Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự gia tăng nhu cầu năng lượng toàn cầu cùng với sự cạn kiệt của các nguồn nhiên liệu hóa thạch và tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng (các chất thải như chì, benzen, $SO_2$, $NO_x$, $CO$ chiếm tới 64% lượng không khí ô nhiễm tại các đô thị) đã thúc đẩy xu hướng tìm kiếm các nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là nhiên liệu sinh học (Biofuel) như ethanol và diesel sinh học. Trong số các cây trồng cung cấp nguyên liệu sinh học (sắn, ngô, mía, cao lương), cao lương ngọt (Sorghum bicolor (L.) Moench) sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội: quang hợp theo chu trình $C_4$, nhu cầu nước thấp hơn ngô 17%, nhu cầu đạm thấp hơn 37%, khả năng tích lũy sinh khối lớn và thích ứng rộng trên nhiều loại đất. Cứ 16 tấn thân cây cao lương ngọt có thể sản xuất 1 tấn ethanol và phần bã chiết xuất được 500 kg diesel sinh học, tương đương với mía và gấp gần 4 lần ngô.

Tại Việt Nam, nghiên cứu và phát triển cây cao lương ngọt làm nguyên liệu sản xuất ethanol vẫn còn mới mẻ. Hai giống phổ biến trong nước là C4 và C7 (do Viện Môi trường Nông nghiệp chọn tạo) có năng suất thân thấp, chỉ đạt 30–50 tấn/ha (trong khi tại Nhật Bản năng suất trung bình đạt 150 tấn/ha, tối đa đạt 324 tấn/ha). Khó khăn lớn nhất hiện nay là thiếu các dòng, giống cao lương ngọt cao sản có hàm lượng đường cao, thích nghi tốt với điều kiện sinh thái từng vùng. Tỉnh Thái Nguyên và khu vực trung du miền núi phía Bắc có quỹ đất dồi dào phù hợp cho phát triển cây trồng cạn chịu hạn, nhưng chưa có bộ giống khảo nghiệm chuẩn xác.

Xuất phát từ thực tiễn trên, khóa luận tốt nghiệp đại học ngành Nông học (chuyên ngành Trồng trọt) của sinh viên Bế Minh Khôi, dưới sự hướng dẫn của TS. Hoàng Thị Bích Thảo tại Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên (năm 2014), đã 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”.

Mục đích và các nhiệm vụ nghiên cứu được xác định cụ thể:

  1. Mục đích: Lựa chọn được các giống cao lương ngọt có năng suất sinh khối, hàm lượng đường cao và khả năng chống chịu tốt, phù hợp với điều kiện sinh thái vụ xuân tại tỉnh Thái Nguyên.
  2. Nhiệm vụ nghiên cứu:
    • Nhiệm vụ 1: Nghiên cứu đặc điểm hình thái của các giống cao lương ngọt thí nghiệm.
    • Nhiệm vụ 2: Nghiên cứu, đánh giá năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các giống trong thí nghiệm.
    • Nhiệm vụ 3: Nghiên cứu, đánh giá hàm lượng đường (độ Brix) và tỷ lệ dịch ép của các giống qua các giai đoạn sinh trưởng.
    • Nhiệm vụ 4: Theo dõi tình hình sâu bệnh hại chính (sâu đục thân, bệnh thối thân) và khả năng chống đổ ngã của các giống trong điều kiện tự nhiên.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: 5 giống cao lương ngọt nhập nội đã được mã hóa gồm Giống 3 (Đại học Nagoya, Nhật Bản), Giống 8 (Công ty Earth Note, Nhật Bản), Giống 13 (Công ty Kaneko Seeds, Nhật Bản), Giống 14 (Công ty Snow Brand Seed, Nhật Bản) và Giống 15 (nguồn gốc Australia).
  • Địa điểm nghiên cứu: Khu thực nghiệm cây trồng cạn, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
  • Thời gian nghiên cứu: Vụ xuân năm 2013 (gieo hạt ngày 15/03/2013).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tài liệu tổng quan

Khóa luận vận dụng các nguyên lý nông học và di truyền chọn giống:

  • Cơ sở chọn giống của N.I. Vavilov về mối quan hệ tương tác giữa kiểu gen và môi trường sinh thái ($P = G + E$).
  • Đặc điểm sinh lý thực vật: Cao lương là cây trồng nhiệt đới quang hợp chu trình $C_4$, không có hiện tượng quang hô hấp, điểm bão hòa ánh sáng cao và hiệu quả sử dụng nước vượt trội.
  • Phân loại 5 chủng cao lương canh tác theo Harlan & De Wet (1972): Bicolor, Kafir, Guinea, Caudatum và Durra.
  • Thang phân loại thời gian sinh trưởng của Vinall (1936) từ chín rất sớm ($\le 90$ ngày) đến chín rất muộn ($\ge 125$ ngày).
  • Định hướng phát triển nhiên liệu sinh học theo đề án của Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Thương) đến năm 2015, tầm nhìn 2020 (mục tiêu sản xuất xăng E10 và diesel sinh học B10).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đồng ruộng

  • Bố trí thí nghiệm: Bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (Randomized Complete Block Design – RCBD) gồm 5 công thức (5 giống), 3 lần nhắc lại (tổng số 15 ô thí nghiệm).
  • Quy cách ô: Kích thước ô $4{,}55\text{ m} \times 10\text{ m} = 45{,}5\text{ m}^2$, khoảng cách giữa các ô là $1\text{ m}$. Tổng diện tích khu thí nghiệm thực tế là $682{,}5\text{ m}^2$.
  • Mật độ và khoảng cách: Hàng cách hàng $65\text{ cm}$, cây cách cây $15\text{ cm}$, gieo hạt trực tiếp trên đồng ruộng.
  • Quy trình phân bón cho 1 ha: $10\text{ tấn}$ phân chuồng + $3\text{ tấn}$ phân hữu cơ vi sinh Sông Gianh + $300\text{ kg N} + 96\text{ kg } P_2O_5 + 134\text{ kg } K_2O$ (tương ứng $666\text{ kg}$ urê Đầu Trâu + $600\text{ kg}$ supe lân Lâm Thao + $224\text{ kg}$ Kali Clorua). Bón lót toàn bộ phân chuồng, vi sinh, lân cùng 1/6 N + 1/6 K; bón thúc 3 lần vào các thời điểm 20, 40 và 60 ngày sau gieo.

Phương pháp theo dõi chỉ tiêu và nguồn dữ liệu

  • Hình thái và sinh trưởng: Đo đếm chiều cao cây, số lá tại các thời điểm 30, 60, 90, 120 ngày sau gieo trên 10 cây mẫu cố định ở 2 hàng giữa của mỗi ô; tỷ lệ nảy mầm xác định theo ô; xác định các pha phát dục (trỗ cờ khi $\ge 70%$ cây nở hoa 1/3 trục, chín sữa, chín sáp, chín hoàn toàn khi $\ge 75%$ hạt có chấm đen chân hạt).
  • Năng suất: Đo đường kính thân tại vị trí phình to nhất ($20\text{–}30\text{ cm}$ cách gốc); cân khối lượng thân lá tươi và thân tươi; tính toán năng suất sinh khối lý thuyết/thực thu và năng suất thân lý thuyết/thực thu trên diện tích nửa ô ($22{,}75\text{ m}^2$) không lấy mẫu.
  • Chất lượng dịch ép: Lấy 5 cây đại diện/ô tại 4 giai đoạn (trỗ, chín sữa, chín sáp, chín hoàn toàn), ép bằng máy ép mía cơ học để tính tỷ lệ dịch ép ($% = [\text{Khối lượng dịch ép} / \text{Khối lượng thân tươi}] \times 100$); đo độ Brix ($%$) trực tiếp bằng khúc xạ kế cầm tay ngay sau khi ép.
  • Sâu bệnh và chống chịu: Điều tra tỷ lệ và cấp hại sâu đục thân (thang điểm 0–5), bệnh thối thân do nấm/vi khuẩn (thang điểm 0–5) tại thời điểm cây 40–50 ngày tuổi; tỷ lệ đổ ngã ($%$) khi thân nghiêng $\ge 30^\circ$ so với trục đứng và khả năng phục hồi sau đổ.
  • Xử lý số liệu: Phân tích phương sai (ANOVA) và so sánh trung bình (LSD ở mức ý nghĩa $P < 0{,}05$) bằng phần mềm chuyên dụng IRRISTAT kết hợp bảng tính Microsoft Excel.

Nội dung chính theo từng phần của khóa luận

Phần 1: Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp thiết của việc phát triển nguồn nguyên liệu sinh học thay thế nhiên liệu hóa thạch, phân tích ưu thế vượt trội của cây cao lương ngọt về mặt sinh học, khả năng chịu hạn và hiệu quả kinh tế. Phần này xác định rõ mục đích, 4 yêu cầu cụ thể, ý nghĩa học tập trong việc rèn luyện phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và ý nghĩa thực tiễn nhằm tuyển chọn bộ giống thích nghi cho tỉnh Thái Nguyên.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Phần tổng quan tổng hợp hệ thống tư liệu quốc tế và trong nước:

  • Phân tích nguồn gốc xuất xứ cao lương từ châu Phi (Ethiopia), ngưỡng nhiệt độ sinh trưởng $15\text{–}37^\circ\text{C}$ (tối thích $27^\circ\text{C}$), đặc điểm thực vật học rễ chùm ăn sâu tới $1{,}5\text{ m}$, cấu trúc thân mọng nước và cơ chế quang hợp $C_4$.
  • Tình hình sản xuất cao lương thế giới giai đoạn 1990–2011 theo số liệu FAOSTAT: diện tích canh tác toàn cầu duy trì từ 35,48 đến 45,27 triệu ha, sản lượng đạt 54,20–66,26 triệu tấn. Châu Phi có diện tích lớn nhất ($19{,}56\text{–}27{,}70\text{ triệu ha}$) nhưng năng suất hạt thấp ($7{,}28\text{–}10{,}62\text{ tạ/ha}$); Châu Mỹ có năng suất cao nhất thế giới ($32{,}81\text{–}37{,}92\text{ tạ/ha}$).
  • Tiềm năng sản xuất ethanol: Khảo nghiệm quốc tế cho thấy giống Rio cho sản lượng ethanol $3.418\text{ lít/ha}$, giống Keller có hàm lượng đường vượt trội. Tại Ấn Độ (ICRISAT), cao lương ngọt tiêu thụ lượng nước chỉ $4.000\text{ m}^3\text{/vụ}$ (bằng 1/4 cây mía).
  • Thực trạng Việt Nam: Các đề án nhiên liệu sinh học của Bộ Công nghiệp, các nghiên cứu bước đầu tại Đại học Nông Lâm Thái Nguyên từ năm 1990 và dự án hợp tác khảo nghiệm năm 2011 với Công ty Earth Note (Nhật Bản).

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết thông tin 5 giống cao lương ngọt nhập nội (mã số 3, 8, 13, 14, 15); sơ đồ bố trí thí nghiệm RCBD với 15 ô tại Khu cây trồng cạn; định mức phân bón và thời điểm bón thúc; công thức toán học tính toán các chỉ tiêu sinh trưởng, năng suất lý thuyết, năng suất thực thu, tỷ lệ dịch ép, độ Brix và thang điểm đánh giá mức độ hại của sâu đục thân, bệnh thối thân, tỷ lệ đổ ngã.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương này công bố và thảo luận toàn bộ số liệu thực nghiệm thu thập trong vụ xuân 2013 tại Thái Nguyên qua các khía cạnh:

1. Đặc điểm hình thái và khả năng nảy mầm

Các giống thí nghiệm đều có lá màu xanh sẫm, góc lá rộng ($45\text{–}50^\circ$), hạt dạng tròn. Thân cây có màu xanh vàng (Giống 3, 8, 13) hoặc xanh sẫm (Giống 14, 15). Màu vỏ hạt biến động từ vàng chanh đến nâu đỏ. Do nhiệt độ gieo hạt đầu vụ xuân đạt khoảng $23^\circ\text{C}$ (thấp hơn nhiệt độ tối thích $25\text{–}30^\circ\text{C}$), các giống nảy mầm sau 4 ngày với tỷ lệ nảy mầm dao động từ $78{,}4%$ đến $83{,}5%$ (khác biệt không có ý nghĩa thống kê ở mức $P > 0{,}05$).

Giống Màu sắc thân Màu sắc lá Góc lá (độ) Hình dạng hạt Màu sắc hạt Màu sắc vỏ hạt Tỷ lệ nảy mầm (%)
3 Xanh vàng Xanh sẫm $45^\circ$ Tròn Vàng nhạt Vàng chanh $82{,}2$
8 Xanh vàng Xanh sẫm $50^\circ$ Tròn Vàng nhạt Nâu đỏ $78{,}8$
13 Xanh vàng Xanh sẫm $45^\circ$ Tròn Vàng sẫm Nâu đỏ $83{,}5$
14 Xanh sẫm Xanh sẫm $45^\circ$ Tròn Nâu nhạt Vàng chanh $78{,}4$
15 Xanh sẫm Xanh sẫm $50^\circ$ Tròn Nâu sẫm Nâu đỏ $79{,}2$

2. Thời gian sinh trưởng và động thái tăng trưởng

Các giống thí nghiệm thuộc nhóm chín trung bình, có tổng thời gian sinh trưởng từ gieo đến chín hoàn toàn từ 120 đến 130 ngày (Giống 14 trỗ muộn nhất ở 95 ngày và chín hoàn toàn ở 130 ngày; các giống 3, 8, 13, 15 trỗ ở 83–87 ngày và chín hoàn toàn ở 120–123 ngày). Chiều cao cây tăng nhanh nhất ở giai đoạn 30–60 ngày sau gieo (chiếm khoảng 50% tổng chiều cao) và đạt tối đa sau khi trỗ cờ (90 ngày). Số lá cuối cùng của các giống đạt từ 20,9 đến 22,0 lá/cây.

Chỉ tiêu theo dõi Giống 3 Giống 8 Giống 13 Giống 14 Giống 15 LSD$_{0{,}05}$
TG từ gieo đến trỗ (ngày) 83 85 87 95 87 —
TG đến chín sáp (ngày) 108 107 108 115 110 —
TG đến chín hoàn toàn (ngày) 120 121 123 130 121 —
Chiều cao cây 30 ngày (cm) $74{,}3$ $75{,}8$ $80{,}6$ $80{,}6$ $71{,}7$ $9{,}9$
Chiều cao cây 60 ngày (cm) $313{,}5$ $310{,}9$ $332{,}3$ $372{,}1$ $295{,}9$ $35{,}1$
Chiều cao cây 120 ngày (cm) $423{,}6$ $404{,}5$ $432{,}3$ $450{,}1$ $318{,}4$ $65{,}5$
Số lá cuối cùng (lá/cây) $21{,}2$ $20{,}9$ $21{,}7$ $22{,}0$ $21{,}3$ $7{,}72$

3. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất

Giống 14 có các chỉ tiêu sinh trưởng cá thể cao nhất (khối lượng thân lá $1.603\text{ g/cây}$, khối lượng thân $1.256\text{ g/cây}$, năng suất sinh khối lý thuyết $164{,}4\text{ tấn/ha}$), nhưng do bị bệnh thối thân nặng gây mất mật độ cây nên năng suất thực thu đạt thấp ($101{,}9\text{ tấn/ha}$ sinh khối và $80{,}4\text{ tấn/ha}$ thân). Ngược lại, các giống 13, 3 và 8 có khả năng chống chịu tốt, giữ vững mật độ nên đạt năng suất thực thu cao nhất.

Chỉ tiêu năng suất Giống 3 Giống 8 Giống 13 Giống 14 Giống 15 LSD$_{0{,}05}$
Đường kính thân (cm) $2{,}4$ $2{,}5$ $2{,}5$ $2{,}6$ $2{,}2$ $0{,}2$
KL thân lá tươi (g/cây) $1.411$ $1.352$ $1.533$ $1.603$ $1.221$ $127{,}0$
KL thân tươi (g/cây) $1.110$ $1.108$ $1.211$ $1.256$ $940{,}3$ $116{,}6$
NS sinh khối lý thuyết (tấn/ha) $144{,}8$ $138{,}7$ $157{,}2$ $164{,}4$ $125{,}2$ $13{,}0$
NS thân lý thuyết (tấn/ha) $113{,}8$ $113{,}6$ $124{,}7$ $129{,}7$ $96{,}4$ $11{,}9$
NS sinh khối thực thu (tấn/ha) $113{,}4$ $106{,}9$ $116{,}7$ $101{,}9$ $98{,}9$ $11{,}1$
NS thân thực thu (tấn/ha) $89{,}2$ $87{,}6$ $92{,}2$ $80{,}4$ $76{,}1$ $8{,}9$

4. Chất lượng dịch ép và động thái biến động độ Brix

Độ Brix ở tất cả các giống đều đạt giá trị cao nhất tại giai đoạn hạt chín sáp ($13{,}5\text{–}14{,}7%$) và giảm dần khi hạt chín hoàn toàn. Giống 13 và Giống 3 có ưu điểm duy trì độ Brix $> 14%$ ổn định trong thời gian $7\text{–}10\text{ ngày}$. Về hàm lượng dịch ép thân, Giống 13 ($64{,}3%$) và Giống 3 ($64{,}2%$) đạt cao nhất; Giống 14 đạt thấp nhất ($56{,}2%$) do thân có cấu trúc xốp.

Chỉ tiêu chất lượng Giống 3 Giống 8 Giống 13 Giống 14 Giống 15 LSD$_{0{,}05}$
Brix giai đoạn Trỗ (%) $10{,}3$ $9{,}9$ $11{,}4$ $10{,}1$ $10{,}8$ Không tính
Brix giai đoạn Chín sữa (%) $13{,}6$ $12{,}0$ $13{,}8$ $11{,}4$ $13{,}5$ Không tính
Brix giai đoạn Chín sáp (%) $14{,}3$ $14{,}4$ $14{,}7$ $13{,}5$ $13{,}7$ Không tính
Brix giai đoạn Chín hoàn toàn (%) $11{,}8$ $13{,}9$ $10{,}5$ $12{,}2$ $10{,}7$ Không tính
Tỷ lệ dịch ép thân tươi (%) $64{,}2$ $61{,}3$ $64{,}3$ $56{,}2$ $60{,}1$ $4{,}6$

5. Khả năng chống chịu sâu bệnh và đổ ngã

Giống 13 kháng sâu đục thân tốt nhất ($13{,}2%$ tỷ lệ hại, Điểm 2 – Khá). Giống 3 bị thối thân do nấm thấp nhất ($8{,}7%$, Điểm 2 – Khá). Giống 14 và 15 nhiễm sâu bệnh nặng nhất (sâu đục thân $37{,}5%$ và $25{,}3%$; thối thân do nấm $24{,}7%$ và $25{,}8%$). Tỷ lệ đổ ngã sau bão thấp nhất ở Giống 8 ($3{,}9%$), Giống 3 và 13 ($5{,}7%$); Giống 14 có tỷ lệ đổ cao nhất ($9{,}4%$). Khả năng tự phục hồi sau đổ của tất cả các giống đều bằng $0%$.

Chỉ tiêu chống chịu Giống 3 Giống 8 Giống 13 Giống 14 Giống 15 LSD$_{0{,}05}$
Tỷ lệ sâu đục thân hại (%) $16{,}6$ $18{,}7$ $13{,}2$ $37{,}5$ $25{,}3$ $4{,}5$
Điểm sâu đục thân (Cấp 1–5) Điểm 3 Điểm 3 Điểm 2 Điểm 4 Điểm 4 —
Tỷ lệ bệnh thối thân nấm (%) $8{,}7$ $12{,}4$ $10{,}2$ $24{,}7$ $25{,}8$ $1{,}4$
Điểm bệnh thối thân (Cấp 1–5) Điểm 2 Điểm 2 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 —
Tỷ lệ cây bị đổ ngã (%) $5{,}7$ $3{,}9$ $5{,}7$ $9{,}4$ $8{,}8$ $2{,}9$
Khả năng phục hồi sau đổ (%) $0$ $0$ $0$ $0$ $0$ —

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  1. Khẳng định 5 giống cao lương ngọt nhập nội đều có khả năng sinh trưởng, phát triển tốt trong điều kiện vụ xuân tại Thái Nguyên, đạt chiều cao từ $318{,}4$ đến $450{,}1\text{ cm}$ và số lá $20{,}9\text{–}22{,}0\text{ lá/cây}$.
  2. Xác định thời điểm thu hoạch lấy thân và dịch đường tối ưu là giai đoạn hạt từ chín sữa đến chín sáp (thời gian từ gieo đến thu hoạch là $101\text{–}110\text{ ngày}$), khi độ Brix đạt đỉnh ($13{,}5\text{–}14{,}7%$).
  3. Tuyển chọn được 3 giống triển vọng nhất là Giống 13, Giống 3 và Giống 8:
    • Giống 13: Đạt năng suất sinh khối thực thu cao nhất ($116{,}7\text{ tấn/ha}$), năng suất thân thực thu $92{,}2\text{ tấn/ha}$, tỷ lệ dịch ép cao nhất ($64{,}3%$), độ Brix chín sáp cao nhất ($14{,}7%$), kháng sâu đục thân tốt nhất ($13{,}2%$).
    • Giống 3: Đạt năng suất sinh khối thực thu $113{,}4\text{ tấn/ha}$, năng suất thân $89{,}2\text{ tấn/ha}$, tỷ lệ dịch ép $64{,}2%$, độ Brix chín sáp $14{,}3%$, tỷ lệ nhiễm bệnh thối thân thấp nhất ($8{,}7%$).
    • Giống 8: Đạt năng suất sinh khối thực thu $106{,}9\text{ tấn/ha}$, năng suất thân $87{,}6\text{ tấn/ha}$, độ Brix chín sáp $14{,}4%$, tỷ lệ đổ ngã thấp nhất ($3{,}9%$).

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Tiếp tục triển khai các mô hình trình diễn đối với 3 giống triển vọng (13, 3, 8) trên quy mô lớn hơn để hoàn thiện cơ sở đưa vào sản xuất đại trà.
  • Nghiên cứu hoàn thiện quy trình kỹ thuật canh tác (mật độ, phân bón, thời vụ) chuyên biệt cho từng giống triển vọng nhằm phát huy tối đa tiềm năng năng suất sinh khối và đường.
  • Nghiên cứu các biện pháp kỹ thuật phòng trừ sâu bệnh hại tích hợp, đặc biệt là sâu đục thân và bệnh thối thân cho các giống có tiềm năng sinh khối cao nhưng chống chịu kém như Giống 14.

Đóng góp về mặt khoa học và thực tiễn

Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm có hệ thống đầu tiên về các chỉ tiêu nông sinh học, động thái tích lũy đường Brix và khả năng chống chịu của các giống cao lương ngọt nhập nội từ Nhật Bản tại vùng sinh thái trung du miền núi phía Bắc; tạo tiền đề cho việc xây dựng vùng nguyên liệu phục vụ công nghiệp chế biến nhiên liệu sinh học (ethanol sinh học).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Thí nghiệm mới được tiến hành trong phạm vi 01 vụ xuân (năm 2013) tại một điểm nghiên cứu duy nhất (Khu cây trồng cạn, Đại học Nông Lâm Thái Nguyên); tên các giống nghiên cứu còn ở dạng mã hóa theo thỏa thuận hợp tác; chưa phân tích chi tiết thành phần các loại đường đơn (glucose, fructose, sucrose) và chưa tiến hành lên men thực tế để định lượng hiệu suất thu hồi cồn ethanol.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng khảo nghiệm trên các vụ khác trong năm (vụ hè thu, vụ thu đông) và tại nhiều tiểu vùng sinh thái khác nhau ở miền Bắc; nghiên cứu sâu quy trình phòng trừ tổng hợp sâu đục thân và bệnh thối thân; thử nghiệm công nghệ ép và lên men dịch thân ở quy mô bán công nghiệp.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên môn phù hợp cho:

  • Sinh viên và học viên cao học các ngành Nông học, Khoa học Cây trồng, Công nghệ Sinh học Nông nghiệp khi thực hiện các đề tài khảo nghiệm giống cây trồng cạn, cây nguyên liệu năng lượng hoặc cây thức ăn gia súc.
  • Cán bộ nghiên cứu và khuyến nông cần tham khảo phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD), phương pháp đánh giá động thái độ Brix bằng khúc xạ kế và kỹ thuật đo đếm chỉ tiêu sinh khối thân lá cao lương.
  • Các doanh nghiệp và cơ sở sản xuất đang tìm kiếm giống cây trồng cạn thay thế lúa kém hiệu quả trên đất hạn, phục vụ chế biến thức ăn ủ chua cho chăn nuôi đại gia súc hoặc sản xuất ethanol sinh học.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cao lương ngọt được xem là cây trồng tiềm năng cho sản xuất ethanol sinh học?
Thân cao lương ngọt chứa tới $75%$ dịch ép với hàm lượng đường hòa tan từ $8\text{–}23%$. Cứ 16 tấn thân cây có thể sản xuất 1 tấn ethanol và 500 kg dầu diesel sinh học từ bã ép mà không cạnh tranh với an ninh lương thực (do vẫn thu được hạt làm thực phẩm). Ngoài ra, cây quang hợp chu trình $C_4$, tiết kiệm nước hơn ngô $17%$ và cần ít đạm hơn $37%$.

2. Giống cao lương ngọt nào đạt năng suất thực thu và chất lượng dịch ép cao nhất trong thí nghiệm?
Giống 13 (nguồn gốc từ Công ty Kaneko Seeds, Nhật Bản) đạt kết quả tổng hợp tốt nhất: năng suất sinh khối thực thu đạt $116{,}7\text{ tấn/ha}$, năng suất thân thực thu đạt $92{,}2\text{ tấn/ha}$, tỷ lệ dịch ép đạt $64{,}3%$, độ Brix ở giai đoạn chín sáp đạt $14{,}7%$ và có tỷ lệ nhiễm sâu đục thân thấp nhất ($13{,}2%$).

3. Tại sao Giống 14 có năng suất lý thuyết cao nhất nhưng năng suất thực thu lại đạt thấp?
Giống 14 có ưu thế về chiều cao ($450{,}1\text{ cm}$) và khối lượng thân lá cá thể ($1.603\text{ g/cây}$), đạt năng suất sinh khối lý thuyết $164{,}4\text{ tấn/ha}$. Tuy nhiên, giống này chống chịu sâu bệnh kém, bị sâu đục thân ($37{,}5%$) và bệnh thối thân do nấm ($24{,}7%$) phá hại nặng gây chết cây và giảm mật độ thực tế trên ô, dẫn đến năng suất sinh khối thực thu chỉ đạt $101{,}9\text{ tấn/ha}$. Thêm vào đó, thân Giống 14 xốp nên tỷ lệ dịch ép chỉ đạt $56{,}2%$.

4. Thời điểm nào thích hợp nhất để thu hoạch cao lương ngọt lấy đường?
Giai đoạn từ hạt chín sữa đến chín sáp (khoảng $101\text{–}110\text{ ngày}$ sau khi gieo trong vụ xuân) là thời điểm thu hoạch tối ưu nhất, vì hàm lượng đường trong thân đạt độ Brix cao nhất ($13{,}5\text{–}14{,}7%$). Nếu để đến giai đoạn hạt chín hoàn toàn ($120\text{–}130\text{ ngày}$), độ Brix trong thân sẽ suy giảm rõ rệt (xuống còn $10{,}5\text{–}13{,}9%$).

5. Quy trình bón phân được áp dụng trong thí nghiệm thực địa như thế nào?
Quy trình bón phân cho 1 ha gồm $10\text{ tấn}$ phân chuồng, $3\text{ tấn}$ phân vi sinh Sông Gianh, $300\text{ kg N}$, $96\text{ kg } P_2O_5$ và $134\text{ kg } K_2O$ (tương đương $666\text{ kg}$ urê, $600\text{ kg}$ supe lân và $224\text{ kg}$ kali clorua). Bón lót $100%$ phân chuồng, vi sinh, lân cùng 1/6 đạm và 1/6 kali; lượng đạm và kali còn lại được chia bón thúc 3 lần vào 20, 40 và 60 ngày sau gieo.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Bế Minh Khôi đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu khảo nghiệm nông học đối với 5 giống cao lương ngọt nhập nội trong vụ xuân 2013 tại Thái Nguyên. Kết quả thực nghiệm khẳng định cây cao lương ngọt thích nghi tốt với điều kiện địa phương, cho năng suất sinh khối và hàm lượng dịch đường cao. Nghiên cứu đã lựa chọn được 3 giống triển vọng hàng đầu gồm Giống 13, Giống 3 và Giống 8, đồng thời xác định thời điểm thu hoạch tối ưu ở giai đoạn chín sữa đến chín sáp. Đây là công trình thực nghiệm nông học nghiêm túc, cung cấp cơ sở khoa học tin cậy cho việc phát triển cây nguyên liệu sinh học tại vùng trung du miền núi phía Bắc.