توسعه چارچوب یک مدل بهینه‏سازی مدیریت آبیاری با درنظر گرفتن تناوب زراعی

در کشورهای خشک و نیمه خشک مانند کشور ایران به دلیل پراکنش نامناسب زمانی و مکانی بارندگی، تولید مواد غذایی با تکیه بر کشاورزی فاریاب صورت می‏گیرد و بخش زیادی از منابع آبی این اقلیم‏ها، به کشاورزی اختصاص دارد. لذا انتخاب راهکارهایی که باعث کاهش مصرف شده و استفاده بهینه آب در این بخش را به دنبال داشته باشد، اولویت دارد. به این منظور در این پژوهش، از تناوب زراعی به‏عنوان عامل موثر در معادله بهینه‏سازی، برای محاسبه ماتریس ضریب تاثیر تناوب کشت، از نظر کشاورزان خبره از طریق پرسشنامه استفاده شده است. درایه‏های این ماتریس، ضرایب تاثیر کشت هر محصول پس از محصول دیگر را نشان می‏دهد. ضریب تاثیر تناوب در مدل بهینه‏سازی تخصیص آب با هدف بیشینه‏سازی سود اقتصادی، برمبنای الگوریتم ژنتیک و استفاده از مدل گیاهی aquacrop plug- in ارائه شد. برای این منظور کدنویسی سی‌شارپ (c#) در محیط visual studio برای بهینه‌سازی تناوب‌های سه، چهار، پنج، شش و هفت ساله با محصولات گندم، سویا، گوجه فرنگی، سیب زمینی، ذرت، یونجه، جو و چغندرقند در یک مطالعه موردی تحلیلی انجام شد. همچنین اثر تناوب کشت بر عملکرد محصول و تخصیص آب بر میزان سود مورد انتظار از واحد زراعی توسط یک معادله ارزشیابی بررسی شد. نتایج بهینه‌سازی تناوب‌ها نشان داد بهترین سود اقتصادی محاسبه شده مربوط به تناوب چهار ساله (چغندرقند، ذرت، سیب زمینی و گوجه فرنگی) است. همچنین بهینه‏ترین تناوب برای کاهش حجم آب تخصیص یافته برای تناوب هفت ساله بود که به میزان 9.45 درصد کاهش یافت. لذا بهینه‌سازی تناوب زراعی، پارامتری موثر در میزان عملکرد محصولات مختلف، افزایش سود و صرفه‏جویی آب در درازمدت می‌باشد.

development of the framework of an irrigation management optimization model considering crop rotation

in arid and semi-arid countries such as iran, the uneven spatial and temporal distribution of rainfall necessitates a reliance on irrigated agriculture for food production. consequently, a substantial portion of water resources is allocated to agriculture. identifying strategies reducing water consumption and improving its efficiency in agriculture are critical priorities. this study employs crop rotation as a key variable in an optimization framework to calculate a matrix of impact coefficients based on insights from expert farmers. the matrix quantifies the effects of sequential crop planting. these coefficients are incorporated into a water allocation optimization model aimed at maximizing economic profitability, utilizing a genetic algorithm and the aquacrop plug-in program. for this purpose, c# coding within visual studio was used to optimize three-, four-, five-, six-, and seven-year rotations involving wheat, soybean, tomato, potato, corn, alfalfa, barley, and sugar beet. moreover, the impact of crop rotation on crop yield, water allocation, and expected profitability per unit area was evaluated using a valuation formula. rotation optimization results indicated that the four-year rotation (sugar beet, corn, potato, tomato) achieved the highest economic profit, while the seven-year rotation was most effective in reducing water allocation (by 9.45%). therefore, crop rotation optimization is a significant parameter for enhancing crop yield, boosting profitability, and achieving long-term water savings.