دانشگاه شهید بهشتی فصلنامه علوم محیطی 3115-7173 23 4 2026 05 25 Optimal Crop Pattern Base on Climate-Smart Agriculture and Sustainable Water Resources Management اصلاح الگوی کشت در چارچوب کشاورزی اقلیم-هوشمند و نقش آن در مدیریت پایدار منابع آب: کاربرد مدل برنامه ریزی چندهدفه و پویایی شناسی سیستم 1009 1032 105993 10.48308/envs.2025.237671.1460 FA مجید رنجبر گروه اقتصاد کشاورزی، دانشگاه آزاد واحد مرودشت، مرودشت، ایران سید نعمت الله موسوی گروه اقتصاد کشاورزی، دانشگاه آزاد واحد مرودشت، مرودشت، ایران بهاالدین نجفی گروه اقتصاد کشاورزی، دانشگاه آزاد واحد مرودشت، مرودشت، ایران Journal Article 1970 01 01 <strong>Introduction:</strong> Agriculture remains one of the most climate-vulnerable economic sectors globally, facing heightened risks from shifting precipitation patterns, rising temperatures, and increased frequency of extreme weather events. Adapting cultivation patterns through a climate-smart agriculture (CSA) framework—integrating productivity, adaptation, and mitigation—is critical to enhance systemic resilience and ensure food security. This study focuses on the Kosar Dam basin in western Iran, a region experiencing intensified water stress due to population growth, agricultural expansion, and recurrent droughts. Understanding the dynamic interactions between climate variability, water allocation, and farming practices in this context is essential for designing sustainable management strategies that balance ecological limits with socioeconomic needs.<br /> <strong>Material and methods:</strong> This research employs a system dynamics (SD) modeling approach to simulate the complex water resources system of the Kosar Dam basin over the period 2021– 2040. SD is particularly suited for capturing feedback loops, time delays, and nonlinear relationships inherent in socio-hydrological systems. Then, a multi-objective optimization algorithm is embedded within the SD framework to evaluate trade-offs among objectives such as maximizing profit, minimizing water and fertilizer consumption, and reducing greenhouse gas emissions.<br /><strong>Results and discussion:</strong> The analysis revealed a consistent decline in the volume of surface water throughout the study period, with an average annual reduction of -0.94%. This trend coincides with an escalating demand for water across various sectors, resulting in a growing scarcity index for water resources in the region and a diminishing water balance index. By the end of the assessment, the predicted scarcity index was 0.51, and the water balance index stood at 413 million cubic meters. These indicators suggest that the water resource situation in the basin is likely to worsen, impairing the system's ability to meet increasing national water demands. The evaluation of cropping patterns indicated an 11.5% reduction in the total cultivated area, down to 28167 hectares. Most crops exhibited a decline in cultivation, with beans being deprioritized. However, adjustments in the cultivation strategy resulted in a lower scarcity index compared to baseline conditions. Notably, the implementation of the proposed cultivation scenario achieved a 14% reduction in the average annual scarcity index.<br /><strong>Conclusion:</strong> This study demonstrates that integrating climate-smart agriculture principles within a system dynamics framework provides a powerful tool for navigating water–food– climate nexus challenges in semi-arid regions. Proactive, adaptive management informed by scenario modeling can significantly enhance resilience in the Kosar Dam basin and similar contexts. Key recommendations include prioritizing investments in water-saving technologies, strengthening early-warning systems for drought, and fostering participatory governance to align farmer incentives with sustainability goals. <strong>سابقه و هدف:</strong> کشاورزی در سراسر جهان همچنان یکی از آسیب‌پذیرترین بخش‌های اقتصادی در برابر تغییرات اقلیمی به شمار می‌رود و با خطرات روزافزون ناشی از تغییر الگوهای بارش، افزایش دما و تکرار پدیده‌های حدی آب‌وهوایی دست‌به‌گریبان است. سازگاری الگوهای کشت در چارچوب «کشاورزی هوشمند نسبت به اقلیم» که ابعاد بهره‌وری، سازگاری و کاهش اثرات زیست‌محیطی را تلفیق می‌کند، نقشی کلیدی در ارتقای تاب‌آوری نظام‌های تولید و تضمین امنیت غذایی ایفا می‌نماید. پژوهش حاضر بر حوضه آبریز سد کوثر در غرب ایران متمرکز است؛ منطقه‌ای که تحت‌تأثیر رشد جمعیت، توسعه اراضی کشاورزی و تکرار خشکسالی‌ها، با تشدید تنش آبی مواجه شده است. شناخت تعاملات پویا میان تغییرپذیری اقلیم، تخصیص منابع آب و الگوهای کشاورزی در این زمینه، برای طراحی راهبردهای مدیریتی پایدارِ هم‌سو با محدودیت‌های اکولوژیک و نیازهای اقتصادی-اجتماعی، ضرورتی اجتناب‌ناپذیر است.<br /><strong>مواد و روش‌ها:</strong> این پژوهش از رویکرد مدل‌سازی پویایی شناسی سیستم (System Dynamics) برای شبیه‌سازی نظام پیچیده منابع آب حوضه سد کوثر در بازه زمانی ۲۰۲۱ تا ۲۰۴۰ بهره می‌گیرد. این روش به‌دلیل توانایی در بازتاب حلقه‌های بازخورد، تأخیرهای زمانی و روابط غیرخطیِ حاکم بر نظام‌های اجتماعی-هیدرولوژیکی، گزینه‌ای کارآمد محسوب می‌شود. سپس یک الگوریتم بهینه‌سازی چندهدفه نیز با مدل پویایی‌شناسی سیستم­ها ادغام شده است تا مبادلات میان اهدافی نظیر بیشینه‌سازی سود اقتصادی، کمینه‌سازی مصرف آب و نهاده‌های کودی، و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای مورد ارزیابی قرار گیرد.<br /><strong>نتایج و بحث:</strong> یافته‌ها حاکی از روند نزولی پیوسته در حجم آب‌های سطحی طی دوره مورد مطالعه با میانگین کاهش سالانه 94/0- درصد است. این روند هم‌زمان با افزایش تقاضای آب در بخش‌های گوناگون، به تشدید شاخص کم‌آبی منابع و کاهش شاخص بیلان آبی در منطقه منجر شده است. بر اساس پیش‌بینی‌ها، تا پایان دوره ارزیابی شاخص کم‌آبی به 51/0 و شاخص بیلان آب به ۴۱۳ میلیون مترمکعب خواهد رسید. این شاخص‌ها نشان می‌دهد که وضعیت منابع آب در حوضه در مسیر وخیم‌تر شدن قرار دارد و ظرفیت سامانه برای پاسخگویی به نیازهای فزاینده آب در سطح ملی کاهش می‌یابد. بررسی الگوهای کشت بهینه نیز کاهش 5/11 درصدی در سطح کل اراضی زیر کشت (معادل ۲۸۱۶۷ هکتار) را نشان می‌دهد. اگرچه سطح زیر کشت بیشتر محصولات کاهش یافته و کشت لوبیا در اولویت قرار نگرفت، اما بازنگری در الگوی کشت موجب کاهش شاخص کم‌آبی نسبت به سناریوی وضع موجود گردید. به‌طور مشخص، اجرای سناریوی پیشنهادی کشت منجر به کاهش ۱۴ درصدی در میانگین سالانه شاخص کم‌آبی شد.<br /><strong>نتیجه‌گیری</strong>: این پژوهش نشان می‌دهد که تلفیق اصول کشاورزی هوشمند نسبت به اقلیم در چارچوب پویایی‌شناسی سیستم، ابزار کارآمدی برای مدیریت چالش‌های پیوندیِ آب، غذا و اقلیم در مناطق نیمه‌خشک به شمار می‌رود. مدیریت پیش‌دستانه و سازگارانه که بر پایه مدل‌سازی سناریوها استوار باشد، می‌تواند تاب‌آوری حوضه سد کوثر و مناطق مشابه را به‌طور چشمگیری ارتقا بخشد. بر این اساس، راهکارهای کلیدی شامل اولویت‌بندی سرمایه‌گذاری در فناوری‌های بهینه‌سازی مصرف آب، تقویت سامانه‌های هشدار سریع خشکسالی، و توسعه حکمرانی مشارکتی جهت همسوسازی انگیزه‌های کشاورزان با اهداف پایداری زیست‌محیطی پیشنهاد می‌شود. https://envs.sbu.ac.ir/article_105993_c56a19807777ce1e344bbe9e4a5c68d0.pdf