ارزیابی پایداری کشت‌بوم‌های کلزا (Brassica napus L.)بر پایه تحلیل انرژی، ردپای کربن و گازهای گلخانه‌ای

پژوهشهای زراعی ایران

مقاله 3، دوره 21، شماره 2 - شماره پیاپی 70، تیر 1402، صفحه 159-171   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jcesc.2022.76465.1168

نویسندگان

حمیدرضا شاه حسینی¹؛ سمانه لطفی²؛ حسین کاظمی^{* 3}؛ بهنام کامکار⁴

¹دانش‌آموخته دکتری اگرواکولوژی، گروه زراعت، دانشگاه زابل، زابل، ایران

²دانش‌آموخته کارشناسی ارشد اگروتکنولوژی، گروه زراعت، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

³گروه زراعت، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

⁴گروه اگروتکنولوژی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

این تحقیق با هدف ارزیابی پایداری کشت‌بوم‌های کلزا بر اساس تحلیل انرژی، ردپای کربن و انتشار گازهای گلخانه‌ای در شهرستان کلاله، در استان گلستان، در سال زراعی 98-1397 به‌وسیله پرسشنامه و مصاحبه چهره به چهره با کلزاکاران و جمع‌آوری اطلاعات از سازمان جهاد کشاورزی استان گلستان انجام شد. تعداد مزارع مورد مطالعه، توسط رابطه کوکران تعیین گردید. بر این اساس، 50 مزرعه کلزا انتخاب شدند. قابلیت اعتماد پرسشنامه 81/0 محاسبه شد. پس از تعیین مهم‌ترین ورودی‌ها و خروجی مزارع، ردپای کربن، انتشار گازهای گلخانه‌ای و شاخص‌های مربوط به انرژی در این کشت‌بوم‌ها محاسبه و ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که انرژی ورودی کل 13200 مگاژول در هکتار، انرژی خروجی کل 63400 مگاژول در هکتار، کارایی مصرف انرژی 8/4، بهره‌وری انرژی 17/0 کیلوگرم در مگاژول، ردپای بوم‌شناختی تولید کلزا 99/0 هکتار جهانی و پتانسیل گرمایش جهانی 03/779 کیلوگرم معادل دی‌اکسید کربن در هکتار بود. همچنین، ورودی‌های سوخت فسیلی با 46/46 و 83/54 و کود نیتروژن با 24/39 و 73/34 درصد، به‌ترتیب بیشترین سهم از هر دو شاخص ردپای کربن و پتانسیل گرمایش جهانی در تولید کلزا را داشتند. به‌طور کلی تولید کلزا در شهرستان کلاله از لحاظ هر سه شاخص انرژی خالص، ردپای کربن و پتانسیل گرمایش جهانی، پایدار بود. با این وجود، به دلیل سهم زیاد دو ورودی سوخت فسیلی و کود نیتروژن از این شاخص‌ها و در نتیجه تاثیر زیاد آن‌ها روی پایداری تولید، مدیریت مصرف این ورودی‌ها و آموزش و توجیه کشاورزان در این زمینه، به‌منظور افزایش پایداری تولید محصول، توصیه می‌شود. 

کلیدواژه‌ها

پتانسیل گرمایش جهانی؛ سوخت فسیلی؛ ظرفیت بوم‌شناختی؛ کارایی کربن؛ کود نیتروژن

مراجع

1. Alcaoz, H., Ozcatalbas, O., & Kizilay, H. (2009). Analysis of energy use for pomegranate production in Turkey. Journal of Food Agriculture and Environment, 7, 475-80.
2. Alimagham, S. M., Soltani, A., Zeinali, E., & Kazemi, H. (2017). Energy flow analysis and estimation of greenhouse gases (GHG) emissions in different scenarios of soybean production (Case study: Gorgan region, Iran). Journal of Cleaner Production, 149, 621-628. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.02.118
3. Asgharipour, M. R., Mousavinik, S. M., & Fartout Enayat, F. (2016). Evaluation of energy input and greenhouse gases emissions from alfalfa production in the Sistan region, Iran. Energy Reports 2: 135-140. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2016.05.007
4. Bhatarai, D., Abagandura, G. O., Nleya, T., & Kumar, S. (2021). Responses of soil surface greenhouse gas emissions to nitrogen and sulfur fertilizer rates to Brassica carinata grown as a bio-jet fuel. GCB-Bioenergy, 13(4), 627-639. https://doi.org/1111/gcbb.12784
5. Bolinder, M. A., Janzen, H. H., Gregorich, E. G., Angers, D. A., & Vanden Bygaart, A. J. (2007). An approach for estimating net primary productivity and annual carbon inputs to soil for common agricultural crops in Canada. Agriculture, Ecosystems and Environment, 118, 29-42. https://doi.org/1016/j.agee.2006.05.013
6. Cerutti, A., Beccaro, G. L., Bagliani, M., Donno, D., & Bounous, G. (2013). Multifunctional Ecological Footprint Analysis for Assessing Eco-efficiency: A Case Study of Fruit Production Systems in Northern Italy. Journal of Cleaner Production, 40, 108-117. https://doi.org/1016/j.jclepro.2012.09.028
7. Cochran, J. (2003). Patterns of sustainable agriculture adoption/non-adoption in Panama a thesis submitted to McGill University. McGill University, Montreal, Canad: 1-114.
8. Elsoragaby, S., Yahya, A., Mahadi, M. R., Mat Nawi, N., & Mairghany, M. (2019). Energy utilization in major crop cultivation. Energy, 173, 1285-1303. https://doi.org/1016/j.energy.2019.01.142
9. Esengun, K., Erdal, G., Gunduz, O., & Erdal, H. (2007). An economic analysis and energy use in stake-tomato production in Tokat province of Turkey. Renewable Energy, 32, 1873-1881. https://doi.org/1016/j.renene.2006.07.005
10. Guzman, J., Marrero, M., & Arellano, A. (2013). Methodology for Determining the Ecological Footprint of the Construction of Residential Buildings in Andalusia (Spain). Ecological Indicators, 25, 239-249. https://doi.org/1016/j.ecolind.2012.10.008
11. Hoffman, E., Cavigelli, M. A., Camargo, G., Ryan, M., Ackroyd, V. J., Richard, T. L., & Mirsky, S. (2018). Energy use and greenhouse gas emissions in organic and conventional grain crop production: Accounting for nutrient inflows. Agricultural Systems, 162, 89-96. https://doi.org/1016/j.agsy.2018.01.021
12. Jamali, M., Soufizadeh, S., Yeganeh, B., & Emem, Y. (2021). A Comparative study of irrigation techniques for energy flow and greenhouse gas (GHG) emissions in wheat agroecosystems under contrasting environments in south of Iran. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 139, 110704. https://doi.org/1016/j.rser.2021.110704
13. Jankowski, K. J., Budzynski, W. S., & Kijewski, L. (2015). An analysis of energy efficiency in the production of oilseed crops of the family Brassicaceae in Poland. Energy, 81, 674-681. https://doi.org/1016/j.energy.2015.01.012
14. Jihad-e-Agricultural Organization of Golestan Province. (2019). Deputy for Plant Production Improvement. Management of agricultural affairs. Vegetable and summer office.
15. Kaltsas, A. M., Mamolos, A. P., Tsatsarelis, C. A., Nanos, G. D., & Kalburtji, K. L. (2007). Energy budget in organic and conventional olive groves. Agriculture, Ecosystem and Environment, 122, 243-251. https://doi.org/1016/j.agee.2007.01.017
16. Kaur, N., Kumar Vashist, K., & Brar, A. S. (2021). Energy and productivity analysis of maize based crop sequences compared to rice-wheat system under different moisture regimes. Energy, 216, 119286. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.119286
17. Kazemi, H., Hassanpour Bourkheili, S., Kamkar, B., Soltani, A., Gharanjic, K., & Nazari, N. M. (2016). Estimation of greenhouse gas (GHG) emission and energy use efficiency (EUE) analysis in rainfed canola production (case study: Golestan province, Iran). Energy, 116, 694-700. https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.10.010
18. Khorramdel, S., Koocheki, A., Nassiri Mahallati, M., Khorasani, R., & Ghorbani, R. (2013). Evaluation of carbon sequestration potential in corn fields with different management systems. Soil and Tillage Research, 133, 25-31. https://doi.org/1016/j.still.2013.04.008
19. Khorramdel, S., Nassiri Mahallati, M., Soltan Ahmadi, A., Hooshmand, M., & Mostafavi, M. J. (2021). Evaluation of Carbon Footprint and N₂O Emission Indicators for Saffron Production Systems in Khorasan Provinces. Saffron Agronomy & Technology, 9(3), 249-267. https://doi.org/10.22048/jsat.2021.255436.1413
20. Kissinger, M., & Gottlieb, D. (2012). From Global to place Oriented Hectares: The Case of Israel^,s Wheat Ecological Footprint and Its Implication for Sustainable Resource Supply. Ecological Indicators, 16, 51-57. https://doi.org/1016/j.ecolind.2011.03.012
21. Koocheki, A., & Nassiri Mahallati, M. (2016). Climate Change Effects on Agricultural Production of Iran: II. Predicting Productivity of Field Crops and Adaptation Strategies. Iranian Journal of Field Crops Research, 14(1), 1-20. (in Persian with English abstract). https://doi.org/22067/gsc.v14i1.51157
22. 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. https://doi.org/1016/S0167-8809(98)00158-3
23. Kumar, A., Rana, K. S., Choudhary, A. K., Bana, R. S., Sharma, V. K., Prasad, S., Gupta, G., Choudhary, M., Pradhan, A., Rajpoot, S. K., Kumar, A., Kumar, A., & Tyagi, V. (2021). Energy budgeting and carbon footprints of zero-tilled pigeonpea-wheat cropping system under sole or dual crop basis residue mulching and Zn-fertilization in a semi-arid agro-ecology. Energy, 231, https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.120862
24. Lal, R. (2004). Carbon emission from farm operations. Environment International, 30, 981-90. https://doi.org/1016/j.envint.2004.03.005
25. Lombardi, G. V., Parrini, S., Atzori, R., Stefani, G., Romano, D., Gastaldi, M., & Liu, G. (2021). Sustainable agriculture, food security and diet diversity. The case study of Tuscany, Italy. Ecological Modelling, 458, 109702. https://doi.org/1016/j.ecolmodel.2021.109702
26. Montoya, D., Gaba, S., de Mazancourt, C., Bretagnolle, V., & Loreau, M. (2020). Reconciling biodiversity conservation, food production and farmers^,demand in agricultural landscapes. Ecological Modelling, 416, 108889. https://doi.org/1016/j.ecolmodel.2019.108889
27. Mousavi-Avval, S. H., Rafiee, S., Jafari, A., & Mohammadi, A. (2011). Energy flow modeling and sensitivity analysis of inputs for canola production in Iran. Journal of Cleaner Production, 19, 1464-1470. https://doi.org/1016/j.jclepro.2011.04.013
28. Naderi Mahdei, K., Bahrami, A., Aazami, M., & Sheklabadi, M. (2015). Assessment of Agricultural Farming Systems Sustainability in Hamedan Province Using Ecological Footprint Analysis (Case Study: Irrigated Wheat). Journal of Agricultural Science and Technology, 17, 1409-1420.
29. Ozkan, B., Fert, C., & Karadeniz, C. F. (2007). Energy and cost analysis for greenhouse and open-field grape production. Energy, 32, 1500-1504. https://doi.org/1016/j.energy.2006.09.010
30. Prakash Meena, B., Biswas, A. K., Singh, M., Das, H., Chaudhary, R. S., Singh, A. B., Shirale, A. O., & Patra, A. K. (2021). Energy budgeting and carbon footprint in long-term integrated nutrient management modules in a cereal- legume (Zea mays- Cicer arietinum) cropping system. Journal of Cleaner Production, 314, 127900. https://doi.org/1016/j.jclepro.2021.127900
31. Rathke, G. W., & Diepenbrock, W. (2006). Energy balance of winter oilseed rape (Brassica napus) cropping as related to nitrogen supply and preceding crop. European Journal of Agronomy, 24, 35-44. https://doi.org/10.1016/j.eja.2005.04.003
32. Rezaei, P., Naderi Mahdei, K., Karimi, S., & Shanazi, K. (2019). Environmental Sustainability Assessment of Farming System Using Ecological Footprint Analysis (Case Study: Potato and Cucumber Cultivation in Sofalgaran district of Bahar County). Journal of Agricultural Science and Sustainable Production, 29(2), 53-66. (in Persian with English abstract).
33. Rowsell, J., Jobler, J., Earl, H., Coyle, I., & Hawkins, B. (2007). Whole canola as a fuel source. Ontario alternati.ve renewable fuels research and development fund final report (OMAFRA).
34. Shahhoseini, H. R., Ramroudi, M., & Kazemi, H. (2021). Economic Analysis and Evaluating the Sustainability of Potato Production Based on Greenhouse Gas Emissions (Case Study: Golestan Province). Journal of Agricultural Science and Sustainable Production, 31(3), 295-311. (in Persian with English abstract). https://doi.org/22034/saps.2021.39789.2488
35. Snyder, C. S., Bruulsema, T. W., Jensen, T. L., & Fixen, P. E. (2009). Review of greenhouse gas emissions from crop production systems and fertilizer management effects. Agriculture, Ecosystems and Environment, 133, 247-266. https://doi.org/1016/j.agee.2009.04.021
36. Soltani, A., Rajabi, M. H., Zeinali, E., & Soltani, E. (2013). Energy inputs and greenhouse gases emissions in wheat production in Gorgan, Iran. Energy, 50, 54-61. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.12.022
37. Strapatsa, A. V., Nanos, G. D., & Tsatsarelis, C. A. (2006). Energy flow for integrated apple production in Greece. Agriculture, Ecosystem and Environment, 116, 176-80. https://doi.org/1016/j.agee.2006.02.003
38. Tzilivakis, J., Warner, D. J., May, M., Lewis, K. A., & Jaggard, K. (2005). An assessment of the energy inputs and greenhouse gas emission in sugar beet (Beta vulgaris L.) production in the UK. Agricultural Systems, 85, 101-119. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2004.07.015
39. Unakitan, G., Hurma, H., & Yilmaz, F. (2010). An analysis of energy use efficiency of canola production in Turkey. Energy, 35, 3623-7. https://doi.org/1016/j.energy.2010.05.005
40. Yousefi, M., Khoramivafa, M., & Mondani, F. (2014a). Integrated evaluation of energy use, greenhouse gas emissions and global warming potential for sugar beet (Beta vulgaris L.) agroecosystems in Iran. Atmospheric Environment, 92, 501-505. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2014.04.050
41. Yousefi, M., Mahdavi Damghani, A., & Khoramivafa, M. (2014b). Energy consumption, greenhouse gas emissions and assessment of sustainability index in corn agroecosystems of Iran. Science of the Total Environment, 493, 330-335. https://doi.org/1016/j.scitotenv.2014.06.004