سنجش بهره وری انرژی، انتشار گاز های گلخانه ای، پتانسیل گرمایش جهانی و شاخص پایداری بوم نظام های گندم و کلزا در خرمشهر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 هیات علمی دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی رامین خوزستان

2 گروه مهندسی ماشین‌های کشاورزی و مکانیزاسیون، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، ملاثانی، ایران

3 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، ملاثانی، ایران

چکیده

این مطالعه برای بررسی کارایی مصرف انرژی، انتشار گازهای گلخانه‌ای و ارزیابی پایداری در مزارع گندم و کلزا شهرستان خرمشهرانجام‌شد.برای ارزیابی شاخص های انرژی، داده‌ها به روش پرسشنامه و پایش مستمر در 60 مزرعه گندم و 57 مزرعه کلزای خرمشهر و در سال زراعی 98-1397 جمع آوری گردید. نتایج نشان داد که میزان انرژی ورودی در یک هکتار مزارع گندم و کلزا مورد مطالعه 41810 و 33517 مگاژول بود که بیشترین تاثیر را نهاده‌های الکتریسیته، کود نیتروژن و سوخت به خود اختصاص دادند. از این مقدار به‌ترتیب 22606 و 19434 مگاژول بر هکتار انرژی مستقیم و 19204 و 14083 مگاژول بر هکتار انرژی غیرمستقیم مربوط به گندم و کلزا بود. همچنین میزان انرژی ورودی تجدیدپذیر گندم و کلزا به‌ترتیب 5546 و 314 مگاژول برهکتار و تجدید ناپذیر به‌ترتیب 36263 و 33202 مگاژول بر هکتار به‌دست آمد. کارائی مصرف انرژی برای گندم 32/1و کلزا 15/2 به‌دست آمد. میزان انتشار گازهای گلخانه-ای در یک هکتار مزارع گندم و کلزا شهرستان به‌ترتیب 5/1438 و 1466 کیلوگرم معادل دی‌اکسیدکربن در هکتار و پتانسیل گرمایش جهانی به‌ترتیب 18223 و 2238 تن دی‌اکسیدکربن محاسبه گردید. در این مطالعه شاخص پایداری براساس میزان کربن ورودی و خروجی در گندم 45/2 و در کلزا 17/1 بود.نتایج نشان‌داد که در بوم سامانه‌های گندم و کلزای خرمشهر، مدیریت انرژی برای استفاده کارآمد و پایدار انرژی مهم و تأثیرگذار است. در این راستا بهینه‌سازی مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های مصرف انـرژی به منظور حفظ سلامت محیط زیست ضروری می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluating energy productivity, greenhouse gas emission, global warming potential and sustainability index of Wheat and Rapeseed agroecosystems in Khorramshahr

نویسندگان [English]

  • Aydin Khodaei joghan 1
  • morteza taki 2
  • hamid matoorian 3
1 faculty member at ramin agriculture and natural resources university of khouzestan
2 Department of Agricultural Machinery and Mechanization, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran
3 Agricultural Sciences and Natural Resources university of Khuzestan
چکیده [English]

The study was conducted to evaluate the energy use efficiency, greenhouse gas emission and evaluation of sustainability in the studied wheat and rapeseed fields of Khorramshahr. Input data and yield of fields were collected from 60 wheat and 57 rapeseed farms of Khorramshahr by using questionnaire method and face-to-face interview during 2018-2019 growing season. Results showed that input energy of wheat and rapeseed was 41810 and 33517 MJ ha-1. Electricity, nitrogen fertilizer and fuel had the greatest impact. Direct energy was 22606 and 19434 MJ ha-1 and indirect energy was 19204 and 14083 MJ ha-1 for wheat and rapeseed respectively. Also, the input energy of renewable wheat and rapeseed was 5546 and 314 MJ ha-1, and non-renewable energy was 36263 and 33202 MJ ha-1, respectively. Energy efficiency for wheat and rapeseed was 1.32 and 2.15. Greenhouse gas emissions per hectare of wheat and rapeseed fields was 1438.5 and 1466 kg, respectively. Equivalent to carbon dioxide per hectare and the global warming potential was 18223 and 2238 tons of carbon dioxide, respectively. In this study, the sustainability index based on the amount of carbon input and output in wheat was 2.45 and in rapeseed was 1.17. Energy management is important and effective for efficient and sustainable energy use in wheat and Rapeseed agroecosystems of Khorramshahr. Optimizing energy consumption and reducing energy costs is essential to maintain sustainable environment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Agroecosystems
  • Energy efficiency
  • Environment
  • Renewable energy
  • Sustainable agriculture

مقدمه

     بـا افــزایش روزافــزون جمعیــت جهــان و محــدویت انــرژی، دسترسی به انرژی به مقدار کافی از بسیاری جهات در آینــده مشکل­تر خواهـد­بود. هم­چنین پیش­بینی می­شـود که در کشورهای جهان سوم به علت جوان بـودن جمعیـت، پتانـسیل بیشتری برای رشد جمعیت در طی سال­های آینده وجود داشـته و ورود این نسل­ جدید به بازار اقتصاد کشورهای در حال توسعه موجـب افزایش تقاضای کالا، خدمات و انرژی ­گردد. در حال حاضر تأمین امنیت غذایی برای جمعیت فزاینده جهان با حفظ منابع پایه زمین و آب و با حداقل اثرات محیط زیستی به یکی از چالش­های اساسی در کشاورزی پایدار تبدیل شده است (محمدزاده و همکاران 2017). مباحث مربوط به موازنه انرژی از زمانی شروع گردید که بشر متوجه محدود بودن منابع انرژی فسیلی شد. در نتیجه تلاش برای برنامه­ریزی دقیق مصرف و برآورد مصرف آن در بخش­های مختلف بیشتر شد (پلاتیس و همکاران  2019).

 محـدودیت منـابع انـرژی و اثـرات سـوءمصـرف منـابع انـرژی تجدیدناپذیر همچون سوخت­های فسـیلی بـر محـیط زیسـت و سلامت انسان به دلیل استفاده نادرست از انرژی امری مسلم است که مطالعه الگوی مصرف انرژی و نهاده­های انرژی­بـر را در بـوم نظـام­هـا، ضـروری سـاخته­اسـت (سنایدر و همکاران 2009). هم­چنـین استفاده کارآمد از منابع انرژی یکی از مهم­ترین اصـول بـرای توسـعة پایدار در کشاورزی است که منجـر بـه کـاهش چـالش­هـای زیسـت محیطی، جلوگیری از تخریب منابع­طبیعی و افت سـودمندی اقتصـادی در بوم­نظام­های پایدار تولید محصولات زراعی خواهـد ­شـد (رجبی و همکاران 2012). در توسعه پایدار از منـابع بایـد بـه گونـه­ای استفاده کرد که نه تنها نیاز نسل فعلی را برآورده سـازد، بلکـه امکـان تأمین نیازهای نسل آینده را نیز فراهم آورد (سماواتیان و همکاران 2011).

     ارزیابی کارایی مصرف نهاده­ها در بوم­ نظام­های کشاورزی در طراحی بوم نظام­های پایدار و سازگار با محیط زیست نقـش بسـزایی دارد. هدف از مطالعه روند انرژی ورودی و خروجی نظام­های زراعی، بهینه­سازی مصرف انرژی، کاهش هزینـه­هـای عملکـرد و تولید از طریق کاهش هزینه­های مصرف انـرژی اسـت. تمام روش­هایی که انسان برای افزایش کارایی تثبیت انـرژی بـه کار می­گیرد، با استفاده از انرژی­های کمکـی یـا بـه اصـطلاح یارانـه انرژی است. انرژی مصرفی بـه طور مستقیم در عملیات کاشت، داشت، برداشت و بطور غیـر مـستقیم در تولید نهاده­هایی از قبیل آفت­کـش­ها، کودهـای شـیمیایی و ماشـین­آلات، ذخیره­سازی و خشک­کردن محصولات و سایر نهاده­هایی کـه در ارتباط با تولید محصول می باشند، مورد استفاده قرار می­گیرند.

     یکی از رویکردهای مناسب در جهت کاهش انرژی های ورودی و از سوی دیگر افزایش انرژی خروجی، بررسی و ارزیابی شاخص­های به دست آمده از مطالعات منطقه­ای می­باشد. این که چه عواملی چگونه و به چه میزان بیشترین تأثیر را در مقدار این شاخص­ها می­گذارند در کنار بررسی امکان جایگزینی آنها با سایر عوامل و با در نظر گرفتن ملاحظات اقتصادی و فنی، در نهایت می­تواند منجر به بهینه سازی الگوی مصرف انرژی در تولیدات کشاورزی گردد.

    در بررسی جریان انرژی و انتشار گازهای گلخانه­ای تولید گندم دیم در منطقه کالپوش استان سمنان، امیدمهر (2016) نشان­داد که کل مصرفی ناشی از کاربرد نهاده­ها در سه روش کشت رایج، کم­خاکورزی و مستقیم بین 13900 تا 18713 مگاژول بر هکتار متغیر بود. بیشترین و کمترین مقدار ظرفیت گرمایش جهانی به­ترتیب مربوط به کشت رایج و کشت مستقیم بود. همچنین روش کم­خاکورزی بیشترین عملکرد را ایجاد کرد. اصغری­پور و همکاران (2015) در پژوهشی الگوی مصرف انرژی در تولید گندم آبی شهرستان کرمانشاه را بررسی کردند. نتایج نشان­داد که کل انرژی ورودی حدود 8/41921 مگاژول در هکتار بوده و در بین نهاده­های ورودی انرژی، کود نیتروژن با 38 درصد و پس از آن سوخت دیزل با 13 درصد بیشترین سهم­ها را دارا بودند. کل انتشارCO2 ، N2O و CH4 در مزارع گندم به ترتیب 1/1248، 6/855 و 6/1 کیلوگرم در هکتار بود. کاظمی و زارع (2014) در مطالعه­ی جریان انرژی در مزارع گندم شهرستان­های گرگان و مرودشت نشان­دادند که از انرژی ورودی کل در دو بوم­نظام زراعی، کودهای شیمیایی و سوخت بالاترین مصرف انرژی را داشتند و متغیرهای ماشین­آلات و آبیاری در مکان بعدی قرار گرفتند. در این تحقیق کارایی مصرف انرژی برای مزارع گرگان 91/2 و در مزارع مرودشت 56/2 محاسبه شد. در مطالعه صورت گرفته توسط حبیبی­زاده و غلامی پرشکوهی (2016) در خصوص بررسی مصرف انرژی در دو روش سنتی و مکانیزه برای تولید برنج رقم­های هاشمی و گوهر در شهرستان صومعه­سرا مجموع کل انرژی نهاده در روش سنتی و مکانیزه تولید برنج گوهر به ترتیب برابر 12312 و 21112 مگاژول در هکتار و در تولید برنج هاشمی به­ترتیب برابر 12266 و 13121 مگاژول در هکتار بود. بیشترین میزان مصرف انرژی مربوط به نهاده بذر، سم و کود شیمیایی بود.

     در ایران گندم مهم­ترین گیاه زراعی به شمار می­رود به طوری که هر ساله بیش از 50 درصد از کل زمین­های قابل کشت را به خود اختصاص داده است. استان خوزستان یکی از مهم­­ترین قطب­های تولید گندم در کشور بوده و سالانه حدود 19 درصد تولید گندم کل کشور را به خود اختصاص می­دهد. در همین حال در سال­های اخیر به طور میانگین 535 هزار هکتار زمین در استان خوزستان زیر کشت گندم بوده است (احمدی و همکاران 2019). همچنین در سال­های اخیر با توجه به کمبود منابع روغن­های گیاهی، سطح زیر کشت کلزا در کشور وخوزستان افزایش یافته­است. در حال حاضر کلزا با داشتن ویژگـی هـای زراعـی مناسب به ویژه امکان کشت پائیزه آن، قرار گرفتن در تناوب با غلات، درصد روغن مناسب دانه و پروتئین کنجاله دانـه یکی از مهمترین محصولات دانه روغنی ایران می­باشد (قاسمی و همکاران 2020).

       کشت­های رایج منطقه خرمشهر در فصل زمستان گندم، جو و کلزا و در فصل تابستان صیفی، سبزی و شلتوک و در جنوب آن و بخش مینو شامل نخیلات و میانه­کاری آن با گیاهانی مانند یونجه است. سطح زیرکشت گندم و کلزا در شهرستان در سال زراعی97-1396 به ترتیب 12668 و 527 هکتار و میزان برداشت آن 30502 و 922 تن بوده است که نشان دهنده اهمیت آن ها در الگوی کشت منطقه می­باشد (احمدی و همکاران 2019). با توجه به سطح زیر کشت و مقدار تولید قابل توجه گندم و کلزا در خرمشهر و از آنجا که تاکنون بررسی راندمان مصرف انرژی در بوم سامانه­های این دو محصول انجام نشده است، این مطالعه بـه منظـور بررسـی وضـعیت جریـان انـررژی ورودی و خروجـی، بهـره­وری مصـرف انـرژی، عملکرد انرژی خالص، میزان انتشار گازهای گلخانه­ای، پتانسیل گرمایش جهانی و شاخص پایداری در بوم­نظام­هـای فاریاب گندم و کلزا در منطقه خرمشهر و به منظور بهینه سازی الگوی مصرف انرژی انجام شد.

 

مواد و روش­ها

      مطالعه مورد نظر در شهرستان خرمشهر انجام گرفت. مختصات جغرافیایی این شهرستان °30.4256 E  °48.1891 N بوده و متوسط دما و میانگین بارش 60 ساله در شهرستان خرمشهر به ترتیب 2/28 درجه سیلسیوس و 3/153 میلی­متر می­باشد. به منظور برآورد جریان انرژی، پایش مزارع در 60 مزرعه گندم و 57 مزرعه کلزا منطقه خرمشهر در سال زراعی 98-1397 انجام و اطلاعات مورد نیاز جمع­آوری شد. داده­ها از طریق پایش مستمر مزارع در طول فصل رشد و همچنین مصاحبه شخصی با کشاورزان جمع­آوری شدند. مزارع با کمک مراکز خدمات کشاورزی شهرستان خرمشهر انتخاب شدند.

     پس از جمع­آوری داده­ها، برای بدست آوردن انرژی حاصل از هر ورودی و خروجی، از ضرایب معادل­سازی انرژی برای هرکدام از نهاده­های ورودی و خروجی در زراعت گندم و کلزا،  استفاده گردید (جدول 1). بدین­ترتیب انرژی حاصل از هر کدام از نهاده­های ورودی و خروجی بر حسب مگاژول به­دست آمده و داده­ها بر این اساس تجزیه و تحلیل شدند.

 

جدول 1- معادل های انرژی ورودی های موجود در سیستم های تولید گندم و کلزا

منبع

معادل انرژی

واحد

ورودی/خروجی

 

 

 

ورودی

ازکان و همکاران،2004

7/15

کیلوگرم

بذر گندم

ازکان و همکاران،2004

25

کیلوگرم

بذر کلزا

ازکان و همکاران،2004

96/1

ساعت

نیروی انسانی

سینگ و همکاران، 2007

7/142

ساعت

ماشین آلات

آکاز مکاران، 2009

6/60

کیلوگرم

نیتروژن

آکاز مکاران، 2009

1/11

کیلوگرم

فسفر

آکاز مکاران، 2009

7/6

کیلوگرم

پتاسیم

سینگ و همکاران، 2007

38

لیتر

سوخت

کالتستز و همکاران، 2007

1/12

کیلووات ساعت

الکتریسیته

تیلیواکیس و همکاران، 2005

278

لیتر

علف کش

 

 

 

خروجی

ازکان و همکاران،2004

7/15

کیلوگرم

بذر گندم

ازکان و همکاران،2004

25

کیلوگرم

بذر کلزا

رجبی و همکاران، 2012

25/9

کیلوگرم

کاه گندم

ازکان و همکاران،2004

3/14

کیلوگرم

کاه کلزا

    

 

در مزارع تولید گندم و کلزا، انرژی­های خروجی شامل دانه و کاه و کلش است که انرژی حاصل از تولید هرکدام از آنها جداگانه محاسبه شد. در این پژوهش برای محاسبه مولفه­های مختلف از روابط 1 تا 4 بهره گرفته شد (فیض­بخش و سلطانی، 2013).

ER = Eou / EIn                                                          رابطه (1)  

EP = Y / EIn                                                                       رابطه (2)

EI = EIn / Y                                         رابطه (3)

NEG = EOu - EIn                                 رابطه (4)

      در این روابط Eou انرژی خروجی (مگاژول بر هکتار)، EIn انرژی ورودی (مگاژول بر هکتار)، ER کارایی مصرف

انرژی[1] (درصد)، Y عملکرد (کیلوگرم در هکتار)، EI شدت انرژی[2] (مگاژول بر کیلوگرم)، EP بهره­وری انرژی[3] (کیلوگرم بر مگاژول) و NEG انرژی خالص[4] (مگاژول بر هکتار) است.

     در این مطالعه براساس نوع فعالیت­های کشاورزی و نهاده­های ورودی که در سیستم­های مختلف استفاده می­شوند، سهم انرژی­های مستقیم و غیرمستقیم و همچنین سهم انرژی­های تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر از انرژی کل مصرفی محاسبه­گردید. براساس نوع نهاده­ها، انرژی­های مستقیم شامل نیروی­کارگری، سوخت، انرژی برق و آب و انرژی­های غیرمستقیم شامل بذر، کوددامی، کودهای شیمیایی، علف­کش­ها، آفت­کش­ها، قارچ­کش­ها و ماشین­آلات بودند. انرژی­های نیروی­کارگری، بذر، آب و کود دامی، انرژی تجدیدپذیر و انرژی­های سوخت، برق، کودهای شیمیایی، علف­کش­ها، آفت­کش­ها، قارچ­کش­ها و ماشین­آلات متعلق به انرژی­های تجدیدناپذیر می­باشند. انرژی ماشین­آلات از تقسیم جرم ماشین (کیلوگرم) به عمر تخمینی (ساعت) ضربدر ساعت کارکرد ماشین در انرژی معادل ساخت هر کیلوگرم به­دست­آمد. متغیر نیروی انسانی، از مجموع ساعات نیروی کارگری که صرف عملیات­های مختلف زراعی از جمله شخم، دیسک، تسطیح، مرزبندی، کاشت بذر، کودپاشی، سمپاشی، آبیاری، برداشت و حمل و نقل می­شود، محاسبه گردید. نهاده ماشین­آلات به عنوان یکی از متغیرهای ورودی به مزرعه، شامل ساعات کار ماشین­آلات و ادواتی می­باشد که از کاشت تا برداشت و حمل و نقل مورد استفاده قرار می­گیرند. مقدار گازوئیل و روغنی که جهت سوخت ماشین­آلات مختلف برای شخم، کاشت، آبیاری، کودهی، برداشت و نیز حمل­ونقل در یک هکتار مزرعه گندم مصرف گردید، در زیر مجموعه متغیر سوخت قرار گرفت.

      یکی از مهم­ترین متغیرهای ورودی به بوم­نظام­های کشاورزی کودهای شیمیایی است. از کودهای شیمیایی مورد استفاده در مزارع می­توان به نیتروژن، فسفر و پتاسیم اشاره کرد. مقادیر این کودها به­صورت خالص در محاسبات مورد استفاده قرار گرفت. مقادیر مصرف سموم کشاورزی شامل علف­کش­ها، قارچ­کش­ها و حشره­کش­ها مورد استفاده در مناطق مورد مطالعه نیز جمع­آوری شد و تحت متغیر مواد شیمیایی ارزیابی گردیدند. یکی از نهاده­های ورودی در این منطقه آب است. بخش زیادی از اراضی این مناطق برای تأمین آب از پمپ­های الکتریکی استفاده می­کنند. میزان الکتریسیته مورد استفاده در مزرعه (کیلووات در ساعت) براساس کارکرد کنتور برق در طول رشد محصول ثبت شد و سپس با استفاده از ضریب تبدیل، مقدار انرژی ورودی الکتریسیته برحسب مگاژول در هکتار به­دست آمد. مقدار بذر مصرفی در هر هکتار مزرعه گندم و کلزا نیز ثبت و پس از ضرب در واحد تبدیل آن بصورت مگاژول در هکتار محاسبه گردید. عملکرد دانه و میزان کاه و کلش نیز در مزارع مختلف ثبت و سپس برای شهرستان میانگین گرفته­شد. این متغیرها به عنوان خروجی­ها مورد ارزیابی قرار گرفتند. برای محاسبه میزان خالص کاه و کلش خروجی از مزارع با احتساب این که 25 درصد از کاه­وکلش در مزرعه باقی می­مانند، از روش رجبی و همکاران (2012) استفاده گردید. بدین­ترتیب که میزان انرژی موجود در کاه و کلش خالص از حاصل­ضرب کل خروجی کاه­وکلش در عدد 75/0 به­دست آمد. برای بررسی میزان انتشار گازهای گلخانه­ای حاصل از کاربرد نهاده­های شیمیایی شامل نیتروژن، فسفر، پتاسیم، علف­کش، حشره­کش و قارچ­کش نیاز به اطلاعات مربوط به میزان مصرف این نهاده­ها برای محصولات مورد بررسی بود. انتشار گاز گلخانه­ای دی­اکسیدکربن با استفاده از ضرایب انتشار به شرح جدول 2 که از طریق روابط استخراج شده از منابع گوناگون به­دست آمد، محاسبه گردید.

پتانسیل گرمایش جهانی، میزان انتشار دی­اکسیدکربن، متان و اکسیدنیتروژن براساس جدول 3 محاسبه شد. تأثیر هر کدام از گازهای دی­اکسیدکربن، متان و اکسیدنیتروژن بر گرمایش زمین متفاوت می­باشد، به­طوری­که هر واحد متان و اکسیدنیتروژن به ترتیب حدود 21 و 310 برابر دی­اکسیدکربن در گرمایش زمین نقش دارند. واحد این شاخص به صورت معادل دی­اکسیدکربن بیان گردید. میزان پتانسیل گرمایش جهانی بر اساس رابطه 5 محاسبه­شد.

 

GWP = CO2flux + (N2Oflux ×310) + (CH4flux ×21)                                                         رابطه (5)

جدول 2- معادل گازهای گلخانه­ای در سیستم های تولید گندم و کلزا

منبع

 

ضریب انتشار گازهای

گلخانه­ای

واحد

 

ورودی

 

پیشگارکمله و همکاران، 2013

95/1

ساعت

نیروی انسانی

دیر و دسجاردینز، 2003

071/0

مگاژول

ماشین آلات

لال، 2004

3/1

کیلوگرم

کود نیتروژن

لال، 2004

2/0

کیلوگرم

کود فسفر

لال، 2004

2/0

کیلوگرم

کود پتاسیم

لال، 2004

3/6

کیل گرم

علف­کش

لیو و همکاران، 2013

608/0

کیلووات ساعت

الکتریسیته

دیر و دسجاردینز، 2003

76/2

لیتر

سوخت

  

 

 

 

در این معادله، GWP پتانسیل گرمایش جهانی (کیلوگرم معادل دی­اکسیدکربن در هکتار)، CO2flux انتشار دی­اکسیدکربن حاصل از مصرف نهاده­های شیمیایی، N2Oflux انتشار اکسید نیتروژن حاصل از مصرف نهاده­های شیمیایی و CH4flux انتشار متان حاصل از مصرف نهاده­های شیمیایی می­باشند.

 

 

جدول 3- معادل پتانسیل گرمایش جهانی در سیستم های تولید گندم و کلزا

منبع

متان

اکسیدنیتروژن

دی­اکسیدکربن

ورودی

کرامر و همکاران، 1999

20/5

70/0

3560

سوخت (لیتر)

سنایدر و همکاران، 2009

80/3

03/0

3100

کود نیتروژن (کیلوگرم)

سنایدر و همکاران، 2009

70/1

02/0

100

فسفات (کیلوگرم)

سنایدر و همکاران، 2009

1

01/0

700

پتاسیم (کیلوگرم)

تیلیواکیس و همکاران، 2005

02/0

82/8

2/61

الکتریسیته (کیلووات­ساعت)

تیلیواکیس و همکاران، 2005

21

310

1

ضریب پتانسیل گرمایش جهانی (معادل دی اکسیدکربن)

 

 

 

     در این مطالعه ارزیابی مصرف کربن و انتشار گازهای گلخانه­ای و شاخص پایداری طبق رابطه 6 پیش­بینی شد (یوسفی و همکاران، 2014).

IS = (CO – CI) / CI                 رابطه (6)

     در این معادله IS شاخص پایداری، CO میزان کل کربن خروجی شامل دانه، ساقه و ریشه و CI میزان کل کربن ورودی که نشان­دهنده کل محتوای کربن ناشی از ورودی­های شیمیایی، سوخت و الکتریسیته می­باشد. جهت محاسبه CI از حاصلضرب میزان دی­اکسیدکربن ناشی از نهاده­های ورودی در وزن مولکولی کربن نسبت به CO2 که حدود 27/0 استفاده شد. میزان کل کربن خروجی (CO) از حاصل جمع میزان کربن دانه، ساقه، ریشه و ترشحات ریشه طبق روابط 10-7 به­دست آمد (یوسفی و همکاران 2014).

 

CP = YP × 0.45                                    رابطه (7)

CS = [YP (1 – HI) / HI] × 0.45               رابطه (8)

CR = [YP / S:R × HI] × 0.45                 رابطه (9)

CR = CR × 0.65                                   رابطه (10)

     در معادلات 7 تا 10 CP میزان کربن خروجی دانه، CS میزان کربن خروجی ساقه، CR میزان کربن خروجی ریشه و CR میزان کربن خروجی ترشحات ریشه می­باشد. ضریب 45/0، درصد کربن هر گرم ماده خشک بوده و شاخص برداشت از حاصل تقسیم عملکرد دانه به عملکرد بیولوژیک می­باشد.

 

نتایج و بحث

کارایی مصرف انرژی

     مقادیر انرژی ورودی نهاده­های مختلف و سهم هر کدام از آنها در جدول 4 نشان داده شده­است. میزان انرژی مربوط به هر نهاده از حاصل ضرب مقدار مصرف در معادل انرژی هر نهاده محاسبه­شد. بر اساس نتایج به­دست آمده کارائی مصرف انرژی، بهره­وری انرژی، شدت انرژی و انرژی خالص برای گندم به ترتیب 32/1، 09/0 کیلوگرم بر مگاژول، 44/11 مگاژول بر کیلوگرم و 51223 مگاژول بر هکتار و کلزا 15/2، 06/0 کیلوگرم بر مگاژول، 24/16 مگاژول بر کیلوگرم و 38547 مگاژول بر هکتار به­دست­آمد.

     انرژی معادل الکتریسیته بیشترین سهم انرژی ورودی معادل 69/35 درصد در گندم و 23/41 درصد در کلزا از کل انرژی ورودی را به خود اختصاص­داد. خسروی و ایمانی (2011) سهم انرژی الکتریسیته در یک مزرعه گندم را 36 درصد برآورد نمودند. انرژی ورودی الکتریسیته صرف تامین آب مزارع توسط پمپ­های برقی می­شود که براساس دبی، دفعات آبیاری و مدت زمان هر آبیاری محاسبه گردید. در مقایسه با سایر نهاده­ها کود نیتروژن با 26 درصد از کل در گندم و 32 درصد از کل در کلزا، در رده دوم بیشترین سهم انرژی ورودی قرار گرفت که از دلایل آن بالا بودن مصرف این کود در مزارع و معادل انرژی بیشتر آن است. ازکان و همکاران (2004) مصرف انرژی در  تولید میوه های لیمو، پرتقال، نارنگی را مورد بررسی قرار دادند که بر طبق نتایج در تولید لیمو، بیشترین تمرکز انرژی مربوط به انرژی نهاده کود شیمیایی (68/49 درصد) به خصوص کود نیتروژن بود.

سوخت مصرفی به عنوان یکی از ورودی­های انرژی برای عملیات آماده­سازی زمین، عملیات زراعی و حمل و نقل استفاده می­شود. نتایج این تحقیق نشان­داد که در تولید گندم و کلزا انرژی معادل سوخت به­ترتیب برابر  6765 (19/16 درصد) و 5060 مگاژول در هکتار (10/15 درصد) بود. متوسط مقدار انرژی سوخت مصرفی در مزارع گندم و کلزا مورد مطالعه به­ترتیب به ازاء 5/141 و 8/105 لیتر سوخت مصرفی بود که بخش اعظم این سوخت صرف عملیات خاکورزی و برداشت محصول می­گردد. یکی از روش­های کاهش مصرف سوخت و بهینه سازی آن استفاده از اداوات زراعی مناسب مانند دستگاه کمبینات است. این دستگاه تردد تراکتور را در مزرعه کاهش داده و منجر به کاهش استهلاک تراکتور و مصرف سوخت می­شود (رجبی و همکاران، 2012). ارزیابی داده­های جمع­آوری شده نشان­داد در مزارع تولید گندم، حداقل به میزان 36/51 مگاژول (12/0 درصد)  کود پتاسیم استفاده شده است که کمترین مقدار انرژی ورودی به مزارع در منطقه به همین متغیر تعلق داشت. از کل مزارع مورد مطالعه فقط پنج مزرعه با متوسط 92 کیلوگرم در هکتار از این نوع کود استفاده کردند که نشان از عدم رغبت کشاورزان به استفاده از آن می­باشد که از دلایل آن می­توان به بالا بودن قیمت و عدم ترویج استفاده از این نوع کود و کودهای میکرو در منطقه است.

     برای محاسبه انرژی خروجی از نظر بیولوژیک، کل زیست ماده (بیوماس) تولیدی در سطح زمین و در محاسبات اقتصادی، محصول دارای ارزش اقتصادی را در نظر گرفته­می­شود. میانگین انرژی خروجی در مزارع مورد مطالعه گندم و کلزا، پس از تعیین میزان عملکرد محصول و ضرایب تبدیل به­ترتیب 93033 و 72065 مگاژول در هکتار محاسبه گردید (جدول 5).

 

 

 

جدول 4- مقادیر انرژی ورودی در سیستم های تولید گندم و کلزا

%

میانگین (MJ.ha-1)

ورودی

کلزا

گندم

کلزا

گندم

 

27/0

25/0

92

103

نیروی انسانی

37/1

95/1

42/460

81/815

حمل و نقل

67/0

01/13

36/222

58/5443

بذر

05/32

03/26

30/10742

02/10884

کود نیتروژن

74/4

41/3

12/1586

95/1425

کود فسفات

32/0

12/0

106

36/51

کود پتاسیم

59/0

78/0

84/198

49/322

علف­کش

23/41

69/35

14/13821

14922

الکتریسیته

10/15

19/16

02/5060

80/6765

سوخت

66/3

57/2

02/1228

15/1076

ساخت و استهلاک

100

100

22/33517

16/41810

مجموع

   

جدول 5- مقادیر انرژی خروجی در سیستم های تولید گندم و کلزا                                                                                          

درصد

میانگین (MJ.ha-1)

خروجی

کلزا

گندم

کلزا

گندم

 

6/28

5/40

20590

37665

کاه

4/71

5/59

51475

55368

دانه

100

100

72065

93033

مجموع

    

 

میانگین انرژی مصرف شده در هر هکتار مزرعه گندم آبی مورد مطالعه 41810 مگاژول در هکتار بود. در جدول 6 مقادیر انرژی ورودی مستقیم و غیرمستقیم و سهم هر کدام ارائه شده است. میانگین انرژی ورودی مستقیم و غیر مستقیم به­ترتیب 22607 (54 درصد) و 19204 (46 درصد) مگاژول در هکتار به­دست آمد. از منظر انرژی ورودی مستقیم سوخت و الکتریسیته به ترتیب با میانگین 6766 و 14922 مگاژول در هکتار (92/95 درصد) بیشترین سهم را داشتند. میانگین انرژی ورودی مزارع کلزا 33517 مگاژول بر هکتار بود که از این مقدار 19434 مگاژول در هکتار مستقیم و 14083 مگاژول در هکتار غیرمستقیم به­دست آمد.

میانگین بهره­وری در مزارع گندم و کلزا مورد بررسی 09/0 و 06/0 کیلوگرم بر مگاژول به­دست آمد که نشان از مصرف بالای انرژی در عملکرد برابر است. امیدمهر (2016) گزارش داد که در سه روش کاشت رایج، کم­خاکورزی و مستقیم، روش کشت مستقیم گندم به دلیل مصرف کمتر انرژی نسبت به دو روش دیگر دارای بهره­وری بالاتری بود. بهره­وری انرژی نشان­دهنده این است که در هر زمان برای هر نوع محصول مشخص در هر منطقه، به ازای هر واحد انرژی مصرفی، چه میزان تولید می­شود و رابطه مستقیم با شاخص دارد (حبیبی­زاده و غلامی 2017).

 

 

جدول 6- مقدار انرژی مستقیم و غیرمستقیم در سیستم های تولید گندم و کلزا                                                                              

درصد

میانگین (MJ.ha-1)

ورودی

کلزا

گندم

      کلزا

گندم

 

 

 

 

 

انرژی مستقیم

03/26

92/29

02/5060

80/6765

سوخت

48/0

48/0

92

103

نیروی انسانی

37/2

60/3

42/460

81/815

حمل و نقل

12/71

66

14/13821

14922

الکتریسیته

100

100

19434

61/22606

مجموع

 

 

 

 

انرژی غیرمستقیم

58/1

34/28

36/222

58/5443

بذر

28/76

68/56

30/10742

02/10884

کود نیتروژن

26/11

42/7

12/1586

95/1425

کود فسفر

75/0

27/0

106

36/51

کود پتاسیم

41/1

69/1

84/198

49/322

علف کش

72/8

60/5

02/1228

15/1076

ساخت و استهلاک

مجموع

100

100

22/14083

55/19203

100

100

22/33517

16/41810

مجموع کل

 

    

 

     شدت انرژی بیان کننده انرژی صرف شده برای تولید هر واحد از محصول است. میانگین شدت انرژی به­دست آمده در زراعت گندم و کلزا به­ترتیب 5/11 و 24/16 مگاژول بر کیلوگرم بود. در مطالعه بورین و همکاران (1997) شدت انرژی مصرفی با افزایش عملیات خاکورزی رابطه مستقیم داشت که می­توان با استفاده از روش­های کم­خاکورزی شدت     مصرف انرژی را کاهش داد. بازده انرژی برای تولید گندم عدد 2/2 را نشان داد که بیان­کننده این است که به ازاء هر یک مگاژول انرژی ورودی 2/2 مگاژول انرژی معادل محصول تولید شده است. در کلزا رقمی معادل 15/2 به­دست آمد. از دلایل بالابودن بازده انرژی استفاده از تناوب زراعی است. کشت مداوم یک محصول در یک زمین علاوه بر کاهش عملکرد محصول باعث هجوم علف­های هرز، آفات و بیماری­ها می­شود که این عوامل باعث استفاده بیشتر از نهاده­های مصرفی می­گردد که علاوه بر کاهش کارایی انرژی باعث افزایش آلودگی­های زیست محیطی می­شود. مورنو و همکاران (2011) در ارزیابی 15 ساله جریان انرژی در تناوب­های زراعی بر مبنای جو در نظام­های مختلف کشت در منطقه نیمه خشک کاستیلا لامانچا در اسپانیا نشان­دادند که تناوب جو- ماشک تحت نظام کشت ارگانیک، دارای بیشترین نسبت انرژی خروجی به ورودی و کارائی مصرف انرژی بیشتر نسبت به بقیه نظام­های کشت بود.

     سهم انرژی تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر در کشتزارهای گندم به ترتیب 3/13 و 7/86 درصد و در مزارع مورد مطالعه کلزا این ارقام به­ترتیب 1 و 99 درصد محاسبه شد (جدول 7). از دلایل پایین بودن درصد انرژی تجدیدپذیر در کلزا مصرف کمتر بذر در در این محصول است. نتایج حاصل نشان­دهنده وابستگی شدید این نظام­های کشت به منابع تجدید ناپذیر انرژی است که خود بیانگر ناپایداری این سامانه­های تولیدی می­باشد. استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر به­ جای منابع تجدیدناپذیر یکی از عوامل مهم در بالا بردن پایداری نظام­های تولید می­باشد. وابستگی شدید به منابع تجدید ناپذیر انرژی موجب افزایش آلودگی­های زیست محیطی می­گردد. یکی از مهم­ترین اقدامات در جهت کاهش مصرف منابع تجدیدناپذیر انرژی در تولید محصولات زراعی، کاهش مصرف کود شیمیایی نیتروژن از طریق روش­های اکولوژیک، مدیریت آبیاری، قرار دادن بقولات در تناوب زراعی، استفاده از کود سبز واستفاده از کود دامی می­باشد. استفاده از سامانه­های آبیاری مدرن، تعویض پمپ های آبیاری کم­بازده و همچنین استفاده از ماشین­آلات مدرن و کارآمد از نظر مصرف سوخت و نیز بهره­گیری از روشهای خاک­ورزی حفاظتی همچون کم خاک­ورزی از دیگر راهکارهای پیش رو جهت کاهش مصرف منابع تجدید ناپذیر انرژی در تولید محصولات زراعی می­باشد.

 

 

جدول 7- میزان انرژی تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر در سیستم های تولید گندم و کلزا                                                               

             %    

               میانگین (MJ.ha-1)

ورودی

کلزا

گندم

کلزا

گندم

 

 

 

 

 

تجدیدپذیر

73/70

14/98

36/222

58/5443

بذر

27/29

86/1

92

103

نیروی انسانی

100

100

36/314

58/5546

مجموع

 

 

 

 

تجدیدناپذیر

63/41

14/41

14/13821

14922

الکتریسیته

35/32

02/30

30/10742

02/10884

کود نیتروژن

78/4

93/3

12/1586

95/1425

کود فسفر

39/1

24/2

42/460

81/815

حمل و نقل

24/15

65/18

02/5060

80/6765

سوخت

32/0

16/0

106

36/51

کود پتاسیم

59/0

90/0

84/198

49/322

علف کش

70/3

96/2

02/1228

15/1076

ساخت و استهلاک

100

100

86/33202

58/36263

مجموع

100

100

22/33517

41810

مجموع کل

 

 

 

 

انتشار گازهای گلخانه­ای

     سهم نهاده­های ورودی در انتشار گازهای گلخانه­ای در جدول 8 آورده شده است. بر اساس نتایج به­دست آمده میزان کل انتشار گازهای گلخانه­ای در یک هکتار زراعت گندم و کلزا برابر با 5/1438 و 8/1465 کیلوگرم معادل دی­اکسیدکربن بوده که الکتریسیته، کود نیتروژن و سوخت بیشترین سهم از کل انتشار گلخانه­ای را به خود اختصاص دادند.

     نتایج نشان­داد که میزان انتشار گازهای گلخانه­ای حاصل از الکتریسیته بالاتر از دیگر نهاده­ها بود که از دلایل آن استفاده از الکتروپمپ­ها در آبیاری مزارع است. در این راستا می­توان با احداث شبکه­های آبیاری، پوشش انهار و استفاده از لوله، نسبت به کاهش تلفات در سیستم انتقال آب و افزایش بازده آبیاری در سطح مزرعه با استفاده از روش­های نوین آبیاری، مصرف الکتریسیته و به تبع آن انتشار گازهای گلخانه­ای را کاهش داد. طبق یافته­های جدول 8، رتبه دوم با بالاترین میزان انتشار دی­اکسیدکربن ناشی از کاربرد کود نیتروژن می­باشد که از دلایل آن بالا بودن ضریب انتشار کود نیتروژن نسبت به بقیه کودهاست (لال 2004). بیشتر ضریب انتشار گازهای گلخانه­ای حاصل از نهاده کود نیتروژن مربوط به فرایند تثبیت و تولید نیتروژن می­باشد (تیپی و همکاران 2009). کارل و همکاران (2010) در بررسی میزان انتشار گازهای گلخانه­ای ناشی از مصرف کود نیتروژن در کشور چین نشان­دادند که با افزایش مصرف کود شیمیایی نیتروژن میزان انتشار گازهای گلخانه­ای به شدت افزایش یافت و اعلام نمودند که کاهش مصرف کودهای شیمیایی یکی از مهم­ترین راهبردهای کاهش اثرات منفی تغییر اقلیم می­باشد. رجبی و همکاران (2012) یکی از مهم­ترین نهاده­های دخیل در انتشار گازهای گلخانه­ای در کشاورزی را کود نیتروژن اعلام کردند. اسنایدر و همکاران (2009) تأکید نمودند که کاربرد کود شیمیایی نیتروژن به عنوان یک منبع اصلی تولید گازهای گلخانه­ای بوده و در بین کودهای مختلف نیتروژن، کود اوره بیشترین میزان انتشار گازهای گلخانه­ای را باعث شد که از دلایل آن بالا بودن میزان انتشار گازهای گلخانه­ای در فرآیند تولید کود اوره در کارخانه است. همچنین کودهای شیمیایی، منجر به فعالیت و در نتیجه تنفس بیشتر ریشه و ریز موجودات خاک شده و افزایش انتشار گاز دی­اکسیدکربن را باعث می­گردند (گویلو و همکاران 2011).

 

 

جدول 8- انتشار دی­اکسیدکربن (کیلوگرم) ورودی در سیستم های تولید گندم و کلزا

درصد

معادل (kg CO2)

ضریب

 

میزان

 

ورودی

کلزا

گندم

کلزا

گندم

 

کلزا

گندم

 

70/6

7

18/98

4/101

95/1

35/50

52

نیروی انسانی (ساعت)

23/2

5

66/32

5/71

071/0

460

1008

ماشین­آلات (مگاژول)

22/20

9/20

4/296

3/300

3/1

228

231

کود نیتروژن (کیلوگرم)

36/1

3/1

07/20

18

2/0

35/100

90

کود فسفر(کیلوگرم)

36/1

3/1

20

4/18

2/0

100

92

کود پتاسیم(کیلوگرم)

36/0

6/0

22/5

2/8

3/6

83/0

3/1

علف­کش(لیتر)

63/47

6/55

698

7/800

608/0

1148

1317

الکتریسیته(کیلووات ساعت)

14/20

3/8

32/295

120

76/2

107

5/43

سوخت (لیتر)

100

100

85/1465

5/1438

 

 

مجموع

 

 

 

 

 

 

نهاده سوخت در رده بعدی بالاترین عامل انتشار گازهای گلخانه­ای قرار گرفت. انتشار گازهای گلخانه­ای از طریق مصرف سوخت های فسیلی در طی اجرای عملیات زراعی (کاشت تا برداشت) به دست می آیند (وود و کووی 2004). رجبی و همکاران (2012) بیشترین سهم در مصرف سوخت در بین عملیات زراعی مختلف در تولید گندم را عملیات خاک ورزی اعلام کردند. در نتیجه می­توان با استفاده از روش­های مناسب خاک­ورزی از جمله کم­خاک­ورزی و استفاده از گاوآهن قلمی به جای گاوآهن برگردان­دار انتشار گازهای گلخانه­ای حاصل از این نهاده را کاهش داد (رحیم­زاده و همکاران 2007). 

 

پتانسیل گرمایش جهانی

     نتایج نشان داد که پتانسیل گرمایش جهانی در نتیجه مصرف نهاده­های مختلف­ درمزارع مورد مطالعه گندم (2674 هکتار) سالانه 12644 تن معادل دی­اکسیدکربن است (جدول 9). همچنین گرمایش جهانی حاصل از کشت گندم در مزارع شهرستان خرمشهر (12668 هکتار) 59902 تن معادل دی­اکسیدکربن بود. نتایج نشان داد که حدود 72 درصد از پتانسیل گرمایش جهانی ناشی از مصرف نهاده­های شیمیایی در زراعت کلزا، مربوط به نهاده الکتریسیته بود (جدول 10). کود نیتروژن و سوخت نیز به ترتیب حدود 3/16 و 3/9 درصد این شاخص را شامل شدند. نهاده های شیمیایی پتاسیم و فسفر نیز در مجموع 4/2 درصد از پتانسیل گرمایش جهانی مربوط به زراعت کلزا در شهرستان خرمشهر را به خود اختصاص دادند.

     نتایج مقایسه بین انرژی های ورودی و پتانسیل گرمایش جهانی ناشی از آن ها نشان داد که بین انرژی های ورودی و پتانسل گرمایش جهانی ناشی از آن ارتباط مستقیمی وجود دارد. به دلیل حفظ منابع طبیعی، توسعه نظام­های کشاورزی با حداقل انرژی ورودی می تواند به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در کشاورزی کمک شایانی نماید.

 

 

 

جدول 9- پتانسیل گرم شدن کره زمین (GWP) (معادل کیلوگرم دی­اکسیدکربن) برای سیستم های تولید گندم

درصد

 

پتانسیل گرمایش جهانی

متان

اکسید

نیتروژن

دی

اکسیدکربن

ورودی

 

6/3

99/168

23/0

03/0

86/154

سوخت (لیتر)

6/15

75/736

88/0

007/0

10/716

کود نیتروژن (کیلوگرم)

2/0

53/11

09/0

002/0

02/9

کود فسفر (کیلوگرم)

8/2

131

09/0

001/0

80/128

کود پتاسیم (کیلوگرم)

8/77

32/3680

03/0

61/11

59/80

الکتریسیته (کیلووات ساعت)

100

59/4728

32/1

65/11

37/1089

مجموع

100

59/4728

72/27

5/3611

37/1089

پتانسیل گرمایش جهانی (معادل دی اکسید کربن)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 10- پتانسیل گرم شدن کره زمین (GWP) (معادل کیلوگرم دی­اکسیدکربن) برای سیستم های تولید کلزا

 

درصد پتانسیل گرمایش جهانی

پتانسیل گرمایش جهانی

متان

اکسید نیتروژن

دی اکسیدکربن

ورودی

 

3/9

38/414

56/0

07/0

92/380

سوخت (لیتر)

3/16

93/726

87/0

006/0

80/706

کود نیتروژن (کیلوگرم)

3/0

22/14

17/0

002/0

03/10

کود فسفر (کیلوگرم)

1/2

3/93

13/0

002/0

95/89

کود پتاسیم (کیلوگرم)

72

9/3207

02/0

12/10

28/70

الکتریسیته (کیلووات ساعت)

100

73/4456

75/1

20/10

98/1257

مجموع

100

73/4456

75/36

3162

98/1257

پتانسیل گرمایش جهانی (معادل دی اکسید کربن)

             

 

 

جدول 11- پتانسیل گرمایش جهانی  در هر هکتار، مزارع مورد مطالعه و کل اراضی خرمشهر

 

پتانسیل گرمایش جهانی

هکتار

 (kg CO2.ha-1)

مزارع مورد مطالعه

 (ton CO2)

کل سطح زیرکشت

(ton CO2)

گندم

59/4728

12644

59902

کلزا

73/4456

4310

6819

 

 

شاخص پایداری

     در این مطالعه اجزای عملکرد به صورت دانه، اندام هوایی و ریشه در دو گیاه گندم و کلزا محاسبه شد. همچنین محتوای کربن در دانه، ساقه و ریشه در جدول 12 نشان داده شده است. محتوای کربن دانه، ساقه و ریشه در هر هکتار زراعت گندم به­ترتیب 1679، 1819 و 957 و در زراعت کلزا به­ترتیب 1282، 432 و 2643 کیلوگرم محاسبه شد. کل تولید کربن در سیستم­های زراعی گندم و کلزا به­ترتیب 64/5745 و 59/3858 کیلوگرم در هکتار بود. بیشترین سهم تولید کربن مربوط به عملکرد دانه و اندام هوایی بود (85%). از طرف دیگر کل کربن ورودی در در دو زراعت گندم و کلزا به­ترتیب 61/1289 و 47/1215مربوط به کاربرد ورودی­های شیمیایی و الکتریسیته به­دست آمد. میانگین ترسیب کربن در دو سیستم فوق 42/3166 و 65/1427 کیلوگرم کربن در هکتار محاسبه شد. شاخص پایداری در کشت گندم 45/2 و در کشت کلزا 17/1 به­دست آمد که نشان­دهنده پایداری بیشتر بوم­سامانه­های گندم نسبت به کلزا در منطقه خرمشهر است. با توجه به برابری تقریبی کربن ورودی در دو گیاه از دلایل پایداری بیشتر کشت گندم نسبت به کلزا می­توان به بالاتر بودن میزان کربن خروجی آن به دلیل عملکرد بالاتر آن نسبت به کلزا اشاره کرد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 12- محتوای کربن و شاخص پایداری سیستم های تولید گندم و کلزا

میزان 

واحد

شاخص

کلزا

گندم

 

 

68/2063

12/3732

کیلوگرم در هکتار

متوسط عملکرد دانه

42/2851

33/4105

کیلوگرم در هکتار

متوسط عملکرد ساقه

22/834

90/1332

کیلوگرم در هکتار

متوسط عملکرد ریشه

65/928

45/1679

کیلوگرم در هکتار

محتوای کربن دانه

43/1282

40/1819

کیلوگرم در هکتار

محتوای کربن ساقه

04/432

18/957

کیلوگرم در هکتار

محتوای کربن ریشه

12/2643

03/4456

کیلوگرم در هکتار

مجموع کربن خروجی

47/1215

61/1289

کیلوگرم در هکتار

مجموع کربن ورودی

17/1

45/2

 

شاخص پایداری

 

نتیجه­گیری

     نتایج این پژوهش نشان دهنده کارایی مصرف انرژی بهتر تولید دانه کلزا نسبت به گندم به دلیل بالاتر بودن معادل انرژی دانه کلزا بود. با توجه به اینکه انرژی خروجی مربوط به کاه بالای 40 درصد می باشد، می­توان بااستفاده مناسب از بقایای این محصولات، بهره وری تولید را افزایش داد. بیشترین انرژی ورودی به ترتیب مربوط به الکتریسیته، کود نیتروژن و سوخت بود. انتشار گازهای گلخانه­ای براساس مقادیر متغیرهای مختلف در هر هکتار به دلیل یکسان بودن میزان و نوع نهاده­های استفاده شده در بوم­سامانه­های گندم و کلزا در منطقه تقریبا مشابه بود. باتوجه به کشت 14198 هکتار گندم و کلزا در سال زراعی مورد مطالعه پتانسیل گرمایش جهانی 66721 تن معادل دی­اکسیدکربن محاسبه شد که  با بهینه­سازی ورودی­های مزرعه می­توان باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه­ای گردید. شاخص پایداری به­دست آمده براساس میزان کربن ورودی و خروجی در دو بوم­سامانه گندم و کلزا نشان­دهنده پایداری بیشتر زراعت گندم نسبت به کلزا می­باشد.

سپاسگزاری

     بدین وسیله از معاونت پژوهشی و فناوری دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان که هزینه‌های این آزمایش را تأمین کرده‌اند (طرح پژوهشی شماره 21/981)، تشکر و قدردانی می‌گردد.

 

[1] - Energy Ratio

[2] - Energy intensity

[3] - Energy productivity

[4] - Net Energy Gain

Ahmadi K, Ebadzadeh HR, Hatami F, abdehshah H and Kazemian A. 2019. Agricultural Statistics 2017-2018 volume 2. Publication of Iran Ministry of Agriculture-Jahd. (In Persian)
Akcaoz H, Ozcatalbas O, and Kizilay H. 2009. Analysis of energy use for pomegranate production in Turkey. Journal of Food Agriculture and Environment, 7:475-480.
Asgharipoure MR and Salehi F. 2015. Energy use on Wheat production: a comparative analysis of irrigatedand dry-land Wheat production systems in Kermanshah. Energy, 5(1): 1-11. (In Persian) 
Borin M, Merini C and Sartori L. 1997. Effects of tillage systems on energy and carbon balance in north-eastern Italy. Soil and Tillage Research, 40: 209-226.
Dyer J and Desjardins R. 2003. Simulated farm fieldwork, energy consumption and related greenhouse gas emissions in Canada. Biosystems Engineering, 85(4): 503-513.
Feyzbakhsh, MT and Soltani, A. 2013. Energy flow and global warming potential of corn farm (Gorgan City). Electronic Journal of Crop Production, 6(2): 89-107. (In Persian with English Abstract).
Ghasemi D, Dolatti L., Shekari F.2020. Evaluation effect of seed priming with salicylic acid on yield and yield components of oilseed Rape (Brassica napus L.). Journal of Crop Production, 13(3): 61-70. (In Persian with English Abstract).
Guillou CL, Angers DA, Leterme P and Menasseri Aubry, S. 2011. Differential and successive effects of residue quality and soil mineral N on water-stable aggregation during crop residue decomposition. Soil Biology and Biochemistry, 43: 1955-1960.
Habibizadeh M and Gholami Parshokoohi M. 2017. Study of energy consumption in traditional and mechanized methods for Hashemi and Gohar varieties Rice production (Case study: Sowme'eh Sara county. Journal of Biosystems Engineering, 5(1): 27-45
Kahrl F, Li Y, Su Y, Tennigkeit T and Wilkes, A. 2010. Greenhouse gas emissions from nitrogen fertilizer use in China. Environmental Science and Policy, 13: 688-694.
Kaltsas AM, Mamolos AP and Tsatsarelis CA. 2007. Energy budget in organic and conventional Olive groves. Agriculture, Ecosystems and Environment 122: 243–251.
Kazemi H and Zare S. 2014. Investigation and comparison of energy flow in wheat fields of Gorgan and Marvdasht townships. Cereal Research, 4(3): 211-227
Khosravi R and Imani O. 2011. Energy calculation of irrigated wheat production in sample fields Isfahan province. Proceeding of 3th Conference of Thermal Transfers in Oil and Energy Industries. Tehran, Iran. (In Persian with English Abstract).
Kramer KJ, Moll HC and Nonhebel S. 1999. Total greenhouse gas emissions related to the Dutch crop production system. Agriculture, Ecosystem and Environment, 72: 9-16.
Lal R. 2004. Soil carbon equestrian impacts on global climate change and food security. Science, 304(5677): 1623-1627.
Liu B, Wang F, Zhang B and Bi J. 2013. Energy balance and GHG emissions of Cassava-based fuel ethanol using different planting modes in China. Energy Policy, 56(1): 210-220.
Mohammadzadeh A, Damghani, AM, Vafabakhsh J and Deihimfard R. 2017. Assessing energy efficiencies, economy, and global warming potential (GWP) effects of major crop production systems in Iran: a case study in East Azerbaijan province. Environmental Science and Pollution Research, 24: 16971-16984.
Moreno MM, Lacasta C, Meco R and Moreno C. 2011. Rainfed crop energy balance of different farming systems and crop rotations in a semi-arid environment: Results of along-term trial. Soil and Tillage Researche, 114:18–27.
OmidMehr Z. 2016. Evaluating energy flow and greenhouse gas emissions in rainfed wheat production. Cereal Research, 6(3): 353-366. (In Persian with English Abstract) 
Ozkan B, Akcaoz Hand Fert C. 2004. Energy input output analysis in Turkish agriculture. Renewable Energy, 29(1): 39– 51.
Pishgar Komleh, SH, Omid M and Heidari MD. 2013. On the study of energy use and GHG (greenhouse gas) emissions in greenhouse Cucumber production in Yazd province. Energy, 59(1):63-71.
Platis DP, Anagnostopoulos CD, Tsaboula AD, Menexes GC, Kalburtji KL and Mamolos AP. 2019. Energy analysis, and carbon and water footprint for environmentally friendly farming practices in agroecosystems and agroforestry. Sustainability, 11: 1664.
Rajaby MH, Soltani A, Vahidnia B, Zeinali E and Soltani E. 2012a. Evaluation of fuel consumption in wheat fields in Gorgan. Environmental Sciences, 9: 142-164. (In Persian)
Rajabi MH, Soltani A, Zeinali E and Soltani E. 2012b. Evaluation of greenhouse gas emission and global warming potential in Wheat production in Gorgan, Iran. Journal of Crop Production, 5(3): 23-44. (In Persian)
Samavatean N, Rafiee S, Mobli H and Mohammadi A. 2011. An analysis of energy use and relation between energy inputs and yield, costs and income of Garlic production in Iran. Renewable Energy, 36(6): 1808-1813.
Singh H, Singh AK, Kushwaha HL and Singh A. 2007. Energy consumption pattern of Wheat production in India. Energy 32: 1848-1854
Snyder CS, Bruulsema T W, Jensen TL and Fixen P E. 2009. Review of greenhouse gas emissions from crop production systems and fertilizer management effects. Agriculture, Ecosystems and Environment, 133: 247-266.
Tipi T, Cetin B and Vardar A. 2009. An analysis of energy use and input costs for Wheat
production in Turkey. Journal of Agriculture and Environment, 7: 352-356.
Tzilivakis J, Warner DJ, May M, Lewis KA and Jaggard K. 2005. An assessment of the energy inputs and greenhouse gas emissions in Sugar Beet (Beta Vulgaris) production in the UK. Agricultural Systems, 85: 101-119.
Wood, S., and Cowie, A. 2004. A review of greenhouse gas emission factors for fertilizer production. Research and Development Division, State Forests of New South Wales. Cooperative Research Center for greenhouse Accounting.
Yousefi M, Mahdavi Damghani AM and Khoramivafa M. 2014. Energy consumption, greenhouse gas emissions and assessment of sustainability index in Corn agroecosystems of Iran. Science of the Total Environment, 493: 330–335.