تحلیل سناریوهای مدیریتی در تولید و مصرف صحیح گندم در ایران از دیدگاه ردپای آب: چالش‌ها و فرصت‌ها

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه زابل، زابل، ایران

چکیده

الگوی ناصحیح تولید و مصرف گندم، مهم‌ترین محصول در سبد غذایی جهانیان، سهم بسزایی در وقوع چالش‌های فعلیِ آب، به ویژه در کشورهای خشک و نیمه‌خشک دارد. در پژوهش حاضر، ضمن شناسایی و تحلیل چالش‌های فعلی در پروسه‌ی تولید و مصرف گندم در ایران از دیدگاه ردپای آب، به معرفی فرصت‌ها و تحلیلِ کمی سناریوهای مدیریتی با هدف تعدیل حد وخامت فعلی پرداخته شد. در یک بازه‌ی 31 ساله در حدفاصل سال‌های 2010-1980، مقادیر ردپای آب آبی، سبز و خاکستری در هر دو پروسه‌ی تولید و مصرف گندم، و متعاقباً، بیلان آب مجازی در نتیجه‌ی مبادله‌های ملی و بین‌المللی گندم محاسبه شد. تمامیِ محاسبه‌ها در سطح استانی، و بر اساس آمار رسمیِ منتشر شده توسط سازمان‌های درون و برون کشوری انجام شد. بر اساس میانگین کشوری، همگام با 43 درصد کاهش در سهم آب سبز در پروسه‌ی تولید گندم در طول دوره‌ی مطالعه، سهم آب آبی 4/73 درصد افزایش یافت. به ازای استعمال کودهای نیتروژنه برای تولید هر تن گندم در کشور، 1727 مترمکعب آب نیاز خواهد بود تا نیتروژن مازاد در منابع آب آبی را به کم‌تر از حد استاندارد 1/3 میلی‌گرم بر لیتر برساند، که این مقدار، 2/1 برابر بیش‌تر از زمانی است که کاهش بار فسفر در منابع آب مدنظر باشد. علی‌رغمِ کاهش ردپای آب کل در پروسه‌ی مصرف گندم در سال 2010، سهم آب آبی 21 درصد افزایش یافت. با 142 درصد افزایش، مجموع مبادله-های درون کشوریِ آب مجازیِ گندم به 64/9 میلیارد مترمکعب در سال 2010 رسید که سهم آب آبی در آن با 21 درصد افزایش در مقایسه با سال 1980، 92/3 میلیاردمترمکعب بود. در شرایط فعلی، در هشت استان کشور، ظرفیت کافی برای حمل بار آلودگی ورودی از مزارع احت کشت گندم وجود ندارد. همچنین، در پنج استان کشور از دیدگاه مصرف، و سه استان از دیدگاه تولید، ردپای آب گندم فراتر از حجم منابع آبی تجدیدپذیر است. بر اساس هر دو شاخص حد آلودگی و کمبود آب آبی، نواحی خشک و نیمه‌خشک باید هنگام تدوین سناریوهای سازگاری، در اولویت قرار بگیرند. علاوه تاثیر بسزای روش‌های مدیریتی در اصلاح الگوی تولید گندم، با هدف ارتقای بهره-وری آب و محصول، اصلاح الگوی مصرف نیز تاثیر قابل توجهی در تعدیل وخامت فعلی داشت. پسماندهای غذایی گندم در سال‌های 1980 و 2010، به ترتیب 87/0 و 6/1 میلیاردمترمکعب از منابع آبی را تلف نمود. در این سال‌ها، بار آلودگی مضاعف ورودی به منابع آبی در نتیجه‌ی تلفات گندم به ترتیب، 75/0 و 63/1 میلیارد مترمکعب بود. همچنین، اصلاح الگوی مبادله‌های درون کشوری بر اساس شاخص ردپای آب، با هدف افزایش صادرات گندم از مناطق پرآب به مناطق کم‌آب می‌تواند تا 36/4 میلیاردمترمکعب کاهش در مصرف آب آبی ایجاد نماید. علاوه بر آن، گسترش دامنه‌ی بین‌المللییِ تجاریِ گندم و انتخاب شرکای تجاری از میان کشورهایی با ردپای آب کم‌تر در پروسه‌ی تولید گندم می‌تواند 4/21-1/0 برابر کاهش در میزان فشار بر منابع آب آبی جهان به ازای هر تن واردات گندم ایجاد نماید. بر اساس یافته‌ها می‌توان دریافت که با پایگذاری سیاست‌های صحیح، امکان دستیابی به محیط زیست پایدار در مناطق تولید کننده و مصرف کننده‌ی گندم وجود خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analysing management scenarios for proper wheat production and consumption in Iran regarding water footprint: challenges and opportunities

نویسنده [English]

  • Fatemeh Karandish
Assistant Professor, Water Engineering Department, University of Zabol., Zabol., Iran
چکیده [English]

Improper wheat production and consumption pattern, which is the most important product in global food basket, has a significant role in the occurrence of the current water challenges, especially within the arid and semi-arid regions of the world. In this research, along with diagnosing and analyzing current challenges through wheat production and consumption in Iran, new opportunities for modifying current problems as well as the quantitative results of the proposed management scenarios were presented. Over a 31-year period during 1980-2010, blue, green and grey water footprints (WF) related to wheat production and consumption, and consequently, virtual water balance related to interregional and international wheat trades were estimated. All calculations were carried out at the provincial scale, and base on official statistics published by national and international organizations. Based on the national average, the contribution of blue water in wheat WF increased by 73.4% as a consequence of 43% reduction in the share of green water. For N-fertilizers applied for producing a unit of wheat, 1727 m3 water is required to assimilated nitrogen loads to freshwater bodies beyond the standard level of 3.1 mg l-1, which is 1.2 times higher than one requires for assimilating surplus P. Despite of an overall reduction in total WF related to wheat consumption in 2010, the share of blue water in total increased by 21%. With a 142% increase, the overall interregional virtual water trade of wheat got 9.64 billion m3 in 2010, with 3.92 billion m3 blue water, 21% more than one in 1980. Under current condition, there is not enough water capacity in 8 provinces to carry out pollutants loads to freshwater bodies from lands under wheat. Besides, WF related to wheat consumption in 5 provinces, and WF related to wheat production in 3 provinces is higher than available renewable water resources. Based on water pollutant level and water scarcity level indices, the arid and semi-arid regions need to be of priority when implementing adaptation solutions. In addition to the highlighted influence of adapting proper methods for moderating wheat production pattern through improving water and yield productivities, moderating wheat consumption pattern will also have a considerable role in alleviating current challenges. Wheat waste resulted in 0.87 and 1.6 billion m3 water waste, respectively, in 1980 and 2010. In these years, the surplus pollution loads to water systems as a result of wheat waste were, respectively, 0.75 and 1.63 billion m3. Also, moderating interregional wheat trade based on WF index, aiming at increase wheat export from water abundant regions to the water scarce one, may result in up to 4.36 billion m3 water saving. In addition, expanding international wheat trade domain and selecting trading partners among those with lower wheat WFs may lead to 0.1-21.4 times lower pressure on global blue water resources. Based on the results, it could be concluded that implementing proper policies helps with achieving sustainable environment in both producing and consuming regions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • blue WF
  • green WF
  • grey WF
  • wheat production and consumption pattern
  • Virtual water trade
Allen,R.G., Pereira,L.S., Raes,D., Smith,M. 1998. Crop evapotranspiration guide Lines for computing crop water requirements. Irrigation and Drainage Paper 56, Rome, Italy. p 300
Chukalla,A.D., Krol,A.S., Hoekstra,A.Y. 2018. Trade-off between blue and grey water footprint of crop production at different nitrogen application rates under various field management practices. Science of Total Environment. 626 :962-970. 
Chukalla,A.D., Krol,M.S and Hoekstra,A.Y. 2015. Green and blue water footprint reduction in irrigated agriculture: Effect of irrigation techniques, irrigation strategies and mulching, Hydrology and Earth System Sciences. 19.12: 4877-4891.
FAO. 2016. FAOSTAT. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome, Italy. http://www.fao.org/faostat/en/.
FAO. 2012. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome, Italy, http://www.fao.org/faostat/en/.
Franke,N., Mathews,R. 2013. Grey water footprint indicator of water pollution in the production of organic vs. conventional cotton in India. Water Footprint Network, 79p.
Galli,A., Wiedmann,T., Ercin,E., Knoblauch,D., Ewing,B., Giljum,S. 2012. Integrating Ecological, Carbon and Water footprint into a “Footprint Family” of indicators: Definition and role in tracking human pressure on the planet. Ecological Indicators. 16: 100-112.
Hoekstra,A.Y. 2017. Water footprint assessment: evolvement of a new research field. Water Resources Management. 31: 3061-3081.
Hoekstra,A.Y., Chapagain,A.K. 2008. Globalization of Water: Sharing the Planet’S Freshwater Resources; Blackwell: Oxford, UK.
Hoekstra,A.Y. 2013. The Water Footprint of Modern Consumer Society; Routledge, London: UK, 2013.
Karadish,F., Hoekstra,A.Y. 2017. Informing national food and water security policy through water footprint assessment: the case of Iran. Water. 9.11: 1-25.
Karadish,F., Salari,S., Darzi-Naftchali. 2015.  Application of virtual water trade to evaluate cropping pattern in arid regions. Water Resources Management. 29.11: 4061–4074.
Karadish,F., Šimůnek,J. 2017. Two-dimensional modeling of nitrogen and water dynamics for various N-managed water-saving irrigation strategies using HYDRUS. Agricultural Water Management. 193: 174-190.
Karandish,F., Mousavi,S.S., Tabari,H. 2017. Climate change impact on precipitation and cardinal temperatures in different climatic zones in Iran: analyzing the probable effects on cereal water-use efficiency. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. 31.8: 2121-2146.
Liu,C.,  Kroeze,A. Hoekstra,Y  and Gerbens-Leenes,W.  2012.  Past and future trends in grey water footprints of anthropogenic nitrogen and phosphorus inputs to major world rivers, Ecological Indicators. 18.0:42-49,
Lovarelli,D., Bacenetti,J., Fiala,M. 2016. Water footprint of crop productions: A review. Science of Total Environment. 548.549:236-251.
Mekonnen,M.M and Hoekstra,A.Y. 2015. Global gray water footprint and water pollution levels related to anthropogenic nitrogen loads to fresh water, Environmental Science and Technology. 49.21: 12860−12868.
Mekonnen,M.M., Hoekstra,A.Y. 2014. Water footprint benchmarks for crop production: a first global assessment. Ecological Indices. 46: 214-23.
Mekonnen,M.M., Hoekstra,A.Y. 2016. Global gray water footprint and water pollution levels related to anthropogenic nitrogen loads to fresh water. Environmental Science and Technology. 49: 12860−12868.
Mekonnen,M.M., Hoekstra,A.Y. 2018. Global anthropogenic phosphorous loads to fresh water and associated grey water footprints and water pollution levels: a high-resolution global study. Water Resources Research. 54(1), 345-358
Ridoutt,B.G., Pfister,S. 2010. A revised approach to water footprinting to make transparent the impacts of consumption and production on global freshwater scarcity. Global Environmental Change. 20:113-120.
Van-Oel,P., Hoekstra,A.Y. 2012. Towards Quantification of the Water Footprint of Paper: A First Estimate of its Consumptive Component. Water Resource Management. 26.3: 733-749.
Zhang,C., McBean,E.A., Huang,J. 2014. A virtual water assessment methodology for cropping pattern investigation. Water Resources Management. 28: 2331-2349.
Zhuo,L., Mekonnen,M.M., Hoekstra,A.Y., Wada,Y., 2016. Inter- and intra-annual variation of water footprint of crops and blue water scarcity in the Yellow River Basin (1961-2009). Advances in Water Resources. 87: 21-41.