مقاله خشکسالی و کشاورزی

بخشی از مقاله

چکیده

خشکسالی یک بلای طبیعی است که می تواند کلیه اقلیم ها را تحت تاثیر خود قرار دهد و انواع مختلفی دارد که عبارتند از هواشناسی،هیدرولوژیکی و کشاورزی.وجود پارامترهای متعدد طبیعی مانند درجه حرارت،سرعت باد، درخشش و تابش خورشید، ذخیره و رطوبت آب و عوامل دیگر باعث شده روش های مختلفی برای ارزیابی پدیده خشکسالی وجود داشته باشد. از جمله روش های پالمر، تورنت ویت، SPI ، RDI، روش های تبخیر و تعرق و حتی روش های ماهواره ای که بعد گسترده ای را تحت پوشش قرار می دهند.

مقابله با مخاطرات طبیعی و بویژه خشکسالی کشاورزی با توجه به تاثیرات مستقیم و غیر مستقیم که بر جامعه می نهد امری بدیهی است. وجود شاخص های مناسب و قابل اعتماد به نحوی که بتواند خشکسالی را به طور موثری مورد پایش و ارزیابی قرار دهد امری ضروری و اساسی است. هدف ما بررسی روشهای بکارگیری شده در مورد تاثیر عوامل مختلف در خشکسالی بویژه خشکسالی کشاورزی جهت دستیابی به راهکارهایی برای کاهش آثار منفی خشکسالی و آثار نامطلوب پنهان آن بر نظام اقتصادی کشاورزی و برنامه ریزی برای کاهش آسیب پذیری محصولات کشاورزی در مقابله با حوادثی به همین شکل است.

همچنین راهکارهایی - نهادی - برای استقرار نظام پایش و پیش آگاهی خشکسالی در سطح ملی و منطقه ای، همچنین برآورد تعداد دفعات وقوع پدیده خشکسالی و شدت آن در مدیریت ریسک خشکسالی است. در نتیجه این بررسی می توان فهمید که چه روش هایی در کدام شرایط نتیجه بهتری بدست می دهد. بعنوان مثال شاخص RDI در مورد خشکسالی های بسیار شدید از حساسیت بیشتری برخوردار است و در ارتباط با خشکسالی کشاورزی، در صورت موجود بودن آمار دراز مدت، شاخص RDI موفق تر از SPI عمل می کند.

-1 مقدمه

خشکسالی بوجود آورنده شبک ه ای از اثرات ی است که بسیاری از بخشهای اقتصادی را در برگرفته و تا ثیری بسیار فراتر از خشکسالی فیزیکی تجربه شده در منطقه دارد . این پیچیدگی به دلیل آن است که آب از جمله ملزومات اساسی برای تو لید کالاها و ار ائه خدمات است. اثرات خشکسالی به طور عادی به دو نوع مستقیم و غیرمستقیم تقسیم می شوند . کاهش سطح زیر کشت و تولید محصولات زراعی، کاهش حاصلخیزی مراتع و جنگلها، افزایش آتش سوزیها، کاهش سطح آب، افزایش مرگ و میر دامها و خسارت وار ه به حیات وحش و زیستگاههای ماهیان ، نمونه هائی از اثرات مستقیم این پدیده می باشند.

- 10 - بنابراین لازم است با اثرات خشکسالی و پیامدهای ناشی از آن آشنا شویم تا بتوانیم خطر خشکسالی را مورد بررسی و ارز یابی قرار دهیم. برای رسیدن به ا ین هدف لازم است انواع شاخصها ی خشکسا لی را مورد بررسی و سنجش قرار داد . تعیین شاخصها ی مناسب و قابل اطمینان بطوریکه بتوانند خشکسالی را بطو موثر و مطلوبی برآورد نمایند، نیز از طریق مقایسه بین این شاخص ها امکان پذیر می باشد. منظور از برآورد خطر، ارزیابی آن از لحاظ کمی و کیفی می باشد . برآورد یا ارزیابی خطر شامل سه مرحله زیر می باشد

·    کشف و شناسایی خطری که ممکن است منجر به بحران گردد

·    پیش بینی خطرات ناشی از این رویدادها

·    پیش بینی تلفات ناشی از خطر

از طرف دیگر رابطه مستقیمی بین فقر و مناطق مستعد خشکسالی وجود دارد.خسارتهای گسترده محصول، منجر به کاهش غذا شده و به تبع آن تغذیه و سلامتی انسانها و احشام به خطر می افتد . کمیاب شدن آب آشامید نی به علت تنزل کیفیت آبهای زیرزمینی و کاهش سفره های آبی نیز منجر به مهاجرت گسترده افراد می گردد. همه این موارد ضرورت ارزیابی خشکسالی و مدیریت آن را آشکارتر میسازند. هر خشکسالی دارای 4 خصوصیت عمده میباشد که عبارتند از : دوره تداوم، شدت، فراوانی و گستره . این خصوصیات در هر مطالعه خشکسالی مورد بررسی قرار می گیرند. از آنجا که روشها ی زیادی در سرار جهان جهت ارزیابی خشکسا لی مورد استفاده قرار گرفته است ، در این بخش بطور خلاصه به تکنیکهای موجود در این زمینه می پردازیم . - 9 -

-2 مواد و روش ها

ابتدا لازم است روش های متعدد موجود مورد آزمون قرارگرفته تا منطقی ترین و مطمئن ترین روش انتخاب شود. روش هایی که در این مقاله بررسی می شوند هریک در شرایطی خاص می توانند مفید باشند. ما بر آنیم تا بهترین روش را برای شرایط مختلف انتخاب کنیم.

-2-1 روش آماری

در این روش با به کارگیری اطلاعات و آمار و ارقام موجود میزان بارندگی و یا نزولات آسمانی در هر منطقه استفاده می شود که مهمترین عامل وقوع پدیده خشکسالی، کمبود میزان بارندگی تشخیص داده می شود 2 - و. - 8

-2-2 روش غیر آماری

در این روش از پارامترهای درجه حرارت، میزان رطوبت و مقدار نزولات آسمانی در هر منطقه استفاده می شود. تکنیک های غیر آماری نیز یک روش کمی برای تعیین و یا تخمین پدیده خشکسالی محسوب می شود 2 - و. - 8

-2-3 روش موازنه آبی

در این روش از مقدار موجودی آب، رطوبت خاک استفاده می شود. با وجود آنکه تکنیک آماری دارای ماهیت کمی است ولی از یک ضعف محیطی و فیزیولوژیکی برخوردار است و نمی توان آن را برای تمامی مناطقی که دارای آب و هوای متفاوتی هستند، بطور یکسان بکار برد، در حالیکه تکنیک غیر آماری کاملا دارای ماهیت کمی و قابل قبول بوده و در هر شرایطی خاص می توان آن را مورد استفاده قرار داد، اساس این دو روش بر پایه برقراری و تحلیل ارتباط بین درجه حرارت و میزان نزولات آسمانی می باشد.

از طرف دیگر، بر طبق نظریه موازنه آبی، پدیده خشکسالی زمانی رخ می دهد که میزان آب مورد نیاز که از طریق بارندگی و رطولت خاک حاصل می گردد، بیشتر از مقدار آبی باشد که از طریق نزولات آسمانی و شدت تبخیر آن تامین می شود. بنابراین در تحلیل موازنه آبی شاخص کاهش رطوبت، خشکی و تشنگی خاک و هوا از اهمیت زیادی برخوردار است. ناگانا و تورنت ویت معتقد است که در تجزیه و تحیل پدیده خشکسالی تنها با بکارگیری میزان بارندگی نمی توان به نتیجه واقعی رسید، بدون آنکه به موازنه آبی یا بودجه آبی منطقه و اهمیت نقش آن در ایجاد رطوبت خاک و حیاط گیاهان و نباتات که به آن وابسته می باشند توجه نمود. حتی توقف کامل بارندگی در یک منطقه نمی تواند نشانه وقوع پدیده خشکسالی در آن منطقه باشد. تولیدات کشاورزی در هر منطقه کاملا به پوشش موازنه آبی که به عرضه آب - نزولات آسمانی - و تقاضای آب - تبخیر و رطوبت - بستگی دارد، مورد بررسی قرار گیرد 2 - و. - 8

-2-4 روش مجموع ساده وزنی - SAW -

روش مجموع ساده وزنی یکی از قدیمیترین روشهای بکار رگرفته شده در روشهای تصمیم گیری چند شاخصه است. این روش نیاز به مقیاس های مشابه یا اندازگیریهای بی مقیاس شده دارد که آنها را با یکدیگر بتوان مقایسه کرد. در حقیقت این تکنیک بر مبنای پارامترهای مرکزی در علم آمار شکل گرفته است. به بیان دیگر تابع مطلوبیت تصمیم گیرنده این تکنیک خطی است و قابلیت جمع پذیری شاخصها تضمین شده است. در این روش از نرم خطی برای بی مقیاس سازی یا بهنجارسازی ماتریس داده ها استفاده می شود. در این روش باید به نکات زیر توجه کرد:

-1 فرض بکار گیری روش فوق بر استقلال ارجحیت و مجزا بودن آثار شاخصها از یکدیگر است

-2 مطلوبیت کلی از شاخصها قابل تفکیک به مطلوبیت موجود از هریک از شاخصها فرض شده است و به اینصورت از مدل جمع پذیر استفاده میشود

-3 اگر شاخصها از نظر ارجحیت مستقل از یکدیگر نبوده آثار مکمل یا جایگزینی بر روی یکدیگر داشته باشند، از فرم جمع پذیری و تفکیک پذیری به سختی میتوان استفاده کرد در این صورت حداقل باید از فرم ترکیبهای خطی چندگانه یا ارزشی یا روشهای دیگری در آنالیز استفاده شود.

-4 به شرط جمع پذیری توابع مطلوبیت جمع پذیر را میتوان جانشین مجموع وزنی ساده کرد

-5 استفاده از روش مجموع ساده وزنی برای مواردی مناسب است که نرخ تبادل در بین شاخص ها ثابت و برابر با واحد باشد - . - 1

-2-5 بررسی خشکسالی بر پایه عملکرد نسبی محصول

در این روش عملکرد نسبی محصول در سا لهای زراعی مختلف شبیه سازی شده و با مقایسه نتایج آن با میانگین طولانی مدت شدت خشکسالی ارزیابی می گردد. طبقه بندی شدت خشکسالی توسط برخی شاخص ها انجام می شود و این طبقه بندی ها متفاوت است. شاخص S شدت خشکسالی را به چهار دسته :عادی، خشکسالی، خشکسالی شدید و خشکسالی بسیار شدید تقسیم بندی می کند.

شاخصSIAP ، شدت خشکسالی را به پنج دسته: عادی، خشکسالی ضعیف، خشکسالی متوسط، خشکسالی شدید و خشکسالی بسیار شدید تقسیم بندی نموده است و در شاخص PNPI شدت خشکسالی به پنج دسته: عادی، خشکسالی ضعیف، خشکسالی متوسط، خشکسالی شدید و خشکسالی بسیار شدید تقسیم بندی شده است. مقایسه ضریب تبیین، ضریب همبستگی و خطای استاندارد و سه شاخصS ، SIAP و PNPI نشان می دهد که شاخصS ، همبستگی بهتری با عملکرد نسبی محصول دارد، زیرا شاخص S در تجزیه و تحلیل خشکسالی علاوه بر مقدار بارندگی درجه حرارت هوا را نیز مد نظر قرار می دهد. بنابراین با افزوده شدن یک پارامتر موثر در شدت خشکسالی کشاورزی، دقت آن در ارزیابی خشکسالی افزایش می یابد.

استفاده از مدلهای تعیین عملکرد نسبی محصول براساس مراحل مختلف رشد علاوه بر داشتن دقت زیاد نسبت به در نظر گرفتن کل طول دوره رشد ابزار بسیار مفیدی برای پیش بینی خشکسالی کشاورزی می باشد . بعنوان مثال اگر با تعیین مقدار تبخیر و تعرق واقعی و حداکثر در مرحله رشد رویشی، مقدار عملکرد نسبی 40 درصد باشد در پایان آن سال در خوشبینانه ترین حالت عملکرد نسبی محصول حداکثر 40 درصد خواهد بود. زیرا به فرض اینکه در مراحل بعدی هیچگونه تنش آبی - رطوبتی - نداشته باشیم مقدار عملکرد نسبی در این مراحل معادل 100 درصد خواهد بود.

حاصل ضرب عملکرد نسبی محصول مراحل مختلفنهایتاً 40 درصد خواهد بود. بدین ترتیب می توانیم حداکثر مقدار عملکرد نسبی را پیش بینی نماییم و براساس آن به برنامه ریزی آبیاری در همان سال بپردازیم. مطالعه تغییرات مقادیر بارندگی و عملکرد نسبی محصول در طی سالهای زراعی مختلف نشان می دهد که شدت افزایش عملکرد نسبی با افزایش بارندگی متناسب نبوده و حتی در برخی از سالها با وجود افزایش بارندگی عملکرد نسبی محصول کاهش می یابد. دلیل این امر آنست که توزیع بارندگی در کلیه سالها یکسان نم یباشد.

در سالهایی که با وجود بارندگی کم، عملکرد نسبی محصول زیاد بوده ممکن است فواصل بارندگی به نحوی بوده است که مقدار تلفات آبی کم بوده است. بدین ترتیب که بارندگی ها زمانی ریزش نموده اند که خاک ظرفیت کافی برای ذخیره رطوبت را داشته است. همچنین ممکن است در سالهایی که با وجود بارندگی کم عملکرد نسبی محصول زیاد می باشد توزیع زمانی بارندگی به نحوی باشد که در مراحل حساس گیاه به کم آبی حاصل شده و یا در این سالها شرایط اقلیمی به نحوی بوده است که نیاز آبی گیاه کاهش داشته است. از این نظر مقدار بارندگی به تنهایی نم یتواند در تجزیه و تحلیل خشکسالی کشاورزی مورد استفاده قرار گیرد . - 5 -

-2-6 روش فرآیند تحلیل سلسله مراتبی - AHP -

روش فرآیند تحلیل سلسله مراتبی یکی از تکنیک های مناسب برای انتخاب بهینه و تصمیم گیری صحیح است. روش AHP به عنوان یکی از روش های تصمیم گیری چند معیاره ارائه شده است و به دلیل برخورداری آن از نحوه تفکر و فرآیند های ذهنی انسان و نیز انطباق آن با منطق ریاضی، کارایی فوق العاده بالایی دارد. این روش یک تکنیک تصمیم گیری کمی- کیفی است و بر اساس مقایسه زوجی میان معیارها و گزینه های مختلف طراحی شده است. بر اساس این تکنیک، هر مساله تصمیم گیری دارای ساختاری است که سلسله مراتب نام دارد و شامل سطوح هدف، معیارها و گزینه ها است . - 6 -

-2-6 روش تولیدات ماهواره ای سنجنده NOAA-AVHRR

روش های سنجش از دور پایش خشکسالی - استفاده از نمایه های ماهواره ای - مبتنی بر این اساس است که پوشش گیاهی، بخشی از بیناب مرئی تابش خورشید را جذب نموده و بیشتر تابش فروسرخ نزدیک را بازتاب می کند در نتیجه با استفاده از بیناب های مرئی، فروسرخ نزدیک و فروسرخ میانی، ویژگی های زیست فیزیکی پوشش گیاهی به دست می آید. نمایه های خشکسالی ماهواره ای که با استفاده از فراسنج های ماهواره ای سطحی، محاسبه می شوند عبارتند از:

-2-6-1 دمای درخشندگی - BT -

مقادیر دمای درخشندگی با استفاده از نوار گرمایی و رابطه تابش پلانک بدست می آید: که در آن Tb دما - درجه کلوین - برای بازتاب E، V عدد میانی طول موج نوار - cm-1 - و C1 و C2 اعداد ثابت هستند . - 6 -

-2-6-2 شاخص گیاهی تفاضل بهنجار - NDVI -

اختلاف مربوط به بازتاب نور خورشید در محدوده های طیفی مرئی و مادون قرمز نزدیک با توجه به خصوصیات گیاهی ، در در تعریف این شاخص به کار می رود . در بین شاخصهای گیاهی ، شاخص گیاهی تفاضل بهنجار NDVI در سطح وسیعی پذیرفته شده و مورد استفاده اغلب مجامع علمی قرار گرفته است. این شاخص بصورت زیر تعریف می شود: که RED و NIR میزان بازتابندگی در باندهای نزدیک مادون قرمز و قرمز می باشند . مقدار این شاخص بین +1 و -1 متغیر است .از آنجا که آب و هوا یکی از فاکتورهای مهم تأثیر گذار بر وضعیت پوشش گیاهی است، NDVI استخراج شده از ماهواره AVHHR جهت ارزیابی تغییرات محیطی و آب و هوایی در مقیاس های منطقه ای و جهانی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. - 9 -

-2-6-3 شاخص سلامت پوشش گیاهی - VCI -

VCI شاخصی است که وضعیت پوشش گیاهی را بر حسب NDVImin و NDVImax برای یک منطقه خاص در دراز مدت بیا ن کرده و بصورت زیر تعریف می شود: که NDVImax و NDVImin در طول یک ماه محاسبه می شود و j نمایه ماه مورد نظر است . شرایط پوشش گیاهی زمین توسط شاخص VCI بر حسب درصد بیان می شود.