از ارقام پر محصول، سیستمهای کشت فشرده، افزایش مصرف کود و سموم شیمیایی و مکانیزاسیون کشاورزی در کشاورزی مدرن سبب افزایش مصرف انرژی ورودی و کاهش نسبت انرژی شده است.
مندل و همکاران (2002) دریافتند که افزایش سطح مکانیزاسیون عملیات موجب افزایش تولید محصول میگردد و مصرف انرژی را افزایش میدهد. اگرچه مصرف انرژی با گذشت زمان در حال افزایش است اما بازده استفاده از انرژی پیوسته در حال کاهش است (خان و همکاران، 2007). برای تولید پایدار در کشاورزی استفاده از انرژیهای مؤثرتر و کاراتر ضروری است مخصوصا زمانی که بحث حفاظت از منابع سوخت‌های فسیلی و کاهش دخالت در محیط زیست و حفاظت از سرمایه مطرح باشد (دمیرکن49 و همکاران، 2006).
مکلاگین50 و همکاران (1997) بیان کردند که کودهای دامی جانشین بسیار مناسبی برای کودهای شیمیایی میباشند و استفاده بجا از آن میتواند انرژی مصرفی در این بخش را بین 20 تا 50 درصد ماهش دهد و باعث افزایش نسبت انرژی شود. آبیاری یکی از عملیات انرژیخواه در زراعت نیشکر است که کاهش انرژی مصرفی در این عملیات میتواند نسبت انرژی را به میزان زیادی بهبود بخشد. مدیریت بهینه در مصرف کود شیمیایی و آبیاری موجب صرفهجویی 25 درصدی در میزان انرژی مصرفی میشود.
مانی51 و همکاران (1998) در تحقیقی بر روی الگوهای استفاده از توان و انرژی در کشت نیشکر، در ناحیهای در جنوب پرادش هند، بیان کردند که عملیات سنگین برای تولید محصول بوسیله تراکتور و ماشین انجام میشود و از بوفالو برای حمل نیشکر از مزرعه به کارخانه به مقدار زیادی استفاده میگردد. از آنجایی که تراکتور باعث فشردگی خاک میشود از بوفالو برای عملیات داشت محصول نیز استفاده میشود. همچنین اعلام کردند عملکرد بالای تولید در ایالات متحده اغلب به دلیل تغییر در مقدار انرژی ورودی و بهنژادی ژنتیکی محصولات است که مورد اخیر به تنهایی عامل نیمی از افزایش عملکرد در واحد سطح می‌باشد.
سینگ و همکاران (1992) انرژیهای لازم برای کاشت بادام زمینی، نیشکر، نخود و پنبه را بدست آوردند و در نواحی مختلف هند مورد مقایسه قرار دادند. انرژی لازم برای کشت بادام زمینی در ناحیه تامیل نادو با 7652 مگاژول بر هکتار، بالاترین بود. به دنبال آن پنجاب با 4889 مگاژول بر هکتار و سپس نادیاپرادش با 2293 مگاژول بر هکتار قرار داشتند، برای تولید نیشکر بالاترین انرژی ورودی مربوط به تامی نادو با 79085 مگاژول بر هکتار در مقایسه با پنجاب و آتاپرادش بود. این مقدار برای پنجاب 21137 مگاژول بر هکتار و 11327 مگاژول بر هکتار برای زراعت نیشکر در آتاپرادش بود.
مطالعات انجام شده انرژی تولید نیشکر در ایران
نیشکر به عنوان یک گیاه فوقالعاده مؤثر در تبدیل انرژی خورشیدی به شیمیایی شناخته شده و مقدار فتوسنتز آن 100 میلیگرم دی اکسیدکربن بر هر دسی مترمربع در ساعت است. انرژی بالای موجود در نیشکر باعث شده که بسیاری از محققان آن را نیشکر پرانرژی بنامند. محققان انرژی بالای موجود در ساقه و سرنی و برگ و پوشال نیشکر را به علت کارایی بالای فتوسنتز آن میدانند و اخیرا با استفاده از تکنیکهای اصلاح نژاد، موفق به تولید نیشکری با 30 تا 40 درصد شکر کمتر اما با 300 درصد افزایش در زیست توده (مجموع ساقه و سرنی ، پوشال) شدهاند که با توجه به پتانسیل تولید انرژی این محصول از آن در تولید سوخت‌های زیستی استفاده میشود (فیروزی و همکاران، 1388).
غدیریانفر و همکاران (1392) در تحقیقی روند انرژی از کشت نیشکر تا تولید اتانول از ملاس، در ایران را بررسی کردند و نتیجه گرفتند که انرژی مصرفی به ازای هر لیتر الکل 32/22 مگاژول بوده که نسبت انرژی برابر 95 درصد و محتوای انرژی خالص12/1- مگاژول شده بود و در بین نهادهها نیز سوخت مازوت، که برای تولید برق در کارخانه ملاس و شکر مصرف میگردد، با 75/45 درصد بیشترین سهم را دارد و پس از مازوت، برق مصرفی در مرحله تولید اتانول از ملاس و همچنین برای پمپاژ آب با 57/34 درصد قرار دارد و پس از آن نهادههایی مانند سوخت دیزل، ترکیبات فسفاته (سوپرفسفات تریپل) و اوره به ترتیب بیشترین سهم را از انرژی ورودی به خود اختصاص می‌دهند و نیز اعلام کردند که توسعه نیافتن صنایع جانبی و صنایع تبدیلی محصولات جانبی کشت و صنعتهای نیشکر در ایران، از دلایل بالابودن نسبی محتوای انرژی خالص می‌باشد.
کریمی (1387) جریان انرژی در تولید نیشکر در جنوب اهواز را در یک دوره هفت ساله مورد بررسی قرار داد. نتایج دوره مورد مطالعه نشان داد که انرژی معادل سوخت مورد استفاده با مصرف GJ/ha89/26 بیشترین سهم از انرژی ورودی را به خود اختصاص داده است. نسبت انرژی، بهره‌وری انرژی و افزوده خالص انرژی در این دوره هفت ساله به‌ترتیب 16/1، Kg/Mj 96/0 و GJ/ha 21/13 تعیین شد. روند انرژی ورودی، عملکرد محصول و انرژی خروجی در دوره مورد مطالعه نزولی بود که به دلیل کاهش بیشتر انرژی خروجی نسبت به انرژی ورودی، شاخص‌های انرژی نیز روند نزولی به‌خود گرفتند.
زارعیشهامت ( 1389) در تحقیقی که بر روی انرژی نیشکر در کشت و صنعت دعبل خزاعی انجام داد نتیجه گرفت که انرژی ورودی 36/6 گیگاژول در هکتار می‌باشد که در بین نهاده های مصرفی انرژی الکتریکی با حدود 81 درصد از کل انرژی های مصرفی به عنوان اولین نهاده انرژی بر در تولید نیشکر شناخته شد و پس از آن به ترتیب آبیاری 22/19 درصد، سوخت 91/68 درصد، کود شیمیایی 92/19 درصد، قلمه مصرفی 91/12 درصد، ماشینها، ادوات، حمل و نقل 9/61 درصد، علف کش 9/96 درصد و نیروی انسانی 1/61 درصد سهم را در انرژیهای ورودی داشتند. انرژی خروجی نیز 836/86 گیگاژول در هکتار به دست آمد و نسبت انرژی 9/96، بهره‌وری انرژی 311 کیلوگرم نیشکر بر گیگاژول انرژی و خالص انرژی811 گیگاژول در هکتار محاسبه شد.
آتشی ( 1387) در تحقیقی که برای یک دوره هفت ساله نسبت انرژی و سهم نهادهها برای تولید نیشکر را در کشت و صنعت امیر کبیر، واقع در جنوب غربی اهواز، انجام داده بیان کرد، انرژی معادل سوخت مصرفی مورد استفاده 89/16 گیگاژول بر هکتار، کود شیمیایی 18/16 گیگاژول بر هکتار، ماشین کشاورزی 24/8 گیگاژول بر هکتار قلمه نیشکر 65/3 گیگاژول بر هکتار، برق 01/2 گیگاژول بر هکتار، نیروی انسانی 40/1 گیگاژول بر هکتار و سموم 38/1 گیگاژول بر هکتار بوده که بیشترین سهم انرژی ورودی مربوط به سوخت مصرفی می‌باشد. نسبت انرژی و بهره‌وری آن و افزوده انرژی خالص در این واحد تولیدی برای مدت هفت ساله به ترتیب برابر با 7/1، 41/1 کیلوگرم بر مگاژول، 38/1 گیگاژول بر هکتار تعیین شد.
فیروزیخاتونآباد (1386) در مطالعهای امکانسنجی فنی و اقتصادی تولید انرژی الکتریکی از ضایعات نیشکر را بررسی کرد و نتایج تحقیق نشان داد که مقدار پتانسیل انرژی الکتریکی اسمی یک واحد 333664 مگاواتساعت و مجموع واحدها 2335651 مگاواتساعت بود و ظرفیت نیروگاه مورد نیاز برای یک واحد 60 مگاوات و برای کل واحدها 400 مگاوات محاسبه شد.
مطالعات زیست محیطی نیشکر در جهان
روند فعلی مصرف انرژی در جهان، بشر را با دو بحران بزرگ آلودگی محیط زیست و شتاب فزاینده در تهی نمودن منابع انرژی روبه‌رو نموده است. از مشکلات تولید نیشکر در استرالیا که باعث افزایش هزینهها میشود میتوان خاکورزی زیاد، سوزاندن بقایا و استفاده زیاد از مواد شیمیایی را نام برد (وود52، 2004). در بیشتر تحقیقات سال‌های اخیر ترکیبی از تکنیکهای بدونخاکورزی و خاکورزی حداقل با مدیریت بقایا استفاده شده که باعث افزایش عملکرد و کاهش هزینهها و کاهش اثرات زیستمحیطی ناشی از گازهای گلخانه‌ای شده است (وود، 2004). آلایندگی کودها که به عنوان یک عامل کمکی توسط بشر وارد اکوسیستمها گردیده است همیشه به عنوان یک موضوع مورد بحث مطرح بوده است. مواد تغذیهای و آلایندگی آن‌ها یکی از مهمترین شاخص‌های زیستمحیطی در مطالعات و در نتیجه یکی از شاخص‌های عمده در محاسبات پایداری سسیستمهای کشاورزی مخصوصا سیستمهای مدرن میباشند. تأثیر این عامل بر روی مزرعه را میتوان از سه بعد تأثیر بر روی هوا و اقلیم، تأثیر بر روی خاک و موجودات آن و تاثیر بر روی آبهای زیر زمینی و سطحی و نتیجتا موجودات مصرفکننده آن بررسی کرد (اونگلی53، 1996). حجم زیادی از نیتروژن مصرف شده در مزارع بر اثر فرآیند نیتریفیکاسیون54 یا همان تصعید نیترات به صورت گاز NO2 و هم خانوادههای آن در جو آزاد میگردد. گازهای آزاد گردیده جزء گازهای گلخانه‌ای میباشند که اثرات نامطلوبی بر روی اکوسیستم به جای میگذارند. مواد تغذیهای مصرف شده اثرات ناخواستهای بر وری خاک برجای میگذارد، بدین صورت ساختمان خاک را دستخوش تغییر کرده و آن را محکم و نفوذ آب، هوا و ریشه را دشوارتر میسازد، همچنین برروی اکوسیستم خاک و موجودات آن اثر گذاشته و کاهش جمعیت آن‌ها و بالطبع کاهش کیفیت خاک را به دنبال دارد. حجم عمدهای از کودهای مصرف گردیده نیز وارد آب میگردند که این آبها مجددا وارد چرخه گردش آب گردیده و از این طریق وارد آب آشامیدنی انسان، دام و موجودات مخصوصا موجودات آبزی گشته کیفیت زندگی آن‌ها را تغییر میدهد (زالیسکی55 و پورشا، 2008؛ اونگلی، 1996). تولید انرژی صنعتی توسط بشر از ابتدای امر همراه با فرآیند اشتعال بوده و میباشدو آزادشدن گازها جزءلاینفک در این اشتعال می‌باشد. حتی فرآیندهای تولید انرژی سالمتری چوننیروگاههای آب همراه با تولید حجم زیادی از گازهای گلخانه‌ای نظیر CO2 خواهد بود (هیرمث56 و همکاران، 2007). آفتکشهای بهکار رفته در کشاورزی جزء جدایی ناپذیر کشاورزی میباشند. مکانیزاسیون صنعتی باعث سهولت فرآیند تولید سموم گردیده و مکانیزاسیون کشاورزی باعث سهولت مصرف و کاربرد آن گردیده است. تأثیر سموم بر محیط زیست و نهایتا پایداری از چند جهت همانند (باقی ماندن سموم بر روی محصول و خارج شدن آن‌ها از سطح مزرعه و تاثیر بروی انسان و دامها، تماس اپراتور یا کارگر یا هر شخص سوم دیگری تاثیر بر روی اکوسیستم مزرعه حیوانات و جوندگان و تاثیر بروی میکروارگانیسمها، تاثیر بر روی گیاهان مزرعهای هدف و غیر هدف، تاثیر بر روی آفات و بیماریها و مقاومتر شدن آن‌ها، آبشویی سموم و ورود آن‌ها به آبهای سطحی و زیر زمینی و نهایتا به ورود به چرخه آب مصرفی انسان و حیوانات و گیاهان و نتایج سوء ناشی از آن) قابل بررسی است (ماتسومورا57 و همکاران، 1972).
آلودگی محیط زیست، پدیده تغییر اقلیم و تجدیدناپذیری که از چالش‌های اصلی استفاده از منابع انرژی فسیلی به شمار می‌روند، در اثر توسعه ناپایدار، الگوهای نادرست مصرف انرژی، افزایش جمعیت و … در سال‌های اخیر با شدت بیشتری ادامه داشته‌اند. مشکلات زیست محیطی در اثر افزایش چشم‌گیر مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای به طور اسفناکی در حال افزایش است (کالوجیروس58، 2004).
هارالامبوپالوس59 و ترونجانین60 و همکاران (2008) بیان کردند که تاثیر آلاینده‌های هوا بر انسان، محیط طبیعی و سایر اثرات آن‌ها بر سلامت عمومی جوامع، کشاورزی و اکوسیستم به طور مستقیم به تغییر آب و هوا واثر گلخانه‌ای آن‌ها ارتباط دارد. آلودگی هوا به علت برخورد فعالیت‌های بشر با طبیعت مانند سوختن سوخت‌های فسیلی از قبیل گاز طبیعی، زغال‌سنگ و روغن در صنعت و وسایل نقلیه است. سوختن این منابع فسیلی، ترکیبات شیمیایی خطرناکی مانند دی‌‌اکسید‌کربن، منو‌اکسید‌کربن، اکسید‌های نیتروژن، اکسید سولفور و ذرات جامد و قطرات ریز دیگر تولید می‌کند (اسمیت61و همکاران، 2004؛ بگوم62 و همکاران، 2009).
عبداله و همکاران (2014) با بررسی وضعیت زیست محیطی آبهای سطحی رودخانههای شهر خانآکین عراق بیان کردند آلودگی رودخانه ناشی فاضلاب خانگی و صنعتی بخصوص در فصل تابستان با آلودگی آبهای سطحی (آب آشامیدنی و آب آبیاری) تهدیدی برای سیستم کشاورزی و آب شرب شهر می‌باشد.
تیجانی63 و همکاران (2014) طی تحقیقی با بررسی وضعیت آلودگی شهر زاریا64 در کشور نیجریه بیان کردند که آلودگیهای منابع آبی و خاکی ناشی از پساب
