Trade-off analysis in mitigation between methane and nitrous emissions in paddy field by cusing nitrification inhibitors and mid-season drainage

Abstract

Mid-season drainage during rice cultivation is one of practices for mitigating methane (CH4) emission, but it can increase nitrous oxide (N2O) emission. The objective of this study was to analyze the trade-off between N2O and CH4 mitigation in paddy field by using nitrification inhibitors (NIs) i.e. 3,4-dimethylpyrazole phosphate (DMPP) and (E)-ethyl3-(3-hydroxy-4-methoxyphenyl) acrylate (16F1) coupled with water management methods i.e. mid-season drainage (MSD) and continuous flooding (CF). The study was carried out in field plots during 2013 - 2014 rain fed seasons. The results showed that the application of NIs significantly reduced N2O and CH4 emissions (p˂0.05) and the MSD significantly reduced CH4 emission (p˂0.05). However, the reduction of N2O and CH4 emissions were not significantly correlated with the combination of NIs application and water management methods (p>=0.05). The accumulative N2O emission ranges of treatment with fertilizer (F), treatments with fertilizer and 16F1 (F+16F1), and fertilizer and DMPP (F+DMPP) for MSD were 3.10 - 3.16, 2.59 - 2.54 and 2.77 - 2.81 kg N2O ha-1, respectively, while for CF were 2.99 - 2.88, 2.88 - 2.40 and 2.54 - 2.22 kg N2O ha-1, respectively. The accumulative CH4 emission ranges of treatment with fertilizer (F), treatments with fertilizer and 16F1 (F+16F1), and fertilizer and DMPP (F+DMPP) for MSD were 630.39 - 175.91, 491.93 - 148.87 and 392.20 - 145.57 kg CH4 ha-1, respectively, while for CF were 672.80 - 253.43, 644.95 - 211.42 and 413.23 - 209.96 kg CH4 ha-1, respectively. When compared the effectiveness of using NIs within the same water management methods, the results showed that net global warming potential (GWPnet) of treatments F+16F1 and F+DMPP were reduced from treatment F by 16.48 % - 17.75 % and 10.74 % - 14.48 % for MSD and by 15.02 % - 17.99 % and 3.78 % - 16.62 % in CF, respectively. When compared the effectiveness of using NIs between different water management methods, the GWPnet from MSD of treatment F, F+16F1 and F+DMPP reduced by 5.68 % - 24.80 %, 4.50 % - 24.57 % and 32.9 % - 22.87 % of the values from CF, respectively. The trade-off analysis indicated that the use of NIs during mid-season drainage could reduce GWPnet by increasing the efficiency of MSD on reduction of methane emission (increasing advantage of MSD), while reducing the nitrous oxide emission that occurred during MSD (decreasing disadvantage of MSD).

การระบายน้ำกลางฤดูเพาะปลูกระหว่างการปลูกข้าวเป็นวิธีหนึ่งในการลดการปล่อยมีเทน แต่เป็นสาเหตุให้การปล่อยไนตรัสออกไซด์เพิ่มมากขึ้น วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้คือการวิเคราะห์ส่วนได้-ส่วนเสีย การลดการปล่อยไนตรัสออกไซด์และมีเทนในนาข้าว เปรียบเทียบระหว่างกรรมวิธีทดลอง การใช้ปุ๋ยเพียงอย่างเดียว (F), การใช้ปุ๋ยร่วมกับสารยับยั้งไนตริฟิเคชั่น 3,4-dimethylpyrazole phosphate; DMPP (F+DMPP), และการใช้ปุ๋ยร่วมกับสารยับยั้งไนตริฟิเคชั่น (E)-ethyl3-(3-hydroxy-4-methoxyphenyl)acrylate; 16F1 (F+16F1) ร่วมกับระบบการจัดการน้ำในนาข้าวแบบระบายน้ำ กลางฤดูเพาะปลูกและขังน้ำ ตลอดฤดูเพาะปลูก ดำเนินการวิจัยในแปลงทดลองระดับไร่นา ระหว่างฤดูนาปี พ.ศ. 2556 - พ.ศ. 2557 ผลการศึกษาพบว่าการใช้สารยับยั้งไนตริฟิเคชั่นลดการปล่อยไนตรัสออกไซด์และมีเทนได้อย่างมีนัยสำคัญ (p<0.05) และการระบายน้ำ กลางฤดูเพาะปลูกลดการปล่อยมีเทนได้อย่างมีนัยสำคัญ (p<0.05) อย่างไรก็ตาม การลดการปล่อยไนตรัสออกไซด์และมีเทนจากนาข้าวไม่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างการใช้สารยับยั้งไนตริฟิเคชั่นร่วมกับการจัดการน้ำ (p>=0.05) ฤดูนาปี พ.ศ. 2556 - พ.ศ. 2557 ค่าพิสัยปริมาณการปล่อยไนตรัสออกไซด์สะสมของกรรมวิธีทดลอง F, F+16F1 และ F+DMPP มีค่า 3.10 - 3.16 2.59 - 2.54 และ 2.77 - 2.81 kg N2O ha-1 ตามลำดับ สำหรับวิธีจัดการน้ำ แบบระบายน้ำ กลางฤดูเพาะปลูก และ 2.99 - 2.88 2.88 - 2.40 และ 2.54 - 2.22 kg N2O ha-1 ตามลำดับ สำหรับวิธีจัดการน้ำ แบบขังน้ำ ตลอดฤดูเพาะปลูก สำหรับค่าพิสัยปริมาณการปล่อยมีเทนสะสม มีค่า 630.39 - 175.91 419.93 - 148.87 และ 392.20 - 145.57 kg CH4 ha-1 ตามลำดับ สำหรับวิธีจัดการน้ำ แบบการระบายน้ำ กลางฤดูเพาะปลูก และ 672.80 - 253.43 644.95 - 211.42 และ 413.23 - 209.96 kg CH4 ha-1 ตามลำดับ สำหรับ วิธีจัดการน้ำ แบบขังน้ำ ตลอดฤดูเพาะปลูกเมื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพการใช้สารยับยั้งไนตริฟิเคชั่นภายในวิธีการจัดการน้ำ พบว่า ค่าพิสัยศักยภาพการทำให้โลกร้อนสุทธิ (GWPnet) ของกรรมวิธีทดลอง F+16F1 และ F+DMPP เมื่อเปรียบเทียบกับกรรมวิธีทดลอง F ลดลงร้อยละ 16.48 - 17.75 และ 10.74 - 14.48 สำหรับการจัดการน้ำ แบบระบายน้ำ กลางฤดูเพาะปลูก และ 15.02 - 17.99 และ 3.78 - 16.62 สำหรับการจัดการน้ำ แบบขังน้ำ ตลอดฤดูเพาะปลูก และเมื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพการใช้สารยับยั้งไนตริฟิเคชั่นระหว่างวิธีการจัดการน้ำ พบว่าค่าพิสัย GWPnet ในการจัดการน้ำ แบบการระบายน้ำ กลางฤดูเพาะปลูก ของกรรมวิธีทดลอง F F+16F1 และ F+DMPP ลดลงร้อยละ 5.68 - 24.80 4.50 - 24.57 และ 32.96 - 22.87 ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกับการขังน้ำ ตลอดฤดูเพาะปลูก ผลการวิเคราะห์ส่วนได้-ส่วนเสีย บ่งชี้ว่า การใช้สารยับยั้งไนตริฟิเคชั่นระหว่างการระบายน้ำ กลางฤดูเพาะปลูก สามารถลดศักยภาพการทำให้โลกร้อนสุทธิ กล่าวคือ เมื่อใช้สารยับยั้งไนตริฟิเคชั่น การปล่อยมีเทนที่ลดลงอยู่แล้วจากการระบายน้ำ กลางฤดูเพาะปลูกจะลดได้มากขึ้น (เพิ่มส่วนได้) ในขณะที่การปล่อยไนตรัสออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นในระหว่างการระบายน้ำ กลางฤดูเพาะปลูกจะลดลง (ลดส่วนเสีย)