Vai trò của quản lý độ ẩm đất và cô lập carbon trong nông nghiệp đối với việc giảm thiểu phát thải khí nhà kính

Biến đổi khí hậu, được định nghĩa là những thay đổi lâu dài về thời tiết và nhiệt độ, gây ra mối đe dọa đáng kể đối với sự sống trên Trái đất. Những biến đổi này có thể là kết quả của các quá trình tự nhiên hoặc hoạt động của con người (Hardy, 2003). Nguyên nhân chính của biến đổi khí hậu ngày nay là hiệu ứng nhà kính, gây ra bởi các khí nhà kính phát thải chủ yếu từ quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch, nạn phá rừng và sự cạn kiệt nguồn dự trữ carbon (C) trong đất. Trong số các khí này, carbon dioxide (CO₂), methane (CH₄), nitơ oxit (NOₓ) và các khí flo, bao gồm hydrofluorocarbon (HCF), perfluorocarbon (PFC) và chlorofluorocarbon (CFC), góp phần đáng kể vào hiện tượng nóng lên toàn cầu với CO₂ là loại phổ biến nhất (Lehmann và cộng sự, 2006). Vào năm 2022, nông nghiệp chiếm 11% tổng lượng khí thải nhà kính ở Mỹ với một nửa trong số đó liên quan đến các hoạt động quản lý đất và cây trồng (USEPA, 2025).

Vai trò của việc cô lập carbon đối với lượng khí thải nhà kính

Đất là bể chứa C trên cạn lớn nhất, lưu trữ khoảng 2.500 PgC trong mét đất trên cùng trong khi thảm thực vật giữ thêm 620 PgC. Cả hai bể chứa carbon này lưu trữ gần gấp ba lần 880 PgC có trong khí quyển (Lal và cộng sự, 2021). Do đó, đất đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu phát thải khí nhà kính bằng cách giảm mức CO₂ trong khí quyển (Lal và cộng sự, 2007).

Quá trình cô lập carbon, quá trình thu giữ và lưu trữ CO₂ trong khí quyển trong đất, giúp giảm thiểu lượng khí thải CO₂ ròng từ nông nghiệp. Quá trình này giữ lại carbon ở dạng rắn dưới dạng chất hữu cơ hoặc ở dạng hòa tan trong dung dịch đất, do đó làm giảm sự hiện diện của carbon ở dạng khí trong khí quyển và giảm thiểu hiệu ứng nhà kính (Cheddadi và cộng sự, 2001; Lal và cộng sự, 2021). Ngoài việc làm giảm CO₂ trong khí quyển, quá trình cô lập carbon còn tăng cường khả năng giữ ẩm của đất, cải thiện độ phì nhiêu của đất và thúc đẩy sức khỏe tổng thể của đất cũng như năng suất nông nghiệp (Hao và cộng sự, 2025).

Quá trình cô lập carbon, quá trình thu giữ và lưu trữ CO₂ trong khí quyển trong đất, giúp giảm thiểu lượng khí thải CO₂ ròng từ nông nghiệp. Nguồn: USGS.

Các hoạt động quản lý đất ảnh hưởng đáng kể đến tiềm năng cô lập carbon. Trong khi một số hoạt động tăng cường lưu trữ C trong đất, thì một số khác lại làm giảm khả năng này. Các phương pháp tiếp cận bền vững như trồng cây che phủ, không cày hoặc cày tối thiểu và canh tác hữu cơ làm tăng khả năng cô lập carbon, trong khi canh tác thông thường, phá rừng và chăn thả quá mức làm giảm khả năng này (Smith và Conen, 2006; Zerssa và cộng sự, 2021). Ngoài ra, các yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm đất đóng vai trò chính trong việc điều chỉnh động học carbon trong đất. Vì quá trình phân hủy chất hữu cơ trong đất phụ thuộc vào hoạt động của vi sinh vật, nhiệt độ mát hơn sẽ làm chậm quá trình phân hủy và tăng khả năng lưu trữ C trong đất, trong khi nhiệt độ ấm hơn sẽ đẩy nhanh quá trình phân hủy và làm giảm khả năng giữ lại C (Lal và cộng sự, 2015).

Các phương pháp tiếp cận bền vững như trồng cây che phủ, không cày xới hoặc cày xới tối thiểu và canh tác hữu cơ làm tăng quá trình cô lập carbon (từ trái sang phải). Nguồn: Kelsey Greub, Nall Moonilall và Doug Collins.

Vai trò của độ ẩm đất trong việc phát thải khí nhà kính

Độ ẩm đất ảnh hưởng gián tiếp đến lượng khí thải nhà kính bằng cách tác động đến sự phát triển của thực vật, hoạt động của vi sinh vật và sự phân hủy chất hữu cơ. Các quá trình này tác động trực tiếp đến quá trình cố định C trong khí quyển, quá trình cô lập carbon trong đất và các luồng khí nhà kính (Hao và cộng sự, 2025). Độ ẩm đất hạn chế làm suy yếu quá trình quang hợp, làm giảm quá trình cố định CO₂ và làm giảm lượng chất hữu cơ đưa vào đất. Do đó, cộng đồng vi sinh vật đất bị ảnh hưởng, làm chậm quá trình phân hủy chất hữu cơ. Khoảng 90% sự thay đổi trong quá trình hấp thụ C toàn cầu của đất là do sự biến động của độ ẩm đất (Humphrey và cộng sự, 2021).

Hô hấp đất, quá trình giải phóng CO₂ từ đất, bao gồm hai thành phần: hô hấp tự dưỡng (từ rễ cây) và hô hấp dị dưỡng (từ quá trình phân hủy của vi khuẩn). Độ ẩm đất ảnh hưởng đến cả hai quá trình ở các mức độ khác nhau (Hu và cộng sự, 2018). Ví dụ, điều kiện hạn hán đã được chứng minh là làm giảm hô hấp tự dưỡng 50% ở rừng cận nhiệt đới và 47% ở đồng cỏ (Huang và cộng sự, 2018; Balogh và cộng sự, 2016).

Điều kiện độ ẩm cực đoan - cả khô quá mức và ướt quá mức - làm giảm hô hấp dị dưỡng. Nguồn: Adobe Stock (Kitinut and ChiccoDodiFC).

Tuy nhiên, ở điều kiện độ ẩm cực đoan - cả khô quá mức và ướt quá mức - làm giảm hô hấp dị dưỡng. Quá trình này tuân theo mô hình "đỉnh và suy giảm" trong đó hô hấp dị dưỡng tăng theo độ ẩm của đất lên đến ngưỡng tối ưu (~80% độ rỗng chứa đầy nước, WFP) nhưng giảm sau điểm này do điều kiện kỵ khí (Widanagamage và cộng sự, 2025). Trong điều kiện độ ẩm quá mức (>80% WFP), sự suy giảm oxy thúc đẩy quá trình hô hấp của vi khuẩn kỵ khí, dẫn đến sản xuất mêtan (sinh mêtan). Các hoạt động nông nghiệp như tưới ngập, tưới rãnh và nước ao có thể làm tăng điều kiện kỵ khí, do đó làm tăng lượng khí thải mêtan. Do đó, quản lý độ ẩm đất bền vững là rất quan trọng để giảm thiểu lượng khí thải nhà kính và tối đa hóa quá trình cô lập C trong đất. Kết cấu và cấu trúc đất cũng ảnh hưởng đến quá trình cô lập C bằng cách điều chỉnh độ ẩm của đất và bảo vệ chất hữu cơ trong kết cấu đất (Blanco-Canqui và Lal, 2004). Việc cày xới và nén đất do máy móc nông nghiệp gây ra có thể phá vỡ kết cấu đất, làm lộ ra carbon hữu cơ đã ổn định trước đó và làm tăng lượng khí thải nhà kính.

Các biện pháp quản lý đất để giảm thiểu phát thải khí nhà kính

Các biện pháp quản lý đất bền vững, bao gồm canh tác tối thiểu, nông nghiệp bảo tồn, phủ lớp mùn và trồng cây che phủ, đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy quá trình cô lập carbon và giảm phát thải khí nhà kính (Follet, 2001). Canh tác tối thiểu giảm thiểu sự xáo trộn đất trong khi canh tác không cày xới bảo tồn cấu trúc đất và tăng cường hình thành kết cấu, do đó cải thiện khả năng lưu trữ carbon và các đặc tính thủy văn của đất (Lal và Kimble, 1997). Nông nghiệp bảo tồn và phủ lớp mùn làm tăng hàm lượng chất hữu cơ, bảo vệ kết cấu đất, giảm xói mòn và tăng cường giữ ẩm cho đất. Tương tự như vậy, trồng cây che phủ đảm bảo thảm thực vật liên tục, ngăn ngừa xói mòn đất, làm giàu chất hữu cơ, ổn định kết cấu đất và cải thiện sức khỏe đất nói chung cũng như lưu trữ carbon (Kaye và Quemada, 2017).

Các biện pháp tưới tiêu bền vững cũng rất cần thiết để giảm phát thải khí nhà kính liên quan đến nông nghiệp. Ví dụ, trong sản xuất lúa gạo, tình trạng bão hòa nước kéo dài tạo ra các điều kiện kỵ khí thúc đẩy sản xuất mê-tan, có tiềm năng làm nóng toàn cầu gấp 28 lần CO₂ (Hao và cộng sự, 2025). Ngoài ra, một số biện pháp tưới tiêu làm tăng phát thải nitơ oxit (N₂O) do độ ẩm đất quá cao.

Các biện pháp tưới tiêu bền vững là điều cần thiết để giảm lượng khí thải nhà kính liên quan đến nông nghiệp. Nguồn: Adobe Stock/Floki.

Việc bón quá nhiều phân đạm làm trầm trọng thêm lượng khí thải N₂O, một loại khí nhà kính có khả năng gây nóng lên toàn cầu gấp 298 lần CO₂. Hơn nữa, các hoạt động sử dụng đất như canh tác và phá rừng làm tăng lượng khí thải CO₂ trong khi các kỹ thuật quản lý đất và cây trồng giúp tăng cường khả năng cung cấp nitơ lại vô tình làm tăng lượng khí thải N₂O.

Kết luận 

Biến đổi khí hậu, do cả các quá trình tự nhiên và hoạt động của con người thúc đẩy, chủ yếu là do khí thải nhà kính như CO₂, CH₄ và N₂O. Nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong các khí thải này, đặc biệt là thông qua các hoạt động quản lý đất và cây trồng. Trong khi các hoạt động phá hoại như sử dụng quá nhiều nitơ, canh tác và phá rừng góp phần vào khí thải nhà kính, thì đất là bể chứa carbon trên cạn lớn nhất, có khả năng giảm thiểu biến đổi khí hậu thông qua quá trình cô lập carbon. Việc thực hiện các chiến lược quản lý bền vững như trồng cây che phủ, canh tác không cày xới và nông nghiệp hữu cơ giúp tăng cường lưu trữ carbon, trong khi các hoạt động quản lý đất kém làm giảm khả năng cô lập. Ngoài ra, các yếu tố như độ ẩm đất, nhiệt độ và cấu trúc ảnh hưởng đến động học carbon, khiến việc quản lý đất bền vững trở nên cần thiết để giảm thiểu khí thải nhà kính và chống biến đổi khí hậu hiệu quả.

Đỗ Thị Thanh Trúc theo Hội Khoa học Đất Hoa Kỳ.

Tài liệu tham khảo

Balogh, J., Papp, M., Pintér, K., Fóti, S., Posta, K., Eugster, W., & Nagy, Z. (2016). Autotrophic component of soil respiration is repressed by drought more than the heterotrophic one in dry grasslands. Biogeosciences, 13(18), 5171–5182.

Blanco-Canqui, H., & Lal, R. (2004). Mechanisms of C sequestration in soil aggregates. Critical Reviews in Plant Sciences, 23(6), 481–504.

Cheddadi, R., Guiot, J., & Jolly, D. (2001). The Mediterranean vegetation: What if the atmospheric CO₂ increased? Landscape Ecology, 16, 667–675.

Follett, R. F. (2001). Soil management concepts and C sequestration in cropland soils. Soil and Tillage Research, 61(1-2), 77–92.

Hardy, J. T. (2003). Climate change: causes, effects, and solutions. John Wiley & Sons.

Hu, S., Li, Y., Chang, S. X., Li, Y., Yang, W., Fu, W., ... & Lin, Z. (2018). Soil autotrophic and heterotrophic respiration respond differently to land-use change and variations in environmental factors. Agricultural and Forest Meteorology, 250, 290–298.

Huang, S., Ye, G., Lin, J., Chen, K., Xu, X., Ruan, H., ... & Chen, H. Y. (2018). Autotrophic and heterotrophic soil respiration responds asymmetrically to drought in a subtropical forest in the Southeast China. Soil Biology and Biochemistry, 123, 242–249.

Humphrey, V., Berg, A., Ciais, P., Gentine, P., Jung, M., Reichstein, M., ... & Frankenberg, C. (2021). Soil moisture–atmosphere feedback dominates land C uptake variability. Nature, 592(7852), 65–69.

Kaye, J. P., & Quemada, M. (2017). Using cover crops to mitigate and adapt to climate change. A review. Agronomy for Sustainable Development, 37, 1–17.

Lal, R., Follett, R.F., Stewart, B.A., & Kimble, J.M. (2007). Soil C sequestration to mitigate climate change and advance food security. Soil Science, 172, 943–956.

Lal, R., Monger, C., Nave, L., & Smith, P. (2021). The role of soil in regulation of

Hao, Y., Mao, J., Bachmann, C. M., Hoffman, F. M., Koren, G., Chen, H., ... & Dai, Y. (2025). Soil moisture controls over C sequestration and greenhouse gas emissions: a review. npj Climate and Atmospheric Science, 8(1), 16.

Lal, R., Negassa, W., & Lorenz, K. (2015). C sequestration in soil. Current Opinion in Environmental Sustainability, 15, 79–86. https://doi.org/10.1016/j.cosust.2015.09.002

climate. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 376(1834), 20210084.

Lehmann, J., Gaunt, J., & Rondon, M. (2006). Bio-Char sequestration in terrestrial ecosystems—a review. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 11, 403–427.

Smith, K.A., & Conen, F. (2006). Impacts of land management on fluxes of trace greenhouse gases. Soil Use Management, 20, 255–263.

Widanagamage, N., Santos, E., Rice, C. W., & Patrignani, A. (2025). Study of soil heterotrophic respiration as a function of soil moisture under different land covers. Soil Biology and Biochemistry, 200, 109593. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109593

Zerssa, G., Feyssa, D., Kim, D.-G., & Eichler-Löbermann, B. (2021). Challenges of smallholder farming in Ethiopia and opportunities by adopting climate-smart agriculture. Agriculture, 11, 192.