ارزیابی بیلان انرژی و انتشار دی‌اکسید کربن در مزارع تولید گندم (Triticum aestivum L.)

بوم شناسی کشاورزی

مقاله 7، دوره 9، شماره 4 - شماره پیاپی 34، دی 1396، صفحه 1168-1193   

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jag.v9i4.54771

نویسندگان

محمد پازکی طرودی¹؛ حسین عجم نوروزی¹؛ عباس قنبری مالیدره^{* 2}؛ محمدرضا داداشی¹؛ سلمان دستان³

¹گروه زراعت، دانشگاه آزاد اسلامی واحد گرگان، ایران

²گروه زراعت، دانشگاه آزاد اسلامی واحد جویبار، ایران

³پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی، کرج، ایران

چکیده

بهره‌گیری از مدیریت پایدار گندم (Triticum aestivum L.) به‌منظور افزایش عملکرد و بهینه‌سازی در مصرف نهاده‌ها و حفاظت از محیط-زیست امری ضروری است. لذا، هدف از این پژوهش، ارزیابی بیلان انرژی و انتشار دی‌اکسید کربن در تولید گندم بود. برای انجام این تحقیق، ابتدا شش مزرعه کاشت رایج گندم در شهرستان‌های جویبار، ساری و قائمشهر طی سال زراعی 94-1393 شناسایی شده‌اند. سپس، با روش کاشت بهبود یافته (بر اساس زراعت کم‌نهاده گندم طراحی شده توسط محققان) مقایسه شده‌اند. اطلاعات مربوط به انرژی ناشی از عملیات زراعی مزارع رایج و روش کاشت بهبود یافته ثبت و جمع‌آوری شدند. سپس، مصرف انرژی در هشت بخش شامل تهیه زمین، کاشت، کوددهی، حفاظت گیاه، کنترل علف‌های هرز، آبیاری، برداشت و حمل و نقل به کارخانه طبقه‌بندی شدند. پس از آن، انرژی ورودی و خروجی، شاخص‌های انرژی و پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) ناشی از انتشار دی‌اکسید کربن برآورد شدند. نتایج نشان داد که میانگین کل انرژی ورودی در چهار روش‌ کاشت برابر 61/11811 مگاژول در هکتار بود که کم‌ترین میزان انرژی ورودی در روش کاشت بهبودیافته مشاهده شد. در بین تمامی ورودی‌ها، انرژی مصرفی مربوط به نیتروژن با 03/38 درصد در رتبه اول قرار گرفت. انرژی سوخت و بذر در رتبه‌های بعدی قرار گرفتند. بیشترین انرژی تولیدی در روش کاشت بهبودیافته به‌دست آمد که 34/36 درصد از آن مربوط به دانه و 66/63 درصد مربوط به کاه و کلش بود. میانگین انرژی ورودی تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر در چهار روش‌ کاشت به‌ترتیب برابر 28/3071 و 33/8740 مگاژول در هکتار بود. میانگین کارایی انرژی در روش‌های‌ کاشت برابر 57/14 بود که بالاترین میزان آن مربوط به روش کاشت بهبودیافته بود. همچنین، میانگین بهره‌وری انرژی در چهار روش‌ کاشت برابر 37/0 کیلوگرم بر مگاژول حاصل شد. میانگین پتانسیل گرمایش جهانی کل ناشی از فعالیت‌های مختلف در روش‌های‌ کاشت برابر 56/798 کیلوگرم معادل CO2 در هکتار بود که بیشترین میزان انتشار دی‌اکسید کربن و گرمایش جهانی به‌دلیل ورودی بیشتر مربوط به مصرف نیتروژن، سوخت و بذر بوده است. میانگین پتانسیل گرمایش جهانی در واحد وزن دانه در چهار روش‌ کاشت برابر 2/184 کیلوگرم معادل CO2 در هر تن دانه بود. میانگین پتانسیل گرمایش جهانی در واحد انرژی ورودی و خروجی در روش‌های‌ کاشت نیز به‌ترتیب برابر 75/66 و 94/4 کیلوگرم معادل CO2 در گیگاژول بود. روش کاشت بهبودیافته با 35/4 کیلوگرم معادل CO2 در گیگاژول کم‌ترین پتانسیل گرمایش جهانی را در واحد انرژی خروجی دارا بود. به‌طور کلی، میزان GWP ارتباط مستقیمی با شیوه مدیریت مزرعه و مصرف نهاده‌ها نشان داد که در نظام تولید بهبودیافته این شاخص در کمترین مقدار بود.

کلیدواژه‌ها

تغییر اقلیم؛ گرمایش جهانی؛ نظام کاشت بهبودیافته

مراجع

Akcaoz, H., Ozcatalbas, O., and Kizilay, H. 2009. Analysis of energy use for pomegranate production in Turkey. Journal of Food Agriculture and Environment 7: 475-480.

Anonymous. 2008b. Hydrocarbon balance of Iran in 2007. Tehran, Iran: Institute of International Energy Studies. Tehran, Iran 549 pp. (In Persian)

Anonymous. 2008a. Department of Climate Change (DCC). National Greenhouse Accounts (NGA) Factors, www.climatechange.gov.au.

Anonymous. 2011. National greenhouse accounts factors. Department of Climate Change and Energy Efficiency, Commonwealth of Australia. Published by an Australian Government. Department of the Environment. 85 pp.

Beheshti Tabar, I., Keyhani, A., and Rafiee, S. 2010. Energy balance in Iran’s Agronomy. Renewable and Sustainable Energy Reviews 14: 849-855.

Canakci, M., Topakci, M., Akinci, I., and Ozmerzi, A. 2005. Energy use pattern of some field crops and vegetable production: case study for Antalya region, Turkey. Energy Conversion and Management 46: 655-666.

Chauhan, N.S., Mohapatra, P.K.J., and Pandey, K.P. 2006. Improving energy productivity in paddy production through benchmarking: an application of data envelopment analysis. Energy Conversion and Management 47: 1063-1085.

Clements, D.R., Weise, S.F., Brown, R., Stonehouse, D.P., Hume, D.J., and Swanton, C.J. 2005. Energy analysis of tillage and herbicide inputs in alternative weed management-systems. Agriculture, Ecosystems and Environment 52: 119-128.

Dalgaard, T., Halberg, N., and Fenger, J. 2000. Fossil energy use and emissions of greenhouse gases-three scenarios for conversion to 100% organic farming in Denmark. In: van Lerland, E., A.Q. Lansink, and E. Schmieman. (Eds.), Proceedings of the International Conference on Sustainable Energy: New Challenges for Agriculture and Implications for Land Use, Wageningen, The Netherlands. Chapter 7.2.1, 11 pp.

Dastan, S., Noormohamadi, G., Madani, H., and Soltani, A. 2015a. Analysis of energy indices in rice production systems in the Neka region. Journal of Environmental Sciences, University of Shahid Beheshti 13(1): 53-66. (In Persian with English Summary)

Dastan, S., Soltani, A., Noormohamadi, G., and Madani, H. 2015b. CO2 emission and global warming potential (GWP) of energy consumption in paddy field production systems. Journal of Agroecology 6(4): 823-835. (In Persian with English Summary)

Dastan, S., Soltani, A., Noormohamadi, G., Madani, H., and Yadi, R. 2016. Estimation of the carbon footprint and global warming potential in rice production systems. Journal of Environmental Sciences. 14(1): 19-22. (In Persian with English Summary)

Dayer, J.A., and Desjardins, R.L. 2003. The impact of farm machinery management on the greenhouse gas emissions from Canadian agriculture. Journal of Sustainable Agriculture 22: 59-74.

Deike, S., Pallutt, B., and Christen, O. 2008. Investigation on the energy efficiency of organic and integrated farming with specific emphasis on pesticide use intensity. European Journal of Agronomy 28: 461-470.

Ghorbani, R., Mondani, F., Amirmoradi, S., Feizi, H., Khorramdel, S., Teimouri, M., Sanjani, S., Anvarkhah, S., and Aghel, H. 2011. A case study of energy use and economical analysis of irrigated and dryland wheat production systems. Applied Energy 88: 283-288.

Green, M. 1987. Energy in pesticide manufacture, distribution and use. In: Helsel ZR, editor. Energy in plant nutrition and pest control, V. 7. Amsterdam: Elsevier, ISBN 0-444-42753-8 pp. 165-177.

Hatirli, S.A., Ozkan B., and Fert, C. 2006. Energy inputs and crop yield relationship in greenhouse tomato production. Renewable Energy Journal 31: 427-438.

IEA. 2012. International Energy Agency (IEA). Electricity/Heat in Iran, Islamic Republic of Iran in 2009. Available at: http://iea.org/stats/electricitydata.asp?COUNTRY_CODE¼IR; 2010 [verified on 5/13/2012].

IPCC. 2007a. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Climate change group I to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge University Press, Cambridge, UK 996 pp.

IPCC. 2007b. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Climate change 2007: the physical science basis. Contribution of working group I to the assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge University Press, Cambridge, UK 850 pp.

IPCC. 2007c. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Climate change. Impacts, adaptation and vulnerability. In: Parry, M.L., O.F. Canziani, J.P. Palutikof, P.J. van der Linden, and C.E. Hanson, editors. Contribution of Working Group II to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge University Press, Cambridge, UK 976 pp.

IPCC. 2007d. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Climate change group I to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge University Press, Cambridge, UK 875 pp.

Iqbal, T. 2007. Energy input and output for production of Boron rice in Bangladesh. Electronic Journal of Environmental, Agricultural and Food Chemistry 7: 2717-2722.

Jarvis, P. 2000. Ecological principles and environmental Issues. Pearson Education Limited Publication. London.

Johnson, J.M.F., Franzluebbers, A.J., Weyers, S.L., and Reicosky, D.C. 2007. Agricultural opportunities to mitigate greenhouse gas emissions. Environment Pollution 50: 107-124.

Kaltsas, A.M., Mamolos, A.P., Tsatsarelis, C.A., Nanos, G.D., and Kalburtji, K.L. 2007. Energy budget in organic and conventional olive groves. Agriculture, Ecosystems and Environment 122(2): 243-251.

Kazemi, H., Alizadeh, P., and NehbandanI, A. 2016. Assessing energy flow in rainfed and irrigated wheat fields of Shahrekourd Township under two tillage systems. Journal of Agroecology 8(2): 281-295. (In Persian with English Summary)

Khan, S., Khan, M.A., and Latif, N. 2010. Energy requirement and economic analysis of wheat, rice and barley production in Australia. Soil and Environment 29(1): 61-68.

Kizilaslan, H. 2009. Input- output energy analysis of cherries production in Tokat province of Turkey. Applied Energy 86 (7/8): 1354-1358.

Koocheki, A.L., Ghorbani, R., Mondani, F., Alizadeh, Y., and Moradi, M. 2011. Pulses production systems in term of energy use efficiency and economical analysis in Iran. International Journal of Energy Economics and Policy 1(4): 95-106.

Mandal, K.G., Saha, K.P., Ghosh, P.K., Hati, K.M., and Bandyopadhyay, K.K. 2002. Bioenergy and economic analysis of soybean based crop production systems in Central India. Biomass and Bioenergy 23(5): 337-345.

Mirin, A., Senhaji, F., and Pimental, D. 2001. Energy analysis of sugarcane production in Morocco. Environment, Development and Sustainability 3:109-126.

Moore, S.R. 2010. Energy efficiency in small-scale bio intensive organic onion production in Pennsylvania, USA. Renewable Agriculture and Food System 25: 181-188.

Nassi, O., Di Nasso, N., Bosco, B., Di Bene, C., Coli, A., Mazzoncini, M., and Bonari, E. 2011. Energy efficiency in long-term Mediterranean cropping systems with different management intensities. Energy 36: 1924-1930.

Ozkan, B., Akcaoz, H., and Fert, C. 2004. Energy input–output analysis in Turkish agriculture. Renew. Energy 29: 39-51.

Pathak, H., and Wassmann, R. 2007. Introducing greenhouse gas mitigation as a development objective in rice-based agriculture: I. Generation of technical coefficients. Agricultural Systems 94: 807-825.

Rajabi, M.H., Soltani, A., Zeinali, E., and E. Soltani. 2012. Evaluation of energy use in wheat production in Gorgan. Journal of Plant Production 19(3): 143-171. (In Persian with English Summary)

Rathke, G.W., and Diepenbrock, W. 2006. Energy balance of winter oilseed rape cropping as related to nitrogen supply and preceding crop. European Journal of Agronomy 24: 35-44.

Singh, H., Mishra, D., Nahar, N.M., and Ranjan, M. 2003. Energy use pattern in production agriculture of typical village in arid zone, India ee part-II. Energy Conversation Management 43: 1053-1067.

Singh, H., Singh, A.K., Kushwaha, H.L., and Singh, A. 2007. Energy consumption pattern of wheat production in India. Energy 32: 1848-1854.

Soltani, A., Rajabi, M.H., Zeinali, E., and Soltani, E. 2013. Energy inputs and greenhouse gases emissions in wheat production in Gorgan, Iran. Energy 50: 54-61.

Strapatsa, A.V., Nanos, G.D., and Tsatsarelis, C.A. 2006. Energy flow for integrated apple production in Greece. Agriculture, Ecosystems and Environment 116: 176-80.

Tabatabaeefar, A., Emamzadeh, H., Ghasemi Varnamkhasti, M., Rahimizadeh, R., and Karimi, M. 2009. Comparison of energy of tillage systems in wheat production. Energy 34: 41-45.

Tipi, T., Cetin, B., and Vardar, A. 2009. An analysis of energy use and input costs for wheat production in Turkey. Journal of Agriculture and Environment 7: 352-356.

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

Tzilivakis, J., Warner, D.J., May, M., Lewis, K.A., and Jaggard, K. 2005a. An assessment of the energy inputs and greenhouse gas emission in sugar beet (Beta vulgaris) production in the UK. Agricultural Systems 85: 101-119.

Witney, B. 1995. Choosing and Using Farm Machines. Land Technology Ltd, UK.

Wood, S., and Cowie, A. 2004. A review of greenhouse gas emission factors for fertilizer production. Research and Development Division, State Forests of New South Wales. Cooperative Research Center for Greenhouse Accounting. The original study was: T.O. West and G. Marland. “A Synthesis of Carbon Sequestration, Carbon Emissions and Net Carbon Flux in Agriculture: Comparing Tillage Practices in the United States.” Agriculture, Ecosystems and Environment September 91(1/3): 217-232.

Yousefi, M., and Mahdavi Damghani, A. 2013. Investigation of water use efficiency and energy in irrigated systems in Kermanshah province. Journal of Agroecology 5: 113-121. (In Persian with English Summary)