Xác định bể chứa cacbon hữu cơ trong đất: Cơ sở tham chiếu biến động SOC trong tương lai
Nhằm ứng phó với biến đổi khí hậu và hướng tới mục tiêu Net Zero năm 2050 của Việt Nam, đề tài “Nghiên cứu xác định bể chứa cacbon hữu cơ trong đất vùng đồng bằng Sông Hồng phục vụ giám sát chất lượng đất và phát thải khí nhà kính từ đất”, mã số: ĐTĐL.CN-49/21 đã được triển khai từ năm 2021 và hoàn thành đầu năm 2025 với những đóng góp mới mang tính đột phá.
Đất vừa là bể chứa vừa là một nguồn phát thải cacbon trên cạn, có ảnh hưởng lớn đến chu trình cacbon toàn cầu. Cacbon hữu cơ trong đất (SOC) đóng vai trò đặc biệt quan trọng đối với độ phì của đất và chu trình cacbon toàn cầu (Peng-Tao và nnk, 2014). Vì vậy, SOC đã được lựa chọn làm chỉ thị để đánh giá sức khỏe đất và chỉ thị để theo dõi, giám sát thực hiện một trong các mục tiêu phát triển bền vững của Liên Hợp Quốc.
Để theo dõi, giám sát và đánh giá sự thay đổi trữ lượng SOC ở quy mô vùng cần thiết xây dựng đường cơ sở (baseline) trữ lượng SOC hay sự phân hóa không gian trữ lượng SOC tham chiếu ở các bể cacbon trong đất, đặc biệt ở đất canh tác nông nghiệp thay đổi hàng năm. Đây là cơ sở để sau 5 năm hay 10 năm và hơn nữa trong tương lai cho phép chúng ta đánh giá sự tăng hay giảm trữ lượng SOC ở các bể cacbon, cung cấp cơ sở xác định lượng khí nhà kính phát thải từ đất sản xuất nông nghiệp thông qua công thức chuyển đổi, từ đó có thể hình thành tín chỉ cacbon từ đất sản xuất nông nghiệp. Bên cạnh đó, sự biến động SOC cho phép đánh giá sơ bộ chất lượng đất thông qua các chỉ tiêu như hàm lượng đạm… Việc giám sát biến động trữ lượng SOC hiệu quả cho phép xác định các biện pháp quản lý đất đai hợp lý, nhằm vừa đảm bảo an ninh lương thực, vừa bảo tồn SOC, tăng cường cố định và lưu trữ cacbon trong đất từ khí quyển.
Vùng đồng bằng Sông Hồng (ĐBSH) bao gồm 11 tỉnh và thành phố trực thuộc Trung ương (Hà Nội, Quảng Ninh, Hải Phòng, Bắc Ninh, Hưng Yên, Hải Dương, Vĩnh Phúc, Hà Nam, Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình), được xem là một trong các vựa lúa của Việt Nam. Vùng ĐBSH được đánh giá bị ảnh hưởng nặng nề dưới tác động của BĐKH và nước biển dâng; trong đó, các loại sử dụng đất và hoạt động nhân sinh trên đất có thể được xem là là đối tượng chịu tác động mạnh nhất. Việc xác định các bể chứa cacbon trong đất nông nghiệp vùng đồng bằng Sông Hồng là một trong những bước quan trọng trong giám sát chất lượng đất và phát thải khí nhà kính từ đất.
Những đóng góp mới của đề tài
Về khoa học, ở quy mô điểm, đề tài đã lần đầu tiên ứng dụng thành công nghệ quang phổ ở dải sóng khả kiến và cận hồng ngoại để đo tính hàm lượng cacbon hữu cơ trong mẫu đất vùng đồng bằng Sông Hồng, Việt Nam với sự hỗ trợ của mô hình toán học trong tiền xử lý dữ liệu phổ, lập mô hình và phân chia tập dữ liệu mẫu. Ở quy mô vùng, đề tài đã lần đầu tiên ứng dụng mô hình trí tuệ nhân tạo (AI), dữ liệu viễn thám và một số dữ liệu sẵn có khác ước tính sự phân bố hàm lượng cacbon hữu cơ ở tầng đất 0 – 20 cm ở vùng đồng bằng Sông Hồng, Việt Nam. Công nghệ quang phổ ở dải sóng khả kiến và cận hồng ngoại để đo tính hàm lượng cacbon hữu cơ trong mẫu đất có thể mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng mới. Ngoài ra, đề tài đã xác định được chủng vi khuẩn 457-22, K8.4 và chủng nấm 471b-01, 578.2-02 có hoạt tính cao trong phân hủy chất hữu cơ trong đất vùng nghiên cứu.
Hình 1. Minh họa dữ liệu phổ thô của 10 mẫu đất và kết quả tiền xử lý phổ của 15 phương pháp, hàm lượng SOC (%) được thể hiện theo màu
Về mặt thực tiễn, đề tài đã lần đầu tiên xác định các bể SOC cho các loại đất canh tác nông nghiệp chính vùng đồng bằng Sông Hồng, Việt Nam, xây dựng đường cơ sở trữ lượng cacbon hữu cơ trong đất ở tầng đất 0 – 20 cm, 0 – 30 cm, ở lớp đất 0 – 1 m cho các bể cacbon đất chính phục vụ việc giám sát trữ lượng SOC, giám sát chất lượng đất thông qua hàm lượng đạm tổng số. Nhiệm vụ đã xác định được khối lượng cacbon hữu cơ trong đất ở tầng đất 0 – 20 cm, 0 – 30 cm, trên cơ sở đó xác định tiềm năng cố định cacbon của các bể cacbon đất chính ở lớp đất 0 – 30 cm. Đề tài đã đề xuất 03 nhóm giải pháp nâng cao hàm lượng cacbon hữu cơ trong đất, giảm phát thải khí nhà kính từ đất và đảm bảo năng suất cây trồng. 3 nhóm giải pháp: (1) Nhóm giải pháp về chính sách, (2) Nhóm giải pháp về tổ chức thực hiện, (3) Nhóm các giải pháp cụ thể cho vùng đồng bằng Sông Hồng. Hơn nữa, 02 chủng vi khuẩn, 02 chủng nấm có hoạt tính cao có thể phát triển thành các chế phẩm sinh học nhằm nâng cao quá trình phân hủy phụ phẩm để lại đồng ruộng sau thu hoạch.
Hình 2. Bể cacbon hữu cơ trong đất vùng đồng bằng Sông Hồng năm 2022
Những đóng góp về kinh tế và xã hội của đề tài
Đề tài đã xác định tiềm năng cố định cacbon của các bể cacbon đất chính ở lớp đất 0 – 30 cm, tầng đóng vai trò chủ yếu cố định cacbon. Đây là cơ sở để xác định tín chỉ cacbon tiềm năng cho đất canh tác nông nghiệp vùng đồng bằng Sông Hồng khi áp dụng nhóm các giải pháp cụ thể nâng cao hàm lượng cacbon hữu cơ trong đất, giảm phát thải khí nhà kính từ đất và đảm bảo năng suất cây trồng. Các giải pháp cụ thể hướng đến duy trì, mở rộng các mô hình đã được kiểm chứng như nông nghiệp hữu cơ, nông nghiệp tuần hoàn, nông nghiệp xanh, nông nghiệp thông minh với khí hậu, nông nghiệp thuận thiên theo lộ trình cụ thể. Hơn nữa, xây dựng lộ trình thử nghiệm, đánh giá trên quy mô đồng ruộng, đồng thời xây dựng lộ trình triển khai trên quy mô rộng hơn các biện pháp kỹ thuật hài hòa nâng cao cacbon hữu cơ trong đất, giảm thiểu phát thải khí nhà kính, đảm bảo năng suất cho từng hệ thống canh tác lúa nước, canh tác cạn cho cây trồng hàng năm khác, cây ăn quả, trồng cỏ. Khi thị trường tín chỉ cacbon của nước ta đi vào hoạt động, các kết quả này cho phép người dân, tổ chức, doanh nghiệp liên quan đến sản xuất nông nghiệp vùng đồng bằng Sông Hồng tham gia, hưởng lợi từ các tín chỉ cacbon được tạo ra từ hoạt động canh tác đất nông nghiệp. Xa hơn, kết quả này góp phần thực hiện mục tiêu Net Zero vào năm 2050 của quốc gia và quốc tế của lĩnh vực sản xuất nông nghiệp.
Ứng dụng công nghệ quang phổ ở dải sóng khả kiến và cận hồng ngoại để đo tính hàm lượng cacbon hữu cơ trong mẫu đất giúp tiết kiệm kinh phí, thời gian và thân thiện với môi trường do có thể đo tính đồng thời nhiều tính chất đất, giảm tối đa việc sử dụng hóa chất trong phân tích mẫu đất, giảm tác động đối với môi trường. Việc phát triển các phát triển chế phẩm vi sinh dựa vào chủng vi khuẩn 457-22, K8.4 và chủng nấm 471b-01, 578.2-02 đã được đề tài phân lập có thể mở ra những cơ hội mới cho phát triển kinh tế, xã hội, bảo vệ môi trường.
Kết luận
Đề tài cung cấp cơ sở nền tảng cho cơ quan quản lý, cơ quan có thẩm quyền về phân bố các bể SOC ở đất canh tác vùng đồng bằng Sông Hồng, đường cơ sở về trữ lượng, hàm lượng SOC của các bể ở tầng đất 0 – 20 cm, 0 – 30 cm và 0 – 1 m. Đây là căn cứ để cơ quan có thẩm quyền xác định tín chỉ cacbon trong tương lai của đất canh tác nông nghiệp vùng đồng bằng Sông Hồng, xác định những đóng góp của ngành nông nghiệp trong giảm phát thải khí nhà kính trong tương lại một cách đầy đủ và toàn diện.
Kết quả của đề tài cũng cung cấp cơ sở khoa học cho việc hoàn thiện cơ chế, chính sách liên quan đến phát triển nông nghiệp hữu cơ, nông nghiệp xanh, nông nghiệp tuần hoàn, nông nghiệp thông mình với biến đổi khí hậu, thị trường tín chỉ cacbon, cơ chế, chính sách ưu đãi về phân bón, công nghệ phát giảm phát thải, nâng cao hàm lượng SOC.
Nguồn: Phòng Quản lý nhiệm vụ Hợp tác quốc tế