GIS在農(nóng)業(yè)生態(tài)發(fā)展中的應(yīng)用綜述

王珊　楊萍萍　邊曉蓉

摘 要：地理信息系統(tǒng)（GIS）是用于地理資源管理及規(guī)劃的軟件系統(tǒng)，隨著技術(shù)發(fā)展與農(nóng)業(yè)可持續(xù)化要求，GIS在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用日益增多，其優(yōu)勢(shì)也很明顯，并在實(shí)際應(yīng)用中有很好的表現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：GIS；農(nóng)業(yè)生態(tài)；可持續(xù)發(fā)展

一、GIS在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展

1963年，加拿大測(cè)量學(xué)家首次提出了地理信息這一術(shù)語(yǔ)，并于1971年建立了加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS），這是世界上第一個(gè)GIS。同時(shí)，國(guó)外那些與GIS有關(guān)的組織及機(jī)構(gòu)紛紛建立。這些組織及機(jī)構(gòu)在傳播GIS知識(shí)、發(fā)展GIS技術(shù)方面起了重要的作用。

我國(guó)地理信息系統(tǒng)方面的工作自80年代初開始。以1980年中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所成立全國(guó)第一個(gè)GIS研究室為標(biāo)志，在幾年的起步發(fā)展階段中，我國(guó)地理信息系統(tǒng)在理論探索、硬件配制、軟件研制、規(guī)范制訂、區(qū)域試驗(yàn)研究、局部系統(tǒng)建立、初步應(yīng)用試驗(yàn)及技術(shù)隊(duì)伍培養(yǎng)等方面都取得了進(jìn)步，積累了經(jīng)驗(yàn)，為在全國(guó)范圍內(nèi)展開地理信息系統(tǒng)的研究及應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

現(xiàn)如今，GIS在很多領(lǐng)域已經(jīng)投入使用，在很多公共基礎(chǔ)建設(shè)方面得到了具體應(yīng)用，并得到政府的高度關(guān)注。國(guó)內(nèi)也已有運(yùn)行或建設(shè)中城市測(cè)繪信息系統(tǒng)或測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)。一系列GIS軟件相繼研制開發(fā)成功，大多高等院校都開設(shè)了相關(guān)的專業(yè)學(xué)科，專門從事信息系統(tǒng)活動(dòng)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)陸續(xù)成立。

二、GIS在農(nóng)業(yè)生態(tài)中應(yīng)用

農(nóng)業(yè)生態(tài)地質(zhì)調(diào)查綜合了地球化學(xué)、生態(tài)、地貌、土壤、水文、等地質(zhì)生態(tài)環(huán)境因素，是一項(xiàng)綜合性的系統(tǒng)工程，GIS的引入提高了農(nóng)業(yè)生態(tài)在地球化學(xué)評(píng)價(jià)及空間格局分析的可視化水平及定量精細(xì)程度，是為農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)劃研究提供決策支持的系統(tǒng)。

地理信息系統(tǒng)因其科學(xué)可視化、多層次、易操作等特點(diǎn)，可以分類存儲(chǔ)并分析各種空間和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，因而在農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查中可以用來(lái)存儲(chǔ)信息、分析情勢(shì)、輔助決策等，并可建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，用來(lái)輔助管理決策系統(tǒng)。

（一）GIS在農(nóng)業(yè)資源調(diào)查與管理中的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)資源就是人們從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)所利用或可資利用的資源。農(nóng)業(yè)資源調(diào)查是對(duì)農(nóng)業(yè)資源屬性的摸底。GIS通過(guò)整合氣候圖，土壤圖等的信息，建立農(nóng)業(yè)資源屬性的空間及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。農(nóng)業(yè)資源圖形和數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)資源檔案的計(jì)算機(jī)化，便于發(fā)展農(nóng)業(yè)資源自動(dòng)化管理。GIS與數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合的信息系統(tǒng)比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢更科學(xué)，數(shù)據(jù)更新更及時(shí)，圖表輸出也使得查詢更為直觀。

（二）GIS在進(jìn)行農(nóng)業(yè)區(qū)劃的應(yīng)用

在進(jìn)行農(nóng)業(yè)區(qū)劃時(shí)，將GIS與當(dāng)?shù)刈匀毁Y源，經(jīng)濟(jì)資源的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合，生成農(nóng)業(yè)區(qū)劃統(tǒng)計(jì)圖件。或?qū)IS與遙感系統(tǒng)結(jié)合，利用遙感結(jié)果與GIS的功能，動(dòng)態(tài)模擬各個(gè)農(nóng)業(yè)區(qū)劃方案并進(jìn)行評(píng)價(jià)，由此繪制各種綜合評(píng)區(qū)劃圖和評(píng)價(jià)圖，直觀地顯示農(nóng)業(yè)區(qū)劃結(jié)果。

（三）利用GIS對(duì)農(nóng)業(yè)土地適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)

土地適宜性評(píng)價(jià)是通過(guò)對(duì)土地的自然、經(jīng)濟(jì)屬性的綜合鑒定，闡明土地屬性所具有的生產(chǎn)潛力，已經(jīng)對(duì)農(nóng)、林、牧、漁等各業(yè)的適宜性、限制性及其程度差異的評(píng)定。GIS可以將土壤類型、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、氮磷鉀含量等土地屬性數(shù)據(jù)整合，依據(jù)這些因素對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)影響的程度劃分不同等級(jí)，在GIS中進(jìn)行分析和運(yùn)算，從而生成土壤的適宜性評(píng)價(jià)圖，還可以依照實(shí)際情況建模，進(jìn)行農(nóng)業(yè)土地適宜性的單因素評(píng)價(jià)及多因素綜合評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)土地適宜性的分級(jí)。

（四）開展農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究

GIS在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究中應(yīng)用廣泛，主要有環(huán)境監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與環(huán)境影響評(píng)價(jià)、環(huán)境預(yù)測(cè)規(guī)劃與生態(tài)管理以及面源污染防治等。就環(huán)境監(jiān)測(cè)而言，依據(jù)GIS的模型功能，結(jié)合環(huán)境監(jiān)測(cè)日常工作需求，建立農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境模型，模擬區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化及發(fā)展趨勢(shì)，為決策及管理提供依據(jù)；就環(huán)境質(zhì)量而言，由于污染源的區(qū)域性、污染物的流動(dòng)性以及區(qū)域梯度變化，用GIS作為支持系統(tǒng)可使環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)及直觀。

（五）進(jìn)行農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)測(cè)與控制

利用遙感、GIS及計(jì)算機(jī)等技術(shù)對(duì)重大農(nóng)業(yè)災(zāi)害進(jìn)行綜合測(cè)評(píng)，為政府及有關(guān)機(jī)構(gòu)提供及時(shí)有效、準(zhǔn)確可靠的決策信息，使減災(zāi)、防災(zāi)、救災(zāi)等有更充分的科學(xué)依據(jù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)村經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展提供有力保證。對(duì)有災(zāi)害發(fā)生的區(qū)域，可以根據(jù)GIS空間信息計(jì)算出的大致受災(zāi)面積，進(jìn)而估算該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)GIS的空間特性，對(duì)某一區(qū)域歷史數(shù)據(jù)的演變分析，對(duì)區(qū)域內(nèi)災(zāi)害發(fā)生的基本規(guī)律、時(shí)空分布、危害程度等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)及模擬，并對(duì)災(zāi)害發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，為防災(zāi)、減災(zāi)提供分析對(duì)策。

（六）進(jìn)行農(nóng)作物估產(chǎn)與監(jiān)測(cè)

農(nóng)作物估產(chǎn)及監(jiān)測(cè)對(duì)國(guó)家及時(shí)了解農(nóng)作物產(chǎn)量，制定糧食進(jìn)出口政策及價(jià)格至為重要。其內(nèi)容主要包括兩方面：估算作物種植面積；由單產(chǎn)模型、長(zhǎng)勢(shì)遙感監(jiān)測(cè)來(lái)確定估產(chǎn)模式?？茖W(xué)、準(zhǔn)確地估產(chǎn)，提供數(shù)字化、圖像化的農(nóng)情，對(duì)政府進(jìn)行科學(xué)、正確的決策具有重要意義。目前，由RS（遙感系統(tǒng)）、GIS（地理信息系統(tǒng)）、GPS（全球定位系統(tǒng)）現(xiàn)代信息傳輸技術(shù)結(jié)合構(gòu)成的“3S”技術(shù)體系已被許多國(guó)家選用來(lái)進(jìn)行農(nóng)情監(jiān)測(cè)分析。我國(guó)農(nóng)作物遙感估產(chǎn)現(xiàn)已發(fā)展到小麥、水稻、玉米及牧草等多種農(nóng)作物。

三、GIS管理項(xiàng)目數(shù)據(jù)的目標(biāo)及優(yōu)勢(shì)

（一）GIS管理項(xiàng)目數(shù)據(jù)的目標(biāo)

1.建立管理模塊，進(jìn)行農(nóng)業(yè)生態(tài)地質(zhì)圖庫(kù)管理。各單位應(yīng)用相同GIS軟件進(jìn)行作業(yè)，并統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、編碼，由該GIS軟件統(tǒng)一管理海量農(nóng)業(yè)生態(tài)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)：可以將同一地區(qū)的不同調(diào)查項(xiàng)目數(shù)據(jù)按照一定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打包、存儲(chǔ)并提供不同層次的詳細(xì)查詢功能；將不同地區(qū)的各種數(shù)據(jù)按照地理坐標(biāo)值進(jìn)行拼接、匯總，形成一個(gè)大的地域管理數(shù)據(jù)庫(kù)；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，用戶可以根據(jù)需要，查詢、調(diào)用一定范圍內(nèi)的各種有關(guān)農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)。

2.按照用戶需要，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理，可將數(shù)據(jù)按照調(diào)查內(nèi)容大致分為土壤地球化學(xué)元素分布數(shù)據(jù)、水地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)、巖石與礦物類型分布數(shù)據(jù)、土壤類型分布數(shù)據(jù)、植物種屬分布數(shù)據(jù)、水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)數(shù)據(jù)、地形與地貌調(diào)查數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)等，同類型數(shù)據(jù)可以快捷瀏覽查詢與調(diào)用。

3.GIS結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件、決策支持軟件共同構(gòu)筑“農(nóng)業(yè)生態(tài)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理與決策支持系統(tǒng)”。希望通過(guò)各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、更新與查詢、調(diào)用，能為農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、環(huán)保等領(lǐng)域的管理部門的行政決策，企業(yè)單位的投資，農(nóng)業(yè)起到咨詢、幫助等輔助作用。使這些部門一單位可以在較短的時(shí)間內(nèi)查詢到所需農(nóng)業(yè)生態(tài)地質(zhì)資料，以便使其做出的宏觀的或具體的決定更有針對(duì)性、更準(zhǔn)確、更迅速，從而大幅提高工作效率。

（二）GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)管理的優(yōu)勢(shì)

農(nóng)業(yè)生態(tài)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目是一個(gè)涉及廣泛，數(shù)據(jù)龐雜的綜合性科研項(xiàng)目，應(yīng)用統(tǒng)一的GIS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)管理可以有以下優(yōu)點(diǎn)。

1.有利于數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)化，減少大量重復(fù)性的工作，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)整理過(guò)程，便于統(tǒng)一管理，規(guī)范操作，以便于不同科研單位、不同子項(xiàng)日之間的交流與綜合分析。例如，GIS可以將同一地理區(qū)域的不同調(diào)查項(xiàng)目分層管理，易于對(duì)特定對(duì)象的研究，再將不同的層進(jìn)行拼接，形成綜合、完整的區(qū)域調(diào)查成果。而且各層擁有獨(dú)立的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，可以方便的進(jìn)行調(diào)整各項(xiàng)資料內(nèi)容。

2.GIS的輸入、輸出很方便，有利于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與調(diào)出，且硬件要求較低，通常一部GPS儀及手提電腦便可滿足要求。資料保存簡(jiǎn)單，可方便研究人員快速、高效的查閱、比對(duì)各種數(shù)據(jù)，尤其是對(duì)于野外研究工作非常便利，可以在較短時(shí)間內(nèi)完成很高精度的定點(diǎn)采樣、野外精確測(cè)量等工作，節(jié)省大量人力物力。

3.利于更好地發(fā)掘數(shù)據(jù)的科研價(jià)值。在GIS支持下，各種資料、數(shù)據(jù)可以進(jìn)行廣泛的各種空間現(xiàn)實(shí)的對(duì)比、迭合與綜合分析；可以將同一地理事物的不同信息特征綜合儲(chǔ)存，使它們保持共通性，同時(shí)又兼顧到不同屬性特征間的獨(dú)立性。更重要的是GIS將抽象數(shù)據(jù)值賦予到形象的矢量圖形中，可以多方位，多角度地比較數(shù)據(jù)值，各種屬性值可以縱向的（不同地理區(qū)域之間）、橫向的（不同區(qū)域的相同屬性項(xiàng)）比較，利于觀察各種屬性在地理上的內(nèi)在聯(lián)系。例如在測(cè)定某地理坐標(biāo)點(diǎn)的元素分布時(shí)，可以將元素含量、化學(xué)態(tài)等與該點(diǎn)所在地理、交通、人口、工業(yè)、村鎮(zhèn)等共同編制成圖，由此可以有效分析出該點(diǎn)某元素地球化學(xué)異常的成因條件。

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