Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Nguồn gốc, phân bố của cây cao lương 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 270C (Wilson ,H. Cây cao lương có nguồn gốc từ miền Trung Phi cách đây 5 - 7 nghìn năm, sau đó được phát triển ở Ấn Độ, Trung Quốc và được du nhập vào Mỹ năm 1890 để làm thức ăn gia súc (Evelyn, 1951)[17]. 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)[25]. 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 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, những nơi quá nóng và khô không phù hợp sản xuất ngô. Đây cũng là cây trồng lấy hạt chính ở những vùng khô hạn và bán khô hạn (Wilson ,H.
Đặc điểm nông sinh học của cây cao lương Cao lương ngọt (Sweet sorghum) là một cây thuộc họ hòa thảo, thân thẳng, chứa nhiều nước chiều cao trung bình từ 0,6 - 5m tùy thuộc vào giống, điều kiện canh tác và môi trường mà chiều cao cây thay đổi từ 0,5 - 5m. Bee, 1983) [26] tùy thuộc vào tổng tích ôn của từng giống trong điều kiện trồng cụ thể, do vậy mà thời gian sinh trưởng của cao lương chúng cũng khác nhau. Thân cao lương gồm các lóng và đốt, lá mọc ra từ đốt, chồi có thể mọc ra từ các đốt thân. Thân cây cứng, thông thường thuộc dạng thân đứng, thân e 5 có thể khô hoặc chứa nhiều nước, giữa thân có thể rỗng hoặc không, có đốt giống cỏ, nằm trong họ hòa thảo.
Đường kính thân dao động từ 0,5 - 5cm và thu nhỏ ở phần ngọn. Tại mỗi mắt thân xuất hiện một lá và một chồi. Trên thân phát triển một vài chồi nách làm cho cây cao lương đẻ nhánh nhiều và khỏe. Thời gian đẻ nhánh sớm hay muộn tùy thuộc vào giống, thời vụ và kỹ thuật canh tác.
Cao lương có sức tái sinh rất mạnh, nếu thân chính bị chết đi thì các nhánh con sẽ mọc ra thay thế thân chính, do đó trồng một vụ có thể thu hoạch liên tiếp 2 - 3 lần, có khi tới 4 lần tùy vào mức độ thâm canh. Bộ rễ cao lương phát triển rộng, 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 dưới mặt đất nhưng thông thường tập trung ở độ sâu 0,9m hoặc có thể tăng lên gấp 2 lần chiều sâu đó. 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 mà cao lương có thể sống ở những nơi khô hạn hơn ngô (Wilson, 1995)[39], (Mortvedt và cs,1996) [28]. Lá cao lương rộng và dài, phân bố trên thân rất đa dạng, chúng có thể tập trung phần gốc hoặc phân bố đồng đều trên thân ít hoặc nhiều. Số lá trên thân chính có thể thay đổi từ 7 - 24 lá tùy thuộc từng giống. Lá cây trông rất giống lá ngô, đôi khi cuộn tròn lại.
Lá cao lương cũng có phần bẹ ôm sát vào thân cây làm tăng độ cứng cho cây, bẹ lá thông thường có chiều dài khoảng 15 - 35cm và cuộn chặt lấy thân. Phiến lá thẳng hoặc lòng mo, dài từ 30 - 135cm và rộng từ 1,5 - 13cm với mép lá thẳng hoặc gợn sóng, mặt lá thường phủ một lớp phấn sáp. Gân giữa lá có thể có màu trắng, vàng đối với giống có thân rỗng và khô hoặc màu xanh đối với giống thân có dịch. Hoa cao lương kết lại thành bông dài 4 - 25cm, rộng 2 - 20cm, có thể mọc thẳng đứng hoặc cong xuống như cổ ngỗng.
Hoa cao lương mọc thành chùm, chùm hoa có cả hoa đực và hoa cái, mỗi chùm gồm khoảng 6000 bông con. Chùm hoa có một cuống trung tâm, với những nhánh cấp 1, cấp 2, đôi e 6 khi có cấp 3, từ các nhánh này sinh ra các chùm hoa nhỏ. Chiều dài và khoảng cách của những nhánh hoa quyết định hình dạng của chùm, từ hình nón hoặc hình ô van kín Hạt cao lương có dạng tròn hoặc ô van có kích thước từ 4 - 8mm, có nhiều màu sắc, hình dạng khác nhau tùy từng giống. Một kg hạt giống chứa 25.
Hạt cao lương có nhiều màu sắc khác nhau từ màu vàng nhạt, màu nâu đỏ nhạt đến màu nâu sẫm tùy thuộc vào từng nhiều tanin làm cho hạt có vị đắng. Cao lương là cây C4 có khả năng sử dụng ánh sáng cao hơn các loại cây khác, dưới điều kiện ánh sáng cao và nhiệt độ nóng, chúng có thể quang tổng hợp mạnh hơn. Theo (Trần Văn Hòa, 2003) [4] hơn 90% chất khô tích lũy được là do quang hợp và sản xuất nhiều sinh khoáng, có khả năng thích nghi và tiến hóa trong những vùng bị hạn chu kỳ. Cây cao lương đóng vai trò quan trọng trong các khu vực có khí hậu khô cằn.
Chúng tạo thành một phần quan trọng của các bãi chăn thả gia súc tại nhiều khu vực nhiệt đới do có đặc tính chịu khô hạn và chịu nóng cao Cao lương không chỉ có thể phát triển ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới với lượng mưa hàng năm chỉ khoảng 400 - 600mm, nơi quá khô ngô không trồng được mà nó còn có khả năng phát triển được ở điều kiện thường xuyên ngập nước, do đó nó cũng có thể trồng ở những vùng có lượng mưa lớn. Theo (Duke, 1983) [16] thì cao lương cũng có thể trồng được ở những vùng đất có pH xuống tới 4,3 hoặc lên tới 8,7; khoảng nhiệt độ cao lương có thể thích ứng được là từ 2 - 41oC, nhiệt độ hàng năm trung bình có thể từ 7,8 - 27,80C, thông thường khoảng 20,10C. Cao lương có thể thích ứng tốt trong các điều kiện nóng và lạnh của các vùng thuộc khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới. Theo báo cáo từ các khu vực Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ, Tây Á, Địa Trung Hải… thì cây cao lương là cây trồng chống chịu được với các loại đất e 7 từ chua đến kiềm, đất ngập nước hay khô hạn, nồng độ muối cao, các loại nấm bệnh cũng như cỏ dại.
Cao lương có các đặc điểm về 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, bộ rễ phụ nhiều gấp 2 lần so với ngô, trên phiến lá hoặc bẹ lá có một lớp sáp màu trắng nhạt bao phủ để bảo vệ chúng khỏi sự mất nước dưới điều kiện khô nóng và làm giảm sự mất nước, khả năng tái sinh mạnh mẽ và tự dừng sinh trưởng trong điều kiện hạn, phục hồi bình thường trở lại khi điều kiện thuận lợi. Với những đặc tính vượt trội về khả năng chịu úng, hạn, nóng, lạnh và mặn hơn hẳn các loài cây trồng khác, cây cao lương có thể coi là một trong những loại cây trồng có thể canh tác tốt trong những vùng đất khó khăn, đặc biệt là trong điều kiện khô hạn 1. Tình hình sản xuất và nghiên cứu cao lương trên thế giới và Việt Nam 1. Tình hình sản xuất và nghiên cứu cao lương trên thế giới Cao lương thích nghi rất tốt với vùng đất bán khô hạn và là một trong những cây trồng chuyển hóa CO2 thành đường hiệu quả nhất trên những vùng đất khô hạn.
Cao lương là một trong những loại cây ngũ cốc hàng đầu thế giới, cung cấp thực phẩm, thức ăn, chất xơ, nhiên liệu, sợi. Cung cấp lương thực cho 750 triệu người trên hành tinh, đặc biệt là ở những vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới của châu Phi, châu Á và châu Mỹ La Tinh (Schaffert R.1: Tình hình sản xuất cao lương trên thế giới trong 5 năm gần đây Năm Diện tích (triệu ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (triệu tấn) 2009 40,94 13,90 56,93 2010 41,58 14,44 60,06 2011 42,31 13,77 58,24 2012 38,16 14,95 57,03 2013 42,12 14,57 61,38 (Nguồn: FAOSTAT,2014) e 8 Theo FAO,2014, diện tích trồng cao lương trên thế giới trong 5 năm gần đây có sự thay đổi không nhiều, với diện tích dao động trong khoảng trên 40 triệu ha. Năng suất của giống cao lương dao động trong khoảng 13,77 đến 14.95 tạ/ha với sản lượng là 56 - 61 triệu tấn.2: Tình hình sản xuất cao lương ở các châu lục trong 5 năm gần đây Năm 2009 2010 2 011 2012 2013 Châu lục DT (triệu ha) 24,99 25,57 26,66 23,14 26,54 Châu Phi NS hạt (tạ/ha) 8,95 9,68 9,47 10,09 9,69 SL hạt (triệu tấn) 22,37 24,74 25,24 23,35 25,71 DT (triệu ha) 5,9 5,88 5,85 6,23 6,82 Châu Mỹ NS hạt (tạ/ha) 35,65 38,23 33,82 34,03 34,53 SL hạt (triệu tấn) 21,03 22,49 19,80 21,22 23,53 DT (triệu ha) 9,14 9,45 8,91 7,89 7,84 Châu Á NS hạt (tạ/ha) 11,13 11,12 11,59 11,97 11,17 SL hạt (triệu tấn) 10,17 10,51 10,33 9,44 8,76 DT (triệu ha) 0,15 0,16 0,26 0,23 0,33 Châu Âu NS hạt (tạ/ha) 44,39 44,95 36,32 33,66 35,20 SL hạt (triệu tấn) 0,67 0,71 0,93 0,78 1,16 DT (triệu ha) 0,77 0,52 0,63 0,66 0,60 Châu Đại NS hạt (tạ/ha) 35,10 30,98 30,57 33,97 37,49 Dương SL hạt (triệu tấn) 2,70 1,60 1,94 2,24 2,23 (Nguồn: FAOSTAT, 2014) Bảng 1.3 cho thấy tình hình sản xuất cao lương giữa các châu lục có sự khác nhau rất nhiều về diện tích, năng suất và sản lượng. Châu Mỹ là châu lục có năng suất cao lương cao thứ thế giới, sản lượng cao lương lớn thứ hai thế e 9 giới tập trung chủ yếu ở Mỹ, Mexico, Braxin và Argentina.
Châu Á cũng là châu lục trồng nhiều cao lương trong đó Trung quốc là đại diện của châu Á về diện tích, năng suất và sản lượng (FAOSTAT, 2014). Châu Phi là Châu lục có diện tích trồng cao lương lớn nhất thế giới chiếm 62,9% diện tích cao lương trên thế giới. Mặc dù năng suất hạt cao lương khá thấp, năm 2013 đạt 9,69 tạ/ha, thấp hơn so với bình quân năng suất thế giới (15,93 tạ/ha) nhưng do diện tích lớn nên châu Phi có sản lượng cao nhất thế giới chiếm 41,87% sản lượng của thế giới (FAOSTAT, 2014).