انتخاب محل بهینه برای پرورش آبزیان با استفاده از تحلیل مکانی داده‌های ماهواره‌ای (مطالعه موردی: خلیج‌فارس و دریای‌عمان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه ژئودزی و هیدروگرافی، دانشکده مهندسی نقشه‌برداری و اطلاعات مکانی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

2 گروه نقشه‌برداری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران.

چکیده

امروزه بخش مهمی از منابع پروتئینی مصرفی از تولید آبزیان تأمین می‌شود. تولید آبزیان به روش‌های صید و پرورش انجام می‌شود که پرورش در قفس با توجه به مزایایی نظیر استفاده بهینه از منابع آب، توسعه اقتصادی و کمک به حفظ گونه‌ها مورد توجه متخصصان قرار گرفته است. این پژوهش با هدف انتخاب محل بهینه برای تأسیس قفس پرورش ماهی سی‌باس، به تحلیل مکانی و ارزیابی چندمعیاره داده‌های ماهواره‌ای در منطقه خلیج‌فارس و دریای‌عمان پرداخته است. داده‌های محیطی شامل عمق، سرعت باد، ارتفاع سطح آب، دما، شوری، غلظت کلروفیل‌آ، pH، اکسیژن محلول، نیترات و فسفات از منابع معتبر ماهواره‌ای مانند MODIS، SMOS، GEBCO و CMEMS برای سال 2024 تهیه شدند. داده‌ها پس از هم‌مقیاس‌سازی زمانی، با روش درون‌یابی کریجینگ به نقشه‌های توزیع مکانی با وضوح یک کیلومتر تبدیل شدند. هر معیار بر اساس منابع علمی به سه سطح «بسیار مناسب»، «نسبتاً مناسب» و «نامناسب» طبقه‌بندی شد. وزن هر معیار با استفاده از روش تحلیل سلسله‌مراتبی (AHP) و بر اساس مطالعات گذشته تعیین شد. سپس نقشه‌های رتبه‌بندی‌شده به روش ترکیب خطی وزن‌دار (WLC) تلفیق و نقشه نهایی پهنه‌بندی تهیه شد. اعتبارسنجی نتایج با استفاده از داده‌های زیستگاه ماهی سی‌باس از پایگاه OBIS و موقعیت مزارع فعلی شیلات انجام شد که نشان داد تمام مزارع در مناطق با امتیاز بالا قرار دارند. در نهایت، 15 شهرستان جنوبی ایران به‌عنوان مناطق دارای پتانسیل بالا شناسایی شدند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimal Site Selection for Aquaculture Using Spatial Analysis of Satellite Data (Case Study: Persian Gulf and Gulf of Oman)

نویسندگان [English]

  • Reyhaneh Mardani 1
  • Saeed Farzaneh 1
  • Ali Sam Khaniani 2
1 Department of Surveying and Geomatics Engineering, Faculty of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
2 Department of Surveying Engineering, Faculty of Civil Engineering, Noshirvani University of Technology, Babol, Iran.
چکیده [English]

Aquaculture has become a key strategy in meeting the growing global demand for animal protein, especially as natural fish stocks face overexploitation and ecological degradation. Among modern aquaculture methods, cage farming stands out for its cost-effectiveness, environmental sustainability, and potential to boost regional economies. In this context, the current study focuses on identifying optimal sites for the development of sea bass (Lates calcarifer) cage aquaculture in the southern coastal waters of Iran, particularly in the Persian Gulf and the Gulf of Oman. The study employs satellite remote sensing data, geospatial analysis, and spatial multi-criteria evaluation (SMCE) to propose a systematic approach for aquaculture site selection. To achieve this objective, data were collected from environmental and oceanographic multiple satellite and modeling sources, including MODIS (for temperature and dissolved oxygen), SMOS (for salinity), GEBCO (for bathymetric depth), and CMEMS (for variables such as chlorophyll concentration, pH, nitrate, phosphate, sea surface height, and wind speed). All data were obtained for the year 2024 and processed using the Kriging interpolation method to create continuous raster layers with a spatial resolution of one kilometer. The study identifies ten criteria, crucial for sea bass aquaculture: depth, water temperature and salinity, wind speed, sea surface height, chlorophyll-a concentration, pH, dissolved oxygen, nitrate, and phosphate levels. These variables were selected based on biological needs of sea bass and insights from prior studies. For each parameter, suitable ranges were defined—such as water depth between 20–50 meters, salinity between 8.8–39 ppt, and surface temperature between 13–28°C—ensuring conditions that support optimal growth and health of farmed fish. Each criterion was classified into three suitability levels (high, moderate, and low) and then standardized using a ranking method. The relative importance of each criterion was determined using the Analytic Hierarchy Process (AHP), a well-established decision-making framework. Through pairwise comparisons and consistency checks (with a consistency ratio of 0.076), the study assigned the highest weight to depth (0.3342), followed by temperature (0.2061) and salinity (0.1216), while phosphate received the lowest weight (0.0277). Using a Weighted Linear Combination (WLC) approach, the standardized criteria layers were integrated to generate a final suitability map. The results were categorized into three classes—highly suitable, moderately suitable, and unsuitable—for sea bass cage farming. Spatial analysis revealed that 15 counties along the southern coast of Iran hold significant potential for sea bass cage aquaculture. Among them, Gachsaran, Bushehr, Tangestan, Ganaveh, Qeshm, Bandar Abbas, and Minab showed the highest suitability scores. To validate the model, the study compared the identified suitable zones with actual cage farming sites reported by Iran’s Fisheries Organization and the species,’ recorded habitat range from the OBIS (Ocean Biodiversity Information System) database. The overlap between current farms and high-scoring zones confirmed the reliability of the methodology. Furthermore, areas with high suitability also aligned well with recorded sea bass presence in global biodiversity datasets. This research underscores the significant potential of remote sensing and geospatial analysis in aquaculture planning. By leveraging freely available satellite datasets and integrating them into a structured spatial decision-making framework, the study presents a replicable and scalable method for aquaculture site selection. The approach significantly reduces the need for time-consuming and costly field surveys, while also enabling wide-area assessments that account for environmental variability. In addition to environmental considerations, the study also highlights economic and operational benefits. The proposed locations support optimal growth conditions, reducing the risks of fish mortality, disease, or operational failure. Moreover, by identifying regions with low concentrations of pollutants (e.g., nitrate and phosphate) and stable physical conditions (e.g., low wind and wave height), the model aids in promoting sustainable aquaculture practices. In conclusion, the integration of satellite-based environmental data, spatial interpolation techniques, and multi-criteria decision-making tools offers a robust solution for site selection in marine aquaculture. Given the increasing global emphasis on food security, environmental sustainability, and efficient resource use, such methodologies can play a pivotal role in guiding policy and investment in the aquaculture sector—especially in coastal regions like southern Iran, where natural conditions are favorable for fish farming.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aquaculture
  • Satellite Data
  • Site Selection
  • Spatial Multi-Criteria Evaluation
اسکندری، غ.؛ کوچک‌نژاد، ع. و جهانی، ن. (۱۳۹۳). انتخاب مکان مناسب برای توسعه پرورش ماهی دریایی در قفس در سواحل شمال غربی خلیج‌فارس (ایران-خوزستان). فصلنامه محیط زیست جانوری، ۶(۳)، ۹–۲۱.
اصغر‌پور، م.‌ج. (۱392). تصمیم‌گیری‌های چندمعیاره (چاپ ۱۸، ۴۱۲ ص.). تهران: دانشگاه تهران.
ایزدی، ع. ؛ سیدی‌قمی، م.ک. و حقیقی، س. (1395). گونه‌های ماهیان دریایی قابل پرورش در قفس در کشور. تهران: وزارت جهاد کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، معاونت ترویج؛ سازمان شیلات ایران. ۴۰ ص.
حق‌شناس، ا. ؛ محمودی، ن. و غلامعلی‌فرد، م. (1400). ارزیابی مزارع موجود آبزی‌پروری دریایی استان مازندران بر مبنای معیارهای مکانی. مجله علوم و فنون شیلات، 10(4)، 510–495.
دانش‌لاری، س. م. ع. و فلاحی، غ. (1394). استفاده از فن‌آوری GIS در تعیین مناطق مستعد توسعه آبزی‌پروری (مطالعه موردی: سواحل استان هرمزگان). کنفرانس مهندسی فناوری اطلاعات مکانی، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، دانشکده مهندسی نقشه‌برداری، تهران، ایران.
سید مرتضایی، س. ر. ؛ هوشمند، ح. ؛ آهنگرزاده، م. و نیلساز، م. (۱۳۹۹). امکان‌سنجی پرورش ماهی در قفس در سد سیمره (استان ایلام). مجله آبزیان دریای خزر، ۵، ۵۹–۶۹.
عادلی، ا. (1392). مصرف آبزیان در ایران و جهان. پژوهش‌های علوم و فنون دریایی، 8(2)، 46–35.
عادلی، ا. و یوسفی سیاهکلرودی، س. (۱۴۰۰). ارزیابی پرورش ماهی سی‌باس در قفس‌های دریایی ایران. علوم و فنون شیلات، ۱۰(۴)، ۵۱۱–۵۲۳
عوفی، ف. (۱۳۹۴). بررسی گونه‌شناسی و بازنگری رده‌بندی ماهیان آب‌های ایرانی خلیج‌فارس بر اساس الگوی انتشار جغرافیایی و تنوع زیستگاهی با بکارگیری سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS)، رساله دکتری. دانشگاه آزاد اسلامی.
فضیلت‌پور، ز. ؛ رنگزن، ک. ؛ اسکندری، غ. و صابری، ع. (۱۳۹۶). تعیین مناطق بالقوه صید ماهی در خلیج‌فارس، با استفاده از سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی. فصلنامه سنجش از دور و GIS ایران، ۹(۱)، ۳۷–۴۸.
قادری، د. ؛ سلیمانی کهنوج، ا. ؛ شمسایی، ر. ؛ راهبانی، م. و سوری‌نژاد، ا. (1403). انتخاب مکان مکان‌پروری قفس در آب‌های اطراف جزیره قشم (خلیج‌فارس شمالی). فصلنامه بوم‌شناسی آبزیان، ۱۴(۲)، ۲۷–۴۲.
مرادی‌زاده، م. و هادیان، ا. (۱۴۰۲). مدل‌سازی توزیع غلظت آلاینده‌های NO₂ و O₃ با وضوح مکانی مناسب از طریق تلفیق داده‌های زمینی و ماهواره‌ای. مجله سنجش از دور و GIS ایران، ۱۶(۲)، ۸۵–۱۰۴.
همت یار، ع. ؛ اسدی، ع. و کلانتری، خ. (1390). ارزیابی توان منابع آب زیرزمینی شهرستان سردشت برای پرورش ماهی قزل ‌آلای رنگین ‌کمان، با استفاده از سامانه‌ اطلاعات جغرافیایی (GIS) و رهیافت تصمیم ‌گیری چندمعیاره. فصلنامه پژوهش های روستایی، 2(6)، 1-30.
Akbari, E., Alavipanah, S., Jeihouni, M., Hajeb, M., Haase, D., & Alavipanah, S. (2017). A review of ocean/sea subsurface water temperature studies from remote sensing and non-remote sensing methods. Water, 9(12), 936.
Alkema, D., Boerboom, L. G. J., Ferlisi, S., & Cascini, L. (2019). Spatial multi‑criteria evaluation. University of Twente. Retrieved from University of Twente repository
Amrita, C. (2018). Analysing the water quality parameters from traditional to modern methods in aquaculture. International Journal of Science, Environment and Technology, 7(5), 1954–1961.
Araujo, G. S., Silva, J. W. A. D., Cotas, J., & Pereira, L. (2022). Fish Farming Techniques: Current Situation and Trends. Journal of Marine Science and Engineering, 10(11), 1598.
Armono, H. D., Mahaputra, B. G., & Zikra, M. (2018). The usage of geographical information system in the selection of floating cages location for aquaculture at Prigi Bay, Trenggalek Regency, East Java. Earth and Environmental Science, 135(1), Article 012023.
Chegini, Vahid & Kebriaie, A. & Vafaie, Fereidoon & Soltanpour, Mohsen & Sharifi, Arash. (2009). Shorelines Management Plan of I R of Iran.
Dapueto, G., Massa, F., Costa, S., Cimoli, L., Olivari, E., Chiantore, M., Federici, B., & Povero, P. (2015). A spatial multi-criteria evaluation for site selection of offshore marine fish farm in the Ligurian Sea, Italy. Ocean & Coastal Management, 116, 64–77.
Dilip Kumar Jha., Rajaprabhu, G., Kirubagaran, R., Sendhil Kumar, R., Dharani, G., Das, A., Gopinath, G., & Santhanakumar, J. (2017). Estimation of potential zones for offshore mariculture in the Indian Sea using geographical information system as a management tool. Journal of Coastal Conservation, 21(6), 893–906.
Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2017). Guidelines and criteria on technical and environmental aspects of cage aquaculture site selection in the Kingdom of Saudi Arabia. FAO.
Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2020). The state of world fisheries and aquaculture 2020.
Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2024). Aquaculture growth potential in Iran (Islamic Republic of). FAO.
Kazemi Rad, L., & Haghyghy, M. (2014). Integrated Analytical Hierarchy Process (AHP) and GIS for land use suitability analysis. World Applied Sciences Journal, 32(4), 587–594.
Malczewski, J. (1999). GIS and Multicriteria Decision Analysis (1st ed., 392 pp.). New York: John Wiley & Sons.
Nhhala, I., Abdeljallil, B., Nhhala, H., & Hs, H. (2022). Site selection for fish farming using integrated GIS-spatial multi-criteria evaluation and carrying capacity approaches: Case study of M'diq Bay, Morocco. Egyptian Journal of Aquatic Biology and Fisheries, 26(4), 807–841.
Porporato, E. M. D., Bertoldi, W., Gristina, M., Tomei, P., Perez-Ruzafa, A., Ruffo, S., Suryan, W., & Vetrano, V. (2020). Site suitability for marine finfish aquaculture in the central Mediterranean Sea: A spatial multi-criteria evaluation. Frontiers in Marine Science, 6, Article 772.
Prema, D. (2013). Site selection and water quality in mariculture. Central Marine Fisheries Research Institute (CMFRI), Cochin, India, 35–40
Radiarta, I. N., Saitoh, S.-I., & Miyazono, A. (2008). GIS-based multi‑criteria evaluation models for identifying suitable sites for Japanese scallop (Mizuhopecten yessoensis) aquaculture in Funka Bay, southwestern Hokkaido, Japan. Aquaculture, 284(1–4), 127–135.
Ramkumar, S., P. A. Khandagale, Sujith, S. K. (2014). Site and species selection in sea cage aquaculture.
Rasekhi, S., Sharifian, A., Shahraki, M., & Silvano, R. A. M. (2022). Indigenous fishers' knowledge on fish behavior, fishing practices and climatic conditions in a conservation priority coastal ecosystem in the Caspian Sea. Reviews in Fish Biology and Fisheries, 33(9), 629-648.
Shih, Y.‑C. (2017). Integrated GIS and AHP for marine aquaculture site selection in Penghu Cove in Taiwan. Journal of Coastal Zone Management, 20(1), Article 438.
Tai, H., Yang, Y., Liu, S., & Li, D. (2012). A review of measurement methods of dissolved oxygen in water. In D. Li & Y. Chen (Eds.), Computer and Computing Technologies in Agriculture V (pp. 569–576). Springer.
Wölfl, A.-C., Snaith, H., Amirebrahimi, S., Devey, C. W., Dorschel, B., Ferrini, V., Huvenne, V. A. I., Jakobsson, M., Jencks, J., Johnston, G., Lamarche, G., Mayer, L., Millar, D., Pedersen, T. H., Picard, K., Reitz, A., Schmitt, T., Visbeck, M., Weatherall, P., & Wigley, R. (2019). Seafloor mapping – the challenge of a truly global ocean bathymetry. Frontiers in Marine Science, 6, Article 283.
Yu, S., Bai, Y., He, X., Gong, F., & Li, T. (2023). A new merged dataset of global ocean chlorophyll-a concentration for better trend detection. Frontiers in Marine Science, 10.