塞罕壩林場土壤智能化系統(tǒng)建設(shè)初探

孫國慶

（河北省塞罕壩機(jī)械林場 河北圍場 068450）

塞罕壩林場是集“森林-草原-濕地”為一體的復(fù)合型生態(tài)系統(tǒng)，無論是培育了上萬畝林海的林業(yè)用地，還是一望無垠的草原用地，亦或生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜的濕地，首當(dāng)其沖的物質(zhì)基礎(chǔ)就是土壤。土壤是塞罕壩林場森林生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，在森林建設(shè)過程中往往得不到應(yīng)有的重視。因此，做好森林土壤管理是森林發(fā)展不可忽視的重要工作。

1 塞罕壩林場綠地土壤使用現(xiàn)狀

塞罕壩林場的土壤多數(shù)為紅土地和黑土地，砂石地、山丘、曼甸地形較多，長年降水量較少，土壤比較干旱。土地使用主要是以林地、草地、更低、建設(shè)用地、其他類型為主。其中，林地使用土壤面積172452hm2，占土地總面積的63.71%；草地土壤使用面積75768hm2，占27.9%；耕地面 積13554hm2，占5.01%；建 設(shè) 用 地 面 積1441hm2，占0.53%；其他地類總面積7473hm2，占2.76%。塞罕壩林場地處森林、草原、沙漠交錯帶，土壤生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多樣，生物多樣性豐富，林場內(nèi)的土壤植物主要由針葉林、闊葉林、灌叢、草叢、草甸和沼生植被組成。轄區(qū)內(nèi)濕地面積15700hm2，土壤使用率較高，綠化程度豐富。

2 塞罕壩林場土壤管理存在的問題

2.1 數(shù)據(jù)較為分散，土壤利用率不高經(jīng)過多年的工作，塞罕壩在土壤的研究方面取得了一定的進(jìn)展，積累了較多的經(jīng)驗(yàn)，諸如土壤水分管理、土壤的病蟲害調(diào)查、綠化植物的配置方面采集了各方面的數(shù)據(jù)。但這些數(shù)據(jù)在實(shí)際的土壤使用過程中的發(fā)揮作用的程度還不夠高，數(shù)據(jù)的有效利用率仍處于較低的水平。

2.2 研究層面和一線施工層面的智能化水平低一線的攻堅(jiān)造林、病蟲害調(diào)查等土壤的維護(hù)、使用、管理中心，總會遇到一些難以解決的問題，總是需要咨詢研究人員或?qū)＜乙郧髱椭５悄壳傲謭鐾寥赖难芯恐笇?dǎo)專家還處于較為高層次的研究階段，指導(dǎo)工作還是最為原始的現(xiàn)場指導(dǎo)為主，缺少智能化的幫助，無法使指導(dǎo)工作多元化、及時化、精確化。

2.3 土壤管理信息欠直觀化近些年來，研究者對林場土壤的研究信息和數(shù)據(jù)主要來源于資料匯報(bào)、現(xiàn)場考察，這些方法費(fèi)時費(fèi)力，往往不能做到隨時、隨地、隨實(shí)際情況地去掌握和了解，同時對土壤信息的掌握不夠直觀、不夠及時。

3 塞罕壩土壤管理解決方案

3.1 提升使用率全面勘察林場土壤的使用情況，收集土壤使用信息數(shù)據(jù)，對土壤的使用進(jìn)行合理分類。平坦的土地可以栽種有價(jià)值的樹木、藥材等；山丘、曼甸等空閑土壤可以進(jìn)行攻堅(jiān)造林、灌木叢種植；稀疏林地可以栽種林下植物，使土壤的使用更加多樣化、復(fù)雜化，培育良好的土壤使用系統(tǒng)。

3.2 加大土壤的數(shù)據(jù)采集傳統(tǒng)的土壤數(shù)據(jù)研究主要源于實(shí)地現(xiàn)場的調(diào)查和分析，隨著近些年互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和使用，高科技逐步使用的土壤數(shù)據(jù)的采集中，可以在土壤中加裝傳感器，適時測量土壤中的水分和化學(xué)因子的變化；加裝墑情自動化監(jiān)控傳感器，監(jiān)測土壤的溫度、濕度，根據(jù)不同的溫度、濕度進(jìn)行合理化應(yīng)用；借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬出土壤的變化，得出結(jié)論，做成智能化的成果，直接用于初級的土壤智能管理，用于土壤指導(dǎo)和解決一線工作人員的實(shí)際問題；依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對林場需水量較大的植物進(jìn)行精確化灌溉，保證水分的及時補(bǔ)充。

3.3 提供智能化服務(wù)未來的土壤數(shù)據(jù)的收集主要來源于嵌入和安裝到各個土壤層面的裝備和傳感器，以及借助GIS和GPS天地一體化的空間信息觀測和測量系統(tǒng)。同時，將收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)分類處理，將各類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可用的信息和知識，為林場土地的使用、升級、改造提供智能化。將智慧化的發(fā)展理念運(yùn)用到林場綠地土壤的管理中，建設(shè)一套智慧林場土壤管理系統(tǒng)，是林場土壤智能化運(yùn)用的有效解決途徑。

4 綠地土壤管理設(shè)計(jì)方案

借助土壤的智能化和智慧化理念，以互聯(lián)網(wǎng)和基礎(chǔ)，建設(shè)林場土壤職能管理系統(tǒng)，是解決林場土壤存在問題的重要手段，在智能化的研究過程中，信息系統(tǒng)主要由以下3個層次板塊構(gòu)成：

4.1 智能數(shù)據(jù)層面土壤基層數(shù)據(jù)的感知層，是未來土壤智能化管理的基礎(chǔ)，主要包含林地小班圖、土壤綠化使用現(xiàn)狀分布圖等圖形數(shù)據(jù)，土壤各項(xiàng)數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測、土壤栽種植物信息等數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)一部分來源于現(xiàn)場的調(diào)查和采集，但是未來的智能化建設(shè)過程中主要來源于在線傳感器捕獲的適時數(shù)據(jù)，智能數(shù)據(jù)層面主要可以解決土壤研究數(shù)據(jù)多而分散、利用率較低的問題。

4.2 轉(zhuǎn)化知識層面對采集到的數(shù)據(jù)和信息，按分類進(jìn)行不同的整合和管理，是數(shù)據(jù)信息處理平臺的基礎(chǔ)。該層面主要包含土壤的質(zhì)量評價(jià)、品質(zhì)的提升、土壤改良措施等，這些數(shù)據(jù)可以利用系統(tǒng)和設(shè)計(jì)規(guī)劃方案、推薦治理手段等管理服務(wù)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)化知識層面主要包含數(shù)據(jù)的系統(tǒng)處理，利用系統(tǒng)模型對不同時段收集的數(shù)據(jù)在平臺進(jìn)行計(jì)算，從而得出土壤想要的質(zhì)量評價(jià)結(jié)果、土壤質(zhì)量提升方案、土壤改良措施等，進(jìn)而指導(dǎo)實(shí)際的工作方法，該層級是土壤智慧化、智能化管理的核心。

4.3 實(shí)際應(yīng)用層面將轉(zhuǎn)化知識層面得到的數(shù)據(jù)信息應(yīng)用于土壤管理的各個方面，可以實(shí)現(xiàn)智能化管理的真正價(jià)值。借助得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的分析，將林場提出的造林綠化、管理方案，推送到幾層的管理層、一線的實(shí)際工作者和需要的大眾群體工作者中，有需求的各類使用者可以分權(quán)限查閱自己所需要的數(shù)據(jù)。實(shí)際應(yīng)用層面的主要功能為實(shí)際使用，基層管理層將所得到的知識成果運(yùn)用到綠化方案和實(shí)際規(guī)劃中；一線工作者借助土壤的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理利用土壤，來解決工作中存在的問題和難點(diǎn)，大眾群體可以用這些結(jié)果滿足自身的需求和愛好，該層面可以解決管理層對土壤管理信息的掌握欠缺直觀化的問題。

5 結(jié)語

借助智能化和互聯(lián)網(wǎng)，用現(xiàn)代化的手段解決塞罕壩林場土壤管理中存在問題，開發(fā)出兼具數(shù)據(jù)采集、知識轉(zhuǎn)化、實(shí)際應(yīng)用3個層面的土壤管理系統(tǒng)，此方法在土壤的理論研究上具有可行性，但是在實(shí)際的使用過程中還需具體問題具體分析?？傮w來說，建設(shè)林場土壤的智能化管理系統(tǒng)，可以豐富智慧化林場的建設(shè)內(nèi)容，填補(bǔ)土壤生態(tài)環(huán)境的管理空白，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化林場、智能化林場建設(shè)提供支撐。