Soter土地資源數據庫研究進展及其在湖北省的應用前景

徐志華

摘要：數據庫迅速發展，近些年來在全世界得到廣泛應用的同時自身也在不斷完善更新。本文介紹了Soter數據庫的發展歷史，數據結構原理及特點，該數據庫在國內外的應用研究進展，在國內外不同比尺度條件下均取得了不錯的效果。湖北省環境破壞，水土流失嚴重，有必要引進這一技術工作來指導相關政策制定，同時地質地形的差異性也提供了客觀條件。

關鍵詞：Soter數據庫；土地；地質地形；地理信息系統；湖北省

1. 引言

進入21世紀以來，人口的劇增、環境污染、土地的退化、地質災害嚴重威脅我們社會的可持續發展。如何精確掌握大量的土地資源動態變化信息，并據此做出決策，這迫切需要相關數據庫工具來對此進行分析。全稱土壤—地體數字化數據庫（Soiland Terrain Digital Database，簡稱Soter）是利用目前已有的信息技術，包括遙感、地理信息系統、全球定位系統，建立的包含土壤地圖單元及其屬性的空間—屬性數據庫。其通過對區域范圍內土地類型的系統辨識，構建起電子化的土壤空間單元和屬性數據相結合的數據庫。它是以土壤資源和環境變化作為主要研究內容，是一個動態監測網絡來研究土地土壤與時空關系的動態變化。Soter能夠將地形體和土壤信息與全球的GIS/GPS系統連接和疊加，為土壤信息系統走向規范化、全球化、實用化奠定了理論基礎，很大程度上擴大了其數據量和數據類型，為農業生產、環境保護、城鄉規劃提供了可供參考的海量信息[1—3]。因此其不僅是一個簡單的GIS數據庫，更是一個多元化的信息系統，在資源與環境管理，災害監測和預防，國土整治，作物估產有著廣闊的應用前景[4]。

自20世紀七八十年代開發以來，該數據庫迅速發展，近些年來在全世界得到廣泛應用的同時自身也在不斷完善更新，基于此本文在介紹Soter數據庫原理特點，國內外研究應用進展的基礎上，討論了其在湖北省利用的可行性，以期為后續土地資源評價和規劃提供理論依據。

2. Soter數據庫原理及特點

SOTER的數據組織包含兩種類型的數據：土壤和地形體，這屬于空間數據，指物體的點線面及其拓撲關系，另一部分為屬性數據，包含土地利用、土地覆蓋、植被、氣候、社會經濟等。空間數據由地理信息系統（GIS）儲存管理，而屬性數據則由關系數據庫管理系統（RDBMS）儲存管理（圖1） ，每一個單元均可電子化為描述數據（地形地貌，植被等）和量化數據（面積，高程，pH-Eh等）。GIS和RDBMS共用同一個ID識別號將每一個SOTER單元里面的信息連接起來，所有單元組合在一起，其包含的空間—屬性數據及其相互關系即構成了SOTER數據庫[1，2，5]。其空間單元按規模依次分為如下三類，地形體，地形體組分，土壤組分，反映土壤類型。屬性數據表格包括地形體地形特征表格，地形體組分特表格，特定土壤類型特征表格，土地利用和植被覆蓋特征表格，氣象特征表格。

Soter數據庫主要有以下特點：一.數據存儲和調用結構化框架簡單方便，能夠滿足不同比例尺下制圖的需求。二.單元劃分綜合考慮到了地形、母質的差異，可直接用作評價單元，為開展相關評價研究提供了方便。三.包含信息量豐富，即使100萬比例尺也能很方便地提取表格或地圖信息。除了制圖區域的地形數據，還包括了與制圖單元相關的大量屬性數據，記錄了土壤及其環境變化特征，后續應用，如土壤流失、城鄉規劃、環境評價等奠定了數據基礎。四. 兼容性強，能夠與國內外其它資源數據庫轉換兼容，擴大了數據庫的應用面。數據庫結構完善，在運用過程中能夠定期更新、修改和完善。整個數據庫組織結構清晰，易于調試、維護、更新。五.前期數據采集標準統一，數據庫建立過程中一套系統化、標準化的規則，后續可以方便地轉移交流和共享。例如在土壤劃分上，SOTER要求按FAO-Unesco方案執行，但是地形劃分上并沒有一個通用的國際標準，為此專門設計了Soter自己的體系。這為SOTER信息交流、共享提供了方便[2，4]。

總之，該數據庫運用方便，數據豐富。相比較于傳統地圖制圖，其不僅包含了空間信息，還寫進了大量的屬性信息，而且還是一一對應的，這是前者無法實現的。另外由于地形電子化，一些之前受比例尺限制的而無法表達的重要信息在soter環境下可以很方便地存儲，這些信息同樣具有統一格式和標準。

3. Soter數據庫國內外研究進展及應用

自從1985年國際土壤學會論證建立1∶100萬土壤—一地形數字化數據庫的可行性，開始，到1986年的瓦格尼根和1987年的內畢羅有關土壤學科國際學術會議上開展嫌棄工作，Soter數據庫開始建立。聯合國糧農組織在1992年開始使用該數據庫對已有的世界土壤、土地和資源等數據進行儲存和更新，并在一些國家和地區付諸實踐。這些應用在不同的區域規模（500萬到250萬）下在20多個國家和地區都得到了驗證，取得了良好的效果。在前南斯拉夫，保加利亞等地區進行的土壤退化和脆弱性評價研究，拉丁美洲及加勒比海地區1∶500萬SOTER數據庫已經完成，在肯尼亞等國進行了土地應用系統、水土流失，荒漠化治理等方面的應用。前期工作主要集中在小比例尺地體上，但是對于區域性的小范圍的土壤—地形數據，仍然顯得粗糙和不準確。1997年之后，隨著小比例尺SOTER數據庫的建立和發展，大、中比例尺建庫工作很快實施開來。例如匈牙利1∶50萬國家SOTER數據庫已經完成，在此基礎上后續工作如農業適宜性評價、土壤退化模型研究、滑坡災害治理、土壤污染定量評價得到了補充[8]。

我國SOTER圖件和應用情況鍵表1。面上的全國范圍1∶400萬數據庫已經開始建立。山東省還對1∶100萬全省SOTER數據庫進行了研究。更大比例尺上在也在長江中下游成都平原和海南省局部地區開展了大、中比例尺度的SOTER數據庫建立研究嘗試研究，更大比例尺1∶5萬～1∶2.5萬SOTER數據庫的建立部分省份區域已有嘗試，后續應用主要集中在農業生產潛力評價，農用地適宜性評價，耕地力評價和水土流失治理等方面[3，5，8]。

目前為止其主要應用體現在如下幾方面：一，土地利用規劃。SOTER數據庫可以提供不同尺度下的土地資源分析評價所需的土壤數據，尤其在土地適宜性評價中，化學成分，物理化學條件，地理條件，水文狀態，土壤的地球物理性質等等這些數據均可以從數據庫中進行發掘整理和分析。二，水土流失評價和治理。對于Soter數據單元的侵蝕危險性，可以建立相關地學模型，邊坡穩定性，土壤結構，氣候數據之間的耦合可以為相關模型提供數據支撐，在肯尼亞，海南省局部開展的此類工作取得了良好的效果。三，土地退化評價。在給定的自然條件變量（土壤，土地變遷，溫度，降雨量，地理位置），可以預測由于土地退化對農業生產的影響。四，指導農田生產。運用3S技術（遙感RS、地理信息系統GIS、全球定位系統GPS等），建立不同比例尺的SOTER數據庫，對區域作物區進行系統科學的管理，提取影響產量的關鍵因子并在實踐生產中進行調理，實現產量最大化，并減少成本和對環境的污染，做到可持續發展。

4. Soter在湖北省的應用前景

湖北省作為中部工農業生產大省，近年來現代化、工業化、城鎮化進程加快，人類的不合理活動造成了一系列嚴重的環境問題，水土流失不斷產生，加之地理區位、土壤地質、水資源分布等自然因素，湖北省成為全國水土流失嚴重的省份之一。1994年水土流失面積達6.85萬平方公里。，20余年來各方采取措施面積有所減少，目前仍有3.69萬平方公里，占到國土面積的約20%。水土流失還造成地力下降、泥沙淤積、湖泊萎縮、山體裸露、生態失衡，既給防洪保安帶來不利，又嚴重制約山丘地區經濟發展與脫貧致富。Soter方法在湖北省的開展為解決這些環境問題提供了新的技術持。湖北省經濟發展狀況在中部處于領先地位，同時省內各區縣差異明顯，武漢—襄陽—異常一線發展迅速，鄂西南和鄂西北相對緩慢。湖北省的Soter數據庫建立工作對環境保護，農業生產，同時也為其他區域開展此類研究提供了可供借鑒的案例。開展Soter研究，對于提高土地利用率，防止土壤退化，減少土壤侵蝕，提高土壤肥力等方面，是非常有必要的，同時可定量化的描述個數據單元的地形—地形體—地形體組分信息，為治理水土流失制定政策提供依據。這些都是開展Soter數據庫研究的必要性，下面敘述充分性。

Soter數據庫需要研究區域具有地質、地形和土壤條件的差異，土壤資源的多樣性是一個很重要的基礎。湖北省土壤類型較為復雜，主要有水稻土、潮土、黃棕壤、黃褐土、石灰（巖）土、紅壤、黃壤及紫色土等，這8個土類占全省總耕地面積的98.65%。地形方面，湖北省正處于中國地勢第二級階梯向第三級階梯過渡地帶，地貌類型多樣，山地、丘陵、崗地和平原兼備。地勢高低相差懸殊，東部平原有些區域地面高程為零。全省西、北、東三面被武陵山、巫山、大巴山、武當山、桐柏山、大別山、幕阜山等山地環繞，山前丘陵崗地廣布，中南部為江漢平原，與湖南省洞庭湖平原連成一片。全省地勢呈三面高起、中間低平、向南敞開、北有缺口的不完整盆地。這些差異均為開展Soter數據庫研究提供了充分的條件。

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