Theo phán quyết gần đây của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ, 288 triệu gallon nhiên liệu sinh học xenlulo phải được trộn vào nguồn cung xăng của Hoa Kỳ vào năm 2018. Mặc dù con số này giảm nhẹ so với năm ngoái, ngành công nghiệp này vẫn đang phát triển với tốc độ khiêm tốn. Tuy nhiên, cho đến nay, các nhà sản xuất phải dựa vào thông tin không đầy đủ và các nghiên cứu quy mô nhỏ, thiếu thực tế để đưa ra quyết định của họ về việc trồng loại nguyên liệu nào và ở đâu. Một báo cáo mới của nhiều tổ chức cung cấp dữ liệu nông học thực tế cho năm nguyên liệu là xenlulo, có thể cải thiện việc áp dụng và tăng sản lượng trên toàn quốc.
"Ước tính năng suất ban đầu dựa trên dữ liệu từ các lô nghiên cứu nhỏ, nhưng chúng không thực tế. Mục tiêu chính của chúng tôi với dự án này là xác định xem những loài này có thể là cây trồng khả thi khi được trồng ở quy mô trang trại hay không". D. K. Lee, phó giáo sư tại Khoa Khoa học Cây trồng tại Đại học Illinois và là trưởng nhóm nghiên cứu hỗn hợp thảo nguyên.
Dự án, được hỗ trợ bởi Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và Sáng kiến Tài trợ Mặt trời, bắt đầu vào năm 2008 và bao gồm các nhà nghiên cứu từ 26 tổ chức. Họ cùng nhau đánh giá tiềm năng năng lượng sinh học của hỗn hợp cỏ switchgrass, Miscanthus, lúa miến, mía năng lượng và thảo nguyên trong các thử nghiệm dài hạn trên một khu vực địa lý rộng lớn. Do thiếu nguyên liệu thực vật, Miscanthus và mía năng lượng đã được trồng trên các mảnh đất nhỏ hơn so với các loại cây trồng khác, nhưng các nhà nghiên cứu cho biết kết quả mới vẫn có giá trị đối với các nhà sản xuất.
"Mặc dù việc đưa ra các quyết định và đề xuất trong thế giới thực dựa trên dữ liệu hiệu suất từ các mảnh đất nhỏ ít được mong muốn hơn so với các mảnh đất quy mô thực địa, nhưng chúng tôi cảm thấy hài lòng với kết quả của Miscanthus vì chúng dựa trên 33 bộ dữ liệu được thu thập từ năm địa điểm Tom Voigt, giáo sư tại khoa khoa học cây trồng tại U of I và là trưởng nhóm Miscanthus của nghiên cứu cho biết trong hơn bảy năm.
Cây trồng được trồng từ 5 đến 7 năm ở nhiều địa điểm và với nhiều mức phân đạm khác nhau. Mặc dù hầu hết các loại cây trồng đều chịu được chất lượng đất kém, nhưng các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng chúng đều được hưởng lợi từ ít nhất một lượng nitơ. Ví dụ, Miscanthus đã làm tốt nhất với đơn là 53,5 pound / mẫu Anh.
"Khi chúng tôi không bón bất kỳ loại nitơ nào, năng suất sẽ giảm theo thời gian. Nhưng nếu chúng tôi sử dụng quá nhiều, 107 pound / mẫu Anh, chúng tôi đang tăng lượng phát thải oxit nitơ và rửa trôi nitrat," Voigt nói. "Có một số nhu cầu về bón phân, nhưng nó nên được điều chỉnh cho phù hợp với các địa điểm cụ thể."
Hỗn hợp thảo nguyên, được trồng trên đất được tham gia Chương trình Dự trữ Bảo tồn (CRP), cũng được hưởng lợi từ nitơ bổ sung. Năng suất tiếp tục tăng với việc bổ sung lên đến 100 pound / mẫu Anh, nhưng Lee nói rằng các nhà sản xuất sẽ phải cân nhắc giữa lợi ích năng suất so với chi phí phân bón.
"Mặc dù đã tăng năng suất, nhưng việc sử dụng hơn 50 pound nitơ trên một mẫu Anh sẽ không có lợi về mặt kinh tế."
Và mặc dù hầu hết các loại cây trồng đều có khả năng chịu hạn, lượng mưa đã tạo nên sự khác biệt.
"Việc sản xuất Miscanthus liên quan trực tiếp đến lượng mưa," Voigt nói. "Ở những khu vực có lượng mưa giảm, năng suất thường giảm. Tuy nhiên, điều đó còn phụ thuộc vào thời điểm. Nếu có lượng nước tốt vào mùa đông, thực vật có thể phát triển tốt vào mùa xuân. Nhưng nếu sau đó chúng tôi có lượng mưa ít, điều đó dẫn đến tổn thương."
Lee nói rằng các hỗn hợp thảo nguyên, thường được tạo thành từ các loại cỏ cứng, đã phải hứng chịu những đợt hạn hán nghiêm trọng vào năm 2012 và 2013 ở một số địa điểm. "Trong một năm ở Oklahoma của chúng tôi, họ thậm chí không cố gắng thu hoạch. Sản lượng quá thấp."
Không có một nguyên liệu nào "thắng" trên bảng. Voigt nói: “Nó phụ thuộc rất nhiều vào vị trí, tỷ lệ sử dụng nitơ và sự thay đổi trong năm. Thay vì làm nổi bật sản lượng cụ thể thu được trong những năm hoặc địa điểm tốt, một nhóm các nhà thống kê trong nhóm nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu về năng suất và môi trường dựa trên thực địa để tạo bản đồ về tiềm năng năng suất cho năm loại cây trồng trên khắp Hoa Kỳ. Các dải màu xanh đậm trên bản đồ đại diện cho các khu vực tiềm năng năng suất cao nhất, từ 8 đến 10 tấn mỗi mẫu Anh mỗi năm.
Theo kết quả mới, tiềm năng năng suất lớn nhất đối với các giống cỏ switchgrass vùng đất thấp là ở vùng hạ lưu thung lũng Mississippi và các bang ven biển vùng Vịnh, trong khi năng suất hỗn hợp Miscanthus và thảo nguyên có khả năng cao nhất ở phía trên Trung Tây.
Lee nói rằng hỗn hợp thảo nguyên, thường được trồng trên đất CRP để bảo tồn đất, đã không phát huy hết tiềm năng của chúng trong nghiên cứu. "Chúng tôi biết rằng ngày nay có những giống cỏ switchgrass năng suất cao hơn những giống được đưa vào hỗn hợp CRP trong nghiên cứu. Nếu chúng tôi thực sự muốn sử dụng CRP để sản xuất sinh khối, chúng tôi cần phải trồng những loài có năng suất cao. Điều đó sẽ mang lại lợi nhuận cao hơn rất nhiều.
"Một trong những mối quan tâm lớn nhất hiện nay là tỷ lệ đăng ký CRP đang giảm xuống. Khi chúng tôi bắt đầu, chúng tôi có 36 triệu mẫu Anh trên toàn quốc. Bây giờ chúng tôi giảm xuống còn 26 triệu. Nông dân cảm thấy họ có thể kiếm nhiều tiền hơn bằng cách sử dụng đất đó đối với cây trồng theo hàng. Chúng tôi cần phải tìm ra giải pháp nào đó nếu chúng tôi muốn cứu đất. Sinh khối có thể mang lại doanh thu cho nông dân, nếu họ được phép thu hoạch, "Lee nói.
Mía năng lượng có thể đạt sản lượng rất cao, nhưng ở một phần tương đối hạn chế của đất nước. Tuy nhiên, cây trồng cho thấy năng suất tiềm năng cao nhất ở một số địa điểm lớn nhất là cây cao lương. Cây hàng năm có khả năng thích nghi cao với các điều kiện khác nhau và có thể dễ dàng hơn cho người nông dân.
"Nó phù hợp với hệ thống cây trồng hàng năm truyền thống; tốt hơn cây lâu năm. Nó có thể không được mong muốn về mặt môi trường như cây lâu năm, nhưng mọi người có thể vay tiền vào mùa đông để mua hạt giống và vật tư, sau đó trồng, và bán vào mùa thu để trả các khoản vay của họ. Đó là chu kỳ hàng năm của ngô và đậu, "Voigt nói.
Lee cho biết thêm, "Về mặt quản lý, cao lương gần giống như ngô. Nó nảy mầm và phát triển rất nhanh nên việc kiểm soát cỏ dại không phải là vấn đề lớn. Nếu bạn trồng vào đầu tháng 6, nó sẽ là 15-20 cao bằng feet vào tháng 9. Nó cũng có khả năng chịu hạn tốt."
Hạ gục nhà vô địch sinh khối? Nó bị ướt khi thu hoạch và không thể bảo quản được. Nó cũng yêu cầu nitơ và có thể trụi, hoặc sụp đổ trước khi thu hoạch trong điều kiện ẩm ướt hoặc gió. "Tuy nhiên, đó là một loại cây thực sự ngoạn mục", Voigt nói.
Các nhà nghiên cứu đã cung cấp tất cả dữ liệu thô từ cuộc nghiên cứu trên mạng cho mọi người có thể truy cập. Lee nói rằng nó có thể hữu ích cho tất cả mọi người: nhà khoa học, nhà hoạch định chính sách và nhà sản xuất. "Nó sẽ hữu ích cho nhiều bên liên quan khác nhau", anh ấy nói.
