中國土壤信息系統

最近10多年來中國科學院南京土壤研究所在中國土壤信息系統(SISChina: Soil Information System of China)建設方面取得了長足的進展,建立了一個較為系統的中國土壤信息系統,它包含了不同尺度的土壤空間數據、土壤剖面屬性數據、土壤空間與屬性融合后的土壤專題區域空間化數據、土壤類型參比數據以及應用國際土壤主流分類的中國土壤分布特征數據,基于WebGIS建立的中國土壤信息查詢系統和中國土壤參比查詢系統。

一、基礎數據源

中國土壤數據包括數字化的土壤空間數據、土壤屬性數據和土壤參比數據。這些數據一部分來自中國科學院南京土壤研究所在長期研究工作中所積累的各種土壤數據,包括所編制的各種土壤圖、土壤屬性圖和區域土壤調查報告,另一部分來自中國第二次土壤普查數據。這次土壤普查,依據全國統一的調查技術規程和土壤分類系統,從縣和鄉的土壤詳查做起,在土壤普查過程中分別采集土壤樣品和編制大比例尺土壤詳查圖,然后按地級市、省級和全國逐級匯總成圖。調查工作由經過培訓的專業隊伍進行,并普遍應用了航片和衛片土壤解譯成圖技術,保證了基礎圖件具有較高的精度。

二、數字化土壤空間數據

數字化土壤空間數據基于原始紙質土壤圖件通過數字化編制而成,共有七種不同比例尺,即1:1400萬系列、1:400萬系列、1:250萬系列、1:100萬系列、1:50萬系列、1:20萬系列和1:5萬系列。根據承載土壤信息類型的不同,可分為四種類型,即土壤圖系列、土壤基本屬性圖系列、土壤養分圖系列和土壤微量元素圖系列。已出版的全國范圍的土壤圖只有4種尺度,即1:1000萬或1:1400萬、1:400萬、1:250萬和1:100萬。1:50萬系列、1:20萬系列和1:5萬系列到目前為止還沒編制出全國性統一的土壤圖,但已編出分省、分地市和分縣土壤圖。全國土壤基本屬性圖系列共計9種,其中1:1400萬的圖件包括粘粒礦物圖、侵蝕土壤分布和分區圖及土壤侵蝕點圖、土壤利用現狀和分區圖、成土母質類型圖、酸堿度圖和質地圖;1:400萬的圖件包括質地圖和土壤改良利用分區圖。全國土壤養分圖系列,共計8種,其中1:1400萬的圖件包括有機質含量圖、磷素養分潛力圖和鉀素潛力圖;1:1200萬的圖件包括速效磷含量圖和速效鉀含量圖;1:400萬的圖件包括有機質含量圖、全磷含量圖和全鉀含量圖。全國土壤微量元素圖系列,共計11種,其中1:1400萬的圖件包括有效銅含量圖、有效鋅含量圖、有效錳含量圖和有效硼含量圖;1:1200萬的圖件包括有效鐵含量圖和有效鉬含量圖;1:400萬的圖件包括有效銅含量圖、有效鋅含量圖、有效鐵含量圖、有效錳含量圖和有效硼含量圖。

三、中國1:100萬土壤數據

中國1:100萬土壤數據庫是通過相同比例尺的數字化空間數據與土壤剖面屬性集成而建立起來的。

1、中國1:100萬土壤空間數據
中國1:100萬土壤空間數據通過相同比例尺的土壤圖數字化而得到的,中國1:100萬土壤圖的主要基礎資料是各省、市、自治區編制的省級土壤圖、相同比例尺的地形圖和衛片,并廣泛參考各省土壤志,有關的地質圖、森林分布圖、土地利用現狀圖以及過去的土壤調查資料如華北平原土壤圖等。中國1:100萬土壤圖的制圖單元共計909個。最小圖斑面積林牧區是25mm2,農區是16 mm2,學術上或生產有重要意義的土壤類型為4mm2。這是中國在豐富的野外工作和室內分析數據基礎上編成的第一套1:100萬土壤圖,也是到目前為止最為詳細的全國性土壤圖。數字化土壤圖如實地反映了原紙質土壤圖的原貌,繼承了原紙質土壤圖編制時的制圖單元,其基本制圖單元大部分為土屬,共有12個土綱,61個土類,235個亞類和909個土屬。

                   圖  基于中國土壤發生分類的中國1:100萬數字化土壤圖(土綱)
2、土壤屬性數據

土壤剖面屬性數據引自《中國土種志》以及各省數據資料,共計收集了7292個土壤剖面,每個土壤剖面的資料分為土壤特性描述和土壤分析數據二部分。土壤分析數據對于不同土壤類型而有所差別,但總的可分為土壤物理性質、土壤化學性質和土壤養分等。土壤物理性質包括土壤顆粒組成和土壤質地等,土壤化學性質如pH、有機質、CEC、交換性鹽基和交換性氫和鋁等,土壤養分如全N、全P、全K以及有效P和有效K等。

3、中國1:100萬空間化的土壤屬性數據

到目前為止還沒有編制出版全國性的1:100萬紙質土壤屬性圖,但這種狀況遠不能滿足科研、教育和生產部門的需求,為此我們采用中國1:100萬土壤圖與全國范圍內土壤剖面屬性數據融合的方法,編制成中國1:100萬數字化土壤屬性圖,而后把矢量圖轉換成柵格數據。中國1:100萬空間化的土壤屬性數據所包括土壤屬性:土壤砂粒含量、土壤粉粒含量、土壤粘粒含量、土壤容重、土壤田間持水量、土壤凋萎系數、土壤pH值、土壤全N含量等。所有柵格土壤屬性數據可以編制成不同土壤層次深度的分層數據,通常土壤剖面分層深度為0~10cm、10~20cm、20~30cm、30~70cm和大于70cm。

                     圖 中國土壤有機碳密度(0~100cm)分布
四、局部區域的土壤數據

對于只在局部地區開展工作單位,1:100萬土壤圖的精度可能不能滿足其要求,有時希望得到更詳細的土壤數據,如1:50萬、1:20萬和1:5萬的土壤數據。

五、中國土壤參比數據

土壤分類是土壤數據集成的基礎。至今國際上還沒有統一的土壤分類,只是美國農部的土壤系統分類ST(Soil Taxonomy)和FAO等國際組織制定的WRB(World Reference Base for Soil Resources)分類在國際上影響最大,成為主流分類體系,這是與國際進行學術交流的基礎和媒介,也就是說在進行國際學術交流時,涉及到有關土壤名稱就必須要使用這二個分類。目前中國積累起來的土壤數據,不管是土壤空間數據——土壤圖,還是土壤剖面屬性數據,絕大多數采用的是“中國土壤發生分類”,如紅壤、水稻土、棕壤、褐土、黃綿土等發生分類的名稱?!爸袊寥腊l生分類”自上一個世紀50年代中國開始進行土壤學研究時所采用的分類系統,逐步發展壯大,1978年建立了較為完整的體系,后被全國第二次土壤普查所采用,并繼續得到發展。但這個分類與國際上的二個主流分類——美國土壤系統分類(Soil Taxonomy)和國際土壤學會的WRB分類都不一樣,

                  圖  基于美國土壤系統分類的中國1:100萬數字化土壤圖(土綱)

這樣使中國土壤學家參與國際交流或國外土壤學家了解中國土壤都造成了極大的困難,因此,需要建立一個“中國土壤參比系統”,即以《中國土種志》和各省土種志的數據資料為基礎,由豐富土壤分類經驗的土壤學家對照各個分類系統的診斷層和診斷特性,檢索出每一個土種在上述二個國際主流分類系統中的歸屬,然后建立起它們間的參比系統。今后不管是中國的,還是國外的土壤科學家,即使是非土壤工作者,只要知道“中國土壤發生分類”名稱,就能夠參比成上述二個國際主流分類系統的名稱,并編制成分別按美國土壤系統分類(Soil Taxonomy)和國際土壤學會的WRB分類的中國1:100萬土壤圖。

六、WebGIS建立的中國土壤信息查詢系統和中國土壤參比查詢系統

采用B/S系統架構,利用WebGIS以及相關的計算機技術,在中國1:100萬土壤數據庫基礎上,以ArcIMS作為土壤地圖數據發布平臺,使用ArcSDE作為空間數據庫引擎,采用關系數據庫SQL Server 2000統一管理土壤空間數據和屬性數據,結合相應的數據庫技術,建立了中國土壤信息查詢系統和和中國土壤參比查詢系統。中國土壤信息查詢系統分為四個部分,分別提供了全國土壤的類型分布、基本屬性、養分元素含量和微量元素含量在多個尺度下土壤信息的查詢。系統提供的SQL查詢功能可以根據用戶的研究需求靈活地構建查詢表達式進行查詢,區域查詢功能則可以查詢在全國和各個行政區域內土壤類型或土壤性質的各個類型或等級(含量)分布的總面積及其占該行政區域面積的百分數。用戶可以通過友好的交互性界面便捷地查詢到盡可能多的土壤信息。中國土壤參比查詢系統,實現了GSCC到CST的“傻瓜式”參比。該系統按照參比出發點的不同,即基于單個剖面數據信息,或基于二個系統分類單元的空間分布特征,分三個子模塊,分別為基于全國尺度、區域尺度(省級)和單個土體尺度,這樣研究人員可以通過友好的交互性界面便捷地查詢到盡可能精確的土壤分類參比數據。

中國土壤信息系統由中國科學院南京土壤研究所史學正和于東升領導的團隊建立完成的。

 

地址:南京市北京東路71號南京土壤所,210008。

電話:025–86881273, 86881272。

Email: xzshi@issas.ac.cn(史學正), dshyu@issas.ac.cn(于東升)

相關參考文獻

在英文雜志上發表文章的參考文獻

Shi X. Z., D. S. Yu, E. D. Warner, W. X. Sun, G. W. Petersen and Z. T. Gong,2006,Cross-Reference System for Translating Between Genetic Soil Classification of China and Soil Taxonomy. Soil Sci. Soc. Am. J. 70(1):78-83.

Shi X.Z., D.S. Yu, E.D. Warner, X.Z. Pan, G.W. Petersen, Z.G. Gong, and D.C. Weindorf, 2004, Soil Database of 1:1,000,000 Digital Soil Survey and Reference System of the Chinese Genetic Soil Classification System. Soil Survey Horizons, 45(4): 129-136.

在中文雜志上發表文章的參考文獻

史學正、于東升、高鵬、王洪杰、孫維俠、趙永存、龔子同,2007,中國土壤信息系統(SISChina)及其應用基礎研究。土壤,39(3):329-333。

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