بهینه‌سازی الگوی کشت با استفاده از رویکرد سیستم دینامیک و برنامه‌ریزی ریاضی چندهدفه

محدودیت منابع آب، عملکرد پایین بهره­ وری، افزایش جمعیت و نیاز روزافزون به این منبع حیاتی لزوم برنامه ریزی مناسب به منظور استفاده بهینه از منابع آب را در مناطق خشک و نیمه خشک جهان نمایان می­ سازد. الگوهای کشت مناسب، روشی بسیار مؤثر و اساسی برای استفاده بهینه از آب است. با توجه به محدودیت منابع آبی در دشت بیرجند، این تحقیق برای بهینه‌‌سازی الگوی کشت در این دشت انجام شد. بدین منظور، الگوی کشت رایج در دشت بیرجند (A) و هشت الگوی کشت رایج در سایر دشت‌های خراسان به عنوان الگوهای پایه مورد بررسی قرار گرفتند. در این تحقیق از روش تصمیم‌گیری چند معیاره‌ی فرایند تحلیل سلسله مراتبی و مدل برنامه‌ریزی لینگو برای تعیین بهترین الگوی کشت استفاده شد. در هر دو مدل از معیارهای اقتصادی و اجتماعی برای حداکثر کردن درآمد خالص، اشتغال و نیروی کار و حداقل کردن آب مصرفی، هزینه، و مقدارآب مجازی صادراتی استفاده شد. نتایج نشان داد که معیارهای سود و آب مصرفی نسبت به سایر عوامل از اهمیت بیشتری در تعیین رتبه‌بندی محصولات و نوع­ کشت برخوردار می­ باشند. نتایج نشان داد که گیاهان زعفران، زیره، جو، گندم، صیفی‌جات، سبزیجات، چغندرقند، نباتات علوفه‌ای و پنبه به ترتیب بیشترین اولویت را برای کشت داشتند. با توجه به این نتایج و براساس الگوهای کشت رایج در منطقه، هشت الگوی کشت پیشنهاد شد. نتایج مدل تحلیل سلسله مراتبی نشان داد که الگوهای هشت، دو و چهار به عنوان الگوهای مناسبی می‌باشند که در این الگوها به ترتیب نباتات علوفه‌ای (12/21 درصد)، گندم (74/36 درصد) و گندم (76/46 درصد) بیشترین سطح زیر کشت را داشتند. با توجه به بهینه‌یابی در مدل LINGO مدل 8 به علت دارا بودن پایین‌ترین ضریب تعیین (R2) نامناسب می‌باشد. در الگوهای 2 و 4 سطح زیر کشت گندم و سبزیجات نسبت به الگوی کشت رایج در منطقه افزایش نشان داد. گیاهان جالیزی، زعفران، پنبه و جو در الگوی دو نسبت به الگوی رایج منطقه افزایش داشت در حالی که در الگوی چهار کاهش یافت. زیره در الگوی دوم کاهش نشان داد ولی در الگوی چهار افزایش یافت. سطح زیر کشت نباتات علوفه‌ای و چغندرقند در هر دو الگوی کشت نسبت به وضعیت فعلی منطقه کاهش نشان داد.

In this study, to determine the optimum crop pattern of Kermanshah plain, Iran, a dynamic model was developed in Vensim PRO x32 software to simulate the actual situation in the region. Stochastic simulation of time series method was used to predict the values of climate parameters in the future. After ensuring the performance of the dynamic model as well as time series model, optimization process of crop pattern was performed using the existing optimization tool in Vensim PRO x32 software in addition to multi objective mathematical programming approach by Powell method in three different scenarios. The objective functions included maximizing the economic benefit for farmers and minimizing the extracted water from aquifer. The results showed that ratio of the gained benefit to the amount of water extracted from the wells in optimized conditions was always higher than the current conditions. The value of this ratio for the three scenarios was 1.23, 0.89, and 0.94, respectively, which in all three scenarios are higher than the current value (0.68). The results showed that according to a case in which variations in the crop coefficients of all crops are possible, in order to optimize the crop pattern, the area allocated to wheat, barley, grain and forage maize, tomato, clover, and onion must be decreased in the current crop pattern. Furthermore, the results of optimization indicated an increase in the area under the cultivation of saffron, rose, greenhouse, medicinal plants, and olive, compared to the current conditions.