چکیده:

یکی از اصلی‌ترین نیاز‌های هر فعالیت پویا، برنامه‌ریزی در چارچوب اهداف کلی آن فعالیت است. بخش کشاورزی نیز به عنوان یکی از مهمترین فعالیت‌های اقتصادی نیازمند برنامه‌ریزی‌های منسجم در جهت رسیدن به توسعه است. الگوی بهینه کشت برنامه‌ای است که با هدف مدیریت بهینه‌ی ترکیب مکانی گیاهی تدوین می‌شود. این برنامه با توجه به فرصت‌ها و تهدید‌های اکوفیزیولوژیکی، عوامل تولید، مسایل اقتصادی، عوامل فرهنگی و اجتماعی، تکنولوژی‌های نوین و… طراحی می‌شود. با توجه به این که الگوریتم رقابت استعماری تاکنون برای تعیین الگوی کشت به کار برده نشده این پژوهش قابلیت این الگوریتم را در تعیین الگوی بهینه‌ی کشت با سناریوهای مختلف در شهرستان بشرویه مورد بررسی قرار می‌دهد. رویکرد این پژوهش به حداکثر رساندن سود حاصل با تاکید بر محدودیت منابع آب می‌باشد. نتایج، حاکی از توانایی این الگوریتم در تعیین ترکیب کشت بهینه می‌باشد. همچنین نتایج حاصل از اجرای برنامه نشان می‌دهد که کشاورزان با استفاده‌ی درست از نهاده‌های کشاورزی خصوصا آب و کم آبیاری محصولات در فصول غیر حساس گیاه می‌توانند به سود بالاتر از شرایط فعلی دست پیدا کنند. همچنین در صورتی که نظارت بر میزان برداشت از منابع آب توسط وزارت نیرو به جای ماهانه و لحظه‌ای، سالانه باشد می‌توان با رعایت الگوهای کشت پیشنهادی با مصرف آب کمتر نسبت به حجم مجاز سالانه‌ی فعلی به سود بالاتری دست یافت.

فصل اول: کلیات تحقیق

1-1- مقدمه

از لحاظ اقلیم شناسی، ایران جزء مناطق خشک جهان طبقه‌بندی شده است. متوسط بارندگی در سطح کشور 256 میلی‌متر است که این مقدار حدود 30 درصد متوسط بارندگی جهان (860 میلیمتر) و نزدیک به 35 درصد متوسط بارندگی آسیا (732 میلیمتر) می‌باشد. علاوه بر کمبود میزان بارندگی سالانه کشور، توزیع مکانی آن نیز بسیار نامناسب است.

از نظر وضعیت منابع آبخیز، ایران جزء کشورهای بسیار خشک و کم آب شناخته می‌شود. ارتفاع بارندگی ایران کمتر از 30% بارندگی کره زمین است در حالی‌ که تبخیر ایران 10% بیش از تبخیر متوسط کره زمین است. ازطرفی متوسط سرانه سالانه جریان‌های سطحی و زیرزمینی در هر هکتار در ایران 24% متوسط سرانه جهانی است. بیلان متوسط چرخه‌ی آب در ایران و کره‌ی زمین را در جدول شماره‌ی 1 مشاهده می‌کنید که نشان می‌دهد در کره‌ی زمین 36 درصد از بارندگی‌‌ها به صورت جریانهای سطحی و زیرزمینی جاری می‌‌شود ولی این رقم در ایران 29 درصد است.

مجموع ریزش‌های جوی در ایران 413 میلیارد متر مکعب می‌باشد. از این مقدار تنها 93 میلیارد متر مکعب به صورت جریان‌های سطحی جاری شده و 25 میلیارد متر مکعب نیز به سفره‌های آب زیرزمینی نفوذ می‌کند و 295 میلیارد متر مکعب آن به صورت تبخیر از دسترس خارج می‌شود. جدول شماره‌ی 2 خلاصه وضعیت منابع آبی تجدید پذیر کشور را نشان می‌دهد.

از طرفی جمعیت کشور در مقایسه با یکصد سال گذشته حدود 6 برابر و برداشت آب برای مصارف مختلف در سال های 1340 تا 1375 بیش از 2/2 برابر شده است. سرانه منابع آب تجدید شونده کشور نیز از 7000 متر مکعب در سال‌ 1335 به 2160 در سال 1375 رسیده است.

با توجه به محدودیت‌های طبیعی که گفته شد هدف اصلی هر کشاورز و دامدار معمولاً به دست آوردن حداکثر سود مورد انتظار مرتبط با فعالیتش ‏است. از نظر هر فعال بخش کشاورزی، راه و روش های مختلفی برای حداکثرکردن سود وجود ‏دارد، ولی باید به این نکته توجه کرد که از بین گزینه‌های گوناگون، فقط یک انتخاب برای ‏حداکثرسازی سود وجود دارد. از طرفی این امکان وجود دارد که هر کشاورز در طول یک سال زراعی، محصولات مختلفی را کشت ‏نماید، ولی قطعیتی وجود ندارد که این الگوی کشت حداکثر سود آوری را خواهد داشت چرا که ممکن است بر اثر تولید بیش از حد و فراتر از نیاز یک محصول قیمت آن کاهش شدید داشته و کشاورز بالاترین سود را تحصیل ننماید. علاوه بر محدودیت منابع آب و خاک به دلیل موقعیت جغرافیایی و اقلیمی كشور از یک طرف و به دست آوردن بالاترین سود توسط کشاورز از طرف دیگر، ضرورت تحقق ‌پذیری آرمان خودكفایی در امور زیربنایی و حفظ محیط زیست نیز، ارایه‌ی الگوی بهینه‌ی کشت را اجتناب ناپذیر می‌سازد. از طرفی ایجاد امنیت غذایی منوط به اجرای الگوی کشت مناسب است زیرا نیاز به مواد غذایی در کشور روز به روز افزایش می‌یابد. همچنین اگر الگوی کشت وجود داشته باشد شاهد نوسانات شدید در بازار عرضه و تقاضا نیستیم.

الگوی كشت عبارت است از تعیین یک نظام كشاورزی با مزیت اقتصادی پایدار، مبتنی بر سیاست های كلان كشور، دانش بومی كشاورزان و بهره‌گیری بهینه از ظرفیت‌های منطقه‌ای با رعایت اصول اكوفیزیولوژیک تولید محصولات كشاورزی در راستای حفظ محیط زیست.

از مهم‌ترین مزایای اجرای الگوی مناسب می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1- تامین امنیت غذایی با تكیه بر تولید از منابع داخلی

2- نیل به خود كفایی در محصولات اساسی

3- ارتقاء سطح سلامت مواد غذایی

4- اصلاح و بهینه كردن الگوی مصرف

5- حمایت موثر از تولید و صادرات با توجه به مزیت‌های نسبی و خلق مزیت‌های جدید

6- ارتقاء ضریب بهره‌وری از آب در تولید محصولات كشاورزی

7- استفاده‌ی علمی و بهره‌برداری بهینه از سایر نهاده‌های تولید

8- حمایت موثر از سامان‌دهی فرایند تولید و اصلاح نظام بازار محصولات كشاورزی

9- حفظ منابع پایه برای آیندگان یا به عبارتی حفاظت از محیط زیست

با ‏استفاده از روش های برنامه‌ریزی و مدیریت مزرعه می‌توان برای یک منطقه با توجه به مقدار ‏نهاده‌های موجود مانند، مقدار زمین،‌ آب، کودمصرفی،‌ بذر و … پیشنهادهایی مبتنی بر ‏جدیدترین روش های مدیریت کشاورزی برای حداکثر نمودن سود، ارائه نمود. برای این كار از الگوریتم‌های بهینه‌سازی شبیه الگوریتم ژنتیك، شبیه‌سازی بازپخت، الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات، منطق فازی و… استفاده می‌شود.

الگوریتم جدیدی بنام الگوریتم رقابت استعماری در سال 2007 توسط آتش پزگرگری ارائه شد. این الگوریتم از تكامل سیاسی اجتماعی انسان الگو گرفته و به حل مسایل بهینه‌سازی می‌پردازد. از این الگوریتم در حل مسایل زیادی در زمینه‌ی صنعت استفاده شده است. در این تحقیق كارایی این روش در تهیه‌ی الگوی بهینه‌ی كشت مورد بررسی قرار خواهد گرفت و در صورت مثبت بودن نتیجه، علاوه بر تعیین الگوی بهینه‌ی كاشت محصولات زراعی و باغی در شهرستان بشرویه امید است بتوان به سوالات زیر پاسخ داد.

1- آیا الگوی کشت موجود بهینه است؟

2- آیا می‌توان با تغییر الگوی کشت درآمد کشاورزان را افزایش داد؟

3- درصورت ارایه‌ی‌ الگوی کشت جدید آیا نیاز کارخانه خوراک دام و کارخانه‌جات پنبه پاک‌کنی به مواد اولیه تأمین خواهدشد؟

4- تفاوت عمده تغییر سطح زیرکشت مربوط به کدام محصول یا محصولات است؟

5- درصورت حذف محدودیت‌ها (به جز آب) درآمد حاصل از الگوی کشت بهینه با الگوی فعلی چقدر تفاوت خواهد داشت؟

6- درآمد و الگوی کشت در حالت در نظر گرفتن محدودیت تأمین نیاز اولیه کارخانه خوراک دام و پنبه پاک کنی و در حالت عدم محدودیت برای تأمین نیاز این دو کارخانه چه تفاوتی می‌کند؟

7- کم‌ترین و بیش‌ترین مصرف آب در الگوی کشت مربوط به کدام محصولات است؟

8- میزان سود حاصل از این روش با روش‌ فعلی چه تفاوتی دارد؟

9- با ثابت ماندن میزان درآمد فعلی کشاورزان چه تغییری در میزان مصرف آب ایجاد می‌شود؟

فصل دوم: سوابق تحقیق

1-2- روش های برنامه ریزی

روش‌های برنامه‌ریزی متعددی برای تعیین الگوی کشت بهینه وجود دارد. از این روش‌ها می‌توان به الگوریتم‌های تکاملی مانند الگوریتم ژنتیک، برنامه‌ریزی خطی و غیرخطی، برنامه‌ریزی آرمانی، برنامه‌ریزی فازی و … اشاره کرد. در این فصل مروری بر تعدادی از تحقیقات انجام شده خواهیم داشت.

زارع و همکاران (1385) با بهره گرفتن از نرم افزار  WINQSBو روش برنامه‌ریزی خطی امکان‌سنجی تغییر در الگوی کشت در مناطق صیفی کاری را با هدف توسعه کشت گیاهان علوفه ای و دانه های روغنی به همراه تحلیل حساسیت عوامل موثر مربوطه در مناطق‌ فریمان، تایباد و تربت‌جام مورد بررسی قرار دادند. به منظور بررسی امکان تغییر در الگوی کشت از یک مدل ریاضی و شبیه‌سازی رفتار زارعین استفاده شد. اکثر کشاورزان در زمان تصمیم‌گیری، اطلاعات کمی از تصمیمات سایر زارعین دارند که یکی از پیامدهای این گونه تصمیم‌گیری تولید چندین محصول در یک فصل زراعی به مقدار کم است. با توجه به محدودیت و کمبود آب، از منظر نهاده‌های کمیاب، این نهاده به عنوان محور محدودیت‌ها و جایگزینی محصولات مورد توجه قرار گرفت. با توجه به تغییر قیمت از زمان شروع تا زمان برداشت، قیمت لحاظ شده در این مطالعه بصورت وزنی می‌باشد. هچنین قیمت آب در این مطالعه بر اساس هزینه‌های احداث چاه محاسبه شده است. با توجه به اینکه اطلاعات دقیقی از میزان آب موجود در دسترس نیست، به منظور بررسی امکان تغییر درالگوی فعلی، میزان مصرف آب محصولات مورد مطالعه بر اساس سطح زیر کشت فعلی آنها محاسبه و به عنوان کل آب در دسترس در نظر گرفته شد و چندین مدل مورد بررسی قرار گرفت.

اولین مدل مورد مطالعه مدل شماره یک است. در این مدل کلیه محصولات بدون هیچ محدودیتی به برنامه معرفی شده ومعیار انتخاب سود خالص و میزان مصرف آب است؛ لذا ترکیبی از محصولات که با آب موجود بیشترین درآمد را عاید کشاورز می‌کند ارائه می کند. مطالعه‌ی الگوی کشت شهرستان‌ها نشان داد که جهت تغییر سطح زیر کشت محصولات می‌توان با برنامه‌ریزی و شبیه‌سازی منطقه نسبت به عواقب تصمیم‌گیری‌ها و سیاست‌گذاری‌ها آگاه شد و با بصیرت و آگاهی اقدام به تصمیم گیری نمود. همچنین در این مطالعات ظرفیت و پتانسیل مناطق از جهت تخصیص نهاده‌ها معلوم می‌گردد. در این مطالعات به راحتی می‌توان از هزینه فرصت و ارزش نهاده‌های کمیاب در تولید آگاه شد. در این بررسی همچنین مشخص شد با توجه به اهداف یک مطالعه بایستی برخی از عوامل که ارزش آنها در بازار معاملات دقیقا مشخص نمی‌شود مانند راحتی و یا سختی تولید یک محصول، علایق زارعین در تولید و یا آگاهی آنها از روش تولید، در دسترس بودن برخی از نهاده‌ها در زمان نیاز مانند ادوات برداشت و تاثیر برخی محصولات بر کشت بعدی، ارزش غذایی محصولات علوفه‌ای و… را بایستی به نحوی ارزش گذاری کرد تا به عنوان یک معیار (مانند درآمد و میزان مصرف آّب و…) در انتخاب محصول مد نظر قرار گیرد. این مطالعه همچنین نشان داد که بین الگوهای کشت بهینه و الگوی فعلی زارعین قرابت زیادی وجود دارد که این موضوع ضمن تایید درستی مدل‌نویسی، بیانگر تاثیر سیاست‌گذاری‌ها بر تصمیمات زارعین است.

عباسی و قدمی (1385) با بررسی انواع مدل‌های برنامه‌ریزی منابع آب و خصوصیات و شرایط حاکم بر هر کدام از این مدل‌ها، مدل برنامه‌ریزی خطی در محیط نرم افزار lingo8  را به دلیل سادگی و کاربردی بودن آن و امکان بکارگیری در مدیریت منابع آب، بعنوان گزینه مناسب برای تعیین الگوی كشت دشت فریمان–تربت‌جام انتخاب نمودند. مدل برای پنج دوره‌ی پنج ساله و با در نظر گرفتن تغییرات تدریجی اجرا شد. ورودی‌های مدل شامل دو دسته پارامتر می‌باشد. یکی پارامترهای مرتبط با محاسبات اقتصادی که عبارت از راندمان محصول در هر دشت، قیمت واحد هر محصول در منطقه، هزینه در هکتار هر محصول در منطقه و دیگری پارامترهای مربوط به محاسبات آب آبیاری که عبارت از راندمان کل آبیاری هر دشت در سالهای هدف، نیاز خالص آبیاری ماهیانه‌ی هر محصول، ضریب حساسیت گیاهان نسبت به آب، حداکثر مجاز برداشت از منابع آب زیرزمینی در سالهای هدف می‌باشد.

با توجه به نتایج مدل برای دشت فریمان-تربت جام می‌توان گفت که تغییرات در الگوی کشت در سال‌های مختلف طرح به گونه‌ای است که با وجود کاهش برداشت از منابع آب زیرزمینی سود خالص حاصل، روند افزایشی دارد، به‌طوری‌که از 703 میلیارد ریال در سال 1390 به 754 میلیارد ریال در سال 1410 رسیده است. با تعیین مناسب‌ترین الگوی بهره‌برداری از منابع موجود (سطحی و زیرزمینی) با بهره گرفتن از مدل، بیلان منفی در دشت تعدیل شده و به تدریج مثبت می گردد به‌طوری‌که از بیلان 216- در وضع موجود به 20+ در سال 1410 رسیده است. باید توجه کرد که تغییرات بیلان دشت از سال 1385 تا 1390 زیاد بوده اما در سالهای بعد روند کندتری دارد که علت این امر تغییر الگوی کشت فعلی به الگوی کشت بهینه و مبنا قرار گرفتن الگوی کشت بهینه هر سال برای سال بعد می‌باشد.

باقریان و همکاران (1381) در این مطالعه به بررسی الگوی بهینه كشت منطقه‌ی کازرون با روش برنامه‌ریزی خطی نمودند. اطلاعات مورد نیاز از طریق تکمیل پرسش‌نامه توسط کشاورزان دارای کمتر از پنج هکتار زمین بدست آمد. الگوی کشت بهینه با بهره گرفتن از برنامه‌ی  lindoبا هدف بیشینه نمودن درآمد کشاورزان حل گردید. در الگوی به کار رفته در مطالعه حاضر، 12 فعالیت زراعی (کشت محصولات مختلف) در نظر گرفته شده و محدودیت‌ها به صورت حداکثر و حداقل می‌باشند. پس از تعیین الگو در دو حالت کالیبره[1] و بهینه[2] با تغییر قیمت هر متر مکعب آب در تابع هدف، مقدار تقاضای آب در قیمت‌های مختلف و در فصول مختلف برآورد گردید، سپس به منظور نشان دادن رابطه‌ی مقدار تقاضای آب و قیمت آن، منحنی‌های تقاضای آب با بهره گرفتن از برنامه‌یEXCEL  ارائه شد.

نتایج نشان داد که در حالت بهینه فقط محصولات گندم، ذرت و خیار در الگوی کشت وارد گردیده‌اند ولی با توجه به محدودیت فروش و نیاز منطقه به محصولات دیگر، امکان اجرای این گزینه وجود نداشته و توصیه ‌شد که تصمیم‌گیری‌ها با توجه به حالت کالیبره که برگرفته از شرایط واقعی منطقه است، صورت پذیرد. برای به دست آوردن تابع تقاضای نورماتیو (مبتنی بر تحلیل حساسیت پارامترهای مدل (LP با توجه به تحلیل حساسیت ناشی از تغییر قیمت آب در تابع هدف، ابتدا با فرض اینکه مقدار آب در دسترس نامحدود است، مقدار تقاضای آب در قیمت‌های متفاوت برآورد می‌گردد. با افزایش تدریجی قیمت آب، مقدار تقاضا در قیمت‌های مختلف به دست می‌آید و این کار تا وقتی که تقاضا برای آب صفر گردد ادامه می‌یابد و با رسم نمودار مشاهده می‌گردد که مقدار تقاضا در تمام فصول در سطح قیمت 640 ریال دچار افت شده و به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد. نتایج تحلیل حساسیت نشان می‌دهد که با افزایش قیمت، ابتدا محصولات فصل تابستان از الگو خارج می‌شود که این امر به دلیل نیاز بالای آن‌ ها به آب بوده، به طوری که زودتر از دیگر محصولات، مزیت کشت خود را از دست می‌دهند. به طور کلی نتایجی که از این مطالعه به دست می‌آید نشان می‌دهد که کشاورزان از منابع در دسترس، استفاده بهینه نکرده و قابلیت افزایش سود با تخصیص بهینه‌ی منابع وجود دارد. اجرای مدل‌های بهینه نشان دهنده‌ی آن است که استفاده از زمین‌های زراعی موجود در فصول مختلف می‌تواند به‌ نحو بهتری انجام گیرد در نتیجه با افزایش قابلیت دسترسی زارعین به آب می‌توان سطح زیر کشت و درآمد زارعین را افزایش داد. همچنین نمودار تقاضای آب نشان می‌دهد که در قیمت‌های پایین، کشش‌ پذیری مقدار تقاضا نسبت به قیمت آب، کمتر از قیمت‌های بالا می‌باشد و کشاورزان در قیمت‌های پایین نسبت به افزایش قیمت، واکنش چندانی در راستای مصرف کمتر آب نشان نمی‌دهند بنابراین برقراری نظام پرداخت آب بها، به تنهایی مصرف آب آبیاری را کاهش نخواهد داد و برای کاهش مصرف آب، استفاده از اهرم قیمت به تنهایی کافی نیست.

صبوحی و سلطانی (1385) با روش برنامه‌ریزی خطی در سطح حوضه‌ی حریرود و کشف رود برای تعیین الگوی کشت بهینه که در آن منافع اجتماعی، استفاده‌ی بهینه از آب آبیاری در دسترس و جهت‌دهی الگوی کشت در راستای حداکثر خالص واردات آب مجازی مطالعه انجام دادند. این مطالعه در 5 سطح ریسک و 3 سطح راندمان آبیاری (35 و 45 و 65 درصد) انجام شد. این را باید منظور داشت که افزایش واردات خالص آب مجازی الزاماً به معنی حداکثر شدن منافع اجتماعی نمی‌باشد. از طرفی در این مدل برای عوامل تولید و فعالیت‌ها قیمت و یا ارزش اجتماعی آن‌ ها منظور شد. محدودیت‌ها سطح زیر کشت و مقدار آب در دسترس می‌باشد. هر فعالیت و مدل بصورت 45 فعالیت درآمد. یعنی 45 کم آبیاری متفاوت برای هر محصول در نظر گرفته شد. 45 مورد به دلیل محدودیت نرم افزار مورد استفاده (general Algebraic modeling system) بود. میزان کم آبیاری در پنج مرحله از رشد محصول با بهره گرفتن از اعداد تصادف بین 1 و 5/0 توسط نرم‌افزارExcel  به دست آمد. میزان ریسک 95، 90، 5/87، 85، 80 درصد در نظر گرفته شد. دو محصول وارداتی گندم و جو و صادراتی پیاز و سیب زمینی و گوجه فرنگی در نظر گرفته شده است. اطلاعات مزرعه از