Greenhouse gas and energy balance of Jatropha biofuel production systems of Burkina Faso

Baumert, Sophia,Khamzina, Asia,Vlek, Paul L.G. Elsevier 2018 Energy for sustainable development Vol.42 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P> <I>Jatropha curcas</I> has been introduced as a low-cost energy crop in Burkina Faso for the production of straight vegetable oil (SVO) and biodiesel. It is cultivated in different plantation systems including smallholder inter-plantings with annual crops, large-scale monoculture, afforestation on marginal land, in traditional hedge systems along contour stone walls, and in living fences. We performed Life Cycle Assessment of these Jatropha systems using empirical data on yields and carbon stocks, and accounting for changes in agro-ecosystem provisioning and regulating services that occurred after the land conversion to Jatropha. The study found that all <I>J</I>. <I>curcas</I> production pathways substantially reduced greenhouse gas emission (68–89%) and saved energy (65–90%) compared to diesel fuel. Highest values are achievable under the assumption that by-products (husks, seed cake, glycerin) are used for energy generation. The decentralized production of SVO supplied by feedstocks from intercropping and hedgerow systems seems to be most promising option. However, very low land-use efficiency (6.5–9.5 GJ ha<SUP>−1</SUP> production) characterized Jatropha intercropping and monoculture plantations, rendering the plant a competitor to food crops and increasing the risk of conversion of savanna land to Jatropha cultivation. Jatropha plantings on marginal lands largely failed. High labor requirements constrain integration of Jatropha plantation systems within small farmholdings. Currently, the traditional hedge systems show the lowest land-use replacement potential and labor needs while providing multiple ecosystem services, but alone cannot satisfy rural energy needs. In order to reach energy supply targets without claiming more land and compromising other ecosystem services, the <I>J</I>. <I>curcas</I> plantation systems in Burkina Faso need to be made more efficient through plant breeding and improved agronomic management.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Jatropha biofuel production resulted in GHG emission reduction and fossil energy saving. </LI> <LI> Use of Jatropha by-products as energy source improved life cycle net GHG emissions. </LI> <LI> Jatropha plantations had very low energy yields per hectare. </LI> <LI> Local production and use of Jatropha oil has greatest potential in Burkina Faso. </LI> </UL> </P>

Urea Deep Placement for Paddy Rice: The Scientific Foundations

Eric Craswell,Paul Vlek,Upendra Singh 한국토양비료학회 2014 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2014 No.6

Soil Erosion Estimation Using Morgan-Morgan-Finney Model in Gis Environment in Northern Ethiopia Catchment

Gebreyesus Brhane Tesfahunegn,Lulseged Tamene,Plg Vlek 한국토양비료학회 2014 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2014 No.6

Soil-landscape analysis as a tool for sustainable land management

S.J.Park,PaulL.G.Vlek 국토지리학회 2002 국토지리학회지 Vol.36 No.1

Estimation of Soil N Use by Sorghum Crop, Under Different Rates of N Application, Using N<SUP>15 </SUP>Tagged Urea ....Significance of Retuming of Straw to Soil in Maintaining Soil N.

C. W. Hong(홍종운),P.L.G. Vlek 한국토양비료학회 2006 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2006 No.10

Optimal Spatial Scale for Land Use Change Modelling : A Case Study in a Savanna Landscape in Northern Ghana

박수진(Soo Jin Park),닉반드기슨(Nick van de Giesen),폴플렉(Paul L. G. Vlek) 대한지리학회 2005 대한지리학회지 Vol.40 No.2

토지이용 및 지표피복변화 (Land Use and Land Cover Changes, LUCC)는 지구환경변화의 원인으로 중요한 연구대상이 되고 있다. LUCC는 복잡한 사회적, 경제적, 정치적 상호작용속에서 다양한 시·공간적 스케일에서 발생하게 된다. 따라서 LUCC를 모델화하기 위해서는 LUCC를 야기시키는 원인(driving forces)과 제한요인(constraints)들의 시·공간적인 다양성을 이해하는 작업이 선행되어야 한다. 특히, 특정 지역에서 나타나는 LUCC의 동인을 파악하기 위해서는 스케일에 따른 그 특성의 변화를 이해하는 것이 급선무이다. 이 연구는 가나(Ghana) 북부지역의 사바나 지역을 대상으로 지난 15년간 나타난 지표피복변화의 공간적인 다양성을 파악한 뒤, 공간적 스케일을 달리하면서 나타나는 LUCC의 원인을 분석하였다. 이 과정을 통해 사바나 지역에서 LUCC 과정을 모형화하기 위한 최적의 공간적인 스케일을 규명하고자 하였다. 연구지역은 지난 15년간 인구증가의 결과로 농업생산활동이 급격하게 증가한 지역이다. 연구지역에서 나타나는 지표피복변화의 정도는 LANDSAT 위성영상에서 추출한 NDVI들을 다변량 통계분석기법을 이용하여 정량화하였다. 그리고 지표피복변화의 원인을 스케일별로 파악하기 위한 도구로 다축척 계층분석기법(multi-scale hierarchical adaptive model)을 개발·제안하였다. 개발된 기법은 지표피복의 변화정도와 원인이 될 수 있는 공간변수들간의 상관성을 공간적인 스케일을 달리하면서 순차적으로 계산해낼 수 있는 기법이다. 이 연구에서 지표피복변화의 원인으로는‘도로에서부터의 거리’, ‘하천으로부터의 거리’, ‘지형특성’의 세가지 변수를 사용하였다. 지표피복 변화정도와 위의 세가지 변수들간의 상관관계는 공간적인 범위가 10×10km 이하인 경우에 높게 나타났다. 하지만 공간범위가 그 이상이 될 경우에는 그 내부에서 나타나는 다양성으로 인해 통계적인 상관성이 현격하게 낮아지는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과는 지역 및 국가 단위의 환경변화모델에서 모델의 공간적인 구성범위가 일정한 수준을 넘으면, 그 내부에서 발생하고 있는 다양성이 급격하게 증가하여 지표피복변화의 원인과 결과를 정확하게 파악하기 힘들게 된다는 것을 의미한다. 10×10km의 공간적인 범위는 농업생산이 위주가 되는 사바나 지역에서는 주로 개별 마을이 차지하고 있는 공간적인 범위와 대체적으로 일치한다. 따라서 사바나 지역에서 나타나는 지표피복변화의 다양성을 고려하면서 보다 정확하게 모형화하기 위해서는 마을단위에서 나타나는 지표피복변화과정이 최소의 모델단위가 되어야 함을 시사한다. Land Use and Land Cover Changes (LUCC) occur over a wide range of space and time scales, and involve complex natural, socio-economic, and institutional processes. Therefore, modelling and predicting LUCC demands an understanding of how various measured properties behave when considered at different scales. Understanding spatial and temporal variability of driving forces and constraints on LUCC is central to understanding the scaling issues. This paper aims to 1) assess the heterogeneity of land cover change processes over the landscape in northern Ghana, where intensification of agricultural activities has been the dominant land cover change process during the past 15 years, 2) characterise dominant land cover change mechanisms for various spatial scales, and 3) identify the optimal spatial scale for LUCC modelling in a savanna landscape. A multivariate statistical method was first applied to identify land cover change intensity (LCCI), using four time-sequenced NDVI images derived from LANDSAT scenes. Three proxy land use change predictors: distance from roads, distance from surface water bodies, and a terrain characterisation index, were regressed against the LCCI using a multi-scale hierarchical adaptive model to identify scale dependency and spatial heterogeneity of LUCC processes. High spatial associations between the LCCI and land use change predictors were mostly limited to moving windows smaller than 10×10km. With increasing window size, LUCC processes within the window tend to be too diverse to establish clear trends, because changes in one part of the window are compensated elsewhere. This results in a reduced correlation between LCCI and land use change predictors at a coarser spatial extent. The spatial coverage of 5-10km is incidentally equivalent to a village or community area in the study region. In order to reduce spatial variability of land use change processes for regional or national level LUCC modelling, we suggest that the village level is the optimal spatial investigation unit in this savanna landscape.

Influence of Grid Cell Size and Flow Routing Algorithm on Soil-Landform Modeling

S. J. Park(박수진),G. R. Ruecker,W. A. Agyare,A. Akramhanov,D. Kim(김대현),P. L. G. Vlek 대한지리학회 2009 대한지리학회지 Vol.44 No.2

수치고도모형으로부터 산출된 지형변수는 지표면 프로세스와 관련된 공간모델의 개발에 있어 중요한 요소이다. 이 논문에서는 사면유역지수(upslope contributing area)가 토양성질의 공간적 분포를 예측하는 능력이, 사용한 알고리듬과 격자크기에 따라 어떻게 변하는지를 연구하였다. 상이한 환경조건을 지니는 여덟 군데의 연구지역에서 토양-경관 자료를 획득하여 이중 4개의 토양성질을 분석에 포함시켰다. 다섯 가지의 알고리듬을 통해 사면유역지수를 산출하여 이 지수들이 수치고도모형의 해상도에 얼마나 민감한지를 분석하였다. 다방향유수흐름 알고리듬(multiple flow algorithm)을 통해 계산된 지형변수가 대부분의 토양변수와 높은 상관관계를 보임과 동시에 격자크기의 변화에 낮은 민감도를 보였다. 지형변수와 토양변수 사이의 높은 상관관계는 15-50 m의 해상도에서 유사한 예측능력을 보였다. 격자크기를 증가시켰을때 발생하는 미세지형정보의 손실을 감안한다면, 15-30 m 정도의 공간적 스케일이 토양경관 모델링에 적합할 것으로 판단된다. Terrain parameters calculated from digital elevation models (DEM) have become increasingly important in current spatially distributed models of earth surface processes. This paper investigated how the ability of upslope area for predicting the spatial distribution of soil properties varies depending on the selection of spatial resolutions of DEM and algorithms. Four soil attributes from eight soil-terrain data sets collected from different environments were used. Five different methods of calculating upslope area were first compared for their dependency on different grid sizes of DEM. Multiple flow algorithms produced the highest correlation coefficients for most soil attributes and the lowest variations amongst different DEM resolutions and soil attributes. The high correlation coefficient remained unchanged at resolutions from 15 m to 50 m. Considering decreasing topographical details with increasing grid size, we suggest that the size of 15-30 m may be most suitable for soil-landscape analysis purposes in our study areas.