نقش مدیریت زراعی بر میزان مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌‌ای در مزارع گلرنگ (Carthamus tinctorius L.)

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد اکولوژیک (اگرواکولوژی)، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

2 نویسنده مسئول، استادیار گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

3 دانشیار گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

4 دانشیار گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

5 استاد گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

چکیده

مقدمه: در سال‌های اخیر ارزیابی انرژی ورودی و خروجی و پتانسیل گرمایش جهانی در بین محققان بخش کشاورزی جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده است. مدیریت صحیح در انتخاب روش‌های مناسب عملیات زراعی باعث کاهش مصرف سوخت، انرژی و کاهش تولید گازهای گلخانه‌ای در تولید محصولات کشاورزی می‌شود. به همین منظور این مطالعه با هدف ارزیابی میزان تولید، بهره‌وری انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ی گیاه گلرنگ در شرایط خاک‌ورزی حفاظتی و مصرف کود اجرا گردید.

مواد و روش‌ها: آزمایش به‌صورت کرت‌های خرد شده در قالب طرح پایه بلوک‌های کامل تصادفی با 3 تکرار و به‌صورت دیم انجام شد. تیمارها شامل سامانه‌های خاک‌ورزی (خاک‌ورزی رایج، خاک‌ورزی کاهشی و بی‌خاک‌ورزی) به‌عنوان عامل اصلی و کود NPK، در چهار سطح صفر، 33، 66 و 100 درصد به‌عنوان عامل فرعی بودند. طرح شامل سه بلوک اصلی (هر بلوک برای یک تکرار) بود. هر بلوک به سه کرت اصلی (هر کرت اصلی برای یک عملیات خاک‌ورزی) تقسیم شد. فاصله بین هر بلوک 3 متر و فاصله بین کرت‌های اصلی 2 متر در نظر گرفته شد. در هر کرت اصلی چهار کرت فرعی وجود داشت که فاصله هر کرت فرعی 1 متر در نظر گرفته شد. مساحت کرت اصلی 21×15 متر و مساحت هر کرت فرعی 5/4×15 متر بود. کاشت گلرنگ در ردیف‌هایی با 5 خط کاشت با فاصله ردیف 50 سانتی‌متر و فاصله بین بوته‌ها 10 سانتی‌متر انجام شد. مقدار بذر مصرفی گلرنگ 8 کیلوگرم در هکتار بود. در تمامی مراحل کاشت، داشت و برداشت، کلیه مدیریت‌های کشاورزی بر اساس مدیریت متعارف منطقه و با روش کشاورز انجام شد تا تمامی نهاده‌ها و خروجی‌ها به مزرعه اندازه‌گیری شود، پس از ثبت دقیق اطلاعات، ابتدا کلیه نهاده‌ها (کودها، سموم شیمیایی، سوخت، بذر، نیروی انسانی و غیره) به میزان انرژی و سپس به میزان گازهای گلخانه‌ای تبدیل شدند قبل از تجزیه واریانس داده‌ها، آزمون نرمال بودن داده‌ها انجام شد. در این تحقیق برای مقایسه میانگین از آزمون LSD در سطح احتمال 5 درصد استفاده شد

نتایج و بحث: نتایج نشان داد که اکثر صفات مورد بررسی تحت تأثیر سیستم خاک‌ورزی، کود و اثر متقابل آن‌ها قرار گرفتند. بیشترین عملکرد دانه گلرنگ (1956 کیلوگرم در هکتار) مربوط به نسبت کودی 33 درصد و خاک‌ورزی مرسوم و کمترین عملکرد دانه (1162 کیلوگرم در هکتار) مربوط به کشت بدون خاک‌ورزی است. در بررسی انرژی‌های ورودی مشخص شد که بالاترین سهم مربوط به سوخت (50 درصد) و نیروی انسانی (8/24 درصد) بود که در اثر کاربرد خاک‌ورزی حفاظتی و مصرف کود سهم این دو کاهش یافت. بالاترین بهره‌وری انرژی در تولید دانه گلرنگ (28/0 کیلوگرم در مگا ژول) از خاک‌ورزی کاهشی و عدم مصرف کود حاصل شد. در بین نهاده‌های مورد استفاده، کود فسفات بیشترین تولید گاز دی‌اکسیدکربن، کود اوره بیشترین تولید گاز متان و سوخت‌های فسیلی بیشترین تولید گاز اکسید نیتروژن را سبب شدند و در تمام سطوح کودی و سیستم‌های خاک‌ورزی بالاترین میزان تولید این گازهای گلخانه‌ای نیز مربوط به این نهاده‌ها بود.

نتیجه‌گیری: تغییر سیستم خاک‌ورزی باعث افزایش بهره‌وری انرژی در تولید گیاه گلرنگ شد. اگرچه استفاده از کود نیتروژن باعث افزایش میزان تولید گیاه گلرنگ شد، اما به دلیل استفاده 100 درصد از کود مورد نیاز گیاه، بهره‌وری کاهش یافت. همچنین خاک‌ورزی حفاظتی باعث کاهش تولید گازهای گلخانه‌ای در تولید محصولات زراعی می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The role of crop management on amount of energy consumption and greenhouse gases emissions in safflower (Carthamus tinctorius L.) farms

نویسندگان [English]

  • Donya Parmah 1
  • Hamid Reza Chaghazardi 2
  • Farzad Mondany 3
  • Ali Beheshti Ale Agha 4
  • Daniel Kehrizi 5
1 M.Sc. Graduate of Ecology (Agroecology), Faculty of Agricultural Sciences and Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
2 . Corresponding Author, Assistant Prof., Dept. of Plant Production and Genetics, Faculty of Agricultural Sciences and Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
3 Associate Prof., Dept. of Plant Production and Genetics, Faculty of Agricultural Sciences and Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran.
4 Associate Prof., Dept. of Soil Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Razi University, Kermanshah, Iran.
5 Professor, Dept. of Plant Production and Genetics, Faculty of Agricultural Sciences and Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran.
چکیده [English]

Introduction: In recent years, the assessment of input and output energy and global warming potential has gained a special place among researchers in the agricultural sector. Correct management in choosing appropriate methods of agricultural operations reduces fuel consumption, energy, and greenhouse gases production in the production of agricultural products. For this purpose, this study was carried out to evaluate the amount of production, energy efficiency, and greenhouse gas emissions of safflower under conservation tillage conditions and fertilizer consumption.



Materials and Methods: The experimental factors include three levels of different tillage systems including conventional tillage, reduced tillage, and no-tillage as the main factor. Four levels of NPK fertilizer at four levels of zero, 33, 66, and 100% of the required amount of safflower were used as secondary factors. The design consisted of three main blocks (each block for one replication). Each block was divided into three main plots (each main plot for one tillage operation). The distance between each block was 3 m and the distance between the main plots was considered 2 m. In each main plot, there were four sub-plots, and the distance between each sub-plot was considered to be 1 m. The area of the main plots was 21 ×15 m and the area of each sub-plot was 4.5 ×15 m. Saffron planting was done in rows with 5 planting lines with a row distance of 50 cm and a distance between plants of 10 cm. The amount of seed used for safflower was 8 kg/ha. In all stages of planting, keeping, and harvesting, all agricultural managements were investigated based on the conventional management of the area and with the farmer's method, to measure all inputs and outputs to the farm, after recording the information accurately, first all Inputs were converted into energy equivalents and then converted into greenhouse gas equivalents.



Results and Discussion: The results showed that most of the investigated traits were affected by the tillage system, fertilizer, and their interaction. The highest seed yield of safflower (1956 kg/ha) is from 33% fertilizer ratio and conventional tillage, and the lowest seed yield (1162 kg/ha) is from no-tillage. In terms of energy input, it was also found the highest share of input was related to fuel (50%) and human power (24.8%), which decreased due to the use of conservation tillage and fertilizer consumption. The highest energy efficiency in seed production in safflower (0.28 kg/MJ) was obtained from reduced tillage and no fertilizer use. The results of specific energy were contrary to the efficiency and energy efficiency trend. For example, the highest specific energy in the production of seeds, straw in the safflower plant was obtained from the no-tillage system and using 100% of the fertilizer required by the plant. In this treatment, the specific energy in safflower seed production was estimated to be 16.33 MJ/kg. The specific energy in the production of straw was calculated at about 10.91 MJ/kg, which indicates the inverse relationship between specific energy and energy efficiency. Among the inputs used, phosphate fertilizer caused the highest carbon dioxide production, urea fertilizer caused the highest methane production and fossil fuels caused the highest nitrogen oxide production, and in all fertilizer levels and tillage systems, the highest production of these greenhouse gases was related to these inputs.



Conclusion: Changing the tillage system increased energy efficiency in safflower plant production. Although the use of nitrogen fertilizer increased the production rate of the safflower plant, the productivity decreased due to the use of 100% of the fertilizer required by the plant. Also, conservation tillage has reduced the production of greenhouse gases in crop production.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Carbon dioxide
  • Fertilizer management
  • Oilseed
  • Organic matter
  • Tillage

مراجع

1.Pandey, D., Agrawal, M., & Bohra, J. S. (2012). Greenhouse gas emissions from rice crop with different tillage permutations in rice–wheat system. Agriculture, Ecosystems and Environment, 159, 133-144.
2.Shivanna, K. R. (2022). Climate change and its impact on biodiversity and human welfare. Proceedings of the Indian National Science Academy, 88 (2), 160-171.
3.Smith, P., Martino, D., Cai, Z., Gwary, D., Janzen, H., Kumar, P., McCarl, B., Ogle, S., O'Mara, F., & Rice, C. (2008). Greenhouse gas mitigation in agriculture. Philosophical Transactions of the
Royal Society B: Biological Sciences, 363 (1492), 789-813.
4.Duxbury, J. M., & Mosier, A. R. (2022). Status and issues concerning agricultural emissions of greenhouse gases. In Agricultural dimensions of global climate change (pp. 229-258). Routledge.
5.Kahrizi, D., Rostami, A. H., & Akbarabadi, A. (2015). Feasibility cultivation of Camelina (Camelina sativa) as medicinal-oil Plant in Rainfed Conditions in Kermanshah-Iran's first report. Journal of Medicinal Plants and By-Products.
6.Monsefi, A., Norouzi Masir, M., & Izadi, Y. (2022). The effects of tillage systems and weed control methods on some physical and chemical properties in corn-wheat crop rotation. Agricultural Engineering, 45 (2), 183-205.
7.Battaglia, M. (2018). Crop residue management effects on crop production, greenhouse gases emissions, and soil quality in the Mid-Atlantic USA Virginia Tech.
8.Foley, J. A., Ramankutty, N., Brauman, K. A., Cassidy, E. S., Gerber, J. S., Johnston, M., Mueller, N. D., O’Connell, C., Ray, D. K., & West, P. C. (2011). Solutions for a cultivated planet. Nature, 478 (7369), 337-342.
9.Mosier, A. R., Halvorson, A. D., Reule, C. A., & Liu, X. J. (2006). Net global warming potential and greenhouse gas intensity in irrigated cropping systems in northeastern Colorado. Journal of Environmental Quality, 35 (4), 1584-1598.
10.Dachraoui, M. (2021). Effect of tillage systems on soil properties, water dynamics and greenhouse gas emissions in a continuous irrigated maize crop in semi-arid conditions, Universidad de Valladolid. Escuela Técnica Superior de Ingenierías AgrariasAutoridad UVA.
11.Sriprapakhan, P., Artkla, R., Nuanual, S., & Maneechot, P. (2021). Economic and ecological assessment of integrated agricultural bio-energy and conventional agricultural energy frameworks for agriculture sustainability. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, 20 (4), 227-234.
12.Fathi, A., Barari Tari, D., Fallah Amoli, H., & Niknejad, Y. (2020). Study of energy consumption and greenhouse gas (GHG) emissions in corn production systems: influence of different tillage systems and use of fertilizer. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 51 (6), 769-778.
13.Estefan, G. (2013). Methods of soil, plant, and water analysis: a manual for the West Asia and North Africa region. International Center for Agricultural Research in the Dry Areas.
14.Seyedi, M., & Hamzei, J. (2021). Evaluation of Rapeseed Growth and Yield under Nitrogen Fertilizer in Rotation with Corn and Chickpea. Journal of Plant Production Research, 28 (1), 81-91.
15.Haroni, S., Sheikhdavoodi, M. J., & Kiani Deh Kiani, M. (2018). Application of Artificial Neural Networks for Predicting the Yield and GHG Emissions of Sugarcane Production. Journal of Agricultural Machinery, 8 (2), 389-401.
16.Hatirli, S. A., Ozkan, B., & Fert, C. (2005). An econometric analysis of energy input-output in Turkish agriculture. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 9 (6), 608-623.
17.Harvey, L. D. (1993). A guide to global warming potentials (GWPs). Energy Policy, 21 (1), 24-34.
18.Snyder, C. S., Bruulsema, T. W., Jensen, T. L., & Fixen, P. E. (2009). Review of greenhouse gas emissions from crop production systems and fertilizer management effects. Agriculture, Ecosystems and Environment, 133 (3-4), 247-266.
19.Wang, W., & Dalal, R. (2006). Carbon inventory for a cereal cropping system under contrasting tillage, nitrogen fertilisation and stubble management practices. Soil and Tillage Research,
91 (1-2), 68-74.
20.Mohammadi, D., & Afzalinia, S. (2018). Economic Comparison of Conservation and Conventional Tillage Methods in Wheat-Cotton Rotation. Agricultural Mechanization and Systems Research, 19 (71), 109-124.
21.Adhikary, S., Biswas, B., & Priya, A. (2020). Conservation Agriculture: An Efficient Tool to Overcome the Drawbacks of Conventional Agricultural System towards Sustainable Crop Production. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences 9 (7), 1333-1340.
22.Zabolestani, M., Reshad Sedghi, A., & Salak Zamani, A. (2008). Evaluation and comparision of two surface tillage and conventional tillage methods on grain yeild and yeild components of wheat. Agroecology Journal, 4 (3), 39.
23.Rajabi, M. H., Zeinali, E., & Soltani, E. (2012). Evaluation of energy use in wheat production in Gorgan. Journal of Plant Production Research, 19 (3), 143-171.
24.Zahedi, M., Eshghizadeh, H. R., & Mondani, F. (2015). Evaluation of energy use efficiency and economical indices in safflower (Carthamus tinctorius L.) production system in Isfahan province. Journal of Agroecology, 4 (2), 45-57.
25.Dargahi, M. R., Jahan, M., Naseri,
M. T., & Ghorbani, R. (2016). Energy balance Evaluation and Economical Analysis of canola Production in Golestan Province. Applied Field Crops Research, 29 (3), 50-62.
26.Imanmehr, A. (2019). Investigation of energy efficiency and greenhouse gas emissions of safflower production in terms of environment. Journal of Researches in Mechanics of Agricultural Machinery, 8 (1).
27.Feyzbakhsh, M., & Soltani, A. (2013). Energy flow and global warming potential GWP of Corn farm (Gorgan city). Journal of Crop Production, 6 (3), 89-107.
28.Chauhan, N. S., Mohapatra, P. K., & Pandey, K. P. (2006). Improving energy productivity in paddy production through benchmarking-An application of data envelopment analysis. Energy Conversion and Management, 47 (9-10), 1063-1085.
29.Boehmel, C., Lewandowski, I., & Claupein, W. (2008). Comparing annual and perennial energy cropping systems with different management intensities. Agricultural systems, 96 (1-3), 224-236.
30.Mazarei, M., Ghanbari, A., Dahmardeh, M., Siadat, S. A., & Dehdari, S. (2019). Assessment of yield and input-output energy and economic indicators in different tillage and fertilizer systems of corn (Zea mays L.). Journal of Agroecology, 11 (2), 417-434.
31.Tzilivakis, J., Warner, D. J., May, M., Lewis, K., & 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 (2), 101-119.
32.Ozlu, E., & Kumar, S. (2018). Response of surface GHG fluxes to long-term manure and inorganic fertilizer application in corn and soybean rotation. Science of the Total Environment,
626, 817-825.
33.Drenth, A., Olsen, D., Cabot, P., & Johnson, J. (2014). Compression ignition engine performance and emission evaluation of industrial oilseed biofuel feedstocks camelina, carinata, and pennycress across three fuel pathways. Fuel, 136, 143-155.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 32، شماره 1
فروردین 1404
صفحه 119-143

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار