Nông nghiệp không phải là tác nhân lớn nhất thải khí nhà kính vào khí quyển, nhưng nó lại dẫn đến việc sản xuất ra một số loại khí mạnh hơn có nguy cơ gây ra tình trạng nóng lên nhanh chóng. Đó là lý do tại sao việc lập kế hoạch giảm lượng khí thải này đã trở thành trọng tâm của nhiều hội nghị, hội nghị thượng đỉnh và sáng kiến tư nhân. Những loại khí này đến từ đâu và tại sao chúng lại thu hút nhiều sự quan tâm như vậy? Ở đây, chúng tôi sẽ phân tích những điều cơ bản về cách thức hoạt động của khí nhà kính và nguồn gốc của chúng, cả trong trang trại và trong hệ thống thực phẩm rộng lớn hơn.
Khí nhà kính là gì
Khí nhà kính là bất kỳ hóa chất nào góp phần tạo nên hiệu ứng nhà kính của khí quyển, giữ lại nhiệt mà Trái đất hấp thụ từ Mặt trời thay vì để nhiệt đó bức xạ trở lại không gian. Khí nhà kính là một phần quan trọng của khí quyển Trái đất vì hành tinh này sẽ lạnh đến mức không thể sống được nếu không có chúng. Nhưng nếu dư thừa, những loại khí này có thể gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu nhanh chóng.
Khi nồng độ khí nhà kính thay đổi trong lịch sử Trái đất, nhiệt độ toàn cầu cũng thay đổi theo: Những thay đổi lớn về carbon dioxide và các loại khí khác đã gây ra những thời kỳ đặc biệt nóng và lạnh theo thời gian. Những người phủ nhận biến đổi khí hậu nhanh chóng chỉ ra rằng những thay đổi đó là tự nhiên trong quá khứ, nhưng điều đó không có nghĩa là chúng luôn dễ dàng đối với các sinh vật trên Trái đất. Khi những thay đổi đó diễn ra chậm, sự sống có thời gian để thích nghi, nhưng khi chúng diễn ra nhanh, chúng đã gây ra sự tuyệt chủng hàng loạt và sự hủy diệt sinh thái toàn cầu.
Một số hoạt động của con người đã thải khí nhà kính vào khí quyển với tốc độ chưa từng có, đặc biệt là việc đốt nhiên liệu hóa thạch, thải ra carbon dioxide và các chất ô nhiễm khác. Nhưng còn có những nguồn khí nhà kính khác ngoài nhiên liệu hóa thạch: Các hóa chất sản xuất, đặc biệt là những hóa chất được sử dụng trong tủ lạnh , điều hòa không khí và cơ sở hạ tầng điện, cũng có thể làm ấm trái đất khi chúng thoát vào khí quyển. Một số loại khí này có thể giữ nhiều nhiệt hơn carbon dioxide và cũng làm hỏng tầng ôzôn, do đó, một số loại khí được quản lý chặt chẽ và nhìn chung, chúng góp phần làm nóng lên là rất nhỏ. Tuy nhiên, ngoài việc đốt nhiên liệu hóa thạch, một trong những nguồn phát thải toàn cầu lớn nhất là nông nghiệp và sản xuất lương thực.
Có ba loại khí chính đáng quan tâm khi nói đến khí thải tại trang trại: carbon dioxide, methane và nitrous oxide. Cả ba loại khí này đều là một phần của chu trình sinh hóa diễn ra trên quy mô toàn cầu: carbon dioxide và methane đến từ chu trình carbon, trong khi nitrous oxide là một phần của chu trình nitơ toàn cầu. Mặc dù các loại khí này có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau trong nông nghiệp, nhưng tất cả đều liên quan đến các chu trình tương đối đơn giản này.
Chu trình carbon
Trong chu trình cacbon toàn cầu , thực vật khai thác năng lượng từ mặt trời để chuyển đổi cacbon dioxit từ khí quyển và nước thành đường, lưu trữ năng lượng đó trong các liên kết hóa học giữa các nguyên tử cacbon. Thực vật sử dụng năng lượng đó trực tiếp làm thức ăn, nhưng chúng cũng sử dụng những loại đường này để tạo ra lá, thân, rễ và gỗ. Sinh vật phù du và rong biển cũng làm như vậy trong đại dương. Khi các sinh vật sống tiêu hóa đường để lấy năng lượng, khi thực vật phân hủy hoặc khi con người đốt gỗ để làm nhiên liệu, những loại đường đó sẽ bị phân hủy trở lại thành cacbon quay trở lại khí quyển, thường là dưới dạng cacbon dioxit hoặc mêtan.
Cây sống lưu trữ rất nhiều carbon mà nếu không thì sẽ có trong khí quyển. Cây chết cũng lưu trữ nó, cũng như cây phân hủy một phần tạo nên chất hữu cơ trong đất. Cây chết từ lâu và tảo — trở thành than, dầu và khí đốt tự nhiên trong hàng triệu năm khi chúng bị mắc kẹt trong đá — loại bỏ hiệu quả carbon đó khỏi chu trình cho đến khi con người giải phóng nó trở lại khí quyển bằng cách đốt cháy nó. Chính sự giải phóng đó có tác động lớn nhất đến khí hậu của chúng ta, nhưng các hoạt động khác của con người cũng có thể phá vỡ đáng kể sự cân bằng carbon của các hệ sinh thái.
Khí carbonic
Khí chính mà mọi người thường nghe trong các cuộc thảo luận về biến đổi khí hậu là carbon dioxide, hay CO2 . Carbon dioxide được tạo ra khi các sinh vật phân hủy thức ăn để lấy năng lượng trong môi trường có oxy. Quá trình này được gọi là hô hấp và được thực hiện bởi mọi tế bào trong cơ thể chúng ta, cũng như bởi động vật, thực vật, nấm và vi khuẩn.
Khí thải từ quá trình hô hấp là nguồn CO 2 chính từ nông nghiệp, với phần lớn khí carbon dioxide do nông nghiệp thải ra đến từ quá trình hô hấp của vi khuẩn và nấm. Khi đất bị xáo trộn hoặc khi tàn dư cây trồng phân hủy trên đồng ruộng, vi khuẩn và nấm sẽ tiêu thụ chất hữu cơ tiếp xúc với không khí và thải khí carbon dioxide đó vào khí quyển. Một số mức phát thải carbon dioxide là bình thường từ bất kỳ loại đất lành nào vì vi khuẩn tiêu hóa chậm chất hữu cơ, nhưng việc cày xới đất mạnh có thể khiến nhiều chất hữu cơ này tiếp xúc với không khí hơn để phân hủy nhanh chóng.
Lượng khí thải carbon dioxide trực tiếp từ trang trại này khá thấp, chỉ chiếm khoảng 7-11 phần trăm lượng khí thải gây nóng lên từ nông nghiệp. Một phần là do cây trồng hấp thụ một lượng carbon dioxide từ khí quyển, và tùy thuộc vào cách quản lý tàn dư cây trồng và đất, đôi khi lượng carbon này chậm quay trở lại khí quyển.
Mêtan
Mê-tan, hay CH4 xuất phát từ vi khuẩn phân hủy đường và các chất hữu cơ khác trong môi trường kỵ khí hoặc môi trường không có oxy. Điều này có thể xảy ra ở một số nơi: Vi khuẩn trong đất ngập nước, đặc biệt là đất ở ruộng lúa , tạo ra mê-tan khi chúng phân hủy tàn dư thực vật. Phân hóa lỏng từ các trang trại chăn nuôi cũng tạo ra môi trường cho vi khuẩn sản xuất mê-tan phát triển mạnh. Trong các đầm phân chuồng hở, mê-tan đó thoát thẳng vào khí quyển, nhưng nó cũng có thể được thu gom cố ý trong các máy tiêu hóa mê-tan , nơi thu giữ mê-tan để có thể đốt để tạo ra năng lượng.
Là thành phần chính của khí đốt tự nhiên, mê-tan đã là một nguồn nhiên liệu phổ biến và vì các máy tiêu hóa này chuyển hướng khí thải mê-tan không đi trực tiếp vào khí quyển, nên những người vận động hành lang cho trang trại chăn nuôi và ngành công nghiệp khí đốt đã tiếp thị loại khí trang trại chăn nuôi này như một nguồn năng lượng sạch. Nhưng thực tế là, trong chăn nuôi bền vững , phân chuồng không nên tích tụ ở số lượng lớn đến mức tạo ra khí thải mê-tan ngay từ đầu.
Nguồn khí mê-tan lớn nhất trong ngành nông nghiệp Hoa Kỳ đến từ một quá trình gọi là lên men ruột , xảy ra trong hệ tiêu hóa của gia súc, cừu, dê và các loài động vật có vú nhai lại khác. Những loài động vật này có một khoang đặc biệt trong hệ tiêu hóa của chúng được gọi là dạ cỏ, nơi vi khuẩn giúp chúng lên men các loại thực phẩm dai, nhiều xơ mà nếu không thì sẽ không thể ăn được. Mặc dù điều này cho phép bò và các loài động vật nhai lại khác sống sót trên đồng cỏ không thể nuôi sống các loài động vật khác, nhưng khí mê-tan do động vật nhai lại ợ ra chiếm tới 70 phần trăm lượng khí thải mê-tan của ngành nông nghiệp tại Hoa Kỳ
Nhìn chung, khí mê-tan từ quá trình lên men đường ruột, phân chuồng và sản xuất lúa gạo chiếm khoảng 43 phần trăm lượng khí thải nông nghiệp của Hoa Kỳ và tỷ lệ phần trăm đó tăng chủ yếu là do lượng tiêu thụ và sản xuất thịt liên tục tăng. Sự sụt giảm gần đây trong tổng lượng khí thải nông nghiệp — khoảng hai phần trăm trong giai đoạn 2021 và 2022 — do sự sụt giảm liên quan đến hạn hán trong tổng số lượng gia súc ở Hoa Kỳ là bằng chứng thêm nữa cho mối liên hệ đó. Tuy nhiên, bất chấp sự sụt giảm nhỏ trong lượng khí thải của Hoa Kỳ, lượng khí thải mê-tan đang tăng với tốc độ chưa từng có trên toàn cầu, chủ yếu là do sự gia tăng của thịt bò và sữa.
Là một loại khí nhà kính, mê-tan mạnh hơn nhiều so với carbon dioxide vì nó giữ lại lượng nhiệt trung bình gấp 28 lần trong suốt 100 năm. Điều này khiến nó trở thành uu tiên hàng đầu để giảm phát thải . Nhưng có một yếu tố khác khiến vấn đề trở nên cấp bách hơn: Mê-tan tồn tại trong thời gian ngắn hơn nhiều so với carbon dioxide, vì vậy tác động của nó, mặc dù cao hơn trong ngắn hạn, nhưng sẽ tiêu tan trong vòng vài thập kỷ.
Với những thay đổi thảm khốc mà các nhà khoa học khí hậu cho biết sẽ xảy ra ở một ngưỡng nhiệt độ nhất định — băng tan, mực nước biển dâng cao đột ngột và sự thay đổi vĩnh viễn đối với các dòng hải lưu và kiểu thời tiết — thì việc tránh những khí thải có tác động cao, ngắn hạn là một ưu tiên rất cao. Nếu lượng khí thải mê-tan được giảm thành công ngay bây giờ, chúng ta không chỉ có cơ hội tốt hơn để tránh những thay đổi tồi tệ nhất đó mà còn có ít khí nóng hơn đáng kể trong khí quyển trong những thập kỷ tới, làm chậm quá trình thay đổi hơn nữa.
Nito oxit và chu trình nitơ
Một trong những loại khí nhà kính quan trọng nhất do nông nghiệp tạo ra không liên quan gì đến carbon: nitơ oxit. Giống như chu trình carbon, chu trình nitơ tạo ra nitơ oxit liên quan đến vi khuẩn và các sinh vật khác cố định khí nitơ từ khí quyển thành các hợp chất như amoniac mà thực vật có thể sử dụng. Hợp chất nitơ là thành phần quan trọng của protein tạo nên các sinh vật sống và nhiều hợp chất trong số này trở lại đất với số lượng cô đặc trong chất thải động vật hoặc phân bón tổng hợp. Tùy thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm, vi khuẩn có thể giải phóng nitơ này trở lại khí quyển dưới nhiều dạng, bao gồm cả nitơ oxit.
Nitơ oxit cũng mạnh hơn đáng kể so với carbon dioxide: nó giữ nhiệt tốt hơn carbon dioxide khoảng 273 lần và chịu trách nhiệm cho 49 phần trăm lượng khí thải tại trang trại ở Hoa Kỳ. Nhưng không giống như mê-tan, nitơ oxit cũng có thời gian tồn tại lâu hơn.
Nếu nó vừa là khí nhà kính mạnh vừa là khí sẽ tồn tại cùng chúng ta trong nhiều thế kỷ, tại sao nó lại không được chú ý nhiều như vậy ? Một phần là vì khó dự đoán được điều kiện nào sẽ tạo điều kiện cho sự hình thành nitơ oxit hơn là các loại khí khác. Vì vậy, trong khi việc hạn chế bón phân và căn thời gian bón phân theo điều kiện thời tiết và đất đai thích hợp có thể giúp ích, thì một số lượng khí thải nitơ oxit khó có thể tránh khỏi từ đất nông nghiệp. Những khí thải này cũng xảy ra từ đất hoang dã chưa được sử dụng cho nông nghiệp, mặc dù ở mức thấp hơn nhiều.
Nhìn chung, sự đóng góp của nitơ oxit vẫn còn nhỏ so với carbon dioxide và methane, nhưng điều đó sẽ không đúng nếu nồng độ nitơ oxit trong khí quyển tiếp tục tăng ở mức gần đây. Với nồng độ tăng 40 phần trăm trong vài thập kỷ qua, chủ yếu là do sự mở rộng của nông nghiệp và sự gia tăng sử dụng phân bón toàn cầu, nitơ oxit sẽ trở thành tác nhân lớn hơn gây ra hiện tượng nóng lên.
Lượng khí thải từ hệ thống thực phẩm ngoài trang trại
Lượng khí thải carbon dioxide của hệ thống thực phẩm tăng đáng kể khi bạn bao gồm các khí thải không phải lúc nào cũng được đưa vào cùng một nhóm với nông nghiệp, như nhiên liệu dùng để cung cấp năng lượng cho thiết bị nông trại hoặc vận chuyển thực phẩm, năng lượng dùng trong chế biến và làm lạnh thực phẩm hoặc khí thải phát sinh từ việc tạo ra bao bì thực phẩm. Những khí thải này chiếm khoảng 30 phần trăm tổng lượng khí thải của hệ thống thực phẩm.
Khi phân hủy, chất thải thực phẩm tạo ra rất nhiều khí thải, đặc biệt là khí mê-tan. Trên toàn cầu, chất thải trong bãi chôn lấp là nguồn phát thải khí mê-tan lớn thứ ba sau nông nghiệp và rò rỉ từ giếng và đường ống. Phần lớn khí mê-tan từ bãi chôn lấp đến từ chất thải thực phẩm: Một phân tích gần đây của EPA ước tính rằng 58 phần trăm khí mê-tan từ các bãi chôn lấp của Hoa Kỳ đến từ chất thải thực phẩm, nhấn mạnh lợi ích tiềm năng của việc ủ phân (phân hủy chất thải thực phẩm theo phương pháp hiếu khí để tạo ra carbon dioxide thay thế) để giảm lượng khí thải này.
Những thay đổi trong sử dụng đất cũng là một động lực lớn gây ra khí thải, đặc biệt là carbon dioxide. Rừng lưu trữ rất nhiều carbon trên và dưới mặt đất, và việc loại bỏ chúng (đặc biệt là đốt chúng để chúng có thể trở thành đất trồng trọt hoặc đồng cỏ cho gia súc) là một nguồn phát thải carbon khổng lồ. Đồng cỏ cũng lưu trữ một lượng lớn carbon, đặc biệt là trong hệ thống rễ rộng lớn của thực vật sống và chết. Việc cày xới chúng hoặc chăn thả chúng quá mức cũng có thể giải phóng lượng carbon này. Các nhà khoa học về khí hậu gọi loại khí thải này là “thay đổi sử dụng đất” và chúng không phải lúc nào cũng được tính vào cùng một nhóm với chính ngành nông nghiệp. Nhưng vì nông nghiệp — đặc biệt là việc mở rộng đồng cỏ và các cánh đồng đậu nành để nuôi bò — là một trong những động lực lớn nhất gây ra thay đổi sử dụng đất trên toàn cầu, nên những điều này chắc chắn nên được tính là lượng khí thải phát sinh từ hệ thống thực phẩm.
Tổng tác động của hệ thống thực phẩm đến khí hậu
Nhìn chung, việc tính toán các khí thải này cùng với các khí thải phát sinh trực tiếp từ trang trại khiến ngành nông nghiệp có dấu chân lớn: Khoảng 34 phần trăm lượng khí thải toàn cầu có thể được quy cho các hệ thống thực phẩm nói chung, với 70 phần trăm trong số này đến từ các hoạt động tại trang trại và việc chuyển đổi đất hoang thành đất nông nghiệp. Trong đó, carbon dioxide chiếm một nửa lượng khí thải đó, trong khi methane chiếm 35 phần trăm. 15 phần trăm còn lại đến từ nitơ oxit. Tóm lại, cách chúng ta trồng trọt theo phương pháp độc canh, khai hoang đất để chăn thả gia súc và sản xuất quá nhiều thịt bò và sữa chịu trách nhiệm cho hơn một phần ba lượng khí thải GHG của thế giới.
Ngay cả khi tính đến tất cả các khí thải có nguồn gốc từ tiêu thụ năng lượng liên quan đến hệ thống thực phẩm, giao thông vận tải và thay đổi sử dụng đất, hệ thống thực phẩm không phải là nguồn phát thải carbon dioxide hàng đầu. Nhưng nó là nguồn phát thải lớn nhất cả khí mê-tan và khí nitơ oxit trên toàn cầu, phần lớn là nhờ vào sự mở rộng liên tục của chăn nuôi công nghiệp trên toàn thế giới.
Mặc dù có một số biện pháp được cho là có thể giảm lượng khí thải này — như cho bò ăn tảo để ngăn chặn khí thải mê-tan hoặc thu giữ mê-tan do phân thải tạo ra trong máy tiêu hóa để sử dụng làm năng lượng — nhưng những biện pháp này chỉ giúp tránh được lượng khí thải dư thừa không nên tạo ra ngay từ đầu. Chỉ có sự thay đổi hệ thống thực phẩm mang tính chuyển đổi mới có thể thực sự tránh được một số tác động tồi tệ nhất này.
Đúng là một số khí thải nhà kính là không thể tránh khỏi từ hệ thống thực phẩm nhờ các quá trình đất tự nhiên, nhưng việc thoái vốn khỏi ngành chăn nuôi công nghiệp là cách duy nhất để hạn chế lượng khí thải dư thừa. Làm chậm quá trình mở rộng đất canh tác mới để chăn nuôi động vật sẽ góp phần làm chậm quá trình phát thải carbon dioxide mới. Bón phân chuồng và phân bón với số lượng ít hơn — thay vì bơm càng nhiều ngô và các loại cây công nghiệp khác làm thức ăn cho động vật càng tốt — sẽ giúp hạn chế lượng khí thải nitơ oxit.
Cuối cùng, chỉ cần nuôi ít bò hơn để lấy thịt và sữa sẽ cắt giảm được nguồn khí mê-tan lớn nhất. Một phân tích gần đây của Greenpeace phát hiện ra rằng chỉ cần dừng lại quỹ đạo mở rộng ngành chăn nuôi hiện tại của chúng ta có khả năng ngăn chặn nhiệt độ tăng 0,32 độ C vào năm 2050. Không phải là sự giảm nhỏ trong mô hình biến đổi khí hậu, nơi mà ngay cả một phần mười độ cũng có thể cứu được các tảng băng và ngăn ngừa hàng triệu ca tử vong liên quan đến nhiệt độ cao.
Theo Ryan Nebeker
