ارزیابی توان اکولوژیک کشاورزی استان البرز با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی و تحلیل سلسله مراتبی

. مقدمه

کشاورزی به عنوان یکی از مهمترین ارکان تولید غذا، همواره در اقتصاد جهانی جایگاهی ویژه داشته است. امروزه اهمیت کاربری کشاورزی و تأثیر آن بر اقتصاد کشور بر کسی پوشیده نیست و نیاز بخش‌های مختلف اقتصادی کشور به کشاورزی واقعیتی است که اگر به آن توجه نشود، به توسعه و رشد آینده کشور آسیب بزرگی وارد خواهد شد (Azmi et al., 2014). علاوه­براین، کاربری کشاورزی از اکوسیستم در جهت سهولت زندگی انسان بهره می­برد، بنابراین ایجاد تعادل در احیای اکولوژیکی و مبادلات کشاورزی-اکوسیستم باید اولویت اصلی در سیاست­های کاربری اراضی باشند (Yang et al., 2018).

امروزه استفاده از مفاهیمی همچون ارزیابی توان اکولوژیکی[1] برای برنامه­ریزی صحیح و استفاده همه‌جانبه بر پایه شناخت استعدادها و توان تولیدی هر محیط مورد توجه قرار گرفته است (AhmadiSani et al., 2020). هدف از ارزیابی توان اکولوژیک بررسی حداکثر یگانگی و سازگاری کاربری یک سرزمین با توان بالقوه آن در یک گستره مشخص (حوزه آبریز یا آبخیز) است (Dashti et al., 2010). در این راستا پژوهشی با هدف ارزیابی توان اکولوژیک کشاورزی شهرستان استهبان با استفاده از فرآیند تصمیم­گیری چند­متغیره [2](MCDM) انجام شد. نتایج آن نشان داد که 77 درصد از مساحت اراضی مورد مطالعه از نظر تطبیق بین کاربری و توان اکولوژیک در وضعیت ایده­آل می­باشند و 23 درصد از اراضی تطابق کمتری داشتند (Khalili et al., 2018). در مطالعه­ای دیگر با­استفاده­از روش ترکیب خطی وزن­دار[3]، معیارهای توان کشاورزی وزن­دهی شدند. نتایج حاصل از ارزیابی نشان داد که 19/84 درصد از اراضی دارای توان بسیار خوب تا ضعیف برای کاربری کشاورزی و 81/15 درصد نیز دارای توان خوب تا متوسط برای مرتع­داری بودند (Safaripour & Naseri, 2017). همچنین مطالعه­ای با هدف ارزیابی مناطق مناسب برای ذرت
(Zea mays L.) در اکوسیستم نیمه­خشک در جنوب هند انجام شد. نتایج این مطالعه نشان داد که رویکرد تحلیل سلسله مراتبی [4](AHP) و سامانه اطلاعات جغرافیایی[5] (GIS) برای افزایش دقت در ارزیابی تناسب زمین بسیار موثر است
 (Ramamurthy et al., 2020). در پژوهشی دیگر محققان از روش تحلیل سلسله مراتبی برای ارزیابی توان اکولوژیک اراضی در شهرستان اشتهارد استان البرز استفاده کردند که نتایج آنها حاکی از آن بود که 5/1 درصد از مساحت این شهرستان دارای توان اکولوژیک درجه‌یک برای فعالیت­های کشاورزی است (Dehghan et al., 2018).

محققان خاطر نشان کرده­اند که کشاورزان بر اساس سه گروه اصلی از عوامل اجتماعی، اقتصادی و محیطی، کاربری اراضی خود را تعیین می­کنند (Truong et al., 2022). عوامل اجتماعی نقش مهمی در تعیین کاربری اراضی دارند؛ زیرا کشاورزان تمایل دارند کاربری زمین خود را با­توجه­به روند همسایگان و شباهت بین سیستم­های کشاورزی تعیین کنند (Liu et al., 2021). همچنین محیط زیست از طریق واحدهای اراضی[6] تاثیر زیادی بر تعیین کاربری اراضی دارد (Shahpari et al., 2021). واحدهای اراضی شامل اقلیم منطقه­ای، شکل زمین، زمین­شناسی، خاک، هیدرولوژی و انواع پوشش گیاهی در هر منطقه می­باشند
 (Truong et al., 2022). به همین دلیل است که متخصصان اذعان می­کنند برنامه­ریزی آمایش سرزمین بدون برنامه­ریزی منطقه­ای در عمل کاربردی نخواهد داشت. لذا نقش منطقه درآمایش سرزمین فوق­العاده مهم و اساسی بوده و به همین دلیل است که در هر نوع مدیریت و برنامه­ریزی از نوع آمایش سرزمین و برنامه­ریزی منطقه­ای پرسش اصلی، انتخاب مناطق و سپس فرآیند تهیه برنامه­های آمایش سرزمینی است. در مطالعه­ای که در استان سمنان انجام گرفته است برای ارزیابی توان اکولوژیک کاربری کشاورزی از معیارهای شکل زمین، خاک­شناسی، پوشش گیاهی، اقلیم ومنابع آب استفاده شد. براساس نتایج حاصل بیش­ترین توان اکولوژیکی کشاورزی در قسمت دشتی استان سمنان به دلیل دسترسی به منابع آب و همچنین داشتن خاک لومی­رسی است (Ghandali et al., 2020). در پژوهشی دیگر از فرآیند تحلیل سلسله مراتبی با هدف بررسی تناسب اراضی برای فعالیت­های کشاورزی[7] در شمال غربی ترکیه استفاده شد. پارامترهای مربوط به خاک، ارتفاع از سطح دریا، شیب و جهت شیب تهیه شدند. برای وزن­دهی به پارامترها در روند فرآیند تحلیل سلسله مراتبی از نظرات نهادهای عمومی (متخصصین شاغل در ادارات) و کارشناسان استفاده و در نهایت چهار درجه از تناسب اراضی برای فعالیت­های کشاورزی شناخته شد (Everest et al., 2021). همچنین در مطالعه­ای دیگر به شناسایی حوزه­های مناسب کشاورزی در منطقه آناتولی ترکیه پرداخته شد. تحلیل تصمیم چند­متغیره در محیط فازی یکپارچه با تکنیک­های GIS[8] و مدل­های مختلف درون­یابی زمین­آماری[9] انجام شد. نتایج نشان داد که 3/30% از کل منطقه برای کشاورزی در سطح بسیار مناسب و مناسب، 7/42% برای مصارف کشاورزی نامناسب و 27 درصد برای فعالیت­های کشاورزی نامناسب است (Ozkan et al., 2020).

روش تحلیل سلسله مراتبی همراه با سامانه اطلاعات جغرافیایی، علاوه­بر اصلاح نقشه­های لازم، در برنامه‌ریزی مکانی و مدیریت و تفسیر داده‌های اکولوژیکی در مراحل مختلف فرآیند برنامه‌ریزی به­کار برده می‌شوند (Ahmadisani et al., 2011; Baskent & Keles, 2005). ترکیب سیستم اطلاعات جغرافیایی و تحلیل سلسله مراتبی ابزار غالبی برای ارزیابی تناسب زمین است (Lopez et al., 2020; Memarbashi et al., 2017; Roy & Saha, 2018; Selim et al., 2018). ازاین‌رو به‌کارگیری این ترکیب برای تصمیم‌گیری چندجانبه، سریع و دقیق در مورد انبوه داده­های منطقه ضرورت دارد.

با­توجه­به شرایط ویژه اقلیمی و جغرافیایی مناسب برای توسعه فعالیت­های کشاورزی به عنوان ضامن امنیت غذایی و عاملی تاثیرگذار روی وضعیت اقتصادی استان البرز، تعیین توان اکولوژیک اراضی آن در راستای برنامه­ریزی­های صحیح استفاده از اراضی ضروری به نظر می‌رسد. بنابر ضرورت بیان­شده در این تحقیق توان اکولوژیکی اراضی استان البرز به­منظور کاربری­های کشاورزی بر اساس اصول آمایش سرزمین و مقایسه آن با کاربری­های فعلی ارزیابی شد. این تحقیق به تعیین میزان تطابق یا عدم تطابق کاربری­ها در راستای استفاده اصولی و درست بر اساس توان طبیعی منطقه و جلوگیری از تخریب و فرسایش اراضی و اهتمام بیشتر به مدیریت اراضی منطقه کمک خواهد کرد.

2. روش‎شناسی پژوهش

1-2. منطقه مورد مطالعه

استان البرز با وسعت 514187 هکتار، حد واسط °50 تا ´30/°51 طول شرقی و 30´/35° تا ´30/°36 عرض شمالی، در غرب استان تهران و جنوب دامنه رشته‌کوه البرز واقع‌ شده است. در حال حاضر استان البرز دارای شش شهرستان کرج، اشتهارد، ساوجبلاغ، طالقان، نظرآباد و فردیس است (شکل 1). استان البرز با وسعت 5/517371 هکتار در حدود 3/0 درصد مساحت کل کشور ایران را به خود اختصاص داده است.

2-2. روش تحقیق

این تحقیق به لحاظ هدف، کاربردی و به لحاظ روش، توصیفی و تحلیلی است و برای جمع­آوری داده‌ها از ابزار کتابخانه­ای و مطالعات و مشاهدات میدانی استفاده ‌شده است. عمده‌ترین کاربری‌های کشاورزی مورد بررسی در این تحقیق شامل زراعت آبی، دیم، باغ و درختکاری بود. برای توان‌سنجی کاربری‌ در ابتدا لازم است منابع اکولوژیکی مؤثر بر آن‌ در منطقه شناسایی و سپس داده‌ها تجزیه‌وتحلیل شده و اولویت‌بندی آن‌ها با­استفاده­از روش تحلیل سلسله مراتبی انجام شود. بر اساس روش پارامتریک توان اکولوژیکی کشاورزی با­استفاده­از نقشه‌های معیارهای اصلی هرکدام از کاربری‌های زراعت آبی، دیم، باغ و درختکاری و ضریب اهمیت هر معیار به روش تحلیل سلسله مراتبی و با مقایسه زوجی معیارها در نرم­افزار Expert Choice (نسخه 11) تعیین شد. پس از وزن­دهی معیارها روی‌هم­گذاری[10] لایه­های محیطی نقشه‌ی هر یک از معیارها در محیط نرم­افزار Arc-GIS (نسخه 10.7.1) تهیه شد (Ozkan et al., 2020) که حاصل آن تولید نقشه معیارها و همچنین نقشه نهایی ارزیابی توان اکولوژیک کشاورزی استان بود. نحوه امتیازدهی (رتبه‌بندی) به این صورت است که برای مناسب‌ترین حالت امتیاز 10 و برای بدترین شرایط امتیاز صفر در نظر گرفته می‌شود و سایر طبقات (زیرمعیارها) بین 0 تا 10 رتبه‌بندی می‌شوند.

شکل 1. موقعیت استان البرز در ایران

3-2. فرآیند ارزیابی توان اکولوژیکی

فرآیند ارزیابی توان اکولوژیکی در پژوهش حاضر شامل سه بخش اساسی زیر بود که پس از طی این مراحل، توان اکولوژیکی در محدوده­ی مطالعاتی تعیین شد: اول- شناسایی منابع اکولوژیکی؛ دوم- تجزیه‌وتحلیل و جمع­بندی داده­ها؛ سوم- ارزیابی و طبقه­بندی سرزمین. منابع اکولوژیکی که اغلب در تعیین توان اکولوژیک به‌عنوان معیار از آن‌ها استفاده می‌شود شامل منابع زیستی و منابع فیزیکی هستند (شکل 2).

برای ارزیابی توان اکولوژیک یک منطقه نیاز به تعداد زیادی از شاخص­ها و نمایه‌های محیط طبیعی است که هر یک به‌نوعی در ارزیابی توان اکولوژیک تأثیر می‌گذارند. پس از شناسایی منابع و جمع‌آوری داده‌های موردنیاز، برای تجزیه‌وتحلیل، رقومی­کردن[11] و ارزیابی توان اکولوژیک استان از سیستم اطلاعات جغرافیایی استفاده شد.

شکل 2. منابع اکولوژیک مؤثر در تعیین توان اکولوژیک (Makhdoom, 2003).

با­توجه­به اطلاعات در دسترس و ویژگی‌های اکولوژیکی خاص استان البرز و مقیاس مورد استفاده و با­توجه­به هدف و متناسب با زمان، بودجه و فنّاوری موجود برای دست­یابی به نتایج قابل‌ قبول، به نظر می‌رسد بهترین روش برای ارزیابی توان اکولوژیک در پژوهش حاضر روش پارامتریک باشد. روش تحلیل پارامتریک یک یا چند­عاملی از نظر علمی روش مطلوبی است که استفاده از آن به‌­ویژه در فعالیت‌های مرتبط با آمایش سرزمین (یک یا چند کاربری) معمول است (Juita & Lopulisa, 2020;
Marbun et al., 2019). در این روش پارامترها و یا ویژگی‌های سرزمین (خاک، سنگ، پوشش گیاهی، شکل زمین و …) به‌صورت مجزا نقشه­‌سازی شده و به‌طور مجزا نیز ارزش‌گذاری می‌شوند. هر یک از لایه­ها یا نقشه­ها بیان­کننده خصوصیات محیطی است که با روی­هم اندازی آن­ها نقشه تلفیقی نهایی همراه با جداول و ماتریس­ها تهیه شده و نتایج ارزیابی می­شوند. این نقشه می‌تواند اثر جمعی پارامترها و طبقات را در ارتباط با توان سرزمین و مبنای ارزیابی و تناسب آن برای هر نوع کاربری خاص تعیین کند. این روش با فرض تابع مطلوبیت خطی و جمع‌پذیر میسر می‌شود. اگرچه وجود این فرض به‌سادگی و در همه موارد صادق نیست، ولی می‌توان آن را به ازای ارزش‌های مختلفی از اوزان (W) به کار برد و راه‌حل‌های مؤثر را به وجود آورد. مدل ریاضی ارزیابی توان اکولوژیک (Tashayo et al., 2020) به­صورت معادله یک است:

                                                                                                       معادله 1

که در آن، S= توان اکولوژیک (تناسب برای کارکرد مورد نظر)، V= معیار مورد نظر، W= ضریب اهمیت معیار است.

گام اول در تعیین توان اکولوژیک کشاورزی تعیین معیارهای مؤثر در کاربری‌های زراعت آبی، دیم، باغ و درختکاری از بین منابع اکولوژیک و نقشه­سازی آن‌ها است. در یک جمع‌بندی از فرآیند انجام کار، می‌توان مراحل زیر را در نظر گرفت
 (Kumar et al., 2020):

1. تعیین و انتخاب معیارها، از بین منابع اکولوژیک
2. تعیین و انتخاب زیرمعیارها از معیار اصلی
3. کمی سازی داده‌های کیفی با تعمیم رتبه و امتیاز زیرمعیارها به واحدهای زمین پایه (پیکسل)
4. تعیین ضریب اهمیت هر معیار به روش AHP
5. 1. ساختار روش تحلیل سلسه مراتبی

در روش تحلیل سلسله مراتبی، برای تولید ماتریس زوجی در تعیین وزن لایه­های معیارها و زیرمعیارهای مختلف و اندازه­گیری اهمیت نسبی آن­ها از روش پیشنهادی (Saaty, 1980) استفاده شد. در این روش محاسبه وزن معیارها طی سه گام زیر انجام می­شود: 1. ساختن درخت سلسله مراتبی، 2. تعیین ضریب اهمیت معیارها و زیرمعیارها، 3. محاسبه اوزان؛ برای محاسبه وزن معیارها ابتدا ماتریس مقایسه زوجی براساس نظر کارشناس تهیه می­شود.

4-2. انتخاب معیار و زیرمعیارها

برای ارزیابی توان اکولوژیک سرزمین تعداد زیادی از منابع اکولوژیکی بررسی و شناسایی می­شوند. این منابع شامل منابع فیزیکی، هیدرولوژی و منابع آب، شکل زمین، زمین­شناسی و خاک­ها می­باشند (Makhdoom, 2001). در این مطالعه معیارها و زیرمعیارها با­توجه­به منابع نام­برده­شده و براساس مدل مخدوم، به شرح جدول 1 تهیه شد.

3. یافته­های پژوهش و بحث

1-3. تعیین توان اکولوژیک برای زراعت آبی

برای تعیین توان اکولوژیک زراعت آبی در سطح استان از چهار معیار شیب، خاکشناسی و طبقه­بندی اراضی، منابع و قابلیت اراضی و دسترسی به منابع آب استفاده شد. رتبه­بندی معیارها و زیرمعیارها جهت بررسی ارزیابی توان اکولوژیک استان البرز برای زراعت آبی در جدول 2 نشان داده شده است. اصولاً اراضی با شیب بیش از 15 درصد برای انواع زراعت آبی نامناسب هستند؛ زیرا در این اراضی به دلیل ایجاد گرادیان هیدرولیکی، توانایی نگهداشت آب در زمین کاهش ‌یافته و آب کافی در اختیار گیاه قرار نمی‌گیرد و به‌صورت رواناب جاری می‌شود (Azmi et al., 2014). این در حالی است که 5/268827 هکتار از توزیع گسترۀ استان در سطوح با شیب بالای 15 درصد می­باشند که در حدود 3/52 درصد از وسعت استان را شامل می­شود. با­توجه­به اطلاعات ارائه­شده طبقه­بندی اراضی از نظر نوع خاک دارای بیشترین امتیاز برای زراعت آبی است. همچنین به نظر می‌رسد در ارتباط با منابع آب، بیلان منابع آب در واحد‌های هیدرولوژیک استان بتواند زیرمعیار مناسبی برای اثربخشی معیار آب در تعیین توان باشد.

پس از وزن­دهی معیارها، روی‌هم­گذاری آن‌ها توسط نرم‌افزار GIS Arc- انجام شد که حاصل آن نقشه طبقه­بندی رقومی توان اکولوژیک استان برای زراعت آبی بود (شکل 3). وضعیت توان اکولوژیک این کاربری به­تفکیک شهرستان­های استان در جدول 3 ارائه شده است. نتایج نشان داد که بر اساس نقشه توان اکولوژیک زراعت آبی، 3/62 درصد سطح منطقه برای زراعت آبی نامناسب (فاقد توان) و 3/37 درصد نیز برای کاربری کشاورزی زراعت آبی با درجه تناسب­های مختلف است. از مجموع این 7/37 درصد کاربری کشاورزی از نظر زراعت آبی در منطقه 1/11 درصد اراضی استان البرز دارای توان مناسب (زراعت آبی کلاس 1)، 5/11 درصد دارای توان متوسط (زراعت آبی کلاس 2)، 2/15 درصد دارای توان کم (زراعت آبی کلاس 3) بودند. بنابراین نتایج حاصل بیانگر این است که حدود 6/22 درصد منطقه مطالعاتی در کلاس توان مناسب کشاورزی برای زراعت آبی بوده و می­توان برنامه­ریزی­های لازم را برای مدیریت آن­ها انجام داد. شهرستان ساوجبلاغ با 7/6 درصد و شهرستان نظرآباد با 2/6 درصد دارای بیشترین سطح مناسب برای کشاورزی زراعت آبی (توان مناسب و توان متوسط) و شهرستان طالقان با کمتر از یک درصد حداقل توان را برای زراعت آبی دارا می­باشند (شکل 3). با­توجه­به شکل 3 اراضی دارای توان مناسب و متوسط برای زراعت آبی در بخش­های مرکزی و جنوب استان البرز واقع شده­اند. این مناطق دارای شیب کم (3-0 درصد)، دبی آب زیاد، عمق و زهکشی خوب خاک می­باشند. همچنین شهرستان طالقان به­دلیل قرار­گرفتن در ارتفاع بالا، دارابودن شیب زیاد و به دنبال آن فراهم­نبودن شرایط کشت و کار دارای توان کمتر برای کاربری زراعت آبی می­باشد.

شکل 3. نقشه توان اکولوژیک استان البرز برای زراعت آبی

2-3. تعیین توان اکولوژیک برای زراعت دیم

برای تعیین توان اکولوژیک زراعت دیم در سطح استان از چهار معیار شیب، قابلیت اراضی، بارش و کاربری و پوشش زمین استفاده شد. اصولاً کشت دیم در اراضی تا شیب 15 درصد امکان‌پذیر است و درشیب‌های بالاتر به­دلیل کاهش ذخیره آب، بازده محصول کاهش می‌یابد. بنابراین شیب منطقه به چهار زیرمعیار 0-5، 5-10، 10-15 و بیش از 15 طبقه‌بندی و وزن­دهی شد. قابلیت اراضی نیز یکی از معیارهای مهم در تعیین توان اکولوژیک برای زراعت دیم است. ویژگی‌هایی نظیر نوع خاک‌ها و نیز محدودیت‌های ناشی از بافت، عمق، ناهمواری و میزان سنگریزه نوع بهره‌برداری از آن‌ها را مشخص می‌کند
 (Soil and Water Research Institute, 1989). در استان البرز با کدگذاری­های استاندارد مطالعات خاکشناسی واحدهای اراضی
 2 .3 و 3 .3 و هم‌چنین بخشی از تیپ اراضی 2 (تپه) و 8 (واریزه­های بادبزنی­شکل سنگریزه­دار) و 9 (آبرفت­های بادبزنی­شکل سنگریزه­دار) تا حدودی برای این کاربری تناسب دارند. میزان نزولات جوی و نیز تناوب و توزیع آن‌ها یکی از معیارهای مهم در تعیین توان اکولوژیک برای زراعت دیم است. بارش سالیانه بیش از 800 میلی‌متر بهترین شرایط برای کشت دیم است، درصورتی‌که این میزان برای استان البرز از 600 میلی‌متر آن‌هم در نواحی مرتفع بیشتر نمی­شود. بنابراین میزان بارش باران
 (General Meteorological Organization, 2012) در چهار زیرمعیار تعریف و وزن­دهی شد (جدول 3). بر اساس نقشه کاربری اراضی استان این کاربری از نظر نحوه پراکنش و توزیع مکانی به‌صورت مخلوط با مراتع و به شکل پراکنده در نیمه شمالی استان و در شهرستان طالقان و بخش‌هایی از شهرستان ساوجبلاغ در مجموع به مساحت 9064 هکتار دیده می‌شود. نتیجه تلفیق این چهار معیار و زیرمعیارهای آن‌ها بر اساس جدول 3 توان اکولوژیک استان را برای زراعت دیم نمایش می‌دهد. نتیجه ارزیابی نشان می‌دهد توان اکولوژیک استان با­توجه­به نتایج حاصل در وضعیت مناسبی قرار ندارد. بیش‌ترین تناسب برای زراعت دیم با کمتر از دو درصد در شهرستان‌های طالقان و ساوجبلاغ است (جدول 4). میانگین بارندگی سالانه استان البرز 600 میلی­متر می­باشد که پراکندگی این میزان بارش در شمال استان و نواحی مرتفع بیشتر است. بنابراین شهرستان­های واقع در ارتفاعات بالاتر مانند ساوجبلاغ و طالقان از میزان بارندگی بیشتری برخوردار هستند. از طرفی به دلیل قرارگیری در شیب بیشتر خاک­های این مناطق از تکامل کمتری برخوردار بوده و مناسب کشت و کار و زراعت نمی­باشند. بنابراین، همان­گونه که در شکل 4 نشان داده شده است وجود کاربری زراعت دیم در استان از توسعه چشمگیری برخوردار نبوده و صرفا به صورت مخلوط با مراتع و به شکل پراکنده در نیمه شمالی استان و در شهرستان طالقان و بخش‌هایی از شهرستان ساوجبلاغ مجموعاً به مساحت 8525 هکتار دیده می‌شود.

شکل 4. توان اکولوژیک استان البرز برای زراعت دیم

3-3. تعیین توان اکولوژیک برای باغ و درخت‌کاری

یکی دیگر از کاربردهای اصلی در گروه فعالیت‌های کشاورزی، کاربری باغ و درخت‌کاری است که در سطح استان از رونق زیادی برخوردار بوده و سهم زیادی را به خود اختصاص داده است. متأسفانه در سال‌های اخیر به دلیل بالارفتن قیمت زمین و عدم بهره‌وری فعالیت‌های باغداری بسیاری از اراضی باغی استان از بین رفته و تلاش برای تغییر کاربری آن‌ها به‌شدت رونق یافته و در کلیه مناطق استان به­ویژه در جنوب شهرستان کرج و اطراف نظرآباد مشهود است.

توان اکولوژیک استان برای باغ و درختکاری برحسب هکتار برای هر شهرستان در جدول 5 نشان داده شده است. نتیجه ارزیابی نشان می‌دهد شهرستان‌های ساوجبلاغ، نظرآباد و کرج با 5/5، 7/4 و 4/2 درصد به­ترتیب بیش‌ترین تناسب را برای باغ و درخت‌کاری دارند، درحالی­که دو شهرستان اشتهارد و طالقان با 85/0 و 34/0 کمترین توان را دارا می­باشند. شایان اشاره می­باشد که در شهرستان طالقان و شمال شهرستان کرج، دره‌ها و دامنه‌های کم­شیب ارتفاعات برای باغ و درخت‌کاری دارای توان با درجات یک و دو هستند (شکل 5).

شکل 5. توان اکولوژیک استان برای باغ و درخت‌کاری

بر اساس شکل 6، نتایج مقایسه مجموع اراضی استان که بر اساس ارزیابی توان اکولوژیک دارای توان مناسب و یا متوسط برای زراعت آبی هستند (115940 هکتار) با کاربری فعلی که در آن‌ها زراعت آبی انجام می‌شود (66337 هکتار) نشان داد که تنها 2/11 درصد از توان 6/22 درصدی که برای کشاورزی زراعت آبی مناسب است تحت بهره­برداری می­باشد. 4/11 درصد از اراضی که دارای توان اکولوژیک مناسب برای زراعت آبی هستند که در حدود 49603 هکتار از اراضی استان را تشکیل می‌دهند، در حال حاضر بهره‌برداری دیگری از آن‌ها به عمل می‌آید که بیش‌ترین عدم تطابق مربوط به این کاربری مربوط به شهرستان‌ اشتهارد می­باشد. همچنین، از تطبیق مجموع اراضی که برای زراعت دیم دارای توان مناسب هستند (حدود 9064 هکتار از اراضی استان) با کاربری فعلی آن‌ (حدود 20097 هکتار) مشخص شد که بسیاری از اراضی که فاقد توان اکولوژیک برای زراعت دیم هستند در حال حاضر زیر کشت دیم می­باشند که این مساله به­طور جدی موجب تخریب منابع اراضی و تهدیدهای زیست­محیطی از قبیل فرسایش خاک و افزایش رخداد سیلاب­ها می­شود. همچنین اگر مجموع اراضی دارای توان اکولوژیک (براساس ارزیابی انجام­شده) برای باغ و درختکاری (70699 هکتار) را با سطح اراضی که در حال حاضر دارای کاربری باغ و یا درختکاری می­باشند (33971) تطبیق دهیم؛ مشخص می­شود که حدود 36728 هکتار (معادل 48 درصد) از اراضی استان دارای توان اکولوژیک برای باغ و درخت‌کاری هستند که در حال حاضر تحت بهره‌برداری دیگری می­باشند. این اختلاف بیانگر توان بالای اکولوژیک استان البرز درزمینه باغداری و تولید محصولات باغی می­باشد.

شکل 6. مساحت (هکتار) زراعت آبی، دیم و باغ براساس کاربری فعلی و توان اکولوژیکی در استان البرز.

برای تهیه نقشه توان اکولوژیکی کشاورزی استان لازم است در ابتدا آن بخش از اراضی استان که دارای توان با درجات مختلف برای کشاورزی هستند به‌طور یکپارچه مشخص ‌شده و سپس سایر کارکرد‌های اصلی بر آن منطبق شوند. برای این منظور ابتدا نقشه توان اکولوژیک برای زراعت آبی با نقشه توان اکولوژیک برای باغ و درخت‌کاری بر اساس ماتریسی معرفی‌شده با هم تلفیق‌ شده و نقشه حاصل مجدداً با نقشه توان اکولوژیک برای زراعت دیم تلفیق ‌شده است. در انتهای این عملیات، نقشه توان اکولوژیکی کشاورزی استان تهیه شد (شکل 7).

شکل 7. نقشه نهایی توان اکولوژیک برای کشاورزی در استان البرز

میزان توان اکولوژیک استان برای کشاورزی در هر سه کاربری زراعت آبی، زراعت دیم و باغ و درختکاری در جدول 6 نشان داده شده است. بر اساس توان اکولوژیک استان، 7/33 درصد از کل اراضی استان، مناسب برای زراعت آبی و فقط 36/2 درصد از اراضی برای کشاورزی دیم مناسب هستند. این در حالی است که 3/35 درصد از اراضی برای باغ و درختکاری دارای تناسب درجه‌یک و دو هستند و به‌طور کلی 5/28 درصد از اراضی استان فاقد توان اکولوژیک برای کشاورزی می­باشند.

تاکنون مطالعات زیادی در­رابطه­با ارزیابی توان اکولوژیک و تناسب اراضی انجام‌ شده است
(Mokarram & Aminzadeh, 2010; Zhang et al., 2015). پژوهش حاضر نیز بر توان اکولوژیک اراضی استان البرز برای کشاورزی و مقایسه آن با کاربری فعلی تأکید دارد و نتایج حاصل از این پژوهش می­تواند به راهنمای مناسبی برای برنامه­ریزان، مسئولان و کاربران اراضی در مورد نحوه استفاده یا برنامه‌ریزی از آن باشد. مطالعه Herzberg et al. (2018) به بررسی تناسب اراضی در مناطق تپه‌ای برای پنج گیاه برنج (Oryza sativa)، اقاقیا (Acacia spp.)، موز (Musa spp.)، فیکوس (Hevea brasiliensis)، کاساوا (Manihot esculenta) و قهوه (Coffea canephora) با­استفاده­از تحلیل سلسله مراتبی پرداخت. نتایج نشان داد شاخص تناسب برای کشت کاساوا در منطقه مورد مطالعه از 29/6 تا 92/7 متغیر است. در تحقیقیet al.   Ennaji(2018) نیز به ارزیابی تناسب اراضی کشاورزی با­استفاده­از خصوصیات خاک، شیب و همچنین برنامه تناسب اراضی پرداختند و مناطق مناسب برای کشاورزی دیم را تعیین کردند. نتایج نشان داد به­دلیل بافت نامناسب و شوری کم، 1/12 درصد از اراضی برای کشاورزی مناسب نیست. همچنین Taghizadeh Mehrjardi et al. (2020) از روش‌های یادگیری ماشین برای ارزیابی تناسب زمین برای دو محصول گندم و جو دیم استفاده کردند که در مقایسه با نقشه‌های سنتی دارای دقت بالاتری بودند. در مطالعه­ای مدل پارامتریک در ارزیابی تناسب اراضی برای زراعت آبی گندم با تکنیک مرتب­سازی اولویت گزینه­ها بر مبنای شباهت به راه حل ایده­آل (TOPSIS)[12] مقایسه شد که ضریب تبیین هر دو مدل به­ترتیب 86/0 و 94/0 بود که نشان از توانایی بالای هر دو مدل در ارزیابی توان اکولوژیک منطقه برای کشت گندم است (Bagherzadeh & Gholizadeh, 2016). در بسیاری از مطالعات ارزیابی توان اکولوژیک اراضی کشاورزی از ادغام روش تحلیل سلسه مراتبی با تکنیک­های سیستم اطلاعات جغرافیایی استفاده ‌شده است (Sharma et al., 2018). همسو با نتایج مطالعه حاضر تلفیق رویکرد تحلیل سلسه مراتبی و سیستم اطلاعات جغرافیایی در سایر مطالعات نیز منجر به ارزیابی مناسب­بودن اراضی برای محصولات زراعی استراتژیک در خاک­های شور، سدیمی و آهکی تحت شرایط نیمه‌خشک شده است (Pilevar et al., 2020; Zhang et al., 2015). همچنین نتایج Dedeoğlu & Dengiz (2019) و
 Seyedmohammadi et al. 2019)) نشان داد استفاده از رویکرد تحلیل سلسله مراتبی در ادغام با سیستم اطلاعات جغرافیایی از ظرفیت بالایی برای ادغام داده­های ناهمگن برای تعیین و طبقه­بندی مناسب­بودن اراضی در مناطق کشاورزی برخوردار است. مطالعه دیگری نشان داد که تجزیه‌وتحلیل معیارها در یک مدل تحلیل سلسه مراتبی عنصر-ماده[13] یک نقشه مناسب برای زراعت جو ایجاد کرده است. ضریب تبیین بین شاخص تناسب زمین و عملکرد جو مشاهده‌شده در این مطالعه 974/0 بود
(Saha et al., 2020). همچنین مقایسه روش تحلیل سلسه مراتبی و نسبت فرکانس (FR) با­استفاده­از سیستم اطلاعات جغرافیایی برای ارزیابی تناسب اراضی کشاورزی منطقه کوهستانی در هند نشان داد که هر دو روش‎ برای نقشه­برداری توان اکولوژیک کشاورزی مناسب هستند (Kumar et al., 2020). در این پژوهش نیز بر اساس معیارهایی که به‌منظور زراعت آبی، دیم، باغ و درخت­کاری مشخص شد، سعی شد تا با اعمال معیارهای ارزیابی مطرح‌شده و پس از مشخص­شدن توان اکولوژیکی محدوده­ی مورد مطالعه، نقشه­های مربوط به توان مناسب اکولوژیکی و مقایسه آن با شرایط کنونی منطقه انجام شود.

4- نتیجه­گیری

شناسایی تناسب و کیفیت اراضی برای تصمیم­گیری در مورد استفاده از زمین با­توجه­به پتانسیل آن و حفاظت از منابع طبیعی برای نسل­های آینده اهمیت زیادی دارد. در این مطالعه، شناسایی مناطق مناسب برای زمین­های کشاورزی با­در­نظر­گرفتن شاخص­های خاک و زمین، توپوگرافی، اقلیم، پوشش گیاهی و زمین­شناسی در مقیاس منطقه­ای در استان البرز انجام شد. در مجموع، 269417 هکتار از اراضی دارای توان درجه ‌یک تا سه برای کشاورزی و 107709 هکتار از اراضی فاقد توان کشاورزی هستند. این در صورتی‌ است که بین کاربری فعلی و توان اکولوژیکی تطابق و همخوانی وجود ندارد. به­نحوی­که بیش‌ترین عدم تطابق آن‌ها در شهرستان‌ اشتهارد در کاربری زراعت آبی و در شهرستان­های ساوجبلاغ و نظرآباد در کاربری باغ و درخت‌کاری وجود دارد.

ارزیابی توان اکولوژیک می‌تواند به­عنوان یک ابزار برنامه‌ریزی حیاتی برای ارزیابی منطقی شیوه‌های کشاورزی پایدار برای یک منطقه عمل کند و امکان جلوگیری از فرآیند آزمون و خطا در برنامه‌ریزی کاربری اراضی کشاورزی را فراهم کند. بنابراین ارزیابی توان اکولوژیک و تناسب اراضی باید قبل از اجرای هر تصمیم­گیری برای سرمایه­گذاری و توسعه کاربری خاص، به­ویژه در بخش کشاورزی، گامی ضروری باشد. بدین­ترتیب، نتایج کاربردی این تحقیق می­تواند جهت برنامه­ریزی­های آتی در بخش کشاورزی استان، در وهله نخست مورد استفاده کلیه مدیران و تصمیم­گیران و سپس مروجان و کاربران اراضی کشاورزی قرار گیرد.

5. منابع

Ahmadisani, N., Babayikafyi, S., & Mataji, A. (2011). Investigation of ecotourism activity in North Zagros forests using multi-criteria decision making. Geographic Information System and Remote Sensing, 4(3), 65-64.

AhmadiSani, N., Babaiekafaky, S., Pukkala, T., Mataji, A., & Abdolkarimi, R. (2012). Integration of GIS, RS and MCDM for ecological land suitability assessment in multiple-use forestry. Archives Des Science, 65(6), 59-70.

Azmi, A.F., Mirzaei Ghaleh, R., & Shamsi. (2014). Challenges and difficuities of agriculture and its role in the migratoin from rural to urban (Case study: Rural district of shirz, Harsin city). Modares Journal of Human Science Spatial Planning, 2, 55-70. (In Persian)

Bagherzadeh, A., Gholizadeh A. (2016). Modeling land suitability evaluation for wheat production by parametric and TOPSIS approaches using GIS, northeast of Iran.  Modeling Earth Systems and Environment, 2, 1-11.

Baskent, E.Z., & Keles, S. (2005). Spatial forest planning: A review. Ecological Modelling, 188, 145-173.

Dashti, S., Monavarim, M., Shariati, M., & Sabzghabaei, G.R. (2010). Ecological capability evaluation on Zakherd watershed for ecotourism development by application of GIS. Human & Environment, 8(3), 19-26. (In Persian)

Dedeoğlu, M., & Dengiz, O, (2019). Generating of land suitability index for wheat with hybrid system aproach using AHP and GIS. Computers and Electronics in Agriculture, 167, 105062.

Dehghan, P., Azarneivand, H., Khosravi, H., Zehtabian, G.H., Moghadamnia, A.R, (2018) . Design of agricultural ecological and rangeland capability model using integrated approach of FUZZY-AHP (A case study: Eshtehard city). Journal of Range and Watershed Managment, 71(1), 11-24.

Ennaji W, Barakat A, El Baghdadi M, Oumenskou H, Aadraoui M, Karroum LA, Hilali A (2018) GIS-based multi-criteria land suitability analysis for sustainable agriculture in the northeast area of Tadla plain (Morocco). Journal of Earth System Science 127 (2018): 1-14.

Everest, T., Sungur, A., & Özcan, H. (2021). Determination of agricultural land suitability with a multiple‑criteria decision‑making method in Northwestern Turkey. International Journal of Environmental Science and Technology, 18, 1073–1088.

General meteorological office and water resources management organization of Alborz of the province, 2012.

Ghandali, M., Shayesteh, K., & Mesgari, M.S. (2020). Suitability evaluation for agriculture with regard to ecological, economic power and social demand in Semnan watershed. Journal of Environmental Science and Technology, 22(4), 299-313.

Herzberg, R., Gia Pham, T., Kappas, M., Wyss, D., & Thi Minh Tran, C. (2019). Multi-criteria decision analysis for the land evaluation of potential agricultural land use types in a Hilly area of central Vietnam. Land, 8, 90.

Juita, N., Lopulisa, C. (2020, October). Land evaluation of sweet potatoes with a parametric approach. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 575, No. 1, p. 012104). IOP Publishing.

،r, A., Pramanik, M., & Chaudhary, S. (2020). Land evaluation for sustainable development of Himalayan agriculture using RS-GIS in conjunction with analytic hierarchy process and frequency ratio. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, https://doi.org/10.1016/j.jssas.2020.10.001.

Khalili, S., Soltaninejad, H., & Tavakolinia, J. (2019). Evaluating the ecological capability of agriculture in Estahban county. Iranian Journal of Agricultural Economics and Development Research, 50(2), 265-280. (In Persian)

Liu, G.X., Wang, X.J., Xiang, A.C., Wang, X.R., Wang, B.X., & Xiao, S.M. (2021). Spatial heterogeneity and driving factors of land use change in the middle and upper reaches of Ganjiang river, Southern China. The Journal of Applied Ecology, 32(7), 2545-2554.

Lopez, R.S., Fernández, D.G., López, J.S., Briceño, B.R., Oliva, M., Murga, E.T., Trigoso, D.I., Castillo, E.B., Gurbillón, A.B. (2020). Land Suitability for Coffee (Coffea arabica) Growing in Amazonas, Peru: Integrated Use of AHP, GIS and RS, ISPRS International Journal of Geo-Information, 9(11), 673.

Makhdom, H. (2001). Foundation for land use planning, fourth edition, Tehran Publication and Printing Institute, pp. 16, 123, 189-207. (In Persian)

Makhdom, M., DarvishSefat, A., & Makhdom, A. (2003). Environmental assessment and planning with geographic information system, University Press, 304p.

Marbun, P., Nasution, N., Hanum, H., & Karim, A. (2019). Evaluation of land suitability on arabica coffee plantation by parametric method in Lintongnihuta district. Earth and Environmental Science, 260, 012155

Memarbashi, E., Azadi, H., Barati, A.A., Mohajeri, F., Van Passel, S., Witlox, F. (2017). Land-Use Suitability in Northeast Iran: Application of AHP-GIS Hybrid Model, ISPRS International Journal of Geo-Information, 6, 396.

Mokarram M, Aminzadeh F (2010) GIS-based multicriteria land suitability evaluation using ordered weight averaging with fuzzy quantifer: a case study in Shavur Plain, Iran. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 38(2), 508-512.

Özkan, B., Dengiz, O., & DemirağTuran, I. (2020). Site suitability analysis for potential agricultural land with spatial fuzzy multi‑criteria decision analysis in regional scale under semi‑arid terrestrial ecosystem. Scientific Reports, 10, 22074.

Pilevar, A.R., Matinfar, H.R., Sohrabi, A., & Sarmadian, F. (2020). Integrated fuzzy, AHP and GIS techniques for land suitability assessment in semi-arid regions for wheat and maize farming. Ecological Indicators, 105887.

Ramamurthy, V., Reddy, G.O., & Kumar, N. (2020). Assessment of land suitability for maize (Zea mays L.) in semi-arid ecosystem of southern India using integrated AHP and GIS approach. Computers and Electronics in Agriculture, 179, 105806.

Roy, J., Saha, S., (2018). Assessment of land suitability for the paddy cultivation using analytical hierarchical process (AHP): a study on Hinglo river basin, Eastern India, Modeling Earth Systems and Environment, 4, 601-618.

 Saaty, T.L. (1980). The analytic hierarchy process: Planning, priority setting, resource allocation. McGraw-Hill International Book Co., New York.

Safaripour, M., & Naseri, D. (2019). Ecological land capability evaluation for agriculture and range management using WLC method (Case study: Onarchay watershed, Ardabil province). Journal of Environmental Science and Technology, 21(8), 113-123. (In Persian)

Saha, S., Sarkar, D., Mondal, P., Goswami, S. (2020). GIS and multi‑criteria decision‑making assessment of sites suitability for agriculture in an anabranching site of sooin river, India. Modeling Earth Systems and Environment, 7, 571-588.

Seyedmohammadi, J., Sarmadian, F., Jafarzadeh, A.A., & McDowell, R.W. (2019). Development of a model using matter element, AHP and GIS techniques to assess the suitability of land for agriculture. Geoderma, 352, 80-95.

Shahpari, S., Allison, J., Harrison, M.T., & Stanley, R. (2021). An integrated economic, environmental and social approach to agricultural land-use planning. Land, 10(4), 364.

Sharma R, Kamble SS, Gunasekaran A (2018) Big GIS analytics framework for agriculture supply chains: a literature review identifying the current trends and future perspectives. Computers and Electronics in Agriculture, 155, 103-120.

Soil and Water Research Institute, 1989. Guide for classification of lands for irrigation. Publication No. 205, Technical Publication No. 766, Agriculture and Natural Resources Organization. Ministry of Agriculture. 91p.

Taghizadeh Mehrjardi, R., Nabiollahi, K., Rasoli, L., Kerry, R., & Scholten, T. (2020). Land suitability assessment and agricultural production sustainability using machine learning model. Agronomy, 10, 573.

Tashayo, B., Honarbakhsh, A., Akbari, M., Eftekhari, M. (2020).  Land suitability assessment for maize farming using a GIS-AHP method for a semi- arid region, Iran, Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, 19(5), 332-338.

Truong, Q.C., Nguyen, T.H., Tatsumi, K., Pham, V.T., & Tri, V.P.D. (2022). A land-use change model to support land-use planning in the Mekong Delta (MEKOLUC). Land, 11(2), 297.

Yang, S., Zhao, W., Liu, Y., Wang, S., Wang, J., & Zhai, R. (2018). Influence of land use change on the ecosystem service trade-offs in the ecological restoration area: Dynamics and scenarios in the Yanhe watershed, China. Science of the Total Environment, 644, 556-566.

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.

1. Ecological Potential
2. Multi-Criteria Decision Analysis
3. Weighted Linear Combination

[4]. Analytic Hierarchy Process

[5]. Geographic Information System

1. Geographic Information system

[9]. Geostatistic

1. 1. Overlay
2. 2. Digitizing

.[12]  The technic for order preference by similarity to ideal solution

.[13]  Matter-Element