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土壤环境信息系统
1. 中国土壤污染与防治对策 2. 土壤信息系统
3. 场地调查与修复
主要内容
土壤信息系统的兴起和发展 土壤信息系统的有关概念 土壤信息系统构成 土壤信息系统的建立与功能
中国土壤数据库的建立
土壤数据的拓展：土壤参比与查询系统研究 土壤数据的拓展：土壤碳循环与应对全球变化
土壤数据
土壤特征：空间位置、属性特性及时段特征 土壤数据通常分为 土壤空间数据：表征土壤空间位置的数据 土壤属性数据：表征土壤性质的数据 土壤时段数据：表征不同时间段的土壤数据
土壤数据
土壤属性数据：又称土壤非空间数据 是属于一定实体、描述其特征的定性或定量数据 描述了土壤信息的非空间组成部分 如土壤pH、土壤有机质、土壤质地、土壤全N、P和K 土壤速效K和P等
负责建立国家土壤地理数据库系统
NASIS(美国国家土壤信息系统)
根据用户需求分成下面三个数据库 土壤应用数据库 土壤解译数据库及 土壤地理数据库
土壤应用数据库分为下面4个子库
土壤特性数据库 土壤工程测试数据库 土壤林地和防风林数据库 土壤草地数据库
NASIS(美国国家土壤信息系统)
土壤地理数据库
时序性
土壤信息具有时间尺度（1980年、2000年、2011年）
土壤信息系统
土壤信息系统SIS(Soil Information System)
是一种决策支持系统
具有信息系统的各种特点
以土壤空间数据库为基础，采用模型分析方法
适时提供多种空间的和动态的有关土壤信息 是有关土壤研究和决策服务的计算机技术系统
对土壤信息的需求越来越多
农、林和水利业部门（空间分布数据） 根据土壤质量状况, 实现土壤资源的合理利用和保护 估算区域性作物、森林和草原的生产力 制订全国和区域化肥生产种类和数量的规划 提出因地和适时的施肥方式 (实现不同尺度的精准农业) 建设绿色食品生产基地 WTO（环境壁垒） 国土部门（空间分布数据） 土地利用规划与保护 环保与人居环境（空间分布数据） 农业非点源对水体污染贡献率的估算(外国64%) 四川蚂蚁防治：地基土壤性质与农药降解，越慢越好
（2）软件系统
Workstation Arc/info
基于拓扑数据模型 实现了图库（Map Library）的管理
具有栅格数据分析功能
支持栅格矢量一体化查询和叠加显示
提供了最基本的数据录入、编辑、投影转换、
制图输出、查询分析以及分析功能。 提供了二次开发语言AML以及开发环境ODE
（2）软件系统
土壤信息系统软件及支撑软件：土壤信息系统软件包 包括数据库管理、计算机图形和图象处理以及空间数 据输入、储存、转换、输出和与用户接口等软件 应用分析程序： 系统开发人员或用户根据土壤的专题或区域分析模型 编制的某种特定应用任务的程序 是系统功能的二次开发
（2）软件系统
国际上著名的软件 ESRI产品系列（Arc/Info、Arcview、ArcGIS） Intergraph产品系列（ERADAS） Mapinfo产品系列等等
太湖水稻土环境与健康质量空间分布
高质量耕地面积急剧减少
1984年 2000年
1984年
2000年
1995年
1995年
2003年
2003年
江 苏 省 土 类 分 布 图
1:400万
江 苏 省 亚 类 分 布 图
江 苏 省 土 属 分 布 图 1:100万
以土属为单元的宜兴市1:5万土壤图
以土种为单元的宜兴市1:5万土壤图
三个空间数据库 国家土壤数据库（NATSGO） 州土壤数据库（STATSGO） (土壤空间数据库的比例尺为1:75万和1:25万) 土壤调查数据库（SSURGO） (比例尺为1:12,000 至1:63,360 )
土壤属性数据库包含了大约18000个土系数据
SOTER数据库
国际土壤学会与联合国环境署 也开始运用土壤信息系统研究全球性问题 1985国际土壤学会建议“建立1:100万世界
江西兴国超薄层红壤
产流更多更快!
江西兴国黄红壤区
产流少!
土层深,土壤质地细, 土层保水量多
江西兴国原始森林地红壤
根据植被判定很少产流 从土壤来看,不一定 土壤是产流一个重要因子
信息技术在土壤科学中大有作为
可视化表达使结果非常直观
太湖地区水稻土采样点分布 （故事：遥感应用研究所）
水稻土20年的pH值变化特征
（2）软件系统
Desktop Arc/info 包括Arc Map、Arc Catalog 和Arc Toolbox Spatial Analyst: 栅格数据建摸分析 Network Analyst：网络分析 ArcPress：制图输出 3D Analyst：利用DEM实现三维透视图的生成 Tracking Analyst：通过直接接受、回放实时数 据、实现对GPS的支持
Desktop Arc/info 包括Arc Map、Arc Catalog 和Arc Toolbox Arc Map:实现地图数据的显示、查询和分析 Arc Catalog:用于数据的定位、浏览和管理 Arc Toolbox:常用数据分析处理功能组成的工具箱 ArcView:以工程为中心，实现了对地图数据、结 构化的属性数据、统计图、地图图面配置、开发语 言等多种文当的管理 以插件的形式提供一些扩展模块：
中国土壤图(1:1400万)
中国土壤质地和有机质图(1:1400万)
土壤属性数据
是属于一定实体、描述其特征的定性或定量数据 描述了土壤信息的非空间组成部分
如土壤pH、土壤有机质、土壤质地、土壤全N、 P和K、土壤速效K和P等 土壤属性数据如何获取
野外监测：土壤含水量、土壤温度等 通过采样和实验室分析 通过遥感监测
国际上重要的SIS
加拿大土壤信息系统 （Canadian Soil Information System，CanSIS） 是世界上最早(1972)建立的国家土壤信息系统 欧洲土壤信息系统 (European Soil Information System，EUSIS) 覆盖范围广(东西欧)，建立了1:100万数字化土壤图
土壤剖面样品的采集
耕层土壤样品采集
5～8点混合,采集1-2kg
装入布袋,记录基本信息
土壤障碍层诊断与剖面样品采集
共计采集剖面160多个
土样样品的采集与预处理
土壤样品的风干
土壤样品预处理
试区采集的土壤样品经过自然风干、研磨、 过筛处理，妥善保存，待实验室测试分析
土壤样品的风干、过筛与保存
对土壤信息的需求越来越多
应对气候变化（空间分布数据） 陆地生态系统碳、氮和磷循环与全球变化的研究 土壤碳氮循环与土壤固碳
工程（空间分布数据）
对输油输气管线和地下电缆土壤腐蚀力 江苏油田、西安的一家电缆公司 实地监测方法：田间实地采土样，室内分析，评估 产业部分说太慢，费用太高。能否预测？？ 拖拉机轮胎设计，土壤性质与轮胎磨损
15
10 25
24.5
17.5 32.2
6.3
6.5 7.4
2.08
1.67 0.58
人 为 土
水 稻 土
W1
W2
24
26
37.9
44.1
7.5
7.3
0.58
0.66
土壤信息系统的构成
土壤信息系统构成
硬件系统、软件系统、土壤数据、操作人员（用户）
（1）硬件系统
输入设备： 数字化仪、解析测图仪（机助测图系统）、扫描仪、 测绘仪（GPS、高程仪）和遥感图象处理系统
ISRIC: The International Soil Reference and Information Center World Soil Information Global Soil Profile Data Selected site and attribute data for some 4300 globally distributed soil profiles
输出设备：硬盘、光盘、磁带机、打印机、绘图仪 处理设备：计算机
（1）硬件A0幅面的大型扫描仪
GIS 专用外设设备 数字化仪 解析测图仪 扫描仪 测绘仪器 遥感图像 处理系统
计算机 屏幕 键盘 鼠标器
网 络
硬盘
磁带机
Βιβλιοθήκη Baidu
打印机
绘图仪
（2）软件系统
软件类型
计算机系统软件：维护和使用计算机的程序系统
在遥感技术发展的基础上，1977年研制出利用 计算机处理与输出地图图形的方法 输出第一张全要素地图
1978年，地理信息系统的发展方向才得以确立
土壤信息系统的有关概念
土壤数据、土壤信息、土壤信息系统
土壤数据
表征土壤圈或土壤环境固有要素或物质 的数量、质量、分布特征、联系和规律 的数字、文字、图象和图形等的总称 是土壤特征的表征
土壤时段数据
是指某一时刻或时段所采集和产生的土壤数据 如全国第二次土壤普查的数据是 上个世纪80年代初的数据（1979年试点，1982年采样）
土壤信息
与土壤有关实体的性质、特征、分布与运动状态的表
征和一切有用的知识，具有以下的特点：
区域性 通过经纬网等建立地理坐标来实现空间位置的标识 多维结构性 在二维空间基础上实现多专题的三维结构
土壤和地形数字化数据库”（SOTER）
次年８月被第十三届国际土壤会议确认 同时，联合国环境署1987年主持建立“全球 土壤退化评价”体系（GLASOD） SOTER数据库建立和示范应用工作
中国土壤信息系统的发展
SISChina (Soil Information System of China) 中国资源与环境信息系统的研制和应用起步较 晚,但最近几年发展非常迅速
中国土壤属性数据源
土壤属性数据 （土壤剖面分析数据等） 《中国土种志（1-6卷）》
一个土壤剖面的部分属性数据, 使用中国土壤发生分类(GSCC)
土纲 （亚纲） 土类 亚类 潴 育 水 稻 土 土属 土种 土壤 层次 厚度 （cm） 粘粒 （%） pH 有机质 （%）
Aa
马 肝 泥 田 马 肝 土 Ap P
国内软件 SuperMap(中国科学院地理研究所) MapGis(中国地质大学) GeoStar(武汉测绘大学) CityStar(北京大学)
有条件最好用国际上著名的软件
（2）软件系统
ESRI公司及其产品系列
ESRI公司 （Environmental Systems Research Institute Inc.） 1969年成立于美国加利福尼亚州 主要从事GIS工具软件和GIS数据生产 产品主要是运行于UNIX/WINDOWS NT 平台上 ARC/INFO，由两部分组成，Workstation Arc/info 和Desktop Arc/info ArcView也是其主要产品之一
NASIS(美国国家土壤信息系统)
美国国家土壤信息系统 （National Soil Information System, NASIS ） 土壤信息最完整，功能最强的土壤信息系统
从70年代初开始创建 80年代初期建成州级土壤地理数据库系统及 国家土壤地理数据库系统 美国农业部土壤保持局（USDA, SCS）
县
级：1:10万或1:5万
土壤空间数据
用不同的比例尺，如1:1000 万、1:400 万等 国家级: 1:1000 万、1:400 万、1:250万和1:100万 县 级：1:10万或1:5万 现在国际研究的热点尺度效应 尺度：在地理学上就用不同制图比例尺来表征 制图比例尺就显得非常重要 制图比例尺1:400 万是什么含义？ 图上距离：真实世界的实际距离 = 1：400万 图上2mm：真实世界的实际距离是多少？ 2mm * 4000000 = 8000000mm = 8km 制图比例尺1:50000，图上2mm 真实世纪的实际距离是多少？
军事（空间分布数据） 越野车田间通过能力，对越自卫反击战，坦克车陷入稻田 总参谋部：机动导弹临时场地发射的土壤条件
客观上需要土壤信息系统(SIS)
我国自然条件复杂，土壤类型众多
资源管理与规划需要土壤数据
江西兴国花岗岩区薄层红壤
产流快而多!
土层浅,土壤质地粗, 土层保水量少 降雨初期入渗快, 但土壤不久就饱和
土壤空间数据
描述土壤及其有关实体的所处的位置，大地参照系
或实体相对位置 表征土壤空间分布特征通常用土壤图 用不同的比例尺，如1:1000 万、1:400 万等 国家级: 1:1000 万、1:400 万、1:250万和1:100万 省 级：1:100 万、1:50万、绝少数1:20万 地市级：1:20万
1. 中国土壤污染与防治对策 2. 土壤信息系统
3. 场地调查与修复
主要内容
土壤信息系统的兴起和发展 土壤信息系统的有关概念 土壤信息系统构成 土壤信息系统的建立与功能
中国土壤数据库的建立
土壤数据的拓展：土壤参比与查询系统研究 土壤数据的拓展：土壤碳循环与应对全球变化
土壤数据
土壤特征：空间位置、属性特性及时段特征 土壤数据通常分为 土壤空间数据：表征土壤空间位置的数据 土壤属性数据：表征土壤性质的数据 土壤时段数据：表征不同时间段的土壤数据
土壤数据
土壤属性数据：又称土壤非空间数据 是属于一定实体、描述其特征的定性或定量数据 描述了土壤信息的非空间组成部分 如土壤pH、土壤有机质、土壤质地、土壤全N、P和K 土壤速效K和P等
负责建立国家土壤地理数据库系统
NASIS(美国国家土壤信息系统)
根据用户需求分成下面三个数据库 土壤应用数据库 土壤解译数据库及 土壤地理数据库
土壤应用数据库分为下面4个子库
土壤特性数据库 土壤工程测试数据库 土壤林地和防风林数据库 土壤草地数据库
NASIS(美国国家土壤信息系统)
土壤地理数据库
时序性
土壤信息具有时间尺度（1980年、2000年、2011年）
土壤信息系统
土壤信息系统SIS(Soil Information System)
是一种决策支持系统
具有信息系统的各种特点
以土壤空间数据库为基础，采用模型分析方法
适时提供多种空间的和动态的有关土壤信息 是有关土壤研究和决策服务的计算机技术系统
对土壤信息的需求越来越多
农、林和水利业部门（空间分布数据） 根据土壤质量状况, 实现土壤资源的合理利用和保护 估算区域性作物、森林和草原的生产力 制订全国和区域化肥生产种类和数量的规划 提出因地和适时的施肥方式 (实现不同尺度的精准农业) 建设绿色食品生产基地 WTO（环境壁垒） 国土部门（空间分布数据） 土地利用规划与保护 环保与人居环境（空间分布数据） 农业非点源对水体污染贡献率的估算(外国64%) 四川蚂蚁防治：地基土壤性质与农药降解，越慢越好
（2）软件系统
Workstation Arc/info
基于拓扑数据模型 实现了图库（Map Library）的管理
具有栅格数据分析功能
支持栅格矢量一体化查询和叠加显示
提供了最基本的数据录入、编辑、投影转换、
制图输出、查询分析以及分析功能。 提供了二次开发语言AML以及开发环境ODE
（2）软件系统
土壤信息系统软件及支撑软件：土壤信息系统软件包 包括数据库管理、计算机图形和图象处理以及空间数 据输入、储存、转换、输出和与用户接口等软件 应用分析程序： 系统开发人员或用户根据土壤的专题或区域分析模型 编制的某种特定应用任务的程序 是系统功能的二次开发
（2）软件系统
国际上著名的软件 ESRI产品系列（Arc/Info、Arcview、ArcGIS） Intergraph产品系列（ERADAS） Mapinfo产品系列等等
太湖水稻土环境与健康质量空间分布
高质量耕地面积急剧减少
1984年 2000年
1984年
2000年
1995年
1995年
2003年
2003年
江 苏 省 土 类 分 布 图
1:400万
江 苏 省 亚 类 分 布 图
江 苏 省 土 属 分 布 图 1:100万
以土属为单元的宜兴市1:5万土壤图
以土种为单元的宜兴市1:5万土壤图
三个空间数据库 国家土壤数据库（NATSGO） 州土壤数据库（STATSGO） (土壤空间数据库的比例尺为1:75万和1:25万) 土壤调查数据库（SSURGO） (比例尺为1:12,000 至1:63,360 )
土壤属性数据库包含了大约18000个土系数据
SOTER数据库
国际土壤学会与联合国环境署 也开始运用土壤信息系统研究全球性问题 1985国际土壤学会建议“建立1:100万世界
江西兴国超薄层红壤
产流更多更快!
江西兴国黄红壤区
产流少!
土层深,土壤质地细, 土层保水量多
江西兴国原始森林地红壤
根据植被判定很少产流 从土壤来看,不一定 土壤是产流一个重要因子
信息技术在土壤科学中大有作为
可视化表达使结果非常直观
太湖地区水稻土采样点分布 （故事：遥感应用研究所）
水稻土20年的pH值变化特征
（2）软件系统
Desktop Arc/info 包括Arc Map、Arc Catalog 和Arc Toolbox Spatial Analyst: 栅格数据建摸分析 Network Analyst：网络分析 ArcPress：制图输出 3D Analyst：利用DEM实现三维透视图的生成 Tracking Analyst：通过直接接受、回放实时数 据、实现对GPS的支持
Desktop Arc/info 包括Arc Map、Arc Catalog 和Arc Toolbox Arc Map:实现地图数据的显示、查询和分析 Arc Catalog:用于数据的定位、浏览和管理 Arc Toolbox:常用数据分析处理功能组成的工具箱 ArcView:以工程为中心，实现了对地图数据、结 构化的属性数据、统计图、地图图面配置、开发语 言等多种文当的管理 以插件的形式提供一些扩展模块：
中国土壤图(1:1400万)
中国土壤质地和有机质图(1:1400万)
土壤属性数据
是属于一定实体、描述其特征的定性或定量数据 描述了土壤信息的非空间组成部分
如土壤pH、土壤有机质、土壤质地、土壤全N、 P和K、土壤速效K和P等 土壤属性数据如何获取
野外监测：土壤含水量、土壤温度等 通过采样和实验室分析 通过遥感监测
国际上重要的SIS
加拿大土壤信息系统 （Canadian Soil Information System，CanSIS） 是世界上最早(1972)建立的国家土壤信息系统 欧洲土壤信息系统 (European Soil Information System，EUSIS) 覆盖范围广(东西欧)，建立了1:100万数字化土壤图
土壤剖面样品的采集
耕层土壤样品采集
5～8点混合,采集1-2kg
装入布袋,记录基本信息
土壤障碍层诊断与剖面样品采集
共计采集剖面160多个
土样样品的采集与预处理
土壤样品的风干
土壤样品预处理
试区采集的土壤样品经过自然风干、研磨、 过筛处理，妥善保存，待实验室测试分析
土壤样品的风干、过筛与保存
对土壤信息的需求越来越多
应对气候变化（空间分布数据） 陆地生态系统碳、氮和磷循环与全球变化的研究 土壤碳氮循环与土壤固碳
工程（空间分布数据）
对输油输气管线和地下电缆土壤腐蚀力 江苏油田、西安的一家电缆公司 实地监测方法：田间实地采土样，室内分析，评估 产业部分说太慢，费用太高。能否预测？？ 拖拉机轮胎设计，土壤性质与轮胎磨损
15
10 25
24.5
17.5 32.2
6.3
6.5 7.4
2.08
1.67 0.58
人 为 土
水 稻 土
W1
W2
24
26
37.9
44.1
7.5
7.3
0.58
0.66
土壤信息系统的构成
土壤信息系统构成
硬件系统、软件系统、土壤数据、操作人员（用户）
（1）硬件系统
输入设备： 数字化仪、解析测图仪（机助测图系统）、扫描仪、 测绘仪（GPS、高程仪）和遥感图象处理系统
ISRIC: The International Soil Reference and Information Center World Soil Information Global Soil Profile Data Selected site and attribute data for some 4300 globally distributed soil profiles
输出设备：硬盘、光盘、磁带机、打印机、绘图仪 处理设备：计算机
（1）硬件A0幅面的大型扫描仪
GIS 专用外设设备 数字化仪 解析测图仪 扫描仪 测绘仪器 遥感图像 处理系统
计算机 屏幕 键盘 鼠标器
网 络
硬盘
磁带机
Βιβλιοθήκη Baidu
打印机
绘图仪
（2）软件系统
软件类型
计算机系统软件：维护和使用计算机的程序系统
在遥感技术发展的基础上，1977年研制出利用 计算机处理与输出地图图形的方法 输出第一张全要素地图
1978年，地理信息系统的发展方向才得以确立
土壤信息系统的有关概念
土壤数据、土壤信息、土壤信息系统
土壤数据
表征土壤圈或土壤环境固有要素或物质 的数量、质量、分布特征、联系和规律 的数字、文字、图象和图形等的总称 是土壤特征的表征
土壤时段数据
是指某一时刻或时段所采集和产生的土壤数据 如全国第二次土壤普查的数据是 上个世纪80年代初的数据（1979年试点，1982年采样）
土壤信息
与土壤有关实体的性质、特征、分布与运动状态的表
征和一切有用的知识，具有以下的特点：
区域性 通过经纬网等建立地理坐标来实现空间位置的标识 多维结构性 在二维空间基础上实现多专题的三维结构
土壤和地形数字化数据库”（SOTER）
次年８月被第十三届国际土壤会议确认 同时，联合国环境署1987年主持建立“全球 土壤退化评价”体系（GLASOD） SOTER数据库建立和示范应用工作
中国土壤信息系统的发展
SISChina (Soil Information System of China) 中国资源与环境信息系统的研制和应用起步较 晚,但最近几年发展非常迅速
中国土壤属性数据源
土壤属性数据 （土壤剖面分析数据等） 《中国土种志（1-6卷）》
一个土壤剖面的部分属性数据, 使用中国土壤发生分类(GSCC)
土纲 （亚纲） 土类 亚类 潴 育 水 稻 土 土属 土种 土壤 层次 厚度 （cm） 粘粒 （%） pH 有机质 （%）
Aa
马 肝 泥 田 马 肝 土 Ap P
国内软件 SuperMap(中国科学院地理研究所) MapGis(中国地质大学) GeoStar(武汉测绘大学) CityStar(北京大学)
有条件最好用国际上著名的软件
（2）软件系统
ESRI公司及其产品系列
ESRI公司 （Environmental Systems Research Institute Inc.） 1969年成立于美国加利福尼亚州 主要从事GIS工具软件和GIS数据生产 产品主要是运行于UNIX/WINDOWS NT 平台上 ARC/INFO，由两部分组成，Workstation Arc/info 和Desktop Arc/info ArcView也是其主要产品之一
NASIS(美国国家土壤信息系统)
美国国家土壤信息系统 （National Soil Information System, NASIS ） 土壤信息最完整，功能最强的土壤信息系统
从70年代初开始创建 80年代初期建成州级土壤地理数据库系统及 国家土壤地理数据库系统 美国农业部土壤保持局（USDA, SCS）
县
级：1:10万或1:5万
土壤空间数据
用不同的比例尺，如1:1000 万、1:400 万等 国家级: 1:1000 万、1:400 万、1:250万和1:100万 县 级：1:10万或1:5万 现在国际研究的热点尺度效应 尺度：在地理学上就用不同制图比例尺来表征 制图比例尺就显得非常重要 制图比例尺1:400 万是什么含义？ 图上距离：真实世界的实际距离 = 1：400万 图上2mm：真实世界的实际距离是多少？ 2mm * 4000000 = 8000000mm = 8km 制图比例尺1:50000，图上2mm 真实世纪的实际距离是多少？
军事（空间分布数据） 越野车田间通过能力，对越自卫反击战，坦克车陷入稻田 总参谋部：机动导弹临时场地发射的土壤条件
客观上需要土壤信息系统(SIS)
我国自然条件复杂，土壤类型众多
资源管理与规划需要土壤数据
江西兴国花岗岩区薄层红壤
产流快而多!
土层浅,土壤质地粗, 土层保水量少 降雨初期入渗快, 但土壤不久就饱和
土壤空间数据
描述土壤及其有关实体的所处的位置，大地参照系
或实体相对位置 表征土壤空间分布特征通常用土壤图 用不同的比例尺，如1:1000 万、1:400 万等 国家级: 1:1000 万、1:400 万、1:250万和1:100万 省 级：1:100 万、1:50万、绝少数1:20万 地市级：1:20万