نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه تولیدات گیاهی دانشکده کشاورزی، مجتمع آموزش عالی شیروان
2 گروه اگرو تکنولوژی تولیدات گیاهی، دانشکده کشاورزی، مجتمع آموزش عالی شیروان
3 گروه مهندسی کشاورزی، دانشگاه فنی و حرفه ای، تهران، ایران
چکیده
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Introduction: Investigating the potential global warming, greenhouse gas emissions and energy flow is one of the methods for comparing the agricultural systems in terms of environmental hazards. This research examines the energy flow and greenhouse gas emissions (CO2, N2O and CH4) in rapeseed in North khorasan province of Iran.
Material and methods:
This research was studied separately in three regions of East, West and South in North Khorasan Province. Energy input values of rapeseed fields were collected using a face-to-face questionnaire in the 2020-2019 crop years.
Results: The results showed that the total input energy was 33.33178 MJ.ha-1 and the total output energy was 128545.05 MJ.ha-1. Energy use efficiency was 3.87 and energy productivity was 0.06 kg/MJ.ha-1. Direct and indirect input energies were 61.77% and 38.23%, respectively, and renewable energies was 11.02% and non-renewable energies accounted 88.98% of the total energy input. The study of greenhouse gas emissions showed that CO2, N2O and CH4 emissions were estimated to be 1417.04, 3.09 and 1.90 kg.ha-1, respectively. The global warming potential was calculated as 2413.38 kg equivalent of carbon dioxide per hectare, with the share of CH41%, CO2 58% and N2O 41%.
Conclusion
The best area for rapeseed production in this province is the western area and the southern area is not a suitable area for the development of this crop. However, by managing energy consumption, planting date and managing the use of chemical fertilizers, energy efficiency in canola production in the southern region of North Khorasan province can be improved.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه
امنیت غذایی در آینده به تولید غذای کافی برای جمعیت جهان که تخمین زده میشود تا سال 2050 به بیش از نه میلیارد نفر برسد بستگی دارد (یوان دی پی 2011). بهبود عملکرد گیاهان زراعی به دلیل افزایش فشار تقاضای جهانی غذا امری ضروری میباشد. در واقع از بین رفتن اراضی با کیفیت، کاهش عملکرد سالانه محصولات کشاورزی، افزایش مصرف کودهای شیمیایی و اثرات زیانبار مصرف این ترکیبات، نیاز به یک برنامه افزایش عملکرد با کمترین اثرات زیست محیطی را مشخص میسازد (چاپاگیان و گود 2015). کاهش تنوع زیستی تحت تأثیر گسترش کشاورزی باعث تهدید محیط زیست در اکوسیستمهای زیستکره شده است از دیگر عواقب این مسئله کاهش حاصلخیزی خاک، افزایش فرسایش خاک و آلودگی آبهای زیرزمینی در ابعاد محلی، منطقهای و جهانی میباشد (تیلمن و همکاران 2002). دانههای روغنی بعد از غلات دومین ذخایر غذایی جهان را تشکیل میدهند (یانگ و همکاران 2014). کلزا به عنوان یکی از گیاهان دانه روغنی مهم دنیا است (ژو و همکاران 2017) که با دارا بودن 40-44 درصد روغن پس از سویا و نخل روغنی سومین منبع تامین کننده روغن و کنجاله جهان به شمار میآید (همایی و همکاران 2016). سطح زیر کشت و تولید کلزا در جهان بترتیب 95/70 میلیون هکتار و 6/38 میلیون تن است و رتبه ایران در بین کشورهای تولید کننده بترتیب 23 و 20 است (فائو 2017). در سال زراعی 97-1396، سطح زیر کشت و تولید کلزا به ترتیب 191251 هکتار و 329843 تن بود که سهم استان خراسان شمالی 3553 هکتار و مقدار تولید 3656 تن به ثبت رسید (آمارنامه کشاورزی 2020). کشاورزی از یک سو مصرف کننده انرژی است و از سوی دیگر تولیدکننده انرژی به حساب میآید (اوزونوز و همکاران 2008). بررسیها نشان میدهد در سالهای اخیر تقریباً 5 درصد مصرف سوختهای فسیلی مربوط به بخش کشاورزی است (بچینی و کاستولدی 2009). انرژی مکانیکی ماشین آلات کشاورزی، انرژی سوختهای فسیلی، انرژی مصرفی در تولید کود و سموم شیمیایی، انرژی مصرفی پمپاژ آب و انرژی نیروی کارگری و حیوان از مهمترین بخشهای مصرف انژی در تولید محصولات کشاورزی است. افزایش مصرف انرژی در کشاورزی ناشی از افزایش تقاضای تولید مواد غذایی بعلت افزایش جمعیت انسانی و بهبود استانداردهای زندگی آنها در سالهای اخیر بود (بنائیان و همکاران 2011) افزایش انتشار گازهای گلخانهای یکی دیگر از نتایج توسعه کشاورزی و افزایش فشار تولید محصولات زراعی در سالهای اخیر بوده است (جونز و همکاران 2012). آمارها نشان میدهد میزان انتشار گاز های گلخانهای در اثر فعالیتهای کشاورزی 20 درصد افزایش یافته است. (بنائیان و همکاران 2013). در این بین 13 درصد از CO2، 60 درصد از اکسید نیتروژن (N2O) و 50 درصد از متان (CH4) انتشار یافته ناشی از فعالیتهای کشاورزی میباشد (اسمیت و همکاران 2008). محاسبه میزان انتشار گازهای گلخانهای در فرآیندهای تولید محصولات کشاورزی اولین تلاش برای کاهش انتشار گازهای گلخانهای است (جونز و همکاران 2012). بررسی الگوی مصرف انژی در بخشهای مختلف کشاورزی میتواند راههای مدیریتی مناسب برای کاهش انتشار گازهای گلخانهای را نشان دهد. (لیتسکاز و همکاران 2011). کنترل انتشار گازهای گلخانهای در فعالیتهای کشاورزی بدون به خطر انداختن امنیت غذایی بسیار حائز اهمیت است. کلزا به عنوان یک گیاه روغنی مهم مصرف نهادههای بالایی در بخش کشاورزی دارد و استفاده از ماشین آلات، کودها و سموم شیمیایی در این محصول باعث میشود تولید آن وابستگی زیادی به انرژیهای ورودی داشته باشد. هدف از این پژوهش مطالعه الگوی مصرف انرژی و میزان انتشار گازهای گلخانهای (CO2، CH4 و N2O) ناشی از تولید محصول کلزا در استان خراسان شمالی جهت کاهش مصرف انرژی و افزایش بهرهوری میباشد.
مواد و روشها
این تحقیق در استان خراسان شمالی در محدوده عرض "18 °38 تا "36 °36 و طول جغرافیای و"28 °58 " تا "52 °55 انجام شد. مساحت استان خراسان شمالی تقریباً 2843400 هکتار و مساحت اراضی کشاورزی این استان تقریباً 4128182 کیلومترمربع است. آب و هوای نیمه خشک در منطقه با تابستانهای خشک و گرم و زمستانهای بارانی و معتدل مشاهده می شود. میانگین دمای سالانه تقریباً 10 درجه سانتیگراد و کل بارندگی سالانه 295 میلیمتر است که از این میزان حدود 94٪ بارندگی در ماههای مهر تا اردیبهشت انجام میشود.
به منظور بررسی دقیق در این پژوهش سطح استان خراسان شمالی به سه ناحیه شرقی شامل شهرستانهای شیروان و فاروج، ناحیه غربی شامل شهرستانهای بجنورد و مانه سملقان و ناحیه جنوبی شامل شهرستانهای اسفراین، گرمه و جاجرم تقسیم و به صورت جداگانه مورد مقایسه قرار گرفتند.
عملیات کشاورزی و مقادیر ورودی انرژی مزارع کلزا با استفاده از پرسشنامه چهره به چهره در سال زراعی 98-97 جمعآوری شد. جهت محاسبه حجم نمونه از رابطه شماره[1]، استفاده شد.
|
(رابطه 1) |
|
در این معادله n: شمار نمونههای مورد نیاز، N: شمار کشاورزان در منطقه مورد مطالعه، S: انحراف معیار، : انحراف معیار نمونه(d/z)، d: دقت (اشتباه مجاز) در اندازه نمونه که 15 درصد میانگین برای سطح اطمینان 95 درصد تعریف میشود و z: ضریب اطمینان (برابر 96/1 در سطح اطمینان 95 درصد) میباشد. با توجه به تعداد کشاورزان کلزا کار در سطح شهرستانهای استان و بر اساس سطوح زیر کشت تعداد نمونههای کلزا 54 عدد تعیین شد.
جهت انجام پژوهش 20 روستا به عنوان نماینده کل مناطق مورد مطالعه انتخاب شدند. در مرحله بعد تولید کننده کلزا ثبت شد، اندازه هر مزرعه و مساحت کل تعیین شد و یک جدول برای نمایش جمعیت تهیه گردید. کلیه ورودیها و خروجیها از سیستمها شناسایی و اندازهگیری و به واحدهای انرژی تبدیل شدند. معادل انرژی ورودیها و خروجیها در جدول 2 نشان داده شده است (دادهها در جدول 2 از چندین منبع بدست آمده است). منابع انرژی مکانیکی مورد استفاده در مزارع منتخب شامل دیزل است. سوخت تراکتورها بر اساس مصرف کل سوخت (L.ha-1) در عملکردهای مختلف محاسبه شده است و انرژی مصرف شده با استفاده از فاکتورهای تبدیل محاسبه شده است (1 لیتر دیزل = 47.8 MJ در هکتار) و به صورت MJ ha-1 بیان شد (کیتانی، 1999). بر اساس معادلهای انرژی ورودی و خروجی، نسبت انرژی (بازده مصرف انرژی) و بهرهوری انرژی و انرژی خالص مطابق جدول 1 محاسبه شد (دمیرکن و همکاران 2006). سایر مقادیر محاسبه شده شامل انرژی مستقیم، غیر مستقیم بود. انرژی مستقیم شامل نیروی انسانی و دیزل میباشد و انرژی غیرمستقیم شامل انرژیهای موجود در بذور، کود و سموم دفع آفات است که در فرایند تولید کلزا مورد استفاده قرار میگیرند (ییلماز و همکاران 2005).
|
جدول 1. پارامترهای انرژی و تعاریف آنها |
||
|
واحد |
تعریف |
شاخص |
|
MJ.ha−1 per year |
نیروی کارگری، سوخت دیزل، الکتریسیته، آبیاری |
انرژی مستقیم |
|
MJ.ha−1 per year |
ماشینآلات، کود های شیمیایی، سموم شیمیایی، کود دامی، بذر |
انرژی غیرمستقیم |
|
MJ. ha−1 per year |
انرژی مستقیم+ انرژی غیر مستقیم |
کل انرژی ورودی |
|
MJ. ha−1 per year |
انرژی موجود در زیست توده برداشت شده |
کل انرژی خروجی |
|
|
انرژی خروجی/انرژی ورودی |
کارائی انرژی |
|
MJ. t−1 |
انرژی ورودی/انرژی خروجی |
انرژی ویژه |
|
MJ. ha−1 |
انرژی ورودی- انرژی خروجی |
انرژی خالص |
|
Kg. MJ−1 |
انرژی ورودی/ عملکرد |
بهرهوری انرژی |
میزان انتشار گازهای گلخانهای به ازای هر واحد از منابع شیمیایی و پتانسیل گرمایشی جهانی آنها با استفاده از ضریب آلایندگی دی اکسید کربن (CO2)، اکسید نیتروژن (N2O) و متان (CH4) اتمسفر تحت تاثیر نهادههای شیمیایی و الکتریسیته مصرفی در سیستمهای تولید کلزا مطابق جدول 3 محاسبه شد. انتشار گازهای گلخانهای میتواند در واحد سطح، در واحد وزن عملکرد یا در واحد انرژی ورودی یا خروجی محاسبه شود(پاتاک و بینینگ 1985). هر یک از گاز گلخانهای،CO2 ، CH4 و N2O دارای یک مقدار پتانسیل گرمایش جهانی مخصوص به خود است که نسبت به دی اکسید کربن (بعنوان گاز مرجع) بیان میشود (بنائیان و همکاران 2013). پتانسیل گرمایش جهانی CO2 برابر 1، CH4 برابر 21 و N2O برابر 310 است.
|
جدول 2. همارزهای انرژی نهادهها و ستاندهها |
||||
|
|
پارامتر |
واحد |
ارزش انرژی (MJ.unit-1) |
منبع |
|
نهاده |
نیروی انسانی |
h |
96/1 |
(یالدیز و همکاران 1993) |
|
|
ماشینآلات |
h |
70/62 |
(یالدیز و همکاران 1993) |
|
|
سوخت دیزل |
l |
31/56 |
(اوزکان و همکاران 2004) |
|
|
ازت (N) |
kg |
14/66 |
(شرستا 2002) |
|
کودها |
فسفر (P2O5) |
kg |
44/12 |
(شرستا 2002) |
|
|
پتاس (K2O) |
kg |
15/11 |
(شرستا 2002) |
|
|
ریز مغذی |
kg |
120 |
(یالدیز و همکاران 1993) |
|
|
کود دامی |
tons |
10/303 |
(یالدیز و همکاران 1993) |
|
|
حشرهکش |
kg |
20/101 |
(کندی 2000) |
|
سموم |
قارچکش |
kg |
00/216 |
(پاتاک 1985) |
|
|
علفکش |
kg |
00/238 |
(اوزکان و همکاران 2004) |
|
|
آب آبیاری |
m3 |
63/0 |
(یالدیز و همکاران 1993) |
|
|
الکتریسیته |
kwh |
93/11 |
(مبتکر و همکاران 2010) |
|
|
بذر کلزا |
kg |
60/3 |
(اوزکان و همکاران 2004) |
|
|
عملکرد دانه کلزا |
kg |
00/24 |
(ونتوری و ونتوری 2003) |
|
ستانده |
کاه و کلش کلزا |
kg |
25/17 |
(محمدی و همکاران 2014) |
|
جدول 3. ضرایب انتشار گازهای گلخانهای و پتانسیل گرمایش جهانی در تولید کلزا |
|
نهاده |
دی اکسید کربن (g) |
اکسید دی نیتروژن (g) |
متان (g) |
منبع |
|
سوخت دیزل (Lit) |
3560 |
70/0 |
20/5 |
(کرامر 1999) |
|
کود نیتروژن (اوره) (kg) |
3100 |
03/0 |
70/3 |
(اشنایدر 2009) |
|
کود فسفات (kg) |
1000 |
02/0 |
80/1 |
(اشنایدر 2009) |
|
کود پتاس (kg) |
700 |
01/0 |
1 |
(اشنایدر 2009) |
|
الکتریسیته (kWh) |
20/61 |
82/8 |
02/0 |
(تزیلیواکیس 2005) |
|
پتانسیل گرمایشی جهانی (CO2 eq) |
1 |
310 |
21 |
(تزیلیواکیس 2005) |
نتایج و بحث
در مقایسه بین نواحی مورد بررسی، ناحیه شرقی استان خراسان شمالی با مصرف 38/38063 مگاژول در هکتار نسبت به ناحیه غربی با 98/34879 مگاژول در هکتار و ناحیه جنوبی با 67/34485 مگاژول در هکتار بیشترین میزان مصرف انرژی را داشت (جدول 4). البته بین ناحیه غربی و ناحیه شرقی استان اختلاف زیادی از نظر مصرف انرژی مشاهده نشد. همچنین ناحیه شرقی با مصرف 40/4009 مترمکعب آب در هکتار، کمترین حجم آب مصرفی در زراعت کلزا را داشت. میانگین عملکرد محصول کلزا در مزارع ناحیه شرقی، غربی و جنوبی بترتیب 15/2141 ، 12/2235 و 83/1625 کیلوگرم در هکتار برآورد گردید (جدول 4).
بین نواحی مورد مطالعه، در ناحیه غربی سهم کود نیتروژن 87/47%، سهم دیزل 40/21% و سهم آبیاری 73/10% از کل انرژی ورودی به مزارع تولید کلزا بود. به طور کلی در منطقه غربی 38/61% از کل انرژی های مصرفی مربوط به استفاده از کودهای نیتروژن، فسفر، پتاس و ریزمغذی ها بود. این میزان وابستگی تولید کلزا به کودهای شیمیایی بخصوص کودهای ازته میتواند در درازمدت باعث آلودگیهای زیستمحیطی، کاهش حاصلخیزی خاک، آلودگی آبهای زیرزمینیدر ناحیه غربی استان خراسان شمالی گردد. نتایج بدست آمده نشان داد کمترین مصرف انرژی در ناحیه غربی مربوط به بذر با 08/0% از انرژی کل بود (جدول 4). در ناحیه شرقی بیشترین میزان مصرف انرژی به ترتیب از طریق مصرف انواع کودهای شیمیایی با 01/52%، سوخت دیزل با 55/23% و الکتریسیته با 03/12% صورت گرفت. در این منطقه کود نیتروژن با میانگین مصرف50/242 کیلوگرم در هکتار معادل 95/16038 مگاژول انژی مصرف کرد که 13/42% از کل انرژی ورودی به مزرعه را به خود اختصاص داد، در این بین کمترین مصرف انرژی نیز مربوط به بذر با 08/0% بود. در ناحیه جنوبی نیز کودهای شیمیایی 87/43%، سوخت دیزل 13/23% و الکتریسیته 20% از کل انرژی ورودی را مصرف نمودند و کمترین مصارف انرژی نیز مربوط به بذر با 09/0% و سموم شیمیایی با 69/0% بود. در این ناحیه نیز در بین کودهای شیمیایی، اوره با مصرف 13228 مگاژول در هکتار، 35/38% از کل انرژی ورودی به مزرعه کلزا را به خود اختصاص داد (جدول 4). مقایسه نهاده های مصرفی در سه ناحیه مورد مطالعه نشان داد در هر سه ناحیه کاربرد کودهای شیمیایی، بخصوص کود نیتروژن بیشترین تاثیر را در افزایش مصرف انرژی در مزارع کلزا خراسان شمالی داشت. از نظر الگوی مصرف مکانی نیتروژن ناحیه غربی استان خراسان شمالی بیشترین میزان مصرف کود نیتروژن را داشت و در ناحیه جنوبی کمترین میزان مصرف نیتروژن مشاهده شد. مقایسه سه ناحیه مورد مطالعه نشان داد مصرف الکتریسیته در ناحیه جنوبی و ناحیه شرقی بسیار بیشتر از مصرف الکتریسیته در ناحیه غربی بود. این موضوع بدلیل وابستگی شدید اراضی کشاورزی ناحیه جنوبی و تا حدودی ناحیه شرقی استان خراسان شمالی به آبیاری از طریق استخراج آب از چاههای عمیق و نیمهعمیق است که باعث مصرف بیشتر الکتریسیته در این ناحیه شده است و در ناحیه غربی دسترسی به آبهای جاری مصرف الکتریسیته در تولید کلزا را کاهش داد. میزان مصرف سوخت دیزل در سه ناحیه مورد بررسی نیز نشان داد اختلاف زیادی بین نواحی جغرافیایی استان از نظر میزان مصرف سوخت وجود نداشت و توسعه مکانیزاسیون در سطح استان خراسان شمالی تا حدودی از توزیع مناسب و یکنواختی برخوردار است. مقایسه شاخصهای انرژی در مزارع کلزای استان خراسان شمالی نشان داد بیشترین کارایی مصرف انرژی در ناحیه غربی استان با میانگین 54/1 بود. ناحیه شرقی و جنوبی نیز بترتیب 35/1 و 13/1 از این شاخص را به خود اختصاص دادند. همچنین میانگین کارایی مصرف انرژی در استان 34/1 بدست آمد. بالا بودن کارایی مصرف انرژی در ناحیه غربی بدلیل بالا بودن عملکرد در این ناحیه نسبت به نواحی دیگر استان و نیز مصرف کمتر انرژی در ناحیه غربی میباشد (شکل 1). همچنین بیشترین میزان بهرهوری انرژی در استان خراسان شمالی در ناحیه غربی با مقدار 064/0 کیلوگرم بر مگاژول و کمترین مقدار این شاخص نیز در ناحیه جنوبی با 047/0 کیلوگرم بر مگاژول ملاحظه گردید. متوسط بهرهوری انرژی در تولید محصول کلزا در استان خراسان شمالی 055/0 کیلوگرم بر مگاژول بدست آمد (شکل 1). بیشترین میزان انرژی خالص که از تفاوت انرژیهای ورودی و خروجی بدست می آید، با مقدار 89/18762 مگاژول در هکتار در ناحیه غربی ملاحظه گردید و کمترین مقدار آن در ناحیه جنوبی با 33/4534 مگاژول در هکتار بدست آمد. بیشترین مقدار انرژی ویژه نیز که نشان دهنده انرژی ورودی به انرژی خروجی است در ناحیه جنوبی مشاهده شد (21/21) که نشان دهنده مصرف بالای انرژی در این منطقه نسبت به سایر نواحی استان خراسان شمالی میباشد (شکل2).
موسوی اول و همکاران (1994) گزارش نمودند کل انرژی ورودی مزارع کلزا استان مازندران معادل 79/15602 مگاژول در هکتار برآورد شد. ایشان بیان نمودند که نهادههایی مانند کود نیتروژن 8/45 % ، سوخت دیزل 4/33% و ماشینآلات 2/7% بیشترین سهم را از کل انرژی ورودی داشتند. مقایسه نتایج بدست آمده در استان مازندران با این تحقیق نشان میدهد انرژی ورودی در مزارع کلزا استان خراسان شمالی بیشتر از مازندران بوده که از مهمترین دلایل این اختلاف میتوان به نیاز به آبیاری و استفاده از انرژی الکتریسیته جهت پمپاژ آب به مزارع خراسان شمالی اشاره کرد. مطالعه دیگری بوسیله درگاهی و همکاران (2016) در مزارع کلزا استان گلستان انجام شد که کل انرژی ورودی مزارع آبی معادل 59/20485 مگاژول در هکتار بیان شد، در مطالعه آنها بیشترین مقدار انرژی مصرفی مربوط به نهادههای سوخت دیزل 33/42%، کود نیتروژن 40/19% و کود دامی 02/17% بود، همچنین کمترین میزان انرژی نیز به حشرهکش 11/0%، بذر 14/0% و نیروی انسانی 19/0% اختصاص داشت. ملائی و افضلینیا (2012) در تحقیق خود بر روی تولید کلزا در استان فارس کل انرژی ورودی به مزارع در این منطقه را معادل 7/27485 مگاژول در هکتار محاسبه نمودند. در مطالعه دیگری فتحی و همکاران (2020) اظهار نمودند میزان انرژی ورودی در مزارع کلزا دیم استان ایلام معادل 48/6367 مگاژول در هکتار است.
شکل 1- سهم راندمان مصرف انرژی، بهرهوری انرژی و انرژی ویژه در تولید کلزا استان خراسان شمالی
نتایج این بررسی نشان داد در بین انواع انرژیهای مصرفی بالاترین میزان مصرف انرژیهای مستقیم مربوط به ناحیه جنوبی با 33/18113 مگاژول در هکتار بود که از مهمترین دلایل آن میتوان به استفاده بیشتر از نیروی انسانی و الکتریسیته در این ناحیه اشاره کرد و کمترین مقدار این نوع از انرژی نیز در ناحیه غربی با میزان 36/11817 مگاژول در هکتار ملاحظه شد. همچنین بیشترین میزان مصرف انرژی غیرمستقیم با میانگین 63 /23062 مگاژول در هکتار در ناحیه غربی مشاهده شد و ناحیه شرقی و ناحیه جنوبی نیز بترتیب 18/21513 و 33/16372 مگاژول در هکتار از انرژی غیر مستقیم را به تولید کلزا اختصاص دادند (شکل 2).
شکل 2- سهم انرژیهای خالص، مستقیم و غیرمستقیم در تولید کلزا استان خراسان شمالی
شیخداوودی و هوشیار (2009) در مطالعهای که بر روی کلزا و آفتابگردان در استان فارس انجام دادند کل انرژی ورودی را به ترتیب معادل 09/30889 و 3/22945 مگاژول در هکتار محاسبه نمودند. همچین سهم انرژیهای مستقیم و غیرمستقیم را در کشت کلزا به ترتیب معادل 49% و 51% و در کشت آفتابگردان به ترتیب 94/57% و 06/42 % تخمین زدند. آنها بیان داشتند کودهای شیمیایی 93/38%، الکتریسیته 62/27% و سوخت دیزل 08/20% بیشترین سهم را در انرژی ورودی کشت کلزا داشتند. درگاهی و همکاران (2016) در مزارع کلزا استان گلستان سهم انرژیهای مستقیم و غیرمستقیم را به ترتیب 79/54%، 21/45% عنوان کردند.
انتشار گازهای گلخانهای
در استان خراسان شمالی ناحیه شرقی با میزان تولید 34/1560 کیلوگرم از انواع گازهای گلخانهای بالاترین مقدار را به خود اختصاص داد و نواحی غربی و جنوبی نیز به ترتیب 95/1429 و 78/1275 کیلوگرم در هکتار گاز تولید نمودند (جدول 5). در هر سه ناحیه مود مطالعه، کود نیتروژن بیشترین سهم را در تولید گازهای گلخانهای از نوع CO2 داشت و این امر به دلیل مصرف بیشتر این نوع کود به لحاظ تاثیر بر عملکرد و رشد گیاه بود. بر اساس تحقیقات اشنایدر و همکاران (2009) دلیل انتشار بیشتر گاز دیاکسیدکربن توسط کود نیتروژن، انرژی مصرفی بیشتر طی فرآیند تولید این کود و متعاقب آن ضریب انتشار بیشتر این کود میباشد. بعد از کود نیتروژن سوخت دیزل بیشترین تأثیر را در انتشار گازهای گلخانهای داشت. در ناحیه شرقی استان خراسان شمالی 34/15460 (کیلوگرم در هکتار) گاز گلخانهای انتشار یافت که کود نیتروژن با 65/752 کیلوگرم بیشترین نقش را در تولید CO2 داشت و پس از آن سوخت دیزل با 87/567 کیلوگرم در رتبه بعدی قرار داشت. در بین نهادههای مصرفی الکتریسیته با تولید 48/28 کیلوگرم در هکتار کمترین نقش را در تولید گازهای گلخانهای داشت. در ناحیه غربی میزان انتشار گازهای گلخانهای 95/1429 کیلوگرم در هکتار محاسبه شد که 24/9 درصد کمتر از مقدار تولید شده در ناحیه شرقی استان بود. در بین نهادههای مصرفی کود نیتروژن با تولید 14/782 مجموع گازهای گلخانهای بیشترین اثر را در تولید این گازها داشت. الکتریسیته
|
جدول 4- مصرف انرژی بوم نظام زراعی کلزا استان خراسان شمالی |
||||||||
|
پارامتر |
ناحیه شرقی (MJ.ha-1) |
درصد از انرژی کل % |
ناحیه غربی (MJ.ha-1) |
درصد از انرژی کل % |
ناحیه جنوبی (MJ.ha-1) |
درصد از انرژی کل % |
استان (MJ.ha-1) |
درصد از انرژی کل % |
|
نیروی انسانی |
05/206 |
59/0 |
06/289 |
82/0 |
79/336 |
97/0 |
30/277 |
77/0 |
|
بذر |
40/32 |
08/0 |
01/28 |
08/0 |
90/33 |
09/0 |
44/31 |
08/0 |
|
ازت (N) |
95/16038 |
13/42 |
28/16667 |
78/47 |
00/13228 |
35/38 |
41/15311 |
75/42 |
|
فسفر (P2O5) |
26/1760 |
62/4 |
82/1696 |
86/4 |
33/1140 |
30/3 |
37/1542 |
30/4 |
|
پتاس (K2O) |
64/1106 |
90/2 |
80/579 |
66/1 |
75/278 |
80/0 |
06/655 |
82/1 |
|
ریز مغذی |
00/900 |
36/2 |
60/2469 |
08/7 |
00/460 |
33/1 |
53/1276 |
56/3 |
|
کود دامی |
- |
- |
48/242 |
69/0 |
03/101 |
29/0 |
50/114 |
31/0 |
|
حشرهکش |
34/197 |
51/0 |
92/212 |
61/0 |
40/202 |
58/0 |
22/204 |
57/0 |
|
قارچکش |
40/140 |
36/0 |
57/53 |
15/0 |
- |
- |
66/64 |
18/0 |
|
علفکش |
07/301 |
79/0 |
22/273 |
78/0 |
67/39 |
11/0 |
65/204 |
57/0 |
|
سوخت دیزل |
37/8967 |
55/23 |
71/7466 |
40/21 |
25/7977 |
13/23 |
11/8137 |
72/22 |
|
ماشین آلات |
12/1036 |
79/2 |
93/838 |
40/2 |
25/888 |
54/2 |
10/921 |
57/2 |
|
آب آبیاری |
92/2525 |
63/6 |
97/3742 |
73/10 |
01/2899 |
40/8 |
97/3055 |
53/8 |
|
الکتریسیته |
87/4850 |
03/12 |
62/318 |
91/0 |
28/6900 |
00/20 |
26/4023 |
23/11 |
|
کل انرژی ورودی |
38/38063 |
100 |
98/34879 |
100 |
67/34485 |
100 |
68/35809 |
100 |
|
عملکرد دانه |
60/51387 |
35/37 |
88/53642 |
35/37 |
00/39020 |
35/37 |
83/48016 |
35/37 |
|
عملکرد کاه و کلش |
28/86181 |
65/62 |
59/89963 |
65/62 |
80/65439 |
65/62 |
22/80528 |
65/62 |
|
کل انرژی خروجی |
88/137568 |
100 |
47/143606 |
100 |
80/104459 |
100 |
05/128545 |
100 |
نیز با تولید 87/1کیلوگرم مجموع گازهای گلخانهای کمترین نقش را در تولید این گازها داشت (جدول 5). نتایج بدست آمده نشان داد در ناحیه شرقی میزان تولید گازهای گلخانهای به میزان 93 درصد بیشتر از میزان تولید شده در ناحیه غربی استان بود. این نتیجه به دلیل وابستگی تولید کلزا در ناحیه شرقی به استخراج آب از چاههای عمیق و نیمهعمیق است که تیازمند مصرف الکتریسیته میباشد. در حالی که در ناحیه غربی عمده آب مورد نیاز از طریق آب جاری تامین میگردد. در ناحیه جنوبی در مقایسه با دو ناحیه دیگر گازهای گلخانهای (78/1275) کمتری تولید شد. دربین نهادههای مصرفی کود نیتروژن 65/717، سوخت دیزل 44/514، کود فسفر 83/91، کود پتاس 53/17 و الکتریسیته 51/40 کیلوگرم در هکتار گازهای گلخانهای تولید نمودند. مقایسه سه ناحیه مورد مطالعه نشان داد در ناحیه جنوبی در مقایسه با ناحیه شرقی و غربی کود نیتروژن نقش کمتری در تولید گازهای گلخانهای داشت اما مصرف الکتریسیته به طور قابل توجهی موجب تولید گازهای گلخانهای شد. این نتایج نشان داد در ناحیه جنوبی وابستگی به آب چاههای عمیق بیش از دو ناحیه دیگر است.
|
جدول 5- میزان انتشار گازهای گلخانهای در کشت کلزای نواحی مختلف استان خراسان شمالی |
||||||||
|
|
نهاده |
CO2 Kg.ha-1 |
N2O Kg.ha-1 |
CH4 Kg.ha-1 |
جمع کل |
%CO2 |
%N2O |
%CH4 |
|
ناحیه شرقی |
سوخت دیزل |
93/566 |
11/0 |
83/0 |
87/567 |
83/99 |
02/0 |
15/0 |
|
کود نیتروژن |
75/751 |
01/0 |
90/0 |
65/752 |
88/99 |
001/0 |
12/0 |
|
|
کود فسفر |
50/141 |
003/0 |
25/0 |
76/141 |
82/99 |
002/0 |
18/0 |
|
|
کود پتاس |
48/69 |
001/0 |
10/0 |
58/69 |
86/99 |
001/0 |
14/0 |
|
|
الکتریسیته |
88/24 |
59/3 |
01/0 |
48/28 |
38/87 |
59/12 |
03/0 |
|
|
|
مجموع |
54/1554 |
71/3 |
09/2 |
34/1560 |
63/99 |
24/0 |
13/0 |
|
ناحیه غربی |
سوخت دیزل |
06/472 |
09/0 |
69/0 |
84/472 |
83/99 |
02/0 |
15/0 |
|
کود نیتروژن |
20/781 |
01/0 |
93/0 |
14/782 |
88/99 |
001/0 |
12/0 |
|
|
کود فسفر |
40/136 |
003/0 |
25/0 |
65/136 |
82/99 |
002/0 |
18/0 |
|
|
کود پتاس |
40/36 |
001/0 |
05/0 |
45/36 |
86/99 |
001/0 |
14/0 |
|
|
الکتریسیته |
63/1 |
24/0 |
001/0 |
87/1 |
38/87 |
59/12 |
03/0 |
|
|
|
مجموع |
69/1427 |
34/0 |
92/1 |
95/1429 |
84/99 |
02/0 |
13/0 |
|
ناحیه جنوبی |
سوخت دیزل |
33/504 |
10/0 |
74/0 |
17/505 |
83/99 |
02/0 |
15/0 |
|
کود نیتروژن |
00/620 |
01/0 |
74/0 |
75/620 |
88/99 |
001/0 |
12/0 |
|
|
کود فسفر |
67/91 |
002/0 |
17/0 |
83/91 |
82/99 |
002/0 |
18/0 |
|
|
کود پتاس |
50/17 |
0003/0 |
03/0 |
53/17 |
86/99 |
001/0 |
14/0 |
|
|
الکتریسیته |
40/35 |
10/5 |
01/0 |
51/40 |
38/87 |
59/12 |
03/0 |
|
|
|
مجموع |
90/1268 |
21/5 |
68/1 |
78/1275 |
46/99 |
41/0 |
13/0 |
|
|
سوخت دیزل |
44/514 |
10/0 |
75/0 |
29/515 |
83/99 |
02/0 |
15/0 |
|
|
کود نیتروژن |
65/717 |
01/0 |
86/0 |
51/718 |
88/99 |
001/0 |
12/0 |
|
متوسط استانی |
کود فسفر |
19/123 |
002/0 |
22/0 |
41/123 |
82/99 |
002/0 |
18/0 |
|
|
کود پتاس |
13/41 |
001/0 |
06/0 |
18/41 |
86/99 |
001/0 |
14/0 |
|
|
الکتریسیته |
64/20 |
97/2 |
01/0 |
62/23 |
38/87 |
59/12 |
03/0 |
|
|
مجموع |
04/1417 |
09/3 |
90/1 |
02/1422 |
65/99 |
22/0 |
13/0 |
پتانسیل گرمایش جهانی
بررسی پتانسیل گرمایش جهانی در استان خراسان شمالی نشان داد ناحیه جنوبی استان با تولید 84/2918 کیلوگرم معادل دیاکسیدکربن در هکتار بیشترین تأثیر را در گرمایش جهانی در بین نواحی مورد بررسی داشت و دلیل آن استفاده بیشتر از انرژی الکتریسیته در مزارع ناحیه جنوبی است. نواحی شرقی و غربی نیز با تولید 13/2748 و16/1573 کیلوگرم معادل دیاکسیدکربن در هکتار در ردههای بعدی قرار گرفتند (جدول 6). با توجه به تاثیر بالای گاز N2O در پتانسیل گرمایش جهانی و نیز نقش بالای الکتریسیته در تولید این گاز مشاهده میشود تاثیر مصرف الکتریسیته در پتانسیل گرمایش جهانی در مقایسه با سایر نهادهها بسیار بیشتر است و به همین دلیل علیرغم مصرف تولید کمتر گازهای گلخانهای در ناحیه جنوبی استان به دلیل وابستگی تولید کلزا به مصرف آب چاههای عمیق در نهایت پتانسیل گرمایش جهانی منطقه جنوبی بیش از ناحیه شرقی و ناحیه غربی اسان خراسان شمالی بود. در مطالعه فتحی و همکاران (2020) بر روی کشت کلزا دیم در استان ایلام میزان پتانسیل گرمایش جهانی 84/521 کیلوگرم معادل دیاکسیدکربن به ازاء تولید هر تن کلزا عنوان شد.
مندنی و همکاران (2017) میزان انتشار گازهای گلخانهای در کشت گندم آبی را معادل 4/3184 کیلوگرم معادل دیاکسیدکربن در هکتار تخمین زدند.آنها گزارش نمودند مصرف سوخت دیزل بیشترین میزان انتشار گازها معادل 9/46% را در بین نهادهها داشته است. رجبی و همکاران (2012) در بررسی تولید گندم در گرگان پتانسیل گرمایش جهانی را معادل 3/662 کیلوگرم معادل دیاکسیدکربن در هکتار گزارش کردند که سهم کود نیتروژن با 9/43% بیشترین مقدار بود. طاهریراد و همکاران (2015) گزارش نمودند میزان تولید گازهای گلخانهای در تولید پنبه استان گلستان معادل 18/1430 کیلوگرم معادل دیاکسیدکربن در هکتار بود که سه نهاده سوخت دیزل، کود حیوانی و ماشینآلات کشاورزی به ترتیب با 2/45%، 5/23% و 8/22% بیشترین سهم را در انتشار این گازها داشتند. فرتوت عنایت و همکاران (2018) در پژوهشی میزان انتشار گازهای گلخانهای در مزارع سورگوم علوفهای منطقه سیستان را 7/3746 کیلوگرم معادل دیاکسیدکربن در هکتار گزارش نمودند که مصرف انرژی الکتریسیته بیشترین میزان انتشار را در بین نهادهها داشت. الهامی و همکاران (2017) گزارش کردند میزان تولید گازهایگلخانهای در مزارع عدس آبی استان اصفهان برابر 45/930 کیلوگرم معادل دیاکسیدکربن در هکتار است. با مقایسه نتایج در این پژوهشها و نتایج تحقیق حاضر میتوان نتیجه گرفت که انتشار گازهای گلخانهای رابطه مستقیم با مصرف نهادهها داشته و در این بین نهادههایی مانند کود نیتروژن، سوخت دیزل و انرژی الکتریسیته بیشترین سهم را در پتانسیل گرمایش جهانی دارند.
نتیجهگیری
در این پژوهش مشخص گردید بیش از 50% نهادههای ورودی تولید در کشتزارهای کلزا به مصرف کودهای شیمیایی تعلق دارد که در این بین کود نیتروژن سهم بیشتری را در میان سایر کودها به خود اختصاص داد. یکی از مهمترین دلایل مصرف بالای کود نیتروژن در مزارع، عدم انجام آنالیزها به جهت تعیین میزان نیاز واقعی خاک به عناصر غذایی بود و کشاورزان بر اساس تشخیص و وسع مالی خود اقدام به مصرف انواع کودها مینمودند. مصرف بالای کودهای شیمیایی علاوه بر اینکه هزینه مالی زیادی را به کشاورزان تحمیل میکند باعث کاهش بهرهوری انرژی شده و در چشمانداز اکولوژیکی عاملی برای مشکلات زیست محیطی، آلودگی آبهای زیرزمینی، شور شدن خاکها میگردد. همچنین مصرف زیاد کودهای شیمیایی سهم بالایی در انتشار گازهای گلخانهای و پتانسیل گرمایش جهانی دارد. کاهش مصرف کودهای شیمیایی از طریق استفاده از کودهای آلی و زیستی، همچنین استفاده از انواع کودهای دامی و طیور میسر خواهد شد. در این تحقیق میزان استفاده از کودهای دامی 38/0 تن در هکتار، معادل 35/0% از کل انرژی ورودی (کمترین سهم) بود. بر اساس نتایج این پژوهش با توجه به ماهیت کشت کلزا (غیر وجینی بودن) استفاده از نیروی انسانی در کشتزارهای کلزا در پایینترین سطوح مصارف انرژی (84/0 % از کل انرژی ورودی) قرار داشت. در این تحقیق سوخت دیزل باعث انتشار29/515 کیلوگرم از گازهای گلخانهای و 58/561 کیلوگرم معادل دیاکسیدکربن پتانسیل گرمایش جهانی شد. نوسازی ماشینآلات مورد استفاده و بکارگیری آنها بر اساس عمر مفید ادوات یک راه مؤثر در کاهش سهم سوختهای دیزل در انرژی ورودی به مزرعه خواهد بود. بررسی شاخص بهرهوری انرژی و انرژی ویژه بیانگر این موضوع بود که به ازاء مصرف هر واحد انرژی (مگاژول) مقدار 06/0 کیلوگرم دانه روغنی کلزا تولید شده بود و برای تولید هرکیلوگرم دانه روغنی کلزا معادل 58/16 مگاژول در هکتار انرژی صرف شد. با نگاه دقیق به نتایج این تحقیق مشخص میگردد بهترین منطقه جهت تولید کلزا در این استان ناحیه غربی میباشد و ناحیه جنوبی منطقه مناسبی برای توسعه کشت این محصول نیست. البته با مدیریت مصرف انرژی در ناحیه جنوبی و نیز مدیریت زراعی از نظر تاریخ مناسب کشت جهت جلوگیری از سرمازدگی پائیزه و نیز مدیریت مصرف کودهای شیمیایی میتوان عملکرد محصول و در نهایت بهرهوری انرژی در تولید کلزا در ناحیه جنوبی استان خراسان شمالی را بهبود ببخشد.
سپاسگزاری
از کلیه کشاورزان عضو انجمن خبرگان کشاورزی خراسان شمالی که در انجام این پژوهش ما را یاری نمودند سپاسگزاری میگردد.
)