برنامه ریزی غیرخطی چند هدفه

با افزایش رشد جمعیت و تنوع رژیم های غذایی، تقاضای غذا و به دنبال آن تقاضای آب و انرژی برای تولید غذا دچار تغییر و تحول شده است. رویکرد همبست آب- غذا- انرژی یک چشم انداز کلی از پایداری است که تلاش می کند تا تعادل میان اهداف مختلف، منافع و نیازهای جوامع و محیط زیست را براساس کمی سازی روابط آب- غذا- انرژی از طریق مدل سازی های کیفی و کمی و همچنین پیشبرد تحقیقات برای مدل سازی یکپارچه و مدیریت برای ارائه استراتژی های مهم توسعه پایدار در جهان پویا و پیچیده امروز را برقرار سازد. لذا پژوهش حاضر با هدف جلوگیری از ارائه و اجرای سیاست های نامناسب و تک بعدی در تولید محصولات زراعی، به ارائه یک مدل برنامه ریزی ریاضی چند هدفه با استفاده از رویکرد همبست آب- غذا- انرژی پرداخته است. این مدل در محدوده مطالعاتی مشهد در استان خراسان رضوی بکار گرفته و اهداف متفاوتی از جمله حداکثرسازی سودکشاورزان و انرژی حاصل از تولید موادغذایی (کالری) و حداقل سازی مصرف کود و سم، انرژی، انتشار گازهای گلخانه ای، آب آبیاری برای سال زراعی 99-1398 در نظر گرفته شده است. با بکارگیری رویکرد همبست در انتخاب سطح زیرکشت محصولات زراعی محدوده مطالعاتی مشهد، سطح زیرکشت در الگوی بهینه 38/48 درصد، مصرف آب آبیاری 25 درصد، انرژی 11/53 درصد و میزان تولید کالری محصولات 33 درصد، مقدار مصرف سم و کود 3/38 درصد، هزینه های تولید 8/60 درصد، انتشار گازهای گلخانه ای 40 درصد، مصرف سوخت دیزل 4/38 درصد و تولید کل 33 درصد در الگوی چندهدفه برای محدوده مطالعاتی مشهد کاهش و سود خالص کشاورزان 3/49 درصد افزایش یافته است. بنابراین می توان نتیجه گرفت که هرچند با در نظر گرفتن یک حوزه از حوزه های آب- غذا- انرژی بصورت مجزا اثرات تک بعدی هر یک از سیاست ها در بخش کشاورزی منعکس می شود، اما با استناد به تنها یک حوزه نمی توان در مورد اثربخشی سایر سیاست ها تصمیم گیری قطعی نمود. در مجموع در راستای تأمین امنیت غذایی با استفاده از همبست آب- غذا- انرژی بایستی مناطق مناسب برای کشت محصولات خاص در محدوده مطالعاتی مشهد شناسایی شود. در نهایت الگوهای کشت بهینه پیشنهادی که بر مبنای مدیریت صحیح منابع آب، انرژی، افزایش راندمان اقتصادی محصولات کشاورزی و حفاظت زیست محیطی تهیه شده به طور کامل اجرا شود.

با توجه به شرایط خشکسالی و نیز رشد روز افزون جمعیت و افزایش تقاضا برای غذا، امروزه بیش از پیش نیاز به بهبود در بهره وری آب و انرژی می باشد، در سال های اخیر، منطقه های کم آب  برای دستیابی به توسعه اقتصادی پایدار با چالش های زیادی روبرو شده اند. توسعه اقتصادی پایدار در بخش کشاورزی با توجه به مفهوم همبست آب-انرژی-غذا (WEFN) امکان پذیر است. با استفاده از همبست آب-انرژی-غذا معیارهای مصرف، بهره وری فیزیکی و بهره وری اقتصادی منابع آب و انرژی تعیین می شود. این پژوهش در محدوده مورد مطالعه دشت سیستان برای سال زراعی 1397-98 انجام گرفته است .با توجه به اینکه در زمینه بهره وری آب و انرژی با استفاده از رویکرد همبست WEFN با در نظر گرفتن هدف ها و محدودیت های متفاوت، تاکنون بررسی و ارزیابی لازم در این حوضه انجام نشده است. بنابراین پژوهش حاضر با استفاده از یک مدل برنامه ریزی چند هدفه به تعیین میزان بهره وری اقتصادی و فیزیکی مصرف آب و انرژی در این حوضه پرداخته است. کد نویسی و حل مدل با استفاده از نرم افزار GAMS انجام شده است. بنا بر نتایج مدل اجرای همبست آب-انرژی-غذا منجر به بهبود بهره وری در میزان مصرف آب آبیاری در حوضه مورد مطالعه به مقدار 37/11 درصد شده است. با توجه به نتایج مدل، میزان بهره وری اقتصادی برای مصرف انرژی نهاده ها، محصول های راهبردی برای تامین امنیت غذایی و انتشار گازهای گلخانه ای CO2 به ترتیب 3/10،41/14 و 02/16 درصد به دست آمد. همچنین نتایج مدل پیشنهادی نشان داد که میزان بهره وری فیزیکی مصرف آب در دشت سیستان از مقدار 5/188899 کیلوگرم بر متر مکعب به مقدار 5/211487 کیلوگرم بر متر مکعب افزایش پیدا کرده است. بنابراین اجرای رویکرد همبست WEFN در منطقه مورد مطالعه منجر به بهبود بهره وری اقتصادی و فیزیکی مصرف آب و انرژی شده است.