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

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 tên 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
iiii
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
...................................................................................................................1

đề

2.
Mục

têu
của
.....................................................................................................2

đề

tài

3.
Yêu
cầu
của
đề
......................................................................................................2

tài

4.
Ý
nghĩa
của
tài.......................................................................................................2

đề

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................. 3
1.1.
Cơ
sở
khoa

học
......................................................................................3
1.2. Đặc điểm thực vật
...................................................4

học

của

của
cây

cao

đề
lương

tài
ngọt

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


ivi
vi
cứu...........................................................................................29
2.2.
Địa
điểm
và
thời
.......................................................................29

gian

nghiên

cứu

2.2.1. Địa điểm nghiên cứu .............................................................................
29
2.2.2. Thời gian nghiên cứu ............................................................................ 29
2.3.
Nội
dung
nghiên

............................................................................................29

cứu

2.4.2. Quy trình kỹ thuật .................................................................................
31


iv

2.4.3. Các chỉ têu 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 têu 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


v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
%
Kg
CT
CGIAR
ICRISAT
khô hạn)
INRAN
INTSORMIL
Collaboratve
-CRSP
NLSH
NLTT
NS
SAFGRAD

Tỷ lệ
Kilogam
Công thức
Trung tâm tư vấn nghiên cứu nông nghiệp quốc tế.
International Crops Research Institute for the Semi

– Adrid Tropics
(Trung tâm nghiên cứu cây trồng vùng bán
Niger National Insitute of Agricultural Research
(Viện nghiên cứu nông nghiệp Niger)
Internatonal Sorghum and Millet
Research Support Program
(Chương trình hỗ trợ nghiên cứu hợp tác quốc tế
về cây cao lương và cây kê).
Năng lượng sinh học
Năng lượng tái tạo
Năng suất
Tổ chức nghiên cứu và phát triển cây ngũ cốc vùng
bán khô hạn.


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

NL3, giống KCS105 và giống EN8

đã chỉ ra rằng


2

.
Xuất phát từ những yêu cầu của thực tiễn nêu trên chúng tôi đã
tiến

hành

đề

tài:

“Nghiê
và

thời

điểm

các giống cao lương ngọt triển

vọng tại Thái Nguyên”.
2. Mục têu 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
ngọt làm nguyên liệu sản xuất Ethanol sinh học.


3

Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài
Cao lương ngọt [Sorghum bicolor (L) Moench] là cây C4 có khả năng
sinh trưởng, cho năng cho sinh khối lớn và hàm lượng đường cao ở tất cả
các vùng nhiệt đới và á nhiệt đới. Cao lương ngọt là một cây nguyên liệu sinh
học tềm năng, cao lương ngọt có khả năng tạo sinh khối lớn với 70-80%
sinh khối là dịch đường với độ brix cao [2], [3]. Vì vậy, ngày nay, cao lương
ngọt đang được các nước đặc biệt quan tâm nghiên cứu và sản xuất làm cây
nhiên liệu sinh học thay thế [9], [16], [18].
Giống như cây trồng khác, trong quá trình sinh trưởng phát triển
cây cao lương phải trải qua 2 giai đoạn đó là sinh trưởng sinh dưỡng và
sinh trưởng sinh thực. Giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng cây tăng nhanh về
sinh khối, đây là giai đoạn quyết định đến năng suất sinh vật học của cây.
Giai đoạn sinh trưởng sinh thực bắt đầu từ khi phân hóa mầm hoa, đây là giai
đoạn cây cây bắt đầu tích lũy đường và quyết định đến chất lượng của cây.
Cao lương ngọt thường bắt đầu tích lũy đường ở giai đoạn ra hoa và đạt cao
nhất ở giai đoạn chín sinh lý [14].
Trên thế giới đã có những nghiên cứu về cắt ngọn (cắt hoa) cây cao
lương làm tăng năng suất cũng như chất lượng. Đối với cây cao lương, ở giai
đoạn sinh trưởng sinh thực (ra hoa) các chất được tích lũy từ thân, lá vận

chuyển khá nhiều lên hoa để hình thành hoa và hình thành hạt (bông
cao lương nặng khoảng 200 – 300 gam) vì vậy sẽ làm giảm khối lượng thân
của cây xuống. Do vậy khi cắt ngọn (cắt hoa) các chất được tích lũy trong
thân lá không vận chuyển để hình thành hoa nên khối lượng thân đạt cao
hơn. Chính vì vậy nghiên cứu thời điểm cắt ngọn (cắt hoa) cho cây cao lương
rất cần thiết nhằm tăng năng suất và chất lượng.


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 tết, 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 tết 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
tên 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.
0

Cao lương có ngưỡng nhiệt phát triển 15-37 C, tuy nhiên, nhiệt độ tối thích
là
0

27 C [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


8

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
–
0

0

41 C , nhiệt độ hàng năm trung bình có thể từ 7,8 – 27,8 C. 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 tnh 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

9
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


10

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

KV Bắc Mỹ

5,339

7,612

13,922

22,422

28,282

29,505

4,6

Argentna

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

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


11

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 tch 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


12
án cải tiến kỹ thuật canh tác, lai tạo các giống cao lương mới đang được tến
hành.


13

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 Argentna.

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.


14

Các biện pháp hỗ trợ giá và bảo đảm nêu trên giảm bớt dần, đến nay
đã chấm dứt hoàn toàn và kết quả rất tích cực. Ở tểu bang São Paulo đã
thiết lập thành công một trung tâm nghiên cứu và phát triển trồng mía và sản
xuất rượu ethanol hiệu quả cao.
Mỹ là quốc gia sản xuất cao lương lớn thứ hai thế giới sau Nigeria.

Năm 2010, Mỹ sản xuất trên 8,77 triệu tấn hạt trong đó chủ yếu chế biến
thức ăn chăn nuôi, 12% sản lượng cao lương phục vụ ngành công nghiệp chế
biến ethanol. Đồng thời Mỹ cũng là quốc gia xuất khẩu cao lương lớn nhất
thế giới chiếm 80% sản lượng cao lương xuất khẩu của thế giới. Sản lượng
cao lương xuất khẩu của Mỹ tăng liên tục trong vòng 35 năm năm qua. Năm
2010 lượng cao lương xuất khẩu của Mỹ tăng 15% so với năm 2009. Trồng
cao lương để sản xuất ethanol sẽ là hướng đi mà quốc gia lựa chọn trong
thời kỳ khủng hoảng năng lượng như hiện nay. Ở Mỹ cao lương được trồng
chủ yếu ở Kansas, Nebraska và Texas [17]. Mỹ chủ yếu sử dụng ngô để
sản xuất ethanol, cây cao lương chiếm vị trí thứ hai. Càng ngày người ta
càng quan tâm đến việc sử dụng rỉ mật cao lương ngọt để sản xuất ethanol.
Theo số liệu thống kê năm 2009 thì 29% sản lượng cao lương phục vụ
cho sản xuất ethanol. Ban đầu ngô được coi là nguyên liệu được lựa chọn
cho sản xuất ethanol. Tuy nhiên, ngô được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực
thực phẩm và chăn nuôi với số lượng lớn xuất khẩu. Nhu cầu về ngô ngày
càng lớn làm giá ngô tăng lên nhanh chóng. Hiệp hội những người trồng ngô
ở hoa kỳ cho rằng ngô được trồng để phục vụ nhu cầu của con người và gia
súc không phải để sản xuất ethanol và đổ lỗi rằng sản xuất ethanol đã đẩy
giá ngô lên cao. Mặt khác, năng suất trung bình của ngô là 9 tấn/ha (ẩm
độ 15%) sản xuất được
3.600 lít ethanol trong khi đó năng suất sinh vật học của cao lương là
80 tấn/ha (ở điều kiện thí nghiệm) vượt xa so với ngô. Cao lương ngọt là
cây trồng rất có triển vọng ở Mỹ.


15

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,
3

nhu cầu nước trong một vụ 4.000 m , ít hơn 4 lần so với mía (12-16 tháng
và
3

36.000 m /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.

16


17

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.