Evaluation of Energy Indicators in Monoculture, Intercropping, and Agroforestry Systems of Okra (Abelmoschus esculentus L.) Production in Khuzestan Province

. مقدمه

استان خوزستان بالاترین سطح برداشت و تولید محصولات زراعی را در ایران به خود اختصاص داده است و یکی از محصولات کشت­شده در این استان بامیه (Abelmoschus esculentus L.) می‌باشد که با­توجه­به شرایط مورد نیاز اکولوژیکی در استان خوزستان، عملکرد قابل‌ توجهی دارد (Javam et al., 2020). زمان مناسب برداشت محصول در استان خوزستان باعث شده که این محصول از قیمت قابل توجهی برخوردار باشد و این امر باعث اقبال کشاورزان در کشت آن شده است (Javam et al., 2020). بررسی‌ها نشان می‌دهد که این محصول به صورت کشت مخلوط همراه با گیاهانی نظیر خیار، لوبیا و دیگر گیاهان بهاره کشت می‌شود. بالاترین سطح کشت مخلوط در استان نیز با گیاه خیار می‌باشد، که به تنهایی کشت خیار حدود پنج هزار هکتار را به خود اختصاص داده است که بخشی از آن در کشت مخلوط با گیاه بامیه می‌باشد. در شرایط دیگر، این گیاه زراعی به صورت آگروفارستری در میان درختان خرما که یکی از محصولات کشاورزی استان می‌باشد و از سطح زیر کشت قابل توجهی نیز برخوردار است کشت می‌شود. کشت خالص بامیه نیز که سطح زیر کشت بالاتری دارد در نقاط مختلف استان متداول است (Javam et al., 2020). میزان تولید جهانی بامیه 54/10 میلیون تن از سطحی معادل 5/2 میلیون هکتار است (FAO, 2021). بیشترین سطح زیر کشت به­ترتیب در کشورهای نیجریه، هند و نیجر گزارش‌ شده است؛ با­این­حال بالاترین عملکرد سالانه به­ترتیب در هند، نیجریه و سودان می‌باشد (FAO, 2021). سطح زیر کشت بامیه در ایران 1756 هکتار می‌باشد و استان خوزستان با 1611 هکتار بیشترین سطح زیر کشت کشور را دارد (Ministry of jihad-e-agriculture, 2021; Javam et al., 2020). میوه بامیه با دارا­بودن ویتامین­ها، کارتنوئید­ها و فلاونوئیدها دارای خواص آنتی­اکسیدانی قابل توجهی می‌باشد (Fekadu Gemede et al., 2015). مصرف بامیه همچنین می‌تواند خواص درمانی دیابتی، چربی خون، میکروبی، درمان زخم و بیماری‌های عصبی، تحریک معده و روده، عفونت‌های داخلی، بیماری‌های دندان و برونشیت داشته باشد ((Dantas et al., 2021; Romdhane et al., 2020.

امروزه یکی از مهم‌ترین مباحث اکولوژیکی در بخش کشاورزی و توسعه پایدار آن بررسی میزان انرژی تولیدشده به‌ازای مقدار انرژی مصرف­شده می‌باشد. به‌طور کلی می‌توان گفت هر سیستم زراعی که بهره‌وری انرژی بالاتری داشته باشد در جهت توسعه و کشاورزی پایدار حرکت می‌کند و در مقابل نیز می‌تواند آثار زیان‌بار زیست‌محیطی و ناپایداری اکولوژیکی را به همراه داشته باشد (Nabavi-Pelesaraei et al., 2021). امروزه با­توجه­به ابزارهای علمی می‌توان میزان انرژی مصرفی، تولیدی و جایگاه و میزان اثرگذاری هر نهاده در فرآیند یک سیستم کشاورزی در شرایط متفاوت تولید را بررسی کرد (Nabavi-Pelesaraei et al., 2022). به‌طور کلی سهم کشاورزی از مصرف انرژی کل کشور 6/3 درصد می‌باشد که این مقدار از متوسط جهانی (2/2 درصد) بالاتر می‌باشد (Tavakkoli Kakhki & Ghodsi, 2020). مطالعات نشان می‌دهد میزان انرژی مصرف­شده و تولیدی در سیستم‌های مختلف کشاورزی، نوع محصول تولیدی و همچنین شیوه مدیریت آن متفاوت می‌باشد، بنابراین شیوه مدیریت در سیستم‌های کشاورزی از اهمیت بالایی برخوردار است، چرا که در نهایت پایداری سیستم می‌تواند متفاوت باشد (Javam et al., 2020). مطالعات اخیر نشان می‌دهد استفادة بیش ‌از حد انرژی باعث بروز برخی از مشکلات مربوط به‌ سلامتی انسان و محیط ‌زیست شده است؛ لذا بررسی انتشار آلاینده‌ها در فرایندهای تولید مواد غذایی امری ضروری به نظر می‌رسد (Kouchaki-Penchah et al., 2016). این استفاده بی‌رویه در صنعت کشاورزی، منجر به ازبین­رفتن تنوع زیستی و آلودگی زیست‌گاه‌های آبی شده است. سهم کشاورزی در انتشار گازهای گلخانه‌ای حدود 16 درصد کل انتشارات گازها در جهان می‌باشد (Nabavi-Pelesaraei et al., 2022).

بررسی مؤلفه‌های انرژی در سامانه‌های تولید برنج نشان داد بیشترین سهم از انرژی کل ورودی به سیستم متعلق به نهاده سوخت دیزلی بود و همچنین سامانه تولید ارگانیک و کم­نهاده از سازگاری بیشتری برخوردار بود (Pirdashti et al., 2021). بررسی میزان انرژی تولید محصولات کشاورزی در کرمانشاه نشان داد که کودهای شیمیایی، سوخت دیزلی و آب برای آبیاری بیشترین میزان انرژی را در بخش کشاورزی به خود اختصاص داده­اند (Karamian et al., 2021). شاخص‌های انرژی در نظام­های تولید محصولات زراعی و باغی دشت شریف­آباد نشان داد یونجه، انار و انگور بیشترین انرژی ورودی و یونجه، ذرت علوفه‌ای و گندم بیشترین انرژی خروجی را داشتند (Vafabakhsh & Mohammadzadeh, 2019). مطالعه پایداری بوم­نظام‌های کشاورزی استان سیستان و بلوچستان نشان داد کشت یونجه به­دلیل کم‌نهاده­بودن و انرژی ورودی نهاده‌های رایگان و تجدیدپذیر اقتصادی از پایداری بالاتری نسبت به دیگر گیاهان زراعی برخوردار بود (Golshani et al., 2021).

سهم نهاده در میزان انرژی در نظام‌های حفاظتی گندم نشان داد نهاده‌های الکتریسیته، کودهای شیمیایی و سوخت مصرفی به­ترتیب با 43، 23 و 12 درصد بالاترین سهم انرژی را به خود اختصاص دادند (Tavakkoli Kakhki & Ghodsi, 2020). بررسی میزان انرژی مصرفی در روش‌های مرسوم و جایگزین کشت برنج نشان داد روش‌های مرسوم، انرژی مصرفی بالاتری دارند و سهم بالایی از این انرژی به انرژی‌های غیر مستقیم و تجدیدپذیر اختصاص داشت (Htwe et al., 2021). میزان کل انرژی مصرف­شده در تولید خرما 52/35 گیگاژول در هکتار می‌باشد که بین این نهاده‌ها سهم آبیاری، گازوئیل و کود دامی بیشتر از دیگر نهاده‌ها است (Hesampour et al., 2022a).

تک‌کشتی محصولات زراعی به دلیل عملکرد بالا و سهولت در تولید، به عنوان ساده‌ترین راه ‌حل برای تأمین نیاز غذایی جامعه معرفی شده است. با­این­حال این روش کاشت منجر به ناپایداری در تولید می‌شود، از­این‌رو کشت مخلوط به عنوان یکی از روش‌های جایگزین مطرح شده است (Bourke et al., 2021). کشت توأم دو یا چند گیاه که به شکلی تقلید از طبیعت می‌باشد به عنوان یک راهکار کلیدی در کشاورزی پایدار به حساب می‌آید (Karami et al., 2022). افزایش عملکرد محصول در واحد سطح در شرایط کشت مخلوط نسبت به شرایط کشت خالص از مهم‌ترین مزیت‌های کشت مخلوط می‌باشد (Cuartero et al., 2022;
Karami et al., 2022). سیستم جنگل زراعی به دلیل مزایای آن در بهبود درآمد اقتصادی، تنوع زیستی و ذخیره‌سازی کربن به­طور فزاینده‌ای در جهان رو به افزایش است (Jiang et al., 2021). به­طور کلی، جنگل زراعی شامل درختان، علف‌ها و دام‌ها در یک منطقه و سایت زمینی برای دست­یابی به اهداف توسعه پایدار است (Jiang et al., 2021). در این سیستم درختان به عنوان جزء اصلی سیستم در جنگل زراعی می‌باشند (Jiang et al., 2021). به­طور کلی حدود 40 درصد از زمین‌های کشاورزی جهان حداقل 10 درصد پوشش درختی دارند و این مقدار نشان از جایگاه جنگل زراعی در برنامه‌های مدیریتی دارد (Bettles et al., 2021). درخت خرما (Phoenix dactylifera) در ایران و خوزستان از جایگاه ویژه برخوردار است، به­طوری­که پنجمین محصول باغی از نظر تولید در ایران می‌باشد، از­این‌رو در برنامه جنگل زراعی می تواند جایگاه مهمی داشته باشد (آمارنامه جهاد کشاورزی، 1400). سیستم‌های مختلف کشت بامیه در استان خوزستان از لحاظ نهاده‌های مصرفی و تأثیرات آن بر شاخص‌های انرژی با­توجه­به ماهیت مدیریتی این سیستم‌ها می‌تواند متفاوت باشد. بنابراین بررسی انرژی ورودی و خروجی و شاخص‌های انرژی در کشت بامیه در سیستم‌های کشت مخلوط، جنگل زراعی و خالص آن می‌تواند در برنامه‌ریزی‌ها و کاربرد سیستم‌ها با­توجه­به معیارهای انرژی کاربردی باشد.

2. روش‎شناسی پژوهش

این تحقیق در بازه زمانی 1400-1398 و در استان خوزستان انجام شد. استان خوزستان با مساحت 057/64 کیلومتر مربع در جنوب غربی ایران در جوار خلیج‌ فارس و اروندرود قرار دارد و جایگاه نخست کشاورزی ایران است. با­توجه­به سطح زیر کشت و نوع کشت گیاه بامیه استان خوزستان، اطلاعات مورد نیاز در چند شهرستان جمع‌آوری شد. بیشترین سطح زیر کشت بامیه در شهرستان‌های اهواز، دشت آزادگان، دزفول، باوی و شادگان می‌باشد که از نظر اقلیمی شباهت بالایی دارند. همچنین با­توجه­به نخلستان‌های خرمشهر، آبادان و شادگان بیشترین جنگل زراعی بامیه در این شهرستان‌ها می‌باشد. تک‌کشتی مورد مطالعه به­صورت کشت زودهنگام زیر پلاستیک و کشت مخلوط زودهنگام با خیار زیر پلاستیک در اواخر دی تا اواخر بهمن‌ماه می‌باشد. برداشت محصول نیز تا اواسط خردادماه ادامه دارد که دلیل آن قطع آبیاری از مبدأ آن جهت دیگر کشت‌های بهاره همچون برنج می‌باشد. کشت بامیه در جنگل زراعی با­توجه­به معیشتی­بودن آن و سطح زیر کشت کمتر نسبت به دیگر کشت‌ها، به صورت بهاره می‌باشد. در­حالی­که کشت خالص و مخلوط بامیه به صورت زودهنگام و زیر پلاستیک می‌باشد. جنگل زراعی به صورت کشت بهاره و در اواخر اسفند و اوایل فروردین‌ماه می‌باشد. نسبت کشت در مخلوط 75 درصد کشت خالص هر گیاه می‌باشد. با­توجه­به اطلاعات موجود در جهاد کشاورزی استان خوزستان و با­توجه­به فرمول کوکران از 139 کشاورز با­توجه­به میزان همکاری تولیدکنندگان اطلاعات مورد نیاز جمع‌آوری شد (جدول 1). جمع‌آوری اطلاعات با­توجه­به اهداف این تحقیق از مراحل مختلف کشت تا برداشت محصول بود، به­طوری­که تمامی اطلاعات مورد نیاز در مراحل کاشت، داشت و برداشت (مرز سامانه) ثبت و جمع‌آوری شد. نمونه‌های مورد ارزیابی کشاورزانی بودند که حداقل یک هکتار محصولات موردنظر را کشت کرده‌اند و سابقه کشت بامیه دارند (شکل 1). اطلاعات جمع‌آوری­شده جهت ارزیابی شاخص‌های انرژی شامل تمامی نهاده‌های به‌کار­گرفته­شده در مرحله کاشت، داشت و برداشت می‌باشد که در جدول 2 آمده است.

مقدار کمی این اطلاعات جهت ارزیابی شاخص‌های انرژی در ضریب هم‌ارز انرژی یا معادل انرژی ضرب خواهد شد تا میزان انرژی ورودی و خروجی سیستم‌های تولید بامیه به­دست آید. انرژی معادل نهاده‌های بذری، کودهای شیمیایی، سموم شیمیایی، نیروی انسانی، سوخت دیزل و ... در جدول 3 قابل ‌مشاهده می‌باشد.

شکل 1. مرز سامانه مورد مطالعه فرآیند تولید بامیه در استان خوزستان.

جهت بررسی میزان انرژی مصرف­شده و تولید­شده در فرآیند تولید محصول، شاخص‌های مختلفی استفاده می‌شود که با استفاده از این شاخص‌ها امکان شناخت جامع از وضعیت انرژی در کشاورزی امکان‌پذیر می‌باشد. این شاخص‌ها شامل نسبت انرژی، بهره‌وری انرژی، شدت انرژی و افزوده خالص انرژی می‌باشد (Kaab et al., 2019a) (جدول 4).

محاسبه انرژی نیتروژن شامل 46 درصد از وزن اوره مصرفی در هکتار می‌باشد. همچنین پتاسیم و فسفر نیز براساس میزان آن­ها در کودهای مصرفی لحاظ شده است. بذر مصرفی نیز با­توجه­به تهیه­کردن آن از مراکز فروش انرژی آن اندازه‌گیری شد، در­حالی­که اگر بذر خروجی از مزرعه در سال گذشته باشد، با­توجه­به منابع و توصیه‌های انرژی باید از برآورد آن صرف نظر کرد. تمامی شاخص‌ها براساس واحد کارکردی یک هکتار بررسی شده‌اند، تا بتوان سیستم‌های کشت را با یکدیگر مقایسه کرد، چرا که بررسی بر اساس یک تن می‌تواند متفاوت‌تر از سطح هکتار باشد، چرا که عملکرد هر سیستم از نظر وزن متفاوت است (Khoshnevisan et al., 2013). انرژی مورد بحث شامل کلیه حالت‌های آن از جمله مستقیم و غیر مستقیم می‌باشد، که این دو خود به تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر تقسیم خواهند شد. تجدیدپذیر همچون انرژی نیروی انسانی و تجدیدناپذیر شامل نهاده‌هایی همچون سوخت و کودهای شیمیایی می‌باشد. در این مطالعه از روش نمونه‌گیری تصادفی ساده استفاده شد، این روش در واقع آسان‌ترین روش نمونه‌گیری می‌باشد. پس از جمع‌آوری و مرتب­سازی اطلاعات مورد نیاز در بخش‌های مختلف و سیستم‌های متفاوت کشت بامیه در استان خوزستان، تجزیه و تحلیل آن با نرم­افزار اکسل 2019 انجام شد.

3. یافته­های پژوهش و بحث

3-1. انرژی نهاده‌های مصرفی در سیستم‌های کشت بامیه

بررسی نهاده‌هایی که سهم بالایی از انرژی ورودی را در سیستم‌های کشت بامیه دارند نشان می‌دهد به دلیل شیوه مدیریتی متفاوت در کشت بامیه مقادیر آن‌ها متفاوت می‌باشد، به‌طوری­که با­توجه­به میزان نهاده مصرفی در هر سیستم کشت (جدول 2) میزان انرژی ورودی نیز تغییر می‌کند. در شرایط کشت مخلوط بامیه و خیار به دلیل استفاده بیشتر از نیروی انسانی در کاشت و برداشت محصولات، میزان انرژی ورودی آن نسبت به کشت خالص 52/33 درصد و نسبت به جنگل زراعی 93/72 درصد بیشتر بود (جدول 5). در شرایط کشت مخلوط به دلیل افزایش مصرف پلاستیک نسبت به کشت خالص به دلیل عرض بیشتر پشته‌ها میزان انرژی در این نهاده 66/16 درصد بیشتر بود، در سیستم جنگل زراعی نیز به دلیل عدم مصرف پلاستیک جهت کشت زودهنگام میزان انرژی این نهاده صفر می‌باشد (جدول 5). بررسی سوخت مصرفی نیز نشان می‌دهد در شرایط جنگل زراعی به دلیل کشت بامیه در بهار و همچنین مصرف آب در گیاه خرما در فصل گرما دفعات آبیاری افزایش می‌یابد که با­توجه­به آبیاری به وسیله پمپ از کانال‌ها میزان مصرف سوخت و انرژی آن نیز افزایش یافت؛ به‌طوری­که نسبت به کشت خالص 63/23 و نسبت به کشت مخلوط 32/56 درصد بالاتری داشت (جدول 5). مصرف کود شیمیایی در کشت مخلوط بیش از دو سیستم کشت دیگر بود، به­طوری­که با­توجه­به نهاده مصرفی بالاتر کشت مخلوط با 89/12357 مگاژول در هکتار انرژی ورودی کودهای شیمیایی نسبت به کشت خالص 13/17 درصد و نسبت به جنگل زراعی 67/106 درصد انرژی ورودی بالاتری داشت (جدول 5). کشت زیر پلاستیک و هم­زمان دو گیاه خیار و بامیه درکشت مخلوط مصرف کودهای شیمیایی بالاتری نسبت به خالص و جنگل زراعی دارد. در شرایط جنگل زراعی به دلیل مصرف اندک کود شیمیایی در تولید خرما در خوزستان و همچنین دوره کوتاه‌تر بامیه در کشت بهاره مصرف کودهای شیمیایی نیز کمتر است. کشت بهاره بامیه همراه با کود دامی می‌باشد که طبیعت سرد دارد و کشت مخلوط زیر پلاستیک همراه با کود مرغی که طبیعت گرم دارد، این تفاوت به دلیل فصل کاشت و دمای محیط می‌باشد.

با­این­حال نتایج نشان داد مصرف کود مرغی در کشت مخلوط به­دلیل افزایش گیاه در واحد سطح افزایش یافته و ازاین‌رو انرژی ورودی کشت مخلوط نیز نسبت به کشت خالص در حدود 66/11 درصد بالاتر بود (جدول 5). میزان مصرف کود دامی در جنگل زراعی نیز تقریباً نصف کشت زیر پلاستیک آن می‌باشد که بخشی از آن به درخت خرما و بخش بیشتر آن به بامیه اختصاص می‌یابد. کاربرد آفت‌کش‌ها (علف‌کش، حشره‌کش و قارچ‌کش) در جنگل زراعی بیشتر از دو سیستم دیگر بود که یکی از دلایل آن افزایش میزان حشرات در محیط جنگل زراعی و همچنین افزایش علف‌های هرز به دلیل کاهش کاربرد ادوات خاک‌ورزی و بهاره­بودن آن است. میزان مصرف سموم شیمیایی در جنگل زراعی و میزان انرژی ورودی آن با 1881 مگاژول در هکتار نسبت به کشت مخلوط 38/53 و نسبت به کشت خالص 49/63 درصد بالاتر بود (جدول 5). انرژی خروجی سیستم‌های کشت بامیه همان عملکرد محصولات در هکتار می‌باشد که با­توجه­به معادل انرژی آن خروجی جنگل زراعی با­توجه­به ضریب معادل انرژی بالاتر خرما (31/9 مگاژول به ازای هر کیلو) بیشترین انرژی خروجی را با 107065 مگاژول در هکتار به خود اختصاص داد (جدول 5). بررسی انرژی مصرف­شده تولید بادام‌زمینی در استان گیلان نشان دادند میزان کل انرژی نهاده­ها و انرژی ستانده در تولید محصول بادام‌زمینی به­ترتیب حدود 19248 و 87210 مگاژول بر هکتار با کارایی 53/4 بوده و بیشترین میزان مصرف نهاده­ها به کودهای شیمیایی با 45% تعلق داشت (Nabavi-Pelesaraei et al., 2022). بررسی‌های تولید خیار گلخانه‌ای نشان داد به ازای هر تن تولید 45/6626 مگاژول انرژی مصرف شد که جهت کاهش این مقدار با افزایش کارایی فرآیند تولید محصول میزان انرژی ورودی 80/14 درصد کاهش یافت (Hesampour et al., 2022b).

بررسی انرژی مصرف­شده در باغات قزوین نشان داد با­توجه­به تفاوت در مصرف نهاده‌ها، میزان انرژی نیز متفاوت می‌باشد؛ به­طوری­که در پسته، شلیل و هلو نیتروژن و در سیب ماشین‌آلات بیشترین سهم را از انرژی کل داشتند و نهاده‌های شیمیایی همچون کود و سوخت مصرفی سهم بالایی در انرژی کل دارند و بهینه‌سازی آن­ها می‌تواند نسبت انرژی ورودی به خروجی را بهبود بخشد (Ordikhani et al., 2021). ارزیابی انرژی مصرف­شده در تولید پنبه استان گلستان نشان داد 30 درصد از انرژی غیر مستقیم صرف تولید کود نیتروژن می‌باشد و 39 درصد از انرژی مستقیم به نیروی انسانی تعلق دارد (Arefi et al., 2018). بررسی کشت سیب­زمینی در گلستان نیز نشان داد بیشترین انرژی ورودی مربوط به سوخت دیزلی می‌باشد (Feyzbakhsh et al., 2019).

3-2. نسبت انرژی ورودی و خروجی کل در سیستم‌های کشت بامیه

نتایج این بررسی نشان داد بیشترین انرژی کل ورودی در سیستم کشت مخلوط با 27/81269 مگاژول در هکتار و کمترین آن در جنگل زراعی با 42/52502 مگاژول در هکتار به­دست آمد (شکل 2). همچنین نتایج نشان می‌دهد نسبت انرژی خروجی به انرژی ورودی سیستم در کشت‌های مختلف بامیه متفاوت است، به‌طوری­که در شرایط کشت خالص بامیه انرژی کل خروجی سیستم با 17575 مگاژول در هکتار تنها 31/22 درصد کل انرژی ورودی می‌باشد؛ این مقدار در کشت مخلوط 99/45 درصد بود (شکل 2). در­حالی­که در شرایط جنگل زراعی انرژی خروجی 17/46 درصد بیشتر از انرژی ورودی به سیستم بود که نشان از نسبت بالا و مثبت آن دارد (شکل 2). به نظر می‌رسد نیاز کمتر درخت خرما و کاهش نهاده‌های مصرفی در کشت بامیه در سیستم جنگل زراعی از دلایل کمتربودن انرژی ورودی به این سیستم می‌باشد. همچنین ضریب معادل انرژی بالاتر خرما نسبت به دیگر محصولات و عملکرد بالای آن در هکتار از دیگر دلایل بالاتر­بودن انرژی خروجی جنگل زراعی نسبت به کشت خالص و مخلوط می‌باشد. بررسی میزان انرژی مصرفی در روش‌های مرسوم و جایگزین کشت برنج نشان داد روش‌های مرسوم انرژی مصرفی بالاتری دارند، سهم بالایی از این انرژی مختص به انرژی‌های غیر مستقیم و تجدیدپذیر بود (Htwe et al., 2021). بررسی انرژی کشت کدو حلوایی نشان داد انرژی ورودی به سیستم 191/16 و خروجی سیستم 143/27 مگاژول بر هکتار بود و بیشترین سهم از انرژی مصرف­شده متعلق به کودهای شیمیایی بود (Sharifi et al., 2021). میزان انرژی ورودی و خروجی کشت سیب­زمینی در استان گلستان به­ترتیب 8/30 و 2/79 گیگاژول در هکتار و نسبت انرژی خروجی به ورودی 13/2 بود (Feyzbakhsh et al., 2019).

3-3. سهم نهاده‌ها از کل انرژی ورودی در سیستم‌های کشت بامیه

نتایج این بررسی نشان داد در شرایط کشت خالص بامیه بیشترین سهم از انرژی کل ورودی به­ترتیب با 32/39، 11/36 و 40/13 درصد متعلق به سوخت دیزلی، پلاستیک مصرفی و کودهای شیمیایی می‌باشد (شکل 3). کمترین مقدار انرژی ورودی در کشت خالص نیز متعلق به نهاده‌های بذر مصرفی، ماشین‌آلات کشاورزی و سموم شیمیایی بود (شکل 3). در شرایط کشت مخلوط بامیه و خیار بیشترین انرژی ورودی با 83/40، 14/30 و 21/15 درصد در نهاده‌های پلاستیک مصرفی، سوخت دیزلی و کودهای شیمیایی به­دست آمد (شکل 3). کمترین مقدار نیز به­ترتیب در بذر مصرف­شده، کودهای ریزمغذی و ماشین‌های کشاورزی مشاهده شد (شکل 3). بررسی میزان انرژی مصرف­شده در شرایط جنگل زراعی بامیه و خرما نیز نشان داد بالاترین سهم از انرژی کل مصرفی با 93/72، 39/11 و 27/7 درصد به­ترتیب متعلق به سوخت دیزلی، کود شیمیایی و نیروی انسانی می‌باشد، کمترین آن نیز متعلق به بذر مصرفی، ماشین‌های کشاورزی و کودهای ریزمغذی بود (شکل 3). میزان کل انرژی مصرف­شده در تولید خرما 52/35 گیگا ژول در هکتار می‌باشد که در بین نهاده‌ها سهم آبیاری، گازوئیل و کود دامی بیشتر از دیگر نهاده‌ها می‌باشد
 (Hesampour et al., 2022a). بررسی بهره‌وری انرژی تولید گندم و کلزا در شهرستان خرمشهر نشان داد میزان انرژی ورودی در یک هکتار مزارع گندم و کلزا مورد مطالعه 41810 و 33517 مگاژول بود که بیشترین تأثیر را نهاده‌های الکتریسیته، کود نیتروژن و سوخت به خود اختصاص دادند (Khodaei joghan et al., 2022).

بررسی شاخص‌های انرژی تولید گرمک دیم در شهرستان ایلام نشان دادند کل انرژی ورودی و خروجی در تولید گرمک دیم به‌ترتیب برابر با 59/39021 و 43/39190 مگاژول بر هکتار بوده و سوخت دیزل، ماشین‌های کشاورزی و کود نیتروژن به‌ترتیب با سهم 51، 24 و 14 درصد، پرمصرف‌ترین نهاده‌های انرژی بودند. سهم انرژی مستقیم، غیر مستقیم، تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر به‌ترتیب برابر با 57%، 43%، 7% و 93% درصد بود (Kaab et al., 2021). ارزیابی جریان انرژی در تولید پامچال گلخانه‌ای نشان دادند بیشترین سهم از انرژی کل با 66 درصد مرتبط به انرژی مصرف­شده مستقیم بود، در این تحقیق پلاستیک مصرف­شده، سوخت دیزلی و کودهای شیمیایی سهم بالایی از انتشارات کل را داشتند (Salehpour et al., 2020).

4-3. ارزیابی شاخص‌های انرژی سیستم‌های کشت بامیه

نتایج بررسی شاخص‌های انرژی سیستم‌های کشت بامیه نشان داد بالاترین میزان نسبت انرژی با 16/2 در جنگل زراعی بامیه و خرما به­دست آمد که نسبت به کشت خالص (223/0) و کشت مخلوط (460/0) برتری داشت (جدول 6). نسبت انرژی بیانگر میزان انرژی تولیدی به ازای هر مگاژول انرژی ورودی می‌باشد که این نسبت با افزایش میزان انرژی خروجی که خود بیانگر عملکرد بالاتر یک سیستم یا کاهش انرژی ورودی آن است بهبود می‌یابد. عملکرد بهتر جنگل زراعی بامیه در این شاخص به دلیل عملکرد خرما و ضریب انرژی آن و همچنین انرژی ورودی کمتر در هکتار می‌باشد. این میزان در کشت مخلوط با وجود انرژی ورودی بالاتر نسبت به کشت خالص، به دلیل عملکرد بالاتر محصولات (جمع بامیه و خیار) و انرژی خروجی بالاتر نسبت انرژی بالاتری داشت (شکل 2 و جدول 6). بررسی شاخص بهره‌وری انرژی که نشان‌دهنده کیلوگرم محصول تولیدشده به­ازای مگاژول انرژی ورودی می‌باشد نشان داد کشت مخلوط بامیه و خیار با 470/0 کیلوگرم بر مگاژول نسبت به کشت خالص (117/0 کیلوگرم بر مگاژول) و کشت مخلوط (286/0 کیلوگرم بر مگاژول) به­ترتیب 70/301 و 33/64 درصد برتری دارد (جدول 6). مجموع عملکرد تولیدشده در کشت مخلوط نسبت به دیگر سیستم‌های کشت بالاتر می‌باشد؛ این امر با وجود انرژی ورودی بالاتر منجر به برتری در این شاخص شد. کاهش انرژی ورودی و همچنین افزایش عملکرد در واحد سطح می‌تواند این شاخص را بهبود بخشد، به‌طوری­که جنگل زراعی بامیه با افزایش عملکرد در واحد سطح از طریق کشت بامیه زیر درختان خرما نسبت به کشت خالص در این شاخص برتری داشت.

کشت خالص بامیه با­توجه­به انرژی ورودی بالای آن و تک‌محصولی­بودن، از بهره‌وری کمتری برخوردار بود. بررسی شاخص شدت انرژی که نشان‌دهنده مقدار انرژی مصرف­شده جهت تولید محصول می‌باشد نشان داد کشت مخلوط بامیه و خیار با 12/2 مگاژول بر کیلوگرم نسبت به کشت خالص و جنگل زراعی عملکرد بهتری داشت (جدول 6). کشت خالص بامیه با­توجه­به انرژی ورودی بالای آن و همچنین عملکرد محصول در واحد هکتار کمتر نسبت به دیگر سیستم‌های کشت بامیه، از نظر شاخص شدت انرژی نسبت به کشت مخلوط و جنگل زراعی عملکرد ضعیف‌تری داشت؛ به‌طوری­که کشت مخلوط بامیه و خیار و همچنین بامیه و خرما به دلیل عملکرد بالاتر در هکتار از نظر شاخص شدت انرژی وضعیت بهتری داشتند. به نظر می‌رسد جهت بهبود این شاخص در شرایط کشت خالص علاوه‌بر کاهش مقدار انرژی ورودی با بهینه‌سازی مصرف نهاده‌ها، می‌بایست عملکرد در واحد سطح را از طریق شیوه‌های مدیریتی افزایش داد. ارزیابی شاخص افزوده خالص انرژی نشان داد تنها در شرایط جنگل زراعی بامیه و خرما میزان این شاخص مثبت می‌باشد که نشان‌دهنده بالاتربودن انرژی خروجی سیستم نسبت به انرژی ورودی به آن می‌باشد (جدول 6). در شرایط کشت خالص و مخلوط بامیه میزان انرژی ورودی به سیستم بالاتر از خروجی آن بود که بخش عمده آن به دلیل انرژی بالاتر نهاده‌های مصرف­شده همچون پلاستیک و سوخت دیزلی به همراه کودهای شیمیایی است. عملکرد کمتر کشت خالص نسبت به دیگر سیستم‌های کشت بامیه و همچنین انرژی ورودی بالای آن باعث کاهش افزوده انرژی خالص شد، در­حالی­که در شرایط کشت مخلوط و جنگل زراعی عملکرد بالاتر در واحد سطح منجر به بهبود این شاخص شد. مقدار انرژی کمتر در جنگل زراعی به دلیل کاهش مصرف نهاده‌ها همچون کودهای شیمیایی و عدم مصرف پلاستیک در کنار خروجی بالای آن از دلایل برتری در این شاخص می‌باشد.

بررسی شاخص‌های انرژی گرمک دیم در ایلام نشان داد شاخص کارایی انرژی و افزوده خالص انرژی در این مطالعه به­ترتیب مقدار 004/1 و 84/ 168 مگاژول بر هکتار به­دست آمد (Kaab et al., 2021). بررسی بهره‌وری انرژی تولید گندم و کلزا در شهرستان خرمشهر نشان داد کارایی مصرف انرژی برای گندم 32/1و برای کلزا 15/2 به‌دست آمد
 (Khodaei joghan et al., 2022).

مقایسه شاخص‌های انرژی گندم و زعفران نشان داد بهره‌وری انرژی برای زعفران و گندم به­ترتیب 000019/0 و 097/0 کیلوگرم به­ازای مگاژول انرژی است، بالاترین سهم از انرژی ورودی به مزارع گندم کود نیتروژن و سوخت و برای زعفران بنه و الکتریسیته بود (Khorramdel et al., 2020). بررسی شاخص‌های انرژی در تولید شکر از چغندر قند نشان داد کل انرژی ورودی در تولید 100 تن شکر 4788690 مگاژول انرژی می‌باشد، موثرترین نهاده در انرژی کل تولید نیز با 43 درصد متعلق به گاز طبیعی بود. همچنین شاخص‌های نسبت انرژی، بهره‌وری انرژی، شدت انرژی و افزوده خالص انرژی نیز به­ترتیب 56/0، 02/0، 9/47 و 2075499- محاسبه شد (Gholamrezaee et al., 2021).

4. نتیجه‌گیری

بررسی مقایسه‌ای سه سیستم کشت مورد بررسی در شاخص‌های انرژی نشان داد جنگل زراعی بامیه و درخت خرما با نسبت انرژی 16/2 نسبت به کشت خالص و مخلوط برتری دارد، این برتری با­توجه­به میزان انرژی خروجی بالاتر نسبت به انرژی ورودی به­دست آمد. شاخص افزوده خالص انرژی نیز نشان داد مقدار این شاخص تنها در جنگل زراعی بامیه و خرما مثبت می‌باشد که این مثبت­بودن به­دلیل میزان انرژی خروجی بالاتر نسبت به انرژی ورودی به سیستم می‌باشد. سهم نهاده‌ها از کل انرژی ورودی به سیستم‌های کشت بامیه نشان می‌دهد پلاستیک، سوخت دیزلی و کودهای شیمیایی بیشترین سهم را به خود اختصاص می‌دهند، بنابراین جهت بهبود شاخص‌های انرژی، این نهاده‌ها باید به­طور بهینه مصرف شده و در صورت امکان با نهاده‌های کم‌انرژی جایگزین شوند. بررسی‌ها نشان می‌دهد جهت برخورداری از سیستم کشت موفق از نظر شاخص‌های انرژی علاوه­بر کاهش سهم نهاده از انرژی کل و بهینه‌سازی مصرف آن‌ها، می‌بایست عملکرد در واحد سطح را نیز افزایش داد. ازاین‌رو کشت مخلوط به دلیل عملکرد کمی بالاتر در شاخص‌های بهره‌وری انرژی و شدت انرژی نسبت به دیگر سیستم‌ها برتری داشت. با کاهش اتکا به سوخت‌های فسیلی و همچنین نهاده‌های شیمیایی می‌توان شاخص‌های انرژی را در هر سه روش خالص، مخلوط و جنگل زراعی بهبود بخشید. در این راستا استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر همچون انرژی خورشیدی و کودهای زیستی می‌تواند از راهکارهای بهبود انرژی در تولید بامیه در استان خوزستان باشد. افزایش انرژی خروجی از نظر عملکرد کمی بالاتر در کشت خالص بامیه در عین کاهش انرژی ورودی با بهینه‌سازی تولید از نظر مصرف نهاده‌ها همچون کود شیمیایی، سوخت دیزلی و پلاستیک مصرفی می‌تواند موجب توسعه هرچه بیشتر تولید بامیه در استان خوزستان نسبت به گذشته شود.

6. منابع

Arefi, R., Soltani, A., & Ajamnorozei, H. (2018). Estimation of fuel energy consumption and indicators of cotton production in Golestan province (Iran). Journal of Agroecology, 10(3), 853–874. (In Persian)

Bettles, J., Battisti, D.S., Cook-Patton, S.C., Kroeger, T., Spector, J.T., Wolff, N.H., & Masuda, Y.J. (2021). Agroforestry and non-state actors: A review. Forest Policy and Economics, 130, 102538.

Bourke, P.M., Evers, J.B., Bijma, P., van Apeldoorn, D.F., Smulders, M.J.M., Kuyper, T.W., Mommer, L., & Bonnema, G. (2021). Breeding beyond monoculture: Putting the “intercrop” into crops. Frontiers in Plant Science, 12, 2602.

Cuartero, J., Pascual, J.A., Vivo, J.M., Özbolat, O., Sánchez-Navarro, V., Egea-Cortines, M., Zornoza, R., Mena, M.M., Garcia, E., & Ros, M. (2022). A first-year melon/cowpea intercropping system improves soil nutrients and changes the soil microbial community. Agriculture, Ecosystems & Environment, 328, 107856.

Dantas, T.L., Alonso Buriti, F.C., & Florentino, E.R. (2021). Okra (Abelmoschus esculentus L.) as a potential functional food source of mucilage and bioactive compounds with technological applications and health benefits. Plants, 10(8), 1683.

Fekadu Gemede, H., Ratta, N., & Haki, G.D. (2015). Nutritional quality and health benefits of “okra” (Abelmoschus esculentus): A Review. International Journal of Nutrition and Food Sciences, 4(2), 208.

Feyzbakhsh, M.T., Dorri, M.A., & Rezvantalab, N. (2019). Evaluation of energy indices and its impact on global warming potential for potato production: A case study, Golestan province. Journal of Agroecology, 11(1), 53–68. (In Persian)

Ghasemi-Mobtaker, H., Kaab, A., & Rafiee, S. (2020). Application of life cycle analysis to assess environmental sustainability of wheat cultivation in the west of Iran. Energy, 193, 116768.

Gholamrezaee, H., Kheiralipour, K., & Rafiee, S. (2021). Investigation of energy and environmental indicators in sugar production from sugar beet. Journal of Environmental Science Studies, 6(2), 3540–3548. (In Persian)

Golshani, F., Asgharipour, M.R., Ghanbari, A., Seyedabadi, E., & Campbel, D. (2021). Monitoring the sustainability of cropland of Boland village in Sistan and Baluchistan province, Iran using emergy aproach. Journal of Agroecology. Available online from 28 December, 2021. (In Persian)

Hesampour, R., Hassani, M., Hanafiah, M.M., & Heidarbeigi, K. (2022). Technical efficiency, sensitivity analysis and economic assessment applying data envelopment analysis approach: A case study of date production in Khuzestan state of Iran. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, 21(3), 197–207.

Hesampour, R., Taki, M., Fathi, R., Hassani, M., & Halog, A. (2022). Energy-economic-environmental cycle evaluation comparing two polyethylene and polycarbonate plastic greenhouses in cucumber production (from production to packaging and distribution). Science of the Total Environment, 828, 154232.

Htwe, T., Sinutok, S., Chotikarn, P., Amin, N., Akhtaruzzaman, M., Techato, K., & Hossain, T. (2021). Energy use efficiency and cost-benefits analysis of rice cultivation: A study on conventional and alternative methods in Myanmar. Energy, 214, 119104.

Javam, M., Ghasemi Nejad Raeini, M., & Marzban, A. (2020). Economic analysis of okra production systems in Khuzestan province. Agricultural Mechanization and Systems Research, 21(74), 33–46.

Jiang, Z.D., Owens, P.R., Ashworth, A.J., Fuentes, B.A., Thomas, A.L., Sauer, T.J., & Wang, Q.B. (2021). Evaluating tree growth factors into species-specific functional soil maps for improved agroforestry system efficiency. Agroforestry Systems, 1–12.

Kaab, A., Sharifi, M., & Moradi, H. (2021). Analysis of energy indicators and environmental impacts of dryland cantaloupe production with life cycle assessment approach (Case study: Ilam). Journal of Agricultural Machinery, 11(2), 491–504. (In Persian)

Kaab, A., Sharifi, M., Mobli, H., Nabavi-Pelesaraei, A., & Chau, K. (2019). Use of optimization techniques for energy use efficiency and environmental life cycle assessment modification in sugarcane production. Energy, 181, 1298–1320.

Kaab, A., Sharifi, M., Mobli, H., Nabavi-Pelesaraei, A., & Chau, K. (2019). Combined life cycle assessment and artificial intelligence for prediction of output energy and environmental impacts of sugarcane production. Science of the Total Environment, 664, 1005–1019.

Karami, E., Almasi, A., Kashi, A., & Etminani, A. (2022). The effect of wind breaking of sweet corn and okra on growth indices and yield of ‎cucumber in strip intercropping system. Iranian Journal of Horticultural Science, 52(4), 789–798. (In Persian)

Karamian, F., Mirakzadeh, A.A., & Azari, A. (2021). Analysis of water and energy consumption and environment impacts of agricultural production in Miandarband plain of Kermanshah province. Journal of Agroecology. Available online from 11 July, 2021. (In Persian)

Khodaei Joghan, A., Taki, M., & Matoorian, H. (2022). Evaluating energy productivity, greenhouse gas emission, global warming potential and sustainability index of wheat and rapeseed agroecosystems in Khorramshahr. Journal of Agricultural Science and Sustainable Production, 32(1), 309–324. (In Persian)

Khorramdel, S., Nassiri Mahallati, M., Latifi, H., & Farzaneh Belgerdi, M.R. (2020). Comparison between energy, environmental and economical indicators of irrigated wheat and saffron agroecosystems in Khorasan-e Razavi province. Journal of Saffron Research, 8(1), 29–54. (In Persian)

Khoshnevisan, B., Rafiee, S., Omid, M., Yousefi, M., & Movahedi, M. (2013). Modeling of energy consumption and GHG (greenhouse gas) emissions in wheat production in Esfahan province of Iran using artificial neural networks. Energy, 52, 333–338.

Liu, Y., Høgh-Jensen, H., Egelyng, H., & Langer, V. (2010). Energy efficiency of organic pear production in greenhouses in China. Renewable Agriculture and Food Systems, 25(3), 196–203.

Nabavi-Pelesaraei, A., Pakravan-Charvadeh, M.R., & Ghasemi-Mobtaker, H. (2022). Predicting output energy and greenhouse gas emissions in peanut production: A case study in Astaneh-Ashrafiyeh county of Guilan province. Iranian Journal of Agricultural Economics and Development Research, 53(1), 145–168. (In Persian)

Nabavi-Pelesaraei, A., Rafiee, S., Mohtasebi, S.S., Hosseinzadeh-Bandbafha, H., & Chau, K.W. (2018). Integration of artificial intelligence methods and life cycle assessment to predict energy output and environmental impacts of paddy production. Science of the Total Environment, 631–632, 1279–1294.

Nabavi-Pelesaraei, A., Saber, Z., Mostashari-Rad, F., Ghasemi-Mobtaker, H., & Chau, K. (2021). Coupled life cycle assessment and data envelopment analysis to optimize energy consumption and mitigate environmental impacts in agricultural production. Methods in Sustainability Science, 227–264.

Ordikhani, H., Parashkoohi, M.G., Zamani, D.M., & Ghahderijani, M. (2021). Energy-environmental life cycle assessment and cumulative exergy demand analysis for horticultural crops (Case study: Qazvin province). Energy Reports, 7, 2899–2915.

Ozkan, B., Akcaoz, H., & Fert, C. (2004). Energy input–output analysis in Turkish agriculture. Renewable Energy, 29(1), 39–51.

Pirdashti, H., Saber, Z, Esmaeili, M., Motevali, A., & Nabavi-Pelesaraei, A. (2021). Assessing the energy components and the environmental impacts of the different rice production systems using life cycle assessment (LCA) method. Journal of Agroecology. Available online from 26 May, 2021. (In Persian)

Pishgar-Komleh, S.H., Omid, M., & Heidari, M.D. (2013). On the study of energy use and GHG (greenhouse gas) emissions in greenhouse cucumber production in Yazd province. Energy, 59, 63–71.

Romdhane, M.H., Chahdoura, H., Barros, L., Dias, M.I., Corrêa, R.C.G., Morales, P., Ciudad-Mulero, M., Flamini, G., Majdoub, H., & Ferreira, I.C.F.R. (2020). Chemical composition, nutritional value, and biological evaluation of Tunisian okra pods (Abelmoschus esculentus L. Moench). Molecules, 25(20), 4739.

Salehpour, T., Khanali, M., & Rajabipour, A. (2020). Environmental impact and energy flow assessment in greenhouse primrose production using cumulative energy demand and cumulative energy demand Approach. Iranian Journal of Biosystems Engineering, 50(4), 771–785. (In Persian)

Sharifi, M., Soodmand-Moghaddam, S., & Akram, A. (2021). Investigating the energy consumption and environmental pollutants of pumpkin production (Case study: Boroujerd county). Iranian Journal of Biosystems Engineering, 52(1), 27–36. (In Persian)

Tavakkoli Kakhki, H.R., & Ghodsi, M. (2020). Evaluation of energy efficiency indices according to wheat (Triticum aestivum L.) based crop in conservation agricultural systems in temperate climate region (A case study: Gonabad). Journal of Agroecology, 12(3), 433–445. (In Persian)

Tuti, M.D., Prakash, V., Pandey, B.M., Bhattacharyya, R., Mahanta, D., Bisht, J.K., Kumar, M., Mina, B.L., Kumar, N., Bhatt, J.C., & Srivastva, A.K. (2012). Energy budgeting of colocasia-based cropping systems in the Indian Sub-Himalayas. Energy, 45(1), 986–993.

Vafabakhsh, J., & Mohammadzadeh, A. (2019). Energy flow and GHG emissions in major field and horticultural crop production systems (Case study: Sharif Abad plain). Journal of Agroecology, 11(2), 365–382. (In Persian)