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        湖南省植煙土壤長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的建立

        2012-06-08 07:54:14劉瓊峰李明德吳海勇吳小丹
        湖南農(nóng)業(yè)科學(xué) 2012年1期
        關(guān)鍵詞:植煙數(shù)據(jù)表煙葉

        劉瓊峰,李明德,吳海勇,吳小丹

        (1.湖南省土壤肥料研究所,湖南 長(zhǎng)沙 410125;2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410128)

        煙草是湖南省的主要經(jīng)濟(jì)作物之一。1980年至2008年期間,湖南省煙葉的播種面積平均為90 663 hm2[1],其中1980年至1989年期間基本呈上升趨勢(shì),1980年為26 967 hm2,1989年增加到96 607 hm2;1990至1999年期間播種面積的變化幅度較大,在1993年和1997年分別達(dá)到134 300和138 280 hm2,而 1995 年則只有 62 210 hm2;2000 年至2008年間,湖南省煙葉的播種面積相對(duì)較穩(wěn)定,基本維持在80 000至100 000 hm2之間。湖南省植煙土壤不僅在數(shù)量上,而且在質(zhì)量上也是長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程。從湖南省主產(chǎn)煙區(qū)定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)2000年至2008年間土壤養(yǎng)分變化情況來(lái)看,土壤pH值相對(duì)較穩(wěn)定;土壤全氮和堿解氮含量、交換性鈣和交換性鎂含量以及土壤有效硫、有效鋅和有效硼含量均有所提高;而土壤有機(jī)質(zhì)和水溶性氯含量則有所下降[2]。為了全面掌握植煙土壤質(zhì)量的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)演變規(guī)律,在湖南省典型植煙區(qū)域開展土壤長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)試驗(yàn)、并建立數(shù)據(jù)庫(kù)與信息系統(tǒng),對(duì)植煙土壤平衡施肥與煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量的提高均具有重要意義。

        1 湖南省植煙土壤長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)概況

        1.1 植煙土壤肥力定位監(jiān)測(cè)

        根據(jù)湖南煙草種植區(qū)劃[3]、植煙土壤成土母質(zhì)、種植制度和肥力水平的特點(diǎn)以及2000年湖南省第一次植煙土壤普查結(jié)果,在湖南省特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)區(qū)域及其他重點(diǎn)產(chǎn)煙縣建立了67個(gè)植煙土壤質(zhì)量長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)分布點(diǎn),監(jiān)測(cè)土壤養(yǎng)分狀況、土壤有機(jī)質(zhì)、酸堿度、土壤微生物、土壤耕層厚度、水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)等指標(biāo)的變化及其規(guī)律。定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)從2008年起每三年進(jìn)行一次取樣檢測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布情況如圖1所示。

        圖1 長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布

        1.2 代表性典型土壤肥力狀況與煙葉風(fēng)格特征的定位監(jiān)測(cè)

        選取湖南長(zhǎng)沙、衡陽(yáng)第四紀(jì)紅土和紫色砂頁(yè)巖母質(zhì)、郴州和永州石灰?guī)r和板頁(yè)巖母質(zhì)發(fā)育的水稻土,江永石灰?guī)r母質(zhì)發(fā)育的紅壤,湘西石灰?guī)r和板頁(yè)巖母質(zhì)發(fā)育的黃壤等幾種代表性典型植煙土壤,定位監(jiān)測(cè)土壤肥力狀況與煙葉風(fēng)格特征,分高、低肥力水平定點(diǎn)在煙葉和晚稻收獲后分兩次采集土壤樣品,分析土壤的物理、化學(xué)、生物學(xué)性狀;X2F、C3F和B2F煙葉中主要內(nèi)在化學(xué)成分含量;監(jiān)測(cè)點(diǎn)農(nóng)用物質(zhì)投入情況、烤煙經(jīng)濟(jì)性狀等。代表性典型土壤肥力狀況與煙葉風(fēng)格特征的定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)從2008年起每年都進(jìn)行取樣檢測(cè),基本情況見表1。

        表1 代表性典型土壤肥力狀況與煙葉風(fēng)格特征的定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本情況

        2 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與建立

        根據(jù)面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)思想,數(shù)據(jù)庫(kù)的建立分為屬性數(shù)據(jù)庫(kù)與空間數(shù)據(jù)庫(kù),這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)由若干子數(shù)據(jù)庫(kù)或者數(shù)據(jù)文件組成,數(shù)據(jù)庫(kù)的整體框架見圖2。其中長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)主要實(shí)現(xiàn)67個(gè)植煙土壤質(zhì)量長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)分布點(diǎn)的信息管理,包括2000年、2008年、2010年三個(gè)年度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤肥力表,2008年、2010年兩個(gè)年度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的作物施肥表和作物產(chǎn)量產(chǎn)值表。代表性典型定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)主要實(shí)現(xiàn)18個(gè)代表性典型土壤肥力狀況與煙葉風(fēng)格特征的定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信息管理,包括2008年、2009年、2010年三個(gè)年度的土壤肥力表、作物施肥表、作物產(chǎn)量產(chǎn)值表和煙葉質(zhì)量表。各數(shù)據(jù)表通過(guò)關(guān)鍵字段“編號(hào)”進(jìn)行識(shí)別??臻g數(shù)據(jù)庫(kù)主要實(shí)現(xiàn)湖南省行政區(qū)劃圖、土地利用現(xiàn)狀圖、土壤圖、監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖等圖件的管理。

        圖2 定位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的整體框架

        2.1 屬性數(shù)據(jù)庫(kù)

        屬性數(shù)據(jù)的來(lái)源主要有各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)間段的基本情況調(diào)查表、土壤理化性狀以及煙葉質(zhì)量的化驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果等,這些數(shù)據(jù)在建立數(shù)據(jù)庫(kù)之前要進(jìn)行符合規(guī)范要求的統(tǒng)一編碼與數(shù)據(jù)組織,補(bǔ)充錄入缺失的數(shù)據(jù)。各數(shù)據(jù)表按時(shí)間段分類劃分,依照數(shù)據(jù)的性質(zhì)、特點(diǎn)確定字段名、字段類型及其寬度。建立數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)先在Excel軟件下,完成數(shù)據(jù)的輸入與檢查,然后將Excel文件轉(zhuǎn)為Microsoft Access數(shù)據(jù)庫(kù)的 *.dbf格式。

        兩個(gè)定位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)各時(shí)期的數(shù)據(jù)表主要包括以下內(nèi)容。

        土壤肥力表:該數(shù)據(jù)表管理監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地理位置、生態(tài)環(huán)境條件與肥力狀況數(shù)據(jù)。地理位置數(shù)據(jù)主要有監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在地的市、縣、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、村、組、地塊名稱,經(jīng)緯度。生態(tài)環(huán)境條件數(shù)據(jù)主要有海拔高度、成土母質(zhì)、土壤類型、地貌類型、地形部位、水土流失情況、輪作制度、烤葉品種、水利設(shè)施條件等。土壤肥力狀況數(shù)據(jù)包括土壤物理、化學(xué)、生物三個(gè)方面土壤質(zhì)量指標(biāo)。土壤物理指標(biāo)主要有耕層厚度、水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。土壤化學(xué)指標(biāo)主要有土壤有機(jī)質(zhì),pH值,陽(yáng)離子交換量,土壤大量營(yíng)養(yǎng)元素如全氮和速效氮、全磷和速效磷、全鉀和速效鉀,土壤中微量營(yíng)養(yǎng)元素如交換性鈣和交換性鎂、土壤有機(jī)硫、水溶性氯、有效鋅、有效硼。土壤生物指標(biāo)有土壤微生物總活性、細(xì)菌、真菌、放線菌、脫氫酶、脲酶和磷酸酶等。

        作物施肥表:主要反映監(jiān)測(cè)點(diǎn)的施肥狀況,如施肥類型、施肥名稱、施肥品種、施肥用量、施肥時(shí)間、施肥方式。

        作物產(chǎn)量產(chǎn)值表:包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同輪作制度下的各種作物的產(chǎn)量和產(chǎn)值數(shù)據(jù)。種植的作物有烤煙、水稻、花生、玉米。

        煙葉質(zhì)量表:管理監(jiān)測(cè)點(diǎn)煙葉X2F、C3F和B2F三個(gè)等級(jí)的煙葉質(zhì)量數(shù)據(jù),如還原糖、煙堿、總氮、氯、氧化鉀等指標(biāo)。

        2.2 空間數(shù)據(jù)庫(kù)

        空間數(shù)據(jù)庫(kù)是在GIS支持下的一種更加直觀、高效的空間信息管理手段,為土壤屬性數(shù)據(jù)提供了空間信息定位,二維甚至三維空間表達(dá)[4]。湖南省植煙土壤長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)來(lái)源有湖南省1∶25萬(wàn)行政區(qū)劃圖、湖南省1∶25萬(wàn)土壤圖、湖南省1∶10萬(wàn)土地利用現(xiàn)狀圖、長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)和代表性典型土壤定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)含經(jīng)緯度的采樣數(shù)據(jù)。在建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)之前將數(shù)據(jù)要素進(jìn)行合理的分類、分層,定義空間數(shù)據(jù)庫(kù)要素集。在ArcGIS 9.0 Desktop軟件中對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和處理,統(tǒng)一各圖層文件的坐標(biāo)系,進(jìn)行拓?fù)錂z查,建立空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)等。主要圖層與數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)見表2。

        表2 主要圖層與數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

        3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建立

        3.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

        系統(tǒng)采用組件式二次開發(fā)方式,以Access技術(shù)作為數(shù)據(jù)庫(kù)支持,在Visual Basic開發(fā)環(huán)境下集成MapObjects控件,實(shí)現(xiàn)界面友好、面向?qū)ο?、可擴(kuò)展的湖南省植煙土壤長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的建立。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)采用數(shù)據(jù)層、邏輯層和表現(xiàn)層的3層B/S結(jié)構(gòu)(圖3)。數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)植煙土壤定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理與維護(hù)和數(shù)據(jù)的提取,空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)關(guān)鍵字段進(jìn)行鏈接。邏輯層是數(shù)據(jù)層和表現(xiàn)層之間的橋梁,在Visual Basic開發(fā)環(huán)境下通過(guò)程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各種功能模塊的編碼、調(diào)試和運(yùn)行。表現(xiàn)層負(fù)責(zé)用戶交互界面的操作與響應(yīng),提供各種功能模塊供用戶使用。

        圖3 湖南省植煙土壤長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

        3.2 系統(tǒng)主要功能介紹

        3.2.1 地圖操作 系統(tǒng)通過(guò)“打開地圖”、“編輯地圖”、“瀏覽顯示”功能模塊可以實(shí)現(xiàn)增加和刪除圖層文件,放大、縮小、漫游顯示地圖和編輯圖形等功能,方便用戶對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的圖層文件進(jìn)行操作。

        3.2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)查詢 系統(tǒng)可通過(guò)兩種方式對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。一種是在監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖上通過(guò)“查看屬性”按鈕點(diǎn)擊監(jiān)測(cè)點(diǎn),可以查看到每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)(圖4)。如圖4點(diǎn)擊“2000年長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)”圖層中湘西永順縣扶志鄉(xiāng)扶志村的定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以查看到該點(diǎn)的土壤養(yǎng)分信息;另外一種方式是通過(guò)“數(shù)據(jù)庫(kù)查詢”模塊對(duì)兩個(gè)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)“長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)”和“代表性典型定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)”的數(shù)據(jù)表文件進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。

        圖4 定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬性查詢

        3.2.3 專題圖顯示 專題圖顯示功能提供了按簡(jiǎn)單符號(hào)、獨(dú)立值、等級(jí)等多種方式顯示定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)專題圖的功能。通過(guò)該功能可以在地圖上直觀的顯示各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在土壤理化性狀上的差異情況。如圖5按照定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)pH值的5個(gè)等級(jí)顯示專題圖,可方便用戶查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤酸堿程度差異情況。

        圖5 按等級(jí)顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤pH值專題圖

        4 討論

        (1)湖南省植煙土壤長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)與信息系統(tǒng)的建立對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理與分析具有重要作用,是了解植煙土壤質(zhì)量長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)變化的基礎(chǔ)平臺(tái),可以隨時(shí)對(duì)定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和更新。但是,由于監(jiān)測(cè)的時(shí)間較短,僅憑已有幾年的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)還不能分析土壤質(zhì)量變化的明顯規(guī)律。如果持續(xù)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),便可對(duì)土壤質(zhì)量變化進(jìn)行預(yù)警監(jiān)控,為煙區(qū)土壤環(huán)境的管理提供有力的技術(shù)支撐。

        (2)目前的定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)較有限,這對(duì)于全面反映湖南省煙區(qū)的土壤質(zhì)量狀況還有一定的局限性。如果能夠在湖南省各煙區(qū)的主要煙站建立定位監(jiān)測(cè)點(diǎn),建立全省植煙土壤資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),將是湖南省植煙土壤管理的有力保障。

        (3)從技術(shù)手段上來(lái)看,如果能夠利用時(shí)態(tài)GIS模型管理各個(gè)時(shí)間段的長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),則可以對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行三維或四維表達(dá),對(duì)于提供數(shù)據(jù)管理效率、實(shí)現(xiàn)更多系統(tǒng)功能均具有重要意義。

        [1] 湖南省統(tǒng)計(jì)局.湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒 [M].北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社,1980-2008.

        [2] 李明德,劉瓊峰,吳小丹,等.湖南省主產(chǎn)煙區(qū)土壤養(yǎng)分變化研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,(11):69-72.

        [3] 趙松義,肖漢乾.湖南煙草種植區(qū)劃[M].長(zhǎng)沙:湖南地圖出版社,2010.

        [4] 申 健,常慶瑞,俞方圓,等.秦巴山區(qū)土壤信息系統(tǒng)的建設(shè)研究[J].水土保持通報(bào),2011,31(1):155-159.

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