Nghiên cứu ảnh hưởng của thời điểm cắt ngọn đến năng suất và chất lượng của các giống cao lương ngọt triển vọng tại Thái Nguyên
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (764.4 KB, 145 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
LIÊU THANH HÙNG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI ĐIỂM
CẮT NGỌN ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƯỢNG
CỦA CÁC GIỐNG CAO LƯƠNG NGỌT
TRIỂN VỌNG TẠI THÁI NGUYÊN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÂY TRỒNG
Thái Nguyên - 2015
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
LIÊU THANH HÙNG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI ĐIỂM
CẮT NGỌN ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƯỢNG
CỦA CÁC GIỐNG CAO LƯƠNG NGỌT
TRIỂN VỌNG TẠI THÁI NGUYÊN
Chuyên ngành: Khoa học cây trồng
Mã số : 60.62.01.10
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÂY TRỒNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. Hoàng Thị Bích Thảo
Thái Nguyên - 2015
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là
trung thực và chưa từng được công bố.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này
đã được cảm ơn và thông tin trích dẫn trong luận văn này đã được chỉ rõ
nguồn gốc.
Tác giả luận văn
Liêu Thanh Hùng
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực tập và thực hiện đề tài này, tôi đã nhận được sự
quan tâm giúp đỡ của Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Thái
Nguyên, Phòng Đào tạo, cô giáo hướng dẫn Hoàng Thị Bích Thảo, các thầy
giáo, cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp, cơ quan và gia đình.
Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể các thầy giáo, cô giáo
phòng Đào tạo, các thầy giáo, cô giáo giảng dạy chuyên ngành, Trường Đại
học Nông Lâm Thái Nguyên đã giúp đỡ hoàn thành luận văn này.
Tôi xin bài tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Hoàng Thị Bích Thảo đã tận
tình giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này.
Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới bạn bè, đồng
nghiệp, cơ quan, gia đình và người thân đã quan tâm động viên tôi trong suốt
quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cám ơn !
Tác giả luận văn
Liêu Thanh Hùng
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................ v
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................. vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................. vii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề ................................................................................................................... 1
2. Mục tiêu của đề tài ..................................................................................................... 2
3. Yêu cầu của đề tài ...................................................................................................... 2
4. Ý nghĩa của đề tài....................................................................................................... 2
Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................. 3
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài ...................................................................................... 3
1.2. Đặc điểm thực vật học của cây cao lương ngọt ................................................... 4
1.3. Nguồn gốc phân bố và yêu cầu ngoại cảnh của cây cao lương ngọt ................. 6
1.4. Tình hình sản xuất và nghiên cứu cao lương trên thế giới và Việt Nam ... 7
1.4.1. Tình hình sản xuất và nghiên cứu trên thế giới....................................... 7
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................ 29
2.1. Đối tượng nghiên cứu ...........................................................................................29
2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu .......................................................................29
2.2.1. Địa điểm nghiên cứu ............................................................................. 29
2.2.2. Thời gian nghiên cứu ............................................................................ 29
2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................29
2.4.2. Quy trình kỹ thuật ................................................................................. 31
iv
2.4.3. Các chỉ tiêu và phương pháp theo dõi................................................... 31
2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu..................................................................... 34
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................... 35
3.1. Các chỉ tiêu sinh trưởng .......................................................................................35
3.1.1. Khả năng tăng trưởng chiều cao cây ..................................................... 35
3.1.2. Động thái ra lá ....................................................................................... 37
3.1.3. Đường kính thân.................................................................................... 38
3.2. Khả năng nhiễm bệnh hại ....................................................................................38
3.3. Các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất và chất lượng .................................40
3.3.1. Khối lượng thân lá................................................................................. 40
3.3.2. Khối lượng thân..................................................................................... 43
3.3.3. Năng suất sinh khối và năng suất thân .................................................. 47
3.3.4. Brix ........................................................................................................ 52
3.3.5. Năng suất đường và năng suất Ethanol ................................................. 53
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................... 57
1. Kết luận .....................................................................................................................57
2. Đề nghị ......................................................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 59
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là
trung thực và chưa từng được công bố.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này
đã được cảm ơn và thông tin trích dẫn trong luận văn này đã được chỉ rõ
nguồn gốc.
Tác giả luận văn
Liêu Thanh Hùng
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Khả năng tăng trưởng chiều cao cây của các giống cao lương
ngọt thí nghiệm ................................................................................ 35
Bảng 3.2. Khả năng ra lá của các giống cao lương ngọt thí nghiệm ............... 37
Bảng 3.3. Đường kính thân của các giống cao lương ngọt thí nghiệm ........... 38
Bảng 3.4. Mức độ nhiễm bệnh của các giống cao lương ngọt thí nghiệm ...... 39
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của giống và công thức cắt ngọn đến khối lượng
thân lá của các giống cao lương ngọt thí nghiệm ............................ 42
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của giống và công thức cắt ngọn đến khối lượng
thân của các giống cao lương ngọt thí nghiệm ................................ 46
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của giống và công thức cắt ngọn đến năng suất
sinh khối và năng suất thân của cao lương ngọt .............................. 51
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của giống và công thức cắt ngọn đến Brix của cao
lương ngọt ........................................................................................ 52
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của giống và công thức cắt ngọn đến năng suất
đường và năng suất Ethanol của cao lương ngọt ............................. 56
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.1. Khả năng tăng trưởng chiều cao cây của các giống cao lương
ngọt thí nghiệm ................................................................................ 36
Hình 3.2. Biểu đồ ảnh hưởng của các thời điểm cắt ngọn đến năng suất
thân thực thu của ba giống cao lương ngọt thí nghiệm.................... 49
Hình 3.3: Biểu đồ ảnh hưởng của các thời điểm cắt ngọn đến năng suất
thân thực thu của ba giống cao lương ngọt thí nghiệm.................... 50
Hình 3.4: Biểu đồ ảnh hưởng giữa giống và cắt ngọn đến năng suất đường........ 54
Hình 3.5: Biểu đồ ảnh hưởng giữa giống và cắt ngọn đến năng suất ethanol ...... 55
1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Việc tạo ra và sử dụng nhiên liệu sinh học để thay thế năng lượng sinh
học là một giải pháp đầy triển vọng đã được nhiều quốc gia áp dụng trong đó
có Việt Nam. Ngày 20/11/2007, Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định số
177/2007/QĐ-TTg về việc phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học
đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”. Quyết định này đã tạo hành lang
pháp lý, chính sách và các kế hoạch đầu tư cho phát triển nhiên liệu sinh học.
Chính phủ Việt Nam đã khuyến khích những nghiên cứu về phát triển nhiên
liệu sinh học mới trong đó đặc biệt chú ý đến những nghiên cứu về các giống
cây nguyên liệu mới, đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững ngành nông nghiệp
để sản xuất nhiên liệu sinh học. Nhiều chương trình nghiên cứu, dự án hợp tác
giữa các tổ chức, công ty trong và ngoài nước nhằm đưa ra cây trồng thích
hợp nhất cho việc sản xuất nguồn nguyên liệu tái sinh phục vụ sản xuất
ethanol sinh học, trong đó có cây cao lương ngọt.
Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã tham gia nghiên cứu tuyển
chọn các giống cao lương ngọt cao sản với sự hợp tác của Nhật Bản từ năm
2011 và bước đầu tuyển chọn được một số giống có triển vọng với năng suất
thân trên 100 tấn/ha. Tuy nhiên, mục đích của việc trồng cao lương ngọt
nguyên liệu sản xuất xăng sinh học là lấy đường trong thân của cây nên việc
nghiên cứu về hàm lượng đường trong cây là rất quan trọng.
Nhiều nghiên cứu khoa học trên thế giới đã chỉ ra rằng kỹ thuật cắt
ngọn có ảnh hưởng đến năng suất, chất lượng và khả năng chống chịu của cây
cao lương ngọt. Từ năm 2011 đến nay, trường Đại học Nông Lâm Thái
Nguyên đã tiến hành nghiên cứu tuyển chọn giống cao lương ngọt cho khu
vực miền núi phía Bắc Việt Nam và bước đầu lựa chọn được ba giống triển
vọng là giống NL3, giống KCS105 và giống EN8. Tuy nhiên, cao lương ngọt
2
là cây trồng mới ở Việt Nam, có rất ít nghiên cứu về biện pháp kỹ thuật nâng
cao năng suất, chất lượng của loại cây này.
Xuất phát từ những yêu cầu của thực tiễn nêu trên chúng tôi đã tiến
hành đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của thời điểm cắt ngọn đến năng suất
và chất lượng của các giống cao lương ngọt triển vọng tại Thái Nguyên”.
2. Mục tiêu của đề tài
Xác định được kỹ thuật cắt ngọn phù hợp cho ba giống cao lương
ngọt thí nghiệm.
3. Yêu cầu của đề tài
Xác định được ảnh hưởng của các thời điểm cắt ngọn khác nhau đến
năng suất của ba giống cao lương ngọt thí nghiệm
Xác định được ảnh hưởng của các thời điểm cắt ngọn khác nhau đến
chất lượng (độ Brix) của ba giống cao lương ngọt thí nghiệm
Xác định được ảnh hưởng của các thời điểm cắt ngọn khác nhau đến năng
suất đường và năng suất Ethanol của ba giống cao lương ngọt thí nghiệm
4. Ý nghĩa của đề tài
4.1 Ý nghĩa trong nghiên cứu khoa học
Kết quả nghiên cứu là cở sở cho các nghiên cứu về sau, cũng như đưa
ra được quy trình kỹ thuật cho phù hợp đối với cây cao lương
4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất
Kết quả nghiên cứu của đề tài là căn cứ để áp dụng biện pháp kĩ thuật
cắt ngọn nhằm tăng năng suất, chất lượng của cây trong sản xuất cao lương
ngọt làm nguyên liệu sản xuất Ethanol sinh học.
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực tập và thực hiện đề tài này, tôi đã nhận được sự
quan tâm giúp đỡ của Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Thái
Nguyên, Phòng Đào tạo, cô giáo hướng dẫn Hoàng Thị Bích Thảo, các thầy
giáo, cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp, cơ quan và gia đình.
Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể các thầy giáo, cô giáo
phòng Đào tạo, các thầy giáo, cô giáo giảng dạy chuyên ngành, Trường Đại
học Nông Lâm Thái Nguyên đã giúp đỡ hoàn thành luận văn này.
Tôi xin bài tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Hoàng Thị Bích Thảo đã tận
tình giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này.
Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới bạn bè, đồng
nghiệp, cơ quan, gia đình và người thân đã quan tâm động viên tôi trong suốt
quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cám ơn !
Tác giả luận văn
Liêu Thanh Hùng
4
1.2. Đặc điểm thực vật học của cây cao lương ngọt
Cao lương ngọt một loại cây thuộc họ hòa thảo chiều cao từ 0,6 – 5 m,
đường kính thân 5 – 30 mm tùy thuộc vào giống, điều kiện canh tác và môi
trường. Đặc điểm thực vật học cũng như thời gian sinh trưởng của cây cao lương
tương tự như cây ngô và các cây ngũ cốc khác.
Rễ cây cao lương là rễ chùm với rất nhiều rễ bên có khả năng hút nước
hiệu quả, rễ đâm rộng. Nhờ đặc điểm này mà cao lương có thể sống ở những
nơi khô hạn hơn ngô. Rễ chính đâm sâu với nhiều rễ phụ và rễ bên, rễ chủ yếu
xuất hiện ở tầng đất mặt, rễ chính có thể đâm sâu tới 1,5 m, nhưng thông
thường tập trung ở độ sâu 0,9 m [6].
Thân cây đứng, gồm các lóng và đốt, lá mọc ra từ đốt, chồi có thể mọc ra
từ các đốt thân. Thời gian đẻ nhánh sớm hay muộn tùy thuộc vào giống, thời vụ
và kỹ thuật canh tác. Sau khi thu hoạch có thể cắt bỏ các nhánh tạo điều kiện
cho cây đẻ nhánh vào vụ sau mà không cần phải trồng lại. Tất cả các giống cao
lương đều có thân mọng nước. Hàm lượng nước trong thân khi trưởng thành
thường không vượt quá 20% sau đó giảm dần. Những giống có hàm lượng
nước trong thân cao thường có thân màu xanh xám, gân lá màu tối.
Lá cao lương cũng có phần bẹ ôm sát vào thân cây làm tăng độ cứng cho
cây, bẹ lá thông thường dài khoảng 15 – 35 cm và cuộn chặt lấy thân. Phiến lá
dài 30 – 135 cm, rộng từ 1,5 – 13 cm với mép lá thẳng hoặc gợn sóng, mặt lá
thường được phủ một lớp phấn muội. Lá cao lương ngắn và rộng hơn lá ngô,
mỗi lá sinh ra từ một đốt, số lá ở thời kỳ trưởng thành tương đương với số đốt
trên thân. Số lượng lá trên cây tương quan với thời gian sinh trưởng, thông
thường trên thân có từ 7 – 18 lá hoặc hơn [19].
Hoa của cây cao lương là một cụm thẳng đứng, hoa có một cuống trung
tâm, với những nhánh cấp 1, cấp 2, và đôi khi có đến cấp 3, từ các nhánh này đôi
khi sinh ra các chùm hoa nhỏ. Chiều dài và khoảng cách của những nhánh hoa
5
đôi khi quyết định hình dạng của chùm hoa, từ hình nón hoặc hình ô van kín.
Thông thường hạt được bao phủ bởi một lớp mày.
Hạt hình tròn và có đầu nhọn có kích thước từ 4 – 8 mm. Hình dạng, kích
thước và màu sắc hạt thay đổi tùy thuộc vào từng giống.
Cao lương là cây tự thụ phấn, đôi khi xảy ra hiện tượng giao phấn, tỷ lệ
giao phấn thường nhỏ hơn 6% [13]. Hoa mọc thành chùm, chùm hoa có cả
hoa đực và hoa cái, một chùm gồm khoảng 6.000 bông con. Hạt cao lương
nhỏ hơn hạt ngô và có một lớp vỏ ngoài. 1 kg hạt giống chứa 25.000 đến
61.740 hạt. Hạt có nhiều màu sắc khác nhau từ màu vàng nhạt, màu nâu đỏ
nhạt đến màu nâu sẫm tùy thuộc vào từng giống cây. Hạt càng sậm màu càng
chứa nhiều tananh làm cho hạt có vị đắng.
Thời gian từ gieo đến thu hoạch hạt là một trong những yếu tố quan trọng
để phân loại các giống cao lương, bố trí mùa vụ. Thời gian sinh trưởng ít thay
đổi tuy nhiên nó cũng phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, mùa vụ, cùng một giống
nếu trồng sớm thường có thời gian sinh trưởng dài hơn nếu trồng muộn. Cách
phân loại này dựa trên điều kiện thời tiết bình thường, dưới điều kiện thời tiết
khắc nghiệt hoặc rất thuận lợi có thể kéo dài hoặc rút ngắn thời gian sinh
trưởng đến 25 ngày so với cách phân loại trên [27].
Cao lương là một loại cây trồng nhiệt đới, cao lương cùng họ với lúa.
nhưng quang hợp theo chu trình C4 đây chính là một ưu điểm vượt trội của
cao lương. Nhờ quang hợp theo đường hướng này mà cao lương ngọt có thể
tổng hợp chất hữu cơ ở điều kiện nhiệt độ cao và không xảy hiện tượng quang
hô hấp. Ngược lại, lúa là đại diện của các loại cỏ ôn đới, sử dụng chu trình
C3. Cao lương ngọt là sự kết hợp tuyệt vời giữa lúa với cây trồng nhiệt đới
với bộ gen lớn hơn nhiều và sự bổ xung các gen có lợi khác từ mía, và là một
trong những cây trồng hiệu quả nhất trên thế giới trong việc sản xuất sinh
khối cây trồng hiện nay.
6
1.3. Nguồn gốc phân bố và yêu cầu ngoại cảnh của cây cao lương ngọt
Trung tâm khởi nguyên chính của cao lương là ở châu Phi, vùng đất khô
hạn, lượng mưa hàng năm rất thấp. Có thể cao lương được trồng đầu tiên ở
Ethiopia sau đó lan rộng ra nhiều nước ở Châu Phi [21].
Cao lương được trồng ở Hoa Kỳ vào năm 1850. Hiện nay cao lương
được phân bố rộng khắp các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới, và các khu vực ôn
đới ấm của thế giới. Cao lương là loại cây trồng nhiệt đới và bán nhiệt đới do
đó không thể trồng ở điều kiện lạnh giá; cao lương thích nghi với khoảng điều
kiện khí hậu rộng lớn từ những vùng có lượng mưa hàng năm cao đến những
nơi khô hạn.
Mặc dù lượng mưa và các yếu tố khác quyết định mùa vụ và thời gian
sinh trưởng của cao lương nhưng cao lương vẫn có thể trồng và phát triển ở
những nơi có điều kiện khắc nghiệt và trình độ thâm canh hạn chế. Cao lương
rất thích nghi với vùng đất nóng, khô hạn và bán khô hạn. Cao lương là cây
trồng chính ở Châu Phi, Châu Á, Nam Mỹ và Châu Đại Dương nơi mà quá
nóng và khô không phù hợp sản xuất ngô. Cao lương là cây trồng lấy hạt chính
ở những vùng khô hạn và bán khô hạn. Cây cao lương xuất xứ từ vùng nhiệt
đới nên điều kiện khí hậu nóng ẩm là điều kiện thuận lợi cho cây phát triển.
Cao lương có ngưỡng nhiệt phát triển 15-370C, tuy nhiên, nhiệt độ tối thích là
270C [27]. Đa số các giống cao lương hiện nay không phản ứng với ánh sáng.
Theo báo cáo từ các khu vực như Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ... thì
cây cao lương là cây trồng chống chịu được các loại đất từ chua đến kiềm, đất
ngập nước hay khô hạn, nồng độ muối cao, các loại nấm bệnh cũng như cỏ
dại. Cây cao lương có đặc điểm hình thái và sinh lý cho phép nó có thể sinh
trưởng và tồn tại trong điều kiện hạn như bộ rễ ăn sâu và lan rộng, lớp phấn
muội dày và bao phủ toàn thân, bề mặt lá và khả năng tự dừng sinh trưởng
trong điều kiện hạn, phục hồi bình thường trở lại khi thuận lợi. Do vậy nó có
7
thể phát triển ở những vùng nhiệt đới và á nhiệt đới với lượng mưa hàng năm
chỉ 400 – 600 mm, quá khô không trồng được ngô, cây cao lương không chỉ
có khả năng sinh trưởng trong vùng hạn mà còn có khả năng phát triển được
với cả vùng ngập nước, do đó cũng có thể trồng được ở những vùng có lượng
mưa lớn. Cây cao lương sinh trưởng được từ độ cao 0 – 2300 mm so với mực
nước biển. Khoảng pH đất mà cao lương có thể sinh trưởng được rất rộng từ
5,0 – 8,5 [10]. Khoảng nhiệt độ cao lương có thể thích ứng được là từ 2,0 –
410C , nhiệt độ hàng năm trung bình có thể từ 7,8 – 27,80C. Như vậy, cây cao
lương có thể thích ứng được tốt trong điều kiện nóng và lạnh của các vùng
thuộc khu vực nhiệt đới và á nhiệt đới.
1.4. Tình hình sản xuất và nghiên cứu cao lương trên thế giới và Việt Nam
1.4.1. Tình hình sản xuất và nghiên cứu trên thế giới
2.4.1.1. Tình hình sản xuất cao lương trên thế giới
Cao lương là một trong những loại cây ngũ cốc hàng đầu thế giới,
cung cấp thực phẩm, thức ăn, chất xơ, nhiên liệu, sợi…. Cung cấp lương thực
cho 750 triệu người trên hành tinh đặc biệt là ở những vùng nhiệt đới và cận
nhiệt đới của Châu Phi, Châu Á và châu Mỹ La Tinh [5].
Hiện nay có hơn 50 quốc gia trồng cao lương phân bố ở cả 6 châu lục
tập trung chủ yếu ở Châu Phi và Châu Mỹ. Cây cao lương được ví như một
cây trồng đa tác dụng sản phẩm của nó phục vụ cho nhiều ngành khác nhau
tùy vào mục đích sử dụng: hạt là thực phẩm cho người và gia súc, thân lá
được sử dụng làm chất đốt hoặc trong ngành công nghiệp sản xuất ethanol.
Năm 2013, khu vực Bắc Mỹ đứng đầu thế giới về sản xuất năng
lượng sinh học (30 triệu tấn) chiếm 50% tổng sản lượng của toàn thế giới,
trong đó sản lượng Ethanol chiếm đa số (gần 25 triệu tấn), còn lại là
biodiesel chiếm khoảng hơn 9 triệu tấn. Tương tự như vậy, khu vực Nam
và Trung Mỹ sản xuất khoảng 20 triệu tấn năng lượng sinh học trong năm
8
2013, riêng Ethanol chiếm 15 triệu tấn. Khu vực Châu Âu cho sản lượng
NLSH đạt trên 10 triệu tấn song tỉ lệ Biodiesel lớn hơn, chiếm hơn 70%
tổng sản lượng NLSH toàn khu vực.
Bảng 1.1. Tình hình sản xuất năng lượng sinh học ở một số quốc gia trên thế
giới giai đoạn 2003 – 2013
NLSH theo
năm
Sản lượng NLSH (triệu tấn)
Khu vực
2003
2005
2007
2009
2012
2013
Thay đổi
2013/2012
(%)
Mỹ
5,226
7,478
13,456
21,697
27,270
28,440
4,6
113
133
461
721
998
1,011
1,6
5,339
7,612
13,922
22,422
28,282
29,505
4,6
9
9
272
1,048
2,283
1,884
-17,3
Brazil
7,068
7,835
11,323
13,962
13,547
15,783
16,8
KV Nam và Trung
Mỹ
7,227
8,093
12,347
15,911
16,904
18,757
11,3
Pháp
368
439
1,121
2,312
2,071
1,936
-6,2
Đức
613
1,525
3,181
2,728
2,888
2,615
-9,2
-
3
80
241
1,255
1,182
-5,6
KV Châu Âu
1,619
3,157
6,826
10,280
11,133
10,988
-1,0
Trung Quốc
396
622
901
1124
1729
1680
1,8
Indonexia
-
9
216
464
1,388
1,608
16,2
Thái Lan
-
52
138
618
994
1,251
26,2
491
834
1,732
3,320
5,406
6,071
12,6
14,682
19,701
34,832
51,949
61,752
65,348
6,1
Canada
KV Bắc Mỹ
Argentina
Hà Lan
KV Châu Á
Thế giới
(Nguồn: USDA)
Sản lượng năng lượng sinh học của các nước trên thế giới đã tăng đáng
kể trong giai đoạn 10 năm từ 2003-2013 với 14,682 triệu tấn (2003) lên
9
65,348 triệu tấn (2013); tăng 4,2 lần so với thời điểm năm 2003. Khu vực Bắc
Mỹ có tổng sản lượng NLSH cao nhất đạt 29,505 triệu tấn, cao gấp 2,5 lần
khu vực châu Âu (10,988 triệu tấn). Khu vực Nam và Trung Mỹ có sản lượng
18,757 triệu tấn cao gấp 3 lần khu vực châu Á (6,071 triệu tấn). Trong năm
2013, hầu hết các quốc gia đều có sản lượng cao hơn so với năm 2012 nhưng
Pháp, Đức và Ai-len đều giảm sản lượng so với năm 2012 dẫn tới tổng sản
lượng của toàn châu Âu giảm 1% so với năm 2012. Ở khu vực châu Mỹ,
Argentina cũng giảm sản lượng 17,3% so với năm 2013 (Bảng 1.1).
Diện tích cao lương không có nhiều thay đổi duy trì ở mức trên 40 triệu
ha, cao lương được trồng nhiều nhất năm 2005 (46,22 triệu ha). Do sức ép của
dân số và nhu cầu sử dụng đất cho công nghiệp nên diện tích cao lương thế
giới có xu hướng giảm dần. Năm 2012, diện tích cao lương ngọt thế giới chỉ
còn 37,85 triệu ha. Tuy nhiên sản lượng cao lương vẫn tăng liên tục do việc
sử dụng những giống mới phù hợp với từng vùng sinh thái và mùa vụ. Tổng
sản lượng cao lương thế giới trong vòng 20 năm qua luôn duy trì trên mức 50
triệu tấn. Năng suất cao lương khá ổn định qua các năm, trước 2010 dao động
trong khoảng 12 – 13 tạ/ha, từ năm 2010 trở lại đây năng suất cao lương có
xu hướng tăng lên, đạt 15,34 tạ/ha (2012) nhưng năng suất không đều giữa
các châu lục, năng suất cao đạt được ở châu Âu, Châu Mỹ và châu Đại
Dương. Châu Phi có diện tích trồng cao lương lớn nhất thế giới tăng liên tục
qua các năm 16,46 triệu ha năm 1990 lên 24,76 triệu ha năm 2010 chiếm 61
% diện tích cao lương thế giới. Mặc dù năng suất cao lương khá thấp năm
2012 đạt 10,36 tạ/ha thấp hơn so với bình quân năng suất thế giới (4,98 tạ/ha)
nhưng do diện tích lớn nên Châu phi có sản lượng lớn thứ hai trên thế giới sau
Châu Mỹ chiếm 38% sản lượng cao lương thế giới. Việc nâng cao năng suất
cao lương được quan tâm và chú trọng, rất nhiều chương trình, dự án cải tiến
kỹ thuật canh tác, lai tạo các giống cao lương mới đang được tiến hành.
10
Châu Á cũng là châu lục trồng nhiều cao lương nhưng trong số 10 nước
có sản lượng cao nhất thế giới chỉ có Trung Quốc là đại diện của châu Á.
Năm 2011 sản lượng hạt đạt 2,05 triệu tấn, năng suất hạt 40,98 tạ/ha, cao hơn
so với trung bình thế giới (15,27 tạ/ha).
Châu Mỹ là châu lục có năng suất cao lương cao nhất thế giới, sản
lượng cao lương tập trung chủ yếu ở Mỹ, Mexico, Braxin và Argentina.
Brazil sản xuất ethanol từ mía đường nên hiệu năng năng lượng cao
hơn so với bắp gấp 6 lần, vì bắp cần thêm giai đoạn phân giải tinh bột thành
chất đường trước khi chế biến thành rượu ethanol. Chương trình này được
đánh giá thành công và lớn nhất thế giới, nay đã cung cấp được 30% nhu cầu
nhiên liệu vận chuyển trong nước. Trước đây, Brazil là một nước nhập khẩu
dầu rất lớn, nhưng nay đã tự túc hoàn toàn về năng lượng, nhờ sản xuất
ethanol và số dầu mỏ nội địa [20]. Trong năm 2004, nước này sản xuất 16,4 tỉ
lít ethanol trên diện tích 2,7 triệu hecta đất đai tương đương 4,5% diện tích
canh tác của nước này. Trong số này, độ 12,4 tỉ lít ethanol được dùng làm
nhiên liệu cho xe ô tô. Hiện nay, tất cả xe sản xuất bản xứ là loại xe dành cho
sử dụng xăng pha trộn với ethanol và thích ứng với loại ethanol có chứa nước
đến 4,4% (ethanol 95,6%). Trong 2008, Chính phủ mở rộng chương trình sản
xuất diesel sinh học phải chứa 2% diesel sinh học, và tăng lên 5% trong 2013.
Tuy nhiên, chương trình sản xuất và tiêu thụ rượu ethanol được thực
hiện với bao cấp lớn của nhà nước dưới hình thức [14]:
- Lãi suất thấp cho xây cất các nhà máy nấu rượu.
- Bảo đảm giá thu mua ethanol bởi các các công ty dầu quốc doanh với
giá hợp lý.
- Giá ethanol ngoài thị trường có sức cạnh tranh cao, và chính phủ có chính
sách giảm thuế trong thập niên 80 để khuyến khích loại xe dùng ethanol.
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................ v
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................. vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................. vii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề ................................................................................................................... 1
2. Mục tiêu của đề tài ..................................................................................................... 2
3. Yêu cầu của đề tài ...................................................................................................... 2
4. Ý nghĩa của đề tài....................................................................................................... 2
Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................. 3
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài ...................................................................................... 3
1.2. Đặc điểm thực vật học của cây cao lương ngọt ................................................... 4
1.3. Nguồn gốc phân bố và yêu cầu ngoại cảnh của cây cao lương ngọt ................. 6
1.4. Tình hình sản xuất và nghiên cứu cao lương trên thế giới và Việt Nam ... 7
1.4.1. Tình hình sản xuất và nghiên cứu trên thế giới....................................... 7
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................ 29
2.1. Đối tượng nghiên cứu ...........................................................................................29
2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu .......................................................................29
2.2.1. Địa điểm nghiên cứu ............................................................................. 29
2.2.2. Thời gian nghiên cứu ............................................................................ 29
2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................29
2.4.2. Quy trình kỹ thuật ................................................................................. 31
12
Những nước dùng nhiều nhiên liệu ethanol sinh học trong Liên Minh
Châu Âu là Đức, Thụy Sĩ, Pháp và Tây Ban Nha. Trong 2006, lục địa này sản
xuất loại nhiên liệu sinh học tương đương đến 90% nhu cầu. Đức quốc sản
xuất gần 70% nhu cầu, Tây Ban Nha 60% và Thụy Sĩ 50%. Tại Đức quốc có
đến 792 trạm xăng có E85, Pháp 131 E85 và với 550 trạm khác đang được
xây cất (EUBIA, 2007). Liên Minh Châu Âu đã thông qua luật đòi hỏi các
nước hội viên phải sử dụng nhiên liệu không có khoáng chất tối thiểu 5,75%
tổng số thể tích nhiên liệu tiêu thụ trong năm 2010 và 10% trong 2020. Do đó,
họ có thể thay thế diesel hay xăng bằng bất cứ nguồn nhiên liệu sinh học nào.
Trung Quốc có chính sách khuyến khích sử dụng nhiên liệu sinh học tại
các vùng sản xuất dư thừa ngũ cốc để giảm bớt dùng xăng dầu. Đầu tiên,
nước này chọn năm thành phố thí điểm ở các vùng trung bộ và đông bắc,
gồm có Zhengzhou, Luoyang and Nanyang ở tỉnh trung bộ Henan và Harbin,
Zhaodong ở tỉnh Heilongjiang ở miền đông bắc. Trong chương trình này,
tỉnh Henan đang cổ động sản xuất nhiên liệu sinh học E10 khắp nơi trong
tỉnh, với mục đích làm ổn định giá ngũ cốc, tăng lợi tức cho nông dân và
giảm ô nhiễm môi trường do xăng dầu gây ra. Nước này cũng dự tính dùng
E15 trong năm 2010.
Ở Ấn Độ thời gian từ gieo đến thu hoạch cao lương khoảng 4 tháng,
nhu cầu nước trong một vụ 4.000 m3, ít hơn 4 lần so với mía (12-16 tháng và
36.000 m3/vụ). Chi phí trồng cao lương/ha thấp hơn 3 lần so với trồng mía.
Năng suất hạt trung bình 1,5 – 7,5 tấn/ha, độ đường 13-24%, saccarozo 7,215,5%, năng suất thân 24 – 120 tấn/ha, năng suất sinh vật học 36 – 140 tấn/ha.
Ấn Độ phát động chương trình nhiên liệu sinh học với mía đường trên toàn
quốc cho E5, và đặt chỉ tiêu tăng lên E10 và sau đó E20. Ấn Độ cũng mở rộng
các đồn điền trồng cây jatropha, một loại cây sản xuất dầu để sản xuất diesel
sinh học.
13
Thái Lan có một chương trình tham vọng cao khuyến khích dùng xăng
trộn với nhiên liệu sinh học 10% ethanol từ 2007. Cũng vậy, kỹ nghệ dầu cọ
có kế hoạch sản xuất diesel sinh học ở Malaysia và Indonesia.
Nhật Bản đang nghiên cứu sử dụng rơm rạ để sản xuất nhiên liệu sinh học.
Theo Viện nghiên cứu cây trồng quốc tế cho các vùng nhiệt đới bán
khô hạn (ICRISAT) ở Ấn Độ, sở dĩ được gọi là cây trồng “lý tưởng” là do lúa
miến ngọt có thể trồng trong điều kiện khô hạn, khí hậu nóng, chịu được mặn
và ngập úng. Do cây thân thiện với những vùng đất khô cằn, đất trống đồi trọc
ở các quốc gia nghèo nên nông dân không cần phải chặt phá rừng để lấy đất
trồng như đối với cây dầu cọ hay mía.
Trồng lúa miến ngọt không đòi hỏi nhiều nước nên hạn chế tối đa việc
sử dụng hệ thống máy bơm tưới chạy bằng xăng dầu vốn giải phóng carbon
dioxide (CO2), loại khí thải gây hiệu ứng nhà kính hàng đầu góp phần dẫn đến
biến đổi khí hậu. So với bắp và mía đường (nguyên liệu sản xuất ethanol hiện
nay), lúa miến ngọt chỉ “uống” ½ lượng nước và chỉ “ăn” ½ lượng phân bón.
Nông dân có thể thu hoạch lúa miến ngọt làm thực phẩm hoặc trồng lấy thân
để bán làm thức ăn cho gia súc hoặc cung cấp cho các nhà máy sản xuất
ethanol. Đó là lý do loại cây có thể phát triển đến chiều cao 2,6 – 4 m này
được khen ngợi là “cây thông minh” [15].
Để làm nguyên liệu chế biến ethanol (hoặc diesel sinh học), cây sẽ
được thu hoạch trước khi ra hạt, phần thân vốn giàu thành phần đường được
ép lấy nước sau đó lên men và chưng cất tạo ra ethanol. Quá trình sản xuất
ethanol từ lúa miến ngọt ít hao tốn điện hơn so với khi dùng bắp hoặc mía. Đó
là chưa nói lúa miến ngọt có hàm lượng năng lượng khá cao, tương đương với
mía và gần gấp 4 lần so với bắp mà không có phế phẩm. Thân cây sau khi
được ép lấy nước có thể phơi khô dùng làm chất đốt để sản xuất điện. Và
cũng như các loại nhiên liệu sinh học khác, ethanol điều chế từ lúa miến ngọt
không phát thải CO2 như nhiên liệu hóa thạch.
14
1.4.1.2. Tình hình nghiên cứu cao lương trên thế giới
Một thách thức lớn cho nhân loại trong thế kỷ 21 là giảm phát thải khí
nhà kính, yếu tố quyết định gây ra biến đổi khí hậu. Vấn đề chính được đặt ra
là tìm được một nguồn năng lượng sạch, rẻ, dồi dào để thay thế cho nguồn
nhiên liệu hóa thạch, được coi là bẩn và đang được dự báo là sẽ cạn kiệt trong
nay mai.
Theo thông tin của Liên minh châu Âu tháng 1/2007 tiêu thụ năng
lượng toàn cầu đã tăng lên gấp đôi, từ 10 tỷ tấn quy ra dầu/năm tăng lên 22 tỷ
tấn quy dầu/năm vào năm 2050. Giáo sư Nghê Duy Đấu, Viện sĩ công trình
Đại học Thanh Hoa (Bắc Kinh) cho biết theo Bộ Năng lượng Mỹ và Ủy ban
Năng lượng thế giới dự báo nguồn năng lượng hóa thạch không còn nhiều:
dầu mỏ còn 39 năm, khí thiên nhiên 60 năm, than đá 111 năm.
Theo Trung tâm năng lượng ASEAN nhu cầu tiêu thụ năng lượng của
khu vực này năm 2002 là 280 triệu tấn và tăng lên 583 triệu tấn vào năm
2020. Indonesia là nước có nguồn năng lượng hóa thạch lớn nhất trong các
nước ASEAN, tuy nhiên hiện nay dầu mỏ dự trữ của họ chỉ còn trong 25 năm,
khí đốt 60 năm và than đá 150 năm.
Ngày nay do thế giới phụ thuộc quá nhiều vào dầu mỏ và giá dầu biến
động liên tục theo chiều tăng và sự cạn kiệt dần nguồn năng lượng hóa thạch
và khí đốt nên việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế là việc làm có
tính sống còn trong những thập kỷ tới, trong đó có năng lượng sinh học. Vậy
năng lượng sinh học là gì? Năng lượng sinh học bao gồm các nguồn năng
lượng được sản xuất từ nhiều loại sản phẩm nông nghiệp khác nhau như thân,
cành, vỏ, quả, cây, các sản phẩm dư thừa khi chế biến nông, lâm sản, gỗ củi,
phân gia súc, nước thải và bã phế thải hữu cơ công nghiệp, rác thải... Vì vậy,
năng lượng sinh học là nguồn năng lượng thay thế có thể tồn tại, tái sinh và
điều chỉnh theo ý muốn của con người.
15
Hiện có 2 dạng năng lượng sinh học chủ yếu là ethanol sinh học và
diesel sinh học. Với nguyên liệu là tinh bột và đường nhờ quá trình phân giải
của vi sinh vật có thể sản xuất ra ethanol, sau đó tách nước bổ sung các chất
phụ gia thành ethanol biến tính gọi là ethanol nhiên liệu biến tính hay cồn
nhiên liệu. Diesel sinh học nói riêng hay nhiên liệu sinh học nói chung là một
loại năng lượng tái tạo. Về phương diện hóa học diesel sinh học là methyl este
của axit béo. Dầu diesel sinh học được chế biến từ dầu thực vật và mỡ động
vật. Vì vậy trên thế giới nhiều nước đã tiến hành nghiên cứu trồng các loài cây
nông, lâm nghiệp để cung cấp nguyên liệu sinh học cho chế biến năng lượng.
Năng lượng sinh học hiện đang là một hướng đi mà nhiều quốc gia đã
lựa chọn. Nhiều chuyên gia kinh tế – môi trường có chung nhận xét: Mẫu
hình vận hành phát triển kinh tế – xã hội chủ yếu dựa vào năng lượng hoá
thạch là mẫu hình phát triển không bền vững. Do vậy, nhiều quốc gia đã có
chính sách kết hợp sử dụng tiết kiệm và hiệu quả các dạng năng lượng hiện
có, với chính sách sử dụng năng lượng thân thiện môi trường. Tại hội nghị
quốc tế do APEC tổ chức tại Vancouver (Canada) ngày 27–29/4/2005, quyết
định sử dụng NLSH để thay thế xăng dầu khoáng trong ngành giao thông đã
được nhiều hãng ôtô chấp nhận.
Nhận thức được vai trò quan trọng của cao lương cũng như nhu cầu
tiêu thụ cao lương của con người không ngừng tăng lên. Nhiều nước đã đầu tư
cho việc tăng năng suất và diện tích trồng cao lương. Vấn đề đặt ra là chúng
ta phải tăng năng suất cao lương bằng cách sử dụng các giống có tiềm năng
năng suất cao và áp dụng các biện pháp kỹ thuật tiên tiến vào sản xuất.
Ở Châu Phi dự án nghiên cứu cao lương cấp nhà nước đầu tiên được
phê duyệt năm 1984, bắt đầu hoạt động từ năm 1986 đến 1991 dưới nguồn
vốn tài trợ của chính phủ Mỹ.
iv
2.4.3. Các chỉ tiêu và phương pháp theo dõi................................................... 31
2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu..................................................................... 34
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................... 35
3.1. Các chỉ tiêu sinh trưởng .......................................................................................35
3.1.1. Khả năng tăng trưởng chiều cao cây ..................................................... 35
3.1.2. Động thái ra lá ....................................................................................... 37
3.1.3. Đường kính thân.................................................................................... 38
3.2. Khả năng nhiễm bệnh hại ....................................................................................38
3.3. Các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất và chất lượng .................................40
3.3.1. Khối lượng thân lá................................................................................. 40
3.3.2. Khối lượng thân..................................................................................... 43
3.3.3. Năng suất sinh khối và năng suất thân .................................................. 47
3.3.4. Brix ........................................................................................................ 52
3.3.5. Năng suất đường và năng suất Ethanol ................................................. 53
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................... 57
1. Kết luận .....................................................................................................................57
2. Đề nghị ......................................................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 59
