Document Type : Research Paper
Authors
Abstract
Keywords
مقدمه
به دلیل افزایش جمعیت جهان و بالا رفتن سطح استانداردهای زندگی، نیاز بشر به مواد غذایی مختلف و استراتژیک بیشتر شده است. از این رو تمایل کشورها در رسیدن به خودکفایی در زمینه تولیدات کشاورزی و حضور در بازارهای جهانی به سرعت در حال گسترش است. در دهه‌های اخیر، آگاهی زیستمحیطی افراد و تقاضا برای کالاهای دوستدار محیط‌زیست باعث شده است تا دانشمندان حوزه کشاورزی توجه بیشتری به تولید پاک داشته باشند (خوشنویسان و همکاران 2015). گندم مهمترین محصول استراتژیک در جهان است. در سال زراعی 95-94 سطح برداشت گندم در سطح کشور حدود 7/5 میلیون هکتار بود که معادل 24/50 درصد از کل سطح محصولات زراعی و 86/71 درصد از کل سطح غلات کشور میباشد. در این میان اراضی آبی 15/39 درصد را شامل میشود. استان‌های کردستان، آذربایجان شرقی، گلستان، خوزستان، کرمانشاه، آذربایجان غربی و اردبیل به ترتیب با 25/10، 75/7، با 98/6، 89/6، 83/6، 45/6 و 36/6 درصد از کل اراضی گندم آبی کشور مقام‌های اول تا هفتم را دارند. به عبارتی بیش از نیمی (51 درصد) از اراضی گندم آبی در این هفت استان برداشت شده است (بینام 2015).
انرژی نقش اساسی در توسعه و پیشرفت کشاورزی و تولید مواد غذایی ایفا میکند. بخش کشاورزی و دامپروری که اصلیترین بخش تولیدکننده مواد غذایی است، بهعنوان یک مبدل انرژی مهمترین مصرفکننده و همچنین تولیدکننده محسوب میشود (زند 2014). استفاده مؤثر از انرژی در کشاورزی مشکلات زیستمحیطی را کاهش میدهد و از تخریب منابع طبیعی جلوگیری کرده و کشاورزی پایدار را بهعنوان یک سامانه تولیدی اقتصادی توسعه میدهد (خوشنویسان و همکاران 2014). بنابراین اهمیت کشاورزی در جهان به دلیل تأمین غذای بشر ازنظر کمی و کیفی غیر قابل انکار است. برای تولید محصولات کشاورزی، از نهادههای مختلفی همچون بذر، کود، سموم شیمیایی و ... در کنار دیگر موارد مصرفی در مکانیزاسیون مانند ماشین‌ها، تجهیزات و سوخت استفاده میشود. بهینهسازی مصرف این نهادهها از اهداف مهم تولید پایدار میباشد. این بهینهسازی غیر از منظر بهرهوری اقتصادی، ازنظر حفظ منابع طبیعی و کاهش اثرات زیستمحیطی نیز ضروری میباشد. با پیدایش مکانیزاسیون، کشاورزی همپای صنعت وارد سامانۀ تولید انبوه گردید و بعد از جنگ جهانی دوم، به طور واضح، بهویژه استفاده از کودهای شیمیایی به‌سرعت توسعه یافت و کمی بعد آفت‌کش‌ها وارد عمل شدند. روند مصرف کودهای شیمیایی از 14 میلیون تن در سال 1950 به حدود 9 برابر در سال1984 افزایش یافت و سطح زیر کشت زمینهای فاریاب از 94 میلیون هکتار در سال 1950 به20۶ میلیون هکتار در سال 1978 و 244 میلیون هکتار در سال 1981 رسید و بر اساس برآوردهای موجود 50 درصد افزایش عملکرد در سطح جهان در طول این قرن، مرهون به‌کارگیری کودهای شیمیایی بوده است (کامکار و مهدوی 2008). همچنین نتایج مطالعات نشان میدهد که کل نهاده انرژی از 50/111 مگاژول در سال 1350 به 15/378 مگاژول در سال 1380و انرژی ستانده از 39/122 به 60/384 مگاژول افزایش یافته است که نشان‌دهنده این واقعیت است که روند مصرف نهادهها در تولیدات کشاورزی ایران با تولیدات نهایی همراه نمی‌باشد. به‌طوری‌که ناکارآمدی مصرف انرژی میتواند برخی مسائل زیستمحیطی مثل انتشار گازهای گلخانهای، افزایش گرمای زمین و ناپایداری را ایجاد کند. لذا، سیاست‌مداران بایستی ابزارهای سیاسی جدید برای تضمین پایداری و کارآیی در مصرف انرژی اتخاذ نمایند (ذوقی پور و ترکمنی، 2004). همچنین بنا بر مدل Tenkorang (2009) مصرف کود شیمیایی در ایران تا سال 1400 به 5 میلیون تن افزایش خواهد یافت (کوچکی و همکاران 2014). گاسل و همکاران (2007) گزارش کردند مصرف نهادههای شیمیایی، استفاده از ماشینآلات کشاورزی و روشهای آبیاری علت اصلی انتشار گازهای گلخانهای نظیر دیاکسید کربن است بخش کشاورزی نیز بهعنوان یکی از بخشهای مهم مصرفکننده انرژی در ایران بیش از 36 درصد انتشار کل N2O را به خود اختصاص داده است، درحالی‌که سهم بخش کشاورزی در انتشار دو گاز دیگر دیاکسید کربن (CO2) و متان (CH4) حدود دو درصد است (بالانس انرژی2013). سیدکیو و همکاران (2017) در تحقیقی در نیجریه تولید گیاه دارویی کنجد نیز از لحاظ اثرات زیست محیطی و مصرف انرژی مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج، مصرف بهینه انرژی در تولید کنجد منجر به تولید 87/21 کیلوگرم دی اکسید کربن معادل به ازای هر هکتار کنجد تولیدی شده است. همچنین بررسی محققین با روش ارزیابی چرخه زندگی حیات در تولید گیاهان زراعی مختلف مانند ذرت ، شبدر ، چاودار و کاه گندم زمستانه نشان میدهد که تأثیرات زیست محیطی زیادی بر روی یک اکوسیستم از جمله اثرات تغییر کاربری اراضی داشته است. در این مطالعه نقاط مهم زیست محیطی در امتداد زنجیره تولید زیست توده نیز بحث شده است (پاراجولی و همکاران 2017).
هارونی و همکاران (2017) میزان انتشار گازهای گلخانهای در مزارع نیشکر را بررسی کردند نتایج نشان داد حدود 73/62 درصد از کل انتشار این گازها مربوط به شاخ و برگ نیشکر، 33/32 درصد مربوط به الکتریسیته و کود و سوخت و سایر موارد در حد یک درصد یا کمتر گزارش کردند. اسکودر و همکاران (2003)، برای ارزیابی اثرات زیستمحیطی روشهای مختلفی وجود دارد. در این میان، ارزیابی چرخه زندگی (LCA) بهعنوان روشی پذیرفته‌شده برای ارزیابی اثرات زیستمحیطی تولید محصولات در بخشهای مختلف مورداستفاده قرار میگیرداین راهکار بر مبنای ارزیابی دو مؤلفه میزان مصرف منابع و انتشار آلایندهها به محیط‌زیست تعیین میشود (بنتراپ وهمکاران 2004; فینک باینر و همکاران 2006; روی و همکاران 2009 وشیری و همکاران 2018). محققین به روش ارزیابیLCA بر روی محصول ذرت در منطقه مغان نشان دادند در میان شاخصهای زیستمحیطی بیشترین سهم نظام تولیدی ذرت به ترتیب برای گروههای مؤثر اوتریفیکاسیون اکوسیستم خشکی و اسیدیته و در میان گروههای تخلیه منابع، تخلیه منابع فسیلی بیشترین تأثیر منفی زیستمحیطی داشتند (شیری و همکاران 2018). نسترن تدین پور و همکاران (2019)، در بررسی اثرات زیست محیطی نظام تولید فلفل دلمه ای با استفاده از تکنیک ارزیابی چرخه حیات نشان دادند که آلاینده دیاکسید کربن (CO2) وآمونیاک (NH3) در قالب گروه های تاثیر گرمایش جهانی واسیدیته درنظام کشت فلفل دلمه ای بیشترین اثر را داشتند. هدف از این مطالعه بررسی و تعیین اثرات زیستمحیطی سیستم تولید گندم آبی به کمک ارزیابی چرخه حیات (LCA) در استان اردبیل است.
مواد و روش‌ها
اطلاعات مورد استفاده در این پژوهش)جدول (1 به روش نمونه گیری تصادفی ساده و توسط پرسش نامه و مصاحبه با کشاورزان و کارشناسان سازمانهای مربوطه در استان اردبیل، در سال زراعی 97-1396 جمعآوری گردید. استان اردبیل در شمال غرب ایران، بین 37 درجه، 45 دقیقه تا 39 درجه،42 دقیقه عرض شمالی و 48 درجه، 55 دقیقه تا 47 درجه، 30 دقیقه طول شرقی واقع شده است. با توجه به اینکه مزارع مناطق مورد بررسی در نواحی متفاوتی ازلحاظ گرمسیری و سردسیری با ارتفاع مختلف قرار دارند و بیش از 70 درصد سطح زیر کشت گندم آبی در استان اردبیل به ترتیب مربوط به شهرستانهای پارس‌آباد، بیله سوار، اردبیل و مشکین‌شهر میباشد به همین علت این مناطق بهعنوان جامعه آماری مطالعه حاضر انتخاب شدند. برای تعیین حجم نمونه از رابطه 1، پیشنهاد شده توسط کوکران استفاده شد (کوچران 1977). بدین ترتیب حجم نمونه برای گندم کاران استان، 93 کشاورز به دست آمد. اما به منظور افزایش دقت به 100 کشاورز افزایش یافت.
(رابطه 1)
که در آن N اندازه جامعه آماری یا تعداد کشاورزان تولیدکننده گندم آبی در منطقه مورد مطالعه، t ضریب اطمینان قابل قبول که با فرض نرمال بودن توزیع صفت موردنظر از جدول t استیودنت به دست میآید (96/1 در سطح اطمینان 95 درصد)، S2 برآورد واریانس صفت مورد مطالعه در جامعه، d دقت احتمالی مطلوب وn حجم نمونه است.
جدول 1- میانگین میزان مصرف نهادهها و ستاده ها در تولید گندم آبی استان اردبیل (ha)
|
عنوان(ورودی وخروجی) |
مقدار در واحد سطح(ha) |
|
نهاده ها |
|
|
نیروی کارگری((h |
13/158 |
|
سوخت دیزل(L) |
06/131 |
|
کودهای شیمیایی(Kg) |
|
|
نیتروژن(N) |
19/219 |
|
فسفر((P2O5 |
04/72 |
|
پتاسیم (K2O) |
73/10 |
|
سموم شیمیایی(kg) |
|
|
علف‌کش |
05/1 |
|
حشره‌کش |
35/0 |
|
قارچ‌کش |
27/0 |
|
آب مصرفی(m3) |
4905 |
|
ستاده |
|
|
دانه گندم(Kg) |
06/4490 |
|
کاه گندم(kg) |
70/5475 |
سازمان بین المللی استاندارد ISO)) ارزیابی چرخه حیات را به صورت جمعآوری و ارزیابی ورودیها، خروجیها و اثرات زیستمحیطی بالقوه یک نظام تولید در طول چرخه حیات آن تعریف میکند. در دهه اخیر روش ارزیابی چرخه حیات (LCA) بهعنوان ابزاری مناسب برای ارزیابی اثرات زیستمحیطی در کشاورزی به‌کاربرده شده است. این ابزار، روش مناسبی برای ارزیابی اثرات زیستمحیطی نظامهای کشت و .... است. این موضوع در شناخت و درک صحیح از وضعیت موجود برای تعیین تغییرات لازم در نحوه مدیریت و ارائه برنامههای مدیریتی نقش بسیار مهمی ایفا میکند (ایزو 2006).
روش ارزیابی چرخه حیات
شکل1- مراحل چهارگانه ارزیابی چرخه حیات ( 2006،14040 (ISO
تعریف هدف و واحد عملکردی
تمام مراحل به منظور ارزیابی چرخه حیات تولید گندم آبی در استان اردبیل بود. در مرحله تعریف هدف و حوزه مطالعه، محصول، فرآیند یا فعالیت مورد بررسی تعریف و توصیف میگردد. همچنین سامانه تحت مطالعه، مرزهای آن و واحد کارکردی مشخص میشوند. هدف از این پژوهش تعیین اثرات زیستمحیطی تولید یک تن گندم آبی )واحد عملکردی( در استان اردبیل بود. مرز سامانه از مرحله استخراج، تولید و مصرف نهادههای تولید درکشت گندم آبی تا دروازه ورودی سیلو است.
ممیزی چرخه حیات
در این مرحله، میزان مصرف نهادهها در نظام تولید گندم آبی مناطق گرمسیر و سردسیر استان اردبیل تعیین و برحسب واحد عملکردی (تن) محاسبه شد. اثرات زیستمحیطی نیز بر اساس استانداردهای مصرف بین‌المللی برآورد شدند (فینک باینر و همکاران 2006). چهار نهاده سوخت دیزل، کودهای شیمیایی نیتروژن، فسفات و پتاسیم به عنوان مهمترین نهادههای دارای اثرات منفی زیستمحیطی، در نظر گرفته شدند. میزان مصرف این نهادهها و مقادیر آلایندههای انتشاریافته ناشی از کاربرد آن‌ها بر مبنای واحد عملکردی محاسبه شدند. از آنجایی که میزان انتشار آلایندهها به خاک، آب و هوا متفاوت هستند، لذا به جای اندازهگیری، از روشهای مشخص برای تخمین میانگین انتشار استفاده شد.
ارزیابی تأثیر چرخه حیات
هدف از اجرای این بخش، تجزیه و تحلیل کمی نتایج بخش ممیزی چرخه حیات است. که به سه زیر بخش طبقهبندی، نرمالسازی و وزندهی تقسیمبندی میشود. در مرحله طبقهبندی، ضریب یا وزن هر آلاینده روی گروههای تأثیر اعمال میشود بدین منظور، برای هر یک از گروههای تأثیر ناشی از کارکرد اکوسیستم، یک ضریب فاکتور مشخص‌سازی تعریف شد جدول (2). بر اساس روش ارائه شده در استاندارد 14040 ISO، گروههای تأثیر شامل گرمایش جهانی، اسیدیته، اوتریفیکاسیون خشکی، تغییر کاربری اراضی، تخلیه منابع فسیلی، تخلیه منابع فسفات و تخلیه منابع پتاس بودند(بنتراپ وهمکاران 2004 و فینک باینر و همکاران 2006). در مرحله تحلیل سیاهه کلیه نهادههای مصرف شده و آلایندههای منتشرشده ناشی از کارکرد سامانه تولید گندم آبی در شرایط آب و هوایی استان اردبیل با توجه به مرز سامانه شناسایی و برحسب تابع عملکردی )معادل با یک‌تن گندم( محاسبه شد .به این ترتیب، ابتدا گروههای تأثیر فوق ممیزی و تأثیر کارکرد اکوسیستم تولید گندم آبی به‌صورت کمی تعیین شد. این گروههای تأثیر که بسته به ماهیت ممکن است منبع (R) یا عوامل انتشار یافته (E) از اکوسیستم باشند در ضریب تأثیر مربوطه ضرب و تأثیر آن‌ها به ازای واحد عملکردی با استفاده از معادله 2 مشخص گردید (نیکخواه و همکاران 2017).
|
(رابطه 2) |
|
که در این معادله: Ej و Rjبه این ترتیب میزان مصرف منبع و میزان انتشار آلاینده به ازای واحد کارکردی و CFij ضرایب کارآیی هر ترکیب در هر گروه تأثیر و Ii نیز شاخص طبقهبندی گروه تأثیر iام میباشد. لازم به ذکر است کارآیی هر ترکیب یا فاکتور طبقهبندی در هر گروه تأثیر نشان‌دهنده پتانسیل آن ترکیب در ایجاد اثر مربوطه میباشد.
پس از آن، شاخصها بر اساس دستورالعملISO با استفاده از معادله (3) و بر اساس ضرایب موجود نرمالسازی شدند )جدول3).
(رابطه 3)
که در این معادله Ni مقدار نرمال شده شاخص مربوط به گروه تأثیر،i به ازای واحد کارکردی،Ii مقدار محاسبه شده (غیر نرمال) شاخص مربوط به گروه تأثیر i و Ii,ref مقدار شاخص مربوط به هر گروه تأثیر در شرایط مرجع میباشد.
جدول 2- طبقهبندی گروههای تأثیر موردمطالعه بر اساس نوع آلاینده و ضرایب یکسان‌سازی
|
گروه تأثیر (واحد) |
ترکیب آلاینده ها/تخلیه منابع |
کارآیی هر ترکیب |
منبع |
||
|
پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) |
CH4 و CO2 , N2O |
CO21=, CH4=21, N2O=310 |
(سندر و همکاران، 2009; سلطانی وهمکاران، 2010) |
||
|
اسیدیته (kg SO2 eq) |
NH3 و SO2 , NOX |
SO2=2/1, NOX=5/0, NH3=6/1 |
(بنتراپ و همکاران، 2004; سلطانی وهمکاران، 2010) |
||
|
اوتریفیکاسیون خشک (kg NOx eq) |
NH3 و NOX |
NH3=4/4, NOX=2/1 |
(بنتراپ و همکاران، 2004; نیکخواه وهمکاران، 2017) |
||
|
تخلیه منابع فسیلی (MJ) |
مصرف گازوئیل |
86/42 |
(بنتراپ و همکاران، 2004; سلطانی وهمکاران، 2010) |
||
|
تخلیه منابع فسفات (kg P2O5 eq) |
مصرف فسفات |
25/0 |
(بنتراپ و همکاران، 2004; سلطانی وهمکاران، 2010) |
||
|
تخلیه منابع پتاسیم (kg K2O eq) |
مصرف پتاسیم |
105/0 |
(بنتراپ و همکاران، 2004; سلطانی وهمکاران، 2010) |
||
|
تخلیه منابع آب (m3) |
مصرف آب |
1 |
(بنتراپ وهمکاران، 2002) |
||
برای درک بهتر مقادیر به دست آمده شاخصهای طبقهبندی گروههای تأثیر، در مرحله نرمالسازی بیبعد میشوند. هدف از این مرحله درک اهمیت مقادیر به‌دست‌آمده میباشد که بدین منظور شاخصهای طبقهبندی هر گروه تأثیر با شاخصهای مرجع مقایسه میشوند (بنتراپ وهمکاران 2004). فاکتورهای نرمالسازی گروههای تأثیر مورد مطالعه با استفاده از ضرایب موجود در منابع در جدول3 ارائه شده است.
زیستمحیطی و شاخص تخلیه منابع در نظر گرفته میشوند. شاخص زیستمحیطی در این مطالعه برابر با مجموع شاخصهای نهایی سه گروه تأثیر گرمایش جهانی، اسیدیته و اوتریفیکاسون خشکی در نظر گرفته شد. در آخرین مرحله ارزیابی چرخه حیات، شاخص زیستمحیطی تحت عنوان شاخص بوم شناخت (Eco-Index) که معیار نهایی LCA میباشد با استفاده از رابطه 5 محاسبه میشود (بنتراپ وهمکاران 2004). هر چه این شاخص زیستمحیطی برای سامانه تولیدی یک محصول کوچک‌تر باشد نشان‌دهنده‌ی پتانسیل کمتر آسیب به محیط‌زیست در این سامانه میباشد.
|
|
(رابطه 5) |
جدول 3- فاکتورهای وزن دهی و نرمالسازی گروههای تأثیر موردمطالعه
|
گروه تأثیر |
فاکتور نرمالسازی (واحد) |
فاکتور وزن دهی |
منبع |
||||
|
پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) |
8143 (kg CO2 eq) |
05/1 |
(میرحاحی و همکاران، 2013; نیکخواه وهمکاران، 2017) |
||||
|
اسیدیته (kg SO2 eq) |
52 (kg SO2 eq) |
8/1 |
(میرحاحی و همکاران، 2013; سلطانی وهمکاران، 2010) |
||||
|
اوتریفیکاسیون خشکی (kg NOx eq) |
63(kg NOx eq) |
4/1 |
(میرحاحی و همکاران، 2013; نیکخواه وهمکاران، 2017) |
||||
|
تخلیه منابع فسیلی (MJ) |
3967 (MJ) |
14/1 |
(میرحاحی و همکاران، 2013; سلطانی وهمکاران، 2010) |
||||
|
تخلیه منابع فسفات (kg P2O5 eq) |
66/7(kg P2O5 eq) |
20/1 |
(بنتراپ وهمکاران، 2004) |
||||
|
تخلیه منابع پتاسیم (kg K2O eq) |
14/8 (kg K2O eq) |
30/0 |
(بنتراپ وهمکاران، 2004) |
||||
|
تخلیه منابع آب( (m3 |
36/626 (m3) |
21/0 |
(بنتراپ وهمکاران، 2002) |
||||
در این مرحله مقدار نهایی شاخص هر گروه تأثیر ناشی از تولید یک محصول در یک سامانه به دست میآید وزن دهی به معنی ارزیابی هر یک از اثرات زیستمحیطی بر اساس پتانسیل هر یک در ایجاد آسیب به محیط‌زیست میباشد، به طوری که بزرگ‌تر بودن این فاکتور در هر گروه تأثیر نشان‌دهنده این است که این گروه، پتانسیل بیشتری برای لطمه به محیط‌زیست دارد. بر این اساس، شاخصهای نرمال شده با استفاده از رابطه 4 و بر اساس ضرایب وزندهی شدند تا شدت تأثیر آن‌ها برحسب وزن (w) هر گروه تأثیر در محاسبات لحاظ گردد (بنتراپ وهمکاران، 2004).
)رابطه 4)
که در این معادله Wijk وزن مربوط به شاخصi در منطقه j در سال k، Cijk مقدار فعلی شاخص i در منطقه J در سالk و Tijk مقدار هدف برای شاخص i در منطقه J در سالk میباشد. فاکتورهای وزندهی گروههای تأثیر مورد مطالعه با استفاده از ضرایب موجود در منابع در جدول ارائه شده است.
تلفیق و تفسیر نتایج
در این قسمت شخص نهایی جهت برتری یک محصول نسبت به محصولات دیگر محاسبه میشود. شاخصهای نهایی در قالب دو گروه شاخص که در این معادله EcoX شاخص زیستمحیطی بو مشناخت به ازای واحد کارکردی Ni مقدار نرمال شده هر گروه تأثیر و Wi وزن مربوط به هر یک از مقادیر Ni میباشد.
به‌طورکلی، مشکلات مربوط به تخلیه منابع با مشکلات سایر گروههای تأثیر متفاوت است، گروههای تأثیر به‌صورت مستقیم روی سلامتی طبیعت و انسان اثر میگذارند؛ درحالی‌که تخلیه منابع برای تولید آینده خطرساز است. شاخص تخلیه منابع با استفاده از رابطه6 محاسبه میشود.
(رابطه 6)
که در این معادله RDI شاخص تخلیه منابع است.
نتایج و بحث
آلایندههای انتشاریافته
میزان مصرف ورودیها با توجه به واحد مرجع معادل یک‌تن دانه در نظام تولید گندم آبی مشخص شد که از مجموع 70895 هکتار سطح کشت‌شده گندم آبی استان بیش از 50000 هکتار در سه شهرستان اردبیل، پارس‌آباد و بیله سوار کشت‌شده بود به عنوان جامعه آماری مطالعه حاضر انتخاب شدند. میزان مصرف نهادههای مختلف نظام تولید گندم آبی شامل سوخت گازوئیل با 26/29 لیتر برای هر تن گندم و کودهای شیمیایی نیتروژن، فسفر و پتاسیم به ترتیب با 46/22، 04/14 و42/2 کیلوگرم برای هر تن دانه گندم برآورد شد (جدول 4). در پژوهشی، میزان مصرف نهادههای سوخت، کودهای شیمیایی نیتروژن، فسفر و پتاسیم برای تولید یک تن ذرت در مغان به ترتیب 29/32 لیتر و 56/25،17/19 و33/8 کیلوگرم در هر تن محصول استحصالی گزارش شده بود (شیری و همکاران 2018). مقایسه این دو پژوهش در استان اردبیل نشان میدهد که برای تولید یک تن گندم آبی نسبت به تولید یک تن ذرت میزان کمتری سوخت و کودهای شیمیایی مورد استفاده قرار میگیرد. بدین ترتیب، مصرف این کودها، علاوه برافزایش هزینههای تولید و کاهش منابع تجدیدناپذیر انتشار آلایندهها را نیز به دنبال دارند که این آلایندهها در قالب گروههای مختلف تأثیر اثرات سوء زیستمحیطی مختلفی بر جای میگذارند. مهمترین آلایندههای انتشاریافته از نیتروژن با منبع کود اورهN2O ، NH و NOx هستند طبق تحقیقات صورت گرفته 17 درصد از کل نیتروژن مصرفی در قالب کود اوره به‌صورت NH3-N تصعید میشود (بنتراپ وهمکاران 2000 و گوبس و همکاران 2003).
جدول 4- میزان ورودیها و خروجی نظام تولید گندم آبی
|
ورودی و خروجی |
واحد |
میانگین |
|
|
سوخت گازوئیل |
لیتر در یک تن |
26/29 |
|
|
نیتروژن |
کلیوگرم در یک تن |
46/22 |
|
|
فسفر |
کلیوگرم در یک تن |
04/14 |
|
|
پتاسیم |
کلیوگرم در یک تن |
42/2 |
|
|
عملکرد دانه گندم |
کلیوگرم در یک هکتار |
4490 |
|
میزان انتشار اکسیدهای نیتروژن برای نظام تولید گندم آبی در شرایط استان اردبیل 96/0 کیلوگرم به ازای تولید یک تن دانه برآورد شد (جدول5). در گزارشی میزان انتشار این گاز را برای گندم زمستانه21 درصد به ازای یک تن دانه در شرایط آب و هوایی آلمان گزارش کردند. دلیل این تفاوت عمدتاً ناشی از مصرف بالاتر کودهای نیتروژندار در کاشت گندم استان اردبیل در مقایسه با گندم کشور آلمان است (بنتراپ و همکاران 2004). نتایج بررسیها نشان داده است از آنجا که بالاترین میزان انتشار آمونیاک در اکوسیستمهای مختلف زراعی بعد از مصرف کودهای نیتروژن رخ میدهد، بنابراین افزایش مصرف کودهای نیتروژن، میتواند افزایش انتشار این گاز را به دنبال داشته باشد. مقدار دیاکسید کربن منتشر شده به هوا 34/120 کیلوگرم به ازای یک تن دانه گندم برآورد شد (جدول 5) در همین راستا نتایج برخی بررسیها نشان داده است که بخش زیادی از انتشار دیاکسید کربن تحت تأثیر فعالیتهای کشاورزی عمدتاً مربوط به تولید و انتقال نهادههای ورودی به مزرعه (74 درصد از کل دیاکسید کربن منتشرشده) بوده و بقیه مربوط به استفاده از ماشینآلات (26 درصد از کل دیاکسید کربن منتشرشده) هستند (بنتراپ وهمکاران 2002). بدینترتیب، چنین به نظر میرسد که در صورت اعمال مدیریت کم نهاده اکوسیستم زراعی بتوان از هر دو طریق بهویژه از طریق انتقال نهادههای ورودی به مزرعه کاهش انتشار این آلاینده مهم گلخانهای به هوا سپهر و پیامدهای ناشی از آن را موجب شد.
مقدار دیاکسید گوگرد انتشاریافته به هوا سپهر به ازای یک واحد کارکردی گندم آبی 29/0 کیلوگرم، مقدار آمونیاک انتشار یافته به هوا سپهر به ازای یک واحد کارکردی گندم آبی82/3 کیلوگرم و مقدار متان انتشاریافته به هوا سپهر به ازای یک واحد کارکردی گندم 01/0کیلوگرم به ازای یک‌تن دانه برآورد شد. مقدار انتشار نیترات و نیتروژن کل به آبهای زیرزمینی به ترتیب76/6 و36/15 کیلوگرم به ازای یک تن دانه گندم برآورد شد. همچنین میزان انتشار فسفر به خاک برای نظام تولید گندم آبی 16/0 کیلوگرم به ازای یک‌تن دانه برآورد شد (جدول 5). نتایج برخی بررسیها نشان داده است که پتانسیل آبشویی نیتروژن به میزان زیادی متأثر از نوع مدیریت نظام تولیدی و استفاده از نهادههای مختلف برای بهبود حاصلخیزی خاک است، به‌طوری‌که مدیریت فشرده به دلیل افزایش تلفات نیتروژن و بهویژه نیترات، افزایش ورود آن به آبهای زیرزمینی را موجب میشود. همچنین با توجه به این مطلب که استفاده از خاک‌ورزی حفاظتی و به دلیل غیر متحرک شدن نیتروژن، کاهش تلفات آن را به دنبال دارد (المارز و همکاران 2009). در این میان، با توجه به اینکه کارآیی آلاینده N2O در قالب گروه تأثیر گرمایش جهانی 311 برابر گازCO2 است )جدول1). از آنجایی که در حدود32 درصد از انتشار جهانی گاز N2Oبه بخش کشاورزی مربوط میشود (مو 2012). لذا به کارگیری راهکارهای مناسب مدیریتی به‌منظور کنترل مستقیم و غیرمستقیم این آلاینده مهم زیستمحیطی، اهمیت ویژهای پیدا میکند.
جدول5-میزان انتشار انواع آلایندههای به ازای یک تن دانه در نظام تولید گندم آبی
|
نوع ماده |
مقدار(kg.t grain -1) |
|
انتشار در هوا
|
|
|
N2O |
13/1 |
|
NH3 |
82/3 |
|
NOx |
96/0 |
|
CO2 |
34/120 |
|
CH4 |
01/0 |
|
SO2 |
29/0 |
|
آفت کش ها |
15/0 |
|
انتشار در آب
|
|
|
NO3 |
74/6 |
|
Ntot |
36/15 |
|
Ptot |
16/0 |
در شکل 2 میزان تأثیر هر یک از آلایندههای انتشاریافته برای تولید یک‌تن گندم آبی در قالب گروههای تأثیر مختلف نشان داده شده‌اند. همان‌طور که در این شکل ملاحظه میشود، آلاینده N2O بیشترین سهم را در گروهِ تأثیر گرمایش جهانی و آلاینده NH3 بیشترین سهم، آلایندگی محیط زیست را در قالب گروه تأثیر اسیدیته و اوتریفیکاسیون خشکی در تولید گندم آبی به خود اختصاص داده است. محققان دریافتند که بیشترین میزان آلاینده به ازای تولید یک تن دانه ذرت در چین مربوط به متان و اکسید نیتروژن به ترتیب 3/11 و 4/75 معادل دیاکسید کربن بود (نی و همکاران 2010).
شکل 2- سهم انتشار آلایندهها برای گروههای تأثیر الف( گرمایش جهانی، ب( اسیدیته و
ج( اوتریفیکاسیون خشکی به ازای یک تن دانه در تولید گندم آبی در استان اردبیل
تحلیل شاخصهای زیستمحیطی
دیاکسید کربن، نیترواکسید و متان، سه گاز مهم در ایجاد گرمایش جهانی هستند. فرآیندهای نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون در خاک، مصرف کودهای نیتروژنه و نیز احتراق سوختها در تولید گندم آبی منجر به انتشار نیترواکسید و آلایندههای دیگر به هوا شده است. جدول 6 مقادیر واقعی شاخصهای زیستمحیطی محاسبه شده در تولید گندم آبی به ازای یک تن محصول تولیدی را نشان میدهد. یکی از مهمترین گروههای تأثیر زیستمحیطی مورد بررسی در مطالعات ارزیابی چرخه حیات، شاخص گرمایش جهانی است. در این مطالعه میزان گرمایش جهانی ناشی از تولید یک تن گندم آبی برابر با 37/585 کیلوگرم کربن دیاکسید معادل برآورد شده است. میزان انتشار کربن دیاکسید معادل برای محصول ذرت در مغان، گندم در مرودشت و سوئیس به ترتیب 52/338،1/262 و 381 برآورد شد (چارلز و همکاران 2006; روی و همکاران 2009; نیکخواه و همکاران 2017 و شیری و همکاران 2018). مقایسه نتایج نشان میدهد میزان گرمایش جهانی برای تولید گندم آبی در استان اردبیل بالاتر است که مهمترین دلیل آن ناکارایی مصرف انرژی در تولید است. در اکثر مطالعاتLCA در بخش کشاورزی، مصرف سوخت، کود شیمیایی و الکتریسیته بیشترین سهم را از اثرات زیستمحیطی دارند (خوشنویسان و همکاران 2014 ;کانالی و همکاران 2019). شاخص طبقهبندی گروه تأثیر اسیدیته به ازای یک واحد عملکردی نظام تولید گندم آبی kgso2 eq 15/5 به دست آمد. شاخص طبقهبندی گروه تأثیر اسیدیته برای تولید یک واحد عملکردی از محصولات مختلف شامل بادامزمینی در استان گیلان، گندم در مناطق مرودشت، گرگان و چین به ترتیب برابر kgso2 eq 25/6، 6/5، 7/6 و4 گزارش شده است (چارلز و همکاران 2006; وانگ و همکاران 2007; میرحاجی و همکاران 2013 و نیکخواه و همکاران 2017). شاخص طبقهبندی گروه تأثیر اوتریفیکاسیون خشکی و آبی به ترتیب kgNoX eq 05/18 برای یک واحد عملکردی نظام تولید گندم آبی به دست آمد (جدول 6). این شاخص برای تولید یک تن ذرت در مغان kgNoX eq 58/22 گزارش شده است (شیری و همکاران 2018)، درنتیجه اثرات مخرب زیستمحیطی در قالب گروه تأثیر اوتریفیکاسیون خشکی برای تولید گندم نسبت به ذرت در استان اردبیل کمتر است.
جدول 6- شاخصهای طبقهبندی و نرمالسازی برای تولید گندم آبی در استان اردبیل
|
گروه های تأثیر |
شاخص طبقهبندی |
شاخص نرمالسازی |
||
|
پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) |
37/585 |
071/0 |
||
|
اسیدیته (kg SO2 eq) |
15/5 |
099/0 |
||
|
اوتریفیکاسیون خشکی (kg NOx eq) |
05/15 |
286/0 |
||
|
تخلیه منابع فسیلی (MJ) |
08/1254 |
032/0 |
||
|
تخلیه منابع فسفات (kg P2O5 eq) |
01/4 |
628/0 |
||
|
تخلیه منابع پتاسیم (kg K2O eq) |
25/0 |
031/0 |
||
|
تخلیه منابع آب (m3) |
60/1054 |
683/1 |
||
شاخص نهایی اثرات زیستمحیطی و تخلیه منابع تولید یک تن گندم آبی در استان اردبیل در قالب گروههای تأثیر گرمایش جهانی، اسیدیته، اوتریفیکاسیون خشکی، تخلیه منابع فسیلی، تخلیه منابع فسفات و تخلیه منابع پتاس به ترتیب برابر با 075/0، 178/0، 401/0، 036/0، 628/0، 040/0 و 353/0 بود. (شکل3).
شکل 3 - شاخص نهایی اثرات زیستمحیطی در تولید یک تن گندم آبی
نتایج نشان میدهد که اوتریفیکاسیون خشکی و پتانسیل اسیدی به این ترتیب بیشترین تأثیر سوء زیستمحیطی را در تولید گندم آبی در استان اردبیل به همراه داشته است. پس از این گروه، بالاترین پتانسیل آسیب به محیط‌زیست در تولید گندم آبی مربوط به گروه تأثیر تخلیه منابع فسفات بود. شاخص زیستمحیطی برای تولید گندم آبی در استان اردبیل شامل سه گروه تأثیر گرمایش جهانی، اسیدیته و اوتریفیکاسیون خشکی معادل65/0به دست آمد. که محققان برای تولید گندم با مصرف 144 کیلوگرم نیتروژن در هکتار و با در نظر گرفتن این گروههای تأثیر، شاخص زیستمحیطی را حدود 2/0 محاسبه کردند (بنتراپ وهمکاران 2004). شاخص زیستمحیطی برای بادامزمینی در استان گیلان 55/0گزارش کردند (نیکخواه و همکاران 2017). از دلایل شاخص زیستمحیطی نسبتاً بالای تولید گندم آبی در استان اردبیل ، مصرف نسبتاً زیاد کودهای شیمیایی است. با توجه به پتانسیل آلودگی زیاد تأمین نیتروژن از منبع کود اوره، پیشنهاد میگردد که برای تولید گندم آبی در استان از کودهای آلی، کودهای زیستی با پتانسیل آلودگی زیستمحیطی کمتر و یا از گیاهان خانواده بقولات در تناوب کشت با گندم به‌منظور تأمین بخشی از نیاز نیتروژن گندم استفاده شود. به‌علاوه، بررسیها بیانگر آن است که اغلب کشاورزان گندم‌کار در استان اردبیل، از مقدار مصرف بهینه کودهای شیمیایی بیاطلاعاند. بنابراین، اجرای برنامههای آموزشی ترویجی مناسب، به‌منظور اطلاعرسانی در زمینه اهمیت آزمایش خاک و نیاز کودی گندم، تأثیر چشمگیری بر کاهش خطرات زیستمحیطی این محصول استراتژیک در استان اردبیل خواهد داشت. شاخص تخلیه منابع )تخلیه منابع فسیلی، فسفات و پتاس) برای تولید یک تن گندم آبی در استان اردبیل 704/0به دست آمد (شکل3). با توجه به مصرف بیشتر کودهای شیمایی و سوخت در تولید گندم در استان اردبیل، این شاخص برای استان اردبیل مقدار بیشتری میباشد. بدین ترتیب، چنین به نظر میرسد که بتوان از روشهای مختلف مدیریت نظام زراعی بر مبنای بهرهگیری از اصول کم نهاده نظیر کاربرد انواع نهادههای آلی، کاشت گیاهان تثبیتکننده نیتروژن به‌صورت کشت مخلوط، خاک‌ورزی حداقل و کاهش مصرف انواع نهادههای شیمیایی برای کاهش اثرات زیستمحیطی این نظام تولیدی بر گروههای مؤثر اسیدی شدن و تغییر اقلیم استفاده کرد و درنتیجه کاهش سهم این اثرات زیستمحیطی را موجب شد. همچنین پیشنهاد میشود بررسیهایی در زمینه ترکیب روش ارزیابی چرخه حیات با مدلهای بهینهسازی با نگرش کاهش اثرات زیستمحیطی تولید گندم صورت گیرد.
نتیجهگیری
نتایج ممیزی چرخه حیات (LCA) نشان داد بیشترین اثر در پتانسیل گرمایش جهانی مربوط به گاز (N2O) و در ایجاد اثر پتانسیل اسیدی شدن و اوتریفیکاسیون اکوسیستم خشکی گاز آمونیاک (NH3) بود. برآورد شاخصهای زیستمحیطی (EcoX) و یا تخلیه محیطی (RDI) برای گروههای تأثیر نشان داد که ارزشهای EcoXو RDI برای گروههای تأثیر گرمایش جهانی، اسیدیته، اوتریفیکاسیون اکوسیستم خشکی و تخلیه منابع فسیلی، فسفات، پتاسیم و منابع آبی به‌‌ترتیب برابر با 075/0، 178/0، 401/0، 036/0، 628/0، 040/0 و 353/0 به دست آمد. نتایج ارزیابی اثرات زیستمحیطی با استفاده از ارزیابی چرخه حیات نشان داد که بیشترین سهم اثرات زیستمحیطی به ترتیب مربوط به گروههای تأثیر اوتریفیکاسیون خشکی و تخلیه منابع فسفات بود. بنابراین، مدیریت مصرف بهینه کودهای شیمیایی بهویژه کود نیتروژن و فسفر و جایگزینی آن با انواع کودهای آلی و همچنین کاربرد کودهای زیستی میتواند به کاهش اثرات منفی زیستمحیطی تولید گندم آبی در استان اردبیل در گروههای تأثیر اوتریفیکاسیون خشکی و تخلیه منابع فسفات کمک کند.
سپاسگزاری
بدین وسیله از تمامی حمایتها ومساعدتهای معاونت تولیدات گیاهی و اداره فناوریهای مکانیزه سازمان جهاد کشاورزی استان اردبیل و مدیریت های جهاد کشاورزی شهرستان های تابعه به جهت فراهم نمودن امکانات موردنیاز و همکاری لازم برای اجرای پروژه تشکر و قدرانی به عمل میآید.
)
