Impact of Irrigation and Nitrogen Fertilization on the Energy Balance and Energy Return on Investment of Jatropha Production

Abstract

The aim of this research was to perform the energy analysis of Jatropha in two water management (full irrigation and rainfed) and four levels of nitrogen fertilization: 150% (N150), 100% (N100), 50% (N50), and 0% (N0) of the fertilization recommendation for the crop. The study was developed in the experimental field area located at Piracicaba/SP, Brazil, during the third growing season of Jatropha. Material and energy flow, energy balance (EB), and the energy return on investment (EROI) were determined for all water and nitrogen levels. The component that most contributed as energy input were fuels for all conditions (17.71 GJ ha -1 ). Among all the treatments, the highest energy incorporation (37.48 GJ ha -1 ) was observed in the N150 under irrigation. The increase for nitrogen applied, along with the irrigation usage, resulted in higher fruit yield and consequently input energy, despite the need for a greater energy investment. Without counting the residues in the analysis, only the N150 under irrigation was energetically efficient, presenting EROI of 1.04. Considering the residues, N150 and N100 with irrigation presented EROI of 1.15 and 1.06, respectively. Irrigation promoted an increase of 52, 63, 34 and 203% in EROI for fertilization levels N150, N100, N50, and N0, respectively. Keywords: Energy analysis, sustainability, energy flow. IMPACTO DA IRRIGAÇÃO E ADUBAÇÃO NITROGENADA NO BALANÇO E VIABILIDADE ENERGÉTICA DO CULTIVO DO PINHÃO-MANSO RESUMOO objetivo desta pesquisa foi realizar a análise energética do pinhão-manso em duas condições hídricas (irrigação plena e sequeiro) e quatro níveis de adubação nitrogenada: 150% (N150), 100% (N100), 50% (N50) e 0% (N0) da recomendação de adubação para a cultura. O estudo foi desenvolvido no campo experimental localizado em Piracicaba/SP, Brasil, durante o terceiro ano de cultivo da cultura. A partir do fluxo material foi determinado o fluxo de energia, o balanço de energia (BE) e energy return on investment (EROI) para todas as condições. Os combustíveis foram os insumos que apresentaram a maior contribuição na energia de entrada para as oito condições (17,71 GJ ha -1 ). Dentre os tratamentos, a maior incorporação de energia foi observada na condição N150 sob irrigação (37.48 GJ ha -1 ). Os aumentos na quantidade de nitrogênio aplicado, juntamente com a presença da irrigação, proporcionaram maior produção de frutos e consequentemente de energia, apesar de necessitarem de um maior investimento energético. Sem contabilizar os resíduos na análise, apenas a condição N150 sob irrigação foi eficiente energeticamente, apresentando EROI de 1,04. Considerando os resíduos, as condições N150 e N100 com irrigação apresentaram EROI de 1,15 e 1,06, respectivamente. A irrigação promoveu aumento de cerca de 52, 63, 34 e 203% no EROI para os níveis de adubação N150, N100, N50 e N0, respectivamente. Palavras-chave:Análise energética, sustentabilidade, fluxo de energia.