Trong canh tác lúa, giảm phát thải không còn chỉ là câu chuyện môi trường. Khi Việt Nam thúc đẩy mô hình lúa chất lượng cao, phát thải thấp tại Đồng bằng sông Cửu Long, câu hỏi ngày càng thực tế hơn là: làm thế nào giảm khí nhà kính mà vẫn duy trì hiệu quả sản xuất?
Trọng tâm nằm ở hai khí chính: metan (CH₄) và oxit nitơ (N₂O). CH₄ hình thành mạnh trong điều kiện ruộng ngập nước, còn N₂O liên quan đến quá trình chuyển hóa nitơ sau bón phân. Quan trọng hơn, cả hai đều có khả năng gây nóng lên toàn cầu cao hơn nhiều so với CO₂ trên cùng một đơn vị khối lượng.
Vì các khí này hình thành từ những quá trình diễn ra trong đất, một cách để giảm phát thải là tác động vào chính môi trường hóa học và sinh học nơi những quá trình đó xảy ra. Đây là điểm giấm gỗ trở nên đáng chú ý. Một số nghiên cứu cho thấy, khi sử dụng ở mức phù hợp, giấm gỗ có thể làm giảm đồng thời CH₄ và N₂O. Hiệu quả phụ thuộc vào liều lượng và điều kiện áp dụng, vì vậy dùng đúng là yếu tố quan trọng để phát huy tối đa lợi ích.
CH₄ và N₂O: Vì sao hai khí này quan trọng trong canh tác lúa?
CH₄ và N₂O đáng chú ý không chỉ vì chúng phát sinh trong quá trình canh tác, mà còn vì tác động khí hậu của chúng lớn hơn CO₂ rất nhiều. Theo hệ số GWP-100 trong Báo cáo đánh giá lần thứ sáu của IPCC, CH₄ có khả năng gây nóng lên toàn cầu gấp khoảng 27 lần CO₂ trong 100 năm, còn N₂O khoảng 273 lần.
Trong ruộng lúa, CH₄ hình thành chủ yếu khi đất ngập nước trong thời gian dài. Nước làm giảm lượng oxy đi vào đất, tạo điều kiện cho các vi sinh vật sinh metan hoạt động. Nguồn carbon hữu cơ trong đất lại cung cấp nguyên liệu cho quá trình này.
N₂O gắn nhiều hơn với phân đạm và chu trình nitơ. Sau khi bón phân, nitơ liên tục chuyển từ dạng này sang dạng khác trong đất. Một số quá trình chuyển hóa, đặc biệt là nitrat hóa và khử nitrat, có thể tạo ra N₂O tùy vào độ ẩm, lượng oxy, pH và hoạt động của hệ vi sinh.
Điều này giải thích vì sao giảm phát thải trong canh tác lúa không chỉ là câu chuyện xử lý khí sau khi chúng đã hình thành. Nếu một đầu vào có thể làm thay đổi môi trường đất hoặc các quá trình chuyển hóa carbon và nitơ, nó có thể tác động sớm hơn đến lượng CH₄ và N₂O mà ruộng lúa phát sinh.
Giấm gỗ tác động đến phát thải trong đất như thế nào?
Giấm gỗ là phần chất lỏng thu được khi làm nguội và ngưng tụ hơi sinh ra trong quá trình nhiệt phân gỗ hoặc sinh khối. Thành phần của giấm gỗ thường gồm nước, axit hữu cơ, hợp chất phenolic, carbonyl và nhiều hợp chất hữu cơ khác.
Các thành phần này có thể tác động đến môi trường đất theo những cách khác nhau. Axit hữu cơ có thể ảnh hưởng đến pH; một số hợp chất hữu cơ có thể tác động đến hoạt động của vi sinh vật và enzyme; phần carbon hòa tan làm thay đổi nguồn dinh dưỡng mà vi sinh vật trong đất có thể sử dụng.
Với CH₄, những thay đổi về pH, nguồn carbon và hoạt động vi sinh có thể ảnh hưởng đến quá trình sinh metan trong điều kiện ngập nước. Các nghiên cứu trên hệ đất lúa cho rằng đây là một trong những cơ sở giúp giải thích vì sao giấm gỗ ở mức phù hợp có thể làm giảm phát thải CH₄.
Với N₂O, tác động liên quan nhiều hơn đến cách nitơ chuyển hóa trong đất. Nghiên cứu của Seok và Park (2024) trên đất bón urê ghi nhận giấm gỗ làm giảm lượng nitrat tích lũy trong đất, cho thấy sản phẩm này có thể ảnh hưởng đến một số bước trong chu trình nitơ. Kết quả đó phù hợp với các thí nghiệm trên hệ đất lúa, nơi giấm gỗ cũng làm giảm phát thải N₂O.
Nói cách khác, giấm gỗ không xử lý CH₄ hay N₂O sau khi chúng đã sinh ra. Giá trị tiềm năng nằm ở việc làm thay đổi môi trường đất và các quá trình sinh học tạo ra những khí này.
Hiệu quả đến đâu – và vì sao dùng đúng liều quan trọng?
Trong thí nghiệm cột đất lúa của Sun và cộng sự (2018), nhóm nghiên cứu bổ sung giấm gỗ ở liều 5 và 10 tấn/ha trong điều kiện có bón urê để theo dõi phát thải CH₄ và N₂O.
Ở mức 5 tấn/ha trong thí nghiệm, giấm gỗ làm giảm khoảng 22,4% N₂O và 36,4% CH₄ so với nghiệm thức chỉ sử dụng urê. Khi quy đổi theo GWP -chỉ số dùng để đưa tác động của các khí nhà kính về cùng một thước đo CO₂ tương đương – tổng tác động gây nóng lên toàn cầu giảm khoảng 31,5%.
Kết quả này cho thấy giấm gỗ tác động đồng thời đến hai nguồn phát thải quan trọng trong đất lúa. Thay vì chỉ cải thiện một chỉ tiêu riêng lẻ, mức xử lý phù hợp giúp giảm cả CH₄, N₂O và tổng tác động khí hậu của hệ thống trong điều kiện thí nghiệm.
Nghiên cứu cũng cho thấy liều lượng cần được tối ưu. Khi tăng mức xử lý lên 10 tấn/ha, N₂O vẫn giảm nhưng CH₄ tăng, khiến tổng tác động khí hậu quy đổi tăng theo. Một cách giải thích là ở liều lượng cao hơn, giấm gỗ bổ sung vào đất một lượng carbon mà vi sinh vật có thể sử dụng nhanh. Trong môi trường ngập nước, nguồn carbon này có thể trở thành nguyên liệu cho quá trình sinh metan.
Kết quả này cho thấy muốn phát huy tốt hiệu quả giảm phát thải của giấm gỗ, liều sử dụng cần phù hợp với điều kiện canh tác. Thành phần giấm gỗ, đặc điểm đất, chế độ nước và cách bón phân đều có thể ảnh hưởng đến kết quả, vì vậy liều áp dụng thực tế nên được xác định qua thử nghiệm tại chỗ. Mức 5 tấn/ha cho kết quả tích cực trong nghiên cứu của Sun và cộng sự là dữ liệu tham khảo từ thí nghiệm, không phải công thức áp dụng chung cho mọi ruộng lúa.
Giấm gỗ và than sinh học: Hai đầu ra của cùng một quá trình nhiệt phân
Một điểm đáng chú ý của nhiệt phân sinh khối là từ cùng một đầu vào có thể tạo ra hai đầu ra hữu ích cho nông nghiệp. Phần hơi được làm nguội và ngưng tụ thành giấm gỗ, còn phần carbon rắn còn lại có thể trở thành than sinh học.
Hai sản phẩm cùng xuất phát từ một nguồn sinh khối nhưng đóng vai trò khác nhau khi đưa trở lại đất. Giấm gỗ chứa nhiều hợp chất hữu cơ có thể tác động tương đối nhanh đến môi trường hóa học, vi sinh và chu trình dinh dưỡng. Than sinh học lại giữ một phần carbon ở dạng khó phân hủy hơn, nhờ đó carbon lưu lại trong đất lâu hơn thay vì nhanh chóng bị phân hủy và giải phóng trở lại khí quyển dưới dạng CO₂. Bên cạnh khả năng giữ carbon, than sinh học còn có thể làm thay đổi môi trường đất và hoạt động của vi sinh vật, qua đó ảnh hưởng đến các quá trình tạo CH₄ và N₂O.
Một thí nghiệm kéo dài hai năm trên hệ đất lúa đã so sánh giấm gỗ, than sinh học và nghiệm thức kết hợp hai sản phẩm. Trong nghiên cứu này, nghiệm thức kết hợp cho mức giảm phát thải lớn và ổn định nhất trong các nghiệm thức được so sánh.
N₂O giảm khoảng 52,9-62,8% trong hai năm. CH₄ giảm khoảng 42,6% ở năm thứ nhất và 35,3% ở năm thứ hai. Khi quy đổi về tổng tác động gây nóng lên toàn cầu, mức giảm đạt khoảng 48,7-56,1% so với đối chứng.
Kết quả này chưa có nghĩa mọi công thức giấm gỗ và than sinh học đều cho cùng mức hiệu quả. Nhưng nó cho thấy giá trị của việc xem hai sản phẩm trong cùng một hệ thống thay vì tách rời: chúng cùng xuất phát từ một quá trình nhiệt phân, mỗi sản phẩm có một vai trò khác nhau trong đất, và khi kết hợp phù hợp có thể tạo ra hiệu quả giảm phát thải rõ rệt hơn.
Đây cũng là lúc câu chuyện tuần hoàn trở nên cụ thể. Một nguồn sinh khối sau nhiệt phân có thể cho ra cả giấm gỗ và than sinh học. Nếu cả hai tiếp tục quay trở lại phục vụ canh tác, giá trị của phụ phẩm không dừng ở việc được xử lý hay chuyển thành sản phẩm mới, mà tiếp tục được tạo ra ở vòng sử dụng tiếp theo.
Từ nghiên cứu đến mục tiêu lúa phát thải thấp tại ĐBSCL
Việt Nam đã đưa giảm phát thải trở thành mục tiêu cụ thể trong sản xuất lúa. Đề án phát triển bền vững một triệu hecta chuyên canh lúa chất lượng cao và phát thải thấp tại Đồng bằng sông Cửu Long đặt mục tiêu giảm trên 10% phát thải khí nhà kính so với phương thức canh tác truyền thống, đồng thời giảm phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật và nước tưới.
Với giấm gỗ và than sinh học, Maya Farm muốn tham gia sâu hơn vào bài toán này: tiếp tục nghiên cứu, thử nghiệm và đưa những kết quả khoa học hiện có gần hơn với điều kiện sản xuất lúa thực tế tại ĐBSCL. Mục tiêu là từng bước xác định vai trò phù hợp của hai sản phẩm trong quy trình canh tác phát thải thấp, qua đó đóng góp vào mục tiêu của Đề án.
Hướng đi này đồng thời gắn với định hướng kinh tế tuần hoàn của Maya Farm. Từ cùng một nguồn sinh khối gáo dừa, quá trình nhiệt phân tạo ra giấm gỗ và than sinh học; nếu những đầu ra này tiếp tục quay trở lại phục vụ sản xuất nông nghiệp, vòng tuần hoàn được nối từ xử lý sinh khối đến tạo thêm giá trị trong canh tác.
Để đi từ tiềm năng đến thực tiễn, các bước tiếp theo cần được kiểm chứng ngay trong điều kiện ĐBSCL: liều giấm gỗ nào phù hợp, lượng than sinh học bao nhiêu, nên kết hợp ra sao và tích hợp thế nào với quản lý nước, phân bón và quy trình canh tác hiện có. Những thử nghiệm này không chỉ cần đo mức giảm phát thải, mà còn phải xem xét năng suất, chi phí và tính khả thi khi áp dụng trên ruộng lúa thực tế. Nếu tìm được công thức phù hợp, giấm gỗ và than sinh học có thể trở thành một phần trong hệ giải pháp cho canh tác lúa phát thải thấp, đồng thời giúp Maya Farm đưa định hướng kinh tế tuần hoàn từ quá trình sản xuất trở thành giá trị thực tế trong nông nghiệp.
Nguồn tham khảo
Feng, Y., Li, D., Sun, H., Xue, L., Zhou, B., Yang, L., Liu, J., & Xing, B. (2020). Wood vinegar and biochar co-application mitigates nitrous oxide and methane emissions from rice paddy soil: A two-year experiment. Environmental Pollution, 267, 115403. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.115403
Intergovernmental Panel on Climate Change. (2022). Annex II: Definitions, units and conventions. In Climate change 2022: Mitigation of climate change: Contribution of Working Group III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (pp. 1821–1840). Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/9781009157926.021
Ouattara, H. A. A., Niamké, F. B., Yao, J. C., Amusant, N., & Garnier, B. (2023). Wood vinegars: Production processes, properties, and valorization. Forest Products Journal, 73(3), 239–249. https://doi.org/10.13073/FPJ-D-23-00021
Seok, Y. J., & Park, J. H. (2024). Reducing nitrogen leaching using wood vinegar treated in urea-fertilized soil. Environmental Science and Pollution Research, 31(5), 7138–7145. https://doi.org/10.1007/s11356-023-31517-1
Sun, H., Feng, Y., Ji, Y., Shi, W., Yang, L., & Xing, B. (2018). N₂O and CH₄ emissions from N-fertilized rice paddy soil can be mitigated by wood vinegar application at an appropriate rate. Atmospheric Environment, 185, 153–158. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2018.05.015
Thủ tướng Chính phủ. (2023, November 27). Quyết định số 1490/QĐ-TTg: Phê duyệt Đề án “Phát triển bền vững một triệu héc-ta chuyên canh lúa chất lượng cao và phát thải thấp gắn với tăng trưởng xanh vùng Đồng bằng sông Cửu Long đến năm 2030”. Cổng Thông tin điện tử Chính phủ. https://vanban.chinhphu.vn/?classid=2&docid=209054&pageid=27160
Yaashikaa, P. R., Senthil Kumar, P., Varjani, S., & Saravanan, A. (2020). A critical review on the biochar production techniques, characterization, stability and applications for circular bioeconomy. Biotechnology Reports, 28, e00570. https://doi.org/10.1016/j.btre.2020.e00570
