بخشی از مقاله
چکیده
در طرح های توسعه کشاورزی با توجه به نوع اقلیم، نیاز منطقه، قیمت فروش، میزان آب موجود و غیره محصولات مختلف زراعی از سوی کارشناس زراعت پیشنهاد می شود. سئوالی که مطرح است این که از بین محصولات پیشنهادی هر کدام با چه درصدی در منطقه کاشته شود تا علاوه بر تامین نیاز منطقه، دارای بیشترین سود حاصله نیز باشد - الگوی کشت بهینه - . بدیهی است که ترکیب های بسیار زیادی از الگوی کشت را می توان به صورت سعی و خطا آزمایش کرد تا به سود حداکثر نزدیک شد.
برای کاهش محاسبات و نیز رسیدن قطعی به حداکثر سود ممکنه، می توان از روش ریاضی برنامه ریزی خطی کمک گرفت. این تحقیق سعی دارد تا روش دست یافتن به الگوی کشت بهینه - با توجه به جمیع محدودیت های منطقه ای، آب موجود و غیره - را نشان دهد. برای نیل به این هدف، منطقه ای از شهرستان میانه واقع در استان آذربایجان شرقی انتخاب گردید. اطلاعات کشت مانند نیاز آبی در دوره رشد محصولات کشاورزی، سود خالص هر هکتار از محصولات، محدودیت های مقدار آب موجود و غیره تعیین و معادلات لازم برای حل مسئله بهینه یابی تشکیل داده شد.
سپس با حل مدل ریاضی برنامه ریزی خطی، الگوی کشت بهینه با تراکم کشت 112/36 درصد، با حداکثر سود خالص 33/67 میلیارد ریال در سطح 3002 هکتار و با محدودیت آب 34 میلیون متر مکعب در سال بدست آمد. نتایج نشان دادند که در این حالت مدل به محدودیت آب حساس بوده به طوری که با افزایش حجم آب اختصاصی، قابلیت به زیر کشت بردن کل اراضی قابل زراعت 3400 - هکتار - و افزایش سود کل خالص مقدور خواهد بود. تخصیص 42 میلیون مترمکعب در سال، سود خالص طرح را به 40/92 میلیارد ریال در سال افزایش داد.
.1 مقدمه
فعالیت های کشاورزی از شاخص های مهم توسعه در کشورهایی همچون ایران محسوب می گردد. هرگاه تخصیص منابع در سطح تولید کنندگان و بنگاه های اقتصادی به حالت غیر بهینه ای صورت گیرد، نمی توان انتظار داشت که منابع در سطح کلان به صورت کارا تخصیص یابد. در طرح های توسعه کشاورزی یافتن الگوی کشت زراعی بهینه با هدف کسب سود خالص حداکثر و با در نظر گرفتن محدودیتهایی مانند منابع آب، خاک، نیاز منطقه، قیمت تمام شده و غیره، پیچیده بوده و با روش های معمول مانند سعی و خطا نمی توان یقین نمود که آیا ترکیب کشت پیشنهادی دارای حداکثر سود دهی خواهد بود یا نه. زیرا عملا بینهایت ترکیب کشت را باید مورد آزمون قرار داد.
به عنوان مثال فرض کنید که قرار است در منطقه ای چهار گیاه گندم، یونجه، سبزی و سیب زمینی کشت شود. سود خالص حاصله از این چهار محصول نیز متفاوت بوده و قبلا بدست آمده است. نیاز منطقه طوری است که حتما باید این چهار گیاه کشت شده و در ضمن با در نظر گرفتن نیاز منطقه گندم حداقل 20 و حداکثر 50 درصد از کل زمین تحت پوشش را شامل گردد. یا به به طور مثال حداکثر نیاز منطقه برای سیب زمینی 30 درصد است و به همین نحوه برای سایر گیاهان می توان محدودیت یا قید درصد کشت داشت و یا نداشت.
از سوی دیگر هر کدام از گیاهان در مثال ارائه شده دارای نیازهای آبی متفاوتی بوده و کل حجم آب اختصاص یافته برای هر سال زراعی - از طریق سد مخزنی و غیره - نیز محدود است. بنابراین حجم آب موجود نیز برای تصمیم گیری در خصوص ترکیب کشت محدودیت ایجاد خواهد کرد. ملاحظه می گردد که در این مثال ساده حالت های بی شماری را می توان برای ترکیب الگوی کشت در نظر گرفت. ولی کدام حالت دارای حداکثر سود با در نظر گرفتن جمیع محدودیت های اعمال شده خواهد بود. برای پرهیز از محاسبات بسیار زیاد و خسته کننده و احتمالا توام با اشکال در عملیات، از روش برنامه ریزی خطی که شاخه ای از ریاضیات کاربردی است کمک گرفته می شود.
در بررسی های کتابخانه ای به عمل آمده ملاحظه شد که در مطالعات طرح های توسعه کشاورزی توسط مهندسین مشاور داخل کشور، تعیین الگوی کشت مناسب منطقه صرفا با در نظر گرفتن برخی محدودیت های آب، خاک و شرایط اقلیمی انجام گرفته و هدف دست یافتن به کسب حداکثر سود خالص - البته با لحاظ جمیع محدودیت ها - ، مورد توجه قرار نگرفته است. به عنوان نمونه می توان به طرح شبکه آبیاری هندیجان [1] و طرح آبیاری کارون بزرگ [2] هر دو در استان خوزستان و طرح شبکه آبیاری گرمی چای میانه [3] در استان آذربایجان شرقی اشاره نمود. قرئلی [4] برای تعیین ارزش آب کشاورزی و الگوی بهینه کشت در شرایط کمبود منابع آب - اراضی زیر سد درودزن - اشاره نموده که نتایج حاصل از مدل های به کار گرفته شده در تحقیق و مقایسه آن با الگوی کشت زارعین براساس توصیه شرکت بهره برداری از شبکه های آبیاری و زهکشی استان فارس، نشان داد که الگوی کشت زارعین منطقه بهینه نمی باشد.
کیپکوریر و همکاران[5] 1 مدل برنامه ریزی غیر خطی CSUDP را برای اراضی کشاورزی در شمال تونس بکار بردند. متغیر های تصمیم گیری شامل مساحت تحت کشت و نیز مقدار آب آبیاری هر یک از محصولات پیشنهادی در طرح توسعه بودند. مدیریت کم آبیاری نیز در این طرح اعمال گردید. نتایج نشان دادند که با اعمال روش کم آبیاری بر مساحت اراضی طرح و سود خالص کل افزوده می شود. ضمنا مدل نسبت به میزان هزینه و درآمد ها حساسیت زیادی داشت.
کومار و همکاران[6] 2 مدل برنامه ریزی غیر خطی را تعیین الگوی کشت بهینه در اراضی تحت پوشش کانال های فرعی درجه دو مورد استفاده قرار دادند. کوئو و همکاران [7] 3 برنامه ریزی آبیاری داخل مزرعه و الگوریتم ژنتیک را برای تعیین سود بهینه، شبیه سازی آب مصرفی، تولید محصول و مساحت اختصاصی برای هر یک از محصولات مورد استفاده قرار دادند. زیلیانگ و زنمین4 [8] از مدل بهینه سازی خطی در پروژه آبیاری یلو ریور چنگای واقع در کشور چین استفاده نمودند.
وضع موجود در اراضی این منطقه حاکی از ضعف مدیریت آبیاری، استفاده بیش از حد آب و ماندابی شدن، دور آبیاری طولانی مدت و سود کم حاصله بود. تابع هدف حداکثر نمودن سود خالص و حداقل نمودن دور آبیاری در نظر گرفته شد و مقدار الگوی کشت بهینه و مقدار آب تخصیصی برای آبیاری تعیین گردید. نتایج نشان می داد که کاربرد مدل بهینه سازی تاثیر زیادی در صرفه جویی در آب مصرفی، افزایش راندمان تولید و آبیاری و سهولت در مدیریت علمی آبیاری دارد.
در این تحقیق هدف نشان دادن کاربرد مدل ریاضی برنامهریزی خطی برای تعیین الگوی کشت بهینه - دارای سود خالص حداکثر - می باشد. برای رسیدن به این هدف، منطقه ای از شهرستان میانه واقع در استان آذربایجان شرقی انتخاب گردید. اطلاعات کشت مانند تاریخ کاشت و برداشت محصول، اقلیم منطقه، نیاز آبی در دوره رشد محصولات، سود خالص هر هکتار محصول، محدودیت های مقدار آب موجود و غیره از گزارشات موجود در آرشیو فنی آب منطقه ای آذربایجان شرقی و بررسی های میدانی بدست آمده است.
سپس معادلات و نامعادلات لازم برای حل مسئله بهینه یابی به روش برنامه ریزی خطی تشکیل داده شده و با حل معادلات، الگوی کشت بهینه حاصل می شود. نشان داده خواهد شد که برای حل معادلات برنامه ریزی خطی می توان بدون استفاده از نرم افزارهای ویژه و احتمالا غیر قابل دسترس، با کاربرد نرم افزار عمومی و همیشه در دسترس اکسل از سری نرم افزارهای شرکت ماکروسافت به نتیجه مطلوب رسید.
.2 مواد و روش ها
- موقعیت محدوده طرح: محدوده طرح در شمال غربی کشور و در استان آذربایجان شرقی و در شهرستان میانه واقع شده است. محدوده هایی از اراضی با کلاس خاک مناسب به مساحت 3400 هکتار انتخاب شده و آبیاری آن از طریق آب ذخیره شده پشت سد گرمی چای بر روی رودخانه ای به همین نام صورت خواهد گرفت. سد مخزنی گرمی چای هم اکنون در حال ساخت است. به منظور دسترسی به منطقه طرح می توان از طریق جاده آسفالته تبریز به میانه اقدام نمود.
- وضع موجود آبیاری و کشاورزی: درحال حاضر بخش عمدهای از اراضی منطقه طرح به صورت دیم مورد بهره برداری قرار می گیرند - حدود 75 درصد - . به علت کمبود آب مورد نیاز کشاورزی، اراضی آبی محدود به اراضی واقع در تراس رودخانه گرمی چای بوده و آبیاری آنها از طریق انهار سنتی منحرف شده از رودخانه انجام می پذیرد. در فصول گرم سال سطح آب رودخانه پایین رفته و لذا هم اکنون تامین آب مزارع با مشکلات جدی همراه است. درعین حال شیوه های آبیاری سنتی مرسوم بوده و راندمان سیستم آبیاری در وضعیت موجود اندک بوده و تلفات آبی نیز قابل ملاحظه است. محصولات در وضع موجود کشاورزی عمدتا شامل گندم 60 - درصد - و باغات سیب 20 - درصد - بوده و 20 درصد باقی مانده اختصاص به کشت یونجه، سبزیجات و صیفیجات دارند .[9]
- اهداف طرح و سیمای طرح توسعه: با احداث سد مخزنی گرمی چای آب مورد نیاز جهت فعالیت های کشاورزی اراضی پایین دست سد به مساحت 3400 هکتار تامین خواهد گردید. سیستم آبیاری تحت فشار بوده که برای باغات میوه آبیاری قطره ای و برای سایر محصولات الگوی کشت آبیاری بارانی - کلاسیک ثابت - در نظر گرفته شده است. حجم آب تخصیصی سالانه برای آبیاری اراضی پایاب از مخزن سد 34 میلیون مترمکعب است که با این حجم از آب حدود 3400 هکتار از اراضی کشاورزی قابل آبیاری خواهند بود. الگوی کشت پیشنهادی از سوی مشاور برای طرح توسعه در ستون اول جدول 1 ارائه شده است 3] و.[10
- تابع هدف: هدف از یک برنامهریزی ریاضی این است که ترکیب مناسبی از متغیرهای تصمیم گیری به نحوی برقرار گردد که تابع هدف کمینه یا بیشینه گردد. تابع هدف مشخص کننده رابطه بین متغیرها است که در این پژوهش متغیرهای تصمیم گیری عبارتند از مساحت تحت کشت هر یک از محصولات زراعی طرح توسعه.
