علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و یکم، شماره هشت، آبان ماه 98

ارزیابی اثرات محیط زیستی گیاه زراعی سویا در مزارع اردبیل

مجید دکامین^[1]*

dekamin@malayeru.ac.ir

مرتضی برمکی²

 امین کانونی³

 سیدرضا موسوی مشکینی⁴

چکیده

زمینه و هدف: محاسبه ارزیابی اثرات محیط‌زیستی در طی چرخه حیات یک محصول از اهمیت زیادی برخوردار است.  از این رو هدف از   این پژوهش ارزیابی اثرات محیط‌زیستی تولید گیاه روغنی سویا (Glycine max) در استان اردبیل است.

روش بررسی: ارزیابی چرخه حیات به منظور ارزیابی مقایسه بارهای محیط‌زیستی، تقاضای آب سویا به کار گرفته شد. چهار طبقه اثر شامل پرغذایی، اسیدی­شدن،گرمایش جهانی و اکسیداسیون فتوشیمیایی بررسی شد. سیاهه‌برداری در سال 1393 جمع‌آوری شد.

یافته‌ها: نتایج نشان داد برای تولید یک تن سویا در شرایط اردبیل در طبقه اثرهای پرغذایی، اسیدی شدن، اکسیداسیون فتوشیمیایی و گرمایش جهانی به ترتیب 671/13 کیلوگرم معادل فسفات، 680/13 کیلوگرم SO₂، 093/0 کیلوگرم C₂H₄، 128/857 کیلوگرم دی‌اکسید کربن به محیط منتشر می‌شود. این نتایج نشان می‌دهد اثرات محیط‌زیستی سویا عمدتاً از کودهای شیمیایی، کود دامی، سوخت دیزل و الکتریسته برای آبیاری حاصل می‌شود.  

بحث و نتیجه گیری: اثرات مرتبط با این نهاده‌ها مربوط به تولید و فرآوری آن‌ها قبل از استفاده در مزرعه هستند. نتایج نشان داد، بهره‌وری استفاده از نهاده برای تولید یک تن سویا پایین است. با افزایش تولید به ازای نهاده مصرفی می‌توان از بارهای محیط‌زیستی کاست.

واژه­های کلیدی: اردبیل، بهره‌وری، سویا، بار محیط‌زیستی، مدیریت.  

Environmental Impact Assessment of Soybean Cultivation in Ardabil Farms

Majid Dekamin [2]^*

dekamin@malayeru.ac.ir

Morteza Barmaki [3]

Amin Kanooni[4]

Reza Mosavi[5]

Abstract

Background and Objective: Calculating the environmental impact assessment during a product's life cycle is very important. Therefore, the purpose of this study was to evaluate the environmental effects of soybean oil production (Glycine max) in Ardabil province.

Method: Lifecycle assessment was conducted to compare environmental burdens of this crop. Four categories (eutrophication, acidification, global warming potential and photochemical oxidation) of environmental impacts were used to define in this method. Inventory phase was conducted in 1393.

Findings: The production of one-ton soybean in Ardabil in eutrophication potential, acidification potential, photochemical oxidation and global warming are 13.671 kg PO₄eq, 13.680 kg SO₂eq, 0.093 kg C₂H₄ eq and 857.128 kg CO₂eq respectively.

Discussion and Conclusion: It was found that the effects from the three crops comes generally from manufactured fertilizer, manure, diesel combustion, agricultural practices, and electricity for irrigation. It can be said that the indirect effects associated with these inputs are related to producing and processing, which had negative impacts. Result indicated that input performance of production of one-ton soybean is low. With increasing crop yield per input can decrease environmental burdens.

Keywords: Ardabil, Soybean, Efficiency, Environmental Load, Management.  

مقدمه

از آنجا که توان بازیابی کشاورزی وابسته به منابع طبیعی و فرایندهای مرتبط با آن است، رابطه پیچیده‌ای بین کشاورزی و محیط‌زیست برقرار شده است. فعالیت‌های کشاورزی می‌تواند برای محیط‌زیست فواید و مضراتی به دنبال داشته باشد. از جمله مضرات آن می‌توان به استفاده بیش‌از حد از نهاده‌های کشاورزی همچون آفت کش‌ها، کودها و انرژی‌های تجدیدناپذیر است. علاوه بر این تغییرکاربری زمین، تخریب زیستگاه‌های طبیعت و کاهش تنوع‌زیستی از جمله مضرات کشاورزی مدرن است. کمینه‌سازی اثرات منفی و بیشینه‌سازی اثرات مثبت چالشی را فراهم می‌آورد تا به وسیله آن بتوان به پایداری رسید. کشاورزی اثرات مهم و قابل‌توجهی روی محیط‌زیست دارد به‌طوری که تولید غذا از‍ طریق این بخش مصرف انرژی و انتشار کربن زیادی در بین بخش‌های مختلف داشته است. در سال‌های اخیر بحث بر سر پایداری محیط‌زیستی ازجمله اثرات تولید کشاورزی به‌طور گسترده‌ای افزایش‌یافته است. افزایش تقاضا در سراسر جهان برای غذا، خوراک و منابع تجدید پذیر انرژی، نیاز به دانش جدید در مورد اثرات نظام‌های تولیدی کشاورزی را در قالب معیارهای پایداری ضرورت می‌بخشد(1). سازوکارهای مختلفی برای افزایش کارایی و کاهش انتشارات محیط‌زیستی نظام‌های کشاورزی وجود دارد. اساس این سازوکارها را ابزارهای ارزیابی اثرات محیط‌زیستی تشکیل می‌دهد.

در میان ابزارهای متنوع موجود، ارزیابی چرخه حیات[6]روش جامعی برای ارزیابی اثرات محیط‌زیستی تولیدات، فرایندها و خدمات است(5). ارزیابی چرخه حیات روشی مناسب برای ارزیابی همه اثرات محیط‌زیستی مربوط به یک محصول، فرآیند یا فعالیت است که با شناسایی، کمی­سازی و ارزیابی منابع مصرف‌شده، انتشارات و پسماندهای آزادشده به محیط‌زیست ارزیابی جامعی را ارایه می‌دهد. ارزیابی چرخه حیات این فرصت را فراهم می‌کند که ارزیابی کاملی از اثرات متنوع روی محیط‌زیست صورت گیرد و توانایی شناسایی فرصت‌های مناسب از منظر توسعه پایدار را ممکن می‌سازد. در کشورهای پیشرفته دنیا این روش به‌صورت گسترده‌ای در بخش صنعت و کشاورزی استفاده می‌شود. گزارش‌های متعددی در رابطه با به‌کارگیری روش ارزیابی چرخه حیات در کشاورزی وجود دارد که اثرات محیط‌زیستی محصولات و نظام‌های کشاورزی را مورد ارزیابی و بررسی قرار داده‌اند(6-9).

از آنجا که اثرات محیط‌زیستی ‌تولید محصولات زراعی در ایران به نسبت بالا است و کشاورزی در ایران 90% منابع آب را مصرف می‌کند، ارزیابی جامع اثرات تولید از اهمیت بالایی برخوردار است.  بر همین اساس در مطالعه حاضر روش ارزیابی چرخه حیات برای رسیدن به درک جامعی از اثرات محیط‌زیستی تولید سویا در استان اردبیل است.

روش بررسی

اردبیل از نظر اقلیمی برای تولید طیف بالایی از گیاهان زراعی، از جمله گیاهان روغنی مناسب است (شکل 1). سویا یک گیاه زراعی است که برای تولید روغن در دنیا و ایران مورد استفاده قرار می گیرد. آمارهای اخیر وزارت جهاد کشاورزی نشان می‌دهد که سطح زیر کشت این محصول در ایران 84084 هکتار است. سویا در شمال ایران کشت، از جمله در استان اردبیل کشت می‌شود که در حال حاضر 20 درصد از تولید ملی سویا در این استان است(10).

شکل 1- موقعیت جغرافیایی استان اردبیل

Figure 1. Ardabil geographic location

ارزیابی چرخه حیات

ارزیابی چرخه حیات به کار رفته در این مطالعه بر اساس مجموعه استانداردهای ایزو 14040است. در این روش چهار مرحله اساسی عبارتند از: تعریف حوزه و هدف، تحلیل سیاهه‌برداری، ارزیابی اثر و تفسیر(11).

تعریف حوزه و هدف از جمله مهم‌ترین مراحل ارزیابی چرخه حیات است که تصمیمات ابتدایی بر مبنای آن گرفته می‌شود. این تصمیمات شامل تعیین اهداف، واحد کارکردی[7]،  مرزهای سیستم و سیستم‌های مورد مقایسه است(12).  هدف از مطالعه حاضر بررسی کارکرد محیط‌زیستی  عملیات‌های کشاورزی رایج برای تولید گیاهان سویا در سطح محلی در اردبیل است. در این مطالعه به بررسی و ارایه پیشنهاداتی جهت کشت، نهاده‌ها و ابزارهای مورد استفاده ارایه خواهد شد.

یک واحد کارکردی به یک کمیت یا کیفیت از محصول اطلاق می‌شود که به عنوان واحد مرجع برای اختصاص بارهای محیط‌زیستی از آن استفاده می‌شود. واحد کارکردی مفهومی کلیدی در ارزیابی چرخه حیات است چراکه امکان مقایسه بین محصولات­را فراهم می‌آورد(11). مرز سیستم دربردارنده فرایندهای پیش زمینه‌ای و پس‌زمینه‌ای است. فرایندهای پیش زمینه‌ای شامل استخراج مواد خام، کودها و تولید الکتریسیته و سوخت است. فرایندهای پیش‌زمینه‌ای شامل مدیریت کشاورزی، انتشار به خاک و آب و هوا در اثر فعالیت‌های کشاورزی برای تولید 1 تن از این گیاه زراعی است.  پیش فرض این مطالعه این است که کاه و کلش باقی مانده از محصول به زمین بازگردانده می‌شود.

هدف از یک پروژه ارزیابی با روش LCA بیان مباحثی است که به تصمیم‌گیری و اعمال سیاست‌های درست از جانب دست اندرکاران این بخش کمک نموده و مزیت آن این است که  به سرعت نتایج قابل قبولی برای چنین تصمیم‌هایی فراهم می‌آورد (12)

تعریف حوزه و هدف مطالعه برای ارزیابی چرخه حیات

در مطالعه حاضر، تولید سویا در استان اردبیل به منظور ارزیابی چرخه حیات در نظر گرفته شده است. در این مطالعه روش‌های مختلف تولید‌ سویا به منظور مقایسه نظام‌های زراعی و تعیین بهترین نظام از منظر پایداری برای اقلیم اردبیل بررسی شد.

برای ارزیابی چرخه حیات و ردپای آب، تنها بر عملیات‌های کشاورزی و فرایندهای مربوط به آن تمرکز شده است. واحد کارکردی تولید یک تن سویا تولید شده در استان اردبیل است. با توجه به این واحد کارکردی، و ارزیابی چرخه حیات (یعنی،  مقادیر شاخص‌های محیط‌زیستی انتخاب شده) گزارش شده است. محاسبات ارزیابی چرخه حیات در نرم افزار سیماپرو[8] 1/8 صورت گرفته است.

سیاهه‌برداری ارزیابی چرخه حیات

برای ارزیابی چرخه حیات محاسبه کمی ورودی‌ها­و خروجی‌های سیستم مورد مطالعه لازم است. ارزیابی چرخه حیات نیازمند سیاهه‌برداری تمام انواع نهاده‌های مورد استفاده (اصلی ترین منابع زیستی و غیرزیستی) و مواد خروجی (عمدتاً انتشارهای محیط‌زیستی به صورت گاز، مایع و جامد) و جریان انرژی‌های ورودی و خروجی است (13).

روش ارزیابی چرخه حیات

دستورالعمل اجرای ارزیابی چرخه حیات در استانداردهای ایزو 14040 و 14044 آمده است و در این مطالعه لحاظ شده است. ارزیابی چرخه حیات چارچوب بین المللی جامع و استاندارد شده‌ای است و به منظور ارزیابی و تعیین انتشارهای محیط‌زیستی در مطالعات محیط‌زیستی  زیادی، از جمله تولید گیاهان زراعی، به کار گرفته شده است. از جمله این مطالعات می‌توان به  ارزیابی اثرات محیط‌زیستی با چرخه حیات گیاهان روغنی، لوبیا، برنج، سیب زمینی(16، 15، 14) اشاره کرد. مجموعه استانداردهای ایزو 14040 بیان می‌کند که هر ارزیابی چرخه حیات شامل چهار فاز اصلی: تعیین حوزه و هدف؛  تحلیل سیاهه‌برداری؛ ارزیابی اثر؛ و تفسیر نتایج است(11). هر فاز در ادامه توضیح داده شده است. تمام اثرات محیط‌زیستی  با استفاده از نرم افزار سیماپرو  1/0/8 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.

تعریف حوزه و هدف

تعریف حوزه و هدف از جمله مهمترین مراحل ارزیابی چرخه حیات است که تصمیمات ابتدایی بر مبنای آن گرفته می‌شود. این تصمیمات شامل تعیین اهداف، واحد کارکردی، مرزهای سیستم و سیستم‌های مورد مقایسه است(17). هدف از مطالعه حاضر بررسی کارکرد محیط‌زیستی فعالیت‌های کشاورزی رایج برای تولید سویا در سطح محلی در اردبیل است. در این مطالعه به بررسی و ارایه پیشنهاداتی جهت کشت، نهاده‌ها و ابزارهای مورد استفاده ارائه خواهد شد. هدف از تحقیق حاضر محدود به نظام‌های تولید سویا با استفاده از نهاده‌های کشاورزی، انرژی و آب است.

واحد کارکردی

یک واحد کارکردی به یک کمیت یا کیفیت از محصول اطلاق می‌شود که به عنوان واحد مرجع برای اختصاص بارهای محیط‌زیستی از آن استفاده می‌شود. واحد کارکردی مفهومی کلیدی در ارزیابی چرخه حیات است چراکه امکان مقایسه بین محصولات را فراهم می‌آورد(11). تمامی مصارف و انتشار مواد، آب و انرژی به ازای یک تن از گیاه زراعی در رطوبت 13% به عنوان واحد کارکردی لحاظ شده است.

مرز سیستم

مرز سیستم تمام نظام تولید برای سویا را پوشش می‌دهد. مرز سیستم دربردارنده فرایندهای پیش‌زمینه‌ای و پس‌زمینه‌ای است. فرایندهای پیش‌زمینه‌ای شامل استخراج مواد خام، کودها و تولید الکتریسیته و سوخت است. فرایندهای پیش‌زمینه‌ای شامل مدیریت کشاورزی، انتشار به خاک و آب و هوا در اثر فعالیت‌های کشاورزی برای تولید 1 تن از این گیاه زراعی است. پیش فرض این مطالعه این است که کاه و کلش باقی مانده از محصول به زمین بازگردانده می‌شود. به عنوان یک فعالیت مدیریت کشاورزی،  این امر مفید است چراکه منجر به بازگشت مواد غذایی، محتوای ماده آلی خاک و جلوگیری از فرسایش می‌شود. اتلاف محصول در حین برداشت در این مطالعه لحاظ نشده است (شکل 3).

شکل 3- مرزهای سیستم و نهادهای مرتبط با نظام تولید سویا.

Figure 3. System boundary related to soybean production system

جمع‌آوری داده‌های سیاهه‌برداری

داده‌های کشاورزی در طی سال زراعی 1392-1393 جمع آوری شد. داده‌های سیاهه‌برداری بر اساس تولید اقتصادی محصول جمع‌آوری شد. جمع‌آوری داده‌ها از طریق مصاحبه رودررو با کشاورزان به دست آمد. داده‌های ابتدایی و نهایی در دو مرحله مورد ارزیابی قرار گرفتند. در مرحله ابتدایی 45 مزرعه بر اساس اندازه (حداقل 1 هکتاری) داده‌ها جمع آوری شد. مزارع دارای خصوصیات اقتصادی، فنی و اجتماعی متفاوتی بودند. به منظور دست یابی به اطلاعات دقیق‌تر در مرحله بعد بررسی دقیق‌تری در 6 مزرعه انجام شد و داده‌های ابتدایی در خصوص ماشین آلات مورد استفاده، سیستم‌های آبیاری،  مصرف سوخت و دیگر نهاده‌های کشاورزی مورد ارزیابی قرار گرفتند. سپس داده‌ها بر اساس مرور منابع و نظر اساتید کشاورزی دانشگاه محقق اردبیلی مورد تایید قرار گرفت. در این مطالعه زیرساخت‌ها(ساختمان‌ها، احداث کانال‌های انتقال آب و غیره) و تعمیر و نگهداری ماشین آلات لحاظ نشده است.

در بررسی منابع، اهمیت محاسبه انتشارها به هوا به واسطه آزاد شدن آمونیاک (NH₃)، و N₂O و NO_xحاصله از مصرف کودهای شیمیایی مشخص شد. انتشارهای مستقیم حاصل از کاربرد در مزرعه با استفاده از دستورالعمل‌های مختلفی محاسبه شدند. انتشار با استفاده از روش ارایه شده توسط برناتراپ و کاسترس (6) برای نیترات، آمونیاک و دی نیتروژن اکسید و فسفات محاسبه شد. از آنجا هم که سوختن سوخت‌های فسیلی به هوا اثرات مخربی دارد، فاکتورهای انتشار برای سوخت از روش  ارایه  شده توسط ساحله و پوتینگ (17) مورد استفاده قرار گرفت. میزان آفت کش‌ها بر اساس ماده موثره فعال آنها در لیتر بر روی جلد آنها مورد محاسبه قرار گرفت.

ارزیابی اثر

روش CLM که به وسیله انجمن علوم محیط‌زیستی دانشگاه لیندین شده است در این مطالعه به کار گرفته شد. این روش به خاطر این‌که پیامدها را در سطح بین المللی محاسبه می‌کند و دارای کاربرد زیادی است مورد استفاده قرار گرفت(17). طبقه اثرهای انتخابی برای ارزیابی چرخه حیات گیاهان زراعی بر اساس مسائل محیط‌زیستی مرتبط با تولید گیاهان زراعی،  اهداف و چشم انداز مطالعه انجام گرفت. طبقه اثرهای بررسی شده در این مطالعه شامل، پرغذایی، اسیدی شدن، پتانسیل گرمایش جهانی و اکسیداسیون فتوشیمیایی است.

جدول 1- نهاده‌ها و خروجی‌های تولید گیاه زراعی سویا به ازای یک تن.

Table 1. Inputs and outputs of soybean production per ton

یافته‌ها

ارزیابی اثرات چرخه حیات

پس از به دست آوردن داده‌ها و تکمیل مرحله صورت‌برداری و سپس واردکردن آن‌ها در نرم‌افزار سیماپرو 8، نتایج تحقیق به دست آمد که در شکل 3 و جدول 2 قابل‌مشاهده است.

جدول2- نتا