امکان‌سنجی کشت سیاه دانه (Nigella sativa) در استان البرز با استفاده از ترکیب سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و تحلیل سلسله مراتبی فازی (Fuzzy AHP)
محورهای موضوعی : کشاورزی، مرتع داری، آبخیزداری و جنگلداریافروز علی محمدی 1 , حمیده خلج 2 , محمدرضا لبافی حسین آبادی 3 *
1 - استادیار، گروه کشاورزی و محیط‌زیست، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
2 - استادیار، گروه کشاورزی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
3 - استادیار، مرکز تحقیقات گیاهان دارویی، پژوهشکده گیاهان دارویی جهاد دانشگاهی، کرج، ایران
کلید واژه: امکان‌سنجی, سیاهدانه, استان البرز, Fuzzy AHP.,
چکیده مقاله :
کشور ایران از لحاظ شرایط جغرافیایی، اقلیمی و خاکی رویشگاه بسیاری از گونه‌های گیاهی و از جمله گیاهان دارویی است. مطالعه عوامل موثر بر رشد گیاهان دارویی و تعیین مناطق مستعد و مناسب جهت کشت آنها یکی از عوامل بسیار مهم در مدیریت اراضی کشاورزی ایران است. سیاهدانه (Nigella sativa) گیاهی دارویی و متعلق به خانواده آلاله است که دانه‌های این گیاه در طب سنتی برای درمان بیماری‌های آسم، التهاب، دیابت و فشار خون بالا استفاده می‌شود. آگاهی از چگونگی تناسب و انطباق کشت هر گونه دارویی در هر منطقه با شرایط آب و هوایی آن لازمه‌ی هر گونه مدیریت پایدار است. در تحقیق حاضر امکان‌سنجی کشت Nigella sativa در استان البرز بر پایه‌ی سیستم اطلاعات جغرافیایی و تحلیل سلسله مراتبی فازی با استفاده از معیارهای اقلیمی شامل متوسط، حداکثر، حداقل دما و مجموع بارش، معیارهای فیزیوگرافی شامل ارتفاع و شیب، معیارهای ادافیکی شامل بافت، pH، EC و P خاک و معیارهای هیدرولوژی شامل EC، pH و SAR انجام شد. بر اساس تلفیق کلیه داده‌های فازی‌شده، نقشه قابلیت اراضی برای کاشت سیاهدانه در استان البرز تهیه گردید. نتایج نشان داد که 87/46 درصد از منطقه، لحاظ معیارهای مورد مطالعه برای کشت سیاهدانه در وضعیت کاملا مناسب و مناسب قرار دارد و فقط 02/15 درصد از سطح استان برای کشت سیاهدانه نامناسب است.
Regarding geographical, climatic and soil conditions, Iran is the habitat of many plant species, including medicinal plants. Studying the conditions affecting the growth of medicinal plants and determining suitable areas for their cultivation is one of the most essential factors in the management of agricultural lands in Iran. Nigella sativa is a medicinal plant belonging to the Ranunculales family. The seeds of this plant are used in traditional medicine to treat asthma, inflammation, diabetes and high blood pressure. The suitability of the climate for any plant in different region is an obligatory requirement for sustainable management. In the present research, a feasibility study of N. sativa in Alborz province based on GIS and Fuzzy AHP analysis using climatic criteria, including mean, maximum, minimum temperature and total precipitation, physiographies criteria, including height and slope, graphical criteria soil texture and pH and hydrological criteria including EC, pH and SAR were performed. Based on the integration of fuzzy data, a land capability map for Nigella sativa planting in Alborz province was prepared. The results showed that 46.87% of the region is in a completely suitable and suitable condition and only 15.02% of the province is unsuitable for Nigella. sativa cultivation in terms of the studied criteria.
امکان‌سنجی کشت سیاه دانه (Nigella sativa) در استان البرز با استفاده از ترکیب سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و تحلیل سلسله مراتبی فازی (Fuzzy AHP)
چکیده
کشور ایران از لحاظ شرایط جغرافیایی، اقلیمی و خاکی رویشگاه بسیاری از گونه‌های گیاهی و از جمله گیاهان دارویی است. مطالعه عوامل موثر بر رشد گیاهان دارویی و تعیین مناطق مستعد و مناسب جهت کشت آنها یکی از عوامل بسیار مهم در مدیریت اراضی کشاورزی ایران است. سياه‌دانه (Nigella sativa) گياهي دارويي و متعلق به خانواده آلاله است که دانه‌هاي اين گياه در طب سنتي براي درمان بيماري‌هاي آسم، التهاب، ديابت و فشار خون بالا استفاده مي‌شود. آگاهی از چگونگی تناسب و انطباق کشت هر گونه دارویی در هر منطقه با شرایط آب و هوایی آن لازمه‌ی هر گونه مدیریت پایدار است. در تحقیق حاضر امکان‌سنجی کشت Nigella sativa در استان البرز بر پایه‌ی سیستم اطلاعات جغرافیایی و تحلیل سلسله مراتبی فازی با استفاده از معیارهای اقلیمی شامل متوسط، حداکثر، حداقل دما و مجموع بارش، معیارهای فیزیوگرافی شامل ارتفاع و شیب، معیارهای ادافیکی شامل بافت، pH، EC و P خاک و معیارهای هیدرولوژی شامل EC، pH و SAR انجام شد. بر اساس تلفیق کلیه داده‌های فازی‌شده، نقشه قابلیت اراضی برای کاشت سیاهدانه در استان البرز تهیه گردید. نتایج نشان داد که 87/46 درصد از منطقه، لحاظ معیارهای مورد مطالعه برای کشت سیاهدانه در وضعیت کاملا مناسب و مناسب قرار دارد و فقط 02/15 درصد از سطح استان برای کشت سیاهدانه نامناسب است.
واژه‌های کلیدی: امکان‌سنجی، سیاهدانه، استان البرز، Fuzzy AHP.
مقدمه
ایران رویشگاه اصلی بسیاری از گونه‌های گیاهان دارویی با ارزش است. این گونه‌ها در شرایط طبیعی و با بارندگی مختصر، مواد مؤثره نسبتا بالایی تولید می‌کنند که با کشت اصولی آنها، این میزان قابل افزایش است (18). سیاهدانه (Nigella sativa) یکی از گیاهان دارویی مهم و بومی ایران است. بذور سیاهدانه حاوی پروتئین، آلکالوئیدها (نیگلیسین ها و نیگلدین)، ساپونین و اسانس حاوی مولکول‌های فعال زیستی مختلف مانند تیموکینون، تیمول، توکوفرول، ترانس رتینول و سلنیوم است (16و 21).
ارزش دارویی سیاهدانه آنقدر زیاد است که به عنوان گیاه معجزه‌آسای قرن شناخته می‌شود (9). همچنانکه پیامبر فرمودند: "در آن شفاء هر بیماری است مگر مرگ" (8). این گیاه باارزش علاوه بر خودرو بودن به سبب كاربرد فراوان آن در صنايع داروسازي، در نقاط مختلف ايران به ميزان فراواني كشت مي‌شود اما عوامل محدودكننده محيطي مي‌توانند تاثير نامطلوبي بر رشد و توليد آن داشته باشد. بر این اساس آگاهی از چگونگی تناسب و انطباق کشت این گونه دارویی باارزش در هر منطقه با شرایط آب و هوایی آن لازمه هر گونه مدیریت پایدار است. ارزیابی تناسب اراضی، اطلاعات مفیدي را در خصوص میزان بازدهی کشت محصولات مختلف و مناسب‌ترین مکان براي تولید هر محصول، جهت مدیریت متمرکز منابع و برنامه‌ریزي الگوي کشت مناسب منطقه، ارائه می‌دهد. به کمک ارزیابی تناسب اراضی می‌توان رابطه بین قابلیت و توان سرزمین با نوع بهره‌برداري از آن را مشخص کرد و سپس برآوردي از نهاده‌هاي لازم و ستانده‌هاي حاصل را به‌دست آورد. به منظور یکپارچه‌سازي روش‌هاي مورد مطالعه در ارزیابی اراضی، سازمان غذا و کشاورزي ملل متحد در سالهاي 1976، 1983 و 1985 مبانی و چارچوب ارزیابی اراضی را منتشر کرد. از نکات بارز این روش‌ها می‌توان به رویکرد استفاده از مدل‌هاي ساده و کلاسیک اشاره نمود. در این روش‌های ارزیابی، عوامل مؤثر در تولید محصولات در نظر گرفته می‌شود و با توجه به نیازهاي هر محصول، عمل مقایسه و انطباق خصوصیات اراضی با نیازهاي هر محصول انجام می‌شود و در نهایت تناسب اراضی براي تولید آن محصول تعیین می‌شود (5). تطبیق مشخصات منطقه با نیازهای مصرفی، شیوه‌ای موثر و منطقی برای ارزیابی تناسب اراضی و تعیین کاربری است (11). از جمله تکنیک‌های پیشرفته روز دنیا برای سنجش تناسب اراضی و استفاده بهینه از زمین، استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) همراه با مدل‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره (MCDM) است (23).
یکی از انواع این مدل‌ها، فرآیند تحلیل سلسله مراتبی فازی (Fuzzy AHP) است که سودمندی این روش برای امکان‌سنجی کشت مورد تایید قرار گرفته‌است (14). همچنین در برخی تحقیقات نیز نشان داده شده‌است که Fuzzy AHP نسبت به AHP سازگاری بیشتری نسبت به تغییر وزن معیارها دارد (24).
در تحقیقی، عدمی (1) با هدف امکان سنجی کشت و اولویت بندی مناطق مختلف استان قم جهت کشت گیاه دارویی بومادران (Achillea millefolium) با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی نشان داد که 68 درصد از مساحت منطقه برای کشت آبی بومادران در وضعیت مناسبی قرار دارد. پاکزاد و اسلامی (17) به مکانیابی مناطق مستعد توسعه گونه کهور ایرانی در حوزه آبخیز رحمت‌آباد ریگان برپایه تحلیل سلسه‌مراتبی پرداختند. توماسا و همکاران (22) در تحقیقی با پهنه‌بندی مناطق مستعد کشت جلبک در سواحل غربی سوئد، با استفاده از تحلیل چندعامله در محیط GIS نشان دادند که حدود 500 کیلومتر مربع از سواحل برای کشت جلبک مناسب هستند. کاهسای و همکاران (12) با استفاده از روش Fuzzy AHP تناسب اراضی برای تولید سورگوم در شمال اتیوپی را مورد بررسی قرار دادند و حدود 76 درصد منطقه مورد مطالعه را برای کشت سورگوم کاملا مناسب و مناسب تشخیص دادند. شوکتی و همکاران (20) به پهنه‌بندی مناطق مستعد کشت گل محمدی در سطح استان آذربایجان غربی با استفاده از AHP پرداختند و نشان دادند که 34 درصد از منطقه برای کشت گل محمدی بسیار مناسب است. زانگ و همکاران (26) برپایه روش Fuzzy AHP مناطق مستعد کشت تنباکو در استان شاندونگ چین را مشخص کردند. دنگ و همکاران (4) با فرایند AHP در محیط GIS به ارزیابی تناسب اراضی برای کشت یونجه در شمال چین پرداختند و نشان دادند که فقط 3/5 درصد از اراضی در شرایط بسیار مناسب قرار دارند.
تحقیق حاضر به امکان‌سنجی کشت گیاه دارویی باارزش سیاهدانه (Nigella sativa) در استان البرز و پهنه‌بندی نواحی مستعد کشت این محصول از نظر شاخص‌های اقلیمی، فیزیوگرافی، ادافیکی و ویژگی‌های آب، با استفاده از توانایی سیستم اطلاعات جغرافیایی و تحلیل سلسله مراتبی فازی می‌پردازد.
روش تحقیق
استان البرز با مساحت 33/5118 کیلومتر مربع از نظر موقعیت جغرافیایی بین ۵۱ درجه و ۰ دقیقه و ۳۰ ثانیه شرقی و عرض جغرافیایی ۳۵ درجه و ۴۸ دقیقه و ۴۵ ثانیه شمالی قرار دارد. ارتفاع متوسط استان البرز از سطح دریا ۱۳۲۰ متر است. آب و هوای استان البرز متنوع است به‌طوریکه در این گستره از آب و هوای معتدل کوهستانی در مناطق شمالی تا نیمه بیابانی در جنوب آن را می‌توان مشاهده کرد. متوسط میزان بارندگی حدود 250 میلی‌متر در سال است. حداکثر میزان بارندگی در این منطقه در اواخر زمستان و اوایل بهار بوده و حداقل بارندگی در مرداد ماه می باشد. ماه‌های دی و مرداد به ترتیب سردترین و گرم‌ترین ماه‌های سال را در این استان تشکیل می‌دهند (18).
در پژوهش حاضر به منظور تحلیل مکانی معیارهاي مورد نیاز براي کشت سیاهدانه برپایه‌ی نیازهای مهم اکولوژیکی از تحلیل سلسله مراتبی فازي (FAHP) استفاده شد. معیارهای اصلی (شامل چهار معیار) و زیرمعیارها (شامل 13 زیرمعیار) در جدول 1 آورده شده‌است. پتانسیل‌یابی کشت سیاهدانه از لحاظ معیارهای مورد مطالعه (جدول 2) بر مبنای مطالعات انجام‌شده صورت گرفت (2، 6، 7، 10و 18).
برای معیار اقلیم از داده‌های مربوط به 12 ماه دوره 10 ساله اخذشده از پنج ایستگاه سینوپتیک مستقر در استان البرز (ایستگاه‌های هشتگرد، کرج، طالقان، سایت کرج کشاورزی و پیام فرودگاه) استفاده شد. داده‌های خاک و نقشه کاربری اراضی از سازمان جهاد کشاورزی استان البرز و داده‌های هیدرولوژی از شرکت آب منطقه‌ای البرز اخذ شد. نقشه‌ها در محیط Arc GIS 9.3 بر مبنای روش IDW تهیه شدند. سپس کاربری‌های اراضي باتلاقي و ماندابی، محدوده شهر، درياچه، مخزن سد و آب بند از منطقه حذف شد و تمامی نقشه‌ها با توجه به نقشه جدید منطقه برش داده‌شد. در مرحله بعد زیرمعیارها با استفاده از دستور reclassify طبقه‌بندی شدند. سپس فازی‌سازی داده‌های طبقه‌بندی‌شده برپایه‌ی تابع صعودی انجام شد و لایه‌ها بین صفر و یک فازی‌سازی شدند.
برای تعیین وزن، تمامی معیارها و زیر معیارهایی را که برای تشخیص مکان مناسب کشت سیاهدانه موثر و مفید هستند با در‌نظرگرفتن سلسله مراتب و اولویت‌بندی‌ها ترسیم شدند. پس از تعیین وزن خام معیارها و زیرمعیارها توسط کارشناسان، اوزان نهایی با استفاده از نرم‌افزار Super Decision محاسبه شد و برای بررسی قابل قبول‌بودن مقایسه‌های صورت‌گرفته از شاخص ناسازگاری (نمايه توافق) استفاده شد. در صورتی که این شاخص از 1/0 كوچكتر باشد وزن‌دهی به معیارها درست بوده و در غير اين صورت باید در وزن‌دهی به معیارها تجدید نظر شود.
در مرحله بعد، لایه‌های فازی‌شده در وزن‌های به‌دست‌آمده از تحلیل سلسله مراتبی ضرب شدند و پهنه‌بندی نهایی با استفاده از اپراتورهای فازی در نرم‌افزار Arc GIS 9.3 تهیه گردید. نقشه نهایی بر مبنای اینکه در طبقه‌بندی نهایی هرچقدر مقدار عددی بدست آمده بیشتر باشد آن منطقه برای کشت سیاهدانه مطلوب‌تر خواهد بود؛ تهیه شد.
جدول 1. معیارهای مورد مطالعه برای امکان‌سنجی کشت سیاهدانه
Table 1. The studied criteria for the feasibility of Nigella sativa cultivation
اقلیم | فیزیوگرافی | خاک | هیدرولوژی |
متوسط دمای ماهانه | شیب | بافت | SAR |
حداکثر دمای ماهانه | ارتفاع | pH | pH |
حداقل دمای ماهانه |
| EC | EC |
مجموع بارش ماهانه |
| P |
|
جدول 2. درجه تناسب زیرمعیارهای مورد مطالعه برای امکان‌سنجی کشت سیاهدانه
Table 2. The degree of suitability of the studied sub-criteria for the feasibility of Nigella sativa cultivation
معیار | زیر معیار | کاملا مناسب | مناسب | متوسط | نامناسب |
اقلیم | حداقل دما )°C) | 10-8 | 8-5 | 5-4 | > 4 |
| حداکثر دما )°C) | 25-18 | 30-25 | 35-30 | < 35 |
| متوسط دما )°C) | 17-12 | 25-17 ، 12-10 | 35-25 ، 10-4 | > 4 ، < 35 |
| مجموع بارش (mm) | <450 | 450-400 | 400-200 | > 200 |
فیزیوگرافی | شیب (درجه) | 5-0 | 10-5 | 15-10 | < 15 |
| ارتفاع (m) | 1500-500 | 2000-1500 | 2500-2000 | < 2500 |
خاک | بافت خاک | loam, silty-loam, silty-clay-loam | sandy-clay-loam | clay-loam | sandy-loam |
| pH | 7-5 | 5-5/3 | 8-7 | < 8 ، < 5/3 |
| (ds/m) EC | > 3 | 4-3 | 6-4 | < 6 |
| P | 60-50 | 50-30 | 30-10 | > 10 |
هیدرولوژی | (ds/m) EC | > 2 | 5-2 | 6-5 | < 6 |
| pH | 5/7-5/5 | 5/5-5 ، 5/8-5/7 | 5-3 ، 10-5/8 | > 3 ، < 10 |
| eq/l) SAR) | > 1 | - | - | < 1 |
نتایج
وزن‌دهی معیارها و زیرمعیارها
وزن نهایی معیارهای اصلی و زیرمعیارها به‌دست آمده از نرم افزار Super Decision همراه با نرخ سازگاری در جدول 3 آورده شده‌است. از معیارهای اصلی بیشترین وزن را اقلیم و کمترین وزن را معیار فیزیوگرافی داشت. از زیرمعیارهای اقلیم: متوسط دما و مجموع بارش، زیرمعیارهای فیزیوگرافی: ارتفاع و شیب، زیرمعیارهای خاک: بافت و P و زیرمعیارهای هیدرولوژی: EC و pH، به ترتیب بیشترین و کمترین وزن را داشتند. نرخ سازگاری در همه موارد کمتر از 1/0 است که نشان‌دهنده منطقی‌بودن مقایسات زوجی صورت‌گرفته بین معیارها و زیرمعیارها است.
نقشه کاربری‌های انتخاب‌شده
با توجه به حذف کاربری‌های اراضي باتلاقي و ماندابی، محدوده شهر، درياچه، مخزن سد و آب‌بند، نقشه نهایی کاربری در شکل 1 آورده شده‌است.
جدول 3. وزن نهایی و نرخ سازگاری معیارها و زیرمعیارها برپایه روش تحلیل سلسله مراتبی
Table 3.Final weights and inconsistency ratio of criteria and sub-criteria based on AHP
معیارهای اصلی | نرخ سازگاری | وزن | زیرمعیارها | نرخ سازگاری | وزن |
اقلیم | 01/0 | 45/0 | حداقل دما | 02/0
| 17/0 |
حداکثر دما | 27/0 | ||||
متوسط دما | 45/0 | ||||
مجموع بارش | 11/0 | ||||
فیزیوگرافی |
| 07/0 | شیب | 03/0
| 35/0 |
ارتفاع | 65/0 | ||||
خاک |
| 34/0 | بافت | 0 | 43/0 |
pH | 18/0 | ||||
EC | 28/0 | ||||
P | 11/0 | ||||
|
|
| EC | 05/0 | 66/0 |
هیدرولوژی |
| 14/0 | pH |
| 10/0 |
|
|
| SAR |
| 24/0 |
شکل1. نقشه کاربری‌های انتخاب‌شده برای کشت سیاهدانه در استان البرز (مناطق سفید کاربری‌های حذف‌شده هستند)
Fig 1. The map of the selected land uses for Nigella sativa cultivation in Alborz province (white areas are the deleted land use
تناسب اراضی از لحاظ معیاراقلیم
نتایج پتانسیل‌یابی کشت سیاهدانه در استان البرز از لحاظ زیرمعیارهای اقلیم در جدول 4 آورده شده‌است. نتایج نشانگر آن است که از لحاظ فاکتورهای دمایی، استان البرز برای کشت سیاهدانه در وضعیت مطلوبی قرار دارد اما از لحاظ فاکتور مجموع بارش، توان منطقه برای کشت سیاهدانه در حد متوسط است.
نتایج امکان‌سنجی کشت سیاهدانه در استان البرز از لحاظ معیار اقلیم (شکل 2 و جدول 4)، نشان داد که 100 درصد سطح استان البرز برای کشت سیاهدانه در وضعیت کاملا مناسب و مناسب قرار دارد.
جدول4. درصد تناسب اراضی به مساحت کل از لحاظ زیرمعیارها و معیار اقلیم
Table 4. The proportion percentage of land to the total area in terms of climate sub-criteria and criteria
درجه تناسب زیرمعیار و معیار | کاملا مناسب | مناسب | متوسط | نامناسب |
حداقل دما | 23/73 | 44/26 | 33/0 | - |
حداکثر دما | 100 | - | - | - |
متوسط دما | 100 | - | - | - |
مجموع بارش | - | 97/11 | 03/88 | - |
اقلیم | 23/73 | 77/26 | 0 | 0 |
شکل 2. نقشه فازی کیفی‌شده تناسب اراضی برای کشت سیاهدانه در استان البرز از لحاظ معیار اقلیم
Fig 2. Qualitative fuzzy map of land suitability for Nigella sativa cultivation in Alborz province in terms of climate criteria
تناسب اراضی از لحاظ معیار فیزیوگرافی
نتایج پتانسیل‌یابی کشت سیاهدانه در استان البرز از لحاظ زیرمعیارهای فیزیوگرافی در جدول 5 آورده شده‌است. نتایج نشان داد که 37/85 درصد از سطح استان البرز از لحاظ فاکتور شیب و 75/54 درصد از لحاظ فاکتور ارتفاع برای کشت سیاهدانه در وضعیت کاملا مناسب و مناسب قرار دارد.
نتایج امکان‌سنجی کشت سیاهدانه در استان البرز از لحاظ معیار فیزیوگرافی (شکل 3 و جدول 5)، نشان داد که 39/37 درصد از استان البرز برای کشت سیاهدانه شرایط کاملا مناسب و مناسب دارد و 61/62 درصد از منطقه در وضعیت متوسط و نامناسب قرار دارد.
جدول5. درصد تناسب اراضی به مساحت کل از لحاظ زیرمعیارها و معیار فیزیوگرافی
Table 5. The proportion percentage of land to the total area in terms of physiographic sub-criteria and criteria
درجه تناسب زیرمعیار و معیار | کاملا مناسب | مناسب | متوسط | نامناسب |
شیب | 48/74 | 89/10 | 94/5 | 69/8 |
ارتفاع | 28/37 | 47/17 | 67/18 | 58/26 |
فیزیوگرافی | 21/36 | 18/1 | 21/38 | 40/24 |
شکل 3. نقشه فازی کیفی‌شده تناسب اراضی برای کشت سیاهدانه در استان البرز از لحاظ معیار فیزیوگرافی
Fig 3. Qualitative fuzzy map of land suitability for Nigella sativa cultivation in Alborz province in terms of physiographic criteria
تناسب اراضی از لحاظ معیار خاک
نتایج پتانسیل‌یابی کشت سیاهدانه در استان البرز از لحاظ زیرمعیارهای خاک در جدول 6 آورده شده‌است. بر اساس نتایج بیانگر آن است که 32/50 درصد از خاک استان البرز از لحاظ بافت، برای کشت سیاهدانه در وضعیت کاملا مناسب و مناسب قرار دارد. از لحاظ فاکتور pH،EC و P به ترتیب 22/65، 05/55 و 31/64 درصد از خاک در وضعیت متوسط قرار دارد.
نتایج امکان‌سنجی کشت گیاه سیاهدانه در استان البرز از لحاظ معیارهای خاک مورد مطالعه (شکل 4 و جدول 6)، نشان داد که 18/50 درصد در وضعیت کاملا مناسب و مناسب و تنها 02/0 درصد در وضعیت نامناسب قرار دارد.
جدول6. درصد تناسب اراضی به مساحت کل از لحاظ زیرمعیارها و معیار خاک
Table 6. The proportion percentage of land to the total area in terms of soil sub-criteria and criteria
درجه تناسب زیرمعیار و معیار | کاملا مناسب | مناسب | متوسط | نامناسب |
بافت خاک | 08/50 | 24/0 | 66/49 | 02/0 |
pH | 22/4 | 96/0 | 22/65 | 60/29 |
EC | 09/0 | 08/23 | 05/53 | 77/23 |
P | 50/1 | 53/14 | 31/64 | 66/19 |
خاک | 95/49 | 23/0 | 80/49 | 02/0 |
شکل 4- نقشه فازی کیفی‌شده تناسب اراضی برای کشت سیاهدانه در استان البرز از لحاظ معیار خاک
Fig 4. Qualitative fuzzy map of land suitability for Nigella sativa cultivation in Alborz province in terms of soil criteria
تناسب اراضی از لحاظ معیار هیدرولوژی
نتایج پتانسیل‌یابی کشت سیاهدانه در استان البرز از لحاظ زیرمعیارهای هیدرولوژی در جدول 7 آورده شده‌است. نتایج نشانگر آن است که وضعیت منابع آبی استان البرز از لحاظ سه فاکتور مطالعه‌شده برای کشت سیاهدانه در وضعیت کاملا مناسبی قرار دارد.
نتایج امکان‌سنجی کشت سیاهدانه در استان البرز از لحاظ معیارهای هیدرولوژی مورد مطالعه (شکل 5 و جدول 7)، نشان داد که فقط 46/0 درصد منطقه از لحاظ این معیارها در وضعیت نامناسب قرار دارد و 54/99 درصد استان البرز در وضعیت کاملا مناسب و مناسب قرار دارد.
جدول7. درصد تناسب اراضی به مساحت کل از لحاظ زیرمعیارها و معیار هیدرولوژی
Table 7. The proportion percentage of land to the total area in terms of hydrological sub-criteria and criteria
درجه تناسب زیرمعیار و معیار | کاملا مناسب | مناسب | متوسط | نامناسب |
EC | 51/99 | 49/0 | - | - |
pH | 20/99 | 17/0 | 63/0 | - |
SAR | 18/73 | - | - | 82/26 |
هیدرولوژی | 24/73 | 30/26 | - | 46/0 |
شکل 5- نقشه فازی کیفی‌شده تناسب اراضی برای کشت سیاهدانه در استان البرز از لحاظ معیار هیدرولوژی
Fig 5. Qualitative fuzzy map of land suitability for Nigella sativa cultivation in Alborz province in terms of hydrological criteria
نقشه نهایی تناسب اراضی استان البرز برای کشت سیاهدانه
پس از رویهم‌گذاری نقشه‌های فازی‌شده معیارهای اصلی و اعمال وزن معیارها، نقشه نهایی امکان‌سنجی کشت گیاه سیاهدانه در استان البرز حاصل شد (شکل 6). نتایج نشان داد که 87/46 درصد از منطقه، لحاظ معیارهای مورد مطالعه برای کشت سیاهدانه در وضعیت کاملا مناسب و مناسب قرار دارد و فقط 02/15 درصد از سطح استان برای کشت سیاهدانه نامناسب است (جدول 8).
شکل 6. نقشه فازی کیفی‌شده تناسب اراضی برای کشت سیاهدانه در استان البرز از لحاظ معیارهای مورد مطالعه
Fig 6. Qualitative fuzzy map of land suitability for Nigella sativa cultivation in Alborz province in terms of the studied criteria
جدول8. توزیع مساحت استان البرز از لحاظ کشت سیاهدانه
Table 8. Area distribution of Alborz province in terms of Nigella sativa cultivation
قابلیت | مساحت (ha) | مساحت (%) |
کاملا مناسب | 40/194193 | 94/37 |
مناسب | 35/45700 | 93/8 |
متوسط | 90/151231 | 55/29 |
نامناسب | 37/76899 | 02/15 |
کاربری‌های حذف‌شده و مناطق فاقد داده | 76/43807 | 56/8 |
بحث و نتیجهگیری
در این تحقیق پس از وزن‌دهی به معیارهاي موثر در کشت سیاهدانه و انجام مدل سازي بر اساس مدل سلسله مراتبی و فازی‌سازی زیرمعیارها، نقشه پهنه‌های مناسب برای کشت این گیاه در استان البرز تهیه گردید. در نهایت با تهیه نقشه پهنه‌بندي اراضی مستعد کشت، علاوه بر استعداد و قابلیت‌هاي اراضی استان البرز براي کاشت سیاهدانه، می‌توان نشان داد که معیارهای در نظر گرفته شده براي پهنه‌بندي در چه نقاطی در حد مطلوب هستند و چه مناطقی دچار کمبود و ضعف از نظر این پارامترها می‌باشند. به‌عنوان مثال می‌توان مشخص کرد که کدام منطقه از بارش کافی و مناسب براي سیاهدانه برخوردار است و کدام منطقه از نظر بارشی کمبود دارد. پس از مشخص کردن این نقاط می‌توان براي ایجاد بهینه مناطق کشت، برنامه‌ریزی کرد.
نتایج تحقیق حاضر نشان داد که استان البرز از لحاظ معیار اقلیم که بین معیارها دارای بیشترین وزن است (45/0) محدودیتی برای کشت سیاهدانه ندارد (100 درصد در وضعیت کاملا مناسب و مناسب). از لحاظ زیرمعیار مجموع بارش، نتایج تحقیق نشان داد که توان منطقه برای کشت سیاهدانه در حد متوسط است و لذا پیشنهاد می‌شود که سیاهدانه در مناطق فاقد شرایط مناسب برای کشت دیم، به صورت کشت آبی یا آبیاری‌های تکمیلی کشت شود زیرا برپایه نتایج تحقیق، استان البرز از لحاظ وضعیت کیفی منابع آبی برای کشت سیاهدانه در وضعیت کاملا مناسب و مناسب قرار دارد. گیاه سیاهدانه تا حدودی مقاوم به کم‌آبی است اما با کاهش پتانسیل آب، درصد و سرعت جوانه‌زنی، طول ریشه‌چه و ساقه‌چه دچار روند کاهشی می‌شود.
از لحاظ عوامل فبزیوگرافی 61/62 درصد از منطقه در وضعیت متوسط و نامناسب قرار دارد. که شامل مناطق شمال تا شرق و بخشی از مرکز است که از لحاظ ارتفاع دارای محدودیت است. نتایج آنها نشان داد که شمال منطقه به علت کوهستانی بودن، از شرایط نامناسب قرار دارد. با توجه به نتایج تحقیق حاضر، معیار فیزیوگرافی دارای کمترین وزن (07/0) است و در نتیجه می‌توان گفت از این نظر محدودیت قابل‌توجهی برای کشت سیاهدانه وجود ندارد.
از لحاظ معیارهای خاک که بعد از معیار اقلیم از لحاظ وزن در جایگاه دوم قرار دارد (34/0)، عموما منطقه در شرایط کاملا مناسب (95/49 درصد) یا متوسط (80/49 درصد) قرار دارد چون منطقه از لحاظ زیرمعیار بافت خاک که بر اساس نتایج تحقیق، معیار با بیشترین وزن است در شرایط کاملا مناسب یا متوسط قرار دارد. سیاهدانه نیاز به خاک‌های با بافت نسبتا متوسط و حاصلخیز با زهکش مناسب دارد (18). در مطالعه انجام‌شده روی نیازهای اکولوژیک گیاه سیاهدانه، خاک هایی یا بافت شنی – لومی با فعالیت مناسب موجودات میکروبی و اسیدیته 8-5 بهترین شرایط رشدی گیاه را فراهم می کند. از سوی دیگر با در نظر گرفتن نقش ويژه فسفر در مکانيسم رشد و فعالیت های زایشی سياه‌دانه، تامین منابع فسفر برای افزایش کیفیت سیاهدانه بسیار مهم است (15 و 25). فسفر محلول در خاك ممكن است در خاک‌هاي آهکی تحت واكنش با تركيبات كربناتي به شكل غير قابل جذب تبديل شود و جذب گیاه نشود (13 و 19). از اين رو، کاهش قابليت جذب اين عنصر در خاک‌هاي آهكي مناطق نيمه خشك مي‌تواند بر شاخص‌هاي کيفي و فيزيولوژيک بذرهاي توليدي تاثير منفي داشته باشد. نتایج تحقیق حاضر نشان داد که حدود 20 درصد استان البرز از لحاظ منابع فسفر خاک، در وضعیت نامناسب قرار دارد. همچنین بر اساس نتایج تحقیق، استان البرز از لحاط معیار هیدرولوژی در وضعیت کاملا مناسب و مناسب قرار دارد (54/99 درصد). کیفیت آب آبیاری از نظر شوری و اسیدیته برای کشت گیاهان بسیار مهم است.
در نقشه نهایی تولیدشده، 87/46 درصد از سطح استان از نظر پتانسیل کشت سیاهدانه شرایط کاملا مناسب و مناسب را داراست. این مناطق عمدتا شامل مناطق با کاربری مرتع و زراعت آبی است که در غرب، جنوب غرب، مرکز، شمال، جنوب و بخشی نیز در شرق استان واقع شده‌است که درصورت تامین آب زراعی، محدودیت عمده محیطی برای کشت سیاه دانه در این مناطق وجود ندارد.
پهنه‌هایی از استان که دارای شرایط متوسط برای کشت سیاه دانه است، 55/29 درصد از استان را شامل می‌شود که از غرب تا جنوب شرقی پراکنش دارند که عموما شامل کاربری‌های فاقد پوشش گیاهی، زراعت آبی و مرتع هستند. همچنین 02/15 درصد از مساحت استان، شامل مناطق نامناسب برای کشت سیاهدانه است که عمدتا در مناطق شمالی استان واقع شده‌اند. عوامل مختلفی سبب نامناسب بودن این مناطق شده است؛ در نواحی مرتفع کوهستانی محدودیت عمده محیطی، ارتفاع و شیب زیاد و عدم وجود خاک مناسب است. در ارزیابی توان محیط برای کشت یك محصول، تمامی معیارها هم‌وزن نیستند. برخی از معیارها به عنوان عامل کلیدی عمل می‌نمایند، یعنی نبودن آنها یا آماده‌نشدن شرایط مناسب برای آنها، حتی اگر سایر پارامترها نیز وجود داشته باشند، باعث خواهد شد که منطقه مورد بررسی نامناسب ارزیابی گردد. به همین دلیل جهت حصول رتبه‌بندی اهمیت معیارهای تصمیم‌گیری در مورد مکان‌های مناسب برای کشت، فاکتورها وزن‌دهی می‌شوند. نتایج تحقیق حاضر نشان داد که برای کشت سیاهدانه، معیار اقلیم دارای وزن بیشتری نسبت به سایر معیارها است که با نتایج ذکر شده در تحقیق گارشاو (6) که عوامل اقلیمی تاثیر زیادی بر عملکرد و خصوصیات کیفی گیاه سیاهدانه دارند، همخوانی دارد. همچنین عدمی (1) نیز در تحقیق انجام شده جهت امکان سنجی کشت گیاه بومادران در استان قم، نشان داد که بیشترین وزن مربوط به معیار اقلیم است.
یافته‌های تحقیق حاضر نشان داد که بخش قابل توجهی از استان البرز از قابلیت لازم برای کشت سیاهدانه برخوردار است و از آنجاکه سیاهدانه یکی از گیاهان دارویی باارزش و بومی ایران است و کشت آن هزینه زیادی نداشته و جزو محصولات پر بازده است (18)، تولید این گیاه در زمینه‌های کشت، عصاره‌گیری، اسانس‌گیری، بسته‌بندی و داروسازی اشتغال‌زا بوده و می‌تواند در جهت رفع بیکاری استان البرز نقش موثری را ایفا کند. با توجه به اثرات سوء ناشي از مصرف داروهاي شيميايي در سالهاي اخير توجه زيادي به كشت گياهان دارويي شده كه با افزايش مصرف آنها نياز به توسعه كشت، مديريت و برنامه‌ريزي صحيح است (3). استفاده مطلوب، منطقی و بهینه از منابع گیاهان دارویی که به لحاظ فناوری بسیار کم هزینه‌تر و ساده‌تر از صنایع دارویی شیمیایی است، می‌تواند ضمن تامین بخشی از نیازهای عمده بهداشتی و درمانی جامعه از خروج مقادیر زیادی ارز جلوگیری نموده و موجب خودکفایی در تولید این گیاه می‌شود. البته با عنایت به اینکه گیاهان دارویی کشور جز در موارد بسیار محدود، کاملا به صورت سنتی تولید می‌شوند و از استانداردهای جهانی در روش‌های جمع‌آوری، خشک کردن، نگهداری، حمل و نقل و بسته‌بندی، فرآوری و عرضه، فاصله بسیار دارد؛ لازم است یک حرکت ملی جهت انتقال دانش فنی در کلیه مراحل کاشت، داشت و برداشت، همچنین ورود و بومی‌سازی فناوری‌های لازم از مرحله کاشت تا مرحله فرآوری و بسته‌بندی اولیه انجام گیرد تا بتوان طبق استانداردهای جهانی سهمی را در بازارهای بین‌المللی کسب نمود.
منابع مورد استفاده
1- Adami F. 2021. Feasibility of cultivating Achillea millefolium in Qom province based on Network Analysis Method (ANP). Payamenoor University. Tehran. 114pp. (In Persian).
2- Alshammari A. 2017. Light, salinity and temperature effects on the seed germination of Nigella sativa L. Global Journal biology, agriculture and health sciences, 6(1):25-31. doi:https:// doi. 10.24105/gjbahs.6.1.1706
3- Babayan VK. Kootungal D. Halaby, GA. 1978. Proximate analysis, fatty acid and, amino acid composition of (Nigella sativa L.) seed. Journal of Food Science, 43: 1315 -1319.
4- Deng F. Li X. Wang H. Zhang M. Li R. Li X. 2014. GIS-based assessment of land suitability for alfalfa cultivation: a case study in the dry continental steppes of northern China. Spanish Journal of Agricultural Research. 12(2): 364-375. doi:https://doi.org/10.5424/sjar/2014122-4672
5- FAO. 1976. A framework for land evaluation. FAO Soils bulletin 32, Rome.
6- Gashaw Z. 2020. Status of Black Cumin (Nigella Sativa L.) Research and Production in Ethiopia; A Review. International Journal of Forestry and Horticulture, 6(3):20-29. doi:https:// doi.org/10.20431/2454-9487.0603003.
7- Ghaderi FA. Soltani A. Sadeghipour HR. 2008. Cardinal temperatures of germination in medicinal pumpkin (Cucurbita pepo convar. Pepo), borago (Borago officilalis L.) and Black cumin (Nigella sativa L.). Asian journal of plant sciences, 7(6): 574-578. doi:https:// doi.org/10.3923/ajps.2008.574.578
8- Ghaznavi KM. 1991. Tibbe-e-Nabvi aur Jadid Science, Al-Faisal Nasheeran wa Tajeera-e- Kutab. Urdu Bazar Lahore, 1:228-236.
9- Goreja W (2003). Black Seed: Nature's Miracle Remedy, New book provides a comprehensive overview of the science behind the miracle of Black Seed and details recent studies and modern uses.
10- Herlina Aziz SA. Kurniawati A. Nur Faridah D. 2017. Changes of Thymoquinone, Thymol, and Malondialdehyde Content of Black Cumin (Nigella sativa L.) in Response to Indonesia Tropical Altitude Variation. HAYATI Journal of Biosciences, 24(3): 156-161. doi:https://doi.org/10.1016/j.hjb.2017.08.004.
11- Jiao S. Zhang X, Xu Y. 2017. A review of Chinese land suitability assessment from the rainfall-waterlogging perspective: Evidence from the Su Yu Yuan area. Journal of Cleaner Production, 144: 100-106. doi:https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.12.162.
12- Kahsay A. Haile M. Gebresamuel G. Mohammed M. (2018). Land suitability analysis for sorghum crop production in northern semi-arid Ethiopia: Application of GIS-based fuzzy AHP approach. Cogent food and agriculture, 4(1): 1-24. doi:https://doi.org/ 10.1080/23311932.2018.1507184.
13- Korkmaz K. Ibrikci H. Karnez E. Buyuk G. Ryan J. Ulger AC. Oguz H. 2009. Phosphorus use efficiency of wheat genotypes grown in calcareous soils. Journal of Plant Nutrition, 32(12): 2094-2106. doi:https://doi.org/10.1080/01904160903308176.
14- Krisnaningsih E. Arkeman Y. Hambali E.Marimin. 2022. Decision model for Determining the feasibility of rice-based bioenergy supply chain development area with fuzzy logic-AHP approach. IOP Conf. Ser: Earth and Environmental Science.
15- Mohamed SA. Medani RA. Khafaga. ER. 2000. Effect of nitrogen and phosphorus applications with or without micronutrients on black cumin (Nigella sativa L.) Annals of Agricultural Science, 3: 1323-1338.
16- Ozel A. Demirel U. Guler I. Erden K. 2009. Effect of different row spacing and seeding rate on black cumin (Nigella sativa L.) yields and some agricultural characters. Harran Journal of Agricultural and Food Sciences, 13(1): 17-25. (In Turkish).
17- Pakzad M. Eslami A. (2017). Site selection of suitable land for plantation development of Prosopis cineraria species using GIS (Case study: Rahmatabad watershed, Kerman province). Journal of RS and GIS for Natural Resources, 8(2): 48-61. (In Persian).
18- Pour Mohamad E. Karami M. 2020. Explanatory plan for Nigella sativa oilseed cultivation. Headquarters of Kermanshah Entrepreneurship. 12pp. (In Persian).
19- Shenoy VV. Kalagudi. GM. 2005. Enhancing plant phosphorus use efficiency for sustainable cropping. Biotechnology Advances, 23(7-8): 501-513. doi:https://doi.org /10.1016/j.biotechadv.2005.01.004.
20- Shokati B. Asgharipour MR. Feizizadeh B. 2016. Improving farming practices using multi-criteria decision analysis in geographic information system for Damask Rose cultivating. Global Journal of Environmental Science and Management, 2(4): 327-338. doi:https://doi.org /10.22034/gjesm.2016.02.04.002.
21- Sultan MT. Butt MS. Anjum FM. Jamil A. Akhtar S. Nasir M. 2009. Nutritional profile of indigenous cultivar of black cumin seeds and antioxidant potential of its fixed and essential oil. Pakistan Journal of Botany, 41(3): 1321-1330.
22- Thomasa JB. Ramosb FS. Gr€ondahla F. 2019. Identifying suitable sites for macroalgae cultivation on the Swedish west coast. Costal Management, 47(1), 88-106. doi:https://doi.org /10.1080/08920753.2019.1540906.
23- Torrieri F. Bata A. 2017. Spatial multi-criteria decision support system and strategic environmental assessment: A case study. Buildings, 7(4), 96. doi:https://doi.org /10.3390/buildings7040096.
24- Tripathi AK. Agrawal S. Gupta RD. 2022. Comparison of GIS-based AHP and fuzzy AHP methods for hospital site selection: a case study for Prayagraj City, India. Geo Journal, 87: 3507-3528. doi:https://doi.org/10.1007/s10708.
25- Tuncturk M. Tuncturk R. Yildirim B. 2011. The effects of varying phosphorus doses on yield and some yield components of black cumin (Nigella Sativa L.). Advances in Environmental Biology. 5(2): 371-374.
26- Zhang J. Su Y. Wu J. Liang H. 2015. GIS based land suitability assessment for tobacco production using AHP and fuzzy set in Shandong province of China. Computers and Electronics in Agriculture, 114: 202-211. doi:https://doi.org/10.1016/j.compag.2015.04.004.
Feasibility of Nigella sativa cultivation in Alborz province based on the combination of Geospatial Information System (GIS) and Fuzzy AHP
Abstract
Regarding geographical, climatic and soil conditions, Iran is the habitat of many plant species, including medicinal plants. Studying the conditions affecting the growth of medicinal plants and determining suitable areas for their cultivation is one of the most essential factors in the management of agricultural lands in Iran. Nigella sativa is a medicinal plant belonging to the Ranunculales family. The seeds of this plant are used in traditional medicine to treat asthma, inflammation, diabetes and high blood pressure. The suitability of the climate for any plant in different region is an obligatory requirement for sustainable management. In the present research, a feasibility study of N. sativa in Alborz province based on GIS and Fuzzy AHP analysis using climatic criteria, including mean, maximum, minimum temperature and total precipitation, physiographies criteria, including height and slope, graphical criteria soil texture and pH and hydrological criteria including EC, pH and SAR were performed. Based on the integration of fuzzy data, a land capability map for Nigella sativa planting in Alborz province was prepared. The results showed that 46.87% of the region is in a completely suitable and suitable condition and only 15.02% of the province is unsuitable for Nigella. sativa cultivation in terms of the studied criteria.
Keywords: Feasibility Study, Nigella sativa, Alborz Province, Fuzzy AHP.
امکان‌سنجی کشت سیاه دانه (Nigella sativa) در استان البرز با استفاده از ترکیب سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و تحلیل سلسله مراتبی فازی (Fuzzy AHP)
چکیده مبسوط
طرح مسئله: ایران رویشگاه اصلی بسیاری از گونه‌های گیاهان دارویی با ارزش است. این گونه‌ها در شرایط طبیعی و با بارندگی مختصر، مواد موثره نسبتا بالایی تولید می‌کنند که با کشت اصولی آنها، این میزان قابل افزایش است. سیاهدانه (Nigella sativa) یکی از گیاهان دارویی مهم و بومی ایران است. ارزش دارویی سیاهدانه آنقدر زیاد است که به عنوان گیاه معجزه‌آسای قرن شناخته می‌شود. همچنانکه پیامبر فرمودند: "در آن شفاء هر بیماری است مگر مرگ". این گیاه باارزش علاوه بر خودرو بودن به سبب كاربرد فراوان آن در صنايع داروسازي، در نقاط مختلف ايران به ميزان فراواني كشت مي‌شود اما عوامل محدودكننده محيطي مي‌توانند تاثير نامطلوبي بر رشد و توليد آن داشته باشد. بر این اساس آگاهی از چگونگی تناسب و انطباق کشت این گونه دارویی باارزش در هر منطقه با شرایط آب و هوایی آن لازمه هر گونه مدیریت پایدار است. ارزیابی تناسب اراضی، اطلاعات مفیدي را در خصوص میزان بازدهی کشت محصولات مختلف و مناسب‌ترین مکان براي تولید هر محصول، جهت مدیریت پایدار منابع و برنامه‌ریزي الگوي کشت مناسب منطقه، ارائه می‌دهد. تطبیق مشخصات منطقه با نیازهای مصرفی، شیوه‌ای موثر و منطقی برای ارزیابی تناسب اراضی و تعیین کاربری است. از جمله تکنیک‌های پیشرفته روز دنیا برای سنجش تناسب اراضی و استفاده بهینه از زمین، استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) همراه با مدل‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره (MCDM) است. یکی از انواع این مدل‌ها، فرآیند تحلیل سلسله مراتبی فازی (Fuzzy AHP) است که سودمندی این روش برای امکان‌سنجی کشت مورد تایید قرار گرفته‌است. بر این اساس، تحقیق حاضر به امکان‌سنجی کشت گیاه دارویی باارزش سیاهدانه (Nigella sativa) در استان البرز و پهنه‌بندی نواحی مستعد کشت این محصول از نظر شاخص‌های اقلیمی، فیزیوگرافی، ادافیکی و ویژگی‌های آب، با استفاده از توانایی سیستم اطلاعات جغرافیایی و تحلیل سلسله مراتبی فازی می‌پردازد.
هدف: هدف از انجام تحقیق حاضر ارزیابی توان اکولوژیک استان البرز جهت کشت گیاه دارویی سیاهدانه و پهنه‌بندی این استان از لحاظ کشت سیاهدانه به منظور توسعه کشت بهینه این گیاه با ارزش بالای اقتصادی است.
روش تحقیق: استان البرز با مساحت33/5118 کیلومتر مربع از نظر موقعیت جغرافیایی بین ۵۱ درجه و ۰ دقیقه و ۳۰ ثانیه شرقی و عرض جغرافیایی ۳۵ درجه و ۴۸ دقیقه و ۴۵ ثانیه شمالی قرار دارد. در پژوهش حاضر به منظور تحلیل مکانی معیارهاي مورد نیاز براي کشت سیاهدانه برپایه‌ی نیازهای مهم اکولوژیکی از تحلیل سلسله مراتبی فازي (FAHP) استفاده شد. معیارهای مورد مطالعه شامل چهار معیار اصلی و 13 زیرمعیارها است که عبارتند از: اقلیم (با زیر معیارهای: متوسط دمای ماهانه، حداکثر دمای ماهانه، حداقل دمای ماهانه و مجموع بارش ماهانه)، فیزیوگرافی (با زیر معیارهای شیب و ارتفاع)، خاک (با زیر معیارهای بافت، pH، EC و P) و هیدرولوژی (با زیر معیارهای SAR، pH و EC). پتانسیل‌یابی کشت سیاهدانه از لحاظ معیارهای مورد مطالعه بر مبنای مطالعات انجام‌شده صورت گرفت. برای معیار اقلیم از داده‌های مربوط به 12 ماه دوره 10 ساله اخذشده از پنج ایستگاه سینوپتیک مستقر در استان البرز (ایستگاه‌های هشتگرد، کرج، طالقان، سایت کرج کشاورزی و پیام فرودگاه) استفاده شد. پس از تعیین وزن خام معیارها و زیرمعیارها توسط کارشناسان، اوزان نهایی با استفاده از نرم‌افزار Super Decision محاسبه شد. پهنه‌بندی نهایی با استفاده از اپراتورهای فازی در نرم‌افزار Arc GIS 9.3 تهیه گردید. نقشه نهایی بر مبنای اینکه در طبقه‌بندی نهایی هرچقدر مقدار عددی بدست آمده بیشتر باشد آن منطقه برای کشت سیاهدانه مطلوب‌تر خواهد بود؛ تهیه شد.
نتایج و بحث: از معیارهای اصلی بیشترین وزن را اقلیم و کمترین وزن را معیار فیزیوگرافی داشت. از زیرمعیارهای اقلیم: متوسط دما و مجموع بارش، زیرمعیارهای فیزیوگرافی: ارتفاع و شیب، زیرمعیارهای خاک: بافت و P و زیرمعیارهای هیدرولوژی: EC و pH، به ترتیب بیشترین و کمترین وزن را داشتند. نرخ سازگاری در همه موارد کمتر از 1/0 است که نشان‌دهنده منطقی‌بودن مقایسات زوجی صورت‌گرفته بین معیارها و زیرمعیارها است. نتایج پتانسیل‌یابی کشت سیاهدانه در استان البرز از لحاظ زیرمعیارهای اقلیم نشان داد که از لحاظ فاکتورهای دمایی، استان البرز برای کشت سیاهدانه در وضعیت مطلوبی قرار دارد اما از لحاظ فاکتور مجموع بارش، توان منطقه برای کشت سیاهدانه در حد متوسط است. از لحاظ معیار اصلی اقلیم، نتایج نشان داد که 100 درصد سطح استان البرز برای کشت سیاهدانه در وضعیت کاملا مناسب و مناسب قرار دارد. از لحاظ زیرمعیارهای فیزیوگرافی نتایج نشان داد که 37/85 درصد از سطح استان البرز از لحاظ فاکتور شیب و 75/54 درصد از لحاظ فاکتور ارتفاع برای کشت سیاهدانه در وضعیت کاملا مناسب و مناسب قرار دارد. همچنین از لحاظ معیار اصلی فیزیوگرافی 39/37 درصد از استان البرز برای کشت سیاهدانه شرایط کاملا مناسب و مناسب دارد و 61/62 درصد از منطقه در وضعیت متوسط و نامناسب قرار دارد. از لحاظ زیرمعیارهای خاک نتایج بیانگر آن است که 32/50 درصد از خاک استان البرز از لحاظ بافت، برای کشت سیاهدانه در وضعیت کاملا مناسب و مناسب قرار دارد. از لحاظ فاکتور pH،EC و P به ترتیب 22/65، 05/55 و 31/64 درصد از خاک در وضعیت متوسط قرار دارد. همچنین از لحاظ معیار اصلی خاک نتایج نشان داد که 18/50 درصد در وضعیت کاملا مناسب و مناسب و تنها 02/0 درصد در وضعیت نامناسب قرار دارد. از لحاظ زیرمعیارهای هیدرولوژی نتایج نشانگر آن است که وضعیت منابع آبی استان البرز از لحاظ سه فاکتور مطالعه‌شده برای کشت سیاهدانه در وضعیت کاملا مناسبی قرار دارد. از لحاظ معیار اصلی هیدرولوژی نتایج نشان داد که فقط 46/0 درصد منطقه از لحاظ این معیارها در وضعیت نامناسب قرار دارد و 54/99 درصد استان البرز در وضعیت کاملا مناسب و مناسب قرار دارد. نقشه نهایی امکان‌سنجی کشت گیاه سیاهدانه در استان البرز نشان داد که 87/46 درصد از منطقه، لحاظ معیارهای مورد مطالعه برای کشت سیاهدانه در وضعیت کاملا مناسب و مناسب قرار دارد. این مناطق عمدتا شامل مناطق با کاربری مرتع و زراعت آبی است که در غرب، جنوب غرب، مرکز، شمال، جنوب و بخشی نیز در شرق استان واقع شده‌است که درصورت تامین آب زراعی، محدودیت عمده محیطی برای کشت سیاهدانه در این مناطق وجود ندارد. همچنین نتایج نشانگر آن است که فقط 02/15 درصد از سطح استان برای کشت سیاهدانه نامناسب است که عمدتا در مناطق شمالی استان واقع شده‌اند. عوامل مختلفی سبب نامناسب بودن این مناطق شده است؛ در نواحی مرتفع کوهستانی محدودیت عمده محیطی، ارتفاع و شیب زیاد و عدم وجود خاک مناسب است.
نتیجهگیری: یافته‌های تحقیق حاضر نشان داد که بخش قابل توجهی از استان البرز از قابلیت لازم برای کشت سیاهدانه برخوردار است و از آنجاکه سیاهدانه یکی از گیاهان دارویی باارزش و بومی ایران است و کشت آن هزینه زیادی نداشته و جزو محصولات پر بازده است، تولید این گیاه در زمینه‌های کشت، عصاره‌گیری، اسانس‌گیری، بسته‌بندی و داروسازی اشتغال‌زا بوده و می‌تواند در جهت رفع بیکاری استان البرز نقش موثری را ایفا کند.
واژگان کلیدی: امکان‌سنجی، سیاهدانه، استان البرز، Fuzzy AHP.
Feasibility of Nigella sativa cultivation in Alborz province based on the combination of Geospatial Information System (GIS) and Fuzzy AHP
Abstract
Statement of the Problem: Iran is the main habitat of many species of valuable medicinal plants. These species produce relatively high effective substances under natural conditions and with low rainfall, which can be increased with proper cultivation. Black seed (Nigella sativa) is one of the important medicinal plants native to Iran. The medicinal value of black seed is so high that it is known as the miracle herb of the century. As the Prophet said: " black seed is the medicine for every disease except death". Due to its wide use in pharmaceutical industries, this valuable plant is widely cultivated in different parts of Iran, but environmental limiting factors can have an adverse effect on its growth and production. Based on this, knowing how to adapt the cultivation of this valuable medicinal species in each region to its climatic conditions is necessary for any sustainable management. Assessment of land suitability provides useful information about the yield of different crops and the most suitable place for the production of each crop, for the sustainable management of resources and the planning of the appropriate cultivation pattern for the region. Adapting the characteristics of the region to consumption needs is an effective and logical way to evaluate land suitability and determine land use. One of the most advanced techniques in the world for measuring land suitability and optimal land use is the Geographic Information System (GIS) along with multi-criteria decision making models (MCDM). One of these models is the Fuzzy Hierarchy Analysis Process (Fuzzy AHP), the usefulness of this method has been confirmed for the feasibility of cultivation. Based on this, in the present research, the feasibility of cultivating the valuable medicinal plant Nigella sativa in Alborz province and the zoning of areas prone to the cultivation of this product in terms of climatic, physiographic, edaphic and water characteristics, using the ability of GIS and FuzzyAHP will be done.
Purpose: The purpose of the current research is to evaluate the ecological capacity of Alborz province for the cultivation of black seed and zoning this province in terms of black seed cultivation in order to develop the optimal cultivation of this plant with high economic value.
Methodology: Alborz province with an area of 5118.33 km2 is located is on 51°0’30’’E/35°48’45’’ N, north Iran.In this research, Fuzzy Hierarchy Analysis was used in order to spatially analyze the criteria required for black seed cultivation based on important ecological needs. The studied criteria include four main criteria and 13 sub-criteria, which are: climate (with sub-criteria: average monthly temperature, maximum monthly temperature, minimum monthly temperature and total monthly precipitation), physiography (with sub-criteria of slope and height), soil (with texture, pH, EC and P sub-criteria) and hydrology (with SAR, pH and EC sub-criteria). Finding the potential of black seed cultivation in terms of the studied criteria was done based on the conducted studies. For climate data, the data of 12 months of 10-year period obtained from five synoptic stations located in Alborz province (Hashtgerd, Karaj, Taleghan, Karaj Agricultural Site and Payam Airport stations) were used. For the climate criteria, data related to 12 months of a 10-year period from five synoptic stations located in Alborz province (Hashtgerd, Karaj, Taleghan, Karaj Agricultural Site and Payam Airport stations) were used. After determining the raw weights of criteria and sub-criteria by experts, the final weights were calculated using Super Decision software. The final zoning was done using fuzzy operators in Arc GIS 9.3 software. The final map was prepared on the basis that in the final classification, the higher the numerical value obtained, the more favorable the area will be for black seed cultivation.
Results and discussion: Among the main criteria, climate had the highest weight and physiographic criteria had the lowest weight. Among climate sub-criteria: average temperature and total precipitation, physiographic sub-criteria: height and slope, soil sub-criteria: texture and P, and hydrology sub-criteria: EC and pH, had the highest and lowest weight, respectively. The inconsistency ratio is less than 0.1 in all cases, which indicates the reasonableness of the pairwise comparisons made between criteria and sub-criteria. The results of black seed cultivation potential in Alborz province in terms of climate sub-criteria showed that in terms of temperature factors, Alborz province is in a favorable condition for black seed cultivation, but in terms of the total precipitation factor, the region's potential for black seed cultivation is average. In terms of climate criteria, the results showed that 100% of the area of Alborz province is in perfect suitable and suitable conditions for black seed cultivation. In terms of physiographic sub-criteria, the results showed that 85.37% and 54.75% of the area of Alborz province in terms of the slope and height factors, respectively are in perfect suitable and suitable conditions. Also, in terms of physiographic criteria, 37.39% of Alborz province has perfect suitable and suitable conditions for black seed cultivation, and 62.61% of the region is in average and unsuitable conditions. In terms of soil sub-criteria, the results indicated that 50.32% of the soil of Alborz province is in perfect suitable and suitable conditions for the cultivation of black seed in terms of texture. In terms of pH, EC and P factors, 65.22, 55.05 and 64.31% of the soil is in average condition, respectively. Also, in terms of the main criteria of soil, the results showed that 50.18% is in perfect suitable and suitable conditions and only 0.02% is in an unfavorable condition. In terms of hydrological sub-criteria, the results indicated that the state of water resources in Alborz province in terms of the three studied factors is in a perfect suitable condition for black seed cultivation In terms of the main criteria of hydrology, the results showed that only 0.46% of the region is in an unsuitable condition and 99.54% of Alborz province is in perfect suitable and suitable conditions. The final map of the feasibility of black seed cultivation in Alborz province in terms of the studied criteria showed that 46.87% of the region is in in perfect suitable and suitable conditions for black seed cultivation. These areas mainly include lands with pasture and irrigated agriculture uses, which are located in the west, southwest, center, north, south, and a part in the east of the province. Also, the results show that only 15.02% of the province is unsuitable for black seed cultivation, which are mainly located in the northern areas of the province. Various factors have caused these areas to be unsuitable; In high mountainous areas, the major environmental limitation is high altitude and slope and lack of suitable soil.
Conclusion: The findings of the present research showed that a significant area of Alborz province has the ability to cultivate black seed and since black seed is one of the valuable medicinal plants native to Iran and its cultivation does not cost much and is one of the high yield products, the production of this plant in the fields of cultivation, essential oil extraction, packaging and pharmaceuticals are job-creators and can play an effective role in eliminating unemployment in Alborz province.
Keywords: Feasibility Study, Nigella sativa, Alborz Province, Fuzzy AHP.