MỞ ĐẦU Sự khai thác và sử dụng quá mức nguồn nhiên liệu hóa thạch vào cuối thế kỷ 20 đã khiến trữ lượng của chúng giảm mạnh, đồng thời góp phần làm gia tăng ô nhiễm môi trường và gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu. Trong bối cảnh đó, rất nhiều quốc gia đang nỗ lực tìm kiếm một loại năng lượng mới thân thiện với môi trường và năng lượng sinh học chính là một nguồn năng lượng đang được đặc biệt chú ý. Việc trồng các loại cây lấy dầu, đặc biệt là cây Cọc rào (Jatropha curcas) để sản xuất dầu sinh học là một trong những giải pháp được nhiều quốc gia lựa chọn. Ngoài ra, với đặc tính thích ứng với cả vùng đất cằn cằn cỗi, suy thoái, các vùng hoang hóa, đất cát khô hạn, cây Cọc rào còn được trồng để góp phần cải tạo môi trường đất.
Cây Cọc rào có nguồn gốc từ Mehico và Trung Mỹ, hiện nay được trồng rộng rãi trên thế giới, nhất là các nước Ấn Độ, Trung Quốc, Indonexia, Thái Lan, Malayxia, Myanma, Madagasca, Zambia, Ghana, Brazil… Rất nhiều công trình đã tập trung nghiên cứu về hàm lượng dầu trong hạt cây Cọc rào, khả năng và hiệu quả chiết xuất dầu từ cây Cọc rào, các điều kiện ảnh hưởng đến sự phát triển và sản lượng của cây, khả năng sử dụng cây vào nhiều mục đích khác nhau như cải tạo đất, xử lý ô nhiễm môi trường, chữa bệnh… Tại Việt Nam, việc nghiên cứu và phát triển cây Cọc rào để sản xuất dầu diesel sinh học được đặc biệt chú ý sau khi đề án “Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến 2025” do Phó Thủ tướng phê duyệt và “Nghiên cứu, phát triển và sử dụng sản phẩm cây Cọc rào (Jatropha curcas) ở Việt Nam giai đoạn 2008 – 2015 và tầm nhìn đến 2025” do Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phê duyệt. Các nghiên cứu về cây Cọc rào tập trung vào một số vấn đề như khả năng sản xuất diesel sinh học, đặc tính thực vật của cây, biến động năng suất và hàm lượng dầu trong hạt, các biện pháp kỹ thuật thâm canh. Mặc dù cây Cọc rào được phát hiện mọc tự nhiên tại nhiều vùng sinh thái khác nhau như vùng trung du miền núi phía Bắc, vùng Bắc Trung Bộ, vùng duyên hải Nam Trung Bộ, HV: Nguyễn Thị Duyên 1 NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học vùng Đông Nam Bộ, nhưng kết quả trồng thử nghiệm cho thấy cây trồng tại các vùng sinh thái khác nhau có sản lượng hạt khác nhau.
Bên cạnh đó, phần lớn cây trồng tại vùng trung du miền núi phía Bắc sinh trưởng kém, tỷ lệ cây chết cao, sản lượng thấp… Nhận thấy, đặc điểm sinh địa hóa tại các vùng đất trồng cây có vai trò quan trọng đến sự phát triển của cây, học viên lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm sinh địa hóa vùng đất tại Ba Vì (Hà Nội) và Hƣớng Hóa (Quảng Trị) đối với sự phát triển cây Cọc rào (Jatropha curcas)” với mục tiêu và nhiệm vụ như sau: Mục tiêu: Đánh giá được đặc điểm sinh địa hóa vùng đất Ba Vì và Hướng Hóa đối với sự phát triển của cây Cọc rào. Điều tra, thu thập tài liệu liên quan đến điều kiện tự nhiên, địa chất, khí hậu khu vực Ba Vì và Hướng Hóa; 2. Tổng quan nghiên cứu về cây Cọc rào trên thế giới và tại Việt Nam; đặc điểm sinh thái của cây Cọc rào; 3. Nghiên cứu đặc điểm sinh địa hóa vùng đất Ba Vì và Hướng Hóa; 4.
Nghiên cứu chu trình sinh địa hóa một số nguyên tố vi lượng cần thiết (Cu, Mn, Zn) đối với sự phát triển của cây Cọc rào; 5. Nghiên cứu, đánh giá được ảnh hưởng của điều kiện sinh địa hóa đến sự phát triển của cây Cọc rào. HV: Nguyễn Thị Duyên 2 NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.
Tổng quan về cây Cọc rào Cây Cọc rào có tên khoa học là Jatropha curcas, thuộc chi Cọc rào, họ Thầu dầu. Cây Cọc rào có nguồn gốc từ Mexico và Trung Mỹ (Benge và Officer, 2006). Sau khi được người Bồ Đào Nha mang qua Cape Verde, cây Cọc rào lan truyền sang châu Phi, từ đó nó được trồng ở nhiều nước và trở thành cây bản địa ở khắp các nước nhiệt đới, cận nhiệt đới trên toàn thế giới như Ấn Độ, Trung Quốc, Indonexia, Malayxia, Philipin, Thái Lan, Nam Phi. Cây Cọc rào có mặt ở Việt Nam từ trước thế kỉ XIV.
Cây Cọc rào mọc hoang dại tại nhiều vùng sinh thái khác nhau như: vùng trung du miền núi phía Bắc (Lào Cai, Lai Châu, Điện Biên, Sơn La, Hòa Bình, Lạng Sơn); vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Quảng Trị); vùng duyên hải Nam Trung Bộ (Ninh Thuận, Bình Thuận, Khánh Hòa); vùng Đông Nam Bộ (Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Lâm Đồng) (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, 2008). Hiện nay cây được trồng rải rác ở nhiều địa phương như Đồng Nai, Đắc Lắc, Ninh Thuận, Bình Thuận, Phú Thọ, Quảng Trị… (Lê Quốc Huy và nnk, 2008). Cây Cọc rào vẫn là cây bụi với các nhánh lan rộng, cây phát triển lên đến 20 m trong điều kiện thuận lợi (Benge và Officer, 2006). Cây được nhân giống từ hạt thường có năm rễ, trong đó có một gốc rễ chính và bốn rễ phụ.
Cây được nhân giống bằng phương pháp hom thường chỉ phát triển rễ phụ và rễ chính chỉ có thể dài bằng 1/2 hoặc 1/3 chiều dài của một rễ cây thông thường. Cây có thể sống được 30 – 50 năm nên khi trồng loại cây này chỉ mất công trồng một lần đầu và cho thu hoạch các năm về sau (Nguyễn Công Tạn, 2008). Thân cây Cọc rào có màu xám trắng, vỏ mịn, có mủ. Lá lớn có màu xanh nhạt sắp xếp trên cây theo kiểu so le.
Cây có cơ chế rụng lá vào mùa đông. Bằng cách này, cây có thể sống được nhiều tháng với hàm lượng nước tối thiểu trong cơ thể. Hoa của loài cây này ra theo cụm và hình thành ở các nách lá. Cây thường ra hoa vào cuối mùa nóng với kiểu ra hoa đơn tính đôi khi có hoa lưỡng tính.
Nếu cây HV: Nguyễn Thị Duyên 3 NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học có điều kiện tăng trưởng liên tục sẽ xảy ra sự mất cân bằng giữa nhụy và nhị, kết quả là số lượng hoa cái sẽ cao hơn. Sau thời gian ra hoa thì quả Cọc rào được hình thành, thường là sau mùa đông. Tuy nhiên, nó có thể ra vài mùa trong năm nếu đất có độ ẩm tốt và nhiệt độ đủ c ao.
Mỗi cụm hoa cho khoảng mười quả nang, đen, hình trứng, dài và rộng 2 – 2,5 cm. Trong mỗi quả có hai, ba vách ngăn khi quả trưởng thành và vỏ khô lại (Brittaine và Lutaladio, 2010). Cây và hạt Cọc rào tại khu vực Hƣớng Hóa Hạt là sản phẩm người trồng quan tâm nhất. Hạt được thu hoạch khi vỏ hạt chuyển từ màu xanh sang màu vàng.
Mỗi quả có thể cho 3 – 4 hạt. Hạt thuôn dài giống như hạt thầu dầu nhỏ, có màu đen, vỏ hạt mỏng (Brittaine và Lutaladio, 2010). Hàm lượng dầu trong hạt của Cọc rào dao động trong khoảng từ 18,4 đến 42,3% nhưng thông thường rơi vào khoảng từ 30 đến 35% (Heller, 1996). Tất cả lượng dầu gần như được trữ lại trong hạt, nơi mà hàm lượng dầu đạt khoảng 50 – 55% (Jongschaap và nnk, 2007).
Điều này vượt trội hơn khi so sánh với hạt lạc (42%), hạt cải dầu (37%), hạt đậu nành (14%) và hạt hướng dương (32%) (Jongschaap và nnk, 2007). Các chất chứa trong thành phần của cây (ngoài dầu) rất đa dạng như N, P, Ca, Mg, Fe, Cu (Nguyễn Công Tạn, 2008). Hạt Cọc rào chứa chủ yếu là dầu thô và protein trong khi vỏ phần lớn là chất xơ. Trong vỏ HV: Nguyễn Thị Duyên 4 NHD: TS.
Nguyễn Thị Hoàng Hà LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học chứa nhiều protein và cacbonhydrate (Nguyễn Công Tạn, 2008). Vỏ và nhân hạt là sản phẩm để khai thác dầu, tuy nhiên trong hạt có chứa một số hợp chất độc hại bao gồm cả lectin, saponin, phorbol là các chất gây ung thư, và chất ức chế trypsin (Benge và Officer, 2006). Hạt giống của cây cũng có hàm lượng toxalbumin và curcin cao. Một lượng nhỏ ricin bằng (1/108%) trọng lượng cơ thể đã có thể gây tử vong cho người dùng (Nguyễn Công Tạn, 2008).
Cây Cọc rào là loài cây đa mục đích, tất cả các phần của cây đều có giá trị sử dụng (Hình 1. Thân cây được dùng để làm hàng rào chăn nuôi, chống xói mòn, làm phân xanh, làm củi. Vỏ quả, lá và mủ cây thường được người dân sử dụng để chữa bệnh viêm nhiễm và làm lành vết thương rất hiệu quả. Riêng quả và vỏ quả dùng để cải tạo, làm sạch đất và sản xuất khí đốt sinh học.
Cây Cọc rào có năng suất sinh học và hàm lượng chất dinh dưỡng cao do đó có thể sử dụng bã ép dầu nguyên liệu làm phân bón hữu cơ, thành phần hoạt chất của phế liệu có khả năng sử dụng làm chế phẩm phòng trừ sâu bệnh. Đặc biệt hàm lượng dầu cao có trong hạt của cây không chỉ dùng để làm nhiên liệu sinh học mà còn thể làm xà phòng, làm thuốc trừ sâu, chất diệt nhuyễn thể… Mỗi loài cây sinh trưởng và phát triển đều cần có những yêu cầu sinh thái nhất định về nhiệt độ, nước, độ ẩm, ánh sáng, chất dinh dưỡng. Cọc rào có biên độ sinh thái khá rộng, có thể thích nghi với biên độ dao động khí hậu và chất lượng đất tương đối lớn, tuy nhiên để đạt sản lượng tốt cây cần được trong điều kiện nhất định. Nhiệt độ: Cây Cọc rào sinh trưởng và phát triển ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, với vùng canh tác thuận lợi là từ vĩ độ 300 Bắc đến 350 Nam.
Loài cây này cũng phát triển tốt ở những vùng mực nước biển thấp hơn, khoảng 0 đến 500m so với mực nước biển. Cọc rào là loài thực vật không dễ bị ảnh hưởng bởi độ dài của ngày và có thể nở hoa vào bất kì thời điểm nào trong năm (Heller, 1996). Nhiệt độ lý tưởng là vào khoảng từ 20 – 28 0C (Brittaine và Lutaladio, 2010). HV: Nguyễn Thị Duyên 5 NHD: TS.
Nguyễn Thị Hoàng Hà LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.