بررسی چرخه حیات (LCA) نظام تولید ذرت در شرایط آب و هوایی مشهد

بوم شناسی کشاورزی

مقاله 9، دوره 11، شماره 3 - شماره پیاپی 41، مهر 1398، صفحه 925-939   

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jag.v11i3.51337

نویسندگان

سرور خرم دل^{* 1}؛ علیرضا کوچکی¹؛ مهدی نصیری محلاتی¹؛ عبداله ملافیلابی²

¹گروه اگروتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

²گروه زیست فناوری مواد غذایی، مؤسسه پژوهشی علوم و صنایع غذایی، مشهد، ایران

چکیده

چرخه حیات (LCA) رویکردی برای ارزیابی اثرات زیست محیطی تولید محصول یا انجام یک فعالیت است که بر اساس دو شاخص میزان مصرف منابع و انتشار انواع آلاینده­ها به محیط زیست محاسبه می­گردد. بدین منظور، این مطالعه با هدف تعیین اثرات زیست محیطی نظام تولید ذرت در شرایط آب و هوایی مشهد با استفاده از LCA انجام شد. بمنظور تجزیه و تحلیل اثرات زیست محیطی، از روش 14040ISO  به ازای یک واحد کارکردی معادل با یک تن دانه استفاده شد. بدین ترتیب، میزان نهاده­های ورودی (از جمله سوخت­های فسیلی و کودهای معدنی)، تولید و نقل و انتقال نهاده­های کشاورزی (نظیر تولید کودهای شیمیایی) و عملیات بکارگرفته شده در مزرعه (شامل شخم و برداشت) به ازای یک واحد کارکردی تعیین گردید. در گام اول، ممیزی چرخه حیات (LCI)، میزان مصرف نهاده­ها و انتشار آلاینده­ها به ازای یک واحد کارکردی تعیین شد. در مرحله بعد، ارزیابی تأثیر چرخه حیات (LCIA) انجام گرفت و بر اساس شاخص­هایی اطلاعات مرحله قبل در شش گروه تأثیر شامل تخلیة منابع (نظیر مصرف سوخت­های فسیلی و کودهای معدنی فسفر و پتاسیم)، تغییر کاربری اراضی، تغییر اقلیم (گرمایش جهانی)، سمیّت (جوامع انسانی، بوم­نظام­های خشکی و آبی)، اسیدی شدن اراضی و اوتریفیکاسیون (بوم نظام­های خشکی و آبی) دسته­بندی شدند. در نهایت، بعد از نرمال­سازی و وزنی­سازی داده­ها شاخص زیست محیطی (EcoX)که نشاندهنده سهم نظام مورد مطالعه در میزان مصرف نهاده­ها و انتشار آلاینده­ها می­باشد، محاسبه گردید. محاسبه شاخص زیست محیطی نشان داد که بیشترین سهم نظام تولیدی ذرت به ترتیب برای گروه­های مؤثر اسیدی شدن (59/2) و تغییر اقلیم (61/0) حاصل شد. بدین ترتیب، با توجه به نتایج و بمنظور کاهش اثرات زیست محیطی نظام تولید ذرت چنین بنظر می­رسد که می­توان از روش­های مختلف مدیریت نظام زراعی همچون کاربرد نهاده­های آلی، تناوب، گیاهان تثبیت­کننده نیتروژن و خاکورزی حداقل بر مبنای بهره­گیری از اصول کم­نهاده برای کاهش این اثرات زیست محیطی بهره جست.  

کلیدواژه‌ها

اثرات زیست محیطی؛ ارزیابی تأثیر چرخه حیات؛ انتشار؛ مصرف منابع

مراجع

Almaraz, J.J., Zhou, X., Mabood, F., Madramootoo, C., Rochette, P., Ma, B.L., and Smith, D.L. 2009. Greenhouse gas fluxes associated with soybean production under two tillage systems in southwestern Quebec. Soil and Tillage Research 104: 134-139.

Annual Energy Outlook. 1997. U.S. Department of Energy, Energy Information Administration: Washington, D.C., December, 1996; DOE/EIA-0383(97).

Barbier, E.B. 1987. The concept of sustainable economic development. Environmental Conservation 14: 101–110.

Bouwman, A.F. 1995. Compilation of a global inventory of emissions of nitrous oxide. PhD Thesis. University of Wageningen.

Brentrup, F., Kusters, 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.

Brentrup, F., Kusters, J., Kuhlmann, H., and Lammel, J. 2004a. Environmental impacts assessment of agricultural production systems using the life cycle assessment methodology, I. Theorical concept of a LCA method tailored to crop production. European Journal of Agronomy 20: 247-264.

Brentrup, F., Küsters, J., Lammel, J., and Kuhlmann, H. 2002a. Impact assessment of abiotic resources consumption-conceptual considerations. International Journal of Life Cycle Assessment 7: 301–307.

Brentrup, F., Küsters, J., Lammel, J., and Kuhlmann, H. 2002b. Life cycle impact assessment of land use based on the Hemeroby concept. International Journal of Life Cycle Assessment 7: 339–348.

Brentrup, F., Kusters, J., Lammel, J., Barraclough, P., and Kuhlmann, H. 2004b. Environmental impacts assessment of agricultural production systems using the life cycle assessment (LCA) methodology. II. The application to N fertilizer use in winter wheat production systems. European Journal of Agronomy 20: 265-279.

Cannals, L.M., Romanya, J., 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.

Diaz Goebes, M., Stader, R., and Davidson, C. 2003. An ammonia emission inventory for fertilizer application in the United Sattes. Atmospheric Environment 37: 2539-2550.

Eckert, H., Breitschuh, G., and Sauerbeck, D. 1999. Kriterien einer umweltverträglichen Landbewirtschaftung (KUL)-ein Verfahren zur ökologischen Bewertung von Landwirtschaftsbetrieben (Criteria of Environmentally friendly land use (KUL)-a method for the environmental evaluation of farms). Agriculture Biotechnology Research 52: 57-76. (In German with English Summary)

EEA (European Environment Agency). 1998. Europe's Environment: The Second Assessment. EEA, Copenhagen.

Finkbeiner, M., Inaba, A., Tan, R.B.H., Christiansen, K., and Klüppel, H.J. 2006. The new international standards for life cycle assessment: ISO 14040 and ISO 14044. International Journal of Life Cycle Assessment 11: 80–85.

Finnveden, G., and Potting, J. 1999. Eutrophication as an impact category, state of the art and research needs. International Journal of Life Cycle Assessment 4: 311–314.

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

Goedkoop, M., and Spriensma, R. 1999. The Eco-Indicator 99. A damage oriented method of life cycle impact assessment. Methodology Report. Pre Consultants, Amersfoort.

Guinee, J. 1996. Data for the Normalization Step within Life Cycle Assessment of Products. CML Paper no. 14 (Revised version). CML (Centre of Environmental Science), Leiden.

Guinee, J.B. 2001. Life cycle assessment: an operational guide to the ISO standards. Centre of Environmental Science, Leiden University, Leiden.

Houghton, J.T., Jenkins, G.J., and Ephraums, J.J. 1993. Climate Change. The IPCC Scientific Assessment. Cambridge University Press 365 pp.

Huijbregts, M.A.J. 2001. Uncertainty and variability in environmental life-cycle assessment. PhD thesis, University ofAmsterdam, Amsterdam.

Huijbregts, M.A.J., and Seppälä, J. 2000. Towards region-specific, European fate factors for airborne nitrogen compounds causing aquatic eutrophication. International Journal of Life Cycle Assessment 5: 65–67.

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

Jolliet, O., Margni, M., Charles, R., Humbert, S., Payet, J., Rebitzer, G., and Rosenbaum, R. 2003. A new life cycle impact assessment methodology. The International Journal of Life Cycle Assessment 8: 324 – 330.

Koocheki, A. 1994. Agricultural and Energy. Ferdowsi University of Mashhad Publication, Mashhad, Iran (In Persian)

Margni, M., Rossier, D., Crettaz, P., and Jolliet, O. 2002. Life cycle assessment of pesticides on human health and ecosystems. Agriculture, Ecosystem and Environment 93: 379–392.

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.

Monti, A., Fazio, S., and Venturi, G. 2009. Cradle-to-farm gate life cycle assessment in perennial energy crops. European Journal of Agronomy 31: 77-84.

Nie, S.W., Gao, W.S., Chen, Y.Q., Sui, P., and Eneji, A.E. 2010. Use of life cycle assessment methodology for determining phytoremediation potentials of maize-based cropping systems in fields with nitrogen fertilizer over-dose. Journal of Cleaner Production 18: 1530-1534.

OECD. 2001. Environmental Indicators for Agriculture – Methods and Results, vol. 3. OECD Publications, Paris, France, pp. 409.

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., and Okadome, H. 2009. A review of cycle assessment (LCA) on some food products. Journal of Food Engineering 90: 1-10.

Schröder, 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.

Singh, K.P., Ghoshal, N., and Singh, S. 2009. Soil carbon dioxide flux, carbon sequestration and crop productivity in a tropical dryland agroecosystem: Influence of organic inputs of varying resource quality. Applied Soil Ecology 42: 243–253.

Stanners, D., and Bourdeau, P. 1995. Europe’s Environment- The Dobris Assessment. European Environment Agency (EEA), Copenhagen.

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 Zeijts, H., Leneman, H., and Sleeswijk, A.W. 1999. Fitting fertilization in LCA: allocation to crops in a cropping plan. Journal of Cleaner Production 7: 69-74.

Wang, M., Xia, X., Zhang, Q., and Liu, J. 2010. Life cycle assessment of a rice production system in Taihu region, China. International Journal of Sustainable Development and World Ecology 17: 157-161.

Wang, M., Wu, W., Liu, W., and Bao, Y. 2007. Life cycle assessment of the winter wheat-summer maize production system on the North China Plain. International Journal of Sustainable Development and World Ecology 14: 400–407.

Yang, J.X., Xu, C., and Wang, R.S. 2002. Life cycle assessment of products and applications. Industry Publishing House Press, Beijing, pp. 105–114. (In Chinese with English Summary)