نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
اقتصاد کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
چکیده
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Abstract
Background and Objective: Water and soil resources protecting in agriculture has particular importance. This study attempts to determine optimal crop patterns in Firozabad plain taking to account agriculture sustainability with three objectives. For this purpose, utilizing Fuzzy mathematical programming, profit-maximizing as the economic goal and reduction in water, fertilizer and pesticides uses as environmental goals were considered.
Materials and Methods: Deficit irrigation and water stress conditions, as well as the adoption of an appropriate irrigation system, was modeled with different decided variables to show the actual conditions of the plain in normal and drought years, by considering the upper and lower targets in the fuzzy model.
Results: Results showed that all the three objectives contribute approximately the same levels of satisfaction and there are no clear differences between crop patterns with and without dry farming. In the case of drought years, wheat 25, wheat 49, barley 44, corn 3, sugar beet 48 and rice, and the same products with different levels of deficit irrigations were recommended in the normal year. Optimal crop pattern was determined and comparing it with the average crop pattern in the past 10-year in the region.
Conclusion: To align with sustainable agriculture and protecting water and soil resources in Firozabad plain, it is not necessary to change the crop pattern of the area. The main difference is due to choose of an irrigation system, irrigation time, and changing the share of plains cultivation levels to products suitable.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه
منابع طبیعی چون آب، خاک وانرژی جزو منابع محدود هستند و تولید دوباره و احیاء این منابع، بسیار پرهزینه بوده و طولانیتر از حفاظت آنها میباشد. این در حالی است که بشر از مدتها پیش به جای استفاده از درآمدهای حاصل از سرمایههای طبیعی، اصل آنها را مصرف کرده است. آب و خاک به عنوان دو سرمایهی طبیعی جدایی ناپذیر رویش گیاهان هستند و نگاهها به این دو مقوله بخصوص آب از جنبه حیاتی برای بخش کشاورزی بویژه در شرایط اقلیمی ایران اهمیت بالایی دارد. حفاظت از منابع آب و خاک میتواند کشاورزی پایدار را ایجاد مینماید. چرا که بحث پایداری کشاورزی مفاهیم چندگانهای را پوشش میدهد. بگونهای که در یک تعریف کلی، پایداری کشاورزی سه جنبهی اساسی حفاظت، کارآمدی، تعادل و پایداری (کورنلیسن 2003) را در بر دارد. بنابراین شرط اولیه پایداری حفاظت است که نقطه آغازین و اساسی در پایداری محسوب میشود و حفاظت از منابع خود دارای دو سویه اساسی شامل نگهداری منابع و جلوگیری از تخریب محیط و همچنین بطور همزمان احیا و باروری منابع است. در بخش کشاورزی که به عنوان بزرگترین مصرفکننده آب محسوب میشود احیاء منابع آب پرهزینه بوده بنابراین حفاظت از منابع آب نقش ویژهای در برنامهریزی و سیاستگذاری دارد. دستیابی به کشاورزی پایدار طبق تعریف بیان شده با درنظر گرفتن یک هدف مهیا نمی شود و نیازمند اهداف چندگانه میباشد. سیاستهای مختلفی از جمله تغییر و تعیین قیمت آب کشاورزی در جهت مدیریت پایدار منابع آب مورد بررسی قرار گرفته است از جمله عزیزی (2001) که نشان داد که سیاست افزایش قیمت آب کشاورزی در استفاده پایدار از آب بی اثر بوده است. همچنین معیارهای مختلفی در محاسبه شاخص پایداری در نظر گرفته شده است. بریمنژاد و یزدانی (2004) شاخص پایداری را با نسبت درآمد ناخالص به میزان آب مصرفی تحت سناریوهای مختلف راندمان آبیاری کمی نمودند. امینی فسخودی و نوری (2012) در زمینه پایداری دو معیار نسبی بیشترین عایدی اقتصادی و ایجاد بیشترین فرصتهای اشتغال به ازای هر واحد مصرف آب کشاورزی، به عنوان شاخصهایی برای پایداری تعریف نمودند. بهینهسازی نسبتهای سود خالص به مصرف آب و ایجاد اشتغال به مصرف آب، با بهرهگیری از مدلهای برنامهریزی ریاضی یک هدفه و چندهدفه کسری انجام داده و با محاسبه و مقایسه کارایی اقتصادی و اجتماعی هر واحد مصرف آب کشاورزی در سناریوهای مختلف، مناسبترین الگوهای کشت منطقه با توجه به منابع موجود آب و خاک و نیروی انسانی تعیین و معرفی نمودند. لیکن در بررسی پایداری، حداکثر کردن یک هدف مدنظر نمیباشد بلکه از آنجایی که پایداری کشاورزی در برگیرنده ابعاد مختلفی میباشد، اهداف پایداری اقتصادی و زیستمحیطی نیز درنظر گرفته میشود و کاهش اثرات زیانبار زیستمحیطی بهعنوان اهدافی در جهت دستیابی به کشاورزی پایدار معرفی شده اند (کهنسال و زارع 2008). از اینرو روشهای چند هدفه قادرند به تجزیه و تحلیل روابط متعارض میان اهداف مختلف بپردازند. اما از آنجایی که در دنیای واقعی داشتن اهداف و محدودیت قطعی بهندرت اتفاق میافتد و با شرایط عدمقطعیت مواجه است، استفاده از برنامهریزی فازی از جایگاه بالاتری برخوردار است. برنامهریزی هدف با استفاده از تکنیک فازی و با اهداف متضاد در مطالعات مختلف چون بلین (1974) و سیسکوس در (1982) و سیو وساکاوا در سال (1985) آغاز شد. بند و سیمونویک (2000) به تخصیص آب در شرایط عدم اطمینان با ارایه رتبهبندی بین گزینههای مختلف تصمیم گیری آبیاریپرداختند. محمدی و همکاران (2009)، به تعیین الگوی بهینه کشت با در نظر گرفتن هدف حداقل نمودن آب مصرفی، ریسک و حداکثر کردن بازده برنامهای با استفاده از برنامهریزی فازی[1] در منطقه مرودشت پرداختند. همایونیفر و رستگاریپور (2010) تخصیص آب را برای سد لتیان با استفاده از روش فازی انجام دادند. پرهیزکاری و همکاران (2015) کم آبیاری توام با کاهش آب در دسترس را راهکاری برای حفاظت منابع آب در دشت قزوین توصیه نمودند. مظفری (2016) در مطالعه ارزیابی اثرات سیاست قیمتگذاری آب آبیاری بر مدیریت تقاضای آب در دشت اردلان از یک سیستم مدل سازی اقتصادی مشتمل بر مدل برنامهریزی ریاضی مثبت (PMP[2]) و رهیافت حداکثر آنتروپی (ME[3]) استفاده نمود و اعمال سیاست قیمتگذاری آب آبیاری و بکارگیری راهبرد تغییر الگوی کشت به صورت توأم با آن را در جهت کاهش تقاضای آب آبیاری و پایداری منابع آب دشت اردلان توصیه نمودند. ری و همکاران (2017) به پایداری منابع آب و خاک در چین، با استفاده از اهداف اقتصادی و اکولوژیکی پرداخته و سطح بهینه آبیاری و استفاده از زمین را ارائه نمودند. لی و همکاران (2017) به تخصیص بهینه آب در شرایط پرآبی و کمآبی پرداختهاند. سیدان و همکاران (2017) پایداری منابع آب در دشت بهار همدان را مورد ارزیابی قرار دادند و با استفاده از مدل کنترل بهینه، مسیر بهینه استخراج آب از منابع زیرزمینی را مشخص کردند. وجود اهداف و یا محدودیتهای غیرقطعی در همه مطالعات ذکر شده مورد توجه قرار گرفته است لیکن لازم است به اهداف چندگانه فازی که حفاظت از منابع آب وخاک را نتیجه میدهد به همراه تأمین درآمد کشاورزان مورد توجه قرار داد تا نخست پایداری کشاورزی به نتیجه برسد.
استان فارس یکی از استانهایی که در مقایسه با سایر استانهای کشور با مشکل بیلان منفی دشتها روبرو است. این استان ۸۰ درصد آب مصرفی خود را از منابع آب زیرزمینی تأمین میکند که عمدتا با بیلان منفی روبه رو هستند. این استان هفت درصد خاک و جمعیت کشور را داراست و در طی دوره سی سال اخیر جزو سه استان برتر کشور در تولید محصولات کشاورزی کشور می باشد و جایگاه مهمی در کشاورزی ایران به خود اختصاص داده است (آمارنامه کشاورزی، 2015). مشکل کم آبی از یک سو و تغییر کیفیت آب و مشکلات زیست محیطی از سوی دیگر در این استان پایداری کشاورزی را به خطر انداخته است. یکی از فعالیتهایی که آلودگی آبهای زیرزمینی را در سطح وسیع متوجه خود مینماید فعالیت کشاورزی هستند که انواع آلودگی را وارد آبهای سطحی و زیرزمینی نموده و تخریب محیط زیست را ایجاد مینمایند. این امر ناشی از استفاده از انواع کودها و مواد شیمیایی جهت افزایش بازده تولید میباشد و ارتباط مستقیمی بین میزان مواد شیمیایی مورد استفاده در کشاورزی و شدت آلودگی آبهای سطحی و زیرزمینی وجود دارد. در بین دشتهای استان فارس دشت فیروزآباد جهت بررسی پایداری کشاورزی انتخاب شد چرا که سطح آب زیرزمینی دشت مواجه با نوسانات فصلی و سالانه بوده و در مجموع روند نزولی داشته است بطوری که با توجه به برداشت 314/187 میلیون مترمکعب از سفرههای دشت، تغییر حجم ذخیره منفی (152/21- میلیون مترمکعب) بوده است (پولادیان 2007). هدف از انجام مطالعه کنونی ارائه الگوی کشت مناسب در راستایی دستیابی به مرحله پیشنیاز ایجاد پایداری یعنی حفاظت و مدیریت بهینه آب و خاک در دشت فیروزرآباد میباشد.
مواد و روشها
جهت برنامهریزی و جمعآوری اطلاعات در مطالعه کنونی اراضی دشت فیروز آباد که از آب زیرزمینی استفاده میکنند درنظر گرفته شد چرا که رودخانه فیروزآباد در سالهای اخیر به دلیل وجود مشکل خشکسالی امکان استفاده از آب سطحی را برای کشاورزان حداقل و یا غیرممکن نموده است. جهت تعیین ضرایب متغیرهای تصمیم مدل از کشاورزان منطقه پرسو جو صورت گرفت و مابقی اطلاعات مربوط به دشت از سازمان جهاد کشاورزی استان فارس و شرکت سهامی آب منطقهای فارس جمعآوری شد.
در یک محیط تصمیمگیری فازی، اهداف تصمیمگیرنده بصورت فازی مورد بررسی قرار میگیرد. در محیط تصمیمگیری فازی، اهداف بوسیله توابع عضویت مربوطه که از تعریف تغییرات قابل تحمل بالا و پایین بدست میآید، مشخص میشوند و نوع تابع عضویت بستگی به نوع تابع هدف دارد. در برنامهریزی فازی نقطهای بینابین محدوده تعیین شده توسط برنامهریزی توافقی، انتخاب میشود (کرکمار و همکاران 2008). در این نوع برنامهریزی حداقل رضایتمندی از دسته استراتژیهای امکان پذیر، حداکثر میشود (سیسکوس 1982). تابع عضویت خطی زمانی که بازده حداکثر وجود دارد به صورت رابطه1 میباشد. زمانیکه تابع هدف
( ) بزرگتر از (حداکثر مقدار تابع هدف) است. درجه عضویت ( ) برابر با یک میباشد
( ) و درجه عضویت تابع بین صفر و یک
( ) زمانی اتفاق میافتد که ارزش بزرگتر از و کمتر از باشد (کرکمار و همکاران 2008). و
به ترتیب ارزش حداقل و حداکثر توابع فازی میباشند که با برنامهریزی ریاضی مقدار هر یک از این اهداف بدست میآید. مقدار تابع هدف است زمانی که این هدف حداقل شود و مقدار حداکثر تابع هدف است. توابع هدف که باید حداکثر شوند در مطالعه کنونی سود اقتصادی هدف حداکثر سازی درنظر گرفته شد (کرکمار و همکاران 2008).
|
]رابطه1[ |
توابع هدفی هستند که بایستی حداقل شوند (مصرف آب و مصرف سموم و کود شیمیایی) که در رابطه 2 مشخص شده است. و به ترتیب مقدار حداقل و حداکثر تابع هدف میباشند و درجه عضویت میباشد
|
]رابطه2[ |
جهت تعیین جوابهای بهینه، مدل فازی با اهداف حداکثرسازی و حداقلسازی به رابطه 3 تبدیل میشود. در این رابطه ،است (کرکما و همکاران 2008).
|
]رابطه 3[
|
یکی از اهداف درنظر گرفته شده حداکثرسازی سود ناخالص کشاورز است. ضرایب تابع هدف سود ناخالص هر فعالیت است که به عنوان بازده برنامه ای در مدل وارد شده است. این ضرایب از کسر هزینههای متغیر (خرید نهادههای تولید از جمله بذر، کود (خرید آزاد و دولتی)، سم، نیروی کار و هزینه ماشینآلات) و هزینه استحصال هرمترمکعب آب از درآمد حاصل از کشت محصول محاسبه گردید.
|
]رابطه 4[ |
در رابطه4 قیمت محصول ، عملکرد محصول، ، هزینهی خرید بذر، کود، سم، نیروی کار، ماشین آلات برای یک هکتار محصول ، هزینه استحصال هر مترمکعب آب، کل آب مصرفی برای کشت یک هکتار محصول در طول فصل زراعی و متغیر تصمیم، سطح زیر کشت محصول برای محصولاتی که از سیستم آبیاری متفاوت استفاده مینمایند، میباشد بنابراین هزینه یکنواخت سالانه سیستم آبیاری نیز از سود ناخالص هر هکتار این گونه محصولات کسر شد. هزینه استحصال هر واحد آب از مجموع متوسط هزینه های متغیر و ثابت از بدست میآید. برای این منظور هزینه های ثابت یکنواخت سالانه محاسبه شد و با مجموع هزینه متغیر سالانه جمع شد.
|
]رابطه 5[ |
با توجه به این که پیامدهای زیستمحیطی به عنوان مانعی برای رسیدن به کشاورزی پایدار است کاهش اثرات زیستمحیطی نیز میتواند بهعنوان یک هدف مطرح گردد. در جهت پایداری لازم است تا در کنار کاهش یا حذف استفاده از فرآوردههای شیمیایی بهویژه کود و سمها، کاهش تخریب منابع آب و خاک نیز مورد توجه قرار گیرد، لذا حداقلسازی مصرف آب به عنوان موضوع مهمی است که لازم است مدنظر قرار گیرد. هدف دوم حداقلسازی مصرف آب کشاورزی است که در رابطه 5 مشخص شده است و حداقلسازی مصرف کود و سموم شیمیایی بیش از نیاز گیاه در رابطه 6 مشخص شده است.
در رابطه 5، کل آب مصرفی برای کشت یک هکتار محصول در طول فصل زراعی است که این مقدار برای هر محصول از حداکثر آب مورد نیاز هر فعالیت تقسیم بر راندمان توزیع و انتقال بدست آمده است.
در هدف زیست محیطی حداقلسازی مصرف کود و سموم شیمیایی با حداقل نمودن تغذیه گیاه با استفاده از کود شیمیایی و آفت کشها را درنظر گرفته شد. حداقل کردن مصرف کودهای شیمیایی با استفاده از رابطه 6 تأمین میگردد (بندر و سیمونویک 2000).
|
]رابطه 6[ |
. ضریب محاسبه شده از طریق رابطه7، میباشد با این فرض که هر محصول تنها یکبار در سال کشت میشود. این ضریب تلفیقی از آفتکش و کود به کار رفته محصول ام است و در واقع نسبتی از نیاز آفت کش و کود برای هر محصول میباشد. در این رابطه و به ترتیب مقدار استفاده از آفتکش و مقدار کود مصرفی مورد نیاز، کیلوگرم در هکتار برای محصول ام میباشد. علائم max وmin ارزش حداقل و حداکثر مقدار پارامترهای و میباشد که جهت تأمین نیازهای خاک و در عین حال جلوگیری از آلوده شدن خاک میباشد. با توجه به این که به طور کلی 3/75 درصد کل اراضی دشت فیروزآباد شامل اراضی با کلاس خاک 1، 2 و 3 یا، جزو اراضی قابل آبیاری هستند (پولادیان 2007) حداکثر نیاز خاک با فرض همگن بودن تمام اراضی دشت از کارشناسان جهاد کشاورزی درنظر گرفته شد.
|
]رابطه 7[ |
نخستین گام در ساختن مدل برنامهریزی ریاضی تعریف متغیرهای تصمیمگیری یا فعالیتها است. انتخاب استراتژیهای مناسب توجه به بیشینه کردن محصول تولیدی به ازای مصرف هر چه کمتر آب ضروری میباشد از این رو کمآبیاری به عنوان یک راهبرد عملی، اقتصادی و حفاظتی در حصول الگوی بهینه مصرف آب به شمار میرود. با توجه به منابع محدود (آب و زمین) میتوان استراتژیهای کمآبیاری را نیز مانند استراتژیهای آبیاری کامل برای گیاهان مختلف، در مدلهای تخصیص بهینه آب و زمین به کار برد. همچنین وارد نمودن محصولاتی که از سیستم آبیاری نوین برای بالا بردن راندمان آبیاری استفاده میکنند همراه با استراتژی های کم آبیاری به شکل توأم به مدل، مدل را کاملتر و واقعیتر مینماید. از این رو فعالیتهای مدل بر اساس استراتژیهای مختلف آبیاری، راندمان آبیاری متفاوت بر اساس سه روش آبیاری بارانی، استفاده از لوله برای انتقال آب و آبیاری سنتی همراه با تنش آبی و بدون تنش آبی تقسیم بندی شدند. برای تقسیمبندی فعالیتهای مدل، لازم است که عملکرد متناظر با هر فعالیت محاسبه گردد. بدین منظور در این مطالعه از رابطه 4 که توسط میر و همکاران (1993) پیشنهاد شده است، استفاده گردید. اعمال کمآبیاری منجر به کاهش در میزان عملکرد محصولات میگردد. پس از محاسبه حداکثر عملکرد گیاه در شرایط بدون تنش، عملکرد واقعی با در نظر گرفتن تنش برای گیاهان مختلف با استفاده از نرم افزار Excel برای منطقه مورد بررسی محاسبه شد.
|
]رابطه 8[ |
در رابطه8 حداکثر محصول در شرایط واقعی (شرایط تنش آبی)، حداکثر محصول تولیدی در شرایط بدون تنش آبی، ضریب واکنش عملکرد نسبت به آب در مرحله رشد که از پژوهشهای گذشته بدست آمده است. مقدار آب آبیاری مورد نیاز گیاه که در دورههای مختلف رشد مقدار آن در شرایط آبیاری کامل برابر و در شرایط اعمال کمآبیاری از بدست میآید.
|
]رابطه 9 [ |
در رابطه 9 ، حداکثر آب مورد نیاز گیاه و مقدار کاهش نسبی مصرف آب در کل دوره رشد (کوچکتر یا مساوی یک) است. رابطه فوق در هریک از مراحل مختلف رشد اعمال میگردد. در این قسمت استراتژیهای کمآبیاری بهگونهای تعریف شده است که اگر کمآبیاری در یک دوره اتفاق افتد در سایر دورههای آبیاری بهصورت کامل در نظر گرفته شده است به طوری که اگر در یک دوره کمآبیاری ( ) باشد در سایر دورههای رشد (آبیاری کامل ) فرض شده است. در مطالعه حاضر مدل برنامهریزی چندهدفه فازی است که متغیر مربوط به محصولات مختلف در منطقه است که تقسیمبندی این محصولات بر اساس استراتژی آبیاری و راندمان آبیاری متفاوت (بر اساس سیستم آبیاری) میباشد. بر اساس نظر کارشناسان منطقه راندمان آبیاری با استفاده از سیستم آبیاری بارانی، 65 درصد و برای لولههای پلاستیکی، 40 درصد درنظر گرفته شد. میزان تنشها در هر دوره 10، 15، 20، 25، 30 درصد در مراحل مختلف رشد از جمله استقرار، رشد، گلدهی، شکل گیری عملکرد و رسیدن اعمال تحت سناریوهای مختلف تنش آبی لحاظ شد. به عنوان مثال متغیر برای چغندر قند به شکل زیر تقسم بندی شد. متغیر تصمیم چغندرقند 1 تا 26 تا به ترتیب چغندرقند در شرایط آبیاری کامل،10، 15، 20، 25، 30 درصد کم آبیاری درمراحل اوایل و اواخر رشد گیاه، شکل گیری عملکرد و رسیدن میباشد. تنش در مرحله گلدهی برای چغندرقند معنا ندارد. در آخر چغندرقند26، 15 درصد کمآبیاری در همه مراحل درنظر گرفته شد. چغندرقند27 چغندرقند با آبیاری کامل، چغندرقند 28تا 32 چغندرقند با تنش آبی،10، 15، 20، 25، 30 درصد در مرحله اوایل رشد و استفاده از لوله برای انتقال آب، چغندرقند 33 تا 37، چغندر قند با تنش آبی 10، 15، 20، 25، 30 درصد در مرحله اواخر رشد و چغندرقند38، چغندرقند با آبیاری کامل و استفاده از سیستم آبیاری بارانی میباشد. چغندرقند39 تا 43 تنش آبی 10، 15، 20، 25، 30 درصد در مرحله اوایل رشد و استفاده از سیستم آبیاری بارانی. چغندرقند44 تا 48 چغندر قند با تنش آبی 10، 15، 20، 25، 30 درصد در مرحله اواخر رشد و استفاده از سیستم بارانی میباشد.
محدودیتهایمدل:
محدودیتهای مدل که عمدتاً مربوط به منابع تولیدی است، عبارتند از: 1- محدودیت زمین زراعی، 2- محدودیت آب در دسترس و 3- محدودیت نیروی کار میباشد.
1-محدودیت زمین به صورت رابطه 10 تعریف شد.
|
]رابطه 10[ |
سطح زیر کشت فعالیت و ، کل اراضی موجود دشت میباشد. محدودیت زمین بیانگر آن است که کل اراضی تخصیص یافته بین فعالیتها نمیتواند بیش از کل اراضی موجود در دشت یعنی به میزان 27900 هکتار باشد. لحاظ نمودن محدودیت زمین در دورههای مختلف باعث میگردد تا مدل بتواند روابط رقابتی و تکمیلی بین محصولات را در الگوی بهینه منظور نماید.
2- محدودیت آب در دسترس
از آنجا که دوره کشت و نیاز آبی محصولات و میزان موجودی آب منطقه در ماههای مختلف سال با یکدیگر متفاوت است، محدودیت آب به صورت دورههای ده روزه در نظر گرفته شد. در واقع محدودیت آب بیانگر آن است که جمع مقدار آب مورد نیاز هر یک از گیاهان در دورههای مختلف نمیتواند از کل آب در دسترس بهره بردار که در راندمان آبیاری توزیع و انتقال ضرب شده است بیشتر شود.این محدودیت در رابطه 11 تعریف شده است. در این رابطه حداکثر آب در دسترس بهره‌برداران دشت در دوره است که بر اساس متوسط آبدهی چاه در هر دوره ضربدر ساعات آبدهی در شبانهروز در راندمان آبیاری توزیع و انتقال محاسبه شد. و آب مورد نیاز گیاه در دوره است که بر اساس رابطه 12 بدست آمد.
|
]رابطه 11[ |
||
|
]رابطه 12[ |
||
حداکثر آب آبیاری مورد نیاز گیاه ام که برابر با است. مقدار آب خالص مورد نیاز گیاه ام است. عدد 10 برای تبدیل میلی متر به مترمکعب در هکتار میباشد مقدار از رابطه13 بدست آمد.
|
]رابطه 13[ |
بارندگی مؤثر است و تبخیر تعرق گیاه است که با استفاده از نرم افزار Cropwat محاسبه شد.
3- محدودیت نیروی کار
تقاضا برای نیروی کار در فعالیتهای تولیدی محصولات زراعی تابع عملیات مراحل مختلف کاشت، داشت و برداشت است و به دلیل تنوع کشت محصولات و متفاوت بودن دوره رشد آنها، تأمین نیروی کار مورد نیاز در فصلهای مختلف متفاوت خواهد بود، لذا نیروی کار مورد نیاز فعالیتهای مختلف در چهار دوره فصلی به صورت زیر در مدل لحاظ گردید:
|
]رابطه 14[ |
این محدودیت بصورت فصلی منظور گردید که در آن تعداد نیروی کار مورد نیاز فعالیت در فصل است و تعداد نیروی کار در دسترس بهرهبردار نمونه در فصل میباشد.
نتایج و بحث
جهت تعیین الگوی کشت در راستای حفاظت منابع آب و خاک دشت در ابتدا شرایط سال نرمال در نظر گرفته شد که بارندگی مناسب در دشت فیروزآباد در فصول رشد گیاه وجود داشته و امکان کشت محصولات دیم نیز وجود دارد. بنابراین نخست گندم و جو دیم در الگو وارد شد و مدل بر اساس وجود این دو محصول در نظر گرفته شد. نتایج حاصل از بهینهسازی هر هدف به طور جداگانه (ماتریس بازده) در جدول 1 نشان داده شده است. عناصر این ماتریس از طریق بهینهسازی هر یک از اهداف مورد نظر به طور جداگانه تعیین شده اند. با حل مدل بهینهسازی، 523678 میلیون ریال سود نصیب کشاورزان دشت میشود که با این الگوی حداکثر سازی سود، 9029/429 میلیون مترمکعب آب مصرف میشود و شاخص مصرف کود شیمیایی 49719 میباشد. این جدول تضاد بین اهدف را نشان میدهد. عناصر قطر فرعی ماتریس، مقادیر بهینه هر یک از اهداف را به طور جدا نشان میدهد. در سطر دوم هدف حداقلکردن مصرف آب در نظر گرفته شد. در این نقطه بهینه مصرف آب 551345/7 میلیون مترمکعب و با الگوی کشت حاصل از بهینهسازی هدف حداقل کردن آب مصرفی، سود معادل با 74/15112 میلیون ریال است و شاخص مصرف کود شیمیایی و آفتکش 2564 میباشد. الگوی کشت حاصل از بهینهسازی این هدف شامل گندم دیم 1410 هکتار، جو دیم 228 هکتار، ذرت 26 (15 درصد تنش در مرحله رسیدن و سیستم آبیاری سنتی) 322 هکتار و چغندر قند2 (10 درصد تنش در مرحله اوایل رشد گیاه) 25 هکتار و برنج 326 هکتار را پیشنهاد نموده است. دسترسی همزمان به این سه نقطه غیرممکن است. رسیدن به اهداف حداقل مصرف آب و کودشیمیایی و آفت کشها و حداکثر سود بهطور کامل قابل دستیابی نیست بنابراین مقدار بهینه مصرف آب، حداکثر سود و شاخص مصرف کود شیمیایی مقدار قطعی نیستند. از این رو استفاده از روش برنامهریزی چندهدفه فازی نتایج واقعیتری را ارائه خواهد نمود. با استفاده از این نوع مدلها میتوان سود را با توجه به حداقل کردن آب مصرفی، کودشیمیایی و آفت کشها در جهت جلوگیری از بوجود آمدن بیلان منفی و اثرات زیستمحیطی ناشی از کودهای شیمیایی، حداکثر ساخت.
جدول1- ماتریس بازده برای اهداف در نظر گرفته شده دشت در سال نرمال
|
شاخص مصرف کودشیمیایی و آفت کش |
آب مصرفی |
سود |
اهداف درنظرگرفته شده |
|
49719 |
9029/429 |
523678 |
سود (میلیون ریال) |
|
2564 |
551345/7 |
74/15112 |
مصرف آب(میلیون مترمکعب) |
|
2564 |
551345/7 |
74/15112 |
شاخص مصرف کود شیمیایی و آفتکش |
مأخذ: یافتههای تحقیق
جدول 2 نتایج حاصل از حل مدل با استفاده از روش فازی و همچنین الگوی کشت محصولات زراعی دشت فیروزآباد را بر اساس متوسط 10 سال گذشته نشان میدهد. در این جدول درجه عضویت توابع هدف، نشان میدهد که هر سه هدف متضاد با یک وزن مشخص و درجه اهمیت یکسان به طور تقریباً برابر برآورده شدند. درجه عضویت هدف حداکثرسازی سود 494/0، حداقل سازی آب 550/0 و حداقل سازی مصرف کود شیمیایی و آفتکش ها 506/0 میباشد.
جدول2- نتایج حاصل از مدل فازی و مقایسه با الگوی کشت دشت در سال نرمال
|
درجه عضویت اهداف |
نتایج حاصل از حل مدل فازی |
|
|
494/0 |
264878 |
سود (میلیون ریال) با حضور محصولات دیم |
|
550/0 |
1356/226 |
مصرف آب (میلیون مترمکعب) |
|
506/0 |
2/22644 |
مصرف کود شیمیایی و آفتکش |
|
سهم سطح زیر کشت محصولات از کل اراضی دشت ((% |
سطح زیر کشت با استفاده از مدل برنامهریزی فازی |
سطح زیر کشت |
|
68/0 |
4/189 |
گندم1 |
|
67/0 |
8/187 |
گندم 21 |
|
69/57 |
4/16094 |
گندم 22 |
|
66/0 |
2/185 |
گندم 23 |
|
65/0 |
8/183 |
گندم 24 |
|
65/0 |
4/182 |
گندم25 |
|
20/0 |
7/56 |
جو10 |
|
20/.0 |
9/56 |
جو11 |
|
20/0 |
1/57 |
جو12 |
|
20/0 |
3/57 |
جو13 |
|
15/1 |
322 |
ذرت3 |
|
90/0 |
25 |
چغندرقند 13 |
|
31/5 |
1483 |
برنج |
|
6/31 |
8819 |
سایر |
|
سهم سطح زیر کشت محصولات از کل اراضی دشت (طی 10 سال ) |
متوسط سطح زیر کشت دشت در 10 سال اخیر |
سطح زیر کشت |
|
50 |
14103 |
گندم |
|
8 |
2281 |
جو |
|
12 |
3263 |
برنج |
|
11 |
3223 |
ذرت |
|
1/0 |
257 |
چغندرقند |
|
19 |
5301 |
سایر |
اگر چه برآورده شدن سه هدف به شکل غیرقطعی با استفاده از برنامهریزی ریاضی به سادگی قابل دستیابی نیست اما ارائه مدل فازی و وارد نمودن محصولات مختلف با استراتژیها و سیستم آبیاری متفاوت مدل را به شرایط دنیای واقعی نزدیک نموده و بنابراین الگوی ارائه شده توسط این نوع مدل در دشت، همسویی نزدیکی با الگوی 10 سال اخیر دارد. نتایج الگوی حاضر، گندم 1، 21، 22، 23، 24 و 25 (به ترتیب گندم با آبیاری کامل، گندم با 10، 15، 20، 25 و 30 درصد تنش آبی درمرحله رسیدن و سیستم آبیاری سنتی) به ترتیب 4/189، 8/187، 4/16094، 2/185، 8/183 و 4/182 هکتار و جو 10، 11، 12و 13 (به ترتیب جو با 15، 20، 25 و 30 درصد تنش آبی درمرحله شکل گیری عملکرد) به ترتیب 7/56، 9/56، 1/57 و 3/57 هکتار و ذرت3، (10 درصد تنش در مرحله استقرار) 322 هکتار، چغندرقند13 (13 درصد تنش در اواخر رشد)، 25 هکتار و برنج 1483 هکتار (31/5 درصد از کل راضی) پیشنهاد میدهد. سایر سطح زیر کشت باقی مانده به کشت محصولاتی که برخی سالها در منطقه کشت شده-اند و استقبال عمومی برای کشت آنها وجود نداشته چون کنجد، گوجه فرنگی و یا آیش نگه داشتن زمین میباشد.
با ارائه این الگو اهداف زیستمحیطی، کاهش آب مصرفی و کاهش مصرف کود و آفت کشهای شیمیایی نسبت به تابع سود برآورده میشود. به عبارت دیگر گرچه اهمیت یکسانی به اهداف زیستمحیطی و اقتصادی داده شده است اما الگوی کشت حاضر با الگوی کشت دشت همسویی داشته و تغییر الگوی کشت را پیشنهاد نمیکند تنها اتخاذ سیاست زمان آبیاری بهینه و سیستم آبیاری مناسب و تغییر سهم سطح زیرکشت هر یک از محصولات میتوانند به پایداری کشاورزی در این منطقه کمک نماید.
مدل دشت بر اساس حذف محصولات دیم و به عبارت دیگر سال کم آبی در نظر گرفته شد. نتایج حاصل از بهینه سازی هر هدف به طور جداگانه (ماتریس بازده) در جدول 3 نشان داده شده است. مطابق انتظار حذف محصولات دیم و وارد نمودن محصولات آبی میزان بهینه مصرف آب را در مدلهای بهینه سازی هر هدف به طور مجزا تغییر میدهد. نتایج حاصل از حداکثرسازی سود، مطابق ماتریس بازده در شرایط وجود محصولات دیم، (بارندگی مناسب در دوره رشد) 523678 میلیون ریال سود نصیب کشاورزان دشت میشود که با این الگوی حداکثر سازی سود، 9029/429 میلیون مترمکعب آب مصرف میشود و شاخص مصرف کودشیمیایی 49719 میباشد. نتایج این سطر با سال نرمال یکسان است چرا که حداکثرسازی سود بدون لحاظ نمودن سایر اهداف محصولات با مصرف آب بیشتر را پیشنهاد مینماید. مقدار بهینه مصرف آب 901/15 میلیون مترمکعب است که به میزان 5/52 درصد مصرف آب نسبت به حالت حل مدل با حضور محصولات دیم افزایش یافته و سود معادل با14/21771 میلیون ریال است که سود به میزان 30 درصد افزایش نسبت به سال نرمال را نشان میدهد. مییابد. شاخص مصرف کودشیمیایی و آفتکش مشابه سال نرمال 2564 است.
جدول3- ماتریس بازده برای اهداف در نظر گرفتهشده در دشت در شرایط کمآبی
|
مصرف کود شیمیایی و آفتکش |
آب مصرفی (میلیون مترمکعب) |
سود (میلیونریال) |
اهداف درنظرگرفته شده |
|
49719 |
9029/429 |
523678 |
سود (میلیون ریال) |
|
2564 |
901/15 |
14/21771 |
مصرف آب (میلیون مترمکعب) |
|
2564 |
32837/24 |
76/28227 |
مصرف کود شیمیایی و آفت کش |
با استفاده از نتایج بدست آمده از ماتریس بازده، مدل فازی بر اساس سه هدف حل گردید. با حل مدل درجه عضویت هدف حداکثرسازی سود 449/0، حداقلسازی آب 551/0 و حداقل سازی مصرف کودشیمیایی و آفتکشها 551/0 بدست آمد که در جدول 4 نتایج آورده شده است. در الگوی حاضر گندم25 (گندم با30 درصد تنش در مرحله رسیدن و سیستم آبیاری سنتی)،2/14706 هکتار و گندم49 (30 درصد تنش در مرحله رسیدن و سیستم آبیاری بارانی)، جو 44 (جو با 30 درصد تنش در مرحله اواخر رشد و سیستم آبیاری بارانی)، ذرت3، چغندر قند 48 (چغندرقند با 30 درصد درصد تنش در مرحله اواخر رشد و سیستم آبیاری بارانی) و برنج به ترتیب 4/5798، 228، 322 ،25 و 1483هکتار میباشد. سایر سطح زیر کشت باقی مانده به کشت محصولاتی که در هر سال در منطقه کشت نشده است چون کنجد، گوجه فرنگی و غیره و یا آیش نگه داشتن زمین میباشد. الگوی پیشنهادی کشت در شرایطی که امکان کشت محصولات دیم وجود ندارد. از کشت محصولات با استفاده از سیستم آبیاری سنتی به محصولات با سیستم آبیاری بارانی تغییر یافت.
جدول4- نتایج حاصل از مدل فازی در شرایط کمآبی و مقایسه با الگوی کشت دشت
|
درجه عضویت اهداف |
نتایج حاصل از حل مدل |
|
|
449/0 |
288659 |
سود(میلیون ریال) |
|
551/0 |
9727/229 |
مصرف آب(میلیون مترمکعب) |
|
551/0 |
27093 |
مصرف کود شیمیایی و آفتکش |
|
سهم سطح زیر کشت محصولات از کل اراضی دشت (درصد) |
سطح زیر کشت با استفاده از مدل برنامهریزی فازی |
|
|
7/52 |
2/14706 |
گندم25 |
|
78/20 |
4/5798 |
گندم 49 |
|
82/0 |
228 |
جو 44 |
|
15/1 |
322 |
ذرت3 |
|
01/0 |
25 |
چغندرقند 48 |
|
31/5 |
1483 |
برنج |
|
23/19 |
5365 |
سایر |
|
سهم سطح زیر کشت محصولات از کل اراضی دشت (طی 10 سال ) |
متوسط سطح زیر کشت دشت طی 10 سال |
|
|
50 |
14103 |
گندم |
|
8 |
2281 |
جو |
|
11 |
3223 |
ذرت |
|
1/0 |
257 |
چغندرقند |
|
12 |
3263 |
برنج |
|
19 |
5301 |
سایر |
اگر چه دسترسی کشاورزان به آب در شرایطی که امکان کشت محصولات دیم وجود ندارد با حالت سال نرمال متفاوت میباشد. در سال کم آبی حذف محصولات دیم از الگو، باعث ایجاد تفاوت فاحشی در مقدار بهینه اهداف در نظر گرفته شده میگردد. به طوری که بر اساس ماتریس بازده جدول1 و 3 (بهینهسازی تک هدفه)، مصرف آب در شرایط کمآبی در مقایسه با سال نرمال، 5/52 درصد افزایش را نشان میدهد اما مقایسه دو وضعیت موجود در حالتی که مدلهای چندهدفه فازی باشد نشان میدهد که مصرف آب تنها 7/1 درصد اضافه میشود. اختلاف میان نتایج دو هدف فازی در شرایط سال نرمال و کمآبی نسبت به مدلهای تک هدفه ناچیز بوده است. نتایج این مقایسه در جدول 5 آورده شده است. بر اساس نتایج این جدول میزان سود 2/8، میزان مصرف آب 7/1 و شاخص مصرف کود شیمیایی 4/16 درصد نسبت به شرایطی که محصولات دیم در الگو حضور دارند افزایش مییابد به عبارت دیگر کشت گندم یا جو دیم در شرایط سال نرمال (بارندگی مناسب در فصول رشد) موجب میشود سود و آب مصرفی در نتیجه بالا رفتن سطح زیر کشت بالا رود و در عین حال شاخص مصرف کود شیمیایی نیز افزایش یابد. اگر چه افزایش سطح زیر کشت در سال معمولی دور از انتظار نیست اما مدل بدون تغییر در نوع محصول انتخابی توسط زارعین، زمان آبیاری را بگونهای مشخص مینماید که هر سه هدف در نظر گرفته شده بطور همزمان برآورده شود. سطح زیر کشت پیشنهادی افزایش سهم کشت گندم از 50 درصد در منطقه به 5/73 درصد (شامل گندم 25و 49) و کاهش کشت جو از 8 درصد به 8/0 درصد وکاهش سهم کشت ذرت، چغندرقند و برنج بهترتیب از 11، 1/0 و 12 درصد به 15/1، 01/0 و 3/5 درصد میباشد.
جدول 5- مقایسه نتایج حاصل از مدل فازی در سال نرمال و سال کم آبی
|
درجه عضویت اهداف |
نتایج حاصل از حل مدل فازی |
|
|
494/0 |
264878 |
سود(میلیون ریال) در سال نرمال |
|
449/0 |
288659 |
سود(میلیون ریال) در سال کمآبی |
|
|
2/8 |
تغییرات (درصد) |
|
550/0 |
1356/226 |
مصرف آب(میلیون مترمکعب) در سال نرمال |
|
551/0 |
9727/229 |
مصرف آب(میلیون مترمکعب) در سال کمآبی |
|
|
7/1 |
تغییرات (درصد) |
|
506/0 |
2/22644 |
مصرف کودشیمیایی و آفتکش در سال نرمال |
|
551/0 |
27093 |
مصرف کود شیمیایی و آفتکش در سال کمآبی |
|
|
4/16 |
تغییرات (درصد) |
نتیجه گیری کلی
الگوی بهینه کشت دشت فیروزآباد با درنظرگرفتن اهداف اقتصادی و زیستمحیطی به پایداری منابع آب این دشت یاری میرساند. با توجه به اینکه نبود قطعیت جزء جدایی ناپذیر تصمیمگیری در بخش کشاورزی به شمار میآید، لذا باید با اتخاذ راهبردهای مناسب تا حد ممکن این نااطمینایی را با الگوی فازی ومدلهای به کارگرفته شده در این تحقیق تعدیل نمود به گونهای که شرایط کم آبیاری و تنش آبی و همچنین اتخاذ سیستم آبیاری مناسب را با ارائه متغیرهای متفاوت تصمیم وارد مدل شدند و با در نظرگرفتن حد بالا و پایین اهداف به شکل فازی و نه اعداد قطعی شرایط واقعی دشت مدلسازی شد.
الگوی کشت برای سال نرمال و کمآبی ارائه گردید. میان دو الگوی کشت ارائه شده با استفاده از مدل فازی تفاوت معناداری وجود ندارد و درصد تغییرات سود و آب مصرفی کمتر از 10 درصد و شاخص مصرف کودشیمیایی کمتر از 20 درصد میباشد. از این رو بسته به شرایط دشت میتوان الگوهای ارائه شده که با متوسط 10 سال اخیر همسویی داشته و تنها تفاوت در زمان آبیاری و هدف زیستمحیطی باشد را به کشاورزان ارائه داد. الگوی کشت ارائه شده با مطالعه فتحی و زیبایی (2010) در منطقه فیروزآباد برای هر کشاورز مطابقت دارد.
نتایج حاکی از آن است که جهت حفاظت از منابع آب و خاک و مدیریت بهینه بهرهبرداری از منابع آب که از اقدامات پایداری است لزوما نیاز به تغییر الگوی کشت منطقه نیست بلکه با کشت همان محصولات که در دوره زمانی ده ساله در منطقه کشت میشده است میتوان به مدیریت بهینه برداشت آب دست یافت و کافی است سهم کشت محصولات بر اساس سال نرمال و کم آبی تغییر کرده و حتی با انتخاب و پیشنهاد سیستم آبیاری متناسب با الگوهای ارائه شده به این مهم دست یافت.
الگوی ارائه شده قادر است سه هدف را در سطح مطلوب تأمین نماید. از آنجایی که مدل با عدم حضور محصولات دیم، محصولات با سیستم آبیاری بارانی را پیشنهاد نموده است لذا برای عملی ساختن شرایط مدیریت مصرف و زمان آبیاری سازوکاری جهت حمایت برای استفاده از سیستم آبیاری ذکر شده ضروری بنظر میرسد بنابراین تأمین اعتبار لازم برای حمایت و استفاده از این نوع سیستم آبیاری یکی از راهکار میباشد و همچنین امکان ذخیرهسازی آب برای مدیریت زمان آبیاری میتواند به اهداف درنظر گرفته شده برای کشاورزی پایدار کمک نماید. لذا با با احداث استخرهای متناسب با شرایط منطقه جهت هدایت کشاورز به مدیریت زمان آبیاری مناسب که میتواند بیشترین بازده را با آب موجود ایجاد مینماید، راهگشا باشد.
)