Comparison of material and energy indicators in sunflower and pumpkin seed production systems

Articles in Press

Document Type : Original Article

Authors

1 Razi University

2 Ilam University

Abstract

Introduction: Seed production is one of the main steps in the agricultural sector. Comparing the material and energy amounts of inputs and outputs of seed production systems in a region allows for better management of agricultural fields. Sunflower and pumpkin are among the most important oilseeds and nut crops in the world, whose cultivation has expanded greatly in recent years. The production of these two crops, whether for oil production in industrial applications or as nuts, requires the use of various inputs.
Materials and Methods: In the present study, the flow of material and energy in sunflower and pumpkin seed production systems, the main oilseed crops, was examined and compared. The amount and equivalent energy of input-output, the share of input energy, and the energy indicators of sunflower and pumpkin seed production farms were calculated in the present study. Information on the production of these products were collected through face-to-face interviews with 50 sunflower seed producers and 30 pumpkin seed producers.
Results and discussion: The input energies in sunflower cultivation included human power, machinery, fuel, chemical fertilizer, animal manure, electricity, and seeds. In pumpkin cultivation, fewer inputs were used in the field, including human power, machinery, fuel, and seeds. In order to obtain the amount of energy input to the farms in various agricultural operations and the energy output from the farms, the consumption of each input per hectare was calculated and multiplied by their energy equivalent. Direct energy sources whose energy is directly released into the system included human power, fuel, and electricity, and indirect energy sources whose energy was consumed for their production included seeds, fertilizers, chemical pesticides, and machinery. Human power, seeds, and animal manure were placed in the category of renewable energies, and electricity, fuel, pesticides, chemical fertilizers, and machinery were placed in the category of non-renewable energies. Based on the energy equivalents of inputs and outputs, different indicators including energy ratio, energy efficiency, energy intensity, and net energy gain were calculated. The amount of input energies in sunflower and pumpkin production systems were 19.95 and 10.53 GJ.ha-1, respectively, and the amounts of material and energy output in sunflower production were 1192.66 kg. ha-1 and 32440.31 MJ ha-1, respectively, and in pumpkin seed production farms were 898.64 kg ha-1 and 23184.98 MJ ha-1, respectively. The amounts of energy for labor, machinery, fuel, animal manure, and electricity in the sunflower seed production system were higher than that of pumpkin; however, the amounts of energy consumed for chemical fertilizer and seed were higher than that of sunflower. In the sunflower production system, the most energy used was related to fuel input, which was 6974.26 MJ ha-1. The value of the energy intensity indicator in the sunflower production system was equal to 16.72 MJ.kg-1, while the value of this indicator in the pumpkin seed production was calculated as 11.72 MJ.kg-1. Although the average energy input in the sunflower production farms was higher than that in the pumpkin production farms, the seed productivity in the sunflower seed production (68.19 kg seed output/kg seed input) was better than that in the pumpkin production farm (32.20 kg seed output/kg seed input). Although the energy output of the sunflower seed production was higher than that of the pumpkin seed production system, the energy efficiency of the pumpkin seed production (2.20) was higher than that of the sunflower seed production system (1.62). In the sunflower farms, the largest share of energy belonged to diesel fuel (34.95%), while chemical fertilizer had the largest share (73.54%) in the pumpkin production farms.
Conclusion: Renewable energy in the sunflower production system constituted only 8% of the total energy input to the farm. This low share indicates a low use of inputs that can be returned to the environment. The ratio of renewable energy to total energy input in the pumpkin production system was also similar to that of sunflower. The share of renewable energy in pumpkin and sunflower production systems can be increased by reducing the share of nonrenewable energy such as fuel consumption, by improving the management of mechanized operations on farms. Also, solar and wind energy can be considered in the generation of electricity for irrigation and animal manure and compost can be used instead of chemical fertilizers as much as possible. The results obtained in the present research are useful for managing inputs and outputs by optimizing consumptions and operations in the production of the studied products.

Keywords

Article Title [Persian]

مقایسه شاخص های مواد و انرژی در نظام های تولید بذر آفتابگردان و کدو

Authors [Persian]

  • زینب رمدانی 1
  • محمد لطفی 1
  • علی ویسی 1
  • کامران خیرعلی پور 2
1 دانشگاه رازی کرمانشاه
2 دانشگاه ایلام
Abstract [Persian]

تولید بذر یکی از مراحل اصلی در بخش کشاورزی است. مقایسه مقادیر و انرژی نهاده و ستاده نظام های تولید بذر در یک منطقه امکان مدیریت بهتر مزارع کشاورزی را فراهم می کند. آفتاب‌گردان و کدو از مهمترین گیاهان روغنی و محصولات آجیلی در جهان هستند که کشت آن در سال‌های اخیر گسترش فراوان یافته ‌است. تولید این دو محصول چه برای تولید روغن در کارنجات صنعتی و چه به عنوان آجیل، نیازمند استفاده از نهاده‌های مختلفی می‌باشد. در تحقیق حاضر، جریان مواد و انرژی در سامانه های تولید بذور آفتابگردان و کدو از اصلی ترین محصولات دانه روغنی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. مقدار و معادل انرژی ورودی- خروجی، سهم انرژی های ورودی و شاخص های انرژی مزارع تولید بذر آفتابگردان و کدو در تحقیق حاضر محاسبه شد. اطلاعات تولید این محصول از طریق مصاحبه رو در رو با 50 کشاورز تولید کننده بذر آفتاب‌گردان‌ و 30 کشاورز تولید کننده بذر کدو جمع آوری شده است. انرژی‌های ورودی در کشت آفتاب‌گردان‌ شامل: نیروی انسانی، ماشین، سوخت، کود شیمیایی، کود حیوانی، برق، و بذر بود. در کشت محصول کدو نهاده‌های کمتری وارد مزرعه شده‌اند که شامل نیروی انسانی، ماشین، سوخت و بذر بوده‌اند. به منظور به دست آوردن میزان انرژی نهاده‌های ورودی به زمین در عملیات مختلف زراعی و انرژی خروجی از زمین، میزان مصرف هر نهاده در هکتار محاسبه شد و در معادل انرژی آن ها ضرب ‌شد. منابع انرژی مستقیم که انرژی آن‌ها بطور مستقیم در سیستم آزاد می‌شود، شامل نیروی انسانی، سوخت و برق و منابع انرژی غیر مستقیم که برای تولید آن‌ها انرژی مصرف شده است، شامل بذر، کود، سموم شمیایی و ماشین بود. نیروی انسانی، بذر و کود حیوانی را در دسته‌ی انرژی های تجدیدپذیر و برق، سوخت، سم، کود شیمیایی و ماشین در دسته‌ انرژی های تجدید‌ناپذیر قرار گرفت. بر اساس هم‌ارز‌های انرژی نهاده‌ها و ستاده‌ها، شاخص‌هایی شامل نسبت انرژی، بهره‌وری انرژی، شدت انرژی و افزوده خالص انرژی محاسبه شد. مقدار انرژی ورودی در تولید آفتاب‌گردان و کدو به ترتیب برابر با 95/19 و 53/10 گیگاژول بر هکتار مقدار ماده و انرژی خروجی در تولید آفتابرگردان به ترتیب برابر 66/1192 کیلوگرم در هکتار و 31/32440 مگاژول در هکتار و از آن بذر کدو به ترتیب برابر 64/898 کیلوگرم در هکتار و 98/23184 مگاژول در هکتار بود. مقادیر انرژی های نیروی انسانی، ماشین، سوخت، کود دامی، و برق در نظام تولیدی بذر آفتابگردان از آن کدو بیشتر؛ اما مقدار انرژی مصرفی مربوط به کود شیمیایی و بذر کدو از آن آفتابگردان بیشتر بود. در نظام تولیدی آفتابگردان بیشترین انرژی مورد استفاده مربوط به نهاده سوخت بود که برابر با 26/6974 مگاژول در هکتار می باشد. مقدار شاخص شدت انرژی در نظام تولید آفتابگردان برابر با 72/16 مگاژول بر کیلوگرم در حالی که مقدار این شاخص در تولید بذر کدو برابر با 72/11 مگاژول بر کیلوگرم بود. با این که میانگین انرژی ورودی در مزارع تولید آفتابگردان بیشتر از آن مزارع تولید کدو بود؛ اما بهره‌وری بذر در تولید بذر آفتابگردان (19/68 کیلوگرم خروجی بذر/کیلوگرم ورودی بذر) بهتر از مزرعه تولید کدو (20/32 کیلوگرم خروجی بذر/کیلوگرم ورودی بذر) بود. اگرچه انرژی خروجی تولید بذر آفتابگردان بیشتر از نظام تولید بذر کدو بود؛ اما بازده انرژی تولید بذر کدو (20/2) نسبت به نظام تولید بذر آفتابگردان (62/1) بیشتر بود. در مزارع آفتابگردان بیشترین سهم انرژی متعلق به سوخت گازوئیل (95/34 درصد) بوده در صورتی که کود شیمیایی بیشترین سهم (54/73 درصد) را در مزارع تولید کدو  داشت. انرژی تجدید‌پذیر در نظام تولید آفتابگردان تنها 8 درصد از کل انرژی وارد شده به مزرعه را تشکیل داده است. این میزان اندک بیانگر میزان استفاده پایین از نهاده‌هایی است که می‌توانند دوباره به محیط زیست باز‌گردند. نسبت انرژی تجدیدپذیر به کل انرژی ورودی در نظام تولید کدو نیز از نیز مشابه محصول آفتابگردان بود. سهم انرژی تجدیدپذیر در نظام‎های تولید کدو و آفتابگردان را می‎توان با کاهش سهم انرژی تجدیدناپذیر مانند مصرف سوخت گازوئیل، با بهبود مدیریت عملیات مکانیزه در مزارع افزایش داد. همچنین انرژی خورشیدی و باد را می‏توان در تولید برق برای آبیاری در نظر گرفت و تا حد امکان از کود حیوانی و کمپوست به جای کودهای شیمیایی استفاده کرد. نتایج به دست آمده در مقاله حاضر برای مدیریت نهاده ها و ستاده ها با بهینه سازی مصرف و عملیات در تولید محصولات مورد مطالعه مفید می باشد.

Keywords [Persian]

  • بذر
  • ورودی- خروجی
  • مواد
  • انرژی
  • آفتابگردان
  • کدو
SUSTAINABILITY RESEARCH: Technology Development and Assessment

Articles in Press, Accepted Manuscript
Available Online from 02 December 2024

Files

Share

How to cite

Statistics