الگوی مصرف انرژی و تحلیل حساسیت نهاده‌َهای انرژی برای تولید زعفران در ایران

سابقه و هدف: زعفران، یکی از گیاهان بومی و گران‌قیمت ایران است که کاشت آن سابقه‌ای بسیار قدیمی دارد. این گیاه یکی از گیاهان مهم در صادرات محصولات کشاورزی بوده و نقش مهمی را در ارزآوری برای کشور ایفاء می‌کند. ایران در حال حاضر به‌عنوان بزرگترین تولیدکننده زعفران، حدود 60% از کل تولید جهان را به خود اختصاص داده است. هدف از این پژوهش، تعیین الگوی مصرف انرژی و بررسی رابطه بین انرژی ورودی و عملکرد، برای تولید زعفران در غرب استان اصفهان می‌باشد.مواد و روش‌ها: در این تحقیق اطلاعات مورد نیاز به‌وسیله پرسش‌نامه و مصاحبه حضوری با کشاورزان جمع‌آوری شد. نهاده‌های مورد بررسی شامل نیروی کارگری، ماشین، سوخت دیزل، کودهای شیمیایی و آلی، آب آبیاری، الکتریسیته و انرژی بذر (پیاز) بودند. معادل انرژی هر یک از نهاده‌ها با ضرب مقدار مصرف نهاده‌ها در هم‌ارز انرژی آن محاسبه شد. براساس معادل‌های انرژی ورودی و خروجی، شاخص‌های انرژی مانند نسبت انرژی (بازده مصرف انرژی)، بهره‌وری انرژی و انرژی ویژه محاسبه گردید. بازده انرژی از تقسیم انرژی خروجی به انرژی ورودی بدست می‌آید. به منظور تعیین رابطه ریاضی بین ورودی‌های انرژی و عملکرد از تابع تولید کاب-داگلاس در این مطالعه استفاده شد. انرژی مورد نیاز در کشاورزی به چهار گروه مستقیم، غیرمستقیم، تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر تقسیم می‌شود. روش بهره‌وری فیزیکی حاشیه‌ای برای تحلیل حساسیت نهاده‌های انرژی ورودی در تولید زعفران استفاده شد. این روش نشان می‌دهد که با افزایش یک واحد در یکی از نهاده‌های انرژی، با ثابت بودن سایر عوامل تولید، میزان تغییر در عملکرد چه میزان است. مقدار مثبت mpp هر نهاده نشان می‌دهد که با افزایش در ورودی، تولید نیز افزایش خواهد یافت. بنابراین استفاده از متغیر خروجی تا زمانی که منبع ثابت به‌طور کامل استفاده نشده است نباید متوقف شود. مقدار منفی mpp عوامل ورودی نشان‌دهنده این است که هر واحد اضافه ورودی موجب کاهش عملکرد می‌شود.نتایج: براساس نتایج این تحقیق، پیاز مورد استفاده برای کشت (بذر) (54.11%) پرمصرف‌ترین نهاده در تولید زعفران می‌باشد و پس از آن کود دامی (13.51%) و برق (11%) است. نسبت انرژی‌های تجدیدپذیر در زعفران بیشتر از انرژی‌های تجدید‌ناپذیر مصرفی بود. دو روش برای محاسبه بازده مصرف انرژی در زعفران وجود دارد: اولی براساس کل خروجی زعفران مانند کلاله، برگ و پیاز است و دومی فقط کلاله زعفران در نظر گرفته می‌شود. به دلیل بازده بسیار پایین کلاله در زعفران، بازده مصرف انرژی در روش دوم نسبت به روش اول بسیار جزئی است. در این مطالعه، بازده مصرف انرژی تنها براساس کلاله زعفران 0.200 بود. مقدار r2 برای مدل کاب-داگلاس براساس مصرف انرژی 0.84 برآورد شد که نشان می‌دهد این مدل توانایی پیش‌بینی و توضیح 84% تغییرات عملکرد توسط 5 نهاده نیروی کارگری، آب آبیاری، ماشین‌ها، کودهای شیمیایی و حیوانی را دارد. نتایج تابع کاب-داگلاس نشان داد که انرژی ورودی نیروی انسانی، ماشین‌آلات، کودهای شیمیایی و حیوانی و آب برای آبیاری بر عملکرد تاثیر معنی‌داری دارد. نتایج حاصل از تحلیل حساسیت نشان داد که از بین انرژی‌های ورودی، انرژی نیروی انسانی بیشترین مقدار mpp را به خود اختصاص داد. همچنین انرژی نیروی انسانی بیشترین اثر (0.87) را در مقایسه با سایر منابع در تولید زعفران داشت.نتیجه‌گیری: نتایج این مطالعه نشان داد که کل انرژی مصرفی برای تولید محصول زعفران 138319 مگا ژول در هکتار بدست آمد. سهم انرژی‌های تجدیدپذیر برای تولید زعفران 16.46% بود. بازده مصرف انرژی، بهره‌وری انرژی، انرژی ویژه و انرژی خالص تولید زعفران به‌ترتیب 3.7، 0.24 کیلوگرم بر مگاژول، 4.8 کیلوگرم بر مگاژول و 377600 مگاژول بر هکتار بدست آمد.

energy use pattern and sensitivity analysis of energy inputs for saffron production in iran

background and objectives: saffron is one of the most iconic and valuable plants in iran, with a cultivation history that spans centuries. it is a key agricultural product for export, contributing significantly to the country’s foreign currency earnings. as the world’s leading saffron producer, iran accounts for 60% of global production. this study aims to analyze the patterns of energy use in saffron cultivation and explore the relationships between energy inputs and yield in the west of isfahan province, iran.methodology: this research gathered the necessary data through questionnaires and interviews with saffron farmers. the inputs analyzed in the study included human labor, machinery, diesel fuel, chemical and organic fertilizers, irrigation water, electricity, and seed energy. the energy equivalent for each input was determined by multiplying the input quantities by their respective energy coefficients. based on the energy equivalents of both inputs and outputs, key energy indices such as energy ratio (energy use efficiency), energy productivity, and specific energy were calculated. the energy ratio (energy use efficiency) was calculated using the formula: energy ratio = energy output (mj ha⁻¹) / energy input (mj ha⁻¹). to establish a mathematical relationship between energy inputs and yield, the cobb-douglas production function was applied. in this study, energy requirements were categorized into four groups: direct, indirect, renewable, and non-renewable. the marginal physical productivity (mpp) method was employed to analyze the sensitivity of energy inputs in saffron production. this method assesses how the performance changes when one unit of energy input is increased, while holding other production factors constant. a positive mpp value for any input suggests that increasing the input will result in higher output, implying that the input should continue to be used until the resource reaches its limit. conversely, a negative mpp value indicates that additional units of the input decrease performance, signaling that further input use would be inefficient.results: the results of this study revealed that the corm used for cultivation (seed) accounted for the highest proportion of energy consumption in saffron production, contributing 54.11%, followed by manure (13.51%) and electricity (11%). notably, the proportion of renewable energy in saffron cultivation exceeded that of non-renewable energy consumption. two methods were employed to calculate energy use efficiency in saffron production: one based on the total outputs, including stigma, leaf, and corm, and the other considering only the saffron stigma. for this study, the energy use efficiency was found to be 0.002 when based solely on saffron stigma. the r² value for the cobb-douglas production function, which was based on energy consumption, was estimated at 0.84, indicating that the model explained 84% of the variability in performance based on the five input factors: labor, irrigation water, machinery, chemical fertilizers, and animal fertilizers. the results of the cobb-douglas model demonstrated that the energy inputs of human labor, machinery, chemical and animal fertilizers, and irrigation water had a significant impact on yield. furthermore, the sensitivity analysis revealed that human labor had the highest marginal physical productivity (mpp) among all input energies. with an mpp value of 0.87, human labor had the most substantial effect on saffron production, significantly influencing the overall output compared to other energy inputs.conclusion: the results of this study indicated that the total energy consumed in saffron production was 138,319 mj/ha. of this, renewable energy accounted for 16.46% of the total energy used. the key energy indices for saffron production were as follows: energy use efficiency was 3.7, energy productivity was 0.24 kg mj⁻¹, specific energy was 4.8 mj kg⁻¹, and net energy was 377,600 mj ha⁻¹. these values provide a comprehensive overview of the energy dynamics involved in saffron cultivation, highlighting both the energy intensity and efficiency of the production process.