۱٫ معرفی
کمبود آب رو به رشد در حال تبدیل شدن به یک موضوع اجتماعی و اقتصادی فزاینده برای سیاست گذاران و مصرف کنندگان آب رقابتی است. طی ۵۰ سال گذشته، تقاضای جهانی برای آب شیرین بیش از ۴۰ درصد افزایش یافته است که دلیل آن توسعه اقتصادی-اجتماعی، رشد سریع جمعیت جهانی و تقاضا برای مواد غذایی مرتبط با آن است. [
۱]. اگرچه منبع اصلی استرس بر منابع آب شیرین فعالیت های انسانی است، اما تغییرات آب و هوا بر چرخه آب تأثیر می گذارد و باعث رویدادهای ویرانگری مانند خشکسالی و سیل می شود. کاهش مداوم کیفیت و کمبود آب فشار بی سابقه ای را بر مناطق خشک و نیمه خشک و همچنین مناطق مرطوب وارد کرده است. [
۲]. کشاورزی آبی یکی از بزرگترین مصرف کنندگان آب در جهان محسوب می شود [
۳]. ۲۰٪ از کل زمین های زیر کشت را تشکیل می دهد، و ۴۰٪ از کل مواد غذایی تولید شده در سراسر جهان را تشکیل می دهد. [
۴] و حدود ۸۷ درصد از مصرف جهانی آب را تشکیل می دهد [
۵]. تقریباً ۶۰ درصد از برداشت جهانی آب شیرین به آبیاری اختصاص دارد. در اروپا، بخش کشاورزی حدود ۲۴ درصد از کل مصرف آب را به خود اختصاص می دهد که در مناطق جنوبی به ۸۰ درصد می رسد. [
۶]، جایی که تعادل بین تقاضای آب و در دسترس بودن آب به سطوح بحرانی رسیده است [
۷]. در این منطقه، اثرات ناشی از تغییرات آب و هوایی، از جمله کاهش جریان رودخانه ها، کاهش سطح دریاچه ها و آب های زیرزمینی، و خشک شدن تالاب ها، تهدیدات قابل توجهی برای اکوسیستم های آب شیرین ایجاد می کند. کاهش در دسترس بودن و قابلیت اطمینان آب در جنوب اروپا همراه با افزایش تقاضای آب به دلیل رشد جمعیت است که باعث استفاده بیشتر در بخش‌های اقتصادی خواهد شد. به ویژه، انتظار می رود که استفاده از آب کشاورزی برای برآوردن افزایش تقاضای غذا تشدید شود. این بدان معناست که مناطق روستایی بیشتری در آینده نیاز به آبیاری دارند و فشار بیشتری را بر بدنه‌های آبی اروپا وارد می‌کند. [
۸].
از آنجایی که آب آبیاری به طور فزاینده ای به منبع کمیاب برای بخش کشاورزی تبدیل می شود [
۹]استراتژی های بهبود بهره وری مصرف آب و بهره وری از هر دو دیدگاه اقتصادی و زیست محیطی تعیین کننده در نظر گرفته می شود. در این راستا، استفاده از مدل‌های رشد محصول، که پویایی رشد محصول و واکنش عملکرد به شرایط اقلیمی را در نظر می‌گیرد، می‌تواند برای برنامه‌ریزی و بهبود شیوه‌های آبیاری بسیار مفید باشد. در سال‌های اخیر، مدل‌های متعدد مبتنی بر معادلات فیزیکی یا نیمه تجربی با داده‌های ماهواره‌ای ترکیب شده‌اند که به لطف توسعه سریع و در دسترس بودن داده‌های سنجش از دور در وضوح‌های جغرافیایی و زمانی مختلف، در دسترس بودن آنها فعال شده است. [
۱۰]. آنها ابزاری قابل اعتماد برای توصیف و بررسی تکامل زیست توده، و نظارت بر نیاز آب آبیاری در حالی که اثرات نسبی الگوهای آب و هوا، دمای سطح زمین، و چرخه‌های جریان آب-انرژی را در نظر می‌گیرند، نشان می‌دهند. برای تعیین کمیت تأثیر چنین مدل هایی از نظر راندمان آبیاری، چندین شاخص در طول سال ها ایجاد شده است. برخی از آنها بازده محصول را در تبخیر و تعرق یا حجم آبیاری در نظر می گیرند، در حالی که برخی دیگر تأثیر زهکشی یا تخریب خاک را بر کاهش آب در نظر می گیرند. [
۶]. با این حال، درک مولفه اقتصادی مرتبط با توانایی این مدل‌ها برای بهبود بهره‌وری کشاورزی، تولید سود و کاهش هزینه‌ها نیز ضروری است. از آنجایی که آب به عنوان یک عامل تولیدی با ارزش اقتصادی تلقی می شود، صرفه جویی های بالقوه در استفاده از آن باید با توجه به دیدگاه های زیست محیطی و اقتصادی مورد ارزیابی و ارزیابی قرار گیرد. هدف از این مطالعه تجزیه و تحلیل بهره‌وری فیزیکی و اقتصادی آب تولیدات کشاورزی در منطقه آپولیا در جنوب ایتالیا، با تمرکز ویژه بر بهبودهای بالقوه مرتبط با شبیه‌سازی مدل کاملا جفت شده FEST-EWB-SAFY، یک ابزار مهندسی است. قادر به تخمین مقدار آب مورد نیاز برای اهداف آبیاری از طریق ترکیب عناصر زیر است: (۱) مدل FEST-EWB (مدل انرژي-آب مبتني بر رويداد سيل ناگهاني توزيع فضايي بارش- تبديل رواناب- مدل تعادل آب) طرح تعادلی که امکان محاسبه مداوم در زمان و توزیع رطوبت خاک و شارهای تبخیر و تعرق را فراهم می کند. (ii) استراتژی بهینه سازی آبیاری (SIM). و (iii) الگوریتم ساده برای تخمین بازده محصول (SAFY) [
11].
رویکردهای مهندسی و اقتصادی مورد استفاده در مطالعه حاضر به کارایی مصرف آب کشاورزی (WUE) و بهره‌وری (WP) می‌پردازد. WUE مفهومی است که توسط Briggs و Shantz معرفی شده است [
۱۲] و به رابطه موجود بین بهره وری گیاه و مصرف آب اشاره دارد. به طور خاص، به عنوان نسبت تجمع زیست توده به آب مصرفی تعریف می شود [
۱۳]. با توجه به استفاده از آب در سیستم‌های آبیاری، WUE به شدت با تلفات آبی مرتبط است که هنگام انتقال آب از مخازن به مزرعه، اعمال در مزارع، ذخیره در خاک و در نهایت استفاده از محصولات باغی رخ می‌دهد. [
۱۴]. با اشاره به محاسبه WUE، بحثی در ادبیات مربوط به چارچوب مفهومی زیربنای شاخص های موجود و نحوه استفاده از آنها وجود دارد. [
۱۵,
۱۶]. در واقع، شاخص های WUE را می توان بر اساس دیدگاه های مختلف تعریف کرد. به طور خاص، در حالی که پری و همکاران. [
۱۷] Osmond و همکاران، WUE را به عنوان نسبت بین تبخیر و تعرق و کل آب مورد استفاده در آبیاری و بارش تعریف می کنند. [
۱۸] به فرآیندهای فیزیولوژیکی گیاهان توجه کنید و با تقسیم CO خالص WUE بدست آورید
۲ سرعت جذب یا فتوسنتز خالص توسط رسانایی روزنه ای. از سوی دیگر، فلکساس و همکاران. [
۱۹] WUE را به عنوان نسبتی بین زیست توده تولید شده توسط یک کارخانه و مقدار کل آب عبوری یا استفاده شده در نظر بگیرید. تئوری WUE به شدت با مفهوم بهره وری آب (WP) مرتبط است که توسط Kijne و همکاران ارائه شده است. [
۲۰] به عنوان معیاری قوی از توانایی یک سیستم کشاورزی برای تبدیل آب به غذا. در مفهوم گسترده، اهداف تولید غذا، درآمد و مزایای زیست محیطی بیشتر با هزینه اجتماعی و زیست محیطی کمتر به ازای هر واحد آب مصرفی را منعکس می کند. [
۱۴].
در مطالعه حاضر، تجزیه و تحلیل کارایی مصرف آب و بهره‌وری بر تولید گوجه‌فرنگی فرآوری شده متمرکز است، محصولی پرمصرف آب که ایتالیا یکی از تولیدکنندگان پیشرو در حال حاضر جهان است. [
۲۱]. گوجه فرنگی یکی از پرمصرف ترین مصرف کنندگان نهاده های کشاورزی به طور عام و آب به طور خاص محسوب می شود. در واقع، این یک محصول طولانی فصل است که نیاز آب آبیاری آن بین ۴۰۰ تا ۶۰۰ میلی متر برآورد شده است. [
۲۲]. این محصول به منظور جلوگیری از کاهش رشد و اندازه میوه به تامین آب ثابت و کافی مخصوصاً در دوره گلدهی نیاز دارد. [
۲۳]. در حالی که کمبود آب طولانی مدت رشد را محدود می کند و عملکرد را کاهش می دهد، استفاده بیش از حد از آب ممکن است باعث کاهش کیفیت و عملکرد میوه به دلیل حساسیت میوه به ترک خوردگی و اثرات منفی زیست محیطی، مانند شستشوی نیتروژن شود. [
۲۳]. علیرغم در دسترس بودن برخی برنامه های آبیاری در مزرعه بر اساس فناوری های هوشمند، اکثر روش های کشت گوجه فرنگی که در ایتالیا اتخاذ شده اند، از فواصل از پیش تعریف شده بین منابع آبیاری بدون در نظر گرفتن نیازهای واقعی آب استفاده می کنند. [
۲۴]. این طرح آبیاری منجر به ناکارآمدی مصرف آب می شود که ممکن است در حوزه اقتصادی مزرعه نیز پیامدهایی داشته باشد.
مقاله از دیدگاه های مختلف نوآورانه است. اول از همه، با استفاده از یک مجموعه داده منحصربه‌فرد که اطلاعات دقیق را در سطح طرح در طول زمان گزارش می‌دهد، توسعه داده شد. علاوه بر این، یک رویکرد اقتصادی را با یک مدل مهندسی تجربی با هدف پرداختن به استفاده ناکارآمد از آب در ابعاد مختلف ترکیب می‌کند. همچنین عملکرد مدل‌های محصول هیدرولوژیکی و فناوری‌های صرفه‌جویی در مصرف آب را به صورت یکپارچه نشان می‌دهد.
نتایج به‌دست‌آمده می‌تواند از سیاست‌گذاران در تعریف ابزارهای موثر سیاست آب حمایت کند. علاوه بر این، آنها می توانند اطلاعات مفیدی را برای مدیریت منابع و بهبود تکنیک های آبیاری در اختیار تامین کنندگان آب و کشاورزان قرار دهند.
با توجه به محدودیت‌های مطالعه، لازم است تاکید شود که کار مبتنی بر شبیه‌سازی‌های مهندسی است که نتایج آن در مدل‌های اقتصادی اقتباس شده است که عناصر مرتبط با زمینه‌های انسانی، اجتماعی و نهادی را در نظر نمی‌گیرد. این به این معنی است که یافته‌های این مطالعه فقط برای برجسته کردن ناکارآمدی‌های بالقوه در سیستم‌های آبیاری که در حال حاضر در حال استفاده هستند، ارائه می‌شود و نقطه تأملی در مورد مداخلات و بهبودهای احتمالی است که مطمئناً باید متناسب با زمینه‌های کشاورزی محلی باشد.
ساختار مقاله به شرح زیر است.
بخش ۲ منطقه مورد مطالعه را تشریح می کند، داده های مورد استفاده را نشان می دهد، و روش های اعمال شده را ارائه می دهد. نتایج نشان داده شده و مورد بحث قرار گرفته است
بخش ۳. نتیجه گیری و پیامدهای سیاست در ارائه شده است
بخش ۴.
۴٫ نتیجه گیری
هدف کار حاضر تجزیه و تحلیل بهره‌وری آب فیزیکی و اقتصادی تولید کشاورزی در جنوب ایتالیا، از جمله تکامل آن در طول زمان و تأثیر تغییر شرایط آب و هوایی است. هدف این مطالعه نیز برجسته کردن ناکارآمدی‌ها در سیستم‌های آبیاری سنتی با شبیه‌سازی مدل محصول هیدرولوژیکی FEST-EWB-SAFY، یک فناوری جدید است که پیش‌بینی‌های ماهواره‌ای و داده‌های خاک را برای مدیریت زمان واقعی آب ترکیب می‌کند. این مطالعه وجود ناکارآمدی های مربوط به استفاده از سیستم های آبیاری سنتی را برجسته می کند. شبیه سازی مدل محصول هیدرولوژیکی FEST-EWB-SAFY نشان می دهد که نیاز به آب گوجه فرنگی به طور قابل توجهی کمتر از توزیع واقعی آن است. سیستم آبیاری هوشمند مبتنی بر این مدل نه تنها باعث صرفه جویی در مصرف آب می شود، بلکه هزینه های تولید را نیز کاهش می دهد، بازده کشاورزی را حفظ می کند و سطوح بیشتری از بهره وری اقتصادی آب را امکان پذیر می کند. این بدان معناست که پذیرش فرضی فناوری اطلاعات قادر به پیش‌بینی رویدادهای آب و هوایی و برآورد نیاز واقعی آب محصولات کشاورزی، در صورت ترکیب با تکنیک‌های صرفه‌جویی در مصرف آب، می‌تواند به طور بالقوه منجر به استفاده کارآمدتر از آب و مزایای قابل‌توجهی از نظر بهره‌وری اقتصادی شود. هزینه ها با این حال، باید تأکید کرد که، در حالی که تصمیمات کشاورزان معمولاً مبتنی بر رفتار منطقی با هدف حداکثر کردن سود و کاهش هزینه‌ها است، می‌تواند تحت تأثیر عوامل مختلف دیگری قرار گیرد که منجر به درجه‌ای از ناهمگونی در تصمیم‌گیری‌ها و اقدامات می‌شود. گرفته شده. شیوه‌های آبیاری را می‌توان با ارتباط عواملی که مستقیماً با سیستم کشاورزی مرتبط هستند (به عنوان مثال، ساختار خاک، فناوری‌های آبیاری موجود و غیره)، عوامل ساختاری (مثلاً معیارهای قیمت‌گذاری آب مورد استفاده، مقررات فعلی) و عناصر روانشناختی توضیح داد. قابل مشاهده مستقیم (به عنوان مثال، ریسک گریزی کشاورز، عوامل تصمیم گیری). اتخاذ و ترویج روش های آبیاری نوآورانه و کارآمدتر باید نیازهای محلی و همچنین شرایط نهادی، اجتماعی و اقتصادی را در نظر بگیرد.
در پرتو این، مداخلات سیاستی باید کارایی مصرف آب را در اقدامات نظارتی گنجانده و سیستم‌های مدیریت هوشمند آب را ارتقا دهند. این سیستم ها باید فقط در صورت نیاز و با توجه به نیاز محصول، آب را تامین کنند، از بهره برداری بیش از حد جلوگیری شود و مشکلات عدم قطعیت مربوط به تغییرات آب و هوایی کاهش یابد. آنها همچنین باید متناسب با زمینه های محلی و نیازهای خاص کشاورزان باشند. با این حال، تحقیقات بیشتری برای درک هزینه‌های ساختاری و نگهداری بالقوه کشاورزان از فناوری‌های آبیاری هوشمند، و همچنین موانع اقتصادی و نظارتی که ممکن است مانع از این انتقال شوند، مورد نیاز است.
