Application of nonparametric method for optimization of energy consumption and greenhouse gas emission in wheat production

Subject Areas : environmental management

Morteza Taki ¹ , Yahya Ajabshirchi ² , Ahmad Ghobadifar ³

1 - Assistant Professor Department of Agricultural Machinery and Mechanization, Ramin Agriculture and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Ahvaz, Iran. *(Corresponding Author)
2 - Professor Department of Biosysyems Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 - MSc. Student of Agricultural Mechanization, Department of Biosysyems Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.

Received: 2014-05-08 Accepted : 2015-03-16 Published : 2016-11-21

Keywords: Data Envelopment Analysis, Scale Efficency, Irrigated Wheat, Noeffective Units, Greenhouse gas,

Abstract :

Background and Objective: Nowadays, increase of energy consumption in agricultural section has lead to some environmental problems and increase of final costs. In this study, the non-parametric method of Data Envelopment Analysis (DEA) is used to estimate the energy efficiency and greenhose gas emission in the irrigated wheat farms in Silakhor plain of Lorestan province. Method: Data were collected through both questionnaire and interwiew surveys using 150 farmers. Results showed that the energy consumption for 0.1 up to 2, 2.1 up to 5 and over 5 hectares were 22134, 24128 and 25078 MJ/ha respectively, and the sum of grain, fertilizer and pesticides had the highest share of energy consumption in  all levels. The results of DEA showed that technical, pure technical and scale efficiencies in the third level were 88, 93 and 94%and higher than the same amounts obtained in other levels. Results: Energy saving ratios in these levels were 6.83, 8.11 and 6.54 respectively. This indicates that 1512, 1957 and 1640 MJ/ha of total input energy can be saved, if the mentioned method is used. The results of greenhouse gas emission showed that diesel fuel has the highest share in the environmental pollutants. Optimization of energy consumption can totally decrease 6516.67 kg CO2 produced in wheat production.

References:

1. پاشایی ف. رحمتی م. پاشایی پ. 1387. بررسی و تعیین میزان مصرف انرژی برای تولید گوجه فرنگی گل­خانه­ای در گل­خانه­های استان کرمانشاه. پنجمین کنگره ملی مهندسی ماشین­های کشاورزی و مکانیزاسیون. دانشگاه فردوسی مشهد.


2. منصوریان ن. 1384. بررسی بهره­وری انرژی در کشاورزی ایران (مطالعه موردی استان خراسان). پنجمین کنفرانس دوسالانه اقتصاد کشاورزی ایران، 7 تا 9 شهریور، دانشگاه سیستان و بلوچستان.
   
   
   1. Singh G. 2006. Estimation of a Mechanization Index and Its Impact on Production and economic Factor: A Case Study in India. Biosystem Engineering. 93(1): 99-106.
   
   


3. فرجی ی. 1386. بررسی وضع موجود مکانیزاسیون و شاخص­های انرژی در کشاورزی دشت عباس و ارایه راه­کارهای مناسب توسعه. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز.


4. تاکی م. عجب شیرچی ی. عبدی ر. اکبرپور م. 1391. تجزیه و تحلیل کارآیی انرژی محصول خیار گل­خانه­ای به روش تحلیل پوششی داده‌ها، مطالعه موردی (شهرستان شهرضا – استان اصفهان). نشریه ماشین­های کشاورزی.(2)1 :28 – 37.
   
   
   1. Pishgar-Komleh S.H. Ghahderijani M. Sefeefpari P. 2012. Energy consumption and CO2 emissions analysis of potato production based on different farm size levels in Iran. Journal of Cleaner Production. 33:183-191.
   
   
   2. Taki M. Abdi R. Akbarpour M. Mobtaker HG. 2013. Energy inputs – yield relationship and sensitivity analysis for tomato greenhouse production in Iran. CIGR Journal. 15: 59–67.
   
   


5. بی نام. 1387. آمار مساحت اراضی و محصولات زراعی شهرستان­های بروجرد و دورود. مدیریت جهاد کشاورزی شهرستان­های بروجرد و دورود.
   
   
   1. Cochran William. G. 1977, Sampling Techniques, Third Edition.
   
   


6. منصوریان، نجم­الدین. 1384. بررسی بهره­وری انرژی در کشاورزی ایران (مطالعه موردی استان خراسان). پنجمین کنفرانس دوسالانه اقتصاد کشاورژی ایران، 7 تا 9 شهریور، دانشگاه سیستان و بلوچستان.
   
   
   1. Mandal K.G. Saha K.P. Ghosh P.K. Hati K.M. and Bandyopadhyay K.K. 2002.­ Bio­­­ energy and economic analysis of soybean-based crop production systems in central India, Biomass Bio­ energy. 23(5): 337–345.
   
   
   2. Kaltschmitt M. Reinhardt G.A. and Stelzer T.1997.­ Life cycle analysis of befouls under different environmental aspects. Biomass and Bio energy. 12(2): 121–134
   
   
   3. Karkacıer O. and Goktolga Z.G. 2005.­ Input-output analysis of energy use in agriculture, Energy Conversion and Management. 46(9-10): 1513- 1521.
   
   
   4. Unakitan G. Hurma H. Yilmaz F. 2010. An analysis of energy use efficiency of canola production in Turkey. Energy. 35: 3623-3627.
   
   
   5. Mohammadi. A. and Omid M. 2010. Economical analysis and relation between energy inputs and yield of greenhouse cucumber production in Iran, Applied Energy. 87: 191–196
   
   
   6. Yaldiz O. Ozkan H.H. Zeren Y. and Bascetincelik A. 1993. Energy usage in production of field crops in Turkey.Pp.­854-864.­ International Congress on Mechanization and Energy Use in Agriculture. Kusadasi, Turkey.
   
   


7. کورهونن پ.  میکولاس ل. 1380. استفاده از تحلیل پوششی داده­ها در ارزیابی اکو-کارایی نیروگاه­های برق. ترجمه کیومرث حیدری. صنعت برق.


8. غچه بیگ ف. امید م. احمدی ح. دلشاد د. 1389. ارزیابی و بهبود مصرف بهینه منابع انرژی در تولید محصول خیار در گلخانه­های تهران با  استفاده از تحلیل پوششی داده، ششمین کنگره ملی مهندسی ماشین­های کشاورزی و مکانیزاسیون، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی تهران.


9. امامی میبدی ع. 1379. اصول اندازه­گیری کارایی و بهره­وری. انتشارات موسسه مطالعات و پژوهش­های بازرگانی.
   
   
   1. Yong T. and Chunweki K. 2003.­ A hierarchical AHP/DEA methodology for the facilities layout design problem. European Journal of Operational Research 147(2): 128-136.
   
   


10. قیصری ک. مهرنو ح. جعفری الف. ر. 1386. کلیاتی بر تحلیل پوششی داده­های فازی. مرکز انتشارات علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد قزوین
    
    
    1. Omid M. Ghojabeige F. Delshad M. and Ahmadi H. 2011. Energy use pattern and benchmarking of selected greenhouses in Iran using data envelopment analysis, Energy Conversion and Management. 52: 153-162.
    
    
    2. Malana N.M. and Malano H.M. 2006. Benchmarking productive efficiency of selected wheat areas in Pakistan and India - Data Envelopment Analysis. Irrigation and Drainage. 55: 383-394
    
    
    3. Mousavi-Avval. SH. Rafiee S. Jafari A. and Mohammadi A. 2011.­ Improving energy use efficiency of canola production using data envelopment analysis (DEA) approach.­ Energy. 36: 2765- 2772.
    
    
    4. Banaeian N. Zangeneh M. and Omid M. 2010. Energy use efficiency for walnut producers using Data Envelopment Analysis (DEA), Australian journal of crop science. 4(5): 359-362.
    
    


11. سماواتیان ن. رفیعی ش.  مبلی م. 1389. بررسی بهبود مصرف انرژی در تولید سیر با روش تحلیل پوششی داده­ها. ششمین کنگره ملی مهندسی ماشین­های کشاورزی و مکانیزاسیون، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی تهران.
    
    
    1. Pishgar S.H. Omid M. and Keyhani A. 2011. Study on Energy use Pattern and Efficiency of Corn Silage in Iran by using Data Envelopment Analysis (DEA) Technique, International Journal of Environmental Sciences. 1(6): 1094-1106.
    
    
    2. Taki M. Mahmoudi A. Mobtaker HG. Rahbari H. 2012. Energy consumption and modeling of output energy with multilayer feed-forward neural network for corn silage in Iran. CIGR Journal. 14: 93–101.
    
    
    3. Dyer J. A. and Desjardins R. L. 2007. Energy based GHG emissions from Canadian agriculture. Journal of the Energy Institute. 80(2):93-95.
    
    
    4. Lal R. 2004. Carbon emission from farm operations. Environment International. 30(7): 981-990.