ارزيابي چرخه حيات در بوم نظام هاي توليد گندم (Triticum aestivum L) ايران: 2- مقايسه مكاني در سطح كشور

Life Cycle Assessment (LCA) for Wheat Production Systems of Iran: 2- Spatial Comparison over the Country

ارزيابي چرخه حيات (LCA) روش معتبر و دقيقي براي بررسي و مقايسه پيامدهاي محيطي ناشي از فعاليت هاي انسان و از جمله روش هاي مختلف مديريت در بوم نظام هاي زراعي مي‌باشد كه تعميم نتايج آن به مقياس ملي اطلاعات مفيدي را در مورد اثرات محيطي فعاليت¬هاي زراعي فراهم مي-سازد. در اين پژوهش نتايج اجراي LCA براي بوم نظام هاي كم، متوسط و پر نهاده توليد گندم كشور كه قبلاً انجام شده بود جهت مقايسه اثرات محيطي بين 14 استان مورد استفاده قرار گرفت. به اين منظور براي هر استان سطح زير كشت گندم در سه نظام با سطوح مختلف مصرف نهاده تعيين شد و سپس بر اساس عملكرد هر نظام و سهم آن از سطح زير كشت، پيامدهاي محيطي هفت گروه تأثير با استفاده از تغيير مقياس خطي براي هر استان بر آوردشد. نتايج نشان داد كه كارايي استفاده از زمين در استان‌هاي كشور بسيار متفاوت است. به طوري كه استان خوزستان كه 18 درصد از گندم كشور را توليد مي¬كند داراي پايين ترين كارايي استفاده از زمين بود و در اين استان براي توليد يك تن گندم به 4271 مترمربع زمين نياز است، در حالي كه اين مقدار در استان تهران 2049 مترمربع مي‌باشد. در واحد كاركردي هكتار، بيشترين پتانسيل گرمايش جهاني و سميت اكولوژيكي مربوط به استان تهران بود كه در آن نظام هاي پر نهاده بيشترين سهم را در سطح زير كشت گندم دارند. در واحد كاركردي تن دانه، استان‌هاي همدان و خوزستان به ترتيب داراي كمترين و بيشترين پتانسيل گرمايش بودند. گروه بندي استان ها با روش تجزيه به مؤلفه هاي اصلي (PCA) نشان داد كه تفاوت بين استان ها علاوه بر عملكرد گندم تابع توزيع نظام هاي كم، متوسط و پر نهاده در كل سطح زير كشت استان ها نيز مي‌باشد. مقايسه استان ها بر اساس نوعي شاخص نرمال شده محيطي كه معياري از مجموع هفت گروه تأثير بود، نيز نتايج حاصل از PCA را تأييد كرد. بر اساس يافته هاي اين تحقيق توليد يك تن گندم در استان همدان داراي كمترين اثرات محيطي در بين 14 استان تحت بررسي مي‌باشد و در مقابل استان خوزستان براي توليد هر تن گندم بيشترين پيامدهاي محيطي را به جا مي گذارد. در بوم‌نظام‌هاي گندم كشور كه با مصرف زياد نهاده مديريت مي شوند، افزايش عملكرد به بالاتر از چهار تن در هكتار باعث افزايش شديد اثرات محيطي در هكتار شده، ولي عملكرد اضافي ناشي از مصرف نهاده‌ها به اندازه‌اي نيست كه اين اثرات را به ازاي تن دانه گندم كاهش دهد. بنابراين، با وضعيت فعلي كارايي استفاده از نهاده‌ها در توليد گندم، افزايش عملكرد از طريق فشرده‌سازي (مصرف نهاده بيشتر) راه حل مطمئني نبوده و پيامدهاي محيطي جدي به‌همراه خواهد داشت.

Introduction Life cycle assessment (LCA) is a well-known and accurate method for comparison of environmental impacts of human activities including different agricultural management systems. Since agricultural activities are known as an important source of environmental pollution and greenhouse gas emission, LCA have been extensively applied for several tree and crop species around the country. However, these researches are generally conducted at field or district scales and due to variation in agronomic practices and input levels, the results cannot extended to regional or national level. In this paper using spatial upscaling method the results of LCA for wheat production systems with different level of inputs were extended to province and the results were subjected to statistical classification methods for comparison of impacts between provinces. Materials and Methods In this research the results of LCA for low, medium and high input wheat production systems of the country were upscaled to 14 provinces, details on LCA analysis of these systems is provided. For each province contribution of three management systems in cultivated area and wheat yield were extracted from official databases. Using these data the intensity of seven impact groups available from LCA were estimated for each province by linear upscaling method as described. Standardized values of seven impact categories over 14 provinces were subjected to principal component analysis (PCA) to compare provinces for overall impacts and separately for each impact category. In addition a normalized environmental index which integrates all impacts in a single index was calculated for direct comparison between provinces. Results and Discussion Results indicated that studied provinces had wide range of land use efficiency. Khozestan province with 18% of country wheat production had the lowest land use efficiency where 4271 m2 land is needed per ton wheat grain while it was the lowest (2079 m2) in Tehran. The highest per hectare global warming potential and ecotoxicity was obtained for Tehran province where contribution of high input systems in total cultivated area was at the maximum. However, per ton grain Hamadan and Khozestan provinces had respectively, the lowest and the highest global warming potential. Classification with principal component analysis (PCA) showed that difference between provinces in addition to yield, was highly related to the percentage distribution of low, medium and high input systems in total cultivated area. Comparison of provinces with a normalized environmental index showing the integrated effects of seven impact groups confirmed the results of PCA. Based on the results, taking into account all impact categories, production of one ton wheat grain in Hamadan had the lowest environmental impact between 14 provinces and Khozestan showed the highest impacts for production of the same amount of grain yield. In wheat production systems in Iran with high input management, increasing yield level above 4 t ha-1 may result to severe per hectare environmental impacts which cannot be compensated for by yield increment. Conclusion It is concluded that at current level of resource use efficiency in wheat production systems of the country, increasing wheat yield through intensification is not a reliable approach and will be led to strict environmental consequences.