واکاوی اسنادی فناوری‌های نوین آبیاری و آب کشاورزی در جهان و امکان بومی‌سازی آن‌ها در ایران.

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تهران، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی

2 استاد دانشگاه تهران و عضو وابسته فرهنگستان علوم جمهوری اسلامی ایران

3 دانشگاه شیراز ,و عضو شاخه آبیاری، گروه علوم کشاورزی و منابع طبیعی، فرهنگستان علوم، جمهوری اسلامی ایران

4 عضو پیوسته فرهنگستان علوم جمهوری اسلامی ایران و استاد دانشگاه شیراز

5 دانشگاه فردوسی مشهد

6 عضو شاخه آبیاری، گروه کشاورزی، فرهنگستان علوم جمهوری اسلامی ایران

چکیده

مدیریت نوآورانه و پایدار آب کشاورزی اهمیت زیادی در برنامه‌های سازگاری با تغییرپذیری و تغییر اقلیم دارد و پیش‌بینی می‌شود که فناوری‌های نوظهور آبیاری همراه با فناوری‌های بوم‌سازگار نقشی کلیدی در امنیت آبی و غذایی آینده جهان داشته باشند. پژوهش حاضر با هدف معرفی و آسیب‌شناسی فناوری‌های نوین آبیاری و مدیریت آب کشاورزی در جهان و امکان بومی‌سازی‌ آن‌ها در ایران انجام‌شده است. در ابتدا، روش‌ها و فناوری‌های پیشرفته و نوین آبیاری و آب کشاورزی در جهان معرفی شده است. این روش‌ها در هفت گروهِ فناوری‌های‌ هوشمند، نانو، گلخانه، ابرجاذب‌ها‌، بارورسازی ابرها، بهره‌برداری از آب‌های ژرف، و شیرین‌کردن آب دریا دسته‌بندی شدند. پس از آن، کاربرد فناوری‌های یاد شده از نظر اقتصادی، میزان مصرف آب و انرژی و برخی دیدگاه‌های محیط‌زیستی (مانند سمیّت و انتشار گازهای گلخانه‌ای) آسیب‌شناسی شده است. در پایان، وضع کنونی فناوری‌های نوین آبیاری و آب کشاورزی در ایران بررسی و نیاز به بومی‌سازی آن‌ها با توجه به پتانسیل‌های موجود کشور ارائه شده است. واکاوی بررسی‌های اسنادی نشان می‌دهد که ایران از نظر فناوری‌های هوشمند مدیریت آب کشاورزی و فناوری نانو در ابتدای راه قرار دارد و برای استفاده از این فناوری‌ها به پژوهش‌های بیشتری نیاز است. با این حال، استفاده از مدل‌های رشد و عملکرد محصول و برنامه‌های کاربردی گوشی‌های تلفن همراه و اجرای آبیاری موضعی به‌عنوان راه حل قابل دسترس برای مدیریت آبیاری و آب کشاورزی پیشنهاد شد. برای ضدعفونی‌کردن آب در ناحیه‌های دورافتاده، استفاده از نانوذره‌ها نقره و برای ناحیه‌هایی که مشکل تأمین برق دارند، بهره-گیری از تیتانیم دی‌اکسید پیشنهاد شد. فناوری کشت عمودی، با توجه به کفایت زمین در کشور و دشواری‌های تأمین برق مورد نیاز و آلایندگی هوا در وضع کنونی پیشنهاد نشد. فناوری نور مصنوعی و صفحه‌های خورشیدی در ایران بومی‌سازی شده است و برای توسعه کاربرد در گلخانه‌ها نیاز به پژوهش‌های بیشتری دارد. فناوری‌های بارورسازی ابرها، آب‌های ژرف و شیرین‌کردن آب دریا در ایران بومی شده‌اند. بارورسازی ابرها به صورت مقطعی قادر به تسکین خشکسالی‌ها و تقویت آبخوان‌ها نیست. استفاده از فناوری آب‌های ژرف با توجه به پیامدهای محیط‌زیستی در کشور توصیه نمی‌شود. کاربرد روش‌های شیرین‌کردن آب دریا فقط برای شرب و صنعت (نه کشاورزی) با صرفه است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Documentary Analysis of New Irrigation and Agricultural Water Technologies and their Possible Application in Iran

نویسندگان [English]

  • Javad Bazrafshan 1
  • A. Khalili 2
  • Shahrokh Zand-Parsa 3
  • A.R. Sepaskhah 4
  • Amin Alizadeh 5
  • J. Farhoodi 6
1 University of Tehran, Dept. of Irrigation and Reclamation Engineering
2 Professor in University of Tehran,/Member of Irrigation Branch, Agricultural and Natural Resources Group, Academy of Science, Islamic Republic of Iran
3 Shiraz University / Member of Irrigation Branch, Agricultural and Natural Resources Group, Academy of Science, Islamic Republic of Iran
4 Professor of Shiraz University
5 Ferdowsi University of Mashhad
6 University of Tehran
چکیده [English]

Innovative and sustainable agricultural water management is critical in adaptation programs to climate variability and change, and emerging, eco-friendly irrigation technologies are expected to play a key role in the world's future water and food security. The current study was carried out with the aim of discussing pros and cons of new irrigation and agricultural water technologies in the world, and the possibility of application of these technologies in Iran. These techniques are classified into seven categories: smart technology, nanotechnology, greenhouse technology, superabsorbent technology, cloud seeding technology, deep water technology, and seawater desalination technology. These technologies are analyzed in terms of economics, water and energy usage, and certain environmental factors (such as toxicity and greenhouse gas emissions). The state-of-the-art of modern irrigation and agricultural water technologies in Iran is examined, and the issue of their domestic application is matched with the country’s potentials. According to documentary studies, our country is at the beginning of the road in terms of intelligent technologies for agricultural water management and nanotechnology, and further study is required to employ these technologies. However, intelligent irrigation management utilizing crop growth and yield models, mobile phone applications, and micro-irrigation implementation was proposed as a feasible solution. The use of silver nanoparticles was suggested for the disinfection of water in remote areas, and the use of titanium dioxide for areas that do not have power supply problems. Employing the vertical farming is not recommended in the country due to the problems of electrical power supply and air pollution and presence of unlimited arable land. The technology of artificial light and solar panels has been adopted in Iran and more research is needed to justify their applications in greenhouses. Cloud seeding, deep water, and seawater desalination technologies have become indigenous to Iran. Cloud seeding is ineffective to alleviating droughts and strengthening aquifers. Because of the environmental consequences, the employment of deep-water technologies is not recommended. Employing of seawater desalination technologies for drinking and industrial (not agricultural) uses is cost effective.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Agriculture water
  • Application
  • Irrigation
  • Modern technology
  • Pathology

مراجع

  1. 1- احمدی، س.ح.، ع. سپاسخواه. 1396. واکاوی پیامدهای گسترش آبیاری زیر فشار در ایران. مجله پژوهش­های راهبردی در علوم کشاورزی و منابع طبیعی 131-148:(3)2.

    2- ارزیابی گزارش مرحله اول عملیات ایجاد باران از راه تحریک ابر در حوضه آبریز رودخانه کرج و جاجرود، وزارت نیرو، مرکز اسناد  1357.  

    3- آقانباتی، س.ع. 1383. کتاب زمین‌شناسی ایران. انتشارات سازمان زمین‌شناسی ایران 640 صفحه.

    4- پورغلام آمیجی، م.، ع. لیاقت، م.ح. ولی و ح. پارسامهر. 1398. ساخت حسگر رطوبتی به‌منظور آبیاری هوشمند و تعیین محل مناسب نصب آن برای دستور توقف آبیاری با هدف جلوگیری از تلفات آب. مدیریت آب در کشاورزی  36-6:21.

    5- خزائی، م. 1395. بارور کردن ابرها و باران مصنوعی، نظریه ها و عملکردها، گزارش سمینار دکتری، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشگاه تهران، شهریور 1395.

    6- ستاد ویژه توسعه فناوری نانو. 1384. راهبرد آینده  210 صفحه.

    7- ستاد ویژه توسعه فناوری نانو. 1391. سند تکمیلی سوم راهبرد ده ساله توسعه فناوری نانو در جمهوری اسلامی ایران. 62 صفحه.

    8- سید حسینی، م. 1391. باروری ابرها از باور تا واقعیت. انتشارات وزارت نیرو، مرکز ملی تحقیقات و مطالعات باروری ابرها، 190صفحه.

    9- قائمی ع.ا. و ج. رحمانی ثقیه. 1393. مقایسه عملکرد حسگر‏های هوشمند رطوبت خاک با چند روش متداول تعیین رطوبت خاک در روش آبیاری میکرو، نشریه آبیاری و زهکشی ایران 25-16:8. 

    10- کیخایی، ف. و ف. عباسی. 1398. منابع آب ژرف: فرصت ها و چالش ها. آب و توسعه پایدار 66-6:61.

    11- گزارش نهایی اجرا و ارزیابی پروژه باروری ابرها با هدف افزایش بارندگی در استان های اصفهان، قم و مرکزی (پروژه زاگرس) ، مهندسین مشاور آب آوران دشت کویر، شهریور 1388، 125 صفحه.

    12- گزارش نهایی پروژه بارورسازی ابرها در استان گیلان و مناطق مجاور آن، شرکت مدیریت منابع آب ایران، موسسه تحقیقات آب، مرکز اسناد ، پاییز 1387، 174 صفحه.

     13- میرعربی، ع. و س.ا. حسینی. 1393. آبهای فسیلی ذخایر استراتژیک جهان. پانزدهمین همایش انجمن زمین‌شناسی ایران . انجمن زمین‌شناسی ایران. دانشگاه تربیت معلم، تهران 10 صفحه.

    1. Al Jabri, S.A., H.A.A. Rahman and A.M. Ibrahim. 2015. Agricultural polymers revisited: Salinity interactions and soil-water conservation. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 46:2661-674.
    2. AlMarzooqi, F.A., A.A. Al Ghaferi, I. Saadat and N. Hilal. 2014. Application of Capacitive Deionisation in water desalination: A review. Desalination, 342:3-15.
    3. Benke, K. and B. Tomkins. 2017. Future food-production systems: vertical farming and controlled-environment agriculture Sustainability: Science, Practice and Policy 13:13-26.
    4. Brewster, C., E. Jan, K. Raymond, P. Rakers, T. Iver, V. Jürgen and W. Astrid. 2018. Strategic Research and Innovation Agenda; ETIP Wind: Brussels, Belgium.
    5. Conrad, G.K.Jr., G.W. Bomar, T.P. DeFelice, D.A. Griffith and D.W. Langerud. 2016. Guidelines for Cloud Seeding to Augment Precipitation. doi:10.1061/9780784408193.
    6. De Barros, A.F., L.D. Pimentel and E.F. Araujo. 2017. Super-absorbent polymer application in seeds and planting furrow: it will be a new opportunity for rainfed agriculture. Semina: CIencias Agrarias, 38:1703-1714.
    7. dela Cruz, J.R., R.G. Baldovino, F.B. Culibrina, A.A. Bandala and E.P. Dadios. 2017. Fuzzy-based decision support system for smart farm water tank monitoring and control. Proceedings of the 2017 IEEE 5th Inter-national Conference on Information and Communication Technology (ICoIC7), IEEE, Malacca City, pp. 1–4.
    8. Ditta, A. 2012. How helpful is nanotechnology in agriculture? Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 3:033002(10p). doi:10.1088/2043-6262/3/3/033002
    9. Elliott, R.D., C.G.Jr. Keyes and R.F. Reinking. 1995. Summary: Guidelines for cloud seeding to augment precipitation. ASCE, Reston, VA, pp. 1–7.
    10. Freebairn, D.M., A. Ghahramani, J.B. Robinson and D.J. McClymont. 2018. A tool for monitoring soil water using modelling, on-farm data, and mobile technology. Environmental Modelling & Software 104: 55-63.
    11. Gehrke, I., A. Geiser and A. Somborn-Schulz. 2015. Innovations in nanotechnology for water treatment. Nanotechnology, science and applications 8:1-17.
    12. Goap, A., D. Sharma, A.K. Shukla and C.R. Krishna. 2018. An IoT based smart irrigation management system using machine learning and opensource technologies. Computer Electronic Agriculture,155:41–49.
    13. Gorjian, S., F. Calise, K. Kant, M.S. Ahamed, B. Copertaro, G. Najafi and R.R. Shamshiri. 2020. A Review on Opportunities for Implementation of Solar Energy Technologies in Agricultural Greenhouses. J. Cleaner Produc. 285:124807. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.124807 
    14. Gupta, M., Abdelsalam, M., Khorsandroo, S., Mittal, S. 2020. Security and privacy in smart farming: Challenges and opportunities. IEEE Access, 8: 34564-34584.
    15. Hadipour, M., J.F. Derakhshandeh and M.A. Shiran. 2020. An experimental setup of multi-intelligent control system (MICS) of water management using the Internet of Things (IoT). ISA Transactions, 96:309-326.
    16. Jahan, M. and M. Nassiri Mahallati. 2020. Can Superabsorbent Polymers Improve Plants Production in Arid Regions? Advances in Polymer Technology, 7124394. doi:10.1155/2020/7124394
    17. Kanda, E.K., W. Niu, T. Mabhaudhi, et al. 2020. Moistube Irrigation Technology: A Review. Agricultural Research, 9:139–147.
    18. Kernecker, M., A. Knierim, A. Wurbs, T. Kraus and F. Borges. 2020. Experience versus expectation: Farmers’perceptions of smart farming technologies for cropping systems across Europe. Precision Agr. 21:34–50.
    19. Khalili, A. and J. Rahimi. 2018. Climate. In: Roozitalab, M. H., Siadat, H., Farshad, A. (eds) The Soils of Iran. Springer International Publishing, Cham, 19-33. doi:10.1007/978-3-319-69048-3_3
    20. Khawaji, A.D., I.K. Kutubkhanah and J.M. Wie. 2008. Advances in seawater desalination technologies. Desalination, 221(1–3): 47-69.
    21. Knierim, A., F. Borges, M. Kernecker, T. Kraus and A. Wurbs. 2018. What drives adoption of smart farming technologies? Evidence from a cross-country study. In Proceedings of the European International Farm Systems Association Symposium, Chania, Greece, 1–5 July 2018:1–5.
    22. Kowalczyk, K., D. Olewnicki, M. Mirgos and J. Gajc-Wolska. 2020. Comparison of Selected Costs in Greenhouse Cucumber Production with LED and HPS Supplemental Assimilation Lighting. Agronomy 10, 1342. https://doi.org/10.3390/agronomy10091342
    23. Lanoue, J., E.D. Leonardos, X. Ma and B. Grodzinski. 2017. The Effect of Spectral Quality on Daily Patterns of Gas Exchange, Biomass Gain, and Water-Use-Efficiency in Tomatoes and Lisianthus: An Assessment of Whole Plant Measurements Frontiers in Plant Science 8 doi:10.3389/fpls.2017.01076
    24. Lee, C., K.H. Chang, J.W. Cha, J.W. Jung, J.Y. Jeong, H.Y. Yang, S.K. Seo, J.Y. Bae, S.Y. Kang, Y.J. Choi. et al. 2010. Estimation for the economic benefit of weather modification (Precipitation enhancement and fog dissipation). Atmosphere, 20: 187–194, (In Korean with English abstract).
    25. Li, Q. et al. 2019. Effect of supplemental lighting on water transport, photosynthetic carbon gain and water use efficiency in greenhouse tomato Scientia Horticulturae, 256: 108630.
    26. Liu, X., M., Wang S. Zhang and B. Pan. 2013. Application potential of carbon nanotubes in water treatment: a review. J. Environ. Scien. (China). 25:S1263–S1280.
    27. Lu, H., J. Wang, M. Stoller, T. Wang, Y. Bao and H. Hao. 2016. An Overview of Nanomaterials for Water and Wastewater Treatment. Advances in Materials Science and Engineering, 4964828(10p) doi:10.1155/2016/4964828
    28. Mahdavian, M. and N. Wattanapongsakorn. 2017. Optimizing Greenhouse Lighting for Advanced Agriculture Based on Real Time Electricity Market Price. Mathematical Problems in Engineering, 6862038 (11p). https://doi.org/10.1155/2017/6862038.
    29. March, H., D. Saurí, and A.M. Rico-Amorós. 2014. The end of scarcity? Water desalination as the new cornucopia for Mediterranean Spain, J. Hydrology 519:2642-2651 doi:https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2014.04.023
    30. Martínez-Alvarez, V., M.J., González-Ortega, B. Martin-Gorriz, M. Soto-García and J.F. Maestre-Valero. 2018. 14 -Seawater desalination for crop irrigation—Current status and perspectives. In: Gude, V. G. (ed) Emerging Technologies for Sustainable Desalination Handbook. Butterworth-Heinemann, pp. 461-492. doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815818-0.00014-X
    31. Muangprathub, J., N. Boonnam, S. Kajornkasirat, N. Lekbangpong, A. Wanichsombat and P. Nillaor. 2019. IoT and agriculture data analysis for smart farm. Computer and Electronic in Agriculture,156:467–474.
    32. Ojha, T., S. Misra and N.S. Raghuwanshi. 2015. Wireless sensor networks for agriculture: The state-of-the-art in practice and future challenges. Computer and Electronic in Agriculture, 118: 66–84.
    33. Ostrand, M.S., T.M. DeSutter, A.L.M. Daigh, R.F. Limb and D.D. Steele. 2020. Superabsorbent polymer characteristics, properties and applications. Agrosystems, Geosciences & Environment, 3: e20074. https://doi.org/10.1002/agg2.20074
    34. Paucar, L.G., A.R. Diaz, F. Viani, F. Robol, A. Polo and A. Massa. 2015. Decision support for smart irrigation by means of wireless distributed sensors, in Proceedings of the 2015 IEEE 15th Mediterranean Microwave Symposium (MMS), IEEE, Lecce, pp. 1–4.
    35. Prasad, R., A. Bhattacharyya and Q.D. Nguyen. 2017. Nanotechnology in Sustainable Agriculture: Recent Developments, Challenges, and Perspectives Frontiers in Microbiology 8. doi:10.3389/fmicb.2017.01014
    36. Reinders, F.B. 2020. New products and emerging irrigation technologies in light of the icid vision 2030. Irrigation and Drainage 69:294-298.
    37. Sandhyavitri, A.M., A. Perdana, S. Sutikno and F.H. Widodo. 2018. The roles of weather modification technology in mitigation of the peat fires during a period of dry season in Bengkalis, Indonesia. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 309:12-16.
    38. Severino, G., G. D’Urso, M. Scarfato and G. Toraldo. 2018. The IoT as a tool to combine the scheduling of the irrigation with the geostatistics of the soils. Future Generation Computer Systems, 82:268–273.
    39. Sharma, N., S. Acharya, K. Kumar, N. Singh, and O.P. Chaurasia. 2018. Hydroponics as an advanced technique for vegetable production: an overview. J. Soil Water Conserv. 17(4):364–371.
    40. Tan, L. 2016. Cloud-based decision support and automation for precision agriculture in orchards. IFAC-Papers OnLine, 49:330–335.
    41. Usman, M., M. Farooq, A. Wakeel, A. Nawaz, S.A. Cheema, H.U. Rehman, I. Ashraf and M. Sanaullah. 2020. Nanotechnology in agriculture: Current status, challenges and future opportunities. Sci. Total Environ.721:137-778.
    42. Wang, T., G. Wu, J. Chen, P. Cui, Z. Chen, Y. Yan, Y. Zhang, M. Li, D. Niu, B. Li and H. Chen. 2017. Integration of solar technology to modern greenhouse in China: Current status, challenges and prospect. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 70:1178-1188.
    43. Wangmo, P., V.K. Jadoun and A. Agarwal. 2020. A Review on Solar Energy-Based Smart Greenhouse. In: Kumar H., Jain P. (eds) Recent Advances in Mechanical Engineering. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-15-1071-7_52
    44. Yadav, R. and A.K. Daniel. 2018. Fuzzy based smart farming using wireless sensor network. Proceedings of the 2018 5th IEEE Uttar Pradesh Section International Conference on Electrical, Electronics and Computer Engineering (UPCON), IEEE, Uttarpradesh, India pp. 1–6.
    45. Zohuriaan-Mehr, M.J. and K. Kabiri. 2008. Superabsorbent polymer materials: A review. Irn. Polymer J. 17:451-477.
    46. Zotalis, K., E.G. Dialynas, N. Mamassis and A.N. Angelakis. 2014. Desalination technologies: Hellenic experience. Water, 6: 1134-1150. https://doi.org/10.3390/w6051134
مجله پژوهش های راهبردی در علوم کشاورزی و منابع طبیعی
دوره 7، شماره 2
آبان 1401
صفحه 139-158

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار