سامانه مدیریت نشریات علمی دانشگاه شهید بهشتی

مفاخری, صلاح, ویسی, هادی, خوشبخت, کوروس, نظری, محمد رضا. (1400). ارزیابی پایداری پیوند سیستم‌های آب-انرژی - غذا در محصولات کشاورزی (مطالعه موردی شهرستان دهگلان). , 19(4), 287-306. doi: 10.52547/envs.2021.222630.1078
صلاح مفاخری; هادی ویسی; کوروس خوشبخت; محمد رضا نظری. "ارزیابی پایداری پیوند سیستم‌های آب-انرژی - غذا در محصولات کشاورزی (مطالعه موردی شهرستان دهگلان)". , 19, 4, 1400, 287-306. doi: 10.52547/envs.2021.222630.1078
مفاخری, صلاح, ویسی, هادی, خوشبخت, کوروس, نظری, محمد رضا. (1400). 'ارزیابی پایداری پیوند سیستم‌های آب-انرژی - غذا در محصولات کشاورزی (مطالعه موردی شهرستان دهگلان)', , 19(4), pp. 287-306. doi: 10.52547/envs.2021.222630.1078
مفاخری, صلاح, ویسی, هادی, خوشبخت, کوروس, نظری, محمد رضا. ارزیابی پایداری پیوند سیستم‌های آب-انرژی - غذا در محصولات کشاورزی (مطالعه موردی شهرستان دهگلان). , 1400; 19(4): 287-306. doi: 10.52547/envs.2021.222630.1078

ارزیابی پایداری پیوند سیستم‌های آب-انرژی - غذا در محصولات کشاورزی (مطالعه موردی شهرستان دهگلان)

فصلنامه علوم محیطی
مقاله 16، دوره 19، شماره 4، دی 1400، صفحه 287-306    اصل مقاله (846.29 K)
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.52547/envs.2021.222630.1078
نویسندگان
صلاح مفاخری1؛ هادی ویسی* 1؛ کوروس خوشبخت1؛ محمد رضا نظری2
1گروه اگرواکولوژی، پژوهشکده علوم محیطی، دانشگاه شهید بهشتی ، تهران، ایران
2گروه اقتصاد محیط زیست و منابع طبیعی، پژوهشکده علوم محیطی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
چکیده
سابقه و هدف: امروزه مدیر یت منابع کشاورزی به دلیل ضرورت رسیدگی به موضوع های چالش برانگیز بین بخش های عرضه و تقاضا، یک وظیفه اساسی برای مدیرا ن و برنام ه ریزان است. براین اساس، بسیاری از محققان تأکید می کنند که آب، انرژی و غذا در جهان دچار تنش و کمبود قابل توجهی شده اند و تقاضا برای این منابع طی دهه های آینده به طور قابل توجهی افزایش می یابد. هدف اصلی تحقیق حاضر، ارائه روشی برای تصمیم گیران در تجزیه و تحلیل پیوند آب، غذا و انرژی در سیستم تولید محصول های زراعی در سطح منطقه ای و انجام ارزیابی کمی از آن است، که می توان از آن برای ایجاد الگوی کشت مناسب و بهینه با توجه به منابع موجود منطقه استفاده کرد.
مواد و رو ش ها: مقاله حاضر به منظور ارزیابی پیوند آب – انرژی - غذا محصول های کشاورزی در شهرستان دهگلان انجام شد. داده های مورد نیاز از طریق مصاحبه رودرو با کشاورزان و آمار جهاد کشاورزی جمع آوری شد. روش پیشنهادی این مقاله، براساس شش سنجه مصرف آب و انرژی، بهره و ری فیزیکی آب و انرژی و بهره وری اقتصادی آب و انرژی معرفی شد. براساس مجموعه این سنجه ها، یک سنجه پیوند آب– انر ژی - غذ ا( WEFNI ) برای هر محصول محاسبه شد. ا ین روش برای ارزیابی 7 محصول اصلی گندم، سیب زمینی، یونجه، خیار، جو، هویج و کلزا در مزر عه های آبی شهرستان دهگلان در سا ل آبی 99 - 1398 اعمال شد.
نتایج و بحث: نتایج تجزیه و تحلیل داده ها نشان داد که یونجه و سیب زمینی در بین این محصول ها به ترتیب بیشترین مصرف آب (13131 مترمکعب در هکتار) و انرژی (85404 مگاژول در هکتار) را به خود اختصاص دادند. کمترین مصرف آب ( 4197 مترمکعب در هکتار) و انرژی ( 4 / 31394 مگاژول در هکتار) در محصول جو به دست آمد. مصرف کودهای شیمیایی بیشترین سهم را در بخش انرژی (بجز یونجه) داشتند. در محصول یونجه با توجه به بالا بودن عملیات مکانیزاسیون، ماشین آلات بیشترین سهم مصرف انرژی را داشت. بیشترین بهره وری مصرف آب ( 08 / 7 کیلوگرم بر مترمکعب) و انرژی ( 03 / 1 کیلوگرم بر مگاژول) را محصول هویج به خود اختصاص داد. همچنین کمترین بهره وری مصرف آب و انرژی برای کلزا به ترتیب با 44 / 0 کیلوگرم بر مترمک عب و 06 / 0 کیلوگرم بر مگاژول محاسبه شد. در سنجه بهر ه وری اقتصادی آب و انرژی بیشترین مقدار به ترتیب برای خیار ( 92959 ریال بر مترمکعب) و هویج ( 13202 ریال بر مگاژول) به دست آمد. کمترین بهره وری اقتصادی آب و انرژی با 1549 ریال بر مترمکعب برای هویج و 10688 ریال بر مگاژول برای کلزا محاسبه شد. این مطالعه نشان داد که WEFNI محاسبه شده برای محصول های هویج، خیار، سیب زمینی، گندم، جو، کلزا و یونجه در شهرستان دهگلان، به ترتیب برابر با 86 / 0 ، 73 / 0 ، 51 / 0 ، 41 / 0 ، 4 / 0 ، 3 / 0 و 26 / 0 میباش د. هویج بالاترین امتیا ز WFENI )بهترین امت یاز( و یونجه کمترین امتیاز ) بدترین امتیاز ( را به خود احتصاص دادند. اگر چه سیب زمینی که یکی از محصول های آبی با سطح بالای کشت در منطقه می باشد و مصرف آب و انرژی بالایی دارد، ولی به دلیل بهره وری فیزیکی و بهره وری اقتصادی بالا، سومین نمره سنجه کل را به دست آورد .
نتیجه گیری: در این تحقیق محصول های کشاورزی براساس سنجه های مصرف آب و انرژی، بهره وری فیزیکی آب و انرژی و بهره وری
اقتصادی آب و انرژی مقایسه شدند. براساس این سنجه ها، سنجه پیوند آب، انرژی و غذا محاسبه شد. همچنین نتایج می تواند به عنوان ابزاری مؤثر برای تعیین استراتژی های مناسب الگوی کشت، مدیریت منابع آب و انرژی در منطقه مورد استفاده قرار گیرد و مبنایی برای برنامه ریزی و سیاست های کشاورزی استان شود .
کلیدواژه‌ها
پیوند سیستم‌های آب-انرژی-غذا؛ بهره‌وری فیزیکی؛ بهره‌وری اقتصادی؛ دهگلان
عنوان مقاله [English]
Evaluation of water- energy- food nexus in agricultural products of Dehgolan County
نویسندگان [English]
Salah Mafakheri1؛ Hadi Veisi1؛ Korous Khoshbakht1؛ Mohammad Reza Nazari2
1Department of Agroecology, Environmental Sciences Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2Environment and Natural Resources Economics Department, Environmental Sciences Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]
Introduction: Today, agricultural resource management is a fundamental task for managers and planners due to the need to address the challenging issues between the supply and demand sectors. Accordingly, many researchers have emphasized that water, food, and energy in the world are experiencing significant stress and scarcity, and demand for these resources will increase significantly in the coming decades. The main purpose of this study is to provide a method for decision-makers in analyzing the link between water, energy, and food in the crop production system at the regional level and to perform a quantitative evaluation of it, which can be used to create a suitable and optimal cultivation pattern with pay attention to the available resources of the area.
Material and methods: The present study was conducted to evaluate the water-food-energy relations of agricultural products in Dehgolan County. The required data were collected through face-to-face interviews with farmers and agricultural jihad statistics. The method of this paper was based on six indicators of water and energy consumption, mass productivity of water and energy, and economic productivity of water and energy. Based on these indicators, a water-food-energy index (WFENI) was calculated for each product. This method was applied to evaluate 7 main crops of wheat, potato, alfalfa, cucumber, barley, carrot, and rapeseed in water farms of Dehgolan County in the years 2019-2020.
Results and discussion: The results of data analysis showed that alfalfa and potatoes had the highest water consumption (13131 cubic meters per hectare) and energy (85404 megajoules per hectare), respectively. Barley had the lowest water consumption (4197 cubic meters per hectare) and energy consumption (31394.4 megajoules per hectare). The use of chemical fertilizers had the largest share in the energy sector (except alfalfa). In the alfalfa crop, due to high mechanization operations, machinery had the largest share of energy consumption. Carrot was the most productive in water consumption (7.08 kg/m3) and energy (1.03 kg/mJ). Also, the lowest water and energy efficiency for canola (0.44 kg/m3) and energy (0.06 kg/MJ) were obtained. In the economic index of water and energy productivity, the highest values were obtained for cucumber (92959 Rials per cubic meter) and carrot (13202 Rials per megajoule), respectively. The lowest economic efficiency of water and energy was calculated 1549 Rials per cubic meter for carrots and 10688 Rials per megajoule for canola. This study showed that the WEFNI was calculated 0.86, 0.73, 0.51, 0.41, 4 / 0, 0.3, and 0.26 for carrot, cucumber, potato, wheat, barley, canola, and alfalfa crops , respectively, in Dehgolan city. Carrots received the highest WFENI score (best score) and alfalfa the lowest (worst score). Although potato, which is one of the water crops with a high level of cultivation in the region, had high water and energy consumption, due to its high physical productivity and economic productivity, it obtained the third score of the total index.
Conclusion: In this study, agricultural products were compared based on indicators of water and energy consumption, physical productivity of water and energy, and economic productivity of water and energy. Based on these indicators, the water, food, and energy link index were calculated. The results can also be used as an effective tool to determine appropriate strategies for cultivation patterns, management of water and energy resources in the region, and a basis for planning and agricultural policies in the county.
کلیدواژه‌ها [English]
Water-Energy-Food System Nexus, Mass Productivity, Economic Productivity, Dehgolan
مراجع

Acaroglu , M., 2005. The cultivation and energy balance of Miscanthus_giganteus production in Turkey. Biomass Bioenergy. 29, 42–8.
Beisheim, M., 2013. The water, energy and food security nexus: how to govern complex risks to sustainable supply Stiftung Wissenschaft und Politik (SWP) Comments. German Institute for International and Security Affairs. 32, 1-8.
Biggsa, E.M., Bruceb, B., Boruffc, J.M., Duncana, J., Horsleyc, N., Paulic, K., McNeilld, A., Neefd, F.V., Ogtrope, J., Curnowf, B. and Haworthb, S., 2015. Sustainable development and the water–energy–food nexus: A perspective on livelihoods. Environmental Science Policy. 54. 389–397.
Bizikova, L., Roy, D., Swanson, D., Venema, H.D. and McCandless, M., 2013. The Water- energy-
food Security Nexus: Towards a Practical Planning and Decision-support Framework for Landscape Investment and Risk Management. International Institute for Sustainable Development., Winnipeg, Manitoba, Canada.
Cai, X., Wallington, K., Shafiee-Jood, M. and Marston, L., 2018. Understanding and managing the food-energy-water nexus – opportunities for water resources research. Advances in Water
Resources. 111, 259–273.
Center for Strategic Studies., 2017. Futures Studies in Iran. Available online at: http://css.ir/vkfedt (In Persian with English abstract).
Dargahi, M.R., Jahan, M., Naseri, M.T. and Ghorbani, R., 2016. Energy balance evaluation and economical analysis of canola production in Golestan province. Agronomy Journal. 112, 50-62. (In Persian with English abstract).
Dhaubanjar, S., Davidsen, C. and Bauer-Gottwein, P., 2017. Multi-objective optimization for analysis of changing trade-offs in the Nepalese water-energy-food nexus with hydropower development. Water. 9, 1–26.
El-Gafy, I., 2017. Water–food–energy nexus index: analysis of water-energy-food nexus of
crop's production system applying the indicators approach. Applied Water Science. 7, 2857–2868.
El-Gafy, I., Grigg, N. and Reagan, W., 2017a. Water-food-energy: nexus and non-nexus approaches for optimal cropping pattern. Water Resource Management. 31, 4971–4980.
El-Gafy, I., Grigg, N. and Reagan, W., 2017b. Water-food-energy nexus index to maximize the
economic water and energy productivity in an optimal cropping pattern. Water International. 42, 495–503.
Endo, A., Burnett, K., Orencio, P.M., Kumazawa, T., Wada, C.A., Ishii, A., Tsurita, I. and Taniguchi, M., 2015. Methods of the water-energy-food nexus. Water. 7, 5806–5830.
Erdal, G., Esengun, K . , Erdal, H. and Gunduz, O., 2007. Energy use and economical analysis of sugar beet production in Tokat province of Turkey. Energy. 32, 35–41.
FAO., 2014. Walking the Nexus Talk: Assessing the Water-Energy-Food Nexus in the Context of the Sustainable Energy for All Initiative, Environment and Natural Resources Working Paper No. 58. Rome .
Garg, N.K. and Dadhich, S.M., 2014. Integrated non-linear model for optimal cropping pattern and irrigation scheduling under deficit irrigation. Agric. Water Management. 140, 1–13.
Giampietro, M., Cerretelli, G. and Pimentel, D., 1992. Energy analysis of agricultural ecosystem management: human return and sustainability. Agricultural and Ecosystems Environment. 38, 219–244.
González-Bravo, R., Sauceda-Valenzuela, M., Mahlknecht, J., Rubio-Castro, E. and Ponce-
Ortega, J.M., 2018. Optimization of water grid at macroscopic level analyzing watere -nergy- food nexus. ACS Sustainable Chemistry and Engineerin. 6, 12140–12152.
Gulati, M., Jacobs, I., Jooste, A., Naidoo, D . and Fakir, S., 2013. The Water–energy–food Security Nexus: challenges and opportunities for food security in South Africa. Aquatic Procedia. 1, 150–164
Gundogmus, E., 2006. Energy use on organic farming; A comparative analysis nonorganic versus conventional apricot production on small holding in Turkey. Energy Conversion and Management. 47, 3351–3359.
Hegmatan-Ab Consulting Engineers., 2007. Identification of surface and underground water sources in the study area of Ghorveh-Dehgolan. Published Report, Hamadan. (In Persian with English abstract).
Hettiarachchi, H. and, Ardkanian, R. 2016. Managing water, soil, and waste in the context of global change. Environmental resource management and the nexus approach. Springer Cham Press,. pp, 5-7.
Hoeppner, J .W., Ent, M.H., McConkey, B.G., Zentner, R.P. and Nagy, C.N., 2005. Energy use and efficiency in two Canadian organic and conventional crop production systems. Renewable Agriculture and Food Systems. 21, 60-67.
Hoff, H., 2011. Understanding the nexus. Background Paper for the Bonn 2011 Conference: TheWater, Energy and Food Security Nexus. Stockholm Environment Institute, Stockholm.
Hosainpanahei, F. and Mohammad, K., 2011. Evaluation of energy balance and its productivity in potato production farms of Kurdistan province, Case study: Dehgolan plain. Journal of Agroecology. 4, 159-169 .
IEA, 2010., World Energy Outlook, Available online at: https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2010.
Karnib, A., 2017. Water-energy-Food Nexus: a coupled simulation and optimization framework. Journal of Geoscience and Environment Protection. 5(04), 84-98.
Regional water basic studies of Kurdistan province., 2013. Report on the extension of the ban in Dehgolan plain. Kavosh-Abkhan Consultant Engineers. (In Persian with English abstract).
Kitani, O., 1998. Handbook of Agricultural Engineering. 5. Energy and Biomass Engineering. St Joseph, ASAE Publication.
López-Díaz, D.C., Lira-Barragán, L.F., Rubio-Castro, E., Serna-González, M., El-Halwagi, M.M. and Ponce-Ortega, J.M., 2017. Optimization of biofuels production via a waterenergy- food nexus framework. Clean Technologies and Environmental Policy. 20 (7), 1–24.
Mandal, K.G., Saha, K.P., Ghosh, P.K., Hati, K.M. and Bandyopadhyay, K.K., 2002. Bioenergy and economic analysis of soybean-based crop production systems in central India. Biomass Bioenergy. 23, 337–345.
Mobtaker, H.G., Keyhani, A., Mohammadi, A., Rafiee, S.H. and Akram, A., 2010. Sensitivity analysis of energy inputs for barley production in Hamedan Province of Iran. Agricultural and Ecosystems Environment. 137, 367–372.
Mohtar, R.H. and Daher, B., 2012. Water, Energy, and Food, The Ultimate Nexus. Encyclopedia of agricultural, food, and biological engineering .
CRC Press, Taylor and Francis Group.
Mohtar, R.H. and Daher, B., 2016. Water-energy-food nexus framework for facilitating multi-stakeholder dialogue. Water International. 41(5), 655-661.
Ozkan, B . , Akcaoz, H . and Fert, C., 2004 .Energy input–output analysis in Turkish agriculture. Renew Energy. 29, 39–51.
Rasul, G. and Sharma, B., 2016. The nexus approach to water-energy-food security: an option
for adaptation to climate change. Climate Policy .
16, 682–702.
Sadeghi, S, H., Sharifi Moghadam, E., Delavar, M., and Zarghami, M., 2020 .Application of water-energy-food nexus approach for designating optimal agricultural management pattern at a watershed scale. Agricultural Water Management. 233, 106-107 .
Shahmohamadi, A., Mafakheri, S., Veisi, H. and Khoshbakht, K., 2017. An approach to achieving sustainable development of water, food and energy linkages. Available online at - http://www.css.ir/fa/content/114418.
Singh, J.M., 2002. On farm energy use pattern in different cropping systems in Haryana, India. MS.c. Thesis. International Institute of Management University of Flensburg, Germany.
Singh, S. and Mittal, J.P., 1992. Energy in Production Agriculture. Mittal Publications, New Dehli, India.
Stamou, A.T. and Rutschmann, P., 2018. Pareto optimization of water resources using the Nexus approach. Water Resource Management. 32, 5053–5065.
Stephan, R.M., Mohtar, R.H., Daher, B., Embid Irujo, A., Hillers, A., Ganter, J.C., Karlberg, L., Martin, L., Nairizi, S., Rodriguez, D.J. and Sarni, W., 2018. Water-energy-food nexus: a platform for implementing the sustainable development goals. Water International. 43, 472–479
United Nations, 2015. Department of Economic and Social Affairs, Population Division. Trends in International Migrant Stock: The 2015 Revision. United Nations database, POP/DB/MIG/ Stock/ Rev.2015.
Wise, T.A., 2013 . Can we feed the world in 2050 A scoping paper to assess the evidence, Global Development and Environment Institute Working Paper. 13, 11-13
World Economic Forum., 2011, Water Security: The Water‐ Food‐Energy‐Climate Nexus, World Economic Forum, Island Press, Washington, DC.
Zhang, J., Campana, P.E., Yao, T., Zhang, Y., Lundblad, A., Melton, F. and Yan, J., 2018. The water-food-energy nexus optimization approach to combat agricultural drought: a case study in the United States. Applied Energy. 227, 449–464.

آمار
تعداد مشاهده مقاله: 14,897
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 8,757