土地質量地球化學評價數(shù)據(jù)庫建庫方法探討
——以章丘市刁鎮(zhèn)和辛寨鎮(zhèn)為例

蔡青

(山東省地質調查院,山東省土地質量地球化學與污染防治工程技術研究中心,山東 濟南 250013)

0 引言

土地質量地球化學評價是根據(jù)影響土壤質量的有益或有毒、害元素分布及聚集遷移特征，結合地質背景、土壤環(huán)境、水環(huán)境、大氣環(huán)境等綜合地球化學指標，對土地質量現(xiàn)狀的影響程度而進行的土地質量地球化學等級評定[1]。開展土地質量地球化學調查評價工作，可以進一步摸清土壤地球化學特征、土壤有益元素分布情況、農作物及特色農產(chǎn)品適生種植和質量安全狀況。近年來，土地質量地球化學調查評價在掌握土地質量狀況、保護土地資源、控制土地的過度開發(fā)、實現(xiàn)土地的可持續(xù)利用等方面取得了諸多成效[2]。

山東省以往開展的多目標地球化學調查和農業(yè)生態(tài)地球化學調查，已取得大量成果[3-10]。在此基礎上，開展1∶5萬章丘市刁鎮(zhèn)和辛寨鎮(zhèn)土地質量地球化學調查，為該區(qū)農業(yè)種植經(jīng)濟規(guī)劃與調整，現(xiàn)代綠色農業(yè)發(fā)展和優(yōu)化、特色土地資源開發(fā)與利用提供重要依據(jù)。目前來看,土地質量地球化學評價的精確性和可靠性是前所未有的[11-12]。

土地質量地球化學調查評價數(shù)據(jù)庫是將調查中獲取的原始數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)及評價成果數(shù)據(jù)等不同階段的數(shù)據(jù)資料，進行系統(tǒng)全面地收集和整理，利用中國地調局發(fā)展研究中心下發(fā)的《土地質量地球化學調查與評價數(shù)據(jù)錄入子系統(tǒng)》將數(shù)據(jù)及資料數(shù)字化、規(guī)范化，實現(xiàn)多源、異構、海量數(shù)據(jù)的統(tǒng)一保存、管理、分析和使用[13]。

1 主要工作內容及目標

根據(jù)項目要求，按照《土地質量地球化學調查評價規(guī)范DZ/T0295-2016》內容，在充分分析評價區(qū)地質背景和元素地球化學組成、分布分配特征及以往多目標地球化學調查工作中取得數(shù)據(jù)的基礎上，開展章丘市刁鎮(zhèn)和辛寨鎮(zhèn)1∶5萬土地質量地球化學調查評價。以評價過程中獲取的土壤、大氣干(濕)沉降物、農作物、灌溉水等數(shù)據(jù)及相關資料為基礎，結合相關的土壤類型、土地利用類型、基礎地理、基礎地質等背景信息，綜合地球化學數(shù)據(jù)處理、分析與評價結果，建立數(shù)據(jù)庫。

其中調查數(shù)據(jù)及分析數(shù)據(jù)均以Access的格式錄入，實際材料圖、地球化學圖、評價圖及其相關基礎圖等圖件均以MapGIS的格式儲存。數(shù)據(jù)集的投影參數(shù)為：“北京54坐標系”、高斯-克呂格6度帶投影、中央經(jīng)線為117°、高程使用“1985國家高程基準”。

2 技術方法

刁鎮(zhèn)和辛寨鎮(zhèn)土地質量地球化學評價，涉及多種研究介質，各類采樣介質樣品布置原則、采樣方法、樣品保存與運輸、送樣原則、指標分析和質量監(jiān)控等技術要求均按照或參照《土地質量地球化學評價規(guī)范(DZ/T 0295-2016)》《多目標區(qū)域地球化學調查規(guī)范(1250000)(DZ/T 0258-2014)》《區(qū)域生態(tài)地球化學評價規(guī)范(DZ/T 0289-2015)》和《生態(tài)地球化學評價樣品分析技術要求(試行)(DD2005-03)》執(zhí)行。建庫前根據(jù)上述規(guī)范和技術要求，檢查接收到的調查資料和分析數(shù)據(jù)是否符合入庫標準。

建庫時涉及在項目實施過程中獲取到大量的采樣和分析數(shù)據(jù)。首先是樣品采樣點位信息，建庫內容為分析整理各類樣品的采樣點分布、屬性數(shù)據(jù)、野外采樣記錄GPS定位、采樣類型、采樣數(shù)量及相關樣品特征等描述信息，按照《土地質量地球化學調查評價數(shù)據(jù)庫建設規(guī)范DD2018XX》標準，導入采樣點位信息表中，創(chuàng)建數(shù)據(jù)集并生成相應的采樣點位圖。其次是與樣品分析數(shù)據(jù)有關的信息，建庫內容為針對樣品元素全量分析、有效態(tài)分析及不同形態(tài)等實驗室化驗分析數(shù)據(jù)，經(jīng)過規(guī)范整理后，導入分析數(shù)據(jù)表中，作為編制相應的地球化學成果圖的分析和評價數(shù)據(jù)基礎；樣品送樣批次信息數(shù)據(jù)根據(jù)采樣介質不同，分別導入相應數(shù)據(jù)表中；根據(jù)重復樣、標準樣及一級標樣數(shù)據(jù)來控制數(shù)據(jù)質量。最后以土地質量地球化學調查為基礎，以土地質量地球化學理論為指導[14]，對數(shù)據(jù)進行綜合的分析和研究。以MapGIS和Access為基礎信息平臺，根據(jù)《土地質量地球化學調查與評價數(shù)據(jù)錄入子系統(tǒng)》中的流程，匯總評價數(shù)據(jù)、原始圖、成果圖件、元數(shù)據(jù)、報告等文檔，最終提交數(shù)據(jù)庫成果。

3 數(shù)據(jù)庫建設

3.1 野外調查數(shù)據(jù)采集與整理

野外調查數(shù)據(jù)采集是建庫的基礎和關鍵，為確保數(shù)據(jù)的可靠性，檢查整理野外記錄數(shù)據(jù)是否有多余、重復或遺漏，數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)描述是否合理，采樣點坐標是否精確等，控制入庫數(shù)據(jù)的精度。不同介質采樣點相關描述若不符合標準要求，則需要將文字表述內容在對應值域范圍內進行改正，以確保野外采樣數(shù)據(jù)采集符合標準。

采樣記錄統(tǒng)一使用標準化的土壤采樣記錄卡，用簡明文字記錄樣品的各種特征及采樣點周圍環(huán)境特征等項內容。根據(jù)地形圖、地質圖、土壤類型等資料讀取出的各項內容也要在室內當日完成。野外記錄采用地質記錄簿，內容有：土壤顏色、土壤巖性、質地、采樣點附近的環(huán)境情況(包括種植作物名稱、地形、地貌等)，并對未采粗屑部分的主要物質、顏色、干燥程度、大體百分含量等備注說明。

錄入時以原始記錄卡為基礎，將野外記錄卡中的每一項數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)庫錄入。用于錄入建庫的野外采樣記錄需經(jīng)過三級質量檢查，自檢、互檢和抽檢，并同步記錄發(fā)現(xiàn)的問題及解決方法，控制入庫數(shù)據(jù)質量。檢查除人工核對入庫采樣信息與野外采樣記錄卡的一致性外，還可以利用MapGIS軟件進行機檢，形成采樣點位圖進行檢查修正[15]。

3.2 實驗室分析數(shù)據(jù)收集與整理

地球化學分析數(shù)據(jù)表主要對不同采樣介質的實驗室分析結果數(shù)據(jù)進行整理與規(guī)范，按標準規(guī)范中不同采樣介質、不同分析項目將分析結果分別組織、規(guī)范數(shù)據(jù)項名稱和結構，將分析結果數(shù)據(jù)內容導入標準結構表中；如存在多余重要分析數(shù)據(jù)表或數(shù)據(jù)項時，按該標準中命名要求增加相應數(shù)據(jù)表或數(shù)據(jù)項。

對調查獲取的的面積性土壤、農作物樣品和配套根系土、大氣干濕沉降物、灌溉水、化肥等樣品分送實驗室進行分析。根據(jù)“規(guī)范”和“技術要求”的規(guī)定，進行元素全量、土壤有效態(tài)、土壤形態(tài)等項目分析。接到分析報告數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)整理分析數(shù)據(jù)，掛接采樣點位坐標、環(huán)境等信息，并用于編制相關基礎性地球化學圖和評價應用圖。

3.3 評價指標數(shù)據(jù)收集與整理

評價指標數(shù)據(jù)是指在進行土地質量評價地球化學調查過程中，自行確定的用于不同介質評價選用的指標及分級標準，包括土壤養(yǎng)分、土壤環(huán)境、灌溉水環(huán)境、大氣干濕沉降環(huán)境、農作物安全性和其它介質地球化學評價指標等。主要數(shù)據(jù)項包括指標類型、最大適用比例尺、指標名稱、代表等級、含量范圍、指標單位等。山東省土地質量評價養(yǎng)分等級標準見表1。

表1 山東省土地質量評價養(yǎng)分等級標準(mg/kg)

3.4 評價成果數(shù)據(jù)生成與整理

評價單元是土地質量地球化學等級化分的最小單元[16]。章丘市刁鎮(zhèn)和辛寨鎮(zhèn)以土地利用現(xiàn)狀圖上最小地塊(圖斑)為評價單元，對元素含量和屬性數(shù)據(jù)進行分析、賦值和評價。綜合土壤養(yǎng)分、環(huán)境系列評價圖，評估工作區(qū)土壤質量等級。在此基礎上，綜合疊加大氣環(huán)境、水環(huán)境等，編制土地質量地球化學等級圖(圖1)，對工作區(qū)土地質量進行評估。

圖1 刁鎮(zhèn)辛寨鎮(zhèn)土地質量地球化學等級圖

3.5 成果數(shù)據(jù)入庫

利用數(shù)據(jù)錄入與質量檢查系統(tǒng)，將以上數(shù)據(jù)表的格式和內容規(guī)范正確地匯總在一起。

3.5.1 確立數(shù)據(jù)庫名稱及相關屬性

打開錄入子系統(tǒng)，選擇項目菜單下的新建項目，完善項目庫屬性?？蚣苓x擇項目組提供的“土地質量地球化學調查關系數(shù)據(jù)框架”，補充項目比例尺、數(shù)據(jù)庫名及數(shù)據(jù)庫存放位置。

3.5.2 數(shù)據(jù)整理與導入

系統(tǒng)支持Excel表和Access表兩種原始數(shù)據(jù)表格式。創(chuàng)建數(shù)據(jù)表內容包括三級分類。一級分類分別為基礎背景數(shù)據(jù)(JC)、調查分析數(shù)據(jù)(DC)、實驗室質量監(jiān)控信息(QT)、評價指標數(shù)據(jù)(ZB)、評價結果數(shù)據(jù)(PJ)五大類。二級分類主要是對不同采樣介質進行區(qū)分，如土壤、根系土、灌溉水、農作物等。三級分類則是選取原始背景的基本信息數(shù)據(jù)表和調查評價的結果數(shù)據(jù)表。按照土壤、農作物、灌溉水等介質不同，數(shù)據(jù)結構做了細致的劃分。通過數(shù)據(jù)表命名規(guī)則，亦可以快速判斷此表的數(shù)據(jù)內容(表2)。將實際生產(chǎn)過程中生成的數(shù)據(jù)表整理后，相同字段進行匹配，導入至標準框架表中，完成對數(shù)據(jù)的標準化。

在子系統(tǒng)導入模塊中，可以導出各種數(shù)據(jù)表模板，其中包含規(guī)范要求中數(shù)據(jù)表的所有的字段名稱、順序及字段大小、是否為必填項等格式內容。必填字段與可選字段由不同顏色標記，建庫人員可以清晰的判斷字段是否可以有空項，從而保證數(shù)據(jù)的完整性。從初始資料開始，嚴格按照數(shù)據(jù)標準進行整理，在最終數(shù)據(jù)導入時，可以大量減少出錯情況，提高效率，較快完成數(shù)據(jù)的規(guī)范導入。

表2 土地質量地球化學調查評價數(shù)據(jù)分類

原始資料與數(shù)據(jù)規(guī)范要求不符時，不能成功導入。導入過程中，系統(tǒng)提示錯誤原因信息，方便建庫人員盡快找到出錯原因，并按提示進行修改。不同介質和不同類型數(shù)據(jù)都可以在標準框架表中找到。數(shù)據(jù)導入的過程也是一次數(shù)據(jù)檢查的過程，只有完全符合數(shù)據(jù)項要求，才能成功導入，這樣很好的保證了入庫數(shù)據(jù)的準確率和數(shù)據(jù)質量(圖2)。

圖2 數(shù)據(jù)導入界面

3.5.3 數(shù)據(jù)瀏覽和檢查

數(shù)據(jù)表導入后，所有不同類型數(shù)據(jù)表都存放在數(shù)據(jù)工程列表中。根據(jù)標準命名規(guī)則，可以快速找到要使用的數(shù)據(jù)表。原始數(shù)據(jù)表和導入標準庫后的數(shù)據(jù)表都可以進行瀏覽和檢查(圖3)。

圖3 數(shù)據(jù)瀏覽界面

3.6 其他資料整理

使用元數(shù)據(jù)采集器(Access)V1.2創(chuàng)建元數(shù)據(jù)庫，以工作區(qū)為單元，采用XML格式。整理數(shù)據(jù)庫建庫過程中的說明性文件皆采用word文件格式，認真填寫質量檢查記錄、自檢、小組互檢及抽樣檢查表，編寫工作報告等資料。數(shù)據(jù)表、原始圖、成果圖、元數(shù)據(jù)庫、報告及質量監(jiān)控文檔組成完整的土地質量地球化學評價成果數(shù)據(jù)庫。

4 結語

評價成果將為今后土地資源合理利用以及構建數(shù)字化管理平臺提供基礎數(shù)據(jù)[17]。

以調查數(shù)據(jù)資料為基礎，建立包括區(qū)域地理地質、地形地貌、土壤類型及土地利用等基礎空間數(shù)據(jù)庫；建立以土壤、灌溉水、農作物等介質的工作區(qū)采樣布置、土壤化學元素分布及變化、土壤污染分級、土壤元素環(huán)境和養(yǎng)分分級等為核心的空間評價數(shù)據(jù)庫；完成土地規(guī)劃圖、特色農產(chǎn)品種植規(guī)劃建議圖、施肥建議圖等各種成果圖件的評價數(shù)據(jù)庫。實現(xiàn)了對樣品及相應的眾多的化驗分析數(shù)據(jù)的科學有效的管理，方便提取和應用，使得成果表達標準化和科學化,為評價區(qū)土地質量地球化學調查評價和總體綜合研究提供了基礎數(shù)據(jù)資料。