海島植物物種登記信息框架設計及應用

吳萍 陳珂 邱桔斐 蔣蕓蕓

摘 要：為了解決海島調查原始資料存在的冗余、雜亂及難以使用的情況，通過調研大量數據資料，提出一套海島植物物種登記信息框架。采用“Oracle關系數據庫+文件地理數據庫”聯合存儲的方式，統一存儲海島調查資料。在此基礎上設計一套海島植物生態監視監測與評價動態管理信息系統，實現了海島植物物種調查資料查詢、可視化展示及海島生態綜合評價功能。該系統為海島管理決策與海島保護提供了一定的數據支撐。

關鍵詞：植物物種登記;生態綜合評價;適生物種

DOI：10. 11907/rjdk. 182120

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2019）003-0148-04

0 引言

隨著我國海洋經濟的快速發展，海島的戰略與經濟地位凸顯，重點海島開發力度也日益加大。然而，海島開發將不可避免地造成海島植被物種多樣性與生態景觀的破壞。《中華人民共和國海島保護法》[1]明確指出，國家需要開展海島物種登記，依法保護和管理海島生物物種。海島物種資源保護的重要手段是進一步開展海島生物物種資源與生態系統的本底調查，建立海島物種本底資源編目數據庫，制定與完善海島資源調查技術標準和規程[2]。

隨著全國海島保護與利用規劃工作的推進，海島地理信息系統應運而生[3-4]。海島地理信息系統是基于GIS[5]與MIS[6]（管理信息系統）集成技術實現的，采用空間數據庫存儲海島基礎地理信息，在MIS開發平臺上實現對海島（礁）綜合信息的管理，并利用GIS軟件實現地理信息顯示與分析功能。時紅麗[7]探討Geodatabase模型原理，提出基于Geodatabase模型的海島空間數據庫，實現了海島相關數據的有效組織與存儲;崔倫輝[8]和麻德明[9]基于ArcGISServer，結合時空數據模型與WebGIS理論，設計開發了集空間數據、屬性信息和時態特性于一體的海島信息管理系統，提高了主管部門在海島項目審批、海島開發利用規劃制定、海島開發保護方面的管理效率;韓富江[10]和孔梅[11]利用ArcGIS Engine和ArcSDE空間數據引擎技術，將多源海洋信息數據進行集成，為海島信息的統一管理與共享提供了支撐平臺。

由此可見，我國在海島植物物種調查與登記方面缺乏技術標準，不同類型調查結果之間難以進行整合。目前已有的海島信息系統基本上集中于海島數據集成及管理方面，而在海島植物物種登記方面的系統數量較少。本文擬通過制定海島植物物種登記技術指南，建立相應的登記管理機制，設計并實現一套海島植物生態監視監測與評價動態管理信息系統，以滿足相關職能部門對海島植物管理、保護的業務運作要求，為海島開發建設提供先驗知識。

1 海島植物物種登記信息框架設計

1.1 海島植物物種登記

登記管理是有權機關以特定程序、范式將管理對象相關信息正式記錄在籍冊上的行為。登記管理目的是聚合有效資源，充分運用管理功能，以最優投入獲得最佳回報，實現既定管理目標。海島植物物種登記管理源自2010年3月實施的《中華人民共和國海島保護法》第十九條規定，國家開展海島物種登記，依法保護與管理海島生物物種。登記管理機構為國家海洋局及地方各級海洋行政管理部門。登記管理職能包含組織、指導、控制、監督、決策5大職能。登記管理的目的是摸清家底、厘清權屬、分清主次，以科學地保護與管理海島植物物種。

從登記目標來看，登記制度作為職能部門業務化運作的基礎，需要實現系統運行、科學管理，標準執行、準確管理，責任落實、精細管理的基本目標。

從登記內容來看，登記制度作為規范工作人員的行為準則、衡量標準化程度的標尺，以及提供管理服務的根據，需要明確登記目的及依據、登記形式、責任主體、范圍對象、登記時間、更新周期、登記方法、成果驗收方式、組織領導、經費來源、監督管理、違規責任等方面內容。

從配套制度來看，登記管理配套制度通常包含登記信息調查制度、登記信息管理制度、檔案管理制度及登記工作操作手冊等配套制度。

1.2 海島植物物種登記框架設計

海島植物物種登記對象不僅有植物本身要素，還包括植物生存環境要素。植物生存環境包括海島島陸、潮間帶和近海海域，本文提出一種基于地理信息系統（GIS）技術，在空間上覆蓋海島島陸、潮間帶和近海海域“三位一體”的登記信息系統框架。登記信息系統框架在空間上從大到小進行分層次設計，分別是海島層→環境層→植被層。

1.3 適生物種登記標準

適生物種也是植物物種登記的一個重要內容。為規范適生物種描述，通過查閱相關文獻資料，本文提出適生物種登記標準，詳見表1[12-13]。

2 海島植物生態監視監測與評價動態管理信息系統設計

2.1 系統框架設計

本系統采用B/S架構，以專題數據庫為數據源，通過Webservice和Mapservice兩種方式提供數據服務，實現海島信息監視監測、生態綜合評價、生態優化集成及系統管理功能。

該系統提供中國海島概況、植物多樣性、生態綜合評價、生態優化集成等6大功能模塊，如圖3所示。

（1）中國海島概況模塊：通過該模塊可查看海島概況，包括海島定義、海島數量、海島類型與海島分布等。

（2）植物多樣性模塊：該模塊包括各示范海島基礎信息、典型植物物種、環境調查與技術支持等，可從多方面了解海島及植物信息。

（3）植物物種管理模塊：實現對植物物種登記、海島概況及環境調查等信息的管理，包括錄入、查詢及刪除等操作。

（4）生態綜合評價模塊：包括海島植物現狀與受損評價、海島生態健康評價及海島風險評價三大評價模型，根據海島區塊劃分，對各評價模型的評價因子賦值，進而獲得整島或局部區域評價分析結果。

（5）生態優化集成模塊：展示示范島的生態優化與生態修復措施、過程及成效。

（6）系統管理模塊：包括用戶管理與模塊管理。用戶管理可進行用戶權限設置，管理員可進行用戶添加、刪除操作，并根據不同用戶職能配置權限;模塊管理可進行模塊參數設置等后臺操作。

2.2 海島植物物種信息專題數據庫系統

2.2.1 數據源

（1）海島概況信息。海島概況信息包括基礎地理信息和氣象條件信息。基礎地理信息包括位置、面積、高程、離大陸最近距離、海岸線及基本描述等;氣象條件信息包括累年的氣溫特征值、月氣溫、降水及風速統計值等。

（2）海島植物信息。海島植物信息包括島陸植被調查、群落、物種名錄及功能性狀等信息。

（3）環境調查信息。環境調查信息主要包括潮間帶及附近海域環境調查。潮間帶調查數據包括基本特征、潮間帶生物、潮間帶沉積物調查信息等;附近海域調查數據包括水體沉積物、水質、浮游植物、浮游動物、底棲生物、魚卵、仔魚等調查數據及評價結果信息。

（4）海島生態綜合評價信息。海島生態綜合評價信息主要包括三大評價模型基礎數據、評價結果等信息。

2.2.2 數據標準

數據標準化是構建數據庫的基礎。海島調查范圍廣、調查單位多，且調查數據存在多源、多時相等特征。根據前文提出的海島植物物種登記框架，建立一套數據標準，具體包括潮間帶生物表、生物多樣性評價表，以及島陸空間群落表、植物名錄等。

2.2.3 專題數據庫設計

關系型數據庫存儲平臺采用Oracle 10g，地理信息數據庫存儲平臺采用ESRI提供的文件地理數據庫（File Geographic Database，File GDB），主要存儲海島基本地理信息、土地利用類型、站位圖等具有空間位置的專題圖信息。

2.3 關鍵技術研究

2.3.1 海島植物多樣性登記

根據設計的樣方、樣線進行海島植被調查，獲取海島植被群落及植被分布情況。本系統采用空間數據及屬性數據聯動顯示方式，同步展示樣方地理位置與樣方調查結果（以柱狀圖形式直觀展示）。

海島植物名錄搜集了海島所有的植物物種概況信息，通過該系統，可以直觀查看物種的基本信息、分布情況、典型照片（花、莖、葉、全株等）及在苗圃培訓的階段性照片。

環境調查包括潮間帶和附近海域的調查數據與評價結果。根據調查數據及各要素評價方法，自動計算各要素評價結構，并在地圖站位圖上疊加顯示評價結果。如圖4所示，右側展示大金山島附近水域浮游植物調查數據的多樣性評價結果，左側地圖上以不同大小圖標對結果進行展示，從而可直觀、清晰地顯示及對比各站位的調查評價結果。

2.3.2 海島生態綜合評價

海島生態系統是海洋系統的重要組成部分，是國家海洋經濟發展的基礎，其資源有著巨大價值[14]。海島生態系統從生態學原理上講，是指海島島陸、潮間帶、近海海域以及它們各自擁有生物群落所組成的相對獨立的生態系統[15-16]。根據空間范圍、生態環境特征、因生態環境不同造成的生物群落差異性等因素，海島生態系統可分為3個子系統，即島陸生態子系統、潮間帶生態子系統以及近海海域生態子系統[17]。

在本研究中，海島生態綜合評價包括海島植被現狀評價、海島生態系統健康評價與海島生態系統風險評價3套評價模型[18]。根據島陸、潮間帶與近海海域的植被覆蓋及土地利用類型對整島進行區域劃分，作為3套評價模型的基礎評價單元。根據既定的模型參數，自動載入或手動錄入專題數據庫中的相應數據，結合專家打分權重，計算各區域評價分數，進而獲得整島的評價結果。

在海島分區評價基礎上，繪制任意圖形，以其與各分區相交的面積作為反距離權重，計算該區域評價得分，并按渲染顏色分級方案，在地圖上繪制顏色，可一定程度上為海島規劃決策提供理論依據。

3 結語

本文通過分析海島植物物種登記現狀及存在的問題，提出海島植物物種登記框架，基于WebGIS技術設計一套海島植物生態監視監測與評價動態管理信息系統。該系統實現了典型海島植物物種及環境調查數據的錄入、管理及展示功能，并提供了海島植被現狀評價、海島生態系統健康評價與海島生態系統風險評價3套海島生態綜合評價模型，可實現對海島任意區域的實時評價，為海島規劃提供了一定的數據支撐。但目前海島生態環境綜合評價數據與數據庫的現有數據對接程度不夠，評價因子基本需要依靠人工輸入，下一步研究方向是加強基礎數據源與評價模型之間的融合，以實現基于評價模型與調查數據的自動評價功能。

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（責任編輯：黃 健）