Nghiên cứu khả năng sinh trưởng, năng suất và chất lượng của một số giống cao lương ngọt triển vọng trong vụ xuân tại tỉnh Thái Nguyên.

LỜI CẢM ƠN Được sự nhất trí của Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Nông học, em đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng sinh trưởng, năng suất và chất lượng của m

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HOC NÔNG LÂM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành: Trồng Trọt Khoa : Nông học Khóa : 2010-2014

Thái Nguyên -2014

LỜI CẢM ƠN

Được sự nhất trí của Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa

Nông học, em đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng sinh

trưởng, năng suất và chất lượng của một số giống cao lương ngọt triển vọng trong vụ xuân tại tỉnh Thái Nguyên”

Qua đây, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới toàn thể các thầy giáo, cô giáo trong nhà trường, gia đình, bạn bè đã cùng em đi suốt

chặng đường vừa qua Đặc biệt, em muốn cảm ơn tới cô giáo T.S Hoàng Thị

Bích Thảo đã tận tình hướng dẫn trong suốt thời gian em thực tập tại trường

Do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên trong khóa luận không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, em hy vọng rằng sẽ nhận được những ý kiến

đóng góp chân thành từ các thầy, các cô và các bạn để khóa luận của em ngày

một hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái nguyên ngày 05 tháng 06 năm 2014

Sinh viên

Bế Minh Khôi

MỤC LỤC

PHẦN 1: MỞ ĐẦU - 6

1 ĐẶT VẤN ĐỀ - 6

1.2 Mục đích và yêu cầu của đề tài - 8

1.2.1 Mục đích - 8

1.2.2 Yêu cầu - 8

1.3 Ý nghĩa của đề tài - 8

1.3.1 Ý nghĩa trong học tập - 8

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn - 8

PHẦN 2:TỔNG QUAN TÀI LIỆU - 9

2.1 Cơ sở khoa học của đề tài - 9

2.1.1 Nguồn gốc, phân bố và yêu cầu ngoại cảnh - 10

2.1.2 Đặc điểm thực vật học - 11

2.1.3 Thời gian sinh trưởng - 12

2.2 Tình hình sản xuất và nghiên cứu cao lương trên Thế giới và Việt Nam - 13

2.2.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất trên thế giới - 13

2.2.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất cao lương ở Việt Nam - 18

2.2.3 Những khó khăn hiện nay của Việt Nam

trong việc phát triển cao lương ngọt - 20

2.4 Cao lương ngọt- nguồn nguyên liệu sinh học - 21

2.4.1 Lợi ích sử dụng nguyên liệu sinh học - 21

2.4.2 Cao lương ngọt- nguồn nguyên liệu sinh học - 22

PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 24

2.2 ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU - 24

2.2.1 Địa điểm nghiên cứu - 24

2.2.2 Thời gian nghiên cứu - 24

2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - 24

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 25

2.4.1 Bố trí thí nghiệm - 25

2.4.2 Sơ đồ thí nghiệm - 25

2.4.3 Quy trình kỹ thuật - 25

2.4.4 Phương pháp theo dõi các chỉ tiêu - 26

2.4.5 Năng suất - 27

2.4.5 Quy trình áp dụng trong nghiên cứu - 29

2.4.6 Phương pháp tổng hợp, phân tích, đánh giá và xử lý số liệu - 29

PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN - 30

3.1 DIỄN BIẾN THỜI TIẾT KHÍ HẬU - E rror! Bookmark not defined. 3.2 ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI - 30

3.3 ĐẶC ĐIỂM SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN - 30

3.3.1 Khả năng nảy mầm - 30

3.3.2 Thời gian sinh trưởng - 31

3.3.3 Động thái tăng trưởng - 32

3.4 NĂNG SUẤT - 35

3.5 CHẤT LƯỢNG - 37

3.5.1 Biến động Brix trong thân - 37

3.5.2 Hàm lượng dịch ép - 38

3.6 Khả năng chống chịu điều kiên ngoại cảnh - 38

3.6.1.khả năng chống chịu sâu bệnh - 38

3.6.2.khả năng chống đổ và phục hồi sau đổ - 39

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ - 41

1 KẾT LUẬN - 41

2 ĐỀ NGHỊ - 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO - 42

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Tình hình sản xuất cao lương trên thế giới

trong những năm gần đây - 16

Bảng 2.2 Tình hình sản xuất cao lương ở một số châu lục giai đoạn 1990 - 2011 - 17

Bảng 3.1 Diễn biến thời tiết khí hậu tại Thái Nguyên trong thời gian thực hiện thí nghiệm - E rror! Bookmark not defined Bảng 3.2 Đặc điểm hình thái của các giống cao lương ngọt thí nghiệm - 30

Bảng 3.3 Khả năng nảy mầm của các giống cao lương ngọt thí nghiệm - 31

Bảng 3.4 Các giai đoạn sinh trưởng phát triển của các giống cao lương ngọt thí nghiệm - 32

Bảng 3.5 Động thái tăng trưởng chiều cao cây của các giống cao lương ngọt thí nghiệm - 33

Bảng 3.6 Động thái ra lá của các giống cao lương ngọt thí nghiệm - 34

Bảng 3.8 Một số chỉ tiêu năng suất tại thời điểm thu hoạch của các

giống cao lương ngọt thí nghiệm trong vụ xuân năm 2013 - 36

Bảng 3.9 Biến động Brix và dịch ép các giống cao lương ngọt thí nghiệm - 38

Bảng 3.10 Mức độ nhiễm sâu bệnh và khả năng chống đổ - 39

ô lân cận, do đó ảnh hưởng đến sức khỏe con người, gây ra nhiều căn bệnh hiểm nghèo Vì vậy, loài người đang tích cực tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế Năng lượng thay thế hay còn gọi là năng lượng tái tạo như: điện mặt trời, phong điện, thủy điện, đặc biệt là nhiên liệu sinh học Nhiên liệu sinh học gồm có 2 loại chính là Ethanol (xăng sinh học) và Biodiezen (dầu diezen sinh học)

Ethanol nhiên liệu được sử dụng để chạy động cơ bằng cách trộn 10% với xăng tạo ra một hỗn hợp cháy hoàn toàn, dùng cho ô tô, xe máy Dùng ethanol nhiên liệu đang là một hướng để giải quyết khủng hoảng năng lượng của thế giới Nguyên liệu để sản xuất ethanol là các cây cho tinh bột,

5-đường cao như sắn, ngô, cao lương, mía … Trong số các cây nguyên liệu đó,

cây cao lương có ưu thế là loại cây dễ trồng, thích ứng rộng, chịu hạn, có thể thâm canh cao Thân cao lương có thể chứa 75% dịch, trong đó hàm lượng

đường từ 8-23% Cao lương ngọt có hàm lượng đường khá cao, cứ 16 tấn cây

cao lương ngọt có thể sản xuất được 1 tấn ethanol, phần bã còn lại có thể chiết xuất được 500 kg dầu diesel sinh học, tương đương với mía và gần gấp 4 lần

so với ngô 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 Trồng cao lương 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) nên giảm thiểu đươc CO2 Theo Phó Giáo sư Trần Khắc Chương, Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh chuyên nghiên cứu về ethanol Ông cho biết, ethanol khi được đốt cháy sẽ sinh ra

CO2 và nước Việc sử dụng ethanol giảm ít nhất 60% lượng carbon thải ra so với nhiên liệu hóa thạch đây là loại khí thải gây hiệu ứng nhà kính hàng đầu góp phần dẫn đến biến đổi khí hậu Thân cây sau khi được ép lấy nước có thể phơi khô dùng làm chất đốt để sản xuất điện Do vậy cao lương giảm ô nhiễm môi trường một cách triệt để

Cao lương ngọt có thân chứa mọng nước, được sử dụng cho thức ăn thô xanh và thức ăn ủ chua hoặc để sản xuất xi-rô Hạt cao lương ngọt có thành phần hóa học như ngô gồm sucrose, fructose và glucose, có thể lên men trực tiếp thành ethanol bằng nấm men Khả năng tổng hợp chất hữu cơ cao hơn ngô 23%, nhu cầu nitơ và nước thấp hơn ngô là 37% và 17%, có khả năng sinh trưởng và phát triển ở những vùng đất có thể trồng ngô Cứ 16 tấn cây cao lương ngọt có thể sản xuất được 1 tấn ethanol, phần bã còn lại còn có thể chiết xuất được 500kg dầu diesel sinh học Người ta chỉ chế biến nhiên liệu từ thân cây, phần hạt cao lương ngọt vẫn để dùng làm thực phẩm[19]

Cao lương nói chung và cao lương ngọt nói riêng là một cây trồng còn rất mới mẻ ở Việt Nam Việt Nam hầu như chưa có nghiên cứu lớn nào về cao lương ngọt được công bố Hiện nay, hai giống được sử dụng phổ biến là giống C4 và giống C7 do Viện Môi trường Nông nghiệp chọn tạo ra Tuy nhiên năng suất thân của hai giống này còn rất thấp (30-50 tấn/ha), ở Nhật năng suất thân cao nhất đạt 324 tấn/ha, năng suất thân trung bình 150 tấn/ha Khó khăn lớn hiện nay là chưa nghiên cứu tuyển chọn được các dòng, giống cao lương ngọt có năng suất thân và hàm lượng đường cao phù hợp với điều kiện khí hậu của từng vùng sinh thái của Việt Nam

Phát triển và chế biến cao lương là một vấn đề mới, ít nghiên cứu lớn, ngoài các nghiên cứu giá trị của viện ICRISAT (Ấn Độ) Khó khăn lớn nhất hiện nay của Việt Nam là nghiên cứu tuyển chọn được các dòng, giống cao lương ngọt có năng suất thân và hàm lượng đường cao phù hợp với điều kiện Việt Nam Thái Nguyên là một trong những tỉnh miền núi phía Bắc có nhiều diện tích đất phù hợp cho phát triển cây cao lương ngọt Xuất phát từ thực tiễn

trên chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng sinh

trưởng, năng suất và chất lượng của một số giống cao lương ngọt triển vọng trong vụ xuân tại tỉnh Thái Nguyên”

1.2 Mục đích và yêu cầu của đề tài

1.2.1 Mục đích

Lựa chọn được các giống cao lương ngọt có năng suất, hàm lượng

đường cao và khả năng chống chịu tốt, phù hợp với điều kiện sinh thái tỉnh

Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để chọn ra các giống cao lương ngọt

có năng suất, chất lượng cao thích hợp với điều kiện sinh thái tỉnh Thái Nguyên

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Cơ sở khoa học của đề tài

Giống mới có vai trò hết sức quan trọng trong việc nâng cao năng suất và

sản lượng cây trồng Mỗi một giống khác nhau thì có phản ứng với điều kiện sinh thái ở mỗi vùng khác nhau Vì vậy, để phát huy hiệu quả của giống thì cần phải sử dụng chúng hợp lý, phù hợp với điều kiện sinh thái, khí hậu, đất đai, kinh

tế xã hội của từng vùng Để có những giống có năng suất chất lượng cao, có khả năng chống chịu tốt với điều kiện ngoại cảnh bất lợi thì công tác chọn giống

đóng một vai trò vô cùng quan trọng Vavilop đã nói “Chọn giống có thể coi như

một khoa học nhưng cũng là một nghệ thuật, như một lĩnh vực sản xuất của nền

sản xuất nông nghiệp”

Điều kiện ngoại cảnh có liên quan chặt chẽ tới cây trồng nói chung và

cây cao lương nói riêng, nó ảnh hưởng tới quá trình sinh trưởng, phát triển và hoạt động sinh lý, sinh hóa của cây Sự biểu hiện kiểu hình ra bên ngoài chính

là kết quả của sự tác động giữa kiểu gen và môi trường sống

Sự sinh trưởng, phát triển và khả năng cho năng suất của cây trồng chịu

sự tác động của môi trường và điều kiện trồng trọt, song mức độ ảnh hưởng của môi trường lên các giống khác nhau là không giống nhau Trong cùng một điều kiện trồng trọt một số giống sinh trưởng phát triển tốt hơn và cho năng suất cao hơn trong khi đó một số giống khác lại sinh trưởng phát triển kém hơn và cho năng suất thấp hơn, thậm chí không tồn tại được hay không cho thu hoạch Sở

dĩ như vậy vì chúng có những kiểu gen khác nhau Kiểu gen khác nhau thường

có phản ứng khác nhau trước điều kiện của ngoại cảnh Đặc biệt, tính trạng số lượng thường do nhiều kiểu gen quy định nên sự tác động của điều kiện ngoại cảnh lên tính trạng số lượng càng lớn Đối với cây trồng thì tính trạng năng suất cũng là một tính trạng số lượng do nhiều gen quy định nên chịu ảnh hưởng không nhỏ của môi trường sống

Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật có rất nhiều phương pháp để chọn tạo giống cây trồng mới như nhân giống vô tính, gây đột biến, lai tạo Các phương pháp này có thể rút ngắn được thời gian tạo

giống, tạo ra được giống tốt, có năng suất cao, ổn định, chống chịu tốt với

điều kiện ngoại cảnh bất thuận Nhưng với trang thiết bị kỹ thuật của chúng ta

hiện nay thì việc áp dụng các phương pháp tạo giống trên còn nhiều hạn chế,

do vậy nhập nội là phương pháp tạo giống mới nhanh nhất và hiệu quả nhất

Để chọn được giống nhập nội tốt, phù hợp với từng địa phương thì việc khảo

nghiệm tìm hiểu khả năng sinh trưởng, khả năng chống chịu và năng suất, chất lượng của giống trong các vùng sinh thái khác nhau là rất quan trọng

Nếu các giống mới chưa được khảo nghiệm kỹ lưỡng và chưa được công nhận là đạt tiêu chuẩn mà đã đưa ra sản xuất ở diện rộng thì sẽ gây hiện tượng rối loạn giống, gây khó khăn cho việc sản xuất, thâm canh tăng năng suất cây trồng Như vậy khảo nghiệm là việc làm cần thiết quyết định sự thành công của giống nhập nội

Mặt khác Việt Nam là một nước nằm trong khu vực Châu Á, thuộc khu vực nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều nhưng lượng mưa lại không phân bố đều trong năm nên có thể nói hạn là một trong những yếu tố chủ yếu ảnh hưởng

đến sinh trưởng phát triển và năng suất của hầu hết các loại cây trồng Hàng

năm diện tích lúa nước bị hạn cục bộ khoảng 0,4 triệu ha Cao lương là cây trồng có khả năng chịu hạn cao thích nghi với điều kiện khí hậu Việt Nam do

đó ta có thể sử dụng cao lương để thay thế cho lúa ở các diện tích thường

xuyên bị hạn hán đe dọa

Để mở rộng diện tích trồng cao lương trước tiên phải chọn được bộ

giống phù hợp với từng vùng, miền của Việt Nam Việc chọn ra các giống thích nghi với điều kiện khí hậu, có khả năng chống chịu bệnh đồng thời cho năng suất thân lá cao phục vụ sản xuất ethanol là vấn đề trước mắt hiện nay

2.1.1 Nguồn gốc, phân bố và yêu cầu ngoại cảnh

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 (Martin, 1970) [13] 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; 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 (Rohman và cs, 2004) Cao lương rất thích nghi với

vùng đất nóng, khô hạn và bán khô hạn và 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 là 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 ngưỡng nhiệt phát triển 15 – 370C, tuy nhiên nhiệt độ tối thích là 270C (Wilson và Myer, 1954) Đa số các giống cao lương hiện nay không phản ứng với ánh sáng, tuy nhiên cao lương là cây trồng ngày ngắn

2.1.2 Đặc điểm thực vật học

Cao lương ngọt (sweet sorghum) là một loại cây thuộc họ hòa thảo chiều cao từ 0,6 - 5m, đường kính thân 5 - 30mm 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 Số lượng lá trên cây tương quan với thời gian sinh trưởng, thông thường trên thân có từ 7 - 18 lá hoặc hơn (Leonard và cs, 1963) [18] Lá ngắn và rộng hơn

lá ngô Mỗi lá được sinh ra từ một đốt, số lá ở thời kỳ trưởng thành tương

đương với số đốt trên thân

Thân 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 (Wilson, 1995) [26] Những giống có hàm lượng nước trong thân cao thường có thân màu xanh xám, gân lá màu tối

Rễ cao lương là rễ chùm với rất nhiều rễ bên có khả năng hút nước hiệu quả, rễ đâm rộng nhờ đặc điểm này cao lương có thể sống ở những nơi khô hạn hơn ngô (Wlison, 1955)[26] 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 1,5m Cao lương là cây tự thụ phấn, đôi khi xảy ra hiện tượng giao phấn, tỷ lệ giao phấn thường nhỏ hơn 6% (Conley, 2003) [12] Hoa mọc thành chùm, chùm hoa có cả hoa đực và hoa cái, mỗi chùm gồm khoảng 6.000 bông con Hạt cao lương nhỏ hơn hạt ngô và có một lớp vỏ ngoài Một 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

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 ra 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

2.1.3 Thời gian sinh trưởng

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 thường 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

so với trồng muộn Sau đây là bảng phân loại giống căn cứ theo thời gian từ gieo đến hạt chín sinh lý

2.2 Tình hình sản xuất và nghiên cứu cao lương trên Thế giới và Việt Nam

2.2.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất trên thế giới

2.2.1.1 Tình hình nghiên cứu cao lương trên thế giới

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 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 là 150 năm Nhận thức được vai trò quan trọng của cao

lương trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng không ngừng tăng lên của con người nhiều nước đã đầu tư cho việc nghiên cứu trong việc năng cao năng suất và diện tích trồng cao lương, bằng cách sử dụng giống có tiềm năng năng suất cao và áp dụng các biện pháp kĩ thuật tiên tiến vào sản xuất

- Một số kết quả nghiên cứu về chọn giống

Có 5 chủng cao lương canh tác cơ bản- Bicolor, Kafir, Guinea, Caudatum và Durra- dã được công nhận (Harlan và De Wet, 1972) Chủng Bicolor được miêu tả là khoảng trống và chiều dài cụm hoa, mày hoa thường xuyên kèm theo hạt khi chín Kafir Được tìm thấy ở nam xích đạo Châu Phi biểu hiện cân đối và sát góc cầu hạt với mày ngắn hơn hạt Guinea chiếm ưu thế ở Tây Phi và dễ nhận ra bởi chiều dài và sự không cân xứng, mày mở ra nhìn thấy khi hạt chín Hạt của dòng Caudatum thì phồng lên không cân xứng, chủng này tìm thấy ở Trung phi và là gần nơi phát sinh Durra biểu hiện hạt dạng trứng ngược và có dạng hình V tại đáy ( Bantilan và ctv, 2004)

Tại Trung Quốc Đại học Nông nghiệp Thẩm Dương đã nghiên cứu 58 dòng Cao lương ngọt và lọc ra một số giống tốt, thích hợp với vùng Đông Bắc Trong năm 2004, 21 giống Cao lương ngọt ( A63, 51 Volzhskoye, Kamyshinskoye 7, Kinelskoye 3, và các giống khác) đã được công nhận trồng

ở các vùng khác nhau của Liên Bang Nga

Người ta đã tìm thấy 9 dòng phù hợp trong số 90 dòng thử nghiệm tại Isaren trong quá trình tổng hợp đường (Blum và cs, 1975) [6]

Khảo nghiệm một số giống cao lương ở Mỹ phát hiện 3 giống có hàm lượng đường trong thân lá cao, 3.500- 5000 kg đường/ha trong cùng điều kiện canh tác như các giống khác ( Blum và cs, 1977) [7]

Năng suất trung bình của các giống cao lương ngọt trên thế giới ở thập niên 70 tăng nhanh chóng từ 35 - 48 tấn/ha lên 45 - 60 tấn/ha Trong tương lai, năng suất sinh khối sẽ tiếp tục tăng và có thể đạt 80 tấn sinh khối/ha, năng suất hạt 1,5 - 5,5 tấn/ha, có thể thu hoạch sau 130 - 140 ngày

Sau khi đánh giá năng suất và số lượng chồi/thân chính của một số giống cao lương ngọt 4 giống: Brandes, Dale, Rio và Wray có số lượng chồi/thân lần lượt: 1,2; 0,38; 0,86; 0,36 Năng suất sinh khối của chồi bằng 56% năng suất thân chính, trong khi hàm lượng đường, đường khử, đường kết tinh, tỷ lệ dịch ép của giống Brandes, Rio và Wray tương đương nhau (Broadhead, 1981)

Chiu và Hu (1984) chỉ ra rằng năng suất sinh khối trung bình liên quan chặt chẽ với chiều cao thân, năng suất hạt và số lượng lá/cây, số nhánh/khóm

ở cây cao lương vụ thu, sau khi khảo nghiệm 87 dòng, giống cao lương ngọt ở

Kharif đã tìm ra 12 dòng triển vọng (Bapat, 1987)[5]

- Một số kết quả nghiên cứu về hàm lượng đường trong thân lá của một số giống cao lương:

Cao lương đã được sử dụng là nghuồn nguyên liệu phục vụ cho sản xuất xiro ở Mỹ cách đây rất lâu nhờ thân mọng nước và hàm lượng đường cao.Hàm lượng đường cao hơn trong thân mía 9% và cho kết quả tốt như dùng quả của cây thốt nốt(Karve và cs, 1970)[17]

Dòng cao lương khảo nghiệm ở Kharif (1985) có dòng SSV-7073 có ham lượng đường khá cao 22,24%, tinh bột là 15,9%( Bapat và cs, 1987) [4] Sau khi ép thân để lấy nước sản xuất ethanol, giống Rio cho sản lượng cao nhất 3,418 lit/ha, đồng thời có hàm lượng nước ép cao 45,5- 50,4%, có hàm lượng

đường dao động từ 19,6- 21,0%, hàm lượng tinh bột 14,28-26,2%, đường thô

1,75-3,37 tấn/ha

Đánh giá khả năng sản xuất ethanol của 42 dòng cao lương được lai tạo từ 6 giống cao lương ngọt và 1 giống cao lương lấy hạt: Khả năng sản

xuất ethanol liên quan tới hàm lượng đường tổng số, tỉ lệ đường sucrose, tỉ lệ nước ép, năng suất thân và chu vi thân Trong số các cặp bố mẹ, giống SSV84 cho 14,2 ml ethanol/ cây, trong khi các dòng lai giữa giống SSV84 và HES4

có năng suất cao nhất (32,1 ml ethanol/cây) (Ganesh, 1995)

-Một số kết quả nghiên cứu giống cao lương ngọt trong sản xuất ethanol

Cao lương đã được sử dụng là nguồn nguyên liệu phục vụ sản xuất

xi-ro ở Mỹ cách đây rất lâu nhờ thân mọng nước với hàm lượng đường cao, dùng thân cây cao lương ngọt để chiết xuất đường cho kết quả tốt như dùng quả cây thốt nốt, hàm lượng đường cao hơn trong thân mía 9% (Karve và cs, 1974) [17]

Đánh giá khả năng sản xuất ethanol của 42 dòng cao lương được lai tạo

từ 6 giống cao lương ngọt và 1 giống cao lương lấy hạt cho kết quả như sau: khả năng sản xuất ethanol liên quan tới hàm lượng đường tổng số, tỷ lệ đường sucrose, tỷ lệ nước ép, năng suất thân và chu vi thân Trong số các cặp bố mẹ, giống SSV8 cho 14,2 ml ethanol/cây trong khi dòng lai giữa giống SSV84 và HES4 có năng suất cao nhất (32,1 ml ethanol/cây) (Ganesh, 1995)

Sau khi khảo nghiệm 87 dòng, giống cao lương ngọt ở Khairf năm 1985 đã tìm được 12 dòng, giống có triển vọng phục vụ sản xuất đường Những giống này

có thời gian sinh trưởng 115 - 120 ngày, pH trong nước ép từ 4,5 - 5,3 Dòng

SSV-7073 có hàm lượng đường cao nhất 22,24%, tinh bột 15,9% (Bapat và cs, 1987)[4] Sau khi ép thân lấy nước để sản xuất ethanol, giống Rio cho sản lượng cao nhất 3.418 l/ha, thấp nhất là giống NSA-440 74,7 l/ha (Mc Bee và cs, 1988) Đồng thời Rio là giống có hàm lượng nước ép cao 45,5 - 50,4%, hàm lượng đường (19,6 - 21,0%), hàm lượng tinh bột (14,28 - 26,2%), đường thô (1,75 - 3,37 tấn/ha)

Theo Ratnavathi (2004), sau khi khảo nghiệm hàm lượng nước và chất lượng đường 5 giống cao lương ngọt (Keller, SSV-84, BJ-248, Wrey và NSSH-104) giống Keller được đánh giá là giống có hàm lượng đường cao nhất, rất thích hợp phục vụ sản xuất ethanol NK 405, Keller và Tracy được chọn để nghiên cứu hàm lượng đường trong thân và sự khác nhau giữa các đốt thân, quá trình hình thành đường sucrose không liên quan chặt tới các giai đoạn sinh

trưởng của cây trồng, như đã được giả định cho đến nay, nhưng quá trình này xảy ra ngay khi kết thúc quá trình kéo dài đốt (Hoffmann Thoma và cs, 1996)

2.2.1.2 Tình hình sản xuất cao lương trên thế giới

Cao lương là một trong năm cây ngũ cốc quan trọng trên thế giới và là khẩu phần ăn chính của hơn 500 triệu người ở hơn 30 quốc gia, đặc biệt là ở những vùng nhiệt đới bán khô hạn Đây là loại cây trồng có nhiều công dụng như làm bánh mì, bánh quy, tinh bột, đường, xiro, cồn, bia, sản xuất mạch nha

và là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất ethanol nhiên liệu

Hiện nay có hơn 50 quốc gia trồng cao lương phân bố ở cả 6 châu lục

và tập trung chủ yếu ở Châu Phi và Châu Mỹ Cây cao lương được ví như cây trồng đa tác dụng, sản phẩm của nó phục vụ cho nhiều ngành khác nhau tuy thuộc vào mục đích sử dụng: hạt là thực phẩm cho con người và gia súc, thân

lá được sử dụng làm chất đốt hoặc trong ngành công nghiệp sản xuất ethanol

Bảng 2.1 Tình hình sản xuất cao lương trên thế giới

trong những năm gần đây Chỉ tiêu

Năm

Diện tích (triệu ha)

Năng suất (Tạ/ha)

Sản lượng (triệu tấn)

Bảng 2.2 Tình hình sản xuất cao lương ở một số châu lục

giai đoạn 1990 - 2011 Năm

Nhìn chung diện tích trồng cao lương không có nhiều thay đổi, duy trì

ở mức trên 40 triệu ha Năm 2005 diện tích trồng cao lương lớn nhất là 46,22

triệu ha Do sức ép của dân số và nhu cầu sử dụng đất cho công nghiệp nên diện tích cao lương duy trì ở mức 40-46 triệu ha Châu Phi là châu lục có diện tích trồng cao lương lớn nhất, liên tục tăng qua các năm từ 1990- 2008 (16,46-27,70 triệu ha), từ năm 2008-2011 lại có xu hướng giảm năm 2011 chỉ còn 19,56 triệu ha Tuy nhiên năng suất cao lương lại có xu hướng tăng qua các năm ở châu lục này tuy còn khá thấp so với thế giới dao động từ 7,28-10,62 tạ/ha, đạt cao nhất vào năm 2011 Việc nâng cao năng suất cao lương đang ngày được quan tâm nghiên cứu, có nhiều chương trình, dự án cải tiến kỹ thuật canh tác, lai tạo giống cao lương mới đang được tiến hành

Châu Mỹ, là châu lục đứng thứ 3 về diện tích trồng cao lương, nhưng lại là châu lục có năng suất cao lương cao nhất Diện tích cao lương giảm dần từ năm 1990-2011 từ 7,28 triệu ha xuống còn 5,93 triệu ha, trái lại với diện tích giảm thi năng suất cao lương lại tăng từ 32,81tạ/ha(2000) lên 37,92 tạ/ha (2010) Sản lượng đứng thứ 2 thế giới,tập trung chủ yếu ở Mỹ, Mexico,

Braxin, Argentina Mỹ là quốc gia sản xuất cao lương lớn thứ hai thế giới

sau Nigeria năm 2009 Mỹ sản xuất trên 9,73 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 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 (NASS, 2007)

Châu Á cũng là châu lục trồng nhiều cao lương, chỉ sau châu Phi về diện tích, tuy nhiên năng suất còn thấp chỉ cao hơn Châu Phi và chỉ có Trung Quốc là quốc gia có diện tích, năng suất, sản lượng cao nhất trong các nước trong khu vực

2.2.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất cao lương ở Việt Nam

Việc nghiên cứu cây trồng nguyên liệu phục vụ sản xuất và sử dụng làm nhiên liệu sinh học là một vấn đề mới đối với Việt Nam Vừa qua Bộ Công nghiệp đã xây dựng đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2020, với mục tiêu sản xuất xăng E10 và dầu sinh học nhằm thay thế một phần nhiên liệu truyền thống hiện nay Theo đề án, trong giai đoạn 2006-

2010, Việt Nam sẽ tiếp cận công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học, xây dựng mạng lưới thí điểm phân phối nhiên liệu sinh học tại một số tỉnh, thành, quy hoạch vùng trồng cây nguyên liệu cho năng suất cao, đào tạo cán bộ chuyên sâu vê kỹ thuật

Giai đoạn 2011-2015, sẽ phát triển mạnh sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học thay thế một phần nhiên liệu truyền thống, mở rộng quy mô sản xuất

và mạng lưới phân phối phục vụ cho giao thông và các ngành sản xuất công

nghiệp khác, đa dạng hóa nguồn nguyên liệu Đến năm 2020, công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam sẽ đạt trình độ tiên tiến trên thế giới, với sản lượng đạt khoảng 5 tỷ lít xăng E10 và 500 triệu lít dầu diesel sinh học B10/năm.Theo các chuyên gia, xăng E10 là xăng pha cồn với hàm lượng cồn tối đa là 10%, đáp ứng hoàn toàn mọi hoạt động binh thường của ô tô,

xe máy Dầu diesel sinh học luôn được pha trộn vào dầu DO, với tỷ lệ phổ biến 5-30%, để giảm bớt ô nhiễm môi trường

Từ tháng 8/2007 một hệ thống sản xuất nhiên liệu sinh học từ dầu ăn phế thải với công suất 2 tấn/ ngày sẽ được triển khai tại Công ty Phú Xương thành phố Hồ Chí Minh Dự án được triển khai với nguyên liệu đầu vào từ 4-5 tấn/ngày.Theo ước tính giá dầu là 7,500đ/lít thấp hơn giá giá bán diesel trên thị trường khoảng 400đ/lít

Bộ Công nghiệp đang triển khai công nghệ sản xuất các loại hoá chất, phụ gia cần thiết để pha chế nhiên liệu sinh học với xăng Các đơn vị thuộc

Bộ sẽ ứng dụng và làm chủ công nghệ sản xuất các chất phụ gia, chất xúc tác

để pha chế xăng với ethanol và diesel sinh học và diesel khoáng, triển khai

sản xuất các hoá chất, phụ gia cung cấp cho các cơ sở pha chế, dự kiến năm

2007 làm chủ công nghệ này và sản xuất với qui mô nhỏ và năm 2011-2015

mở rộng cơ sở sản xuất phụ gia và bảo đảm cho nhu cầu trộn xăng E5/E10, dầu B5/B10

Trong những năm gần đây một số tổ chức đã tiến hành nghiên cứu cao lương ngọt làm nhiên liệu sinh học trong đó điển hình là đề tài cấp nhà nước “ Nghiên cứu tuyển chọn một số giống cao lương ngọt có năng suất cao, chất lượng tốt cho sản xuất ethanol nhiên liệu ’’ với mục tiêu tuyển chọn và xây dựng quy trình thâm canh cao lương ngọt, tuy nhiên bộ giống sử dụng này là những giống thuần nhập nội từ ICRISAT (Ấn Độ) năng suất chỉ đạt 30 - 35 (Tạ/ha) (Theo đăng kí của đề tài), ngoài ra, cũng đã có một vài nơi thử nghiệm các giống khác nhau nhưng năng suất thấp, chưa đạt được hiệu quả như mong muốn

Từ những năm 1990 Trường đại học Nông Lâm Thái Nguyên cũng đã bắt đầu tiến hành nghiên cứu cao lương lấy hạt trên quy mô nhỏ, những giống này được nhập từ ICRISAT Tuy nhiên chưa có quy trình nghiên cứu tổng thể

về điều kiện sinh thái trong quá trình chọn tạo giống, nên những giống nhập nội này chưa thực sự phù hợp với điều kiện sinh thái vùng trung du vùng núi phía Bắc nên năng suất của những giống nhập nội này rất thấp

Hiện nay công ty Secoin đang thực hiện Dự án Sinh học thực vật ứng dụng mới ở giai đoạn nghiên cứu định hướng được thực hiện trên 4 ha , gồm 2 phòng thí nghiệm và một số vườn ươm Các kết quả thực nghiệm sẽ được áp dụng trên 170 ha thực địa tại Quảng Ninh, Hà Tĩnh Dự án này đã được sự ủng

hộ nhiệt tình của các địa phương, sự hợp tác hào hứng của các kĩ sư, nhà khoa học ngoài công ty, đặc biệt sự tham gia của Công ty Hanhwa Resources (Hàn Quốc) và tư vấn của các nhà khoa học Mỹ, Ốt-xtrây-li-a, Trung Quốc, Ấn Độ Năm 2011, trường đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã ký kết bản ghi nhớ hợp tác nghiên cứu và bản thỏa thuận nghiên cứu phát triển cây cao lương ngọt làm nguyên liệu sản xuất xăng sinh học tại Việt Nam đã có buổi làm việc và thảo luận cơ hội hợp tác nghiên cứu với đại diện công ty TNHH Earth Note Nhật Bản Theo bản thảo thuận nghiên cứu, phía công ty TNHH Earth Note Nhật Bản sẽ hỗ trợ giống, kĩ thuật và một số kinh phí để tiến hành nghiên cứu thí nghiệm tại trường đại học Nông Lâm Thái Nguyên và một số tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam

2.2.3 Những khó khăn hiện nay của Việt Nam trong việc phát triển cao lương ngọt

- Phát triển và chế biến cao lương ngọt là một vấn đề mới đối với Việt Nam Khó khăn lớn nhất của Việt Nam là làm sao nghiên cứu chọn lọc hoặc lai tạo được những giống cao lương ngọt cao sản có hàm lượng đường cao Hiện nay Việt Nam mới chỉ có một số hạt giống cao lương ngọt của Anh, Ấn

Độ, Trung Quốc… thu thập được Tuy nhiên để có thể lai tạo được những

giống cao lương ngọt cao sản chất lượng tốt thích hợp với điều kiện thổ nhưỡng và khí hậu của một số vùng nước ta như vùng trung du miền núi phía Bắc (nơi quỹ đất còn nhiều) là một điều không dễ đòi hỏi chúng ta không những phải có một đội ngũ những nhà khoa học giỏi mà cần phải có nguồn vật liệu phong phú, thời gian dài và chi phí lớn

- Để rút ngắn thời gian chọn tạo giống, giảm chi phí, Việt Nam cần thiết phải có hợp tác nghiên cứu với các nước tiên tiến trong lĩnh vực này

nhằm đi tắt đón đầu, đẩy nhanh việc chọn tạo giống và phát triển kỹ thuật canh tác cao lương ngọt nhằm đưa vào thực tiễn sản xuất tại Việt Nam

- Phản ứng của giống với các điều kiện sinh thái khác nhau là rất khác nhau Việc đưa giống cây trồng mới vào sản xuất đại trà mà không qua khảo nghiệm có thể gây rối loạn giống, bùng phát dịch hại… Do đó, việc tiến hành khảo nghiệm sinh thái cho giống mới là rất quan trọng

2.4 Cao lương ngọt- nguồn nguyên liệu sinh học

2.4.1 Lợi ích sử dụng nguyên liệu sinh học

Theo thông tin của EU tháng1/2007 tiêu thụ năng lượng toàn cầu đã tăng lên gấp đôi từ 10 tỷ tấn qui ra dầu/năm tăng lên 22 tỷ tấn qui dầu/năm vào năm 2050 Giáo sư Nghệ Duy Đấu, Viện sĩ công trình Đại học Thanh Hoa (Bắc Kinh) cho biết theo Bộ Năng lượng Mỹ và Uỷ ban năng lượng thế giới dự báo nguồn năng lượng hoá thạch không còn nhiều: dầu mỏ còn 39 năm, khí thiên nhiên 60 năm, than đá 111 năm Theo Bộ Năng lượng Mỹ nhu cầu dầu mỏ thế giới ngày càng tăng

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 hoá 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 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 hửu 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

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 hoá học diesel sinh học là methyl este của axit béo

Sử dụng năng lượng sinh học so với xăng dầu khoáng giảm được 70% khí CO2 và 30% khí độc hại do nhiên liệu sinh học có chứa một lượng cự nhỏ lưu huỳnh, chứa 11% O2 nên cháy sạch hơn Nhiên liệu sinh học phân hủy sinh học nhanh,ít gây ô nhiễm môi trường đất và nước, 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 sinh học

Hiện nay giá nhiên liệu sinh học còn cao do sản xuất còn trên quy mô nhỏ, giá nguyên liệu cao và công nghệ sản xuất còn chưa được đầu tư, khi sản xuất với quy mô lớn cùng với công nghệ mới có thể giảm giá thành thấp hơn, khẳng

định được tầm quan trọng và lợi ích của nhiên liệu sinh học đối với sự phát triển

của thế giới

2.4.2 Cao lương ngọt- nguồn nguyên liệu sinh học

Sơ đồ mô tả quá trình sử dụng cao lương ngọt

Tất cả các sản phẩm từ cao lương đều được tận dụng tối đa, hạt cao lương dùng để chế biến thức ăn cho con người, gia súc và sản xuất ethanol, thân lá được ép lấy nước lên men sản xuất nhiên liệu sinh học, phần bã còn lại

Cao lương ngọt

Sản xuất giấy

điện

Chất đốt

sử dụng làm chất đốt, nguyên liệu sản xuất giấy Cao lương là cây trồng cho năng suất sinh khối lớn và có thể chế biến các sản phẩm có giá trị kinh tế, ở

Mỹ cao lương có thể cho 30 tấn thân lá khô/ha khi trồng trên đất nghèo với lượng phân bón và nước ít, Mỹ chủ yếu sử dụng ngô để sản xuất ethanol, cây cao lương chiếm vị trí thứ hai Tuy nhiên việc sử dụng ngô làm nguyên liệu sinh học đang đẩy giá ngô lên cao, ảnh hưởng tới an ninh lương thực của thế giới, vì vậy người ta ngày càng quan tâm tới việc sử dụng rỉ mật cao lương để sản xuất ethanol Theo số liệu thống kê 2009 thì có tới 29% sản lượng cao lương phục vụ cho sản xuất ethanol Theo ước tính chi phí sản xuất 1 ha ngô là 370 USD với năng xuất trung bình của ngô là 9 tấn/ha (ẩm độ 15%) sản xuất được 3.600 lít ethanol, trong khi đó cao lương là 296 USD/ha, năng suất sinh khối là 80 tấn/ha (ở điều kiện thí nghiệm) hiệu quả hơn so với trồng ngô (Rooney và cs, 2007)[24]

Ở Ấn Độ thời gian từ gieo đến khi thu hoạch là 4 tháng: nhu cầu nước trong 1 vụ 4000m3 (Soltani và Almodares, 1994), ít hơn 4 lần so với mía, năng suất hạt trung bình 1,5 -7,5 tấn/ha, năng suất sinh vật học từ 36- 140 tấn/ha

Monti và Venturi (2002) đã so sánh khả năng cung cấp năng lượng phục vụ sản xuất ethanol của cao lương ngọt,cao lương lấy thân và lúa mỳ ở Bogogna, Italia Kết quả cho thấy, cao lương ngọt có khả năng cung cấp năng lượng cao hơn cao lương cỏ 14%, lúa mỳ là 38%

Venturi (2003) đã tiến hành so sánh tính khả thi trong việc sử dụng lúa

mỳ, lúa mạch, ngô, cao lương hạt, củ cải đường và cao lương ngọt làm nguyên liệu sản xuất chất đốt ở Châu Âu, đánh giá trên 34 quốc gia Kết quả cho thấy cao lương ngọt là cây trồng có tiềm năng nhất do có hiệu suất quang hợp cao và khả năng thích nghi rộng Tuy nhiên, cao lương ngọt chỉ thực sự khả thi nhất khi

có bộ giống phù hợp với từng điều kiện khí hậu, canh tác, thổ nhưỡng

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu là năm giống cao lương ngọt cao sản nhập nội từ

Nhật Bản.tên giống đã được mã hóa

3 Đại học Nagoya, Nhật Bản - Thời gian sinh trưởng ngắn

- Năng suất sinh khối lớn

- Hàm lượng đường cao

- Thân mọng nước

8 Công ty Earth Note, Nhật Bản

13 Công ty Kaneko Seeds, Nhật Bản

15 Australia

14 Công ty Snow Brand Seed, Nhật

Bản

- Thời gian sinh trưởng ngắn

- Năng suất sinh khối lớn

- Hàm lượng đường cao

- Thân ít mọng nước

2.2 ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU

2.2.1 Địa điểm nghiên cứu

Tại Khu cây trồng cạn, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

2.2.2 Thời gian nghiên cứu

Thí nghiệm được tiến hành trong vụ xuân (tháng 3) năm 2013

2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu xác định khả năng sinh trưởng của các giống cao lương

ngọt thí nghiệm

- Nghiên cứu xác định khả năng chống chịu sâu bệnh của năm giống

cao lương ngọt thí nghiệm trong điều kiện vụ xuân

- Nghiên cứu các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các giống giống thí nghiệm

- Nghiên cứu xác định hàm lượng đường của các giống cao lương trong thí nghiệm

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tiến hành trên thí nghiệm khảo nghiệm so sánh năm giống cao lương ngọt trong vụ xuân (2013)

Tất cả các nội dung nghiên cứu được thực hiện thông qua đo đếm các chỉ tiêu của năm giống trong thí nghiệm

2.4.1 Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm được bố trí theo kiểu khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (Randomied Complete Block Design-RCBD) gồm 5 công thức là 5 giống thí nghiệm và 3 lần nhắc lại

- Số ô thí nghiệm: 3 x 5 = 15(ô)

- Diện tích 1 ô thí nghiệm: 4,55 m x 10 m = 45,5 m2

- Khoảng cách giữa hai ô thí nghiệm: 1 m

- Tổng diện tích thực tế sử dụng cho một thí nghiệm (không kể rãnh và dải bảo vệ) 45,5 m2/ô x 15 ô = 682.5 m2

- Thời vụ gieo: Vụ xuân gieo vào giữa tháng 3 (ngày 15/3/2013)

- Làm đất: Đất được cày bừa kỹ, làm sạch cỏ, chia khối lên luống và

rạch hàng

- Mật độ trồng:

Lượng phân thương phẩm tương đương là: 666 kg đạm Đầu Trâu + 600

kg supe lân Lâm Thao + 224 kg Kali Clorua

- Màu sắc thân, lá: Quan sát 10 cây liền nhau/ô ở giai đoạn thu hoạch

- Góc lá so với thân chính: Hẹp (<250), Trung bình (26– 350), Rộng (>360)

- Hình dạng hạt, màu sắc hạt, màu sắc vỏ trấu: Quan sát trên 30 cây mẫu ở giai đoạn hạt chín hoàn toàn

2.4.4.2 Đặc điểm sinh trưởng phát triển

* Khả năng nảy mầm

- Đánh giá theo ô thí nghiệm

- Tỷ lệ nảy mầm (%) = số hạt nảy mầm/số hạt đem gieo x 100

* Thời gian sinh trưởng

- Ngày gieo (ngày): Ngày bắt đầu gieo hạt

- Ngày mọc (ngày): Ngày có trên 70% số cây trong ô thí nghiệm có bao

lá mầm lên khỏi mặt đất (mũi chông)

Xác định ngày trỗ cờ, chín sữa, chín sáp, chín hoàn toàn bằng cách quan sát và đếm số cây trên hai hàng giữa của ô thí nghiệm:

- Ngày trỗ cờ (ngày): Ngày có trên 70% số cây có hoa nở được 1/3 trục chính

- Ngày chín sữa (ngày): Ngày có trên 70% số cây có hạt ở giai đoạn chín sữa

- Ngày chín sáp (ngày): Ngày có trên 70% số cây có hạt ở giai đoạn chín sáp

- Ngày chín hoàn toàn (ngày): Ngày có trên 75% số cây có chấm đen ở chân hạt

- Thời gian thu hoạch: Tiến hành thu hoạch khi độ Brix trong thân cây cao nhất (thường là khi hạt cao lương ở giai đoạn chín sữa đến chín sáp)

* Tốc độ tăng trưởng

Lấy ngẫu nhiên 10 cây/ô thí nghiệm ở hai hàng giữa, mỗi hàng 5 cây

liên tiếp, đánh dấu cây thí nghiệm

- Chiều cao cây: Tiến hành đo chiều cao cây tại các thời điểm 30, 60, 90,

120 ngày sau trồng và khi cây trỗ cờ

Khi cây chưa trỗ cờ, chiều cao cây được tính từ mặt đất đến mút đầu lá Khi cây trỗ cờ, chiều cao cây được tính từ mặt đất đến hết bông cờ

- Số lá: Đếm số lá tại các thời điểm 30, 60, 90, 120 ngày và khi cây trỗ

cờ bằng cách đánh dấu lá

2.4.5 N ă ng su t

- Đường kính thân (cm): Đo trên 10 cây mẫu/ô theo dõi tại vị trí thân phình to nhất trên thân (thường ở cách gốc 20 – 30 cm) ở thời điểm thu hoạch

- Khối lượng thân lá tươi trung bình trên cây (g/cây): cân toàn bộ thân

lá của 10 cây mẫu/ô, lấy giá trị trung bình

- Khối lượng thân tươi trung bình trên cây (g/cây): cân toàn bộ thân (sau khi bỏ lá và bông) của 10 cây mẫu/ô, lấy giá trị trung bình

- Năng suất sinh khối lý thuyết (tấn/ha):

Năng suất sinh khối lý thuyết (tấn/ha) = (Khối lượng thân lá trung bình 1 cây (g) x mật độ cây/ha)/1.000.000

- Năng suất thân lý thuyết (tấn/ha):

Năng suất thân lý thuyết (tấn/ha) = (Khối lượng thân trung bình 1 cây (g) x mật độ cây/ha)/1.000.000

- Năng suất sinh khối thực thu (tấn/ha): Mỗi ô thí nghiệm được chia thành hai nửa theo chiều dài ô Một nửa ô thí nghiệm bỏ hai hàng ngoài mép ô (4,55 m x 5 m = 22,75 m2) được duy trì mật độ (không lấy cây theo dõi) để xác định năng suất thực thu

Năng suất sinh khối thực thu (tấn/ha) = [(Khối lượng thân lá của ½ ô (kg)/Diện tích của ½ ô (m2)) x 10.000]/1.000

- Năng suất thân thực thu (tấn/ha):

Năng suất thân thực thu (tấn/ha) = [(Khối lượng thân của ½ ô (kg)/Diện tích của ½ ô (m2)) x 10.000]/1.000

Hàm lượng dịch ép (%) = (Khối lượng dịch ép/Khối lượng thân tươi) x 100

- Độ Brix hay Brix (%): Đo độ Brix của dịch ép bằng máy đo Brix cầm tay Tiến hành đo Brix ngay sau khi ép thân

2.4.5.2 Khả năng chống chịu

* Khả năng chống chịu sâu bệnh

- Sâu đục thân: Theo dõi, phát hiện sự phát sinh, gây hại của sâu đục

thân trên các giống cao lương ngọt thí nghiệm, ghi ngày phát hiện, đếm số cây

bị hại, tính phần trăm cây bị hại, cho điểm khả năng kháng sâu đục thân

+ Điểm 0, (rất tốt, không có cây bị sâu)

+ Điểm 1 (tốt, số cây bị sâu < 5%)

+ Điểm 2 (khá, 5 ≤ số cây bị sâu < 15%)

+ Điểm 3 (trung bình, 15 ≤ số cây bị sâu < 25%)

+ Điểm 4 (kém, 25 ≤ số cây bị sâu < 35%)

+ Điểm 5 (rất kém, số cây bị sâu ≥ 35%)

Xác định tỷ lệ sâu hại:

Tổng số cây bị hại

Tỷ lệ sâu hại (%) = x 100

Tổng số cây trên ô

- Bệnh thối thân do vi khuẩn và thối thân do nấm: Theo dõi, phát

hiện sự phát sinh, gây hại của bệnh hại trên các giống cao lương ngọt thí nghiệm, ghi ngày phát hiện, đếm số cây bị hại, tính phần trăm cây bị hại, cho

điểm mức độ nhiễm bệnh

+ Điểm 0, không bị bệnh

+ Điểm 1, nhiễm rất nhẹ (1 - 10% số cây bị bệnh)

+ Điểm 2, nhiễm nhẹ (11 - 25% số cây bị bệnh)

+ Điểm 3, nhiễm vừa (26 - 50% số cây bị bệnh)

+ Điểm 4, nhiễm nặng (51 - 75% số cây bị bệnh)

+ Điểm 5, nhiễm rất nặng (> 75% số cây bị bệnh)

* Khả năng chống chịu đổ ngã

- Theo dõi cả ô Cây được coi là đổ ngã khi thân nghiêng so với phương thẳng đứng góc ≥ 300 (tạo với mặt đất một góc α ≤ 600)

- Tỉ lệ đổ ngã (%) = (Số cây đổ ngã/tổng số cây theo dõi)*100

- Đánh giá khả năng chống đổ dựa trên tỉ lệ đổ ngã:

Tốt: Số cây đổ ngã từ 0 – 15%;

Khá: Số cây đổ ngã từ 16 – 30%;

Trung bình: Số cây đổ ngã từ 31 – 45%;

Kém: Số cây đổ ngã >45%

2.4.5 Quy trình áp dụng trong nghiên cứu

Quy trình kỹ thuật trồng trọt và phương pháp theo dõi các chỉ tiêu nghiên cứu cao lương ngọt trong đề tài được xây dựng dựa trên khuyến cáo từ phía đối tác Nhật Bản (Công ty Earth Note và Viện nghiên cứu Daiwa)

2.4.6 Phương pháp tổng hợp, phân tích, đánh giá và xử lý số liệu

- Số liệu của các lần nhắc lại là trung bình của các số liệu thu được từ các cây theo dõi ô thí nghiệm

- Các số liệu khi tính toán được xử lý trên EXCEL và phần mềm IRRISTAT

PHẦN 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1 ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI

Cao lương ngọt là một loại cây thuộc họ hòa thảo 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 Đặc điểm hình thái của các giống cao lương ngọt trong thí nghiệm được trình bày ở Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm cho thấy: các giống cao lương ngọt trong thí nghiệm đều có thân màu xanh vàng hoặc xanh sẫm; không có sự khác nhau về màu sắc lá, tất cả các giống thí nghiệm đều có

lá màu xanh sẫm, góc lá rộng, biến động trong khoảng 45 – 50 độ; hạt tròn, có màu vàng nhạt đến vàng sẫm; vỏ hạt có màu vàng chanh đến nâu đỏ

Bảng 4.1 Đặc điểm hình thái của các giống cao lương ngọt thí nghiệm

Hình dạng hạt

Màu sắc hạt

Màu sắc

vỏ hạt

3 xanh vàng xanh sẫm 45 Tròn vàng nhạt vàng chanh

8 xanh vàng xanh sẫm 50 Tròn vàng nhạt nâu đỏ

13 xanh vàng xanh sẫm 45 Tròn vàng sẫm nâu đỏ

14 xanh sẫm xanh sẫm 45 Tròn nâu nhạt vàng chanh

15 xanh sẫm xanh sẫm 50 Tròn nâu sẫm nâu đỏ

4.2 ĐẶC ĐIỂM SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN

4.2.1 Khả năng nảy mầm

Cũng giống như cao lương lấy hạt, cao lương ngọt được trồng bằng hạt Nhiệt độ tối thích cho sự sinh trưởng của cao lương ngọt là 24 - 270C Nhiệt độ

đất khi gieo hạt nên đạt ít nhất 180

C ở độ sâu 5 – 10 cm Thời gian và tỉ lệ nảy

mầm của hạt cao lương không chỉ phụ thuộc vào đặc điểm của giống mà còn phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh như nhiệt độ, độ ẩm môi trường khi gieo hạt

Kết quả thí nghiệm tại Thái Nguyên cho thấy khả năng nảy mầm của các giống cao lương ngọt ở vụ xuân khác nhau là không đáng kể (Bảng 4.2) Vụ xuân, gieo vào cuối tháng 3, nhiệt độ chỉ khoảng 230C, trong khi nhiệt độ tối thích cho hạt cao lương nảy mầm là 25 – 30C, nên thời gian nảy mầm tương

đối chậm, sau gieo 4 ngày mới nảy mầm

Bảng 4.2 Khả năng nảy mầm của các giống cao lương ngọt thí nghiệm

động từ 79,2 đến 83,5 % Giống 13 và 3 có khả năng nảy mầm tốt nhất, đứng

thứ nhất là giống 13 là 83,5%, hai giống 3 là 82,2% các giống còn lại lần lượt

là giống 8, 14, 15 có tỷ lệ nảy mầm tương đương nhau

4.2.2 Thời gian sinh trưởng

Để hoàn thành chu kỳ sống thì cao lương phải trải qua các giai đoạn

sinh trưởng phát triển nhất định Xác định được chính xác thời gian sinh trưởng và các giai đoạn sinh trưởng phát triển của giống là căn cứ để lựa chọn giống và bố trí mùa vụ phù hợp với điều kiện sinh thái từng vùng

Bảng 4.3 Các giai đoạn sinh trưởng phát triển của các giống cao lương ngọt thí nghiệm

Đơn vị: Ngày

Trỗ Chín sữa Chín sáp Chín hoàn toàn

định thời gian sinh trưởng của giống cũng như thời điểm thu hoạch Ở tất cả

các giống thí nghiệm, sau khi trỗ 14 – 15 ngày, hạt cao lương chuyển sang giai đoạn chín sữa, sau chín sữa 7 – 10 ngày, hạt chuyển sang giai đoạn chín sáp, 12 – 14 ngày sau chín sáp hạt chín hoàn toàn (Bảng 3.4)

4.2.3 Động thái tăng trưởng

4.2.3.1 Động thái tăng trưởng chiều cao cây

Tuy chiều cao của cây không phải là yếu tố quan trọng trong việc sản xuất ethanol nhưng nó lại là một chỉ tiêu quan trọng phản ánh khá trung thực

về quá trình sinh trưởng, phát triển và năng suất sinh khối của cây Chiều cao cây được quyết định bởi bản chất di truyền của giống nhưng nó cũng bị chi phối bởi điều kiện ngoại cảnh như nước, nhiệt độ, ẩm độ của môi trường

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng các giống cao lương ngọt trong thí nghiệm đều sinh trưởng rất tốt tại Thái Nguyên Tất cả các giống đều tăng trưởng chiều cao mạnh trong thời gian đầu của quá trình sinh trưởng (từ 0-60

ngày tuổi), mạnh nhất là giai đoạn cây từ 30-60 ngày tuổi Tốc độ tăng trưởng chiều cao giảm dần ở giai đoạn sau 60 ngày tuổi, khoảng 50% chiều cao của cây

có được trong khoảng thời gian này Đối với các giống ra hoa sớm như giống 3,

8, 13, 14 và 15, chiều cao ngừng tăng ở giai đoạn từ sau 90 ngày tuổi (sau trỗ)

Sự khác nhau về chiều cao cây của các giống cao lương ngọt thí nghiệm là có ý nghĩa với mức độ tin cậy 95% Trong năm giống cao lương ngọt thí nghiệm thì giống 14 có chiều cao cao nhất đạt 450,1 cm Đứng thứ hai là giống 13 đạt 432,3

cm Rồi đến các giống 3, 8, có chiều cao tương đương nhau về mặt thống kê, xếp thứ ba, chiều cao của các giống này vào khoảng 400 cm

Bảng 4.4 Động thái tăng trưởng chiều cao cây của các giống cao lương ngọt thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng động thái tăng trưởng gần như tương

đương nhau, các giống cao lương ngọt trong thí nghiệm đều sinh trưởng rất tốt,

tất cả các giống đều tăng trưởng chiều cao mạnh trong thời gian đầu của quá trình sinh trưởng (từ 0 – 60 ngày tuổi), mạnh nhất là giai đoạn cây từ 30 – 60

ngày tuổi Tốc độ tăng trưởng chiều cao giảm dần ở giai đoạn sau 60 ngày tuổi, khoảng 50% chiều cao của cây có được trong khoảng thời gian này Đối với các giống ra hoa sớm như giống 3, 8, 13, 14 và 15, chiều cao ngừng tăng ở giai

đoạn từ sau 90 ngày tuổi (sau trỗ)

Sự khác nhau về chiều cao cây của các giống cao lương ngọt thí nghiệm

là có ý nghĩa với mức độ tin cậy 95% Trong năm giống cao lương ngọt thí nghiệm thì giống 14 có chiều cao cao nhất, đạt 450,1cm Đứng thứ hai là giống

độ và khoảng cách trồng, chăm sóc hợp lý tạo điều kiện cho bộ lá phát triển

và kéo dài tuổi thọ của lá Số lá trên thân chính có thể nhiều hay ít khác nhau

tuỳ thuộc vào đặc điểm của từng giống Tốc độ ra lá của các giống cao lương

thí nghiệm được trình bày ở Bảng 4.5

Bảng 4.5 Động thái ra lá của các giống cao lương ngọt thí nghiệm