Soter土地資源數(shù)據(jù)庫(kù)研究進(jìn)展及其在湖北省的應(yīng)用前景

徐志華

摘要：數(shù)據(jù)庫(kù)迅速發(fā)展，近些年來(lái)在全世界得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)自身也在不斷完善更新。本文介紹了Soter數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展歷史，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)原理及特點(diǎn)，該數(shù)據(jù)庫(kù)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用研究進(jìn)展，在國(guó)內(nèi)外不同比尺度條件下均取得了不錯(cuò)的效果。湖北省環(huán)境破壞，水土流失嚴(yán)重，有必要引進(jìn)這一技術(shù)工作來(lái)指導(dǎo)相關(guān)政策制定，同時(shí)地質(zhì)地形的差異性也提供了客觀條件。

關(guān)鍵詞：Soter數(shù)據(jù)庫(kù)；土地；地質(zhì)地形；地理信息系統(tǒng)；湖北省

1. 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，人口的劇增、環(huán)境污染、土地的退化、地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重威脅我們社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。如何精確掌握大量的土地資源動(dòng)態(tài)變化信息，并據(jù)此做出決策，這迫切需要相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)工具來(lái)對(duì)此進(jìn)行分析。全稱土壤—地體數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù)（Soiland Terrain Digital Database，簡(jiǎn)稱Soter）是利用目前已有的信息技術(shù)，包括遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)，建立的包含土壤地圖單元及其屬性的空間—屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。其通過(guò)對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)土地類型的系統(tǒng)辨識(shí)，構(gòu)建起電子化的土壤空間單元和屬性數(shù)據(jù)相結(jié)合的數(shù)據(jù)庫(kù)。它是以土壤資源和環(huán)境變化作為主要研究?jī)?nèi)容，是一個(gè)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)研究土地土壤與時(shí)空關(guān)系的動(dòng)態(tài)變化。Soter能夠?qū)⒌匦误w和土壤信息與全球的GIS/GPS系統(tǒng)連接和疊加，為土壤信息系統(tǒng)走向規(guī)范化、全球化、實(shí)用化奠定了理論基礎(chǔ)，很大程度上擴(kuò)大了其數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)類型，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、城鄉(xiāng)規(guī)劃提供了可供參考的海量信息[1—3]。因此其不僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的GIS數(shù)據(jù)庫(kù)，更是一個(gè)多元化的信息系統(tǒng)，在資源與環(huán)境管理，災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)防，國(guó)土整治，作物估產(chǎn)有著廣闊的應(yīng)用前景[4]。

自20世紀(jì)七八十年代開(kāi)發(fā)以來(lái)，該數(shù)據(jù)庫(kù)迅速發(fā)展，近些年來(lái)在全世界得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)自身也在不斷完善更新，基于此本文在介紹Soter數(shù)據(jù)庫(kù)原理特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用進(jìn)展的基礎(chǔ)上，討論了其在湖北省利用的可行性，以期為后續(xù)土地資源評(píng)價(jià)和規(guī)劃提供理論依據(jù)。

2. Soter數(shù)據(jù)庫(kù)原理及特點(diǎn)

SOTER的數(shù)據(jù)組織包含兩種類型的數(shù)據(jù)：土壤和地形體，這屬于空間數(shù)據(jù)，指物體的點(diǎn)線面及其拓?fù)潢P(guān)系，另一部分為屬性數(shù)據(jù)，包含土地利用、土地覆蓋、植被、氣候、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等。空間數(shù)據(jù)由地理信息系統(tǒng)（GIS）儲(chǔ)存管理，而屬性數(shù)據(jù)則由關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（RDBMS）儲(chǔ)存管理（圖1） ，每一個(gè)單元均可電子化為描述數(shù)據(jù)（地形地貌，植被等）和量化數(shù)據(jù)（面積，高程，pH-Eh等）。GIS和RDBMS共用同一個(gè)ID識(shí)別號(hào)將每一個(gè)SOTER單元里面的信息連接起來(lái)，所有單元組合在一起，其包含的空間—屬性數(shù)據(jù)及其相互關(guān)系即構(gòu)成了SOTER數(shù)據(jù)庫(kù)[1，2，5]。其空間單元按規(guī)模依次分為如下三類，地形體，地形體組分，土壤組分，反映土壤類型。屬性數(shù)據(jù)表格包括地形體地形特征表格，地形體組分特表格，特定土壤類型特征表格，土地利用和植被覆蓋特征表格，氣象特征表格。

Soter數(shù)據(jù)庫(kù)主要有以下特點(diǎn)：一.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和調(diào)用結(jié)構(gòu)化框架簡(jiǎn)單方便，能夠滿足不同比例尺下制圖的需求。二.單元?jiǎng)澐志C合考慮到了地形、母質(zhì)的差異，可直接用作評(píng)價(jià)單元，為開(kāi)展相關(guān)評(píng)價(jià)研究提供了方便。三.包含信息量豐富，即使100萬(wàn)比例尺也能很方便地提取表格或地圖信息。除了制圖區(qū)域的地形數(shù)據(jù)，還包括了與制圖單元相關(guān)的大量屬性數(shù)據(jù)，記錄了土壤及其環(huán)境變化特征，后續(xù)應(yīng)用，如土壤流失、城鄉(xiāng)規(guī)劃、環(huán)境評(píng)價(jià)等奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。四. 兼容性強(qiáng)，能夠與國(guó)內(nèi)外其它資源數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)換兼容，擴(kuò)大了數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用面。數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)完善，在運(yùn)用過(guò)程中能夠定期更新、修改和完善。整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)組織結(jié)構(gòu)清晰，易于調(diào)試、維護(hù)、更新。五.前期數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，數(shù)據(jù)庫(kù)建立過(guò)程中一套系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)則，后續(xù)可以方便地轉(zhuǎn)移交流和共享。例如在土壤劃分上，SOTER要求按FAO-Unesco方案執(zhí)行，但是地形劃分上并沒(méi)有一個(gè)通用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，為此專門設(shè)計(jì)了Soter自己的體系。這為SOTER信息交流、共享提供了方便[2，4]。

總之，該數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)用方便，數(shù)據(jù)豐富。相比較于傳統(tǒng)地圖制圖，其不僅包含了空間信息，還寫進(jìn)了大量的屬性信息，而且還是一一對(duì)應(yīng)的，這是前者無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。另外由于地形電子化，一些之前受比例尺限制的而無(wú)法表達(dá)的重要信息在soter環(huán)境下可以很方便地存儲(chǔ)，這些信息同樣具有統(tǒng)一格式和標(biāo)準(zhǔn)。

3. Soter數(shù)據(jù)庫(kù)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展及應(yīng)用

自從1985年國(guó)際土壤學(xué)會(huì)論證建立1∶100萬(wàn)土壤—一地形數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù)的可行性，開(kāi)始，到1986年的瓦格尼根和1987年的內(nèi)畢羅有關(guān)土壤學(xué)科國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上開(kāi)展嫌棄工作，Soter數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)始建立。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織在1992年開(kāi)始使用該數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)已有的世界土壤、土地和資源等數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和更新，并在一些國(guó)家和地區(qū)付諸實(shí)踐。這些應(yīng)用在不同的區(qū)域規(guī)模（500萬(wàn)到250萬(wàn)）下在20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)都得到了驗(yàn)證，取得了良好的效果。在前南斯拉夫，保加利亞等地區(qū)進(jìn)行的土壤退化和脆弱性評(píng)價(jià)研究，拉丁美洲及加勒比海地區(qū)1∶500萬(wàn)SOTER數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)完成，在肯尼亞等國(guó)進(jìn)行了土地應(yīng)用系統(tǒng)、水土流失，荒漠化治理等方面的應(yīng)用。前期工作主要集中在小比例尺地體上，但是對(duì)于區(qū)域性的小范圍的土壤—地形數(shù)據(jù)，仍然顯得粗糙和不準(zhǔn)確。1997年之后，隨著小比例尺SOTER數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和發(fā)展，大、中比例尺建庫(kù)工作很快實(shí)施開(kāi)來(lái)。例如匈牙利1∶50萬(wàn)國(guó)家SOTER數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)完成，在此基礎(chǔ)上后續(xù)工作如農(nóng)業(yè)適宜性評(píng)價(jià)、土壤退化模型研究、滑坡災(zāi)害治理、土壤污染定量評(píng)價(jià)得到了補(bǔ)充[8]。

我國(guó)SOTER圖件和應(yīng)用情況鍵表1。面上的全國(guó)范圍1∶400萬(wàn)數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)開(kāi)始建立。山東省還對(duì)1∶100萬(wàn)全省SOTER數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了研究。更大比例尺上在也在長(zhǎng)江中下游成都平原和海南省局部地區(qū)開(kāi)展了大、中比例尺度的SOTER數(shù)據(jù)庫(kù)建立研究嘗試研究，更大比例尺1∶5萬(wàn)～1∶2.5萬(wàn)SOTER數(shù)據(jù)庫(kù)的建立部分省份區(qū)域已有嘗試，后續(xù)應(yīng)用主要集中在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力評(píng)價(jià)，農(nóng)用地適宜性評(píng)價(jià)，耕地力評(píng)價(jià)和水土流失治理等方面[3，5，8]。

目前為止其主要應(yīng)用體現(xiàn)在如下幾方面：一，土地利用規(guī)劃。SOTER數(shù)據(jù)庫(kù)可以提供不同尺度下的土地資源分析評(píng)價(jià)所需的土壤數(shù)據(jù)，尤其在土地適宜性評(píng)價(jià)中，化學(xué)成分，物理化學(xué)條件，地理?xiàng)l件，水文狀態(tài)，土壤的地球物理性質(zhì)等等這些數(shù)據(jù)均可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行發(fā)掘整理和分析。二，水土流失評(píng)價(jià)和治理。對(duì)于Soter數(shù)據(jù)單元的侵蝕危險(xiǎn)性，可以建立相關(guān)地學(xué)模型，邊坡穩(wěn)定性，土壤結(jié)構(gòu)，氣候數(shù)據(jù)之間的耦合可以為相關(guān)模型提供數(shù)據(jù)支撐，在肯尼亞，海南省局部開(kāi)展的此類工作取得了良好的效果。三，土地退化評(píng)價(jià)。在給定的自然條件變量（土壤，土地變遷，溫度，降雨量，地理位置），可以預(yù)測(cè)由于土地退化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。四，指導(dǎo)農(nóng)田生產(chǎn)。運(yùn)用3S技術(shù)（遙感RS、地理信息系統(tǒng)GIS、全球定位系統(tǒng)GPS等），建立不同比例尺的SOTER數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)區(qū)域作物區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)的管理，提取影響產(chǎn)量的關(guān)鍵因子并在實(shí)踐生產(chǎn)中進(jìn)行調(diào)理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量最大化，并減少成本和對(duì)環(huán)境的污染，做到可持續(xù)發(fā)展。

4. Soter在湖北省的應(yīng)用前景

湖北省作為中部工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大省，近年來(lái)現(xiàn)代化、工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，人類的不合理活動(dòng)造成了一系列嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，水土流失不斷產(chǎn)生，加之地理區(qū)位、土壤地質(zhì)、水資源分布等自然因素，湖北省成為全國(guó)水土流失嚴(yán)重的省份之一。1994年水土流失面積達(dá)6.85萬(wàn)平方公里。，20余年來(lái)各方采取措施面積有所減少，目前仍有3.69萬(wàn)平方公里，占到國(guó)土面積的約20%。水土流失還造成地力下降、泥沙淤積、湖泊萎縮、山體裸露、生態(tài)失衡，既給防洪保安帶來(lái)不利，又嚴(yán)重制約山丘地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與脫貧致富。Soter方法在湖北省的開(kāi)展為解決這些環(huán)境問(wèn)題提供了新的技術(shù)持。湖北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r在中部處于領(lǐng)先地位，同時(shí)省內(nèi)各區(qū)縣差異明顯，武漢—襄陽(yáng)—異常一線發(fā)展迅速，鄂西南和鄂西北相對(duì)緩慢。湖北省的Soter數(shù)據(jù)庫(kù)建立工作對(duì)環(huán)境保護(hù)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，同時(shí)也為其他區(qū)域開(kāi)展此類研究提供了可供借鑒的案例。開(kāi)展Soter研究，對(duì)于提高土地利用率，防止土壤退化，減少土壤侵蝕，提高土壤肥力等方面，是非常有必要的，同時(shí)可定量化的描述個(gè)數(shù)據(jù)單元的地形—地形體—地形體組分信息，為治理水土流失制定政策提供依據(jù)。這些都是開(kāi)展Soter數(shù)據(jù)庫(kù)研究的必要性，下面敘述充分性。

Soter數(shù)據(jù)庫(kù)需要研究區(qū)域具有地質(zhì)、地形和土壤條件的差異，土壤資源的多樣性是一個(gè)很重要的基礎(chǔ)。湖北省土壤類型較為復(fù)雜，主要有水稻土、潮土、黃棕壤、黃褐土、石灰（巖）土、紅壤、黃壤及紫色土等，這8個(gè)土類占全省總耕地面積的98.65%。地形方面，湖北省正處于中國(guó)地勢(shì)第二級(jí)階梯向第三級(jí)階梯過(guò)渡地帶，地貌類型多樣，山地、丘陵、崗地和平原兼?zhèn)洹５貏?shì)高低相差懸殊，東部平原有些區(qū)域地面高程為零。全省西、北、東三面被武陵山、巫山、大巴山、武當(dāng)山、桐柏山、大別山、幕阜山等山地環(huán)繞，山前丘陵崗地廣布，中南部為江漢平原，與湖南省洞庭湖平原連成一片。全省地勢(shì)呈三面高起、中間低平、向南敞開(kāi)、北有缺口的不完整盆地。這些差異均為開(kāi)展Soter數(shù)據(jù)庫(kù)研究提供了充分的條件。

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