بهینه‏سازی پیوند آب، انرژی و غذا در حوزه آبخیز پیشکوه، استان یزد

زمینه و هدف: رشد جمعیت و لزوم تامین نیازهای زیستی انسان به‌ویژه در کشورهای درحال‌توسعه، منجر به استفاده‌های غیراصولی از منابع آب‌‌وخاک شده است. به‌طوری‌که راهبرد افزایش تولید با بهره‌برداری بیش‌ازحد از منابع، امروزه کشور را با بحران جدی، به‌ویژه درزمینه آب و محیط‌زیست، مواجه کرده است. از طرفی مدیریت ناصحیح منابع آب ‌وخاک، امنیت آبی و غذایی کشور به‏عنوان یکی از اصلی‌ترین اهداف کلان ملی را در معرض تهدید قرار داده است. امروزه علی‎رغم اهمیت پیوند آب-انرژی و غذا به‏عنوان یک رویکرد مدیریتی سازگار منابع، از این رویکرد کم‎تر در مدیریت جامع آبخیز استفاده‌ شده است. لذا در پژوهش حاضر رویکرد جدید بهینه‏سازی پیوند آب، انرژی و غذا در مدیریت سازگار حوزه آبخیز پیشکوه استفاده شد.روش پژوهش: در این پژوهش برای بهینه‏سازی پیوند wef شاخص‏های مصرف آب و انرژی، بهره‏وری و بهره‏وری اقتصادی آب و انرژی و سرانه موجودیت غذا در نه گروه زارعی اول (شامل محصولات سیب، گلابی، به، آلبالو، گیلاس، آلو، هلو، زردآلو، گوجه‏سبز، بادام و گردو)، دوم (شامل انگور، سنجد، زرشک، توت، انجیر و عناب)، سوم (شامل عدس، نخود و لوبیا)، چهارم (آفتابگردان)، پنجم (شامل گوجه‏فرنگی، بادمجان، هویج، کدو و کلم)، ششم (هندوانه)، هفتم (شامل یونجه، شلغم و چغندر علوفه‏ای)، هشتم (شامل گندم، جو و ذرت)، و نهم (شامل سیب‏زمینی و پیاز) در نظر گرفته شد. برای بهینه‏سازی پیوند آب-انرژی و غذا در سطح حوزه آبخیز پیشکوه از برنامه‏ریزی خطی و از طریق مدل چند متغیره بهینه سازی پیوند آب-انرژی-غذا و محدودیت‏های بر منابع آب و انرژی حوزه آبخیز در محیط نرم‎افزار lingo 18.0 استفاده شد. یافته‌ها: پژوهش حاضر نشان داد که در حوزه آبخیز پیشکوه گروه زارعی سوم (عدس، نخود و لوبیا) و گروه زراعی هفتم (یونجه، شلغم و چغندر علوفه‏ای) به ترتیب با مصرف 4727.93 و 9787.93 مترمکعب بر هکتار بر سال کم‏ترین و بیش‏ترین شاخص مصرف آب بوده است و بالاعکس گروه‏های زراعی چهارم (آفتابگردان) و پنجم (گوجه‏فرنگی، بادمجان، هویج، کدو و کلم) با مقدار 7226.87 و 42888.99 مگاژول بر هکتار بر سال دارای حداقل و حداکثر مقدار انرژی مصرفی بوده است. با این وجود شاخص بهره‏وری آب با بررسی میزان عملکرد گروه‏های زراعی نسبت به میزان آب مصرفی نشان داد که گروه‏های زراعی پنجم (گوجه‏فرنگی، بادمجان، هویج، کدو و کلم) و سوم (عدس، نخود و لوبیا) با مقدار 2.66 و 0.28 کیلوگرم بر مترمکعب، دارای بیش‏ترین و کم‏ترین مقدار شاخص مذکور است. گروه‏های زراعی سوم (عدس، نخود و لوبیا) و هفتم (یونجه، شلغم و چغندر علوفه‏ای) با مقدار 20.66 و 0.94 کیلوگرم بر مگاژول بیش‏ترین و کم‏ترین مقدار شاخص بهره‏وری انرژی را داشته است. گروه زراعی دوم (انگور، سنجد، زرشک، توت، انجیر و عناب) در حوزه آبخیز پیشکوه نیز دارای بیش‏ترین مقدار بهره‏وری اقتصادی آب (0.56 میلیون ریال بر مترمکعب) و انرژی (0.266 میلیون ریال بر مگاژول) است. نهایتاً گروه زراعی هشتم (گندم، جو و ذرت) بیش‏ترین نقش در شاخص سرانه موجودیت غذا را ایفا می‏کند. نتایج: پژوهش پیش‏رو باهدف بهینه‏سازی پیوند آب-انرژی و غذا در حوزه آبخیز پیشکوه انجام گرفت. پس از بررسی هفت شاخص مصرف آب و انرژی، بهره‏وری و بهره‏وری اقتصادی آب و انرژی و سرانه موجودیت غذا در منطقه موردمطالعه نتایج نشان داد که مقدار شاخص wef برای گروه‏های مختلف زراعی از 0.18 (بدترین) تا 0.48 (بهترین) به ترتیب مربوط به گروه زراعی پنجم (گوجه‏فرنگی، بادمجان، هویج، کدو و کلم) و دوم (سنجد، زرشک، توت، انجیر و عناب) بوده است. با اجرای مدل بهینه‏سازی wef در حوزه آبخیز پیشکوه می‏توان با اندازه‏گیری شاخص‏های مربوطه، هرساله نسبت به افزایش‏ بهره‏وری و کاهش مصرف منابع قدم مثبتی را برداشت. این رویکرد نه‌تنها منجر به کاهش فشار بر منابع موجود خواهد شد بلکه پایداری و حفاظت از بوم‏سازگان را در پی خواهد داشت. از طرفی بهبود وضعیت اقتصادی کشاورزان با تغییر الگوی کشت باعث پایداری زنجیره تامین محصولات کشاورزی و افزایش امنیت غذایی در حوزه آبخیز پیشکوه خواهد شد. به عبارتی دیگر مدیریت ابعاد مختلف شاخص wef می‏تواند راه‌کارهای مناسب برای دستیابی به پایداری اقتصادی کشاورزی در منطقه را فراهم کند.

optimizing the water, energy, and food nexus in the pishkooh watershed, yazd province, iran

background and aims: population growth and the need to provide human biological needs, especially in developing countries, have led to unprincipled uses of water and soil resources in this region. the strategy of increasing production with excessive exploitation of resources has faced the country with a severe crisis, especially in water and the environment. on the other hand, improper management of water and soil resources has threatened the water and food security of the country, which is one of the leading national goals. today, despite the importance of the water-energy and food (wef) nexus as adaptive management of resources, it has yet to be employed for integrated watershed management in the pishkooh watershed. this research, however, presents a novel approach to optimize the water, energy, and food nexus for the adaptive management of this crucial watershed.methods: in this research, to optimize the wef nexus of water and energy consumption indicators, productivity and economic productivity of water and energy and food availability per capita in nine farming groups, viz., 1 (i.e., apple, pear, beet, cherry, plums, peaches, apricots, almonds and walnuts), 2 (i.e., grapes, elderberries, barberries, berries, figs, and jujubes), 3 (i.e., lentils, peas, and beans), 4 (i.e., sunflowers), 5 (i.e., tomatoes, eggplants, carrots, pumpkin and cabbage), 6 (i.e., watermelon), 7 (i.e., alfalfa, turnip and fodder beet), 8 (i.e., wheat, barley and corn), and 9 (i.e., potato and onion). the wef nexus in the pishkooh watershed was optimized using linear programming and through the optimal multivariable model and constraints on the water and energy resources of the watershed in the lingo 18.0 software environment.results: the findings showed that in the pishkooh watershed, the third (i.e., lentils, chickpeas, and beans) and the seventh agricultural groups (i.e., alfalfa, turnips, and fodder beets) had the lowest and highest water consumption of 4727.93 and 9787.93 m3 ha y-1. in contrast, the fourth (i.e., sunflower) and fifth agricultural groups (i.e., tomatoes, eggplants, carrots, squash, and cabbage) had the minimum and maximum energy consumption of 7226.87 and 42888.99 mj ha-1 y-1. while, the water productivity index showed the performance of agricultural groups in relation to the amount of water consumed the fifth (tomato, eggplant, carrot, pumpkin and cabbage) and third (lentil, chickpea and bean) crop groups with 2.66 and 0.28 kg/m3 have the highest and lowest values of the index. the third (i.e., lentils, peas, and beans) and the seventh (i.e., alfalfa, turnips, and fodder beets) agricultural groups had an entirely different energy efficiency of 20.66 and 0.94 kg mj-1, respectively. ultimately, the second agricultural group (i.e., grape, elderberry, barberry, mulberry, fig, and jujube) has the highest water economic productivity (i.e., 0.56 mrials m-3) and energy (0.266 mrials mj-1). however, the eighth agricultural group (i.e., wheat, barley, and corn) in the pishkooh watershed plays the most critical role in the per capita food availability index.conclusion: this research, with its potential to significantly influence the pishkooh watershed, has successfully optimized the wef nexus in this region of iran. after analyzing seven indicators of water and energy consumption, productivity and economic efficiency of water and energy, and food availability per capita in the study area, the results demonstrated that the wef index in the pishkoosh watershed ranged from 0.18 (the worst) to 0.48 (the best) associated with the fifth (i.e., tomato, eggplant, carrot, pumpkin and cabbage) and second crop (i.e., elder, barberry, mulberry, fig and jujube), respectively. by implementing the wef optimization model in the pishkooh watershed, we can take a positive stride towards increasing productivity and reducing resource consumption every year by monitoring relevant indicators. this approach will alleviate the strain on existing resources and pave the way for sustainability and ecosystem conservation. on the other hand, improving the economic status of farmers by changing the cultivation pattern will ensure the sustainability of the supply chain of agricultural products and increase food security in the pishkoh watershed. in other words, the management of different dimensions of the wef index can provide suitable solutions to achieve the economic sustainability of agriculture in the region.