現(xiàn)代土壤調(diào)查技術(shù)與土壤信息系統(tǒng)

第10章現(xiàn)代土壤調(diào)查技術(shù)與土壤信息系統(tǒng)《土壤地理學(xué)》電子教案10.1土壤地理調(diào)查10.2遙感技術(shù)在土壤調(diào)查中的應(yīng)用10.3土壤-土地?cái)?shù)字化數(shù)據(jù)庫(SOTER)10.4土壤數(shù)據(jù)庫簡介10.5中國土壤系統(tǒng)分類自動(dòng)檢索系統(tǒng)思考題與個(gè)案分析教學(xué)重點(diǎn)掌握土壤地理調(diào)查的根本方法熟悉遙感技術(shù)在土壤地理調(diào)查中的應(yīng)用了解土壤-土地?cái)?shù)字化數(shù)據(jù)庫(SOTER)了解國際主要土壤數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用關(guān)鍵詞土壤調(diào)查(soilsurvey)土樣(soilsample)土壤普查(generaldetailedsoilsurvey)芒塞爾土色卡(Munsellsoilchart)土壤遙感(soilremotesensing)土壤信息系統(tǒng)(soilinformationsystem,SIS)全球土壤-土地?cái)?shù)字化數(shù)據(jù)庫(WorldSoil&TerrainDigitalDataBase，SOTER)知識(shí)結(jié)構(gòu)10.1土壤地理調(diào)查

10.2遙感技術(shù)在土壤調(diào)查中的應(yīng)用10.3土壤-土地?cái)?shù)字化數(shù)據(jù)庫(SOTER)10.5中國土壤系統(tǒng)分類自動(dòng)檢索系統(tǒng)

認(rèn)識(shí)土壤地理調(diào)查的重要性，掌握其主要方法熟悉(SOTER)與土壤數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)，探索土壤信息系統(tǒng)的開發(fā)及其應(yīng)用10.4土壤數(shù)據(jù)庫簡介土壤地理調(diào)查是通過野外實(shí)地觀察成土條件、土壤剖面特征，揭示區(qū)域土壤地理發(fā)生發(fā)育規(guī)律的根本方法，也是土壤地理學(xué)教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)組成局部。通過土壤地理調(diào)查可應(yīng)用和驗(yàn)證所學(xué)的理論與知識(shí)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學(xué)生的科研與創(chuàng)新的能力。10.1土壤地理調(diào)查揭示調(diào)查區(qū)土壤類型及其土壤發(fā)生規(guī)律；了解土壤發(fā)育(或退化)的空間分布特征；結(jié)合地形圖和遙感影像圖進(jìn)行綜合地學(xué)分析，編制土壤(或土壤退化)類型圖，為相關(guān)科學(xué)研究和土壤開發(fā)利用提供根底資料。10.1.1土壤地理調(diào)查目的和任務(wù)近100多年來世界各國陸續(xù)有方案地開展了其土壤資源調(diào)查與制圖工作，土壤地理已經(jīng)從簡單的描述性與經(jīng)驗(yàn)性，逐步開展到廣泛運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來標(biāo)準(zhǔn)化、定量化和數(shù)據(jù)化?，F(xiàn)代土壤地理調(diào)查根本程序，如圖10-1所示。10.1.2土壤地理調(diào)查的根本程序圖10-1現(xiàn)代土壤地理調(diào)查根本程序圖式土壤剖面的設(shè)置、挖掘、觀察、描述與記錄、土壤分析樣品的采集是土壤地理學(xué)研究的根本方法。土壤剖面點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)具有廣泛代表性，原那么上每個(gè)土壤類型至少有一個(gè)剖面點(diǎn)。10.1.3土壤剖面觀察土壤剖面觀察與描述記載：按土壤剖面垂直方向上土壤性狀的差異(診斷特性)及其變化劃分土壤發(fā)生層次(診斷土層)，即O枯枝落葉層、K礦質(zhì)結(jié)皮層、A腐植質(zhì)土層、E淋溶土層、B淀積土層、P犁底土層、G潛育土層、C母質(zhì)層和R基巖層。在土壤剖面觀察記錄之后，可按土壤調(diào)查的需要，以發(fā)生土層由下而上逐層采集土壤剖面標(biāo)本和樣品。以便分析土壤性質(zhì)，進(jìn)行土壤分類和制圖，獲得有關(guān)土壤改進(jìn)、水分狀況、土壤-植物系統(tǒng)的特征，為研究土壤發(fā)生發(fā)育規(guī)律提供科學(xué)數(shù)據(jù)，為某些法律或法規(guī)仲裁提供資料。10.1.4土壤樣品采集現(xiàn)代遙感技術(shù)是土壤地理學(xué)研究的根本方法，在大尺度土壤資源調(diào)查與制圖、土壤利用變化監(jiān)測、土壤生產(chǎn)潛力評(píng)估、土壤退化監(jiān)測與防治，以及區(qū)域土地利用規(guī)劃與管理等方面具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。因此，它已成為區(qū)域土壤調(diào)查制圖必不可少的手段。10.2

遙感和GIS技術(shù)在土壤調(diào)查中的應(yīng)用遙感信息以地物反射特性為根底，故土壤及其覆蓋物的光譜特性是土壤遙感解譯的根底。土壤遙感解譯實(shí)質(zhì)上是綜合分析、邏輯推理與驗(yàn)證的過程，其中不僅包括土壤地理發(fā)生學(xué)理論、土壤類型分布規(guī)律的光譜特性分析，也包括土壤、成土因素的光譜特性分析。10.2.1土壤遙感目視解譯原理與方法土壤類型是依據(jù)診斷土層(或土體構(gòu)型)和診斷特性來劃分的。但至今還無能反映土體構(gòu)型的遙感傳感器，這就需要從遙感地學(xué)分析入手，按土壤地理發(fā)生學(xué)理論，研究區(qū)域土壤剖面構(gòu)型、診斷特性與成土條件的相關(guān)性，以建立區(qū)域土壤發(fā)生發(fā)育的時(shí)空模型，并進(jìn)行土壤遙感解譯，如圖10-2所示。圖10-2基于土壤發(fā)生學(xué)理論的土壤遙感解譯模式土壤遙感影像目視解譯是指直接利用經(jīng)過校正的遙感影像所反映的土壤景觀的光譜特性(色調(diào)、幾何形狀、陰影、紋理和圖形結(jié)構(gòu)等)，或間接地應(yīng)用地學(xué)相關(guān)分析、信息復(fù)合、綜合分析等方法對(duì)土壤類型及其性狀進(jìn)行定位、定性與定量分析和鑒別的過程，如圖10-3和10-4所示。圖10-3北京市懷柔區(qū)某地衛(wèi)星遙感影像圖10-4北京市懷柔區(qū)某地土壤類型目視解譯圖以遙感數(shù)據(jù)為主要依據(jù)，借助GIS和計(jì)算機(jī)技術(shù)，采取人機(jī)對(duì)話方式輸入遙感數(shù)據(jù)與特征地物間的相互關(guān)系，然后經(jīng)計(jì)算機(jī)按照特定的法那么進(jìn)行自動(dòng)分類，即依據(jù)遙感像元點(diǎn)的數(shù)據(jù)特征識(shí)別其類型，與實(shí)地類別聯(lián)系并對(duì)各個(gè)像元進(jìn)行聚類分析，制出土壤類型圖，如圖10-5所示。10.2.2土壤遙感數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別方法圖10-5自動(dòng)識(shí)別土壤類型的系統(tǒng)方法傳統(tǒng)土壤調(diào)查是基于土壤發(fā)生學(xué)理論的。過程為：土壤野外調(diào)查專家通過研究區(qū)土壤調(diào)查以建立區(qū)域土壤-景觀模型，建立研究區(qū)土壤個(gè)體與不同景觀單元之間的相互關(guān)系，然后土壤制圖者通過遙感影像繪制不同土壤類型或者土壤組合的空間范圍。其根本過程如圖10-6和10-7所示。10.2.3土壤-景觀推理模型(SoLIM)圖10-6土壤-景觀推理模型(SoLIM)過程圖(據(jù)AxingZhu，2002)圖10-7土壤-景觀推理模型(SoLIM)過程圖(據(jù)AxingZhu，2002)土壤信息包括發(fā)生土層(或診斷層)、單個(gè)土體、土壤類型以及世界土壤分布的信息，這些信息被匯編成為土壤圖和土壤調(diào)查報(bào)告。土壤圖主要提供土壤地理信息；土壤調(diào)查報(bào)告那么提供土壤類型及其物質(zhì)組成和性狀信息，如圖表10-1、圖10-8所示。10.3土壤-土地?cái)?shù)字化數(shù)據(jù)庫10.3.1土壤圖中的土壤信息圖10-8世界土壤圖所包含信息(a:直接信息；b：推斷的信息；)國際土壤學(xué)會(huì)(ISSS)、FAO和加拿大土地資源研究中心合作研發(fā)了SOTER方法，將模式化的地形、形態(tài)、坡度、母質(zhì)和土壤類型信息集成在SOTER1:100萬的制圖單元中，每個(gè)制圖單元都通過GIS與包含有地質(zhì)地貌、土壤、氣候、植被和土地利用現(xiàn)狀等信息的數(shù)據(jù)庫相鏈接，如圖10-9所示。10.3.2全球土壤-地形數(shù)據(jù)庫(SOTER)圖10-9SOTER提供的區(qū)域信息和點(diǎn)狀信息數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖SOTER的根本思路是：在土壤制圖單元中疊加包含模式化地形、巖性、母質(zhì)、植被等信息的圖層，使制圖單元代表著獨(dú)特地形與土壤性狀組合，如圖10-10、10-11所示?？梢奡OTER制圖類似于自然地理學(xué)的土壤制圖，與傳統(tǒng)的土壤制圖的主要區(qū)別在于它強(qiáng)調(diào)區(qū)域地形與土壤的相互關(guān)系。10.3.3全球土壤-地形數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)圖10-10SOTER單元與組成成分間相互關(guān)系及劃分標(biāo)準(zhǔn)圖10-11SOTER單元及其地形組成(TC)、屬性與空間位置圖式土壤數(shù)據(jù)庫包含每個(gè)0.5

×0.5

陸地網(wǎng)格單元的空間數(shù)據(jù)(土壤類型、網(wǎng)格單元不同土類面積比例的數(shù)字文件數(shù)據(jù))和顯示在數(shù)字柵格地圖上的屬性數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)包括與106個(gè)土壤單元相關(guān)土壤剖面數(shù)據(jù)，還包括獲取土壤信息實(shí)驗(yàn)室、分析方法和原始數(shù)據(jù)來源等，如圖10-12、10-13所示。

10.4土壤數(shù)據(jù)庫簡介10.4.1全球土壤數(shù)據(jù)庫圖10-12土壤數(shù)據(jù)庫的根本結(jié)構(gòu)圖式圖10-13WISE土壤剖面數(shù)據(jù)庫變量的示意圖式

美國土壤調(diào)查局(NCSS)開發(fā)的土壤調(diào)查數(shù)據(jù)庫包含6個(gè)數(shù)據(jù)文件：土壤特征記錄(單個(gè)土體調(diào)查SCR)、圖斑單元(土壤組合)記錄(MUR)、土系單元記錄(TUR)、土壤調(diào)查地理數(shù)據(jù)庫(SSURGO)、州級(jí)-國家級(jí)土壤地理數(shù)據(jù)庫(STATSGO-NATSGO)。并按NCSS數(shù)據(jù)性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述信息進(jìn)行鑒定，如圖10-14所示。10.4.2美國土壤調(diào)查數(shù)據(jù)庫圖10-14美國土壤調(diào)查數(shù)據(jù)庫中空間資料相互關(guān)系圖式加拿大1972年開始土壤信息系統(tǒng)(Can-SIS)、國家土壤數(shù)據(jù)庫(NSDB)的研究，以支持加拿大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，在Arc/Info軟件支持下利用Can-SIS處理土壤、地理、氣候、土地利用和作物產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，其國家土壤數(shù)據(jù)庫(NSDB)是其核心內(nèi)容。NSDB作為國家土地資源檔案信息，是由聯(lián)邦和各省開展田間調(diào)查資料的系統(tǒng)匯總。10.4.3加拿大土壤數(shù)據(jù)庫中國學(xué)術(shù)界已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，獲取土壤-土地資源信息是合理利用土壤資源、維護(hù)土壤資源可持續(xù)性的根底，而SOTER的建立那么是獲取土壤-土地資源信息的關(guān)鍵。將土壤分類和土地分類系統(tǒng)及其研究成果標(biāo)準(zhǔn)化、定量化，系統(tǒng)地存儲(chǔ)SOTER之中，并可按照需要隨時(shí)輸出。10.4.4中國SOTER研究現(xiàn)狀用C++Builder將中國土壤系統(tǒng)分類檢索表中決策邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的決策網(wǎng)絡(luò)-中國土壤系統(tǒng)分類自動(dòng)檢索系統(tǒng)(AutomaticSearchSystemofChineseSoilTaxonomicClassification,ASS-CSTC)。該系統(tǒng)按土壤系統(tǒng)分類指標(biāo)體系向用戶提出一系列問題，并根據(jù)用戶提供的土壤信息，完成土壤類型(即土綱)的自動(dòng)識(shí)別。10.5中國土壤系統(tǒng)分類自動(dòng)檢索系統(tǒng)中國土壤系統(tǒng)分類自動(dòng)檢索系統(tǒng)(ASS-CSTC)的主要目標(biāo)是：根據(jù)中國土壤系統(tǒng)分類檢索表向用戶提出一系列問題，并根據(jù)用戶提供的有關(guān)待分類土壤的根本信息，完成土壤類型(土綱)自動(dòng)識(shí)別；系統(tǒng)自定義一種文件格式，并以此向用戶輸出土壤類型識(shí)別結(jié)果，如圖10-15、10-16所示。10.5.1ASS-CSTC的設(shè)計(jì)圖10-15ASS-CSTC的根本結(jié)構(gòu)圖式圖10-16ASS-CSTC系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)路線圖式設(shè)計(jì)中國土壤系統(tǒng)分類自動(dòng)檢索系統(tǒng)(ASS-CSTC)流程的重要步驟，是嚴(yán)格按照中國土壤系統(tǒng)分類的內(nèi)在邏輯關(guān)系而制定出計(jì)算機(jī)化流程。這里列舉出14個(gè)土綱的檢索流程，如圖10-17、10-18所示。10.5.2ASS-CSTC檢索過程及功能圖10-17ASS-CSTC中14個(gè)土綱檢索流程圖式圖10-18ASS-CSTC中雛形土亞綱的檢索流程圖式中國土壤系統(tǒng)分類數(shù)據(jù)庫(DB-CSTCD)主要采用生命周期法進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用快速應(yīng)用程序開發(fā)法、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、客戶/效勞器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)GIS技術(shù)、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫技術(shù)和軟件重用原那么進(jìn)行實(shí)施。DB-CSTC的結(jié)構(gòu)是：建立土壤地理信息系統(tǒng)的要求，開發(fā)能在因特網(wǎng)上發(fā)布多層土壤地理信息的應(yīng)用程序，其總體結(jié)構(gòu)如圖10-19所示。10.5.3中國土壤系統(tǒng)分類數(shù)據(jù)庫圖10-19DB