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基于GIS的全国耕地质量评价方法及应用

田有国  
【摘要】:我国是一个农业大国,人多地少,耕地后备资源不足。长期以来,耕地的投入与产出比例失衡,土壤养分逐渐耗竭,物理性状恶化,土壤肥力退化是我国的基本国情。耕地数量的减少与人口的增长、耕地地力与环境质量的退化、土壤污染与食品安全已成为社会各界普遍关注的问题。进行全国范围内的耕地地力调查与质量评价就显得尤为重要。为此,本文应用现代土壤资源管理的知识,结合地理信息系统技术(GIS),建立了全国耕地基础地力的指标体系;探索了基于GIS和分布式数据库技术的全国、省、县三级耕地资源信息网络体系的建设方法;建立了基于GIS的县域耕地资源管理信息系统;并应用该系统,以山东省青州市为例,实现了耕地地力的评价和耕地环境质量的评价,并对该地区耕地地力状况和耕地环境质量状况进行了分析,提出了相关的对策和建议。取得了一定的进展,主要有: 1.建立了我国耕地基础地力指标体系。本文创造性的采用了自上而下的三级控制的方法,逐步建立全国、省、县三级指标体系,从而满足不同层次的耕地评价的目的。首先组织全国土壤学方面的专家,根据我国各地气候以及地貌的特点,用穷举法列出所有可能影响耕地地力的指标,并对每一个指标的名称、释义、量纲、上下限给出准确、统一的定义并制定统一的规范。充分研究各指标之间的关系,并从中筛选出一个全国指标体系框架,建立全国耕地地力评价指标总表。各省分别组织专家,根据当地的具体情况,从全国的指标体系总表中选取相应的指标,建立省级耕地地力评价指标表。各县分别组织专家,根据各县的具体情况,从全省的指标体系表中,选取相应的指标,建立市(县)指标体系表。再由各级组织专家,采用层次分析法,分别确定各级指标表中各指标所占的权重,从而形成完整的中国耕地基础地力指标体系。 2.探索了基于GIS的全国耕地资源管理信息体系的架构。基于GIS的全国耕地资源管理信息体系包括三个方面的内容:一是建立国家、省、市、县的多级信息网络体系。实现国家、省、市、县能快速的进行信息互通、数据传递、任务发布、系统升级等工作,极大地提高全国耕地地力调查与质量评价资源管理的效率。二是建立全国耕地地力调查与质量评价资源数据库。包括建立国家级、省级中心图库(包括标准化的各级、各类成果图)与国家级、省级中心属性数据库(包括标准化的各级、各类属性数据),各县在本地建立县级图库和属性数据库。三是建立并部署全国各级耕地地力调查与质量评价系统。通过建立各级耕地地力调查与质量评价系统,地县级单位将调用县级图库和属性数据库,进行县域耕地地力调查与质量评价;国家和省级单位将从国家级和省级中心图库 获取地图,并通过对下一级单位属性数据的提取、汇总和利用获取属性数据,完成国家 和省级的耕地地力调查与质量评价工作。 3.建立了基于Gls的县域耕地资源管理信息系统。该系统主要由数据录入系统、 数据库、模型库、方法库、知识库和等几部分组成。它是结合地理信息系统技术、GIS 组件技术和面向对象的编程技术而建立起来的耕地资源信息系统。该系统以计算机硬件 技术为核心,利用GIS的数字化技术将各种专题图件分类编码,建立相应的空间数据库; 并通过相同的lD码匹配,实现了空间数据和属性数据的无缝链接。此外,本系统还提 供了耕地资源管理所必须的数据查询和检索工具,结合推荐施肥模型和土地适宜性评价 模型等,能为土地管理等政府部门提供方便、快捷的数据支持,为动态的管理土地、进 行土地利用规划提供强有力的决策支持。 4.耕地地力评价。本文以山东省青州市为例,收集与整理了相关的图件资料、数 据资料、文本资料和多媒体资料等。以土壤图和土地利用图叠加形成的单元为评价单元, 选择了灌溉保证率、坡度、地形地貌、耕层质地、土体构型、土层厚度、障碍层次状况、 有机质、有效磷、速效钾、有效锌、有效硼等12个要素作为青州市耕地地力评价的指 标,并用层次分析法建立了各指标的权重,建立相应的属性数据库和空间数据库,应用 评价模型,确定耕地的基础地力。其中一级地21788.5公顷,占耕地总面积的28.3%, 二级地19200.8公顷,占25.0%,三级地1 1277.6公顷,占14.7%,四级地8518.6公顷, 占n.1%,五级地面积为11136.7公顷,占14.5%,六级地为4962.8公顷,占6.4%。 5.耕地环境质量评价。本文以山东省青州市为例,在耕地中调查并取土样150处、 水样150处进行分析。参照绿色食品产地环境标准和无公害食品蔬菜产地环境标准,计 算各污染元素单项污染指数,应用尼梅罗指数法,分别计算水、土的综合污染指数及耕 地综合污染指数,评价耕地环境质量状况。结合耕地地力评价结果分析,一级地75处, 面积38458公顷,占总面积50%,土水综合污染指数0.71;二级地73处,面积37147 公顷,占总面积48.3%,土水综合污染指数0.70;三级地1处,面积307公顷,占总 面积0.4%,土水综合污染指数0.76;四级地l处,面积973公顷,占总面积1.3%,土 水综合污染指数0.62。全市98.7%的耕地环境质量达到发展无公害生产要求,其中98.3% 的耕地环境质量为一级、二级地,符合绿色食品要求,三级地位


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