伊朗胡齐斯坦省秋葵种植系统中能源、环境及经济效益的评估

本研究对比伊朗库泽斯坦省三种okra种植系统（单作、间作、农林复合系统）的能源、经济与环境绩效，采用生命周期评估法，发现农林复合系统在经济效益、能源效率及环境影响方面最优，为可持续农业管理提供参考。

阿什坎·贾利利安（Ashkan Jalilian）| 穆罕默德·雷扎·贾汉苏兹（Mohammad Reza Jahansuz）| 哈桑·加塞米·莫布塔克（Hassan Ghasemi Mobtaker）| 莫斯塔法·奥韦西（Mostafa Oveisi）| 霍赛因·莫加达姆（Hosain Moghadam）| 西瓦·加兹纳维（Shiva Ghaznavi）| 阿里·卡布（Ali Kaab）

伊朗卡拉杰（Karaj）德黑兰大学（University of Tehran）农业与自然资源学院（College of Agriculture and Natural Resources）农业与植物育种系（Department of Agronomy and Plant Breeding）

摘要

背景

农业部门约占全球温室气体排放量的10-12%。优化种植系统中的投入利用对于提高资源利用效率和减少环境影响至关重要。秋葵是伊朗胡齐斯坦省（Khuzestan Province）的一种经济重要作物，该地区采用多种生产方式，包括单一栽培、间作（秋葵-黄瓜）和农林复合系统（秋葵-枣椰树）。然而，目前尚未对该地区这些系统的能源、经济和环境指标进行全面评估。

目的

本研究旨在首次综合比较伊朗胡齐斯坦省三种秋葵种植方式（农林复合系统、单一栽培和间作）的能源、经济和环境表现，以确定最可持续的管理方法。

方法

通过实地分析量化了每种系统的生产成本、总收入和能源流动（投入和产出）。环境影响评估采用ReCiPe 2016方法进行生命周期评估（Life Cycle Assessment，LCA）。

结果与结论

每公顷的生产成本在间作系统中最高（3179.04美元），而在农林复合系统中最低（2013.22美元）。总收入在农林复合系统中最高（9057.69美元），在单一栽培系统中最低（5336.54美元）。投入能源在间作系统中最高（81,269 MJ ha⁻¹），而产出能源在农林复合系统中最高（113,715 MJ ha⁻¹）。能源比为单一栽培0.223、间作0.460、农林复合系统2.166。环境损害贡献在农林复合系统中最低（23%），在间作系统中最高（40%），主要来自化学肥料、柴油和塑料。总体而言，农林复合系统在经济、能源和环境指标方面表现最为平衡。

意义

这些发现表明，农林复合系统是伊朗胡齐斯坦省最可持续的秋葵生产方式，为提高资源利用效率和实现环境友好型作物管理提供了实际参考。

引言

全球人口的增长以及对能源和食物资源的日益增长的压力对可持续食品生产构成了重大挑战（Khodaei joghan等人，2022年）。农业是全球温室气体排放的主要来源之一（约占10-12%），这主要是由于能源密集型和化学投入的使用，可能导致生物多样性丧失和环境退化（Mostashari-Rad等人，2021年；Nabavi-Pelesaraei等人，2022年；Tadayonpour等人，2019年）。

不同的种植系统在环境和经济表现上存在显著差异，这取决于管理方式。单一栽培系统通常与生态不稳定、害虫压力增加和土壤养分耗竭有关（Döring和Elsalahy，2022年）。相比之下，间作（同时种植两种或更多作物）被广泛认为是一种可持续的替代方案，它能提高资源利用效率，降低投入成本，并提高单位面积的生产力（Cuartero等人，2022年；Bourke等人，2021年）。农林复合系统通过增强生物多样性和碳封存提供了长期的生态稳定性，并因其环境和经济效益而在全球范围内得到推广（Jiang等人，2021年）。大约40%的全球农业用地至少有10%的树木覆盖，凸显了农林复合系统在土地利用策略中的重要性（Bettles等人，2021年）。在伊朗，特别是在胡齐斯坦省，以枣椰树为基础的农林复合系统在区域农业生产中发挥着重要作用（伊朗农业 Jihad 部门，2024年）。

先前的研究表明，以枣椰树为基础的农林复合系统可以为小农户带来积极的经济效益，其采用率作为可持续生产策略的一部分有所增加（Miccolis等人，2019年）。然而，与物种选择、种植质量和管理实践相关的挑战可能限制其效果（Budiadi等人，2019年）。农林复合系统还通过碳封存对减缓气候变化起到重要作用，与单一栽培系统相比，其土壤有机碳储存量更高（Bettles等人，2021年；Xiang等人，2022年）。一项大型元分析证实，包括农林复合系统和间作在内的混合系统可使土壤有机碳含量比单一栽培系统增加约12%（Xiang等人，2022年）。此外，田间实验表明，农林复合系统和间作系统在光和养分利用、生态系统服务以及土地当量比和经济盈利能力方面表现更优（Esmaeilian和Amiri，2021年；Huuskonen等人，2021年）。

位于伊朗西南部的胡齐斯坦省在全国农业生产中发挥着重要作用，占收获面积和总作物产量的很大比例（伊朗农业 Jihad 部门，2024年）。秋葵（Abelmoschus esculentus L.）是该省主要种植的作物之一，得益于有利的农业气候条件以及较早的种植和收获时间（Dantas等人，2021年；Keyvan Rad等人，2021年）。这些条件增强了秋葵的经济重要性，促使农民扩大种植面积，使胡齐斯坦成为伊朗领先的秋葵生产区（伊朗农业 Jihad 部门，2022年；Javam等人，2020年）。农业投入（如化学肥料、农药和化石燃料）的滥用和过度使用导致了严重的环境后果，包括全球变暖、生物多样性丧失以及土壤和空气质量下降。因此，合理的投入管理对于防止环境退化和保护自然资源至关重要（Mostashari-Rad等人，2020年）。氮（N）、磷（P）和钾（K）肥料的施用可以提高作物产量；然而，它们的使用效率通常较低，引发了关于硝酸盐淋溶和氧化亚氮排放的环境问题（Khodabin等人，2022年；Zhang等人，2021年）。氧化亚氮和硝酸盐都是作为温室气体的活性氮物质，会对环境和人类健康造成长期风险（Hou等人，2024年；Wang等人，2023年）。

能源效率是发展可持续农业的关键因素。高能源生产率的系统有助于实现可持续性，而过度能源消耗会导致生态不稳定，并对环境和人类健康构成风险（Nabavi-Pelesaraei等人，2021年）。能源消耗和产出取决于作物类型和管理方式，直接影响系统的可持续性（Javam等人，2020年）。能源消耗产生的排放约占温室气体总排放量的三分之二，主要由森林砍伐和化石燃料燃烧等人类活动驱动（Nabavi-Pelesaraei等人，2019b；Nabavi-Pelesaraei等人，2022年）。能源优化和提高能源利用效率有助于减少作物生产中的能源使用造成的环境损害，从而节省成本并保护化石资源（Saadi等人，2025年）。迄今为止，尚未有研究在伊朗实际农场条件下比较基于秋葵的单一栽培、间作和农林复合系统的能源-环境-经济关系。因此，本研究首次对伊朗胡齐斯坦省田间条件下的秋葵种植中的能源-环境-经济关系进行了综合评估。我们假设多样化的秋葵种植系统，特别是间作和农林复合系统，将在提高能源效率和经济表现的同时减少环境影响。具体目标是：（i）量化能源流动和利用效率；（ii）使用生命周期评估（LCA）方法评估环境影响；（iii）分析单一栽培、间作和农林复合系统的经济表现，以确定最可持续的管理方式。这些发现有望为促进适应该省生态和社会经济条件的可持续农业实践提供实际和管理上的启示。

研究区域和数据收集

本研究在伊朗西南部的胡齐斯坦省进行。胡齐斯坦省面积约为64,057平方公里，毗邻波斯湾和阿尔万德河（Arvand Rud），被认为是该国的主要农业区（图1）。该省位于东经47°42′至50°39′、北纬29°58′至32°58′之间。根据胡齐斯坦省的秋葵种植面积和模式，数据来自包括阿瓦兹（Ahvaz）和达什特-埃阿扎德甘（Dasht-e Azadegan）在内的多个县。

秋葵种植系统中的能源投入

对不同秋葵种植系统的能源评估显示，间作系统中的人工劳动能源最高，为6597.04 MJ ha⁻¹，而单一栽培系统为4940.51 MJ ha⁻¹，农林复合系统为3814.81 MJ ha⁻¹。机械能源在单一栽培系统中最高，为909.15 MJ ha⁻¹，其次是间作（783.75 MJ ha⁻¹）和农林复合系统（313.5 MJ ha⁻¹）。塑料使用量仅在间作和单一栽培系统中记录到，分别为33,180公斤和28,440公斤。

能源

对各种秋葵种植系统中能源消耗的分析显示，由于管理方式的差异，能源消耗存在差异。如表2所示，间作系统的总投入能源比单一栽培系统高出33.52%，比农林复合系统高出72.93%，这主要是由于种植和收获过程中劳动力使用的增加。间作系统的塑料使用量比单一栽培系统高出16.66%，这是由于垄沟更宽所致。

结论

总之，对胡齐斯坦省秋葵种植系统的比较评估表明，农林复合系统在经济回报、能源效率和环境表现方面始终优于单一栽培和间作。农林复合系统实现了最高的总收入、最有利的能源比和最低的总环境损害，凸显了其整体可持续性。间作系统的产量高于单一栽培系统，但需要更多的投入。

作者贡献声明

阿什坎·贾利利安（Ashkan Jalilian）：数据验证、软件使用、正式分析、数据整理。穆罕默德·雷扎·贾汉苏兹（Mohammad Reza Jahansuz）：监督、方法论设计、概念构思。哈桑·加塞米·莫布塔克（Hassan Ghasemi Mobtaker）：数据验证、软件使用、方法论设计、概念构思、写作及审稿编辑。莫斯塔法·奥韦西（Mostafa Oveisi）：数据验证、资源协调、方法论设计、初稿撰写。霍赛因·莫加达姆（Hosain Moghadam）：监督、调查工作、概念构思。西瓦·加兹纳维（Shiva Ghaznavi）：数据验证、软件使用、方法论设计、正式分析。阿里·卡布（Ali Kaab）：数据验证、软件使用、写作：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。