Environmental sustainability assessment of softwood and hardwood seedlings production in forest nurseries: A case study from Pakistan / Avaliação da sustentabilidade ambiental da produção de mudas de madeira macia e madeira dura em viveiros florestais: um estudo de caso do Paquistão

ABSTRACT

This article describes the environmental impacts of producing a single seedling in forest nurseries of selected districts (i.e., Haripur, Abbottabad, and Mansehra) of Hazara Division of Khyber Pakhtunkhwa, Pakistan using the life cycle assessment (LCA) approach. This study was based on the cradle-to-gate approach which begins with the pre-nursery stage and progresses toward the main nursery before transplanting seedlings into the plantation site. Data or life cycle inventory (LCI) of seedling production were collected through questionnaire surveys and personal meetings with forest nurseries managers and workers regarding consumption of different inputs such as electricity, diesel, fertilizers, herbicides, and polyethylene bags, organic manure, and water consumption. The SimaPro software version 8.5 and the CML2000 v2.05 environmental model was applied to perform life cycle impact assessment (LCIA) for a single seedling production in forest nurseries in the study area. In line with the objectives of the study, primary data regarding inputs and outputs of the nurseries were collected from 35 nurseries in the study area by using a random questionnaire method. In addition, secondary data were taken from online databases such as Eco-invent v.3.2 CORRIM and peer-reviewed published literature. For this study, a functional unit of a single seedling was considered. Production weighted average data were modeled in the latest environmental modeling software i.e., SimaPro v.8.5 for ten US-EPA most wanted environmental impacts, such as global warming potential (GWP), abiotic depletion (AD), eutrophication potential (EP), acidification potential (AP), freshwater aquatic eco-toxicity (FAE), marine water eco-toxicity (MWE), terrestrial eco-toxicity (TE), ozone layer depletion (OLD), photochemical oxidation (PO), and human toxicity (HT). The results showed that the highest environmental impact posed by a single seedling was marine aquatic eco-toxicity (11.31360 kg 1,4-DB eq), followed by global warming potential (0.02945 kg CO2 eq) and (0.01227 kg 1,4-DB eq) human toxicity. The primary reason for these environmental burdens was the use of synthetic fertilizers in forest nurseries and the consumption of fossil fuels in nursery mechanization and transportation activities. The total cumulative energy demand for a single seedling was (0.800 MJ) with more than 90% contribution from fossil fuel energy resources such as petrol and diesel. It is therefore highly recommended to use renewable energy resources and organic fertilizers instead of chemical fertilizers in forest nurseries to avoid and minimize greenhouse gas emissions (GHS) and other toxic emissions in the study area.

RESUMO

Este artigo descreve os impactos ambientais da produção de uma única muda em viveiros florestais de distritos selecionados (Haripur, Abbottabad e Manshera) da divisão Hazara, de Khyber Pakhtunkhwa, Paquistão, usando a abordagem de avaliação do ciclo de vida (ACV). Este estudo baseou-se na abordagem "do berço ao portão", que se inicia na fase pré-viveiro e progride em direção ao viveiro principal antes do transplante das mudas para o local de plantio. Os dados ou inventário de ciclo de vida (ICV) da produção de mudas foram coletados por meio de questionários e reuniões pessoais com o gerente e os trabalhadores dos viveiros florestais sobre o consumo de diferentes insumos, como energia elétrica, diesel, fertilizantes, herbicidas, sacos de polietileno, adubo orgânico e consumo de água. O software SimaPro, versão 8.5, e o modelo ambiental CML2000, v2.05, foram aplicados para realizar a avaliação de impacto do ciclo de vida (AICV) de uma única produção de mudas em viveiros florestais na área de estudo. Em consonância com os objetivos do estudo, os dados primários relativos às entradas e saídas dos viveiros foram coletados de 35 viveiros na área de estudo por meio de um método de questionário aleatório. Além disso, dados secundários foram obtidos de bancos de dados online, como Eco-invent v.3.2 CORRIM e literatura publicada revisada por pares. Para este estudo, foi considerada uma unidade funcional de uma única plântula. Os dados médios ponderados de produção foram modelados no software de modelagem ambiental mais recente, ou seja, SimaPro, v.8.5, para 10 impactos ambientais mais desejados pela US-EPA, como potencial de aquecimento global (PAG), depleção abiótica (DA), potencial de eutrofização (PE), potencial de acidificação (PA), ecotoxicidade de água doce (EAD), ecotoxicidade da água marinha (EAM), ecotoxicidade terrestre (ET), destruição da camada de ozônio (DCO), oxidação fotoquímica (OF) e toxicidade humana (TH). Os resultados mostraram que o maior impacto ambiental causado por uma única muda foi a ecotoxicidade da água marinha (11,31360 kg 1,4-DB eq), seguido pelo potencial de aquecimento global (0,02945 kg CO2 eq) e toxicidade humana (0,01227 kg 1,4-DB eq) eq). A principal razão para esses ônus ambientais foi o uso de fertilizantes sintéticos em viveiros florestais e o consumo de combustíveis fósseis nas atividades de mecanização e transporte de viveiros. A demanda total acumulada de energia para uma única muda foi de 0,800 MJ, com mais de 90% de contribuição de recursos energéticos de combustíveis fósseis, como gasolina e diesel. Portanto, é altamente recomendável usar recursos de energia renovável e fertilizantes orgânicos em vez de fertilizantes químicos em viveiros florestais para evitar e minimizar as emissões de gases de efeito estufa (GEE) e outras emissões tóxicas na área de estudo.