بخش کشاورزی بزرگترین مصرف‌کننده آب در سراسر جهان است ^.۱ هدف اساسی آن تضمین امنیت غذایی جهانی است و افزایش بهره‌وری آب کشاورزی به عنوان ابزاری حیاتی برای این منظور عمل می‌کند ^.۲ تلاش‌ها برای بهبود بهره‌وری آب کشاورزی شامل عوامل متعددی از جمله به حداکثر رساندن درآمد کشاورزان، افزایش عملکرد محصولات و حفظ پایدار منابع آب است ^{.۳ ، ۴ ، ۵٫} یک استراتژی مؤثر برای افزایش بهره‌وری آب، بهینه‌سازی الگوی کشت است. تدوین یک الگوی کشت بهینه مستلزم در نظر گرفتن عوامل مختلفی از جمله تأمین نیازهای محلی، شرایط اقلیمی و توجیه اقتصادی برای کشاورز است، در حالی که محدودیت‌های موجود نیز در نظر گرفته می‌شوند ^.۶ . با توجه به تعدد گزینه‌ها و معیارهای مؤثر بر بهره‌وری آب کشاورزی، تصمیم‌گیری در مورد الگوی کشت بهینه ذاتاً پیچیدگی‌هایی را به همراه دارد.

روش‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره (MCDM) به طور گسترده به عنوان ابزارهای مؤثر برای تسهیل فرآیندهای تصمیم‌گیری که شامل معیارهای چندگانه هستند، شناخته شده‌اند ^.۷ تجسم چشم‌انداز تحقیقاتی بر اساس ۱۹۴ مقاله منتشر شده بین سال‌های ۲۰۱۰ تا ۲۰۲۴، که با استفاده از نرم‌افزار VOSviewer نسخه ۱٫۶٫۲۰ انجام شده است ^، نشان می‌دهد که روش‌های MCDM عمدتاً در مطالعاتی که بر بهینه‌سازی الگوهای کشت متمرکز هستند، به کار گرفته می‌شوند (شکل ۱ ).

در روش‌های MCDM، وزن‌دهی معیارها برای شناسایی بهترین گزینه یا گزینه‌ها انجام می‌شود و در نتیجه نتایج تصمیم‌گیری را بهبود می‌بخشد ^[۹] . در میان تکنیک‌های مختلف MCDM، فرآیند سلسله مراتبی تحلیلی (AHP) ^۱۰ ، فرآیند شبکه تحلیلی (ANP) ^۱۱ ، وزن‌دهی افزایشی ساده (SAW) ^۱۲ ، تکنیک ترجیحات ترتیبی بر اساس شباهت به راه‌حل ایده‌آل (TOPSIS) ^۱۲ ، ارزیابی مجدد معیارها (VIKOR) ^۱۳ ، حذف و انتخاب ترجمه واقعیت (ELECTRE) ^۱۴ ، روش‌های سازماندهی رتبه‌بندی ترجیحات برای ارزیابی‌های غنی‌سازی (PROMETHEE) ^۱۵ و آزمایشگاه آزمایش و ارزیابی تصمیم‌گیری (DEMATEL) ^۱۶ برجسته هستند. قابل ذکر است که AHP و TOPSIS به دلیل کاربردپذیری، سهولت استفاده و عدم وجود محدودیت‌های قابل توجه، به طور گسترده مورد توجه قرار گرفته‌اند. کاربرد ترکیبی آنها برای بهبود دقت و کارایی، ضمن بهره‌گیری از منابع متعدد دانش و تخصص، شناخته شده است . ^۱۷

مطالعات زیادی با هدف تعیین الگوی کشت بهینه و افزایش بهره‌وری آب با در نظر گرفتن معیارهای مختلف انجام شده است. این معیارها شامل عوامل فنی ^{۱۸ ، ۱۹} ، منابع آب ^{۲۰ ، ۲۱} ، ویژگی‌های خاک ^{۲۲ ، ۲۳} ، مسائل اجتماعی ^۲۴ ، عوامل اقتصادی ^{۲۵ ، ۲۶ ، ۲۷ ، ۲۸} ، ملاحظات کشاورزی ^۲۹ ، یا ترکیبی از این موارد (مانند اقتصادی و اجتماعی ^۳۰ ، زراعی و خاک ^۳۱ ، منابع آب و اقتصادی ^۳۲ ، و اقتصادی و اجتماعی ^۲۴) است . در مجموع، این مطالعات نشان می‌دهند که مدل‌های MCDM در اولویت‌بندی محصولات کشاورزی بر اساس معیارهای مختلف بسیار مؤثر هستند.

بر اساس بررسی جامع مطالعات قبلی، مشخص شده است که علیرغم اهمیت حیاتی بررسی کامل معیارها و زیرمعیارهای مربوطه، به این موضوع به اندازه کافی پرداخته نشده است. معیارهای مختلفی مانند عوامل اقتصادی و منابع آب، به طور جداگانه در رابطه با افزایش بهره‌وری آب و بهینه‌سازی الگوهای کشت مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته‌اند، در حالی که معیارهای فنی، اجتماعی و ترکیبی کمتر مورد توجه قرار گرفته‌اند. روش‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره مزایای قابل توجهی از جمله قابلیت رسیدگی به مسائل پیچیده چندوجهی، وزن‌دهی دقیق معیارها بر اساس نظرات کارشناسی و انعطاف‌پذیری در انتخاب و ادغام معیارها و زیرمعیارها را ارائه می‌دهند. ترکیب مدل‌های DEMATEL، AHP و TOPSIS دقت، اعتبار و تعمیم‌پذیری نتایج را بیشتر افزایش می‌دهد و امکان تجزیه و تحلیل جامع‌تر و سازگارتر را فراهم می‌کند. با این وجود، این روش‌ها محدودیت‌هایی مانند وابستگی به قضاوت کارشناسی، افزایش پیچیدگی تحلیلی با افزایش تعداد معیارها و لزوم ارزیابی مداوم ناسازگاری‌های داده‌ها را به همراه دارند که به ویژه در کاربردهای کشاورزی با مجموعه داده‌های متنوع و پیچیده اهمیت دارند. مطالعه حاضر تلاش می‌کند تا این روش‌ها را با حفظ مزایای آنها و در عین حال کاهش محدودیت‌هایشان، ادغام کند و در نتیجه نتایج دقیق‌تر، علمی‌تر و عملی‌تری برای تعیین الگوهای بهینه کشت و بهبود بهره‌وری آب کشاورزی ارائه دهد. این رویکرد جامع، که شامل منابع آب، خاک، معیارهای فنی، اجتماعی، اقتصادی و کشاورزی می‌شود، پیشرفت قابل توجهی نسبت به مطالعات قبلی نشان می‌دهد، به طوری که دقت اثبات‌شده مدل ترکیبی DEMATEL-AHP-TOPSIS، قابلیت عملیاتی آن را در فرآیندهای تصمیم‌گیری در مناطق نیمه‌خشک افزایش می‌دهد ^{۳۳ ، ۳۴ ، ۳۵ ، ۳۶} .

هدف اصلی این تحقیق، توسعه یک چارچوب ترکیبی MCDM-GIS با هدف بررسی عوامل مؤثر بر افزایش بهره‌وری آب کشاورزی برای دستیابی به الگوی کشت بهینه بود. برای این منظور، در مجموع ۲۱ زیرمعیار مشتق شده از شش معیار اصلی شامل منابع آب، خاک، جنبه‌های فنی، اجتماعی، اقتصادی و کشاورزی با استفاده از مدل ترکیبی AHP-TOPSIS مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. از طریق این رویکرد، توصیه‌هایی برای اصلاح الگوهای کشت با اهداف کاهش مصرف آب، افزایش عملکرد محصول و سود اقتصادی و در نهایت بهبود بهره‌وری آب تدوین شده است. این مطالعه با استفاده از روش‌های MCDM مانند DEMATEL برای بررسی روابط متقابل بین عوامل، AHP برای اختصاص وزن به معیارها و TOPSIS برای اولویت‌بندی گزینه‌های کشت، به طور جامع عوامل کلیدی تعیین‌کننده بهره‌وری (عوامل کشاورزی، فنی، خاک، آب، سود اقتصادی و اجتماعی) را در نظر گرفت. علاوه بر این، نقشه‌های پهنه‌بندی شناسایی مناطق مستعد برای هر محصول کشاورزی تهیه شد.

پیشینه نظری

روش دیمتل

روش DEMATEL برای تحلیل روابط علت و معلولی بین شاخص‌ها و تعیین میزان تأثیر هر شاخص بر شاخص‌های دیگر از طریق مقایسه‌های زوجی طراحی شده است . ^۱۶ این روش به عنوان ابزاری عملی و مؤثر برای تبدیل ساختارهای علی پیچیده بین معیارها به ماتریس‌های قابل فهم یا نمایش‌های گرافیکی عمل می‌کند. برخلاف AHP که استقلال بین معیارها را فرض می‌کند، رویکرد DEMATEL با ترسیم ساختار سلسله مراتبی عوامل سیستم و نشان دادن روابط تأثیرگذاری و تأثیر متقابل بین معیارها، به صراحت وابستگی‌های متقابل را تصدیق می‌کند. این ساختاربندی به طور سیستماتیک با به کارگیری اصول نظریه گراف حاصل می‌شود. یکی از مزایای کلیدی DEMATEL نسبت به سایر روش‌های تصمیم‌گیری مبتنی بر مقایسه زوجی، توانایی آن در گنجاندن حلقه‌های بازخورد در روابط است . ^۳۷

روش AHP

فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP)، که به عنوان یکی از مؤثرترین روش‌های MCDM ^۱۰ شناخته می‌شود ، بر اساس مقایسه‌های زوجی به کار گرفته می‌شود و مدیران و برنامه‌ریزان را قادر می‌سازد تا سناریوهای مختلف را ارزیابی کنند ^۳۸٫ این روش مستلزم تجزیه یک مسئله تصمیم‌گیری پیچیده شامل چندین شاخص به یک ساختار سلسله مراتبی شامل چهار سطح مجزا است: هدف کلی در سطح اول؛ معیارهای کلی تصمیم‌گیری در سطح دوم؛ زیرمعیارهای مربوطه در سطح سوم؛ و در نهایت، گزینه‌های تصمیم‌گیری در سطح چهارم.

در مرحله بعد، از کارشناسان خواسته می‌شود تا با استفاده از یک پرسشنامه ساختاریافته، مقایسه‌های زوجی بین معیارها و زیرمعیارها انجام دهند تا امتیازهای نسبی را اختصاص دهند. به طور کلی، استفاده از مدل AHP امکان ارزیابی مؤثر چندین معیار را در رابطه با هدف تحقیق فراهم می‌کند و نتایج جامع و قابل قبولی را به دست می‌دهد ^۳۹٫ در نتیجه، این تکنیک به عنوان تکنیکی وابسته به شهود و تجربه شخصی در ساخت و سازماندهی سلسله مراتبی مسئله شناخته می‌شود، در حالی که همزمان برای رسیدن به قضاوت‌های نهایی به استدلال منطقی، درک و تخصص تصمیم‌گیری متکی است.

روش تاپسیس

تکنیک ترجیح ترتیبی بر اساس شباهت به راه‌حل ایده‌آل (TOPSIS) روشی ساده و بسیار مؤثر برای رتبه‌بندی گزینه‌ها بر اساس نزدیکی آنها به یک راه‌حل ایده‌آل است ^[۱۲] . این تکنیک، گزینه‌های mm را در برابر معیارهای n ارزیابی می‌کند و مسئله را به عنوان یک سیستم هندسی متشکل از نقاط mm در یک فضای n بعدی مفهوم‌سازی می‌کند. در این چارچوب، فاصله بین هر گزینه و هر دو نقطه ایده‌آل مثبت و ایده‌آل منفی محاسبه می‌شود. گزینه‌ای که به ایده‌آل مثبت نزدیک‌تر و از ایده‌آل منفی دورتر است، بالاترین رتبه را به خود اختصاص می‌دهد و گزینه‌های باقی‌مانده بر این اساس مرتب می‌شوند [ ^۴۰] . در مجموع، روش TOPSIS قابلیت‌های تحلیلی قوی را با سادگی و مناسب بودن برای طیف وسیعی از مسائل تصمیم‌گیری ترکیب می‌کند ^[۴۱] .

رویکرد پیشنهادی

روش پیشنهادی این تحقیق حول سه مرحله اصلی ساختار یافته است: پیش‌مدل‌سازی (بخش « پیش‌مدل‌سازی »)، مدل‌سازی با استفاده از روش‌های MCDM (بخش « مدل‌سازی با استفاده از روش‌های MCDM ») و تعیین الگوی کشت بهینه از طریق رویکرد GIS (بخش « تعیین الگوی کشت بهینه با استفاده از رویکرد GIS ») (شکل  ۲ ).

پیش مدل‌سازی

در این مرحله، داده‌های لازم از طریق کار میدانی و منابع ثانویه جمع‌آوری شده‌اند. این مجموعه داده‌ها شامل نقشه‌های دقیقی از منطقه مورد مطالعه، شامل شهرها و روستاها، فهرستی از الگوی کشت فعلی و داده‌های جامع فنی، منابع آب، خاک، اجتماعی، اقتصادی و کشاورزی است. بخش‌های بعدی شرح مفصلی از اجزای داده‌ها ارائه می‌دهند تا درک کامل و تکرارپذیری مطالعه را تضمین کنند.

مدل‌سازی با استفاده از روش‌های MCDM

تعیین معیارها و زیرمعیارهای مؤثر

در این مرحله، ابتدا باید یک ساختار سلسله مراتبی از مسئله طراحی شود که در آن هدف، معیارها، زیرمعیارها و گزینه‌های مؤثر از یک دیدگاه کلی شناسایی شوند. معیارها و زیرمعیارهای اولیه ممکن است از طریق سه مرحله غربالگری با معیارهای نهایی متفاوت باشند. در مرحله اول، تنظیمات اولیه بر اساس نظرات خبرگان انجام می‌شود. در مرحله دوم، پرسشنامه دلفی بین جامعه هدف توزیع می‌شود و اصلاحات لازم بر روی معیارها و زیرمعیارهای مؤثر اعمال می‌شود. در مرحله سوم، پرسشنامه نسبت اعتبار محتوا (CVR) برای ارزیابی اعتبار و پایایی معیارها و زیرمعیارهای مؤثر در جامعه هدف اجرا می‌شود. در نهایت، نتایج پرسشنامه CVR، معیارها و زیرمعیارهای نهایی را تعیین می‌کند.

معیارها و زیرمعیارهای جمع‌آوری‌شده باید در قالب پرسشنامه دلفی در اختیار متخصصان قرار گیرد تا آنها بتوانند نظرات خود را در مورد چیدمان این معیارها و زیرمعیارها بیان کنند؛ بر این اساس، باید تنظیمات لازم انجام شود. پرسشنامه‌های دلفی باید بین گروه متنوعی از متخصصان که طیف وسیعی از سنین، موقعیت‌های شغلی، سطوح تحصیلی و تجربیات کاری را در بر می‌گیرند، توزیع شود. از دیدگاه روش دلفی، قضاوت‌های انسانی به عنوان ورودی‌های مشروع و ارزشمند برای پیش‌بینی در نظر گرفته می‌شوند. این روش بر یک رویکرد تحقیق دیالکتیکی متشکل از تز (شکل‌گیری نظر)، آنتی‌تز (نظر مخالف) و سنتز (اجماع جدید) متکی است که در آن خود سنتز به یک تز جدید تبدیل می‌شود. برخلاف روش‌های سنتی تحقیق پیمایشی، اعتبار نتایج در این رویکرد به تخصص علمی و اعتبار متخصصان شرکت‌کننده بستگی دارد، نه به تعداد صرف شرکت‌کنندگان.

با جمع‌بندی مطالعات، در نهایت شش معیار شامل فنی ^۱۸ ، منابع آب ^۲۰ ، خاک ^۲۲ ، اجتماعی ^۲۴ ، اقتصادی ^۴۲ و کشاورزی ^۴۳ انتخاب شدند.

در فرآیند مدل‌سازی با استفاده از روش‌های MCDM، مجموعه‌ای از ۲۱ زیرمعیار در قالب شش معیار اصلی در نظر گرفته شد. معیار فنی شامل زیرمعیارهایی شامل آبیاری مزرعه بر اساس دور آبیاری ^۴۴ ، تسطیح مناسب مزرعه ^۱۸ ، استفاده از سیستم‌های آبیاری مدرن ^۴۵ ، یکپارچگی زمین ^۴۶ و زهکشی سطحی ^۴۷ بود. در معیار منابع آب، زیرمعیارهایی مانند نوع منبع آب، دبی لحظه‌ای منبع آب، هدایت الکتریکی آب (EC)، نسبت جذب سدیم (SAR) و بهره‌برداری مشترک از منابع آب ^۲۰ گنجانده شده بود. معیار خاک شامل زیرمعیارهای بافت خاک، هدایت الکتریکی خاک (EC) و نفوذپذیری خاک ^{۴۸ بود} . معیار اجتماعی با زیرمعیارهای مربوط به وضعیت مالکیت زمین (فردی/مشترک)، دسترسی به انرژی، برق، امکانات جاده‌ای و مشارکت کشاورزان در برنامه‌های آموزشی و ترویجی در مورد آب ^۴۹ تعریف شد . معیارهای اقتصادی شامل زیرمعیارهایی بود که مزایا و هزینه‌ها را اندازه‌گیری می‌کردند ^۴۲ . در نهایت، معیار کشاورزی شامل زیرمعیارهای کاهش عملکرد، نیاز آبی محصول و استفاده از مواد شیمیایی ^{۵۰ بود} .

با جمع‌بندی مطالعات، هفت گزینه شامل محصولات مهم و اساسی گندم، جو، یونجه، ذرت علوفه‌ای، لوبیا، سیب‌زمینی و باغی انتخاب شدند. با توجه به توضیحات ارائه شده، ساختار سلسله مراتبی کلی تحقیق حاضر شامل هدف، معیارها، زیرمعیارها و گزینه‌ها در شکل  ۳ ارائه شده است .

یکی از مزایای روش‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره (MCDM)، انعطاف‌پذیری ذاتی آنها در انتخاب معیارها، زیرمعیارها و گزینه‌ها است. با این حال، یکی از محدودیت‌های تحقیق حاضر، بیان مناسب بودن الگوی کشت صرفاً بر اساس شاخص‌های بهره‌وری فیزیکی و اقتصادی آب است. لازم به ذکر است که می‌توان از شاخص‌های اضافی مانند آب مجازی و انواع مختلف ردپای آب (سبز، آبی، سفید و خاکستری) نیز برای ارزیابی جامع مناسب بودن الگوهای کشت استفاده کرد.

در مواردی که از این شاخص‌ها استفاده می‌شود، باید اصلاحاتی در معیارهای مؤثر روش پیشنهادی در این تحقیق انجام شود. به عنوان مثال، هنگامی که از منابع آب نامتعارف مانند فاضلاب استفاده می‌شود، می‌توان معیار زیست‌محیطی را به مجموعه معیارهای مؤثر اضافه کرد تا دقت روش پیشنهادی افزایش یابد. در نتیجه، در هر مطالعه، معیارها، زیرمعیارها و گزینه‌های روش پیشنهادی را می‌توان با توجه به اهداف خاص، شاخص‌های مربوطه و الگوهای کشت منطقه مورد بررسی تنظیم کرد.

بررسی روایی و پایایی معیارها و زیرمعیارها

برای بررسی اعتبار زیرمعیارهای مؤثر، از شاخص نسبت اعتبار محتوا (CVR) استفاده شد ^. این شاخص توسط لاوشه طراحی شده است.

که در آن S تعداد متخصصانی است که گزینه لازم را انتخاب کرده‌اند و N تعداد کل شرکت‌کنندگان است.

بر اساس تعداد افرادی که پرسشنامه CVR را تکمیل می‌کنند، طبق جدول S1، یک آستانه حداقلی لازم است و میانگین CVR به دست آمده باید بیشتر از آن آستانه حداقلی باشد تا روایی پرسشنامه و اعتبار زیرمقیاس‌های تأثیرگذار تأیید شود.

روش دیمتل

مدل DEMATEL برای ارزیابی روابط متقابل بین زیرمعیارها به کار گرفته شد. برای این منظور، از پرسشنامه‌ای شامل شش معیار استفاده شد (به عنوان مثال، پرسشنامه معیار خاک که در جدول S2 ارائه شده است). متعاقباً، داده‌های به‌دست‌آمده از این پرسشنامه‌ها به نرم‌افزار BT DEMATEL Solver وارد شدند و ساخت ماتریس تصمیم‌گیری را تسهیل کرده و تعیین روابط بین زیرمعیارها را امکان‌پذیر ساخت.

روش AHP-TOPSIS

اهمیت و وزن زیرمعیارهای تأثیرگذار در هر گزینه الگوی کشت با استفاده از مدل ترکیبی AHP-TOPSIS ^۵۲ تعیین شده است . برای این منظور، از یک پرسشنامه دو منظوره که اهداف هر دو مدل AHP و TOPSIS را به صورت یکپارچه برآورده می‌کند، استفاده شد که شامل شش معیار (به عنوان مثال، پرسشنامه معیار خاک که در جدول S3 به تفصیل آمده است) بود. علاوه بر این، از یک پرسشنامه زوجی مبتنی بر مدل AHP (جدول S4) برای تعیین وزن شش معیار اصلی استفاده شد.

میانگین هندسی نمرات متعاقباً وارد نرم‌افزار Expert Choice می‌شود. این مرحله تعیین وزن‌ها و رتبه‌بندی معیارها و زیرمعیارها را تسهیل می‌کند. علاوه بر این، نرخ ناسازگاری مدل ارزیابی می‌شود که نباید از ۱۰٪ تجاوز کند. در صورتی که نرخ ناسازگاری از این آستانه فراتر رود، قضاوت‌ها به عنوان بالقوه متناقض تشخیص داده می‌شوند و نیاز به بازنگری دارند. ^۵۳٫ پس از تأیید سازگاری مدل، اهمیت زیرمعیارها با استفاده از خروجی‌های مدل TOPSIS برای هر معیار محاسبه می‌شود. برای این منظور، معیارهای وزن‌دار وارد نرم‌افزار BT TOPSIS Solver می‌شوند، جایی که ماتریس تصمیم‌گیری فرموله شده و گزینه‌ها متعاقباً اولویت‌بندی می‌شوند.

تعیین الگوی کشت بهینه با استفاده از رویکرد GIS

پس از تعیین وزن معیارها و زیرمعیارهای مربوطه، ابتدا طبقه‌بندی هر زیرمعیار بر اساس نتایج به‌دست‌آمده از مطالعات میدانی و نظرات کارشناسی انجام شد. متعاقباً، لایه‌های چندکلاسه برای هر زیرمعیار با استفاده از داده‌های میدانی (بخش  ۲٫۲٫۱ ) و تکنیک‌های GIS تهیه شدند. پس از این، بر اساس ضرایب وزنی اختصاص داده شده به لایه‌های زیرمعیارها (بخش  ۲٫۲٫۲٫۳ )، این لایه‌ها از طریق عملیات همپوشانی مکانی روی هم قرار گرفتند تا لایه ترکیبی نهایی برای هر معیار ایجاد شود.

پس از طبقه‌بندی، تهیه و روی هم گذاری لایه‌ها، نقشه‌های پهنه‌بندی الگوهای کشت، شامل هفت الگوی پیشنهادی، با استفاده از GIS تهیه شد. متعاقباً، شاخص‌های بهره‌وری فیزیکی و اقتصادی آب این هفت الگوی کشت محاسبه و با مقادیر بهره‌وری مربوط به الگوی کشت فعلی مقایسه شدند تا الگویی که بالاترین بهره‌وری را دارد شناسایی و در نتیجه الگوی کشت برتر تعیین شود.

در دسترس بودن کد

تحلیل‌ها و روال‌های مدل‌سازی در این مطالعه با استفاده از بسته‌های نرم‌افزاری استاندارد تصمیم‌گیری، از جمله BT DEMATEL Solver، BT TOPSIS Solver، Expert Choice و ArcGIS 10.6 انجام شد. هیچ کد سفارشی یا جدیدی برای این تحقیق تولید نشد. نرم‌افزار مورد استفاده به صورت تجاری در دسترس است و از طریق ارائه‌دهندگان مربوطه قابل دسترسی است. بنابراین، هیچ کد یا الگوریتم اضافی برای توزیع در دسترس نیست.

مطالعه موردی

برای ارزیابی نتایج روش پیشنهادی، به منطقه‌ای خشک و نیمه‌خشک با منابع آب محدود و فاقد الگوی کشت جامع و پربار نیاز بود. شهرستان اراک، واقع در مرکز ایران و با مساحت تقریبی ۴۱۲۳ کیلومتر مربع، به دلیل نیاز به افزایش بهره‌وری کشاورزی به عنوان مطالعه موردی انتخاب شد. این ضرورت ناشی از توسعه مداوم کشاورزی، شهری و صنعتی، همراه با کاهش بارندگی است.

ارتفاع در شهرستان اراک تقریباً از ۱۶۶۰ تا ۳۱۱۸ متر متغیر است و میانگین ارتفاع آن ۱۴۵۸ متر است (شکل ۴ ). میانگین بارندگی سالانه ۳۰۳٫۱۴ ± ۵۱٫۵۳ میلی‌متر و میانگین دمای سالانه ۱۴٫۲۶ ± ۱٫۱۴ درجه سانتی‌گراد ثبت شده است (irimo.ir). طبق طبقه‌بندی اقلیمی دومارتن، اراک در گروه نیمه‌خشک قرار می‌گیرد، در حالی که در طبقه‌بندی آمبرژه، در منطقه سرد و خشک طبقه‌بندی می‌شود. سالانه تقریباً ۳۵۸٫۱۹ میلیون متر مکعب (MCM) آب از چاه‌های کشاورزی مجاز در شهرستان اراک استخراج می‌شود. با این حال، حجم آب موجود برای مصارف کشاورزی، همانطور که از طریق این چاه‌ها برنامه‌ریزی شده است، به ۲۸۳٫۵ میلیون متر مکعب محدود می‌شود. این اختلاف منجر به کسری سالانه ذخایر آبخوان آبرفتی شهرستان اراک شده است ^۵۴٫ در نتیجه، اصلاح الگوهای کشت فعلی برای افزایش بهره‌وری و ترویج کشاورزی پایدار در منطقه ضروری است. کمبود منابع آب در حال حاضر مهمترین نگرانی کشاورزان شهرستان اراک است و اتخاذ استراتژی‌های کشت اصلاح‌شده و مدیریت کارآمد منابع آب را برای مقابله با این چالش ضروری می‌سازد.

طبق شکل  ۲ ، نقشه شهرستان اراک (شکل S1 ) در ابتدا تهیه شد. در ایران، چاه‌های آب به دو دسته چاه‌های مجاز که دارای مجوز بهره‌برداری از شرکت مدیریت منابع آب ایران هستند و چاه‌های غیرمجاز طبقه‌بندی می‌شوند. با توجه به اطلاعات ناکافی در مورد چاه‌های غیرمجاز، این مطالعه به چاه‌های مجاز در محدوده شهرستان اراک محدود شد. بر این اساس، یک لایه نقطه‌ای شامل ۸۵۴ چاه مجاز فعال به دست آمد (شکل S2). علاوه بر داده‌های کمی، پارامترهای کیفیت آب برای هر چاه شامل EC و SAR از بانک اطلاعات شرکت آب منطقه‌ای استان مرکزی به دست آمد. متعاقباً، این داده‌ها با استفاده از روش درون‌یابی وزنی معکوس فاصله (IDW) به صورت مکانی در کل سطح شهرستان اراک تعمیم داده شدند.

داده‌های مربوط به معیار خاک شامل بافت خاک، هدایت الکتریکی و نفوذپذیری، به صورت لایه‌های رقومی موجود از بانک اطلاعات اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان مرکزی (Markazi.frw.ir) دریافت شد. داده‌های فنی، اجتماعی و کشاورزی از طریق پرسشنامه‌های میدانی جمع‌آوری گردید.

با توجه به در دسترس نبودن نقشه الگوی کشت فعلی در منطقه مورد مطالعه، یک سری عملیات میدانی انجام شد. در ابتدا، آمار سطح زیر کشت و داده‌های تولید محصولات کشاورزی و باغی شهرستان اراک طی سال‌های ۲۰۲۰-۲۰۲۱ از سازمان جهاد کشاورزی استان مرکزی (jkm.maj.ir) دریافت شد. متعاقباً، مطالعات میدانی انجام شده در سال‌های ۲۰۲۰-۲۰۲۱ شامل بازدید از مزارع و ارائه پرسشنامه به کشاورزان برای جمع‌آوری اطلاعات حیاتی در مورد الگوهای کشت، میزان جریان آب لحظه‌ای و مجاز، سطح دانش و اطلاعات کشاورزان، چالش‌های پیش رو، دفعات آبیاری و سایر عوامل بود. برای ارزیابی آمار جمع‌آوری‌شده، مزارع واقع در روستاهای مختلف شهرستان اراک موقعیت جغرافیایی پیدا کرده و محصولات آنها با استفاده از فناوری GPS علامت‌گذاری شدند. علاوه بر این، مناطق کشت واقعی برای هر محصول با استفاده از نرم‌افزار Google Earth تعیین و با مقادیر گزارش‌شده توسط کشاورزان مقایسه شد. پس از تأیید متقابل داده‌های آماری با این یافته‌ها، نقشه‌های جامعی از مناطق کشت محصولات کشاورزی آبی و باغی تهیه شد که منجر به ایجاد نقشه الگوی کشت فعلی شهرستان اراک گردید.

پرسشنامه‌های Delphi، CVR، DEMATEL، AHP-TOPSIS و AHP بین ۳۰ متخصص با طیف وسیعی از سن، موقعیت شغلی، تحصیلات و سابقه کار توزیع شد (شکل S3). این متخصصان از سازمان جهاد کشاورزی استان مرکزی، شرکت آب منطقه‌ای استان مرکزی، محققان دانشگاهی، کشاورزان و پیمانکاران بودند.

تعیین الگوی کشت فعلی

سطح زیر کشت و میزان تولید محصولات عمده در شهرستان اراک تعیین شد که شامل گندم، جو، یونجه، ذرت علوفه‌ای، لوبیا، سیب‌زمینی و محصولات باغی بود (جدول  ۱ ). محصولات جو (با ۱۲۰۰۰ هکتار) و گندم (با ۸۰۰۰ هکتار) به ترتیب بیشترین سطح زیر کشت را تشکیل می‌دهند (جدول  ۱ ). سپس نقشه‌ای از الگوی کشت فعلی منطقه تهیه شد (شکل  ۵ ).

زمین‌های کشاورزی و باغی عمدتاً در شمال و شرق شهر اراک (جنوب و غرب تالاب میقان) واقع شده‌اند (شکل  ۵ ). این مناطق که شامل بستر آبرفتی و دشت اراک می‌شوند، میزبان اکثر چاه‌های آب کشاورزی هستند. در مقابل، بخش‌های جنوبی و غربی شهر اراک عمدتاً از زمین‌های کوهستانی و تپه‌ای تشکیل شده‌اند که فاقد پتانسیل کشاورزی هستند. علاوه بر این، مناطق کشت شده برای هر محصول در سراسر شهرستان اراک پراکنده شده‌اند. این توزیع گسترده، که تا حد زیادی تحت تأثیر دانش و تجربیات بهره‌برداران و کشاورزان محلی است، بر لزوم اجرای یک طرح جامع منطقه‌ای تأکید می‌کند.

مدل‌سازی با استفاده از روش‌های MCDM

بررسی روایی و پایایی معیارها و زیرمعیارها

برای سنجش روایی محتوا از نظرات ۳۰ نفر از کارشناسان استفاده شد. پس از ارزیابی روایی محتوایی زیرمعیارها بر اساس شاخص CVR و بررسی نتایج، تعداد ۲۱ زیرمعیار طبق جدول ۲ تأیید شد . میانگین CVR با مقدار ۰٫۶۶ بالاتر از ۰٫۳۳ (بر اساس استاندارد ۳۰ کارشناس در جدول S1) بود و روایی پرسشنامه را تأیید کرد. این نتیجه به وضوح نشان می‌دهد که کارشناسان دخیل در پرسشنامه موافقند که معیارها و زیرمعیارها به موضوع الگوی بهینه کشت مرتبط هستند و می‌توانند برای فرآیند مدل‌سازی مورد استفاده قرار گیرند.

روش دیمتل

نتایج به دست آمده از روش DEMATEL در جدول  ۳ ارائه شده است .

بر اساس نظرات کارشناسان در چارچوب معیار فنی، زیرمعیارهای استفاده از سیستم آبیاری مدرن و تسطیح مناسب مزرعه به عنوان عوامل تأثیرگذار (RJ > 0) شناسایی شده‌اند، در حالی که زیرمعیارهای یکپارچگی زمین، آبیاری مزرعه بر اساس دفعات آبیاری و زهکشی سطحی به عنوان عوامل تأثیرگذار (RJ < 0) شناسایی شده‌اند (جدول ۳ ). زیرمعیار استفاده از سیستم آبیاری مدرن با مقدار ۷٫۳۲۱۵ بیشترین تأثیر را بر سایر زیرمعیارها (حداکثر R + J) داشته است. این یافته‌ها نشان می‌دهد که اجرای سیستم‌های آبیاری مدرن و تسطیح مناسب مزرعه نقش محوری در افزایش بهره‌وری آب ایفا می‌کنند. نتایج با نتایج Playán و Mateos ^۵۵ که بر اهمیت تجهیزات و نوسازی زمین در افزایش بهره‌وری آب تأکید داشتند، همسو است. علاوه بر این، اثربخشی سیستم‌های آبیاری مدرن و تسطیح مزرعه می‌تواند اقداماتی مانند یکپارچه‌سازی زمین، تنظیم دفعات آبیاری و بهبود زهکشی سطحی را به دنبال داشته باشد. Moursy و همکاران. ^۱۹ همچنین تأثیر نوع روش آبیاری بر مصرف آب، بهره‌وری و سودآوری محصولات مختلف را برجسته کرد.

در معیار منابع آب، زیرمعیارهای نوع منبع آب، تخلیه لحظه‌ای منبع آب و EC آب به عنوان عوامل تأثیرگذار شناسایی شدند، در حالی که زیرمعیارهای SAR و بهره‌برداری مشترک از منابع آب به عنوان عوامل تأثیرگذار شناسایی شدند (جدول ۳ ). در این میان، زیرمعیار نوع منبع آب با مقدار ۴٫۹۹۲، بیشترین تأثیر را بر سایر زیرمعیارها داشت. در نتیجه، هم دبی و هم کیفیت منبع آب به عنوان عواملی شناخته می‌شوند که بیشترین تأثیر را بر افزایش بهره‌وری دارند. این یافته‌ها با مطالعات قبلی ^۵۶ که بر تأثیر تخلیه و سیستم‌های آبیاری بر بهره‌وری تأکید دارند، مطابقت دارد. نکته قابل توجه این است که EC آب به عنوان یک عامل تأثیرگذار بر SAR شناخته شده است که به نوبه خود می‌تواند بر بهره‌وری تأثیر بگذارد.

در معیارهای خاک، زیرمعیارهای بافت خاک و خاک (EC) به عنوان عوامل تأثیرگذار شناسایی شده‌اند، در حالی که نفوذپذیری خاک به عنوان یک عامل تأثیرپذیر در نظر گرفته شده است. در میان این زیرمعیارها، بافت خاک با مقدار ۶٫۹۲۸۶ بیشترین تأثیر را بر سایر زیرمعیارها نشان داد (جدول ۳ ). بنابراین، بافت خاک نقش محوری در افزایش بهره‌وری آب ایفا می‌کند. یافته‌ها با یافته‌های Jalota و همکاران ^۵۷ که بر اهمیت بافت خاک در بهبود بهره‌وری آب تأکید کردند، مطابقت دارد. علاوه بر این، مطابق با تحقیقات قبلی ^۵۸ ، بافت خاک بر نفوذپذیری خاک تأثیر می‌گذارد، به طوری که افزایش نفوذپذیری، تجمع املاح را کاهش داده و رسانایی الکتریکی خاک را کاهش می‌دهد.

در معیار اجتماعی، زیرمعیار وضعیت مالکیت زمین به عنوان یک عامل تأثیرگذار شناسایی شد، در حالی که زیرمعیارهای دسترسی به انرژی، برق، امکانات جاده‌ای و مشارکت کشاورز در کلاس‌های آموزشی و ترویجی مدیریت آب به عنوان عوامل تأثیرگذار شناخته شدند (جدول ۳ ). وضعیت مالکیت زمین با مقدار ۶٫۱۲۸۵، بیشترین تأثیر را بر سایر زیرمعیارها داشت. بر اساس این یافته‌ها، مالکیت زمین به عنوان یک عامل تعیین‌کننده مهم در الگوهای کشت و بهره‌وری آب شناخته می‌شود. این نتایج با تحقیقات قبلی ^۵۹ که بر تأثیر قابل توجه مالکیت زمین و حقوق مالکیت بر بهره‌وری آب تأکید دارند، همسو است. نشان داده شده است که مالکیت منابع آب و خاک، در مقایسه با وضعیت مستاجر، انگیزه کاربران را برای سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های ضروری مانند انرژی و جاده‌ها افزایش می‌دهد و در نتیجه توسعه روستایی را تقویت می‌کند ^۶۰ .

در معیار اقتصادی، زیرمعیار هزینه‌ها به عنوان یک عامل تأثیرگذار و زیرمعیار درآمد به عنوان یک عامل تأثیرپذیر شناخته شد (جدول ۳ ). در نتیجه، میزان هزینه‌ها نقش مهمی در افزایش بهره‌وری ایفا می‌کند. سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌ها، سیستم‌های آبیاری، تجهیزات و تسطیح مزارع، بهره‌وری و در نهایت درآمد کشاورزان را افزایش می‌دهد. این رابطه توسط ساخارووا و همکاران ^۴۲ تأیید شده است که بر تأثیر مثبت چنین هزینه‌هایی بر بهره‌وری کشاورزی تأکید دارند.

در معیار کشاورزی، زیرمعیارهای نیاز آبی گیاه و کوددهی شیمیایی به عنوان عوامل تأثیرگذار و کاهش عملکرد به عنوان عامل تأثیرپذیر شناسایی شدند (جدول ۳ ). در میان این زیرمعیارها، زیرمعیار نیاز آبی گیاه با مقدار ۷٫۳۳۶۵ بیشترین تأثیر را بر سایر زیرمعیارها داشت. بنابراین، تأمین کافی نیاز آبی گیاه و وضعیت کوددهی نقش محوری در افزایش بهره‌وری دارند. این یافته توسط مک‌آرتور و مک‌کورد ^۵۰ تأیید شده است که بر تأثیر قابل توجه کوددهی مناسب بر بهره‌وری اقتصادی تأکید کرده‌اند.

روش AHP-TOPSIS

جدول  ۴ وزن‌های به‌دست‌آمده از روش AHP-TOPSIS را برای زیرمعیارها نشان می‌دهد.

ارزیابی زیرمعیارهای فنی نشان می‌دهد که بر اساس ارزیابی‌های کارشناسی، زیرمعیار یکپارچگی زمین در کشت گندم با وزن ۰٫۲۶۳ بیشترین اهمیت را دارد. برای کشت باغات، لوبیا و جو، زیرمعیار دفعات آبیاری مزرعه با وزن‌های مربوطه ۰٫۳۶۱، ۰٫۲۹۳ و ۰٫۲۴۸ بیشترین اهمیت را دارد. در کشت ذرت علوفه‌ای و یونجه، تسطیح مناسب مزرعه با وزن‌های ۰٫۳۴۵ و ۰٫۳۱۶ به ترتیب در اولویت قرار دارد. در همین حال، در کشت سیب‌زمینی، بالاترین وزن ۰٫۲۶۴ به استفاده از سیستم‌های آبیاری مدرن اختصاص داده شده است (جدول  ۴ ).

عدم یکپارچه‌سازی زمین به عنوان منبع مسائل متعددی از جمله درگیری‌های اجتماعی و عدم توانایی در استقرار مؤثر ماشین‌آلات پیشرفته شناسایی شده است. برعکس، نشان داده شده است که یکپارچه‌سازی زمین باعث افزایش تولید در واحد سطح و در عین حال کاهش هزینه‌های مرتبط می‌شود. بنابراین، یکپارچه‌سازی زمین در کشت محصولات استراتژیک مانند گندم با استفاده بهینه از زمین مرتبط بوده و امکان افزایش کشت گندم و حداکثر عملکرد محصول را فراهم می‌کند.

در کشت جو، تعداد و زمان آبیاری برای رشد موفقیت‌آمیز بذر بسیار مهم است. لوبیا از جمله محصولاتی است که به آبیاری بسیار حساس است و نیاز به نفوذ کافی آب به ریشه‌های گیاه دارد. در نتیجه، آبیاری باید در فواصل مناسب انجام شود تا از رشد سالم پشتیبانی شود. در باغ‌ها، رعایت برنامه‌های آبیاری باعث افزایش حفظ رطوبت خاک، کاهش تنش خشکی بر درختان و در نتیجه گسترش سیستم ریشه می‌شود. یک سیستم ریشه‌ای گسترش‌یافته، جذب بیشتر مواد مغذی را تسهیل می‌کند که به نوبه خود سرعت رشد و بهره‌وری درخت را افزایش می‌دهد و کیفیت میوه را بالاتر می‌برد. به طور کلی، تنظیم فواصل آبیاری از مصرف بیش از حد آب جلوگیری می‌کند و شسته شدن مواد مغذی خاک را کاهش می‌دهد.

برای ذرت علوفه‌ای، گیاهی با رشد سریع و نیاز بالای به مواد مغذی، تسطیح مناسب زمین قبل از کاشت برای اطمینان از مراحل رشد یکنواخت و جذب بهینه مواد مغذی ضروری است. یونجه، گیاهی چند ساله که با دانه‌های کوچک و ریشه‌های عمیق و کند رشد مشخص می‌شود، به بستر بذری با بافت سست و آماده نیاز دارد. برای حفظ شرایط مناسب برای جوانه‌زنی بذر و استقرار ریشه، باید از شخم زدن بیش از حد عمیق خودداری شود. بنابراین، تسطیح مزرعه قبل از کاشت یونجه برای اطمینان از رشد بهینه ضروری است.

سیب‌زمینی به عنوان یک محصول حساس به خشکی شناخته می‌شود. عملکرد آن به دلیل کمبود رطوبت کافی خاک به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. نوسانات شدید در سطح رطوبت خاک می‌تواند منجر به بدشکلی و رشد ناهموار غده‌ها شود. رطوبت بیش از حد خاک یا آبیاری بیش از حد می‌تواند باعث شسته شدن عناصر مغذی و سموم شیمیایی به عمق خاک شود و در نتیجه باعث توسعه بیماری و کاهش میزان ماده خشک غده‌ها شود. بنابراین، توصیه می‌شود از سیستم‌های آبیاری مدرن برای دستیابی به آبیاری مناسب، به موقع و کنترل شده استفاده شود و در نتیجه عملکرد سیب‌زمینی افزایش یابد.

بنابراین، بر اساس تلفیق نظرات کارشناسان در مورد زیرمعیارهای فنی، می‌توان نتیجه گرفت که دستیابی به الگوی کشت بهینه بر اساس معیارهای فنی، اولویت را به استفاده از سیستم‌های آبیاری مدرن و فواصل آبیاری، هر دو با وزن ۰٫۲۴، می‌دهد و پس از آن به ترتیب تسطیح مناسب مزرعه، یکپارچگی زمین و زهکشی سطحی قرار دارند (جدول ۴ ). علاوه بر این، بهبود شرایط مرتبط با زیرمعیارهایی که بیشترین وزن را دارند، می‌تواند بهره‌وری را در محصولات ذکر شده افزایش دهد. این یافته‌ها با یافته‌های چاندل و همکاران ^۱۸ که بر نقش حیاتی سیستم‌های آبیاری مدرن در افزایش راندمان و بهره‌وری کشاورزی تأکید کردند، همسو است. شایان ذکر است که بیشترین سطح زیر کشت در الگوی کشت فعلی متعلق به جو و گندم است و به دلیل اهمیت استراتژیک این محصولات، توجه به یکپارچه‌سازی اراضی و برنامه‌ریزی آبیاری برای بهبود بهره‌وری بسیار مهم است.

با بررسی زیرمعیارهای منبع آب مشخص شد که در محصولات گندم و جو، زیرمعیار تخلیه لحظه‌ای منبع آب به ترتیب با مقادیر ۰٫۳۳۷ و ۰٫۳۳۱، در محصولات باغی، ذرت علوفه‌ای و یونجه، زیرمعیار SAR به ترتیب با مقادیر ۰٫۳۱۱، ۰٫۳۰۸ و ۰٫۲۷۱ و در محصولات سیب‌زمینی و لوبیا، زیرمعیار هدایت الکتریکی به ترتیب با مقادیر ۰٫۳۵۷ و ۰٫۳۱ بیشترین وزن را به خود اختصاص داده‌اند (جدول  ۴ ).

در مراحل مختلف رشد گندم و جو، نیاز آبی گیاه باید به موقع تأمین شود. به همین دلیل، میزان جریان منبع آب اهمیت دارد تا با آبیاری به موقع، بتوان محصول بیشتری برداشت کرد. همچنین، کمبود آب در هر مرحله از رشد جو، تأثیر منفی بر عملکرد آن خواهد داشت و در مراحل گلدهی و دانه‌بندی، کمبود آب باعث کاهش وزن دانه می‌شود. باغات، ذرت علوفه‌ای و یونجه به میزان SAR حساس هستند و آبیاری آنها با آبی که نسبت جذب سدیم بالایی دارد، باعث سوختگی آنها و کاهش توانایی خاک در رساندن مواد مغذی به گیاهان و در نتیجه کاهش عملکرد محصول می‌شود. از سوی دیگر، سیب‌زمینی و لوبیا گیاهان حساسی به هدایت الکتریکی آب هستند و لوبیا شوری زیاد را تحمل نمی‌کند.

بنابراین، با جمع‌بندی زیرمعیارهای منبع آب، می‌توان نتیجه گرفت که برای دستیابی به الگوی کشت بهینه بر اساس معیار منبع آب، زیرمعیار SAR با مقدار ۰٫۲۷ بیشترین اهمیت را دارد و پس از آن به ترتیب دبی لحظه‌ای منبع آب، هدایت الکتریکی آب، بهره‌برداری مشترک از منبع آب و نوع منبع آب قرار دارند (جدول  ۴ ).

بررسی زیرمعیارهای خاک نشان می‌دهد که در محصولات گندم و جو، زیرمعیار نفوذپذیری خاک به ترتیب با مقادیر ۰٫۴۶۵ و ۰٫۴۳۸، در محصولات ذرت علوفه‌ای، یونجه و لوبیا، زیرمعیار بافت خاک به ترتیب با مقادیر ۰٫۴۵۲، ۰٫۴۲۴ و ۰٫۴۲۴ و در محصولات سیب‌زمینی و باغی، زیرمعیار هدایت الکتریکی خاک به ترتیب با مقادیر ۰٫۳۵۷ و ۰٫۲۹۲ بیشترین وزن را داشته است (جدول  ۴ ).

در خاک‌های ریزبافت با نفوذپذیری کم، جوانه‌زنی گندم دیرتر انجام می‌شود. در کشت جو، خاک باید نفوذپذیری خوبی داشته باشد تا آب بتواند به عمق کافی نفوذ کند و ریشه‌ها بتوانند به خوبی رشد کنند. کشت یونجه به خاک‌های عمیق، درشت تا متوسط ​​و حاصلخیز نیاز دارد. در خاک‌های ریزبافت، فشردگی سطح خاک می‌تواند مشکلاتی ایجاد کند. این پدیده، به ویژه در هنگام جوانه‌زنی، باعث خشک شدن سریع خاک یا قطع ریشه‌های نازک در مراحل اولیه رشد می‌شود. یونجه ریشه‌های عمیقی دارد و در شرایط مساعد، نفوذ ریشه تا عمق شش متر مشاهده شده است. بنابراین، خاک‌های عمیق و نفوذپذیر برای کشت این گیاه مناسب‌تر هستند. ذرت علوفه‌ای باید در خاک‌های حاصلخیز و با تهویه مناسب کشت شود و بافت خاک نباید خیلی ریز یا درشت باشد. لوبیا در خاک‌های درشت بافت و غنی از مواد آلی بهترین محصول را می‌دهد. خاک‌های درشت بافت با نفوذپذیری خوب برای کشت لوبیا مناسب هستند. خاک‌هایی با بافت ریز و فاقد زهکشی برای کشت لوبیا مناسب نیستند. در نهایت، سیب‌زمینی و باغ‌ها به رسانایی الکتریکی خاک حساس هستند.

بنابراین، با جمع‌بندی زیرمعیارهای خاک، می‌توان نتیجه گرفت که برای دستیابی به الگوی کشت بهینه بر اساس معیار خاک، زیرمعیار بافت خاک با مقدار ۰٫۳۸ مهم‌ترین زیرمعیار است و پس از آن به ترتیب نفوذپذیری خاک و هدایت الکتریکی خاک قرار دارند (جدول ۴ ). کیفیت خاک در محصولات حوضه‌ای مانند باغات و سیب‌زمینی، که شرایط ماندابی در سطح زمین بیشتر است، اهمیت بیشتری دارد. اما در محصولات مقاوم مانند گندم و جو، نفوذپذیری خاک اهمیت بیشتری دارد. نتایج به‌دست‌آمده با نتایج Ayehu و Besufekad ^۲۲ مطابقت دارد که اهمیت بافت خاک را بیش از سایر عوامل خاک گزارش کرده‌اند.

بررسی زیرمعیارهای اجتماعی نشان می‌دهد که در محصولات لوبیا، ذرت علوفه‌ای، جو، گندم و باغی، زیرمعیار استفاده کشاورز از کلاس‌های آموزشی در مورد آب به ترتیب با مقادیر ۰٫۵۲۷، ۰٫۴۸، ۰٫۴، ۰٫۳۹۴ و ۰٫۳۷۶ بیشترین وزن را داشته است؛ در کشت یونجه، زیرمعیار وضعیت مالکیت زمین با مقدار ۰٫۴۶۸ بیشترین وزن را داشته است؛ و در کشت سیب‌زمینی، زیرمعیار دسترسی به انرژی، برق و امکانات جاده‌ای با مقدار ۰٫۴۶۲ بیشترین وزن را داشته است (جدول  ۴ ).

لوبیا، ذرت علوفه‌ای، جو، گندم و باغ از جمله گیاهانی هستند که سطح زیر کشت بالایی دارند و افزایش دانش کشاورزان در این زمینه منجر به استفاده بهینه از آب، استفاده از روش‌های جدید و جلوگیری از هدر رفتن آب و در نهایت افزایش بهره‌وری خواهد شد. از سوی دیگر، از آنجایی که یونجه گیاهی چند ساله است، وضعیت مالکیت زمین اهمیت دارد. سیب‌زمینی محصولی با عملکرد بالا و وزن سنگین است و جابجایی آن دشوار است و نگهداری آن برای مدت طولانی در شرایط نامناسب باعث سبز شدن و خراب شدن آن می‌شود. به همین دلیل، دسترسی به انرژی، برق و امکانات جاده‌ای، شرایط نگهداری آن را مناسب می‌کند و انتقال آن به بازارها و مناطق دیگر به راحتی انجام می‌شود و از سبز شدن و آسیب دیدن سیب‌زمینی جلوگیری می‌شود.

در مجموع، با جمع‌بندی زیرمعیارهای اجتماعی، برای دستیابی به الگوی کشت بهینه بر اساس معیار اجتماعی، زیرمعیار استفاده کشاورز از کلاس‌های آموزشی در مورد آب با مقدار ۰٫۳۹ بیشترین اهمیت را دارد و پس از آن به ترتیب دسترسی به برق و امکانات جاده‌ای و وضعیت مالکیت زمین قرار دارند (جدول  ۴ ). بر این اساس، با افزایش سطح دانش و اطلاعات کشاورزان، می‌توان به بهره‌وری بیشتری دست یافت.

در بررسی زیرمعیارهای اقتصادی مشخص شد که در تمام محصولات، زیرمعیار درآمد بیشترین وزن را داشته است (جدول  ۴ ). زیرا با ایجاد شرایط مناسب، درآمد کشاورزان افزایش می‌یابد و آنها به کاشت محصولاتی که در الگوی کشت قرار دارند، علاقه بیشتری پیدا می‌کنند و در نتیجه، بهره‌وری اقتصادی افزایش می‌یابد.

بررسی زیرمعیارهای کشاورزی نشان می‌دهد که در محصولات جو و گندم، زیرمعیار کاهش عملکرد با مقادیر به ترتیب ۰٫۴۳۶ و ۰٫۳۷۶، در محصولات یونجه و ذرت علوفه‌ای، زیرمعیار نیاز آبی محصول با مقادیر به ترتیب ۰٫۴۱۱ و ۰٫۳۴۵ و در محصولات سیب‌زمینی، باغی و لوبیا، زیرمعیارهای شیمیایی با مقادیر به ترتیب ۰٫۵، ۰٫۴۸۷ و ۰٫۴۲۹ بیشترین وزن را داشتند (جدول  ۴ ).

کاهش عملکرد محصولات استراتژیک گندم و جو، امنیت غذایی را به خطر می‌اندازد. گندم سالانه ۱۶ درصد از زمین‌های زراعی جهان را به خود اختصاص می‌دهد و برای تولید نان استفاده می‌شود. جو علاوه بر مصرف انسانی، در خوراک دام، صنعت و داروسازی نیز کاربرد دارد و دومین محصول علوفه‌ای مهم در سراسر جهان است.

یونجه مقاومت بسیار خوبی در برابر خشکی دارد. با این حال، برای تولید یک واحد ماده خشک به ۷۰۰ تا ۹۰۰ واحد آب نیاز دارد. یونجه نمی‌تواند غرقابی را برای مدت طولانی تحمل کند. در این شرایط، رشد ریشه کند می‌شود و پس از ۲ تا ۳ سال از بین می‌رود. آب زیاد باعث خروج اکسیژن از خاک می‌شود و در نتیجه، توسعه و فعالیت باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن را کاهش می‌دهد و رشد گیاه را کم می‌کند. به همین دلیل، رعایت نیاز آبی یونجه و عدم آبیاری بیش از حد، باعث رشد خوب و عملکرد بالای این گیاه می‌شود. ذرت علوفه‌ای برای تشکیل اندام‌های رویشی، سیستم ریشه و سطح برگ به مقدار کافی آب نیاز دارد. اگرچه ذرت علوفه‌ای بیشتر رطوبت را از لایه‌های بالایی جذب می‌کند، اما رطوبت در لایه‌های عمیق بسیار مهم است. زیرا از تنش رطوبتی بین آبیاری‌ها جلوگیری می‌کند. به همین دلیل، تأمین به موقع آب برای ذرت علوفه‌ای از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

سیب‌زمینی نیاز زیادی به مواد مغذی خاک دارد. میزان عناصر خاک بر سرعت رشد رویشی، زمان غده‌بندی، زمان رسیدن، اندازه و وزن مخصوص غده، توسعه بافت چوب‌پنبه‌ای و آسیب‌پذیری غده‌های سیب‌زمینی در برابر ضربات مکانیکی تأثیر می‌گذارد. به همین دلیل، تأمین مواد مغذی مورد نیاز سیب‌زمینی که به مقدار کمتری در خاک موجود است، از طریق کود شیمیایی، باعث رشد مناسب آن می‌شود. لوبیا و محصولات باغی نیز به مواد مغذی نیاز دارند و کمبود آنها باعث اختلال در رشد آنها می‌شود. بنابراین، تأمین این مواد مغذی از طریق کود شیمیایی می‌تواند تأثیر مثبتی بر رشد گیاهان و میوه‌ها داشته باشد.

در مجموع، طبق نتایج زیرمعیارهای زراعی، برای دستیابی به الگوی کشت بهینه بر اساس معیارهای زراعی، زیرمعیار شیمیایی با مقدار ۰٫۳۸ مهمترین و پس از آن به ترتیب کاهش عملکرد و نیاز آبی گیاه قرار دارند (جدول  ۴ ).

در جدول  ۵ ، وزن‌های به‌دست‌آمده از روش AHP-TOPSIS برای معیارها ارائه شده است. بررسی معیارهای اصلی نشان می‌دهد که در محصولات جو، ذرت علوفه‌ای، گندم و یونجه، معیار منابع آب به ترتیب با مقادیر ۰٫۳۲۸، ۰٫۲۶، ۰٫۲۲۱ و ۰٫۲۰۵ بیشترین وزن را داشته است؛ در محصولات لوبیا و سیب‌زمینی، معیار خاک به ترتیب با مقادیر ۰٫۲۵۸ و ۰٫۲۲ بیشترین وزن را داشته است؛ و در محصولات باغی، معیار کشاورزی با مقدار ۰٫۲۵۷ بیشترین وزن را داشته است (جدول  ۵ ).

در کشت جو، ذرت علوفه‌ای، گندم و یونجه، آبیاری به موقع و کافی به طور قابل توجهی عملکرد برداشت شده را افزایش می‌دهد. اختلاف عملکرد بین شرایط دیم و آبی برای گندم و جو در ایران تقریباً یک تن در هکتار در مقابل حدود پنج تن در هکتار، به ترتیب، نقش حیاتی دسترسی به آب را برجسته می‌کند. مشاهده شده است که کمبود آب در هر مرحله از رشد، بر رشد گیاه و قدرت کلی آن تأثیر منفی می‌گذارد. همانطور که قبلاً به تفصیل شرح داده شد، بافت خاک درشت در مقایسه با خاک‌های ریز بافت برای کشت لوبیا مناسب‌تر شناخته شده است. سیب‌زمینی به بافت خاک و همچنین وجود شن، قطعات سنگ و کلوخ خاک حساسیت نشان می‌دهد. خاک باید عمیق و غنی از مواد آلی باشد تا از رشد سیب‌زمینی پشتیبانی کند. اگرچه سیب‌زمینی به محدوده pH خاک ۶ تا ۷٫۵ تحمل نشان می‌دهد، اما به شوری خاک حساس است. علاوه بر این، محصولات باغی عموماً حساسیت بالایی به نیازهای غذایی نشان می‌دهند که در ترکیب با شیوه‌های مناسب کوددهی – از جمله کوددهی شیمیایی – و سایر عوامل زراعی، منجر به افزایش عملکرد محصول می‌شود. پایایی این یافته‌ها با نرخ ناسازگاری زیر ۰٫۱ در تمام مقایسه‌های زوجی پشتیبانی می‌شود که استحکام و دقت نتایج را تأیید می‌کند.

در جدول  ۶ ، اولویت‌بندی گزینه‌ها با استفاده از روش TOPSIS برای هر معیار ارائه شده است. بر این اساس، در معیارهای فنی، کشاورزی و خاک، محصول لوبیا به ترتیب با مقادیر ۰٫۹۳۲۹، ۰٫۶۶۵۸ و ۰٫۶۰۲، در معیارهای منابع آب، محصول جو با مقادیر ۰٫۶۸۷۹ و در معیارهای اجتماعی و اقتصادی، محصول یونجه به ترتیب با مقادیر ۰٫۸۷۰۱ و ۰٫۸۳۵۲ به عنوان اولویت برتر شناخته شدند. با کشت این محصولات بر اساس معیارهای ذکر شده، می‌توان بهره‌وری را افزایش داد (جدول  ۶ ).

لوبیا به شوری خاک حساس است و برای خاک‌های درشت بافت و غنی از مواد آلی مناسب است. بهترین تناوب برای لوبیا، گندم و جو است. تاریخ کاشت لوبیا بسیار مهم است و باید به گونه‌ای انتخاب شود که مرحله حساس رشد آن، به ویژه گلدهی، با گرما و خشکی تابستان مواجه نشود. همچنین رسیدن محصول نباید تحت تأثیر گرمای پاییز قرار گیرد. در نهایت، برای دستیابی به حداکثر بهره‌وری لوبیا، باید شرایط زمین، خاک و اصول کشاورزی به خوبی فراهم شود. محصول استراتژیک جو نسبت به سایر غلات در برابر شوری مقاوم‌تر است و EC بیش از ۱۸ باعث کاهش عملکرد آن می‌شود. همچنین در مقایسه با سایر غلات، به آب کمتری نیاز دارد و با رعایت دور آبیاری و آبیاری به موقع، محصول بیشتری تولید می‌شود. جو در طول رشد خود به ۴۰۰۰ تا ۷۰۰۰ متر مکعب آب نیاز دارد و برای تولید یک واحد ماده خشک به حدود ۵۰۰ واحد آب نیاز دارد. یونجه محصولی بسیار اقتصادی است و کشاورزان به دلیل دانش خود، علاقه زیادی به کاشت این محصول دارند. همچنین اکثر کشاورزان ایران دام دارند و علاقه مندند که علوفه مورد نیاز خود را تأمین کنند.

تعیین الگوی کشت بهینه با استفاده از رویکرد GIS

طبقه‌بندی زیرمعیارهای هر معیار به منظور تهیه لایه‌های دیجیتالی چند طبقه انجام شد. به عنوان مثال، جدول  ۷ طبقه‌بندی لایه‌های داده برای معیار خاک را ارائه می‌دهد. رسانایی الکتریکی خاک درجه پایین‌تری از مناسب بودن برای محصولات کشاورزی ایجاد می‌کند. بنابراین، مقادیر پایین‌تر آن بسیار ارزشمند است.

پس از طبقه‌بندی (جدول  ۷ ) و تهیه لایه‌های اطلاعاتی برای هر زیرمعیار، با اعمال ضرایب وزنی (جدول  ۴ ) و همپوشانی لایه‌ها، نقشه‌های پهنه‌بندی مناطق مستعد برای هر محصول با استفاده از GIS تهیه شد (شکل  ۶ ).

ترکیب نتایج جدول  ۶ ؛ شکل  ۶ نشان می‌دهد که برای محصولات جو، گندم و ذرت علوفه‌ای، مناطق مستعد در بیشتر شهرستان اراک به دلیل حساسیت بالای معیار منابع آب، توزیع تقریباً یکنواختی دارند. در مورد یونجه، سطح وسیع‌تری از شهرستان اراک مناسب است زیرا پذیرش اجتماعی و دیدگاه اقتصادی این محصول برای همه کشاورزان بالا است. در مورد محصول سیب‌زمینی، عملکرد بالای آن بر اساس معیار کشاورزی منجر به ایجاد مناطق مستعد وسیع‌تری شده است. برای محصول لوبیا، به دلیل حساسیت بیشتر شهرستان اراک از نظر ویژگی‌های بافت خاک، منطقه وسیعی تشکیل شده است. برای محصولات باغی، مالکیت فردی و مدیریت بهتر منابع آب منجر به مناسب بودن بخش بزرگی از شهرستان اراک شده است. از شکل  ۶ مشخص است که به طور مشترک در شمال تالاب میقان (منطقه داوود آباد)، مناطق مستعد الگوهای کشت پیشنهادی با محدودیت‌هایی روبرو هستند که به دلیل کیفیت پایین منابع آب و خاک در این مناطق است.

در نهایت، با ترکیب اطلاعات میدانی و نتایج روش‌های MCDM با استفاده از GIS، با اولویت‌بندی هر یک از محصولات مورد بررسی برای هر منبع آبی که قابلیت کشت محصول مورد نظر را دارد، هفت ترکیب از الگوهای کشت برای منطقه تهیه شد (شکل  ۷ ). به عبارت دیگر، با توجه به وزن‌های به‌دست‌آمده از روش AHP-TOPSIS و تأثیر آنها بر سطح زیر کشت، در هر یک از هفت الگوی کشت، یک محصول به عنوان اولویت اول در نظر گرفته شده و بیشترین سطح زیر کشت به آن اختصاص داده می‌شود و سپس سایر سطوح زیر کشت منطقه به سایر محصولات اختصاص داده می‌شود. بنابراین، ترکیب هفت الگوی کشت با توجه به وزن‌های روش AHP-TOPSIS و سطوح زیر کشت در GIS به دست آمده است. سطح زیر کشت هر محصول در الگوی کشت فعلی و الگوهای کشت اول تا هفتم در جدول (۸) ارائه شده است. بیشترین سطح زیر کشت در الگوی کشت اول به حبوبات، در الگوی کشت دوم به سیب‌زمینی، در الگوی کشت سوم به یونجه، در الگوی کشت چهارم به باغ، در الگوی کشت پنجم به ذرت علوفه‌ای، در الگوی کشت ششم به گندم و در الگوی کشت هفتم به جو اختصاص داشت.

در الگوی کشت اول که سه معیار فنی، زراعی و خاک از اهمیت بالایی در توسعه کشت لوبیا برخوردارند (جدول  ۶ )، زیرمعیار بافت خاک عامل مهمی در پتانسیل بالای کشت این محصول است (جدول‌های  ۴ و ۵ ). طبق شکل  ۷ الف، اکثر مناطق زراعی شهرستان اراک از نظر بافت خاک پتانسیل خوبی برای کشت لوبیا دارند. در این الگوی کشت، با گسترش کشت لوبیا در اراضی مستعد، سطح زیر کشت گندم و ذرت علوفه‌ای به صفر رسیده و سطح زیر کشت جو نیز به شدت کاهش یافته است (جدول  ۸ ).

در الگوی کشت دوم برای توسعه کشت سیب‌زمینی، زیرمعیار هدایت الکتریکی از معیار خاک بسیار مهم بود (جداول  ۴ و ۵ ). جنوب و غرب تالاب میقان با محدودیت مساحت بیشتر نسبت به الگوی کشت اول، پتانسیل خوبی برای کشت سیب‌زمینی دارد (شکل  ۷ ب). در این الگوی کشت، با گسترش کشت سیب‌زمینی در اراضی مستعد، سطح زیر کشت ذرت علوفه‌ای به صفر رسیده و عملکرد گندم و جو بیش از ۹۰ درصد کاهش یافته است (جدول  ۸ ).

در الگوی کشت سوم برای توسعه کشت یونجه، که معیارهای اجتماعی و اقتصادی وزن بیشتری دارند (جدول  ۶ )، زیرمعیار درآمد و سود از اهمیت بالایی برخوردار بود (جدول  ۴ ). شکل  ۷ ج نشان می‌دهد که مناطق زراعی شهرستان اراک در جنوب و غرب تالاب میقان برای کشت یونجه سودآورتر هستند. در الگوی کشت سوم، با توسعه کشت یونجه در اراضی مستعد، سطح زیر کشت محصولات گندم و جو بیش از ۹۰ درصد و سطح زیر کشت ذرت علوفه‌ای ۶۰ درصد کاهش یافته است (جدول  ۸ ).

در الگوی کشت چهارم برای توسعه کشت باغی، زیرمعیار شیمی‌زایی از معیار کشاورزی وزن بیشتری داشت (جداول  ۴ و ۵ ). بنابراین، طبق شکل  ۷d ، مناطقی که در بیشتر سطوح قابلیت توسعه برای باغات را دارند، اما با پراکندگی بیشتر و مساحت کمتر، پتانسیل خوبی در شهرستان اراک دارند. در این الگوی کشت، با توسعه کشت باغی در اراضی مناسب، سطح زیر کشت محصولات استراتژیک گندم و جو ۷۵ تا ۹۰ درصد کاهش یافته و عملکرد یونجه که محصول پرآب‌بری است ۷۰ درصد کاهش یافته است (جدول  ۸ ).

در الگوی کشت پنجم برای توسعه کشت ذرت علوفه‌ای، زیرمعیار SAR از معیار منابع آب وزن بیشتری داشت (جداول  ۴ و ۵ ). شکل  ۷ e نشان می‌دهد که مناطق زراعی شهرستان اراک در بیشتر سطوح پتانسیل خوبی برای توسعه کشت ذرت علوفه‌ای دارند. در الگوی کشت پنجم، با توسعه کشت ذرت علوفه‌ای در اراضی مستعد، کشت غلات ۲۰ تا ۵۰ درصد کاهش یافته و یونجه نیز به شدت کاهش یافته است (جدول  ۸ ).

در الگوهای کشت ششم و هفتم، معیار منابع آب (زیرمعیار دبی) مهم‌ترین معیار است (جداول  ۴ و ۵ ). بنابراین، مناطق زراعی شهرستان اراک، در بیشتر سطوح، پتانسیل خوبی برای توسعه کشت گندم و جو نیز دارند (شکل  ۷ f و g). با توسعه کشت غلات (گندم و جو) در اراضی مستعد، سطح کشت ذرت علوفه‌ای و یونجه به صفر رسیده و سطح زیر کشت لوبیا و سیب‌زمینی کاهش یافته است (جدول  ۸ ).

آنچه از نتایج این بخش مشهود است این است که بافت خاک یک عامل مهم توسعه‌ای برای محصولات کشاورزی در شهرستان اراک است و پتانسیل کشت اکثر محصولات را فراهم کرده است. حتی بر اساس بالاترین مقادیر بهره‌وری فیزیکی اختصاص داده شده به توسعه کشت ذرت علوفه‌ای، بافت خاک از سایر زیرمعیارها اهمیت بیشتری دارد. در الگوی کشت پنجم (با اولویت تخصیص به ذرت علوفه‌ای پرمحصول)، الگوی کشت برتر از نظر بهره‌وری فیزیکی در شهرستان اراک شناسایی شده است (شکل ۸ ). در این الگوی کشت، با کاهش سطح زیر کشت محصولات پرآب‌بر مانند یونجه و لوبیا، بهره‌وری فیزیکی به میزان زیادی افزایش یافته است. میرزایی و همکاران ^۶۱ نیز کاهش سطح زیر کشت یونجه را در الگوی کشت بهینه در منطقه گرم و خشک توصیه کردند. همچنین، مقادیر بهره‌وری اقتصادی الگوی کشت چهارم (با اولویت تخصیص باغات با ارزش اقتصادی بالا) به عنوان الگوی کشت برتر پیشنهاد شد (شکل ۹ ).

با اولویت تخصیص به حبوبات و غلات در الگوی کشت، بهره‌وری فیزیکی نسبت به وضعیت فعلی کاهش یافته است (شکل  ۸ ). بنابراین، گسترش کشت حبوبات و غلات از نظر بهبود بهره‌وری فیزیکی توصیه نمی‌شود. برای بهبود بهره‌وری فیزیکی، بیشترین سطح زیر کشت باید به ترتیب به ذرت علوفه‌ای، باغی، گندم، جو، لوبیا، سیب‌زمینی و یونجه اختصاص یابد. از نظر بهره‌وری اقتصادی، توسعه کشت غلات استراتژیک (گندم و جو) مقرون به صرفه نیست (شکل  ۹ ). برای بهبود بهره‌وری اقتصادی در شهرستان اراک، بیشترین سطح زیر کشت باید به ترتیب به کشت محصولات باغی، ذرت علوفه‌ای، لوبیا، یونجه، گندم، جو و سیب‌زمینی اختصاص یابد.

ترکیبی از روش‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره DEMATEL برای بررسی روابط علت و معلولی، AHP برای وزن‌دهی معیارها و زیرمعیارها و TOPSIS برای اولویت‌بندی گزینه‌ها با بهره‌گیری از تحقیقات به‌روز و معتبر در مدیریت منابع آب و برنامه‌ریزی کشاورزی ^{۱۸ ، ۱۹ ، ۵۵ ، ۵۶ ، ۵۷} و ^۶۱ به کار گرفته شد . اعتبار معیارها با استفاده از شاخص نسبت اعتبار محتوا (CVR) بر اساس نظرات ۳۰ کارشناس باتجربه تأیید شد و ارتباط معیارها با مسئله الگوی کشت بهینه تضمین گردید.

نتایج DEMATEL نشان داد که عوامل فنی مانند استفاده از سیستم‌های آبیاری مدرن و تسطیح مناسب زمین، عوامل منابع آب شامل نوع منبع آب و سرعت جریان آن، و عوامل خاکی مانند بافت خاک، بیشترین تأثیر را در بهبود بهره‌وری آب کشاورزی دارند. این یافته‌ها با مطالعات قبلی سازگار است و استحکام آنها را تأیید می‌کند. به عنوان مثال، اهمیت بافت خاک با Jalota و همکاران. ^۵۷ همسو است و نقش سیستم‌های آبیاری مدرن در افزایش راندمان توسط Playán و Mateos ^۵۵ تأیید شده است . علاوه بر این، پایه علمی برای وزن‌دهی معیارها با استفاده از روش AHP-TOPSIS با نرخ ناسازگاری زیر ۱۰٪ تأیید شد.

این مطالعه هفت الگوی کشت مختلف را پیشنهاد می‌کند که هر کدام یک محصول خاص را در اولویت قرار می‌دهند، زیرا این رویکرد امکان ارزیابی جامع و دقیقی از تأثیر هر محصول بر معیارهای بهره‌وری اقتصادی و فیزیکی آب را فراهم می‌کند. الگوی کشت ۴ (باغات) و الگوی کشت ۵ (ذرت علوفه‌ای) به ترتیب بر اساس دستیابی به بالاترین بهره‌وری اقتصادی و فیزیکی به عنوان الگوی برتر شناسایی شدند. با این حال، هدف اصلی ارائه طیف وسیعی از گزینه‌های جایگزین با اولویت‌های متنوع بود که تصمیم‌گیرندگان را قادر می‌سازد تا مناسب‌ترین الگو را با توجه به اهداف، سیاست‌های منطقه‌ای و محدودیت‌های منابع خاص انتخاب کنند.

با توجه به پیچیدگی تعاملات بین معیارهای مختلف و تغییرات منطقه‌ای، نمی‌توان به صراحت یک الگوی بهینه واحد و یکپارچه که بهره‌وری فیزیکی و اقتصادی را متعادل کند، استخراج کرد. با این وجود، این مطالعه به طور جامع و یکپارچه معیارها و زیرمعیارهای فنی، آب، خاک، اجتماعی، اقتصادی و کشاورزی را در تحلیل مدل گنجانده است. روش‌های ترکیبی شامل DEMATEL، AHP و TOPSIS برای وزن‌دهی دقیق و اولویت‌بندی شاخص‌ها به کار گرفته شدند که نشان‌دهنده رویکردی پیشرفته‌تر و انعطاف‌پذیرتر از ارائه یک الگوی بهینه واحد است.

بحث در این مطالعه، به طور انتقادی به بررسی بده بستان‌های بین بهره‌وری اقتصادی و فیزیکی آب و همچنین بهره‌وری محلی در مقابل امنیت غذایی می‌پردازد. یافته‌ها، تنش‌های ذاتی بین به حداکثر رساندن سودآوری اقتصادی، که بر درآمد محصول و عوامل بازار تأکید دارد، و بهینه‌سازی بهره‌وری فیزیکی آب، که بر عملکرد محصول به ازای هر واحد آب مصرفی تمرکز دارد، را آشکار می‌کند. ایجاد تعادل بین این اهداف مستلزم شناخت این نکته است که استراتژی‌های افزایش یک نوع بهره‌وری ممکن است بر دیگری تأثیر منفی بگذارد. به عنوان مثال، الگوهای کشت که بهره‌وری فیزیکی آب را به حداکثر می‌رسانند، مانند افزایش کشت ذرت علوفه‌ای، در صورت نامطلوب بودن ارزش بازار یا هزینه‌های نهاده‌ها، ممکن است درآمد کلی را کاهش دهند.

علاوه بر این، نتایج حاصل از هفت الگوی کشت، همراه با داده‌های GIS و تحلیل‌های میدانی، امکان همسویی عملکرد محصول با شرایط متغیر مکانی را فراهم کرد که در آن مالکیت زمین عامل کلیدی مؤثر بر الگوهای کشت و بهره‌وری آب است. با توجه به اهمیت مستقیم مالکیت زمین بر انگیزه کشاورزان برای سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های آبیاری، بهبود بهره‌وری و استفاده بهینه از منابع، توصیه می‌شود که سیاست‌گذاران بر توسعه سیاست‌های یکپارچه‌سازی زمین و تقویت تعاونی‌های کشاورزی تمرکز کنند. مطالعات قبلی در ایران نشان داده است که اصلاحات ارضی و تغییرات در ساختار مالکیت زمین به طور قابل توجهی انگیزه و مشارکت کشاورزان را افزایش می‌دهد؛ مالکیت مستقیم یا تعاونی، تمایل کشاورزان را برای بهبود بهره‌وری و مدیریت منابع افزایش می‌دهد. بنابراین، بر اساس یافته‌های این مطالعه که اهمیت مالکیت زمین و تأثیرات آن بر بهره‌وری اقتصادی و فنی را تأیید می‌کند، پیشنهاد می‌شود که سیاست‌های تشویقی برای یکپارچه‌سازی زمین‌های کشاورزی و حمایت از تعاونی‌های کشاورزی طراحی و اجرا شود.

این سیاست‌ها می‌تواند شامل تسهیل واگذاری زمین، ایجاد صندوق‌های حمایتی برای توسعه زیرساخت‌های عمومی کشاورزی، آموزش کشاورزان در مدیریت منابع و تقویت نقش تعاونی‌ها در بهره‌برداری بهینه از منابع باشد. در نتیجه، نه تنها بهره‌وری آب افزایش می‌یابد، بلکه عدالت اجتماعی و توسعه پایدار روستایی نیز تسهیل خواهد شد.

این مطالعه تأیید می‌کند که بافت خاک عامل کلیدی تعیین‌کننده‌ی مناسب بودن محصول در شهرستان اراک است، چرا که اکثر زمین‌های زراعی شرایط مساعدی را برای کشت لوبیا فراهم می‌کنند. لوبیا برای دستیابی به رشد مطلوب به خاک‌هایی با بافت مناسب و سطح شوری متوسط ​​نیاز دارد. رسانایی الکتریکی و شیمیایی به ترتیب بر موفقیت سیب‌زمینی و محصولات باغی تأثیر قابل توجهی دارند. علاوه بر این، پارامترهای کیفیت آب مانند نسبت جذب سدیم (SAR) همراه با عوامل اقتصادی مانند درآمد و سود، برای کشت ذرت علوفه‌ای و یونجه حیاتی شناخته شده‌اند. این یافته‌ها با اصول زراعی همسو هستند و بر ضرورت مدیریت یکپارچه خاک و آب متناسب با نیازهای خاص محصول برای افزایش بهره‌وری کشاورزی تأکید می‌کنند.

تحلیل الگوها نشان می‌دهد که گسترش کشت محصولاتی مانند ذرت علوفه‌ای و باغات می‌تواند بهره‌وری فیزیکی را به طور قابل توجهی افزایش دهد. در حالی که توسعه غلات (گندم و جو) و لوبیا از نظر بهره‌وری فیزیکی توصیه نمی‌شوند. از سوی دیگر، از دیدگاه اقتصادی، گسترش کشت باغات و ذرت علوفه‌ای مقرون به صرفه‌تر است و می‌تواند بهره‌وری اقتصادی را بهبود بخشد. در حالی که کشت غلات استراتژیک از نظر اقتصادی بهره‌وری کمتری دارد.

در شرایط کمبود آب فعلی، برنامه‌ریزی دقیق برای تخصیص سطح زیر کشت به محصولات مختلف ضروری است. به منظور حفظ پایداری منابع آب و خاک، باید کشت محصولات پرمصرف آب مانند یونجه و لوبیا کاهش یابد و تولید سبزیجات و صیفی جات در گلخانه‌ها مورد توجه قرار گیرد. در نهایت، توصیه می‌شود بیشترین سطح زیر کشت به ترتیب به ذرت علوفه‌ای، باغات، گندم، جو، لوبیا، سیب‌زمینی و یونجه اختصاص یابد تا بهره‌وری فیزیکی و همچنین بهره‌وری اقتصادی بهینه شود. این رویکرد می‌تواند به عنوان یک استراتژی جامع برای مدیریت پایدار منابع کشاورزی در شهرستان اراک عمل کند و ضمن حفظ تعادل بین تولید و محدودیت‌های منابع، به بهبود وضعیت اقتصادی و زیست‌محیطی منطقه کمک کند.

طبق نتایج، میزان بهره‌وری فیزیکی و اقتصادی در الگوی کشت برتر نسبت به الگوی کشت فعلی سه برابر افزایش می‌یابد. در الگوی کشت اول، با حذف گندم و ذرت علوفه‌ای، در الگوی کشت هفتم، با حذف محصولات یونجه و سیب‌زمینی و در الگوی کشت ششم، با حذف یونجه از الگوی کشت، بهره‌وری فیزیکی و اقتصادی نسبت به الگوی کشت فعلی کاهش یافته است. بنابراین، حذف هر یک از محصولات از الگوی کشت، باعث کاهش بهره‌وری خواهد شد. الگوی کشت برتر باید شامل همه محصولات کشاورزی باشد و فقط باید تغییرات مناسب در سطح زیر کشت ایجاد شود تا بهره‌وری فیزیکی و اقتصادی بیشتری نسبت به الگوی کشت فعلی حاصل شود.

بر اساس نتایج این تحقیق، مشخص شد که الگوی کشت فعلی منطقه مورد مطالعه قابل قبول نیست و اصلاح آن بر اساس معیارهای فنی، منابع آب، خاک، اجتماعی، اقتصادی و کشاورزی باید در دستور کار مدیران و کشاورزان قرار گیرد. به طور خلاصه، با توجه به نتایج به دست آمده در این مطالعه، پیشنهاد می‌شود از روش‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره (MCDM) برای اولویت‌بندی محصولات قابل کشت و انتخاب الگوی کشت بهینه استفاده شود و نتایج آن در سیاست‌های کلی برای ترویج الگوی کشت بهینه مورد استفاده قرار گیرد.

برای دستیابی به توسعه پایدار در بخش کشاورزی شهرستان اراک، باید بر اتخاذ فناوری‌های نوین آبیاری، بهینه‌سازی الگوی کشت بر اساس شرایط محیطی و اقتصادی و تقویت زیرساخت‌های کشاورزی تأکید شود. این اقدامات برای بهبود بهره‌وری، کاهش مصرف منابع طبیعی و ارتقاء سطح زندگی کشاورزان بسیار مهم هستند. بر اساس نتایج این مطالعه، ترویج محصولاتی مانند ذرت علوفه‌ای و باغات، با توجه به خواص خاک محلی، دسترسی به آب و عوامل اقتصادی، می‌تواند به عنوان یک استراتژی بلندمدت برای بهبود بهره‌وری فیزیکی و اقتصادی در منطقه در نظر گرفته شود. این استراتژی نه تنها فشار بر منابع طبیعی محدود را کاهش می‌دهد، بلکه پتانسیل افزایش درآمد کشاورزان و کمک قابل توجهی به امنیت غذایی منطقه را نیز دارد. چنین رویکرد یکپارچه‌ای با اصول گسترده‌تر کشاورزی پایدار که بر تعادل اکولوژیکی، پایداری اقتصادی و رفاه اجتماعی تأکید دارند، همسو است و با چارچوب‌های پایداری مورد بحث در ادبیات منطقه‌ای و جهانی سازگار است.