نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

بهینه‌سازی منابع آب و زمین در کشت محصولات عمده زراعی استان چهارمحال و بختیاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
رفعت زارع بیدکی 1
سحر نوروزی قلعه تکی 2
1 گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران
2 دانشگاه شهرکرد
چکیده
برنامه‌ریزی و مدیریت صحیح الگو‌ی کشت در مدیریت مصرف منابع آب در بخش کشاورزی ضروری است. هدف از انجام پژوهش حاضر، بهینه‌سازی الگو‌ی کشت محصولات عمده زراعی در استان چهارمحال و بختیاری با هدف بهینه‌سازی بهره‌وری آب و با در نظر گرفتن رد-پای آب گندم، جو و سیب‌زمینی به‌عنوان محصولات زراعی عمده استان است. اطلاعات مربوط به سطح زیر کشت، آب مصرفی، نیاز آبی، سود ناخالص و خالص این محصولات در دوره زمانی 1390 تا 1399 از گزارش‌های جهاد کشاورزی استان به‌دست آمد. سپس توابع هدف کمینه‌کردن ردپای آب، بیشینه‌کردن سود اقتصادی و بیشینه‌کردن بهره‌وری آب تهیه و در محیط Lingo حل شد. در این پژوهش دو سناریو حفظ درصد کشت فعلی و حفظ حداقل پنجاه درصد کشت فعلی مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج بهینه‌سازی نشان داد در هر دو سناریو کاهش سطح زیرکشت گندم، و افزایش سطح زیر کشت جو و سیب‌زمینی منجر به کاهش ردپای بوم‌شناختی آب )در سناریو 1 به میزان 4 درصد و در سناریو 2 به میزان 6 درصد( و افزایش سود خالص )در سناریو 1 به مقداد 15 درصد و در سناریو 2 به میزان 24 درصد( خواهد شد. مقدار بهینه شاخص بهره‌وری حاصل از کشت گندم، جو و سیب‌زمینی در استان، به‌ترتیب برابر با 501/0، 553/0 و 2/4 بوده است. در حالی که متوسط میزان این شاخص در دوره مطالعه به‌ترتیب برابر با 403/0، 412/0 و 1/3 بوده است. نتایج بهینه‌سازی توام اقتصادی- محیط‌زیستی از بهینه‌سازی تنها با هدف افزایش سود، قابل اعتمادتر است، چرا که هدف را هم افزایش سود خالص و هم کاهش ردپای اکولوژی آب در نظر گرفته است.
کلیدواژه‌ها
الگو ی کشت
ردپای بوم شناختی آب
زراعت
شاخص بهره وری
نیاز آبی

عنوان مقاله English

Optimization of water and land resources in the cultivation of major crops in Chaharmahal and Bakhtiari Province

نویسندگان English

Rafat Zare Bidaki 1
Sahar Norozi Ghaletaki 2
1 Department of Nature Engineering, Faculty of Ntural Resources and Earth Sciences, Sharekord University, Shahrekord, Iran.
2 Shahrekord University
چکیده English

Proper planning and management of the cultivation pattern is essential for the management of water resources in the agricultural sector. The purpose of the present study is to optimize the cultivation pattern of major crops in Chaharmahal-va-Bakhtiari Province with the aim of optimizing water productivity and considering the water footprint of wheat, barley and potatoes as the major crops of the province. Information on the cultivated area, water consumption, water requirement, gross and net profit of these products in the period 2011 to 2021 was obtained from the reports of the agricultural Jihad of the province. Then, the objective functions of minimizing the water footprint, maximizing economic profit and maximizing water productivity were written and solved in the Lingo environment. Two scenarios of maintaining the current crop percentage and maintaining at least fifty percent of the current crop were compared. The optimization results showed that in each of the two scenarios, reducing the area under wheat cultivation and increasing the area under barley and potato cultivation will lead to a reduction in the ecological footprint of water (4% for scenario 1 and 6% for scenario 2) and an increase in net profit (15% for scenario 1 and 24% for scenario 2). The optimal value of the productivity index from wheat, barley and potato cultivation in the province was 0.501, 0.553 and 4.2, respectively. While the average value of this index during the study period was 0.403, 0.412 and 3.1, respectively. The results of combined economic-environmental optimization are more reliable than optimization aimed solely at increasing profits, because the goal is both to increase net profits and reduce the water ecological footprint.

کلیدواژه‌ها English

Cultivation Pattern
Ecological Water Footprint
Agriculture
Productivity Index
Water Need
ابراهیم­نژاد، ح.، کرامت­زاده، ع.، اشراقی، ف. و رضایی ا. 1400. بررسی عوامل موثر بر بهره­وری فیزیکی و اقتصادی آب در تولید پرتقال در شهرستان قائم­شهر. پژوهش آب در کشاورزی. 3(35): 259-275.
تقی­پور جاوی، ع. و بریمانی، ف. 1402. ارزیابی حکمرانی آب زیرزمینی در دشت­های ممنوعه بحرانی استان چهارمحال و بختیاری با تاکید بر اصل اثربخشی OECD. تحقیقات منابع آب ایران. 19(3):57-78.
جهانتیغ، ح. 1401. بهینه­سازی الگوی کشت محصولات کشاورزی در راستای مدیریت مصرف آب در شهرستان گرگان. مهندسی آبیاری و آب ایران. 12(47):369-385.
علیقلی­نیا، ت.، قربانی، خ.، رضایی، ح. و قربانی نصرآباد، ق. 1400. بهنیه­سازی الگوی کشت بر مبنای شاخص ردپای آب در اقلیم­های مختلف ایران. تحقیقات آب و خاک ایران. 1(52): 53-66.
فرح­زا، م.ن.، نظری، ب. و نیکو، م. 1403. بررسی نظام­مند گستره عوامل موثر بر بهره­وری آب در مناطق خشک و نیمه­خشک به منظور کاهش مصرف آب: یک مطالعه فراترکیب. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 4(18):603-617.
میرزایی ع. لیانی ق. آزرم ح. و جمشیدی س. 1396. تعیین الگو­ی کشت بهینه بخش مرکزی شهرستان سیرجان با توجه به پایداری منابع آب و محیط زیست. تحقیقات اقتصاد کشاورزی. 9 (4): 304- 283.
Chapagain, A. K., Hoekstra, A. Y. and Savenije, H. H. G. 2006. Water saving through international trade of agricultural products. Hydrology and Earth System Sciences Discussions. 10(3): 455-468.
Cruz, D. and Tan, R. R. 2022. A supply chain optimization model considering cost and water footprint. Chemical Engineering Transactions. 97: 301-306. https://doi.org/10.3303/CET2297051
Dai, C., Qin, X. S. and Lu, W. T. 2021. A fuzzy fractional programming model for optimizing water footprint of crop planting and trading in the Hai River Basin, China. Journal of Cleaner Production. 123196. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.123196
Hoekstra, A. Y. and Mekonnen, M. M. 2012. The water footprint of humanity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109(9): 3232–3237. https://doi.org/10.1073/pnas.1109936109
Lahlou, F. and Al-Ansari T. 2024. Multi-period optimization of water planning for a sustainable agriculture: carbon footprint and water footprint assessment. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 1372012060. https://doi.org/10.1088/17551315/1372/1/012060 
Liu, X., Guo, P., Li, F. and Zheng, W. 2019. Optimization of planning structure in irrigated district considering water footprint under uncertainty. Journal of Cleaner Production. 210, 1270–1280. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.10.339
Luo, B., Liu, X., Zhang, F. and Guo, P. 2021. Optimal management of cultivated land coupling remote sensing-based expected irrigation water forecasting. Journal of Cleaner Production. 308, 127370 https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127370.
Mekonnen M.M. and Hoekstra A.Y. 2010. Mitigating the water footprint of export cut flowers from the Lake Naivasha Basin, Kenya. Water Resources Management. 26(13): 3725-3742.
Ramezani Etedali, H., Ahmadaali, K., Gorgin, F. and Ababaei, B. 2019. Optimization of the cropping pattern of main cereals and improving water productivity: application of the water footprint concept. Irrigation and Drainage. doi:10.1002/ird.2362
Saed, B., Afshar, A., Jalali, M. R., Ghoreishi, M. and Aminpour Mohammadabadi, P. 2018. A water footprint-based hydro-economic model for minimizing the blue water to green water ratio in the Zarrinehrud river-basin in Iran. AgriEngineering. 1(1): 58-74.
Wen, F.  Khanal, R., Fang, X. and Shan, A. 2023. Structural optimization of sectoral exports from the perspective of water footprint: A study from Henan Province, China. Water Supply. 23 (2): 764–778. https://doi.org/10.2166/ws.2022.423 
Wu, P., Wang, Y., Shao, J., Yu, H., Zhao, Z., Li, L., & Wang, T. 2024. Enhancing productivity while reducing water footprint and groundwater depletion: Optimizing irrigation strategies in a wheat-soybean planting system. Field Crops Research. 309: 109331. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2024.109331
Yu, H., Liu, K., Bai, Y., Luo, Y., Wang, T., Zhong, J., and Liu, S. 2021. The agricultural planting structure adjustment based on water footprint and multi-objective optimization models in China. Journal of Cleaner Production. 297: 126646. doi:10.1016/j.jclepro.2021.126646
Zhang, F., Cai, Y., Tan, Q. and Wang, X. 2021. Spatial water footprint optimization of crop planting: A fuzzy multi-objective optimal approach based on MOD16 evapotranspiration products. Agricultural Water Management. 256: 107096. doi:10.1016/j.agwat.2021.107096 
نشریه آبیاری و زهکشی ایران
دوره 19، شماره 3 - شماره پیاپی 112
مرداد و شهریور 1404
صفحه 373-382