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              中國科學院

              中國土壤信息系統

              最近10多年来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)建设方面取得了长足的进展,建立了一个较为系统的中國土壤信息系統,它包含了不同尺度的土壤空间数据、土壤剖面属性数据、土壤空间与属性融合后的土壤专题区域空间化数据、土壤类型参比数据以及应用国际土壤主流分类的中国土壤分布特征数据,基于WebGIS建立的中国土壤信息查询系统和中国土壤参比查询系统。

              一、基礎數據源

              中国土壤數據包括数字化的土壤空间数据、土壤属性数据和土壤参比数据。这些数据一部分来自中國科學院南京土壤研究所在长期研究工作中所积累的各种土壤數據,包括所编制的各种土壤图、土壤属性图和区域土壤调查报告,另一部分来自中国第二次土壤普查数据。这次土壤普查,依据全国统一的调查技术规程和土壤分类系统,从县和乡的土壤详查做起,在土壤普查过程中分别采集土壤样品和编制大比例尺土壤详查图,然后按地级市、省级和全国逐级汇总成图。调查工作由经过培训的专业队伍进行,并普遍应用了航片和卫片土壤解译成图技术,保证了基础图件具有较高的精度。

              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,可分爲四種類型,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。已出版的全國範圍的土壤圖只有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1:5萬系列到目前爲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钼含量圖;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、中国1:100万土壤數據

              中国1:100万土壤數據库是通过相同比例尺的数字化空间数据与土壤剖面属性集成而建立起来的。

              1、中國1:100萬土壤空間數據
              中国1:100万土壤空间数据通过相同比例尺的土壤图数字化而得到的,中国1:100万土壤图的主要基础材料是各省、市、自治区编制的省级土壤图、相同比例尺的地形图和卫片,并广泛参考各省土壤志,有关的地质图、森林分布图、土地利用现状图以及过去的土壤调查材料如华北平原土壤图等。中国1:100万土壤图的制图单元共计909个。最小图斑面积林牧区是25mm2,农区是16 mm2,学术上或生产有关键意义的土壤类型为4mm2。这是中国在丰富的野外工作和室内分析数据基础上编成的第一套1:100万土壤图,也是到目前为止最为详细的全国性土壤图。数字化土壤图如实地反映了原纸质土壤图的原貌,继承了原纸质土壤图编制时的制图单元,其基本制图单元大部分为土属,共有12个土纲,61个土类,235个亚类和909个土属。

                                 图  基于中国土壤发生分类的中国1:100万数字化土壤图(土纲)
              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爲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,但總的可分爲土壤物理性質、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

              到目前爲止還沒有編制出版全國性的1:100萬紙質土壤屬性圖,但這種狀況遠不可滿足科研、教育和生産部門的需求,爲此我們采用中國1:100萬土壤圖與全國範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,而後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爲0~10cm、10~20cm、20~30cm、30~70cm和大于70cm。

                                   图 中国土壤有机碳密度(0~100cm)分布
              四、局部区域的土壤數據

              对于只在局部地区开展工作单位,1:100万土壤图的精度可能不可满足其要求,有时希望得到更详细的土壤數據,如1:50万、1:20万和1:5万的土壤數據。

              五、中國土壤參比數據

              土壤分类是土壤數據集成的基础。至今国际上还没有统一的土壤分类,只是美国农部的土壤系统分类ST(Soil Taxonomy)和FAO等国际组织制定的WRB(World Reference Base for Soil Resources)分类在国际上影响最大,成为主流分类体系,这是与国际进行学术交流的基础和媒介,也就是说在进行国际学术交流时,涉及到有关土壤名称就必须要使用这二个分类。目前中国积累起来的土壤數據,不管是土壤空间数据——土壤图,还是土壤剖面属性数据,绝大多数采用的是“中国土壤发生分类”,如红壤、水稻土、棕壤、褐土、黄绵土等发生分类的名称。“中国土壤发生分类”自上一个世纪50年代中国开始进行土壤学研究时所采用的分类系统,逐步发展壮大,1978年建立了较为完整的体系,后被全国第二次土壤普查所采用,并继续得到发展。但这个分类与国际上的二个主流分类——美国土壤系统分类(Soil Taxonomy)和国际土壤學會的WRB分类都不一样,

                                图  基于美国土壤系统分类的中国1:100万数字化土壤图(土纲)

              这样使中国土壤学家参与国际交流或国外土壤学家了解中国土壤都造成了极大的困难,因此,需求建立一个“中国土壤参比系统”,即以《中国土种志》和各省土种志的数据材料为基础,由丰富土壤分类经验的土壤学家对照各个分类系统的诊断层和诊断特性,检索出每一个土种在上述二个国际主流分类系统中的归属,然后建立起它们间的参比系统。今后不管是中国的,还是国外的土壤科学家,即使是非土壤工作者,只要知道“中国土壤发生分类”名称,就能够参比成上述二个国际主流分类系统的名称,并编制成分别按美国土壤系统分类(Soil Taxonomy)和国际土壤學會的WRB分类的中国1:100万土壤图。

              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系统架构,利用WebGIS以及相关的计算机技术,在中国1:100万土壤數據库基础上,以ArcIMS作为土壤地图数据发布平台,使用ArcSDE作为空间数据库引擎,采用关系数据库SQL Server 2000统一管理土壤空间数据和属性数据,结合相应的数据库技术,建立了中国土壤信息查询系统和和中国土壤参比查询系统。中国土壤信息查询系统分为四个部分,分别提供了全国土壤的类型分布、基本属性、营养元素含量和微量元素含量在多个尺度下土壤信息的查询。系统提供的SQL查询功能可以根据用户的研究需求灵活地构建查询表达式进行查询,区域查询功能则可以查询在全国和各个行政区域内土壤类型或土壤性质的各个类型或等级(含量)分布的总面积及其占该行政区域面积的百分数。用户可以通过友好的交互性界面便捷地查询到尽可能多的土壤信息。中国土壤参比查询系统,落实了GSCC到CST的“傻瓜式”参比。该系统按照参比出发点的不同,即基于单个剖面数据信息,或基于二个系统分类单元的空间分布特征,分三个子模块,分别为基于全国尺度、区域尺度(省级)和单个土体尺度,这样研究人员可以通过友好的交互性界面便捷地查询到尽可能精确的土壤分类参比数据。

              中國土壤信息系統由中國科學院南京土壤研究所史学正和于东升领导的团队建立完成的。

               

              地址:南京市北京東路71號南京土壤所,210008。

              电话: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

              史学正、于东升、高鹏、王洪杰、孙维侠、赵永存、龚子同,2007,中國土壤信息系統(SISChina)及其应用基础研究。土壤,39(3):329-333。

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