The Study of Environmental Impacts of Pistachio Production Using Life Cycle Assessment, (Case Study: Rafsanjan City)
Subject Areas : Environmental impact assessmentMaryam Rajaei 1 , Mohammad Reza Elmi 2 , Mahin Malekian 3
1 - Yazd University
2 - Yazd University
3 - Yazd University
Keywords:
Abstract :
Life Cycle Assessment method is an accepted approach for assessing the environmental impacts of a product's life cycle, which is calculated on the basis of two components: the amount of consuming resources and the release of pollutants to the environment. In this study, the environmental impact assessment of pistachio production from the beginning of planting to the field door was estimated using Life Cycle Assessment (LCA) method in Rafsanjan. Initial data were collected through questionnaire method and interview with local farmers. The collected data were analyzed using Ecoinvent®3.0 database and Simapro8.0.4.30 software. The system boundary, field and work unit were considered as a ton of pistachios in this study. The results of this study showed that the use of diesel and electricity as energy sources lead to the release of CO2, NOx, SOx and heavy metals into the environment. Analysis of the pistachio data showed that emissions from fertilizers in the layers had the highest role in source reduction, global warming, toxicity to humans, toxicity to marine aquatics and chemical photooxidation. Emissions from fuel consumption had the greatest effect on ozone layer depletion.
خرم دل، س؛ نصیری محلاتی، م؛ معلم بنهنگی، ف و ملافیلابی، ع (۱۳۹۸). بررسی اثرات زیست محیطی نظام‌های تولید زعفران (Crocus sativus L.) تحت تاثیر اندازه زمین با استفاده از ارزیابی چرخه حیات، فصلنامه زراعت و فناوری زعفران، دوره 7، شماره 2.
شاه محمدی، ع. ر؛ ویسی، ه؛ خوشبخت، ک، مهدوی دامغانی، ع؛ سلطانی، ا (1395). ارزیابی چرخه حیات تولید سیبزمینی به روش نیمه مکانیزه در ایران: مطالعه موردی، استان مرکزی. مجله مهندسی بیوسیستم ایران، دوره 47، شماره 4، ص 666-659.
شيري، م ر؛ عطايي، ر؛ گل زردي، ف (1397). بررسي چرخه حيات (LCA) نظام توليد ذرت در شرايط آب و هوايي مغان، علوم محیطی، دوره 16، شماره 1، ص 191-206.
مجلس شورای اسلامی ـ (1388) ـ پایگاه اطلاع رسانی مرکز پژوهش‌های شورای اسلامی ، گزارش مرکز پژوهش‌ها درباره چگونگی اصلاح الگوی مصرف کود ، سم ، بذر و نهال در بخش کشاورزی ایران www.Majles.ir.
میرحاجی، ح؛ خجسته پور، م.ح؛ مهدوی شهری، س.م (1391)ـ ارزیابی اثرات زیست محیطی تولید چغندر (Beta valgaris.L) با روش ارزیابی چرخه حیات (مطالعه موردی: مزارع استان خراسان جنوبی). نشریه بوم‌شناسی کشاورزی ـ جلد4 ـ شماره 2، ص120-112.
Blengini, G. A. & Busto, M. (2009). The life cycle of rice: LCA of alternative agri-food chain management systems in Vercelli (Italy). Journal of environmental management, 90(3):1512-1522.
Brentrup, F. Kuster S, j. Kuhlmann, H. and Lammel, j. (2001). Application of the live Cycle Assessment methology to agricultural production: an example of sugar beet production with different Froms of nitrogen fertilizers. European journal of Agronomy, 14:221-233.
Danni chang a, C.K.M Lee b,*, Chun- Hsien Chen. Review of life cycle asseassment to wards sustainable product development. Journal of Cleaner Production. 83(2014), 48-54
Rebitzer G, EKvall, T., Baumann, H., 2005. Life cycle assessment: expectations, drawbacks and perspectives. J. Clean. Prod. 1 (3-4), 131-137.
Hunt, R.G., Franklin, W.E., 1996. LCA how it came about personal reflections on the origin and the development of LCA in the USA. Int. j. LCA 1(1), 4-7.
Fava, J.A., Denison, R., Jones, B., Curran, M.A., Vigon, B., S., 1991. A Technical Chemistry, Framework for Life-cycle Assessment. Society of Environmental Toxicology and Washington, DC, USA.
Ekvall, t., 2002. Cleaner production tools: LCA and beyond. Journal of Cleaner Production. 10(5), 403-406.
Russell, A., Ekvall, T., Baumann, H., 2005. Life cycle assessment e introduction and overview. J. Clean. Prod. 13(13-14), 1207-1210.
Avraamides, M. & Fatta, D. (2008). Resource consumption and emissions from olive oil production: A life cycle inventory case study in Cyprus. Journal of Cleaner Production. 16:809–821.
Hokazono, S. Hayashi, K. & Sato, M. (2009). Potentialities of organic and sustainable rice production in Japan from a life cycle perspective. Paper presented at the Agronomy Research.
Blengini, G. A. & Busto, M. (2009). The life cycle of rice: LCA of alternative agri-food chain
management systems in Vercelli (Italy). Journal of environmental management, 90(3):1512-1522.
Isermann, K. (1990): Ammoniac Emissionen der Land wirtschaft, ihrer Stickstoffbilanz- und hinreichende L6sungsansfitza zur Minderung-Bundes for schungsanstalt liir landwir tschaft (FAL), Braunschweig, Germany.
پژوهش و فناوری محیط زیست، دوره چهارم، شماره شش، پاییز و زمستان 98، صفحه‌ی 93-102
|
بررسی اثرات زيست محيطي توليد پسته با روش ارزيابي چرخه حيات، مطالعه موردي: شهرستان رفسنجان
|
مریم رجایی1*، محمدرضا علمی2، مهین ملکیان3 m.rajaeisharif@gmail.com |
The Study of Environmental Impacts of Pistachio Production Using Life Cycle Assessment, (Case Study: Rafsanjan City) Maryam Rajaei1, Mohammadreza Elmi2, Mahin Malekian3
1. M.Sc. of Natural Resources Engineering -Environment, Yazd Science and Technology Park, Yazd, Iran 2. Assistant Professor of Urban Management and Planning, Universityv of Yazd, Yazd, Iran 3. M.Sc. of Natural Resources Engineering -Environment, University of Yazd, Yazd, Iran
Abstract
Life Cycle Assessment method is an accepted approach for assessing the environmental impacts of a product's life cycle, which is calculated on the basis of two components: the amount of consuming resources and the release of pollutants to the environment. In this study, the environmental impact assessment of pistachio production from the beginning of planting to the field door was estimated using Life Cycle Assessment (LCA) method in Rafsanjan. Initial data were collected through questionnaire method and interview with local farmers. The collected data were analyzed using Ecoinvent®3.0 database and Simapro8.0.4.30 software. The system boundary, field and work unit were considered as a ton of pistachios in this study. The results of this study showed that the use of diesel and electricity as energy sources lead to the release of CO2, NOx, SOx and heavy metals into the environment. Analysis of the pistachio data showed that emissions from fertilizers in the layers had the highest role in source reduction, global warming, toxicity to humans, toxicity to marine aquatics and chemical photooxidation. Emissions from fuel consumption had the greatest effect on ozone layer depletion. Keywords: Environmental impacts, Life Cycle Assessment, Acidity, Rafsanjan, Pistachio
Keywords: 3-5 word
|
روش ارزيابي چرخه حيات رویکردی مورد قبول براي ارزيابي اثرات زيست محيطي سراسر چرخه حيات يك محصول میباشد كه براساس دو مؤلفه ميزان مصرف منابع و انتشار آلايندهها به محيط زيست محاسبه مي‌شود. در این مطالعه، ارزیابی اثرات زیست محیطی تولید پسته از ابتدای کاشت تا درب مزرعه با استفاده از روش ارزیابی چرخه حیات (LCA) در شهرستان رفسنجان برآورد شد. اطلاعات اولیه به روش پرسشنامه و مصاحبه با کشاورزان منطقه جمع‌آوری شد. داده‌های جمع‌آوری شده با استفاده از پایگاه داده‌ای Ecoinvent®3.0 و نرم‌افزار Simapro8.0.4.30 تجزیه و تحلیل شد. مرز سیستم، مزرعه و واحد کاری در این مطالعه یک تن پسته در نظر گرفته شد. نتایج این مطالعه نشان داد که استفاده از دیزل و الکتریسیته به عنوان منابع انرژی منجر به انتشار CO2، NOx ، SOx و فلزات سنگین به محیط می‌شود. تجزیه و تحلیل داده‌های پسته نشان داد که انتشار ناشی از کودها در طبقات، بیشترین نقش را در کاهش منبع، گرم شدن جهانی، سمیت برای انسان، سمیت برای آبزیان دریایی و فتواکسیداسیون شیمیایی داشت. انتشار ناشی از مصرف سوخت‌ها بیشترین اثر را در تخریب لایه ازون داشتند.
كليد واژه‌ها: اثرات زیستمحیطی، ارزیابی چرخه حیات، اسیدیته، رفسنجان، پسته
[1] - کارشناسی ارشد مهندسی منابع طبیعی- محیط زیست، پارک علم و فناوری یزد، یزد
[2] - استادیار مدیریت برنامه‌ریزی شهری، دانشگاه یزد، یزد
[3] - کارشناسی ارشد مهندسی منابع طبیعی- محیط زیست، دانشگاه یزد، یزد
مقدمه
هدف اصلیِ سیاست کشاورزی تا اوایل سال1990، اطمینان یافتن از درجه بالایی از خودکفایی در مواد غذایی بود که منجر به بیتوجهی به اثرات محیطزیستی تولیدات کشاورزی شد. افزایش در عملکرد محصولات کشاورزی به لطف پیشرفت‌های فنی، کارهای اصلاحی و نیز تا حد زیادی با افزایش شدید در استفاده از ورودی‌های کمکی مانند کودهای معدنی و آفتکشها به دست آمد. این تغییرات در فعالیت‌های کشاورزی منجر به مشکلات متعدد محیطزیستی مانند مصرف بالای منابع انرژی غیرقابل‌تجدید، از بین رفتن تنوع زیستی، آلودگی محیط‌های آبی توسط مواد مغذی نیتروژن و فسفر و نیز آفتکشها شد (گزارش مرکز پژوهش های مجلس شورای اسلامی، 1388).
اگرچه به‌کارگیری کودهای شیمیایی و آلی در بهبود حاصل خیزی خاک و افزایش بازده محصولات کشاورزی امری ضروری و شناخته‌شده است، ولی متأسفانه مصرف بی‌رویه و نابهنگام و نامتعادل در کشور، علاوه بر عدم دست‌یابی به عملکرد بهینه، با ورود این ترکیبات به خاک و آب به‌شدت به محیطزیست آسیب رسانده و سلامت و بهداشت جامعه را تهدید کرده است (برنتاپ1 و همکاران، 2001).
از آنجاییکه منابع طبیعی زمین محدود میباشند؛ بنابراین تلاش بشر به منظور بهبود وضعیت کنونی بوده است. ارزیابی چرخه حیات LCA) ابزاری است که برای اندازهگیری اثرات محیط زیستی توسعه یافته است (ایزه مان2، 1990).
ارزیابی چرخه حیات روشی برای تعیین تمام تاثیرات محیطی مرتبط با یک محصول، فرآیند یا خدمات و تمام آلاینده‌های منتشر شده و مواد زائد رها شده به طبیعت است (هانت3 و فرانکلین4، 1996).
ارزیابی چرخه حیات ابتدا در اروپا و امریکا دراواخر دهه 1960 به طور عمده در ارتباط با اثرات ظروف نوشابه پیشنهاد گردید (دنی چانگ5 و همکاران، 2014).
پس از آن کاربردهای عملی عمده به وسیله صنایع شیمیایی با هدف قرار دادن بررسی سمشناسی و کاهش آلودگی ارایه شد. به دنبال آن، در سال 1990 تلاشهای مهمی برای گسترش یافتن کاربرد ارزیابی چرخه حیات توسط جامعه سمشناسی محیطزیست و مواد شمیایی (SETAC) به منظورگسترش ارزیابی چرخه حیات در سرتاسر جهان و بسط دادن تعریف آن صورت گرفت (فاوا6 و همکاران، 1991) (اکوال7، 2000).
امروزه ارزیابی چرخه حیات به یک ابزار کمی موثر و متداول برای اندازهگیری اثرات محیطزیستی تکامل یافته است (ربیتزر8 و همکاران، 2005).
به منظور ارزيابي آثار زيست محيطي روش‌هاي مختلفي وجود دارد. که این روش‌ها در آغاز، تأثير مصرف نهادههاي بكار گرفته شده در بومنظام را به‌صورت اختصاصي در رابطه با يكي از پيامدهاي آن به عنوان مثال، گرمايش جهاني و آبشويي تركيبات نيتروژندار مورد توجه قرار ميدادند، ولي به تدريج با كامل شدن اطلاعات، كليه كاركردهاي زيست محيطي نيز مورد بررسي و مطالعه قرار گرفتند.
فتا9 و آورامیدس10 (2008)، ارزیابی مصرف منابع و انتشار گازهای آلاینده ناشی از تولید روغن زیتون در کیپروس11 ایتالیا را انجام دادند. واحد عملیاتی 1 لیتر Extra virgin olive oil و مرز سیستم از گهواره تا مدیریت پسماند بود. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که تولید کودهای غیر‌ارگانیک مصرف شده در مرحله‌ی کشاورزی و مصرف پسماند مایع ناشی از آسیاب زیتون در حوض‌های تبخیر، نقاط داغ فرآیندها در انتشار آلاینده‌ها بودند. بیشترین مصرف انرژی و انتشار CO2مربوط به کودهای شیمیایی بود (فتا و آورامیدس، 2008). هوکازونو12 و همکاران (2009)، بررسی پتانسیل‌های تولید ارگانیک و پایدار برنج در ژاپن را بر روی یک کیلوگرم محصول انجام دادند. مرز عملیاتی در این تحقیق مزارع تولیدی بود و نتایج حاصل نشان داد که با استفاده از LCA برای مقایسه سیستم‌های تولید برنج در ژاپن، انتشار گازهای گلخانه‌ای حدود 6 درصد کمتر از کشاورزی ارگانیک به ازای هر کیلوگرم برنج قهوه‌ای است؛ که به علت کاهش عملکرد دانه در کشاورزی ارگانیک است (هوکازونو و همکاران، 2009). بوستو13 و بلنجینی14 (2009)، ارزیابی چرخه‌ی عمر برنج در ایتالیا بر روی یک کیلوگرم آرد برنج تصفیه و بسته‌بندی شده را انجام دادند. مرز سیستم در این مطالعه تحویل درب سوپرمارکت بود. نتایج نشان داد که میزان انتشار CO2 2.9 کیلوگرمeq ، مصرف انرژی اولیه 17.8 مگاژول و استفاده از آب 9/4 مترمکعب به ازای تولید هر کیلوگرم محصول بود. سناریوهای بهبود کشاورزی جایگزین شامل کشاورزی ارگانیک و کشت دیم و بهبود فرایندهای فراوری است (بوستو و بلنجینی، 2009).
در ايران نتايج منتشر شده در خصوص اجراي LCA در مورد محصولات كشاورزي به صورت محدود وجود دارد. میرحاجی (1391)، ارزیابی اثرات زیستمحیطی تولید چغندرقند در خراسان جنوبی را انجام داد که واحد کارکردی این مطالعه یک تن چغندرقند و مرز سیستم مزارع تولیدی بود. نتایج این مطالعه نشان داد که در میان اثرات زیستمحیطی گرمایش جهانی، اسیدیته، تخلیه‌ی منابع فسیلی و تخلیه‌ی منابع آبی در تولید چغندرقند در استان خراسان جنوبی، بیشتر از سایر اثرات به محیطزیست آسیب می‌رساند (میرحاجی و همکاران، 1391). شاه‌محمدی و همکاران (1395) ارزیابی چرخه حیات تولید سیبزمینی به روش نیمه مکانیزه را در استان مرکزی را مورد تحقیق قرار دادند. نتایج نشان داد در تولید سیبزمینی انتشارات مستقیم از مزرعه، استفاده از کودهای شیمیایی و الکتریسیته بیشترین سهم تخریب محیط زیست را داشتند. همچنین براساس نتایج به دست آمده از این بررسی، استفاده از نهاده‌های ارگانیک، کشاورزی دقیق، مصرف بهینه کودها و سموم شیمیایی، استفاده از روش‌های نوین آبیاری و فنّاوری‌های پربازده و کم‌مصرف در تولید سیبزمینی پیشنهاد گردید (شاه محمدی و همکاران، 1395).
شیری و همکاران (1397) ارزیابی چرخه حيات (LCA) نظام توليد ذرت در شرايط آب و هوايي مغان را مورد بررسی قرار دادند. براي تجزيه و تحليل اثرات زيست محيطي، از روش ISO14014 به ازاي يک واحد کارکردي معادل با يک تن دانه استفاده شد. نتایج این تحقیق نشان داد که در ميان شاخص‌هاي زيست محيطي بيشترين سهم نظام توليدي ذرت به ترتيب براي گروه‌هاي موثر اوتريفيکاسيون اکوسيستم خشکي و اسيديته و در ميان گروه‌هاي تخليه منابع، تخليه منابع فسيلي بيشترين تاثير سوء زيست محيطي را در توليد ذرت در منطقه مغان داشتند (شیری و همکاران، 1397). خرم‌دل و همکاران (1398) اثرات زیست محیطی نظام‌های تولید زعفران (Crocus sativus L.) تحت تاثیر اندازه زمین با استفاده از ارزیابی چرخه حیات را مورد بررسی قرار دادند. در این تحقیق، LCA براساس روش ISO14044، در چهار گام شامل مشخصسازی اهداف و حوزه عمل، ممیزی چرخه حیات، ارزیابی تاثیر چرخه حیات و تلفیق، نتیجهگیری و تفسیر نتایج محاسبه گردید. نتایج نشان داد که اندازه زمین، میزان مصرف نهادهها و اثرات زیست محیطی را در واحد عملکرد گل تحت تاثیر قرارداد و گروههای اوتریفیکاسیون و گرمایش جهانی حساسیت بیشتری نسبت به شدت فشردهسازی تحت تاثیر اندازه زمین دارند، بنابراین افزایش کارایی مصرف منابع، یکی از رویکردهای مناسب برای کاهش اثرات زیست محیطی همگام با بهبود عملکرد اقتصادی در واحد سطح است (خرم دل و همکاران، 1398).
با توجه به اینکه در کشور ما بحث مهم مدیریت محیط زیستی تولید محصولات کشاورزی مورد غفلت واقع‌شده است، در این مطالعه سعی شده که مناسب بودن روش ارزیابی چرخه‌ی حیات برای ارزیابی اثرات محیط زیستی محصولات کشاورزی (در اینجا محصول پسته) بررسی شود. بنابراین، در این مطالعه اثرات محیط زیستی شامل گرمایش جهانی، اسیدیته، پرغذایی شدن و تخلیه منابع ناشی از تولید پسته در شهرستان رفسنجان، با روش ارزیابی چرخه‌ی حیات بررسی شده است.
مواد و روش‌ها
از نظر جغرافیایی محدوده مورد مطالعه در شهرستان رفسنجان با طول جغرافیایی ״55׳59°59 شرقی و عرض جغرافیایی ״30׳24°29 شمالی قرار داشته و دارای 1518 متر ارتفاع از سطح دریا است. شهرستان رفسنجان با وسعت 10678 کیلومتر در جنوب شرقی ایران و در شمال غربی استان کرمان قرار دارد؛ از شمال به استان یزد، از جنوب به شهرستان‌های بردسیر و سیرجان، از غرب به شهرستان شهربابک و از شرق به شهرستان‌های زرند و کرمان محدود می‌شود (شکل 1). رفسنجان به دلیل مجاورت با کویر از جمله مناطق نیمه‌خشک و کم‌باران به شمار می‌رود.
شکل 1: موقعیت منطقه و باغهای مورد مطالعه (منبع: نگارنده)
از آنجایی که ارزیابی چرخه حیات رهیافتی پیچیده و دقیق است و با توجه به اینکه تحقیق حاضر، می‌بایستی در یک بازه زمانی مشخص به سرانجام برسد، تصمیم گرفته شد که مرزهای سیستم به نحوی تعیین شود که داده‌های موجود در ایران و زمان اجازه انجام تحقیق را بدهد. این مطالعه فرآیند مصرف توسط مصرف‌کننده و دفع پسماند (چرا که هنوز در ایران فرایند مصرف و دفع پسماند حاصل از آن به فرایندی نظام مند تبدیل نشده است) و همچنین نوع ابزارآلات و ابنیه به کار رفته در سیستم‌های تولید را لحاظ ننموده است، اما با استفاده از مرور منابع و همچنین جمع‌آوری اطلاعات از بخش‌های مرتبط، اطلاعات مربوط به نهاده‌های لازم برای تولید پسته، حامل‌های انرژی مصرف شده، حمل‌و‌نقل و تولید پسته لحاظ گردیده است. در این مطالعه مرز سیستم تولید پسته از «گهواره تا دروازه مزرعه« تعیین شد. واحد کارکردی در این مطالعه، تولید یک تن پسته تعیین شد. مرز سیستم تا مرحله تولید کشاورزی در نظر گرفته شد. مرحله کشاورزی شامل روش‌های کشاورزی است که توسط کشاورز به کار برده می‌شود مانند آبیاری و روش‌های آن، کنترل علف‌های هرز، هرس، مدیریت استفاده از کودها و آفتکشها (شکل 2).
داده‌های لازم برای این مطالعه به دو دسته داده‌های اولیه و ثانویه تقسیم می‌شوند. داده‌های اولیه شامل میزان کودها و آفت‌کش‌های مصرف شده، میزان برداشت میوه پسته، مصرف آب و الکتریسیته برای آبیاری، مصرف سوخت برای تراکتور و سایر ماشین‌آلات و ... میباشد. این دادهها از طریق مشاهده، پرسشنامه جمع‌آوری شد. پرسشنامه‌ها از طریق مصاحبه حضوری با کشاورزان تکمیل گردید. داده‌های اقلیمی و خاکی نیز از «مرکز تحقیقات پسته» واقع در شهرستان رفسنجان جمع‌آوری شد. داده‌های ثانویه شامل منابع داده‌های مختلف است؛ مقالات بین‌المللی که برای برآورد دادههایی که جمع‌آوری آن‌ها از مزارع امکان‌پذیر نمی‌باشد (مانند انتشار نیتروژن و آفتکشها و برخی ترکیبات از مزارع) و پایگاه‌های داده بین‌المللی که در محاسبه مصرف مواد و انرژی برای تولید نهادهها استفاده می‌شود (مانند آفتکشها و کودها). برای صورت‌برداری داده‌های مربوط به تولید کودها و آفتکشها از داده‌های EcoInvent®2.0 در نرم‌افزارSimaPro7.2 استفاده شد. کودهای شیمیایی استعمال شده شامل اوره، سوپرفسفات تریپل و پتاسیم سولفات بودند.
برای برآورد انتشارات مستقیم از باغ پسته (شامل انتشار ترکیبات نیتروژنه، فسفر و آفتکشها) از روش‌های موجود در مقالات بین‌المللی استفاده شد. انتشارات نیتروژن و فسفر، ناشی از مصرف کودهاست. در مطالعات LCA در کشاورزی، انتشارات مستقیم نیتروژن معمولاً در مرحله تولید کشاورزی اتفاق می‌افتد. انتشارات نیتروژن شامل انتشار آمونیاک (NH3) از طریق تصعید، انتشار نیتروز اکسید (N2O) و آبشویی نیترات است. اغلب برآورد انتشار واقعی و دقیق نیتروژن به محیط آب و هوا مشکل است چون به نوع خاک، شرایط اقلیمی و عملیات مدیریتی کشاورزی وابستگی زیادی دارد. اندازهگیری این انتشارات نیازمند صرف وقت و هزینه زیادی است که در هر مورد نیز تغییرپذیری زیادی نشان می‌دهد(14). در این مطالعه مانند اغلب مطالعات ارزیابی چرخه حیات کشاورزی، برای تخمین انتشارات ترکیبات نیتروژن(NH3، N2O،NO3 ) ناشی از استعمال کودها، از روش پیشنهادی برنتراپ15و همکاران (2000) و EPA (1995) استفاده شد. انتشار فسفر، ناشی از کودهای فسفره است که در اثر فرسایش و رواناب به آب‌های سطحی وارد می‌شود. روش استعمال کود در اغلب باغات پسته مورد مطالعه به‌صورت چال کود است، در این روش چاله ای در کنار درخت به عمق 7/0 تا 1 متر حفر می‌شود و کود شیمیایی و دامی به صورت مخلوط درون چاله دفن می‌شود. در روش چال کود تلفات کود به حداقل می‌رسد. بنابراین باتوجه به عدم تحرک فسفات در خاک و نیز دفن کردن کود در عمق چاله، میزان تلفات فسفات از طریق رواناب و فرسایش صفر در نظر گرفته شد. مصرف سوخت دیزل در موتور تراکتور و سایر ماشین‌آلات مربوطه، منجر به آزاد شدن برخی ترکیبات مضر به هوا می‌شود. فاکتورهای انتشار برای مصرف سوخت دیزل توسط IPCC (1996) و ساهله16 و پوتینگ17 (2013) ارائه شده است. برای برآورد انتشار آفتکشها به هوا از روش پیشنهادی وان در برگ18 و همکاران (1999) استفاده شد. اسپری کردن و تصعید پس از آن، دلایل اصلی انتشار آفتکشها هستند.
در مرحله بعد به ارزیابی اثر و طبقات اثر پرداخته شد تا بتوان مشخص ساخت که کدام طبقات اثر لحاظ شوند و نیز برای ارزیابی تأثیر از چه روشی استفاده شود. در این مطالعه، همه ده طبقه اثر موجود در روش مطرح شده است. این ده طبقه اثر شامل تهی‌سازی منابع غیرزنده، پتانسیل اسیدی شدن، پتانسیل پرغذایی، پتانسیل گرمایش جهانی ، پتانسیل کاهش لایه اوزون، پتانسیل سمیت برای انسان، پتانسیل سمیت برای آبزیان آب‌های شیرین، پتانسیل سمیت برای آبزیان آب‌های دریایی، پتانسیل سمیت برای اکوسیستم‌های خشکی، پتانسیل تشکیل اکسید فتوشیمیایی به‌منظور تعیین اثرات لحاظ گردید. در این مطالعه برای ارزیابی اثر چرخه حیات از نرم‌افزار SimaPro 7.2 استفاده شد.
شکل 2- مراحل اجرای ارزیابی چرخه حیات (ISO, 2006)
یافته‌های پژوهش
در این بخش ابتدا به مرحله صورت‌برداری سامانه تولیدی پسته در شهرستان رفسنجان پرداخته شد و سپس نتایج به‌دست آمده از نرم‌افزار سیماپرو در طبقات اثر گرمایش جهانی، کاهش لایه اوزون، پرغذایی، سمیت برای انسان، سمیت برای اکوسیستم‌های خشکی، کاهش منابع غیرزنده، سمیت برای آب‌های شیرین، پتانسیل تشکیل اکسید فتوشیمیایی ارائه گردید. در سیستم کشت تولیدی پسته در شهرستان رفسنجان از انواع کودهای شیمیایی، به‌ویژه کود اوره، کودهای فسفات‌دار و کودهای پتاسیم‌دار استفاده می‌شود. همچنین از کود حیوانی نیز استفاده می‌شود. از حشره‌کش‌هایی همچون دیازنون و لوفوکس در مرحله داشت استفاده می‌شود. برای مقابله با علف‌های هرز از رنداپ و پاراکوات بهره گرفته می‌شود. برای آبیاری از نیروی الکتریسیته برای پمپاژ آب استفاده می‌شود. از ماشین‌آلات برای مقابله برای علف هرز و سم پاشی درختان استفاده می‌شود. در جدول 1 صورت‌برداری چرخه حیات برای به ازای یک‌تن پسته تولیدی آورده شده است.
جدول 1- صورت‌برداری چرخه حیات به ازای یک‌تن پسته
ورودی | واحد | ||||
آبیاری |
| مترمکعب | 10454 | ||
کودها | اوره | کیلوگرم | 185 | ||
تریپل فسفات | کیلوگرم | 450 | |||
سولفات پتاسیم سولفات آمونیوم | کیلوگرم کیلوگرم | 270 180 | |||
کود دامی |
| تن | 5/27 | ||
آفتکشها حشره‌کش‌ها علف‌کش‌ها قارچ‌کش‌ها |
|
کیلوگرم کیلوگرم کیلوگرم |
5/5 5/4 5/4 | ||
سوخت مصرفی (گازوئیل) |
| لیتر | 820 | ||
الکتریسیته |
| کیلووات | 6700 | ||
انتشار | نیترات | کیلوگرم | 1/17 | ||
فسفات | کیلوگرم | --- | |||
NH3 | کیلوگرم | 2/25 | |||
CO2 | کیلوگرم | 2355 | |||
CO | کیلوگرم | 3/25 | |||
N2O | کیلوگرم | 5/2 | |||
NOx | کیلوگرم | 5/5 | |||
N2 | کیلوگرم | 5/3 | |||
بعد از جمع‌آوری اطلاعات لازم از مزرعه و محاسبه انتشارات از روش‌های معتبر جهانی برنتراپ و همکاران (2000) و نیمک19 و همکاران (2007) سپس دادهها به نرم‌افزارSimaPro 8.0.430 وارد و نتایج تحقیق به شرح زیر به دست آمد.
[1] . Brentrup
[2] . Isermann
[3] . Hunt
[4] . Franklin
[5] . Danni chang
[6] . Fava
[7] . Ekvall
[8] . Rebitzer
[9] . Fatta
[10] . Avraamides
[11] . Cyprus
[12] . Hokazono
[13] . Busto
[14] .Blengini
[15] .Brentrup
[16] .Sahle
[17] .Potting
[18] .Van den Berg
[19] .Nemeck
شکل 3- ارزیابی اثرات محیطزیستی کشت پسته
در این تحقیق دادهها با روشCML 2 baseline 2000/ world 1995 تحلیل شد. نتایج عددی در جدول 2 به شرح زیر است.
جدول 2- مقدار اثرات محیطزیستی تولید یک تن تولید پسته
طبقه اثر | واحد | مقدار |
کاهش منابع غیرزنده | کیلوگرم | 42/52 |
اسیدی شدن | کیلوگرم SO2 | 36/76 |
گرمایش جهانی | کیلوگرم CO2 | 5/2380 |
کاهش لایه ازن | کیلوگرم CFC | 00092/0 |
سمیت برای انسان | کیلوگرم 1.4DB | 5/1123 |
سمیت آبزیان آب شیرین | کیلوگرم 1.4DB | 951 |
سمیت آبزیان دریایی | کیلوگرم 1.4DB | 3/208551 |
سمیت برای خاکزیان | کیلوگرم 1.4DB | 68/26 |
اکسیداسیون فتوشیمیایی | کیلوگرم C2H4 | 27/1 |
پرغذایی | کیلوگرم PO4- | 2/18 |
- کاهش منابع غیرزنده
کاهش منابع غیرزنده مربوط به استفاده از منابع غیرزنده مانند سوخت‌های فسیلی یا مواد معدنی است که دسترسی نسل‌های آینده به این منابع کاهش می‌دهد. مقدار این طبقه اثر برای تولید یک تن پسته معادل 42/52 کیلوگرم sb میباشد. تجزیه‌وتحلیل نتایج نشان داد که کودها بیشترین اثر و بعد آن الکتریسیته و گازوییل در کاهش منابع غیرزنده نقش داشتند. مقدار اثر هر یک از ورودیها بر تخلیه منابع زنده در شکل 4 آورده شده است.
شکل 4- مقدار اثر هر یک از ورودیها بر طبقه اثر تخلیه منابع زنده
- اسیدی شدن
این طبقه اثر تأثیر مواد اسیدزا آزادشده به اکوسیستم‌ها را نشان می‌دهد. به ازای تولید هر تن پسته تولیدی 36/76 کیلوگرم SO2 به محیط زیست منتشر می‌شود که دارای اثرات اسیدی شدن است. مهم‌ترین بخش‌هایی که روی اسیدی شدن تأثیر دارند می‌توان به انتشارات مستقیم از مزرعه، کودها و الکتریسیته اشاره کرد. عوامل مؤثر در اسیدی شدن در شکل 5 آورده شده است.
شکل 5- مقدار اثر هر یک از ورودیها بر طبقه اثر اسیدی شدن
- پرغذایی
پرغذایی یا اتروفیکاسیون برای یک تن پسته تولیدی در شرایط رفسنجان معادل 2/18 کیلوگرم PO4 به محیط وارد می‌شود. در تولید پسته انتشارات مستقیم از مزرعه و بعد آن کودها بیشترین اثر را روی پرغذایی را در سامانه تولیدی داشتند. در شکل 6 سهم هرکدام از ورودیها بر پرغذایی آورده شده است. خدا رضایی و همکاران (1394) پرغذایی را برای منطقه طارم 25/8 کیلوگرم PO4 به ازای ی‌تن زیتون تولیدی محاسبه کردند. تلفات از ترکیبات دارای نیتروژن و فسفر که در مزرعه استفاده می‌شوند منشأ اصلی پرغذایی هستند.
شکل 6- مقدار اثر هر یک از ورودیها بر طبقه اثر پرغذایی
- پتانسیل گرمایش جهانی
گرمایش جهانی یکی از مهم‌ترین مسائل حال حاضر در جهان محسوب می‌شود. در تحقیق حاضر به ازای هر تن پسته تولیدی در شرایط رفسنجان 5/2380 کیلوگرم دی‌اکسید‌کربن به محیط آزاد می‌شود. در این طبقه اثر کودها و بعد از الکتریسیته بیشترین تأثیر را داشتند. مقدار اثر هر یک از ورودیها بر این طبقه اثر در شکل 7 آورده شده است.
شکل 7- مقدار اثر هر یک از ورودیها بر طبقه اثر گرم شدن جهانی
- تخریب لایه اوزون
این طبقه اثر تأثیر مواد انتشاریافته در از بین بردن لایه اوزون را کمی می‌کند. مقدار عددی تخریب لایه اوزون معادل 00092/0 کیلوگرم CFC-11 به ازای هر تن تولیدی پسته است. سوخت مصرفی دیزل و کود شیمیایی در تخریب لایه اوزون بیشترین سهم را داشتند. سهم عوامل مؤثر در تخریب لایه اوزون در شکل 8 زیر آورده شده است.
شکل 8- مقدار اثر هر یک از ورودیها بر طبقه اثر تخریب لایه اوزون
- سمیت
در نرم‌افزار سیماپرو روش CML2baseline2000V2.05 و نرمال‌سازی world 1995 4 نوع سمیت بررسی می‌شود؛ که شامل سمیت برای انسان، سمیت برای خاکزیان، سمیت برای آب‌های شیرین و سمیت برای آبزیان دریایی میباشد. سمیت بیشتر ناشی از انتشار آفتکشها و استفاده از کودها است
- سمیت برای انسان
در مطالعه حاضر در طبقه اثر سمیت برای انسان برای کشت پسته 5/1123 کیلوگرم 1,4-DB است. کودها، الکتریسیته و آفتکشها بیشترین اثر را بر سمیت برای انسان به همراه داشت. سهم هر کدام از ورودیها در طبقه اثر سمیت برای انسان در شکل 9 آورده شده است.
شکل 9- مقدار اثر هر یک از ورودیها بر طبقه اثر سمیت برای انسان
- سمیت برای آبزیان آب شیرین
مقدار عددی محاسبه شده برای این طبقه اثر در این تحقیق به ازای تولید یک تن پسته 951 کیلوگرم 1,4-DB به دست آمد. انتشارات مستقیم از مزرعه، کودها و الکتریسیته بیشترین تأثیر را بر سمیت برای آبزیان به همراه داشت (شکل 10).
شکل 10- مقدار اثر هر یک از ورودیها بر طبقه اثر سمیت برای آبزیان آب شیرین
- سمیت برای آبزیان دریایی
در شرایط رفسنجان برای تولید یک تن پسته مقدار سمیت برای آبزیان معادل 208551 کیلوگرم 1,4-DB به دست آمد. کودهای شیمیایی بیشترین تأثیر را داشتند بعد از آن آفتکشها بودند (شکل 11).
شکل 11- مقدار اثر هر یک از ورودیها بر طبقه اثر سمیت برای آبزیان دریایی
- سمیت برای خاکزیان
سمیت برای خاکزیان به ازای یک تن پسته تولیدی معادل 68/26 کیلوگرم 1,4-DB به دست آمد. بیشترین تأثیر را بر روی این طبقه اثر مربوط به انتشارات مستقیم از تولید و بعد از آن کودها و الکتریسیته است (شکل 12).
شکل 12- مقدار اثر هر یک از ورودیها بر طبقه اثر سمیت برای خاکزیان
- پتانسیل اکسیداسیون فتوشیمیایی
آخرین طبقه موردبررسی پس از تجزیه و تحلیل دادهها پتانسیل اکسیداسیون فتوشیمیایی است که مقدار آن معادل 27/1 کیلوگرم C2H4 به ازای یک تن پسته تولیدی به دست آمد. در این طبقه اثر کودها به‌خصوص کود فسفات و بعد از آن انتشارا مستقیم از تولید بیشترین تأثیر را داشتند (شکل 13).
شکل 13- مقدار اثر هر یک از ورودیها بر طبقه اثر اکسیداسیون فتوشیمیایی
بحث و نتیجه گیری
ارزیابی اثرات محیط زیستی تولید پسته در رفسنجان نشان دادکه استفاده از دیزل و الکتریسیته به‌عنوان منبع انرژی منجر به انتشار CO2، NOx، SOx و فلزات سنگین به محیط می‌شود. در تحقیق حاضر کارایی پایین آبیاری به وضوح قابل مشاهده است. برای پمپاژ این آب از نیروی الکتریسیته استفاده می‌شود که این خود بر طبقه اثرات کاهش منابع و گرمایش جهانی اثرات قابل مشاهده‌ای دارد. طبق نتایج تحقیقات بوستو و بلنجینی (2009) در زمینه سناریو بهبود کشاورزی، با اجرایی شدن سیستم قطره‌ای کردن باغ‌ها مصرف آب کاهش و در نتیجه نیروی برق کمتری استفاده می‌شود. در طبقه اثر کاهش منابع بیشترین اثرات مربوط به کودها و الکتریسیته بود. با تقسیط کوددهی می‌توان از میزان مصرف کودها کاست و در نتیجه اثرات ناشی از آن‌ها کاهش یابد.
تجزیه و تحلیل داده‌های تولید پسته نشان داد که انتشارات ناشی از کودها در طبقات کاهش منابع، گرم شدن جهانی، سمیت برای انسان، سمیت برای آبزیان دریایی و فتواکسیدان شیمیایی بیشترین نقش را داشت. این نتایج با نتایج بررسی‌های فتا و آورامیدس (2008) مطابقت دارد. در مراحل تولید پسته از ماشین‌آلات برای سم‌پاشی و مبارزه با علف‌های هرز استفاده می‌شود انتشارات ناشی از سوختن گازوییل باعث آزاد شدن CO2،NOx و SOx می‌شود. انتشارات ناشی از مصرف سوخت‌ها بیشترین اثر را در تخریب لایه اوزون دارد. با توجه به نتایج بررسی‌های هوکازونو و همکاران (2009) در زمینه نقش کشاورزی مدرن در کاهش گازهای گلخانه‌ای، استفاده از ماشین آلات جدیدتر و با تکنولوژی بالاتر باعث می‌شود که سوخت کمتری مصرف و در نتیجه میزان انتشارات ناشی از مصرف کاهش می‌یابد.
اوره و سایر کودهای نیتروژنه باعث انتشار گازهای N2O،NOx و NH3 به هوا و NO3 به آب‌های زیرزمینی می‌شود. با مصرف تقسیطی کودها به‌ویژه کود اوره می‌توان از آبشویی و انتشار گازهای آن‌ها کاست.
آفت‌کش‌های مورد استفاده باعث تشدید اثرات بر طبقه اثرهای سمیت شد. با توجه به نتیجه تحقیق مبنی بر اثرات بر تخلیه منابع پیشنهاد می‌شود با استفاده از کودهای بیولوژیک و کمپوست و همچنین تقسیط کوددهی تأثیر کودها را بر این طبقه اثر کاهش داد. در طبقه اثر اسیدی شدن تولید پسته بیشترین سهم اثر مربوط به انتشارات مستقیم از باغ و بعد از آن کود شیمیایی به‌خصوص فسفر بیشترین اثر را داشت. این نتیجه مطابق با نتایج بررسی فتا و آوارامیدس (2008) میباشد. در طبقه اثر گرم شدن جهانی کود شیمیایی و الکتریسیته بیشترین اثر را داشتند و این نتیجه مطابق نتایج تحقیقات شاه محمدی و همکاران (1395) میباشد. در طبقه اثر پرغذایی، تولید مستقیم از باغ و کودها به خصوص کود فسفاته بیشترین سهم را داشتند. در طبقه اثر تخریب لایه اوزون بیشترین اثر مربوط به مصرف دیزل و بعد از آن کودها بود. در طبقه اثر سمیت برای انسان، کودها بیشترین اثر و بعد از آن آفتکشها بیشترین تأثیر را داشتند. در طبقه اثر سمیت برای آبزیان آب شیرین تولید مستقیم از باغ بیشترین اثر را داشت. در طبقه اثر سمیت برای خاکزیان تولید مستقیم بیشترین اثر و بعد از آن کودها و افت‌کش‌ها بیشترین اثر را داشتند. کودهای فسفاته بیشترین اثر را در طبقه اثر اکسیداسیون شیمیایی داشت. این نتیجه با نتایج تحقیقات شیری و همکاران (1397) مطابقت دارد. با توجه به آنچه گفته شد و هدف اصلی نظام‌های تولید پایداری آن‌ها است باید در راستای پایداری نظام تولیدی حرکت کرد شکل پایین نمایی کلی از چهارچوب ارزیابی برای پایداری میباشد.
با توجه به نتایج به دست آمده از بخش یافته‌های تحقیق پیشنهادها بر دو نوع استراتژیهای ساختاری و استراتژیهای آگاه‌سازی ارائه می‌شود.
• استراتژیهای ساختاری
تعمیر ماشین‌آلات قدیمی یا استفاده از ماشین‌آلات جدید برای افزایش راندمان مصرف نهادهها؛ توسعه سیستم‌های آبیاری قطره‌ای؛ استفاده از ارقام اصلاح‌شده جدید مناسب منطقه؛
• استراتژیهای آگاه‌سازی
آموزش روش‌های تلفیقی مبارزه با آفات و بیماری‌های مهم؛ آموزش کشاورزان به‌منظور ارتقا سواد محیطزیستی؛ کاهش مصرف کودهای شیمیایی و جایگزین کردن آن‌ها با کود دامی و بیولوژیک؛ تقسیط کودهای نیتروژنه و استفاده از کودهای ریزمغذی موردنیاز پسته؛ تشکیل دفتر چرخه حیات برای ایجاد پایگاه داده ملی LCI محصولات کشاورزی؛ حمایت سازمان‌های دولتی از پروژه‌هایی که ارزیابی اثرات محیطزیستی محصولات کشاورزی را انجام می‌دهند.
منابع
خرم دل، س؛ نصیری محلاتی، م؛ معلم بنهنگی، ف و ملافیلابی، ع (۱۳۹۸). بررسی اثرات زیست محیطی نظام‌های تولید زعفران (Crocus sativus L.) تحت تاثیر اندازه زمین با استفاده از ارزیابی چرخه حیات، فصلنامه زراعت و فناوری زعفران، دوره 7، شماره 2.
شاه محمدی، ع. ر؛ ویسی، ه؛ خوشبخت، ک، مهدوی دامغانی، ع؛ سلطانی، ا (1395). ارزیابی چرخه حیات تولید سیبزمینی به روش نیمه مکانیزه در ایران: مطالعه موردی، استان مرکزی. مجله مهندسی بیوسیستم ایران، دوره 47، شماره 4، ص 666-659.
شيري، م ر؛ عطايي، ر؛ گل زردي، ف (1397). بررسي چرخه حيات (LCA) نظام توليد ذرت در شرايط آب و هوايي مغان، علوم محیطی، دوره 16، شماره 1، ص 191-206.
مجلس شورای اسلامی ـ (1388) ـ پایگاه اطلاع رسانی مرکز پژوهش‌های شورای اسلامی ، گزارش مرکز پژوهش‌ها درباره چگونگی اصلاح الگوی مصرف کود ، سم ، بذر و نهال در بخش کشاورزی ایران www.Majles.ir.
میرحاجی، ح؛ خجسته پور، م.ح؛ مهدوی شهری، س.م (1391)ـ ارزیابی اثرات زیست محیطی تولید چغندر (Beta valgaris.L) با روش ارزیابی چرخه حیات (مطالعه موردی: مزارع استان خراسان جنوبی). نشریه بوم‌شناسی کشاورزی ـ جلد4 ـ شماره 2، ص120-112.
Blengini, G. A. & Busto, M. (2009). The life cycle of rice: LCA of alternative agri-food chain management systems in Vercelli (Italy). Journal of environmental management, 90(3):1512-1522.
Brentrup, F. Kuster S, j. Kuhlmann, H. and Lammel, j. (2001). Application of the live Cycle Assessment methology to agricultural production: an example of sugar beet production with different Froms of nitrogen fertilizers. European journal of Agronomy, 14:221-233.
Danni chang a, C.K.M Lee b,*, Chun- Hsien Chen. Review of life cycle asseassment to wards sustainable product development. Journal of Cleaner Production. 83(2014), 48-54
Rebitzer G, EKvall, T., Baumann, H., 2005. Life cycle assessment: expectations, drawbacks and perspectives. J. Clean. Prod. 1 (3-4), 131-137.
Hunt, R.G., Franklin, W.E., 1996. LCA how it came about personal reflections on the origin and the development of LCA in the USA. Int. j. LCA 1(1), 4-7.
Fava, J.A., Denison, R., Jones, B., Curran, M.A., Vigon, B., S., 1991. A Technical Chemistry, Framework for Life-cycle Assessment. Society of Environmental Toxicology and Washington, DC, USA.
Ekvall, t., 2002. Cleaner production tools: LCA and beyond. Journal of Cleaner Production. 10(5), 403-406.
Russell, A., Ekvall, T., Baumann, H., 2005. Life cycle assessment e introduction and overview. J. Clean. Prod. 13(13-14), 1207-1210.
Avraamides, M. & Fatta, D. (2008). Resource consumption and emissions from olive oil production: A life cycle inventory case study in Cyprus. Journal of Cleaner Production. 16:809–821.
Hokazono, S. Hayashi, K. & Sato, M. (2009). Potentialities of organic and sustainable rice production in Japan from a life cycle perspective. Paper presented at the Agronomy Research.
Blengini, G. A. & Busto, M. (2009). The life cycle of rice: LCA of alternative agri-food chain
management systems in Vercelli (Italy). Journal of environmental management, 90(3):1512-1522.
Isermann, K. (1990): Ammoniac Emissionen der Land wirtschaft, ihrer Stickstoffbilanz- und hinreichende L6sungsansfitza zur Minderung-Bundes for schungsanstalt liir landwir tschaft (FAL), Braunschweig, Germany.
پژوهش و فناوری محیط زیست، دوره چهارم، شماره شش، پاییز و زمستان 98 93
