土地质量地球化学评估信息系统研究
摘要：土地质量地球化学评估信息系统是基于GIS、大型数据库技术，对土地质量地球化学数据进行存储管理、处理分析、汇总统计和评估校验的一体化、专业化信息平台。
研究了系统背景、总体设计和核心功能模块设计。
该系统能够满足相关地质调查单位、科研院所的应用需求。
关键词：土地质量、地球化学、评估、信息系统
1 系统总体分析
1.1 建设目标
土地质量地球化学评估信息系统是以土地、地球化学、软件工程、系统工程、数理统计等相关知识理论为指导，以《土地质量地球化学评估技术要求》为准则，以建立土地质量地球化学评估数据库为基础，以开展土地质量地球化学评估为主线，以实现土地质量的分等定级和统计为目标，利用大型空间数据库、地理信息系统、网络技术等多种现代信息技术，包含数据预处理、评估指标筛选、指标权重赋值、各种计算模型等功能模块在内的的信息系统。
1.2 系统结构
土地质量地球化学评估信息系统基于客户端/服务器模式，整个系统共分为3层，分别是表现层、业务逻辑层和数据库层，
整个系统结构如图1所示。
1.2.1 表现层
表现层直接面向客户，提供空间数据表示和信息可视化功能，运行于Windows系列操作系统，连接到业务层，业务层再与数据服务层连接，获取或更新数据库中的数据，构成3层结构。
1.2.2 业务逻辑层
业务逻辑层主要提供各种计算分析服务和各种基础支撑服务，包括地统计、多元统计分析、层次分析、各种参数计算、隶属度划分等功能服务。
1.2.3 数据层
数据层由空间数据库引擎和大型关系型数据库构成，主要用于管理维护所有系统相关数据，建立并维护空间、非空间索引。
数据服务层存储和管理以下类型的空间数据：矢量数据、栅格数据、遥感影像数据、元数据等。
2 核心功能模块分析
2.1 数据预处理
参与土地质量地球化学评估的数据都必须符合正态分布，该功能模块主要是用于不服从正态分布或对数正态分布的数据，进行平均值±3倍离差剔除异常数据，直至服从正态分布或对数正态分布，同时按照等距法或累积频率曲线法对数据进行5级划
分，根据特定元素的分级情况，判定其在土壤中的丰缺程度。
2.2 元素丰缺程度评价
该功能模块主要用于对表层土壤N、P、K、Ca、Mg、S等必需大量元素和表层土壤Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl等必需微量元素，以及表层土壤Si、Co、Ni、Na等有益元素的丰缺程度进行评价。
2.3 环境质量特征分析
该功能模块主要用于对表层土壤As、Cr、Cd、Pb、Ni、Hg 等有害重金属元素和表层土壤F、I、Se等健康元素，以及表层土壤六六六(HCH)、滴滴涕(DDT)等有机污染物的地球化学特征中的环境质量特征进行分析。
2.4 元素空间变异特征分析
元素空间变异特征分析是整个系统的核心功能模块。
该功能模块主要用于对表层土壤中的必需大量元素、必需微量元素、有益元素、有害元素、健康元素以及有机污染物的空间变异特征进行分析，包括两大功能点：半方差函数计算及半方差图拟合。
2.5 评价指标筛选和权重赋值
该功能模块主要是采用专家经验、多元统计分析和半方差函数计算的方法，以自动形成或人机交互方式，对影响土地质量地球化学内部因素和外部因素进行评估指标的筛选，然后依据不同类型的评估指标权重赋值原则，对土地质量具有相同重要性的评估指标进行影响程度的两两比较，从而获得指标权重值。
该功能
模块支持经验法和层次分析法两种指标权重赋值方式。
2.6 评估指标隶属度函数计算
土地质量地球化学评估指标采用峰值型、戒上型、戒下型3种模型进行隶属度值计算。
采用戒上型计算土壤有机质、氮、磷、钾、阳离子交换量及有益元素含量的隶属度；采用戒下型砷、镉等有害元素和有机污染物(包括土壤、水体、大气和农作物) 隶属度；采用峰值型函数土壤酸碱度、质地和健康指标的隶属度。
2.7 土地质量内部因素分等模块
依据土地肥力综合参数(P肥综)和土地环境健康综合参数(P 环综)分别对土壤肥力和土地环境健康等级进行3等分。
通过评估网格各评估指标的实测值进行权重和隶属度计算，获得土地肥力和土壤环境健康地球化学综合指数。
根据叠置土壤肥力分等和土壤环境分等的划分结果，对评估图斑进行土地质量地球化学分等。
2.8 土地质量外部因素分等模块
将土地质量外部因素经过评估指标筛选、权重赋值、隶属函数值计算、综合参数计算等过程，依据每级对应的综合参数值，将大气质量、灌溉水质量等影响土地质量外部因素的质量等级分为3级。
2.9 土地地球化学质量等级辅助校正
以土地质量地球化学等级为基础，根据土地的地质背景、耕层厚度、障碍层深度、坡度、坡向等土地质量的物理指标和生物
指标，实现初步划定的分级检验。
依据实地校核与专家评议的结果，辅助土地级别界线修订，并结合专家库，最终确定土地质量的地球化学级别。
2.10 土地质量地球化学统计
在不同比例尺的网格化土地质量地球化学等级色块图上，叠加相应比例尺的土壤类型或土地利用类型图层，根据叠置结果，分别统计出不同土壤类型和不同土地利用类型的土地质量地球化学等级的面积和所占比例。
3 结束语
开展土地质量地球化学评估是一项涉及数据多、计算强度大、质量要求高的专业性工作。
由于缺少专业化的信息系统工具的支撑，以前完成该项工作是一项费时费力、结果无法得到有效保证的事情。
本文从用户需求出发，找出问题，依据规范，开展分析，结合当前主流成熟的信息技术，开展土地质量地球化学评估信息系统设计初探，包括系统总体设计和核心功能模块设计，为推进我国土地质量地球化学评估信息系统的研究开发及应用推广做贡献。
参考文献：
[1] 奚小环.生态地球化学与生态地球化学评价[J].物探与化探,2004(1).
[2] 奚小环.土壤污染地球化学标准及等级划分问题讨论[J].物探与化探，2006(6).
[3] 夏家淇,骆永明.我国土壤环境质量研究几个值得探讨的问题[J].生态与农村环境学报,2007(1).
[4] 夏家淇,骆永明.关于土壤污染的概念和3类评价指标的探讨[J].生态与农村环境学报,2006(1).
[5] 楼旭逵,黄海峰,张俊岭.珠三角农业地质与生态地球化学调查评价信息系统建设[J].安徽农业科学,2009(5).
Research on the Land Quality Geochemical Assessment
Information System
Abstract:The land quality geochemical Assessment information system is a specialized information platform based on GIS，large database technology，which aims to store and manage，process and analyze，summarize and statistic，assess the land quality geochemical data. This paper studies the system background，overall design and core function module design. The system can meet the related geological investigation units，research institutions of application requirements.
Key Words: Land Quality；Geochemical；Assessment；Information System。