بررسی اثرات زیست‌محیطی نظام تولید ذرت علوفه‌ای به روش ارزیابی چرخه‌ی حیات

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی خاک. دانشگاه تهران

2 گروه علوم و مهندسی خاک - پردیس کشاورزی و منابع طبیعی - دانشگاه تهران

3 گروه ماشین های کشاورزی. دانشگاه تهران

چکیده

سابقه و هدف: ایران جزء کشور‌هایی با بیش‌ترین میزان تولید گازهای گلخانه‌ای در جهان است که طبق برآوردهای انجام گرفته بخش قابل توجهی از این اثرات مربوط به فعالیت‌های کشاورزی است. روش‌های مختلفی برای ارزیابی اثرات محیط زیستی فعالیت-های کشاورزی وجود دارد که ارزیابی چرخه حیات یکی از روش‌های ارزیابی اثرات پایداری است که بر مبنای فرآیند تولید محصول توسعه یافته است. روش‌های موجود ارزیابی اثرات چرخه حیات و تعیین اثرات فعالیت‌های کشاورزی از طریق کلاس‌بندی و مدل-سازی ارزیابی و تغییرات احتمالی در شاخص‌های کیفیت خاک به عنوان یک نتیجه در فعالیت‌های کشاورزی در مزرعه تعیین می-شوند. هدف اصلی از انجام و طراحی این تحقیق، بررسی آثار زیست‌محیطی ناشی از نظام تولید ذرت علوفه‌ای با استفاده از روش ارزیابی چرخه حیات (LCA) به منظور مدیریت و کنترل هر چه بهتر این اثرات است.
مواد و روش‌ها: منطقه‌ی مورد مطالعه مزرعه‌ی آموزشی دانشگاه تهران به مساحت 260 هکتار است. اطلاعات مورد نیاز، از طریق مصاحبه با کارشناسان مزرعه جمع‌آوری گردید. میزان مصرف نهاده‌ها و انتشار آلاینده‌ها در چند گروه تأثیر شامل گرمایش جهانی، اوتریفیکاسیون، اسیدی شدن، مسمومیت آب‌های سطحی و تخریب ازون، دست‌ ‌بندی به ازای یک واحد کارکردی (یک تن ذرت علوفه‌ای) تعیین وتأثیر آنها بر چرخه حیات ارزیابی شد. محاسبات ارزیابی چرخه حیات توسط نرم افزار سیماپرو انجام شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که (1): بیش‌ترین تخریب زیست محیطی ناشی از تولید ذرت علوفه‌ای مربوط به مسمومیت آب‌های سطحی با مقدار kg 1,4-DBeq 13-10× 94/1 می‌باشد که کودهای شیمیایی وآبیاری به ترتیب با مقادیر13-10×331/1 و 14-10×96/4 kg ، 1,4-DBeq روی این آلایندگی بیشترین اثر را دارند، (2): مقدار شاخص زیست‌محیطی13-10× 19/2 پوینت یا 219/0 پیکوپوینت محاسبه شد که مقادیر نرمال شده گروه‌های اثر ناشی از تولید ذرت علوفه‌ای می‌باشد که با ضرب کردن مقدار کل آلایندگی هر گروه اثر در فاکتورهای نرمال‌سازی و وزن‌دهی مختص هر گروه اثر محاسبه شده است. هرچه این مقدار کم‌تر شده و به صفر نزدیک‌تر باشد این-طور نتیجه‌گیری می‌شود که اثرات زیست‌محیطی محصول تولید شده نیز کم‌تر می‌باشد.
نتیجه گیری: استفاده از روش‌های مختلف مدیریت نظام زراعی همچون کاربرد نهاده‌های آلی، تناوب زراعی، کاشت گیاهان تثبیت‌کننده نیتروژن و خاک‌ورزی حداقل، برمبنای بهره‌گیری از اصول کم‌نهاده برای کاهش این اثرات زیست‌‌محیطی ضروری است. همچنین انتخاب روش‌های مناسب آبیاری و مدیریت بهینه مصرف آب ضمن افزایش عملکرد محصول، می‌تواند اثرات تخریبی زیست‌محیطی این عملیات را کاهش دهد. راهکاری که می‌توان برای کاهش اثرات این عملیات پیشنهاد و اجرا نمود، استفاده از روش‌های مختلف مدیریت نظام زراعی همچون کاربرد نهاده‌های آلی، تناوب، گیاهان تثبیت‌کننده نیتروژن و خاک‌ورزی حداقل، برمبنای بهره‌گیری از اصول کم‌نهاده برای کاهش این اثرات زیست‌‌محیطی است و با انتخاب روش‌های مناسب برای آبیاری و مدیریت بهینه مصرف آب ضمن افزایش عملکرد محصول، اثرات تخریبی زیست‌محیطی این عملیات راکاهش داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of environmental effects of forage maize production using life cycle assessment

نویسندگان [English]

  • Parisa Mohseni 1
  • Ahmad Heydari 2
  • Ali Keshavarzi 1
  • Elnaz Maleki-Ghelichi 3
1 Soil Science Department , University of Tehran
3 Department of Agricultural Machinery Engineering
چکیده [English]

Background and objectives: Iran is one of the countries with the highest production of greenhouse gases in the world, which according to estimates is a significant part of these effects are related to agricultural activities. There are various methods for assessing the environmental impact of agricultural activities. Life cycle assessment is one of the methods for assessing the effects of sustainability that has been developed based on the product production process. Existing methods for assessing the effects of life cycle and determining the effects of agricultural activities are determined by classifying and modeling the evaluation and possible changes in soil quality indicators as a result of agricultural activities in the field. The main purpose of this study is to investigate the environmental effects of the forage maize production system using the Life Cycle Assessment (LCA) method in order to better manage and control these effects.
Materials and methods: The study area is an educational farm of the University of Tehran with an area of 260 hectares. The required information was collected through interviews with field experts. The amount of inputs used and the emission of pollutants in several groups of effects including global warming, eutrophication, acidification, surface water poisoning and ozone depletion, classification per functional unit (one ton of forage corn) are determined and their effect on the exchange life cycle. Life cycle evaluation calculations were performed by Sima Pro software.
Results: The results showed that (1): The most environmental degradation due to forage maize production is related to surface water pollution with a value of 1.94×10-13 kg, 1,4-DBeq that chemical fertilizers and irrigation have the most effect on this pollution 1.33×10-13 and 4.96×10-14, kg 1,4-DBeq, respectively: (2): The value of the environmental index is 2.19×10-13 points or 0.219 picopoint. It was calculated that the normalized values of the effect groups are due to the production of fodder corn, which is calculated by multiplying the total amount of contamination of each effect group by the normalization and weighting factors, specific to each effect group. The lower the value and the closer it is to zero, the less environmental impact of the product is less.
Conclusion: Using different methods of crop management such as the use of organic inputs, rotation, nitrogen-fixing plants, and tillage, at least based on the using of low input principles to reduce these environmental effects and also by selecting appropriate methods of irrigation yield and optimal crop yield management environmental degradation reduced these operations. The solution that can be proposed and implemented to reduce the effects of this operation is to use different methods of crop management such as the use of organic inputs, rotation, nitrogen-fixing plants, and tillage at least, based on the use of minimizing principles to reduce these environmental effects. By selecting appropriate methods for irrigation and optimal management of water consumption while increasing crop yield, the environmentally destructive effects of this operation were reduced.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Life Cycle Assessment
  • Environmental index
  • Forage maize
1.Cellura, M., Longo, S., and Mistretta, M. 2012. Life Cycle Assessment (LCA) of protected crops: an Italian case study. Journal of Cleaner Production. 28: 56-62.
2.Esfahani, S.M.J., Naderi-Mahdae, K., Saadi, H.A., and Dorandish, A.2017. Environmental impact assessment of forage corn (Zea mays L.) inSouth Khorasan.Agricultural ecology.10: 1. 281-298. https://doi.org/ 10.22067/ jag.v10i1.60850.
3.Heidari, A. 2015. Life Cycle Assessment of Macaroni Production, Case Study: Zarmakaron Company. PhD thesis. University of Tehran. 135p. (In Persian)  
4.Hellweg, S., Mila, I., and Canals, L. 2014. Emerging approaches, challenges and opportunities in life cycle assessment. Science. 344 (6188), 1109e1113.
5.IPCC. 2000. Good Practice Guidanceand Uncertainty Management inNational Greenhouse Gas Inventories. Intergovernmental Panel on Climate Change.
6.Janzen, H.H. 2004. Carbon cycling in earth systems- a soil science perspective. Agriculture, Ecosystem and Environment 104: 399-417.
7.Jones, C.D., Fraisse, C.W., and Ozores-Hampton, M. 2012. Quantification of greenhouse gasemissions from open
field-grown Floridatomato production. A. System. 113: 64-72.
8.Khoramdel, S., Shabahang, J., and Amin Ghafouri, A. 2016. Evaluation of Environmental Impacts for Rice Agroecosystems using Life Cycle Assessment (LCA). ijae. 2017; 5: 18. 1-14. (In Persian)
9.Khorramdel, S., Rezvani-Moghaddam, P., and Amin-Ghafori, A. 2014. Evaluation of environmental impacts for wheat Agro ecosystems of Iran by using LifeCycle Assessment methodology. Cereal Research, 4: 1. 27-44. (In Farsi)
10.Legaz, B.V., Maia De Souza, D., Teixeira, R.F.M., Anton, A., Putman, B., and Sala, S. 2017. Soil quality, properties, and functions in lifecycle assessment: an evaluation of models. Journal of Cleaner Production. 140: 502-515.
11.Mirhaji, H., Khojastehpour, M., and Abaspour-Fard, M.H. 2013. Environmental Effects of wheat production in the Marvdasht region, Journal of Natural Environment, 66: 2. 223-232. (In Farsi)
12.Mosier, A.R., Duxbury, J.M., Freney, J.R., Heinemeyer, O., Minami, K., and Johnson, D.E. 1998. Mitigating agricultural emissions of methane. Climate Change 40: 39-80.
13.Mousavi, H. 2015. Modeling and Optimization of Rapeseed Production Using Fuzzy-Neural-Genetic Inference System - Case Study of Mazandaran Province. PhD thesis. University of Tehran.
14.Nemecek, T., Schnetzer, J., and Reinhard, J. 2015. Updated and harmonized greenhouse gas emissions for crop inventories. Int. J. LifeCycle Assess, 21: 9. 1361-1378. DOI:10.1007/s11367-014-0712.
15.Oberholzer, H.R., Knuchel, R.F., Weisskopf, P., and Gaillard, G. 2012.A novel method for soil quality inlife cycle assessment using severalsoil indicators. Agron. Sustain. Dev.32: 639-649. DOI: 10.1007/s13593-011-0072-7.
16.Page, G., Ridoutt, B., and Bellotti, B. 2012. Carbon and water footprint tradeoffs in fresh tomato production. Journal of Cleaner Production.32: 219-226.
17.Pishgar-Komleh, S.H., Akram, A.,and Keyhani, A. 2017. Life Cycle Assessment of Paste Production(Case Study: Alborz Province), Iranian Journal of Biosystems Engineering.47: 4. 677-688.
18.Roos, E., Sundberg, C., and Hansson, P.A. 2011. Uncertainties in the carbon footprint of refined wheat products: a case study on Swedish pasta. The International Journal of Life Cycle Assessment. 16: 338-350.
19.Ruini, L.F., Marchelli, L., and Filareto, L. 2013. LCA methodology from analysis to actions: some Barilla's examples of improvement projects. The 6th international conference on life cycle management in Gothenburg.
20.Shahmohammadi, A., Vasi, E., Hassanbakht, K., Mahdavi-Damghani, A.S., and Soltani, A. 2016. Evaluation of the life cycle of semi-mechanized potato production in Iran: a case study,Markazi province, Engineeringof Biosystem of Iran, 47: 4. 659-666.(In Persian)
21.Smith, P. 2008. Greenhouse gas mitigation in agriculture. Phil. Trans. R. Soc. B, 363: 789-813.
22.Soltani, A., Rajabi, M.H., Zeinali, E., and Soltani, E. 2010. Evaluation of environmental impact of crop production using LCA: wheat in Gorgan, Electronic Journal of Crop Production, 3: 3. 201-218. (In Persian)
23.Tipi, T., Cetin, B., and Vardar, A. 2009. An analysis of energy use and input costs for wheat production in Turkey. Journal of Food, Agriculture and Environment. 7: 352-356.
24.Wiedmann, T.M.J. 2007. A Definition of 'Carbon Footprint'. Dunham, United Kingdom: ISAUK. Research Report 07.