مطالعه جریان انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای در بوم‌نظام‌های گندم و جو: مطالعه موردی استان تهران

. مقدمه

بشر در طول تاریخ، جهت تامین نیازهای اولیه غذایی خود، همواره مجبور به صرف انرژی­ های مختلف بوده است
 (Erdal et al., 2007). در سال­ های اخیر، یکی از دغدغه ­های اساسی پیش روی فعالان بخش کشاورزی، افزایش مصرف انرژی به واسطه رشد روزافزون جمعیت و متعاقبا افزایش تقاضا برای محصولات کشاورزی می­ باشد (Javadi & Esfahani, 2023). افزایش جمعیت، تغییرات اقلیمی و کمبود منابع آب و زمین سبب ایجاد مخاطره در امنیت غذایی می­شود (Tian et al., 2021). بر اساس گزارش مشترک سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد (FAO)، صندوق بین المللی توسعه کشاورزی (IFAD)، برنامه جهانی غذای سازمان ملل (WFP) و سایر نهادهای ذی­ربط، حدود 828 میلیون نفر در سال 2021 تحت تاثیر گرسنگی قرار گرفتند.

این گزارش پیش بینی کرده حدود 670 میلیون نفر (هشت درصد از جمعیت جهان) همچنان در سال 2030 با گرسنگی روبرو خواهند بود. با توجه به بررسی سناریوهای مختلف از جمله ادامه بی ثباتی و جنگ در اوکراین، از سوی دیگر اعمال سیاست ­های محدودکننده به برخی کشورها همچون تحریم اقتصادی ایران، چگونگی تامین غذا در کشورهای مختلف نگران کننده است (Unicef, 2022). گندم (Triticum aestivum L.) و جو (Hordeum vulgare L.) به ­واسطه قرار گرفتن در جیره غذایی انسان و دام مهمترین محصولات مهم استراتژیک موثر بر امنیت غذایی در سراسر جهان و به ویژه در کشور ایران به شمار می آیند. بر اساس آمار فائو، تولید محصول استراتژیک گندم در سال 2019 در ایران 8/16 میلیون تن بود. نسبت وابستگی به واردات غلات در ایران در سال­ 2015، 7/35 درصد بوده که این میزان در سال­های 2016 تا 2018، (1/36 درصد) افزایش یافته است (FAO, 2021). بر اساس آمارهای وزارت جهاد کشاورزی، گندم با 46/49 درصد مهمترین محصول تولیدی کشور می­باشد (Bayat et al., 2023; Hadi et al., 2017; Nasrabadi et al., 2015). جو پس از گندم، با سطح کشت بیش از 1660 هکتار و تولید 3800 هزار تُن عمده ­ترین محصول زراعی در کشور می­ باشد. این محصول به واسطه سازگاری اکولوژیک در عمده نقاط کشور ایران مورد کاشت قرار می­ گیرد (Ahmadi et al., 2021). طبق اعلام مرکز آمار ایران در سال 1402 سهم استان تهران از مساحت اراضی زراعی آبی کشور 78/1 درصد (رتبه 20) می ­باشد؛ اما از جنبه میزان تولید محصولات زراعی سهم چهار درصدی داشته و در رتبه هفتم کشور قرار دارد. این آمار نشان می­ دهد بهره ­برداران بخش کشاورزی استان نسبت به سایر استان های کشور در افزایش بهره ­وری تولید موفق بوده ­اند. با این حال اراضی کشاورزی استان تهران با بهره گیری از شرایط آب­ و­هوایی متنوع، از پتانسیل عملکرد بالایی برخوردار بوده که این موضوع اهمیت نحوه مدیریت صحیح نهاده ­های تولید را بیش­ از ­پیش نشان می­ دهد. یکی از راهکارهای اصلی تامین و حفظ امنیت غذایی، مدیریت مصرف انرژی در فعالیت ­های کشاورزی می ­باشد (Platis et al., 2019). بر اساس پیش­ بینی  های انجام ­شده، جمعیت جهان تا سال 2050 میلادی به 3/9 میلیارد نفر خواهد رسید (Heng et al., 2009). لذا، تامین نیازهای غذایی ناشی از افزایش جمعیت منجر به افزایش مصرف نهاده ­های شیمیایی و منابع انرژی از جمله سوخت­ های فسیلی، الکتریسیته، کودهای شیمیایی و آفت­کش ­ها می ­شود (Mohammadzadeh et al., 2017). افزایش مصرف این منابع سبب افزایش میزان انتشار گازهای گلخانه ­ای و متعاقبا مخاطرات زیست محیطی مختلف می ­شود (Yousefi et al., 2016). یکی از عوامل موثر بر افزایش بهره­ وری انرژی و کاهش اثرات زیست­ محیطی انرژی های ورودی، شناسایی عوامل موثر بر کارایی و بهره­ وری انرژی و در عین حال یافتن جایگزین با در نظر داشتن جوانب اقتصادی و فنی می ­باشد (Vafabakhsh et al., 2019). بر اساس گزارش فائو، در سال 2019 میزان انتشار گازهای گلخانه­  ای در زمین­ های کشاورزی ایران، 2/47 میلیون تن CO₂ انتشاریافته می ­باشد (FAO, 2021).

مطالعات متعددی در ایران با رویکرد جریان انرژی، انتشار گازهای گلخانه ­ای و تولید محصولات گندم و جو تاکنون انجام شده است (Heidarisoltanabadi, 2023, Kazemi et al., 2015; Mohammadzadeh et al., 2017, Alipour et al., 2012,
Omid-Mehr, 2015; Javadi & Esfahani, 2023; Vafabakhsh & Mohammadzadeh, 2019; Khodarezaie et al., 2022; Bayat et al., 2023, Khodaei Joghan et al., 2021). بر اساس سامانه اطلاعات آماری استان تهران، استان تهران با وسعتی حدود 13842 کیلومتر مربع و جمعیتی بالغ بر 13 میلیون نفر بین ۳۴ تا ۳۶٫۵ درجه عرض شمالی و ۵۰ تا ۵۳ درجه طول شرقی واقع شده‌ است. این استان در نیمه شمالی ایران قرار دارد. از نظر پستی و بلندی استان تهران در دامنه جنوبی البرز مرکزی قرار دارد. در نواحی مختلف استان تهران به علت موقعیت ویژه جغرافیایی، آب و هوای متفاوتی شکل گرفته ‌است. وجود رشته ­کوه های البرز در شمال استان موجب تعدیل آب و هوای استان تهران شده؛ اما از سوی دیگر به دلیل مجاورت با مناطق خشک و کویری استان­های قزوین، قم و سمنان، تاثیرات حرارتی نامطلوبی بر اقلیم استان داشته است. بادهای مرطوب و باران‌زای غربی نیز از دیگر عوامل تاثیرگذار بر اقلیم استان می ­باشد. بر اساس آمار سازمان جهاد کشاورزی استان تهران در سال 1400، مجموع سطح زیر کشت گندم و جو به ترتیب 2/44195 و 5/28709 هکتار می­باشد. به ­طور کلی، محصولات زراعی مورد کشت در استان تهران شامل گندم، جو، کلزا، ذرت، نباتات علوفه­ ای، سبزی و صیفی­ جات می ­باشد که دو گیاه زراعی گندم و جو با توجه به اهمیت استراتژیکی در این استان دارای سهم اراضی قابل توجهی نسبت به سایر محصولات زراعی می باشند.

در این مطالعه، به محاسبه و مقایسه شاخص ­های انرژی و میزان انتشار گازهای گلخانه­ ای دو محصول زراعی گندم و جو در شهرستان    ­ های استان تهران پرداخته شده است.

2. روش ­شناسی پژوهش

جمع­آوری اطلاعات مورد نیاز این مطالعه برای محصولات گندم و جو شامل نوع و میزان نهاده ­های مصرفی (آب، الکتریسیته، کودهای شیمیایی و آلی زیستی، سموم شیمیایی، سوخت مصرفی) و میزان عملکرد محصول (عملکرد دانه و کاه) به روش پرسشنامه و انجام مصاحبه حضوری با 300 کشاورز در شهرستان­ های استان تهران شامل شهرستان ­های تهران، اسلامشهر، پاکدشت، دماوند، رباط کریم، ری، شهریار، فیروزکوه، ملارد و ورامین انجام شد. همچنین اطلاعات شهرستان های پردیس، بهارستان، قدس، قرچک و پیشوا به ­ترتیب با توجه به اینکه زمانی بخشی از شهرستان ­های تهران، رباط کریم، شهریار و ورامین بوده و از نظر کلیه جوانب دارای موقعیت نسبتا یکسانی با شهرستان­ های مزبور می­ باشد نیز در میان اطلاعات شهرستان های مرجع منظور شد. شهرستان شمیرانات نیز فاقد سطح زیر کشت زراعی می ­باشد. پس از جمع­آوری داده­ ها، اطلاعات مربوط به هر شهرستان دسته ­بندی شد. سپس، شاخص­ های انرژی شامل کارایی مصرف انرژی، بهره ­وری انرژی، انرژی مخصوص و انرژی خالص (به ­ترتیب رابطه 1 تا 4) بر اساس انرژی نهاده ­های مصرفی طی عملیات زراعی شامل بذر، کود، آفت­کش­ ها، ماشین­ های کشاورزی، آب و نیروی انسانی به همراه عملکرد محصول مطابق معادل انرژی آن­ها (جدول 1)، از طریق نرم ­افزار اکسل 2016 محاسبه شد
 (Vafabakhsh & Mohammadzadeh, 2019).

اشکال مختلف انرژی شامل انرژی مستقیم (نیروی انسانی، سوخت دیزلی، آب آبیاری و الکتریسیته)، انرژی غیر مستقیم (بذر، کودهای شیمیایی، آفت­کش ­ها و ماشین ­های کشاورزی)، انرژی تجدیدپذیر (نیروی انسانی، بذر، آب آبیاری) و انرژی تجدیدناپذیر (الکتریسیته، کودهای شیمیایی، سوخت دیزلی، آفت­کش­ ها و ماشین­ های کشاورزی) می ­باشد که بر اساس اطلاعات جمع­ آوری شده از طریق جمع انرژی ­های مذکور به دست آمد (Yilmaz et al., 2005). میزان انتشار گازهای گلخانه­ ای به ­واسطه مصرف نهاده­ های شیمیایی بر اساس ضرایب دی  ­اکسید کربن (CO₂)، متان (CH₄) و نتیروز اکسید (N₂O) در جدول 2 محاسبه شد
 (Vafabakhsh & Mohammadzadeh, 2019).

جدول 1. معادل انرژی ورودی و خروجی در بوم نظام­ های گندم و جو.

جدول 2. انتشار گازهای گلخانه ­ای به ازای مصرف هر واحد نهاده ورودی

3. نتایج پژوهش و بحث

مقادیر ورودی و خروجی به همراه انرژی معادل آن در بوم نظام ­های گندم و جو شهرستان­ های استان تهران در جدول 3 نشان داده شده است. بر اساس نتایج، نیروی انسانی مورد نیاز در بوم ­نظام­ های گندم و جو در مناطق مختلف استان تهران متغیر بود. کمترین و بیشترین نیروی انسانی به کار گرفته ­شده در کشت ­بوم ­های گندم به ­ترتیب در اراضی دیم شهرستان فیروزکوه با 48 ساعت در هکتار (معادل 1/94 مگاژول در هکتار انرژی) و اراضی شهرستان اسلامشهر با 300 ساعت در هکتار (معادل 588 مگاژول در هکتار انرژی) مشاهده شد. از میان مزارع گندم آبی استان تهران اراضی شهرستان ری از کمترین نیروی انسانی مورد نیاز برخوردار بود. همچنین، از لحاظ نیروی انسانی مورد نیاز اراضی دیم شهرستان فیروزکوه و دماوند به ­ترتیب با 40 و 70 ساعت معادل 1/94 و 149 مگاژول انرژی نیروی کار کمترین و شهرستان­ های تهران و پاکدشت با 250 ساعت معادل 490 مگاژول در هکتار انرژی نیروی کار، بیشترین مقدار را به خود اختصاص دادند. نتایج سایر تحقیقات نیز تایید می­کند که یکی از دلایل اصلی کاهش نیروی انسانی مورد نیاز برای تولید گندم در اراضی دیم کاهش عملیات خاک­ورزی، تعدیل کنترل آفات و بیماری­ ها و حذف عملیات آبیاری مزارع می­ باشد (Kazemi et al., 2016). مقدار نیروی انسانی به کار­رفته برای تولید محصولات کشاورزی مختلف تحت تاثیر عوامل مختلفی از جمله نوع محصول، اندازه مزارع، نوع عملیات زراعی، ضریب مکانیزاسیون و سایر موارد می ­باشد
 (Mohamadzadeh et al., 2017).

در بوم ­نظام گندم، میزان ساعت کار ماشین ­های کشاورزی در اراضی دیم شهرستان فیروزکوه، دماوند و اراضی آبی ری 15 ساعت و اراضی آبی شهرستان­ شهریار 16 ساعت بود و بیشترین مقدار آن در اراضی آبی به شهرستان تهران با 48 ساعت در هکتار معادل 6/3009 مگاژول در هکتار تعلق داشت. یکی از دلایل اصلی افزایش ساعت کار ماشین­ های کشاورزی در شهرستان تهران خرد بودن و پراکندگی اراضی می ­باشد. در بوم ­نظام جو، بیشترین ساعت کار ماشین­های کشاورزی در اراضی شهرستان تهران با 48 ساعت و کمترین میزان آن در اراضی دیم شهرستان های فیروزکوه و دماوند با 12 و 15 ساعت معادل 4/752 و 2/1003 مگاژول در هکتار مشاهده شد. در میان اراضی آبی، شهرستان­ های ری و ورامین با 12 و 14 ساعت معادل 4/752 و 8/877 مگاژول در هکتار عملیات کشاورزی کمتری نسبت به سایر شهرستان ­ها داشتند. کمترین میزان مصرف سوخت به اراضی جو دیم و آبی شهرستان­های دماوند و فیروز کوه مربوط بود. به طور کلی، خرد و پراکنده­ بودن اراضی شهرستان تهران و یکپارچگی اراضی شهرستان­ های ری و ورامین، نسبت به سایر عوامل دخیل در عملیات کاشت، داشت و برداشت می­ تواند علت افزایش و کاهش ساعت کار ماشین­ های کشاورزی در منطقه باشد. بر اساس نتایج، مصرف سوخت در اراضی گندم شهرستان­ های تهران، اسلامشهر و ورامین به یک میزان بوده (300 لیتر در هکتار معادل 14340 مگاژول در هکتار)، از سوی دیگر اراضی شهرستان ­های ملارد، شهریار و رباط کریم از شهرستان­ های غرب استان تهران نیز با 320 لیتر در هکتار (معادل 15296 مگاژول در هکتار) بیشترین میزان مصرف سوخت را داشتند. کمترین میزان مصرف سوخت نیز به ترتیب متعلق به اراضی دیم شهرستان ­های فیروزکوه (75 لیتر معادل 3585 مگاژول در هکتار) و دماوند (80 لیتر معادل 3824 مگاژول در هکتار) می­ باشد. مصرف سوخت در اراضی آبی جو شهرستان­ های پاکدشت (100 لیتر معادل 4780 مگاژول در هکتار) کمترین مقدار و در شهرستان ملارد با 320 لیتر (معادل 16730 مگاژول در هکتار) بیشترین میزان را به خود اختصاص داد.

بیشترین میزان مصرف نیتروژن در بوم نظام گندم در شهرستان­ های اسلامشهر، تهران، رباط­ کریم و ری با 300 کیلوگرم معادل 13228 مگاژول در هکتار انرژی مشاهده شد و کمترین میزان آن به مزارع دیم شهرستان­های فیروزکوه و دماوند به ترتیب با 75 و 3/146 کیلوگرم معادل 1/4299 و 9921 مگاژول در هکتار مربوط بود. همچنین، از مزارع آبی استان تهران، شهرستان ملارد کمترین میزان مصرف نیتروژن (175 کیلوگرم) را در بوم ­نظام گندم داشت؛ اما بیشترین میزان ورودی انرژی برای مصرف نیتروژن در مزارع جو به شهرستان ورامین با 6/208 کیلوگرم در هکتار معادل 8/13796 مگاژول انرژی در هکتار متعلق بود. در اراضی تولید جو، مقایسه میزان انرژی ورودی انواع کودهای شیمیایی در استان تهران نشان داد شهرستان شهریار در مجموع با 15587 مگاژول در هکتار انرژی، بیشترین میزان مصرف نیتروژن، فسفر و پتاسیم را به خود اختصاص داد. اراضی دیم شهرستان فیروزکوه کمترین میزان مصرف کودهای شیمیایی یا به عبارتی کمترین انرژی ورودی (مجموعا 7/5019 مگاژول در هکتار) برای تولید جو را داشت.

میزان آب مصرفی درکشت­ بوم ­های گندم و جو استان مورد ارزیابی قرار گرفت. شهرستان های اسلامشهر و پاکدشت بیشترین میزان آب مصرفی (8/7690 مگاژول در هکتار) را به خود اختصاص داد. کمترین میزان در اراضی فاریاب شهرستان فیروزکوه مشاهده شد.

در مزارع گندم، بیشترین میزان برق مصرفی چاه­ ها در شهرستان اسلامشهر به میزان 2905 کیلووات ساعت معادل 7/34859 مگاژول انرژی در هکتار محاسبه شد. پس از آن شهرستان­ های شهریار و رباط کریم به­ترتیب با 6/29771و 6/22259 مگاژول انرژی در هکتار میزان انرژی الکتریسته بیشتری نسبت به سایر شهرستان­ ها صرف کرد. کشت­ بوم­ های جو نیز همانند اراضی گندم استان از همین الگو تبعیت کرد. یکی از دلایل افزایش انرژی الکتریسیته در مناطق غربی استان تهران برقی­بودن اکثر چاه­های کشاورزی، همچنین نوع سیستم آبیاری می­باشد. در این میان راه­اندازی ایستگاه­های پمپاژ در کانال­های فرعی آب­رسانی نقاط غربی استان از جمله رباط ­کریم و اسلامشهر در میزان برق مصرفی برای تولید محصولات زراعی بی تاثیر نیست.

بیشترین میزان بذر مصرفی برای تولید گندم به میزان 250 کیلوگرم در هکتار معادل 3925 مگاژول در هکتار انرژی از میان شهرستان­ های نیمه غربی استان تهران به شهرستان رباط­ کریم و از شهرستان­ های واقع در شرق استان، به شهرستان فیروزکوه مربوط بود. این میزان می­ تواند به دلیل در دسترس­بودن آب در این شهرستان­ ها باشد. شهرستان فیروزکوه از نظر شرایط اقلیمی جزء مناطق پر آب استان محسوب می ­شود. شهرستان رباط­ کریم نیز به دلیل بهره ­مندی از کانال آب­رسانی محمدیه، ازآب قابل اطمینان برای تولید گیاهان زراعی برخوردار است. این مطالعه نشان داد در اراضی آبی و دیم شهرستان فیروزکوه و دماوند نسبت به سایر شهرستان های استان کمترین میزان بذر مصرفی جو را داشتند. بیشترین میزان بذر مصرفی نیز متعلق به شهرستان رباط کریم با 220 کیلوگرم در هکتار معادل 3234 مگاژول در هکتار انرژی بود. از سویی کاهش در میزان بذر مصرفی جو در اراضی شرقی استان می تواند به دلیل تفاوت در نوع رقم و شرایط جوی منطقه باشد. بیشترین مقادیر خروجی انرژی در خصوص عملکرد دانه به مزارع گندم شهرستان ورامین و ری به ترتیب با 6014 کیلوگرم معادل 88406 مگاژول انرژی و 5755 کیلوگرم معادل 84599 مگاژول انرژی تعلق داشت. به ­همین ترتیب بیشترین میزان تولید کاه گندم نیز متعلق به اراضی این شهرستان ­ها بوده است. برآورد مقدار انرژی خروجی در بوم نظام جو نشان داد بیشترین عملکرد دانه جو با 4908 کیلوگرم در هکتار معادل 6/72147 مگاژول در هکتار انرژی در اراضی شهرستان ورامین به دست آمد. غیر از اراضی دیم که به طور طبیعی میزان عملکرد محصول پایینی دارند، در اراضی آبی نیز شهرستان فیروزکوه با 2000 کیلوگرم در هکتار معادل 29400 مگاژول انرژی در هکتار، کمترین میزان عملکرد محصول را به خود اختصاص داد.

شاخص ­های انرژی و اشکال انرژی در بوم نظام تولید گندم و جو شهرستان­ های استان تهران به ترتیب در جدول 4 و 5 نشـان داده شده است. محاسبه انرژی­ های ورودی نشان داد بیشترین و کمترین انرژی ورودی در بوم نظام گندم و جو به ترتیب برای شهرستان اسلامشهر و فیروزکوه بوده است. از سوی دیگر، بیشترین انرژی خروجی در بوم ­نظام ­های گندم متعلق به اراضی شهرستان ورامین و ری به ترتیب 148543 و 5/142148 مگاژول در هکتار و در کشت­ بوم ­های جو مربوط به اراضی شهرستان­های ورامین و شهریار به ترتیب 6/72147 و 6/62592 مگاژول در هکتار بود. کمترین میزان انرژی خروجی به اراضی دیم گندم و جو شهرستان فیروزکوه و دماوند تعلق داشت. محاسبه نسبت انرژی خروجی به انرژی ورودی در بوم نظام­ های گندم و جو شهرستان ­های استان تهران نشان داد بیشترین کارآیی مصرف انرژی در مزارع آبی گندم شهرستان ملارد و فیروزکوه بود. همچنین مزارع شهرستان ­های دماوند و ورامین بیشترین کارآیی مصرف را در بوم ­نظام جو داشتند (جدول 4). مطالعه وضعیت انرژی خالص در کشت­بوم­های گندم و جو نشان داد بیلان مصرف انرژی تنها در مزارع جو آبی شهرستان­ های اسلامشهر و شهریار و و دیمزارهای جو شهرستان دماوند منفی است. به عبارتی، انرژی ورودی محصول جو در این شهرستان­ ها بیش از انرژی خروجی بوده است. از سوی دیگر، بیشترین انرژی خالص در اراضی گندم و جو شهرستان ورامین به­ ترتیب 2/91711 و 9/25191 مگاژول در هکتار بوده است. در مزارع گندم آبی شهرستان اسلامشهر و جو دیم شهرستان دماوند به ازای تولید هر کیلوگرم محصول، انرژی بیشتری نسبت به سایر شهرستان ها استفاده شده است.

بررسی اشکال مختلف انرژی در مزارع گندم و جو نشان داد در هر دو محصول مزارع شهرستان اسلامشهر بیشترین انرژی مستقیم و مزارع شهرستان تهران بیشترین انرژی غیر مستقیم را به خود اختصاص داد. بیشترین انرژی تجدیدپذیر و تجدید­ناپذیر به ­ترتیب در مزارع گندم شهرستان رباط­ کریم (8/12006 مگاژول در هکتار) و شهرستان اسلامشهر (74426 مگاژول در هکتار) بود. در مجموع کمترین انرژی مستقیم، غیر مستقیم و تجدیدناپذیر در مزارع دیم گندم و جو شهرستان فیروزکوه مشاهده شد. همچنین کمترین انرژی تجدیدپذیر استان متعلق به مزارع دیم شهرستان دماوند بود. به طور کلی، درکشت ­بوم های گندم و جو استان تهران سهم انرژی ­های مستقیم (از جمله انرژی مصرفی نیروی انسانی، سوخت، آب مصرفی و الکتریسته)، بیش از انرژی غیر مستقیم (شامل میزان بذر، کود دامی، مکانیزاسیون، کنترل کننده ­های زیستی و کودهای شیمیایی) می­ باشد (شکل 1 و 2).

جدول 3. مقادیر ورودی و خروجی در بوم نظام­های گندم و جو شهرستان­ های استان تهران.

ادامه جدول 3. مقادیر ورودی و خروجی در بوم ­نظام­ های گندم و جو شهرستان ­های استان تهران.

 شکل 1. سهم ورودی ­های مختلف در کل انرژی ورودی در بوم ­نظام گندم در شهرستان ­های استان تهران.

شکل 2. سهم ورودی ­های مختلف در کل انرژی ورودی در بوم ­نظام جو در شهرستان­ های استان تهران.

شکل 3. سهم ورودی ­های مختلف در پتانسیل گرمایش جهانی در بوم ­نظام ­های گندم در شهرستان­ های استان تهران.

جدول 4. شاخص­ های انرژی در بوم ­نظام ­های گندم و جو شهرستان ­های استان تهران.

شکل 3 و 4، سهم ورودی ­های مختلف در پتانسیل گرمایش جهانی در بوم ­نظام ­های گندم و جو استان تهران را نشان می ­دهد. بر اساس نتایج، الکتریسیته و نیتروژن مصرفی بیشترین سهم را در انتشار گازهای گلخانه­ ای استان دارند. نتایج حاصل از این تحقیق با مطالعات سایر محققان مطابقت دارد. در این مطالعات بیشترین میزان سهم تولید گازهای گلخانه ای به نهاده ­های سوخت دیزل، کود نیتروژن و الکتریسیته تعلق داشت (Mondani et al., 2017; Taheri Rad et al., 2015; Khoshnevisan et al., 2013;
Javadi & Esfahani, 2023; Mohamadzadeh et al., 2017; Rajabi et al., 2012).

جدول 5. اشکال انرژی در بوم ­نظام ­های­ گندم و جو شهرستان ­های استان تهران.

بررسی نتایج این تحقیق نشان می­ دهد مناطق غربی استان تهران از جمله شهرستان ­های اسلامشهر، شهریار و رباط ­کریم بیشترین سهم از انتشار گازهای گلخانه­ ای را داشته است. از سوی دیگر، مناطق شرقی استان از جمله مزارع فاریاب و دیمزارهای واقع در شهرستان فیروزکوه و دماوند کمترین سهم را از انتشار گازهای گلخانه ­ای داشتند.

شکل 4. سهم ورودی­ های مختلف در پتانسیل گرمایش جهانی در بوم ­نظام جو در شهرستان ­های استان تهران.

4. نتیجه ­گیری

به­ طور کلی، نتایج نشان داد که کشت­ بوم ­های گندم و جو در شهرستان ­های اسلامشهر و رباط­ کریم واقع در غرب استان، بیشترین مصرف نهاده ­های ورودی را به خود اختصاص دادند. پس از آن، در شهرستان­ های واقع در جنوب استان از جمله شهرستان­ های ری، پاکدشت و ورامین نسبت به مناطق شمالی و شرقی استان نهاده ­های ورودی بیشتری برای این محصولات صرف شده است. از سوی دیگر، بیشترین خروجی عملکرد متعلق به مزارع گندم و جو شهرستان ورامین و ری می ­باشد. اما مقایسه میان بوم­ نظام گندم و جو استان تهران نشان داد مجموع انرژی ­های ورودی در مزارع گندم بیش از جو است؛ به­ عبارت دیگر، برای تولید گندم به میزان نهاده­ های بیشتری نسبت به جو نیاز است. اما نسبت انرژی خروجی به ورودی یا همان کارآیی مصرف انرژی در مزارع گندم استان بیش از مزارع جو بود. نتایج این مطالعه نشان داد الکتریسیته و نیتروژن مصرفی بیشترین سهم از انرژی­ های ورودی و انتشار گازهای گلخانه ­ای استان را دارند. افزایش بهره ­وری انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ­ای را می­توان از طریق مدیریت مصرف منابع و همچنین بهبود حاصلخیزی خاک محقق کرد. در مجموع می ­توان نتیجه گرفت میزان انرژی ­های ورودی در کشت ­بوم ­های گندم و جو شهرستان­ های استان تهران به دلیل تنوع آب و هوایی، متفاوت بوده؛ به همین دلیل، مدیریت منابع تولید نیازمند شناخت کامل بوم­ نظام ­های زراعی می ­باشد. 

5. منابع

Acaroglu, M. (1998). Energy from biomass, and applications. University of Selcuk, Graduate School of Natural and Applied Sciences, Turkey. 43 pp.

Ahmadi, K., Ebadzadeh, H.R., Hatami, F., Mohammadnia Afrozi, S., Esfandiaripour, A., & Abbas Taghani, R. (2021). Agricultural statistics for 2019-2020. Ministry of Jahad-e- Agriculture, Planning and Economic Deputy, Information and Communication Technology Center, 1, 20.

Alipour, A., Afshar, R.K., Nejad, M.K., Behbahani, A.G., & Mohammadi, V. (2014). Evaluation of energy flow in irrigated wheat agro ecosystems. A case study: Shahr-e-Rey City. Journal of Agriculture Science and Sustainable Production, 23, 59-69. (In Persian).

Bayat, F., Sarmadian, F., Jahansuz, M.R., & Sahbani, M. (2023). Estimation of irrigated winter wheat and barley production potential by FAO method. Journal of Climate Research, 1402(53), 21-34. (In Persian).

De, D., Singh, R., & Chandra, H. (2001). Technological impact on energy consumption in rainfed soybean cultivation in Madhya Pradesh. Applied Energy, 70, 193-213.

Erdal, G., Esengün, K., Erdal, H., & Gündüz, O. (2007). Energy use and economical analysis of sugar beet production in Tokat province of Turkey. Energy, 32(1), 35-41.

Hatirli, S.A., Ozkan, B., & Fert, C. (2006). Energy inputs and crop yield relationship in greenhouse tomato production. Renewable Energy, 31, 427-438.

Hadi, M., Jalili, M., & Heris, A. (2017). Assessing the wheat yield under irrigated and rainfed farming and evaluating the possibility of supplemental irrigation of rainfed by water stored in deficit irrigated farming. 3(11), 403-411. (In Persian).

FAO. (2021). World food and agriculture - statistical yearbook 2021. Rome.https://doi.org/10.4060/cb4477en.

Heidari Soltanabadi, M. (2023). Determination of energy production function in irrigated wheat of Isfahan province. Engineering and Energy Management, 11(1), 116-127. (In Persian).

Heng, L.K., Hsiao, T., Evett, S., Howell, T., & Steduto, P. (2009). Validating the FAO AquaCrop model for irrigated and water deficient field maize. Agronomy Journal, 101(3), 488-498.

Houshyar, E., Zareifard, H.R., Grundmann, P., & Smith, P. (2015). Determining efficiency of energy input for silage corn production: An econometric approach. Energy, 93, 2166-2174.

IPCC. (1995). Climate change, the science of climate change. In: Houghton, J.T., Meira Filho, L.G., Callander, B.A., Harris, N., Kattenberg, A., & Maskell, K. (Eds). Intergovernmental panel on climate change. Cambridge: Cambridge University Press.

Javadi, H., & Esfahani, S.M.J. (2023). Energy flow and greenhouse gases emission of crop production systems in South Khorasan province. (In Persian).

Kazemi, H., Alizadeh, P., & Nehbandani, A. (2016). Assessing energy flow in rainfed and irrigated wheat fields of Shahrekourd township under two tillage systems. Journal of Agroecology, 8(2), 281-295. (In Persian).

Khodarezaie, E., Khoshbakht, K., Veisi, H., & Nazari, M.R. (2022). Study of the energy flow and global warming potential (GWP) of alfalfa and maize silage production with different water supply sources (A case study: Qazvin plain). Environmental Sciences. (In Persian).

Kitani, O. (1999). CIGR handbook of agricultural engineering. American Society of Agricultural Engineers, United States of America.

Kramer, K.J., Moll, H.C., & Nonhebel, S. (1999). Total greenhouse gas emissions related to the dutch crop production system. Agriculture, Ecosystems and Environment, 72, 9-16.

Koga, N., & Tajima, R. (2011). Assessing energy efficiencies and greenhouse gas emissions under bioethanol-oriented paddy rice production in northern Japan. Journal of Environmental Management, 92, 967-973.

Khodaei, J.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. 309-324. (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.

Lal, R. (2004). Carbon emission from farm operations. Environment International, 30, 981-990.

Mandal, K., Saha, K., Ghosh, P., Hati, K., & Bandyopadhyay, K. (2002). Bioenergy and economic analysis of soybeanbased crop production systems in central India. Biomass and Bioenergy, 23, 337-345.

Mohammadzadeh, A., Mahdavi Damghani, A., Vafabakhsh, J., & Deihimfard, R. (2018). Ecological– economic efficiency for alfalfa (Medicago sativa L.) and corn silage (Zea mays L.) production systems: Maragheh– Bonab plain, east Azerbaijan province. Journal of Agroecology, 10, 875-895. (In Persian).

Mohammadzadeh, A., Mahdavi, D.A., Vafabakhsh, J., & Deihimfard, R. (2018). Ecological–economic efficiency for alfalfa (Medicago sativa L.) and corn silage (Zea mays L.) production systems: Maragheh–Bonab plain, East Azerbaijan province. (In Persian).

Mondani, F., Aleagha, S., Khoramivafa, M., & Ghobadi, R. (2017). Evaluation of greenhouse gases emission based on energy consumption in wheat Agroecosystems. Energy Reports, 3, 37-45.

Mohammadi, A., Rafiee, S., Jafari, A., Keyhani, A., Mousavi-Avval, S.H., & Nonhebel, S. (2014). Energy use efficiency and greenhouse gas emissions of farming systems in north Iran. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 30, 724-733.

Nasrabadi, T., Arab, E., & Pourasghar, F. (2015). Investigating the proportion of wheat planted area in Iran with wheat yield and water demand by focusing on virtual water approach. Journal of Environmental Studies, 41(3), 529-543. (In Persian).

Omid-Mehr, Z. (2016). Evaluating energy flow and greenhouse gas emissions in rainfed wheat production. Cereal Research, 6(3), 353-366. (In Persian).

Platis, D.P., Anagnostopoulos, C.D., Tsaboula, A.D., Menexes, G.C., Kalburtji, K.L., & Mamolos, A.P. (2019). Energy analysis, and carbon and water footprint for environmentally friendly farming practices in agroecosystems and agroforestry. Sustainability, 11(6), 1664.

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. (In Persian).

TaheriRad, A.R., Nikkhah, A., Khojastehpour, M., & Nourozieh, S. (2015). Assessing GHG emissions, and energy and economic analysis of cotton production in the Golestan province. 428-445. (In Persian).

Snyder, C., Bruulsema, T., Jensen, T., & Fixen, P. (2009). Review of greenhouse gas emissions from crop production systems and fertilizer management effects. Agriculture, Ecosystems and Environment, 133, 247-266.

Tian, X., Engel, B.A., Qian, H., Hua, E., Sun, S., & Wang, Y. (2021). Will reaching the maximum achievable yield potential meet future global food demand? Journal of Cleaner Production, 294, 126285.

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).

Tzilivakis, J., Warner, D., 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, 101-119.

Unicef. (2022). The State of Food Security and Nutrition in the World (SOFI) Report-2022.

Yousefi, M., Mahdavi Damghani, A., & Khoramivafa, M. (2016). Comparison greenhouse gas (GHG) emissions and global warming potential (GWP) effect of energy use in different wheat agroecosystems in Iran. Environmental Science and Pollution Research, 23, 7390-7397. (In Persian).

Yilmaz, I., Akcaoz, H., & Ozkan, B. (2005). An analysis of energy use and input costs for cotton production in Turkey. Renewable Energy, 30(2), 145-155.