Energy efficiency and emissions of CO2, CH4, and N2O in organic and conventional rice production

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5433/1679-0359.2020v41n3p797

Keywords:

Rice farming, Greenhouse gases, Organic farming, Sustainable production, Sustainability.

Abstract

Rice is the second-most produced cereal worldwide and actively contributes to greenhouse gas (GHG) emissions, particularly methane, especially under deepwater production. Assessments of energy efficiency (EE) and GHG emissions can indicate the sustainability level of agrosystems and support decisions related to the reduction of production costs and environmental pollution. This study aimed to assess both EE and GHG emissions in organic and conventional rice production in the Southern region of Brazil. For this study, eight rice fields were evaluated. Energy inputs and outputs were calculated by multiplying the production input amounts by their respective calorific values or energy coefficients at each stage of production. EE was determined using the ratio between the total energy output and the total energy consumed during the production process. GHG emissions were estimated using the principles of the lifecycle assessment methodology in addition to the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) recommendations. Each 1.0 MJ consumed during the production of organic and conventional rice produced renewable energy averages of 10.5 MJ and 7.90 MJ, respectively, as grains. The primary energy expenses for organic rice were represented by seeds, fuel, tractors, and agricultural machinery and implements, and those for conventional rice were seeds, fuel, and fertilizers. Each kilogram of organic and conventional rice produced accounted for the emission of 0.21 and 0.32 kg of CO2eq, respectively, during the production cycles and delivery to the warehouse, with seeds, fuel, and fertilizers being the main sources of CO2eq emissions to the atmosphere.

Metrics

Metrics Loading ...

Author Biographies

Roni Fernandes Guareschi, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro

Pós-Doutorando, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, UFRRJ, Seropédica, RJ, Brasil.

Marcio dos Reis Martins, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro

Pós-Doutorando, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, UFRRJ, Seropédica, RJ, Brasil.

Segundo Urquiaga, EMBRAPA AGROBIOLOGIA

Pesquisador, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, EMBRAPA AGROBIOLOGIA, Seropédica, RJ, Brasil.

Bruno José Rodrigues Alves, EMBRAPA AGROBIOLOGIA

Pesquisador, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, EMBRAPA AGROBIOLOGIA, Seropédica, RJ, Brasil.

Robert Michael Boddey, EMBRAPA AGROBIOLOGIA

Pesquisador, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, EMBRAPA AGROBIOLOGIA, Seropédica, RJ, Brasil.

Leonardo Fernandes Sarkis, Universidade Federal de Lavras

Discente, Curso de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo, Universidade Federal de Lavras, UFLA, Lavras, MG, Brasil.

References

Assenheimer, A., Campos, A. T., & Gonçalves, A. C., Jr. (2009). Análise energética de sistemas de produção de soja convencional e orgânica. Ambiência, 5(3), 443-455.

Boddey, R. M., Soares, L. H. B., Alves, B. J. R., & Urquiaga, S. (2008). Bio-ethanol production in Brazil. In D. Pimentel (Eds.), Biofuels, solar and wind as renewable energy systems (pp. 321-356). Dordrecht: Springer.

Brodt, S., Kendall, A., Mohammadi, Y., Aslihan, A., Yuan, J., Lee, I., & Linquist, B. (2014). Life cycle greenhouse gas emissions in California rice production. Field Crops Research, 169(1), 89-98. doi: 10.1016/j.fcr.2014.09.007

Campos, A. T., & Campos, A. T. (2004). Balanços energéticos agropecuários: uma importante ferramenta como indicativo de sustentabilidade de agroecossistemas. Ciência Rural, 34(6), 1977-1985. doi: 10.1590/S0103-84782004000600050

Capellesso, A. J., & Cazella, A. A. (2013). Indicador de sustentabilidade dos agroecossistemas: estudo de caso em áreas de cultivo de milho. Ciência Rural, 43(12), 2297-2303. doi: 10.1590/S0103-84782013005000130.

Claudino, E. S., & Talamini, E. (2013). Análise do Ciclo de Vida (ACV) aplicada ao agronegócio - uma revisão de literatura. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 17(1), 77-85. doi: 10.1590/S1415-43662013000100011

Comitre, V. (1993). Avaliação energética e aspectos econômicos da soja na região de Ribeirão Preto, SP. Dissertação de mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, SP, Brasil.

Companhia Nacional de Abastecimento (2010). Custos de produção agrícola: a metodologia da Conab. Brasília: Conab.

Companhia Nacional de Abastecimento (2015). Acompanhamento da safra brasileira de grãos - Safra 2014/15. Brasília: Conab.

Costabeber, J. A. C. (1989). Eficiência energética e processos de produção em pequenas propriedades rurais. Dissertação de mestrado, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS, Brasil.

Cunha, J. P. B., Campos, A. T., Martins, F. G. L., Paula, V. R., Volpato, C. E. S., & Silva, F. C. (2015). Demanda energética de diferentes manejos de solo no cultivo de milho. Bioscience Journal, 31(3), 808-817. doi: 10.14393/BJ-v31n3a2015-22431

Fadare, D. A., Bamiro, O. A., & Oni, A. O. (2009). Energy analysis for production of powdered and pelletised organic fertilizer in nigeria. Journal of Engineering and Applied Sciences, 4(4), 75-82.

Ferreira, F. F., Neumann, P. S., & Hoffmann, R. (2014). Análise da matriz energética e econômica das culturas de arroz, soja e trigo em sistemas de produção tecnificados no Rio Grande do Sul. Ciência Rural, 44(2), 380-385. doi: 10.1590/S0103-84782013005000157

Gellings, C. W., & Parmenter, K. E. (2004). Energy efficiency in fertilizer production and use. In C. W. Gellings, & K. Blok (Eds.), Efficient use and conservation of energy. Oxford, UK: UNESCO.

Gundogmus, E., & Bayramoglu, Z. (2006). Energy input use on organic farming: a comparative analysis on organic versus conventional farms in Turkey. Journal of Agronomy, 5(1), 16-22. doi: 10.3923/ja.2006.16.22

Macedo, I. C., Leal, M. R. L. V., & Silva, J. E. A. R. (2004). Balanço das emissões de gases do efeito estufa na produção e no uso do etanol no Brasil. São Paulo: Secretaria do Meio Ambiente.

Macedônio, A. C., & Picchioni, S. A. (1985). Metodologia para o cálculo do consumo de energia fóssil no processo de produção agropecuária. Curitiba: Secretaria de Estado da Agricultura.

Miranda, M., & Marchioro, N. P. X. (1985). Primeiro treinamento em análise ecoenergética de sistemas Agrícolas. Curitiba: Fundação Instituto Agronômico do Paraná, IAPAR.

Mourad, A. L., & Walter, A. (2011). The energy balance of soybean biodiesel in Brazil: a case study. Biofuels, Bioproducts Biorefining, 5(1), 185-197. doi: 10.1002/bbb. 278

Nardi, A., Barbosa, A. C., Fioravante, E. F., Câmara, F. O., & Silveira, I. L. (2004). Proposição de limites máximos de emissão de poluentes atmosféricos de fontes fixas para a indústria de fertilizantes em nível nacional. Recuperado de http://www.mma.gov.br/port/conama/processos/198FC8A8/Emenda Fertilizantes7oGT. doc

Nunes, F. A. (2015). Avaliação do potencial de aquecimento global do arroz branco, integral, parboilizado e parboilizado integral obtidos em sistemas de cultivo mínimo e orgânico. Dissertação de mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil.

Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (2006). Guidlines for national greenhouse gas inventories. Retrieved from http://www.ipccnggi.iges.or.jp/public/2006gl

Pimentel, D. (1980). Handbook of energy utilization in agriculture. Boca Raton, US: CRC Press.

Pirdashti, H., Pirdashti, M., Mohammadi, M., Baigi, M. G., & Movagharnejad, K. (2015). Efficient use of energy through organic rice-duck mutualism system. Agronomy for Sustainable Development, 35(4), 1489-1497.

Pires, A. C., Rabelo, R. R., & Xavier, J. H. V. (2002). Uso potencial da análise do ciclo de vida (ACV) associada aos conceitos da produção orgânica aplicados à agricultura familiar. Cadernos de Ciência & Tecnologia, 19(2), 149-178.

Quadros, K. R., & Kokuszka, R. (2007). Balanço energético em sistemas de produção convencional e agroecológico de feijão, na região de Rebouças-PR. Revista Brasileira de Agroecologia, 2(1), 50-54.

Queiroz, G. C., & Garcia, E. E. C. (2010). Reciclagem de sacolas plásticas de polietileno em termos de inventário de ciclo de vida. Revista Polimeros, 20(1), 401-406. doi: 10.1590/S0104-14282011005000003

Riquetti, N. B. (2014). Produtividade, eficiência energética e econômica em semeadura cruzada de soja. Tese de doutorado, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Botucatu, SP, Brasil.

Santos, H. P., Fontaneli, R. S., Spera, S. T., & Dreon, G. (2013). Conversão e balanço energético de sistemas de produção com integração lavoura-pecuária, sob plantio direto. Revista Brasileira de Ciências Agrárias, 8(1), 1-7. doi: 10.1590/S0100-204X2011001000011

Soares, L. H. B., Alves, B. J. R., Boddey, R. M., & Urquiaga, S. (2009). Mitigação das emissões de gases efeito estufa pelo uso de etanol da cana-de-açúcar produzido no Brasil. Seropédica: EMBRAPA Agrobiologia.

Souza J. L., Casali, V. W. D., Santos, R. H. S., & Cecon, P. R. (2008). Balanço e análise da sustentabilidade energética na produção orgânica de hortaliças. Horticultura Brasileira, 26(4), 433-440. doi: 10.1590/S0102-05362008000400003

Downloads

Published

2020-04-07

How to Cite

Guareschi, R. F., Martins, M. dos R., Urquiaga, S., Alves, B. J. R., Boddey, R. M., & Sarkis, L. F. (2020). Energy efficiency and emissions of CO2, CH4, and N2O in organic and conventional rice production. Semina: Ciências Agrárias, 41(3), 797–810. https://doi.org/10.5433/1679-0359.2020v41n3p797

Issue

Section

Articles

Most read articles by the same author(s)

<< < 1 2