Công nghệ tự động đo khí nhà kính phát thải trên ruộng lúa

Từ tháng 10/2024, Viện Môi trường Nông nghiệp và Trung tâm Đất ngập nước toàn cầu - Đại học Copenhagen (Đan Mạch) triển khai Dự án "Thiết lập phương pháp đo thực địa để mô hình hóa tính toán, dự báo phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa ở Việt Nam" tại xã Phú Lương, huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình.

Trong thời gian 2 năm, dự án đặt mục tiêu đo đạc và phân tích sự trao đổi các loại khí nhà kính gồm CO₂, CH₄ và N₂O giữa bề mặt đất và khí quyển, từ đó đánh giá tác động của hoạt động canh tác đến môi trường.

Nhóm nghiên cứu thực hiện đo trên cả 2 vụ lúa (vụ xuân, vụ mùa) và vụ đông (đất bỏ trống). Việc này cho phép ước tính tổng lượng phát thải khí nhà kính mỗi năm. Từ đó có đánh giá toàn diện về mức độ phát thải khí nhà kính trong mỗi vụ cũng như các giai đoạn của quá trình canh tác.

Tại Việt Nam, từng có một số nghiên cứu đo lượng phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa. Tuy nhiên, hầu hết được thực hiện thủ công, hoặc chỉ tiến hành trong một vài giai đoạn canh tác, ví dụ lúc rút nước khỏi ruộng.

Dự án của Viện Môi trường Nông nghiệp và Trung tâm Đất ngập nước toàn cầu khác biệt ở điểm, tất cả đều được đo tự động theo thời gian thực. Bất cứ lúc nào, người sử dụng cũng được quyền truy xuất dữ liệu và biết chính xác lượng phát thải của từng loại khí nhà kính.

Hệ thống tự động này bao gồm 2 phần chính. Đầu tiên là 1 container chứa thiết bị phân tích khí. Nhiệm vụ của container này là thu thập, phân tích và lưu trữ dữ liệu khí nhà kính từ các buồng đo tự động được bố trí trên mặt ruộng.

Cách container khoảng vài chục mét là 6 buồng đo khí tự động (chamber) được đặt trên nền ruộng và chia làm 2 hàng. Một hàng đo khí phát thải từ phần đất trống (không có lúa trong chamber), hàng còn lại chứa lúa trong chamber.

Tại mỗi thời điểm đo xác định (khoảng 15 phút một lần), buồng lấy mẫu sẽ tự đóng để máy bơm hút toàn bộ lượng khí bên trong và chuyển về máy phân tích đặt tại container. Quá trình đo nồng độ các khí CO₂, CH₄ và N₂O được thực hiện hoàn toàn tự động.

Sau khi hoàn thành việc hút mẫu, buồng tự động mở ra và việc lấy mẫu chuyển sang chamber kế tiếp trong hàng.

Để giúp phân tích các biến động khí nhà kính trong quá trình nghiên cứu, một trạm khí tượng được lắp đặt tại ruộng thí nghiệm. Nhiệm vụ của trạm này là đo các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió… nhằm phân tích và cung cấp cái nhìn toàn diện về khí nhà kính cũng như sự biến đổi (nếu có) trong suốt thời gian thực hiện dự án.

Toàn bộ dữ liệu từ các phép đo sẽ được ghi lại và lưu trữ trên máy ghi dữ liệu (datalogger), đảm bảo việc theo dõi và phân tích được liên tục.

GS Bo Elberling (Trung tâm Đất ngập nước toàn cầu) cho biết, kết quả của dự án sẽ giúp xây dựng hướng dẫn cụ thể cho nông dân tối ưu hóa năng suất, chất lượng cây trồng, nước tưới và phân bón, đồng thời duy trì, cải thiện chất hữu cơ trong đất và giảm phát thải khí nhà kính.

Dù chỉ bao phủ một phần nhỏ diện tích Trái đất, đất ngập nước (bao gồm diện tích trồng lúa nước) là “điểm nóng” trong việc hấp thụ và giải phóng khí nhà kính. Vài trăm năm trở lại đây, đất ngập nước có xu hướng thu hẹp hoặc chuyển thành đất nông nghiệp, dẫn đến giải phóng một phần carbon lưu trữ trong đất này dưới dạng CO₂. Làm ngập lại các khu vực này có thể giảm lượng khí thải CO₂ nhưng lại có thể tăng lượng CH₄ và N₂O phát thải.

Trung tâm Đất ngập nước toàn cầu dự định thiết kế các phương pháp tiếp cận mới để mô hình hóa, dự báo khả năng phát thải khí nhà kính của đất ngập nước (bao gồm đất trồng lúa) nhằm tiến tới mục tiêu trung hòa carbon của nhân loại.

Theo PGS.TS Mai Văn Trịnh, Viện trưởng Viện Môi trường Nông nghiệp, phát thải khí nhà kính từ sản xuất nông nghiệp đã trở thành vấn đề toàn cầu. Riêng tại nước nông nghiệp như Việt Nam, sản xuất nông nghiệp vừa chịu ảnh hưởng nặng nề của biến đổi khí hậu, vừa trực tiếp gây ra biến đổi khí hậu vì góp phần phát thải CH₄.

Sản xuất lúa nước phát thải khoảng một nửa lượng khí nhà kính trong nông nghiệp. Do đó, bất kỳ công nghệ nào có thể đo đếm lượng khí thải CH₄ từ lúa nước đều có tiềm năng vạch ra các biện pháp giảm lượng phát thải. Nguyên do bởi 3 loại khí nhà kính phát thải từ hoạt động nông nghiệp gồm CO₂, CH₄ và N₂O đều là sản phẩm của chu trình sinh địa hóa carbon và nitơ trong hệ sinh thái.

Đến nay, Việt Nam đã có 6 kỳ kiểm kê khí nhà kính quốc gia vào các năm 1994, 2000, 2010, 2013, 2014, 2016, 2018 và 2020. Hầu hết các tính toán kiểm kê khí nhà kính đều sử dụng các hệ số phát thải của IPCC bậc 1 mà không sử dụng các hệ số cụ thể của từng quốc gia (bậc 2 trở lên).

Viện trưởng Mai Văn Trịnh nhìn nhận, việc định lượng chính xác lượng khí nhà kính phát thải từ lúa và các cây trồng khác hiện vẫn là một thách thức do sự thay đổi về khí hậu, đất đai, cây trồng và phương pháp canh tác. Dự án hợp tác với Trung tâm Đất ngập nước toàn cầu vì thế mở ra nhiều cơ hội cho nền nông nghiệp Việt Nam.