海岛植物物种登记信息框架设计及应用

吴萍 陈珂 邱桔斐 蒋芸芸

摘 要：为了解决海岛调查原始资料存在的冗余、杂乱及难以使用的情况，通过调研大量数据资料，提出一套海岛植物物种登记信息框架。采用“Oracle关系数据库+文件地理数据库”联合存储的方式，统一存储海岛调查资料。在此基础上设计一套海岛植物生态监视监测与评价动态管理信息系统，实现了海岛植物物种调查资料查询、可视化展示及海岛生态综合评价功能。该系统为海岛管理决策与海岛保护提供了一定的数据支撑。

关键词：植物物种登记;生态综合评价;适生物种

DOI：10. 11907/rjdk. 182120

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-7800（2019）003-0148-04

0 引言

随着我国海洋经济的快速发展，海岛的战略与经济地位凸顯，重点海岛开发力度也日益加大。然而，海岛开发将不可避免地造成海岛植被物种多样性与生态景观的破坏。《中华人民共和国海岛保护法》[1]明确指出，国家需要开展海岛物种登记，依法保护和管理海岛生物物种。海岛物种资源保护的重要手段是进一步开展海岛生物物种资源与生态系统的本底调查，建立海岛物种本底资源编目数据库，制定与完善海岛资源调查技术标准和规程[2]。

随着全国海岛保护与利用规划工作的推进，海岛地理信息系统应运而生[3-4]。海岛地理信息系统是基于GIS[5]与MIS[6]（管理信息系统）集成技术实现的，采用空间数据库存储海岛基础地理信息，在MIS开发平台上实现对海岛（礁）综合信息的管理，并利用GIS软件实现地理信息显示与分析功能。时红丽[7]探讨Geodatabase模型原理，提出基于Geodatabase模型的海岛空间数据库，实现了海岛相关数据的有效组织与存储;崔伦辉[8]和麻德明[9]基于ArcGISServer，结合时空数据模型与WebGIS理论，设计开发了集空间数据、属性信息和时态特性于一体的海岛信息管理系统，提高了主管部门在海岛项目审批、海岛开发利用规划制定、海岛开发保护方面的管理效率;韩富江[10]和孔梅[11]利用ArcGIS Engine和ArcSDE空间数据引擎技术，将多源海洋信息数据进行集成，为海岛信息的统一管理与共享提供了支撑平台。

由此可见，我国在海岛植物物种调查与登记方面缺乏技术标准，不同类型调查结果之间难以进行整合。目前已有的海岛信息系统基本上集中于海岛数据集成及管理方面，而在海岛植物物种登记方面的系统数量较少。本文拟通过制定海岛植物物种登记技术指南，建立相应的登记管理机制，设计并实现一套海岛植物生态监视监测与评价动态管理信息系统，以满足相关职能部门对海岛植物管理、保护的业务运作要求，为海岛开发建设提供先验知识。

1 海岛植物物种登记信息框架设计

1.1 海岛植物物种登记

登记管理是有权机关以特定程序、范式将管理对象相关信息正式记录在籍册上的行为。登记管理目的是聚合有效资源，充分运用管理功能，以最优投入获得最佳回报，实现既定管理目标。海岛植物物种登记管理源自2010年3月实施的《中华人民共和国海岛保护法》第十九条规定，国家开展海岛物种登记，依法保护与管理海岛生物物种。登记管理机构为国家海洋局及地方各级海洋行政管理部门。登记管理职能包含组织、指导、控制、监督、决策5大职能。登记管理的目的是摸清家底、厘清权属、分清主次，以科学地保护与管理海岛植物物种。

从登记目标来看，登记制度作为职能部门业务化运作的基础，需要实现系统运行、科学管理，标准执行、准确管理，责任落实、精细管理的基本目标。

从登记内容来看，登记制度作为规范工作人员的行为准则、衡量标准化程度的标尺，以及提供管理服务的根据，需要明确登记目的及依据、登记形式、责任主体、范围对象、登记时间、更新周期、登记方法、成果验收方式、组织领导、经费来源、监督管理、违规责任等方面内容。

从配套制度来看，登记管理配套制度通常包含登记信息调查制度、登记信息管理制度、档案管理制度及登记工作操作手册等配套制度。

1.2 海岛植物物种登记框架设计

海岛植物物种登记对象不仅有植物本身要素，还包括植物生存环境要素。植物生存环境包括海岛岛陆、潮间带和近海海域，本文提出一种基于地理信息系统（GIS）技术，在空间上覆盖海岛岛陆、潮间带和近海海域“三位一体”的登记信息系统框架。登记信息系统框架在空间上从大到小进行分层次设计，分别是海岛层→环境层→植被层。

1.3 适生物种登记标准

适生物种也是植物物种登记的一个重要内容。为规范适生物种描述，通过查阅相关文献资料，本文提出适生物种登记标准，详见表1[12-13]。

2 海岛植物生态监视监测与评价动态管理信息系统设计

2.1 系统框架设计

本系统采用B/S架构，以专题数据库为数据源，通过Webservice和Mapservice两种方式提供数据服务，实现海岛信息监视监测、生态综合评价、生态优化集成及系统管理功能。

该系统提供中国海岛概况、植物多样性、生态综合评价、生态优化集成等6大功能模块，如图3所示。

（1）中国海岛概况模块：通过该模块可查看海岛概况，包括海岛定义、海岛数量、海岛类型与海岛分布等。

（2）植物多样性模块：该模块包括各示范海岛基础信息、典型植物物种、环境调查与技术支持等，可从多方面了解海岛及植物信息。

（3）植物物种管理模块：实现对植物物种登记、海岛概况及环境调查等信息的管理，包括录入、查询及删除等操作。

（4）生态综合评价模块：包括海岛植物现状与受损评价、海岛生态健康评价及海岛风险评价三大评价模型，根据海岛区块划分，对各评价模型的评价因子赋值，进而获得整岛或局部区域评价分析结果。

（5）生态优化集成模块：展示示范岛的生态优化与生态修复措施、过程及成效。

（6）系统管理模块：包括用户管理与模块管理。用户管理可进行用户权限设置，管理员可进行用户添加、删除操作，并根据不同用户职能配置权限;模块管理可进行模块参数设置等后台操作。

2.2 海岛植物物种信息专题数据库系统

2.2.1 数据源

（1）海岛概况信息。海岛概况信息包括基础地理信息和气象条件信息。基础地理信息包括位置、面积、高程、离大陆最近距离、海岸线及基本描述等;气象条件信息包括累年的气温特征值、月气温、降水及风速统计值等。

（2）海岛植物信息。海岛植物信息包括岛陆植被调查、群落、物种名录及功能性状等信息。

（3）环境调查信息。环境调查信息主要包括潮间带及附近海域环境调查。潮间带调查数据包括基本特征、潮间带生物、潮间带沉积物调查信息等;附近海域调查数据包括水体沉积物、水质、浮游植物、浮游动物、底栖生物、鱼卵、仔鱼等调查数据及评价结果信息。

（4）海岛生态综合评价信息。海岛生态综合评价信息主要包括三大評价模型基础数据、评价结果等信息。

2.2.2 数据标准

数据标准化是构建数据库的基础。海岛调查范围广、调查单位多，且调查数据存在多源、多时相等特征。根据前文提出的海岛植物物种登记框架，建立一套数据标准，具体包括潮间带生物表、生物多样性评价表，以及岛陆空间群落表、植物名录等。

2.2.3 专题数据库设计

关系型数据库存储平台采用Oracle 10g，地理信息数据库存储平台采用ESRI提供的文件地理数据库（File Geographic Database，File GDB），主要存储海岛基本地理信息、土地利用类型、站位图等具有空间位置的专题图信息。

2.3 关键技术研究

2.3.1 海岛植物多样性登记

根据设计的样方、样线进行海岛植被调查，获取海岛植被群落及植被分布情况。本系统采用空间数据及属性数据联动显示方式，同步展示样方地理位置与样方调查结果（以柱状图形式直观展示）。

海岛植物名录搜集了海岛所有的植物物种概况信息，通过该系统，可以直观查看物种的基本信息、分布情况、典型照片（花、茎、叶、全株等）及在苗圃培训的阶段性照片。

环境调查包括潮间带和附近海域的调查数据与评价结果。根据调查数据及各要素评价方法，自动计算各要素评价结构，并在地图站位图上叠加显示评价结果。如图4所示，右侧展示大金山岛附近水域浮游植物调查数据的多样性评价结果，左侧地图上以不同大小图标对结果进行展示，从而可直观、清晰地显示及对比各站位的调查评价结果。

2.3.2 海岛生态综合评价

海岛生态系统是海洋系统的重要组成部分，是国家海洋经济发展的基础，其资源有着巨大价值[14]。海岛生态系统从生态学原理上讲，是指海岛岛陆、潮间带、近海海域以及它们各自拥有生物群落所组成的相对独立的生态系统[15-16]。根据空间范围、生态环境特征、因生态环境不同造成的生物群落差异性等因素，海岛生态系统可分为3个子系统，即岛陆生态子系统、潮间带生态子系统以及近海海域生态子系统[17]。

在本研究中，海岛生态综合评价包括海岛植被现状评价、海岛生态系统健康评价与海岛生态系统风险评价3套评价模型[18]。根据岛陆、潮间带与近海海域的植被覆盖及土地利用类型对整岛进行区域划分，作为3套评价模型的基础评价单元。根据既定的模型参数，自动载入或手动录入专题数据库中的相应数据，结合专家打分权重，计算各区域评价分数，进而获得整岛的评价结果。

在海岛分区评价基础上，绘制任意图形，以其与各分区相交的面积作为反距离权重，计算该区域评价得分，并按渲染颜色分级方案，在地图上绘制颜色，可一定程度上为海岛规划决策提供理论依据。

3 结语

本文通过分析海岛植物物种登记现状及存在的问题，提出海岛植物物种登记框架，基于WebGIS技术设计一套海岛植物生态监视监测与评价动态管理信息系统。该系统实现了典型海岛植物物种及环境调查数据的录入、管理及展示功能，并提供了海岛植被现状评价、海岛生态系统健康评价与海岛生态系统风险评价3套海岛生态综合评价模型，可实现对海岛任意区域的实时评价，为海岛规划提供了一定的数据支撑。但目前海岛生态环境综合评价数据与数据库的现有数据对接程度不够，评价因子基本需要依靠人工输入，下一步研究方向是加强基础数据源与评价模型之间的融合，以实现基于评价模型与调查数据的自动评价功能。

参考文献：

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（责任编辑：黄 健）