Gạo nuôi sống hàng tỷ người – nhưng vai trò của nó trong việc thúc đẩy biến đổi khí hậu đang gia tăng
Rice feeds billions of people – but its role in fueling climate change is growing
There are ways to reduce emissions without sacrificing yield. A new study shows how, and looks at a technique billed as ‘climate-friendly’ that makes emissions worse.
Có những cách để giảm phát thải mà không làm giảm năng suất. Một nghiên cứu mới cho thấy cách làm điều đó, và xem xét một kỹ thuật được quảng cáo là ‘thân thiện với khí hậu’ nhưng lại làm tình hình phát thải tồi tệ hơn.
Rice feeds more than half the world. From terraced paddies in Southeast Asia to irrigated fields in China and India, it underpins daily meals for billions of people.
Gạo nuôi sống hơn một nửa thế giới. Từ những ruộng bậc thang ở Đông Nam Á đến các cánh đồng được tưới tiêu ở Trung Quốc và Ấn Độ, nó là nền tảng cho bữa ăn hàng ngày của hàng tỷ người.
But the same flooded soils that help rice thrive also create ideal conditions for microbes that release climate-warming gases.
Nhưng chính những vùng đất ngập nước giúp lúa phát triển cũng tạo điều kiện lý tưởng cho các vi sinh vật giải phóng khí nhà kính gây nóng lên khí hậu.
In a new study, our team of environment and agriculture scientists found that greenhouse gas emissions from rice paddies have nearly doubled globally since the 1960s, averaging about 1.1 billion tons of carbon dioxide-equivalent emissions per year in the 2010s. That’s roughly equal to the annual emissions of 239 million cars.
Trong một nghiên cứu mới, nhóm các nhà khoa học môi trường và nông nghiệp của chúng tôi đã phát hiện ra rằng lượng khí thải nhà kính từ các ruộng lúa đã tăng gần gấp đôi trên toàn cầu kể từ những năm 1960, đạt mức trung bình khoảng 1,1 tỷ tấn khí thải tương đương carbon dioxide mỗi năm trong thập niên 2010. Con số này tương đương với lượng khí thải hàng năm của 239 triệu ô tô.
This makes rice-growing the largest emissions source in agriculture outside of livestock, and rice demand is expected to keep rising.
Điều này khiến việc trồng lúa trở thành nguồn phát thải lớn nhất trong nông nghiệp (ngoài chăn nuôi) , và nhu cầu về gạo được dự đoán sẽ tiếp tục tăng.
Farmers have ways to reduce their rice crops’ emissions without lowering their yields. If every grower used the best currently available “climate-smart” options, we found that global rice emissions could be reduced by about 10% by midcentury. However, greater reductions are needed to slow climate change, which would require developing additional, more effective strategies.
Nông dân có những cách để giảm lượng khí thải từ cây lúa mà không làm giảm năng suất. Nếu mọi người trồng trọt đều sử dụng các lựa chọn “thông minh với khí hậu” tốt nhất hiện có, chúng tôi nhận thấy rằng lượng khí thải lúa toàn cầu có thể giảm khoảng 10% vào giữa thế kỷ. Tuy nhiên, cần phải giảm nhiều hơn nữa để làm chậm biến đổi khí hậu, điều này đòi hỏi phải phát triển các chiến lược bổ sung và hiệu quả hơn.
Why rice emissions have increased
Tại sao khí thải từ lúa gạo tăng lên
Rice emissions have risen for two reasons: the expansion of rice cultivation area and the intensification of management practices.
Khí thải từ lúa gạo đã tăng lên vì hai lý do: việc mở rộng diện tích trồng lúa và việc tăng cường các phương pháp quản lý.
Just over half of the global increase is from the expansion of rice-growing areas. In Africa, for example, the rice-growing area has roughly doubled since the 1960s, helping drive a twofold rise in methane emissions in the region.
Hơn một nửa mức tăng toàn cầu là do việc mở rộng diện tích trồng lúa. Ví dụ, ở châu Phi, diện tích trồng lúa đã tăng gấp đôi kể từ những năm 1960, góp phần làm tăng gấp đôi lượng khí mê-tan trong khu vực.
At the same time, rice farmers are using more fertilizers and organic amendments, such as straw and manure, planting more productive rice varieties and growing the plants closer together. The result is more rice but also more greenhouse gas emissions.
Đồng thời, nông dân trồng lúa đang sử dụng nhiều phân bón và các chất cải tạo hữu cơ, như rơm rạ và phân chuồng, trồng các giống lúa năng suất hơn và trồng cây sát nhau hơn. Kết quả là sản lượng lúa tăng nhưng lượng khí nhà kính cũng tăng theo.
We found that one practice in particular – leaving rice stalks in the field after harvest and then plowing them into the soil to improve soil fertility – was responsible for about 18% of rice’s increase in overall net emissions since the 1960s. The reason: It increases the organic matter in the soil, which microbes then decompose, creating more methane emissions.
Chúng tôi nhận thấy một phương pháp cụ thể – đó là để lại thân lúa trên đồng sau thu hoạch và sau đó cày chúng vào đất để cải tạo độ phì nhiêu của đất – chịu trách nhiệm cho khoảng 18% mức tăng tổng lượng khí thải ròng của lúa kể từ những năm 1960. Lý do: Nó làm tăng chất hữu cơ trong đất, sau đó vi sinh vật phân hủy, tạo ra nhiều khí mê-tan hơn.
Rising global temperatures further accelerate microbial activity in the soils, meaning even more emissions.
Nhiệt độ toàn cầu tăng cao càng thúc đẩy hoạt động của vi sinh vật trong đất, nghĩa là lượng khí thải còn nhiều hơn nữa.
Fertilizer is another major contributor to emissions. Use of synthetic nitrogen increased by about 76% after 2000, boosting nitrous oxide – another powerful greenhouse gas. It contributed about 9% of the increase in total global net emissions from human activities.
Phân bón là một nguồn đóng góp lớn khác vào khí thải. Việc sử dụng nitơ tổng hợp đã tăng khoảng 76% sau năm 2000, làm tăng oxit nitơ – một loại khí nhà kính mạnh khác. Nó đã đóng góp khoảng 9% vào mức tăng tổng lượng khí thải ròng toàn cầu từ các hoạt động của con người.
Irrigation practices also affect emissions. In the past, irrigated rice paddies were kept flooded throughout the growing season, resulting in constant greenhouse gas emissions produced by microbes that thrive in the wet environment. Over the past two decades, however, more farmers have used intermittent flooding – draining their fields periodically.
Các phương pháp tưới tiêu cũng ảnh hưởng đến khí thải. Trong quá khứ, các ruộng lúa được tưới tiêu thường xuyên bị ngập nước trong suốt mùa sinh trưởng, dẫn đến lượng khí nhà kính liên tục do vi sinh vật phát triển mạnh trong môi trường ẩm ướt tạo ra. Tuy nhiên, trong hai thập kỷ qua, nhiều nông dân đã sử dụng phương pháp ngập khô luân phiên – xả nước ruộng định kỳ.
This change has lowered methane emissions compared with keeping the paddies continuously flooded. However, we found a slight increase in nitrogen oxide emissions as soils cycled between wet and dry, which induces microbes to transform nitrogen in organic matter into nitrogen oxide gases, particularly nitrous oxide.
Sự thay đổi này đã làm giảm khí thải mê-tan so với việc giữ ruộng luôn ngập nước. Tuy nhiên, chúng tôi nhận thấy sự gia tăng nhẹ lượng khí oxit nitơ khi đất luân phiên giữa trạng thái ẩm và khô, điều này kích thích vi sinh vật chuyển đổi nitơ trong chất hữu cơ thành khí oxit nitơ, đặc biệt là oxit nitơ cười.
Climate impact of rice production
Tác động khí hậu của sản xuất lúa gạo
Putting a full climate price tag on rice production is harder than measuring one greenhouse gas at a time.
Việc xác định toàn bộ chi phí khí hậu cho sản xuất lúa gạo khó hơn việc đo lường từng loại khí nhà kính riêng lẻ.
Rice paddies emit methane and nitrous oxide from wet or flooded soils. They also remove carbon dioxide from the atmosphere as rice grows, and they lose carbon from their soils between crop seasons.
Ruộng lúa thải ra khí mê-tan và nitơ oxit từ đất ẩm hoặc đất ngập nước. Chúng cũng loại bỏ carbon dioxide khỏi khí quyển khi lúa phát triển, và chúng mất carbon từ đất giữa các vụ mùa.
A credible global estimate requires consistently accounting for different gases and soil carbon changes, as well as the uncertainty involved in tracking data across space and time.
Một ước tính toàn cầu đáng tin cậy đòi hỏi phải tính toán nhất quán cho các loại khí khác nhau và sự thay đổi của carbon trong đất, cũng như sự không chắc chắn liên quan đến việc theo dõi dữ liệu qua không gian và thời gian.
To do that, we combined three approaches:
Để làm được điều đó, chúng tôi đã kết hợp ba phương pháp tiếp cận:
An ecosystem computer model allowed us to simulate crop growth, water conditions and soil processes to estimate changes in methane, nitrous oxide and soil carbon together.
Một mô hình máy tính hệ sinh thái cho phép chúng tôi mô phỏng sự phát triển của cây trồng, điều kiện nước và các quá trình đất để ước tính sự thay đổi của mê-tan, nitơ oxit và carbon trong đất cùng lúc.
An artificial intelligence-powered machine learning model improved estimates where measurements were sparse to cover all rice regions in the world.
Một mô hình học máy được hỗ trợ bởi trí tuệ nhân tạo đã cải thiện các ước tính ở những nơi dữ liệu đo lường thưa thớt để bao phủ tất cả các khu vực trồng lúa trên thế giới.
And a meta-analysis of more than 1,200 field experiment sites provided direct evidence of how practices such as irrigation, fertilizer use and management of crop residue affect emissions.
Và một phân tích tổng hợp (meta-analysis) từ hơn 1.200 địa điểm thí nghiệm thực địa đã cung cấp bằng chứng trực tiếp về cách các phương pháp canh tác như tưới tiêu, sử dụng phân bón và quản lý tàn dư cây trồng ảnh hưởng đến lượng khí thải.
Together, they allowed us to quantify emissions from 1961 to 2020, determine what drove those emissions, and test the potential of mitigation techniques under future climate conditions.
Tổng hợp lại, chúng đã cho phép chúng tôi định lượng lượng khí thải từ năm 1961 đến năm 2020, xác định yếu tố nào thúc đẩy lượng khí thải đó, và kiểm tra tiềm năng của các kỹ thuật giảm thiểu trong điều kiện khí hậu tương lai.
What works and doesn’t for climate mitigation
Những gì hiệu quả và không hiệu quả trong giảm thiểu biến đổi khí hậu
There are ways to reduce emissions from rice production without sacrificing yield.
Có những cách để giảm phát thải từ sản xuất lúa gạo mà không làm giảm năng suất.
Our study found that reducing fertilizer use and residue applications, managing irrigation to allow dry periods in between flooded ones and reducing tillage could, together, reduce global greenhouse gas emissions from rice by about 10% by midcentury.
Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy việc giảm sử dụng phân bón và các loại phế phẩm, quản lý hệ thống tưới tiêu để cho phép các giai đoạn khô xen kẽ giữa các giai đoạn ngập nước, và giảm cày xới có thể, kết hợp lại, giảm lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu từ lúa gạo khoảng 10% vào giữa thế kỷ.
We were surprised to find that replacing chemical fertilizers with more organic choices is not always better from a greenhouse gas perspective, although it is valued in organic farming.
Chúng tôi ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng việc thay thế phân bón hóa học bằng các lựa chọn hữu cơ hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn về mặt khí nhà kính, mặc dù nó được đánh giá cao trong nông nghiệp hữu cơ.
Maintaining moderate amounts of straw and other crop residue in the field can help boost soil fertility, but too much can increase methane emissions and accelerate the loss of carbon from the soil. Another option is to convert part of the residue into biochar – burning it under low-oxygen conditions before mixing it into flooded soils. Biochar can help stabilize soil carbon and reduce methane emissions.
Việc duy trì lượng rơm rạ và các loại phế phẩm cây trồng khác vừa phải trên đồng ruộng có thể giúp tăng cường độ phì nhiêu của đất, nhưng quá nhiều có thể làm tăng phát thải khí mê-tan và làm tăng tốc độ mất carbon từ đất. Một lựa chọn khác là chuyển một phần phế phẩm thành biochar – đốt nó trong điều kiện ít oxy trước khi trộn vào đất ngập nước. Biochar có thể giúp ổn định carbon trong đất và giảm phát thải mê-tan.
Improving water management can be a powerful tool for reducing emissions. Periodically draining fields reduces methane production, though it may slightly raise nitrous oxide emissions. This strategy is particularly effective in regions with reliable irrigation infrastructure, including large parts of Asia.
Cải thiện quản lý nước có thể là một công cụ mạnh mẽ để giảm phát thải. Việc xả nước theo định kỳ sẽ giảm sản xuất mê-tan, mặc dù nó có thể làm tăng nhẹ phát thải nitơ oxit. Chiến lược này đặc biệt hiệu quả ở các khu vực có cơ sở hạ tầng tưới tiêu đáng tin cậy, bao gồm nhiều vùng của châu Á.
Managing fertilizer use is also an effective mitigation strategy, particularly in highly fertilized systems, including parts of China and South Asia. Excess nitrogen increases nitrous oxide without a clear increase in crop yields and increases water pollution. Reducing overapplication of nitrogen reduces emissions and water pollution, and it saves farmers money in the process.
Quản lý việc sử dụng phân bón cũng là một chiến lược giảm thiểu hiệu quả, đặc biệt trong các hệ thống bón phân cao, bao gồm một số khu vực của Trung Quốc và Nam Á. Nitơ dư thừa làm tăng nitơ oxit mà không làm tăng rõ rệt năng suất cây trồng và làm tăng ô nhiễm nguồn nước. Giảm bón quá mức nitơ sẽ giảm phát thải và ô nhiễm nguồn nước, đồng thời tiết kiệm tiền cho nông dân.
The effects of tilling, the practice of plowing the soil between crop seasons, have large regional differences. Reducing tilling is often promoted as climate-friendly, but we found that it does not always minimize net emissions in flooded systems. In rice fields in temperate zones, including much of the U.S. and China, cooler conditions can limit methane production, allowing the soil carbon benefits of reduced tilling to outweigh the methane risk. In warmer, persistently flooded systems, however, low-oxygen conditions can boost microbial activity, increasing methane production and accelerating soil carbon loss.
Ảnh hưởng của việc cày xới, thực hành cày đất giữa các vụ mùa, có sự khác biệt lớn theo khu vực. Giảm cày xới thường được quảng bá là thân thiện với khí hậu, nhưng chúng tôi nhận thấy rằng nó không phải lúc nào cũng giảm thiểu được lượng phát thải ròng trong các hệ thống ngập nước. Ở các cánh đồng lúa ở vùng ôn đới, bao gồm phần lớn Hoa Kỳ và Trung Quốc, điều kiện mát mẻ có thể hạn chế sản xuất mê-tan, cho phép lợi ích carbon của đất từ việc giảm cày xới vượt qua rủi ro mê-tan. Tuy nhiên, ở các hệ thống ấm hơn và ngập nước liên tục, điều kiện ít oxy có thể thúc đẩy hoạt động của vi sinh vật, làm tăng sản xuất mê-tan và đẩy nhanh sự mất carbon trong đất.
Overall, we found that no single practice works everywhere. Each region will need to assess the most effective practices for reducing emissions.
Nhìn chung, chúng tôi nhận thấy rằng không có phương pháp nào hoạt động ở mọi nơi. Mỗi khu vực sẽ cần đánh giá các phương pháp hiệu quả nhất để giảm phát thải.
A climate ceiling for rice production
Trần giới hạn khí hậu đối với sản xuất lúa gạo
The bottom line is both hopeful and sobering: Targeted sets of optimized practices can deliver meaningful emission reductions without losing rice yields, but the total global possible reduction is modest.
Kết luận là vừa đầy hy vọng vừa cần thận trọng: Các bộ biện pháp tối ưu hóa có mục tiêu có thể mang lại mức giảm phát thải đáng kể mà không làm giảm năng suất lúa, nhưng tổng mức giảm khả thi toàn cầu là khiêm tốn.
To reduce emissions further will require better guidance to help farmers determine the best levels of organic amendments, such as straw or biochar, and new approaches that can reduce emissions without undermining rice production.
Để giảm phát thải hơn nữa sẽ đòi hỏi hướng dẫn tốt hơn để giúp nông dân xác định mức độ bổ sung hữu cơ tốt nhất, chẳng hạn như rơm rạ hoặc biochar, và các phương pháp tiếp cận mới có thể giảm phát thải mà không làm suy giảm sản xuất lúa.
Hanqin Tian receives funding from US Department of Agriculture, US National Science Foundation, and Andrew Carnegie Fellowship Program.
Hanqin Tian nhận tài trợ từ Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ và Chương trình Học bổng Andrew Carnegie.
Pep Canadell receives funding from the Australian National Environmental Science Program-Climate Systems Hub.
Pep Canadell nhận tài trợ từ Chương trình Khoa học Môi trường Quốc gia Úc- Trung tâm Hệ thống Khí hậu.
Shufen (Susan) Pan receives funding from U. S. National Science Foundation
Shufen (Susan) Pan nhận tài trợ từ Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ
Jingting Zhang does not work for, consult, own shares in or receive funding from any company or organization that would benefit from this article, and has disclosed no relevant affiliations beyond their academic appointment.
Jingting Zhang không làm việc, tư vấn, sở hữu cổ phần hoặc nhận tài trợ từ bất kỳ công ty hoặc tổ chức nào được hưởng lợi từ bài viết này, và đã không tiết lộ bất kỳ mối liên hệ nào liên quan ngoài vị trí học thuật của mình.
Read more
-
Tại sao hội nghị thượng đỉnh Nairobi về châu Phi-Pháp lại mang dấu ấn ưu tiên của Macron và Ruto
Why Nairobi Africa-France summit bears the hallmarks of Macron and Ruto priorities
-
Chấn thương tâm lý là gì? Chúng ta càng nói về nó, nó càng mang nhiều nghĩa
What is trauma? The more we talk about it, the more it means