3. Ý nghĩa của đề tài
1.3.1. 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 quy 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.
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 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.
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
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 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 cực 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.
1.3.2. Cao lương ngọt - nguồn nguyên liệu sinh học
Hình 1.2. 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 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
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
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).
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.
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Chƣơng 2
NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là sáu giống cao lương ngọt cao sản nhập nội sau:
Giống Nguồn gốc Đặc điểm của giống
NL3 Đại học Nagoya, Nhật Bản - Thời gian sinh trưởng ngắn - Năng suất sinh khối lớn - Hàm lượng đường cao - Thân mọng nước
EN8 Công ty Earth Note, Nhật Bản
KCS-105 Công ty Kaneko Seeds, Nhật Bản
Sugar Grase Công ty Advanta, Úc
EN6 Công ty Earth Note, Nhật Bản
- Thời gian sinh trưởng dài - Năng suất sinh khối lớn - Hàm lượng đường cao - Thân ít mọng nước
FS-902 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 đất bãi ven sông thuộc xã An Khang, thành phố Tuyên Quang, tỉnh Tuyên Quang.
2.2.2. Thời gian nghiên cứu
Thí nghiệm được tiến hành trong hai vụ (vụ hè gieo tháng 6 năm 2012 và vụ xuân gieo tháng 3 năm 2013).
2.3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu khả năng sinh trưởng, năng suất và chất lượng của các giống cao lương ngọt thí nghiệm qua hai vụ xuân và hè.
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
sau đổ của các giống cao lương ngọt thí nghiệm trong điều kiện vụ xuân và vụ hè.
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.4.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm được bố trí theo kiểu khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (Randomied Complete Block Design-RCBD) gồm 6 công thức là 6 giống thí nghiệm và 3 lần nhắc lại.
- Số ô thí nghiệm: 3 x 6 = 18 (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 thí nghiệm (không kể rãnh và dải bảo vệ) là 45,5 m2/ô x 18 ô = 819 m2.
NL3 KCS-105 EN8 EN6 FS-902 Sugar Grase
EN8 Sugar Grase NL3 KCS-105 EN6 FS-902
FS-902 EN6 KCS-105 Sugar Grase NL3 EN8
Hình 2.1. Sơ đồ thí nghiệm vụ hè
KCS-105 EN8 FS-902 EN6 NL3 Sugar Grase
EN8 Sugar Grase NL3 KCS-105 EN6 FS-902
KCS-105 FS-902 EN6 EN8 Sugar Grase NL3
Hình 2.2. Sơ đồ thí nghiệm vụ xuân 2.4.2. Quy trình kỹ thuật
Hiện nay, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn chưa ban hành Quy phạm khảo nghiệm giống cao lương. Vì vậy, quy trình kỹ thuật và phương pháp theo dõi các chỉ tiêu của đề tài được hiện theo phương pháp tiếp cận, kế thừa các kết quả nghiên cứu của đối tác Nhật Bản (Blade Energy Crop, 2010) [3], (Tsuchihashi và Goto, 2004) [16].
- Thời vụ gieo:
+ Vụ hè gieo vào đầu tháng 6 + Vụ xuân gieo vào giữa tháng 3
- Làm đất: Đất được cầy bừa kỹ, làm sạch cỏ, chia khối lên luống và rạch hàng - Mật độ trồng:
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ + Hàng cách hàng 65 cm
+ Cây cách cây 15 cm
- Phương pháp trồng: gieo hạt trực tiếp trên đồng ruộng. - Phân bón:
Lượng bón: 10 tấn phân chuồng + 3 tấn phân hữu cơ vi sinh Sông Gianh + 300 N + 96 P2O5 + 134 K2O/1 ha
Lượng phân thương phẩm tương đương là: 666 kg đạm Đầu Trâu + 600 kg supe lân Lâm Thao + 224 kg Kali Clorua.
Phương pháp bón phân:
+ Bón lót (được kết hợp với làm đất lần cuối): 100% phân chuồng, phân hữu cơ vi sinh, lân, 1/6 N +1/6 K. Phân được bón theo hàng rạch sâu 10-15cm.
+ Bón thúc lần 1 (20 ngày sau trồng): Rạch rãnh cách hàng cây 10 cm, độ sâu 5-7cm. Bón phân kết hợp với vun nhẹ gốc và làm cỏ, bón 1/6 N +1/6 K.
+ Bón thúc lần 2 (40 ngày sau trồng): Rạch rãnh cách hàng cây 10 cm, độ sâu 5-7cm. Bón phân kết hợp làm cỏ, bón 1/3 N +1/3 K.
+ Bón thúc lần 3 (60 ngày sau trồng): Rạch rãnh cách hàng cây 20 cm, bón 1/3 N +1/3 K.
- Phòng trừ sâu bệnh: Theo dõi sâu bệnh, tiến hành phòng trừ khi cần thiết. 2.4.3. Phương pháp theo dõi các chỉ tiêu
Tiến hành theo phương pháp tiếp cận, kế thừa các kết quả nghiên cứu của đối tác Nhật Bản (Blade Energy Crop, 2010) [3], (Tsuchihashi và Goto, 2004) [16].
2.4.3.1. Đặc điểm hình thái
- 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.
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
* 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 trƣởng
- Ngày gieo (ngày): Ngày bắt đầu gieo hạt.
- Ngày mọc (ngày): Ngày có trên 50% 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 50% số cây có hoa nở được 1/3 trục chính. - Ngày chín sữa (ngày): Ngày có trên 50% số cây có hạt ở giai đoạn chín sữa. - Ngày chín sáp (ngày): Ngày có trên 50% 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 trƣởng
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.
- Số nhánh/thân: Đếm số nhánh trên thân tại các thời điểm 30, 60, 90, 120 ngày và sau khi cây trỗ cờ.
2.4.3.3. Năng suất
- Đường kính thân (cm): Đo trên 10 cây theo dõi tại vị trí thân phình to nhất trên thân (thường ở cách gốc 20 - 30 cm) ở thời điểm thu hoạch.
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Khối lượng tươi của thân lá (g/cây): cân toàn bộ thân lá của 10 cây mẫu/ô, lấy giá trị trung bình.
- Khối lượng tươi của thân (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 (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
2.4.3.4. Chất lượng
- Hàm lượng dịch ép: Ép thân cao lương bằng máy ép mía thông dụng. Hàm lượng dịch ép (%) = (Khối lượng dịch ép/Khối lượng thân tươi) x 100 - Năng suất dịch ép
Năng suất dịch ép (tấn/ha)=[Năng suất thân thực thu (tấn/ha) x Hàm lượng dịch ép (%)] x 100
- Độ Brix hay Brix (%): Đo tại bốn thời điểm chín của hạt (trỗ, chín sữa, chín sáp, chín hoàn toàn).
Trên mỗi ô thí nghiệm chọn 5 cây, sau đó đo độ Brix trong thân cây tại 3 vị trí gốc, thân, ngọn bằng máy đo Brix cầm tay.
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
2.4.3.5. 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 1: số cây bị sâu < 5% (tốt) + Điểm 2: số cây bị sâu từ 5% - <15% (khá) + Điểm 3: số cây bị sâu từ 15% - <25% (trung bình) + Điểm 4: số cây bị sâu từ 25% - <35% (kém) + Điểm 5: số cây bị sâu >35% (rất kém) Xác định tỷ lệ sâu hại:
Tổng số cây bị hại
Tỷ lệ sâu hại (%) = x 100 Tổng số cây trên ô
- Rệp: Mỗi ô thí nghiệm điều tra 5 cây, số lượng rệp trên mỗi lá cây được phân cấp như sau:
+ Cấp 0: không có rệp.
+ Cấp 1: bị nhiễm rệp rất nhẹ, có từ 1 cá thể đến 1 quần tụ rệp nhỏ ở lá. + Cấp 2: bị nhiễm rệp nhẹ, xuất hiện 1 vài quần tụ trên lá.
+ Cấp 3: bị nhiễm rệp trung bình, rệp có mặt với số lượng lớn, không thể nhận ra quần tụ rệp nhưng phổ biến và ảnh hưởng đến sự cân xứng của lá.
+ Cấp 4: bị nhiễm rệp nặng, rệp có mặt với số lượng lớn, dày đặc, ảnh hưởng đến tất cả lá, thân lá.
- 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.
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ + Điểm 1: số cây bị bệnh từ 1 - 10% (bệnh nhiễm rất nhẹ) + Điểm 2: số cây bị bệnh từ 11 - 25% (nhiễm nhẹ)
+ Điểm 3: số cây bị bệnh từ 26 - 50% (nhiễm vừa) + Điểm 4: số cây bị bệnh từ 51 - 75% (nhiễm nặng) + Điểm 5: số cây bị bệnh từ > 75% (nhiễm rất nặng) Xác định tỷ lệ bệnh hại:
Tổng số cây bị bệnh
Tỷ lệ bệnh hại (%) = x 100 Tổng số cây trên ô
* Khả năng chống đổ
Đánh giá theo thang điểm (Đếm số cây bị nghiêng một góc bằng hoặc lớn hơn 30 độ so với chiều thẳng đứng của cây).