ارزيابي حاصل‌خيزي اراضي براي كشت ذرت با استفاده از GIS، منطق فازي و ANP (مطالعه موردي: چهار حوضه استان گلستان)

Fertility evaluation of land for maize cultivation using GIS, fuzzy logic and ANP (Case study: four basins of Golestan province)

سابقه و هدف: يكي از عوامل بسيار مهم در توليد عملكرد بالاي گياهان وجود عناصر غذايي خاك مي‌باشد. لذا بررسي دقيق ميزان عناصر قابل دسترس از جمله عناصر پرمصرف و كم مصرف در خاك براي توليد محصول مهمي مثل ذرت ضروري مي‌باشد. به‌همين منظور تهيه نقشه حاصل‌خيزي خاك چهار حوضه كشاورزي استان گلستان به كمك سامانه اطلاعات جغرافيايي (GIS)، منطق فازي و تحليل شبكه‌اي (ANP) براي كشت گياه ذرت مورد پژوهش قرار گرفت. مواد و روش‌ها: اين پژوهش در چهار حوضه قره‌سو، قرن‌آباد، محمد‌آباد و زرين‌گل استان‌ گلستان انجام شد. جهت تهيه لايه‌هاي رستري عناصر خاك شامل پتاسيم و فسفر قابل دسترس، نيتروژن كل، كلسيم، منيزيم، آهن، روي، مس و منگنز قابل جذب خاك از اطلاعات 858 نقطه نمونه‌برداري شده خاك استفاده شد. ابتدا لايه رستري هر عنصر به ‌كمك روش كريجينگ معمولي در محيط 10.4 ArcGIS در محدوده اراضي زراعي منطقه مورد مطالعه تهيه شد. سپس به كمك توابع فازي نقشه هر عنصر استانداردسازي فازي شد و نقشه‌هاي مربوط به هر عنصر با استفاده از ANP وزن‌دار شده و با روي هم‌گذاري لايه‌ها، نقشه حاصل‌خيزي خاك تهيه شد. به‌منظور انطباق لايه‌هاي توليد شده با نياز تغذيه‌‌اي گياه ذرت، نيازهاي تغذيه‌‌اي اين گياه با استفاده از منابع علمي تعيين گرديد. در پايان لايه نهايي به پنج طبقه حاصل‌خيزي خيلي زياد، زياد، متوسط، كم و خيلي كم تقسيم شد. يافته‌ها: نتايج نشان داد ارزش فازي اراضي زراعي محدوده مورد مطالعه بين 0/30 تا 0/78 بود. 119771/47 هكتار معادل 59/87 درصد منطقه مورد مطالعه داراي حاصل‌خيزي متوسط كه بيشتر در قسمت مياني منطقه مورد مطالعه واقع شد و 80212/65 هكتار معادل 40/09 درصد داراي حاصل‌خيزي كم كه بيشتر در قسمت شمالي و جنوبي قرار داشت. 84/24 هكتار معادل 0/04 درصد داراي حاصل‌خيزي زياد بود و دو طبقه حاصل‌خيزي خيلي‌كم و حاصل‌خيزي خيلي‌زياد فاقد سهم از منطقه مورد مطالعه بودند. در بين حوضه‌ها؛ حوضه زرين‌گل داراي بالاترين حاصل‌خيزي و حوضه محمدآباد داراي پايين‌ترين حاصل‌خيزي بودند. ميانگين ارزش فازي نشان داد عناصر منگنز و پتاسيم به‌ترتيب داراي بيشترين ارزش و عناصر كلسيم و روي به‌ترتيب داراي كمترين ارزش فازي بودند. عناصر پتاسيم و فسفر قابل دسترس، نيتروژن كل، كلسيم، منيزيم، آهن، روي، مس و منگنز قابل جذب باعث كاهش ارزش حاصل‌خيزي مساحت اراضي مورد مطالعه به‌ترتيب به‌ميزان 69/38، 76/02، 96/98، 94/68، 47/81، 49/10، 96/98، 69/57 و 30/28 درصد شدند. نتيجه: نتايج حاصل از پهنه‌بندي حاصل‌خيزي چهار حوضه مورد مطالعه به كمك منطق فازي و ANP براي كشت ذرت نشان داد تقريباً كل محدوده مورد مطالعه (به‌جزء 84/24 هكتار) از نظر حاصل‌خيزي با مشكل روبرو بود. حوضه زرين‌گل حاصل‌خيزترين حوضه براي كشت ذرت بود و حوضه‌هاي قره‌سو، قرن‌آباد و محمدآباد به‌ترتيب در رتبه‌هاي بعدي حاصل‌خيزي قرار گرفتند.

Background and objective: One of the most important factors in the production of high yield of plants is the presence of soil nutrient elements. Therefore, the accurate study of the amount of available elements such as macronutrients and micronutrients in soil is essential for the production of important products such as maize. For this purpose, preparing the soil fertility map of four basins agricultural in Golestan province was examined by Geographical Information System (GIS), Fuzzy logic and Analytic Network Process (ANP) for maize cultivation. Materials and methods: This research was carried out in four basins of Qaresoo, Qarnabad, Mohammadabad and Zaringol in Golestan province. The information of 858 sampled points were used for the preparation of soil elements layers including K and P available, total N, Ca, Mg, Fe, Zn, Cu and Mn available of the soil. First, the raster layer of each element was prepared in ArcGIS10.4 media by ordinary Kriging method in the agricultural lands of the study area. Then, with the help of fuzzy functions, each fuzzy standardization element map was prepared, the maps for each element were weighed using ANP and the soil fertility map was prepared by the layers' overlay the soil fertility map was prepared. In order to adapt the layers produced with the nutritional needs of maize, nutritional requirements of this plant were determined using the scientific resources. Finally, the final layer was divided into five categories of very high fertility, high, moderate, low and very low. Results: The results showed, the fuzzy value of the agricultural land in the study area was between 0.30 and 0.78. 119771.47 ha, equivalent to 59.87% of the studied area, had a moderate fertility that was more in the middle part of the study area and 80212.65 ha, equivalent to 40.9% had low fertility that was more in the north and south. 84.24 ha, equivalent to 0.04 percent had high fertility and two categories of very low fertility and very high fertility had no share of the study area. Among the basins, Zaringol basin had the highest fertility and the Mohammadabad basin had the lowest fertility. The mean fuzzy value showed, the elements of Mn and K had the highest fuzzy value and the elements of Ca and Zn had the lowest fuzzy value, respectively. The elements of K, P, N, Ca, Mg, Fe, Zn, Cu and Mn reduced the fertility value of the studied lands' area 69.38, 76.02, 96.98, 94.68, 47.81, 49.10, 96.98, 69.57 and 30.28%, respectively. Conclusion: The results of the fertility zoning of the four studied basins with the help of fuzzy logic and ANP for maize cultivation showed, almost the entire study area (with the exception of 84.24 ha) faced with problems in terms of fertility. Zaringol basin was the most fertile basin for corn cultivation and Qaresoo, Qarnabad and Mohammadabad basins were in the next rank of fertility, respectively.