Rễ của cây lúa miến năng lượng sinh học có thể bổ sung carbon trong đất

Nguồn: Pixabay.

Thế giới phải đối mặt với tình trạng ngày càng gia tăng lượng CO₂ trong khí quyển và sự thiếu hụt carbon trong đất. Tuy nhiên, theo một nghiên cứu mới của các nhà khoa học Texas A&M AgriLife Research, cao lương năng lượng sinh học có thể giúp giảm nhẹ cả hai vấn đề.

Nghiên cứu gần đây đã được công bố trên GCB Bioenergy. Theo nghiên cứu, cây cao lương (lúa miến) lai năng lượng sinh học thu nhận và cô lập một lượng đáng kể CO₂ khí quyển trong đất. Cây trồng có thể cải thiện độ phì nhiêu của đất và có khả năng kiếm được lượng carbon để bù đắp lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính.

Ngoài ra, nghiên cứu cho thấy hệ thống rễ sâu bất thường của cây cao lương năng lượng sinh học có thể tiếp cận các nguồn nước và chất dinh dưỡng mà các cây hàng năm khác chưa khai thác. Những kết quả này cho thấy cây trồng có thể giúp quản lý lượng phân bón bị rửa trôi từ việc chuyển cây hàng năm khác trong luân canh cây trồng.

Điều tra viên cao cấp của nghiên cứu này là John Mullet và Perry L. Adkisson, Trưởng bộ môn Sinh học Nông nghiệp tại Khoa Hóa sinh và Lý sinh. Một cộng tác viên chính là Bill Rooney và Borlaug-Monsanto, Chủ tịch Hội Nhân giống cây trồng và Cải tiến cây trồng quốc tế, Sở Khoa học Đất và Cây trồng. Cả hai đều đang theo học trường Cao đẳng Nông nghiệp và Khoa học Đời sống Texas A&M.

Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Sinh học Hồ Great Lakes của Bộ Năng lượng Mỹ và Cơ quan Năng lượng-Dự án Nghiên cứu Tiên tiến đã tài trợ cho dự án.

Cây năng lượng sinh học hàng năm được lai tạo ở Texas A & M

Mullet là một chuyên gia trong lĩnh vực gen, di truyền và mạng lưới điều hòa gen của cây trồng năng lượng sinh học. Rooney đã đi đầu trong việc phát triển các giống cao lương (lúa miến) năng lượng sinh học trong 20 năm qua. 15 năm qua, Rooney và Mullet đã hợp tác để phát triển cao lương năng lượng sinh học.

Trên thực tế, Mullet và Rooney đã và đang nghiên cứu để cải tiến các giống cao lương năng lượng sinh học để tạo ra một loại cây trồng năng lượng sinh học lý tưởng hàng năm. Con lai được sử dụng trong nghiên cứu gần đây tạo ra năng suất sinh khối cao tạo nhiên liệu, điện và sản phẩm sinh học. Cây trồng này cũng có khả năng chống chịu hạn tốt, hiệu quả sử dụng đạm tốt và có bộ rễ ăn sâu.

Rooney cho biết: “Có một giả định rằng các loại cây trồng năng lượng sinh học bền vững nhất là cây lâu năm vì chúng cần ít nguyên liệu đầu vào hơn và có thể cô lập nhiều sinh khối hơn so với cây trồng hàng năm. Những tuyên bố đó là đúng, nhưng nông nghiệp Mỹ cũng luôn yêu cầu các giống và lựa chọn cây trồng hàng năm”.

Tiêu chuẩn mới cho mô hình carbon, độ phì nhiêu của đất

Nghiên cứu cho thấy rằng một mẫu Anh (khoảng 4000 m²) được trồng bằng cây cao lương lai năng lượng sinh học tích lũy được khoảng 3,1 tấn sinh khối củ khô trong mùa sinh trưởng kéo dài 155 ngày. Rễ cây cao lương năng lượng sinh học cũng phát triển sâu tới hơn 6,5 feet (tương đương 1,98 m) trong thời kỳ sinh trưởng.

Những số liệu mới này giúp dự đoán dễ dàng hơn, bao nhiêu carbon dioxide trong khí quyển có thể được thu giữ bên trong rễ cây. Các con số cũng có thể làm sáng tỏ số lượng carbon mà một mảnh ruộng có thể có được.

Rooney cho rằng những con số này khá thuận lợi. Các con số cũng rất quan trọng để hiểu được tiềm năng của cây trồng trong việc cải thiện độ phì nhiêu của đất và khả năng giữ nước bằng cách bổ sung carbon hữu cơ cho đất. Tuy nhiên, nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng tại Mỹ, mức carbon hữu cơ trong đất đã giảm 50% trong vòng 100 năm qua trên đất trồng cây hàng năm.

Rooney nhận định: “Sự sụt giảm nồng độ carbon trong đất này có thể là do thực hành canh tác, hoạt động của vi sinh vật và việc sử dụng đất thay đổi. Những yếu tố phức tạp này có nghĩa là việc dự đoán thời gian có thể bổ sung lượng carbon đã mất đòi hỏi phải có mô hình phức tạp. Quá trình phục hồi có thể sẽ mất nhiều thập kỷ. Đối với mô hình, họ cần phải có một con số thực tế để bắt đầu. Trước đây chúng tôi không có đủ thông tin để làm điều đó, nhưng nghiên cứu này cung cấp một chuẩn mực cho các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách”.

Nhu cầu cho các nghiên cứu trong tương lai

Trong nghiên cứu này, Rooney và nhóm của anh ấy đã quản lý các thử nghiệm thực địa và giúp định hình kiểu hình. Mullet và nhóm của ông đã xác định đặc điểm của hệ thống rễ và các gen biểu hiện bên trong.

Rooney nhấn mạnh sự cần thiết phải tiến hành các nghiên cứu sâu hơn: Trong nhiều năm, nghiên cứu đã xem xét chuyên sâu cách một cây cao lương lai năng lượng sinh học tương tác với hai loại đất, Trong nghiên cứu này, chúng tôi không lấy mẫu đa dạng di truyền của cao lương năng lượng sinh học, ngoại trừ một loại tiêu chuẩn. Và việc xem xét nhiều môi trường và mở rộng phạm vi mà chúng tôi đang đánh giá là điều cần thiết.

Cao lương năng lượng sinh học là một phần của hệ thống sản xuất năng lượng sinh học bền vững

Các nghiên cứu mô hình hóa ước tính rằng hàng triệu mẫu đất trồng trọt bị bỏ hoang và vùng ven ở Mỹ sẵn sàng cho mục đích trồng trọt. Nhiều mẫu đất trong số đó ở khu vực Bờ biển Vịnh. Theo Mullet, khu vực này là nơi lý tưởng để sản xuất cao lương năng lượng sinh học vì lượng mưa dồi dào, mùa vụ phát triển kéo dài và ít cạnh tranh với các loại cây ngũ cốc. Hơn nữa, nhờ nỗ lực của Mullet và Rooney, cây trồng đã được cải thiện trong những năm qua về năng suất, khả năng phục hồi và thành phần dinh dưỡng.

Mullet đưa ra nhận xét: “Gần đây, tôi đã quyết định điều quan trọng nhất mà chúng tôi có thể làm là tiếp tục nghiên cứu về tối ưu hóa cao lương năng lượng sinh học, đồng thời giúp thiết kế và xây dựng các nhà máy chế biến sinh học xử lý nguyên liệu từ cây trồng theo cách tối ưu”.

Carbon được thu giữ trong nhiên liệu sinh học và sản phẩm sinh học tại các nhà máy chế biến sinh học và từ rễ cây cao lương năng lượng sinh học có thể tạo ra nguồn carbon, có khả năng mang lại lợi ích cho các nhà sản xuất và ngành công nghiệp.

Theo Mullet: “Bất chấp tiềm năng sản xuất nhiên liệu sinh học tuyệt vời của Bờ Vịnh, nhưng không có trung tâm nghiên cứu năng lượng sinh học và rất ít nhà máy chế biến sinh học trong khu vực”.

Do đó, Mullet hiện đang nỗ lực thu hút các nguồn tài trợ của ngành công nghiệp và chính phủ để giúp xây dựng thế hệ tiếp theo của các nhà máy chế biến sinh học được thiết kế để sử dụng sinh khối cao lương năng lượng sinh học, sản xuất nhiên liệu sinh học, sản phẩm sinh học và năng lượng sinh học. “Dự án đã mở rộng sang không chỉ sản xuất nhiên liệu sinh học và sản phẩm sinh học mà còn trực tiếp thu giữ carbon và cô lập nó”.

Đỗ Thị Thanh Trúc theo Phys.org