کارایی بوم‌شناختی- اقتصادی تولید یونجه (Medicago sativa L.) و ذرت علوفه‌ای (Zea mays L.): دشت مراغه– بناب، استان آذربایجان شرقی

بوم شناسی کشاورزی

مقاله 18، دوره 10، شماره 3 - شماره پیاپی 37، مهر 1397، صفحه 875-895   

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jag.v10i3.62701

نویسندگان

آرش محمدزاده¹؛ عبدالمجید مهدوی دامغانی^{* 1}؛ جواد وفابخش²؛ رضا دیهیم فرد¹

¹گروه اگرواکولوژی، پژوهشکده علوم محیطی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

²بخش تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد، ایران

چکیده

استفاده بهینه از منابع و نهاده‌ها یکی از اولین و اساسی‌ترین اهداف توسعه کشاورزی پایدار است. در پژوهش حاضر، پایداری بوم‌نظام‌های زراعی یونجه (Medicago sativa L.) و ذرت علوفه‌ای (Zea mays L.) دشت مراغه– بناب استان آذربایجان‌شرقی در سال 1394-1393 مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور، اطلاعات مورد نیاز تحقیق با استفاده از پرسشنامه و مصاحبه حضوری با 110 کشاورز به دست آمد. نتایج نشان داد که کل انرژی ورودی، خروجی و انرژی خالص در بوم‌نظام‌های یونجه (به ترتیب 48151، 432920 و 384768 مگاژول در هکتار) بیشتر از ذرت علوفه‌ای (به ترتیب 35557 ، 217350 و 181792 مگاژول در هکتار) بود. همچنین، شاخص‌های کارایی مصرف انرژی و انرژی مخصوص در یونجه (به ترتیب 9 و 8/15 مگاژول بر کیلوگرم) مقادیر بالاتری از ذرت علوفه‌ای (به ترتیب 1/6 و 1/4 مگاژول بر کیلوگرم) را نشان داد. از نظر شاخص‌های اقتصادی، علی‌رغم پایین بودن هزینه کل تولید در ذرت علوفه‌ای (1089 دلار در هکتار)، بیشترین ارزش ناخالص تولیدی (6447 دلار در هکتار) و سود خالص (4193 دلار در هکتار) برای یونجه محاسبه گردید. مقایسه بوم‌نظام‌ها نشان داد که در واحد سطح، تولید یونجه در مقایسه با ذرت علوفه‌ای اثر بیشتری بر گرمایش جهانی داشته و نیز اثرات محیط زیستی بیشتری را ناشی از مصرف آفت‌کش‌ها بر جای می‌گذارد. با این وجود، از نظر شاخص کارایی اکولوژیک، ارزش ناخالص محصول یونجه به ازای اثر محیط زیستی ایجاد شده (75/1 دلار بر کیلوگرم CO2 در هکتار و 3/35 دلار بر eq.) بیشتر از ذرت علوفه‌ای (5/1 دلار بر کیلوگرم CO2 در هکتار و 26 دلار بر eq.) به دست آمد. به عبارتی، اثرات محیط زیستی ناشی از تولید یونجه در واحد سطح بیشتر از ذرت علوفه‌ای و به ازای ارزش محصول تولیدی کمتر از ذرت علوفه‌ای می‌باشد. شاخص‌های بهره‌وری زمین، بهره‌وری اقتصادی زمین، بهره‌وری آب آبیاری، بهره‌وری اقتصادی آب آبیاری و کارایی استفاده از کودهای نیتروژن، فسفر و پتاسیم به ترتیب برای یونجه 140 کیلوگرم در هکتار در روز، 5/21 دلار در هکتار در روز، 1/4 کیلوگرم در متر مکعب، 63/0 دلار در متر مکعب، 335 کیلوگرم در کیلوگرم، 1191 کیلوگرم در کیلوگرم و 1826 کیلوگرم در کیلوگرم و برای ذرت علوفه‌ای 583 کیلوگرم در هکتار در روز، 9/22 دلار در هکتار در روز، 8 کیلوگرم در متر مکعب، 31/0 دلار در متر مکعب، 565 کیلوگرم در کیلوگرم، 3553 کیلوگرم در کیلوگرم و 65525 کیلوگرم در کیلوگرم به دست آمد. به طور کلی، نتایج نشان داد که تولید یونجه علی‌رغم مصرف انرژی بیشتر و اثرات محیط زیستی بالا در واحد سطح، از نظر اقتصادی بر تولید ذرت علوفه‌ای برتری دارد.

کلیدواژه‌ها

آفت‌کش‌؛ بهره‌وری آب؛ گرمایش جهانی؛ کارایی انرژی؛ کارایی مصرف کود

مراجع

Acaroglu, M. 1998. Energy from Biomass, and Applications. University of Selcuk, Graduate School of Natural and Applied Sciences, Turkey.

Asgharipour, M.R., Mousavinik, S.M., and Enayat, F.F. 2016. Evaluation of energy input and greenhouse gases emissions from alfalfa production in the Sistan region, Iran. Energy Reports 2: 135-140.

Azizi, K., and Heidari, S. 2013. A comparative study on energy balance and economical indices in irrigated and dry land barley production systems. International Journal of Environmental Science and Technology 10: 1019-1028.

Bakhtiari, A.A., Hematian, A., and Sharifi, A. 2015. Energy analyses and greenhouse gas emissions assessment for saffron production cycle. Environmental Science and Pollution Research 22: 16184-16201.

Beheshti Tabar, I., Keyhani, A., and Rafiee, S. 2010. Energy balance in Iran's agronomy (1990–2006). Renewable and Sustainable Energy Reviews 14: 849-855.

Camargo, G.G., Ryan, M.R., and Richard, T.L. 2013. Energy use and greenhouse gas emissions from crop production using the farm energy analysis tool. BioScience 63: 263-273.

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: 6-666-55.

Chien, S., Prochnow, L., and Cantarella, H. 2009. Recent developments of fertilizer production and use to improve nutrient efficiency and minimize environmental impacts. Advances in Agronomy 102: 267-322.

Cross, P., and Edwards‐Jones, G. 2006. Variation in pesticide hazard from vegetable production in Great Britain from 1991 to 2003. Pest Management Science 62: 1058-1064.

De, D., Singh, R., and Chandra, H. 2001. Technological impact on energy consumption in rainfed soybean cultivation in Madhya Pradesh. Applied Energy 70: 193-213.

De Jonge, A.M. 2004. Eco-efficiency improvement of a crop protection product: the perspective of the crop protection industry. Crop Protection 23: 1177-1186.

Deihimfard, R., Soufizadeh, S., Moinoddini, S., Kambouzia, J., Zand, E., Damghani, A.M., Mosleh, L., and Saberpour, L. 2014. Evaluating risk from insecticide use at the field and regional scales in Iran. Crop Protection 65: 29-36.

Deihimfard, R., Zand, E., Damghani, A.M., and Soufizadeh, S. 2007. Herbicide risk assessment during the Wheat Self‐sufficiency Project in Iran. Pest Management Science 63: 1036-1045.

Eshenaur, B., Grant, J., Kovach, J., Petzoldt, C., Degni, J., and Tette, J. 1992-2015. Environmental impact quotient: ‘‘a method to measure the environmental impact of pesticides. New York State Integrated Pest Management Program, Cornell Cooperative Extension, Cornell University.

Fijani, E., Nadiri, A.A., Moghaddam, A.A., Tsai, F.T.C., and Dixon, B. 2013. Optimization of DRASTIC method by supervised committee machine artificial intelligence to assess groundwater vulnerability for Maragheh–Bonab plain aquifer, Iran. Journal of Hydrology 503: 89-100.

Ghaderpour, O., Rafiee, S., and Sharifi, M. 2016. Analysis and modeling of energy and the production cost of alfalfa using multi-layer adaptive neuro-fuzzy inference system in Bukan city. The 2nd National Conference on Agricultural Mechanization and New Technologies, Ahvaz, Iran. (In Persian)

Ghasemi Mobtaker, H., Akram, A., and Keyhani, A. 2010a. Investigation of energy consumption of perennial Alfalfa production -Case study: Hamedan province. Journal of Food, Agriculture and Environment 8: 379-381.

Ghasemi Mobtaker, H., Akram, A., and Keyhani, A. 2012. Energy use and sensitivity analysis of energy inputs for alfalfa production in Iran. Energy for Sustainable Development 16: 84-89.

Ghasemi Mobtaker, H., Keyhani, A., Mohammadi, A., Rafiee, S., and Akram, A. 2010b. Sensitivity analysis of energy inputs for barley production in Hamedan Province of Iran. Agriculture, Ecosystems and Environment 137: 367-372.

Gholami, Z., Ebrahimian, H., and Noory, H. 2016. Investigation of Irrigation Water Productivity in Sprinkler and Surface Irrigation Systems (Case study: Qazvin Plain). Journal of Irrigation Science and Engineering 39: 135-146.

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.

Gill, H.K., and Garg, H. 2014. Pesticides: environmental impacts and management strategies. Pesticides - Toxic Aspects. Dr. Sonia Soloneski (Ed.), ISBN: 978-953-51-1217-4, InTech, 187-230.

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

Herrhz, J.L., Girth, V.S., and Cerisola, C. 1995. Long-term energy use and economic evaluation of three tillage systems for cereal and legume production in central Spain. Soil and Tillage Research 35: 183-198.

Heydari, N. 2011. Determination and evaluation of water use efficiency of some major crops under farmers management in Iran. Journal of Water and Irrigation Management 1: 43-57.

Houshyar, E., Zareifard, H.R., Grundmann, P., and Smith, P. 2015. Determining efficiency of energy input for silage corn production: An econometric approach. Energy 93: 2166-2174.

IPCC, 1995. Climate change, the science of climate change. In: Houghton, J.T., Meira Filho L.G., Callander B,A., Harris N., Kattenberg A., Maskell K. (Eds) Intergovernmental panel on climate change. Cambridge: Cambridge University Press.

Katerji, N., Mastrorilli, M., and Rana, G. 2008. Water use efficiency of crops cultivated in the Mediterranean region: review and analysis. European Journal of Agronomy 28: 493-507.

Khoshnevisan, B., Rafiee, S., Omid, M., Yousefi, M., and Movahedi, M. 2013. Modeling of energy consumption and GHG (greenhouse gas) emissions in wheat production in Esfahan province of Iran using artificial neural networks. Energy 52: 333-338.

Kitani, O. 1999. CIGR Handbook of Agricultural Engineering. American Society of Agricultural Engineers, United States of America.

Koga, N., and Tajima, R. 2011. Assessing energy efficiencies and greenhouse gas emissions under bioethanol-oriented paddy rice production in northern Japan. Journal of Environmental Management 92: 967-973.

Kramer, K.J., Moll, H.C., Nonhebel, S., 1999. Total greenhouse gas emissions related to the Dutch crop production system. Agriculture, Ecosystems and Environment 72: 9-16.

Lal, R. 2004. Carbon emission from farm operations. Environment International 30: 981-990.

Levitan, L. 2000. “How to” and “why”: assessing the enviro–social impacts of pesticides. Crop Protection 19: 629-636.

Mahdavi Damghani, A., Koocheki, A., Moghaddam, P.R., and Mahallati, M.N. 2006. Studying the sustainability of a wheat-cotton agroecosystem in Iran. Asian Journal of Plant Sciences.

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

Mohammadi, A., Rafiee, S., Jafari, A., Keyhani, A., Mousavi-Avval, S.H., and Nonhebel, S. 2014. Energy use efficiency and greenhouse gas emissions of farming systems in north Iran. Renewable and Sustainable Energy Reviews 30: 724-733.

Molden, D., Bin, D., Loeve, R., Barker, R., and Tuong, T. 2007. Agricultural water productivity and savings: policy lessons from two diverse sites in China. Water Policy 9: 29-44.

Molden, D., Oweis, T., Steduto, P., Bindraban, P., Hanjra, M.A., and Kijne, J. 2010. Improving agricultural water productivity: between optimism and caution. Agricultural Water Management 97: 528-535.

Mondani, F., Khoramivafa, M., Aleagha, S., and Ghobadi, R. 2015. Assessment of energy flow in irrigated and dry-land wheat farms under different climatic conditions in Kermanshah province. Journal of Agroecology 5: 75-88 (In Persian with English Summary)

Mosier, A.R., Syers, J.K., and Freney, J.R. 2004. Agriculture and the nitrogen cycle: assessing the impacts of fertilizer use on food production and the environment. Island Press, London.

Mousavi-Avval, S.H., Rafiee, S., Jafari, A., and Mohammadi, A. 2011. Energy flow modeling and sensitivity analysis of inputs for canola production in Iran. Journal of Cleaner Production 19: 1464-1470.

Nagy, C.N. 1999. Energy coefficients for agriculture inputs in western Canada. Canadian Agricultural Energy End-Use Data Analysis Centre (CAEEDAC). University of Saskatchewan, Saskatoon, Canada.

Pimentel, D. 1980. Handbook of Energy Utilization in Agriculture. CRC Press, Boca Raton, FL.

Pimentel, D., Hepperly, P., Hanson, J., Douds, D., and Seidel, R. 2005. Environmental, energetic, and economic comparisons of organic and conventional farming systems. BioScience 55: 573-582.

Pishgar Komleh, S., Keyhani, A., Rafiee, S., and Sefeedpary, P. 2011. Energy use and economic analysis of corn silage production under three cultivated area levels in Tehran province of Iran. Energy 36: 333-3341-5.

Prasad, R. 2009. Efficient fertilizer use: The key to food security and better environment. Journal Tropical Agricalture 47: 1-17.

Rodrigues, G.C., and Pereira, L.S. 2009. Assessing economic impacts of deficit irrigation as related to water productivity and water costs. Biosystems Engineering 103: 536-551.

Sahabi, H., Feizi, H., and Amirmoradi, S. 2013. Which crop production system is more efficient in energy use: wheat or barley? Environment, Development and Sustainability 15: 711-721.

Sahabi, H., Feizi, H., and Karbasi, A. 2016. Is saffron more energy and economic efficient than wheat in crop rotation systems in northeast Iran? Sustainable Production and Consumption 5: 29-35.

Sefeedpari, P., Rafiee, S., Komleh, S.H.P., and Ghahderijani, M. 2012. A source-wise and operation-wise energy use analysis for corn silage production, a case study of Tehran province, Iran. International Journal of Sustainable Built Environment 1: 158-166.

Sharma, R., Peshin, R., Shankar, U., Kaul, V., and Sharma, S. 2015. Impact evaluation indicators of an Integrated Pest Management program in vegetable crops in the subtropical region of Jammu and Kashmir, India. Crop Protection 67: 191-199.

Singh, S., Sah, A., Singh, R., Singh, V., and Hasan, S. 2010. Diversification of rice (Oryza sativa L.)-based crop sequences for higher production potentials and economic returns in India's central Uttar Pradesh. Journal of Sustainable Agriculture 34: 141-152.

Snyder, C., Bruulsema, T., Jensen, T., and Fixen, P. 2009. Review of greenhouse gas emissions from crop production systems and fertilizer management effects. Agriculture, Ecosystems and Environment 133: 247-266.

Tsatsarelis, C., and Koundouras, D. 1994. Energetics of baled alfalfa hay production in northern Greece. Agriculture, Ecosystems and Environment 49: 123-130.

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

Vaezi, A.R., Homaee, M., and Malakoti, M. 2002. Effect of fertigation on fertilizer use efficiency and water use efficiency on forage corn. Journal of Water and Soil Science 16: 152-160.

Yilmaz, I., Akcaoz, H., and Ozkan, B. 2005. An analysis of energy use and input costs for cotton production in Turkey. Renewable Energy 30: 145-155.

Yousefi, M., Damghani, A.M., and Khoramivafa, M. 2016. Comparison greenhouse gas (GHG) emissions and global warming potential (GWP) effect of energy use in different wheat agroecosystems in Iran. Environmental Science and Pollution Research 23: 7390-7397.

Yousefi, M., and Mohammadi, A. 2011. Economical analysis and energy use efficiency in alfalfa production systems in Iran. Scientific Research and Essays 6: 2332-2336.

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

Zhu, X.K., Li, C.Y., Jiang, Z.Q., Huang, L.L., Feng, C.n., Guo, W.S., and Peng, Y.X. 2012. Responses of phosphorus use efficiency, grain yield, and quality to phosphorus application amount of weak-gluten wheat. Journal of Integrative Agriculture 11: 1103-1110.