地球化学与耕地质量调查数据整合方法对比_桑玲玲

DOI：10．11720/j．issn．1000－18．2014．2．27

物探与化探

Vol．38，No．2Apr．，2014

GEOPHYSICAL＆GEOCHEMICALEXPLOＲATION

地球化学与耕地质量调查数据整合方法对比

1，232，4，，5

，高歌，郧文聚朱德海桑玲玲，

（1．中国农业大学资源与环境学院，北京100193；2．国土资源部土地整治中心，北京100035；

3．陕西国土测绘工程院，陕西西安7100；4．中国农业大学信息与电气工程学院，北京100083；5．国土资源部农用地质量与监控重点实验室，北京

100035）

都是涉及土地资源的质量调查与评价的基础性工作。两摘要：土地质量地球化学评估与耕地质量等级调查评价，

项成果的整合研究，是当前数据共享与学科间数据交叉融合的必然趋势。笔者将两项成果有机结合，分别从数据性、成果实用性、科学性等角度出发，对两项成果分别采用基于两项成果数据的叠加法、综合法和基于两项调查数据的因素法进行数据整合方法探讨，并以吉林省前郭县为研究区，对整合成果的适用性及优缺点进行讨论。结果表明，不同的整合方法各有优缺点：基于两项成果数据的叠加法可以保持成果各自的性；基于两项成果数据的综合法易于表达，但过于强调经验；基于两项调查数据的因素法物理意义明确，但理论支撑不足。关键词：地球化学；耕地质量；数据整合；前郭县中图分类号：P632

文献标识码：A

文章编号：1000－18（2014）01－0359－04

农用地分等和土地质量地球化学评估两项工作都是近年来开展的国土资源大调查项目，作为土地质量评价的两个重要分支，其目的是为实现土地资

［1－3］

。这些调查和评价工作积源的可持续利用服务

累了相当多的基础资料，各个业务主管部门根据本

部门的管理需求，从不同的角度出发制定了相应的

［2，4］

，土地等级指标体系评价了调查区域的土地质

量，建立了不同意义的土地质量等，两项工作在评价［5－7］

，目标、内容、指标、方法体系等方面有所区别最

终目标都是实现土地资源由“数量管理”向“数量、

与耕地质量等级评价成果的整合方法，可以用不同

表达方法区分两个成果的空间组合，如色块+数字、色块+色框等，如图1所示。具体实现是在农用地分等成果的基础上，以地块为分等单元，将地球化学评估的等别直接反映在成果图上，这样可以直观地体现两者的的对应关系。

质量和生态”并重管理的转变，实现资源环境友好

利用。

进行土地质量地球化学评估和农用地分等成果的整合研究，将两项工作中的优势相互结合，为农用地利用规划和农作物合理布局、农业结构调整、农用

［7－10］

。整合研究成地生态环境保护等提供技术依据

果不仅将耕地质量研究由一般意义上的产能研究提

升到绿色产能研究的高度，也是部门间数据共享、学科间交叉融合的必然趋势。

图1基于两项成果数据的叠加法表达形式

1．2基于两项成果数据的综合法

该方法同样是基于两项工作研究成果的整合方

法。具体过程是在两者的评价成果的基础上，按照一定的规则，将两者等级综合后得到新的综合等级。主要方法有等级组合综合法（匹配法或物理叠加

［9］

法）、权重综合法（迭代寻优法或化学叠加法），其中等级组合综合法见表1所示。

1

1．1

数据整合技术方法

基于两项成果数据的叠加法该方法也称简单叠加法，前提是针对地球化学

收稿日期：2013－11－15

权重综合法是采用地球化学评估成果作为权重

评价指标参与农用地分等的计算，该方法可以在不同的农用地等别阶段分别进行整合。以耕地质量等级成果中的利用等与地化评估成果中的环境健康等

基金项目：典型地区土地质量地球化学评价示范项目（12120113001800）

·360·

表1

利用等级

123…

优质123…

物

等级组合综合法（匹配法）

地球化学评估优良123…

良好123…

中等234…

探与化探38卷

转换为shape格式，坐标系统转换到北京坐标系，投影方式采用高斯－克里格投影，并通过属性查

差等

234…

询进行研究区农用地分等数据的提取。

3融合结果对比分析

为例，分别寻找最优权重，最终建立耕地质量综合等级函数

［9］

本次研究选择农用地分等成果数据为工作底

图，叠加土地质量地球化学评估成果。其中产能评价主要依据《农用地分等定级与估价项目技术简

——农用地产能核算技术规范（国土资报》第90期—源大调查专用稿），地球化学评估依据《土地质量地

（DD2008-06）［6］相关球化学评估技术要求（试行）》要求。

3．1评价成果分析

研究区前郭县耕地质量等级评价中，利用等别为6～11等，见图2所示。分等面积为278726．67hm2，通过产能核算统计，前郭县可实现总产能为238．02万t，其中高产区主要分布在前郭县东部和北部地区，该地区包含大面积湿地，环境良好，人类活动影响较少，且土壤类型以草甸土、水稻土为主，土壤肥力高、水资源丰富、土层深厚、地势平坦。

Y'ij=YiWj+yCEi（1－Wj）；i=1，…；j=0，1，…。

（1）

Y'ij为第i个评价单元第j次权重所确定的耕式中，

地质量综合等；Yi为第i个评价单元的耕地利用等；Wj为耕地利用等Yi的第j次搜索确定的权重；yCEi为第i个评价单元的耕地环境健康。1．3基于两项调查数据的因素法

进行两项工作的整合，具体是

在原来农用地分等因素基础上，增加地球化学评价

采用因素法

指标，对每个指标的权重重新计算，然后运用多因素综合方法重新进行计算和评价。其中比较典型的方

［7，11］

，法是基于绿色产能概念的整合方法该方法把

农用地分等、产能核算的技术方法发展为绿色产能，

［7，10］

基于地球化学评估的调查数据，根据其性质组合与绿色产能概念的相容性，探索并提出的新的整合方法。

2研究区数据来源及数据准备

以吉林省前郭尔罗斯蒙古族自治县（简称前郭县）为研究区。该县位于吉林省西北部，松嫩平原南部，隶属于吉林省松原市，地处东经123°35'～125°18'，北纬44°17'～45°28'之间，属于温带性季风气候，年平均气温4．5℃，日照2879．8h，无霜期141天，降水量451mm。研究需要的数据包括农用地分等成果、产量调查数据和地球化学评估中涉及到的土壤数据、地表水数据、干湿沉降数据、浅层地下水数据等方面资料，以及研究区土地利用现状图、土壤图和遥感影像作为分析对比数据。其中前郭县农用地分等定级成果（2004年）的图件比例尺为1∶10万，数据格式为ArcGIS的coverage格式，分等单元为6249个；地球化学评估成果为国家—省级（区域评估）尺度的地球化学评估成果，比例尺为1∶25万，采样密度为1

2

个点/4km，评估单元为19个；外业补充调查数据主要是针对指定作物（玉米、大豆和水稻），可实现单产的样本调查。研究前提是需要对数据进行处理，建立统一数据格式和空间基准。所有图形数据

图2

前郭县耕地质量利用等级

6］依据文献［进行评估指标筛选，肥力层此外，

评估指标的选择必需是大量元素（磷、有机质、钙、硫），钼、铜、锌、氯），微量元素（硼、有益元素（硅、镍、钴）；环境健康指标的选择是有害元素（砷、镉），硒）以及pH。前郭县地球化学评估健康元素（碘、成果中，土壤肥力分为1～3等，环境健康分为1～3等，地球化学分为1～5等，按照优质、优良、良好、中972、等、差5等进行统计，评估网格数量分别为34、569、68和30，如图3所示。

2期桑玲玲等：地球化学与耕地质量调查数据整合方法对比·361·

3．2整合方法对比

以耕地质量的利用等级、地球化学评估成果的地球化学等级为例，进行数据融合方法对比分析，具体方法分别是基于两项成果数据的叠加方法、基于两项成果数据的综合方法、基于两项调查数据的因素法（图4）。其中，基于两项成果数据的叠加方法采用色块+色框的表达方法，实现了土地质量地球化学等与耕地质量利用等成果的简单叠加（图4a）；基于两项成果数据的综合方法分别采用等级组合综合法、权重综合法实现了两项成果的物理叠加（图4b、c）；两项调查数据的因素法采用了基于绿色产能概念的整合方法，最终实现两项成果的叠加（图4d）。

图3

前郭县地球化学评估网格

对比分析结果表明，基于两项成果数据的叠加方法（图4a），优点是保持两个技术体系和成果的独

图4前郭县两项成果整合方法对比

·362·物探与化探38卷

简便，直观，一目了然。可以单独叠加某单一立性，

元素指标评价成果，比如镉、铅等单要素图，也可以叠加综合成果，如肥力、环境健康、地球化学等的评估成果。在图面上显示可以用不同的数字表征不同2代表优良，3代表良好，4的等级，比如1代表优质，

5代表差，代表中，而0代表该地块单元没有地球化学评估数据

［6］

基于两项成成果以往研究成果进行整合方法对比，

果数据的叠加法得到的成果可以保持两种成果的独

立性，但并未真正实现空间数据的融合；基于两项成果数据的综合法得到的成果表达容易，但严重强调经验的重要性；基于两项调查数据的因素法得到的成果物理意义明确，但缺乏相应的理论支撑。两种成果的整合工作作为多源数据融合的具体应用，当前研究仍属于起步阶段。随着空间信息科学的不断发展和计算机水平的不断提高，多源数据融合技术用来处理国土资源调查工作中的海量数据，获得比单一信息更充分的融合结果，提高对目标或环境的描述、解释分析和表示结果的准确性，进一步可为土地质量管控提供更详实的数据支持，促进“数量管理”“数量、土地资源由向质量和生态”并重管理的转变提供技术支撑。参考文献：

［1］高向军，．农业工马仁会．中国农用土地等级评价研究进展［J］

2002，18（1）：165－168．程学报，

［2］李强，苏强，赵烨，等．基于土地产能的城郊农用地健康评价体

J］．地理与地理信息科学，2008，24（1）：70－74．系与方法探讨［

［3］奚小环．生态地球化学：从调查实践到应用理论的系统工程

［J］．地学前缘，2008，15（5）：1－8．

［4］MandalDK，MandalC，VelayuthamM，etal．DevelopmentofA

LandQualityIndexforSorghuminIndianSemiaridTropics（SAT）［J］．AgriculturalSystems，2001，70：335－350．

2012农用地质量分［5］中华人民共和国国土资源部．GB/T28407-S］．北京：中国标准出版社，2012．等规程［

［6］中国地质调查局．DD2008-06土地质量地球化学评估技术要

．北京：2008．求（试行）［S］

［7］桑玲玲，张晓沛，杨建宇，等．农用地绿色产能评价体系构建及

J］．农业工程学报，2010，26（7）：235－239．实证分析［

［8］路婕，李玲，吴克宁，等．基于农用地分等和土壤环境质量评价

．农业工程学报，2011，27（2）：323－的耕地综合质量评价［J］329．

［9］张晓沛，张超，朱德海，等．用搜索法集成耕地分等与环境评估

J］．农业工程学报，2011，27（3）：325－330．成果的研究［

［10］王立胜，汪缓缓，余涛，等．土地质量地球化学评估与绿色产能

．现代地质，2012，26（5）：879评价研究：以吉林大安市为例［J］－885．

［11］HakansonL．Anecologicalriskindexforaquaticpollutioncontrol：a

sedimentologicalapproach［J］．WaterＲesearch，1980，14（8）：975－1001．

。缺点是土地质量等级与环境内涵

的统一性没有得到充分体现，没有综合后的等级。

c）中，基于两项成果数据的综合方法（图4b、等级的组合综合法是按照一定的规则，将两者的等综

合后得到新的综合等。优点是判断、计算比较简单，成果易于理解、便于表达；缺点是匹配有随意性，依靠经验。权重综合法通过寻找最优两项成果的权重，最终建立耕地质量综合等级函数。优点是尽可能全面地反映了耕地质量总体状况，成果易于理解。缺点是不同地区计算寻优可能存在不同结果，耕地质量真实值无法确定，存在一定的局限性。基于两项调查数据的因素法，以两项成果的基础调查数据为基础，建立耕地质量和地球化学的综合评价体系，通过多因素综合方法重新进行计算和评价，绿色产能评价即采用该方法（图4d）。优点是物理意义更加明确，易于表达，对生产和管理指导性比较强；缺点是绝对数与相对数直接整合，缺乏实验数据和机理研究的支撑，不同性质组合的综合计算有随意性。

综上所述，通过对土地质量地球化学评估和耕地质量等级成果整合研究，整合后的耕地质量等级成果仍可以保持其原有成果空间上的差异性。但无论哪种整合方法，由于受到土地质量地球化学评估成果的影响，整体上综合等别有所改变。不同的整合方法各有优缺点，在日常管理过程中，可以通过综合使用来加强表达，并作到区域内或者区域间的对比。随着土地资源数量、质量、生态环境并重管理的不断深化，基于调查数据整合的因素法的优势将越明显，绿色产能评价将能更好地服务于土地资源管理。

4结论与讨论

笔者将土地质量地球化学评估和耕地质量等级

下转376页

·376·物探与化探38卷

ASTUDYOFGEOCHEMICALEXPLOＲATIONSPATIALCLUSTEＲIDENTIFICATONBASEDONLOCALSPATIALAUTOCOＲＲELATION

2

NguyenTien-thanh1，，LIUXiu-guo1，ＲENZe1

（1．FacultyofInternationalEducation，ChinaUniversityofGeosciences，WuhanofMiningandGeology，HaNoi

130510，VietNam）

430074，China；2．FacultyofSurveyingandMappingHaNoiUniversity

Abstract：UsinglocalMoran＇sandindexes，theauthorsstudiedspatialclusterof1482streamsedimentsamplesinaspecificareaof8130km2onthescaleof1：200000．Thecomparisonoftheanomalyrangecomputedbyrobuststatisticswiththatcomputedbylocalspa-tialautocorrelationshowsthatlocalMoran＇sindexcanwelldetectrelativelyweakspatialclusterandsmallareaswhilelocalindexissuitableforspatialclusterdetectioninastrongdegreeofspatialclusterandlargeareas．Thedegreeandareaofgeochemicalspatialclusterbyusingtheseapproachesaccordwiththeobjectiverealityandareingoodconformitywithknowndeposits（orespots）．Keywords：localMoran＇sindex；localindex；spatialcluster；geochemicalexploration作者简介：NguyenTienThanh（1984－），博士研究生，从事GIS与成矿预测工作。越南人，通讯作者：刘修国（1969－），研究方向：地理信息系统。博士生导师，

檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵上接362页

ACOMPAＲATIVESTUDYOFTHEDATAINTEGＲATIONMETHODSFOＲ

GEOCHEMICALANDCULTIVATEDLANDQUALITYINVESTIGATION

24，55

SANGLing-ling1，，GAOGe3，YUNWen-ju2，，ZHUDe-hai4，

（1．CollegeofＲesourcesandEnvironmentalSciences，ChinaAgriculturalUniversity，BeijingCenter，MinistryofLandandＲesources，BeijingLandandＲesources，Beijing

100035，China）

legeofInformationandElectricalEngineering，ChinaAgriculturalUniversity，Beijing

100193，China；2．LandConsolidationandＲehabilitation

7100，China；4．Col-

100035，China；3．ShaanxiInstituteofSurveyingandMappingofLand，Xi＇an

100083，China；5．KeyLaboratoryofLandQuality，Ministryof

Abstract：Landqualitygeochemicalassessmentandcultivatedlandqualityevaluationconstitutethebasicworkofthelandresourcesqualityinvestigationandevaluation．Integrationresearchonthetworesultsisaninevitabletrendbetweenthecurrentdatasharingandcross－disciplinarydataintegration．Inthispaper，fromdataindependence，resultspracticabilityandscientificity，thetworesultswerecombinedbysimplesuperpositionmethod，comprehensivemethodorfactormethod．WithQianguoCountyinJinlinProvinceasacasestudyarea，theauthorsinvestigatedtheadvantagesanddisadvantageoftheintegrationresults．Theresultsshowthatdifferentintegrationmethodshaddifferentadvantagesanddisadvantages：thesimplesuperpositionmethodbasedondataoftworesultscouldmaintaintheirrespectiveindependence；thecomprehensivemethodbasedontheresultsiseasytoexpress，butwithtoomuchemphasisplacedonex-perience；thefactormethodbasedontwosurveydatacanclearlyexpressthephysicalmeaning，butwithinsufficienttheoreticalsupport．Keywords：geochemistry，landresourceevaluation；cultivatedlandqualitysurvey；dataintegration；QianguoCountyinJinlinProvince作者简介：桑玲玲（1983－），主要研究方向为土地利用变化与土地评价。E－mail：sangling@foxmail．com。博士后，通讯作者：郧文聚，教授，博士生导师，主要从事土地整治和土地评价研究。E－mail：yunwenju@vip．sina．com。