生物物種信息平臺建設進展研究

鄭明清 黃明祥 于 淼 曾劍峰 孫 強

(環境保護部信息中心，北京 100029)

生物物種信息平臺建設進展研究

鄭明清 黃明祥 于 淼 曾劍峰 孫 強*

(環境保護部信息中心，北京 100029)

信息技術的突飛猛進和互聯網的迅速擴張，為生物多樣性信息的收集、存儲、提交、檢索、分析、傳播和使用帶來了革命性的發展。生物多樣性數據和信息服務的內容逐步從單一的名錄數據庫建設轉向為多學科交叉的綜合信息服務平臺。本文結合國家生物多樣性保護專項，在介紹國內外主流生物多樣性信息平臺建設現狀的基礎上，分析了我國現有平臺存在的問題，并對下一步如何完善和推進平臺應用進行探討。

生物多樣性信息，數據庫，網絡平臺，信息化

當前，世界各國信息化快速發展，以寬帶、移動互聯網、物聯網、云計算、大數據和智慧城市為重點的信息化建設，正在對人類社會發展、經濟運行、生活提高、治國理政的模式產生根本性、全局性的影響，沖擊全球。信息技術的突飛猛進和互聯網的迅速擴張，例如，虛擬化存儲、分布式數據庫技術和開放性數據共享平臺，為生物多樣性信息的收集、存儲、提交、檢索、分析、傳播和使用帶來了革命性的發展（Paton,2009）。

生物多樣性信息學指利用信息技術，對生物有機體基礎數據的管理和算法的探究、分析和解釋，主要關注單個有機體、居群和分類群以及它們的相互關系，尤其是在物種水平上的應用（王利松等，2010）。自1992年環境與發展大會召開以來，各國政府、從事生物多樣性保護的科研單位和國際組織普遍提高了對生物多樣性信息收集和管理的重視程度，設計開發了大量的聯網數據庫和網站，嘗試建立《生物多樣性公約》所要求的資料交換所機制，或者提供生物多樣性研究的基礎數據，為保護的決策行動提供了科學的支持，為全球范圍內的生物多樣性保護和履行《生物多樣性公約》做出了巨大貢獻。生物多樣性數據和信息服務的內容逐步從單一的名錄數據庫建設轉向為分類學、系統學、生態學、進化生物學和生物地理學等多學科交叉的，海量多源數據挖掘、分析、建模、存儲、集成和發布的綜合信息服務平臺（許哲平等，2010）。

作為世界上生物多樣性最為豐富的12個國家之一，我國在生物多樣性網絡平臺建設和軟件平臺開發應用方面做了大量工作，為生物物種多樣性信息化建設打下了基礎。但在系統應用推進過程中也存在一些亟待解決的問題。為優化環保部生物物種資源管理平臺建設，環保部信息中心對互聯網相關生物多樣性信息平臺進行了調研，對平臺方面遇到的共性問題進行了歸納，并對下一步如何完善和推進平臺應用進行了思考。

1．國際生物多樣性信息網絡數據庫現狀

目前，生物多樣性信息系統的建設越來越呈現出百花齊放的景象。世界各國及國際組織根據自己的特長和特色，建立了形式多樣的信息系統。據生物多樣性信息學標準（Biodiversity Information Standards）網站統計，截至2014年5月22日，涉及生物多樣性信息學研究的項目即有685個（www.tdwg.org/biodivprojects/）。生物多樣性信息平臺的爆發式增長，使得大量數字化的物種編目、標本館標本、多媒體影像、研究文獻等生物多樣性基礎信息可以通過互聯網檢索和利用（王利松等，2010），為我們未來在全球范圍內共享生物多樣性數據和信息，協同調查與監測野外生物多樣性動態變化提供了有力支撐。

國際上對生物多樣性數據庫非常重視，最早的分類學數據庫可以追溯到20世紀70年代美國弗吉尼亞海洋科學研究所開發的Biota of Chesapeake Bay數據庫和澳大利亞聯邦科學與工業研究組織開發的Description Language for Taxonomy系統。目前國際上比較著名的生物多樣性信息平臺有：

物種數據庫（www.unep-wcmc.org）包括了世界受威脅樹木名錄、受威脅動物紅色名錄、世界受威脅植物和北極鳥類書庫等數據庫。植物部分的工作開始于1995年，截至到1998年共收錄了136000個分類單元的記錄，內容包括學名、俗名、同物異名、全球受威脅程度、分布國家和地區及受威脅程度、CITES附錄等級數據。

國際物種信息系統（www.worldzoo.org）是一個全球范圍的關于城市動物園和水族館飼養動物信息的聯合體，共有54個國家的500多個組織參加。它的數據庫收集了各動物園和水族館所飼養的活的動物信息。目前它保存了6000余個物種、250000個個體以及750000個親體的信息，可以聯網查詢每一個物種現在的飼養數量、性別、出生數量和地點，為瀕危物種遷地保護、野外滅絕物種的保存和野外釋放提供了科學數據。

世界資源研究所（www.wri.org）提供了全球生物多樣性論壇的信息，同時它還提供了生物多樣性基礎性知識，如生物多樣性的定義和重要性、自然資源與生物多樣性、遺傳多樣性、生態系統和生境、文化多樣性、森林資源、海岸和海洋資源、生物群區管理、全球生物多樣性策略等。在這個網站上還有生物多樣性受威脅信息和保護指南、圖片和出版物，以及WRI履行《生物多樣性公約》活動的信息。

全球生物多樣性信息網絡（www.gbif.org）是目前全球最大的，由多國政府支持的生物多樣性信息服務機構，其主要任務是通過合作和種子基金等途徑促進生物多樣性原始數據的共享，將世界上現存的生物多樣性數據庫、信息系統整合在一起，形成一個面向全世界用戶的關于全球生物多樣性的綜合性信息服務系統。

2．國內生物多樣性信息平臺建設現狀

我國生物多樣性研究具有良好的基礎，中國科學院、環保部、國家林業局、農業部、教育部、國家海洋局等單位在生物多樣性研究及其相關領域都有長期的工作積累，并有一支素質較高、結構合理的研究隊伍。20 世紀五六十年代開始開展大規模的生物多樣性調查，調查成果為植被志、植物志和動物志等各類志書的編寫奠定了基礎；90 年代以來又對重點地區、重要類型資源展開調查，研究了瀕危等級評價體系，完成了野生動植物物種瀕危等級評價，開展了生態系統瀕危等級示范評價；在遷地、就地保護方面也取得了重要進展；發布了一系列相關保護規劃等文件。上述大量的生物多樣性及其相關領域的信息為中國生物多樣性信息系統的建立奠定了堅實的基礎。

2.1 物種名稱索引類信息平臺

物種2000中國節點（www.sp2000.cn/joacn/index. php/）是國際物種2000項目的一個地區節點，是由中國科學院生物多樣性委員會支持建設，包括動物界，細菌界，色素界，植物界，原生動物界，病毒界六類物種名錄信息。其年度名錄通過門戶網站的集中數據

實現，動態名錄通過各個機構支持的分布式數據庫實現。在物種2000中國節點的網站上，還提供全球生物物種名錄的鏡像數據庫，通過中英文界面為用戶提供全球的物種名錄信息。物種2000中國節點自2008年開始，每年編輯并正式發布中國生物物種名錄，中國也因此成為目前唯一一個正式發布、定期更新生物物種名錄的國家。

中國生物多樣數字圖書館（www.bhl-china. org/bhl/）是國際生物多樣性歷史文獻數字圖書館（Biodiversity Heritage Library，BHL）中國節點。BHL于2005年建立，迄今已經在全球建立BHLUSA，BHL-Brazile，BHL-Egypt，BHL-AU，BHLEU，BHL-SA與BHL-China7個節點。旨在通過與BHL合作，聯合其他生物學研究（院）所，共同建立BHL-China網絡平臺，對重要生物多樣性（前期重點是植物學）文獻進行全面收集、掃描、重要生物學信息提取和系統整理，建立可供查詢的我國生物多樣性信息咨詢和交流的網絡平臺，同時開發各類API接口，為生物多樣性（包括EOL中國節點、CVH等）及其他相關領域研究提供文獻數據服務。

中國植物物種信息數據庫（www.botanica.cn）由昆明植物研究所、植物所、武漢植物園和華南植物園聯合建設，以中國高等植物為核心，采集、集成、整合現有的各相關數據庫，共涉及高等植物約300余科3400余屬31000余種，其數據內容主要包括：植物物種的標準名稱、基本信息、系統分類學信息、生態信息、生理生化性狀描述信息、生境與分布信息、文獻信息、圖譜圖片、微結構和染色體等信息。

2.2 圖像類信息平臺

中國自然標本館（www.cfh.ac.cn）自2008年2月上線至今不斷開發新功能。目前實現了生物多樣性名稱與分類系統管理、便捷的物種鑒定、野外調查數據的自動化整理整合與編目、個性化的功能聚合與服務等功能體系，在基本的生物多樣性信息服務之余，將致力于為以下工作提供信息化平臺支持：1）個人生物多樣性數據的整理和組織；2）野外生物多樣性的調查、編目與變化監測；3）以生物類群、地理區域或項目團隊等為組織特征的生物多樣性資料及相關事物管理信息化。

中國植物圖像庫（www.plantphoto.cn）中國科學院植物研究所在植物標本館設立的專職植物圖片管理機構。主要建設目的在于系統收集、整理并長效保存植物照片、底片、幻燈片、數碼圖片源文件及其他植物學科相關影像的原始文件及拷貝，建立植物圖像庫。目前已經收錄植物原始圖片、蕨類植物等野生植物圖片1689122幅，18096種3267屬411科，在科學研究、科普教育、圖書出版、經濟社會服務等方面產生了明顯的建庫效應。

2.3 標本類信息平臺

中國數字植物標本館（www.cvh.org.cn）是在科技部“國家科技基礎條件平臺”項目資助下建立的，其宗旨是為用戶提供一個方便快捷獲取中國植物標本及相關植物學信息的電子網絡平臺。目前CVH網站包含數據庫20余個，數據量達3.3TB，15家植物標本館的331萬份標本，其中167萬份帶照片，180萬份含空間信息。

中國科學院植物研究所植物標本館（http:// pe.ibcas.ac.cn）館藏植物標本約有260余萬號，其中包括18萬號蕨類植物標本，20萬號苔蘚標本。此外還有8萬號種子標本和7萬號植物化石標本。據統計，館藏標本含蓋了已經完成的80卷126冊的巨著《中國植物志》中所記載的全部中國高等植物中約為80%的苔蘚類、95%的蕨類和80%的種子植物；此外，本館還妥善保存著17000余份模式標本，這些模式標本分別涉及到已經發表的6000余個分類群。

3．存在問題分析

盡管我國政府部門和科研機構在逐步加強生物多樣性信息平臺建設和應用，但是現有平臺與發達國家相關平臺相比還存在一定的差距，同時在支撐生物多樣性保護和科研等實際需求方面也存在較大不足，主要表現如下：

一是國家或行業層面的生物多樣性數據標準規范。由于缺乏統一的標準規范，現有生物多樣性元數據設計、數據入庫等，大都根據某一項目特點和具體需求開展，常常出現同一數據內容的命名和格式不一致，從而導致數據難以共享和應用，進而也造成部分數據重復采集和入庫。因此，急需加強生物多樣性數據方面標準規范的研究和建設。

二是當前主要的生物多樣性信息門戶資源整合不夠。目前各類生物多樣性信息系統都依賴相同的基層數據，但這些系統資源整合度極低。表現在垂直應用系統相互獨立，橫向上各類基礎數據不能共享，導致數據多頭采集、重復采集，加重工作負擔。現有的各

個信息平臺的數據都是因為各自的需求和研究方向不同而進行收集和匯總的，單純的從別的平臺獲取物種信息，必然會出現信息不對口，想要的數據項沒有或不公開等現象，從而導致各個平臺自己收集自己的數據，使得全國物種的數據越來越龐大，但冗余的信息越來越多。長此以往，會出現物種數據的重復使用率降低，數據更新換代頻次越來越頻繁，導致過往的勞動成果只能用于一時，數據的生命周期過于短暫。

同時，各個平臺系統所采用的技術也各不相同，數據庫格式也會各式各樣，就算可以使用別的平臺的物種數據為己所用，也會出現系統之間數據同步、數據更新等一系列的技術問題，大大降低了各個平臺之間數據相互復用的機率。

4．下一步工作建議

生物多樣性信息化的意義不應該僅僅停留在科研機構，而要從政府出發，充分利用管理職能，利用先進的信息技術，構建權威信息平臺，解決現有平臺建設中長期存在的信息雜亂、條塊分割等問題，有效地銜接政府與科研機構之間的管理和服務。

一是打牢物種信息化基礎。建立健全生物物種信息數據庫，是下一步全面推進和提升生物多樣性工作的基礎。

以中科院權威物種編目為基礎，加強物種核心數據標準的制定，分析和整理數據類型、特點和信息特征，梳理生物物種數據模型，最大范圍地涵蓋物種基本信息和應用信息，保持更新和維護數據信息，保證數據的標準性和權威性，從而瓦解數據雪球越滾越大、越滾越雜的局面，為生物多樣性信息平臺提供一套較為全面的基礎數據標準和規范，。

二是建立權威管理信息平臺，整合已有資源。加強現有科研類信息平臺對政府管理工作、產業發展等的支持，應當借助相對完善的已有信息數據庫，通過充分挖掘數據資源，整合已有物種信息資源，為我國的生物技術產業發展和生命科學研究提供所需的資源基礎信息和相關內容，促進我國生物技術產業和社會經濟的可持續發展，為實現生物多樣性的有效保護、合理利用和可持續發展戰略奠定基礎。

三是在信息服務能力和水平方面，在兼顧數據貢獻者和應用者的利益等的基礎上，要著力打破在意識和機制上共享壁壘，建設多方共贏的數據共享環境。

最后，大數據如同浪潮一般席卷全世界，不僅在信息技術行業備受矚目，更成為變革科研、商業、政府運作方式乃至改變人類思維方式的一個熱點。借助大數據采集技術，可以將收集到大量關于各項生物多樣性指標的信息，通過傳輸到中心數據庫進行數據分析和知識挖掘，將有力支撐生物多樣性保護和持續利用的科學決策。

[1] Paton A. 2009, Biodiversity informatics and the plant conservation baseline. Trends in Plant Science, 14, 629–637.

[2] 許哲平，崔金鐘，覃海寧，馬克平，2010,中國生物多樣性e-Science平臺建設構想。生物多樣性，18（5），480-488。

[3] 王利松，陳彬，紀力強，馬克平，2010，生物多樣性信息學研究進展。生物多樣性，18（5），429-443。

Study on the Current Construction Progress of Species Information Platform

Zheng Mingqing Huang Mingxiang Yu Miao Zeng Jianfeng Sun Qiang
（Information Center, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100029）

Due to the rapid growth of Information technology and expanding Internet,the collection, storage, submission, search, analysis, dissemination and usage of biodiversity information are getting a revolutionary development. The biodiversity data and its service content aregradual shifting from single species database construction to interdisciplinary and comprehensive information service platform. This study introduced the current construction progress of major domestic and foreign biodiversity information platform. Then the existing problems of China’s species information platform were summarized. Finally, some suggestions were proposedto further improve future application of biodiversity information in China.

biodiversity information, database, platform, information technology

X21

A

1674-6252（2014）05-0040-04

*通訊作者