More Related Content Similar to A Multi-Objective Optimization to Determine The Optimal Patterns of Sustainable Agricultural Mechanization Using NSGA-II Algorithm (20) More from J. Agricultural Machinery (20) A Multi-Objective Optimization to Determine The Optimal Patterns of Sustainable Agricultural Mechanization Using NSGA-II Algorithm1. Research Article
Vol. 13, No. 4, 2023, p. 477-491
A Multi-Objective Optimization to Determine The Optimal Patterns of
Sustainable Agricultural Mechanization Using NSGA-II Algorithm
M. A. Hormozi 1
, H. Zaki Dizaji 2*
, H. Bahrami 2
, N. Monjezi 3
1- PhD Student in Agricultural Mechanization, Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Shahid
Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
2- Associate Professor, Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Shahid Chamran University of
Ahvaz, Ahvaz, Iran
3- Assistant Professor, Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Shahid Chamran University of
Ahvaz, Ahvaz, Iran
(*- Corresponding Author Email: hzakid@scu.ac.ir)
How to cite this article:
Hormozi, M. A., Zaki Dizaji, H., Bahrami, H., & Monjezi, N. (2023). A Multi-Objective
Optimization to Determine The Optimal Patterns of Sustainable Agricultural
Mechanization Using NSGA-II Algorithm. Journal of Agricultural Machinery, 13(4), 477-
491. (in Persian with English abstract). https://doi.org/10.22067/jam.2022.78147.1118
Received: 10 August 2022
Revised: 05 November 2022
Accepted: 09 November 2022
Available Online: 09 November
2022
Introduction1
The development of mechanization and machine technology can have positive and negative effects on the
economic, social, and environmental conditions of a region. Conflicts in these areas complicate the selection and
optimization of sustainable mechanization systems. One of the basic questions in the selection of a sustainable
agricultural mechanization system is how and with what methodology would it be possible to propose the closest
mechanization model that will overcome the simultaneous contradictions between the three pillars of
sustainability; taking into account the natural and technical limitations in agricultural production. What is the
appropriate approach considering the economic, environmental, and social aspects? The current research aims to
provide a framework for an optimal mechanization model to achieve the goals of agricultural sustainability so
that it can be implemented and applied practically. It is possible to provide a model that addresses the conflicting
economic, social, and environmental aspects by quantitatively optimizing the level of mechanization.
Materials and Methods
In this study, a framework is applied whereby contradictory goals of agricultural sustainability can be
achieved simultaneously. After selecting the indices and data collection, by combining Shannon entropy and
TOPSIS, the similarity index was obtained for each objective. The similarity indices and values of the Benefit-
Cost Ratio calculated for each system were considered as coefficients of three objective (economic, social, and
environmental) functions in multi-objective optimization. The multi-objective optimization model was applied to
achieve sustainable mechanization patterns and was solved using the NSGA-II algorithm. For framework
validation, paddy production mechanization systems in the Ramhormoz region located in southwestern Iran were
analyzed with constraints: land, water, and machinery. The five mechanization systems of paddy production
included puddled transplanted, un-puddled transplanted, water seeded, dry seeded, and, no-till.
Results and Discussion
Pareto-optimal solutions of different scenarios with water and machine constraints showed that this
framework cannot only meet the sustainable goals, but also the optimal allocation of mechanization systems is
identified and the effect of different scenarios under different constraints can be examined. The sustainability
goals between the no-tillage and planting with puddling systems are highly contradictory. The no-tillage system
has the highest score in the environmental aspect and the lowest score in the social and economic aspects. This
modern system was developed in Ramhormoz three years ago and has faced technical, economic, and social
©2023 The author(s). This is an open access article distributed under Creative Commons Attribution
4.0 International License (CC BY 4.0), which permits use, sharing, adaptation, distribution and
reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s)
and the source.
https://doi.org/10.22067/jam.2022.78147.1118
Journal of Agricultural Machinery
Homepage: https://jame.um.ac.ir
2. 874
ماشين نشریه
جلد ،کشاورزي هاي
31
شماره ،
4
زمستان ،
3441
challenges ever since. The cultivated area using this system was 43 hectares in 2019. Despite the speed and ease
of planting with this system, and its direct environmental benefits, the possibility of fungal outbreaks is raised
due to the presence of wheat residues from previous cultivation and the warm and humid environment of
cultivation. Additionally, weed outbreaks caused by periodic irrigation have greatly affected the satisfaction and
profitability of this system, leading to the highest amount of pesticides consumed among the studied systems.
The results of multi-objective optimization of sustainable rice mechanization systems in Ramhormoz city
showed that the total surface area of optimal point systems is in the range of 2700 to 3200 hectares, which is
close to the area under rice cultivation in Ramhormoz (3310 hectares) and it indicates that the output of the
model is according to the applied restrictions and close to reality. The limitation of machinery and water has
made the two planting systems of un-puddled transplanting and dry-seeding better than other systems. Removing
only the machinery restriction can lead to an increase in the area under rice cultivation by about 700 hectares.
This means that the requirement for the development of sustainable rice cultivation in Ramhormoz is to
strengthen and support modern mechanized systems of no-tillage, dry-seeding, and planting with puddling, with
a focus on systems with less water consumption which are the systems with higher levels of mechanization.
Without water limitation, if the model is subject to the current machinery limitations, the optimal mechanization
systems are the more traditional ones such as transplanting without puddling and wet-seeding.
Conclusion
One of the most fundamental challenges in the development of mechanization is identifying systems that can
best balance the economic, social, and environmental aspects of sustainability and minimize environmental
damage whilst maximizing economic and social benefits. Using the framework for sustainable mechanization
will not only accomplish sustainable goals in identifying the optimum agricultural mechanization level, but it
will also allow researchers and implementers in the agricultural sector to examine the outcome of various
scenarios under different constraints. This framework can be used to find the optimal model for mechanization of
all stages of tillage, planting, harvesting, and post-harvest in diverse geographical areas.
Keywords: Agricultural mechanization, Multi-objective optimization, Optimal pattern, Sustainability
3. ،همکاران و هرمزي
به
ي
نه
ساز
بهينه الگوهاي تعيين جهت چندهدفه ي
شلتوک کاشت و زمين تهيه عمليات ي
...
874
پژوهشی مقاله
جلد
31
شماره ،
4
زمستان ،
3441
ص ،
493
-
444
به
ی
نه
ساز
بهینه الگوهای تعیین جهت چندهدفه ی
با شلتوک کاشت و زمین تهیه عملیات ی
الگوریتم از استفاده
NSGA-II
هرمزی علی محمد
3
دیزجی ذکی حسن ،
1
*
بهرامی هوشنگ ،
1
،
منجزی نسیم
1
:دریافت تاریخ
91
/
50
/
9059
:پذیرش تاریخ
91
/
51
/
9059
چکیده
زیست و اجتماعی ،اقتصادی شرایط به توجه با را بسیاری نامطلوب و مثبت پیامدهای ماشینی فناوری و مکانیزاسیون توسعه
در منطهره هرر محیطی
به تعارضات .داشت خواهد پی
سطح و انتخاب ،ابعاد این در آمده وجود
سیستم بندی
پاید مکانیزاسیون های
بحث را ار
می مشکل و برانگیز
این از هدف .کند
،مطالعه
مدل
ساز
ی
تع جهت چندهدفه
یی
ن
الگوها
ی
به
ی
نه
عمل
ی
ات
ته
ی
ه
زم
ی
ن
شلتوک کاشت و
ارائه و
اهرداف بره مکانیزاسیون تخصیص جهت چارچوبی
شاخص انتخاب از پس ،اساس این بر .است کشاورزی پایداری متناقض
جمع و ها
تر با ،داده آوری
روش کیب
وزن های
و شانون آنتروپی دهی
TOPSIS
،
شاخص مهادیر همراه به شباهت شاخص این و شد محاسبه شاخصه چند ابعاد برای شباهت شاخص
به ها
و اجتماعی ،اقتصادی هدف توابع ضرایب عنوان
زیست
بهینه در محیطی
بهینه مدل .شد گرفته نظر در چندهدفه سازی
دستیابی جهت چندهدفه سازی
از استفاده با پایدار کشاورزی مکانیزاسیون الگوی به
الگوریتم
NSGA-II
سیستم پنج ،چارچوب این اعتبارسنجی جهت .شد ارائه
(خاک مکانیزاسیون
برا رامهرمز شهرستان شلتوک تولید در )کاشت و ورزی
محدودیت
داد نشان نتایج .گرفت قرار بررسی مورد ماشین و آب ،زمین های
در
عدم صورت
سیستم ،آب محدودیت
آب سنتی های
بدون نشاکاری و کاری
خشک شرایط در و هستند بهینه پدلینگ
سیستم آب شدید محدودیت و سالی
خشکه مانند نوین مکانیزه های
بی ،کاری
خاک
و )مطلروب عملکررد (با ورزی
به پدلینگ با نشاکاری
سیستم عنوان
جواب .بود خواهند پایدار بهینه های
بهینه های
محدودیت در مختلف سناریوهای تحت پارتو
نشران ماشین و آب های
به با داد
نه ،چارچوب این کارگیری
می تنها
سطح بهترین شناسایی در پایداری اهداف توان
سیستم بندی
بررسی امکان بلکه ،کرد تأمین را مکانیزاسیون های
محدودیت تحت مختلف سناریوهای اثر
نیز مختلف های
.دارد وجود
واژه
:کلیدی های
بهینه ،بهینه الگوی
،پایداری ،چندهدفه سازی
کشاورزی مکانیزاسیون
مقدمه
1
فنرراوری رطور
رس تمررام ریون
رمکانیزاس
از ررآوریرف و ردرتولی رای
ره
مری شامل را پیچیده و موتوری تجهیزات تا ساده ابزاردستی
شرود
کره
بهبرود ،کرارگر کمبرود مشکل شدن برطرف ،کار سختی کاهش باعث
9
-
مهندسی گروه ،کشاورزی مکانیزاسیون دکتری دانشجوی
دانشکده ،بیوسیستم
ایران ،اهواز ،اهواز چمران شهید دانشگاه ،کشاورزی
2
-
چمران شهید دانشگاه ،کشاورزی دانشکده ،بیوسیستم مهندسی گروه ،دانشیار
ایران ،اهواز ،اهواز
3
-
چمران شهید دانشگاه ،کشاورزی دانشکده ،بیوسیستم مهندسی گروه ،استادیار
ایران ،اهواز ،اهواز
*(
-
نوی
:مسئول سنده
Email: hzakid@scu.ac.ir
)
https://doi.org/10.22067/jam.2022.78147.1118
بهره
به انجام و وری
از ثر مر اسرتفاده بهبرود ،کشاورزی عملیات موقع
اقلیم تغییر خطرات کاهش در مشارکت و بازار به بهتر دسترسی ،منابع
می
بخرش پایردار توسعه در مشارکت هنگام پایدار مکانیزاسیون .گردد
جنبه ،کشاورزی و غذا
زیست ،اجتماعی ،اقتصادی ،فنی های
و محیطی
ر فرهنگی
می نظر در ا
( گیرد
FAO, 2022
.)
برردین
تحلیررل در ،پایرردار توسررعه چررارچوب قالررب در منظررور
اقتصادی جنبه .شود دیده باید جنبه سه کشاورزی مکانیزاسیون
به که
ارزش ،عملکرد افزایش
اجتماعی جنبه .دارد اشاره باالتر درآمد و افزوده
می که
د مکانیزاسیون بایست
منرافعی بره و شود دیده اجتماعی بستر ر
.کنرد توجره اشتغال و فراغت زمان افزایش و کار سختی کاهش مانند
زیست جنبه
محیطی
نگرانی به که
زیست های
تخریرب ماننرد محیطری
می رسیدگی طبیعی منابع
کند
(Sims, Hilmi, & Kienzle, 2016;
ماشين نشریه
کشاورزي هاي
https://jame.um.ac.ir
4. 844
ماشين نشریه
جلد ،کشاورزي هاي
31
شماره ،
4
زمستان ،
3441
Mishra & Satapathy, 2022)
تولیرد پایداری و پایدار توسعه برای .
می ،محصول
.کررد تبیرین را مکانیزاسریون در پایرداری مفهوم بایست
مری را پایردار کشراورزی مکانیزاسیون
ایرن تروان
:کررد تعریرف گونره
ممکرن اقتصرادی نظر از که مکانیزاسیونی
9
،
9
زیسرت نظرر از
محیطری
حسراس
2
2
ا نظرر از و
مهبرول جتمراعی
3
( باشرد
Sims & Kienzle,
2016
.)
سیسرتم انتخاب اولیه اصول در
،روابرط کشراورزی مکرانیزه هرای
روش
مدل و ها
مطالعرات تمرکز عمده که است شده ارائه بسیاری های
انجام
،زمینره ایرن در .اسرت بروده اقتصرادی و فنری تحلیرل بر گرفته
می
انتخا در توان
تجهیرزات انتخراب در و نیراز مورد توان و تراکتور ب
نیراز مرورد زمران یرا تراکتور دسترس در توان براساس مناسب
اشراره
کرررد
(Bochtis, Sørensen, & Busato, 2014; Bochtis,
Sørensen, & Kateris, 2019)
.
اکروازی و سروپیا
(
Cupiał &
Kowalczyk, 2020
)
کمینه جهت نیز
سرازی
0
هزینره
بهتررین و هرا
ماشین ترکیب
.کردند طراحی را پلتفرم یک مزرعه در ها
و پرر برخرری در
هش
برنامرره از هررا
ریاضرری ریررزی
0
تحلیررل و
سلسه
مراتبی
6
ماشین مدیریت و انتخاب برای
که است شده استفاده ها
آن در
زیست عوامل گاهی ها
گرفتره نظرر در نیرز اجتمراعی و محیطی
این با .است شده
بعرد یک حداقل مکانیزاسیون کاربرد زمینه در ،وجود
.است مانده مغفول پایداری ابعاد از
کمر
( همکراران و انا
Camarena,
et al., 2004
)
کمینه برای
س هزینه سازی
را مردلی مکانیزاسیون الیانه
برنامه از استفاده با
خطی ریزی
7
سیستم برای
کشرتی چنرد مزارع های
کردند؛ ارائه
ماشرین انردازه آن براسراس کره
.گردیرد محاسربه هرا
در
ری
روهش پ
ردگاه
ردی رین
رتعی ررای
رب
رای
رتراکتوره راب
رانتخ در رم
رمه رای
ره
از ری
رترکیب رک
رتکنی رک
ری راورزی
رکش
AHP
و
TOPSIS8
ره
رارائ
رد
رش
(
García-Alcaraz et al. 2016
)
.
( مرزبان و کشوری
Keshvari &
Marzban, 2019
)
شهرستان موردنیاز تراکتوری توان نیز
اسرتان های
روش از اسرتفاده برا کشاورزی عملیات اوج زمان در را خوزستان
هرای
.نمودند محاسبه فازی مراتبی سلسله تحلیل و تاپسیس
همکاران و ژو
(
Zhou et al. 2011
)
بهینره دنبرال به
ماشرین انتخراب سرازی
هرای
بوده کشاورزی
روشری فازی و مراتبی سلسله تحلیل از استفاده با و اند
زیست منظر از ماشین بهترین کردن پیدا برای
.کردنرد ارائره محیطری
( کوریتز
Koritz 2014
)
بهینه از استفاده با
ارزیرابی و چندهدفره سازی
1- Feasible
2- Sensitive
3- Acceptable
4- Minimization
5- Mathematical Programing
6- Analytical Hierarchy Analysis
7- Linear Programing
8- Technique for Order of Preference by Similarity to
Ideal Solution
حیررات چرخرره
1
ماشررین
کمینرره بررا کشرراورزی هررای
اثرررات سررازی
زیست
گزینه بهترین محیطی
ماشین های
به را ها
.آورد دسرت
و امرامی
همکاران
(
Emami et al. 2018
)
اولویت جهت
سیاست بندی
گرذاری
از ایرران در غرذایی امنیرت به توجه با کشاورزی مکانیزاسیون توسعه
رل
رتحلی
SWOT
روش رک
رکم ره
رب
رای
ره
TOPSIS
و
AHP
رتفاده
راس
.کردند
سرراخت و طراحرری در پایررداری ارزیررابی برره تحهیهررات برخرری
ماشین
پرداخته کشاورزی های
.اند
وهشی پ در
رهیافرت
طراحری هرای
پایداری
محور
95
قررار آزمرایش مورد
گرفرت
فر طری و
آ
،طراحری ینرد
هرر کرردن اسهاط و نگهداری و تعمیر ،کاربرد ،فروش ،ساخت ،توسعه
به پایداری بعد سه
قرار ارزیابی مورد یکپارچه طور
( گرفت
Banerjee
& Punekar, 2020
)
.
( همکراران و بزروک
Bezruk, et al., 2014
)
،طراحری مراحرل در کشراورزان نظررات از استفاده با پایداری ارزیابی
ماشین نگهداری و تعمیر و ساخت
و کشاورزی های
همکاران و کورتی
(
Corti et al., 2013
)
مرردل
سررازندگان برررای را تجرراری هررای
ماشین
کشاورزی های
.دادنرد قررار ارزیرابی مرورد پایداری بهبود برای
همچنین
( هراردی کثررن
Gathorne-Hardy, 2016
)
ارزیرابی یرک
مهایسه پایداری
سیستم ای
.دادنرد انجرام را حیروانی و تراکتروری های
( میالن و رومانلی
Romanelli & Milan, 2012
)
مردیریت و کاربرد
ماشین
ارزیرابی مرورد مرواد جریران از اسرتفاده برا را کشراورزی های
زیست
.است داده قرار اقتصادی و محیطی
رن
رای را
رب
ررب
رمخ ررات
راث رایی
رشناس از ره
رک راتی
رمطالع رداد
رتع ،رال
رح
اکوسیستم خدمات و کشاورزی مکانیزاسیون
99
روی برر آن بره مربوط
زیست پایداری
اجتماعی و محیطی
-
اقتصا
صورت دی
کم بسیار پذیرفته
هسرتند
(Banerjee & Punekar, 2020; Kiani et al., 2022)
.
پیوند که است حالی در این
هایی
شریوه بین
پایرداری و مکرانیزه هرای
،کشاورزی
به
ه وی
عملکرد با رابطه در
زیست
.دارد وجود محیطی
لیوا
و
( مروریس
Leiva & Morris, 2001
)
ارائره برا
1
مجموعر
شراخص ه
آبشرویی ،نیتررات آبشویی ،خاک فشردگی ،هوا آلودگی ،انرژی :شامل
آفت
و اشرتغال ،مزرعره در سرالمت و ایمنری ،خراک آلری مرواد ،کش
ارتباطات این ،مالی عملکرد
را
داده نشان
اعرالم وهشرگران پ این .اند
کرده
گرچه که اند
شناسرایی امکران
میرزان
شراخص
برا مررتبط هرای
مکانیزاسیون
وجود
دارد
شاخص این برای بحرانی مهادیر تعریف اما
ها
به
منظور
تعیین
این
که
شیوه آیا
،مکرانیزه هرای
االکرام
،هسرتند پایردار
امکان
پذیر
نیست
.
از
رن
رای
ریون
رمکانیزاس راب
رانتخ در ری
راساس االت ر
رس از ری
ریک رو
ری
رم ره
رچگون ره
رک رت
راس رن
رای ردار
رپای راورزی
رکش
ره
رب ره
رتوج را
رب روان
رت
9- Life cycle assessment
10- Sustarnobity– orienthing design
11- Service ecosystem
5. ،همکاران و هرمزي
به
ي
نه
ساز
بهينه الگوهاي تعيين جهت چندهدفه ي
شلتوک کاشت و زمين تهيه عمليات ي
...
844
محدودیت
فنی و طبیعی های
نزدیک ،
الگروی ترین
9
بره مکانیزاسریون
هرم تناقضرات به و داده پیشنهاد را پایداری اهداف
بعرد سره زمران
-
زیست و اجتماعی ،اقتصادی
محیطی
-
کرد؟ رسیدگی پایداری
در بتروان کره دهرد ارائه را چارچوبی است درصدد حاضر وهش پ
اهرداف بره دسرتیابی جهرت بهینره مکانیزاسریون الگوی به آن قالب
به یافت دست کشاورزی پایداری
طوری
قابل عملی شکل به که
و اجررا
سیسرتم بهینره سطور که داد ارائه را مدلی بتوان و باشد کاربرد
هرای
مطالعره نیرز چرارچوب ایرن اعتبارسرنجی برای .نماید ارائه را مکانیزه
سیستم موردی
(خراک تولیرد های
ورزی
-
رامهرمرز منطهره در )کاشرت
می صورت
.گیرد
مو
روش و اد
ها
مطالعه اجرای کلی چارچوب
آن حرل و پایدار کشاورزی مکانیزاسیون مسئله به رسیدگی جهت
هم تناقضات و تعارضات گرفتن نظر در با
چارچوبی پایداری ابعاد زمان
می ارائه
به که گردد
داده وسیله
سیسرتم مبنای بر که هایی
تولیرد هرای
(خاک برنج
است شده برداشت )کاشت و ورزی
می آن حل به
.پردازد
سیستم بهینه سطور
(خاک تولید های
در شرلتوک )کاشت و ورزی
شده داده نشان کلی چارچوب طبق خوزستان استان در رامهرمز منطهه
شکل در
9
روش ترکیب با
،شانون آنتروپی های
TOPSIS
الگوریتم و
NSGA-II
.است شده انجام
بر
این
اساس
،
شاخص
هرا
ی
در منتخرب
ب بعد هر
روش از اسرتفاده ا
شرانون آنتروپری
و
زن
دهری
مر
ی
شرو
ن
د
.
برا
روش از رتفاده
راس
TOPSIS
،
ررا
رب رباهت
رش راخص
رش
ی
س
ی
رتم
رس
را
ره
ی
مکان
ی
زاس
ی
ون
مهاد همراه به و
ی
ر
به
دست
برا آمده
ی
شاخصره ترک ابعاد
به
ضررا عنوان
ی
ب
ترا
بع
هردف
.شردند گرفتره نظرر در مردل در
مردل
به
ی
نه
ساز
ی
اقتصادی چندهدفه
-
اجتماعی
-
زیست
حرل و ارائره محیطی
آن
از استفاده با
ژنتیک الگوریتم
NSGA-II
نترایج .اسرت شده انجام
بهینه
،سازی
سطور
سیس هر عملیات
تم
ابعراد شررایط بهتررین کره را
سه
می نشان باشند داشته را پایداری گانه
.دهند
منطقه
موردمطالعه
داده
خوزستان استان شرق در رامهرمز شهرستان سطح از ،برداری
با
ارتفاع
از
دریا سطح
965
آب .گرفت صورت متر
گرم رامهرمز وهوای
و بوده
اعالء رودخانه
می رامهرمز از
شرفاهی گرزارش براسراس .گذرد
زراعری سرال در ،رامهرمرز شهرسرتان جهادکشاورزی کارشناسان
11
9
-
الگو
به
معن
ا
ی
آرا
ی
ش
و
روش
انجام
کار
است
که
در
مهاله
بررس
ی
توسعه
مکان
ی
زاس
ی
ون
کشاورز
ی
در
کشورها
ی
مختلف
دن
ی
،ا
تعر
ی
ف
آن
با
شکل
انتخاب
و
توز
ی
ع
منابع
توان
کشاورز
ی
و
س
ی
ستم
ها
ی
مکان
ی
زه
نشان
داده
شد
است ه
(Kienzle,
Ashburner, & Sims 2013)
.
تابستانه کشت زیر سطح
0602
به است بوده هکتار
طروری
سرطح کره
برنج کشت زیر
3395
هکتا
.است بوده ر
سیستم
از منتج رامهرمز شهرستان شلتوک تولید مکانیزاسیون های
روش ترکیب
مراحرل در بهایرا مردیریت در کره اسرت متنروعی هرای
خاک
به آبیاری و کاشت ،ورزی
مری کرار
سیسرتم در .رونرد
«
نشراکاری
پدلینگ بدون
»
خراک ،دسرتی نشراکاری از قبرل اصلی زمین
و ورزی
از پس و شده مرزبندی
کرت شدن غرقاب
کارگرهرا توسرط مرزها ،ها
کرت سطح و محکم
می صاف ها
سیستم ،مهابل در .شود
«
با نشاکاری
پدلینگ
»
به با زمین تهیه در مهم تغییر یک نشاکاری تولید ،
کرارگیری
پادلر
2
خراک .اسرت داده رد رامهرمرز شهرسرتان در
سیسرتم در ورزی
«
آب
کاری
»
،است پدلینگ بدون نشاکاری مشابه
آن کاشرت روش اما
به
مری صرورت دستی بذرپاشی با و مستهیم صورت
سیسرتم در .گیررد
«
خشکه
کاری
»
و مسرتهیم شرکل بره ،خشرک بسرتر در خشک بذور ،
به مکانیزه
خطی وسیله
می کاشته کار
بره آبیاری .شوند
تنراوبی صرورت
می انجام
،منطهه در سیستم جدیدترین .شود
«
بی
خاک
ورزی
»
که است
خشکه مشابه
ه ویر کارنرده توسرط برذور ،سیسرتم این در .است کاری
بی
اا(غالبر قبل محصول بهایای بین در خاک خشک بستر در خاکورزی
می کاشت )گندم
شود
(Hormozi et al., 2012; Hormozi, et al.,
2016)
.
جمع
اندازه و آوری
ش گیری
اخص
ها
برنج وضعیت بررسی
جمرع و کاری
داده آوری
کشرت آمراری هرای
آب امرور اداره بره مراجعره برا کشراورزی آب ترأمین وضرعیت و برنج
شمال
جمع رامهرمز شهرستان جهادکشاورزی اداره و شرق
.شدند آوری
پرسشنامه تکمیل
و کشاورزان با تلفنی و حضوری جلسات طریق از ها
ماشین
شد انجام داران
بره کره
ترتیرب
997
و
20
مربوطره پرسشرنامه
از تحهیرق ایرن در پرسشنامه اعتماد قابلیت ارزیابی جهت .شد تکمیل
کرونباد آلفای آزمون
3
آن مهدار که شد استفاده
73
/
5
به
.آمد دست
شاخص
بررسی مورد های
شاخص از یکی ،اقتصادی بعد تحلیل در
به فایده نسبت مهم های
هزینه
0
ته از که است
هزینه فعلری ارزش بره فواید فعلی ارزش سیم
ها
ری
رم رل
رحاص
( رود
رش
Lotfalipour et al., 2007
ره
ربهین در .)
رازی
رس
سیسررتم
(خرراک تولیررد هررای
دنبررال برره شررلتوک )کاشررت و ورزی
.هستیم نسبت این حداکثرسازی
به انسانی نیروی کمی شاخص دو
و ماشینی بخش در کاررفته
غیر
ایمنری و سالمتی و کار سهولت ،رضایت کیفی شاخص سه و ماشینی
2- Puddler
3- Cronbach's alpha
4- Benefit- Cost Ratio
6. 844
ماشين نشریه
جلد ،کشاورزي هاي
31
شماره ،
4
زمستان ،
3441
به
شاخص عنوان
.شدند منظور اجتماعی های
شکل
1
-
چارچوب
رامهرمز منطهه در برنج تولید بهینه پایدار مکانیزاسیون
Fig.1. Optimal sustainable mechanization framework for rice production in Ramhormoz region, Iran
7. ،همکاران و هرمزي
به
ي
نه
ساز
بهينه الگوهاي تعيين جهت چندهدفه ي
شلتوک کاشت و زمين تهيه عمليات ي
...
844
شاخص این مهادیر
با کشاورزان پرسشنامه تکمیل از استفاده با ،ها
نمره
دهی
9
تا
95
جمع
.گردید منظور آن میانگین و شد آوری
شاخص انتخاب برای
زیست بعد در ها
در شراخص شرش ،محیطی
.شدند داده قرار مدل
شاخص از یکی :دیزل سوخت مصرف مهدار *
کراربرد منفی های
سی
ستم
به که است مکانیزاسیون های
هکترار در لیترر صرورت
روش از
(Fleming, 2003; Askin & Askin, 2012)
برر تصرحیح برا و
مکانیزاسیون توسعه مرکز گزارش
کشاورزی
(Safari et al., 2014;
Rostami et al., 2018)
سروخت مصررف میرانگین درخصرو و
ماشین
.شد محاسبه کشاورزی های
سیسرتم تفاوت به توجه با :سموم مصرف مهدار *
و کشرت هرای
بروده متغیرر شریمیایی سرموم مصرف مهدار ،آفات مدیریت آن بالطبع
ای .است
به شاخص ن
.شد محاسبه هکتار در کیلوگرم صورت
علرت بره نیرز ازتره کود مصرف مهدار :ازته کود مصرف مهدار *
.داشته تفاوت برنج از قبل کشت بهایای نگهداری و مدیریت در تفاوت
به شاخص این
.شد محاسبه هکتار در کیلوگرم صورت
متان گاز انتشار ضریب *
9
جهرانی گرمرایش پتانسیل :
2
(GWP)
(خاک تولید در
دچرار تولیرد سیستم انتخاب با شلتوک )کاشت و ورزی
می تغییر
جهرانی گرمرایش پتانسریل برر زیادی تأثیر ،انتشار این .شود
می
( گذارد
Hang et al., 2014
در کرربن عامرل دو بره متان انتشار .)
دارد بسرتگی خراک رطوبت وضعیت و خاک دسترس
و
ازآن
جرایی
کره
سیستم بین تفاوت
ضریب لذا است عامل دو این در شلتوک تولید های
براساس گاز این انتشار
فراتحل
یل
(
Sanchis et al., 2012
)
.شد انجام
به شاخص این
.شد محاسبه سال در هکتار در متان کیلوگرم صورت
،رامهرمرز منطهره در :بهایرا سروزاندن از ناشری انتشرار ضریب *
از شرده ریختره بررنج کراه و )گندم اا(غالب قبل کشت بهایای سوزاندن
سرمی معرادل انتشرار ضرریب .اسرت مرسوم همچنان کمباین پشت
3
(TEQ)
مهدار به
5
/
0
سوخته بهایای کیلو هر برای نانوگرم
،
و محاسبه
است شده استفاده مطالعه این در
(
Gullett & Touati, 2003
)
.
مزرعه بار شدت *
0
به :
به خاک فشردگی برای شاخصی عنوان
کار
( است رفته
Leiva & Morris, 2001
وزن براسراس شراخص ایرن .)
ماشین
و ها
مدت
زمان
به زراعی عملیات
هکترار برر سراعت تن صورت
تصمیم ماتریس در و محاسبه
.شد داده قرار گیری
وزن
رتبه و دهی
بند
ی
وزن برای
شاخص دهی
شانون آنتروپی روش از ها
0
اسرتفاده
.شرد
1- Emission Factors for methane
2- Global warming potential
3- toxic equivalence emission factor
4- Field load intensity
5- Shannon’s Entropy
آنتروپی روش
روش از یکری
هرای
تصرمیم
بررای معیراره چنرد گیرری
می معیارها وزن محاسبه
معیرار مراتریس بره نیازمند روش این .باشد
-
سال در روش این مفهوم .است گزینه
9101
شرد ارائره شانون توسط
(
Shannon, 1948
.)
بیان آنتروپی
یرک در اطمینران عدم مهدار کننده
هرچره کره است آن روش این اصلی ایده .است پیوسته احتمال توزیع
اهمیرت از شراخص آن باشرد بیشتر شاخص یک مهادیر در پراکندگی
اس برخوردار بیشتری
ت
(Lu et al., 2022)
.
رتبه
شاخص بندی
مح و ها
سیسرتم هر برای شباهت شاخص اسبه
روش کمک به
TOPSIS
می انجام
شود
Sen & Yang (2012)
.
برا
بره شرد محاسبه قبلی مرحله در که شاخص هر وزن از استفاده
دسرت
می
.آید
راه ،روش این زیربنایی منطق
ایرده حرل
راه و )(مثبرت آل
حرل
ایده
مری تعریف را منفی آل
گزینره ،بهینره گزینره .کنرد
کره اسرت ای
راه از فاصله کمترین
ایرده حل
از فاصرله دورتررین حرال عرین در و آل
راه
ایده حل
دارد منفی آل
(Thakkar, 2021)
.
شرباهت شاخص
6
هرر
به و محاسبه مکانیزاسیون سیستم
نظرر در هردف ترابع ضرریب عنوان
می گرفته
.شود
بهینه مدل
چندهدفه سازی
در
فر
آ
یند
بهی
نه
سازی
هدف ،
چنرد میران از جرواب بهتررین یافتن
مسئله برای ممکن جواب
لذ .است
ارزیابی برای معیاری که است نیاز ا
می مسئله هدف تابع همان معیار این .باشد دسترس در جواب هر
باشد
.
تصمیم متغیرهای
سیسرتم یرک به ورودی پارامترهای مجموعه گیری
آن تغییر با که هستند
می ها
ع توان
.کررد کنتررل را سیسرتم آن ملکرد
مسائل کلیه
ب
هی
ن
ه
محدودیت با سازی
روب هایی
ه
از ناشری که هستند رو
می مختلفی عوامل
می محسوب مسئله قیود و باشند
.شوند
مسئله یک
بهینه
می را چندهدفه سازی
نمود تعریف زیر کلی شکل به توان
:
(
9
)
| ( | )
( )
( t
( )
( )
آن در که
شامل بردار
n
م
تغیر
تصمیم
مسئله برای گیری
می موردنظر
باشد
.
پاسخ
هایی
را مسرئله قیرود کلیره کره
نماینرد ارضرا
امکان تصمیم فضای
مسئله پذیر
می تشکیل را
دهند
.
بهینه مدل حاضر مطالعه در
بره دسرتیابی جهرت چندهدفره سازی
ال دوم نسخه از استفاده با پایدار کشاورزی مکانیزاسیون الگوی
گوریتم
مرترب با ژنتیک
نرامغلوب سرازی
7
(NSGA-II)
( شرد ارائره
Deb et
al.,2002
توابرع .)
هردف
مردل تحرت
NSGA-II
در
نررم
افرزار
6- Similarity index
7- Non-dominated Sorting Genetic Algorithm
8. 848
ماشين نشریه
جلد ،کشاورزي هاي
31
شماره ،
4
زمستان ،
3441
(R2019b) MATLAB
برنامه
نویسی
بهینره و شده
چندهدفره سرازی
مکانیزاسریون الگوهرای سرطور پارتو بهینه آن خروجی .گرفت انجام
ک هستند
تعریف هدف توابع و پایداری منظر از ه
بره نسبت برتری شده
.ندارند هم
اضافه با الگوریتم این
الگوریتم به ضروری عملگر دو شدن
تک ژنتیک
است شده تبدیل چندهدفه الگوریتم یک به ،معمولی هدفه
به که
دسته ،جواب بهترین یافتن جای
جرواب بهترین از ای
ارائره را هرا
می
نا با که دهد
می شناخته پارتو جبهه م
روش یک الگوریتم این .شوند
به کارآمد
اسرت هردف ترابع چنرد برا مسائل حل منظور
et
Mishra
(
al.,2022)
.
برره ری
رول
ره راب
رانتخ منظررور
پیچیرردگی و غالررب رایره
ضعف دارای ،محاسباتی
دوم نسرخه ،منظرور همرین بره .اسرت هرایی
الگوریتم
NSGA
با
نام
NSGA-II
سال در
2555
شد معرفی
(Deb
et al., 2002)
گام .
به الگوریتم این های
:از عبارتند طورکلی
9
.
تولیرد
مسرئله؛ قیرود و مهیراس مبنرای بر اولیه جمعیت
2
.
جمعیرت ارزیرابی
باتوجه تولیدشده
هدف؛ توابع به
3
.
مرتب روش اعمال
نامغلوب؛ سازی
0
.
محاسب
ازدحامی؛ فاصله نام به کنترلی پارامتر ه
0
.
جمعیرت انتخراب
تولیدمثل؛ برای والدین
6
.
جهش و تهاطع عملگر انجام
.
بره الزم
کرر
پیاده جهت که است
بهینه الگوریتم سازی
سرازی
NSGA-II
جمعیرت
برابر اولیه
955
شده گرفته درنظر کروموزم
شرکت جمعیت .است
کننده
تهاطع در
9
برابر
1
/
5
ج
،اولیه معیت
نرد
جهش
2
2
/
5
است شده تعیین
.
بحث و نتایج
رع
رجم نترایج
داده آوری
،رادی
راقتص رد
ربع ره
رس ری
رکیف و ری
رکم رای
ره
زیسرت و اجتماعی
وزن همچنرین و محیطری
شراخص بره دهری
هرای
زیست و اجتماعی
بعرد هرر بررای شرانون آنتروپری روش برا محیطری
به
جدول در جداگانه ماتریس دو صورت
9
ش داده نمایش
.است ده
بی سیستم در پایداری اهداف تناقضات
خاک
برا نشراکاری و ورزی
به پدلینگ
بی سیستم .است نمایان شدت
خاک
امتیراز باالترین با ورزی
زیست بعد
پایین ،محیطی
.دارد را اقتصرادی و اجتماعی بعد امتیاز ترین
است کرده پیدا توسعه رامهرمز در است سال سه که مدرن سیستم این
چ با
الش
روب اجتماعی و اقتصادی ،فنی های
ه
زیرر سطح .است شده رو
سال در سیستم این کشت
9311
،
03
سیسرتم ایرن .است بوده هکتار
زیست مزایای و کاشت سهولت و سرعت باوجود
،آن مسرتهیم محیطی
،کشت مرطوب و گرم محیط و قبل کشت گندم بهایای حضور علت به
همچ ،رفته باال قارچ توسعه احتمال
به نین
علت
طغیران ،تناوبی آبیاری
علف
به را سیستم این سوددهی و رضایت هرز های
ترأثیر تحرت شدت
شاخص تضعیف باعث نکته این .است داده قرار
زیست های
نیز محیطی
به است شده
طوری
ثبرت سیسرتم ایرن در سرموم مصرف بیشترین که
1- Crossover
2- Mutation
(جدول است شده
9
.)
محاسبه وزن بیشترین
شاخص شده
رو با ها
در شرانون آنتروپی ش
جدول
9
شاخص بین در
برا ماشرینی اشرتغال به مربوط اجتماعی های
مهدار
633
/
5
با انسانی نیروی آن از بعد و است
901
/
5
مهدار بیشترین
به انسانی نیروی اهمیت اوزان این .است داده نشان را
در را رفتره کرار
شاخص بین
می نشان اجتماعی های
.دهد
شاخص بین در
های
زیست
مصررف و مزرعره برار شدت ،محیطی
به اوزان باالترین سوخت
ترتیب
272
/
5
و
260
/
5
کره دادنرد نشران را
به
.است بوده مزرعه در ماشین نهاده کاربرد از ناشی مستهیم طور
همان
جدول در که طور
9
قابل
هزینه به سود نسبت است مشاهده
بی سیستم
خاک
از کمتر ورزی
9
یر االاصرو حتری و اسرت
سیسرتم ک
به غیراقتصادی
می شمار
حساسریت به توجه با بنابراین .رود
فنری هرای
.است دقیق فنی حمایت و مشاوره نیازمند آن توسعه سیستم این
رتبه
سیسرتم بنردی
تولیرد هرای
(خراک
)کاشرت و ورزی
در بررنج
سیسرتم هر برای شباهت شاخص نتایج .شد انجام رامهرمز شهرستان
و اجتماعی بعد دو در
زیست
در هزینه به فایده نسبت همراه به محیطی
جدول
2
سیستم در .است شده داده قرار
خشکه های
آب و کاری
کراری
مری انجام مستهیم شکل به کاشت
آبیراری و کاشرت روش امرا ،شرود
سایر به نسبت را اقتصادی رتبه بهترین سیستم دو این .دارند متفاوتی
سیستم
(جدول دارند ها
2
سطح مجموع .)
سیستم این کشت زیر
در هرا
سال
11
،رامهرمز در
059
.است شده گزارش هکتار
خشرکه سیستم در
بره کاشرت کراری
بره مکرانیزه صرورت
وسریله
خطی
می صورت کار
به آبیاری و گیرد
مری انجام تناوبی صورت
و شرود
سیستم سایر به نسبت
حردود در را آب مصرف کمترین ها
3
/
25
هرزار
دارد مترمکعب
(Hormozi et al., 2016)
بزرگ .
ایرن چرالش تررین
علف کنترل سیستم
سرموم مصررف شرده باعرث کره اسرت هرز های
به ،مهابل در .یابد افزایش کشاورزی
مکرانیزه ،آب کرم مصررف علرت
کشراورزان توجه مورد توانسته مطلوب بازدهی و کاشت عملیات بودن
آن مهابل نهطه در .گیرد قرار
آب سیستم ،
بره کراری
ایرن علرت
از کره
به زمین کاشت ابتدای
آب مصررف باالترین ،است غرقاب دائم صورت
ردود
رح در را
37
،روب
رمطل ررد
رعملک .دارد رار
رهکت در رب
رمترمکع رزار
ره
قابل سیستم این انجام سهولت و رضایت
نیرروی بره نیاز و است توجه
هزینه کاهش .دارد کمی کارگری
ب ماشینی و کارگری های
شرده اعرث
سیستم سایر بین را هزینه به سود نسبت باالترین سیستم این
داشته ها
(جدول باشد
2
.)
سیستم
منطهه در را برنج کشت زیر سطح بیشترین نشاکاری های
با
2166
سال در هکتار
9311
بردون نشراکاری سیسرتم .هسرتند دارا
مرسوم پدلینگ
تولیرد سیسرتم ترین
(خراک
)کاشرت و ورزی
در بررنج
.است منطهه
9. ،همکاران و هرمزي
به
ي
نه
ساز
بهينه الگوهاي تعيين جهت چندهدفه ي
شلتوک کاشت و زمين تهيه عمليات ي
...
844
جدول
1
-
شاخص مهادیر
وزن و پایداری های
محاسبه
شده
شاخص
شانون آنتروپی در ها
Table 1- Values of stability indices and the calculated weight of the indices in Shannon entropy
اجتماعی
Social
زیست
محیطی
Environmental
اقتصادی
Economical
پایداری بعد
Sustainability
رضایت
Satisfaction
کار
سهولت
Convenience
ایمن
و
سالمتی
)واحد
(بدون
ی
Health
&
Safety
(dimensionless)
کارگری
نیروی
)هکتار
در
روز
(نفر
کل
Total
labor
(man-day.ha
-1
)
ماشین
اشتغال
ی
ساعت
(نفر
)هکتار
در
Workers
in
mechanization
(man-h.ha
-1
)
سوخ
ت
(L
ha
-1
)
Fuel
از
مهدار
ت
Nitrogen
fertilizer
(kg.ha
-1
)
سمو
مهدار
م
Pesticide
consumption
(kg.ha
-1
)
متان
انتشار
Emission
Factors
for
methane
(kg
CH
4
ha
-1
year
-1
)
سمی
معادل
انتشار
Toxic
Equivalence
emission
Factor
(10
-9
g)
مزرعه
بار
شدت
Farm
load
intensity
(tonne
h.ha
-1
)
هزین
به
سود
ه
Benefit-Cost
Ratio
کاشت سیستم
Planting
system
8.4
5.5
8
67.5
5.9
47.2
97
1.29
160
900
24.31
2.170
بدون نشاکاری
پدلینگ
Transplanting
without
puddling
9
6.1
7.2
55
10.9
87.2
95
1.26
160
900
42.96
1.935
پدلینگ با نشاکاری
Transplanting
with puddling
8.2
7.5
8.1
43.4
7.4
59.2
102
2.28
82.9
900
30.76
2.292
خشکه
کاری
Dry-seeding
9.5
8
9.6
36
5.9
47.2
100
1.52
160
900
24.31
2.807
آب
کاری
Wet-seeding
5.8
8.4
8.3
48
2.5
25
128
2.96
145.3
400
11.625
0.714
بی
خاک
ورزی
No-tillage
0.090
0.088
0.031
0.158
0.633
0.264
0.023
0.217
0.091
0.133
0.272
-
شاخص وزن
Index weight
جدول
2
-
رتبه امتیاز
سیستم بندی
رامهرمز برنج مکانیزاسیون های
Table 2- Ramhormoz rice mechanization systems rating score
اجتماعی
Social
زیست
محیطی
Environmental
اقتصادی
Economical
پایداری بعد
Sustainability
شباهت شاخص
Similarity
index
شباهت شاخص
Similarity index
سود
هزینه به
Benefit-Cost Ratio
سیستم متغیر
System
variable
کاشت سیستم
Planting system
0.416
0.631
2.170
A1
پدلینگ بدون نشاکاری
Transplanting without
puddling
0.939
0.306
1.935
A2
پدلینگ با نشاکاری
Transplanting with
puddling
0.577
0.413
2.292
A3
خشکه
کاری Dry-seeding
0.404
0.618
2.807
A4
آب
کاری Wet-seeding
0.066
0.689
0.714
A5
بی
خاک
ورزی No-tillage
10. 844
ماشين نشریه
جلد ،کشاورزي هاي
31
شماره ،
4
زمستان ،
3441
ماشین از کم استفاده علت به سیستم این
امتیراز از سرموم و آالت
شاخص در باالیی
زیست های
به محیطی
است آورده دست
(جردول
2
،)
کرارگر سیسرتم این از کشاورزان رضایت عدم دالیل از یکی البته
برر
هزینه و آن بودن
بره همگری که است آن کارگری باالی های
صرورت
می پرداخت نهدی
شاخص در زیادی تغییرات زمین تهیه در .شود
هرای
زیست و اقتصادی ،اجتماعی
،اسرت داده رد نشراکاری سیستم محیطی
پا ورود با که
نشاکاری سیستم پایداری تناقضات .است گرفته شکل دلر
می را پدلینگ با
جدول در توان
2
بهترین با سیستم این .نمود مشاهده
زیست ازنظر را رتبه بدترین ،اجتماعی بعد امتیاز
در .داد نشران محیطی
مری باعث پدلینگ گرچه سیستم نوع این
و زمرین تهیره مرحلره شرود
رضای و سرعت با نشاکاری
بره ولری شرود انجام بیشتری ت
کرارگیری
شاخص پدلینگ در تراکتور مفرط
زیست های
به محیطی
مصررف ه ویر
به را فشردگی و سوخت
(جدول است داده قرار تأثیر تحت شدت
9
.)
بهینه مدل
چندهدفه سازی
محدودیت و
ها
رتبه امتیازهای براساس
سیسرتم بنردی
بررنج مکانیزاسریون هرای
(جدول رامهرمز
2
،)
زیسرت ،اجتمراعی بعد سه هدف توابع
و محیطری
این علت به .گردیدند تعریف زیر شکل به اقتصادی
بره مسرئله حل که
روش
NSGA II
رداقلرح را
رب
مرری رورت
رص رازیرس
ضرررایب و گیرررد
محاسبه
در شده
TIPSIS
بره ضرایب ،هستند مثبت
در منفری صرورت
شده نوشته توابع
.اند
(
2
)
Z1=-(0.416)*A1-(0.939)*A2-(0.577)*A3-
(0.404)*A4-(0.066)*A5
(
3
)
Z2=-(0.631)*A1-(0.306)*A2-(0.413)*A3-
(0.618)*A4-(0.689)*A5
(
0
)
Z3=-2.170*A1-1.935*A2-2.292*A3-2.807*A4-
0.714*A5
محدودیت
بهینره مدل های
در پایردار بررنج مکانیزاسریون سرازی
ماشرین و آب ،زمرین شامل ،رامهرمز منطهه
هسر کشراورزی هرای
تند
جدول در (پارامترها
9
)شردند تشریح
سرال در .
9311
مجموعرا
0602
،بروده رامهرمرز منطهره تابسرتانه کشت اراضی سطح هکتار
بنرابراین
برنج کشت زیر سطح حداکثر
0602
:شد وارد مدل در زیر شکل به
A1+A2+A3+A4+A5≤5642 (
0
)
سال در
9311
ب
برنج کشت برای آب رهاسازی محدودیت و رنامه
درمجموع رامهرمز شهرستان در
13
گرفتره نظرر در مترمکعب میلیون
درعین .شد
حال
با
سیستم مصرف مهدار برآورد
تولید های
(خراک
ورزی
)کاشت و
خشرکه ،پردلینگ بردون نشاکاری برنج
آب ،کراری
و کراری
بی
خراک
بره کره ورزی
ترتیرب
0
/
35
،
3
/
20
،
3
/
25
،
37
و
6
/
23
هرزار
است بوده مترمکعب
(Hormozi et al., 2016)
،
( رابطه
6
)
به
عنروان
:شد وارد مدل در آب مصرف محدودیت معادله
(
6
)
30500*A1 + 24300*A2 + 20300*A3 +
37000*A4 + 23600*A5 ≤ 83000000
ماشین برخی
خطری ماننرد کشراورزی هرای
،غرالت کرار
کارنرده
بی
خاک
دارنرد وجرود منطهه در که محدودی تعداد علت به پادلر و ورز
به
می ظاهر محدودیت عنوان
شراخص یک ماشینی اجرایی توان .شوند
بره کره بروده مکرانیزه عملیات میزان اجرایی ظرفیت سنجش
صرورت
ماشرین مجموعره بررای یا ماشین هر برای هکتار
مری بیران هرا
شرود
(
Almassi, Kiani, & Loveimi, 2008
.)
این بر
محدودیت ،اساس
رین
رماش ری
راجرای روان
رت
را
ره
رکل
رش ره
رب و ردند
رش ربه
رمحاس
A2≤600
،
A3≤1440
و
A5≤64
.شد منظور
بهینه نتایج
سازی
بهینه نتایج
سیستم چندهدفه سازی
پایدار مکانیزاسیون های
بررنج
رامهرمز شهرستان
جدول در
3
د نمایش
سرطح مجموع .است شده اده
سیستم
بازه در بهینه نهاط های
2755
تا
3255
مهدار این که دارند قرار
که رامهرمز در برنج کشت زیر سطح با
3395
بوده نزدیک است هکتار
نشان و
محردودیت بره توجه با مدل خروجی که است این دهنده
هرای
اعمال
آب و ماشین محدودیت .است واقعیت به نزدیک شده
شده باعث
خشکه و پدلینگ بدون نشاکاری سیستم دو که است
سرطور از کراری
سیستم سایر به نسبت باالتری
.باشند برخوردار ها
صورتی در
محردودیت تحت مدل و نباشد آب محدودیت که
هرای
(جدول باشد داشته قرار فعلی ماشینی
0
برا مکانیزاسریون بهینه نهاط ،)
سیستم بر بیشتر سطور
آب های
کا
تکیره پدلینگ بدون نشاکاری و ری
جدول نتایج .دارند
0
مری نشران
عردم و پرآبری شررایط در کره دهرد
سیستم ،آب محدودیت
مطلروب رامهرمرز در بررنج کشرت سنتی های
رت
رتح .رت
رداش رد
رخواهن را رداری
رپای رطح
رس راالترین
رب و رود
رب رد
رخواه
سیسرتم
آب هرای
،پردلینگ بردون نشراکاری و کراری
کراربرد
نیرروی
بیش کارگری
سیستم سایر از تر
تروان برر محصرول تولیرد و اسرت هرا
ماهیچه
سیسرتم ایرن .دارد تکیره ای
چرالش دارای هرا
مردیریتی هرای
روش بر کشاورزان و هستند کمتری
تسرلط آبیاری و آفات کنترل های
.دارند بیشتری
کم شرایط در
گررفتن نظرر در برا ،آبی
25
آب مترمکعرب میلیرون
(جدول
0
سیستم )
م بهینه های
خشکه ااطله
پدلینگ با نشاکاری و کاری
ری
رم ران
رنش را
رن
رای رلی
راص رت
رعل .رد
ردهن
رتم
رسیس ،ردل
رم رن
رای در ره
رک
بی
خاک
ندارنرد سرهمی پرارتو بهینره در ،کم آب مصرف باوجود ورزی
بری سیستم ضریب بودن پایین
خراک
اقتصرادی هردف ترابع در ورزی
(
790
/
5
هزینه به فایده نسبت بودن پایین با مسئله این .است )
االکرام
می نظر به منطهی
.رسد
11. ،همکاران و هرمزي
به
ي
نه
ساز
بهينه الگوهاي تعيين جهت چندهدفه ي
شلتوک کاشت و زمين تهيه عمليات ي
...
847
جدول
3
-
جواب
های
پارتو بهینه
سیستم
های
رامهرمز برنج پایدار مکانیزاسیون
-
محدودیت همه با
ها
Table 3- Pareto optimal solutions of sustainable rice mechanization systems in Ramhormoz- with all restrictions
بدون نشاکاری
پدلینگ
Transplanting
without puddling
(ha)
پدلینگ با نشاکاری
Transplanting
with puddling
(ha)
خشکه
کاری
Dry-seeding
(ha)
آب
کاری
Wet-seeding
(ha)
بی
خاک
ورزی
No-tillage
(ha)
زیر سطح
کشت
Area under
cultivation
(ha)
آب مصرف
Water
consumption
(m3
)
1886 166 899 78 12 3041 82962373
1351 316 1275 213 13 3169 82994714
2698 0 1 12 10 2721 82999997
1264 340 1336 235 14 3190 82999995
2527 15 237 12 11 2802 82961626
1276 539 1177 184 13 3188 82999997
2712 0 1 0 11 2724 82999997
2094 65 788 33 12 2992 82952086
1643 237 1057 145 13 3094 82980004
1264 340 1336 235 14 3190 83000000
1618 340 1014 121 12 3106 82979981
1276 539 1177 184 13 3188 82999996
2221 41 629 31 12 2934 82934402
1968 308 712 16 11 3015 82826449
1834 180 935 91 12 3053 82965469
2710 1 1 0 11 2724 82980670
2427 24 364 18 12 2845 82954600
2009 117 813 56 12 3006 82959032
655
پدلینگ با نشاکاری ماشینی اجرایی توان هکتار
9005
خشکه ماشینی اجرایی توان هکتار
کاری
60
بی ماشینی اجرایی توان هکتار
خاک
ورزی
600 hectares of power of planting machine with puddling
1440 hectares of operational power of dry-seeding machines
64 hectares of operational power of no-tillage machines
محدودیت
:ها
0602
کشت زیر سطح هکتار
13
آب مترمکعب میلیون
Limitations: 5642 hectares of cultivated area
83 million cubic meters of water
اقتصرادی باشرد یرک از کمتر آن در نسبت این که سیستمی زیرا
به البته .نیست
ایرن و سیستم بودن جدید علت
کشراورزان غالرب کره
حساسریت با و داشتند را آن تجربه اولین
آشرنایی آن مالحظرات و هرا
نداشته
پرایینی عملکررد میانگین و نگرفته صورت موفهیت با کشت اند
است داشته
بااین .
درصورتی ،حال
هزینه به فایده نسبت که
اسراس برر
برری سیسررتم موفررق کشرراورزان عملکرررد
خرراک
( ورزی
167
/
9
بررا )
ردودیت
رمح
،ره
ربهین رده
رعم رطور
رس ،رود
رش وارد ردل
رم در ری
رفعل رای
ره
سیستم
بی های
خاک
خشکه و ورزی
.بود خواهند کاری
رامهرمرز در برنج پایدار کشت توسعه الزمه است معنی بدان این
،
سیستم حمایت و تهویت
خشرکه ماننرد نروین مکرانیزه هرای
و کراری
سیستم بر تمرکز نیازمند و بوده پدلینگ با نشاکاری
آب مصرف با های
سیستم این که هستند کمتر
برا و براالتر مکانیزاسریون درجرات برا ها
روش کاربرد
می صورت مکانیزه های
از حمایرت حرال عرین در .گیرند
طرر
د کارشناسری های
چرالش رفرع جهرت ر
و آفرات مردیریت هرای
بیماری
بی سیستم های
خاک
می ورزی
در را پایردار سیسرتم ایرن تواند
.دهد ترویج منطهه
نتیجه
گیری
اساسی از یکی
چالش ترین
شناسرایی مکانیزاسریون توسرعه هرای
سیستم
اجتمراعی ،اقتصادی ابعاد بین را تعادل بهترین که هست هایی
زیست و
برقرا محیطی
منرافع بیشرترین بره دسرتیابی عین در و کرده ر
زیسرت خسرارت کمترین ،اجتماعی و اقتصادی
همرراه بره را محیطری
به .باشند داشته
نه ،پایدار مکانیزاسیون چارچوب کارگیری
می تنها
توانرد
رطح
رس ررین
ربهت رایی
رشناس در رداری
رپای رداف
راه
رتم
رسیس ردی
ربن
رای
ره
بررسی امکان بلکه کند تأمین را مکانیزاسیون
مختلرف سناریوهای اثر
محدودیت تحت
بخرش مجریران و محههران بره نیرز را مختلف های
مری کشاورزی
پیردا بررای چرارچوب ایرن .دهرد
بهینره مردل کرردن
خاک مراحل تمام مکانیزاسیون
پرس و برداشرت ،داشت ،کاشت ،ورزی
قابل مختلف جغرافیایی نواحی در برداشت از
.است استفاده
چارچوب در
ارائه
شر شده
اخص
و اجتمراعی ،اقتصرادی بعرد سره در منتخرب هرای
زیست
تهسیم محیطی
می بندی
سیسرتم مروردی مطالعه در .شوند
هرای
قررار بررسری مرورد رامهرمرز شهرسرتان شرلتوک تولید مکانیزاسیون
شاخص وزن .گرفت
شاخص و محاسبه شانون آنتروپی از استفاده با ها
12. 844
ماشين نشریه
جلد ،کشاورزي هاي
31
شماره ،
4
زمستان ،
3441
روش از پایرداری بعرد هر در سیستم هر شباهت
TOPSIS
بره
دسرت
به شاخص این .آمد
سه هدف توابع ضرایب عنوان
گرفتره نظرر در گانه
ره
ربهین ردل
رم .ردند
رش
روی
رالگ ره
رب رتیابی
ردس رت
رجه ره
رچندهدف رازی
رس
ژنتیک الگوریتم دوم نسخه از استفاده با پایدار کشاورزی مکانیزاسیون
مرتب با
نرامغلوب سرازی
NSGA-II
بره
داد نشران نترایج .رفرت کرار
سطور مجموع
واقعری کشرت زیرر سطح با ،بهینه نهاط
3395
هکترار
،آب ردودیت
رمح ردم
رع رورت
رص در .دارد روانی
رهمخ رز
ررامهرم در ررنج
رب
سیستم
آب سنتی های
و هسرتند بهینه پدلینگ بدون نشاکاری و کاری
آب شدید محدودیت و خشکسالی شرایط در
سیستم
نوین مکانیزه های
خشکه مانند
بی ،کاری
خاک
م عملکرد (با ورزی
برا نشراکاری و )طلروب
به پدلینگ
سیستم عنوان
.برود خواهند پایدار بهینه های
بهینره بررسری
محدودیت در مختلف سناریوهای تحت پارتو
نشران ماشین و آب های
به با داد
نه ،چارچوب این کارگیری
مری تنها
در پایرداری اهرداف تروان
سطح بهترین شناسایی
سیستم بندی
ترأمین را مکانیزاسیون های
،کررد
محردودیت تحرت مختلرف سرناریوهای اثرر بررسی امکان بلکه
هرای
نیز مختلف
.دارد وجود
جدول
4
-
جواب
های
پارتو بهینه
سیستم
های
رامهرمز برنج پایدار مکانیزاسیون
-
با
ماشین محدودیت
Table 4- Pareto optimal solutions of sustainable rice mechanization systems in Ramhormoz- with machine restriction
پدلینگ بدون نشاکاری
Transplanting
without puddling
(ha)
پدلینگ با نشاکاری
Transplanting with
puddling (ha)
خشکه
کاری
Dry-seeding
(ha)
آب
کاری
Wet-
seeding
(ha)
بی
خاک
ورزی
No-tillage
(ha)
زیر سطح
کشت
Area
under
cultivation
(ha)
آب مصرف
Water
consumption
(m3
)
0 0 0 5642 0 5642 208749362
1222 76 82 4259 3 5642 198425726
4572 283 306 469 12 5642 170166224
4470 59 64 1045 5 5642 177823206
4547 0 0 1092 3 5642 179159195
3419 219 237 1749 10 5635 179380325
3500 264 290 1536 10 5600 176107325
1476 222 240 3645 10 5593 190400514
2813 215 134 2472 8 5641 185374613
598 45 49 4943 2 5638 203290491
2318 146 159 3004 6 5633 188763438
2421 276 258 2585 11 5551 181679059
1720 66 71 3781 3 5642 195499081
5466 49 29 62 5 5611 170895987
0 0 0 5641 1 5642 208744350
5639 0 0 0 3 5642 172058983
2095 130 140 3271 6 5642 191060368
4119 259 282 954 11 5626 173227704
655
پدلینگ با نشاکاری ماشینی اجرایی توان هکتار
9005
خشکه ماشینی اجرایی توان هکتار
کاری
60
ماشینی اجرایی توان هکتار
بی
خاک
ورزی
600 hectares of power of planting machine with puddling
1440 hectares of operational power of dry-seeding machines
64 hectares of operational power of no-tillage machines
محدودیت
:ها
0602
کشت زیر سطح هکتار
Limitations: 5642 hectares of cultivated area
سپاسگزاری
مرالی حمایرت و اهرواز چمران شهید دانشگاه از مهاله نویسندگان
قالرب در اهرواز چمرران شرهید دانشرگاه فنراوری و وهش پر معاونت
( وهانه پ
SCU.AA99.585
از و )
آقا
ی
مهرد دکتر
ی
شرر
ی
ف
یر
زد
،ی
علمی هیات عضو
بازرگان مدرسه
ی
نروژ
نتایج تحلیل در همکاری بابت
تش
می قدردانی و کر
.کنند
13. ،همکاران و هرمزي
به
ي
نه
ساز
بهينه الگوهاي تعيين جهت چندهدفه ي
شلتوک کاشت و زمين تهيه عمليات ي
...
844
جدول
5
-
جواب
های
پارتو بهینه
سیستم
های
رامهرمز برنج پایدار مکانیزاسیون
-
محدودیت همه با
(خشک ها
سال
ی
)
Table 5- Pareto optimal solutions of sustainable rice mechanization systems in Ramhormoz- with all restrictions
(drought)
نشاکار
پدلینگ بدون ی
Transplanting
without puddling
(ha)
پدلینگ با نشاکاری
Transplanting with
puddling (ha)
خشکه
کاری
Dry-seeding
(ha)
آب
کاری
Wet-
seeding
(ha)
بی
خاک
ورزی
No-tillage
(ha)
زیر سطح
کشت
Area
under
cultivati
on (ha)
آب مصرف
Water consumption
(m3
)
0 270 662 0 0 932 19999989
0 171 779 0 1 951 19997295
0 148 806 0 1 955 19985138
0 14 966 0 1 981 19988213
0 59 911 0 2 972 19980398
0 182 766 0 1 949 19999967
0 0 982 0 3 985 19999993
0 0 984 0 0 985 19999994
0 212 731 0 0 943 19993736
0 118 843 0 0 961 19995990
0 34 944 0 0 978 19999990
0 134 823 0 1 958 19939460
0 160 793 0 0 953 19990671
0 69 902 0 0 971 19997817
0 235 703 0 0 939 19998322
0 89 876 0 2 967 19999552
0 38 938 0 1 977 19989284
0 269 663 0 0 932 19992559
655
اج توان هکتار
پدلینگ با نشاکاری ماشینی رایی
9005
خشکه ماشینی اجرایی توان هکتار
کاری
60
بی ماشینی اجرایی توان هکتار
خاک
ورزی
600 hectares of power of planting machine with puddling
1440 hectares of operational power of drying machines
64 hectares of operational power of no-tillage machines
محدودیت
:ها
0602
کشت زیر سطح هکتار
25
آب مترمکعب میلیون
Limitations: 5642 hectares of cultivated area
20 million cubic meters of water
References
1. Almassi, M., Kiani, S., & Loveimi, N. (2008). Principles of agricultural mechanization. Jungle Publication,
Tehran, Iran, 308 p. (In Persian)
2. Askin, D., & Askin, V. (2012). Financial budget manual 2012. Lincoln University. Faculty of Commerce, p.
3. Banerjee, S., & Punekar, R. M. (2020). A sustainability-oriented design approach for agricultural machinery and
its associated service ecosystem development. Journal of Cleaner Production, 264, 121642.
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121642
4. Bezruk, Y., Lavèn, P., Hoffmann, C., & Doluschitz, R. (2014). Sustainability in agricultural machinery
production-an empirical study among farmers. Landtechnik, 69, 84-89.
5. Bochtis, D., Sørensen, C. A. G., & Kateris, D. (2019). Choosing a Machinery System. In: Bochtis, D., Sørensen,
C.A.G., Kateris, D. (Eds.), Operations Management in Agriculture, 117-158. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-
809786-1.00005-9
6. Bochtis, D. D., Sørensen, C. G., & Busato, P. (2014). Advances in agricultural machinery management: A review.
Biosystems Engineering, 126, 69-81. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2014.07.012
7. Camarena, E., Gracia, C., & Sixto, J. C. (2004). A mixed integer linear programming machinery selection model
for multifarm systems. Biosystems Engineering, 87, 145-154. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2003.10.003
8. Corti, D., Granados, M. H., Macchi, M., & Canetta, L. (2013). Service-oriented business models for agricultural
machinery manufacturers: Looking forward to improving sustainability. In: (Eds.), Proceeding of International
Conference on Engineering, Technology and Innovation (ICE) & IEEE International Technology Management
Conference, pp. 1-8. https://doi.org/10.1109/itmc.2013.7352612
9. Cupiał, M , & Kowalczyk, Z. (2020). Optimization of Selection of the Machinery Park in Sustainable Agriculture.