اثر خاک‌ورزی حفاظتی و روش آبیاری بر مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای در تولید گندم آبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 بخش تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی فارس، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، شیراز، ایران .

2 بخش تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی فارس، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، شیراز، ایران

چکیده

اهداف: روش‌های خاک‌ورزی و آبیاری مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای در تولید محصولات کشاورزی را تحت تأثیر قرار می‌دهند. در این پژوهش اثر روش‌های خاک‌ورزی و آبیاری بر شاخص‌های انرژی، مقدار و شدت انتشار گازهای گلخانه‌ای در تولید گندم آبی در استان فارس بررسی شد.
 
مواد و روش‌ها: پژوهش در قالب آزمایش کرت‌های خرد شده با نه تیمار و سه تکرار انجام شد. روش‌های آبیاری قطره‌ای نواری، سطحی و بارانی عامل اصلی و روش‌های خاک‌ورزی مرسوم، کم‌خاک‌ورزی و بی‌خاک‌ورزی عامل فرعی بودند. شاخص‌های انرژی، گازهای گلخانه‌ای و شدت آنها در تولید گندم آبی تعیین شدند.
 
یافته‌ها: اثر روش آبیاری و خاک‌ورزی بر عملکرد گندم معنی‌دار بود به گونه‌ای که آبیاری سطحی و خاک‌ورزی مرسوم بیشترین عملکرد را داشتند. روش آبیاری بر تمام شاخص‌های انرژی اثر معنی‌دار داشت، اما روش‌ خاک‌ورزی فقط بر انرژی مصرفی و تولیدی  اثر معنی‌دار داشت. آبیاری قطره‌ای و بارانی انرژی مصرفی را نسبت به سطحی 4/29 و 3/14 درصد کاهش دادند و آبیاری قطره‌ای بیشترین بهره‌وری مصرف انرژی (231/0 کیلوگرم بر مگاژول) را داشت. خاک‌ورزی مرسوم بیشترین انرژی مصرفی و تولیدی را داشت و کمترین انرژی مصرفی و تولیدی مربوط به بی‌خاک‌ورزی بود. آبیاری قطره‌ای و بارانی نسبت به سطحی، گازهای گلخانه‌ای را کاهش دادند (3/21 و 3/34 درصد)، اما روش‌های خاک‌ورزی حفاظتی کاهش معنی‌داری در گازهای گلخانه‌ای ایجاد نکردند. الکتریسته بیشترین سهم را از انرژی مصرفی و گازهای گلخانه‌ای داشت.
 
نتیجه‌گیری: استفاده از روش‌های آبیاری تحت فشار به ویژه آبیاری قطره‌ای در کاهش انرژی مصرفی و گازهای گلخانه‌ای در تولید گندم، بسیار مؤثر است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Conservation Tillage and Irrigation Methods on Energy Use and Greenhouse Gas Emissions during Wheat Production

نویسندگان [English]

  • Sadegh Afzalinia 1
  • Sayed Mansour Alavimanesh 2
  • Mashallah Zare 2
1 Department of Agricultural Engineering Research, Fars Research and Education Center for Agriculture and Natural Resources, AREEO, Shiraz, Iran.
2 Department of Agricultural Engineering Research, Fars Research and Education Center for Agriculture and Natural Resources, AREEO, Shiraz, Iran
چکیده [English]

Background & Objective: Tillage and irrigation methods may affect energy use and greenhouse gas (GHG) emissions in production process of agricultural products. Effect of tillage and irrigation methods on energy indices, GHG emissions, and GHG emissions intensity during irrigated wheat production in Fars province was evaluated in this research.
 
Materials and Methods: This research was conducted in the form of a split plot experimental design with nine treatments and three replicates. Main plots were surface irrigation, tape drip irrigation, and sprinkler irrigation. No-till, reduced tillage, and conventional tillage were considered as sub plots.  Energy indices, GHG emissions, and GHG emissions intensity were determined.
 
Results: All energy indices were significantly affected by irrigation methods, but tillage methods only had significant effect on input and output energies. Tape drip and sprinkler irrigation reduced input energy compared to the surface irrigation by 30.5 and 14.8%, respectively, and tape drip irrigation had the highest energy productivity (0.214 kg.Mj-1). Conventional tillage had the highest input and output energies, while the minimum input and output energies were related to the no-till. Tape drip and sprinkler irrigation methods reduced the total GHG emissions compared to the surface irrigation (21.3 and 34.3%, respectively), but conservation tillage did not significantly decrease the total GHG emissions compared to the conventional tillage. Electricity for pumping irrigation water had the highest share in total energy use and GHG emissions.
 
Conclusion: Therefore, using pressurized irrigation methods especially tape drip irrigation in wheat production process would significantly reduce energy use and GHG emissions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy
  • indices
  • global
  • warming
  • Tillage
  • Wheat

مقدمه

بنزین، گازوییل و برق منابع اصلی انرژی در کشاورزی می‌باشند (چن و همکاران 2015)، بنابراین سوخت‌های فسیلی بیشترین سهم را از انرژی مصرفی در کشاورزی دارند (سندل و همکاران 2014). انرژی‌های مصرفی در کشاورزی به انرژی مستقیم یا غیر مستقیم و انرژی تجدیدپذیر یا تجدیدناپذیر قابل دسته‌بندی هستند (رفیعی و همکاران 2010). وضعیت مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای در تولید محصولات کشاورزی باید به دقت سنجش و کنترل شوند تا خطرات زیست محیطی کاهش یافته و سرعت گرمایش زمین کندتر گردد. نسبت انرژی، انرژی خالص تولیدی، شدت انرژی و بهره‌وری انرژی شاخص های مهمی هستند که برای برررسی تراز انرژی در تولید محصولات کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرند.

مصرف انرژی و بهره‌وری آن در تولید گندم در تحقیقات زیادی بررسی شده است. ییلدیز (2016) مقادیر 36/2، 96/8 مگاژول بر کیلوگرم، 112/0 کیلوگرم بر مگاژول و 2/48960 مگاژول بر هکتار را به ترتیب برای نسبت، شدت، بهره‌وری و انرژی خالص در تولید گندم در استان سمسان ترکیه گزارش نمود. همچنین، صفا و ساماراسینگ (2011) مصرف انرژی برای تولید گندم در نیوزیلند را 22566 مگاژول بر هکتار گزارش نمودند و بیان داشتند که کود با 47 درصد و برق با 22 درصد بیشترین سهم را انرژی مصرفی کل داشتند. انرژی مصرفی و تولیدی در فرایند تولید گندم در استان نیو سواث ویلز استرالیا نیز به ترتیب 3028 و 27874 کیلو وات ساعت بر هکتار گزارش گردید (خان و همکاران 2010).  میسمی و جلالی (2020) میانگین مصرف انرژی و بهره‌وری انرژی گندم دیم در منطقه آق قلا در استان گلستان را به ترتیب 7/13 گیگاژول بر هکتار و 07/0 کیلوگرم بر هکتار برآورد نمودند. متوسط مصرف و تولید انرژی در فرایند تولید گندم در استان اصفهان به ترتیب 1/80 و 38 گیگاژول بر هکتار برآورد شد و انرژی برق با 5/39 گیگاژول بر هکتار بیشترین سهم را از انرژی مصرفی کل داشت (خوشنویسان و همکاران 2013). انرژی مصرفی کل، نسبت انرژی و بهره‌وری انرژی برای تولید گندم در استان اردبیل به ترتیب 36/38 گیگاژول بر هکتار، 13/3 و 16/0 کیلوگرم بر مگاژول گزارش شد که کود با 45/38 درصد بیشترین سهم را از انرژی مصرفی داشت (شاهین و همکاران 2008).

حدود 20 درصد از انتشار گازهای گلخانه‌ای در جهان مربوط به بخش کشاورزی است (سیمز و فلمینی 2014). انتشار اکسید نیتروژن از خاک به عنوان مهمترین منبع انتشار گازهای گلخانه‌ای در استان ویکتوریای استرالیا گزارش شده است (بیسواس و همکاران 2010). بر اساس گزارش بیسواس و همکاران (2008)، در فرایند تولید و حمل و نقل یک تن گندم در استرالیای جنوب غربی معادل 171 کیلوگرم دی اکسیدکربن منتشر می گردد.

ممکن است مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای در فرایند تولید محصولات کشاورزی تحت تأثیر روش خاک‌ورزی و آبیاری قرار گیرد. نتایج تحقیقات در چین نشان داد که روش آبیاری بر مقدار انتشار گازهای گلخانه‌ای مؤثر است، به گونه‌ای که مقدار انتشار گازهای گلخانه‌ای در آبیاری قطره‌ای نواری در مقایسه با بقیه روش‌های آبیاری کمتر است (یه و همکاران 2020). همچنین نتایج تحقیقات اسپاکوتا و همکاران (2020) نشان داد که آبیاری بارانی و قطره‌ای در مقایسه با آبیاری غرقابی، انتشار گاز متان از خاک را کاهش داده و در کنترل گرمایش زمین مؤثرند. بنک و همکاران (2018) نشان دادند که انتشار گاز متان در ایالت ایلی نویز آمریکا تحت تأثیر روش خاک‌ورزی قرار نمی‌گیرد. همچنین بر اساس نتایج تحقیقات کراوس و همکاران (2017)، روش خاک‌ورزی اثر معنی‌داری بر انتشار گازهای اکسید نیتروژن و متان در تولید گندم در سوییس ندارد. بر اساس نتایج تحقیقات چن و همکاران (2015)، انرژی مورد نیاز برای تولید محصولات دانه‌ای تحت شرایط دیم در استرالیا در سامانه کشت مستقیم کمتر از مقدار آن در خاک‌ورزی مرسوم می‌باشد. نتایج تحقیقات ماراسنی و کوکفیلد (2011) در کویینزلند استرالیا نشان داد که اثر تغییر روش خاک‌ورزی از مرسوم به بی‌خاک‌ورزی بر انتشار گازهای گلخانه‌ای مثبت ولی نسبتاً ناچیز است. استفاده از روش کم‌خاک‌ورزی به جای خاک‌ورزی مرسوم می‌تواند تا 10 درصد مصرف سوخت در مزرعه را کاهش دهد (چن و بیلی 2009). همچنین روش‌های کم‌خاک‌ورزی و بی‌خاک‌ورزی در استان نیوسواث ویلز استرالیا مصرف انرژی را در مقایسه با خاک‌ورزی مرسوم به ترتیب 12 و 24 درصد کاهش می‌دهند (بیلی 2009). چن و همکاران (2008) نشان دادند که استفاده از کم‌خاک‌ورزی و کنترل ترافیک در کویینزلند استرالیا مصرف انرژی را 20 درصد کاهش می‌دهد.

بر اساس نتایج به دست آمده از تحقیقات گذشته، روش‌های خاک‌ورزی و آبیاری می توانند انرژی مصرفی و گازهای گلخانه‌ای منتشر شده در فرایند تولید محصولات کشاورزی را تحت تأثیر قرار دهند، اما مقدار این تأثیر ممکن است با نوع خاک، شرایط اقلیمی و نوع محصول تغییر نماید. بنابراین، در این پژوهش اثر روش‌های مختلف خاک‌ورزی و آبیاری بر انرژی مصرفی، انرژی تولیدی، شاخص‌های انرژی، مقدار و شدت انتشار گازهای گلخانه‌ای در فرایند تولید گندم آبی در شرایط اقلیمی معتدل استان فارس بررسی شد.

مواد و روش ها

این پژوهش در قالب آزمایش کرت‌های خرد شده با طرح پایه بلوک‌های کامل تصادفی با نه تیمار و سه تکرار در تناوب گندم-ذرت در شهرستان مرودشت به مدت دو سال اجرا شد. عامل اصلی روش‌های آبیاری شامل آبیاری قطره‌ای نواری، آبیاری سطحی و آبیاری بارانی بود و سه روش خاک‌ورزی مرسوم (CT)، کم‌خاک‌ورزی (RT) و بی‌خاک‌ورزی (NT) به عنوان عامل فرعی در نظر گرفته شدند. در تمام تیمارهای خاک‌ورزی، بقایای بریده شدۀ گندم (خارج شده از انتهای کمباین) از مزرعه خارج شد و بقایای ایستاده در مزرعه حفظ شد، همچنین بقایای ذرت به طور کامل در کرت‌ها حفظ شد. در روش بی‌خاک‌ورزی، هیچ‌گونه عملیات خاک‌ورزی انجام نشد و با یک بار حرکت مستقیم‌کار در مزرعه کاشت انجام شد. در روش کم‌خاک‌ورزی، بستر بذر با استفاده از یک دستگاه خاک‌ورز مرکب در یک مرحله تهیه و در روش مرسوم برای تهیه بستر بذر از گاوآهن برگردان‌دار، دیسک و لولراستفاده شد. سپس ذرت رقم 704 به مقدار 25 کیلوگرم در هکتار با ردیف‌کار و گندم رقم چمران به مقدار 200 کیلوگرم در هکتار با خطی‌کار در کرت‌های با ابعاد 20×6 متر، کشت شد. گندم در آبان ماه کشت و اواخر خرداد ماه برداشت شد، در حالی که ذرت در اوایل تیرماه کشت و آبان ماه برداشت شد.

آبیاری بارانی با روش آب پاش و لوله لترال متحرک با آب پاش تنظیمی پیروت ZK30 با فشار کارکرد سه اتمسفر، آبدهی7/0 لیتر در ثانیه و شعاع پاشش 19 متر با آرایش 15×20 متر مربع بود. برای این‌که آب پاشش شده در این روش آبیاری تیمارهای مجاور را تحت تأثیر قرار ندهد، فاصلۀ کرت اصلی آبیاری بارانی با کرت اصلی مجاور 20 متر در نظر گرفته شد. در روش آبیاری قطره‌ای نواری، فاصله قطره چکان‌ها 20 سانتی‌متر، آبدهی هر قطره چکان 2/1 لیتر در ساعت و فاصله نوارها، 75 سانتی‌متر بود و به ازاء هر سه خط کشت گندم و یک ردیف کشت ذرت یک لولۀ آبیاری نواری استفاده شد. تیمار آبیاری سطحی به صورت کرت‌های نواری با لوله دریچه‌دار با فاصله دریچه 75 سانتیمتر انتخاب شد. نیاز آبی از فرمول پنمن مانتیث اصلاح شده و با احتساب راندمان 70، 90 و 50 درصد به ترتیب برای آبیاری بارانی، قطره‌ای نواری و سطحی (بر اساس نتایج آزمایش‌های اولیه)، محاسبه شد. آب داده شده به کرت‌ها در هر نوبت و هر تیمار آبیاری با کنتور حجمی واسنجی شده (مدل TWMI 80 کارخانه آبفار با قطر داخلی 80 میلی‌متر و خطای 2%±)، اندازه‌گیری شد. دور آبیــاری برای هر سه روش آبیاری بر اساس میزان تبخیر و تعرق واقعی گیاه، ظرفیت ذخیرۀ آب در خاک منطقه و نیز میزان تخلیۀ مجاز رطوبتی تعیین و اعمال شد.

این پژوهش در تناوب گندم-ذرت به مدت دو سال اجرا شد و در این مقاله میانگین داده‌های دوساله گندم مورد استفاده قرار گرفت. برای محاسبۀ شاخص‌های انرژی، مجموع انرژی نهاده‌ها و مجموع انرژی ستاده‌ها در تولید گندم آبی در هر یک از روش‌های خاک‌ورزی تعیین شد و با استفاده از معادلات موجود، شاخص‌های انرژی محاسبه شدند. برای محاسبۀ انرژی‌های ورودی به سیستم، انرژی مربوط به بذر، علف‌کش‌، آفت‌کش‌، کودهای شیمیایی نیتروژنی، پتاسه و فسفاته بر حسب کیلوگرم، از حاصل ضرب هم‌ارز انرژی آن نهاده‌ها (جدول 1) در مقدار استفاده از آنها به‌دست آمد. مقدار سوخت مصرفی در هر تیمار در هم‌ارز انرژی سوخت ضرب و مقدار انرژی سوخت مصرفی محاسبه شد. انرژی مربوط به ساخت ماشین‌ها با واحد مگاژول بر هکتار بر اساس عمر اقتصادی ماشین یا تأسیسات، ظرفیت مزرعه‌ای موثر، جرم ماشین و هم‌ارز انرژی و با استفاده از رابطه 1 به‌دست آمد (کیتانی و همکاران 1999):

(رابطه 1)

 

که در آن ME انرژی مربوط به ساخت ماشین (MJ/ha)، T عمر اقتصادی ماشین (h)، Ca ظرفیت مزرعه‌ای موثر ماشین (ha/h)، M جرم ماشین (kg)، و E هم‌ارز انرژی (MJ/kg) است. آب مصرفی با استفاده کنتور حجمی اندازه‌گیری و انرژی مصرفی برای استحصال آب آبیاری در تیمارهای مختلف هم به‌صورت مستقیم و هم به‌صورت غیرمستقیم محاسبه شد. انرژی مستقیم، انرژی لازم برای بالا آوردن و تحت فشار قرار دادن آب مورد نیاز در هر هکتار است که از رابطۀ 2 محاسبه شد (کیتانی و همکاران 1999):

(رابطه 2)

 

که در آن  DEانرژی مستقیم استحصال آب (J/ha)، ρ چگالی آب (kg/m3g شتاب جاذبه (m/s2Q حجم آب مصرف شده برای تولید محصول در یک فصل زراعی (m3/ha)، h هد دینامیکی چاه (m)، 1η راندمان پمپ (%)، و2 η بازده کل تبدیل انرژی و توان (%) است که برای پمپ برقی 20 درصد در نظر گرفته شد. انرژی غیرمستقیم شامل مواد خام، ساخت و انتقال کلیۀ عواملی است که در آبیاری دخالت دارند که در این تحقیق 18 درصد از انرژی مستقیم به‌عنوان انرژی غیرمستقیم در نظر گرفته شد (کیتانی و همکاران 1999).

 

 

جدول 1- همارز انرژی نهادههای مختلف

نهاده

هم‌ارز انرژی

منبع

نهاده

هم‌ارز انرژی

منبع

 

مقدار

واحد

 

 

مقدار

واحد

 

برق

0/12

MJ/kWh

کیتانی و همکاران، 1999

خطی‌کار

0/133

MJ/kg

کیتانی و همکاران، 1999

دیزل

8/47

MJ/L

کیتانی و همکاران، 1999

کودپاش

0/133

MJ/kg

کیتانی و همکاران، 1999

تراکتور

0/138

MJ/kg

کیتانی و همکاران، 1999

لولر

0/133

MJ/kg

کیتانی و همکاران، 1999

کمباین

0/116

MJ/kg

کیتانی و همکاران، 1999

نیتروژن

1/78

MJ/kg

کیتانی و همکاران، 1999

گاوآهن

0/180

MJ/kg

کیتانی و همکاران، 1999

فسفات

4/17

MJ/kg

کیتانی و همکاران، 1999

دیسک

0/149

MJ/kg

کیتانی و همکاران، 1999

سموم

0/85

MJ/kg

کیتانی و همکاران، 1999

فاروئر

0/133

MJ/kg

کیتانی و همکاران، 1999

دانه گندم

0/13

MJ/kg

کیتانی و همکاران، 1999

نهرکن

0/133

MJ/kg

کیتانی و همکاران، 1999

کاه گندم

5/12

MJ/kg

کیتانی و همکاران، 1999

مرزبند

0/133

MJ/kg

کیتانی و همکاران، 1999

حمل و نقل

0/3

MJ/(t/km)

کیتانی و همکاران، 1999

سمپاش

0/129

MJ/kg

کیتانی و همکاران، 1999

 

 

 

 

 

 

به منظور محاسبۀ انرژی خروجی، مقدار کاه و دانه گندم تولید شده در هم‌ارز انرژی مربوطه ضرب شد. شاخص‌های نسبت انرژی، انرژی خالص تولید شده در واحد سطح، بهره‌وری انرژی و شدت انرژی با استفاده از رابطه­های 3 تا 6 محاسبه شدند (پیشگار و همکاران 2011):

رابطه (3)

 

رابطه (4)

 

 

رابطه (5)

 

 

رابطه (6)

 

که در این رابطه­ها   ERنسبت انرژی، NEG انرژی خالص تولید شده (MJ/haEP بهره‌وری انرژی (kg/MJSE   شدت انرژی (MJ/kgIE انرژی ورودی یا مصرفی (MJ/haOE انرژی خروجی یا تولیدی (MJ/ha) وY  عملکرد محصول (kg/ha) می‌باشد. در این پژوهش، علاوه بر محاسبه شاخص‌های انرژی به‌عنوان معیار مقایسۀ تیمارها، در هر تیمار سهم هر یک از نهاده‌های مصرفی از کل انرژی مصرف شده نیز مشخص شد.

در مراحل مختلف تولید، حمل و نقل و مصرف گازوئیل در فرایند تولید گندم، گازهای گلخانه‌ای متصاعد می‌شوند که با توجه به این که مقدار گازهای منتشر شده در مرحله حمل ونقل بسیار ناچیز می‌باشد (ماراسنی و همکاران 2007)، در این تحقیق فقط گازهای منتشر شده در مرحله تولید و مصرف گازوئیل در نظر گرفته شد. مقدار 15/3 کیلوگرم دی اکسید کربن معادل برای تمام گازهای منتشر شده در فرایند تولید و سوختن یک لیتر گازوئیل در نظر گرفته شد (ماراسنی و همکاران 2010). گازوئیل مصرف شده در مراحل تهیه زمین و کاشت گندم در تیمارهای مختلف اندازه گیری شدند، اما مصرف گازوئیل در مراحل داشت و برداشت با استفاده از اطلاعات موجود در منابع (کیتانی و همکاران 1999) برآورد گردید. با ضرب کردن مقدار کل گازوئیل مصرف شده در هر هکتار در عدد 15/3، معادل کل گازهای گلخانه‌ای انتشار یافته بر حسب وزن دی اکسیدکربن به دست آمد.

تمام مراحل تولید، بسته بندی، انبارداری و حمل و نقل مواد شیمیایی (کودهای شیمیایی، علف کش‌ها) مصرف شده در فرایند تولید گندم مستلزم مصرف انرژی است، بنابراین در این فرایند مقداری گاز گلخانه‌ای نیز متصاعد می‌شود. دی اکسیدکربن معادل گازهای گلخانه‌ای متصاعد شده در فرایند تولید، بسته بندی، انبارداری و حمل و نقل واحد جرم هرکدام از کودهای نیتروژن، فسفات و پتاس مصرف شده در تولید گندم با استفاده از فاکتورهای انتشار کربن توصیه شده توسط لل (2004)  و فاکتور تبدیل جرم کربن به دی اکسید کربن محاسبه گردید. اکسید نیتروژن متصاعد شده از خاک در اثر استفاده از کود نیتروژن با استفاده از رابطه 7 محاسبه گردید (اهالوران و همکاران 2008):

      (رابطه 7)

که در آن E اکسید نیتروژن متصاعد شده در سال از کود نیتروژن مصرف شده (کیلوگرم در هکتار)، M مقدار کود نیتروژن مصرف شده در هر هکتار (کیلوگرم بر هکتار)، EF  ضریب انتشار که بر اساس توصیه اهالران و همکاران (اهالوران و همکاران 2008) برای سیستم کشت آبی، 021/0 کیلو گرم اکسید نیتروژن به ازاء یک کیلوگرم نیتروژن مصرف شده در نظر گرفته شد و Cg فاکتور تبدیل جرم عنصری اکسید نیتروژن به جرم مولکولی آن (57/1) می باشد. برای تبدیل اکسید نیتروژن متصاعد شده به دی اکسید کربن معادل، مقدار محاسبه شده از فرمول فوق در ضریب تبدیل 298 ضرب شد (ماراسنی و همکاران 2010).

آب مصرفی برای تولید گندم با استفاده از کنتور حجمی اندازه‌گیری شد و انرژی الکتریسیته مصرف شده برای پمپاژ آب آبیاری با استفاده از معادله 2 محاسبه گردید. برای محاسبه دی اکسیدکربن متصاعد شده در اثر تولید و مصرف انرژی الکتریسیته، مقدار انرژی الکتریسیته در ضریب تبدیل 251 کیلوگرم دی‌اکسید کربن بر گیگاژول (بی نام 2018) ضرب شد. گازهای گلخانه‌ای متصاعد شده در فرایند تولید ماشین‌های کشاورزی با استفاده از رابطه 8 محاسبه شد (ماراسنی و همکاران 2007):

 

     (رابطه 8)

که در آن  مجموع گازهای گلخانه‌ای متصاعد شده در فرایند تولید ماشین‌های کشاورزی (کیلوگرم دی اکسیدکربن معادل در هکتار)، W وزن ماشین (کیلوگرم)، F قسمتی از عمر مفید ماشین که برای تولید گندم استفاده شده است و از معکوس حاصل ضرب عمر مفید ماشین و ظرفیت مزرعهای مؤثر آن به دست می‌آید و GHGi  دی اکسید کربن معادل متصاعد شده در فرایند تولید یک کیلوگرم از ماشین مورد نظر می باشد. برای محاسبه GHGi، انرژی مورد نیاز برای تولید واحد جرم ماشین‌ها با استفاده از اطلاعات فراهم شده توسط کیتانی و همکاران (کیتانی و همکاران 1999) بر حسب کیلووات ساعت بر کیلوگرم محاسبه شد و در ضریب تبدیل 411/0 که توسط ماراسنی و همکاران (ماراسنی و همکاران 2007) پیشنهاد شده بود (دی اکسید کربن معادل متصاعد شده در فرایند تولید یک کیلووات ساعت انرژی)، ضرب شد. مجموع گازهای گلخانه‌ای تولید شده در هر هکتار در فرایند تولید گندم، از جمع کردن جرم گازهای گلخانه‌ای متصاعد شده در قسمت‌های مختلف حاصل شد و شدت تولید گازهای گلخانه‌ای با استفاده از رابطه 9 محاسبه شد:

                   (رابطه 9)

که در آن GHGI شدت تولید گازهای گلخانه‌ای (کیلوگرم گاز متصاعد شده بر کیلوگرم محصول تولید شده)، TGHG مجموع گازهای گلخانه‌ای تولید شده (کیلوگرم بر هکتار) و Y عملکرد محصول (کیلوگرم بر هکتار) می‌باشد. همچنین علاوه بر مقدار و شدت انتشار گازهای گلخانه‌ای، سهم هر کدام از نهاده‌های تولید از مجموع گازهای گلخانه‌ای متصاعد شده در فرایند تولید گندم آبی نیز تعیین شد.

 

نتایج و بحث

            روش آبیاری اثر معنی‌داری (در سطح یک درصد) بر عملکرد دانه گندم، انرژی مصرفی، انرژی تولیدی ناخالص، نسبت انرژی، انرژی خالص تولیدی، بهره‌وری انرژی و شدت انرژی در فرایند تولید گندم آبی داشت (جدول 2). دلیل اصلی اثر معنی‌دار روش آبیاری بر شاخص‌های انرژی، متفاوت بودن راندمان آبیاری و در نتیجه حجم آب مصرفی در این روش‌ها بود. روش خاک‌ورزی فقط عملکرد گندم، انرژی مصرفی و انرژی تولیدی ناخالص و خالص گندم را تحت تأثیر معنی‌دار قرار داد، در حالی که شاخص‌های نسبت انرژی و بهره‌وری انرژی تحت تأثیر معنی‌دار روش خاک‌ورزی قرار نگرفتند (جدول 2). چون انرژی مصرفی مربوط به ماشین‌های کشاورزی، سوخت و سموم علف‌کش در روش‌های مختلف خاک‌ورزی متفاوت بود، بنابراین اثر روش خاک‌ورزی بر انرژی مصرفی گندم آبی معنی‌دار شد. از طرف دیگر، عملکرد گندم آبی نیز در تیمارهای مختلف خاک‌ورزی متفاوت بود، به همین دلیل اثر روش خاک‌ورزی بر انرژی‌ تولیدی ناخالص و خالص نیز معنی‌دار شد. همچنین اثر متقابل روش خاک‌ورزی و آبیاری بر همه شاخص‌های انرژی در سطح یک درصد معنی‌دار بود.

     عملکرد دانه گندم در آبیاری سطحی نسبت به آبیاری بارانی و قطره‌ای نواری بیشتر بود (5541 کیلوگرم بر هکتار) و کمترین مقدار عملکرد گندم مربوط به آبیاری بارانی بود (4535 کیلوگرم بر هکتار). آبیاری سطحی بیشترین انرژی مصرفی (81760  مگاژول بر هکتار) را

 

 

 

 

جدول 2- تجزیه واریانس داده‌های انرژی ورودی، انرژی خروجی و شاخص‌های انرژی (مقادیر F)

شدت انرژی

بهره‌وری انرژی

انرژی تولیدی خالص

نسبت انرژی

انرژی خروجی

انرژی ورودی

عملکرد دانه گندم

منابع تغییر

14/0 ns

12/0 ns

07/0 ns

04/0 ns

16/0**

39/0 ns

ns16/0

تکرار

49/658**

75/642**

35/41**

30/596**

03/12**

95/57**

**03/12

روش آبیاری

57/3 *

58/1 ns

76/7**

87/1 ns

34/10**

65/14**

**34/10

روش خاک‌ورزی

75/3 *

91/2 *

20/2 *

95/2 *

06/2*

97/1 *

*06/2

اثر متقابل آبیاری و خاک‌ورزی

: عدم اختلاف معنی دار، *: اختلاف معنی دار در سطح پنج درصد و **: اختلاف معنی دار در سطح یک درصد می باشد. ns

 

 

به خود اختصاص داد و آبیاری بارانی (70082 مگاژول بر هکتار) و قطره‌ای نواری (57762 مگاژول بر هکتار) در رتبه‌های بعدی قرار گرفتند، به گونه‌ای که روش‌های آبیاری قطره‌ای نواری و بارانی انرژی مصرفی را نسبت به آبیاری سطحی به ترتیب 4/29 و 3/14 درصد کاهش دادند (جدول 3). مهمترین دلیل کاهش انرژی مصرفی در آبیاری قطره‌ای نواری و بارانی نسبت به آبیاری سطحی، راندمان بیشتر آبیاری و در نتیجه مصرف کمتر آب در این دو روش بود، زیرا بیش از 50 درصد انرژی مصرفی در تولید گندم آبی مربوط به الکتریسیته مورد نیاز برای استحصال آب آبیاری می‌باشد (جدول 4). از طرف دیگر به دلیل عملکرد بیشتر گندم در آبیاری سطحی (5541 کیلوگرم بر هکتار)، بیشترین انرژی ناخالص (151300 مگاژول بر هکتار) نیز در این روش آبیاری تولید شد و آبیاری قطره‌ای نواری و بارانی در مکان‌های بعدی قرار گرفتند، هرچند بین آبیاری سطحی و قطره‌ای نواری تفاوت معنی‌داری وجود نداشت. آبیاری قطره‌ای نواری به دلیل مصرف کمترین انرژی و تولید انرژی در حد آبیاری سطحی، دارای بیشترین نسبت انرژی، انرژی خالص و بهره‌وری انرژی و کمترین شدت انرژی بود (جدول 3). نسبت انرژی در فرایند تولید گندم تحت هر سه روش آبیاری در این پژوهش بیشتر از یک بود و در نتیجه انرژی خالص تولیدی در هر سه روش آبیاری مثبت بود که نشان می‌دهد انرژی تولیدی در این روش‌ها بیش از انرژی مصرفی بوده‌است. بنابراین تولید گندم تحت این روش‌های آبیاری از نظر موازنه انرژی قابل توجیه می‌باشد، هر چند بهره‌وری مصرف انرژی در هر سه روش پایین بود. به عبارت دیگر، حتی در آبیاری قطره‌ای نواری که دارای بهترین بهره‌وری مصرف انرژی بوده است، با مصرف یک مگاژول انرژی فقط 231 گرم گندم تولید شده است که مقدار کمی است. برای تولید یک کیلوگرم گندم در آبیاری قطرهای نواری 33/4 مگاژول انرژی مصرف شده است، در حالی که انرژی مصرف شده برای تولید یک کیلوگرم گندم در آبیاری سطحی و بارانی به ترتیب 92/5 و 20/6 مگاژول بوده است. نکته قابل ذکر این است که علیرغم این که انرژی مصرفی در آبیاری بارانی حدود 15 درصد کمتر از آبیاری سطحی بوده، ولی آبیاری سطحی به دلیل عملکرد محصول بیشتر و در نتیجه انرژی تولیدی بیشتر، از بهره‌وری انرژی بالاتری برخوردار بوده است.

تولید گندم آبی در روش‌های بی‌خاک‌ورزی و کم‌خاک‌ورزی نسبت به تولید آن در خاک‌ورزی مرسوم انرژی کمتری مصرف کرد، به گونه‌ای که مصرف انرژی در هر هکتار از مزرعه گندم به روش بی‌خاک‌ورزی و کم‌خاک‌ورزی در مقایسه با خاک‌ورزی مرسوم به ترتیب 9/15 و 5/8 درصد کاهش یافت (جدول 3). کاهش مصرف انرژی در تولید گندم به روش خاک‌ورزی حفاظتی (بی‌خاک‌ورزی و کم‌خاک‌ورزی) نسبت به خاک‌ورزی مرسوم عمدتاً به دلیل مصرف کمتر آب، سوخت و ماشین‌های کشاورزی در خاک‌ورزی حفاظتی

 

 

 

جدول 3- مقایسه میانگین شاخص‌های انرژی در تیمارهای مختلف

 

شدت انرژی

 (MJ. kg-1)

بهره‌وری انرژی

 (kg. MJ-1)

انرژی تولیدی خالص

 (MJ. ha-1)

نسبت انرژی

 

انرژی خروجی

 (MJ. ha-1)

انرژی ورودی

 (MJ. ha-1)

عملکرد دانه گندم

(kg. ha-1)

روش‌های آبیاری

20/6a

161/0c

53731c

76/1c

123813b

70082b

4535b

بارانی

 33/4c

231/0a

88305a

52/2a

146066a

57762c

5349a

قطره‌ای نواری

92/5b

169/0b

69540b

85/1b

151300a

81760a

5541a

سطحی

-

-

-

-

-

-

 

رروش‌های خاک‌ورزی

43/5b

189/0a

78393a

07/2a

154440a

76047a

5656a

مرسوم

44/5b

187/0a

69721ab

04/2a

139286b

69565b

5101b

کم‌خاک‌ورزی

57/5a

185/0a

63461b

02/2a

127454b

63992c

4668b

بی‌خاک‌ورزی

-

-

-

-

-

-

 

اثر متقابل آبیاری و خاک‌ورزی

24/6a

160/0

55578

73/1

129289

73711

4735bc

مرسوم

بارانی

02/6a

166/0

59511

81/1

132475

72964

4852b

کم‌خاک‌ورزی

بارانی

34/6a

158/0

46103

72/1

109675

63572

4017c

بی‌خاک‌ورزی

بارانی

26/4c

235/0

99173

57/2

162374

63201

5947a

مرسوم

قطره‌ای

43/4c

226/0

79982

46/2

134568

54586

4928b

کم‌خاک‌ورزی

قطره‌ای

30/4c

233/0

85759

54/2

141258

55499

5173b

بی‌خاک‌ورزی

قطره‌ای

81/5b

172/0

80429

88/1

171658

91229

6287a

مرسوم

سطحی

88/5b

170/0

69670

86/1

150814

81145

5523ab

کم‌خاک‌ورزی

سطحی

06/6a

156/0

58522

80/1

131428

72906

4813b

بی‌خاک‌ورزی

سطحی

  حروف متفاوت در هر ستون نشان دهنده اختلاف معنی‌دار  بین اعداد آن ستون بر اساس آزمون چند دامنه‌ای دانکن است.

 

 

 

بود. کاهش مصرف انرژی در تولید محصولات  کشاورزی به روش حفاظتی در مقایسه با تولید آن به روش مرسوم در نتایج تحقیقات گذشته نیز گزارش شده است (چن و همکاران 2008 و چن و بیلی 2009 و چن و همکاران 2015). در بین روش‌های مختلف خاک‌ورزی، خاک‌ورزی مرسوم بیشترین مقدار انرژی خروجی (تولیدی ناخالص) را داشت و با روش‌های خاک‌ورزی حفاظتی اختلاف معنی‌دار داشت، اما اختلاف بین کم‌خاک‌ورزی و بی‌خاک‌ورزی معنی‌دار نبود. با توجه به این که انرژی خروجی (تولیدی ناخالص) در تولید محصولات کشاورزی تابع عملکرد محصول است، بنابراین دلیل بیشتر بودن انرژی تولیدی ناخالص در روش خاک‌ورزی مرسوم، عملکرد بیشتر گندم در این روش بود (5656 کیلوگرم بر هکتار). علیرغم این که روش‌های کم‌خاک‌ورزی و بی‌خاک‌ورزی انرژی مصرفی در تولید گندم را نسبت به روش مرسوم کاهش دادند، اما به دلیل عملکرد کمتر در مقایسه با روش مرسوم (به ترتیب 5101 و 4668 کیلوگرم بر هکتار) و به تبع آن کاهش انرژی تولیدی در این روش‌ها نسبت به روش مرسوم، اختلاف بین تیمارهای خاک‌ورزی از نظر نسبت، بهره‌وری و شدت انرژی معنی‌دار نشد. خاک‌ورزی مرسوم بیشترین و بی‌خاک‌ورزی کمترین انرژی خالص تولیدی را به خود اختصاص دادند و تفاوت بین آنها از نظر آماری معنی دار بود، در حالی که اختلاف بین خاک‌ورزی مرسوم و کم‌خاک‌ورزی و همچنین کم‌خاک‌ورزی و بی‌خاک‌ورزی معنی‌دار نبود.  نتایج اثر متقابل روش خاک‌ورزی و آبیاری بر شاخص‌های انرژی نیز نشان داد که ترکیب روش خاک‌ورزی مرسوم با آبیاری قطره‌ای نواری بیشترین نسبت انرژی، انرژی خالص تولیدی و بهره‌وری انرژی (به ترتیب 57/2، 99173 مگاژول بر هکتار و 235/0 کیلوگرم بر مگاژول) و کمترین شدت انرژی (26/4 مگاژول بر کیلوگرم) را داشت و مناسب‌ترین تیمار از نظر شاخص‌های انرژی بود.

در فرایند تولید گندم آبی در هر سه روش آبیاری، انرژی مربوط به آب آبیاری (اانرژی الکتریکی لازم برای استحصال آب آبیاری) بیشترین سهم را داشت (بیش از 48 درصد) و سهم انرژی سم علف‌کش کمترین (کمتر از 79/0 درصد) بود (جدول 4). انرژی الکتریکی مصرف شده برای استحصال آب آبیاری در فرایند تولید گندم آبی از 48190  مگاژول بر هکتار در آبیاری سطحی به 27914 مگاژول بر هکتار در آبیاری قطره‌ای نواری کاهش پیدا کرد، بنابراین سهم انرژی مربوط به آب آبیاری (الکتریسیته) از کل انرژی مصرفی در تولید گندم آبی از 94/58 درصد در آبیاری سطحی به 33/48 درصد در آبیاری قطره‌ای نواری کاهش یافت. به عبارت دیگر، روش‌های آبیاری قطره‌ای نواری و بارانی کل انرژی مربوط به آبیاری (الکتریسیته) را نسبت به آبیاری سطحی به ترتیب 1/42 و 9/19 درصد کاهش دادند. بنابراین نقش روش آبیاری در مدیریت انرژی مصرفی در تولید محصولات کشاورزی آبی بسیار مهم است و برای کاهش انرژی مصرفی و افزایش بهره‌وری آن باید روش آبیاری با راندمان بالا مورد استفاده قرار گیرد. همچنین در تمام روش‌های آبیاری بیش از 52 درصد از انرژی مصرفی کل، انرژی مستقیم بود (جدول 4).

 

 

جدول 4- سهم انرژی نهاده‌ها از کل انرژی مصرف شده در فرایند تولید گندم تحت روش‌های مختلف آبیاری

آبیاری سطحی

آبیاری قطره‌ای نواری

آبیاری بارانی

نهاده‌ها

سهم

 (%)

انرژی مصرف شده

(MJ. ha-1)

سهم

(%)

انرژی مصرف شده

 (MJ. ha-1)

سهم

 (%)

انرژی مصرف شده

(MJ. ha-1)

17/3

2589

48/4

2589

69/3

2589

سوخت

94/58

48190

33/48

27914

10/55

38613

الکتریسیته برای استحصال آب آبیاری

48/11

9389

94/9

5740

94/10

7665

ماشین

96/19

16320

25/28

16320

29/23

16320

کود

56/0

456

79/0

456

65/0

456

سم

18/3

2600

50/4

2600

71/3

2600

بذر

71/2

2216

71/3

2144

62/2

1838

حمل و نقل

00/100

81760

00/100

57762

00/100

70081

انرژی ورودی کل

11/62

50779

81/52

30503

79/58

41202

انرژی مستقیم

89/37

30981

19/47

27259

21/41

28879

انرژی غیرمستقیم

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

نتایج این پژوهش همچنین نشان داد که در تمام روش‌های خاک‌ورزی، انرژی مربوط به آبیاری (الکتریسیته برای استحصال آب آبیاری) بیشترین سهم را از مجموع انرژی مصرف شده در فرایند تولید گندم آبی داشت و انرژی مربوط به کود در رتبه دوم قرار گرفت (جدول 5). بر اساس نتایج پژوهش خوشنویسان و همکاران (2013) در استان اصفهان نیز برق مصرفی برای استحصال آب آبیاری بیشترین سهم را از مجموع انرژی مصرفی در فرایند تولید گندم آبی داشت. اما در استان اردبیل بیشترین سهم از مجموع انرژی مصرف شده در تولید گندم آبی مربوط به کود بود (شاهین و همکاران 2008) که دلیل آن هوای سرد و بارندگی بیشتر در استان اردبیل می باشد که مصرف آب برای تولید گندم را کاهش می‌دهد. سهم انرژی سوخت و ماشین‌های کشاورزی از مجموع انرژی مصرف شده در فرایند تولید گندم در روش‌های خاک‌ورزی حفاظتی نسبت به خاک‌ورزی مرسوم کاهش یافت، در حالی که سهم انرژی سموم شیمیایی در این روش‌ها نسبت به خاک‌ورزی مرسوم افزایش یافت. با توجه به این که سوخت و ماشین‌ها در مقایسه با سموم شیمیایی سهم بیشتری از انرژی کل مصرفی در فرایند تولید گندم آبی داشتند، بنابراین کاهش مصرف سوخت و ماشین‌ها در روش‌های خاک‌ورزی حفاظتی منجر به کاهش انرژی مصرفی کل در روش‌های حفاظتی نسبت به خاک‌ورزی مرسوم شد. بیش از 56 درصد از انرژی مصرفی در فرایند تولید گندم در تمام روش‌های خاک‌ورزی، انرژی مستقیم بود.

 

 

جدول 5- سهم انرژی نهاده‌ها از کل انرژی مصرف شده در فرایند تولید گندم تحت روش‌های مختلف خاک‌ورزی

بی‌خاک‌ورزی

کم‌خاک‌ورزی

خاک‌ورزی مرسوم

نهاده‌ها

سهم

(%)

انرژی مصرف شده

 (MJ. ha-1)

سهم

(%)

انرژی مصرف شده

 (MJ. ha-1)

سهم

(%)

انرژی مصرف شده

 (MJ. ha-1)

48/2

1587

21/3

2232

19/5

3949

سوخت

68/53

34353

14/55

38355

24/55

42007

الکتریسیته

39/10

6649

84/10

7538

32/11

8607

ماشین

50/25

16320

46/23

16320

46/21

16320

کود

94/0

599

68/0

470

39/0

299

سم

06/4

2600

74/3

2600

42/3

2600

بذر

95/2

1885

95/2

2050

98/2

2263

حمل و نقل

00/100

63993

00/100

69565

00/100

76045

انرژی ورودی کل

16/56

35940

34/58

40587

43/60

45956

انرژی مستقیم

84/43

28053

66/41

28977

57/39

30089

انرژی غیرمستقیم

 

 

 

 

 

 

 

 

 

روش آبیاری اثر معنی‌داری بر مجموع گازهای گلخانه‌ای متصاعد شده در فرایند تولید گندم آبی داشت و تفاوت هر سه روش آبیاری از نظر این شاخص معنی‌دار بود (جدول 6). آبیاری سطحی بیشترین مقدار گازهای گلخانه‌ای متصاعد شده را داشت (16889 کیلوگرم دی اکسیدکربن معادل در هکتار) و آبیاری بارانی (13300 کیلوگرم دی اکسیدکربن معادل در هکتار) و قطره‌ای نواری (11094 کیلوگرم دی اکسیدکربن معادل در هکتار) به ترتیب در رتبه‌های بعدی قرار گرفتند. بنابراین روش‌های آبیاری بارانی و قطره‎ای نواری مقدار گازهای گلخانه‌ای متصاعد شده را نسبت به آبیاری سطحی به ترتیب 3/21 و 3/34 درصد کاهش دادند. دلیل اصلی کاهش مقدار گازهای گلخانه‌ای منتشر شده در روش‌های آبیاری تحت فشار نسبت به آبیاری سطحی، مصرف آب کمتر در این روش‌ها می‌باشد که باعث کاهش الکتریسته مورد نیاز برای استحصال آب شده است. کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در روش‌های آبیاری تحت فشار نسبت به آبیاری سحطی در نتایج تحقیقات گذشته نیز گزارش شده است (یه و همکاران 2020 و اسپاکوتا و همکاران 2020). آبیاری قطره‌ای نواری دارای کمترین شدت انتشار گازهای گلخانه‌ای بود (48/2 کیلوگرم دی اکسیدکربن معادل بر کیلوگرم گندم) و از این نظر با دو روش دیگر اختلاف معنی‌دار داشت، اما اختلاف بین آبیاری بارانی و سطحی معنی‌دار نبود. در آبیاری بارانی علیرغم این که مجموع گازهای گلخانه‌ای متصاعد شده به طور معنی‌داری کمتر از آبیاری سطحی بود، اما شدت انتشار گازهای گلخانه‌ای در این دو روش به هم نزدیک بود و اختلاف معنی‌دار نداشت که دلیل آن عملکرد بیشتر محصول در آبیاری سطحی نسبت به آبیاری بارانی بود.   

 

 

جدول 6- مقایسه میانگین مجموع و شدت گازهای گلخانه‌ای منتشر شده در تیمارهای مختلف

شدت انتشار گازهای گلخانه‌ای

 (kg CO2e .kg-1dry grain)

مجموع گازهای گلخانه‌ای منتشر شده

 (kg CO2e. ha-1)

روش‌های آبیاری

 

50/3 a

13300 b

بارانی

48/2 b

11094 c

قطره‌ای نواری

64/3 a

16889 a

سطحی

-

-

                       روش‌های خاک‌ورزی

89/2 b

13843 a

مرسوم

16/3 b

13732 a

کم‌خاک‌ورزی

56/3 a

13707 a

بی‌خاک‌ورزی

-

-

اثر متقابل آبیاری و خاک‌ورزی

30/3 b

13382 b

مرسوم

بارانی

24/3 b

13271 b

کم‌خاک‌ورزی

بارانی

95/3 b

13246 b

بی‌خاک‌ورزی

بارانی

20/2 c

11176 c

مرسوم

قطره‌ای

65/2 c

11065 c

کم‌خاک‌ورزی

قطره‌ای

58/2 c

11040 c

بی‌خاک‌ورزی

قطره‌ای

16/3 a

16971 a

مرسوم

سطحی

59/3 a

16860 a

کم‌خاک‌ورزی

سطحی

17/4 a

16835 a

بی‌خاک‌ورزی

سطحی

حروف متفاوت در هر ستون نشان دهنده اختلاف معنی‌دار  بین اعداد آن ستون بر اساس آزمون چند دامنه‌ای دانکن است.

 

 

روش خاک‌ورزی اثر معنی‌داری بر مقدار گازهای گلخانه‌ای متصاعد شده نداشت، اما شدت انتشار گازهای گلخانه‌ای تحت تأثیر معنی‌دار روش خاک‌ورزی قرار گرفت (جدول 6). با توجه به این که روش‌های خاک‌ورزی حفاظتی با کاهش مصرف انرژی سوخت و ماشین‌ها و افزایش مصرف انرژی سموم شیمیایی نهایتاً انرژی مصرفی در تولید گندم آبی را کاهش معنی‌دار دادند، انتظار این بود که مقدار گازهای گلخانه‌ای در این روش‌ها نیز نسبت به روش مرسوم کاهش معنی‌داری داشته باشد، اما این گونه نشد. دلیل این امر، نقش بیشتر سموم شیمیایی نسبت به سوخت و ماشین‌ها در تولید گازهای گلخانه‌ای بود. عدم تأثیر معنی‌دار روش خاک‌ورزی بر مجموع گازهای گلخانه‌ای منتشر شده در تولید گندم در نتایج تحقیقات گذشته نیز گزارش شده‌است (کراوس و همکاران 2017 و بنک و همکاران 2018). خاک‌ورزی مرسوم کمترین شدت انتشار گازهای گلخانه‌ای را داشت و از این نظر با بی‌خاک‌ورزی اختلاف معنی‌دار داشت، اما اختلاف بین کم‌خاک‌ورزی و خاک‌ورزی مرسوم معنی‌دار نبود. کاهش معنی‌دار شدت انتشار گازهای گلخانه‌ای در روش‌های خاک‌ورزی مرسوم و کم‌خاک‌ورزی نسبت به بی‌خاک‌ورزی علیرغم یکسان بودن مجموع گازهای گلخانه‌ای آنها (از نظر آماری)، عملکرد بیشتر گندم در این روش‌ها نسبت به بی‌خاک‌ورزی بود. بررسی اثر متقابل روش آبیاری و خاک‌ورزی بر انتشار گازهای گلخانه‌ای نیز نشان داد که ترکیب آبیاری قطره‌ای با تمامی روش‌های خاک‌ورزی کمترین مقدار انتشار گازهای گلخانه‌ای و شدت انتشار آنها را داشتند.

در هر سه روش خاک‌ورزی، الکتریسیته برای استحصال آب آبیاری بیشترین سهم (بیش از 76 درصد) را از مجموع گازهای گلخانه‌ای منتشر شده در فرایند تولید گندم آبی داشت و اکسید نیتروژن متصاعد شده از کود ازته رتبه دوم را به خود اختصاص داد (جدول 7). نتایج نشان داد که در فرایند تولید گندم آبی تحت هر سه روش خاک‌ورزی، آبیاری تعیین کننده‌ترین عامل در تولید گازهای گلخانه‌ای است، بنابراین سیاست‌های کنترل آلودگی محیط زیست در تولید این محصول باید بر استفاده از روش‌های آبیاری با راندمان بالا متمرکز شود. در روش‌های خاک‌ورزی حفاظتی نسبت به خاک‌ورزی مرسوم، سهم سوخت‌های فسیلی و ماشین‌ها از مجموع گازهای گلخانه‌ای منتشر شده کاهش یافت، اما سهم مواد شیمیایی افزایش یافت.

 

 

جدول 7- سهم نهاده‌های مختلف از مجموع گازهای گلخانه‌ای منتشر شده در تیمارهای مختلف خاک‌ورزی

بی‌خاک‌ورزی

کم‌خاک‌ورزی

خاک‌ورزی مرسوم

منابع انتشار

 

سهم

(%)

انتشار گاز گلخانه‌ای

 (kg CO2e. ha-1)

سهم

(%)

انتشار گاز گلخانه‌ای

 (kg CO2e. ha-1)

سهم

 (%)

انتشار گاز گلخانه‌ای

 (kg CO2e. ha-1)

76/0

105

07/1

147

88/1

260

سوخت‌های فسیلی

25/8

1130

96/7

1093

54/7

1044

مواد شیمیایی

19/13

1808

16/13

1808

06/13

1808

اکسید نیتروژن متصاعد شده از کود ازته

41/77

10611

27/77

10611

65/76

10611

الکتریسیته برای پمپاژ آب

39/0

53

53/0

72

86/0

119

تولید ماشین‌های کشاورزی

00/100

13707

00/100

13732

00/100

13843

مجموع گازهای گلخانهای متصاعد شده

 

 

سهم الکتریسیته برای استحصال آب آبیاری از مجموع گازهای گلخانه‌ای منتشر شده در فرایند تولید گندم آبی از 35/81 درصد در آبیاری سطحی به 61/71 درصد در آبیاری قطره‌ای نواری کاهش یافت که نشان دهنده نقش تعیین کننده روش آبیاری با راندمان بالا در کنترل آلودگی محیط زیست است (جدول 8). همچنین در روش‌های آبیاری قطره‌ای نواری و آبیاری بارانی نسبت به آبیاری سطحی، گازهای گلخانه‌ای منشتر شده از مصرف الکتریسیته به ترتیب 2/42 و 1/26 درصد کاهش یافت. بنابراین استفاده از روش‌های آبیاری تحت فشار در تولید گندم آبی یکی از راهکارهای کاهش آلودگی محیط زیست می‌باشد.

 

 

 

 

جدول 8- سهم نهاده‌های مختلف از مجموع گازهای گلخانه‌ای منتشر شده تحت روش‌های مختلف آبیاری

آبیاری سطحی

آبیاری قطره‌ای نواری

آبیاری بارانی

منابع انتشار

 

سهم

 (%)

انتشار گاز گلخانه‌ای

 (kg CO2e. ha-1)

سهم

(%)

انتشار گاز گلخانه‌ای

 (kg CO2e. ha-1)

سهم

(%)

انتشار گاز گلخانه‌ای

 (kg CO2e. ha-1)

01/1

171

54/1

171

28/1

171

سوخت‌های فسیلی

45/6

1089

82/9

1089

19/8

1089

مواد شیمیایی

70/10

1808

30/16

1808

59/13

1808

اکسید نیتروژن متصاعد شده از کود ازته

35/81

13739

61/71

7944

32/76

10150

الکتریسیته برای پمپاژ آب

48/0

82

74/0

82

61/0

82

تولید ماشین‌های کشاورزی

00/100

16889

00/100

11094

00/100

13300

مجموع گازهای گلخانه‌ای

 

 

نتیجه‌گیری

در این پژوهش مصرف انرژی و تولید گازهای گلخانه‌ای در فرایند تولید گندم آبی تحت روش‌های مختلف خاک‌ورزی و آبیاری بررسی شد. بر اساس نتایج این پژوهش، موارد زیر را می توان نتیجه گرفت:

  • روش آبیاری اثر معنی‌داری بر انرژی مصرفی، انرژی تولیدی و شاخص‌های انرژی در فرایند تولید گندم آبی دارد، به گونه‌ای که آبیاری قطره‌ای نواری دارای کمترین انرژی مصرفی و شدت انرژی و بیشترین انرژی تولیدی، نسبت انرژی و بهره‌وری انرژی است و آبیاری سطحی و بارانی در رتبه‌های بعدی قرار دارند. بنابراین جایگزینی آبیاری سطحی با آبیاری قطرهای نواری انرژی مصرفی را 5/30 درصد کاهش و انرژی تولیدی خالص را 36 درصد افزایش می دهد، ضمن این که سایر شاخص‌های انرژی را نیز بهبود می بخشد.
  • انرژی مصرفی و انرژی تولیدی تحت تأثیر معنی‌دار روش خاک‌ورزی قرار می‌گیرد، به طوری که کمترین انرژی مصرفی و تولیدی مربوط به بی‌خاک‌ورزی و بیشترین انرژی مصرفی و تولیدی مربوط به خاک‌ورزی مرسوم می باشد. روش بی‌خاک‌ورزی علیرغم کاهش انرژی مصرفی در تولید گندم آبی، به دلیل عملکرد کمتر محصول و در نتیجه انرژی تولیدی کمتر، بهره‌وری انرژی را در تولید این محصول افزایش نمی‌دهد. بنابراین برای استفاده از مزیت کاهش انرژی مصرفی در بی‌خاک‌ورزی، باید با مدیریت مناسب اجرای بی‌خاک‌ورزی به ویژه مدیریت درست بقایای گیاهی، تلاش‌ها بر روی افزایش عملکرد محصول در این روش خاک‌ورزی متمرکز شود. در این صورت با ترکیب تیمار بی‌خاک‌ورزی و آبیاری قطره‌ای نواری در تولید گندم آبی، می توان بهترین بهره‌وری مصرف انرژی را به دست آورد.
  • روش آبیاری اثر معنی‌داری بر مجموع گازهای گلخانه‌ای منتشر شده و شدت انتشار آنها در فرایند تولید گندم آبی دارد، به گونه‌ای که آبیاری قطره‎ای نواری مقدار و شدت انتشار گازهای گلخانه‌ای را نسبت به آبیاری سطحی به ترتیب 3/34 و 9/31 درصد کاهش می دهد. بنابراین استفاده از روش‌های آبیاری تحت فشار به ویژه آبیاری قطره‌ای نواری در تولید گندم آبی در کنترل آلودگی محیط زیست بسیار مؤثر است.
  • با توجه به این که ترکیب روش بی‌خاک‌ورزی و آبیاری قطره‌ای نواری در تولید گندم آبی دارای کمترین انرژی مصرفی و گازهای گلخانه‌ای متصاعد شده است، بنابراین با مدیریت مناسب اجرای این روش خاک‌ورزی به ویژه مدیریت درست بقایای گیاهی، همه تلاش‌ها باید بر افزایش عملکرد محصول در این روش خاک‌ورزی و رساندن آن به سطح عملکرد در خاک‌ورزی مرسوم متمرکز شود. در این صورت انرژی تولیدی در این روش خاک‌ورزی نیز افزایش یافته و بهره‌وری مصرف انرژی بهبود می‌یابد.

 

سپاسگزاری

     از سازمان جهاد کشاورزی استان فارس به خاطر حمایت مالی از این تحقیق، تشکر و قدردانی می‌شود.

Anonymous. 2018. Australian National Greenhouse Accounts: National Greenhouse Accounts Factors.       
        Canberra: Commonwealth of Australia. Retrieved from:  http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/au.
Baillie C. 2009. Energy and carbon accounting case study on Keytah, a project report for the Cotton
Research and Development Corporation CRDC. National Centre for Engineering in Agriculture, University of Southern Queensland, Toowoomba.
Behnke, GD, Zuber SM, Pittelkow CM, Nafziger ED, María B and Villamil MB. 2018. Long-term crop
rotation and tillage effects on soil greenhouse gas emissions and crop production in Illinois, USA. Agriculture, Ecosystems and. Environment, 261: 62-70.
Biswas WK, Barton L and Carter D. 2008. Global warming potential of wheat production in Western
              Australia: a life cycle assessment. Water and Environment Journal, 22: 6-16.
Biswas WK, Graham J, Kelly K and John MB. 2010. Global warming contributions from wheat, sheep meat
and wool production in Victoria, Australia: a life cycle assessment. Journal of Cleaner Production, 18 (14): 1386-1392.
Chen G and Baillie C. 2009. Development of a framework and tool to assess on-farm energy uses of cotton
              Production. Energy Conversion and Management, 50(5): 1256-1263.
Chen G, Kupke P and Baillie C. 2008. Opportunities to enhance energy efficiency and minimise greenhouse
Gases in Queensland’s intensive agricultural sector, in A Knapp & P Perkins (eds). Improving the Capacity of Queensland Intensive Agriculture to Manage Climate Change, Queensland Farmer's Federation, and Brisbane.
Chen G, Maraseni T, Banhazi T and Bundschuh J. 2015. Benchmarking energy use on farm. RIRDC
              Publication No 15/059, pp 120.
Khan S, Khan MA and Latif N. 2010. Energy requirements and economic analysis of wheat, rice and barley
              Production in Australia. Soil Environment, 29(1): 61-68.
Khoshnevisan B,  Rafiee Sh,  Omid M, Yousefi M and Movahedi M. 2013. Modelling 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, Jungbluth T, Peart RM and Ramdani A. 1999. CIGR Handbook of Agricultural Engineers, Energy
       and Biomass Engineering. vol. 5, ASAE Publication, MI.
Krauss M, Ruser R, Müller T, Hansen S, Mäder P and Gattinger A. 2017. Impact of reduced tillage on
Greenhouse gas emissions and soil carbon stocks in an organic grass-clover ley-winter wheat cropping sequence. Agriculture, Ecosystems and. Environment, 239: 324-333.
Lal R. 2004. Carbon emission from farm operation. Environment International, 30, 981-990.
Maraseni TN and Cockfield G. 2011. Does the adoption of zero tillage reduce greenhouse gas emissions? An
              Assessment for the grains industry in Australia. Agricultural Systems, 104: 451-458.
Maraseni TN, Cockfield G and Apan A. 2007. A comparison of greenhouse gas emissions from inputs into
farm enterprises in Southeast Queensland, Australia. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 42: 11-19.
Maraseni TN, Cockfield G and Maroulis J. 2010. An assessment of greenhouse gas emissions: implications
              for the Australian cotton industry. Journal of Agricultural Science, 148: 501-510.
Maysami M and Jalali A. 2020. Evaluation of energy input-output in wheat crop cultivation in agro-industry
Company of Mazare Novin Iranian (Agh Ghalla). Agricultural Science and Sustainable Production, 30(2): 333-346. (In Persian).
O’Halloran NJ, Fisher PD and Rab MA. 2008. Vegetable industry carbon footprint scoping study
Preliminary estimation of the carbon footprint of the Australian vegetable industry. Discussion Paper 4. Sydney: Horticulture Australia Ltd.
Pishgar KSH, Keyhani A, Rafiee Sh 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: 3335-3341.
Rafiee S, Mousavi-Avval SH and Mohammadi A. 2010.  Modeling and sensitivity analysis of energy inputs
              for apple production in Iran. Energy, 35: 3301-3306.
Safa M and Samarasinghe S. 2011. Determination and modelling of energy consumption in wheat production
using neural networks: A case study in Canterbury province, New Zealand. Energy, 36 (8): 5140-5147.
Sandell GR, Hopf J, Chen G and Yusaf T. 2014. The feasibility and development of alternative energy
sources for cotton. National Centre for Engineering in Agriculture, Publication 1004527/1, USQ, Toowoomba.  
Shahin S, Jafari A, Mobli H, Rafiee S and Karimi M. 2008. Effect of farm size on energy ratio for wheat
Production: A case study from Ardabil province of Iran. American-Eurasian Journal of Agricultural & Environmental Sciences, 3(4): 604-608.
Sims REH and Flammini A. 2014. Energy-smart food-technologies, practices and policies. In Bundschuh, J.
and Chen, G. (eds). Sustainable Energy Solutions in Agriculture, CRC Press, Taylor & Francis Books.
Spakota A, Haghverdi A, Avila CCE and Ying SC. 2020. Irrigation and greenhouse gas emissions:
              A review of field-based studies. Soil Systems, 4(20): 1-21.
Tongwane M, Mdlambuzi Th, Moeletsi M, Tsubo M, Mliswa V and Grootboom L. 2016. Greenhouse gas
Emissions from different crop production and management practices in South Africa. Environmental Development, 19: 23-35.
Ye X, Li H, Zhang X, Ma J, Han B, Li W, Zou H, Zhang Y and Lin X. 2020.  Impacts of irrigation methods
on greenhouse gas emissions/absorptions from vegetable soils. Journal of Soils and Sediments, 20: 723-733.
Yildiz T. 2016. An input-output energy analysis of wheat production in Çarşamba district of Samsun
              Province. Journal of Agricultural Faculty of Gaziosmanpasa University, 33(3): 10-20.