全 文 ：GIS 支持下的青石山小流域农业生态信息系统
( QWAEIS)及其应用研究 3
卢剑波 3 3 　王兆骞　(浙江大学华家池校区农业生态研究所 ,杭州 310029)
【摘要】　应用地理信息系统 ( GIS) ,建立了青石山小流域农业生态信息系统 (QWAEIS) ,该系统综合了土壤、土
地利用、水资源及地形地貌等空间信息和气候、人口、农业生产等基本信息. 该系统能对小流域农业生态信息进
行有效地分析和管理 ,应用此系统 ,进行了小流域的土地适宜性评价 ,获得土地适宜性评价结果 ,为小流域规划
提供了空间定位信息.
关键词 　地理信息系统 ( GIS) 　农业生态信息系统 　红壤小流域 　土地评价
Qingshishan watershed agro2ecology information system and its application with the support of Geographic Informa2
tion System ( GIS) . LU Jianbo and WAN G Zhaoqian ( A gro2Ecology Institute , Zhejiang U niversity , Hangz hou
310029) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2000 ,11 (5) :703～706.
Geographic Information System ( GIS) is applied to establish Qingshishan Watershed Agro2Ecology Information System
(QWAEIS) ,QWAEIS integrates spatial information such as land use ,soil ,water and topography with basic informa2
tion such as population ,climate and agricultural production. The watershed agro2ecology information was effectively an2
alyzed and managed by QWAEIS ,land suitable classes were evaluated by QWAEIS and the land evaluation result are
given ,QWAEIS also can support watershed planning with its spatial information.
Key words 　Geographic Information System ( GIS) , Agro2ecology information system , Red soil watershed , Land eval2
uation.
　　3 联合国粮农组织 ( FAO)资助项目 ( TCP/ CPR/ 4452 ( T) ) .
　　3 3 通讯联系人.
　　2000 - 02 - 01 收稿 ,2000 - 07 - 10 接受.
1 　引 　　言
以分水岭为界 ,以小溪为地貌特征的一个集水区
域称为小流域 ,小流域是一个水文单元 ,又是一个自然
生物单元 ,同时还是一个社会2经济2政治单元 ,是一个
资源管理和规划的综合单元. 对于生态学研究而言 ,小
流域是一个较为理想的研究单元 ,目前许多研究者正
在从不同的角度进行流域生态学研究[9 ] ,研究内容涉
及物质循环、景观变迁、水土保持及流域管理等
等[2～4 ,7 ,9 ] . 由于信息科学的发展 ,特别是遥感 ( Remote
Sensing , RS) 与地理信息系统 ( Geographic Information
System , GIS)的发展 ,地理信息系统这一新技术被逐
渐应用到生态学的研究领域[11 ,13 ] ,有力地促进了生态
系统中信息流的研究[1 ,5 ,6 ,12 ] .
我国南方红壤地区共有面积 212 ×106km2 (占国
土面积的 23 %) ,20 世纪 50 年代末和 60 年代初 ,红壤
地区大部分丘陵山地的森林遭到严重滥砍乱伐 ,以致
丘陵山地逐渐退化成为荒地 ,系统结构单一 ,功能退
化 ,水土流失 ,土地退化等问题严重影响了山区及下游
地区的农业生产力和持续性. 世界银行[8 ]在南方红壤
地区 5 个省 (浙江、福建、湖南、江西和广西) 设立了中
国红壤 2 期项目 ,项目总面积为 90563hm2 ,共有 215
个小流域 ,并以小流域为基本规划单元 ,以有效地管理
和开发红壤资源. 本研究选取浙江省安吉县青石山红
壤小流域 ,将 GIS 技术应用到小流域农业生态系统的
信息管理 ,建立了青石山小流域农业生态信息系统
( Qingshishan Watershed Agro2Ecology Information
System , QWAEIS) ,利用该系统进行了土地适宜性评
价 ,该系统还能为小流域的定量规划模型提供有效的
信息.
2 　青石山小流域农业生态信息系统( QWAEIS)
211 　农业生态信息系统的设计和建立方法
青石山小流域农业生态信息系统的功能包括基本
功能和应用功能两部分 ,系统的结构如图 1 所示. 本信
息系统所需的软件及硬件为 :Windows95 支持系统 ,由
北京大学开发研制的多媒体 GIS 软件城市之星
(CIT YSTAR) 2. 5 [10 ] ,数据库 FoxPro for Windows , 文
档 word 6. 0 ,586 微机 ,A0 数字化仪和绘图仪. 数据及
信息的来源如表 1. 基本功能部分主要进行地图的数
字化、数据的输入、查询、统计、输出等 ,应用功能部分
主要进行 DEM 分析 ,地图的叠加和信息的复合 ,及土
应 用 生 态 学 报 　2000 年 10 月 　第 11 卷 　第 5 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Oct . 2000 ,11 (5)∶703～706
地适宜性评价等.
212 　土地利用子系统
将比例尺为万分之一的土地利用现状图 , 在
CIT YSTAR 的图形编辑 ( Edit) 子模块下 ,利用数字化
仪将之数字化 ,生成矢量文件 ,再转入到图形查询
(View)系统中产生数据库 ,数据库文件自动产生编号
和面积两个字段并有相应的数据内容.
图 1 　青石山小流域农业生态信息系统结构
Fig. 1 Structure of Qingshishan watershed agro2ecology information system.
表 1 　青石山小流域农业生态信息源
Table 1 Source of Qingshishan watershed agro2ecology information
信息种类
Information type
信息来源
Information source
土地利用信息 Land use information 安吉县土地管理局
土壤资源信息 Soil information 安吉县农业局
水资源信息 Water resource information 安吉县水利局
地形地貌信息 Topographic information 安吉县农业区划办
气象信息 Climate information 安吉县气象局
基本情况信息 Basic information 安吉县红壤项目办公室
　　根据土地利用类型 ,将该小流域的土地利用类型
分为 14 类 :1)低洼田 ;2)水田 ;3)旱地 ;4)农村居民点 ;
5)坑塘水库 ;6)用材林 ;7)薪炭林 ;8)竹林 ;9)茶园 ;10)
荒草地 ;11)裸岩 ;12) 道路 ;13) 未成林地 ;14) 桑园. 整
个小流域具有 116 个土地利用单元 ,将每个土地利用
单元的土地利用现状类型输入到数据库中 ,就得到完
整的利用现状数据库 ,该数据库包括 3 个字段 ,一是个
编号 ,二是该单元的面积 ,三是利用现状.根据利用现状
数据库 ,对土地利用类型进行统计分析 ,结果如表 2.
213 　土壤资源子系统
青石山小流域共有 5 个土属 :红粘土土属、油红泥
表 2 　青石山小流域的土地利用现状
Table 2 Land use of Qingshishan red soil watershed( hm2)
利用类型
Land use type
面积
Area
利用类型
Land use type
面积
Area
低洼田 Low2lying field 6. 09 竹林 Bamboo 2. 4
水田 Paddy field 46. 26 茶园 Tea 1. 08
旱地 Upland 6. 32 桑园 Mulberry 0. 31
居民点 Village 11. 9 荒草地 Waste land 47. 31
坑塘水库 Water surface 12. 92 裸岩 Rock 0. 58
用材林 Timber forest 3. 59 道路 Road 1. 49
薪炭林 Flue forest 0. 43
土属、红泥田土属、黄泥沙田土属和烂泥田土属. 将万
分之一的土壤类型图 ,利用 GIS 数字化 ,产生土壤类
型图的矢量文件和数据库文件. 通过对土壤资源信息
的分析 ,得到 5 个土属面积分别为 :红粘土 56. 81hm2 、
油红泥 6. 04hm2 、红泥田 13. 12hm2 、黄泥沙田32. 58
hm2 、烂泥田 6. 18hm2 . 将 5 种土壤类型的属性输入到
数据库文件中 ,以便对土壤属性信息进行查询与管理.
土壤属性主要包括 :土壤有机质、全 N 量、速效 N、速
效 P、速效 K及 p H 值 (表 3) .
214 　水资源子系统
该小流域共有 11 个山塘 ,一条小流和多个池塘 ,
其中山塘是主要的蓄水设施. 可利用的水资源有水库
的库容水和旱季的溪流水. 将万分之一的水资源分布
图输入到计算机系统 ,产生水资源空间分布图及数据
库. 各山塘的蓄水能力及溪水的有效水量如下 :1 号山
塘 01536 ×104m3 ,2 号山塘 01258 ×104m3 ,3 号山塘
118 ×104m3 ,4 号山塘 01216 ×104m3 ,5 号山塘 01535
×104m3 , 6 号山塘 01462 ×104m3 , 其余 5 个山塘
01519 ×104m3 ,旱季可利用溪流量 6. 907 ×104m3 ,总
供水量 11. 233 ×104m3 .
表 3 　土壤类型的属性
Table 3 Characteristics of soil types
项目
Item
红粘土
RBS
油红泥
RWS
红泥田
PFRS
黄泥沙田
PFRPS
烂泥田
GFL PF
土壤有机质 20. 3 22. 4 18. 3 29. 9 28. 7
Organic matter (g·kg - 1)
全 N 1. 29 1. 35 1. 17 1. 18 1. 74
Total N (g·kg - 1)
速效 K 34 35 55 34 34
Available K(mg·kg - 1)
速效 P 3 3 7 2 7
Available P(mg·kg - 1)
速效氮 154 96 156 144 124
Available N (mg·kg - 1)
p H 5. 5 5. 6 5. 8 5. 9 6. 0
215 　地形地貌子系统
将 1∶10000 地形图按线状图数字化 ,得到地形图
的矢量文件 ,然后在 CIT YSAR 的数字地形模块中得
到数字高程模型 (DEM) ,从 DEM 模型再生成数字地
形模型 (D TM) ,从 D TM 可以得到高程信息、高程分级
信息和坡度信息等.数字地形模块是 GIS 软件中一个非
407 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　11 卷
常重要的子块 ,在此子块中 ,高程能被分级 ,能计算坡
度、坡向和坡长等多种地理空间要素. 在本研究中高程
被分为 3 个等级 :1m、5m 和 10m. 在生产 DTM 的同时 ,
产生数据库文件 ,包括高程、高程分级和坡度数据库.
216 　叠加子系统
地理信息系统能对多种图进行叠加 ,进行信息的
复合. 为了进行土地适宜性评价 ,本研究选择了土壤类
型、高程分级 (5m 分级) 和坡度 3 个因子进行叠加 ,因
此产生 3 个因子叠加图 ,同时产生 3 因子叠加数据库.
三因子叠加图具有 733 个图斑 ,新生成的数据库具有
6 个字符段 :记录号、单元号、面积、土壤类型、坡度和
高程 ,数据库的结构如下 :
记录号 # 单元号 面积 土壤类型 坡度 高程
1 1 0. 000761 红粘土 10 5715
2 2 0. 000500 红粘土 11 5715
… … … … … …
217 　气候资源子系统
收集了研究区 30 年 (1965～1995)的气象资料 ,主
要指标为 :年平均气温、1 月平均气温、7 月平均气温、
绝对最低气温、年降雨量、年有效积温 ( > 10 ℃) 、日照
时数、无霜期和年平均蒸发量. 将 9 个指标 30 年的资
料输入到数据库 ( FoxPro) ,建立了青石山小流域气象
资料数据库. 该小流域的气候状况如下 :年平均气温
15. 47 ℃,1 月平均气温 2. 8 ℃,7 月平均气温 27. 8 ℃,
绝对最低气温 - 17. 4 ℃(1977 年 1 月 5 日) ,年平均雨
量 1384. 6mm ,年有效积温 ( > 10 ℃) 5026. 7 ,日照时数
1901. 3h ,无霜期 223. 6d ,年平均蒸发量 1148. 4mm.
218 　基本情况子系统
在 Word 中用文档的形式 ,建立青山石小流域基
本情况信息文档. 文档的内容包括社会、经济及农业生
产等. 青石山小流域位于浙江省安吉县境内 ,119°44′
E ,30°46′N ,总面积140. 69hm2 ,总人口 465 人 ,农业劳
动力 192 人 ,农户数 111 户 ,农业总产值 30. 5 万元. 耕
作制度为一年两熟 ,为油菜2单季稻或绿肥2单季稻. 主
要农作物为水稻 ,面积 41. 67hm2 ,单产 6. 5t·hm2 ,总
产 270. 93t ,冬季油料作物面积 15. 4hm2 ,经济作物面
积很少 ,茶园面积为 1. 05hm2 ,桑园面积 0. 18hm2 . 畜牧
业的结构为 :猪 470 头 ,牛 6 头 ,羊 6 头 ,家禽 1600 只.
3 　农业资源分析与土地适宜性评价
311 　农业资源分析
该小流域的水田用于种植粮食作物 ,主要为水稻 ,
但是 6hm2 左右的低洼田 (烂泥田) 也被用于种植水
稻 ,由于低洼田的排水条件较差 ,常受水涝灾害 ,因此
水稻产量低而不稳 ,这部分低洼田不适于种植水稻 ,应
改为水产业. 该小流域内丘陵山地占有较大比重 ,山地
坡度均 < 25°,海拔低于 100m ,但是大部分山地没有得
到合理开发利用 ,荒草地面积达 48hm2 . 该小流域内具
有 11. 233 ×104m3 的水资源在旱季可以用于农业生
产 ,而且该小流域靠近草荡水库 ,可以从草荡水库中抽
水到该小流域 ,因此小流域内具有丰富的水资源. 小流
域内的农业结构单一 ,主要作物为水稻和油菜 ,经济作
物面积很少 ,没有渔业生产 ,畜牧业结构也很简单. 根
据以上分析结果 ,可见该小流域具有较高的生产潜力.
312 　土地适宜性评价
31211 土地适宜性评价标准
土地适宜性评价专家标准
1)坡度
< 5°　　　适宜于粮食作物和水产业
5°～15° 适宜于旱粮和水果
16°～25° 适宜于经济林
> 25° 适宜于林业
2)高程
< 2. 5m 　　　　适宜于水产业
2. 5～12. 5m 适宜于粮食作物
17. 5～27. 5m 适宜于水果
32. 5～47. 5m 适宜于经济林
> 47. 5m 适宜于林业
3)土壤类型
红粘土与油红泥 :适宜于林业、经济林、水果、旱粮
红泥田与黄泥沙田 :适宜于粮食作物
烂泥田 :适宜于水产业
31212 土地评价单元 　三因子叠加图共有 733 个图
斑 ,根据土地适宜性评价标准 ,将同一分级类型的图斑
按组进行分类合并 ,通过合并 ,原先的 733 个图斑变成
29 个土地评价单元.
31213 土地适宜性评价结果 　通过对具有相同等级属
性的图斑进行合并 ,得到了 29 个土地评价单元 ,将每
个土地评价单元的属性与土地适宜性评价标准进行比
较评判 ,得到了土地适宜性评价的结果 (表 4) .
4 　结 　　语
通过建立青石山小流域农业生态信息系
(QWAEIS) ,得到许多系统信息 ,如土地利用、土壤、
水、地形地貌、坡度、高程、气象等等 ,同时得到一系列
地图 . QWAEIS是一个空间信息量极为丰富的决策信
息支持系统 ,此系统能强有力地支持土地评价与土地
利用规划 . 另外 ,应用QWAEIS ,并结合作物生长模拟
5075 期 　　　　　　　卢剑波等 : GIS支持下的青石山小流域农业生态信息系统 (QWAEIS)及其应用研究 　　　　　　　　　
表 4 　土地适宜性评价结果
Table 4 Results of land suitable evaluation
适宜类型
Suitable type
面积
Area (hm2)
土地评价单元号
Land evaluation unit number
林业 Forest 3. 18 1 ,2 ,3 ,4
经济林 Cash forest 15. 26 5 ,6 ,7 ,8 ,9
果树 Fruit tree 23. 03 10 ,11 ,12 ,13 ,14 ,15 ,16
旱粮 Dry food crop 23. 08 17 ,18 ,19 ,20 ,25 ,26
粮食作物 Food crop 45. 29 21 ,22 ,23 ,24 ,27 ,28
水产 Fish 6. 16 29
模型 ,能对小流域生产潜力进行预测. 与线性规划模型
相结合 ,进行农业生态系统结构优化. 与土壤流失通用
方程 : A = R ×K ×L S ×C ×P 相结合 ,建立土壤流失
预测模型 ,分析不同利用方式对环境的影响.
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10 　Wu L (邬 　伦) eds. 1994. Geographic Information System ( GIS) .
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12 　Zhang X2S (张新时) eds. 1997. Research on Information Ecology.
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13 　Zhang X2S (张新时) . 1991. Focus Points on Modern Ecology. In :
Biology and Technology Bureau of CAS ed. Biology in The Further
Ten Years. Shanghai : Shanghai Science and Technology Press. ( in
Chinese)
作者简介 　卢剑波 ,男 ,1963 年生 ,博士. 现主要从事农业生态
学的教学和科研工作 ,研究方向为农业生态系统分析、地理信
息系统 ( GIS) 、土地利用规划等. 发表论文近 20 篇 ,参加编写教
材 2 部. E2mail :Lujb @mail. hz. zj. cn
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