تحلیل پایداری بوم‌نظام‌های کشاورزی براساس شاخص پیوند آب-غذا-انرژی در محصولات گندم‌آبی و ذرت‌دانه‌ای شمال خوزستان

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 نویسنده مسئول، استادیار دانشکده علوم پایه، دانشگاه صنعتی جندی‌شاپور دزفول، دزفول، ایران

2 دانش‌آموخته دکتری محیط‌زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایران

چکیده

سابقه و هدف: سیستم‌های تولید غلات در ایران اغلب با هزینه بالا و بهره‌وری پایین همراه است و به واسطه مصرف و کاربرد بی‌رویه نهاده‌ها، صدمات جبران ناپذیری به محیط‌زیست وارد می‌نمایند. از مهمترین مسائل مدیریت کارآمد، دستیابی به عملکرد پایدار است. دستیابی به پایداری کشاورزی برای نسل فعلی و آینده حیاتی است. از سویی مدیریت استفاده از آب و انرژی برای تولید غذا چالش اصلی کشاورزی در کشورهای توسعه یافته است. پژوهش حاضر با هدف مقایسه سطح پایداری دو محصول استراتژیک گندم‌آبی و ذرت‌دانه‌ای در شمال استان خوزستان در سال زراعی 1399-1401 انجام گردید.
مواد و روش‌ها: در این مطالعه جهت تعیین سطح پایداری دو محصول مذکور از شاخص پایداری پیوند آب- غذا- انرژی (WFENI) به‌عنوان ابزار مناسبی در راستای دستیابی به اصول پایداری استفاده شد. به این منظور، براساس روش نمونه‌برداری تصادفی ساده مصاحبه با 400 نفر کشاورز گندم‌کار و ذرت‌کار از طریق پرسشنامه صورت پذیرفت. در این پژوهش جهت تحلیل پیوند آب- غذا- انرژی؛ قیمت یک سری از نهاده‌ها طی مصاحبه با کشاورزان منطقه مطالعاتی بدست آمد، قیمت سایر ورودی‌ها و محصولات نیز از پایگاه‌های اینترنتی محاسبه شده است.
یافته‌ها: مقدار شاخص نکسوس در منطقه مطالعاتی، برای محصول گندم آبی 160/0 و برای ذرت دانه‌ای 157/0 بدست آمد. در این مطالعه کشت گندم در مقایسه با ذرت دانه‌ای از ناپایداری زیست‌محیطی کمتری برخوردار است. یافته‌ها نشان داد در منطقه مطالعاتی سود حاصل از تولید گندم بیش از سود محصول ذرت است؛ که نشان می‌دهد تولید ذرت علاوه بر تحمیل هزینه‌های زیست‌محیطی، هزینه‌های اقتصادی بیشتری را به دنبال دارد. به‌علاوه بهره‌وری اقتصادی آب به میزان 05-E86/1 و بهره‌وری جرم‌انرژی 05-E51/2 در گندم‌آبی محاسبه گردید. همچنین در ذرت‌دانه‌ای نیز میزان بهره‌وری جرم‌انرژی 05-E62/1 و بهره‌وری اقتصادی آب 06-E01/2 بدست آمد. بوم نظام تولید گندم از لحاظ عملکرد، تجدیدپذیری و پایداری محیطی از بوم نظام تولید ذرت مطلوب‌تر است و فشار کمتری بر محیط‌زیست وارد می‌کند. همچنین بهره‌وری آب و انرژی مربوط به گندم و ذرت بسیار پایین است.
نتیجه‌گیری: نتایج این مطالعه می‌تواند به‌عنوان ابزاری جامع و مؤثر برای تعیین استراتژی‌های مناسب الگوی‌کشت، مدیریت منابع آب و انرژی از طریق به‌حداقل رساندن مصرف آب و انرژی و به‌حداکثر رساندن بهره‌وری آن‌ها در منطقه مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین شاخص WFENI یک ابزار مهم در مدیریت مزارع است که با در نظر گرفتن جنبه‌های اقتصادی و زیست محیطی به عنوان یک شاخص جامع و کامل می‌تواند در جهت پایش فعالیت‌های کشاورزی و نهایتاً دستیابی به پایداری مورد استفاده قرار گیرد. استفاده از شاخص پیوند آب- غذا- انرژی نشان داد که داشتن دیدگاه سیستمی در میان نهاده‌های کشاورزی می‌تواند هزینه‌های تولید را کاهش دهد، بهره‌وری را در سطح مزرعه افزایش دهد و در جهت تقویت معیشت کشاورزان گام بردارد، زیرا همه عوامل تولید در سیستم کشاورزی ذاتاً به هم مرتبط هستند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Analysis of the Sustainability of Agroecosystems Based on the Water-Food-Energy Nexus Index in Wheat and Maize of North Khuzestan

نویسندگان [English]

  • Nader Rokni 1
  • Nasim Zadeh Dabagh 2
1 Corresponding Author, Assistant Prof., Faculty of Science, Jundi-Shapur University of Technology, Dezful, Iran.
2 Ph.D. Graduate of Environment, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Analysis of the Sustainability of Agroecosystems Based on the Water – Food - Energy Nexus Index in Wheat and Maize of North Khuzestan

Abstract
Background and objectives : Cereal production systems in Iran are often associated with high costs and low productivity. Excessive consumption and use of inputs cause irreparable damage to the environment. Efficient management is crucial for achieving sustainable performance, which is essential for current and future generations. Managing the use of water and energy for food production is a significant challenge in both developed and developing countries. This study compares the sustainability of two strategic crops, wheat and maize, in northern Khuzestan province during the 2020 - 2021 maize year.
Materials and methods : The water - food - energy nexus index (W F E N I) was used to assess the sustainability of wheat and maize. A simple random sampling method was employed, and 400 wheat and maize farmers were interviewed using a questionnaire. The water – food - energy link was analyzed by obtaining input prices through farmer interviews and internet databases.
Results : The nexus index value was 0. 160 for wheat and 0. 157 for maize. Wheat cultivation exhibited less environmental instability compared to maize. The findings indicated that the water and energy productivity for both wheat and maize is very low. Wheat production was more profitable than maize production, highlighting that maize production incurs higher environmental and economic costs. Among the six indicators investigated, the water consumption index ranked highest, while the energy economic efficiency index ranked lowest. The economic efficiency of water was calculated as 1.86E- 05 for wheat and 2.01E-06 for maize. Wheat production was found to be more favorable than maize production in terms of performance , renewability , and environmental sustainability , exerting less pressure on the environment.
Conclusion : The results of this study provide a comprehensive tool for determining appropriate strategies for cultivation patterns and water and energy resource management. By minimizing water and energy consumption and maximizing productivity, the W F E N I index can enhance farm management. This tool can monitor agricultural activities and promote sustainability by considering economic and environmental aspects. Adopting a systemic perspective on agricultural inputs can reduce production costs, increase farm- level productivity, and strengthen farmers' livelihoods, recognizing the inherent interrelation of all production factors in the agricultural system.
Keywords : Food security , Agroecosystems , Cereals , Sustainable agriculture .

کلیدواژه‌ها [English]

  • Food security
  • Agroecosystems
  • Cereals
  • Sustainable agriculture

مراجع

1.Zhang, Y., Cui, J., Liu, X., Liu, H., Liu, Y., Jiang, X., ... & Zhang, M. (2022). Application of water-energy-food nexus approach for optimal tillage and irrigation management in intensive wheat-maize double cropping system. Journal of Cleaner Production, 381, 135181.
2.Bazilian, M., Rogner, H., Howells, M., Hermann, S., Arent, D., Gielen, D., ... & Yumkella, K. K. (2011). Considering the energy, water and food nexus: Towards an integrated modelling approach. Energy policy, 39 (12), 7896-7906.
3.Han, D., Yu, D., & Cao, Q. (2020). Assessment on the features of coupling interaction of the food-energy-water nexus in China. Journal of Cleaner Production, 249, 119379.
4.Amini, S., Rohani, A., Aghkhani, M. H., Abbaspour-Fard, M. H., & Asgharipour, M. R. (2020). Sustainability assessment of rice production systems in Mazandaran Province, Iran with emergy analysis and fuzzy logic. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 40, 100744.
5.Pata, U. K. (2021). Linking renewable energy, globalization, agriculture, CO2 emissions and ecological footprint in BRIC countries: A sustainability perspective. Renewable Energy, 173, 197-208.
6.Sarkodie, S. A., Strezov, V., Weldekidan, H., Asamoah, E. F., Owusu, P. A., & Doyi, I. N. Y. (2019). Environmental sustainability assessment using dynamic autoregressive-distributed lag simulations- nexus between greenhouse gas emissions, biomass energy, food and economic growth. Science of the total environment, 668, 318-332.
7.FAO. (2011). Energy-smart food for people and climate., Rome.
8.Yang, J., Chang, J., Konar, M., Wang, Y., & Yao, J. (2023). The grain Food-Energy-Water nexus in China: Benchmarking sustainability with generalized data envelopment analysis. Science of the Total Environment, 887, 164128.
9.Bizikova, L., Roy, D., Venema, H. D., McCandless, M., Swanson, D., Khachtryan, A., ... & Zubrycki, K. (2014). Water-Energy-Food Nexus and Agricultural Investment: A Sustainable Development Guidebook.
10.Garcia, D. J., & You, F. (2016). The water-energy-food nexus and process systems engineering: A new focus. Computers & Chemical Engineering, 91, 49-67.
11.Di Martino, M., Linke, P., & Pistikopoulos, E. N. (2023). A comprehensive classification of food-energy-water nexus optimization studies: state of the art. Journal of Cleaner Production, 138293.
12.Mohtar, R. H., & Lawford, R. (2016). Present and future of the water-energy-food nexus and the role of the community of practice. Journal of Environmental Studies and Sciences, 6, 192-199.
13.Oviroh, P. O., Austin-Breneman, J., Chien, C. C., Chakravarthula, P. N., Harikumar, V., Shiva, P., ... & Papalambros, P. Y. (2023). Micro water-energy-food (MicroWEF) Nexus: a system design optimization framework for integrated natural resource conservation and development (INRCD) projects at community scale. Applied Energy, 333, 120583.
14.Huang, D., Wen, F., Li, G., & Wang, Y. (2023). Coupled development of the urban water-energy-food nexus: A systematic analysis of two megacities in China's Beijing-Tianjin-Hebei area. Journal of Cleaner Production, 419, 138051.
15.Barjeste, H., Ghoreishi, S. Z., & Mianabadi, H. (2020). Application of Nexus Approach in Hydropolitics of Transboundary Rivers. Iranian journal of Ecohydrology, 7 (3), 757-773. [In Persian]
16.Sun, L., Niu, D., Yu, M., Li, M., Yang, X., & Ji, Z. (2022). Integrated assessment of the sustainable water-energy-food nexus in China: Case studies on multi-regional sustainability and multi-sectoral synergy. Journal of Cleaner Production, 334, 130235.
17.Li, M., Fu, Q., Singh, V. P., Liu, D., & Li, T. (2019). Stochastic multi-objective modeling for optimization of water-food-energy nexus of irrigated agriculture. Advances in water resources, 127, 209-224.
18.Norouzi, N., & Kalantari, G. (2020). The food-water-energy nexus governance model: A case study for Iran. Water-Energy Nexus, 3, 72-80.
19.Liu, Y., Jiang, Y., Xu, C., Lyu, J., & Su, Z. (2022). A quantitative analysis framework for water-food-energy nexus in an agricultural watershed using WEAP- MODFLOW. Sustainable Production and Consumption, 31, 693-706.
20.Wang, X., Tan, W., Zhou, S., Xu, Y., Cui, T., Gao, H., ... & Wang, P. (2021). Converting maize production with low emergy cost and high economic return for sustainable development. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 136, 110443.
21.Mirzaie, S. (2018). Introducing the Nexus and its role in resource sustainability. Journal of Water and Sustainable Development, 5(1), 145-146. [In Persian]
22.Ke, J., Wang, B., & Yoshikuni, Y. (2021). Microbiome engineering: synthetic biology of plant-associated microbiomes in sustainable agriculture. Trends in Biotechnology, 39(3), 244-261.
23.Mafakheri, S., Veisi, H., Khoshbakht, K., & Nazari, M. R. (2021). Evaluation of water-energy-food nexus in agricultural products of Dehgolan County. Environmental Sciences, 19 (4), 287-306. [In Persian]
24.Karamian, F., Mirakzadeh, A. A., & Azari, A. (2021). The water-energy-food nexus in farming: Managerial insights for a more efficient consumption of agricultural inputs. Sustainable Production and Consumption, 27, 1357-1371.
25.Sadeghi, S. H., Moghadam, E. S., Delavar, M., & Zarghami, M. (2020). Application of water-energy-food nexus approach for designating optimal agricultural management pattern at a watershed scale. Agricultural Water Management, 233, 106071.
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(6), 2857-2868.
27.Movahed, A., & Zadehdabagh, N. (2010). Evaluation of the ecological potential of the Dez River area, the distance between the regulatory dam and the bitumen dam for nature tourism. Environmental Science. 36 (3). [In Persian]
28.Rangin Kaman, R. (2012). Investigating the effects of climate change on the flow of rivers (case study: Dez River). Master's thesis in civil engineering. Faculty of Engineering, Shahid Chamran University, Ahvaz. [In Persian]
مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک
دوره 31، شماره 3
مهر 1403
صفحه 177-194

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار