基于GIS简单处理世界土壤数据库（HWSD）的中国土壤数据集

Posted 2023-04-06 树谷-胡老师

来源：GIS前沿

一、 数据介绍

土壤属性表主要字段包括（图1）：详细描述请参考Harmonized World Soil Database (version 1.1).pdf文件，其中以T开头的土壤属性表示土壤上层的属性（0-30cm），以S开头的土壤属性代表土壤下层的土壤属性（30-100cm）。

图1 土壤属性表内容示意图

二、 数据下载

世界土壤数据库（HWSD）的中国土壤数据集(v1.1)从国家青藏高原科学数据中心（http://data.tpdc.ac.cn/zh-hans/）下载获得，无需注册。其中数据共有2个版本，在官方网站输入关键词“土壤”即可搜索得到。

数据下载解压后可以得到栅格数据、土壤属性表和数据使用说明等文件（图3），注意使用该数据时，请遵循相关引用规定，合理合法运用（非商业用途）。

图3 数据内容

*本教程仅供参考，不足之处欢迎斧正。

三、 数据处理

3.1 土壤属性表的转换

打开数据库文件，右键选择HWSD_DATA导出为Excel文件（图4），文件格式要选择97-2003类型，否则ArcGIS容易出错。

图4 导出Excel

导出的数据在Excel中打开找到“MU_GLOBAL”，该字段是与栅格图中ID字段一一对应的（图5）。

图5 土壤属性表

3.2 加载数据

打开ArcMap，加载数据并查看数据是否有坐标，本实验下载的数据是自带了WGS_1984坐标系的（图6）。如果没有坐标则利用【定义投影】工具投影到对应坐标系即可。

图6 加载栅格数据

3.3 栅格数据构建属性表

在工具箱中打开【数据管理工具】——【栅格】——【栅格属性】，找到【构建栅格属性表】，为栅格创建属性表，为后续“链接”属性字段奠定基础（图7）。值得注意的是，该栅格数据仅有单一波段，若是具有32位浮点像素类型的栅格数据则不能构建属性表。

图7 构建栅格属性表

3.4 数据链接

在图层“HWSD_China_Geo”右键，选择【连接和关联】，设置连接的对应字段（图8）。从数据说明中可以查到，字段“MU_GLOBAL”与栅格图中Value字段是一一对应的。

图8 数据连接

3.5 数据导出

将数据与土壤属性表连接后，一定要单击右键导出栅格数据（图9）。导出数据时设置像元大小为1km×1km。

图9 导出连接后的栅格数据

3.6 栅格裁剪

根据研究需要，利用研究区矢量边界对栅格进行裁剪，以贵州省为例。打开【空间分析工具】——【提取分析】——【按掩膜提取】，输入贵州省边界数据和栅格数据，最终得到结果（图10）。

图10 贵州省土壤类型

该栅格数据的属性表中对应了贵州省的土壤类型属性的相关参数，打开属性表可以查看，也可以在【符号系统】中根据不同的需要进行制图或表达（图11）。

图11 贵州省土壤类型属性表

基于GIS技术的环境领域应用

地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS），是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。空间分析功能是GIS区别于其他系统的本质特征之一。随着GIS本身的数据管理和空间分析功能的迅速发展，GIS广泛应用于土地测绘、城市规划建设、环境影响评价、环境监测、水土保持与荒漠化等领域，为生态环境保护提供了技术支持。
　　一、GIS技术主要特性
　　（一）空间数据的采集、编辑和处理
　　GIS不但具备一般数据库系统的数据采集与编辑能力，而且在计算机软硬件的支持下，可以存人各种已经完成的专题图件。GIS软件提供了强大的数据转换功能，可从CAD、文本、关系数据库等形式输入数据。遥感数据已经成为GIS的重要数据来源，全球定位系统（GPS）也是地理数据的采集方式。
　　（二）空间数据的管理
　　地理信息数据库是GIS的核心，它能够对庞大的地理图形和文本数据进行管理，并能与其他数据库管理系统相互转换，实现数据库资源的共享。
　　（三）空间查询与空间分析
　　能够围绕总体目标从实体图形数据和属性数据的空间关系中获得派生的信息和新的知识，用以回答用户有关空间关系的查询和进行空间分析。
　　（四）图形处理和制图
　　可按照不同用户的要求绘制全要素地图或分层绘制各种专题地图。由于它具有较强的多层次框架叠置分析能力，还可以通过空间分析得到一些特殊的地学分析用图。
　　（五）分析结果的各种输出与转化
　　为了便于用户进行结果的分析、修正和评价，GIS可将空间查询和空间分析的结果以数学表格或转化为二、三维图形等多种形式输出，输出范围相当广泛。
　　二、GIS在环境领域的应用
　　（一）环境信息可视化与GIS制图
　　环境制图是环境问题研究中的基本手段。在各种专题报告中，各类水体、大气、噪声、植被、土壤等功能区需要制作专题图，利用GIS建立起来的地图数据库，可以达到一次投入，多次产出的效果。使用者可以根据具体的需要，输出全要素的地形图，也可以分层输出各种专题图，如水资源分布图、土地利用分布图、污染浓度专题图等等。
　　（二）生态环境现状调查与分析
　　在对自然生态环境现状进行调查和分析过程中，利用GIS可以比较精确的计算出植被分布、土地利用分布、水土流失荒漠化面积等，直观和客观的评价生态环境的变化，为进行生态环境的综合治理提供基础资料和科学的依据。另外，可以将遥感信息与地面站点监测信息相结合，对环境进行动态、连续的检测，利用“3S”技术支持对自然生态环境进行预报与评估。
　　（三）环境影响评价
　　GIS能够集成管理与场地密切相关的环境信息数据，例如地表水、环境空气、地下水环境质量、点源和面源污染、土地利用和土地变化状况，利用GIS空间分析功能，可以在空间上实现对建设项目环境影响预测评价，将环境影响预测模型和GIS结合，可视化的描述污染物在空间上的扩散分布规律，从而实现污染源可视化、结果浓度数据变化可视化和评价结果的可视化，从而为污染物控制提供可操作的环境管理决策支持。
　　GIS在建立和分析地理对象之间的拓扑关系上具有强大的功能，它可以对环境因素、污染物的数据属性和他们的空间分布进行科学的分析。在环境质量评价工作中，可以将区域内大气、水体、固废、噪声等环境要素的监测数据结合在一起，利用GIS空间分析模块，对整个区域的环境质量进行客观、全面的评价，以反映区域内受污染的程度和空间分布情况。
　　（四）环境质量监测
　　在环境监测中，利用GIS技术可以对实时采集的数据进行存储、处理、显示、分析，实现为环境决策提供辅助手段的目的。如太原市环境地理信息系统将城市的环境质量（水、大气环境质量、噪声）和污染源排放、治理、达标现状在网上公布和查询。居民可以及时了解城市的生态环境质量状况信息，充分发挥了GIS直观形象的优势。广东省以东深流域自然环境地理信息为基础，对其监测数据进行存储处理，开发了东深流域水环境管理信息系统，该系统直观显示和分析了水环境现状、污染源分布、水环境质量评价，追踪污染物来源。同时又可结合数字地图查询历年的监测数据、进行空间分析、辅助决策。
　　三、GIS应用中的一些问题
　　（一）数据来源与数据精度
　　数据的来源以及数据精度问题是GIS技术应用中的一个很大的“瓶颈”。尽管近几年来RS、GPS技术的介入使得环境数据的采集大为改进，但由于环境问题的复杂性、动态性和多源性等原因，导致大量的环境数据仍旧难以获取。加上，数据来源不统一、格式不统一、年代的不同等原因造成了在实际应用过程中环境数据的精度难以保证，特别是数据格式不统一，使得各区域的数据难以共享，影响了GIS的广泛应用。
　　（二）模型的建立与通用性
　　如今，环境保护的研究已经从初期的侧重调查、制图到后期的侧重模拟、监测和管理。在这个阶段，问题的解决依赖于模型的建立。现有的模型多面向于某一特定的区域而建立起来的，大多不具备空间和时间上的可移植性。因此在模型的建立与其通用性上还需要进一步的开发和研究。
　　四、结语
　　GIS所提供的强大的空间数据的管理、分析能力、空间地理数据以及环境影响评价模型相结合可以很好的实现环境数据与基础地图相连接的地图编辑、数据管理、空间分析和环境信息的可视化输出，能够方便的进行数据传输、共享和应用功能模块的扩展。随着新技术的发展、应用的深入，GIS的应用必将为我国的生态环境研究领域做出巨大的贡献。