بررسی منابع
۲-۱- اهمیت گیاه برنج
برنج نقش مهمی در تغذیه نیمی از مردم جهان که بیشتر آنها در کشورهای در حال توسعه مانند ایران زندگی می‌کنند، دارد. این محصول یک سوم سطح زیر کشت غلات دنیا را اشغال کرده است و ۳۵ تا ۶۰ درصد کالری مورد نیاز ۷/۲ میلیارد نفر از جمعیت جهان را تامین می‌کند. [۸۱]. مصرف سرانه برنج در جهان ۷/۵۶ کیلو گرم در سال میباشد [۴۰]. سطح زیر کشت برنج در جهان ۱۶۳ میلیون هکتار است که با متوسط عملکرد ۴۸/۴ تن در هکتار ۲/۷۳۰ میلیون تن شلتوک در سال ۲۰۱۲ از آن برداشت شد [۴۰]. در بسیاری از کشورها امنیت غذایی وابستگی زیادی به بوم نظامهای کشت آبی و بارانی برنج دارد [۸۱]. بر آورد میشود که تولید برنج باید سالانه یک درصد افزایش یابد تا بتواند جوابگوی تقاضای غذای جمعیت در حال رشد باشد [۴۰]. این گیاه منبع اصلی پروتئین در رژیم غذایی مردم بیشتر کشورهای آسیایی به شمار میرود [۷۹]. حدود ۹۰ درصد برنج جهان در آسیا تولید و مصرف میشود که ۹۶ درصد آن در کشورهای در حال توسعه است [۸۱].
شکل۲-۱ میزان تولید و سطح زیر کشت جهانی شلتوک [۴۰]
کشت برنج در ایران به دوره هخامنشیان بر میگردد [۱۷]. مصرف سرانه برنج در ایران ۳۷ کیلوگرم در سال تخمین زده میشود. سطح زیر کشت برنج کشور ۵۷۴ هزار هکتار است که استان مازندران با دارا بودن سهم ۵/۳۸ درصدی رتبه نخست کشور را بهخود اختصاص داده است و استان گیلان با ۲/۳۱ درصد در جایگاه دوم قرار گرفته است. استانهای خوزستان با سهم ۱/۱۰ درصد، گلستان با سهم ۵/۸ درصد و فارس با سهم ۵/۵ درصد از کل سطح برداشت اراضی شالیکاری کشور به ترتیب رتبه‌های سوم تا پنجم را دارا هستند. همچنین از لحاظ تولید شلتوک به همین ترتیب این استانها از مهمترین مراکز تامین برنج داخلی میباشند. با متوسط عملکرد ۲/۴۷۸۴ کیلوگرم در هکتار میزان تولید سالانه شلتوک کشور در حدود ۷/۲ میلیون تن میباشد [۲۳]. با این حال سالانه بر اساس آمار رسمی سازمان خوار و بار کشاورزی جهان ۵/۱ میلیون تن برنج در کشور وارد میشود [۴۰].
از برنج علاوه بر مصارف غذایی، در تهیه الکل، کاغذ و در صنایع پارچه بافی استفاده میگردد. همچنین با توجه به این که دانه برنج حاوی مقدار زیادی نشاسته است، از آن برای تهیهی نشاسته نیز استفاده میگردد. از کاه آن برای تغذیه دام و از پوست دانه برنج (سبوس) برای تقویت مزارع، باغات و خوراک دام و طیور استفاده میشود [۱۱].

۲-۲- ویژگی های گیاه شناسی
برنج با نام علمی Oryza sativa L. متعلق به خانواده گرامینه (Poaceae) است. این گیاه دارای ژنوتیپهای زودرس (طول دوره رشد ۱۳۰ تا ۱۴۵ روز)، متوسط رس (۱۵۰ تا ۱۶۰ روز) و دیررس (۱۷۰ تا ۱۸۰ روز) میباشد. ریشه برنج سطحی و افشان بوده و حداکثر تا عمق ۲۰ تا ۲۵ سانتیمتری خاک نفوذ مینماید. ساقه آن بند بند و توخالی است. برگ ها کشیده با رگبرگهای موازی و بدون دمبرگ در دو طرف ساقه به صورت متناوب قرار گرفتهاند. دارای قدرت پنجه زنی مناسب بوده به طوری که هر بوته برنج معمولا ۴ تا ۵ پنجه تولید میکند. گل آذین برنج پانیکول بوده و گیاهی خودگشن است [۱۱].
۲-۳- ویژگیهای اکولوژیکی
برنج گیاهی است ویژه کشت در مناطق گرم و به طور کلی گیاهی نیمه گرمسیری است. این گیاه از ۵۳ درجه شمالی تا ۳۵ درجه جنوبی کشت میشود. این گیاه دارای سه تیپ زراعی ایندیکا از تیپهای گرمسیری، ژاپونیکا تیپ معتدل و جاوانیکا تیپ حدواسط برنج است. عمده سطح زیر کشت برنج در ایران از ارقام ایندیکا تشکیل شده است و فقط ۲۰ درصد سطح زیر کشت به ارقام ژاپونیکا اختصاص دارد. ارقام ایندیکا نسبت به طول دورهی روشنایی حساس بوده و گیاهانی روز کوتاه میباشند، در حالی که ارقام ژاپونیکا حساسیتی به طول دورهی روشنایی ندارند [۴]. دمای مورد نیاز برنج برای رشد و نمو مطلوب بین ۲۷ تا ۳۲ درجه سانتیگراد میباشد [۶۹]. درجه حرارتهای پایینتر از ۲۰ درجه سانتیگراد طی ابتدای مرحله میکروسپور مانع از نمو گرده میشود. همچنین در هنگام گلدهی دمای پایین تر از ۲۰ و بالاتر از ۳۵ درجه باعث افزایش عقیمی سنبله میشود [۲۱].
۲-۴- اهمیت کود نیتروژن
در چند دهه گذشته، افزایش عملکرد محصولات کشاورزی در واحد سطح زمین و در واحد زمان به دلیل مدیریت بهتر تولید، بهبود ژرم پلاسم و مصرف بیشتر کودها بوده است. تا حدود ۵۰ درصد تولید جهانی محصولات مربوط به استفاده از کود های تجاری است. رشد محصولات، تا حد زیادی وابسته به عرضه نیتروژن، چه از خاک و یا اضافه کردن به عنوان کود است. اگر عرضه نیتروژن ناکافی باشد رشد مطلوب حاصل نمیشود. میزان نیتروژن مورد نیاز به نوع گیاه، غلظت و توزیع نیتروژن در بافت گیاه، عملکرد مورد انتظار، نیتروژن خاک، آبشویی و… بستگی دارد [۱۲]. در زراعت برنج معمولا به ازای هر یک تن محصول برنج حدود ۲۰ کیلوگرم نیتروژن در هکتار نیاز است [۴].
با توجه به این که نیتروژن نقش قابل ملاحظه ای در افزایش عملکرد گیاهان دارند، سالانه میلیون‌ها تن از کودهای نیتروژنی برای تولید محصولات مختلف کشاورزی در سراسر جهان مصرف می‌شود [۴۴]. از طرف دیگر مصرف بیش از حد نیتروژن موجب آسیب‌های زیست محیطی، افزایش گرمایش جهانی و نهایتا آسیب به سلامتی انسان می‌شود. در واقع فقط ۳۰ تا ۴۰ درصد نیتروژن اضافه شده به خاک به مصرف گیاه می‌رسد و مابقی از طریق رواناب و آبشویی، تصعید آمونیومی و دنیتریفیکاسیون از دسترس گیاه خارج شده و محیط زیست را آلوده میکند [۳۰ و ۳۶]. کارایی مصرف نیتروژن در کشت برنج در آسیا ۴۰ درصد و در ایران ۳۴ درصد میباشد [ ۶۷].
۲-۵- تغییر اقلیم و نقش فعالیتهای بشری
میانگین بلند مدت آمار جوی، سطح زمین و آب در طی فصول مختلف و سالهای طولانی در یک منطقه معرف اقلیم آن منطقه است [۶]. تغییر اقلیم به نوسانات ویژهای که در مقیاس زمانی طولانی رخ میدهد و منجر به بی ثباتی قابل ملاحظه متوالی در میانگینهای ۳۰ ساله میشود اطلاق میگردد [۱۶]. هر چند تغییرات اقلیمی در محدودهی جهانی صورت میپذیرد، اما قطعا با توجه به اقلیم هر ناحیه میزان اثر گذاری پدیدهی تغییر اقلیم بر آن متفاوت خواهد بود [۶].
بسیاری از تغییرات اقلیمی مشاهده شده در چند دهه گذشته از سال ۱۹۵۰، در طی هزاران سال گذشته بی سابقه بوده است [۴۸]. رشد صنایع و کارخانه ها از یک طرف و جنگل زدایی و تخریب محیط زیست از طرف دیگر باعث افزایش روز افزون تخریب طبیعت و افزایش گازهای گلخانهای در سطح کره زمین شده است. این پیامد منفی باعث ایجاد تغییرات قابل ملاحظهای در وضعیت آب و هوایی کره زمین بوده؛ به طوری که در سال های اخیر شدت خشکسالی و سیلابها و پدیده های حدی در بخشهای مختلف کره زمین به نحو چشمگیری افزایش داشته است. به منظور بررسی دقیق تر مساله، در سال ۱۹۸۸ موسسهای با نام هیات بین دول تغییر اقلیم (IPCC^[1]) توسط سازمان جهانی هواشناسی و برنامه محیط زیست سازمان ملل تاسیس شد. هدف اصلی این موسسه، شناختن جنبه های مختلف تغییر اقلیم و بهخصوص چگونگی تاثیر فعالیتهای انسانی بر آن بود [۱۵].
ابزارهای دقیق زمینی و دریایی هواشناسی نشان دادهاند که میانگین دمای جهانی طی قرن بیستم در حدود ۴/۰ تا ۸/۰ درجه سانتیگراد افزایش داشته است [۶]. پیش بینی میشود تا پایان قرن ۲۱ بین ۱/۱ تا ۴/۶ درجه سانتیگراد افزایش یابد که در نتیجهی افزایش غلظت گازهای گلخانهای دی اکسید کربن (CO₂)، متان (CH₄) و اکسید نیتروژن (N₂O) است [۶۶]. کاهش یخهای کوهستانی، کاهش پوششهای برفی، افزایش وقوع بهاران زودرس ناشی از ذوب سریع یخها و افزایش سطح آب دریاها که در طی قرن بیستم نسبت به هزاره قبل از آن افزایش معنیداری داشته، و نیز افزایش تبخیر آب و افزایش شدت و میزان بارش در بسیاری از مناطق، دلایل تایید تغییر اقلیم جهانی به شمار میآیند [۶].
در اثر فعالیتهای بشری طی دهه های اخیر، چهره پوششهای گیاهی سطح زمین در مقیاس گسترده دستخوش تغییرات قابل ملاحظه ای شده است؛ از جمله این فعالیتهای ویرانگر میتوان جنگل زدایی، تغییر کاربری اراضی و بیابان زایی را بر شمرد. از سوی دیگر استخراج بی رویه کانیهای زمین و شیوه های نامناسب آبیاری منجر به آبشویی و از بین رفتن پوششهای گیاهی و بروز سیل میشود. این تغییرات گسترده در پوشش های گیاهی سطح زمین، نشان دهنده تغییراتی در فرآیندهای زیستی، از جمله چرخه آب و الگوهای دمایی در سطح کره زمین به شمار میآیند که میتوانند پیامدهای ناگوار و جبران ناپذیری برای آیندگان به بار آورند [۶].
مطلب قابل توجه دیگر، افزایش سطح گازهای گلخانهای ناشی از فعالیتهای ویرانگر بشری است. گازهایی چون اکسید نیتروژن ، دی اکسید کربن، متان و سایر گازهای هالوکربن (گازهای ترکیبی کربن با یک هالوژن و گاهی هیدروژن)، که عامل کلیدی در جذب امواج کوتاه تابش خورشیدی به شمار میآیند، باعث میشود امواج تابشی در جو زمین به دام افتند و سبب افزایش گرمایش جهانی شود. پایه و اساس تولید این گازها بیشتر به فعالیتهای صنعتی، حمل و نقل و سایر فعالیتهای بشری در بخش کشاورزی و تغییر کاربری اراضی نسبت داده میشود [۶].
۲-۶- گازهای گلخانهای
مهمترین گازهای گلخانهای موجود در جو زمین عبارتند از: دی اکسید کربن، متان، اکسید نیتروژن ، بخار آب، اوزون و کلروفلوئوروکربنها. با توجه به بازتاب نور خورشید، این گازها یکی از اجزای اصلی ایجاد حالت گلخانهای به شمار میآیند. واکنش هر یک از این اجزا به فشارهای اقلیمی، پایهای برای تعیین میزان حساسیت اقلیم به شمار میآید. دی اکسید کربن بیشترین فشار را بر اقلیم کنونی وارد میآورد. میزان دقیق این فشار حدود ۴/۱ وات بر متر مربع است. فشار دی اکسید کربن بر اقلیم در آینده به دلیل افزایش مصرف سوختهای فسیلی افزایش مییابد. اگر میزان و نحوه مصرف سوختهای فسیلی کنترل شود، فشار دی اکسید کربن طی ۵۰ سال آینده به یک وات بر متر مربع خواهد رسید. اما اگر میزان مصرف سوختهای فسیلی طی ۵۰ سال، سالانه یک تا یک و نیم درصد افزایش یابد آنگاه میزان فشار دی اکسید کربن بر اقلیم به دو وات بر متر مربع خواهد رسید. سایر گازهای گلخانهای جملگی تقریبا فشار یکسانی را برابر با فشار دی اکسید کربن بر اقلیم وارد میآورند [۶].
غلظت دی اکسید کربن جو از سال ۱۷۵۰ در اثر فعالیتهای بشری افزایش یافته، به طوری که در سال ۲۰۱۱ غلظت این گاز در جو به ۳۹۱ میکرومول در مول هوا رسیده است (شکل۲-۲). این مقدار ۴۰ درصد بیشتر از مقدار آن در قبل از دوره صنعتی شدن است. انتشار سالانه دی اکسید کربن ناشی از سوختهای فسیلی و تولید سیمان از سال ۲۰۰۲ تا ۲۰۱۱ به طور میانگین ۳/۸ گیگا تن کربن در سال بوده است و در سال ۲۰۱۱ به میزان ۵/۹ گیگا تن در سال بوده که ۵۴ درصد بیشتر از مقدار آن در سال ۱۹۹۰ است. انتشار سالانه کربن خالص ناشی از تغییر کاربری زمین ۹/۰ گیگا تن در سال از سال ۲۰۰۲ تا ۲۰۱۱ بوده و از سال ۱۷۵۰ تا ۲۰۱۱ انتشار دی اکسید کربن ناشی از سوختهای فسیلی و تولید سیمان ۳۷۵ گیگا تن کربن را به جو اضافه کرده است. در حالی که جنگل زدایی و تغییر کاربری زمین تقریبا ۱۸۰ گیگا تن کربن اضافه نموده که در مجموع، فعالیتهای بشری ۵۵۵ گیگا تن کربن را به جو افزوده است. از این مقدار کربن ۲۴۰ گیگا تن در جو ذخیره شده، ۱۵۵ گیگا تن توسط اقیانوس جذب شده و ۱۶۰ گیگا تن در اکوسیستم های طبیعی تجمع یافته است [۴۸].
شکل۲-۲ غلظت دی اکسید کربن جو از سال ۱۹۵۸ تاکنون [۴۸]
۲-۷- سناریوهای اقلیمی آینده جهان
آینده تغییر اقلیم به سناریوهای پیشنهادی و فشارهای وارد بر اقلیم وابسته است. سناریوهای IPCC محدوده وسیعی از فشارهای وارد بر اقلیم را پوشش میدهند. یکی از سناریوها در مدل اقلیمی غالبا برای میزان انتشار گازهای گلخانه ای در آینده، مورد استفاده قرار میگیرد؛ که سناریویی بسیار مفید بوده و نتایج حاصل از آن برای پیش بینی پاسخهای اقلیم در آینده به کار میرود [۴۹].
انتشار آینده گازهای گلخانه ای در کنترل سیستمهای پیچیده پویایی است که از فشار توسعه فردی، اجتماعی، اقتصادی و تغییرات تکنولوژی ناشی میشود. سناریوها تصاویر جایگزینی هستند که چگونگی روند تغییرات اقلیم آینده را آشکار میسازند و یک ابزار مناسب برای تجزیه و تحلیل چگونگی تاثیر فشارهای محرک بر انتشار گازهای گلخانهای هستند. البته نتایج آنها با اصل عدم قطعیت همراه است. تجزیه و تحلیل تغییرات آب و هوایی شامل مدل سازی آب و هوا و ارزیابی اثرات آن، سازگاری و کاهش اثرات میشود. البته لازم به ذکر است احتمال وقوع هر یک از این سناریوهای انتشار گازهای گلخانهای بسیار نامشخص است [۴۹].
شش سناریوی (SRES^[2]) در رابطه با میزان انتشار گازهای گلخانهای تا پایان سال ۲۱۰۰ ارائه شده است (شکل۲-۳). سناریوی A1 رشد بسیار سریع اقتصادی، افزایش جمعیت جهان در نیمههای قرن و کاهش روند بعد از آن را پیشبینی میکند و در بردارنده معرفی سریع فنآوریهای جدید و کارآمد است. پس زمینه عمده در این سناریو همگرایی بین منطقهای، ظرفیت سازی و افزایش تعاملات فرهنگی و اجتماعی با کاهش قابل توجهای در تفاوت درآمد سرانه منطقهای است. سناریوی A1 به سه زیر خانواده تقسیم میشود. در سناریوی A1F1 سوختهای فسیلی به صورت گسترده استفاده خواهد شد. در سناریوی A1T از انرژیهای غیر فسیلی استفاده میشود و در سناریوی A1B بین تمام منابع تعامل وجود دارد. در سناریوی A2 موضوع اساسی اعتماد به نفس و حفظ هویتهای محلی است. الگوهای باروری در مناطق همگرا بسیار آرام بوده که نتیجه آن افزایش مداوم جمعیت جهانی است. توسعه اقتصادی در درجه اول منطقه گرا و سرانه رشد اقتصادی و تغییرات تکنولوژی بخش به بخش و آهستهتر از سناریوهای دیگر است. سناریوی B1 توصیف کنندهی یک جهان همگرا است که در آن رشد جمعیت مانند سناریوی A1 تا اواسط قرن افزایشی و بعد از آن کاهشی میباشد و شامل تغییرات سریع در ساختارهای اقتصادی به سمت خدمات و اطلاعات اقتصادی، کاهش شدت مواد و مقدمهای از فن آوریهای پاک و منابع کارآمد میباشد. سناریوی B2 بر راه حلهای محلی برای پایداری اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی تاکید دارد. افزایش رشد جمعیت به طور مداوم و در نرخ پایینتر از سناریوی A2 است. سطوح متوسط توسعه اقتصادی و تغییرات سریع تکنولوژی کمتر از سناریوهای B1 و A1 است. در این سناریو نیز حفاظت از محیط زیست و عدالت اجتماعی در سطح محلی و منطقهای متمرکز شده است [۴۹].
همچنین محققان با بهره گرفتن از مدل CMIP5^[3] و بر اساس روش RCP^[4] چهار سناریوی جدید را برای میزان افزایش غلظت دی اکسید کربن جو تا سال ۲۱۰۰ مطرح کردهاند (جدول ۲-۱). این سناریوها غلظت دی اکسید کربن جو را به میزان ۴۲۱ (RCP2.6)، ۵۳۸ (RCP4.5)، ۶۷۰ (RCP6.0) و ۹۳۶ (RCP8.5) میکرومول در مول در سال ۲۱۰۰ پیش بینی کردهاند [۴۸].
شکل ۲-۳ کل انتشار سالانه جهانی دی اکسید کربن (گیگاتن در سال) از تمامی منابع (انرژی، صنعت و تغییر کاربری زمین) از سال ۱۹۹۰ تا ۲۱۰۰ میلادی در سناریوهای مختلف در چهار خانوادهA1، A2، B1 و B2 و در شش گروه A1F1، A1T، A1B، A2، B1 و B2 [49]