ارزیابی چرخه حیات در بوم‌نظام‌های تولید گندم (Triticum aestivum L.) ایران: 2- مقایسه مکانی در سطح کشور

بوم شناسی کشاورزی

مقاله 1، دوره 10، شماره 1 - شماره پیاپی 35، فروردین 1397، صفحه 48-68   

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jag.v10i1.45791

نویسندگان

مهدی نصیری محلاتی¹؛ علیرضا کوچکی^{* 2}

¹فردوسی مشهد

²دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

ارزیابی چرخه حیات (LCA) روش معتبر و دقیقی برای بررسی و مقایسه پیامدهای محیطی ناشی از فعالیت‌های انسان و از جمله روش‌های مختلف مدیریت در بوم‌نظام‌های زراعی می‌باشد که تعمیم نتایج آن به مقیاس ملی اطلاعات مفیدی را در مورد اثرات محیطی فعالیت‌های زراعی فراهم می-سازد. در این پژوهش نتایج اجرای LCA برای بوم‌نظام‌های کم، متوسط و پر نهاده تولید گندم کشور که قبلاً انجام شده بود جهت مقایسه اثرات محیطی بین 14 استان مورد استفاده قرار گرفت. به این منظور برای هر استان سطح زیر کشت گندم در سه نظام با سطوح مختلف مصرف نهاده تعیین شد و سپس بر اساس عملکرد هر نظام و سهم آن از سطح زیر کشت، پیامدهای محیطی هفت گروه تأثیر با استفاده از تغییر مقیاس خطی برای هر استان بر آوردشد. نتایج نشان داد که کارایی استفاده از زمین در استان‌های کشور بسیار متفاوت است. به‌طوری‌که استان خوزستان که 18 درصد از گندم کشور را تولید می‌کند دارای پایین‌ترین کارایی استفاده از زمین بود و در این استان برای تولید یک تن گندم به 4271 مترمربع زمین نیاز است، در حالی‌که این مقدار در استان تهران 2049 مترمربع می‌باشد. در واحد کارکردی هکتار، بیشترین پتانسیل گرمایش جهانی و سمیت اکولوژیکی مربوط به استان تهران بود که در آن نظام‌های پر‌نهاده بیشترین سهم را در سطح زیر کشت گندم دارند. در واحد کارکردی تن دانه، استان‌های همدان و خوزستان به‌ترتیب دارای کمترین و بیشترین پتانسیل گرمایش بودند. گروه‌بندی استان‌ها با روش تجزیه به مؤلفه‌های اصلی (PCA) نشان داد که تفاوت بین استان‌ها علاوه بر عملکرد گندم تابع توزیع نظام‌های کم، متوسط و پر‌نهاده در کل سطح زیر کشت استان‌ها نیز می‌باشد. مقایسه استان‌ها بر اساس نوعی شاخص نرمال شده محیطی که معیاری از مجموع هفت گروه تأثیر بود، نیز نتایج حاصل از PCA را تأیید کرد. بر اساس یافته‌های این تحقیق تولید یک تن گندم در استان همدان دارای کمترین اثرات محیطی در بین 14 استان تحت بررسی می‌باشد و در مقابل استان خوزستان برای تولید هر تن گندم بیشترین پیامدهای محیطی را به جا می گذارد. در بوم‌نظام‌های گندم کشور که با مصرف زیاد نهاده مدیریت می‌شوند، افزایش عملکرد به بالاتر از چهار تن در هکتار باعث افزایش شدید اثرات محیطی در هکتار شده، ولی عملکرد اضافی ناشی از مصرف نهاده‌ها به اندازه‌ای نیست که این اثرات را به ازای تن دانه گندم کاهش دهد. بنابراین، با وضعیت فعلی کارایی استفاده از نهاده‌ها در تولید گندم، افزایش عملکرد از طریق فشرده‌سازی (مصرف نهاده بیشتر) راه‌حل مطمئنی نبوده و پیامدهای محیطی جدی به‌همراه خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها

تغییر مقیاس؛ تجزیه به مؤلفه‌های اصلی؛ شاخص نرمال محیطی؛ فشرده‌سازی

مراجع

Anderson, T.W. 1984. An Introduction to Multivariate Statistical Analysis. John Wiley & Sons, New York.

Bazrgar, A.B. 2011. Environmental assessment of Khoraszn sugar beet production systems using LCA. PhD Dissertation, Faculty of Plant Production, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources. (In Prsian with English Summary)

Bengtsson, M., Carlson, R., Molander, S., and Steen, B. 1998. An approach for handling geographical information in life cycle assessment using a relational database. Journal of Hazardous Materials 61: 67–75.

Bjorklund, A.E. 2003. Survey of approaches to improve reliability in LCA. The International Journal of Life Cycle Assessment 7(2): 64-72.

Bockstaller, C., and Girardin, P. 2003. How to validate environmental indicators. Agricultural Systems 76: 639–653.

Bouman, B.A.M., Jansen, H.G.P., Schipper, R.A., Nieuwenhuyse, A., Hengsdijk, H., and Bouma, J. 1999. A framework for integrated biophysical and economic land use analysis at different scales. Agriculture, Ecosystems and Environment 75: 55-73.

Brentrup, F., Kusters, J., Lammel, J., Barraclough, P., and Kuhlmann, H. 2004. Environmental impact assessment of agricultural production systems using the life cycle assessment (LCA) methodology– 2, The application to N fertilizer use in winter wheat production systems. European Journal of Agronomy 20(3): 265-79.

Brentrup, F., Küsters, J., Kuhlmann, H., and Lammel, J. 2001. Application of the life cycle assessment methodology to agricultural production: an example of sugar beet production with different forms of nitrogen fertilisers. European Journal of Agronomy 14: 221-233.

Charles, R., Jolliet, O., Gaillard, G., and Pellet, D. 2006 Environmental analysis of intensity level in wheat crop production using life cycle assessment. Agriculture, Ecosystems and Environment 113: 216-225.

Dalgaard, T., Halberg, N., and Porter, J. 2001. A model for fossil energy use in Danish agriculture used to compare organic and conventional farming. Agriculture, Ecosystems and Environment 87(1): 51-65.

Dalgaard, T., Hutchings, N.J., and Porter, J.R. 2003. Agroecology, scaling and interdisciplinarity. Agriculture, Ecosystems and Environment 100: 39-51.

Deike, S., Pallutt, B., Melander, B., Strassemeyer, J., and Christen, O. 2008. Long-term productivity and environmental effects of arable farming as affected by crop rotation, soil tillage intensity and strategy of pesticide use: a case-study of two long-term field experiments in Germany and Denmark. European Journal of Agronomy 29: 191–199.

FAO, 2013. FAO Statistical Yearbook 2013: World Food and Agriculture. FAO, Rome.

Gasol, C.M., Gabarrell, X., Anton, A., Rigola, M., Carrasco, J., Ciria, P., Solano, M.L., and Rieradevall, J. 2007. Life cycle assessment of a Brassica carinata bioenergy cropping system in southern Europe. Biomass and Bioenergy 31: 543–555.

Grace, J., Van Gardingen, P.R., and Luan, J. 1997. Tackling Large-scale Problems by Scaling up. In: Gardingen, P.R., Foody, G.M., Curran, P.J. (Eds.), Scaling-up From Cell to Landscape. Society for Experimental Biology. Seminar Series 63, Cambridge University Press, Cambridge, ISBN 0-521-47109-5 p. 7–16, 386 pp.

Haas, G., Wetterich, and Fand Geier, U. 2000. Life cycle assessment framework in agriculture on the farm level. The International Journal of Life Cycle Assessment 5(6): 345-348.

Haas, G., Wetterich, F., and Kpke, U. 2001. Comparing intensive, extensified and organic grassland farming in southern Germany by process life cycle assessment. Agriculture, Ecosystems and Environment 83(1–2): 43–53.

Hayer, F., Bockstaller, C., Gaillard, G., Mamy, L., and Nemecek Strassemeyer, T.J. 2010. Multi-criteria Comparison of Eco-toxicity Models Focused on Pesticides. In: Notarnicola, B. (Ed.), 7th International Conference on LCA in the Agri-Food Sector. Bari, Italy p. 305-310.

Heller, M.C., and Keoleian, G.A. 2003. Assessing the sustainability of the US food system: a life cycle perspective. Agricultural Systems 76: 1007–1041.

Hoffman, L., Weidema, B., Kristiansen, K., and Ersboll, A. 1994. Statistical analysis and uncertainties in relation to LCA, Special Reports No. 1, LCA-Nordic, Nordic Council of Ministers, Report 1995:503, Copenhagen.

Hülsbergen, K.J., Feil, B., and Diepenbrock, W. 2002. Rates of nitrogen application required to achieve maximum energy efficiency for various crops: results of along-term experiment. Field Crops Research 77: 61-76.

Huppes, G., and Ishikawa, M. 2005. A framework for quantified eco-efficiency analysis. Journal of Industrial Ecology 9: 25-41.

IPCC. 2006. IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. Intergovernmental Panel on Climate Change. Greenhouse Gas Inventory Reference Manual, Vol. 4.

ISO (International Organization for Standardization). 2006. ISO 14040: 2006(E) Environmental Management – Life Cycle Assessment– Principles and Framework.

Jackson, J.E. 1991. A User’s Guide to Principal Components. John Wiley & Sons, New York.

Keating, B.A., Carberry, P.S., Bindraban, P.S., Asseng, S., Meinke, H., and Dixon, J. 2010. Eco-efficient agriculture: concepts, challenges and opportunities. Crop Science 50 (Supplement 1): S-109–S-119.

Khoshnevisan, A., Rafiee, S., Omid, M., Keihani, A., and Movahedi, M. 2013. Evaluation of energy and environmental indices of potato crop using life cycle assessment: A case study on Fereidon shahr county, Isfehan province. Iranian Journal of Biosystem Engineering 44(1): 57-66. (In Persian with English Summary)

Lindeijer, E., Mu¨ller-Wenk, R., and Steen, B. 2002. Impact Assessment of Resources and Land Use. In: Lindeijer, E., Müller-Wenk, R., Steen, B., Udo de Haes, HA., Finnveden, G., Goedkoop, M., Hauschild, M., Hertwich, E.G., Hofstetter, P., Jolliet, O., Klo¨pffer, W., Krewitt, W., Lindeijer, EW., Mu¨ ller-Wenk, R., Olsen, S.I., Pennington, D.W., Potting, J., Steen, B. (Eds.). Life Cycle Impact Assessment: Striving Towards Best Practice. Pensacola, USA: SETAC; p. 11-64.

Meisterling, K., Samaras, C., and Schweizer, V. 2009. Decisions to reduce greenhouse gases from agriculture and product transport: LCA case study of organic and conventional wheat. Journal of Cleaner Production 17: 222–230.

Milai Canals, L.J., Romanya, and Cowell, S.J. 2007. Method for assessing impacts on life support functions (LSF) related to the use of ‘fertile land’ in Life Cycle Assessment (LCA). Journal of Cleaner Production 15: 1426-1440.

MAJ, 2010. Ministry of Jehad-e-Keshavarzi of Iran, Statistical Database. Crop Production Statistics 1389-90. www.maj.ir/portal/Home/Default.aspx (In Persian)

Mosier, A.R., Halvorson, A.D., Peterson, G.A., Robertson, G.P., and Sherrod, L. 2005. Measurement of net global warming potential in three agroecosystems. Nutrient Cycling in Agroecosystems 72(1): 67-76.

Nassiri Mahallati, M., and Koocheki, A. 2017a. Life cycle assessment (LCA) for wheat production systems of Iran: 1- Comparison of inputs level. Journal of Agroecology 9(4): 972-992. (In Persian with English Summary)

Nassiri Mahallati, M., and Koocheki, A. 2017b. Trend analysis of nitrogen use and productivity in cereal production systems of Iran. Journal of Agroecology, 9(2): 360-378. (In Persian with English Summary)

Nemecek, T, Hayer, F., Bonnin, E., Carrouee, B., Schneider, A., and Vivier, C. 2015. Designing eco-efficient crop rotations using life cycle assessment of crop combinations. European Journal of Agronomy 65: 40-51.

Nemecek, T., Huguenin, O., Dubois, D., and Gaillard, G. 2011a. Life cycle assessment of Swiss farming systems: I. Integrated and organic farming. Agricultural Systems 104: 217-232.

Nemecek, T., Huguenin, O., Dubois, D., Gaillard, G., Schaller, B., and Chervet, A. 2011b. Life cycle assessment of Swiss farming systems: II. Extensive and intensive production. Agricultural Systems 104: 233-245

Nemecek, T., and Kägi, T. 2007. Life cycle inventories of Swiss and European agricultural production systems. Final report ecoinvent v2.0 No.15a. Agrospace Reckenholz-Taenikon Research Station ART, Swiss Center of Life Cycle Inventories, Zurich and Dubendorf, CH.

Payraudeau, S., and Van der Werf, H.M.G. 2005. Environmental impact assessment for a farming region: a review of methods. Agriculture, Ecosystems and Environment 107: 1-19.

Roy, P., Nei, D., Orikasa, T., Xu, Q., Okadome, H., Nakamura, N., and Shiina, T. 2009. A review of life cycle assessment (LCA) on some food products. Journal of Food Engineering 90: 1–10.

Sands, G.R., and. Podmore, T.H. 2000. A generalized environmental sustainability index for agricultural systems. Agriculture, Ecosystems and Environment 79: 29–41.

Schroder, J.J., Aarts, H.F.M., ten Berge, H.F.M., van Keulen, H., and Neeteson, J.J. 2003. An evaluation of whole-farm nitrogen balances and related indices for efficient nitrogen use. European Journal of Agronomy 20: 33-44.

Steen, B. 1997. On uncertainty priority setting and sensitivity of LCA-based. Journal of Cleaner Production 5(4): 255-262.

Stein, A., Riley, J., and Halberg, N. 2001. Issues of scale for environmental indicators. Agriculture, Ecosystems and Environment 87(2): 119–259.

Tilman, D., Cassman, K.G., Matson, P.A., Naylor, R., and Polasky, S. 2002. Agricultural sustainability and intensive production practices. Nature 418: 671-677.

Tzilivakis, J., Jaggard, K., Lewis, K.A., May, M., and Warner, D.J. 2005. Environmental impact and economic assessment for UK sugar beet production systems. Agriculture, Ecosystems and Environment 107: 341-358.

Van der Werf, H.M.G., and Petit, J. 2002. Evaluation of the environmental impact of agriculture at the farm level: a comparison and analysis of 12 indicator-based methods. Agriculture, Ecosystems and Environment 93: 131–145.

Zangeneh, M., Omid, M., and Akram, A. 2010. A comparative study on energy use and cost analysis of potato production under different farming technology in Hamadan province of Iran. Energy Conversion and Management 35: 2927-2933.