نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

ارزیابی کارایی انرژی مصرفی مزارع سیب‌زمینی و گندم تحت سامانه آبیاری بارانی (مطالعه موردی: پایاب سد مخزنی سورال استان کردستان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
پیمان طهماسبی 1
آرمان مقدم نیا 2
پگاه گلمحمدی قانع 3
آرام فتحی 4
بختیار کریمی 5
هیرش قدرشناس 6
1 دانشجوی دکتری گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان.
2 آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج.
3 کارشناسی ارشد منابع آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، کردستان، ایران
4 گروه علوم و مهندسی آب گرایش منابع آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران
5 دانشیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران
6 گروه علوم و مهندسی آب گرایش آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج
10.22125/iwe.2025.501965.1852
چکیده
استفاده کارآمد از منابع انرژی مصرف‌شده در تولید محصولات کشاورزی،یکی از مؤلفه‌های اصلی کشاورزی پایدار است. هدف از این مطالعه ارزیابی شاخص‌های انرژی ورودی و خروجی محصولات گندم آبی و سیب‌زمینی اراضی پایاب سد مخزنی سورال استان کردستان است. در پژوهش حاضر، 26 مزرعه به مجموع مساحت 100 هکتار، انتخاب شدند. مزارع مورد مطالعه به سامانه‌های 1 و 2 برای گندم و سامانه‌های 3 و 4 برای گروه‌بندی شدند. سامانه‌های مذکور مجهز شامل سامانه‌های آبیاری بارانی کلاسیک-آبپاش متحرک، با منابع انرژی برق و ثقل بودند. اطلاعات مورد نیاز، شامل کل نهاده‌های مصرفی (ورودی)، ساعات کارکرد ماشین‌آلات و نیروی انسانی و غیره در قالب پرسشنامه از کشاورزان دشت مذکور در طول فصل زراعی 1403-1402 استخراج شدند. نظام زراعی گندم از نظر کودهای شیمیایی به‌ویژه کود نیتروژن و نظام زراعی سیب‌زمینی از نظر سوخت (گازوئیل) مورد نیاز برای ماشین آلات و ادوات کشاورزی بالاترین مقدار انرژی را به‌خود اختصاص داد. کل انرژی ورودی مزارع مذکور به‌ترتیب 43/45027، 02/42472، 10/92547 و 23/89857 و کل انرژی خروجی 110700، 119550، 127800 و 136800 مگاژول در هکتار بود. شاخص نسبت انرژی به‌ترتیب 45/2، 81/2، 38/1 و 52/1 و شاخص انرژی ویژه به‌ترتیب 50/7، 53/6، 60/2 و 36/2 مگاژول در هکتار محاسبه شد. شاخص بهره‌وری انرژی به‌ترتیب 13/0، 15/0، 38/0 و 42/0 کیلوگرم در مگاژول بود. این یافته حاکی از بهره‌وری بالاتر سامانه زراعی گندم آبی در تبدیل انرژی‌های ورودی به انرژی خروجی در محصول نهایی است. بر‌این‌اساس، توصیه می‌شود کشت گندم آبی به‌عنوان یک گزینه پایدارتر در منطقه مذکور مورد توجه کشاورزان قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
کارایی انرژی
نهاده‌های ورودی
سد مخزنی سورال
کود شیمیایی
عملکرد
موضوعات

عنوان مقاله English

Energy Efficiency Assessment of Irrigated Potato and Wheat Fields Under Sprinkler Irrigation Systems (Case Study: Downstream of Sural Reservoir Dam, Kurdistan Province)

نویسندگان English

Peyman Tahmasebi 1
arman moghadamnia 2
pegah Golmohammadi Ghane 3
Aram Fathi 4
Bakhtiar Karimi 5
hirsh Ghadrshenas 6
1 Ph.D. Candidate, Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamadan.
2 Graduate of Irrigation and Drainage Engineering, Faculty of Agriculture, University of Kurdistan, Sanandaj.
3 Graduate of Water Resources Engineering, University of Kurdistan, Sanandaj.
4 Graduate of the Department of Water Science and Engineering, Major in Water Resources, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran.
5 Assistant Professor, Department of Water Engineering, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
6 Graduate of the Department of Water Science and Engineering, Major in Irrigation and Drainage, Faculty of Agriculture, University of Kurdistan, Sanandaj.
چکیده English

Efficient use of energy resources in agricultural production is a key component of sustainable agriculture. downstream lands of the Sural Reservoir Dam in Kurdistan Province, Iran. In this research, 26 farms with a total area of 100 hectares were selected. The studied farms were categorized into wheat (systems 1 and 2) and potato (systems 3 and 4) systems, which were equipped with a fixed classic sprinkler irrigation system with mobile sprinklers, using electricity and gravity as energy sources. The necessary data, including total inputs (energy inputs), machinery and human labor operating hours, etc., were collected through questionnaires from farmers in the mentioned plain during the 2023-2024 cropping season (1402-1403 SH). The wheat cropping system, in terms of chemical fertilizers, especially nitrogen fertilizer, and the potato cropping system, in terms of fuel (diesel) required for agricultural machinery and implements, had the highest energy consumption. The total input energy of the mentioned farms was 45027.43, 42472.02, 92547.10, and 89857.23 MJ/ha, and the total output energy was 110700, 119550, 127800, and 136800 MJ/ha, respectively. The energy ratio index was calculated as 2.45, 2.81, 1.38, and 1.52, respectively, and the specific energy index was calculated as 7.50, 6.53, 2.60, and 2.36 MJ/ha, respectively. The energy productivity index was 0.13, 0.15, 0.38, and 0.42 kg/MJ, respectively. These findings indicate the higher efficiency of the irrigated wheat cropping system in converting input energies to output energy in the final product.

کلیدواژه‌ها English

Energy Efficiency
Inputs
Sural Reservoir Dam
Chemical Fertilizer
Yield
اوجاقلو، حسن، اوجاقلو، فرهاد ، جعفری، محمد مهدی، میثاقی، فرهاد، نظری، بیژن و کرمی دهکردی، اسماعیل. (1402). 37(2), 165-185. اثر مدیریت آبیاری بر شاخص‌های بهره‌وری مصرف آب محصول یونجه. آب و خاک. https://doi.org/10.22067/jsw.2023.79145.1211
ایزدخواه شیشوان، موسی، تاج بخش شیشوان، مهدی، و حسن زاده قورت تپه، عبداله. (1389). ارزیابی و مقایسه کارایی انرژی دو نظام کشت متداول و مکانیزه در مزارع سیب زمینی استان آذربایجان شرقی. پژوهش­های زراعی ایران، 8(2)، 297-284. https://sid.ir/paper/467138/fa
بایزیدی، مطلب، و کاکی، مهری. (1400). تغییرات حجم ذخیره و بهره برداری از آبخوان های دشت های شرق استان کردستان. اکوهیدرولوژی، 8(1)، 72-57. SID. https://sid.ir/paper/1058902/fa
بی­نام، وزارت نیرو. (1384). گزارشی در باره برقی کردن چاه­ ها.
تقی نژاد, جبرائیل و واحدی, عادل. (1400). مدل سازی الگوی مصرف انرژی و تحلیل حساسیت نهاده ها در تولید گندم آبی، مطالعه موردی: استان اردبیل. مکانیزاسیون کشاورزی. 6(4)، 19-11.
doi: 10.22034/jam.2022.14202
دین محمدی، مصطفی و عباسی، رویا. (1402). اندازه گیری آب مجازی و مقایسه بهره وری فنی با بهره وری بازاری آب مجازی در بخش کشاورزی مطالعه موردی محصولات آبی منتخب استان کردستان. تحقیقات منابع آب ایران. 19(4). 125-110. doi: 10.22034/iwrr.2023.177609
ضیایی، سید مسعود، حسین پناهی، فرزاد ، ولی زاده، جعفر و برآبادی، سید ابوالقاسم. (1392). مقایسة کارآمدی تولید گندم و جو به لحاظ مصرف انرژی و بهره وری آن در استان سیستان و بلوچستان. پژوهشهای زراعی ایران. 11(2)، 336-327. doi: 10.22067/gsc.v11i2.26148
طایی، فاطمه، خلیلیان, صادق و کیانی ده کیانی,،محمد. (1402). تحلیل تاثیر تقاضای محصول‌های کشاورزی بر مصرف‌ انرژی. اقتصاد کشاورزی. 17(1)، 163-135. doi: 10.22034/iaes.2023.555173.1924
طهماسبی، پیمان. 1403.اصول مدیریت منابع آب. انتشارات قلم محقق، صفحه 3-1.
طهماسبی، پیمان، دالوند، فاطمه، حسینی، سید ابولفضل، کریمی، بختیار و قدرشناس، هیرش. (1403). بررسی مقایسه‌ای کارایی انرژی دو سامانه آبیاری بارانی در کشت گندم (مطالعه موردی: دشت‌های دهگلان، استان کردستان). آب و خاک (). -. doi: 10.22067/jsw.2025.90134.1439
عباسی، فریبرز، عباسی، نادر و توکلی، علیرضا. (1396). بهره‌وری آب در بخش کشاورزی؛ چالش‎ها و چشم ‏اندازها. آب و توسعه پایدار. 4(1)، 141-144. doi: 10.22067/jwsd.v4i1.67121
غلامی، زینب، ابراهیمیان، حامد، و نوری، حمیده. (1394). بررسی بهره وری انرژی آب و بهره وری اقتصادی انرژی در سامانه های آبیاری بارانی و سطحی در شرایط بهره برداری از آب زیرزمینی (مطالعه موردی: دشت قزوین). مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی، 16(3)، 44-31. https://sid.ir/paper/28231/fa
فیض بخش، محمدتقی، دری، محمدعلی، و رضوان طلب، نصیبه. (1398). ارزیابی شاخص های انرژی و پتانسیل گرمایش جهانی در تولید سیب زمینی (Solanum tuberosum L.) در استان گلستان. بوم شناسی کشاورزی، 11(1 )، 53-68. https://dx.doi.org/10.22067/jag.v12i3.73855
قادرزاده، حامد، و پیرمحمدیانی، زانیار. (1398). بررسی کارایی انرژی در تولید سیب زمینی استان همدان. تحقیقات اقتصاد کشاورزی، 11(2 (پیاپی 42) )، 202-167. SID. https://sid.ir/paper/158629/fa
قاسمی مبتکر، حسن. (1398). بررسی روند مصرف انرژی در دو سامانه آبیاری غرقابی و تحت‌فشار: مطالعه موردی یک مزرعه صد هکتاری در همدان. مهندسی بیوسیستم ایران. 50(4)، 809-801. doi: 10.22059/ijbse.2019.281690.665189
قاسمی مبتکر، حسن، شریفی، محمد و کعب، علی. (1402). مطالعه تغییرات روند مصرف انرژی و شاخص‌های زیست‌محیطی در تولید محصولات زراعی با رویکرد ارزیابی چرخه زندگی طی سال‌های 1401-1397. مهندسی بیوسیستم ایران، 54(3)، 18-1. doi: 10.22059/ijbse.2023.364738.665522
قدمی فیروزآبادی، علی و اکبری، مهدی. (1402). تاثیر آبیاری قطره‌ای نواری (تیپ) بر میزان عملکرد و بهره‌وری آب محصول گندم و شوری خاک در شرایط زارعین (مطالعه موردی: استان همدان). نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 17(5)، 831-842.
نراقی، نیوشا، مقدسی, رضا و محمدی نژاد، امیر. (1400). مطالعه ارتباط غیر خطی مصرف انرژی و تورم در بخش کشاورزی. اقتصاد و توسعه کشاورزی، 35(3)، 272-259.
نیازمند، رویا، مقدم نیا، آرمان, طهماسبی, پیمان، نیک مهر، سامان و معروف پور، عیسی. (1402). بهره‌وری مصرف آب و انرژی محصول سیب‌زمینی در سامانه‌های آبیاری بارانی (مطالعه موردی: دشت دهگلان استان کردستان). فناوری های پیشرفته در بهره وری آب. 3(4)، 137-116. doi: 10.22126/atwe.2024.10298.1106
Ahmadbeyki, A., Ghahderijani, M., Borghaee, A., & Bakhoda, H. (2023). Energy use and environmental impacts analysis of greenhouse crops production using life cycle assessment approach: A case study of cucumber and tomato from Tehran province, Iran. Energy Reports, 9, 988-999.
Asgharipour, M. R., Mondani, F., & Riahinia, S. (2012). Energy use efficiency and economic analysis of sugar beet production system in Iran: A case study in Khorasan Razavi province. Energy, 44(1), 1078-1084.
Bonou-Zin, R. D., Allali, K., & Fadlaoui, A. (2019). Environmental efficiency of organic and conventional cotton in Benin. Sustainability, 11(11), 3044.
Burhan, Ö. (2004). Managing product variety through delayed product differentiation using vanilla boxes (Master Thesis, Middle East Technical University). Middle East Technical University.
Elsoragaby, Suha, Azmi Yahya, Muhammad Razif Mahadi, Nazmi Mat Nawi, and Modather Mairghany. "Analysis of energy use and greenhouse gas emissions (GHG) of transplanting and broadcast seeding wetland rice cultivation." Energy 189 (2019): 116160.
FAO. 2014. The water- energy- food nexus, 374 P.
Firouzabadi, A. G., Baghani, J., Jovzi, M., & Albaji, M. (2021). Effects of wheat row spacing layout and drip tape spacing on yield and water productivity in sandy clay loam soil in a semi-arid region. Agricultural Water Management, 251, 106868.
Ghasemi-Mobtaker, H., Sharifi, M., Taherzadeh-Shalmaei, N., & Afrasiabi, S. (2022). A new method for green forage production: Energy use efficiency and environmental sustainability. Journal of Cleaner Production, 363, 132562.
Ghorbani, R., Mondani, F., Amirmoradi, S., Feizi, H., Khorramdel, S., Teimouri, M., ... & Aghel, H. (2011). A case study of energy use and economical analysis of irrigated and dryland wheat production systems. Applied Energy, 88(1), 283-288.
Giri, N. C., Mohanty, R. C., Pradhan, R. C., Abdullah, S., Ghosh, U., & Mukherjee, A. (2023). Agrivoltaic system for energy-food production: A symbiotic approach on strategy, modelling, and optimization. Sustainable Computing: Informatics and Systems, 40, 100915.
Hamedani, S. R., Shabani, Z., & Rafiee, S. (2011). Energy inputs and crop yield relationship in potato production in Hamadan province of Iran. Energy, 36(5), 2367-2371.
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.
Heydari, N., & Taran, F. (2025). Effect of Climate Change on Wheat Yield and Water Productivity in Iran and the World. Iranica Journal of Energy & Environment, 16(2), 253-269.
Khar, S., & Zaffar, O. (2023). Nergy utilization pattern in potato productionin Jammu and Kashmir.
Kitani, O., Jungbluth, T., Peart, R. M., & Ramdani, A. (1999). CIGR handbook of agricultural engineering. Energy and biomass engineering, 5, 330.
Kizilaslan, H. (2009). Input–output energy analysis of cherries production in Tokat Province of Turkey. Applied Energy, 86(7-8), 1354-1358.
Kowalczyk, Z. (2019). Life cycle assessment (LCA) of potato production. In E3S Web of Conferences (Vol. 132, p. 02003). EDP Sciences.
Mamaghani, N. A. (2025). Diversity of endophytic fungi in potato (Solanum tuberosum) plants in Iran. Sydowia, 77, 141.
Mohammadi, A., Rafiee, S., Jafari, A., Keyhani, A., Mousavi-Avval, S. H., & Nonhebel, S. (2014). Energy use efficiency and greenhouse gas emissions of farming systems in north Iran. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 30, 724-733.
Nabavi-Pelesaraei, A., Rafiee, S., Mohtasebi, S. S., Hosseinzadeh-Bandbafha, H., & Chau, K. W. (2017). Energy consumption enhancement and environmental life cycle assessment in paddy production using optimization techniques. Journal of cleaner production, 162, 571-586.
Nabavi-Pelesaraei, A., Rafiee, S., Mohtasebi, S. S., Hosseinzadeh-Bandbafha, H., & Chau, K. W. (2017). Energy consumption enhancement and environmental life cycle assessment in paddy production using optimization techniques. Journal of cleaner production, 162, 571-586.
Najafabadi, M. M., Sabouni, M., Azadi, H., & Taki, M. (2022). Rice production energy efficiency evaluation in north of Iran; application of Robust Data Envelopment Analysis. Cleaner Engineering and Technology, 6, 100356.
Nasseri, A. (2024). Effects of irrigated and dryland conditions on energy indices in wheat production: a meta-analysis based on the principal components analysis. Environment, Development and Sustainability, 1-27.
Pimentel, D., Pimentel, M., & Food, E. (1996). Society (Niwet, CO. Colorado Press.
Purwanto, A., Sušnik, J., Suryadi, F. X., & de Fraiture, C. (2021). Quantitative simulation of the water-energy-food (WEF) security nexus in a local planning context in indonesia. Sustainable Production and Consumption, 25, 198-216.
Sánchez-Sutil, F., & Cano-Ortega, A. (2021). Smart control and energy efficiency in irrigation systems using LoRaWAN. Sensors, 21(21), 7041.
Senbeta, A. F., & Worku, W. (2023). Ethiopia’s wheat production pathways to self-sufficiency through land area expansion, irrigation advance, and yield gap closure. Heliyon.
Singh, H., Mishra, D., & Nahar, N. M. (2002). Energy use pattern in production agriculture of a typical village in arid zone, India––part I. Energy conversion and management, 43(16), 2275-2286.
Singh, S., & Mittal, J. P. (1992). Energy in production agriculture. Mittal Publications.
Sulewski, P., & Wąs, A. (2024). Agriculture as Energy Prosumer: Review of Problems, Challenges, and Opportunities. Energies, 17(24), 6447.
Taki, M., Rohani, A., Soheili-Fard, F., & Abdeshahi, A. (2018). Assessment of energy consumption and modeling of output energy for wheat production by neural network (MLP and RBF) and Gaussian process regression (GPR) models. Journal of cleaner production, 172, 3028-3041.
Tipi, T., Cetin, B., & Vardar, A. (2009). An analysis of energy use and input costs for wheat production in Turkey.
Vahedi, A., & Zarifneshat, S. (2021). Evaluation energy flow and analysis of energy economy for irrigated wheat production in different geographical regions of Iran. Journal of Agricultural Machinery, 11(2), 505-523.
Yilmaz, I., Akcaoz, H., & Ozkan, B. (2005). An analysis of energy use and input costs for cotton production in Turkey. Renewable Energy, 30(2), 145-155.
Zangeneh, M., Omid, M., & Akram, A. (2010). A comparative study on energy use and cost analysis of potato production under different farming technologies in Hamadan province of Iran. Energy, 35(7), 2927–2933. doi: 10.1016/j.energy.2010.03.024