地理信息系统技术在土壤污染状况调查工作中的应用

阙 华

（宁德市环境信息中心，宁德 352100）

前言

土壤是重要的环境要素和自然资源，是人类赖以生存和发展的物质基础。土壤环境质量不仅影响整个生态环境的质量，而且影响农产品的产量和质量，从而直接或间接影响食物安全和人体健康。为进一步摸清全国土壤污染的状况，环境保护部在“十一五”期间开展全国土壤污染状况调查工作。

1. 研究区概况

宁德市位于福建东北部、东经118°32'～120°44'、北纬26°18'～27°4'之间，南连福州，北接浙江，西邻南平，东面与台湾地区隔海相望。全区现辖宁德、福安、福鼎三市和霞浦、柘荣、寿宁、古田、屏南、周宁六县。土地面积1.34万平方公里。 地形以丘陵山地兼沿海小平原相结合为特点，属中亚热带海洋性季风气候，年平均气温13.4℃～20.2℃， 年平均降雨量为1250 ～2350毫米。

2. 数据基础与应用方法

2.1 基础数据准备

宁德市1:250000基础地形数据库。该数据库主要是以Shape格式数据为主，按照存储类型主要分为三种：

一是点图层：居民点（设市、县城和建制镇）、土壤背景值点；二是线图层：公路交通（ 高速公路、国道、省道）、等高线；三是面图层：政区（省界、市界、县界等）、水系（含单线河、双线河、主要湖泊、水库）、自然保护区、土地利用现状和类型等。这些图层均采用美国ESRI公司的ArcGis 9软件进行数据录入、编辑和投影转换、建立拓扑关系等。

2.2 调查点位布设

2.2.1 布点原则

根据国家点位布设全面性、可行性、经济性、连续性、相对一致性原则的要求，进行宁德市土壤污染状况调查的布点工作。

2.2.2 布点范围和要求

布点范围是宁德市行政辖区范围内的全部陆地国土。根据《全国土壤污染状况调查技术规定》中布点要求和《福建省土壤污染状况调查实施方案》的要求进行布点，以上述基础地形数据库为底图依据，按照8km×8km网格的密度进行布点，林地网格取16km×16km，未利用土地主要是沿全省海岸线近岸滩涂均匀布设。以市、县为基本单位进行汇总统计，制定采样点位表格。宁德市土壤环境质量状况普查点位布设分布见表1。

表1 不同土地利用类型普查布点网格密度

2.3 数据编辑

在arcgis软件中，将宁德市1:250000基础地形数据库中的点、县、面图层进行叠加显示，形成底图。在此基础上分别制作8km×8km网格和16km×16km网格覆盖在底图上。最后将宁德市全部采样点位均标注在1:250000的数字地图的底图上。

2.4 成果输出

在arcgis软件中使用“layout”功能制作宁德市土壤污染状况调查采样点布置图，在完善地图要素（如：图例、经纬网、比例尺、指北针等）后输出成果图。

2.5 现场定位与采样

2.5.1 技术准备

采样点位分布图：电子底图应包括行政区划（县、乡镇）、水系、公路交通、土地利用现状、地形地貌、土壤类型等基本资料；采样点位表：包括点位编码、经纬度、土壤类型、土地利用类型等基本要求；原来土壤背景值调查点位情况表：包括土壤类型、母质母岩、土壤利用方式、植被等基本情况。

2.5.2 物质准备

《全国土壤采样技术规定》中所列样品采集需要的器具。手持式GPS，应有足够的容量和备用电池。将要采样的点位经纬度输入可导航的GPS上。

2.5.3 点位确定和采样

将要采样的点位路线在地图上进行确定。野外正式工作前，需对GPS初始化，采样期间GPS不得关机，使手持式GPS随时保持航迹自动输入状态；到达采样点位时，待GPS接收信号稳定后读数并在现场记录表中做相应经纬度记录，并存入GPS定位仪内存中；采样结束后，将GPS中存储的采样点信息（编号、日期和时间）和航迹传入计算机中。航迹信息由专人管理（下载的采样点和航迹原始数据刻录光盘并保存归档）。采集回来的土壤样品送到实验室进行一系列的分析监测，得出监测结果。

3. 调查成果应用

通过此次土壤污染状况调查工作，获得了宁德市比较全面的土壤状况数据资料，这些数据资料均按照国家数据采集录入规范存储到全国土壤污染状况调查系统中，该系统以表格的形式读取和存储，功能单一。在“十二五”期间，如何利用这次调查得来的数据开展深层次的分析，准确、快速、直观地反映全市土壤污染状况，为土壤污染防治工作提供决策依据，成为一个亟待解决的问题。

3.1地理信息系统简介

地理信息地理信息系统（Geographic Information System，GIS）在计算机硬件、软件系统的支持下，以地理空间数据库为基础，采集、储存、管理、分析和描述与空间和地理分布有关的数据, 为地理研究和地理决策服务的空间信息系统。近年来，GIS技术已在环境保护工作中得到普遍应用，为饮用水源保护、项目审批、海域管理等工作提供现代化的管理手段和有效的辅助决策工具。

3.2 系统的建立

土壤污染状况调查管理系统建立的目标是以地理信息系统和数据库为开发平台，面向环境管理、可视化、动态的信息系统。该系统能够对土壤采样监测数据进行分析和空间关系表达，并将地理关系和属性数据紧密结合，图文并茂地表达土壤污染状况评价结果。从而为环保行政管理部门提供一套完善的土壤信息管理方法，为土壤污染防治工作提供决策依据。

3.3 系统的设计

宁德市土壤污染状况调查管理系统基于GIS平台，能够将上述章节（3.1小节基础数据准备）中涉及的数据库（图层）进行叠加显示，进而实现土壤污染状况监测信息的录入、查询、输出等功能。（总体设计见图1）

图 1 系统总体设计

3.4 系统的功能

宁德市土壤污染状况调查管理系统的功能按照实际运用可分为野外操作、内业管理两个功能。

3.4.1 野外操作功能

野外操作功能通过现场采样管理子系统、数据采集客户端子系统来实现。该功能为将来土壤污染状况数据更新调查奠定工作基础。

现场采样管理子系统可实现对采样任务的管理，如录入上传采样点信息、GPS移动轨迹信息、现场照片等；数据采集客户端子系统主要是在现场采样管理子系统与内业人员互联网络不通的情况下，将现场采样管理子系统中的数据生成打包文件（可加密），通过移动存储设备带回实验室中，再由内业人员手动导入现场采样管理子系统。

3.4.2 内业管理功能

内业管理功能通过数据处理子系统、分析制图子系统、信息查询发布子系统来实现。

数据处理子系统拥有普通地理信息系统软件的功能，对基础空间数据和土壤监测数据进行综合管理，实现各种功能：如图形的叠加显示（放大、缩小、漫游、编辑等）、地理信息属性查询（长度、面积、属性、距离等）、数据库管理（相关数据库的建立、增删字段、记录、数据修改、派生、删除等）、统计图制作（柱状图、散点图、饼图、曲线图等）等功能。

分析制图子系统是该系统的特色，在土壤环境背景值数据和土壤采样点数据开展评价的基础上，进行空间叠加、插值等分析，进而生成各类专题图，如：土壤环境背景值专题图、土壤普查点污染物单因子评价专题图、土壤采样点环境质量综合评价专题图及重点区域土壤污染评价专题图等。

信息查询发布子系统主要是借助ArcSDE实现该功能：包括服务器端和客户端。在服务器端实现数据处理子系统、分析制图子系统的功能以及处理客户请求，返回图形显示和查询结果。客户端主要是基于浏览器的空间数据浏览和查询等功能。

此外，为加强系统运行的安全性和稳定性，需要增加系统管理子系统进行统一管理。该系统功能主要是对不同等级的用户设置不同的权限，并自动生成系统日志，时刻记录各类用户在系统中的相关操作，便于系统管理员的维护管理，保证系统安全运行。

4. 展望

目前，我国地理信息系统技术在土壤环境保护中的应用已经相当广泛，应用GIS技术开展土壤污染状况调查和开发宁德市土壤污染状况调查管理系统都是成功的应用之一。根据土壤环境保护的需求，地理信息系统技术及其应用系统不仅实现对土壤相关数据信息的综合管理和资源共享，而且也将成为土壤污染防治工作提供技术支持的重要手段。主要有以下两个方面：

4.1 充分利用软、硬件资源，推进环境信息化工作

将土壤污染状况、背景值等信息资源、数据等通过信息发布查询子系统实现在我局内网、外网上的资源共享，对我市土壤相关数据库和电子地图进行分级别、分图层管理。使领导、业务人员可以在不同的授权范围内享有数据的录入、编辑、查询、统计分析、制图以及输出等功能。从而为我市的环保决策提供迅速、准确、可靠的科学依据。

4.2 为加强土壤环境管理和控制土壤污染创造良好条件

GIS技术及其应用系统具有良好的移植性和可扩展性。通过GIS技术建立起来的土壤污染状况调查管理系统留有数据库接口，可以进行二次开发和升级，通过增加功能模块来完善系统的综合管理能力，如：土壤重金属污染分析与评价子系统、土壤污染预警子系统、土壤突发性污染事故应急子系统等，从而进一步提高我市土壤环境的科学管理能力，从而将我市土壤污染防治工作推向一个更高的层次。

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