Modelling nitrous oxide (N2O) emission from rice field in impacts of farming practices: A case study in Duy Xuyen district, Quang Nam province (Central Vietnam)

Mô hình hóa phát thải khí nitơ ôxít (N2O) từ ruộng lúa dưới tác động của các biện pháp canh tác: nghiên cứu điểm tại huyện Duy Xuyên, tỉnh Quảng Nam (Việt Nam)

Abstract

Nitrous oxide (N₂O) emisison from paddy soil via the soil nitrification and denitrification processes makes an important contribution to atmospheric greenhouse gas concentrations. The soil N₂O emission processes are controlled not only by biological, physical and chemical factors but also by farming practices. In recent years, modeling approach has become popular to predict and estimate greenhouse gas fluxes from field studies. In this study, the DeNitrification–DeComposition (DNDC) model were calibrated and tested by incorporating experimental data with the local climate, soil properties and farming management, for its simulation applicability for the irrigated rice system in Duy Xuyen district, a delta lowland area of Vu Gia-Thu Bon River Basin regions. The revised DNDC was then used to quantitatively estimate N₂O emissions from rice fields under a range of three management farming practices (water management, crop residue incorporation and nitrogen fertilizer application rate). Results from the simulations indicated that (1) N₂O emissions were significantly affected by water management practices; (2) increases in temperature, total fertilizer N input substantially increased N₂O emissions. Finally, five 50-year scenarios were simulated with DNDC to predict their long-term impacts on crop yield and N₂O emissions. The modelled results suggested that implementation of manure amendment or crop residue incorporation instead of increased nitrogen fertilizer application rates would more efficiently mitigate N₂O emissions from the tested rice-based system.

Phát thải nitơ ôxít (N₂O) từ canh tác lúa nước (thông qua quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa) đóng góp đáng kể vào tổng lượng khí nhà kính có nguồn gốc từ sản xuất nông nghiệp. Quá trình phát thải N₂O là không chỉ phụ thuộc vào các yếu tố sinh-lý-hóa học mà còn phụ thuộc các phương pháp canh tác. Trong những năm gần đây, việc ứng dụng mô hình hóa nhằm tính toán và ước lượng sự phát thải khí nhà kính ngày càng trở lên phổ biến. Trong nghiên cứu này, số liệu quan trắc từ thí nghiệm đồng ruộng và dữ liệu về đất đai, khí hậu, biện pháp canh tác được sử dụng để kiểm nghiệm và phân tích độ nhạy của mô hình DNDC (mô hình sinh địa hóa). Sau đó, mô hình được sử dụng để tính toán lượng N₂O phát thải trong canh tác lúa nước dưới các phương thức canh tác khác nhau (về chế độ tưới, mức độ vùi phụ phẩm, bón phân hữu cơ, phân đạm) tại huyện Duy Xuyên, thuộc vùng đồng bằng thấp của lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn. Kết quả kiểm định chỉ ra rằng (1) sự phát thải N₂O bị ảnh hưởng đáng kể do sự thay đổi chế độ tưới; (2) nhiệt độ tăng và lượng phân bón N tăng sẽ làm tăng phát thải N₂O. Kết quả mô phỏng về tác động lâu dài (trong 50 năm) của các yếu tố đến năng suất cây trồng và phát thải N₂O cho thấy: Việc sử dụng phân hữu cơ và phụ phẩm nông nghiệp thay thế cho việc bón phân đạm sẽ giúp giảm phát thải N₂O đáng kể.