Mở đầu Cây mía (Saccharum officinarum L.) là một trong những cây công nghiệp quan trọng của Việt Nam và nhiều nớc vùng nhiệt đới và á nhiệt đới. Mía là nguyên liệu của công nghiệp chế biến đờng, cây lấy sợi trong tơng lai, cây có khả năng bảo vệ đất và bồi dỡng đất, cây năng lợng cuối thế kỉ XXI và về sau. Ngoài ra, mía còn là nguyên liệu của nhiều ngành công nghiệp nh rợu, cồn, hoá chất, bột giấy, gỗ ép, phân bón Hiện nay, mía đang đợc xem là cây xoá đói giảm nghèo, cây giúp cho bà con nông dân vơn lên làm giàu. Cây mía mang lại những giá trị kinh tế cao trên vùng đồi khô hạn mà khó có cây trồng nào khác có thể cạnh tranh thay thế đợc. Nh vậy cây mía đã và đang góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp nông thôn. ở nớc ta, cây mía và nghề trồng mía đã có từ lâu đời, nhng ngành mía đ- ờng của chúng ta thì rất lạc hậu và kém phát triển cả về công nghệ chế biến lẫn công tác giống cây trồng, nó mới thực sự phát triển và phát triển mạnh trong khoảng 10 15 năm trở lại đây, nhất là từ khi có chơng trình Quốc gia về mía đờng vào năm 1995. Ngày nay, sản xuất mía đờng là một trong những ngành hàng quan trọng đã đợc Đảng và Nhà nớc quan tâm. Vụ mía năm 2006 2007, diện tích cả nớc đạt trên 310.000 ha, với tổng sản lợng đạt 17,05 triệu tấn mía cây, bình quân 55 tấn/ha, tổng lợng đờng sản xuất công nghiệp khoảng 1,15 triệu tấn. Trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa, vùng nguyên liệu (2006 - 2007) đạt tổng diện tích 30.679 ha, sản lợng mía nguyên liệu đạt trên 2 triệu tấn. Riêng vùng mía đờng Lam Sơn trong niên vụ 2006 2007 đã trồng đợc 15.282 ha mía nguyên liệu và 500 ha mía giống, với tổng sản lợng ớc đạt gần 1 triệu tấn. Theo chủ trơng chung, diện tích trồng mía sẽ đợc giữ ổn định đến năm 2010 để tập trung đầu t tăng năng suất lên 80 tấn/ha. Vì vậy, yếu tố giống cho từng vùng, từng địa phơng là rất quan trọng. 1 Từ thực tế đó, Công ty mía đờng Lam Sơn kiên trì theo đuổi các mục tiêu thâm canh tăng năng suất, sản lợng, chất lợng mía thông qua việc đầu t hỗ trợ phân bón, xây dựng các biện pháp trồng trọt phù hợp, du nhập khảo nghiệm các giống mía tốt nhằm tìm ra giống thích hợp cho từng địa phơng. Song đây là những giống mía mới cần đợc điều tra, nghiên cứu đầy đủ, có hệ thống nhằm góp phần cải thiện cơ cấu giống, nâng cao năng suất, sản lợng, chất lợng mía, giúp quy hoạch vùng nguyên liệu mía hợp lý để giảm giá thành sản phẩm và tạo đà phát triển bền vững. Xuất phát từ lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: Nghiên cứu một số đặc điểm thực vật học và chỉ tiêu sinh lý, hoá sinh của giống mía Quế Đờng 93 159, Viên Lâm 2, Việt Đờng 95 168 tại vùng nguyên liệu mía đ ờng Lam Sơn - Thọ Xuân - Thanh Hoá Mục tiêu của đề tài là: nghiên cứu các đặc điểm thực vật, sinh lý và hoá sinh của 3 giống mía trên, nhằm đánh giá năng suất, chất lợng của từng giống. Qua đó cung cấp thêm các dẫn liệu về một số giống mía đang trồng thử nghiệm tại vùng nguyên liệu mía đờng Lam Sơn từ đó làm cơ sở khoa học cho biện pháp canh tác, hoạch định kế hoạch phát triển bền vững cho cây trồng này tại Thanh Hoá. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tợng nghiên cứu: gồm 3 giống mía đang trồng thử nghiệm tại vùng nguyên liệu mía đờng Lam Sơn - Thọ Xuân - Thanh Hoá là: QĐ93159, VL2, VĐ95168. - Phạm vi nghiên cứu: đề tài đợc thực hiện tại vùng mía đờng Lam Sơn, thuộc khu vực tây nam tỉnh Thanh Hoá. 2 Chơng 1 Tổng quan tài liệu 1.1. Nguồn gốc và lịch sử phát triển của cây mía Cây mía (Saccharum officinarum L.) xuất hiện trên trái đất từ xa xa, khi lục địa châu á và châu úc còn dính liền, cách đây hàng vạn năm [40]. Lê Song Dự và Nguyễn Thị Quý Mùi (1997) cho rằng, cây mía đợc thuần hoá từ 8000 năm trớc Công nguyên ở đảo Niu Ghinê bởi những ngời làm vờn thời đồ đá mới. Từ đây cây mía dần lan truyền đến các vùng khác nhau trên thế giới trong phạm vi kéo dài từ vĩ tuyến 35 o Bắc đến 35 o Nam. Trong tác phẩm Nguồn gốc cây trồng của Candelle viết Cây mía đợc trồng đầu tiên ở vùng Đông Nam á, sau đó đợc chuyển dần sang Châu Phi và các Châu khác [Theo 36]. Ngời Việt Nam đã biết trồng mía và biết chế biến đờng thủ công từ rất sớm trớc cả Trung Quốc Đờng mía của Việt Nam đã từng đợc sử dụng làm cống phẩm cho các triều đình phong kiến phơng Bắc, từ thời Hán Cao Đế vào năm 206 trớc Công nguyên [13]. Liên quan đến vấn đề này, Lý Văn Ny cho rằng Cây mía và nghề chế biến đờng bằng mía cổ xa ở Trung Quốc đã đợc du nhập từ Giao Chỉ Việt Nam đến Quảng Đông, Hồ Bắc [Theo 36]. Theo Phủ biên tạp lục của Lê Quý Đôn [15] thì ở vùng đồng bào Giarai - tỉnh Gia Lai - ngày xa cây mía cùng chuối, nồi đồng, vải trắng là những phẩm vật đợc ngời dân Thuỷ Xá, Hoả Xá hàng năm tự ý góp nộp cho Thuỷ V- ơng, Hoả Vơng. Một bằng chứng nữa là hiện nay ở nớc ta còn rất nhiều loại mía dại, mía nguyên thuỷ (tổ tiên của cây mía công nghiệp) nh mía Gie, mía Quý, mía Bầu [45]. Từ những dẫn liệu trên cho thấy cây mía xuất hiện và đợc trồng ở Việt Nam từ rất lâu đời, điều này lý giải một cơ sở khoa học hết sức quan trọng là cây mía đã thích nghi và phát triển rộng khắp trong điều kiện sinh thái nớc ta. 3 1.2. Vai trò kinh tế của cây mía 1.2.1. Đờng là nhu cầu không thể thiếu trong đời sống của xã hội ở nớc ta, mía là nguyên liệu duy nhất để chế biến đờng, nên trong cơ cấu cây thực phẩm ở nớc ta, mía là cây trồng quan trọng. Một cân đờng cung cấp năng lợng tơng đơng 0,5 kg mỡ; 50 60 kg rau quả. Đờng cung cấp 10% nhu cầu năng lợng của cộng đồng. Trên thế giới năng lợng do đờng cung cấp bằng 7% năng lợng do các loại ngũ cốc cung cấp [36]. Đờng là loại thức ăn không thể thiếu trong nhu cầu đời sống. ở nớc ta hiện nay, lợng đờng bình quân đầu ngời vào loại thấp trên thế giới khoảng 10 12kg/ng/năm. Do mức sống tăng dần thì nhu cầu về đờng cũng tăng lên. 1.2.2. Mía là cây xoá đói giảm nghèo cho nông dân vùng trung du - miền núi Mía là cây có thể trồng trên nhiều loại đất với điều kiện sinh thái khác nhau, là cây hàng năm nhng có bộ rễ ăn rất sâu (4 6 m), nên có khả năng chịu hạn khá, vì vậy có thể trồng trên đất đồi ở vùng Trung du, Miền núi. Đặc biệt mía có khả năng tái sinh mạnh do đó có thể lu gốc đợc nhiều năm, nghĩa là một lần trồng nhng thu hoạch nhiều vụ. Năng suất mía ở vụ gốc đầu thờng cao hơn vụ mía tơ. Mía còn đợc mệnh danh là cây cao sản do có chỉ số diện tích lá rất lớn, gấp 6 - 7 lần diện tích đất, thời gian hoạt động của bộ lá kéo dài và ổn định trong cả năm. Ngoài ra, mía thuộc nhóm cây không bão hoà ánh sáng nên có hiệu quả quang hợp cao và tạo ra nhiều chất hữu cơ trên một đơn vị diện tích. Nếu chăm sóc tốt có thể cho 200 250 tấn sinh khối/ ha/năm. Đây là một kỷ lục mà ít cây trồng khác có thể sánh kịp [36, 44]. Với trình độ kỹ thuật canh tác và chất lợng giống hiện nay thì lợi nhuận thu đợc từ cây mía đang còn khiêm tốn nhng những gì đã và đang diễn ra thì trong tơng lai gần cây mía không những là cây xóa đói giảm nghèo mà còn là cây mang lại cuộc sống sống no đủ, sung túc cho ngời nông dân. 4 Nhờ những u việt trên, cây mía đang làm giàu cho nhiều gia đình, nhất là những gia đình ở vùng Trung du Miền núi, nơi mà khó có thể tìm đợc cây trồng nào thích hợp giúp họ thoát nghèo ngoài cây mía. 1.2.3. Mía là cây năng lợng cuối thế kỷ XXI và về sau Một số nhà khoa học về kinh tế dự báo, cuối thế kỉ XXI và về sau, nguồn nhiên liệu lấy từ lòng đất dùng cho công nghiệp, giao thông vận tải sẽ cạn kiệt dần. Nếu không có nguồn nhiên liệu khác thay thế thì loài ngời rơi vào tình trạng khủng hoảng nhiên liệu lỏng. Ngời ta ớc tính, 1 tấn mía tốt có thể sản xuất ra 35 - 50 lít cồn 96 o , đây là loại cồn có thể thay xăng để chạy máy đốt trong. Vì vậy, với kỹ thuật sản xuất hiện đại vào cuối thế kỉ XXI, từ 1 ha đất nông nghiệp ngời ta có thể sản xuất ra 180 - 200 tấn mía/ha. Từ đó có thể sản xuất ra 7000 - 8000 lít cồn [34, 35, 36]. 1.2.4. Mía có thể là cây lấy sợi trong tơng lai Tốc độ phá rừng ở Việt Nam nói riêng và trên thế giới nói chung ngày càng tăng, dẫn đến diện tích rừng ngày càng giảm đến mức báo động. Mặc dù mỗi nớc đều có kế hoạch trồng rừng, nhng nhìn chung tốc độ trồng rừng không bù kịp tốc độ phá rừng. Trong khi đó dân số thế giới ngày một tăng, nhu cầu sử dụng gỗ, nhất là giấy ngày càng lớn mà diện tích rừng ngày càng giảm. Vì vậy, việc giải quyết nguyên liệu giấy từ cây rừng sẽ ngày càng khó khăn. Mía là cây kiệm dụng, ngoài tác dụng chính là cho đờng thì xenlulose (sợi) trong bã mía có thể làm giấy, gỗ ép thay cho một phần gỗ rừng. 1.2.5. Mía cung cấp nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp Saccharose đợc ngành đờng khai thác. Cứ 100 tấn mía cây sản xuất đợc 10 - 14 tấn đờng trắng. Xenlulose trong bã mía là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, đ- ợc ngành giấy và công nghiệp gỗ ép khai thác. Ván gỗ ép từ bã mía có thể dùng làm ván cách nhiệt, cách âm, làm dụng cụ gia đình, làm bàn, tủVới trình độ kỹ thuật tiên tiến, có thể dùng xenlulose trong bã mía làm sợi nhân tạo dùng trong công nghiệp dệt. Ngoài ra bã mía còn đợc dùng làm than hoạt tính. 5 Ngành công nghiệp hóa chất đã sử dụng đờng thông qua các phản ứng khử, phản ứng oxi hóa, phản ứng cộng, phản ứng trung hoà, phản ứng cô đặc, phản ứng tổng hợp để sản xuất sobitol, nannitol, glixerin, 2 metyl piperazin, axit gluconic, hepta-alita saccharose, hidroxi-ankin saccharose, axetat izobutiral saccharose, cacbua thơm diaxeton fructose, fenol focmandehit melamin urê, ancalin lactic Sử dụng các phơng pháp hoá học đối với mật rỉ qua quá trình lên men, chng cất thì có thể sản xuất ra một số loại rợu, cồn tinh khiết, axeton, butanol, axit xitric, axit lactic, axit glutamic, axit itaconic, axit aconitic, men thực phẩm, men thức ăn gia súc Ngoài ra từ bùn lọc có thể sản xuất sáp, chất béo và phân bón [35, 36]. Tóm lại các sản phẩm khác từ cây mía nếu khai thác triệt để có thể có giá trị gấp 2-3 lần giá trị của đờng. 1.2.6. Mía là cây trồng có khả năng bảo vệ đất và bồi dỡng đất Do mía là cây dễ tính về đất đai nên đợc trồng chủ yếu ở vùng đất cao, vùng đồi ở trung du và miền núi, còn ở vùng đồng bằng thì để trồng các cây có giá trị kinh tế cao hơn. Nhng ở những vùng đồi núi cao, có độ dốc lớn thì ở đó vấn đề rửa trôi chất dinh dỡng, xói mòn đất, làm suy giảm độ phì nhiêu của đất là rất nghiêm trọng. Vì vậy, ngoài việc tìm cây trồng thích ứng cho loại đất này còn phải tính đến khả năng bảo vệ đất và bồi dỡng đất của cây trồng trớc khi đa vào sản xuất do đây là một vấn đề có ý nghĩa to lớn về mặt kinh tế, xã hội và bảo vệ môi trờng hiện tại cũng nh mai sau. Mía là cây ngắn ngày nhng có u thế lớn trong việc bảo vệ và bồi dỡng đất do đặc tính của cây đợc trồng theo rãnh, đợc thiết kế vuông góc với hớng dốc, có độ sâu 25 30 cm, với khoảng cánh các rãnh khoảng trên dới 1m tạo thành kiểu giống nh ruộng bậc thang nên có tác dụng chống xói mòn rất tốt. Khi mùa ma đến thì mía đã giao tán, tạo thành một thảm lá xanh dày đặc, do diện tích lá 6 gấp 5 - 7 lần diện tích đất, làm cho nớc ma không rơi trực tiếp xuống mặt đất đ- ợc, nên có tác dụng chống xói mòn rất tốt. Mía là cây rễ chùm và bộ rễ phát triển mạnh. Có khoảng 1000 - 3000 rễ/1m 2 đất, với tổng chiều dài 200 800 m. Do có bộ rễ nh vậy nên trong mùa ma nó giữ chặt đất, hạn chế xói mòn. Sau vụ thu hoạch, mía để lại 8 15 tấn rễ/ha đất, vì vậy làm tăng chất hữu cơ, tăng lợng mùn trong đất [36]. 1.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ mía đờng ở Việt Nam và trên thế giới 1.3.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ mía đờng trên thế giới Hiện nay trên thế giới có hơn 70 Quốc gia trồng mía để sản xuất đờng, đ- ờng làm từ mía chiếm trên 60% tổng lợng đờng đợc sản xuất. Khu vực châu á và Nam Mĩ là nơi sản xuất đờng lớn, chiếm trên 30% sản lợng đờng thế giới. Tốc độ sản xuất và tiêu thụ đờng trên thế giới không ngừng tăng lên, nếu niên vụ 1992 1993 sản lợng đờng thế giới chỉ đạt 73,01 triệu tấn thì đến niên vụ 2002 2003 đạt 148,99 triệu tấn và niên vụ 2003 2004 là 146,5 triệu tấn (tăng hai lần trong vòng mời năm). Nhu cầu tiêu thụ đờng cũng tăng gấp đôi từ 67,38 triệu tấn năm 1994 lên 142,5 triệu tấn vào năm 2004. Mức tiêu thụ đờng trên thế giới năm 2006 là 152,1 triệu tấn, năm 2007 là 158,8 triệu tấn [7, 24]. Bảng 1.1. Tình hình sản xuất đờng mía trên thế giới TT Tên nớc Sản lợng đờng(triệu tấn) 2002- 2003 2003- 2004 2004- 2005 2005- 2006 2006- 2007 2007- 2008 1 Braxin 23,70 26,40 28,73 29,70 31,2 32,0 2 ấn Độ 22,145 13,56 12,70 18,35 24,0 27,5 3 Trung Quốc 11,38 10,73 11,24 10,02 11,7 14,0 4 Thái Lan 7,286 6,875 5,35 4,20 6,9 7,8 5 Pakistan 3,944 4,30 3,71 3,20 3,52 4,63 6 Australia 5,461 4,985 5,40 5,30 4,88 4,7 7 7 Mêhicô 5,20 5,33 5,69 6,10 5,63 5,7 8 Cu Ba 2,60 2,30 2,00 1,20 1,02 1,14 Nguồn: Hiệp hội mía đờng Việt Nam Tin mía đ ờng, các số từ 4/2002 10/2008 Nhìn chung các nớc sản xuất đờng mía lớn trên thế giới có ngành đờng t- ơng đối phát triển. Quy mô sản xuất lớn, công suất các nhà máy chế biến cao, đa số trên 8000 tấn mía/ngày; trong đó có nhiều nhà máy có công suất chế biến từ 14000 16000 tấn mía cây/ngày. Hơn nữa ở đây lại có vùng nguyên liệu tập trung, đủ lớn cho nhà máy hoạt động. Chi phí mua nguyên liệu và chế biến đờng tơng đối thấp, ví dụ: ở Thái Lan giá nguyên liệu đầu vào khoảng 9 11 USD/tấn; chi phí chế biến khoảng 86 USD/tấn. Trong khi đó ở Việt Nam chi phí nguyên liệu từ 15 25 USD/tấn và chi phí chế biến khoảng 170 USD/tấn. Năng suất, độ đờng trong mía ở các nớc này cũng khá cao, trung bình đạt trên 70 tấn/ha và tỉ lệ mía/đờng vào khoảng 8 9 mía/đờng, cá biệt ở úc năng suất mía rất cao, khoảng 93 tấn/ha và hàm lợng đờng trong thân mía đạt tỉ lệ 7 mía/đờng [7]. Nhìn chung tình hình sản xuất và tiêu thụ đờng trên thế giới từ năm 2003 trở lại đây là tơng đối cân bằng, thị trờng đờng ổn định, không còn tình trạng cung vợt cầu quá nhiều nh thời kì 1998 2002. Thậm chí trong thời gian gần đây nhu cầu sử dụng đờng trên thế giới ngày càng tăng cao, trong khi khả năng cung cấp đờng lại bị hạn chế do một lợng lớn nguyên liệu mía đợc chuyển sang sản xuất cồn ethanol (dạng nguyên liệu mới cho ngành giao thông vận tải). 1.3.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ mía đờng ở Việt Nam ở nớc ta mía là nguồn nguyên liệu duy nhất để chế biến đờng. Cây mía ở Việt Nam đã có từ lâu, nghề trồng mía và chế biến các loại đờng thủ công truyền thống đã có từ rất sớm Thời các chúa Nguyễn đã có đờng xuất khẩu ra nớc ngoài. Chúa Nguyễn đã có chính sách khuyến khích, miễn thuế cho những 8 ngời xuất khẩu đờng [36]. Tuy nhiên ngành mía đờng của chúng ta mới bắt đầu phát triển từ những năm đầu của thế kỷ XX nhng tơng đối chậm. Năm1930 cả nớc trồng đợc 63.000 ha mía, sản xuất đợc 760.200 tấn mía. Năm 1940 cả nớc trồng đợc 38.000 ha mía, sản xuất đợc 82.000 tấn mía. Năm 1980 trồng đợc 109.800 tấn mía, sản xuất đợc 4.358.900 tấn mía. Năm 1994 trồng đợc 166.600 ha mía, sản xuất đợc 6.500.000 tấn mía [24,36]. Sau khi chơng trình sản xuất 1 triệu tấn đờng của chính phủ đợc triển khai vào năm 1995, với nhiều chính sách hỗ trợ đầu t hiệu quả, ngành mía đờng đã có những bớc phát triển nhảy vọt từ 14 nhà máy đờng năm 1994 lên 24 nhà máy đờng năm 1997 và đến năm 2002 đã có trên 44 nhà máy với công suất ép từ 500 tấn mía cây đến 8000 tấn mía cây/ngày đi vào hoạt động. Diện tích trồng mía không ngừng tăng lên, trung bình khoảng 15%/năm (từ 166 nghìn ha năm 1994 lên 342 nghìn ha năm 1999) năng suất bình quân 39 tấn/ ha năm 1994 lên 52 tấn/ha vào năm 1999. Tăng diện tích trồng mía thì năng suất cũng tăng lên đạt 17,8 triệu tấn ở vụ 1999 2000 cao gấp 2 lần vụ 1994 - 1995. Vì vậy, lợng đờng sản xuất tăng lên rất nhanh. Từ hơn 200.000 tấn đờng năm 1994 lên 520.000 tấn năm 1997 và đạt trên 1.000.000 tấn đờng vào năm 1999 2000. Nhng sự phát triển của ngành mía đờng không phải lúc nào cũng thuận tiện nh vậy, trong những năm gần đây ngành gặp phải không ít khó khăn. Một số nhà máy quy mô nhỏ bị phá sản, một phần diện tích mía đợc chuyển sang trồng cây khác vì vậy diện tích trồng mía chỉ còn 265.000 ha trong vụ 2005 2006 và khoảng gần 310.067 ha trong vụ 2006 - 2007, năm 2007 2008 hiện có 306.600 ha [7, 24]. 9