất nhạy cảm nhất

đến lượng SOC ước lượng của mô hình. Li đã xác định 4 yếu tố tính

chất đất gồm SOC đầu vào hay đầu vào, hàm lượng sét, pH, dung

trọng. Hai kết quả mô phỏng tạo ra một khoảng giá trị đủ lớn để bao

hàm giá trị thực cho mỗi đơn vị lựa chọn tính toán với xác suất cao.

2.3.3. Nhóm phương pháp liên quan đến điều tra bổ sung dữ liệu

gồm phương pháp điều tra thực địa; phương pháp phỏng vấn;

phương pháp phân tích đất

2.3.4. Nhóm các phương pháp khác

2.3.4.1. Phương pháp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý để xác

định biến động sử dụng đất nông nghiệp trong vùng

2.3.4.2. Phương pháp pháp xây dựng kịch bản phương thức canh tác

Để xác định chuỗi số liệu từ năm 2014 đên 2020, luận án lựa

chọn năm có lượng mưa nhỏ nhất và lớn nhất tại trạm khí tượng

Đông Hà, tỉnh Quảng Trị trong chuỗi số liệu từ năm 1989 đến 2013.

Đây là những năm có điều kiện khí hậu cực đoan nhất. Lượng SOC ở

mỗi HCT trong giai đoạn 2014 - 2020 được tính toán theo số liệu khi

hậu của 2 năm cực đoan này, sau đó tính trung bình.

Các kịch bản về phương thức canh tác được xây dựng dựa trên

cơ sở sau: (1) Hướng dẫn kỹ thuật canh tác cây ngô, lúa, lạc, đậu

xanh, sắn, khoai lang; (2) Kịch bản về lượng phế phẩm cây trồng đã

9

áp dụng ở Trung Quốc (50%); (3) Đánh giá của Hossain và Badr,

năm 2007 về lượng phụ phẩm nên đưa ra khỏi đồng ruộng sau thu

hoạch mà không ảnh hưởng đến năng suất cây trồng trong tương lai

là khoảng 35%; (4) Tính khả thi.

2.4. Đặc trƣng khí hậu, thuỷ văn, thổ nhƣỡng, chế độ canh tác và

cơ sở dữ liệu

2.4.1. Dữ liệu khí hậu

Vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới

gió mùa, nền nhiệt, lượng mưa, ẩm, bức xạ cao, ánh sáng dồi dào, rất

thuận lợi cho phát triển nông nghiệp. Vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị là

nơi hoạt động của 3 hệ thống sông chính ở Quảng Trị gồm Thạch

Hãn, Bến Hải, Ô Lâu. Mùa lũ thường trùng với mùa mưa. Các hệ

thống sông ở Quảng Trị có đặc trưng là ngắn và dốc, do đó tốc độ

dòng chảy của sông lớn lượng phù sa lắng đọng không đáng kể. Đất

phù sa phần lớn cơ giới nhẹ, chua và nghèo dinh dưỡng. Như vậy,

điều kiện nhiệt ẩm ở vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị rất thuân lợi cho

hoạt động của vi sinh vật đất cũng như quá trình phân huỷ chất hữu

cơ trong đất.

Dữ liệu khí hậu tại trạm khí tượng Đông Hà, tỉnh Quảng Trị được

sử dụng để tính toán lượng SOC ở các HCT vùng nghiên cứu vì đây

là trạm đại diện cho khu vực đồng bằng và vùng đồi tỉnh Quảng Trị.

Dữ liệu khí hậu được tổ chức dưới dạng định dạng file .txt (theo

ngày) theo chuỗi số liệu từ năm 2000 – 2020.

2.4.2. Dữ liệu đất

Theo bản đồ đất tỉnh Quảng Trị tỷ lệ 1:50.000 năm 2000, vùng

ĐBVB tỉnh Quảng Trị gồm 7 nhóm đất, 14 loại đất. Nhìn chung, đất

ở vùng này thường có thành phần cơ giới nhẹ, hàm lượng sét thấp

thuận lợi cho quá trình phân giải xác hữu cơ trong đất làm cho các

chất hữu cơ từ tàn dư sinh vật trong đất phân giải nhanh.

Dữ liệu đất vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị được xây dựng từ bản đồ

đất tỉnh Quảng Trị tỷ lệ 1:50.000 (Hệ toạ độ UTM) năm 2000 gồm

dữ liệu các khoanh vi đất, kết quả phân tích 44 phẫu diện đất do Viện

Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp thực hiện. Các dữ liệu phân tích

đã được nhập và lưu trữ theo các khoanh vi đất. Năm vị trí phẫu diện

đất trên 5 HCT gồm lạc, lạc – khoai lang, lúa – lúa, ngô – đậu và sắn

năm 2000 được được lấy mẫu và phân tích lại năm 2012 để kiểm

chứng mô hình.

10

2.4.3. Dữ liệu hệ canh tác

Trên địa bàn nghiên cứu, lượng phụ phẩm của nhiều cây trồng

được tận thu phục vụ mục đích chăn nuôi và năng lượng lớn. Diện

tích đất nông nghiệp vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị có xu thế bị thu hẹp

trong giai đoạn 2000 – 2010. Các đặc trưng canh tác trên đã và đang

ảnh hưởng trực tiếp đến lượng SOC ở vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị.

Dữ liệu về phương thức canh tác gồm các dữ liệu về cày bừa,

phân bón (phân đạm và phân chuồng), tưới, ngập lụt, diện tích các

hệ canh tác, lượng phế phẩm cây trồng để lại đồng ruộng, phần sinh

khối bị đưa ra khỏi đồng ruộng. Các dữ liệu HCT được giả thuyết là

áp dụng như nhau ở các huyện từ năm 2000 đến năm 2013. Ở các

HCT vùng nghiên cứu, đất trồng được cày bừa 2 lần mỗi vụ, độ sâu

cày bừa 20 – 25 cm, tỷ lệ phụ phẩm cây trồng để lại đồng ruộng thấp:

lạc 5%, khoai lang 10%, lúa 15 – 20%, ngô 5%, đậu 10%, sắn 5 –

10%. Phân chuồng chỉ được bón ở HCT lạc và lạc – khoai lang ngoại

trừ ở huyện Cam Lộ. Lượng phân đạm bón cho HCT lạc khoảng 80 –

200 kg/ha, HCT lạc – khoai lang 200 – 320 kg/ha, lúa – lúa 145 –

270 kg/ha, ngô – đậu 380 kg/ha, sắn 160 – 210 kg/ha.

Ngoài ra, dữ liệu sự phân bố không gian các hệ canh tác đã được

Nguyễn Hữu Tứ và Nguyễn Thanh Tuấn xây dựng dựa trên bản đồ

hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1:50.000, năm 2005, 2010, và bản đồ lớp

phủ thực vật tỷ lệ 1:50.000, năm 2000, kết hợp với thực địa, giải

đoán ảnh vệ tinh chụp năm 2000 và ảnh vệ tinh Google Earth năm

2012.

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Khả năng áp dụng mô hình DNDC xác định lƣợng cacbon

hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác nông nghiệp vùng đồng

bằng ven biển tỉnh Quảng Trị

So sánh kết quả ước lượng lượng SOC ở các HCT: (1) lạc, (2) lạc

– khoai lang, (3) ngô – đậu, (4) lúa – lúa, (5) sắn tại 5 vị trí nghiên

cứu điểm ngoài thực địa năm 2012 với giá trị SOC đo đạc cho thấy

tại 3 điểm nghiên cứu chênh lệch giữa giá trị SOC ước lượng của mô

hình và đo đạc nằm trong khoảng chênh lệch giá trị lớn nhất giữa 2

lần lấy mẫu và đo đạc ở cùng một tầng dầy trong một phẫu diện

0,09% (Sai số của 2 lần đo) (Bảng 1). Hệ số tương quan (R) giữa giá

trị SOC ước lượng và đo đạc là khá cao (0,91) (Hình 2). Hơn nữa,

đại lượng mức độ phù hợp của mô hình để ước lượng SOC ở các

11

HCT xấp xỉ 0,71. Trong khi đó, đại lượng sai số bình phương trung

bình xấp xỉ 0,12.

Bảng 1. Kết quả ước lượng và đo đạc cacbon hữu cơ trong đất ở các

hệ canh tác vùng nghiên cứu

STT HCT Tầng

dày (cm)

SOC (%) Chênh

lệchb

Chênh

lệchc Ƣớc lƣợng Đo đạc

1 Lạc 0 - 25 0,44a 0,35 0,09 0,07

2 Lạc - khoai lang 0 - 29 0,22a

0,13 0,09 0,01

3 Lúa - lúa 0 - 20 0,48 0,39 0,09 0,09

4 Ngô - đậu 0 - 20 0,38 0,23 0,15 0,02

5 Sắn 0 - 18 0,38a

0,24 0,14 0,03 a Giá trị đã được tính toán lại theo trong số độ sâu tầng dầy đất; b Chênh lệch giữa

giá trị ước lượng của mô hình và giá trị đo năm 2012; c Chênh lệch giá trị giữa 2 lần

lấy mẫu và đo đạc cùng 1 tầng dây ở 1 phẫu diện năm 2012 (Sai số)

Hình 2. Tương quan giữa giá trị cacbon hữu cơ trong đất ước lượng

và đo đạc tại các điểm nghiên cứu

Mặc dù vẫn còn tồn tại sự sai khác đáng kể giữa kết quả SOC

ước lượng và đo đạc ở một số HCT, nhưng dựa trên các đại lượng

mức độ phù hợp của mô hình và phân tích ở trên, có thể thấy rằng mô

hình DNDC phù hợp cho ước lượng lượng SOC ở các HCT nông

nghiệp: (1) lạc, (2) lạc – khoai lang, (3) ngô – đậu, (4) lúa – lúa, (5)

sắn ở ĐBVB tỉnh Quảng Trị.

12

3.2. Ảnh hƣởng của thay đổi phƣơng thức canh tác giữa các

huyện trong vùng đồng bằng ven biển đến lƣợng cacbon hữu

cơ trong đất

3.2.1. Các phương thức canh tác hiện tại

HCT lạc và HCT lạc – khoai lang được duy trì và phát triển chủ

yếu ở vùng ĐBVB huyện Hải Lăng, Triệu Phong, Cam Lộ và Gio

Linh. Nguồn C hữu cơ bổ sung vào đất ở HCT lạc và lạc – khoai lang

của huyện Hải Lăng, Triệu Phong, Gio Linh chủ yếu là từ phân

chuồng, trong khi đó nguồn C hữu cơ bổ sung vào đất ở HCT lạc

huyện Cam Lộ là từ phụ phẩm cây lạc nhưng với lượng nhỏ, ở HCT

lạc – khoai lang huyện Cam Lộ, phân chuồng chỉ được bón cho cây

khoai lang.

HCT lúa – lúa được duy trì và phát triển ở trên hầu hết các loại

đất ở vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị. Nguồn C hữu cơ bổ sung vào đất ở

HCT lúa – lúa chủ yếu là từ lượng phụ phẩm cây lúa để lại đồng

ruộng, tuy nhiên giữa các huyện có sự khác biệt (lớn nhất là huyện

Triệu Phong, TX. Quảng Trị: 20%, thấp nhất là huyện Vĩnh Linh:

15%).

Sự khác biệt về phương thức canh tác hiện tại của HTC ngô –

đậu giữa các huyện trong vùng nghiên cứu không đáng kể, do vậy sẽ

không được đề cập đến trong phần so sánh tiếp sau. Trong khi đó, ở

HCT sắn, nguồn C bổ sung vào đất chủ yếu là từ phụ phẩm cây sắn

để lại đồng ruộng nhưng không lớn (huyện Hải Lăng là 10%, các

huyện còn lại là 5%).

3.2.2. So sánh lượng cacbon hữu cơ ở các hệ canh tác nông nghiệp

năm 2010 giữa các huyện vùng nghiên cứu

Để xem xét ảnh hưởng của phương thức canh tác giữa các huyện

đến lượng SOC vùng nghiên cứu, luận án đã lựa chọn các HCT

không chuyển đổi trên cùng một loại đất (cùng điều kiện biên về đất)

để đánh giá.

Trên đất phù sa không được bồi hàng năm, lượng SOC ở HCT

lạc năm 2010 của huyện Triệu Phong giảm 4,7 tấn/ha so với năm

2000, nhưng của huyện Cam Lộ giảm 7,1 tấn/ha. Sự khác biệt này

chủ yếu là do phân chuồng không được sử dụng cho HCT lạc ở

huyện Cam Lộ, trong khi đó ở huyện Triệu Phong lượng phân

chuồng bón cho cây lạc là khoảng 8500 kg/ha/vụ.

Trên đất phù sa glây, lượng SOC ở HCT lúa – lúa năm 2010 của

huyện Hải Lăng giảm 6,7 tấn/ha, huyện Cam Lộ giảm 6,2 tấn/ha,

13

huyện Gio Linh giảm 6,1 tấn/ha, huyện Vĩnh Linh giảm 6 tấn/ha,

huyện Triệu Phong giảm 5,9 tấn/ha. Tỷ lệ phụ phẩm cây lúa để lại ở

HCT lúa – lúa của 3 huyện Hải Lăng, Cam Lộ và Gio Linh là như

nhau (15% - vụ đông xuân và 20% - vụ hè thu), nhưng mức suy giảm

lượng SOC năm 2010 so với năm 2000 lại khác nhau. Nguyên nhân

là do lượng phân đạm bón cho cây lúa ở huyện Hải Lăng thấp hơn ở

huyện Cam Lộ, và ở huyện Cam Lộ thấp hơn ở huyện Gio Linh. Với

lượng phân đạm bón nhiều hơn như vậy đã làm cho cây lúa phát triển

tốt hơn, dẫn đến dịch rễ tiết ra nhiều hơn vào trong đất. Cụ thể dịch rễ

tiết ra ở HCT lúa – lúa huyện Hải Lăng trong giai đoạn 2000 – 2010

là 16,9 tấn/ha, huyện Cam Lộ là 17,3 tấn/ha, huyện Gio Linh là 17,4

tấn/ha; lượng khí CO2 và CH4 phát thải từ HCT lúa – lúa huyện Hải

Lăng trong giai đoạn 2000 - 2010 là 50,1 tấn/ha, huyện Cam Lộ và

Gio Linh khoảng 49 tấn/ha.

Trên đất phù sa cổ, lượng SOC ở HCT sắn năm 2010 của các

huyện không có sự khác biệt nhiều, chỉ khoảng 0,1 tấn/ha. Mặc dù tỷ

lệ phụ phẩm để lại đồng ruộng sau thu hoạch ở huyện Hải Lăng lớn

gấp 2 lần ở huyện Cam Lộ, Triệu Phong, nhưng toàn bộ thân, gốc và

một phần lớn rễ cây sắn được đưa ra khỏi đồng ruộng sau khi thu

hoạch, một phần lá cũng bị tỉa trước khi thu hoạch. Do đó lượng phụ

phẩm để lại chỉ còn dựa vào phần lá để lại động ruộng nhưng cũng

không nhiều. Như vậy, sự khác biệt về phương thức canh tác hiện cây

sắn hiện tại ở các huyện vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị ảnh hưởng

không đáng kể đến lượng SOC ở các HCT sắn.

3.3. Ảnh hƣởng của biến động sử dụng đất nông nghiệp đến

lƣợng cacbon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác nông nghiệp

vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị

3.3.1. Ảnh hưởng của thay đổi cây trồng hàng năm theo không

gian đến lượng cacbon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác

nông nghiệp năm 2000

Lượng SOC bề mặt (0 - 30 cm) từ 10 đến 20 tấn/ha phân bố tập

trung ở HCT lạc, lạc – khoai lang, lúa – lúa trên đất cát biển, rải rác ở

HCT lúa - lúa, lạc, lạc khoai lang trên đất phù sa cổ. Tổng diện tích

các HCT nông nghiệp có lượng SOC 10 – 20 tấn/ha là 10.495,3 ha.

Lượng SOC từ 20 đến 30 tấn/ha phân bố tập trung ở các HCT lúa –

lúa trên đất đỏ vàng biến đổi do trồng lúa, HCT lúa – lúa, ngô – đậu

trên đất phù sa có tầng loang lổ đỏ vàng, đất phù sa không được bồi.

Diện tích các hệ canh tác có lượng SOC 20 – 30 tấn/ha là 11.096 ha.

14

Lượng SOC 30 – 40 tấn/ha và 40 - 50 tấn/ha tập trung chủ yếu ở

HCT lúa – lúa trên đất phù sa glây ( Hình 2). Diện tích các HCT có

lượng SOC 40 – 50 tấn/ha là 7.057,5 ha. Ngoài các HCT nêu trên,

vùng đất chưa sử dụng có lượng SOC khoảng 6 - 10 tấn/ha tập trung

ở vùng đất chưa sử dụng (đất cồn cát ven biển), rải rác một số đơn vị

có lượng SOC 10 – 20 tấn/ha trên đất cát biển.

Hình 2. Lượng cacbon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác nông

nghiệp vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị năm 2000

Năm 2000, lượng SOC trung bình trong 1.639,3 ha trồng lạc là

18,7 ± 5 tấn/ha, 2.082,7 ha trồng lạc – khoai lang là 16,4 ± 5 tấn/ha,

31.170,2 ha trồng lúa – lúa là 27 ± 8,9 tấn/ha, 3.216,7 ha trồng ngô

– đậu là 22,3 ± 3,9 tấn/ha, 549 ha trồng sắn là 21,2 ± 5,1 tấn/ha.

15

3.3.2. Ảnh của thay đổi cây trồng hàng năm theo không gian đến

lượng cacbon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác nông nghiệp

năm 2010

Diện tích đất canh tác nông nghiệp vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị

năm 2010 có lượng SOC bề mặt 6 – 10 tấn/ha là 793,2 ha tập trung

chủ yếu ở HCT lạc, lạc – khoai lang, lúa – lúa trên đất cồn cát trắng

(Hình 3). Các HCT này được chuyển đổi từ diện tích đất bằng chưa

sử dụng. Lượng SOC từ 10 – 20 tấn/ha tập trung chủ yếu ở HCT lúa

– lúa, ngô – đậu trên đất phù sa được bồi hàng năm, HCT lúa – lúa

trên đất mặn, phân bố dọc theo vùng hạ lưu sông Thạch Hãn, Bến

Hải. Lượng SOC từ 20 – 30 tấn/ha chiếm diện tích lớn nhất, tập trung

chủ yếu ở HCT lúa – lúa trên đất phù sa glây, đất phù sa có tầng

loang lổ đỏ vàng, đất phù sa không được bồi. Lượng SOC từ 30 – 40

tấn/ha chủ yếu ở HCT lúa – lúa trên đất phù sa glây, đất lầy.

Hình 3. Lượng cacbon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác nông

nghiệp vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị năm 2010

16

Năm 2010, lượng SOC trung bình trong 1.339,1 ha trồng lạc là

16,2 ± 5,2 tấn/ha, 1.498,3 ha trồng lạc – khoai lang là 15,6 ± 5

tấn/ha, 27.830,3 ha trồng lúa – lúa là 22 ± 6,8 tấn/ha, 1.659,5 ha

trồng ngô – đậu là 16,1 ± 2,7 tấn/ha, 574,1 ha trồng sắn là 17,5 ± 4,2

tấn/ha. Tổng khối lượng SOC bề mặt ở các HCT nông nghiệp trên

các loại đất khác nhau vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị là 820.109,6 tấn,

gồm 18.112,8 tấn của HCT lạc, 21.940,5 tấn của HCT lạc – khoai

lang, 744.592,2 tấn của HCT lúa – lúa, 25.285,7 tấn của HCT ngô –

đậu, 10.178,4 tấn của HCT sắn. Trên cùng một loại đất (trừ đất cát

biển), lượng SOC trung bình năm 2010 ở các HCT có xu thế sau:

lượng SOC lớn nhất là ở HCT lúa – lúa, sau đó là ở HCT lạc – khoai

lang, HCT lạc, HCT sắn và nhỏ nhất là ở HCT ngô – đậu. Trên đất

cát biển thì lượng SOC trung bình năm 2010 ở HCT lạc – khoai lang

là lớn nhất và nhỏ nhất là ở HCT sắn.

3.3.3. Ảnh hưởng của thay đổi cây trồng hàng trong giai đoạn

2000 – 2010 đến lượng cacbon hữu cơ trong đất ở các hệ canh

tác nông nghiệp vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị

Để đánh giá sự biến động lượng SOC từ năm 2000 đến năm 2010

ở các HCT nông nghiệp vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị, nghiên cứu này

giả thiết lượng SOC ở khu vực đất ở (dân cư, đất chuyên dụng), đất

nuôi trồng thuỷ sản (gọi chung là đất khác) năm 2010 bằng 0 vì các

khoanh vi đất này thường bị cày xới, có thể bị bóc lớp đất bề mặt đi,

bị bê tông hoá hoặc thay vào đó là ao hồ. Hơn nữa, lượng SOC chỉ

được tính ở tầng đất bề mặt (0 – 30 cm). Ở các khu vực này, đất hầu

như không còn khả năng cố định C hữu cơ vào trong đất.

Tổng khối lượng SOC ở các HCT nông nghiệp chính vùng

ĐBVB tỉnh Quảng Trị năm 2010 là 820.109,6 tấn, giảm 30% so với

năm 2000. Sự suy giảm này là hệ quả của chuyển đổi và duy trì sử

dụng đất nông nghiệp trong vùng từ năm 2000 đến năm 2010 làm

thay đổi khối lượng SOC ở các HCT. Hầu hết khối lượng SOC trong

các HCT có xu hướng giảm (Hình 5). Hình 6 cho thấy 6.662,2 ha đất

nông nghiệp chuyển đổi thành đất khác đã làm giảm 165.474,9 tấn

SOC. Bên cạnh đó, theo phương thức canh tác hiện tại sự biến động

giữa 2.302,6 ha đất nông nghiệp đã làm giảm 8.319,8 tấn SOC. Việc

duy trì 28.777,9 ha đất trồng lúa, lạc, ngô – đậu, sắn làm giảm

148.086,7 tấn SOC, trong khi đó việc duy trì 1.102,3 ha đất trồng lạc

– khoai lang đã làm tăng 1.052,9 tấn SOC (Hình 7).

17

Hình 5. Tổng khối lượng cacbon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác

vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị năm 2000 và 2010

Hình 6. Mối quan hệ giữa biến động diện tích sử dụng đất nông

nghiệp và biến động khối lượng cacbon hữu cơ trong đất vùng đồng

bằng ven biển tỉnh Quảng Trị

Tuy nhiên, xu hướng tăng, giảm SOC năm 2010 so với năm 2000

ở các HCT không chuyển đổi trên các loại đất khác nhau là khác

nhau; xu hướng tăng hoặc giảm cán cân giữa tổng lượng C hữu cơ bổ

sung vào đất (gồm phụ phẩm: thân lá, rế, gốc, tiết dịch rễ) và mất từ

đất (gồm: CO2, rửa trôi theo tầng đất, CH4) trong giai đoạn 2000 –

18

2010 (gọi là giá trị cân bằng C) ở các HCT sau khi chuyển đổi có sự

khác biệt.

a.Hệ canh tác không chuyển đổi

Hầu hết, lượng SOC năm 2010 ở các HCT trên có xu hướng giảm

so với năm 2000 và mức độ suy giảm tăng ở các HCT trên đất có

hàm lượng SOC đầu vào cao, nghĩa là mức suy giảm tăng dần khi

lượng SOC đầu vào tăng dần. Nguyên nhân là do ở đất có hàm lượng

SOC đầu vào cao, nguồn chất hữu cơ sẵn có trong đất cho vi sinh vật

nhiều, do đo vi sinh vật tham gia phân giải chất hữu có sẵn có trong

đất chiếm ưu thế, quá trình khoáng hoá mạnh. Trong khí đó ở đất có

hàm lượng SOC đầu vào thấp, nguồn chất hữu cơ sẵn có trong đất

cho vi sinh vật ít, do đó vi sinh vật tham gia vào quá trình phân huỷ

chất hữu cơ bổ sung vào đất chiếm ưu thế, quá trình phân huỷ chất

hữu cơ bổ sung vào đất mạnh.

Hình 7. Mức độ suy giảm cacbon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác

không chuyển vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị

Trên cùng một loại đất thì ở HCT sắn không chuyển đổi mức độ

suy giảm lượng SOC năm 2010 so vơi năm 2000 là lớn nhất, tiếp đến

là HCT ngô – đậu, HCT lạc, lạc – khoai lang, và nhỏ nhất là ở HCT

lúa – lúa.

Ở các HCT nông nghiệp không chuyển đổi vùng ĐBVB tỉnh

Quảng Trị, tốc độ suy giảm SOC ở các HCT khác nhau trên các loại

đất khác nhau. Trên đất cát biển, tốc độ suy giảm SOC ở HCT lạc là

0,15 – 0,29 tấn/ha/năm, HCT lúa – lúa là 0,02 – 0,30 tấn/ha/năm,

19

HCT sắn là 0,58 tấn/ha/năm, và ở HCT lạc – khoai lang, lượng SOC

tăng khoảng 0,21 tấn/ha/năm. Trên đất mặn, tốc độ suy giảm SOC ỏ

HCT lúa – lúa là 0,16 – 0,22 tấn/ha/năm. Trên đất phù sa được bồi

hàng năm, tốc độ suy giảm SOC ở HCT lạc là 0,01 – 0,43

tấn/ha/năm, HCT lúa – lúa là 0,01 – 0,16 tấn/ha/năm, HCT ngô – đậu

là 0,31 – 0,44 tấn/ha/năm, HCT sắn là 0,34 – 0,47 tấn/ha/năm. Trên

đất phù sa không được bồi hàng năm, tốc độ suy giảm SOC ở HCT

lúa – lúa, lạc, ngô – đậu, sắn lần lượt là 0,40; 0,59; 0,73 và 0,77

tấn/ha/năm. Trên đất phù sa có tầng loang lổ đỏ vàng, tốc độ suy

giảm SOC ở HCT lúa – lúa, lạc – khoai lang, lạc, ngô – đậu, lần lượt

là 0,33; 0,52; 0,65 và 0,69 tấn/ha/năm. Trên đất phù sa cổ, giá trị này

ở các HCT lúa – lúa, lạc – khoai lang, lạc, ngô – đậu, và sắn lần lượt

là 0,16; 0,22; 0,42; 0,41 và 0,46 tấn/ha/năm. Trên đất phù sa glây, tốc

độ suy giảm SOC ở HCT lúa – lúa là 0,54 – 0,86 tấn/ha/năm.

b. Hệ canh tác chuyển đổi

Tương tự như ở HCT không chuyển đổi, mức suy giảm lượng

SOC năm 2010 so với năm 2000 ở các HCT chuyển đổi trên các loại

đất khác nhau cũng có xu hướng tăng khi hàm lượng SOC đầu vào

tăng.

Nhìn chung, ở các HCT chuyển đổi từ trồng lúa thành trồng lạc –

khoai lang hoặc lạc, lượng SOC tăng sau khi chuyển đổi vì sau khi

chuyển đổi giá trị cân bằng C lớn hơn 1 - 3 lần (lạc) và 8 lần (lạc –

khoai lang) so với giá trị này ở HCT lúa - lúa không chuyển đổi trên

cùng loại đất. Kết quả này cho thấy lượng SOC năm 2010 ở HCT lúa

– lúa chuyển đổi thành lạc hoặc lạc – khoai lang lớn hơn lượng SOC

năm 2010 ở HCT lúa – lúa không chuyển đổi. Nguyên nhân là do sau

khi chuyển đổi thành HCT lạc hoặc lạc – khoai lang lượng C bổ sung

vào đất tăng (chủ yếu là từ phân chuồng), bên cạnh đó đất ở vùng

ĐBVB trồng lạc, hoặc khoai lang thường có thành phần cơ giới nhẹ,

và điều kiện nhiệt ẩm ở khu vực thuận lợi làm cho quá trình phân giải

SOM nhanh. Ngược lại, ở các HCT chuyển đổi từ trồng lạc – khoai

lang hoặc lạc thành trồng lúa, lượng SOC giảm sau khi chuyển đổi do

lượng C bô sung giảm (không còn nguồn phân chuồng bổ sung, chủ

yếu là từ phụ phẩm cây lúa), hơn nữa đất ở khu vực thường có thành

phần cơ giới nhẹ, điều kiện nhiệt ẩm thuận lợi làm cho quá trình

khoáng hoá SOM nhanh. Như vậy, lượng SOC năm 2010 ở HCT lạc

hoặc lạc – khoai lang chuyển đổi thành lúa – lúa nhỏ hơn lượng SOC

năm 2010 ở HCT lạc hoặc lạc – khoai lang không chuyển đổi. Tuy

20

nhiên, ở HCT lạc, và lạc – khoai lang chuyển đổi thành lúa – lúa ở

vùng ĐBVB huyện Cam Lộ, lượng SOC ở HCT này sau chuyển đổi

có xu hướng tăng khoảng 0,1 – 0,2 tấn/ha/năm, và ngược lại, do phân

chuồng không được sử dụng ở khi trồng lạc.

Ở các HCT chuyển đổi từ trồng lúa thành trồng ngô – đậu hoặc

sắn, lượng SOC giảm sau khi chuyển đổi và ngược lại, đồng nghĩa

với lượng SOC năm 2010 ở HCT lúa – lúa chuyển đổi thành ngô –

đậu nhỏ hơn lượng SOC năm 2010 ở HCT lúa – lúa không chuyển

đổi và ngược lại. Lý do là sau khi chuyển đổi từ HCT lúa – lúa thành

ngô – đậu hoặc sắn, lượng C bổ sung vào đất giảm trên 2 lần (ở HCT

lúa – lúa lượng phụ phẩm để lại đồng ruộng là 15-20%, trong khi đó

ở HCT ngô – đậu hoặc sắn, giá trị này là 5-10%), ngoài ra do thành

phần cơ giới đất nhẹ, nền nhiệt ẩm thuận lợi làm cho quá trình

khoáng hoá SOM nhanh. Mức độ giảm ở các HCT chuyển đổi từ

trồng lúa thành trồng ngô – đậu giảm nhanh hơn, chậm hơn ở ở các

đơn vị chuyển đổi từ trồng lúa thành trồng sắn. Cụ thể, ở các HCT

chuyển đổi từ trồng lúa thành trồng ngô – đậu, giá trị cân bằng C từ -

0,2 tấn/ha/năm đến -0,9 tấn/ha/năm sau khi chuyển đổi. Ở hệ các

HCT chuyển đổi từ trồng lúa thành trồng sắn, sau khi chuyển đổi giá

trị cân bằng C là từ -0,4 tấn/ha/năm đến -0,7 tấn/ha/năm.

3.4. Đánh giá sự thay đổi lƣợng cacbon hữu cơ trong đất theo các

kịch bản và đề xuất một số giải pháp

3.4.1. Các kịch bản áp dụng

- Nhiệt độ và lượng mưa ngày

Trên cơ sở chuối số liệu lượng mưa và nhiệt độ ngày từ năm

1989 đến năm 2013 tại trạm khí tượng Đông Hà, tỉnh Quảng Trị, luận

án đã lựa chọn được năm 1997 là năm có lượng mưa thấp nhất, năm

2011 là năm có lượng mưa cao nhất trong chuối số liệu làm kịch bản

về nhiệt độ và lượng mưa từ năm 2014 đến năm 2020.

- Các kịch bản về phương thức canh tác

Để có được 3 kịch bản phương thức canh tác dưới đây là do thực

tế hiện nay việc khuyến khích người dân thay đổi hoạt động cày bừa,

làm đất theo hướng không cày bừa hoặc ít cày bừa theo như biện

pháp Milne đưa ra là khó khả thi do tập quán canh tác của người dân

địa phương. Do vậy, các kịch bản dưới đây chỉ tập trung vào thay đổi

lượng phân bón, cơ cấu phân bón và lượng phụ phẩm để lại đồng

ruộng. Đây là các nhân tố có ảnh hưởng quan trọng đến lượng SOC ở

các HCT nông nghiệp.

21

Kết quả luận án đã xây dựng 3 kịch bản về phương thức canh tác

sau:

(1) Kịch bản 1: Bón phân đạm và phân chuồng theo đúng hướng

dẫn kỹ thuật

Ở các HCT vùng nghiên cứu, các thông số về lượng phụ phẩm

nông nghiệp để lại đồng ruộng sau thu hoạch, số lần và độ sâu cày

bừa giống như thực tế đã và đang được áp dụng ở địa bàn nghiên

cứu, các thông số về lượng phân đạm và phân chuồng theo đúng

hướng dẫn kỹ thuật (Lượng phân đạm và phân chuồng bón cao hơn

so với thực tế).

(2) Kịch bản 2: Nâng cao tỷ lệ phụ phẩm để lại đồng ruộng lên

50%

Ở các HCT vùng nghiên cứu, các thông số về số lần và độ sâu

cày bừa, lượng phân đạm và phân chuồng giống như thực tế đã và

đang áp dụng, nhưng tỷ lệ phụ phẩm nông nghiệp để lại đồng ruộng

là 50%.

(3) Kịch bản 3: Bón phân đạm theo đúng hướng dẫn kỹ thuật,

không bón phân chuồng

Ở các HCT vùng nghiên cứu, thông số về số lần và độ sâu cày

bừa, lượng phụ phẩm nông nghiệp để lại đồng ruộng sau thu hoạch

giống như thực tế đã và đang được áp dụng ở địa bàn nghiên cứu,

lượng phân bón theo đúng hướng dẫn kỹ thuật nhưng không bón

phân chuồng.

Ngoài ra, luận án quan niệm phương thức canh tác hiện tại (thực

trạng sử dụng phân bón, lượng phụ phẩm để lại đồng ruộng thực tế) ở

các HCT vùng nghiên cứu là kịch bản hiện tại (kịch bản đối chứng).

3.4.2. Kết quả ước lượng cacbon hữu cơ trong đất theo các kịch

bản và đề xuất một số giải pháp nâng cao lượng cacbon hữu cơ

trong đất

- Kịch bản hiện tại (kịch bản đối chứng)

Theo kịch bản hiện tại, tổng khối lượng SOC năm 2020 ở các

HCT nông nghiệp chính vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị khoảng

739.247,8 tấn, giảm khoảng 10% so với năm 2010 (81.730,5 tấn).

Lượng SOC năm 2020 suy giảm là do 3.128,5 ha đất nông nghiệp

chuyển đổi thành đất khác làm giảm 64.633,4 tấn SOC, sự chuyển

đổi giữa 162,4 ha đất nông nghiệp chỉ làm giảm 267,1 tấn SOC, và

quá trình duy trì và phát triển 27.874,3 ha HCT lúa – lúa, ngô – đậu,

sắn làm giảm 18.579 tấn SOC. Hơn nữa, quá trình chuyển đổi 93,8 ha

22

đất chưa sử dụng (đất cồn cát biển) thành đất trồng lạc và lạc – khoai

lang làm tăng 93,8 tấn SOC, việc duy trì và phát triển 1.749,8 ha đất

trồng lạc và lạc – khoai lang làm tăng 1.655 tấn SOC.

- So sánh lượng cacbon hữu cơ trong đất và một số thông số khác

theo các kịch bản

Ngoài lượng SOC là thông số chính được xem xét, nghiên cứu

cũng xem xét các thông số lượng CO2, CH4, N2O phát thải, và năng

suất cây trồng khi so sánh các kịch bản. Để thực hiện việc này nghiên

cứu giả thuyết kết quả ước lượng lượng CO2, CH4, N2O phát thải từ

các HCT, và năng suất cây trồng của mô hình là đúng.

Khối lượng SOC năm 2020 ở các HCT vùng ĐBVB tỉnh Quảng

Trị theo kịch bản 1 (Bón phân theo đúng hướng dẫn kỹ thuật) và 2

(Nâng cao tỷ lệ phụ phẩm để lại đồng ruộng lên 50%) có xu hướng

tăng so với kịch bản hiện tại, ngoại trừ ở HCT lạc không chuyển đổi,

theo kịch bản 2, khối lượng SOC năm 2020 giảm mạnh so với kịch

bản hiện tại. Khối lượng SOC năm 2020 ở kịch bản 1 tăng cao hơn ở

kịch bản 2. Theo kịch bản 3 (Bón phân theo đúng hướng dẫn kỹ thuật

nhưng không bón phân chuồng), khối lượng SOC năm 2020 ở các

HCT có xu hướng giảm so với kịch bản hiện tại. Xu hướng thay đổi

tổng lượng khí nhà kính phát thải các HCT trong giai đoạn 2000 –

2020 theo các kịch bản cũng tương tự xu hướng thay đổi khối lượng

SOC năm 2020 ở các HCT. Năng suất lúa, khoai lang, ngô, đậu, sắn

theo kịch bản 2 có xu hướng tăng so với kịch bản thực tế. Năng suất

lạc, khoai lang, ngô, đậu, sắn ở kịch bản 1 có xu hướng tăng so với

kịch bản hiện tại. Năng suất lúa ở kịch bản 1 giảm so với kịch bản

hiện tại. Theo kịch bản 3, năng suất lạc, sắn có xu hướng giảm, trong

khi đó năng suất lúa, khoai lang, ngô, đậu có xu hướng tăng so với

kịch bản hiện tại.

- Đề xuất giải pháp nâng cao nâng cao lượng cacbon hữu cơ

trong đất

Cở sở để đề xuất giải pháp nâng cao lượng SOC ở các HCT nông

nghiệp vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị gồm: (1) Kết quả của các kịch

bản đã phân tích ở trên; (2) thực tế nguồn phân chuồng hiện nay ở

vùng nghiên cứu; (3) tập quán canh tác và phương tiện kỹ thuật hỗ

trợ hiện tại.

Giải pháp chung:

+ Tuyên truyền đến người dân về lợi ích của việc để lại phụ

phẩm nông nghiệp cho đồng ruộng sau thu hoạch đối với dinh dưỡng

23

đất, cũng như mức độ bền vững lâu dài của HCT nông nghiệp, và đối

với môi trường.

+ Xây dựng cơ chế hỗ trợ người dân phương tiện kỹ thuật xử lý

phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch trước khi để lại đồng ruộng,

dần tiến đến xây dựng cơ chế hỗ trợ người dân để lại phụ phẩm nông

nghiệp tại đồng ruộng, và xây dựng giải pháp nhằm nâng cao hàm

lượng SOC thành một giải pháp chiến lược để giảm lượng khí CO2

trong khí quyển.

Giải pháp riêng cho từng hệ canh tác

+ Ở HCT lạc nên áp dụng kịch bản 1 (Bón phân theo đúng hướng

dẫn kỹ thuật), nghĩa là các thông số về lượng phụ phẩm nông nghiệp

để lại đồng ruộng sau thu hoạch, số lần và độ sâu cày bừa giống như

thực tế đã và đang được áp dụng ở địa bàn nghiên cứu, các thông số

về lượng phân đạm và phân chuồng theo đúng hướng dẫn kỹ thuật

cho cây lạc để có thể mang lại hiệu quả cả về năng suất và nâng cao

hàm lượng SOC.

+ Đối với HCT lạc – khoai lang, lúa – lúa, ngô – đậu, và sắn nên

duy trì và phát triển theo kịch bản 2 (Nâng cao tỷ lệ phụ phẩm để lại

đồng ruộng lên 50%). Tuy nhiên, ở HCT lúa – lúa, ngô – đậu, và sắn

cần phải phối hợp bón bổ sung phân hữu cơ ở mức thích hợp.

KẾT LUẬN

(1) Mô hình DNDC phù hợp cho ước lượng SOC ở các HCT lạc,

lạc – khoai lang, ngô – đậu, lúa – lúa, sắn ở vùng ĐBVB tỉnh Quảng

Trị với chỉ số mức độ phù hợp của mô hình là 0,71, mức độ phù hợp

khá tốt (giá trị càng tiến gần 1 thì mức độ phù hợp càng cao).

(2) Diện tích đất canh tác nông nghiệp ĐBVB tỉnh Quảng Trị

năm 2000 là 38.657,9 ha, năm 2010 là 32.901,4 ha. Lượng SOC

trung bình ở HCT lạc năm 2000 là 18,7 ± 5,0 tấn/ha, năm 2010 là

16,2 ± 5,2 tấn/ha; ở HCT lạc – khoai lang là 16,4 ± 5,0 tấn/ha, và

15,6 ± 5 tấn/ha; ở HCT lúa – lúa là 27 ± 8,9 tấn/ha, và 22 ± 6,8

tấn/ha; HCT ngô – đậu là 22,3 ± 3,9 tấn/ha, và 16,1 ± 2,7 tấn/ha;

HCT sắn là 21,2 ± 5,1 tấn/ha, và 17,5 ± 4,2 tấn/ha.

(3) Trong giai đoạn 2000 – 2010, tổng khối lượng SOC ở các

HCT nông nghiệp chính vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị năm 2010 giảm

30% so với năm 2000. Hầu hết khối lượng SOC trong các HCT có xu

hướng giảm, và mức độ suy giảm lượng SOC ở các HCT có xu tăng

trên đất có hàm lượng SOC cao. 6.662,2 ha đất nông nghiệp chuyển

24

đổi thành đất ở, đất chuyên dụng và đất nuôi trồng thuỷ sản đã làm

giảm 165.474,9 tấn SOC.

(4) Theo phương thức canh tác hiện tại, việc duy trì 28.777,9 ha

HCT lạc, lúa - lúa, ngô – đậu, và sắn không chuyển đổi làm giảm

148.086,7 tấn SOC, trong khi đó việc duy trì 1.102,3 ha trồng lạc –

khoai lang không chuyển đổi đã làm tăng 1.052,9 tấn SOC. Ở các

HCT nông nghiệp không chuyển đổi vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị, tốc

độ suy giảm SOC ở các HCT khác nhau trên các loại đất khác nhau,

thấp nhất là ở HCT lúa – lúa trên đất cát biển (0,01 tấn/ha/năm), cao

nhất ở HCT lúa – lúa trên đất phù sa glây (0,86 tấn/ha/năm). Sự biến

động giữa 2.302,6 ha đất nông nghiệp đã làm giảm 8.319,8 tấn SOC..

Ở các HCT chuyển đổi từ trồng lúa thành trồng lạc – khoai lang hoặc

lạc, lượng SOC tăng sau khi chuyển đổi và ngược lại. Ở các HCT

chuyển đổi từ trồng lúa thành trồng ngô – đậu hoặc sắn, lượng SOC

giảm sau khi chuyển đổi và ngược lại.

(5) Với phương thức canh tác hiện tại ở vùng ĐBVB tỉnh Quảng

Trị, sự khác biệt về lượng phân chuồng bón cho cây lạc là nguyên

nhân chính dẫn đến sự khác biệt về lượng SOC năm 2010 ở HCT lạc

trên cùng một loại đất, và có ảnh hưởng lớn đến lượng SOC năm

2010 ở HCT lạc. Ở HCT lúa – lúa sự khác biệt về tỷ lệ thân để lại

đồng ruộng và lượng đạm bón cho cây lúa ở các huyện hiện tại có

ảnh hưởng quan trọng đến lượng SOC năm 2010. Sự khác biệt về

phương thức canh tác hiện cây sắn hiện tại ở các huyện vùng ĐBVB

tỉnh Quảng Trị ảnh hưởng không đáng kể đến lượng SOC ở các HCT

sắn.

(6) Khối lượng SOC năm 2020 ở các HCT vùng ĐBVB tỉnh

Quảng Trị theo kịch bản 1 (Bón phân theo đúng hướng dẫn kỹ thuật)

và 2 (Nâng cao tỷ lệ phụ phẩm để lại đồng ruộng lên 50%) có xu

hướng tăng so với kịch bản thực tế, trong đó khối lượng SOC năm

2020 ở kịch bản 1 tăng cao hơn ở kịch bản 2. Khối lượng SOC năm

2020 ở các HCT theo kịch bản 3 (Bón phân theo đúng hướng dẫn kỹ

thuật nhưng không bón phân chuồng) có xu hướng giảm so với kịch

bản thực tế. Để có thể mang lại hiệu quả cả về năng suất và nâng cao

hàm lượng SOC, HCT lạc nên duy trì và phát triển theo kịch bản 1

(Bón phân theo đúng hướng dẫn kỹ thuật), HCT lạc – khoai lang, lúa

– lúa, ngô – đậu và sắn nên duy trì và phát triển theo kịch bản 2

(Nâng cao tỷ lệ phụ phẩm để lại đồng ruộng lên 50%), tuy nhiên cần

phải phối hợp bón bổ sung phân hữu cơ ở mức thích hợp.

1

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ

LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

[1] Nguyễn Thanh Tuấn, Nguyễn Xuân Hải, Trần Văn Ý, 2014. Khả

năng áp dụng mô hình DNDC (Denitrification – Decomposition)

xác định lượng Cacbon hữu cơ trong đất ở các hệ sinh thái nông

nghiệp đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị. Tạp chí Khoa học

ĐHQGHN, Chuyên san các Khoa học Trái đất và Môi trường. 30

(3). 37 – 48.

[2] Nguyễn Thanh Tuấn, Nguyễn Xuân Hải, Trần Văn Ý, 2015.

Nghiên cứu ảnh hưởng của biến động sử dụng đất nông nghiệp

đến lượng cacbon hữu cơ trong đất vùng đồng bằng ven biển tỉnh

Quảng Trị, lấy ví dụ huyện Hải Lăng. Tạp chí Khoa học

ĐHQGHN, Chuyên san các Khoa học tự nhiên và Công nghệ. 4

(31).

[3] Mạc Văn Chiến, Trần Văn Ý, Nguyễn Thanh Tuấn, Lưu Thế

Anh, Đinh Thị Thu Hiền, 2014. Ứng dụng công nghệ viễn thám

và GIS thành lập bản đồ thảm thực vật và bước đầu ước tính khả

năng tích tụ carbon ở vườn quốc gia Yok Don. Tạp chí Khoa học

Đo đạc và Bản đồ. 21 (9). 28 – 35.

[4] Thanh Tuan Nguyen, Ann Verdoodt, Van Y Tran, Nele

Delbecque, Thuy Chi Tran, Eric Van Ranst, 2014. Design of a

GIS and multi-criteria based land evaluation procedure for

sustainable land use planning at regional level. Argriculture,

Ecosystems & Environment. 200 (1): 1-11. Nhà xuất bản

Elsevier B.V.