Tài liệu Nghiên cứu khả năng sinh trưởng phát triển của một số giống cao lương ngọt tại thái nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM PHẠM HOÀNG SƠN Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SINH TRƢỞNG PHÁT TRIỂN CỦA MỘT SỐ GIỐNG CAO LƢƠNG NGỌT TẠI THÁI NGUYÊN” Chuyên ngành: Khoa học cây trồng Mã số: 606210 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. TS. Trần Văn Điền 2. TS. Hoàng Thị Bích Thảo Thái Nguyên - 2013 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực. Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm. Thái Nguyên, tháng 10 năm 2013 Học viên Phạm Hoàng Sơn Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN Đƣợc sự nhất trí của Ban giám hiệu trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên và ban chủ nhiệm khoa Nông Học, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng sinh trưởng phát triển của một số giống cao lương ngọt tại Thái Nguyên”. Tƣớc hết tôi, xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trƣờng, Ban chủ nhiệm khoa cùng các thầy giáo, cô giáo đã giảng dạy trong chƣơng trình Thạc sĩ Khoa học nông nghiệp, những ngƣời đã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại nhà trƣờng. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, TS. Trần Văn Điền và cô giáo, TS. Hoàng Thị Bích Thảo đã tận tình hƣớng dẫn cho tôi trong thời gian thực hiện đề tài và viết luận văn tốt nghiệp. Do thời gian có hạn và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chƣa nhiều nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót, tôi rất mong đƣợc sự tham gia đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để chuyên đề của tôi đƣợc hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 20 tháng 10 năm 2013 Học viên Phạm Hoàng Sơn Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................ 1 2. MỤC TIÊU, YÊU CẦU VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ....................... 3 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................ 3 2.2. Yêu cầu của đề tài ................................................................................... 3 3. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................ 3 3.1. Ý nghĩa khoa học ..................................................................................... 3 3.2. Ý nghĩa thực tiễn ..................................................................................... 3 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................... 4 1.1. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI ......................................................... 4 1.2. ĐẶC ĐIỂM THỰC VẬT HỌC ............................................................... 5 1.3. NGUỒN GỐC, PHÂN BỐ VÀ YÊU CẦU NGOẠI CẢNH .................... 8 1.4. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ NGHIÊN CỨU CAO LƢƠNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM .............................................................. 9 1.4.1. Tình hình sản xuất và nghiên cứu trên thế giới ..................................... 9 1.4.1.1. Tình hình sản xuất cao lƣơng trên thế giới ......................................... 9 1.4.1.2. Tình hình nghiên cứu cao lƣơng trên thế giới .................................. 16 1.4.2. Tình hình sản xuất và nghiên cứu cao lƣơng tại Việt Nam .................. 25 1.4.2.1. Tình hình sản xuất cao lƣơng tại Việt Nam ...................................... 25 1.4.2.2. Tình hình nghiên cứu cao lƣơng tại Việt Nam ................................... 28 1.4.2.3. Những khó khăn hiện nay của Việt Nam trong việc phát triển cao lương ngọt ...................................................................................... 30 Chƣơng 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 32 2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ............................................................... 32 2.2. ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU ....................................... 32 2.2.1. Địa điểm nghiên cứu........................................................................... 32 2.2.2. Thời gian nghiên cứu .......................................................................... 32 2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................. 33 2.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................... 33 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv 2.4.1. Bố trí thí nghiệm................................................................................. 33 2.4.2. Sơ đồ thí nghiệm ................................................................................ 33 2.4.3. Quy trình kỹ thuật ............................................................................... 34 2.4.4. Phƣơng pháp theo dõi các chỉ tiêu ...................................................... 35 2.4.4.1. Đặc điểm hình thái........................................................................... 35 2.4.4.2. Đặc điểm sinh trƣởng phát triển ....................................................... 35 2.4.4.3. Năng suất ......................................................................................... 36 2.4.4.4. Chất lƣợng ....................................................................................... 37 2.4.4.5. Khả năng chống chịu ....................................................................... 37 2.4.5. Quy trình áp dụng trong nghiên cứu ................................................... 38 2.4.6. Phƣơng pháp tổng hợp, phân tích, đánh giá và xử lý số liệu ............... 39 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ....................... 40 3.1. DIỄN BIẾN THỜI TIẾT KHÍ HẬU ...................................................... 40 3.2. ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI ...................................................................... 41 3.3. ĐẶC ĐIỂM SINH TRƢỞNG PHÁT TRIỂN ........................................ 42 3.3.1. Khả năng nảy mầm............................................................................. 42 3.3.2. Thời gian sinh trƣởng ......................................................................... 44 3.3.3. Động thái tăng trƣởng ......................................................................... 45 3.3.3.1. Động thái tăng trƣởng chiều cao cây ................................................. 45 3.3.3.2. Động thái ra lá ................................................................................. 47 3.3.3.3. Động thái đẻ nhánh .......................................................................... 49 3.4. NĂNG SUẤT ........................................................................................ 50 3.5. CHẤT LƢỢNG ..................................................................................... 53 3.6. DIỄN BIẾN SÂU BỆNH HẠI VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG ĐỔ ............. 56 KẾT LUẬN ................................................................................................. 59 1. KẾT LUẬN .............................................................................................. 59 2. ĐỀ NGHỊ ................................................................................................. 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 61 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TĂT FAO : Food and Agriculture Organization of the United Nations – Tổ chức Lƣơng thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc. ICRISAT : International Crops Research Institute for the Semi – Arid Tropics Viện nghiên cứu quốc tế về cây trồng cho các vùng đất nhiệt đới bán khô hạn. NLSH : Nhiên liệu sinh học SAS : Statistical Analysis System – Phần mềm thống và xử lý số liệu SAS Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU Bảng 1.1: Phân loại giống căn cứ theo thời gian từ gieo đến khi hạt chín sinh lý ............................................................................................ 7 Bảng 1.2. Tình hình sản xuất cao lƣơng trên thế giới từ 1990 – 2010 ............ 10 Bảng 1.3. Tình hình sản xuất cao lƣơng của các châu lục trên thế giới .......... 11 Bảng 3.1. Diễn biến thời tiết khí hậu tại Thái Nguyên trong thời gian thực hiện thí nghiệm ............................................................................ 40 Bảng 3.2. Đặc điểm hình thái của các giống cao lƣơng ngọt thí nghiệm ........ 42 Bảng 3.3. Khả năng nảy mầm của các giống cao lƣơng ngọt thí nghiệm ....... 43 Bảng 3.4. Các giai đoạn sinh trƣởng phát triển của các giống cao lƣơng ngọt thí nghiệm ............................................................................ 44 Bảng 3.5. Động thái tăng trƣởng chiều cao cây của các giống cao lƣơng ngọt thí nghiệm ............................................................................ 46 Bảng 3.6. Động thái ra lá của các giống cao lƣơng ngọt thí nghiệm .............. 48 Bảng 3.7. Động thái đẻ nhánh của các giống cao lƣơng ngọt thí nghiệm ....... 49 Bảng 3.8. Một số chỉ tiêu năng suất tại thời điểm thu hoạch của các giống cao lƣơng ngọt thí nghiệm trong Vụ hè năm 2012 ......................... 51 Bảng 3.9. Một số chỉ tiêu năng suất tại thời điểm thu hoạch của các giống cao lƣơng ngọt thí nghiệm trong Vụ xuân năm 2013 ................... 52 Bảng 3.10. Biến động Brix và dịch ép các giống cao lƣơng ngọt thí nghiệm .................................................................................... 54 Bảng 3.11. Mức độ nhiễm sâu bệnh của các giống cao lƣơng ngọt thí nghiệm ......................................................................................... 57 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Biểu đồ so sánh tình hình sản xuất cao lƣơng trên thế giới trong những năm gần đây ...................................................................................... 10 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1 MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong giai đoạn hiện nay, con ngƣời đã và đang khai thác cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là các nguồn năng lƣợng hóa thạch nhƣ dầu mỏ, than đá… để phục vụ sự phát triển của mình. Hiện nay nguồn năng lƣợng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt và vấn đề môi trƣờng đang ngày càng trở nên nghiêm trọng do việc thải ra các chất ô nhiễm nhƣ chì, benzen, lƣu huỳnh dioxit, oxit nitơ và carbon monoxide. Các chất khí này chiếm đến 64% không khí ô nhiễm ở các thành phố lớn và các vùng ngoại ô lân cận, do đó ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời, gây ra nhiều căn bệnh hiểm nghèo. Vì vậy, loài ngƣời đang tích cực tìm kiếm các nguồn năng lƣợng thay thế. Năng lƣợng thay thế hay còn gọi là năng lƣợng tái tạo nhƣ: điện mặt trời, phong điện, thủy điện, đặc biệt là nhiên liệu sinh học... Nhiên liệu sinh học gồm có 2 loại chính là Ethanol (xăng sinh học) và Biodiezen (dầu diezen sinh học). Phần lớn các nƣớc phát triển đều đã sử dụng nhiên liệu sinh học từ nhiều năm nay. Riêng tại Brazil, nhiên liệu sinh học đã chiếm tỷ lệ khoảng 40% nhu cầu về nhiên liệu. Tại Mỹ, 97% xăng tiêu thụ đƣợc pha trộn Ethanol vào. Nhiên liệu sinh học vừa góp phần giảm phát thải CO2- khí gây hiệu ứng nhà kính làm biến đổi khí hậu, giảm khí thải độc hại từ ô tô, xe máy ra môi trƣờng sống, góp phần đảm bảo an ninh năng lƣợng Quốc gia và có giá thành sản xuất phù hợp, là hƣớng phát triển tất yếu trong giai đoạn hiện nay và tƣơng lai. Ðiều kiện ở Việt Nam rất phù hợp cho sản xuất nhiên liệu sinh học từ nguồn năng lƣợng sinh khối. Nhiên liệu cồn sinh học có thể đƣợc sản xuất từ lúa, ngô, sắn, khoai lang và mía đƣờng, dầu sinh học đƣợc chế biến từ những loại cây lấy dầu nhƣ lạc, đậu tƣơng, vừng, cây hƣớng dƣơng, dừa và bông. Ƣớc tính Việt Nam có thể sản xuất 5 triệu lít cồn sinh học mỗi năm nếu nhƣ có sự điều chỉnh về sản lƣợng và diện tích cây trồng. Vào năm 2050, dự đoán khoảng 50% lƣợng tiêu thụ dầu mỏ sẽ đƣợc thay thế bằng nguyên liệu sinh khối. Hiện nay, Việt Nam đang thực hiện nhiều chƣơng trình nghiên cứu, dự Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2 án hợp tác giữa các tổ chức, công ty trong và ngoài nƣớc nhằm xác định cây năng lƣợng thích hợp nhất trong điều kiện Việt Nam. Ethanol nhiên liệu đƣợc sử dụng để chạy động cơ bằng cách trộn 510% với xăng tạo ra một hỗn hợp cháy hoàn toàn, dùng cho ô tô, xe máy. Dùng ethanol nhiên liệu đang là một hƣớng để giải quyết khủng hoảng năng lƣợng của thế giới. Nguyên liệu để sản xuất ethanol là các cây cho tinh bột, đƣờng cao nhƣ sắn, ngô, cao lƣơng, mía … Trong số các cây nguyên liệu đó, cây cao lƣơng có ƣu thế là loại cây dễ trồng, thích ứng rộng, chịu hạn, có thể thâm canh cao. Thân cao lƣơng có thể chứa 75% dịch, trong đó hàm lƣợng đƣờng từ 8-23% nên rất có triển vọng để phát triển sản xuất làm nguyên liệu sản xuất ethanol nhiên liệu. Cao lƣơng ngọt có hàm lƣợng đƣờng khá cao, cứ 16 tấn cây cao lƣơng ngọt có thể sản xuất đƣợc 1 tấn ethanol, phần bã còn lại có thể chiết xuất đƣợc 500 kg dầu diesel sinh học, tƣơng đƣơng với mía và gần gấp 4 lần so với ngô mà không có phế phẩm. Thân cây sau khi đƣợc ép lấy nƣớc có thể phơi khô dùng làm chất đốt để sản xuất điện. Và cũng nhƣ các loại nhiên liệu sinh học khác, ethanol điều chế từ lúa miến ngọt không phát thải CO 2 nhƣ nhiên liệu hóa thạch. Phát triển và chế biến cao lƣơng là một vấn đề mới, ít nghiên cứu lớn, ngoài các nghiên cứu giá trị của viện ICRISAT (Ấn Độ). Khó khăn lớn nhất hiện nay của Việt Nam là nghiên cứu tuyển chọn đƣợc các dòng, giống cao lƣơng ngọt có năng suất thân và hàm lƣợng đƣờng cao phù hợp với điều kiện Việt Nam. Thái Nguyên là một trong những tỉnh miền núi phía Bắc có nhiều diện tích đất phù hợp cho phát triển cây cao lƣơng ngọt đồng thời là một trong những tỉnh gần nhà máy sản xuất ethanol sinh học Phú Thọ vì vậy rất thuận lợi để phát triển vùng nguyên liệu phục vụ cho nhà máy. Xuất phát từ thực tiễn trên chúng tôi đã tiến hành đề tài: “Nghiên cứu khả năng sinh trưởng phát triển của một số giống cao lương ngọt tại Thái Nguyên” . Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3 2. MỤC TIÊU, YÊU CẦU VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu Lựa chọn đƣợc các giống cao lƣơng ngọt có năng suất, chất lƣợng cao và khả năng chống chịu tốt, phù hợp với điều kiện sinh thái tỉnh Thái Nguyên. 2.2. Yêu cầu của đề tài Đánh giá đƣợc khả năng sinh trƣởng, phát triển, năng suất, chất lƣợng và khả năng chống chịu của sáu giống cao lƣơng ngọt tham gia thí nghiệm trong điều kiện Vụ xuân, Vụ hè tại tỉnh Thái Nguyên. 3. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 3.1. Ý nghĩa khoa học Đề tài giúp cho các nhà khoa học đánh giá đƣợc đặc điểm nông sinh học, khả năng sinh trƣởng, năng suất và chất lƣợng của các giống cao lƣơng ngọt nhập nội trong điều kiện Việt Nam. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu là cơ sở để lựa chọn các giống cao lƣơng ngọt có năng suất, chất lƣợng cao, khả năng chống chịu tốt để đƣa vào sản xuất đại trà trong điều kiện tỉnh Thái Nguyên. Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Giống mới có vai trò hết sức quan trọng trong việc nâng cao năng suất và sản lƣợng cây trồng. Mỗi một giống khác nhau thì có phản ứng với điều kiện sinh thái ở mỗi vùng khác nhau. Vì vậy, để phát huy hiệu quả của giống thì cần phải sử dụng chúng hợp lý, phù hợp với điều kiện sinh thái, khí hậu, đất đai, kinh tế xã hội của từng vùng. Để có những giống có năng suất chất lƣợng cao, có khả năng chống chịu tốt với điều kiện ngoại cảnh bất lợi thì công tác chọn giống đóng một vai trò vô cùng quan trọng. Vavilop đã nói “Chọn giống có thể coi nhƣ một khoa học nhƣng cũng là một nghệ thuật, nhƣ một lĩnh vực sản xuất của nền sản xuất nông nghiệp”. Điều kiện ngoại cảnh có liên quan chặt chẽ tới cây trồng nói chung và cây cao lƣơng nói riêng, nó ảnh hƣởng tới quá trình sinh trƣởng, phát triển và hoạt động sinh lý, sinh hóa của cây. Sự biểu hiện kiểu hình ra bên ngoài chính là kết quả của sự tác động giữa kiểu gen và môi trƣờng sống. Sự sinh trƣởng, phát triển và khả năng cho năng suất của cây trồng chịu sự tác động của môi trƣờng và điều kiện trồng trọt, song mức độ ảnh hƣởng của môi trƣờng lên các giống khác nhau là không giống nhau. Trong cùng một điều kiện trồng trọt một số giống sinh trƣởng phát triển tốt hơn và cho năng suất cao hơn trong khi đó một số giống khác lại sinh trƣởng phát triển kém hơn và cho năng suất thấp hơn, thậm chí không tồn tại đƣợc hay không cho thu hoạch. Sở dĩ nhƣ vậy vì chúng có những kiểu gen khác nhau. Kiểu gen khác nhau thƣờng có phản ứng khác nhau trƣớc điều kiện của ngoại cảnh. Đặc biệt, tính trạng số lƣợng thƣờng do nhiều kiểu gen quy định nên sự tác động của điều kiện ngoại cảnh lên tính trạng số lƣợng càng lớn. Đối với cây trồng thì tính trạng năng suất cũng là một tính trạng số lƣợng do nhiều gen quy định nên chịu ảnh hƣởng không nhỏ của môi trƣờng sống. Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 5 Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật có rất nhiều phƣơng pháp để chọn tạo giống cây trồng mới nhƣ nhân giống vô tính, gây đột biến, lai tạo. Các phƣơng pháp này có thể rút ngắn đƣợc thời gian tạo giống, tạo ra đƣợc giống tốt, có năng suất cao, ổn định, chống chịu tốt với điều kiện ngoại cảnh bất thuận. Nhƣng với trang thiết bị kỹ thuật của chúng ta hiện nay thì việc áp dụng các phƣơng pháp tạo giống trên còn nhiều hạn chế, do vậy nhập nội là phƣơng pháp tạo giống mới nhanh nhất và hiệu quả nhất. Để chọn đƣợc giống nhập nội tốt, phù hợp với từng địa phƣơng thì việc khảo nghiệm tìm hiểu khả năng sinh trƣởng, khả năng chống chịu và năng suất, chất lƣợng của giống trong các vùng sinh thái khác nhau là rất quan trọng. Nếu các giống mới chƣa đƣợc khảo nghiệm kỹ lƣỡng và chƣa đƣợc công nhận là đạt tiêu chuẩn mà đã đƣa ra sản xuất ở diện rộng thì sẽ gây hiện tƣợng rối loạn giống, gây khó khăn cho việc sản xuất, thâm canh tăng năng suất cây trồng. Nhƣ vậy khảo nghiệm là việc làm cần thiết quyết định sự thành công của giống nhập nội. Mặt khác Việt Nam là một nƣớc nằm trong khu vực Châu Á, thuộc khu vực nhiệt đới nóng ẩm mƣa nhiều nhƣng lƣợng mƣa lại không phân bố đều trong năm nên có thể nói hạn là một trong những yếu tố chủ yếu ảnh hƣởng đến sinh trƣởng phát triển và năng suất của hầu hết các loại cây trồng. Hàng năm diện tích lúa nƣớc bị hạn cục bộ khoảng 0,4 triệu ha. Cao lƣơng là cây trồng có khả năng chịu hạn cao thích nghi với điều kiện khí hậu Việt Nam. Để mở rộng diện tích trồng cao lƣơng trƣớc tiên phải chọn đƣợc bộ giống phù hợp với từng vùng, miền của Việt Nam. Việc chọn ra các giống thích nghi với điều kiện khí hậu, có khả năng chống chịu bệnh đồng thời cho năng suất thân lá cao phục vụ sản xuất ethanol là vấn đề trƣớc mắt hiện nay. 1.2. ĐẶC ĐIỂM THỰC VẬT HỌC Cao lƣơng ngọt một loại cây thuộc họ hòa thảo chiều cao từ 0,6 – 5 m, đƣờng kính thân 5 – 30 mm tùy thuộc vào giống, điều kiện canh tác và môi Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 6 trƣờng. Đặc điểm thực vật học cũng nhƣ thời gian sinh trƣởng của cây cao lƣơng tƣơng tự nhƣ cây ngô và các cây ngũ cốc khác. Rễ cây cao lƣơng là rễ chùm với rất nhiều rễ bên có khả năng hút nƣớc hiệu quả, rễ đâm rộng. Nhờ đặc điểm này mà cao lƣơng có thể sống ở những nơi khô hạn hơn ngô. 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 1,5 m, nhƣng thông thƣờng tập trung ở độ sâu 0,9 m [6]. Thân cây đứng, gồm các lóng và đốt, lá mọc ra từ đốt, chồi có thể mọc ra từ các đốt thân. Thời gian đẻ nhánh sớm hay muộn tùy thuộc vào giống, thời vụ và kỹ thuật canh tác. Sau khi thu hoạch có thể cắt bỏ các nhánh tạo điều kiện cho cây đẻ nhánh vào vụ sau mà không cần phải trồng lại. Tất cả các giống cao lƣơng đều có thân mọng nƣớc. Hàm lƣợng nƣớc trong thân khi trƣởng thành thƣờng không vƣợt quá 20% sau đó giảm dần. Những giống có hàm lƣợng nƣớc trong thân cao thƣờng có thân màu xanh xám, gân lá màu tối. Lá cao lƣơng cũng có phần bẹ ôm sát vào thân cây làm tăng độ cứng cho cây, bẹ lá thông thƣờng dài khoảng 15 – 35 cm và cuộn chặt lấy thân. Phiến lá dài 30 – 135 cm, rộng từ 1,5 – 13 cm với mép lá thẳng hoặc gợn sóng, mặt lá thƣờng đƣợc phủ một lớp phấn muội. Lá cao lƣơng ngắn và rộng hơn lá ngô, mỗi lá sinh ra từ một đốt, số lá ở thời kỳ trƣởng thành tƣơng đƣơng với số đốt trên thân. Số lƣợng lá trên cây tƣơng quan với thời gian sinh trƣởng, thông thƣờng trên thân có từ 7 – 18 lá hoặc hơn [19]. Hoa của cây cao lƣơng là một cụm thẳng đứng, hoa có một cuống trung tâm, với những nhánh cấp 1, cấp 2, và đôi khi có đến cấp 3, từ các nhánh này đôi khi sinh ra các chùm hoa nhỏ. Chiều dài và khoảng cách của những nhánh hoa đôi khi quyết định hình dạng của chùm hoa, từ hình nón hoặc hình ô van kín. Thông thƣờng hạt đƣợc bao phủ bởi một lớp mày. Hạt hình tròn và có đầu nhọn có kích thƣớc từ 4 – 8 mm. Hình dạng, kích thƣớc và màu sắc hạt thay đổi tùy thuộc vào từng giống. Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 7 Cao lƣơng là cây tự thụ phấn, đôi khi xảy ra hiện tƣợng giao phấn, tỷ lệ giao phấn thƣờng nhỏ hơn 6% [13]. Hoa mọc thành chùm, chùm hoa có cả hoa đực và hoa cái, một chùm gồm khoảng 6.000 bông con. Hạt cao lƣơng nhỏ hơn hạt ngô và có một lớp vỏ ngoài. 1 kg hạt giống chứa 25.000 đến 61.740 hạt. Hạt có nhiều màu sắc khác nhau từ màu vàng nhạt, màu nâu đỏ nhạt đến màu nâu sẫm tùy thuộc vào từng giống cây. Hạt càng sậm màu càng chứa nhiều tananh làm cho hạt có vị đắng. Thời gian từ gieo đến thu hoạch hạt là một trong những yếu tố quan trọng để phân loại các giống cao lƣơng, bố trí mùa vụ. Thời gian sinh trƣởng ít thay đổi tuy nhiên nó cũng phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, mùa vụ, cùng một giống nếu trồng sớm thƣờng có thời gian sinh trƣởng dài hơn nếu trồng muộn. Sau đây là bảng phân loại giống căn cứ theo thời gian từ gieo đến hạt chín sinh lý. Bảng 1.1: Phân loại giống căn cứ theo thời gian từ gieo đến khi hạt chín sinh lý Nhóm giống Thời gian sinh trƣởng Nhóm chín sớm 90-119 ngày Nhóm chín trung bình 120-139 ngày Chín muộn 140- 179 ngày Chín rất muộn 180 ngày Cách phân loại này dựa trên điều kiện thời tiết bình thƣờng, dƣới điều kiện thời tiết khắc nghiệt hoặc rất thuận lợi có thể kéo dài hoặc rút ngắn thời gian sinh trƣởng đến 25 ngày so với cách phân loại trên [27]. Cao lƣơng là một loại cây trồng nhiệt đới, cao lƣơng cùng họ với lúa. nhƣng quang hợp theo chu trình C4 đây chính là một ƣu điểm vƣợt trội của cao lƣơng. Nhờ quang hợp theo đƣờng hƣớng này mà cao lƣơng ngọt có thể tổng hợp chất hữu cơ ở điều kiện nhiệt độ cao và không xảy hiện tƣợng quang Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 8 hô hấp. Ngƣợc lại, lúa là đại diện của các loại cỏ ôn đới, sử dụng chu trình C3. Cao lƣơng ngọt là sự kết hợp tuyệt vời giữa lúa với cây trồng nhiệt đới với bộ gen lớn hơn nhiều và sự bổ xung các gen có lợi khác từ mía, và là một trong những cây trồng hiệu quả nhất trên thế giới trong việc sản xuất sinh khối cây trồng hiện nay. 1.3. NGUỒN GỐC, PHÂN BỐ VÀ YÊU CẦU NGOẠI CẢNH Trung tâm khởi nguyên chính của cao lƣơng là ở châu Phi, vùng đất khô hạn, lƣợng mƣa hàng năm rất thấp. Có thể cao lƣơng đƣợc trồng đầu tiên ở Ethiopia sau đó lan rộng ra nhiều nƣớc ở Châu Phi [21]. Cao lƣơng đƣợc trồng ở Hoa Kỳ vào năm 1850. Hiện nay cao lƣơng đƣợc phân bố rộng khắp các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới, và các khu vực ôn đới ấm của thế giới. Cao lƣơng là loại cây trồng nhiệt đới và bán nhiệt đới do đó không thể trồng ở điều kiện lạnh giá; cao lƣơng thích nghi với khoảng điều kiện khí hậu rộng lớn từ những vùng có lƣợng mƣa hàng năm cao đến những nơi khô hạn. Mặc dù lƣợng mƣa và các yếu tố khác quyết định mùa vụ và thời gian sinh trƣởng của cao lƣơng nhƣng cao lƣơng vẫn có thể trồng và phát triển ở những nơi có điều kiện khắc nghiệt và trình độ thâm canh hạn chế. Cao lƣơng rất thích nghi với vùng đất nóng, khô hạn và bán khô hạn. Cao lƣơng là cây trồng chính ở Châu Phi, Châu Á, Nam Mỹ và Châu Đại Dƣơng nơi mà quá nóng và khô không phù hợp sản xuất ngô. Cao lƣơng là cây trồng lấy hạt chính ở những vùng khô hạn và bán khô hạn. Cây cao lƣơng xuất xứ từ vùng nhiệt đới nên điều kiện khí hậu nóng ẩm là điều kiện thuận lợi cho cây phát triển. Cao lƣơng có ngƣỡng nhiệt phát triển 15-370C, tuy nhiên, nhiệt độ tối thích là 270C [27]. Đa số các giống cao lƣơng hiện nay không phản ứng với ánh sáng. Theo báo cáo từ các khu vực nhƣ Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ... thì cây cao lƣơng là cây trồng chống chịu đƣợc các loại đất từ chua đến kiềm, đất Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 9 ngập nƣớc hay khô hạn, nồng độ muối cao, các loại nấm bệnh cũng nhƣ cỏ dại. Cây cao lƣơng có đặc điểm hình thái và sinh lý cho phép nó có thể sinh trƣởng và tồn tại trong điều kiện hạn nhƣ bộ rễ ăn sâu và lan rộng, lớp phấn muội dày và bao phủ toàn thân, bề mặt lá và khả năng tự dừng sinh trƣởng trong điều kiện hạn, phục hồi bình thƣờng trở lại khi thuận lợi. Do vậy nó có thể phát triển ở những vùng nhiệt đới và á nhiệt đới với lƣợng mƣa hàng năm chỉ 400 – 600 mm, quá khô không trồng đƣợc ngô, cây cao lƣơng không chỉ có khả năng sinh trƣởng trong vùng hạn mà còn có khả năng phát triển đƣợc với cả vùng ngập nƣớc, do đó cũng có thể trồng đƣợc ở những vùng có lƣợng mƣa lớn. Cây cao lƣơng sinh trƣởng đƣợc từ độ cao 0 – 2300 mm so với mực nƣớc biển. Khoảng pH đất mà cao lƣơng có thể sinh trƣởng đƣợc rất rộng từ 5,0 – 8,5 [10]. Khoảng nhiệt độ cao lƣơng có thể thích ứng đƣợc là từ 2,0 – 410C , nhiệt độ hàng năm trung bình có thể từ 7,8 – 27,80C. Nhƣ vậy, cây cao lƣơng có thể thích ứng đƣợc tốt trong điều kiện nóng và lạnh của các vùng thuộc khu vực nhiệt đới và á nhiệt đới. 1.4. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ NGHIÊN CỨU CAO LƢƠNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.4.1. Tình hình sản xuất và nghiên cứu trên thế giới 1.4.1.1. Tình hình sản xuất cao lương trên thế giới Cao lƣơng 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 lƣơng thực cho 750 triệu ngƣời 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 [5]. Hiện nay có hơn 50 quốc gia trồng cao lƣơng phân bố ở cả 6 châu lục tập trung chủ yếu ở Châu Phi và Châu Mỹ. Cây cao lƣơng đƣợc ví nhƣ một cây trồng đa tác dụng sản phẩm của nó phục vụ cho nhiều ngành khác nhau Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 tùy vào mục đích sử dụng: hạt là thực phẩm cho ngƣời và gia súc, thân lá đƣợc sử dụng làm chất đốt hoặc trong ngành công nghiệp sản xuất ethanol. Bảng 1.2. Tình hình sản xuất cao lƣơng trên thế giới từ 1990 – 2012 Năm 1990 1995 2000 2005 2010 2012 Diện tích (triệu ha) 41,59 42,46 40,93 46,22 41,03 37,85 Năng suất hạt (tạ/ha) 13,66 12,85 13,61 12,88 14,39 15,34 Sản lƣợng (triệu tấn) 56,81 54,56 55,69 59,54 59,05 58,09 ( Nguồn: FAOSTAT, 2013) Hình 1.1: Biểu đồ so sánh tình hình sản xuất cao lƣơng trên thế giới trong những năm gần đây Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 11 Bảng 1.3. Tình hình sản xuất cao lƣơng của các châu lục trên thế giới Năm 1990 1995 2000 2005 2010 2012 Diện tích (triệu ha) 16,46 21,62 21,26 28,73 24,95 22,62 Châu Phi Năng suất (tạ/ha) 7,28 8,24 8,66 8,69 9,46 10,36 Sản lƣợng 11,98 (triệu tấn) 17,81 18,41 24,95 23,61 23,44 Châu lục Diện tích (triệu ha) 7,28 6,26 7,08 5,95 5,91 6,42 Châu Mỹ Năng suất (tạ/ha) 33,84 31,30 32,81 35,82 37,99 34,49 Sản lƣợng 24,64 (triệu tấn) 19,58 23,24 21,30 22,45 22,14 Diện tích (triệu ha) 17,20 13,77 11,74 10,65 9,49 7,92 Châu Á Năng suất (tạ/ha) 10,80 11,14 9,50 10,03 11,24 11,98 Sản lƣợng 18,57 (triệu tấn) 15,34 11,15 10,69 10,67 9,49 Diện tích (triệu ha) 0,27 0,13 0,23 0,14 0,16 0,22 Châu Âu Năng suất (tạ/ha) 24,82 43,17 33,39 41,45 44,72 35,16 Sản lƣợng (triệu tấn) 0,67 0,55 0,76 0,58 0,71 0,78 Diện tích (triệu ha) 0,38 0,69 0,62 0,76 0,52 0,65 Châu Đại Năng suất Dƣơng (tạ/ha) 24,88 18,56 34,00 26,63 30,99 34,46 Sản lƣợng (triệu tấn) 0,95 1,28 2,12 2,01 1,60 2,24 ( Nguồn: FAOSTAT, 2013) Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 12 Tình hình sản xuất cao lƣơng của các châu lục trên thế giới đƣợc trình bày ở Bảng 1.3. Diện tích cao lƣơng không có nhiều thay đổi duy trì ở mức trên 40 triệu ha, cao lƣơng đƣợc trồng nhiều nhất năm 2005 (46,22 triệu ha). Do sức ép của dân số và nhu cầu sử dụng đất cho công nghiệp nên diện tích cao lƣơng thế giới có xu hƣớng giảm dần. Năm 2012, diện tích cao lƣơng ngọt thế giới chỉ còn 37,85 triệu ha. Tuy nhiên sản lƣợng cao lƣơng vẫn tăng liên tục do việc sử dụng những giống mới phù hợp với từng vùng sinh thái và mùa vụ. Tổng sản lƣợng cao lƣơng thế giới trong vòng 20 năm qua luôn duy trì trên mức 50 triệu tấn. Năng suất cao lƣơng khá ổn định qua các năm, trƣớc 2010 dao động trong khoảng 12 – 13 tạ/ha, từ năm 2010 trở lại đây năng suất cao lƣơng có xu hƣớng tăng lên, đạt 15,34 tạ/ha (2012) nhƣng năng suất không đều giữa các châu lục, năng suất cao đạt đƣợc ở châu Âu, Châu Mỹ và châu Đại Dƣơng. Châu Phi có diện tích trồng cao lƣơng lớn nhất thế giới tăng liên tục qua các năm 16,46 triệu ha năm 1990 lên 24,76 triệu ha năm 2010 chiếm 61 % diện tích cao lƣơng thế giới. Mặc dù năng suất cao lƣơng khá thấp năm 2012 đạt 10,36 tạ/ha thấp hơn so với bình quân năng suất thế giới (4,98 tạ/ha) nhƣng do diện tích lớn nên Châu phi có sản lƣợng lớn thứ hai trên thế giới sau Châu Mỹ chiếm 38% sản lƣợng cao lƣơng thế giới. Việc nâng cao năng suất cao lƣơng đƣợc quan tâm và chú trọng, rất nhiều chƣơng trình, dự án cải tiến kỹ thuật canh tác, lai tạo các giống cao lƣơng mới đang đƣợc tiến hành. Châu Á cũng là châu lục trồng nhiều cao lƣơng nhƣng trong số 10 nƣớc có sản lƣợng cao nhất thế giới chỉ có Trung Quốc là đại diện của châu Á. Năm 2011 sản lƣợng hạt đạt 2,05 triệu tấn, năng suất hạt 40,98 tạ/ha, cao hơn so với trung bình thế giới (15,27 tạ/ha). Châu Mỹ là châu lục có năng suất cao lƣơng cao nhất thế giới, sản lƣợng cao lƣơng tập trung chủ yếu ở Mỹ, Mexico, Braxin và Argentina. Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 13 Brazil sản xuất ethanol từ mía đƣờng nên hiệu năng năng lƣợng cao hơn so với bắp gấp 6 lần, vì bắp cần thêm giai đoạn phân giải tinh bột thành chất đƣờng trƣớc khi chế biến thành rƣợu ethanol. Chƣơng trình này đƣợc đánh giá thành công và lớn nhất thế giới, nay đã cung cấp đƣợc 30% nhu cầu nhiên liệu vận chuyển trong nƣớc. Trƣớc đây, Brazil là một nƣớc nhập khẩu dầu rất lớn, nhƣng nay đã tự túc hoàn toàn về năng lƣợng, nhờ sản xuất ethanol và số dầu mỏ nội địa [20]. Trong năm 2004, nƣớc này sản xuất 16,4 tỉ lít ethanol trên diện tích 2,7 triệu hecta đất đai tƣơng đƣơng 4,5% diện tích canh tác của nƣớc này. Trong số này, độ 12,4 tỉ lít ethanol đƣợc dùng làm nhiên liệu cho xe ô tô. Hiện nay, tất cả xe sản xuất bản xứ là loại xe dành cho sử dụng xăng pha trộn với ethanol và thích ứng với loại ethanol có chứa nƣớc đến 4,4% (ethanol 95,6%). Trong 2008, Chính phủ mở rộng chƣơng trình sản xuất diesel sinh học phải chứa 2% diesel sinh học, và tăng lên 5% trong 2013. Tuy nhiên, chƣơng trình sản xuất và tiêu thụ rƣợu ethanol đƣợc thực hiện với bao cấp lớn của nhà nƣớc dƣới hình thức (American Council for an Energy-Efficient Economy, 1999) [14]: - Lãi suất thấp cho xây cất các nhà máy nấu rƣợu. - Bảo đảm giá thu mua ethanol bởi các các công ty dầu quốc doanh với giá hợp lý. - Giá ethanol ngoài thị trƣờng có sức cạnh tranh cao, và chính phủ có chính sách giảm thuế trong thập niên 80 để khuyến khích loại xe dùng ethanol. Các biện pháp hỗ trợ giá và bảo đảm nêu trên giảm bớt dần, đến nay đã chấm dứt hoàn toàn và kết quả rất tích cực. Ở tiểu bang São Paulo đã thiết lập thành công một trung tâm nghiên cứu và phát triển trồng mía và sản xuất rƣợu ethanol hiệu quả cao. Mỹ là quốc gia sản xuất cao lƣơng lớn thứ hai thế giới sau Nigeria. Năm 2010, Mỹ sản xuất trên 8,77 triệu tấn hạt trong đó chủ yếu chế biến thức Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/