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基于GIS 的农业科技示范园区土壤和土地资源管理研究_图文

浙江农业学报 Acta Agriculturae Zhejiangensis 18 1) 1 ~ 6, ( : 2006

基于 GIS 的农业科技示范园区土壤和土地资源管理研究
吕晓男 1 , 麻万诸 1 , 张明华 2 , 魏孝孚 1 , 章明奎 3
2 3 ( 1 浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所, 浙江 杭州 310021; 美国加 州 大 学 戴 维 斯 分 校 土 水 气 资 源 系, 95616, CA USA; 浙 江

大学 环境与资源学院, 浙江 杭州 310029)



要: 应用 GIS 地理信息系统) ( 技术建立浙江省衢县白水畈农业科技示范园区土壤和土地资源 的 信 息 化 管

交替运用 ArcView 和 Arc / Info 软件, 对土 理。园区 1 : 1 万土壤图和 1 : 1 万土地利用现状图经扫描输入计算机, 壤图和土地利用现状图进行了屏幕数字化, 建立拓朴关系, 经编辑、 坐标转换 等 处 理, 立 空 间 数 据 库。 园 区 建 建 34 个 土 壤 剖 面 的 测 定 值 和 描 述 性 状、 个 耕 层 土 样 的 测 定 值 和 调 查 统 计 资 料 由 键 盘 输 入 计 算 机, 立 了 属 51 性数据库。通过空间数据库和属性数据库的联接, 现 土 壤 和 土 地 资 源 及 其 相 应 属 性 的 互 相 查 询 关 系。 在 实 此基础上分析了园区土壤和土地资源的 空 间 分 布 特 征, 得 各 类 土 壤 和 土 地 资 源 的 面 积。 并 探 讨 了 GIS 在 获 土壤和土地资源综合利用和管理方面的应用。 关键词: 地理信息系统 (GIS) 农业科技示范园区; ; 土壤; 土地资源; 适宜性评价 中图分类号: S158 . 9 文献标识码: A 文章编号: ( 1004 - 1524 2006) - 0001 - 06 01

Soil and land resource management using GIS in the agricultural demonstration zone
LU Xiao-nan1 , Wan-zhu1 , MA ZHANG Ming-hua2 , WEI Xiao-fu1 , ZHANG Ming-kui3
(1 Institute of Environment , Resource, Soil and Fertilizer , Zhejiang Academy of Agricultural Sciences , Hangzhou 310021 ,
2 3 Chian;Department of Land , and Water Resource, Air University of California, Davis , 95616 , CA USA;College of Environ-

mental and Resource, Zhejiang University , Hangzhou 310029 , China)

Abstract: GIS(geographic information system)was used to map soil and land resources of a modern agricultural demonstration zone in Qu county, Zhejiang province for an optimum management of the natural resources . The focuses were given to the description of spatial database development for soils and land use as well as the spatial analysis of soil resource suitability for land use planning . Detailed GIS processes including digitizing maps, tabulating attributes,building topologies and analyzing the spatial data in ArcView and Arc / Info environments were presented . In addition to define soil types and land use,34 soil profiles and 51 soil samples from surface layer were linked to the soil and land use maps . The results show that the agricultural demonstration zone contained 29 soil types,which mainly derived from river alluvium and quaternary red clay,with a total area of 1 157 hm2 . Among the 8 land use types in the region, lowland,upland and citrus dominated about 90 % of total area of 1 265 hm2 . The spatial relationships between soil types and current land uses provided the information for better managing the natural resources to achieve the sustainable development of agriculture zone . ; Key words: geographic information system( GIS) agricultural demonstration zone; resource; soil suitability evaluation for land resource

农业 科 技 示 范 园 区 建 设 是 农 业 现 代 化 进 程
收稿日期: 2005 - 05 - 08 基金项目: 浙江省重点科技攻关项目 (021102611; 021102095) 作者简介: 吕晓男 (1964 - ) 浙江东阳 人, 究 员, 要 从 事 土 壤 , 研 主 学和信息技术研究和应用工作。

中的一种有效途径。目前, 各种类型的农业 科技 示范园区建设在全国各地勃然兴起, 多数 园区 初 步形成田成 畈、 成 网、 成 框 的 格 局。 作 为 超 渠 路 前性的农业 现 代 化 样 板 的 示 范 作 用 和 辐 射 功 能

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方面已经带 来 了 良 好 的 社 会 和 生 态 效 益。 但 园 区建设中普遍存在重政府行为和硬件建 设, 轻 而 软件建设和高新技术的投入, 缺乏系统和先 进 的 管理手段。园区建设中将大部分资金投 入 到沟、 渠和路等农田基本设施建设和农机具装 备 上, 而 信息技术应用相对滞后, 某些园区连基本的 农 田 档案也没有建立起来, 直接影响园区整体功 能 的 发挥。 ( 技 GIS geographic information system ) 术 是 研 究和管理农业 资 源、 境、 情 和 综 合 决 策 的 重 环 农 要手段
[1 ~ 3]

均降水量约在 1 600 mm。 园 区 土 壤 的 成 土 母 质 主要有河流冲积物、 第四纪中新世红色粘 土和 紫 色页岩残坡积物以及它们的再积物。 园区 内 有 白 水、 庄、 王、 沿、 井、 西 乔 塘 下 前 林、 家、 家、 坑 头、 村、 畈 等 11 个 自 然 郑 章 堰 王 田 村, 农业 人口 11 294 人。 1999 年有农户 3 370 户, 土地利用方式主要有水田、 旱地、 桔园、 桑园 和荒 滩地。 1 .2 野外调查和制图 以 1:1 万地形图和 1 : 1 万经比例尺几何校 正的 航 片 1990 年 12 月 摄, cm × 60 cm) 工 ( 为 60 作底图,以第二次土壤普 查为基 础, 室 内 预 判 在 和路线调查 的 基 础 上, 1999 年 7 月 组 织 专 业 于 人员和当地 曾 参 加 过 第 二 次 土 壤 普 查 的 农 民 进 行了为期 15 天 的 野 外 土 壤 调 查, 过 挖 土 壤 剖 通 面 (近 60 个) 打土钻, 、 确定土壤界线。并采集 34 个代表性土壤剖面的分层土样和 51 个 水田耕 层 农化样, 供室内分析。根据主要诊断特性和 养分 的室内分析结果, 对野外土壤调查观察类 型进 行 修正, 最后完成土壤图。园区的土地利用现 状图 是以 1 : 1 万航片为工作底图, 经目 视解 译和实 地 调查获得。

。而园区 建 设 及 其 生 产 管 理 涉 及 的

信息丰富, 而多为地理信息, 具有很强的 地 域性、 空间性和现 势 性。 园 区 的 建 设 和 管 理 离 不 开 大 量图形、 像 和 统 计 调 查 资 料 的 分 析 处 理, 离 图 更 不开各种资源现状图、 划图及专 题 图的 制 作 和 规 输出, 否则 很难实现动 态 管 理。在 GIS 技 术 支 持 下, 各种资源和环境图形资 料以及社 会 经济 资 料 均可输入计算机, 通过建立空间数据库, 经综合分
[4, 析可为决策者提供丰富而综合的 信息 5] 。目 前

我国的 GIS 应用研究较多地集中在数据库的建立
[6, 和分类制图方面 7] 对其实用性的研究不多。 ,

本项研究以 国 家 农 业 综 合 开 发 办 公 室 在 浙 江省衢县杜 泽 镇 白 水 畈 设 立 的 现 代 化 农 业 科 技 示范园区 (简称为白水畈园 区) 为例, 过 GIS 技 通 术与农业园区建设相结合, 探讨 GIS 技术在 园 区 土壤和土地资源管理中的应用, 旨在提高园 区 建 设和管理的科技水平。

2
2 .1

结果与分析
基础数据库的建立 空间数据库建立 空间数据库包括 1 : 1 万园区土 壤图 (以土 种

2 .1 .1

1

园区的基本情况和野外调查资 料的采集
白水畈园区基本情况 白水畈园区位于浙江省衢州市北部, 衢 县 属

为制图单元)和 1 : 1 万 土 地 利 用 现 状 图。 空 间
[8] 数据库的 建 立 过 程 中, 分 利 用 ArcView 图 形 充 [9] 界面好, 操作方便和 Arc / Info 功能强大的优势,

1 .1

交替使用 ArcView 3 . 2 和 Arc / Info 8 . 1 软件 (美国 。主要 环 节 包 括: 扫 描 园 区 土 壤 图 ESRI 产品) ① 和土地利用现状图 进 入 计 算 机; 由 ArcView 完 ② 成屏幕数 字 化, 转 换 为 Arc / Info 文 件 格 式; 并 ③ 在 Arc / Info 环境下建立拓 朴 关 系, 查 和 修 改 数 检 字化过程中出现的错误, 转换控制点坐标为实地 坐标; 在 ArcView 环 境 下 输 入 土 壤 和 土 地 类 型 ④ 特征编码。空间数据库建立的操作程序见图 1。 2 .1 .2 属性数据库 属性数据库内容主要包括土 壤 34 个剖面 样 品、 个农化耕层样品和以自然村 为 单 位 的 一 51

杜泽镇管辖, 东依铜山溪, 西为 320 国道, 具体位 置在东经 128?、 北纬 29?, 总面积为 1 265 hm2 。 园区由 低 丘 缓 坡 和 河 谷 平 原 两 部 分 组 成。 低丘缓 坡 部 分 分 布 于 园 区 西 部, 320 国 道 线 两 侧, 以桔 园 和 旱 地 为 主。 河 谷 平 原 地 势 相 对 平 坦, 北 高 南 低 的 狭 长 地 带, 降 约 1 / 400 , 面 为 坡 东 是铜山溪滩地, 面 是 丘 陵 缓 坡 地, 研 究 园 区 西 为 的主要水稻种植 区。区 内 约 有 40 % 的 田 块 已 经 过平整, 渠系呈南北向分布, 灌溉条件良 好, 平 年

吕晓男等: 基于 GIS 的农业科技示范园区土壤和土地资源管理研究

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些重要社 会 经 济 信 息 (表 1 ) 属 性 数 据 由 键 盘 。 输入计算机建立 Excel 文 件, 后 转 化 为 数 据 库 然 文件, 再通过数 据 库 与 ArcView 属 性 表 中 的 共 同 字段相联接, 数 据 库 内 容 加 到 ArcView 的 属 性 把 表中。剖面照 片 与 剖 面 点 以 及 所 代 表 的 土 壤 类 型, 通过 ArcView 的 Hot link 得以联接起来, 因此 从剖面照片可知各种土壤的剖面形态特征。 空间数据库和属性数据库的联接, 实现土壤 和土地资源的空间分布与相应属性的互相查询。 一方面可以从图形信息查询相应的属性信息, 反 之可以通过属性信息查询相应的空间分布, 而且 可以对各种属性资料进行统计分析, 分析结果可 以用表格和 各 种 形 态 图 形 来 表 达。 使 土 壤 和 土 地的属性与 它 们 的 空 间 分 布 得 以 完 整 地 结 合 起 来。实现抽象 和 枯 燥 的 文 字 和 数 字 表 示 的 土 壤 和土地 信 息 形 象 化, 以 在 计 算 机 上 直 观 地 显 可 示、 分析和管理土壤资源。根据实际需要可以提 供各种专 题 图, 自 然 村 分 布 图, 壤 有 机 质、 如 土 氮、 磷和钾养 分 图。 这 些 图 既 可 以 是 点 位 图, 也 可以是连续的分布图。
图 1 空间数据库建立流程图 Fig . 1 The procedure for the spatial database 表1 属性数据库的内容 The elements of attribute database

2 .2

园区土壤分布和面积统计 建立了拓朴关系后, / Info 可自动计算出 Arc

Table 1

═════════════ ═════════════

═════════════ ═════════════

土壤剖面数据库字段名 1 . 剖面编号 2 . 土种名称 3 . 土系名称 4 . 采样地点 5 . 地形 6 . 海拨 7 . 成土母质 8 . 利用现状 9 . 土壤水分状况 10 . 土壤温度状况 11 . 采样时间 12 . 土壤侵蚀状况 13 . 剖面各层机械组成 14 . pH 15 . 有机质 16 . 碱解氮 17 . 速效磷 18 . 速效钾 19 . 阳离子交换量 20 . 盐基饱和度 21 . 土壤游离氧化铁 22 . 交换性酸 23 . 剖面照片

耕层土壤样品字段名 1 . 样品编号 2 . pH 3 . 有机质 4 . 碱解氮 5 . 速效磷 6 . 速效钾 7 . 交换性酸 8 . 采样时间 9 . 粮食平均单产

社会经济资料字段名 1 . 编号 2 . 农户数 3 . 农业人口 4 . 农业劳动力 5 . 耕地面积 6 . 农民人均年收入 7 . 农业总产值 8 . 粮食总产量

土壤图斑的面积, 经单位换算得到实地 面 积。 整 个研究区土 壤 可 分 为 29 个 土 种, 计 133 个 图 共 斑, 面 积 为 1158 . 47 hm 。 园 区 西 边 属 于 低 丘 总
2

如培泥砂土等。中间地带是主要的水稻种植区, 其土壤发育于河流冲积物, 主要土壤为泥质田。 园区内土壤类型较多, 园区中面积最大的是 泥质田, 385 . 57 hm2 , 达 占总面积的 33 . 3 % , 其次 是黄筋泥 和 黄 大 泥 田, 别 占 总 面 积 的 9 . 58 % 分 和 8 . 02 % 。各类土 壤 的 空 间 分 布 及 其 面 积 见 图 2 和表 2 。

坡地, 由于地形起伏较大, 土壤图斑比较 破 碎, 分 布着由第四 纪 红 色 粘 土 和 紫 色 页 岩 残 坡 积 物 上 发育的土壤, 如黄筋泥和紫泥土等土壤。 东 边 沿 铜山溪一带, 要 分 布 着 质 地 较 轻 的 砂 质 土 壤, 主

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表2

园区土壤类型和面积 Soil types and their area
图斑数 / 个 2 1 4 1 4 5 9 3 2 1 4 3 1 2 4 6 4 6 5 4 30 3 1 6 5 1 4 2 10 133 面积 / hm2 22 . 78 9 . 37 22 . 89 2 . 81 92 . 81 111 . 03 27 . 18 4 . 28 16 . 54 14 . 63 6 . 69 23 . 03 2 . 07 15 . 99 73 . 15 7 . 55 14 . 98 34 . 05 3 . 87 385 . 57 47 . 33 18 . 53 37 . 58 50 . 94 7 . 36 2 . 00 46 . 02 5 . 44 51 . 01 1157 . 48 百分率 / % 1 . 97 0 . 81 1 . 98 0 . 24 8 . 02 9 . 59 2 . 35 0 . 37 1 . 43 1 . 26 0 . 58 1 . 99 0 . 18 1 . 38 6 . 32 0 . 65 1 . 29 2 . 94 0 . 33 33 . 31 4 . 09 1 . 60 3 . 25 4 . 40 0 . 64 0 . 17 3 . 98 0 . 47 4 . 41 100 . 00

Table 2
土壤名称

黄筋泥 (茶园) 白底紫大泥田 褐斑黄筋泥 红底泥砂土 黄大泥田 黄筋泥 黄筋泥田 焦砾塥泥质土 焦砾塥培泥砂土 焦砾塥砂土 老黄筋泥田 砾塥泥质田 砾塥砂土 砾石黄筋泥 砾心泥质田 砾心泥质土 砾心培泥砂田 砾心培泥砂土 卵石清水砂 泥质田 泥质土 培泥砂田 培泥砂土 青泥田 清水砂 砂田 紫大泥田

图 2 园区土壤图 Fig . 2 Soil map in the agricultural zone

紫泥砂土 紫泥土 总计

2 .3

园区土地利用空间分布和面积 园区的土地 利 用 主 要 分 为 水 田、 地 指 大 旱 ( 因地种植的 种 植 制 度。 由 于 柑 橘 效 益 明 显 高 于 水稻, 在经济 效 益 的 驱 动 下, 民 对 种 柑 橘 的 积 农 极性很高, 加上农民对自己的土地有充分的自主 经营权, 因此上 世 纪 90 年 代 后 柑 橘 面 积 显 著 增 加, 园 图 斑 增 加 了 105 个, 积 增 加 了 117 . 33 橘 面 实地调查 得 知 新 增 加 的 橘 园 大 多 是 品 质 优 hm2 , 良的 柑类品种。从空间分布情况看, 新增加的 桔园大多分布在地势平坦的河谷冲积平原上, 而 且集中 分 布 在 村 庄 周 围 可 能 是 管 理 方 便 的 原 ( 因) 。这些新 橘 园 是 由 部 分 肥 沃 水 田 变 成 的, 柑 橘园从山坡上 走 向 平 原。 1990 年 以 前 沿 铜 山 溪 砂质土壤上分布着较多的桑园, 近年来面积急剧 下降, 取而代之的也是柑橘园。但是过多的发展 柑橘, 使得有 “橘乡” 之称的衢县及其周边地区出 现柑橘生产过 剩, 柑 橘 难, 济 效 益 下 降 等 问 买 经 题, 这是农业产业结构调整中值得思考的问题。

豆、 甘薯和蔬菜等) 柑橘园、 、 桑园、 荒滩 地、 庄、 村 公路 320 国道 ) ( 和水塘。总 共 有 228 个 图 斑, 总 水 面积 为 1265 . 24 hm2 。 各 种 利 用 方 式 中, 田 面 积最大, 755 . 90 hm , 达 占总面积 的 59 . 74 % 。 从
2

土地利用现状图可知, 水田主要分布在园 区 中 间 部位河谷冲积平原上。因此, 该园区属于 粮 食 生 产为主的园区。 园区中柑橘面积仅次于水田, 新老桔 园 面 积 占 共有 237 . 07 hm2 , 总 面 积 的 18 . 73 % 。 柑 橘 在 空间分布上的情况可反映农村产业结构 调 整、 效 益农业和市场经济的发展过程。很明显, 橘 园 老 (上世纪 80 年代或更早种植) 有 18 个 图 斑, 共 面 均 积 119 . 74 hm , 集 中 分 布 在 西 面 低 丘 缓 坡 地,
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即分 布 在 320 国 道 线 两 旁, 些 地 方 地 势 较 高, 这 不宜种植水稻, 柑橘的这一分布体现了长期以来

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园区 内 旱 地 面 积 也 较 大, 到 122 . 52 hm2 , 达 占 9 . 68 % , 要 分 布 在 西 面 的 低 丘 缓 坡 上 和 东 主 面的沿铜山 溪 一 带 的 砂 质 土 壤 上。 茶 园 和 桑 园 面积 比 较 少, 别 占 1 . 63 % 和 0 . 73 % 。 园 区 内 分 自然村图斑 数 达 到 38 个, 地 面 积 为 102 hm2 , 实 占 8 . 05 % , 自然村比较集 中 分 布 在 国 道 320 和 铜 山溪沿线, 明 自 然 村 沿 路 依 水 而 分 布 的 特 点。 说 园区中的水塘面积不大, 而且大多分布在 低 丘 缓 坡区, 事实上 成 为 低 丘 缓 坡 地 的 灌 溉 水 源, 平 而 原地区的水塘, 在历次土地平整的过程中 改 变 为 耕地了。园区中的荒滩地分布在铜山溪 沙 滩 上。 占 320 国 道 线 穿 越 园 区, 地 面 积 为 7 . 43 hm 。 图
2

表3

园区土地利用情况和面积分布 Land use types and their area
图斑数 / 个 9 34 18 105 3 8 2 38 1 10 228 面积 / hm2 755 . 90 122 . 52 119 . 74 117 . 33 20 . 65 9 . 29 1 . 15 101 . 81 7 . 43 9 . 42 1265 . 24 百分率 / % 59 . 74 9 . 68 9 . 46 9 . 27 1 . 63 0 . 73 0 . 09 8 . 05 0 . 59 0 . 74 100 . 00

Table 3

土地利用类型 水田 旱地 老橘园—80 年代 新橘园—90 年代 茶园 桑园 荒滩地 村庄 公路 (320 国道) 水塘 总计

3 和表 3 详 细 给 出 了 土 地 利 用 现 状 的 空 间 分 布 和面积。 计资料建立 属 性 数 据 库。 通 过 空 间 数 据 库 和 属 性数据库的联接, 实现了土壤和土地资源及其相 应属性的相互查询, 可在计算机上形象而直观地 显示、 查询和分析园区土壤和土地资源的空间分 布, 精确获得其面积以及进行各种统计分析。通 过 GIS 强大的空间分析功能, 可产生所需的各种 专题图, 为决 策 者 提 供 综 合 的 信 息, 高 园 区 建 提 设、 生产和管 理 的 技 术 水 平 和 示 范 作 用 的 效 果, 显示出 GIS 技 术 在 农 业 科 技 示 范 区 建 设 和 管 理 中的优势 和 独 特 作 用。 但 事 实 上 GIS 技 术 在 园 区建设和管理中的应用并不广, 明显地滞后于园 区的硬件建设, 其 原 因 可 能 在 于 ① GIS 技 术 的 究 应用是建立在丰富的基础资料之上的, 而园区缺 乏系统和规范的基础研究资料; 需要昂贵的硬 ② 件和软 件 调 备, GIS 实 验 室 建 设 需 要 的 投 资 较 大; 对使用 者 的 专 业 技 术 水 平 要 求 较 高, 需 既 ③ 要懂专业知识, 又要掌握一定的信息技术。 本项研究虽 然 针 对 浙 江 省 衢 县 白 水 畈 园 区 而言, 但其技术路线和工作方法同样适用于其它 园区。
图 3 园区土地利用现状图 Fig . 3 Land use map in the agricultural zone 参考文献:
[1] 戴旭 . ARC / INFO 软件系 统 在 农 业 土 地 资 源 评 价 中 的 应 用 [J] 自然资源学报, ( : . 1988, 1) 69 - 77 . 3

3

讨论
在 GIS 技 术 支 持 下, ArcView 和 Arc / Info 由

[2] Burrough, A . Principle of geographic information systems for P [M] Oxford, land resources assessment . England: Oxford Universi1994 . ty Press, [3] 吕晓男, 麻万诸, 魏孝孚 . GIS 技 术 支 持 下 的 农 业 科 技 示 范 : 园区土壤肥力的空间变异 [J] 浙江农业学报, . 2004, ( 3) 16 115 - 118 .

软件数字化园区土壤图和土地利用图, 立 空 间 建 数据库。键盘输入土壤养分测定资 料 和 调 查 统

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浙江农业学报

第 18 卷 (2006) 学报, : 1995,( 3) 225 - 234 . 32 [8] Environmental System Research Institute, ArcView GIS-The geo[ . USA: ESRI graphic information system for everyone R ] CA, Inc . , 1996 . [9] Environmental System Research Institute . Understanding GIS-The [ . USA: ESRI Inc . , 1995 . ARC / INFO Method R] CA,

[4] 石 元 春 . 土 壤 学 的 数 字 化 和 信 息 化 革 命 J] 土 壤 学 报, [ . : 2000,( 3) 289 - 296 . 37 [5] 潘剑君, 婷 婷, 维 侠 . 江 西 余 江 县 土 壤 信 息 系 统 研 究 靳 孙 [J] 土壤学报, : . 1999,( 4) 522 - 527 . 37 [6] 周慧珍 . 海南 岛 土 壤 和 土 地 数 字 化 数 据 库 及 其 制 图 M] [ . 北京: 科学出版社, 1994 . [7] 蒋平安, 常松 . 干 旱 土 壤 分 类 检 索 与 数 据 库 建 立 J] 土 壤 [ .

(责任编辑

袁醉敏)

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