第章 地理信息系統(tǒng)在土壤資源評價中的應用

1、第十二章 地理信息系統(tǒng)在土壤資源評價中的應用 HYPERLINK 07/soil/left1.asp?lm=140 t left1 第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)概述一、 地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)生 地理信息系統(tǒng)，簡稱GIS（Geographic Information System）。是處理地理信息的系統(tǒng)。地理信息是指直接或間接與地球上的空間位置有關的信息，又常稱為空間信息。一般來說，GIS可定義為：用于采集、存儲、管理、處理、檢索、分析和表達地理空間數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術。從GIS應用角度，可進一步定義為：GIS由計算機系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和用戶組成，通過對地理數(shù)據(jù)的集成、存儲、檢索

2、、操作和分析，生成并輸出各種地理信息，從而為土地利用、資源評價與管理、環(huán)境監(jiān)測、交通運輸、經(jīng)濟建設、城市規(guī)劃以及政府部門行政管理提供新的知識，為工程設計和規(guī)劃、管理決策服務（陳述彭，1999）。GIS的出現(xiàn)是信息技術及其應用發(fā)展到一定程度的必然產(chǎn)物。地理信息系統(tǒng)萌芽于上世紀的60年代。1962年，加拿大的Roger F. Tomlinson提出利用數(shù)字計算機處理和分析大量的土地利用地圖數(shù)據(jù)，并建議加拿大土地調(diào)查局建立加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS），以實現(xiàn)專題地圖的疊加、面積量算、自然資源的管理和規(guī)劃等；與此同時，美國的Duane F. Marble在美國西北大學研究利用數(shù)字計算機研制數(shù)據(jù)處理軟

3、件系統(tǒng)，以支持大規(guī)模城市交通研究，并提出建立地理信息系統(tǒng)的思想。70年代是地理信息系統(tǒng)走向?qū)嵱玫陌l(fā)展期。美國、加拿大、英國、西德、瑞典和日本等國對GIS的研究均投入了大量人力、物力和財力。到1972年CGIS全面投入運行與使用，成為世界上第一個運行型的地理信息系統(tǒng)；在此期間美國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展了50多個地理信息系統(tǒng)，用于獲取和處理地質(zhì)、地理、地形和水資源信息；1974年日本國土地理院開始建立數(shù)字國土信息系統(tǒng)，存儲、處理和檢索測量數(shù)據(jù)、航空像片信息、行政區(qū)劃、土地利用、地形地質(zhì)等信息；瑞典在中央、區(qū)域和城市三級建立了許多信息系統(tǒng)，如土地測量信息系統(tǒng)、斯德哥爾摩地理信息系統(tǒng)、城市規(guī)劃信息系統(tǒng)等。但由

4、于當時的GIS系統(tǒng)多數(shù)運行在小型機上，涉及的計算機軟硬件、外部設備及GIS軟件本身的價格都相當昂貴，限制了GIS的應用范圍。80年代是GIS的推廣應用階段，由于計算機技術的飛速發(fā)展，在性能大幅度提高的同時，價格迅速下降，特別是工作站和個人計算機的出現(xiàn)與完善，使GIS的應用領域與范圍不斷擴大。GIS與衛(wèi)星遙感技術相結(jié)合，開始用于全球性問題的研究，如全球變化和全球監(jiān)測、全球沙漠化、全球可居住區(qū)評價、厄爾尼諾現(xiàn)象及酸雨、核擴散及核廢料等(李德仁，1994)；從土地利用、城市規(guī)劃等宏觀管理應用，深入到各個領域解決工程問題，如環(huán)境與資源評價、工程選址、設施管理、緊急事件響應等。90年代為GIS的用戶時代

5、，隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的建立和數(shù)字化信息產(chǎn)品在全世界的普及，GIS成為了一個產(chǎn)業(yè)，投入使用的GIS系統(tǒng)，每23年就翻一番，GIS市場的增長也很快。目前，GIS的應用在走向區(qū)域化和全球化的同時，己滲透到各行各業(yè)，涉及千家萬戶，成為人們生產(chǎn)、生活、學習和工作中不可缺少的工具和助手。與此同時，GIS也從單機、二維、封閉向開放、網(wǎng)絡(包括Web GIS)、多維的方向發(fā)展。我國地理信息系統(tǒng)方面的工作始于80年代初。地理信息系統(tǒng)進入發(fā)展階段的標志是第七個五年計劃的開始，地理信息系統(tǒng)研究作為政府行為，正式列入國家科技攻關計劃，開始了有計劃、有組織、有目標的科學研究、應用實驗和工程建設工作。許多部門同時展開了地理

6、信息系統(tǒng)研究與開發(fā)工作。1994年中國GIS協(xié)會在北京成立，標志中國GIS行業(yè)已形成一定規(guī)模。九五期間，國家將地理信息系統(tǒng)的研究應用作為重中之重的項目予以支持，1996年，為支持國產(chǎn)GIS軟件的發(fā)展，原國家科委開始組織軟件評測，并組織應用示范工程。這一系列的舉措極大的促進了國產(chǎn)GIS軟件的發(fā)展與GIS的應用。1998年，國產(chǎn)軟件打破國外軟件的壟斷，在國內(nèi)市場的占有率達25%。同年，在抽樣調(diào)查25個省市19個行業(yè)的1000多個單位中，全部使用了地理信息系統(tǒng)(秦其明、袁勝元，2001)。地理信息系統(tǒng)在資源調(diào)查、評價、管理和監(jiān)測，在城市的管理、規(guī)劃和市政工程、行政管理與空間決策、災害的評估與預測、地

7、籍管理及土地利用，在交通、農(nóng)業(yè)、公安等諸多領域得到了廣泛的應用。 GIS所能提供的應用具有“多來源、多層次、快速度、深加工、多時態(tài)、多形式、多精度”的特點。二、地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能 121地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成GIS的應用系統(tǒng)由五個主要部分構(gòu)成，即硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員和方法。1）硬件硬件是指操作GIS所需的一切計算機資源。目前的GIS軟件可以在很多類型的硬件上運行，從中央計算機服務圖1 GIS對現(xiàn)實世界的信息表達與分層 器到桌面計算機，從單機到網(wǎng)絡環(huán)境。一個典型的GIS硬件系統(tǒng)配置包括四個部分：（1）計算機主機；（2）數(shù)據(jù)輸入設備：數(shù)字化儀、圖象掃描儀、手寫筆、光筆、鍵盤、通訊端口等；（

8、3）數(shù)據(jù)存儲設備：光盤刻錄機、磁帶機、光盤塔、移動硬盤、磁盤陣列等；（4）數(shù)據(jù)輸出設備：筆式繪圖儀、噴墨繪圖儀（打印機）、激光打印機等。 2）軟件 軟件是指GIS運行所必須的各種程序。主要包括計算機系統(tǒng)軟件和地理信息系統(tǒng)軟件兩部分。地理信息系統(tǒng)軟件提供存儲、分析和顯示地理信息的功能和工具。主要的軟件部件有：輸入和處理地理信息的工具；數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)工具；支持地理查詢、分析和可視化顯示的工具；容易使用這些工具的圖形用戶界面(GUI)。3）數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是GIS應用系統(tǒng)的最基礎的組成部分?？臻g數(shù)據(jù)是GIS的操作對象，是現(xiàn)實世界經(jīng)過模型抽象的實質(zhì)性內(nèi)容。圖1展示了GIS對現(xiàn)實世界的信息表達與分層。一個GIS

9、應用系統(tǒng)必須建立在準確合理的地理數(shù)據(jù)基礎上。數(shù)據(jù)來源包括室內(nèi)數(shù)字化和野外采集，以及從其他數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)的表達可以采用柵格和矢量兩種形式?？臻g數(shù)據(jù)表現(xiàn)了地理空間實體的位置、大小、形狀、方向以及幾何拓撲關系。4）人員人是地理信息系統(tǒng)中重要的構(gòu)成要素，GIS不同于一幅地圖，它是一個動態(tài)的地理模型，僅有系統(tǒng)軟硬件和數(shù)據(jù)還不能構(gòu)成完整的地理信息系統(tǒng)，需要人進行系統(tǒng)組織、管理、維護和數(shù)據(jù)更新、系統(tǒng)擴充完善以及應用程序開發(fā)，并采用空間分析模型提取多種信息。因此，GIS應用的關鍵是掌握實施GIS來解決現(xiàn)實問題的人員素質(zhì)。這些人員既包括從事設計、開發(fā)和維護GIS系統(tǒng)的技術專家，

10、也包括那些使用該系統(tǒng)并解決專業(yè)領域任務的領域?qū)＜摇Ｒ粋€GIS系統(tǒng)的運行班子應有項目負責人、信息技術專家、應用專業(yè)領域技術專家、若干程序員和操作員組成。5）方法 這里的方法主要是指空間信息的綜合分析方法，即常說的應用模型。它是在對專業(yè)領域的具體對象與過程進行大量研究的基礎上總結(jié)出的規(guī)律的表示。GIS應用就是利用這些模型對大量空間數(shù)據(jù)進行分析綜合來解決實際問題的。如基于GIS的土壤資源評價模型、災害評價模型等。122地理信息系統(tǒng)的主要功能一個GIS軟件系統(tǒng)應具備五項基本功能，即數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)存貯與管理、空間查詢與空間分析、可視化表達與輸出。除此之外，GIS還有用戶接口模塊，用于接收用戶的

11、指令、程序或數(shù)據(jù)，是用戶和系統(tǒng)交互的工具，主要包括用戶界面、程序接口與數(shù)據(jù)接口。由于地理信息系統(tǒng)功能復雜，且用戶又往往為非計算機專業(yè)人員，用戶界面是地理信息系統(tǒng)應用的重要組成部分，使地理信息系統(tǒng)成為人機交互的開放式系統(tǒng)。三、GIS的應用與發(fā)展趨勢 1）GIS的應用 隨著GIS的迅速發(fā)展和計算機及外圍設備價格的降低，GIS依據(jù)其強大的空間信息存儲、分析、顯示和更新功能，日益受到政府機構(gòu)、銀行、房地產(chǎn)、建筑、土木工程、自然資源調(diào)查、環(huán)保、農(nóng)林、城市規(guī)劃、災害監(jiān)測、地籍管理等各行各業(yè)的歡迎。因此，GIS在宏觀決策、礦產(chǎn)開發(fā)、資源清查與管理、災害監(jiān)測與預警、農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、城市建設與規(guī)劃、環(huán)境管理、醫(yī)療衛(wèi)生

12、、國防、公共事業(yè)和辦公自動化等各個領域得到越來越廣泛的應用。 2）GIS發(fā)展趨勢21世紀，GIS的發(fā)展趨勢將體現(xiàn)在以下幾個方面：GIS與GPS、RS、ES和DSS等多系統(tǒng)集成應用，構(gòu)成整體的、實時的和動態(tài)的對地觀測、分析和應用的運行系統(tǒng)；GIS數(shù)據(jù)標準化、規(guī)范化和實時共享將得到進一步加強；面向?qū)ο蟮腉IS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、模型、方法和空間操作將成為今后GIS應用開發(fā)的主流技術，大大增強系統(tǒng)的開放性和可擴充性；GIS與專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡和模式識別等方法相結(jié)合實現(xiàn)智能化；真三維和時空四維GIS的研究與開發(fā)；GIS網(wǎng)絡化；GIS數(shù)據(jù)和產(chǎn)品商業(yè)化；GIS大眾化。四、GIS與土壤和土地資源評價 41 GIS

13、與土壤資源評價1）GIS用于土壤資源評價的優(yōu)勢合理利用土壤資源是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的前提。在農(nóng)業(yè)土壤資源適宜性評價中，需要對土壤自然及經(jīng)濟特征進行分析?？捎肎IS軟件與數(shù)據(jù)庫集成進行土壤的分等定級，建立土壤資源信息系統(tǒng)、為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者和決策者提供實時服務勢在必行。20世紀中葉以來，數(shù)理方法在土壤學中的發(fā)展異軍突起，引發(fā)了土壤學數(shù)字化和信息化革命，GIS強大的空間信息和屬性信息管理功能為土壤資源信息系統(tǒng)的建立提供了技術支撐。2）GIS在土壤資源評價中的應用概況1972年，加拿大首先在世界上建立了第一個土壤數(shù)據(jù)庫，然而由于當時技術上的不成熟和土壤分類上存在的問題數(shù)據(jù)庫中同名異物或同性異名現(xiàn)象相當嚴重。美

14、國在80年代初期、就已建成了洲級土壤數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及國家土壤地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，包括3個部分，即土壤工作數(shù)據(jù)庫、土壤解譯數(shù)據(jù)庫及土壤地理數(shù)據(jù)庫。1985年，國際土壤學會建議“建立1：100萬世界土壤和土地數(shù)據(jù)化數(shù)據(jù)庫(SOTER)”，并被第十三屆國際土壤學會所確認。它首次用1：100萬的比例尺來對全球的土壤和土地資源信息進行管理，包含在全球地理信息管理系統(tǒng)中，覆蓋和兼?zhèn)淞似渌Y源數(shù)據(jù)，如地形、植被、地質(zhì)、氣候、人口密度等。我國從80年代中期開始在全國范圍內(nèi)相繼建立了不同層次、不同規(guī)模和不同應用目標的數(shù)據(jù)庫21個，大大提高了資源與環(huán)境數(shù)據(jù)的利用管理效率，并為政府部門的宏觀決策提供了有力支持。但由于我國土

15、壤信息系統(tǒng)研究和實施起步較晚，還未能建立一個真正的全國土壤信息系統(tǒng)。42 GIS與土地資源評價 1）GIS 用于土地資源評價的優(yōu)勢 隨著經(jīng)濟發(fā)展與人口增長，用地矛盾和土地不合理利用問題日益突出，造成大量的土地資源浪費。長期以來，落后的土地管理技術手段一直是制約我國土地管理事業(yè)發(fā)展的瓶頸因素，特別是缺少現(xiàn)勢性的實時動態(tài)信息，不能適時地進行土地利用信息變更和規(guī)劃方案調(diào)整。GIS（地理信息系統(tǒng)）技術的出現(xiàn)為進行土地資源評價提供了一很有效的手段，利用GIS進行土地資源評價，不僅可以實現(xiàn)土管信息的實時更新和土地資源評價的動態(tài)化，而且可以根據(jù)決策部門的要求，快速地提供多種土地利用及規(guī)劃方案供領導部門選擇。

16、GIS將各種現(xiàn)有和調(diào)查土地資源數(shù)據(jù)信息有機匯集組織，科學地分類與管理，并通過系統(tǒng)的統(tǒng)計，疊置分析，地形地質(zhì)分析等功能，按照區(qū)域條件，提供多種條件組合形式的資源統(tǒng)計和狀況分析，為土地資源的保護、合理的開發(fā)利用以及科學管理提供可靠依據(jù)。2）GIS在土地資源評價中的應用概況GIS技術在國際上始于20世紀60年代，首先應用在資源調(diào)查和研究方面，陸續(xù)建立了各種類型的地理和資源信息系統(tǒng)。早期的土地資源信息系統(tǒng)有加拿大的土地清查地理信息系統(tǒng)（CGIS，1964），美國紐約的土地利用和自然資源信息系統(tǒng)（LUNR，1967）以及美國明尼蘇達土地管理信息系統(tǒng)（MLMIS，1969）等。70年代以來，一些新的系統(tǒng)陸

17、續(xù)問世，如澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織設計的土地利用規(guī)劃信息系統(tǒng)，美國北卡羅來納州土地利用信息系統(tǒng)（NULUIS）等。這些系統(tǒng)都將土地評價與規(guī)劃過程相結(jié)合，具有綜合性和實用性，已成為土地評價與規(guī)劃的有效手段。到現(xiàn)在GIS技術已進入了成熟階段，隨著GIS與GPS、RS的繼承，由過去單一功能分散系統(tǒng)，已成為多功能信息共享系統(tǒng)，并致力于人工智能的研究和應用。我國土地資源信息系統(tǒng)始于80年代后期，但發(fā)展較快，戴旭利用ARCINFO信息系統(tǒng)應用于農(nóng)業(yè)土地資源評價，博伯杰以延安地區(qū)為例建立了資源評價信息系統(tǒng)，周慧珍和賀紅士等建立了區(qū)域微機土壤信息系統(tǒng)，分別對實驗區(qū)進行了土地退化評價、土地利用變遷分析和土

18、地肥力評價，倪紹祥、黃杏元等利用土地評價信息系統(tǒng)，改善了土地適宜性評價的效率和精度，將土地適宜性評價和土地利用規(guī)劃決策聯(lián)系起來。GIS應用于土地管理方面也是其較早的一個應用領域之一，如湯國安在大量實驗基礎上，初步建立了縣城土地資源信息系統(tǒng)的理論和方法。深圳市不久便建立了城市用地利用與規(guī)劃管理信息系統(tǒng)，極大地方便了城市用地管理，提高了管理的科學化水平。這些土地信息系統(tǒng)充分利用地理信息系統(tǒng)強大的空間分析功能和數(shù)據(jù)管理能力，采集、存儲、管理、分析和描述某一地區(qū)的土地資源在時空上與地理分析有關的各類數(shù)據(jù)，已廣泛應用于土地評價、國土規(guī)劃、城市建設等領域，并且已經(jīng)取得巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。 HYPER

19、LINK 07/soil/left1.asp?lm=141 t left1 第二節(jié) 土壤資源信息系統(tǒng)(SRIS)在土壤資源評價中的應用引 言 近年來隨著人口一資源一環(huán)境之間的矛盾日益尖銳化，人們逐漸認識到保護環(huán)境和合理利用資源的重要性。尤其是全世界人口增長過快，糧食供應不足，對土壤資源的保護和合理利用受到更大的重視，科學家發(fā)出了“拯救土壤就是拯救人類”的呼吁，目前全世界的土壤資源，特別是耕地資源的日益減少和退化。此外，土壤還受侵蝕、沙化、水澇、次生鹽漬化、酸化和重金屬等污染而退化，大大降低了土壤資源的質(zhì)量和數(shù)量。這些問題的存在和發(fā)展在很大程度上與人類盲目的濫開濫用，缺乏合理的規(guī)劃、科學的決策和

20、強有力的實施管理手段有關。傳統(tǒng)的技術方法和手段已很難解決土壤資源如此廣泛而復雜的問題。因此，引入新的技術和方法已迫在眉睫。將地理信息系統(tǒng)引入到土壤資源利用和管理研究工作中，建立相應的土壤資源信息系統(tǒng)，可為土壤資源的調(diào)查、統(tǒng)計、存儲、管理提供高效便捷的工具；為土壤資源的規(guī)劃、開發(fā)、利用提供輔助決策服務；為土壤資源的各種評價、污染防止提供基礎數(shù)據(jù)庫和分析手段；同時通過聯(lián)網(wǎng)和交流，實現(xiàn)土壤數(shù)據(jù)的共享，便于各國土壤信息的交流和全球問題的研究。一、土壤資源信息系統(tǒng)概述 11 SRIS的概念 土壤資源信息系統(tǒng)(Soil Resource Information System，縮寫SRIS)是綜合處理和分析

21、土壤資源屬性和空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)的一種技術系統(tǒng)。它是以地理信息系統(tǒng)的硬件和軟件為基礎。主要具有以下特點：以一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和格式，用已知的X、Y坐標系統(tǒng)去記錄和貯存多維土壤資源實體的空間位置，這種多維土壤資源實體一般是各個級別的土壤資源類型；描述與位置無關的土壤資源實體的屬性；描述這些土壤實體的拓撲關系。土壤資源信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，無論將它們編碼于紙上，或記錄在磁盤、磁帶上，都應該視作是現(xiàn)實世界的一個模型。數(shù)據(jù)可以在土壤資源信息系統(tǒng)上存取、變換和對話式操作，供環(huán)境過程及其趨勢研究分析，或提出規(guī)劃決策及預測預報，也可提供數(shù)據(jù)咨詢服務。12 SRIS的發(fā)展1972年，加拿大首先建立了土壤數(shù)據(jù)庫，英國、

22、法國、美國、澳大利亞等國家及聯(lián)合國糧農(nóng)組織也相繼建立，20世紀70年代末80年代初土壤信息系統(tǒng)均已開始運用。加拿大土壤信息系統(tǒng)1972年正式投入使用，在這之前，各省已相繼建立土壤數(shù)據(jù)庫。1975年英國Macaulay土壤研究所在蘇格蘭第一個試建了土壤數(shù)據(jù)庫，1983年又建立了聯(lián)合數(shù)據(jù)庫。美國土壤信息系統(tǒng)于20世紀70年代初創(chuàng)建，80年代初期，州級土壤地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及國家土壤地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)均已建立并應用到了資源清查、環(huán)境保護、城市規(guī)劃和農(nóng)業(yè)生態(tài)分區(qū)等領域。進入80年代后，土壤信息系統(tǒng)開始向3個方向發(fā)展：1）促使土壤數(shù)據(jù)庫向規(guī)范化和全球化發(fā)展，加強數(shù)據(jù)交流和共享。如1986年國際土壤學會提出的“全

23、球和國家級土壤一地(形)體數(shù)字化數(shù)據(jù)庫”(Global and National Soils and Terrain Digital Database，簡稱SOTER)項目目前已在拉美、北美、西歐國家實施。同時，聯(lián)合國環(huán)境署1987年主持建立“全球土壤退化評價”體系(Global Assessment of Soil Degradation，簡稱GLASOD)，示范建立和應用SOTER數(shù)據(jù)庫。與此同時，許多發(fā)展中國家也積極建立和發(fā)展土壤信息系統(tǒng)。如印度，1982年著手編制1：25萬及1：100萬土壤資源圖，完成了整個土壤信息系統(tǒng)的制圖工作。2）促使土壤信息系統(tǒng)向?qū)嵱没投嘤猛景l(fā)展。主要應用有：

24、土壤制圖技術；土壤侵蝕預測與評價；土壤資源污染與防止；土壤養(yǎng)分流失評價；土壤資源評價和管理；作物生長模擬等。具體如1983年美國土壤保持局開發(fā)出農(nóng)用土地評價和用地估價系統(tǒng)，系統(tǒng)中農(nóng)用土地評價包括土壤生產(chǎn)力的分等定級、土壤適宜性評價、土壤生產(chǎn)潛力評價。1989年美國土壤保持局運用土壤信息系統(tǒng)保護土壤生態(tài)環(huán)境，控制土壤污染。1990年土壤侵蝕預測模型在土壤信息系統(tǒng)中已經(jīng)能夠成功運用，主要采用的分析手段有土壤侵蝕諾漠圖、微機軟件包、小溪河岸侵蝕諾漠圖。3）建立為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務的應用系統(tǒng)。如日本的農(nóng)耕地土地資源信息系統(tǒng)(AgriculturalLand Resource Information Syst

25、em，縮寫ALRIS)，它包括了土壤信息系統(tǒng)、作物栽培試驗信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)氣象信息系統(tǒng)等子系統(tǒng)。保加利亞的計算機農(nóng)業(yè)綜合管理系統(tǒng)(Integrated Computerized Agricultural Management System，縮寫ICAMS)系統(tǒng)從20世紀80年代初開始運行等。進入20世紀90年代，土壤信息系統(tǒng)在上述方面繼續(xù)拓展，其作用和地位日益受到關注。在1994年第15屆國際土壤學大會上專題討論了土壤信息系統(tǒng)在持續(xù)農(nóng)業(yè)和全球變化中的應用，土壤數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)和聯(lián)網(wǎng)等有關問題。同時，在應用上進一步趨向農(nóng)業(yè)實際生產(chǎn)，直接服務于農(nóng)場管理和經(jīng)營。如進行農(nóng)業(yè)技術咨詢、牧場水源選點、作物生產(chǎn)管

26、理、機械化施肥和精準農(nóng)業(yè)等方面。中國的土壤工作者于20世紀80年代中期也開始進行土壤數(shù)據(jù)庫的建立，土壤信息系統(tǒng)的研制和應用工作。1986年底，北京大學遙感中心等主持了土壤侵蝕信息系統(tǒng)研究，建立區(qū)域土壤侵蝕信息系統(tǒng)，這是我國較早關于土壤信息系統(tǒng)方面的研究。1989年南京土壤研究所用兩年時間研究了1：50萬東北三江平原土壤信息系統(tǒng)土壤圖與數(shù)據(jù)庫的建立；1990年，又研究了1：5萬江西紅壤生態(tài)站土壤信息系統(tǒng)土壤侵蝕圖；1991年在“利用信息系統(tǒng)技術編制土壤退化圖”研究中，應用從土壤土地數(shù)據(jù)庫建立到土壤退化評價方法等一系列現(xiàn)代信息系統(tǒng)技術，編制出了實驗區(qū)的土壤水蝕危害和風蝕評價圖；1992年又基本完成

27、了海南島土壤和土地利用信息庫及信息系統(tǒng)制圖工作。1991年中科院沈陽應用生態(tài)研究所主持了“區(qū)域微機土壤信息系統(tǒng)的建立與應用”研究，在吉林農(nóng)安縣試驗結(jié)果表明，這是一個比較成功的土壤信息系統(tǒng)。19931998年浙江農(nóng)業(yè)大學遙感與信息技術應用研究所研制的浙江紅壤資源信息系統(tǒng)(Red Soil Resource Information System，縮寫RSRIS)，包括省級、地(市)級和縣級三個不同比例尺的研究區(qū)。華中農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院自1995年以來在湖北省范圍內(nèi)開展了省級、縣級和鄉(xiāng)鎮(zhèn)級土壤資源數(shù)據(jù)庫及信息系統(tǒng)的建立和應用研究；在土壤信息系統(tǒng)應用模型方面，開發(fā)了模糊綜合評價、模糊物元分析、模糊

28、神經(jīng)網(wǎng)絡等模型方法并應用于土壤適宜性評價、生產(chǎn)潛力評價、土壤環(huán)境質(zhì)量評價和農(nóng)用地分等定級與估價等方面；在土壤信息系統(tǒng)建設方面，采用組件式地理信息系統(tǒng)（COMGIS）技術開發(fā)了農(nóng)用地分等定級與估價信息系統(tǒng)（ALEIS），并在湖北省推廣應用。二、土壤資源信息系統(tǒng)的應用模型 21 土壤資源類型劃分方法211土壤資源類型劃分的目的與原則1）劃分的目的 土壤資源類型是構(gòu)成土壤資源的各個要素(包括土壤、氣候、地形、水文、地質(zhì)和植被等自然要素及人為活動等社會經(jīng)濟要素)遵循地域分異規(guī)律，相互作用的歷史自然經(jīng)濟綜合體。和其他資源類型一樣，土壤資源類型屬于分類單元。同一類型的所有個體性質(zhì)(質(zhì)量)類似，利用現(xiàn)狀、利

29、用潛力和適宜性大致相同，并分別占有一定的空間位置。各個土壤資源類型，就個體來講，在地域上是完整連片的；就群體來講，同一種類型在分布上是不連片而呈重復出現(xiàn)的；就特征來講，同一種類型的群體所表現(xiàn)的主要特征是相似的。劃分土壤資源類型的目的，在于為土壤資源質(zhì)量評價和調(diào)查制圖，以及土壤資源的開發(fā)利用分區(qū)及規(guī)劃服務。通過劃分土壤資源類型，就能夠比較系統(tǒng)、全面地研究土壤資源的形成及其影響因素，揭示其發(fā)生、演變、屬性特征及其組合的地域差異，為分析土壤資源的特征和評價其生產(chǎn)潛力提供可能和依據(jù)，從而探索合理利用與改造土壤資源的措施與途徑。同時，通過劃分土壤資源類型，即類群歸并以后，就可以在同一類型中找出典型，進行

30、特征和利用分析，又可以通過類群歸并，了解不同類型之間相似性的程度及其可能利用的可能性大小，為土壤資源質(zhì)量評價作好準備。因此，土壤資源類型是土壤資源調(diào)查制圖與質(zhì)量評價的基本單元，是土壤資源利用分區(qū)與規(guī)劃的基礎。2）類型劃分的原則 土壤資源類型的劃分，應該以土壤發(fā)生分類為基礎，充分體現(xiàn)土壤資源空間分布的地理自然屬性及其利用上的相似性與差異性，反映出土壤資源的內(nèi)在結(jié)構(gòu)與特征，并堅持綜合分析與主導因素相結(jié)合的原則。同時，土壤資源類型的劃分要適應不同比例尺的制圖要求，采用多級分類制。可以參照中國1：100萬土地資源圖的劃分土地資源類型的原則，采用不同級別的地貌類型、土壤類型和土地利用類型組合成不同級別的

31、土壤資源類型比較合適。212土壤資源類型分類體系及命名1）分類體系 不同的管理級別要求不同的管理內(nèi)容和深度，因此要用不同大小的制圖比例尺來表示，故對制圖和評價單元的要求也各不相同。如 HYPERLINK 07/soil/images/t12-1.gif t _blank 表1為適用于四種比例尺的四級土壤資源分類體系。2）命名 土壤資源類型的命名可采用地貌類型一土壤類型一土地利用類型的復合命名法。不同級別的土壤資源類型名稱舉例如下：(1) 一級土壤資源類型：如中山黃紅壤林地，丘陵紅壤耕地，平原紅壤性水稻土耕地等；(2) 二級土壤資源類型：如低丘黃筋泥水田，低丘黃筋泥旱地等；(3) 三級土壤資源類

32、型：如低丘陡坡黃泥骨光板地，低丘緩坡黃筋泥雙季稻綠肥田等。213土壤資源類型劃分的基本步驟1）地圖要素層的預處理 機助地圖疊置分析之前，必須根據(jù)應用目的對數(shù)據(jù)庫中的土壤類型、土地利用類型、地貌類型要素圖層進行一定的預處理，可采取統(tǒng)一各要素圖層的邊界以及容差值的辦法，大大地減少了成圖邊界信息不全及面積細小多邊形的產(chǎn)生。但為了避免過多的人為干預降低成圖的準確性，對各要素圖層邊界以內(nèi)的圖斑界線不作調(diào)整。2）地圖要素層的疊加和邊緣處理 應用地理信息系統(tǒng)的疊置分析手段 (如ARCINFO的并操作) 進行土壤資源要素圖層的疊置分析。在地圖疊置過程中，由于各圖層邊界的不完全一致，使得圖幅邊緣產(chǎn)生圖斑信息空白

33、、掉失等“邊緣現(xiàn)象”。這可以采用一些方法進行解決，如在各要素圖層輸入時采用同一精確邊界線。也可以對空白多邊形參考相鄰邊界最長的圖斑信息進行填充。3）土壤資源類型統(tǒng)計與類型圖的顯示 調(diào)用土壤資源類型圖的屬性數(shù)據(jù)庫文件，并對屬性數(shù)據(jù)庫進行一系列的操作、運算與統(tǒng)計分析，即可獲得土壤資源類型及其面積的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。最后利用地理信息系統(tǒng)軟件的制圖功能對經(jīng)過疊置分析獲得的土壤資源類型矢量圖進行注記、顏色調(diào)配、圖框與圖例制作等處理之后，即可進行土壤資源類型圖的計算機屏幕顯示及打印輸出。22 土壤資源評價概述221土壤資源評價目的與類型1）土壤資源評價的目的 土壤資源評價的目的主要是為大農(nóng)業(yè)服務，即為合理利用和保

34、護土壤資源、為土壤資源的利用規(guī)劃以及土壤資源的開發(fā)與保護分區(qū)服務。主要依據(jù)是土壤肥力和土壤資源生產(chǎn)力的高低，即從土壤資源的適宜性和限制性及作物產(chǎn)量等方面來考慮。2）土壤資源評價的類型 土壤資源評價可以根據(jù)評價的目的、目標、對象、方法等的不同而劃分出多種類型，如 HYPERLINK 07/soil/images/imges5_13/chapte480.gif t _blank 圖2所示。 土壤資源適宜性評價是指對在一定的用途條件下，土壤資源對該用途的適宜性及適宜程度作出評定。主要側(cè)重于土壤資源對某種或幾種作物的適宜性和適宜程度。它又可以進一步劃分為土壤資源自然適宜性評價和土壤資源經(jīng)濟適宜性評價。

35、土壤資源自然適宜性評價是指評定土壤資源對一定用途適宜情況的過程中，主要是根據(jù)土壤資源的自然屬性對該用途的滿足程度，經(jīng)濟因素不予考慮或只作為背景條件；而土壤資源經(jīng)濟適宜性評價中，評定土壤資源對一定用途的適宜情況是根據(jù)經(jīng)濟效益的大小來確定。土壤資源經(jīng)濟適宜性評價又屬于土壤資源經(jīng)濟評價的范疇。一般來說，土壤資源的自然適宜性評價是經(jīng)濟適宜性評價的基礎。土壤資源生產(chǎn)潛力評價是指在一定的土地利用方式條件下，分析與評定土壤資源的各種屬性以及它們之間的綜合作用對土壤資源生產(chǎn)潛力的影響。即從生產(chǎn)潛力的角度評價土地質(zhì)量。從現(xiàn)有的資料來看，主要側(cè)重于土壤資源對農(nóng)、林、牧業(yè)利用的可能性。222土壤資源評價的基本方法土

36、壤資源評價的基本方法可以分為直接法和間接法兩類。直接法是指通過試驗了解土壤資源的質(zhì)量對某種用途的影響大小，從而確定其適宜性及適宜程度，并劃分出相應的等級。間接法是通過診斷影響土壤生產(chǎn)力的各種性質(zhì)，并據(jù)此推斷土壤資源的質(zhì)量。間接法門類眾多，大致可以歸納為分類法和數(shù)值法兩大類。1）分類法(Category approach) 分類法又叫等級法，是以針對一定利用方式的土壤資源的質(zhì)量優(yōu)劣為依據(jù)，判斷其生產(chǎn)力大小(或適宜性與適宜程度、潛力大小等)。亦即根據(jù)各類土壤在生產(chǎn)實踐上的相似性與差異性程度，對土壤資源再次分類與排隊，并作出相應的解釋或結(jié)論。2）數(shù)值法(Numerical approach) 數(shù)值法

37、又叫參數(shù)法，就是先選出決定土壤生產(chǎn)力的諸要素，根據(jù)各要素的性質(zhì)特點定出評價標準，以對作物生長的適宜性程度求得不同的指數(shù)，并對各項指數(shù)進行數(shù)學運算得出總的指數(shù)，按指數(shù)大小評定土地(壤)資源的質(zhì)量。數(shù)值法企圖將土地(壤)資源評價定量化，即用影響土地(壤)資源生產(chǎn)潛力的各個因素用一定的數(shù)學方式表達和運算出來，這些因素(如A、B、C)所組成的模式可以概括為3種基本形式，即：(1) 累加型：如 P= A+B+C (2) 乘積型：如(3) 復合型：如根據(jù)評價過程中所采用的數(shù)學方法的不同，數(shù)值法又可以劃分出許多種具體的方法，如指數(shù)和法、指數(shù)乘積開方法、層次分析法、模糊聚類法、模糊綜合評判法、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡法、

38、物元分析法、動態(tài)模擬法等。這些方法用計算機程序支持是不難實現(xiàn)的。223土壤資源評價體系土壤資源評價體系至今還不明確。但從農(nóng)業(yè)利用觀點出發(fā)，根據(jù)土壤資源與土地資源的共同性，參照土地資源評價體系，具有代表性的主要有美國土地潛力分類、聯(lián)合國糧農(nóng)組織的土地適宜性分類和中國1：100萬土地資源圖(現(xiàn)已有相應的電子地圖)分類系統(tǒng)等。23 土壤資源質(zhì)量評價模型231土壤資源質(zhì)量評價的目的與原則1）土壤資源質(zhì)量評價的目的 土壤資源質(zhì)量評價是指對土壤資源的質(zhì)與量、適宜性與限制性作出評定，并綜合評定其生產(chǎn)潛力。其目的是在摸清土壤資源底細的基礎上，合理利用與保護土壤資源，充分發(fā)揮土壤資源的生產(chǎn)潛力，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與管理

39、服務。土壤資源質(zhì)量評價必需回答下列問題：各種土壤資源類型的數(shù)量、質(zhì)量及其空間分布關系。各種土壤資源類型的生產(chǎn)潛力大小，以及當前生產(chǎn)條件下，土壤資源生產(chǎn)潛力發(fā)揮如何。各種土壤資源類型分別有哪些限制因子，改變限制因子的可能程度如何，采取什么措施提高土壤資源生產(chǎn)潛力。2）土壤資源質(zhì)量評價的原則 土壤資源質(zhì)量評價是土壤質(zhì)量評價的一個類型，故要遵循土壤資源評價的原則。其目的是以大農(nóng)業(yè)利用方向為主要目的，在評價過程中要遵循因地制宜、綜合利用以及生態(tài)、經(jīng)濟與社會三個效益相協(xié)調(diào)等基本原則。232土壤資源質(zhì)量評價的程序和方法土壤資源質(zhì)量評價的基本程序為：劃分評價單元、選擇評價因素及確定權重、確定評價指標和評定土

40、壤資源質(zhì)量等級。1）評價單元的劃分 在進行土壤資源質(zhì)量評價之前，先要確定土壤資源質(zhì)量評價的基本單位，即評價單元。土壤資源質(zhì)量評價的評價單元的確定當前有四種基本方法，即以土壤類型為基礎確定；以土地利用現(xiàn)狀為基礎確定；以土壤資源類型為基礎確定；或以評價因素的組合確定。目前，多采用地理信息系統(tǒng)的空間疊置分析方法，生成土壤資源類型圖或評價因素的組合來作為評價單元。2）評價因素的確定 土壤資源質(zhì)量評價因素可從影響土壤利用的自然因素、經(jīng)濟因素、社會因素和生產(chǎn)潛力因素四個方面來選擇。評價因素的選擇應遵循以下幾個原則：從較長時間影響土壤資源質(zhì)量的、不易改變的穩(wěn)定因素中選擇評價因素；從影響土壤資源質(zhì)量及其利用的

41、多種因素中，挑選出起重要作用的因素作為評價因素，并且從中找出主導因素；根據(jù)各地區(qū)的實際情況，通過調(diào)查研究和分析，因地制宜地確定評價因素及指標。3）權重的確定 確定土壤資源質(zhì)量評價中各評價因素權重的定量方法有經(jīng)驗評分法、回歸分析法、層次分析法和主因子分析法等多種。(1)經(jīng)驗評分法：根據(jù)調(diào)查資料，廣泛吸收有經(jīng)驗的專家、技術人員參加，按照各評價因素對紅壤資源質(zhì)量影響的大小或比例，將各個因素排序并給予適當?shù)姆謹?shù)，綜合多位專家的評分確定各評價因素的權重。(2)回歸分析法：可用于確定土壤資源質(zhì)量評價的參評因素及其權重。先將初選的影響土壤資源質(zhì)量的多種因素與其生產(chǎn)力(以單位面積的產(chǎn)量等來表達)之間的關系近似

42、地描述為線性相關關系，并建立線性回歸模型。經(jīng)逐步回歸分析，剔除非顯著性影響因素之后，如果相關關系顯著，即可選擇出參與評價的因素。(3)主因子分析法：主因子分析是把許多錯綜復雜的因子歸結(jié)為較少的幾個綜合因子的一種多元統(tǒng)計方法，用于確定土壤資源質(zhì)量評價的參評因素及其權重時，關鍵是要消除不同因素量綱的不同所帶來的誤差，如地面坡度、坡向、海拔高度、土層厚度等因素的量綱就各不相同，因而要先對它們進行標準化處理，然后計算每個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數(shù)據(jù)信息量的多少，一般情況下，能反映數(shù)據(jù)信息80以上的因子，即可確定為主因子。主因子確定之后，根據(jù)特征值的累積貢獻率確定其權重。4）

43、評價指標的確定 土壤資源質(zhì)量評價因素等級指標可采用模糊線性隸屬函數(shù)圖的方法或經(jīng)驗方法來確定。土壤資源的分布范圍很廣，在不同的地區(qū)、對于不同的利用對象，評價因素等級指標會有很大的差異。5）質(zhì)量等級的評定 土壤資源質(zhì)量等級的評定可以是定性的評定或定量的評定。下面主要介紹指數(shù)和法、指數(shù)乘積開方法和模糊綜合評判法等3種定量方法。(1) 指數(shù)和法：指數(shù)和法的運算模型為=1x1+2x2+nxn式中：1，2n為各參評因素權重；x1，x2, xn為評價指標分值。運用指數(shù)和法評定土壤資源質(zhì)量等級的具體步驟如下：將影響土壤資源質(zhì)量的各個因子(即評價因素)按其影響強度進行統(tǒng)計分級，求得各個評價單元內(nèi)各個評價因素的質(zhì)

44、量等級分值。將各個評價因素的質(zhì)量等級分值與其權重相乘，得到各個評價因素的指標指數(shù)。計算各個評價單元內(nèi)各參評因素的指標指數(shù)之和，即指數(shù)和。確定土壤資源質(zhì)量等級的指數(shù)范圍。首先，將前面所得指數(shù)和進行標準化運算，即化為0100之間的數(shù)值。然后，以標準化指數(shù)和值作為X座標、與之相對應的土壤資源類型圖斑個數(shù)及其面積(合計值)作為Y座標作曲線圖。最后，根據(jù)圖中土壤資源類型圖斑數(shù)與面積分配情況確定各個土壤資源質(zhì)量等級的指數(shù)范圍。確定各個評價單元的質(zhì)量等級并進行統(tǒng)計分析。(2) 指數(shù)乘積開方法：指數(shù)乘積開方法的運算模型為式中：1，2n為參評因素權重； x1，x2, xn 為評價指標。指數(shù)乘積開方法與指數(shù)和法的

45、基本步驟相同，根本的區(qū)別在于各個參評因素的總指數(shù)并不是各因素指數(shù)的簡單相加，而是土壤資源評價因素的指數(shù)積的開方值。(3) 模糊綜合評判法：土壤資源的質(zhì)量等級是由影響土壤資源的各種因素綜合決定的，不僅每一種因素對土壤資源質(zhì)量的影響是復雜的，而且各種影響因素之間也是相互聯(lián)系和相互制約的。因此，土壤資源質(zhì)量等級與各種影響因素之間的關系，具有一定的模糊性。這為使用的模糊綜合評判方法解決土壤資源質(zhì)量等級評定問題提供了理論依據(jù)。采用模糊綜合評判法評定土壤資源質(zhì)量等級，分4步進行：建立從屬函數(shù)：從屬函數(shù)是模糊集的特征函數(shù)，它表明某一個因素隸屬于模糊集的程度。單因素評價：利用從屬函數(shù)對各個評價單元內(nèi)各個參評因

46、素屬性數(shù)據(jù)進行簡單的數(shù)學運算，即可得到各個評價因素的單因素評價模糊子集。多因素綜合評判：由各個評價因素的單因素評價模糊子集可以得到各評價單元的單因素評價矩陣和各評價因素權重分配集相乘即可求出各評價單元的模糊綜合評判結(jié)果。限制因素及其強度的確定：采用模糊綜合評判的方法進行土壤資源質(zhì)量評價時，還可以從模糊綜合評判結(jié)果集中直接讀出各個評價單元的限制性因素及其限制強度。三、全球和國家級土壤一地(形)體數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(SOTER) 31 SOTER項目概述1）SOTER項目的來源 SOTER項目的提出始于1986年，國際土壤學會在荷蘭的瓦格寧根召集了一次以土壤和有關學科的國際專家研討會，會議以Sombro

47、ek(1984)作出的“比例尺1：100萬全球土壤資源規(guī)范趨勢”為討論稿，討論了“數(shù)據(jù)庫的數(shù)字化國際土壤資源圖的結(jié)構(gòu)”。在這個研討會的成果和建議基礎上，寫出了1：100萬的世界土壤和土地數(shù)字化數(shù)據(jù)庫的方案提綱。之后，一個小型的國際委員會被委托提出一個適應于編輯小比例尺土壤一地形體圖的通用圖例，該圖例要求包括提供為大范圍解譯所要求的屬性，例如作物適宜性、土壤退化、森林生產(chǎn)力、全球土地變化、灌溉適宜性、農(nóng)業(yè)生態(tài)分帶和干旱災害。委員會編輯了最初的屬性表，1986年在德國漢堡國際土壤學會會議上，SOTER受到進一步的認可。1987年5月由聯(lián)合國環(huán)境署在肯尼亞舉辦了第二次會議，討論了SOTER在編制土壤

48、退化評價圖的應用。同時根據(jù)此次會議，聯(lián)合國環(huán)境署起草了一個項目文件“全球土壤退化評價”，并以南非為第一個樣區(qū)，根據(jù)SOTER項目的提議建立了1：100萬數(shù)字化土壤和土地數(shù)據(jù)庫，在此基礎上對土壤現(xiàn)狀和災害進行了評價。此后，國際土壤參比信息中心把制定1：100萬研究樣區(qū)的程序手冊首次草案的任務交給了加拿大農(nóng)業(yè)土地資源中心。1988年在烏拉圭舉行的第一次全球土壤和地形體數(shù)字化數(shù)據(jù)庫及全球土壤退化評估的區(qū)域工作研討會上對首次草案進行討論，然后該方案在覆蓋阿根廷、巴西和烏拉圭的一個樣區(qū)中進行試驗使用，并在1989年提出了程序手冊修訂本。后來在美國和加拿大兩國邊界的一個樣區(qū)上對SOTER方法進一步的應用，

49、于1990年提出了程序手冊第三次修訂本。目前使用的是1992年提出的第五次修訂程序手冊。該手冊只有兩部分組成，第一部分涉及的內(nèi)容是土壤和土地，第二部分涉及的內(nèi)容是可以存儲土地利用、植被和氣候數(shù)據(jù)方面的附屬數(shù)據(jù)庫。我國由南京土壤研究所在海南島率先進行了SOTER方案的實施，1992年基本完成了海南島土壤和土地利用信息庫及信息系統(tǒng)制圖工作。其后，華中農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院在湖北省范圍內(nèi)開展了省級（1：100萬和1：50萬）、縣級（1：10萬和1：5萬）和鄉(xiāng)鎮(zhèn)級（1：1萬）的系列土壤-地形體數(shù)字化數(shù)據(jù)庫的建立和應用研究。2）SOTER項目的目的 SOTER項目的目的是利用目前已有的信息技術，建立一個包

50、含數(shù)字化的地圖單元和它們的屬性數(shù)據(jù)的世界土壤一地形體數(shù)據(jù)庫。這個數(shù)據(jù)庫的主要功能是為已完善起來的世界土壤和土地資源變化的制圖和監(jiān)控提供必要的數(shù)據(jù)。它有數(shù)套用于關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)的文件組成，能廣泛的為科學家、規(guī)劃者、決策者提供準確、有用和及時的信息。3）SOTER項目的性質(zhì) 能為不同比例尺廣泛應用的土壤和地形體標準數(shù)據(jù)的儲存和調(diào)用提供一個綜合框架。包含足夠的數(shù)據(jù)，允許在1：100萬的材料中以地圖或表格的形式提取信息。能與其他全球環(huán)境資源數(shù)據(jù)庫兼容?？梢远ㄆ诘母?、修改和刪除過時的或無關的數(shù)據(jù)。可以提供環(huán)境資源開發(fā)、管理和保護所必要的標準化資源圖、解譯圖和表格信息，可為許多國際、區(qū)域

51、、國內(nèi)的環(huán)境專家所使用。32 劃分SOTER制圖單元的依據(jù)與方法1）依據(jù) SOTER手冊中概述的土地特征的制圖方法源于土地(其中包括地域和土壤)與隨著時間而演化的自然，生物和社會現(xiàn)象之間相互關系的過程和體系相結(jié)合的觀點。這個觀點來源于俄國和德國的景觀學觀點，后來逐漸被全世界所接受。另外一個關于土地的類似的概念在土地體系方法中被采用，它是由于澳大利亞的Christian和Stewart (1953) 提出，由Cochrane et al(1981，1985)，McDonald et a1(1990)和Gunn et a1(1990)作進一步的發(fā)展。SOTER把土地看作由地形和土壤個體組成的自然實

52、體的組合，是對上述發(fā)展的繼續(xù)。 2）方法 SOTER方法的基礎是用地形、巖石、地表形態(tài)、坡度、母質(zhì)和土壤的一種明確和重復的組合模式來對土地區(qū)塊進行辨識，以這種方式分辨的一塊塊土地稱為SOTER單元，因而每一塊SOTER單元表示一獨特的地形和土壤特性的組合。圖3表示的是在數(shù)據(jù)庫中的一個SOTER單元。 HYPERLINK 07/soil/images/imges5_13/table1203p.gif t _blank 圖3中所示代碼見 HYPERLINK 07/soil/images/t12-2.gif t _blank 表2。SOTER制圖方法在許多方面好似自然地理的土壤制圖，與傳統(tǒng)的土壤制圖

53、相比，它的主要不同點在于更加強調(diào)地形與土壤的關系，這一點在較小的制圖比例尺中尤其顯得正確。同時，SOTER具有統(tǒng)一、嚴格的數(shù)據(jù)格式，這對于建立一個標準的地形和土壤數(shù)據(jù)庫是必要的。用這種方法，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)將被標準化并達到很高的可信度。在手冊中所提出的方法是在1：100萬比例尺制圖應用中得到發(fā)展的，并已在北美和南美的試驗區(qū)作了成功的試驗。同時還將應用于更大比例尺中，這種詳細的數(shù)據(jù)庫的首次試驗于1992年以1：10萬的比例尺在巴西的圣保羅州進行的。同時，這種SOTER方法也適于制作比例尺比1：100萬更小的地圖和有關表格。分等級建立的SOTER地形體、土壤和其他單元的屬性也能在1：100萬比例尺外

54、的其他多種比例尺下使用。33 SOTER制圖單元系統(tǒng)SOTER單元是由一個地體、地形組分和土壤組分的獨特的組合和方式構(gòu)成。因此，SOTER在制圖時采用區(qū)分指標分步進行的方式，每一步驟都對所研究土地區(qū)域進行細化，同時有更清楚的辨識。通過這種方法，SOTER單位可分步定義為地體，地形組分和土壤組分，一個地區(qū)由此可連續(xù)地以地體，地形組分和它們的土壤組分來特征化。在分析土地時，分析級別的每一步都依照所要求的分辨率和已有的信息。1）地體 自然地理是用于SOTER單元特征化的第一個區(qū)分指標，即地體的區(qū)分指標。此處自然地理這一詞的意義是對地球表面形態(tài)的描述。根據(jù)地形的起伏和坡度，它可最恰當?shù)孛枋霾⒈M可能地驗

55、證和識別主要的地形。再根據(jù)等高線(海平面以上的絕對高度)和特征因子結(jié)合，可對一個地區(qū)進一步細分，描繪到地圖上。在SOTER文中，地體因此被定義為反映一個地區(qū)特征的地形和巖石的組合，它也能包含一個或更多個地表形態(tài)、中地形、母質(zhì)和土壤的典型組合，這就形成了指導地體進一步細分為地形組分和土壤組分的理論基礎。應用于地體 (或地形組分) 的細分數(shù)目沒有限制，可在許多情況下，最多3-4個地形組分或3個土壤組分足夠描述一個地形體。2）地形組分 細分的第二步驟是在每一個地體內(nèi)用特定的表面形態(tài)、坡度、中地形和母質(zhì)質(zhì)地。如果母質(zhì)是未固結(jié)物，對區(qū)域進行辨識，這將導致把一個地形體進一步區(qū)分為地形組分。應注意的是，由于

56、它們呈現(xiàn)出的復雜性。在區(qū)分的這個級別，在1：100萬比例尺下，單個地繪制地形組分常常不可能。在這種情況下，有關不能圖示的地形組分的信息只能儲存在屬性數(shù)據(jù)庫中，不輸入幾何數(shù)據(jù)庫內(nèi)。3）土壤組分 地體區(qū)分的最后一步是在地形組分內(nèi)對土壤組分的辨識。象地形組分一樣，土壤組分在所研究的比例尺中有可圖示的，也有不可圖示的。就可圖示的土壤組分來說，每一個土壤組分代表SOTER單元內(nèi)的一種土壤。可是在1：100萬的比例尺下，在空間上區(qū)分土壤十分困難，一個地形組分內(nèi)可能包含許多不可圖示的土壤組分。在傳統(tǒng)的土壤制圖過程中，這樣一組土壤稱為土壤組合或土群。不可圖示的地形組分(一個SOTER內(nèi)至少有兩個地形組分)必定

57、與不可圖示的土壤組分相聯(lián)系。不過在屬性數(shù)據(jù)庫中，每一個不可圖示的地形組分可與一個或多個特定(但不可圖示)的土壤組分相聯(lián)系。不可圖示的土壤組分，象不可圖示的地形組分一樣，不能在幾何數(shù)據(jù)庫里顯現(xiàn)。 HYPERLINK 07/soil/images/imges5_13/table1204p.gif t _blank 圖4(注：圖中編碼分二行，第一行為大區(qū)地形、巖石、坡度；第二行為土壤發(fā)生學類型、土壤質(zhì)地。如LPSCL3ATLS，第一行LPSCL3指該圖斑處于平原地區(qū)，主要巖石物為碎屑沉積物，坡度為3；第二行ATLS指該圖斑主要土壤為人為土，壤質(zhì)砂土。圖中的主要代碼屬性如下：LP為平原、SH為中坡度丘

58、陵、SC為碎屑沉積物、UF為沖積物(河積物)、LS為壤質(zhì)砂土、SL為砂質(zhì)壤土、LC為壤質(zhì)黏土、FR為鐵鋁土、AT為人為士。)簡單示例了一幅SOTER單元圖。34 SOTER數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在涉及空間狀況的有關制圖中，都能分辯出兩種類型的數(shù)據(jù)幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。這兩種數(shù)據(jù)包含在SOTER數(shù)據(jù)庫中。土壤和地形信息由幾何部分(顯示SOTER單元的位置和拓撲關系)和屬性部分(描述SOTER單元的非空間特性)組成。幾何數(shù)據(jù)儲存在由地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件操作的數(shù)據(jù)庫的那部分，而屬性數(shù)據(jù)則儲存在一組獨立的屬性文件中，由關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)管理。幾何和屬性數(shù)據(jù)庫中的一個獨立的標簽或IO標識碼把每一個

59、SOTER單元的這兩種信息聯(lián)結(jié)起來?？傁到y(tǒng)(GIS加RDBMS)儲存和管理幾何和屬性數(shù)據(jù)庫。關系數(shù)據(jù)庫是SOTER數(shù)據(jù)庫中儲存和管理非空間屬性的最有效、最靈活的工具之一(Pulless，1988)。在這一系統(tǒng)下，數(shù)據(jù)儲存以表格形式，它們的相關記錄通過特定的項目來識別。如SOTER單元標識碼。這些編碼十分重要，因為它們構(gòu)成了數(shù)據(jù)庫之間不同部分的連接。如地體表，地形組分和土壤組分表。關系數(shù)據(jù)庫的另一個特征是當兩個或多個組分內(nèi)容相似時，它們的屬性數(shù)據(jù)只需輸入一次。 HYPERLINK 07/soil/images/imges5_13/table1205p.gif t _blank 圖5是屬性數(shù)據(jù)庫的

60、圖解。方塊代表SOTER數(shù)據(jù)庫中的表格，方塊之間連續(xù)的線條表示表格之間的連接。1）幾何數(shù)據(jù)庫 幾何數(shù)據(jù)庫包括SOTER單元的勾繪信息，它也包含底圖的數(shù)據(jù)(線狀特征如道路、水系和行政界線)。為了擴大數(shù)據(jù)庫的使用范圍，可以包含SOTER單元外的信息如社會一經(jīng)濟區(qū)域(人口密度)、水文單元(流域)或其他自然類型(植被、農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū))。2）屬性數(shù)據(jù)庫 屬性數(shù)據(jù)庫由數(shù)套關系型數(shù)據(jù)文件構(gòu)成，分別對SOTER單元中的地體、地形組分和土壤組分中的屬性數(shù)據(jù)進行記錄。其中地體和地形組分的屬性數(shù)據(jù)可以直接得到，也可以在數(shù)據(jù)庫編輯過程中從其參數(shù)中產(chǎn)生。數(shù)據(jù)文件中每一個屬性數(shù)據(jù)可分為描述數(shù)據(jù)(如地形)和數(shù)字數(shù)據(jù)(如pH，坡