Sustainability evaluation of maize silage cultivation according to levels of nitrogen fertilization using the analytic hierarchy process

• Autorzy: Krol-Badziak A. , Ksiezak J.

Warianty tytułu

PL

Ocena zrównoważenia uprawy kukurydzy na kiszonkę w zależności od poziomu nawożenia z wykorzystaniem analitycznego procesu hierarchicznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This study aims at the sustainability assessment of maize silage cultivation according to levels of nitrogen fertilization. Based on data provided by a field experiment, economic, production and environmental criteria were evaluated for three levels of nitrogen fertilization: 80, 120 and 160 kg/ha. The environmental impact of maize cultivation was evaluated by the Life Cycle Assessment (LCA) methodology. In a multi-criteria assessment, the weights of sub-criteria were evaluated on the basis of scientists, agricultural advisers and farmers’ responses through AHP methodology. Based on the mean opinion of the respondents, economic criteria have the greatest impact on overall sustainability evaluation (54%), while the impact of environmental criteria (30%) and production criteria (16%) is much smaller. Analysis of economic subcriteria proved to have the greatest impact of gross margin (61%) on sustainability assessment, followed by the economic efficiency index (31%), while the smallest impact (8%) was obtained for the economic independence index. Among the analysed production subcriteria, the level of production and complexity of agrotechnical operations (44% each) had the greatest impact on sustainability assessment, and the least – labour use (12%). The obtained results showed the best economic evaluation for 120 kg N/ha, while from a production and an environmental point of view the best alternative is the application of 80 kg N/ha. The overall evaluation, with estimated criteria weights, shows the best sustainability performance for an 80 kg/ha fertilization dose.

PL

Celem pracy jest ocena zrównoważenia uprawy kukurydzy na kiszonkę w zależności od poziomu nawożenia. Na podstawie doświadczenia polowego wyznaczono wartości wskaźników zrównoważenia (zgrupowanych według: kryteriów ekonomicznych, produkcyjnych i środowiskowych) dla trzech poziomów nawożenia azotem: 80, 120 i 160 kg/ha. Wpływ produkcji kukurydzy na środowisko oceniono wykorzystując metodę LCA (ocenę cyklu życia). W analizie wielokryterialnej wagi badanych kryteriów określono na podstawie przeprowadzanej ankiety, wykorzystując metodę analitycznego procesu hierarchicznego (AHP). Według średniej oceny ankietowanych, kryteria ekonomiczne mają największy wpływ na ogólną ocenę zrównoważenia (54%), podczas gdy wpływ kryteriów środowiskowych (30%) oraz kryteriów produkcyjnych (16%) jest zdecydowanie mniejszy. Największy wpływ na ocenę ogólną zrównoważenia wśród subkryteriów ekonomicznych miała nadwyżka bezpośrednia (61%), następnie indeks efektywności ekonomicznej (31%), a najmniejszy (8%) indeks niezależności ekonomicznej. Wśród analizowanych kryteriów produkcyjnych największy wpływ na ocenę uprawy ma poziom produkcji oraz złożoność uprawy (po 44%), a najmniejszy nakład pracy (12%). Przeprowadzone badania wykazały, że najlepsze wyniki ekonomiczne uzyskała uprawa kukurydzy z zastosowaniem 120 kg N/ha, natomiast z punktu widzenia oceny produkcyjnej i środowiskowej najlepsze wyniki otrzymano dla dawki 80 kg N/ha. Przy zastosowanych wagach kryteriów zrównoważenia analiza wielokryterialna wskazuje, że optymalną dawką nawożenia kukurydzy jest 80 kg N/ha.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Annals of the Polish Association of Agricultural and Agrobusiness Economists
• Rocznik: 2019
• Tom: 21
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.254-266,fig.,ref.

Twórcy

autor

Krol-Badziak A.

• Institute of Soil Science and Plant Cultivation – State Research Institute, 8 Czartoryskich St., 24-100 Pulawy, Poland

autor

Ksiezak J.

• Institute of Soil Science and Plant Cultivation – State Research Institute, 8 Czartoryskich St., 24-100 Pulawy, Poland

Bibliografia

• Augustyńska-Grzymek Irena, Marcin Cholewa, Mariusz Dziwulski, Aldona Skarżyńska, Izabela Ziętek. 2008. Wskaźniki zmian kosztów bezpośrednich i cen podstawowych produktów rolnych w latach 2007-2008 (Change indicators for direct costs and prices of basic agricultural products in 2007-2008). Warszawa: IERiGŻ-PIB.
• Augustyńska-Grzymek Irena, Marcin Cholewa, Mariusz Dziwulski, Aldona Skarżyńska, Izabela Ziętek. 2009. Wskaźniki zmian kosztów bezpośrednich i cen podstawowych produktów rolnych w latach 2008-2009 (Change indicators for direct costs and prices of basic agricultural products in 2008-2009). Warszawa: IERiGŻ-PIB.
• Augustyńska-Grzymek Irena, Marcin Cholewa, Mariusz Dziwulski, Konrad Jabłoński, Aldona Skarżyńska. 2010. Wskaźniki zmian kosztów bezpośrednich i cen podstawowych produktów rolnych w latach 2009-2010 (Change indicators for direct costs and prices of basic agricultural products in 2009-2010). Warszawa: IERiGŻ-PIB.
• Abramczuk Łukasz, Irena Augustyńska-Grzymek, Magdalena Czułowska, Konrad Jabłoński, Aldona Skarżyńska, Marcin Żekało. 2011. Wskaźniki zmian kosztów bezpośrednich i cen podstawowych produktów rolnych w latach 2010-2011 (Change indicators for direct costs and prices of basic agricultural products in 2010-2011). Warszawa: IERiGŻ-PIB.
• Bacenetti Jacopo, Alessandra Fusi. 2015. The environmental burdens of maize silage production: influence of different ensiling techniques. Animal Feed Science and Technology 204: 88-98. DOI: 10.1016/j.anifeedsci.2015.03.005.
• Bacenetti Jacopo, Daniela Lovarelli, Marco Fiala. 2016. Mechanisation of organic fertiliser spreading, choice of fertiliser and crop residue management as solutions for maize environmental impact mitigation. European Journal of Agronomy 79: 107-118. DOI: 10.1016/j.eja.2016.05.015.
• Basso Bruno, Luigi Sartori, Davide Cammarano, Costanza Fiorentino, Peter R. Grace, Spyros Fountas, Claus A. Sorensen. 2012. Environmental and economic evaluation of N fertilizer rates in a maize crop in Italy: A spatial and temporal analysis using crop models. Biosystems Engineering 113 (2): 103-111. DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2012.06.012.
• Bojarszczuk Jolanta, Jerzy Księżak. 2015. Porównanie opłacalności produkcji kukurydzy uprawianej w systemie ekologicznym i integrowanym (The comparison of profitability of maize cultivated in organic and integrated systems). Roczniki Naukowe Stowarzyszenia Ekonomistów Rolnictwa i Agrobiznesu XVII (3): 49-55.
• Bojarszczuk Jolanta, Jerzy Księżak, Mariola Staniak. 2013. The economic assessment of maize production depending on manure dose and cultivation method in an organic system. Acta Scientiarum Polonorum. Agricultura 12 (2): 5-14.
• Brentrup Frank, Jürgen Küsters, Hermann Kuhlmann, Joachim Lammel. 2004. Environmental impact assessment of agricultural production systems using the life cycle assessment methodology: I. Theoretical concept of a LCA method tailored to crop production. European Journal of Agronomy 20 (3): 247-264. DOI: 10.1016/S1161-0301(03)00024-8.
• Cassman Kenneth G., Achim Dobermann, Daniel T. Walters. 2002. Agroecosystems, nitrogen-use efficiency, and nitrogen management. AMBIO: A Journal of the Human Environment 31 (2): 1321-141.
• Castellini Cesare, Antonio Boggia, Carla Cortina, Alessandro Dal Bosco, Luisa Paolotti, Emanuele Novelli, Cecilia Mugnai. 2012. A multicriteria approach for measuring the sustainability of different poultry production systems. Journal of Cleaner Production 37: 192-201. DOI: 10.1016/j.jclepro.2012.07.006.
• CDR (Agricultural Advisory Centre in Brwinów, Branch Offices in Kraków, Poznań). Normatywy produkcji rolniczej. Wskaźniki eksploatacyjno-ekonomiczne do obliczania jednostkowych kosztów pracy maszyn i ciągników rolniczych (Standards of agricultural production. Operational and economic indicators for calculating the costs for machinery and tractor use), https://www. google.com/search?client=firefox-b-d&q=80.48.251.51%2Fnormatywy%2Fpublic%2Fpdf% 2F11_A_3.pdf, access: 13.08.2019.
• Chatzimouratidis Athanasios I., Petros A. Pilavachi. 2009. Technological, economic and sustainability evaluation of power plants using the Analytic Hierarchy Process. Energy policy 37 (3): 778-787. DOI: 10.1016/j.enpol.2008.10.009.
• Chavez María D., Paul B. M. Berentsen, Alfons G.J.M. Oude Lansink. 2012. Assessment of criteria and farming activities for tobacco diversification using the Analytical Hierarchical Process (AHP) technique. Agricultural Systems 111: 53-62. DOI: 10.1016/j.agsy.2012.05.006.
• Colomb Bruno, Matthieu Carof, Anne Aveline, Jacques-Eric Bergez. 2013. Stockless organic farming: strengths and weaknesses evidenced by a multicriteria sustainability assessment model. Agronomy for Sustainable Development 33 (3): 593-608. DOI: 10.1007/s13593-012-0126-5.
• De Klein, Cecile, Rafael S.A. Novoa, Stephen Ogle, Keith A. Smith, Philippe Rochette, Thomas C. Wirth, Brian G. McConkey, Arvin Mosier, Kristin Rypdal, Margaret Walsh. 2006. N2O emissions from managed soils, and CO2 emissions from lime and urea application. IPCC guidelines for National greenhouse gas inventories, prepared by the National greenhouse gas inventories programme 4: 1-54.
• DODR (Dolnośląskie Centre of Agricultural Advisory Services). Koszty eksploatacji ciągnika rolniczego (Operation costs of agricultural tractor), https://www.dodr.pl/III/4/1/3/3/1/3/1.pdf, access: 13.08.2019.
• Falcone Giacomo, Anna I. De Luca, Teodora Stillitano, Alfio Strano, Giuseppa Romeo, Giovanni Gulisano. 2016. Assessment of environmental and economic impacts of vine-growing combining life cycle assessment, life cycle costing and multicriterial analysis. Sustainability 8 (8): 793. DOI: 10.3390/su8080793.
• FAO. 2017. The future of food and agriculture – trends and challenges. Rome: FAO.
• Forman Ernest, Kirti Peniwati. 1998. Aggregating individual judgments and priorities with the analytic hierarchy process. European Journal of Operational rResearch 108 (1): 165-169. DOI: 10.1016/S0377-2217(97)00244-0.
• GUS (Central Statistical Office – CSO). 2018. Wyniki produkcji roślinnej w 2017 roku. Informacje i opracowania statystyczne (Crop production in 2017. Statistical information and studies). Warszawa: GUS.
• Harasim Adam. 2002. Kompleksowa ocena płodozmianów z różnym udziałem roślin zbożowych i okopowych: rozprawa habilitacyjna (Comprehensive assessment of rotations with differentpercentage of cereal and root crops). Puławy: Dział Upowszechniania i Wydawnictw IUNiG.
• Houshyar Ehsan, Xiaofang Wu, Guoqian Chen. 2018. Sustainability of wheat and maize production in the warm climate of southwestern Iran: an emergy analysis. Journal of Cleaner Production 172: 2246-2255. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.11.187.
• IEC (The International EPD Cooperation). 2008. General Programme Instructions for Environmental Product Declarations. EPD Version 1.0. Stockholm, Sweden: EPD international AB.
• Iriarte Alfredo, Joan Rieradevall, Xavier Gabarrell. 2011. Environmental impacts and energy demand of rapeseed as an energy crop in Chile under different fertilization and tillage practices. Biomass and Bioenergy 35 (10): 4305-4015. DOI: 10.1016/j.biombioe.2011.07.022.
• Król Aleksandra, Jerzy Księżak, Elżbieta Kubińska, Stelios Rozakis. 2018. Evaluation of sustainability of maize cultivation in Poland. A prospect theory – PROMETHEE Approach. Sustainability 10 (11): 4263. DOI: 10.3390/su10114263.
• Księżak Jerzy, Jolanta Bojarszczuk, Mariola Staniak. 2012. The productivity of maize and sorghum yields of according level of nitrogen fertilization. Polish Journal of Agronomy 8: 20-28.
• Mazur Zbigniew, Teofil Mazur. 2006. Skutki azotowej eutrofizacji gleb. Acta Agrophysica8.3: 699-705.
• MODR (Mazowieckie Centre of Agricultural Advisory Services). 2018. Koszt uprawy 1 ha kukurydzy na kiszonkę (The cost of 1 ha maize silage cultivation), https://www.modr.mazowsze.pl/ images//stories/notowania/2018/czerwiec-2018/Kukurydza%20na%20kiszonke.pdf, access: 13.08.2019.
• Nardo Michela, Michaela Saisana, Andrea Saltelli, Stefano Tarantola, Anders Hoffman, Enrico Giovannin. 2005. Handbook on constructing composite indicators: Methodology and user guide. OECD Statistics Working Papers 3: 1-108. DOI: 10.1787/533411815016.
• Natywa Małgorzata, Małgorzata Pociejowska, Leszek Majchrzak, Krzysztof Pudełko. 2014. Influence of irrigation and nitrogen fertilization on yield and leaf greenness index (SPAD) of maize. Acta Scientiarum Polonorum. Agricultura 13 (1): 39-50.
• Paulino-Flores Miriam, Ángel R. Martínez-Campos, Francisco E. Martínez-Castañeda, Carlos A. López-Orona, Ivonne Vizcarra-Bordi, Nora Munguía. 2017. Evaluation of the sustainability of hybrid and native maize production systems. Journal of Cleaner Production 150: 287-293. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.02.182.
• Ren Jingzheng, Alessandro Manzardo, Anna Mazzi, Filippo Zuliani, Antonio Scipioni. 2015. Prioritization of bioethanol production pathways in China based on life cycle sustainability assessment and multicriteria decision-making. The International Journal of Life Cycle Assessment 20 (6): 842-853. DOI: 10.1007/s11367-015-0877-8.
• Saaty Thomas L. 1980. The analytical hierarchy process, planning, priority setting, resources allocation. New York, London: McGraw-Hill International Book Co.
• Saaty Thomas L. 2008. Decision making with the analytic hierarchy process. International Journal of Services Sciences 1 (1): 83-98.
• Sadok Walid, Frédérique Angevin, Jacques-Eric Bergez, Christian Bockstaller, Bruno Colomb, Laurence Guichard, Raymond Reau, Thierry Doré. 2008. Ex ante assessment of the sustainability of alternative cropping systems: implications for using multi-criteria decision-aid methods. A review. Agronomy for Sustainable Development 28 (1): 163-174. DOI: 10.1051/agro:2007043.
• Skarżyńska Aldona. 2017. Unit costs of and income from selected products in 2015 – research results in the AGROKOSZTY system. Problems of Agricultural Economics 2 (351): 178-203. DOI: 10.30858/zer/83028.
• Sowiński Józef, Agata Liszka-Podkowa. 2008. Wielkość i jakość plonu świeżej i suchej masy kukurydzy (Zea mays L.) oraz sorga cukrowego (Sorghum bicolor (L.) Moench.) na glebie lekkiej w zależności od dawki azotu (Fresh and dry matter yield quantity and quality of maize (Zea mays L.) and sweet sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench.) on sandy soil depending on nitrogen fertilization). Acta Scientiarum Polonorum. Agricultura 7 (4): 105-115.
• Vasileiadis Vasileios P., Silke Dachbrodt-Saaydeh, Per Kudsk, Caroline Colnenne-David, Florence Leprince, Imre J. Holb, Roman Kierzek, Lorenzo Furlan, Donato Loddo, i Bo Melander. 2017. Sustainability of European winter wheat-and maize-based cropping systems: Economic, environmental and social ex-post assessment of conventional and IPM-based systems. Crop protection 97: 60-69. DOI: 10.1016/j.cropro.2016.11.002.
• Velten Sarah, Julia Leventon, Nicolas Jager, Jens Newig. 2015. What is sustainable agriculture? A systematic review. Sustainability 7 (6): 7833-7865. DOI: 10.3390/su7067833.
• Wang Guiliang, Youliang Ye, Xinping Chen, Zhenling Cui. 2014. Determining the optimal nitrogen rate for summer maize in China by integrating agronomic, economic, and environmental aspects. Biogeosciences 11 (11): 3031-3041. DOI: 10.5194/bgd-11-2639-2014.
• Webber Heidi, Frank Ewert, Jørgen E. Olesen, et al. 2018. Diverging importance of drought stress for maize and winter wheat in Europe. Nature Communications 9 (1): 4249. DOI: 10.1038/ s41467-018-06525-2.
• W-MODR (Warmińsko-Mazurskie Centre of Agricultural Advisory Services). 2017. Kalkulacja dochodu bezpośredniego z 1 ha - kukurydza na kiszonkę (Calculation of gross margin of 1 ha maize silage cultivation). Olsztyn: W-MODR.
• Zalewski Aldon (ed.). 2016. Rynek Środków Produkcji dla Rolnictwa (Input Market for Agricul­ture) 43: 1-44.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.5809