بررسی نیاز آبی زراعی تحت ترکیبی از سناریوهای تغییر اقلیم، افزایش بازده آبیاری، تغییر الگوی کشت و توسعه کشت ارقام زودرس، مطالعه موردی: دشت همدان-بهار

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

2 استاد گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

چکیده

تغییر اقلیم به‌واسطه اثرگذاری بر نیاز آبی محصولات زراعی، از موضوعات چالشی مورد تحقیق محققان علم آبیاری است. در این پژوهش اثر تغییر اقلیم بر دمای حداکثر، حداقل، بارندگی و نیاز آبی 12 محصول زراعی گندم، یونجه، سیب‌زمینی، جو، سیر، خیار، هندوانه، کدو آجیلی، چغندرقند، کلزا، ذرت‌دانه‌ای و لوبیا در دشت همدان-بهار بررسی و روند تغییرات آن‌ها تا سال 2050 میلادی مطالعه گردید. اثرات اعمال و عدم اعمال راهبردهای تطبیقی افزایش بازده آبیاری، تغییر الگوی کشت و توسعه کشت ارقام زودرس و میان‌رس زراعی در ترکیب با سناریوهای تغییر اقلیم بین سال‌های آبی 1428–1399 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد بدون اعمال راهبردهای تطبیق، نیاز خالص آبیاری نسبت به آمارهای موجود، بین 3/98 تا 8/38 درصد افزایش خواهد داشت. افزایش بازده آبیاری تا مقدار پتانسیل آن، به‌طور متوسط باعث کاهش 19/23 درصدی نیاز ناخالص آبیاری می‌گردد. اجرای راهبرد تغییر الگوی کشت نیز با حذف محصولات پرآب‌بر هم‌چون یونجه و توسعه کشت محصولاتی نظیر کلزا به‌طور متوسط موجب کاهش 10/9 درصدی نیاز خالص آبیاری می‌گردد. کشت جایگزین ارقام زودرس و میان‌رس سیب‌زمینی و توسعه کشت ارقام زودرس ذرت‌دانه‌ای نیز به‌طور متوسط باعث کاهش 8/86 درصدی نیاز خالص آبیاری می‌شود. هم‌چنین مقایسه نتایج نشان داد اعمال کلیه راهبردهای فوق به‌طور متوسط 34/0 درصد از نیاز ناخالص آبیاری می‌کاهد. لذا پیشنهاد می‌شود برای تطبیق با شرایط اقلیمی آتی، هر سه راهبرد فوق مدنظر مدیران اجرائی و کشاورزان قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Agricultural Water Demand under the Combination Scenarios of Climate Change, Irrigation Efficiency Enhancement, Cropping Pattern Changes, and the Development of Early-Maturing Cultivars: a Case Study of Hamedan-Bahar Plain

نویسندگان [English]

  • Ali Afruzi 1
  • Hamid Zare Abyaneh 2
1 PhD Student, Water Science and Engineering Department, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamadan, Iran
2 Professor of Water Science and Engineering Department, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamadan, Iran
چکیده [English]

Climate change is a challenging topic for irrigation researchers as it has affected crop water demand. In the present study, the effects of climate change on minimum temperature, maximum temperature, precipitation, and the water demand of 12 crops including wheat, alfalfa, potato, barley, garlic, cucumber, watermelon, pumpkin, sugar beet, rapeseed, grain maize, and bean were investigated and also a trend analysis was carried out up to the year 2050. The impacts of implementing and not implementing the irrigation efficiency enhancement, the cropping pattern changes and the development of the early-maturing cultivars as the adaptation strategies in combination with climate change scenarios were investigated between the water years 1399–1428 (2020–2050). The results showed that without implementing the adaptation strategies, the net irrigation water requirement would increase by 3.98% to 8.38% compared with the recorded data. Growth in the irrigation efficiency up to the potential efficiency would cause a 19.23% reduction in the gross irrigation requirement on the average. By implementing the cropping pattern changes strategy through stopping the cultivation of some water-intensive crops such as alfalfa and developing the cultivation of rapeseed, net irrigation water requirement would decrease by 10.9%. By replacing late-maturing potatoes by the early and medium-maturing cultivars and developing of early-maturing grain maze cultivation, net irrigation requirement decreased by 8.86%. Furthermore, the results revealed that implementing all the above-mentioned adaption strategies would reduce the gross irrigation requirement by 34.0%. Hence, the three above-mentioned strategies can be used as the measures that executive managers and farmers choose to implement in order to adapt to climate change.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Net Irrigation Requirement
  • gross irrigation requirement
  • Climate change
  • Pressurized irrigation
  • adaption strategy
ابراهیمی، ح. 1389. تغییر مصرف آب کشاورزی با توجه به تغییر اقلیم. پژوهش در علوم زراعی، 3. 9: 120–109.
اخوان، س.، قبائی سوق، م. و مساعدی، ا. 1394. بررسی اثر تغییر اقلیم بر مقدار نیاز خالص آبیاری محصولات عمده دشت همدان- بهار با استفاده از نتایج مدل ریزمقیاس LARS-WG5. پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، 22. 4: 46–25.
براتی، خ.، عابدی کوپایی، ج.، درویشی، ا.، آذری، آ. و یوسفی، ع. 1397. برآورد نیاز خالص آبیاری گیاهان الگوی کشت دشت کرمانشاه و مقایسه آن با داده‌های سند ملی آب. پژوهش آب در کشاورزی، ب32. 4: 554–543.
براهیمی، م. و غازی، ا. 1397. به‌روز رسانی و بازنگری سند ملی آب در دشت‌های قزوین و فومنات. علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، 22. 2: 209–199.
بلالی، ح.، خلیلیان، ص. و احمدیان، م. 1389. بررسی نقش قیمت گذاری آب در بخش کشاورزی بر تعادل منابع آب زیر زمینی. نشریه اقتصاد و توسعه کشاورزی (علوم و صنایع کشاورزی)، 24. 2: 194–185.
بهراملو، ر. 1386. مقایسه راندمان انتقال آب در کانال‌های آبیاری پوشش‌دار بتنی با پوشش سنگ و ملات در مناطق سردسیری (مطالعه موردی: دشت بهار-همدان)، پژوهش کشاورزی: آب، خاک و گیاه در کشاورزی، 7. 2: 77–67.
پارسای‌محبی و س.ج. و محسنی موحد، س.ا. 1386. ارزیابی و مقایسه عملکرد سیستم‌های آبیاری بارانی کلاسیک ثابت دائمی، کلاسیک ثابت فصلی و ویل موو در همدان. اولین سمینار علمی طرح ملی آبیاری تحت فشار و توسعه پایدار، کرج، ایران، دوم اسفند 1386.
پرویزی، خ.، سوری، ج. و محمودی، ر. 1390. بررسی اثر تاریخ کاشت بر عملکرد کل و میزان عملکرد قابل فروش ارقام سیب‌زمینی در همدان. نشریه علوم باغبانی (علوم و صنایع کشاورزی)، 25. 1: 93–82.
پرهیزکاری، ا. و مظفری، م.م. 1395. ارزیابی اثرات انتشار گازهای گلخانه‌ای و تغییرات اقلیم بر عرضه و تقاضای آب آبیاری و تولیدات کشاورزی در حوزه‌های آبخیز استان قزوین. پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز 7. 14: 151–141.
حاجیلو، ع. و ملکی، ع. 1395. بررسی تاثیر زمان آبیاری بر راندمان کاربرد و پتانسیل در ربع پایین اراضی در آبیاری بارانی. اولین کنفرانس بین المللی آب، محیط زیست و توسعه پایدار، اردبیل، 6 تا 8 مهر.
دهقانپور، ز.، سبزی، م.ح.، زمانی، م.، مزین، ا.، حسن‌زاده مقدم، ه.، محسنی، م.، استخر، ا.، صادقی، ف. و گنجه‌ای، ر. 1388. دهقان، هیبرید جدید ذرت‌دانه‌ای زودرس-متوسط‌رس (سینگل کراس 400). به‌نژادی نهال و بذر 1–25. 2: 368–365.
رحمانی، م.، جامی الاحمدی، م.، شهیدی، ع. و هادیزاده ازغندی، م. 1394. تأثیر تغییر اقلیم بر طول مراحل رشد و نیاز آبی گندم (Triticum aestivum L.) و جو (Hordeum vulgare L.) (مطالعه موردی: دشت بیرجند). نشریه بوم شناسی کشاورزی، 7. 4: 460–443.
رضوانی، س.م. و جعفری، ع.م. 1383. بررسی عملکرد سیستم‌های آبیاری بارانی اجرا شده در مزارع سیب‌زمینی تحت مدیریت زارعین. کارگاه فنی آبیاری بارانی (توانمندی‌های و چالش‌ها)، کرج، 25 بهمن.
روحانی، س.، پیکانی، غ.ر. و تقدیری، ب. 1386. تعیین الگوی زراعی بهینه با تأکید بر پایداری منابع آب: مطالعه موردی در دشت بهار-همدان. پژوهش کشاورزی: آب، خاک و گیاه در کشاورزی، 7. 1: 96–85.
سازمان جهاد کشاورزی استان همدان، 1382. گزارش اندازه‌گیری راندمان سیستم‌های آبیاری بارانی اجرائی استان همدان.
سازمان جهاد کشاورزی استان همدان، 1397. خلاصه گزارشات نظارت بر بهره‌برداری طرح‌های آبیاری تحت فشار و کم فشار شهرستان‌های نهاوند، کبودرآهنگ و بهار.
سهراب، ف. و عباسی، ف. 1384. ارزیابی بازده آب آبیاری طی چند دهۀ گذشته در سطح کشور. مجموعه مقالات کارگاه فنی آبیاری سطحی مکانیزه، کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران، 70–57.
شرکت آب منطقه‌ای استان همدان، 1397. گزارش سالانه منابع آب زیرزمینی دشت همدان-بهار.
شیدائیان، م.، ضیاءتبار احمدی، م.خ. و فضلاولی، ر. 1393. تأثیر تغییر اقلیم بر نیاز خالص آبیاری و عملکرد محصول برنج (مطالعه موردی: دشت تجن). نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 28. 6: 1297–1284.
طلوعی، ظ.، دلاور، م.، مرید، س. و احمدزاده، ح. 1394. تحلیل عدم قطعیت تأثیر سیستم‌های آبیاری تحت فشار بر جریان خروجی از حوضه دریاچه ارومیه، مطالعه موردی: حوضه زرینه‌رود. تحقیقات منابع آب ایران، 11. 2: 145–135.
عباسی، ف.، سهراب، ف. و عباسی، ن. 1395. ارزیابی وضعیت راندمان آب آبیاری در ایران. تحقیقات مهندسی سازه‌های آبیاری و زهکشی، 17. 67: 128–113.
فلاح قالهری، غ.ع.، باعقیده، م. و رضایی، ح. 1395. برآورد نیاز آبی محصول سیب زمینی در اقلیم تربت حیدریه و تخمین تبخیر و تعرق واقعی براساس تبخیر و تعرق مرجع. انسان و محیط زیست، 37: 60–49.
قائمی بایگی، م.، رائینی سرجاز م. و موسوی بایگی، م. 1392. برآورد ضریب گیاهی و تبخیر تعرق گندم رقم گاسکوژن در مشهد با استفاده از روش تراز انرژی. مهندسی آب و آبیاری، 3. 11: 68–58.
قدمی فیروزآبادی، ع. و سیدان، س. م.، 1381. بررسی عملکرد سیستم‌های آبیاری و معرفی بهترین گزینه‌ها به منظور افزایش بازده آبیاری در استان همدان. سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی استان همدان، 250 صص.
قدمی فیروزآبادی، ع. و سیدان، س. م.، 1386. ارزیابی راندمان کاربرد آبیاری شیاری تحت مدیریت زارعین (مطالعه موردی: دشت بهار-همدان). پژوهش کشاورزی: آب، خاک و گیاه در کشاورزی، 7. 3: 89–79.
کریمی، م.، کاکی، س. و رفعتی، س. 1397. شرایط و مخاطرات اقلیمی آینده ایران در تحقیقات اقلیمی. نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، 5. 3: 22–1.
میرموسوی، س.ح.، پناهی، ح.، اکبری، ح. و اکبرزاده، ی. 1391. واسنجی روش‌های برآورد تبخیر و تعرق پتانسیل گیاه مرجع (ETo) و محاسبه‌ی نیاز آبی گیاه (ETc) زیتون در استان کرمانشاه. جغرافیا و پایداری محیط، 3: 64–45.
ناصری، ا.، عباسی، ف. و اکبری، م. 1396. برآورد آب مصرفی در بخش کشاورزی به روش بیلان آب. تحقیقات مهندسی سازه‌های آبیاری و زهکشی، 18. 68: 32–17.
Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D., and Smith, M. 1998. Crop evapotranspiration: guidelines for computing crop water requirements. Rome: FAO Irrigation and Drainage Paper No. 56.
Allen, R.G. 2016. REF-ET: Reference evapotranspiration calculation software for FAO and ASCE standardized equations. Version 4.1. for Windows, University of Idaho.
Ashofteh, P. S., Bozorg-Haddad, O., and Loáiciga, H. A. 2017. Development of adaptive strategies for irrigation water demand management under climate change. Journal of irrigation and drainage engineering, 143.2: 04016077.
Cho, G. H., Ahmad, M. J., Lee, S., Choi, K. S., Nam, W. H., and Kwon, H. J. 2019. Influence mechanism of climate change on paddy farming practices and irrigation water demand. Paddy and water environment, 1–13.
Chong-Hai, X. U., and Ying, X. 2012. The projection of temperature and precipitation over China under RCP scenarios using a CMIP5 multi-model ensemble. Atmospheric and Oceanic Science Letters, 5.6: 527–533.
Giorgi, F. and Lionello, P., 2008. Climate change projections for the Mediterranean region. Global and planetary change. 63.2–3: 90–104.
Hargreaves, H.G. and Samani, Z. 1985. Reference crop evapotranspiration from temperature. Applied Engineering in Agriculture, 1: 96–99.
Klein Tank, A. M. G., F. W. Zwiers, and X. Zhang, 2009. Guidelines on analysis of extremes in a changing climate in support of informed decisions for adaptation, climate data and monitoring. WCDMP‐No. 72, WMO‐TD No. 1500, 56pp.
Mesbahzadeh, T., Miglietta, M.M., Mirakbari, M., Soleimani Sardoo, F., and Abdolhoseini, M. 2019. Joint modeling of precipitation and temperature using copula theory for current and future prediction under climate change scenarios in arid lands (case study, Kerman province, Iran). Advances in Meteorology, 2019. DOI: 10.1155/2019/6848049
Mizyed, N. 2009. Impacts of climate change on water resources availability and agricultural water demand in the West Bank. Water resources management, 23.10: 2015–2029.
Moss, R. H., Edmonds, J. A., Hibbard, K. A., Manning, M. R., Rose, S. K., Van Vuuren, D. P., ... and Meehl, G. A. 2010. The next generation of scenarios for climate change research and assessment. Nature, 463.7282, 747.
Multscha, S., Elshamyb, M.E., Batarseha, S., Seidb, A.H., Fredea, H.-G. and Breuera, L. 2017. Improving irrigation efficiency will be insufficient to meet future water demand in the Nile basin. Journal of hydrology: regional studies, 12: 315–350.
Shahid, S. 2010. Impact of climate change on irrigation water demand of dry season Boro rice in northwest Bangladesh. Climatic change, DOI: 10.1007/s10584-010-9895-5.
Soleimani, A., Hosseini, S. M., Bavani, A. R. M., Jafari, M., and Francaviglia, R. 2017. Simulating soil organic carbon stock as affected by land cover change and climate change, Hyrcanian forests (northern Iran). Science of the total environment, 599: 1646–1657.
Thomas, A. 2008. Agricultural irrigation demand under present and future climate scenarios in China. Global and planetary change, 60.3–4: 306–326.
Tukimat, N.N.A., Harun, S. and Shahid, S. 2017. Modeling irrigation water demand in a tropical paddy cultivated area in the context of climate change. Journal of water resources planning and management, 143.7: 05017003.
United States Department of Agriculture, 1993. Chapter-2: irrigation water requirements. Part 623, National Engineering Handbook. USDA Soil conservation service engineering division, USA
Weatherhead, E.K. and Knox J.W. 2000. Predicting and mapping the future demand for irrigation water in England and Wales. Agricultural water management, 43.2: 203–218.