Phát thải nitrous oxide từ đất nông nghiệp Australia và các phương án giảm thiểu: một bài tổng quan

Tăng nồng độ khí nhà kính, bao gồm carbon dioxide (CO2), methane (CH4), nitrous oxide (N2O) và halocarbon trong khí quyển do hoạt động của con người có liên quan đến sự thay đổi khí hậu toàn cầu. Nồng độ N2O đã tăng 16% kể từ năm 1750. Mặc dù nồng độ N2O trong khí quyển (314 ppb vào năm 1998) thấp hơn nhiều so với CO2 (365 ppm), nhưng tiềm năng làm ấm toàn cầu của nó (sự tác động bức xạ tích tụ) lại cao gấp 296 lần so với CO2 trong khoảng thời gian 100 năm. Hiện tại, nó đóng góp khoảng 6% vào tổng hiệu ứng nóng lên toàn cầu, nhưng tỷ lệ đóng góp từ khu vực nông nghiệp lại chiếm khoảng 16%. Trong số đó, gần 80% lượng N2O được phát thải từ đất nông nghiệp của Australia, xuất phát từ phân bón N (32%), sự làm xáo trộn đất (38%) và chất thải động vật (30%). Nitrous oxide chủ yếu được sản xuất trong đất do hoạt động của vi sinh vật trong quá trình nitrat hóa và khử nitrat. Tỷ lệ sản xuất N2O so với N2 phụ thuộc vào nguồn cung oxy hoặc không gian lỗ rỗng chứa nước, carbon hữu cơ có thể phân hủy, nguồn cung chất nền N, nhiệt độ, pH và độ mặn. Sản xuất N2O từ đất là không đồng nhất cả về thời gian và không gian, do đó, việc mở rộng đo lường phát thải N2O từ một vị trí và thời gian nhất định lên quy mô khu vực và quốc gia là một thách thức. Ước tính về phát thải N2O từ các hệ thống nông nghiệp khác nhau rất khác nhau. Ví dụ, ở ruộng lúa bị ngập nước tại Riverina Plains, phát thải N2O nằm trong khoảng từ 0.02% đến 1.4% của lượng N phân bón đã áp dụng, trong khi ở các cây mía tưới tiêu, 15.4% phân bón bị mất trong vòng 4 ngày. Phát thải nitrous oxide từ đất cỏ sữa đã được bón phân ở Victoria nằm trong khoảng từ 6 đến 11 kg N2O-N/ha, trong khi ở các vụ cây ngũ cốc, phát thải N2O nằm trong khoảng <0.01% đến 9.9% của lượng phân bón N đã áp dụng. Phát thải nitrous oxide từ nitrit và nitrát trong đất do phân bón thừa và cây họ đậu tạo ra thường hiếm khi được nghiên cứu nhưng có thể vượt quá số lượng phát thải từ phân bón, do chu kỳ ẩm ướt và khô kéo dài qua một khoảng thời gian lâu hơn và diện tích lớn hơn. Trong các hệ thống trồng trọt luân canh, có thể xảy ra mất mát N2O đáng kể từ sự tích tụ chủ yếu là nitrate-N, sau khi phân hủy N hữu cơ từ các đồng cỏ gốc cây họ đậu. Các đồng cỏ chăn thả rộng lớn và đất chăn nuôi góp phần khoảng 0.2 kg N/ha như N2O (93 kg/ha mỗi năm tương đương với CO2). Các savanna nhiệt đới có thể đóng góp nhiều hơn một bậc, bao gồm cả do những đám cháy thường xuyên. Các hệ thống rừng không bón phân có thể phát thải ít hơn, nhưng các đồn điền đã bón phân phát thải nhiều N2O hơn so với những đồng cỏ chăn thả rộng lớn. Tuy nhiên, hiện tại có rất ít dữ liệu để định lượng sự mất mát N2O trong các hệ thống trồng trọt luân canh, savanna nhiệt đới và rừng ở Australia. Tổng thể, cần xem xét lại các yếu tố phát thải được sử dụng trong việc ước tính phát thải N2O quốc gia; ví dụ, 1.25% của phân bón hoặc N thải từ động vật xuất hiện dưới dạng N2O (IPCC 1996). Yếu tố chính để giảm thiểu phát thải N2O từ các đất nông nghiệp là phải phù hợp cung cấp N khoáng (từ các ứng dụng phân bón, N cố định từ cây họ đậu, vật chất hữu cơ hoặc phân) với nhu cầu không gian và thời gian của cây trồng/đồng cỏ/cây xanh. Do đó, khi thích hợp, cung cấp N khoáng nên được điều chỉnh thông qua việc phun phân chậm (chất ức chế urease và/hoặc nitrat hóa, lớp phủ vật lý, hoặc các chất liệu có tỷ lệ C/N cao) hoặc ứng dụng phân bón chia nhỏ. Ngoài ra, việc sử dụng N có thể được tối đa hóa bằng cách cân bằng các nguồn dinh dưỡng khác cho cây. Hơn nữa, cây phủ không phải cây họ đậu có thể được sử dụng để hấp thụ N khoáng còn lại sau các cây trồng chính được bón N hoặc N khoáng tích tụ sau các chu kỳ cây họ đậu. Đối với quản lý phân bón, thực hành hiệu quả nhất là ứng dụng sớm và hòa trộn phân vào đất ngay lập tức để giảm thiểu phát thải N2O trực tiếp cũng như các phát thải thứ cấp từ việc lắng đọng ammonia bị bay hơi từ phân và nước tiểu. Các mô hình hiện tại như DNDC và DAYCENT có thể được sử dụng để mô phỏng sản xuất N2O từ đất sau khi được tham số hóa với dữ liệu địa phương, cùng với việc chỉnh sửa và xác minh thích hợp dựa trên các phát thải N2O đã đo ở các thực hành quản lý khác nhau. Tóm lại, ước tính cải thiện về phát thải N2O từ đất nông nghiệp và phương án giảm thiểu có thể đạt được thông qua một chương trình nghiên cứu quốc gia hướng đến mục tiêu, có مدار thời gian dài đáng kể, bao gồm các mùa thu hoạch và khí hậu, và kết hợp nhiều kỹ thuật (chụp và khí tượng vi mô) sử dụng thiết bị phân tích độ chính cao và mô hình mô phỏng, dưới một loạt các hoạt động chiến lược trong lĩnh vực nông nghiệp.