مدل‌سازي و تحليل انرژي توليد محصول گندم با الگوريتم‌هاي يادگيري ماشين در شهرستان نظرآباد

Modeling and energy analysis of wheat crop production with machine learning algorithms in Nazarabad city

امروزه تأمين امنيت غذايي براي جمعيت روبه‌رشد جهان با حفظ منابع كره زمين و حداقل اثرات زيست‌محيطي به يكي از چالش‌هاي اساسي و مهم در كشاورزي پايدار تبديل‌شده است و استفاده بهينه از منابع يكي از الزامات اصلي كشاورزي پايدار است. در اين مطالعه به بررسي الگوي مصرف انرژي در توليد گندم و تجزيه‌وتحليل آن در شهرستان نظرآباد پرداخته شد. مقادير مختلف مصرف نهاده‌ها و اطلاعات در هر مرحله از كاشـت تـا برداشت از طريق مصاحبه با كشاورزان و پر كردن پرسش‌نامه‌هاي تخصصي جمع آوري شد. انرژي مصرفي با استفاده از ضرايب تبديل انرژي استخراج‌شده از منابع معادل‌سازي شد. باتوجه‌به نتايج به‌دست‌آمده ميانگين انرژي كل مصرفي 84/22405 مگاژول بر هكتار به دست آمد. شاخص‌هاي نسبت انرژي، بهره وري انرژي، شدت انرژي و انرژي خالص به‌ ترتيب 26/3، (kg/Mj) 19/0،(Mj/Kg) 25/5 و (Mj)50682 به دست آمد. مدل‌سازي انرژي با دو روش RFR وGBR انجام شد و R2 به ترتيب 63/0 و 56/0 و مقدار RRMSE به ترتيب 74/4389 و 93/4871 محاسبه شد. نتايج نشان داد كه روش GBRقادر است بادقت بيشتري مقادير انرژي را پيش‌بيني كند. تحليل حساسيت با SHAP انجام شد و تأثيرگذارترين نهاده روي پيش‌بيني انرژي ترتيب انرژي بذر، سوخت ديزل و كود شيميايي نيتروژن هستند. نتايج اين تحقيق نشان داد كه از طريق كاهش مصرف سوخت و كاهش مصرف كودهاي شيميايي مي‌توان ميزان مصرف انرژي را كاهش داد.

Today, providing food security for the world s growing population by preserving the earth s resources and minimal environmental effects has become one of the basic and important challenges in sustainable agriculture, and the optimal use of resources is one of the main requirements of sustainable agriculture. In this study, the pattern of energy consumption in wheat production and its analysis was investigated in Nazarabad city. Various amounts of input consumption and information at each stage from planting to harvesting were collected through interviews with farmers and filling specialized questionnaires. The consumed energy was equated using the energy conversion coefficients extracted from the sources. According to the obtained results, the average total energy consumption was 22405.84 megajoules per hectare. The indices of energy ratio, energy efficiency, energy intensity and net energy were obtained as 3.26, (kg/Mj) 0.19, (Mj/Kg) 5.25 and (Mj) 50682 respectively. Energy modeling was done with RFR and GBR methods, and R2 was calculated as 0.63 and 0.56, respectively, and the RRMSE value was calculated as 4389.74 and 4871.93, respectively. The results showed that the GBR method can predict energy values more accurately. The sensitivity analysis was done with SHAP and the most influential inputs on energy prediction are the order of seed energy, diesel fuel and nitrogen fertilizer. The results of this research showed that energy consumption can be reduced by reducing fuel consumption and reducing chemical fertilizer consumption.