第章 地理信息系统在土壤资源评价中的应用

1、第十二章 地理信息系统在土壤资源评价中的应用 HYPERLINK 07/soil/left1.asp?lm=140 t left1 第一节 地理信息系统概述一、 地理信息系统的产生 地理信息系统，简称GIS（Geographic Information System）。是处理地理信息的系统。地理信息是指直接或间接与地球上的空间位置有关的信息，又常称为空间信息。一般来说，GIS可定义为：用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。从GIS应用角度，可进一步定义为：GIS由计算机系统、地理数据和用户组成，通过对地理数据的集成、存储、检索

2、、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源评价与管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务（陈述彭，1999）。GIS的出现是信息技术及其应用发展到一定程度的必然产物。地理信息系统萌芽于上世纪的60年代。1962年，加拿大的Roger F. Tomlinson提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用地图数据，并建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息系统（CGIS），以实现专题地图的叠加、面积量算、自然资源的管理和规划等；与此同时，美国的Duane F. Marble在美国西北大学研究利用数字计算机研制数据处理软

3、件系统，以支持大规模城市交通研究，并提出建立地理信息系统的思想。70年代是地理信息系统走向实用的发展期。美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对GIS的研究均投入了大量人力、物力和财力。到1972年CGIS全面投入运行与使用，成为世界上第一个运行型的地理信息系统；在此期间美国地质调查局发展了50多个地理信息系统，用于获取和处理地质、地理、地形和水资源信息；1974年日本国土地理院开始建立数字国土信息系统，存储、处理和检索测量数据、航空像片信息、行政区划、土地利用、地形地质等信息；瑞典在中央、区域和城市三级建立了许多信息系统，如土地测量信息系统、斯德哥尔摩地理信息系统、城市规划信息系统等。但由

4、于当时的GIS系统多数运行在小型机上，涉及的计算机软硬件、外部设备及GIS软件本身的价格都相当昂贵，限制了GIS的应用范围。80年代是GIS的推广应用阶段，由于计算机技术的飞速发展，在性能大幅度提高的同时，价格迅速下降，特别是工作站和个人计算机的出现与完善，使GIS的应用领域与范围不断扩大。GIS与卫星遥感技术相结合，开始用于全球性问题的研究，如全球变化和全球监测、全球沙漠化、全球可居住区评价、厄尔尼诺现象及酸雨、核扩散及核废料等(李德仁，1994)；从土地利用、城市规划等宏观管理应用，深入到各个领域解决工程问题，如环境与资源评价、工程选址、设施管理、紧急事件响应等。90年代为GIS的用户时代

5、，随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及，GIS成为了一个产业，投入使用的GIS系统，每23年就翻一番，GIS市场的增长也很快。目前，GIS的应用在走向区域化和全球化的同时，己渗透到各行各业，涉及千家万户，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。与此同时，GIS也从单机、二维、封闭向开放、网络(包括Web GIS)、多维的方向发展。我国地理信息系统方面的工作始于80年代初。地理信息系统进入发展阶段的标志是第七个五年计划的开始，地理信息系统研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划，开始了有计划、有组织、有目标的科学研究、应用实验和工程建设工作。许多部门同时展开了地理

6、信息系统研究与开发工作。1994年中国GIS协会在北京成立，标志中国GIS行业已形成一定规模。九五期间，国家将地理信息系统的研究应用作为重中之重的项目予以支持，1996年，为支持国产GIS软件的发展，原国家科委开始组织软件评测，并组织应用示范工程。这一系列的举措极大的促进了国产GIS软件的发展与GIS的应用。1998年，国产软件打破国外软件的垄断，在国内市场的占有率达25%。同年，在抽样调查25个省市19个行业的1000多个单位中，全部使用了地理信息系统(秦其明、袁胜元，2001)。地理信息系统在资源调查、评价、管理和监测，在城市的管理、规划和市政工程、行政管理与空间决策、灾害的评估与预测、地

7、籍管理及土地利用，在交通、农业、公安等诸多领域得到了广泛的应用。 GIS所能提供的应用具有“多来源、多层次、快速度、深加工、多时态、多形式、多精度”的特点。二、地理信息系统的结构与功能 121地理信息系统的结构组成GIS的应用系统由五个主要部分构成，即硬件、软件、数据、人员和方法。1）硬件硬件是指操作GIS所需的一切计算机资源。目前的GIS软件可以在很多类型的硬件上运行，从中央计算机服务图1 GIS对现实世界的信息表达与分层 器到桌面计算机，从单机到网络环境。一个典型的GIS硬件系统配置包括四个部分：（1）计算机主机；（2）数据输入设备：数字化仪、图象扫描仪、手写笔、光笔、键盘、通讯端口等；（

8、3）数据存储设备：光盘刻录机、磁带机、光盘塔、移动硬盘、磁盘阵列等；（4）数据输出设备：笔式绘图仪、喷墨绘图仪（打印机）、激光打印机等。 2）软件 软件是指GIS运行所必须的各种程序。主要包括计算机系统软件和地理信息系统软件两部分。地理信息系统软件提供存储、分析和显示地理信息的功能和工具。主要的软件部件有：输入和处理地理信息的工具；数据库管理系统工具；支持地理查询、分析和可视化显示的工具；容易使用这些工具的图形用户界面(GUI)。3）数据数据是GIS应用系统的最基础的组成部分。空间数据是GIS的操作对象，是现实世界经过模型抽象的实质性内容。图1展示了GIS对现实世界的信息表达与分层。一个GIS

9、应用系统必须建立在准确合理的地理数据基础上。数据来源包括室内数字化和野外采集，以及从其他数据的转换。数据包括空间数据和属性数据，空间数据的表达可以采用栅格和矢量两种形式。空间数据表现了地理空间实体的位置、大小、形状、方向以及几何拓扑关系。4）人员人是地理信息系统中重要的构成要素，GIS不同于一幅地图，它是一个动态的地理模型，仅有系统软硬件和数据还不能构成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善以及应用程序开发，并采用空间分析模型提取多种信息。因此，GIS应用的关键是掌握实施GIS来解决现实问题的人员素质。这些人员既包括从事设计、开发和维护GIS系统的技术专家，

10、也包括那些使用该系统并解决专业领域任务的领域专家。一个GIS系统的运行班子应有项目负责人、信息技术专家、应用专业领域技术专家、若干程序员和操作员组成。5）方法 这里的方法主要是指空间信息的综合分析方法，即常说的应用模型。它是在对专业领域的具体对象与过程进行大量研究的基础上总结出的规律的表示。GIS应用就是利用这些模型对大量空间数据进行分析综合来解决实际问题的。如基于GIS的土壤资源评价模型、灾害评价模型等。122地理信息系统的主要功能一个GIS软件系统应具备五项基本功能，即数据输入、数据编辑、数据存贮与管理、空间查询与空间分析、可视化表达与输出。除此之外，GIS还有用户接口模块，用于接收用户的

11、指令、程序或数据，是用户和系统交互的工具，主要包括用户界面、程序接口与数据接口。由于地理信息系统功能复杂，且用户又往往为非计算机专业人员，用户界面是地理信息系统应用的重要组成部分，使地理信息系统成为人机交互的开放式系统。三、GIS的应用与发展趋势 1）GIS的应用 随着GIS的迅速发展和计算机及外围设备价格的降低，GIS依据其强大的空间信息存储、分析、显示和更新功能，日益受到政府机构、银行、房地产、建筑、土木工程、自然资源调查、环保、农林、城市规划、灾害监测、地籍管理等各行各业的欢迎。因此，GIS在宏观决策、矿产开发、资源清查与管理、灾害监测与预警、农业估产、城市建设与规划、环境管理、医疗卫生

12、、国防、公共事业和办公自动化等各个领域得到越来越广泛的应用。 2）GIS发展趋势21世纪，GIS的发展趋势将体现在以下几个方面：GIS与GPS、RS、ES和DSS等多系统集成应用，构成整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统；GIS数据标准化、规范化和实时共享将得到进一步加强；面向对象的GIS数据结构、模型、方法和空间操作将成为今后GIS应用开发的主流技术，大大增强系统的开放性和可扩充性；GIS与专家系统、人工神经网络和模式识别等方法相结合实现智能化；真三维和时空四维GIS的研究与开发；GIS网络化；GIS数据和产品商业化；GIS大众化。四、GIS与土壤和土地资源评价 41 GIS

13、与土壤资源评价1）GIS用于土壤资源评价的优势合理利用土壤资源是农业可持续发展的前提。在农业土壤资源适宜性评价中，需要对土壤自然及经济特征进行分析。可用GIS软件与数据库集成进行土壤的分等定级，建立土壤资源信息系统、为农业生产者和决策者提供实时服务势在必行。20世纪中叶以来，数理方法在土壤学中的发展异军突起，引发了土壤学数字化和信息化革命，GIS强大的空间信息和属性信息管理功能为土壤资源信息系统的建立提供了技术支撑。2）GIS在土壤资源评价中的应用概况1972年，加拿大首先在世界上建立了第一个土壤数据库，然而由于当时技术上的不成熟和土壤分类上存在的问题数据库中同名异物或同性异名现象相当严重。美

14、国在80年代初期、就已建成了洲级土壤数据库系统及国家土壤地理数据库系统，包括3个部分，即土壤工作数据库、土壤解译数据库及土壤地理数据库。1985年，国际土壤学会建议“建立1：100万世界土壤和土地数据化数据库(SOTER)”，并被第十三届国际土壤学会所确认。它首次用1：100万的比例尺来对全球的土壤和土地资源信息进行管理，包含在全球地理信息管理系统中，覆盖和兼备了其他资源数据，如地形、植被、地质、气候、人口密度等。我国从80年代中期开始在全国范围内相继建立了不同层次、不同规模和不同应用目标的数据库21个，大大提高了资源与环境数据的利用管理效率，并为政府部门的宏观决策提供了有力支持。但由于我国土

15、壤信息系统研究和实施起步较晚，还未能建立一个真正的全国土壤信息系统。42 GIS与土地资源评价 1）GIS 用于土地资源评价的优势 随着经济发展与人口增长，用地矛盾和土地不合理利用问题日益突出，造成大量的土地资源浪费。长期以来，落后的土地管理技术手段一直是制约我国土地管理事业发展的瓶颈因素，特别是缺少现势性的实时动态信息，不能适时地进行土地利用信息变更和规划方案调整。GIS（地理信息系统）技术的出现为进行土地资源评价提供了一很有效的手段，利用GIS进行土地资源评价，不仅可以实现土管信息的实时更新和土地资源评价的动态化，而且可以根据决策部门的要求，快速地提供多种土地利用及规划方案供领导部门选择。

16、GIS将各种现有和调查土地资源数据信息有机汇集组织，科学地分类与管理，并通过系统的统计，叠置分析，地形地质分析等功能，按照区域条件，提供多种条件组合形式的资源统计和状况分析，为土地资源的保护、合理的开发利用以及科学管理提供可靠依据。2）GIS在土地资源评价中的应用概况GIS技术在国际上始于20世纪60年代，首先应用在资源调查和研究方面，陆续建立了各种类型的地理和资源信息系统。早期的土地资源信息系统有加拿大的土地清查地理信息系统（CGIS，1964），美国纽约的土地利用和自然资源信息系统（LUNR，1967）以及美国明尼苏达土地管理信息系统（MLMIS，1969）等。70年代以来，一些新的系统陆

17、续问世，如澳大利亚联邦科学与工业研究组织设计的土地利用规划信息系统，美国北卡罗来纳州土地利用信息系统（NULUIS）等。这些系统都将土地评价与规划过程相结合，具有综合性和实用性，已成为土地评价与规划的有效手段。到现在GIS技术已进入了成熟阶段，随着GIS与GPS、RS的继承，由过去单一功能分散系统，已成为多功能信息共享系统，并致力于人工智能的研究和应用。我国土地资源信息系统始于80年代后期，但发展较快，戴旭利用ARCINFO信息系统应用于农业土地资源评价，博伯杰以延安地区为例建立了资源评价信息系统，周慧珍和贺红士等建立了区域微机土壤信息系统，分别对实验区进行了土地退化评价、土地利用变迁分析和土

18、地肥力评价，倪绍祥、黄杏元等利用土地评价信息系统，改善了土地适宜性评价的效率和精度，将土地适宜性评价和土地利用规划决策联系起来。GIS应用于土地管理方面也是其较早的一个应用领域之一，如汤国安在大量实验基础上，初步建立了县城土地资源信息系统的理论和方法。深圳市不久便建立了城市用地利用与规划管理信息系统，极大地方便了城市用地管理，提高了管理的科学化水平。这些土地信息系统充分利用地理信息系统强大的空间分析功能和数据管理能力，采集、存储、管理、分析和描述某一地区的土地资源在时空上与地理分析有关的各类数据，已广泛应用于土地评价、国土规划、城市建设等领域，并且已经取得巨大的社会效益和经济效益。 HYPER

19、LINK 07/soil/left1.asp?lm=141 t left1 第二节 土壤资源信息系统(SRIS)在土壤资源评价中的应用引 言 近年来随着人口一资源一环境之间的矛盾日益尖锐化，人们逐渐认识到保护环境和合理利用资源的重要性。尤其是全世界人口增长过快，粮食供应不足，对土壤资源的保护和合理利用受到更大的重视，科学家发出了“拯救土壤就是拯救人类”的呼吁，目前全世界的土壤资源，特别是耕地资源的日益减少和退化。此外，土壤还受侵蚀、沙化、水涝、次生盐渍化、酸化和重金属等污染而退化，大大降低了土壤资源的质量和数量。这些问题的存在和发展在很大程度上与人类盲目的滥开滥用，缺乏合理的规划、科学的决策和

20、强有力的实施管理手段有关。传统的技术方法和手段已很难解决土壤资源如此广泛而复杂的问题。因此，引入新的技术和方法已迫在眉睫。将地理信息系统引入到土壤资源利用和管理研究工作中，建立相应的土壤资源信息系统，可为土壤资源的调查、统计、存储、管理提供高效便捷的工具；为土壤资源的规划、开发、利用提供辅助决策服务；为土壤资源的各种评价、污染防止提供基础数据库和分析手段；同时通过联网和交流，实现土壤数据的共享，便于各国土壤信息的交流和全球问题的研究。一、土壤资源信息系统概述 11 SRIS的概念 土壤资源信息系统(Soil Resource Information System，缩写SRIS)是综合处理和分析

21、土壤资源属性和空间内涵的地理数据的一种技术系统。它是以地理信息系统的硬件和软件为基础。主要具有以下特点：以一定的数据结构和格式，用已知的X、Y坐标系统去记录和贮存多维土壤资源实体的空间位置，这种多维土壤资源实体一般是各个级别的土壤资源类型；描述与位置无关的土壤资源实体的属性；描述这些土壤实体的拓扑关系。土壤资源信息系统中的数据，无论将它们编码于纸上，或记录在磁盘、磁带上，都应该视作是现实世界的一个模型。数据可以在土壤资源信息系统上存取、变换和对话式操作，供环境过程及其趋势研究分析，或提出规划决策及预测预报，也可提供数据咨询服务。12 SRIS的发展1972年，加拿大首先建立了土壤数据库，英国、

22、法国、美国、澳大利亚等国家及联合国粮农组织也相继建立，20世纪70年代末80年代初土壤信息系统均已开始运用。加拿大土壤信息系统1972年正式投入使用，在这之前，各省已相继建立土壤数据库。1975年英国Macaulay土壤研究所在苏格兰第一个试建了土壤数据库，1983年又建立了联合数据库。美国土壤信息系统于20世纪70年代初创建，80年代初期，州级土壤地理数据库系统及国家土壤地理数据库系统均已建立并应用到了资源清查、环境保护、城市规划和农业生态分区等领域。进入80年代后，土壤信息系统开始向3个方向发展：1）促使土壤数据库向规范化和全球化发展，加强数据交流和共享。如1986年国际土壤学会提出的“全

23、球和国家级土壤一地(形)体数字化数据库”(Global and National Soils and Terrain Digital Database，简称SOTER)项目目前已在拉美、北美、西欧国家实施。同时，联合国环境署1987年主持建立“全球土壤退化评价”体系(Global Assessment of Soil Degradation，简称GLASOD)，示范建立和应用SOTER数据库。与此同时，许多发展中国家也积极建立和发展土壤信息系统。如印度，1982年着手编制1：25万及1：100万土壤资源图，完成了整个土壤信息系统的制图工作。2）促使土壤信息系统向实用化和多用途发展。主要应用有：

24、土壤制图技术；土壤侵蚀预测与评价；土壤资源污染与防止；土壤养分流失评价；土壤资源评价和管理；作物生长模拟等。具体如1983年美国土壤保持局开发出农用土地评价和用地估价系统，系统中农用土地评价包括土壤生产力的分等定级、土壤适宜性评价、土壤生产潜力评价。1989年美国土壤保持局运用土壤信息系统保护土壤生态环境，控制土壤污染。1990年土壤侵蚀预测模型在土壤信息系统中已经能够成功运用，主要采用的分析手段有土壤侵蚀诺漠图、微机软件包、小溪河岸侵蚀诺漠图。3）建立为农业生产服务的应用系统。如日本的农耕地土地资源信息系统(AgriculturalLand Resource Information Syst

25、em，缩写ALRIS)，它包括了土壤信息系统、作物栽培试验信息系统、农业气象信息系统等子系统。保加利亚的计算机农业综合管理系统(Integrated Computerized Agricultural Management System，缩写ICAMS)系统从20世纪80年代初开始运行等。进入20世纪90年代，土壤信息系统在上述方面继续拓展，其作用和地位日益受到关注。在1994年第15届国际土壤学大会上专题讨论了土壤信息系统在持续农业和全球变化中的应用，土壤数据库的结构和联网等有关问题。同时，在应用上进一步趋向农业实际生产，直接服务于农场管理和经营。如进行农业技术咨询、牧场水源选点、作物生产管

26、理、机械化施肥和精准农业等方面。中国的土壤工作者于20世纪80年代中期也开始进行土壤数据库的建立，土壤信息系统的研制和应用工作。1986年底，北京大学遥感中心等主持了土壤侵蚀信息系统研究，建立区域土壤侵蚀信息系统，这是我国较早关于土壤信息系统方面的研究。1989年南京土壤研究所用两年时间研究了1：50万东北三江平原土壤信息系统土壤图与数据库的建立；1990年，又研究了1：5万江西红壤生态站土壤信息系统土壤侵蚀图；1991年在“利用信息系统技术编制土壤退化图”研究中，应用从土壤土地数据库建立到土壤退化评价方法等一系列现代信息系统技术，编制出了实验区的土壤水蚀危害和风蚀评价图；1992年又基本完成

27、了海南岛土壤和土地利用信息库及信息系统制图工作。1991年中科院沈阳应用生态研究所主持了“区域微机土壤信息系统的建立与应用”研究，在吉林农安县试验结果表明，这是一个比较成功的土壤信息系统。19931998年浙江农业大学遥感与信息技术应用研究所研制的浙江红壤资源信息系统(Red Soil Resource Information System，缩写RSRIS)，包括省级、地(市)级和县级三个不同比例尺的研究区。华中农业大学资源与环境学院自1995年以来在湖北省范围内开展了省级、县级和乡镇级土壤资源数据库及信息系统的建立和应用研究；在土壤信息系统应用模型方面，开发了模糊综合评价、模糊物元分析、模糊

28、神经网络等模型方法并应用于土壤适宜性评价、生产潜力评价、土壤环境质量评价和农用地分等定级与估价等方面；在土壤信息系统建设方面，采用组件式地理信息系统（COMGIS）技术开发了农用地分等定级与估价信息系统（ALEIS），并在湖北省推广应用。二、土壤资源信息系统的应用模型 21 土壤资源类型划分方法211土壤资源类型划分的目的与原则1）划分的目的 土壤资源类型是构成土壤资源的各个要素(包括土壤、气候、地形、水文、地质和植被等自然要素及人为活动等社会经济要素)遵循地域分异规律，相互作用的历史自然经济综合体。和其他资源类型一样，土壤资源类型属于分类单元。同一类型的所有个体性质(质量)类似，利用现状、利

29、用潜力和适宜性大致相同，并分别占有一定的空间位置。各个土壤资源类型，就个体来讲，在地域上是完整连片的；就群体来讲，同一种类型在分布上是不连片而呈重复出现的；就特征来讲，同一种类型的群体所表现的主要特征是相似的。划分土壤资源类型的目的，在于为土壤资源质量评价和调查制图，以及土壤资源的开发利用分区及规划服务。通过划分土壤资源类型，就能够比较系统、全面地研究土壤资源的形成及其影响因素，揭示其发生、演变、属性特征及其组合的地域差异，为分析土壤资源的特征和评价其生产潜力提供可能和依据，从而探索合理利用与改造土壤资源的措施与途径。同时，通过划分土壤资源类型，即类群归并以后，就可以在同一类型中找出典型，进行

30、特征和利用分析，又可以通过类群归并，了解不同类型之间相似性的程度及其可能利用的可能性大小，为土壤资源质量评价作好准备。因此，土壤资源类型是土壤资源调查制图与质量评价的基本单元，是土壤资源利用分区与规划的基础。2）类型划分的原则 土壤资源类型的划分，应该以土壤发生分类为基础，充分体现土壤资源空间分布的地理自然属性及其利用上的相似性与差异性，反映出土壤资源的内在结构与特征，并坚持综合分析与主导因素相结合的原则。同时，土壤资源类型的划分要适应不同比例尺的制图要求，采用多级分类制。可以参照中国1：100万土地资源图的划分土地资源类型的原则，采用不同级别的地貌类型、土壤类型和土地利用类型组合成不同级别的

31、土壤资源类型比较合适。212土壤资源类型分类体系及命名1）分类体系 不同的管理级别要求不同的管理内容和深度，因此要用不同大小的制图比例尺来表示，故对制图和评价单元的要求也各不相同。如 HYPERLINK 07/soil/images/t12-1.gif t _blank 表1为适用于四种比例尺的四级土壤资源分类体系。2）命名 土壤资源类型的命名可采用地貌类型一土壤类型一土地利用类型的复合命名法。不同级别的土壤资源类型名称举例如下：(1) 一级土壤资源类型：如中山黄红壤林地，丘陵红壤耕地，平原红壤性水稻土耕地等；(2) 二级土壤资源类型：如低丘黄筋泥水田，低丘黄筋泥旱地等；(3) 三级土壤资源类

32、型：如低丘陡坡黄泥骨光板地，低丘缓坡黄筋泥双季稻绿肥田等。213土壤资源类型划分的基本步骤1）地图要素层的预处理 机助地图叠置分析之前，必须根据应用目的对数据库中的土壤类型、土地利用类型、地貌类型要素图层进行一定的预处理，可采取统一各要素图层的边界以及容差值的办法，大大地减少了成图边界信息不全及面积细小多边形的产生。但为了避免过多的人为干预降低成图的准确性，对各要素图层边界以内的图斑界线不作调整。2）地图要素层的叠加和边缘处理 应用地理信息系统的叠置分析手段 (如ARCINFO的并操作) 进行土壤资源要素图层的叠置分析。在地图叠置过程中，由于各图层边界的不完全一致，使得图幅边缘产生图斑信息空白

33、、掉失等“边缘现象”。这可以采用一些方法进行解决，如在各要素图层输入时采用同一精确边界线。也可以对空白多边形参考相邻边界最长的图斑信息进行填充。3）土壤资源类型统计与类型图的显示 调用土壤资源类型图的属性数据库文件，并对属性数据库进行一系列的操作、运算与统计分析，即可获得土壤资源类型及其面积的统计数据。最后利用地理信息系统软件的制图功能对经过叠置分析获得的土壤资源类型矢量图进行注记、颜色调配、图框与图例制作等处理之后，即可进行土壤资源类型图的计算机屏幕显示及打印输出。22 土壤资源评价概述221土壤资源评价目的与类型1）土壤资源评价的目的 土壤资源评价的目的主要是为大农业服务，即为合理利用和保

34、护土壤资源、为土壤资源的利用规划以及土壤资源的开发与保护分区服务。主要依据是土壤肥力和土壤资源生产力的高低，即从土壤资源的适宜性和限制性及作物产量等方面来考虑。2）土壤资源评价的类型 土壤资源评价可以根据评价的目的、目标、对象、方法等的不同而划分出多种类型，如 HYPERLINK 07/soil/images/imges5_13/chapte480.gif t _blank 图2所示。 土壤资源适宜性评价是指对在一定的用途条件下，土壤资源对该用途的适宜性及适宜程度作出评定。主要侧重于土壤资源对某种或几种作物的适宜性和适宜程度。它又可以进一步划分为土壤资源自然适宜性评价和土壤资源经济适宜性评价。

35、土壤资源自然适宜性评价是指评定土壤资源对一定用途适宜情况的过程中，主要是根据土壤资源的自然属性对该用途的满足程度，经济因素不予考虑或只作为背景条件；而土壤资源经济适宜性评价中，评定土壤资源对一定用途的适宜情况是根据经济效益的大小来确定。土壤资源经济适宜性评价又属于土壤资源经济评价的范畴。一般来说，土壤资源的自然适宜性评价是经济适宜性评价的基础。土壤资源生产潜力评价是指在一定的土地利用方式条件下，分析与评定土壤资源的各种属性以及它们之间的综合作用对土壤资源生产潜力的影响。即从生产潜力的角度评价土地质量。从现有的资料来看，主要侧重于土壤资源对农、林、牧业利用的可能性。222土壤资源评价的基本方法土

36、壤资源评价的基本方法可以分为直接法和间接法两类。直接法是指通过试验了解土壤资源的质量对某种用途的影响大小，从而确定其适宜性及适宜程度，并划分出相应的等级。间接法是通过诊断影响土壤生产力的各种性质，并据此推断土壤资源的质量。间接法门类众多，大致可以归纳为分类法和数值法两大类。1）分类法(Category approach) 分类法又叫等级法，是以针对一定利用方式的土壤资源的质量优劣为依据，判断其生产力大小(或适宜性与适宜程度、潜力大小等)。亦即根据各类土壤在生产实践上的相似性与差异性程度，对土壤资源再次分类与排队，并作出相应的解释或结论。2）数值法(Numerical approach) 数值法

37、又叫参数法，就是先选出决定土壤生产力的诸要素，根据各要素的性质特点定出评价标准，以对作物生长的适宜性程度求得不同的指数，并对各项指数进行数学运算得出总的指数，按指数大小评定土地(壤)资源的质量。数值法企图将土地(壤)资源评价定量化，即用影响土地(壤)资源生产潜力的各个因素用一定的数学方式表达和运算出来，这些因素(如A、B、C)所组成的模式可以概括为3种基本形式，即：(1) 累加型：如 P= A+B+C (2) 乘积型：如(3) 复合型：如根据评价过程中所采用的数学方法的不同，数值法又可以划分出许多种具体的方法，如指数和法、指数乘积开方法、层次分析法、模糊聚类法、模糊综合评判法、模糊神经网络法、

38、物元分析法、动态模拟法等。这些方法用计算机程序支持是不难实现的。223土壤资源评价体系土壤资源评价体系至今还不明确。但从农业利用观点出发，根据土壤资源与土地资源的共同性，参照土地资源评价体系，具有代表性的主要有美国土地潜力分类、联合国粮农组织的土地适宜性分类和中国1：100万土地资源图(现已有相应的电子地图)分类系统等。23 土壤资源质量评价模型231土壤资源质量评价的目的与原则1）土壤资源质量评价的目的 土壤资源质量评价是指对土壤资源的质与量、适宜性与限制性作出评定，并综合评定其生产潜力。其目的是在摸清土壤资源底细的基础上，合理利用与保护土壤资源，充分发挥土壤资源的生产潜力，为农业生产与管理

39、服务。土壤资源质量评价必需回答下列问题：各种土壤资源类型的数量、质量及其空间分布关系。各种土壤资源类型的生产潜力大小，以及当前生产条件下，土壤资源生产潜力发挥如何。各种土壤资源类型分别有哪些限制因子，改变限制因子的可能程度如何，采取什么措施提高土壤资源生产潜力。2）土壤资源质量评价的原则 土壤资源质量评价是土壤质量评价的一个类型，故要遵循土壤资源评价的原则。其目的是以大农业利用方向为主要目的，在评价过程中要遵循因地制宜、综合利用以及生态、经济与社会三个效益相协调等基本原则。232土壤资源质量评价的程序和方法土壤资源质量评价的基本程序为：划分评价单元、选择评价因素及确定权重、确定评价指标和评定土

40、壤资源质量等级。1）评价单元的划分 在进行土壤资源质量评价之前，先要确定土壤资源质量评价的基本单位，即评价单元。土壤资源质量评价的评价单元的确定当前有四种基本方法，即以土壤类型为基础确定；以土地利用现状为基础确定；以土壤资源类型为基础确定；或以评价因素的组合确定。目前，多采用地理信息系统的空间叠置分析方法，生成土壤资源类型图或评价因素的组合来作为评价单元。2）评价因素的确定 土壤资源质量评价因素可从影响土壤利用的自然因素、经济因素、社会因素和生产潜力因素四个方面来选择。评价因素的选择应遵循以下几个原则：从较长时间影响土壤资源质量的、不易改变的稳定因素中选择评价因素；从影响土壤资源质量及其利用的

41、多种因素中，挑选出起重要作用的因素作为评价因素，并且从中找出主导因素；根据各地区的实际情况，通过调查研究和分析，因地制宜地确定评价因素及指标。3）权重的确定 确定土壤资源质量评价中各评价因素权重的定量方法有经验评分法、回归分析法、层次分析法和主因子分析法等多种。(1)经验评分法：根据调查资料，广泛吸收有经验的专家、技术人员参加，按照各评价因素对红壤资源质量影响的大小或比例，将各个因素排序并给予适当的分数，综合多位专家的评分确定各评价因素的权重。(2)回归分析法：可用于确定土壤资源质量评价的参评因素及其权重。先将初选的影响土壤资源质量的多种因素与其生产力(以单位面积的产量等来表达)之间的关系近似

42、地描述为线性相关关系，并建立线性回归模型。经逐步回归分析，剔除非显著性影响因素之后，如果相关关系显著，即可选择出参与评价的因素。(3)主因子分析法：主因子分析是把许多错综复杂的因子归结为较少的几个综合因子的一种多元统计方法，用于确定土壤资源质量评价的参评因素及其权重时，关键是要消除不同因素量纲的不同所带来的误差，如地面坡度、坡向、海拔高度、土层厚度等因素的量纲就各不相同，因而要先对它们进行标准化处理，然后计算每个因素的特征值及特征向量。特征值的大小反映了主因子包含数据信息量的多少，一般情况下，能反映数据信息80以上的因子，即可确定为主因子。主因子确定之后，根据特征值的累积贡献率确定其权重。4）

43、评价指标的确定 土壤资源质量评价因素等级指标可采用模糊线性隶属函数图的方法或经验方法来确定。土壤资源的分布范围很广，在不同的地区、对于不同的利用对象，评价因素等级指标会有很大的差异。5）质量等级的评定 土壤资源质量等级的评定可以是定性的评定或定量的评定。下面主要介绍指数和法、指数乘积开方法和模糊综合评判法等3种定量方法。(1) 指数和法：指数和法的运算模型为=1x1+2x2+nxn式中：1，2n为各参评因素权重；x1，x2, xn为评价指标分值。运用指数和法评定土壤资源质量等级的具体步骤如下：将影响土壤资源质量的各个因子(即评价因素)按其影响强度进行统计分级，求得各个评价单元内各个评价因素的质

44、量等级分值。将各个评价因素的质量等级分值与其权重相乘，得到各个评价因素的指标指数。计算各个评价单元内各参评因素的指标指数之和，即指数和。确定土壤资源质量等级的指数范围。首先，将前面所得指数和进行标准化运算，即化为0100之间的数值。然后，以标准化指数和值作为X座标、与之相对应的土壤资源类型图斑个数及其面积(合计值)作为Y座标作曲线图。最后，根据图中土壤资源类型图斑数与面积分配情况确定各个土壤资源质量等级的指数范围。确定各个评价单元的质量等级并进行统计分析。(2) 指数乘积开方法：指数乘积开方法的运算模型为式中：1，2n为参评因素权重； x1，x2, xn 为评价指标。指数乘积开方法与指数和法的

45、基本步骤相同，根本的区别在于各个参评因素的总指数并不是各因素指数的简单相加，而是土壤资源评价因素的指数积的开方值。(3) 模糊综合评判法：土壤资源的质量等级是由影响土壤资源的各种因素综合决定的，不仅每一种因素对土壤资源质量的影响是复杂的，而且各种影响因素之间也是相互联系和相互制约的。因此，土壤资源质量等级与各种影响因素之间的关系，具有一定的模糊性。这为使用的模糊综合评判方法解决土壤资源质量等级评定问题提供了理论依据。采用模糊综合评判法评定土壤资源质量等级，分4步进行：建立从属函数：从属函数是模糊集的特征函数，它表明某一个因素隶属于模糊集的程度。单因素评价：利用从属函数对各个评价单元内各个参评因

46、素属性数据进行简单的数学运算，即可得到各个评价因素的单因素评价模糊子集。多因素综合评判：由各个评价因素的单因素评价模糊子集可以得到各评价单元的单因素评价矩阵和各评价因素权重分配集相乘即可求出各评价单元的模糊综合评判结果。限制因素及其强度的确定：采用模糊综合评判的方法进行土壤资源质量评价时，还可以从模糊综合评判结果集中直接读出各个评价单元的限制性因素及其限制强度。三、全球和国家级土壤一地(形)体数字化数据库(SOTER) 31 SOTER项目概述1）SOTER项目的来源 SOTER项目的提出始于1986年，国际土壤学会在荷兰的瓦格宁根召集了一次以土壤和有关学科的国际专家研讨会，会议以Sombro

47、ek(1984)作出的“比例尺1：100万全球土壤资源规范趋势”为讨论稿，讨论了“数据库的数字化国际土壤资源图的结构”。在这个研讨会的成果和建议基础上，写出了1：100万的世界土壤和土地数字化数据库的方案提纲。之后，一个小型的国际委员会被委托提出一个适应于编辑小比例尺土壤一地形体图的通用图例，该图例要求包括提供为大范围解译所要求的属性，例如作物适宜性、土壤退化、森林生产力、全球土地变化、灌溉适宜性、农业生态分带和干旱灾害。委员会编辑了最初的属性表，1986年在德国汉堡国际土壤学会会议上，SOTER受到进一步的认可。1987年5月由联合国环境署在肯尼亚举办了第二次会议，讨论了SOTER在编制土壤

48、退化评价图的应用。同时根据此次会议，联合国环境署起草了一个项目文件“全球土壤退化评价”，并以南非为第一个样区，根据SOTER项目的提议建立了1：100万数字化土壤和土地数据库，在此基础上对土壤现状和灾害进行了评价。此后，国际土壤参比信息中心把制定1：100万研究样区的程序手册首次草案的任务交给了加拿大农业土地资源中心。1988年在乌拉圭举行的第一次全球土壤和地形体数字化数据库及全球土壤退化评估的区域工作研讨会上对首次草案进行讨论，然后该方案在覆盖阿根廷、巴西和乌拉圭的一个样区中进行试验使用，并在1989年提出了程序手册修订本。后来在美国和加拿大两国边界的一个样区上对SOTER方法进一步的应用，

49、于1990年提出了程序手册第三次修订本。目前使用的是1992年提出的第五次修订程序手册。该手册只有两部分组成，第一部分涉及的内容是土壤和土地，第二部分涉及的内容是可以存储土地利用、植被和气候数据方面的附属数据库。我国由南京土壤研究所在海南岛率先进行了SOTER方案的实施，1992年基本完成了海南岛土壤和土地利用信息库及信息系统制图工作。其后，华中农业大学资源环境学院在湖北省范围内开展了省级（1：100万和1：50万）、县级（1：10万和1：5万）和乡镇级（1：1万）的系列土壤-地形体数字化数据库的建立和应用研究。2）SOTER项目的目的 SOTER项目的目的是利用目前已有的信息技术，建立一个包

50、含数字化的地图单元和它们的属性数据的世界土壤一地形体数据库。这个数据库的主要功能是为已完善起来的世界土壤和土地资源变化的制图和监控提供必要的数据。它有数套用于关系数据库管理系统和地理信息系统的文件组成，能广泛的为科学家、规划者、决策者提供准确、有用和及时的信息。3）SOTER项目的性质 能为不同比例尺广泛应用的土壤和地形体标准数据的储存和调用提供一个综合框架。包含足够的数据，允许在1：100万的材料中以地图或表格的形式提取信息。能与其他全球环境资源数据库兼容。可以定期的更新、修改和删除过时的或无关的数据。可以提供环境资源开发、管理和保护所必要的标准化资源图、解译图和表格信息，可为许多国际、区域

51、、国内的环境专家所使用。32 划分SOTER制图单元的依据与方法1）依据 SOTER手册中概述的土地特征的制图方法源于土地(其中包括地域和土壤)与随着时间而演化的自然，生物和社会现象之间相互关系的过程和体系相结合的观点。这个观点来源于俄国和德国的景观学观点，后来逐渐被全世界所接受。另外一个关于土地的类似的概念在土地体系方法中被采用，它是由于澳大利亚的Christian和Stewart (1953) 提出，由Cochrane et al(1981，1985)，McDonald et a1(1990)和Gunn et a1(1990)作进一步的发展。SOTER把土地看作由地形和土壤个体组成的自然实

52、体的组合，是对上述发展的继续。 2）方法 SOTER方法的基础是用地形、岩石、地表形态、坡度、母质和土壤的一种明确和重复的组合模式来对土地区块进行辨识，以这种方式分辨的一块块土地称为SOTER单元，因而每一块SOTER单元表示一独特的地形和土壤特性的组合。图3表示的是在数据库中的一个SOTER单元。 HYPERLINK 07/soil/images/imges5_13/table1203p.gif t _blank 图3中所示代码见 HYPERLINK 07/soil/images/t12-2.gif t _blank 表2。SOTER制图方法在许多方面好似自然地理的土壤制图，与传统的土壤制图

53、相比，它的主要不同点在于更加强调地形与土壤的关系，这一点在较小的制图比例尺中尤其显得正确。同时，SOTER具有统一、严格的数据格式，这对于建立一个标准的地形和土壤数据库是必要的。用这种方法，数据库中的数据将被标准化并达到很高的可信度。在手册中所提出的方法是在1：100万比例尺制图应用中得到发展的，并已在北美和南美的试验区作了成功的试验。同时还将应用于更大比例尺中，这种详细的数据库的首次试验于1992年以1：10万的比例尺在巴西的圣保罗州进行的。同时，这种SOTER方法也适于制作比例尺比1：100万更小的地图和有关表格。分等级建立的SOTER地形体、土壤和其他单元的属性也能在1：100万比例尺外

54、的其他多种比例尺下使用。33 SOTER制图单元系统SOTER单元是由一个地体、地形组分和土壤组分的独特的组合和方式构成。因此，SOTER在制图时采用区分指标分步进行的方式，每一步骤都对所研究土地区域进行细化，同时有更清楚的辨识。通过这种方法，SOTER单位可分步定义为地体，地形组分和土壤组分，一个地区由此可连续地以地体，地形组分和它们的土壤组分来特征化。在分析土地时，分析级别的每一步都依照所要求的分辨率和已有的信息。1）地体 自然地理是用于SOTER单元特征化的第一个区分指标，即地体的区分指标。此处自然地理这一词的意义是对地球表面形态的描述。根据地形的起伏和坡度，它可最恰当地描述并尽可能地验

55、证和识别主要的地形。再根据等高线(海平面以上的绝对高度)和特征因子结合，可对一个地区进一步细分，描绘到地图上。在SOTER文中，地体因此被定义为反映一个地区特征的地形和岩石的组合，它也能包含一个或更多个地表形态、中地形、母质和土壤的典型组合，这就形成了指导地体进一步细分为地形组分和土壤组分的理论基础。应用于地体 (或地形组分) 的细分数目没有限制，可在许多情况下，最多3-4个地形组分或3个土壤组分足够描述一个地形体。2）地形组分 细分的第二步骤是在每一个地体内用特定的表面形态、坡度、中地形和母质质地。如果母质是未固结物，对区域进行辨识，这将导致把一个地形体进一步区分为地形组分。应注意的是，由于

56、它们呈现出的复杂性。在区分的这个级别，在1：100万比例尺下，单个地绘制地形组分常常不可能。在这种情况下，有关不能图示的地形组分的信息只能储存在属性数据库中，不输入几何数据库内。3）土壤组分 地体区分的最后一步是在地形组分内对土壤组分的辨识。象地形组分一样，土壤组分在所研究的比例尺中有可图示的，也有不可图示的。就可图示的土壤组分来说，每一个土壤组分代表SOTER单元内的一种土壤。可是在1：100万的比例尺下，在空间上区分土壤十分困难，一个地形组分内可能包含许多不可图示的土壤组分。在传统的土壤制图过程中，这样一组土壤称为土壤组合或土群。不可图示的地形组分(一个SOTER内至少有两个地形组分)必定

57、与不可图示的土壤组分相联系。不过在属性数据库中，每一个不可图示的地形组分可与一个或多个特定(但不可图示)的土壤组分相联系。不可图示的土壤组分，象不可图示的地形组分一样，不能在几何数据库里显现。 HYPERLINK 07/soil/images/imges5_13/table1204p.gif t _blank 图4(注：图中编码分二行，第一行为大区地形、岩石、坡度；第二行为土壤发生学类型、土壤质地。如LPSCL3ATLS，第一行LPSCL3指该图斑处于平原地区，主要岩石物为碎屑沉积物，坡度为3；第二行ATLS指该图斑主要土壤为人为土，壤质砂土。图中的主要代码属性如下：LP为平原、SH为中坡度丘

58、陵、SC为碎屑沉积物、UF为冲积物(河积物)、LS为壤质砂土、SL为砂质壤土、LC为壤质黏土、FR为铁铝土、AT为人为士。)简单示例了一幅SOTER单元图。34 SOTER数据库系统在涉及空间状况的有关制图中，都能分辩出两种类型的数据几何数据和属性数据。这两种数据包含在SOTER数据库中。土壤和地形信息由几何部分(显示SOTER单元的位置和拓扑关系)和属性部分(描述SOTER单元的非空间特性)组成。几何数据储存在由地理信息系统(GIS)软件操作的数据库的那部分，而属性数据则储存在一组独立的属性文件中，由关系数据库管理系统(RDBMS)管理。几何和属性数据库中的一个独立的标签或IO标识码把每一个

59、SOTER单元的这两种信息联结起来。总系统(GIS加RDBMS)储存和管理几何和属性数据库。关系数据库是SOTER数据库中储存和管理非空间属性的最有效、最灵活的工具之一(Pulless，1988)。在这一系统下，数据储存以表格形式，它们的相关记录通过特定的项目来识别。如SOTER单元标识码。这些编码十分重要，因为它们构成了数据库之间不同部分的连接。如地体表，地形组分和土壤组分表。关系数据库的另一个特征是当两个或多个组分内容相似时，它们的属性数据只需输入一次。 HYPERLINK 07/soil/images/imges5_13/table1205p.gif t _blank 图5是属性数据库的

60、图解。方块代表SOTER数据库中的表格，方块之间连续的线条表示表格之间的连接。1）几何数据库 几何数据库包括SOTER单元的勾绘信息，它也包含底图的数据(线状特征如道路、水系和行政界线)。为了扩大数据库的使用范围，可以包含SOTER单元外的信息如社会一经济区域(人口密度)、水文单元(流域)或其他自然类型(植被、农业生态区)。2）属性数据库 属性数据库由数套关系型数据文件构成，分别对SOTER单元中的地体、地形组分和土壤组分中的属性数据进行记录。其中地体和地形组分的属性数据可以直接得到，也可以在数据库编辑过程中从其参数中产生。数据文件中每一个属性数据可分为描述数据(如地形)和数字数据(如pH，坡