Đặt vấn đề Trong bối cảnh nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt, giá nhiên liệu liên tục tăng như hiện nay cùng với biến đổi khí hậu và yêu cầu cắt giảm khí thải CO2 thì việc nghiên cứu tìm ra nguồn năng lượng sạch, năng lượng tái tạo (NLTT) thay thế năng lượng truyền thống là một giải pháp hết sức cấp bách. Năng lượng sinh học (NLSH) nói chung, là một loại NLTT, được coi là một trong những nhiên liệu thân thiện với môi trường và hiện nay đang được phát triển mạnh mẽ trên thế giới. Nghiên cứu phát triển nguồn năng lượng sinh học có ý nghĩa hết sức to lớn đối với vấn đề an ninh năng lượng quốc gia, thực hiện công ước quốc tế về cắt giảm khí thải CO2, đồng thời góp phần thúc đẩy phát triển bền vững kinh tế nông thôn theo hướng hàng hóa và công nghiệp hóa. Hiện nay, nguyên liệu chính để sản xuất NLSH là sắn lát khô, tuy nhiên năng suất sắn thấp (trung bình chỉ đạt 17 tấn/ha) nên đòi hỏi diện tích vùng nguyên liệu rất lớn, ảnh hưởng đến quỹ đất cho sản xuất nông nghiệp.
Do vậy việc tính đến cây trồng nhiên liệu khác có khả năng thâm canh cho năng suất cao ít cạnh tranh là vô cùng cần thiết đối với nền công nghiệp năng lượng sinh học ở Việt Nam. Nhiều công trình nghiên cứu 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 và kết quả cho thấy cây cao lương ngọt là cây trồng có tiềm năng nhất do có hiệu suất quang hợp cao và khả năng thích nghi rộng. Cây 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.
n 2 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 dùng để làm thực phẩm (FAO, 2003) [25] Bên cạnh đó, cao lương còn là cây trồng năng lượng có khả năng cải tạo, hút các kim loại nặng tồn lưu trong đất. Đặc biệt, đất sau khai thác khoáng sản trữ một lượng kim loại rất lớn ảnh hưởng đến môi trường đất, nước, không khí gây ô nhiễm cho những sinh vật sống trong khu vực đó.
Do vậy, nhằm khai thác những mặt lợi thế của cây cao lương như tạo ra nguồn năng lượng ( khí sinh học, NLSH) nguồn thức ăn chủ động cho gia súc trong điều kiện đất canh tác có hạn và bị thu hẹp, đồng thời giải quyết các vấn đề ô nhiễm và cải tạo đất, mở rộng diện tích trồng cây, phủ xanh đất trống, chống xói mòn, tăng tính đa dạng sinh học, góp phần giảm thiểu khí gây hiệu ứng nhà kính tại các khu vực ảnh hưởng bởi khai thác khoáng sản, việc trồng thử nghiệm cây cao lương trên đất khai thác mỏ thành công sẽ mang lại nhiều tác động tích cực cho môi trường sinh thái sau khi mỏ Núi Pháo hoàn thành khai thác. Mặt khác, cây cao lương có sức tái sinh rất mạnh, trồng một vụ có thể thu hoạch liên tiếp 2 – 3 lần tùy thuộc vào mức độ thâm canh. Để có tái sinh mọc lại nhanh, chừa lại phần gốc ít nhất 10 – 18cm sau khi thu hoạch. Tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa có những nghiên cứu chuyên sâu về các biện pháp kỹ thuật đối với cao lương ngọt đặc biệt là là sự tương tác giữa liều lượng phân bón tổng hợp NPK đến năng suất, chất lượng, khả năng tái sinh.
Bên cạnh đó, Núi Pháo ( Đại Từ - Thái Nguyên) là một địa điểm khai thác khoáng sản có diện tích rất lớn đất hoàn nguyên cần phải cải tạo, rất thích hợp n 3 để nghiên cứu khả năng phát triển và chống chịu của mầm tái sinh. Xuất phát từ thực tiễn trên, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng phân tổng hợp NPK đến khả năng tái sinh chồi và năng suất sinh khối cây cao lương ngọt trồng trên đất hoàn nguyên sau khai thác mỏ tại Núi Pháo, Thái Nguyên”. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 1. Mục tiêu của đề tài Xác định được liều lượng phân tổng hợp NPK phù hợp cho cao lương ngọt để cây tái sinh chồi và đạt được năng suất sinh khối cao trong điều kiện đất sau khai thác mỏ tại Núi Pháo, Thái Nguyên.
Yêu cầu của đề tài Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của liều lượng phân bón tổng hợp NPK đến khả năng tái sinh chồi, khả năng chống chịu sâu bệnh, năng suất sinh khối và hàm lượng đường của cây cao lương ngọt trồng trên đất hoàn nguyên sau khai thác mỏ. n 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Cơ sở khoa học của đề tài Trong sản xuất nông nghiệp, phân bón có vai trò rất quan trọng trong việc góp phần tăng năng suất và sản lượng cây trồng. Nhu cầu dinh dưỡng của cây cao lương rất giống với cây ngô nhưng cao lương cần một lượng đạm lớn, một lượng vừa phải phot pho và kali.
Mặt khác, phân bón được sử dụng trong thí nghiệm là phân NPK tổng hợp có hàm lượng đạm tương đối cao so với phốt pho và kali (10-6-4), điều này tương đối phù hợp với nhu câu dinh dưỡng của cây. Một diểm có lợi của việc dùng phân tổng hợp nữa là lượng phân tổng hợp này sẽ tan dần và cung cấp dinh dưỡng cho cây trong quá trình cây phát triển, không bị thất thoát nhiều do điều kiện ngoại cảnh gây ra. Theo Mortvedt và cộng sự (1996) [26], đất trồng cao lương thích hợp nhất là đất thoát nước tốt, pH từ 6 đến 7. Lượng phân bón tổng hợp NPK phụ thuộc vào kết quả kiểm tra mẫu đất trong khu ruộng cụ thể và cây trồng tiếp theo là gì.
Trong trường hợp không làm thí nghiệm kiểm tra mẫu đất, nói chung bón lần 33,6kg/ha và 8,6kg K/ha. Tuy nhiên ảnh hưởng của phân lân và kali sẽ không lớn nếu lượng lân và kali tồn dư trong đất từ vụ trước ở mức trung bình hoặc cao. Lượng đạm yêu cầu phụ thuộc vào năng suất mong muốn và giống. Lượng đạm khoảng 224,2 kg N/ha với điều kiện có tưới và 16,8 kg N/ha trong điều kiện khô hạn bởi vì ở điều kiện này liều lượng năng suất sẽ thấp hơn.
Lượng đạm cần bón có liên quan đến cây trồng trước, ví dụ cây họ đậu, lượng phân chuồng là những yếu tố cần tính đến để áp dụng mức phân cần bón. Nếu bón đạm ở mức nhiều cần chia ra nhiều lần bón đều nhau. Cao lương làm thức ăn gia súc sẽ lấy một lượng lớn đạm trong đất do đó người trồng phải kiểm tra hàm lượng đạm trong đất thường xuyên để đáp ứng yêu cầu của cây. n 5 Qua điều tra, tổng kết về vai trò của phân bón của phân bón với cây trồng ở trên thế giới cũng như ở Việt Nam cho thấy: Trong số các biện pháp kỹ thuật trồng trọt liên hoàn (làm đất, giống, mật độ gieo trồng, BVTV.), bón phân luôn là biện pháp kỹ thuật có ảnh hưởng lớn nhất, quyết định nhất đối với năng suất và sản lượng cây trồng.
Giống mới cũng chỉ phát huy được tiềm năng của mình, cho năng suất cao khi được bón đủ phân và bón hợp lý. Từ thực tiễn sản xuất ở các nước cũng cho thấy: Không có phân hoá học thì không có năng suất cao. Ở các nước có hệ thống nông nghiệp phát triển trong hơn 100 năm trở lại đây (từ khi bắt đầu sử dụng phân bón hoá học), việc sử dụng phân khoáng làm tăng hơn 60% năng suất cây trồng. Cách mạng xanh ở Ấn Độ: Năm 1950, khi nông dân Ấn Độ chưa biết dùng phân bón chỉ sản xuất được 50 triệu tấn lương thực/năm, bị thiếu đói trầm trọng.
Năm 1984 nhờ sử dụng 7,8 triệu tấn phân bón/năm đã đưa sản lượng lương thực lên 140 triệu tấn, khắc phục nạn đói triền miên cho Ấn Độ. Kết quả điều tra của FAO trong thập niên 70 – 80 của thế kỷ 20 trên phạm vi toàn thế giới cho thấy: tính trung bình phân bón quyết định 50% tổng sản lượng nông sản tăng lên hàng năm và bón 1 tấn chất dinh dưỡng nguyên chất thì thu được 10 tấn hạt ngũ cốc. Ở các nước châu Á, Thái Bình Dương (1979 – 1989), phân bón làm tăng 75% năng suất lúa. Sử dụng phân bón hợp lý luôn là cơ sở quan trọng cho việc phát huy hiệu quả của các biện pháp kỹ thuật khác (làm đất, giống, mật độ gieo trồng, tưới tiêu, bảo vệ thực vật…).
Thực tế sản xuất đã cho thấy rằng việc bón thiếu, thừa hay bón không cân đối đều làm giảm chất lượng nông sản. Việc bón phân hợp lý cho cây trồng vừa nhằm đạt năng suất cây trồng cao thỏa đáng với chất lượng tốt, hiệu quả năng suất cao đặc biệt cần phải bón phân với liều lượng hợp lý (tối ưu) n 6 tùy thuộc vào loại phân bón, giống và loài cây trồng để cho cây phát triển sinh trưởng tốt, năng suất cao, hiệu quả của phân bón cao nhưng giảm chi phí đầu vào và không gây ô nhiễm nông phẩm và môi trường. 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. Hằng 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 hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam. Cao lương đang được nghiên cứu nhằm thay thế các cây trồng khác như mía, ngô, sắn. trong việc sản xuất năng lượng sinh học, cao lương có hàm lượng đường trong thân mía 9% (Karve và cs, 1970) [15]. Đó là chưa nói cao lương có hàm lượng năng lượng khá cao, tương đương với mía và gần gấp 4 lần so với bắp mà không có phế phẩm.