مقایسه سلامت اکولوژیکی و پایداری نظام تولیدی گندم و پسته مجتمع کشت و صنعت گوهرکوه تفتان با استفاده از رویکرد ترمودینامیکی و تحلیل حساسیت نتایج

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 آگروتکنولوژی، گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

2 گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

10.22034/saps.2024.60678.3186

چکیده

مقدمه و اهداف: در این پژوهش، ما به بررسی چگونگی تأثیر افزایش جریان‌های انرژی ورودی بر کاهش پایداری نظامهای تولیدی گندم و پسته پرداخته‌ایم، که نشان می‌دهد افزایش تولید می‌تواند به بهای کاهش پایداری این نظام‌ها تمام شود.
 مواد و روش‌ها: استفاده از رویکردهایی که بتوان به‌وسیله آن‌ها مقدار انحراف نظام‌ها از حالت پایدار را مشخص کرد، برای اتخاذ تصمیم‌های آتی مثمر ثمر خواهد بود. در پژوهش حاضر ما از رویکرد ترمودینامیکی پیشنهاد شده توسط استینبرن و اسویرژف بهره برده‌ایم تا از این طریق مقدار آنتروپی اضافی تولید شده و انحراف از وضعیت پایدار نظام تولید گندم و پسته مجتمع کشت و صنعت گوهرکوه تفتان را مشخص کنیم.
 
یافته‌ها: مولفه‌های مورد بررسی شامل آنتروپی اضافی تولید شده، حداکثر انرژی مجاز ورودی، حداکثر عملکرد در شرایط پایدار و معیار انحراف از وضعیت پایدار نظام می‌باشد. نتایج نشان داد هر دو نظام‌ تولیدی دارای آنتروپی اضافی تولید شده هستند.  مقدار آنتروپی تولید شده محصول گندم در حدود 67 درصد کمتر از محصول پسته بوده است که پایداری بیشتر محصول گندم نسبت به پسته  را نشان می‌دهد.
 نتیجه‌گیری: نظام تولیدی گندم به‌علت بهره‌وری انرژی بالاتر از پایداری بیشتری نسبت به نظام‌ تولیدی پسته برخوردار بوده است. اختلاف شدت جریان‌های انرژی ورودی و تفاوت در ساختار دو نظام‌ تولیدی مجتمع دلیل تفاوت در مقدار مولفه‌های مورد بررسی بوده است. اما در مجموع هیچکدام از این نظام‌ها در بلند مدت پایدار نیستند و برای رسیدن به حالت پایدار اتخاذ شیوه‌های مدیریتی که باعث کاهش شدت جریان‌های انرژی ورودی به این نظام‌ها می‌شود و استفاده بیشتر از انرژی‌های تجدید پذیر، الزامی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Comparing the Ecological Health and Sustainability of Wheat and Pistachio Production Systems in the Goharkuh Taftan Agro-industry Complex Using a Thermodynamic Approach and Sensitivity Analysis of the Results.

نویسندگان [English]

  • Mahdi Motakefi 1
  • mehdi dahmardeh 2
  • Ahmad Ghanbari 2
  • Mohamamd Reza Asgharipour 2
1 Department of Agronomy, Faculty of Agriculture, University of Zabol, Zabol, Iran
2
چکیده [English]

Background & Objective: In this study, we investigated how increasing energy inputs affect the stability of wheat and pistachio production systems, revealing that enhanced production may come at the cost of reduced stability in these systems.
 Materials & Methods: Using approaches that can identify the extent of deviation of systems from stability will be fruitful for making future decisions. In this study, we have utilised the thermodynamic approach proposed by Steinborn and Svirezhev to determine the entropy overproduction and deviation from the stable state of the wheat and pistachio production system in the Goharkuh Taftan agro-industry complex.
 
Results: The examined components include excess entropy production, limit energy load, maximal crop production for sustainable agriculture, and deviation from sustainable agriculture of the system. The results indicate that both production systems have generated excess entropy. The entropy overproduction by the wheat product was approximately 67% less than that of pistachios, indicating a higher stability of the wheat product than pistachios.
 
Conclusion: The wheat production system has been more energy-efficient than the pistachio production system due to higher productivity. The difference in the intensity of energy flows and the variation in the structure of the two production systems complex have been the reasons for the disparity in the quantities of the components under investigation. However, none of these systems are sustainable in the long run, and adopting management approaches that reduce the intensity of energy inflows into these systems and require more use of renewable energies is essential to reach a stable state.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Deviation from system stability
  • Energy efficiency
  • Entropy overproduction
  • Production systems
  • Renewable energies

مراجع

Amiri Z, Asgharipour MR, Moghadam EH, Kakolvand E and Campbell DE. 2022. Investigating the need to replace the conventional method of sugar beet production in lorestan province, iran based on the arguments obtained from emergy calculations. Ecological Modelling, 472: 110091. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2022.110091
Asgharipour MR, Soleymanazizi F and Ramroudi M. 2014. Evaluation of Agro-Ecosystem Health Using Energy-Use Efficiency and Overproduction of Entropy. Environmental Sciences, 12(2): 1-10. (In Persian with English Abstract).
Banerjee A, Jhariya MK, Meena RS and Yadav DK. 2021. Ecological footprints in agroecosystem: an overview. Agroecological footprints management for sustainable food system, 1-23. https://doi.org/10.1007/978-981-15-9496-0_1.
Gerber JM. 1992. Farmer participation in research: A model for adaptive research and education. American Journal of Alternative Agriculture, 7(3): 118-121. https://doi.org/10.1017/S0889189300004628
Ghorbani R, Mondani F, Amirmoradi S, Feizi H, Khorramdel S, Teimouri M, Sanjani S, Anvarkhah S and Aghel H. 2011. A case study of energy use and economic analysis of irrigated and dryland wheat production systems. Applied energy, 88(1): 283-288. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2010.04.028
Harwood RR. 2020. A history of sustainable agriculture. Pp: 3-19. In: Sustainable agricultural systems. CRC Press.
Jorgensen SE. 2018. Thermodynamics and ecological modelling. CRC press.
Kamali A and Owji A. 2016. Agro-ecological requirements for growing pistachio trees: A Literature. Elixir Agric, 96: 41450-41454.
Khezri M, Heerema R, Brar G and Ferguson L. 2020. Alternate bearing in pistachio (Pistacia vera L.): A review. Trees, 34: 855-868. https://doi.org/10.1007/s00468-020-01967-y
Külekçi M and Aksoy A. 2013. Input–output energy analysis in pistachio production of Turkey. Environmental Progress & Sustainable Energy, 32(1): 128-133. https://doi.org/10.1002/ep.10613
Lan K and Yao Y. 2019. Integrating life cycle assessment and agent-based modeling: a dynamic modeling framework for sustainable agricultural systems. Journal of Cleaner Production, 238: 117853. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.117853
Lewis GN, Randall M, Pitzer KS and Brewer L. 2020. Thermodynamics. Courier Dover Publications.
Li, L., Lu, H., Ren, H., Kang, W., & Chen, F. 2011. Emergy evaluations of three aquaculture systems on wetlands surrounding the Pearl River Estuary, China. Ecological Indicators, 11(2): 526-534. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2010.07.008
Ministry of Agriculture-Jihad (a). https://amar.maj.ir/page-amar/FA/65/form/pId3352#
Ministry of Agriculture-Jihad (b). https://amar.maj.ir/page-amar/FA/65/form/pId28997
Mousavi-Avval SH, Rafiee S, Jafari A and Mohammadi A. 2011. Energy flow modeling and sensitivity analysis of inputs for canola production in Iran. Journal of Cleaner Production, 19(13): 1464-1470. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2011.04.013
Odum HT and Odum EC. 2000. Modeling for all scales: an introduction to system simulation. Elsevier.‏
Odum HT. 1984. Energy Analysis of the Environmental Role in Agriculture. In: Stanhill, G. (eds) Energy and Agriculture. Advanced Series in Agricultural Sciences, vol 14. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-69784-5_3
Odum HT. 1996. Environmental Accounting-emergy for Environmental Decision Making. John Wiley & Sons, Inc., New York, USA.
Pretty JN, Morison JI and Hine RE. 2003. Reducing food poverty by increasing agricultural sustainability in developing countries. Agriculture, ecosystems & environment, 95(1): 217-234. https://doi.org/10.1016/S0167-8809(02)00087-7
Pimentel D. 1980. Handbook of Energy Utilization in Agriculture. CRC Press, Boca Raton, FL. 475 pp.
Rutledge RW, Basore BL and Mulholland RJ. 1976. Ecological stability: an information theory viewpoint. Journal of Theoretical Biology, 57(2): 355-371. https://doi.org/10.1016/0022-5193(76)90007-2.
Sarikhani MR and Amini R. 2020. Biofertilizer in Sustainable Agriculture: Review on the Researches of Biofertilizers in Iran. Journal of Agricultural Science and Sustainable Production, 30(1): 329-365. https://dorl.net/dor/20.1001.1.24764310.1399.30.1.20.1
Sciubba E. 2019. Exergy-based ecological indicators: from thermo-economics to cumulative exergy consumption to thermo-ecological cost and extended exergy accounting. Energy, 168: 462-476. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.11.101.
Shah SIA, Zhou J and Shah AA. 2019. Ecosystem-based Adaptation (EbA) practices in smallholder agriculture; emerging evidence from rural Pakistan. Journal of cleaner production, 218: 673-684. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.02.028
Soria‐Lopez A, Garcia‐Perez P, Carpena M, Garcia‐Oliveira P, Otero P, Fraga‐Corral M, Cao H, Prieto MA and Simal‐Gandara J. 2023. Challenges for future food systems: From the Green Revolution to food supply chains with a special focus on sustainability. Food Frontiers, 4(1): 9-20. https://doi.org/10.1002/fft2.173
Steinborn W and Svirezhev Y. 2000. Entropy as an indicator of sustainability in agro-ecosystems: North Germany case study. Ecological Modelling, 133(3): 247-257. https://doi.org/10.1016/S0304-3800(00)00323-9
Svirezhev YM. 2000. Thermodynamics and ecology. Ecological Modelling, 132(1-2): 11-22.  https://doi.org/10.1016/S0304-3800(00)00301-X
Tait J and Morris D. 2000. Sustainable development of agricultural systems: competing objectives and critical limits. Futures, 32(3-4): 247-260. https://doi.org/10.1016/S0016-3287(99)00095-6
Tian Z, Wang JW, Li J and Han B. 2021. Designing future crops: challenges and strategies for sustainable agriculture. The Plant Journal, 105(5): 1165-1178. https://doi.org/10.1111/tpj.15107
Van’t Hoff J H. 1899. Lectures on Theoretical and Physical Chemistry. Edward Arnold, London.
Weisheil K. 1995.  Kohlenst off dynatink am gninland stundort; untersuoln an 4 dominanten grasarten, kicl p. 141.
Wu J.B, Xiao XM, Guan DX, Shi TT, Jin CJ and Han SJ. 2009. Estimation of the gross primary production of an old‐growth temperate mixed forest using eddy covariance and remote sensing. International Journal of Remote Sensing, 30(2): 463-479. https://doi.org/10.1080/01431160802372143
دانش کشاورزی وتولید پایدار
دوره 35، شماره 4
1404
صفحه 275-290

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار