بهینه‌سازی الگوی کشت دشت سیستان با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات آشوبناک (Chaotic Particle Swarm Algorithm)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه کشاورزی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 استادیار گروه علوم و مهندسی آب، مجتمع آموزش عالی میناب، دانشگاه هرمزگان، هرمزگان، ایران

چکیده

افزایش جمعیت و تقاضای روزافزون مواد غذایی و بهره‌وری اقتصادی پایین محصولات کشاورزی و هدررفت منابع آبی و خاکی، تعیین و اجرای الگوی کشت بهینه کشور را ضروری نموده است. در این تحقیق، با توجه به محدودیت‌ها و مشکلات روش‌های کلاسیک و همچنین به‌منظور کاهش زمان پردازش و بهبود کیفیت راه‌حل‌ها، از الگوریتم ازدحام ذرات چند هدفه آشوبناک در تعیین الگوی کشت بهینه دشت سیستان در شرایط بهینه و کم‌آبیاری استفاده گردید. نتایج کاربرد الگوریتم آشوبناک برای کشت‌های غالب منطقه نشان داد که الگوی کشت فعلی منطقه بهینه نبوده و با اجرای الگوی پیشنهادی مدل، سود حاصل به‌ازای واحد سطح زیر کشت، افزایش خواهد یافت. نتایج کاربرد کم‌آبیاری طی دوره‌های مختلف رشد محصولات گندم، جو، یونجه، سورگوم، هندوانه و انگور نیز نشان داد که اعمال کم آبیاری‌ها در این دشت استراتژی مناسبی نبوده و تنها استراتژی آبیاری کامل توصیه می‌گردد، مدل مقدار بهینه حجم آب برای سطح یک هکتار را ۴۲۷۵۰ متر مکعب برآورد نموده و با وارد کردن گیاهان گندم، یونجه، سورگوم، هندوانه و انگور با استراتژی آبیاری کامل در الگوی بهینه کشت، در نهایت بازده برنامه‌ای 4,153,448 تومان بدست آمد، با کاهش ۲۵ درصدی آب مصرفی شبکه، مقدار بازده برنامه‌ای ۵/۱۴ درصد و با کاهش ۵۰ درصدی آب مصرفی، مقدار بازده برنامه‌ای ۵/۴۱ درصد کاهش یافت. نتایج ارزیابی حساسیت مدل نیز نشان داد که در قیمت‌های پایین،‌ کشاورزان واکنش کمتر و در قیمت‌های بالاتر، عکس‌العمل بیشتری به تغییر قیمت نشان داده و با افزایش قیمت آب، سود ناخالص (بازده برنامه‌ایی) کمتر و مدل بیشتر به سمت افزایش زیر کشت محصولاتی تمایل دارد که با مصرف آب کمتر عملکرد بیشتری دارند. نتیجه‌گیری کلی این تحقیق آن است که بی‌کشش بودن تقاضای آب در دامنه‌های قیمتی ۷۲۵-۰، ۹۵۰- ۷۵۰، ۱۰۵۰- ۱۰۰۰ و همچنین ۱۲۰۰- ۱۰۷۵ ریال در برنامه-ریزی‌های مربوط به قیمت‌گذاری منابع آب کشاورزی منطقه بایستی مورد توجه قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Optimization of Sistan Plain Cropping Pattern Using Multi-Objective Chaotic Particle Swarm Optimization Algorithm

نویسندگان [English]

  • hadi siasar 1
  • amir salari 2
1 Assistant Professor, Department of Agriculture, Payame Noor University, (PNU), Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Department of Water Science and Engineering, Minab Higher Education Center, University of Hormozgan, Hormozgan, Iran
چکیده [English]

Increasing population and food demand, disproportionate cultivation and annual production of various agricultural products with market needs and low productivity of the agricultural sector and the loss of water and soil resources have made it necessary to determine and implement the country's optimal cropping pattern. In this study, due to the limitations and problems of classical methods in order to reduce processing time and improve the quality of solutions, the Multi-Objective Chaotic Particle Swarm Optimization was used to determine the optimal cultivation pattern of Sistan plain in optimal conditions and deficit irrigation. The results of the Multi-Objective Chaotic Particle Swarm Optimization for the dominant cultures in the region showed that the current cropping pattern of the region is not optimal and with the implementation of the proposed model, the profit per unit area under cultivation will increase. The results of application of deficit irrigation during different growing periods of wheat, barley, alfalfa, sorghum, watermelon and grapes showed that applying deficit irrigation in this plain is not a good strategy and therefore only a full irrigation strategy is recommended. The results of sensitivity analysis of the model showed that at low prices, farmers reaction is less and at higher prices more reaction to price changes and with increasing prices, the program efficiency is lower.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Deficit irrigation
  • Cultivation area
  • Sistan plain
  • Model Sensitivity
اسدپور، ح.، حسنی­مقدم، م. و احمدی، غ. ۱۳۸۶. طراحی مدل تصمیم­گیری چندهدفه به­منظور تعیین الگوی بهینه کشت در دشت ناز شهرستان ساری. مجله اقتصاد کشاورزی. ۳: ۵۳- ۶۵.
جلیلیان، ع.، شیروانی، ع. ر.، نعمتی، ع. و بساطی، ج. ۱۳۸۰. بررسی اثرات کم­آبیاری بر تولید و اقتصاد چغندرقند در منطقه کرمانشاه. مجله چغندرقند. ۱۷(۱): ۱- ۱۴.
چیذری، ا. ح. و قاسمی، ع. ر. ۱۳۷۸. کاربرد برنامه­ریزی ریاضی در تعیین الگوی کشت بهینه محصولات زراعی. مجله اقتصاد کشاورزی و توسعه. ۷(۲۸): ۶۱- ۷۶.
حسینی، ن. ۱۳۸۴. اثرات آبیاری متناوب با سطوح مختلف نیتروژن بر عملکرد گندم در منطقه باجگاه و کوشک. پایان­نامه کارشناسی­ارشد. گروه آبیاری و زهکشی. دانشگاه شیراز. ایران.
خاشعی­سیوکی، ع.، قهرمان، ب. و کوچک­زاده، م. ۱۳۹۳. تعیین الگوی کشت بهینه برای جلوگیری از آب زیرزمینی با الگوریتم PSO. مجله پژوهش آب ایران. ۱۴: ۱۳۷- ۱۴۶.
ذاکری­نیا، م.، قربانی، خ. و هزارجریبی، ا. ۱۳۹۳. تعیین نیاز آبی گیاهان الگوی کشت شبکه آبیاری با استفاده از ArcET (مطالعه موردی: دشت درود زن فارس). پژوهش­های حفاظت آب و خاک. ۲: ۱۹۱- ۲۰۸.
رستگاری­پور، ف. و صبوحی، م. ۱۳۸۸. تعیین الگوی کشت با استفاده از برنامه­ریزی فازی خاکستری (مطالعه موردی: شهرستان قوچان). علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. ۴۸: ۴۰۵- ۴۱۳.
رفیعی، و.، شوریان، م. و عطاری، ج. ۱۳۹۶. برنامه­ریزی الگوی کشت بهینه محصولات کشاورزی با استفاده از ترکیب مدل شبیه­سازی SWAT و الگوریتم بهینه‌سازی جستجوی هارمونی. مجله تحقیقات منابع آب ایران. ۱۳(۳): ۷۳- ۸۸.
سپاسخواه، ع. ر. و کامکار حقیقی، ا. ا. ۱۳۷۵. اثرات آبیاری فارو بر راندمان آبیاری چغندرقند. سمینار چغندر. مرداد ماه، دانشگاه اصفهان.
شجری، ش. و ترکمانی، ج. ۱۳۸۶. تناسب شبیه­سازی­های تصمیم­گیری چندمعیاری به­منظور بررسی تقاضای آب آبیاری: مطالعه موردی در حوضه رودخانه درود زن در استان فارس. مجله اقتصاد کشاورزی. ۱(۳): ۳۳۱- ۳۴۵.
شعبانی، م. ک.، هنر، ت. و زیبایی م. ۱۳۸۶. مدیریت بهینه در مصرف آب و الگوی کشت در شرایط استفاده تلفیقی از منابع آب­ سطحی و زیرزمینی. مجله علوم آب و خاک. ۱۲(۴۴): ۵۳- ۶۷.
شعبانی، م. ک. و هنر، ه. ۱۳۸۷. تعیین الگوی کشت بهینه در کانال­های آبیاری با استفاده از مدل IPM. مجله آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). ۲: ۹۵- ۱۰۶.
عوض­یار، م.، احمدپور برازجانی، م. و ضیائی، س. ۱۳۹۶. بهینه­سازی الگوی کشت جهت افزایش راندمان آبیاری در اراضی پایین­دست سد ملاصدرا در استان فارس. مجله مهندسی منابع آب. ۱۱: ۲۱- ۳۲.
قاسمی، ع. ا.، حسنلو، س.، پیروز، ر. و نجفی­علمدارلو، ح. ۱۳۹۴. رویکرد محیط زیستی در تعیین الگوی کشت بهینه با استفاده از مدل برنامه­ریزی آرمانی (مطالعه موردی: منطقه ورامین). پژوهش­های محیط‌زیست. ۱۱: ۱۶۳- ۱۷۲.
قهرمان، ب. و سپاسخواه، ع. ر. ۱۳۷۸. کاربرد سطوح مختلف کم­آبیاری برای اجرای اقتصادی یک مخزن. مجله علوم و تکنولوژی. ۲۳(۴): ۸۳- ۹۰.
کیافر، ه. و صدرالدینی، ا. ا. ۱۳۹۰. تخصیص بهینه آب برای شبکه آبیاری و زهکشی صوفی­چای آذربایجان شرقی با استفاده از الگوریتم ژنتیک. پنجمین همایش مدیریت منابع آب. ۵: ۵۲- ۶۱.
مفتاح­هلقی، م.، قربانی، خ.، کرامت­زاده، ع. و سالاری­جزی، م. ۱۳۹۹ الف. بهینه­سازی الگوی کشت با استفاده از برنامه­ریزی آرمانی (مطالعه موردی: حوضه آبریز قره­سو). نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک. ۲۷(۱): ۱۶۳-۱۸۰.
مفتاح­هلقی، م.، قربانی، خ.، کرامت­زاده، ع. و سالاری­جزی، م. ۱۳۹۹ ب. کاربرد نظریه بازی­ها در تعیین برداشت بهینه منابع آب و ارائه الگوی کشت بهینه (مطالعه موردی: حوضه آبریز قره­سو). نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک. ۲۷(۵): ۶۹-۸۷.
میرزایی، ش.، ذاکری­نیا، م.، شریفان، ح. و شهابی­فر، م. ۱۳۹۴. تعیین الگوی کشت بهینه با روش بهینه- کمینه (MMAS) سیستم مورچگان (مطالعه موردی: شبکه آبیاری و زهکشی سد گلستان). نشریه آبیاری و زهکشی ایران. ۱: ۶۶- ۷۴.
وفائی­نژاد، ع. ر.، یوسف­زاده، ج.، یوسفی، ح. و محمدی­ورزنه، ن. ۱۳۹۳. مدیریت توزیع آب در شبکه­های آبیاری و تخصیص الگوی کشت به کمک GIS و برنامه­ریزی خطی (نمونه موردی: اراضی پایین­دست سد آغ­چای). اکو هیدرولوژی. ۲: ۱۲۳- ۱۳۲.
وفائی­نژاد، ع. ر. ۱۳۹۵. بهینه­سازی الگوی کشت با استفاده از روش TOPSIS و الگوریتم ژنتیک بر مبنای قابلیت­های GIS (مطالعه موردی: اراضی بخش جلگه استان اصفهان). مجله اکوهیدرولوژی. ۳(۱): ۶۹- ۸۲.
Doorenbos,  J. and Kassam, A. H. 1979. Yield response to water. FAO irrigation and Drainagepeper No. 33. Food and agricultural Organizition of de unied Nations , Rome , Italy.
Kumar, D. N. and Reddy, J. 2007. Multipurpose reservoir operation using particle swarm optimization, Journal of Water Resources Planning and Management. 133(3): 192-201.
Mainuddin, M., Gupta, A. D. and Onta P.R. 1997. Optimal crop planning model for an existing groundwater irrigation project in Thailand. Agric. Water management. 33: 43-62.
Mathworks, Co. 2009. Matlab Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox.
Parand, A.R. and Sepaskhah A.R. 2006. Effects of Alternate Furrow Irrigation with Supplemental Every-Furrow Irrigation at Different Growth Stages on the Yield of Maize (Zea mays L.). Plant Production Science. 9: 415- 421.
Raju K. S. and Nagesh Kumar D. 2004. Irrigation planning using genetic algorithms, Water Resources Management. 18(2): 163-176.
Rao, N.H., Sarma, P.B.S. and Chander, S. 1988. A simple dated water-production function for use in irrigated agriculture. Agricultural Water Management.  l13: 25- 32.
Satyasai, K. J. S. and Viswanathan K.U. 1997. Evaluation of alternative water management strategies for water scarce areas . Indian Journal of Agriculture Economic. 25(3): 499- 507
Torkamani, J. 2006. Measuring and incorporating farmers' beliefs and preferences about uncertain events indecision analysis: A stochastic programming experiment. Indian J. of Agricultural Economics. 61(2): 185- 199.