土地质量地球化学评价数据库建库方法探讨——以章丘市刁镇和辛寨镇为例

蔡青

(山东省地质调查院,山东省土地质量地球化学与污染防治工程技术研究中心,山东 济南 250013)

0 引言

土地质量地球化学评价是根据影响土壤质量的有益或有毒、害元素分布及聚集迁移特征，结合地质背景、土壤环境、水环境、大气环境等综合地球化学指标，对土地质量现状的影响程度而进行的土地质量地球化学等级评定[1]。开展土地质量地球化学调查评价工作，可以进一步摸清土壤地球化学特征、土壤有益元素分布情况、农作物及特色农产品适生种植和质量安全状况。近年来，土地质量地球化学调查评价在掌握土地质量状况、保护土地资源、控制土地的过度开发、实现土地的可持续利用等方面取得了诸多成效[2]。

山东省以往开展的多目标地球化学调查和农业生态地球化学调查，已取得大量成果[3-10]。在此基础上，开展1∶5万章丘市刁镇和辛寨镇土地质量地球化学调查，为该区农业种植经济规划与调整，现代绿色农业发展和优化、特色土地资源开发与利用提供重要依据。目前来看,土地质量地球化学评价的精确性和可靠性是前所未有的[11-12]。

土地质量地球化学调查评价数据库是将调查中获取的原始数据、过程数据及评价成果数据等不同阶段的数据资料，进行系统全面地收集和整理，利用中国地调局发展研究中心下发的《土地质量地球化学调查与评价数据录入子系统》将数据及资料数字化、规范化，实现多源、异构、海量数据的统一保存、管理、分析和使用[13]。

1 主要工作内容及目标

根据项目要求，按照《土地质量地球化学调查评价规范DZ/T0295-2016》内容，在充分分析评价区地质背景和元素地球化学组成、分布分配特征及以往多目标地球化学调查工作中取得数据的基础上，开展章丘市刁镇和辛寨镇1∶5万土地质量地球化学调查评价。以评价过程中获取的土壤、大气干(湿)沉降物、农作物、灌溉水等数据及相关资料为基础，结合相关的土壤类型、土地利用类型、基础地理、基础地质等背景信息，综合地球化学数据处理、分析与评价结果，建立数据库。

其中调查数据及分析数据均以Access的格式录入，实际材料图、地球化学图、评价图及其相关基础图等图件均以MapGIS的格式储存。数据集的投影参数为：“北京54坐标系”、高斯-克吕格6度带投影、中央经线为117°、高程使用“1985国家高程基准”。

2 技术方法

刁镇和辛寨镇土地质量地球化学评价，涉及多种研究介质，各类采样介质样品布置原则、采样方法、样品保存与运输、送样原则、指标分析和质量监控等技术要求均按照或参照《土地质量地球化学评价规范(DZ/T 0295-2016)》《多目标区域地球化学调查规范(1250000)(DZ/T 0258-2014)》《区域生态地球化学评价规范(DZ/T 0289-2015)》和《生态地球化学评价样品分析技术要求(试行)(DD2005-03)》执行。建库前根据上述规范和技术要求，检查接收到的调查资料和分析数据是否符合入库标准。

建库时涉及在项目实施过程中获取到大量的采样和分析数据。首先是样品采样点位信息，建库内容为分析整理各类样品的采样点分布、属性数据、野外采样记录GPS定位、采样类型、采样数量及相关样品特征等描述信息，按照《土地质量地球化学调查评价数据库建设规范DD2018XX》标准，导入采样点位信息表中，创建数据集并生成相应的采样点位图。其次是与样品分析数据有关的信息，建库内容为针对样品元素全量分析、有效态分析及不同形态等实验室化验分析数据，经过规范整理后，导入分析数据表中，作为编制相应的地球化学成果图的分析和评价数据基础；样品送样批次信息数据根据采样介质不同，分别导入相应数据表中；根据重复样、标准样及一级标样数据来控制数据质量。最后以土地质量地球化学调查为基础，以土地质量地球化学理论为指导[14]，对数据进行综合的分析和研究。以MapGIS和Access为基础信息平台，根据《土地质量地球化学调查与评价数据录入子系统》中的流程，汇总评价数据、原始图、成果图件、元数据、报告等文档，最终提交数据库成果。

3 数据库建设

3.1 野外调查数据采集与整理

野外调查数据采集是建库的基础和关键，为确保数据的可靠性，检查整理野外记录数据是否有多余、重复或遗漏，数据项和数据描述是否合理，采样点坐标是否精确等，控制入库数据的精度。不同介质采样点相关描述若不符合标准要求，则需要将文字表述内容在对应值域范围内进行改正，以确保野外采样数据采集符合标准。

采样记录统一使用标准化的土壤采样记录卡，用简明文字记录样品的各种特征及采样点周围环境特征等项内容。根据地形图、地质图、土壤类型等资料读取出的各项内容也要在室内当日完成。野外记录采用地质记录簿，内容有：土壤颜色、土壤岩性、质地、采样点附近的环境情况(包括种植作物名称、地形、地貌等)，并对未采粗屑部分的主要物质、颜色、干燥程度、大体百分含量等备注说明。

录入时以原始记录卡为基础，将野外记录卡中的每一项数据进行数据库录入。用于录入建库的野外采样记录需经过三级质量检查，自检、互检和抽检，并同步记录发现的问题及解决方法，控制入库数据质量。检查除人工核对入库采样信息与野外采样记录卡的一致性外，还可以利用MapGIS软件进行机检，形成采样点位图进行检查修正[15]。

3.2 实验室分析数据收集与整理

地球化学分析数据表主要对不同采样介质的实验室分析结果数据进行整理与规范，按标准规范中不同采样介质、不同分析项目将分析结果分别组织、规范数据项名称和结构，将分析结果数据内容导入标准结构表中；如存在多余重要分析数据表或数据项时，按该标准中命名要求增加相应数据表或数据项。

对调查获取的的面积性土壤、农作物样品和配套根系土、大气干湿沉降物、灌溉水、化肥等样品分送实验室进行分析。根据“规范”和“技术要求”的规定，进行元素全量、土壤有效态、土壤形态等项目分析。接到分析报告数据后，系统整理分析数据，挂接采样点位坐标、环境等信息，并用于编制相关基础性地球化学图和评价应用图。

3.3 评价指标数据收集与整理

评价指标数据是指在进行土地质量评价地球化学调查过程中，自行确定的用于不同介质评价选用的指标及分级标准，包括土壤养分、土壤环境、灌溉水环境、大气干湿沉降环境、农作物安全性和其它介质地球化学评价指标等。主要数据项包括指标类型、最大适用比例尺、指标名称、代表等级、含量范围、指标单位等。山东省土地质量评价养分等级标准见表1。

表1 山东省土地质量评价养分等级标准(mg/kg)

3.4 评价成果数据生成与整理

评价单元是土地质量地球化学等级化分的最小单元[16]。章丘市刁镇和辛寨镇以土地利用现状图上最小地块(图斑)为评价单元，对元素含量和属性数据进行分析、赋值和评价。综合土壤养分、环境系列评价图，评估工作区土壤质量等级。在此基础上，综合叠加大气环境、水环境等，编制土地质量地球化学等级图(图1)，对工作区土地质量进行评估。

图1 刁镇辛寨镇土地质量地球化学等级图

3.5 成果数据入库

利用数据录入与质量检查系统，将以上数据表的格式和内容规范正确地汇总在一起。

3.5.1 确立数据库名称及相关属性

打开录入子系统，选择项目菜单下的新建项目，完善项目库属性。框架选择项目组提供的“土地质量地球化学调查关系数据框架”，补充项目比例尺、数据库名及数据库存放位置。

3.5.2 数据整理与导入

系统支持Excel表和Access表两种原始数据表格式。创建数据表内容包括三级分类。一级分类分别为基础背景数据(JC)、调查分析数据(DC)、实验室质量监控信息(QT)、评价指标数据(ZB)、评价结果数据(PJ)五大类。二级分类主要是对不同采样介质进行区分，如土壤、根系土、灌溉水、农作物等。三级分类则是选取原始背景的基本信息数据表和调查评价的结果数据表。按照土壤、农作物、灌溉水等介质不同，数据结构做了细致的划分。通过数据表命名规则，亦可以快速判断此表的数据内容(表2)。将实际生产过程中生成的数据表整理后，相同字段进行匹配，导入至标准框架表中，完成对数据的标准化。

在子系统导入模块中，可以导出各种数据表模板，其中包含规范要求中数据表的所有的字段名称、顺序及字段大小、是否为必填项等格式内容。必填字段与可选字段由不同颜色标记，建库人员可以清晰的判断字段是否可以有空项，从而保证数据的完整性。从初始资料开始，严格按照数据标准进行整理，在最终数据导入时，可以大量减少出错情况，提高效率，较快完成数据的规范导入。

表2 土地质量地球化学调查评价数据分类

原始资料与数据规范要求不符时，不能成功导入。导入过程中，系统提示错误原因信息，方便建库人员尽快找到出错原因，并按提示进行修改。不同介质和不同类型数据都可以在标准框架表中找到。数据导入的过程也是一次数据检查的过程，只有完全符合数据项要求，才能成功导入，这样很好的保证了入库数据的准确率和数据质量(图2)。

图2 数据导入界面

3.5.3 数据浏览和检查

数据表导入后，所有不同类型数据表都存放在数据工程列表中。根据标准命名规则，可以快速找到要使用的数据表。原始数据表和导入标准库后的数据表都可以进行浏览和检查(图3)。

图3 数据浏览界面

3.6 其他资料整理

使用元数据采集器(Access)V1.2创建元数据库，以工作区为单元，采用XML格式。整理数据库建库过程中的说明性文件皆采用word文件格式，认真填写质量检查记录、自检、小组互检及抽样检查表，编写工作报告等资料。数据表、原始图、成果图、元数据库、报告及质量监控文档组成完整的土地质量地球化学评价成果数据库。

4 结语

评价成果将为今后土地资源合理利用以及构建数字化管理平台提供基础数据[17]。

以调查数据资料为基础，建立包括区域地理地质、地形地貌、土壤类型及土地利用等基础空间数据库；建立以土壤、灌溉水、农作物等介质的工作区采样布置、土壤化学元素分布及变化、土壤污染分级、土壤元素环境和养分分级等为核心的空间评价数据库；完成土地规划图、特色农产品种植规划建议图、施肥建议图等各种成果图件的评价数据库。实现了对样品及相应的众多的化验分析数据的科学有效的管理，方便提取和应用，使得成果表达标准化和科学化,为评价区土地质量地球化学调查评价和总体综合研究提供了基础数据资料。