吳萍 陳珂 邱桔斐 蔣蕓蕓

摘 要：為了解決海島調(diào)查原始資料存在的冗余、雜亂及難以使用的情況，通過(guò)調(diào)研大量數(shù)據(jù)資料，提出一套海島植物物種登記信息框架。采用“Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)+文件地理數(shù)據(jù)庫(kù)”聯(lián)合存儲(chǔ)的方式，統(tǒng)一存儲(chǔ)海島調(diào)查資料。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一套海島植物生態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了海島植物物種調(diào)查資料查詢、可視化展示及海島生態(tài)綜合評(píng)價(jià)功能。該系統(tǒng)為海島管理決策與海島保護(hù)提供了一定的數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：植物物種登記;生態(tài)綜合評(píng)價(jià);適生物種

DOI：10. 11907/rjdk. 182120

中圖分類號(hào)：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-7800（2019）003-0148-04

0 引言

隨著我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，海島的戰(zhàn)略與經(jīng)濟(jì)地位凸顯，重點(diǎn)海島開發(fā)力度也日益加大。然而，海島開發(fā)將不可避免地造成海島植被物種多樣性與生態(tài)景觀的破壞。《中華人民共和國(guó)海島保護(hù)法》[1]明確指出，國(guó)家需要開展海島物種登記，依法保護(hù)和管理海島生物物種。海島物種資源保護(hù)的重要手段是進(jìn)一步開展海島生物物種資源與生態(tài)系統(tǒng)的本底調(diào)查，建立海島物種本底資源編目數(shù)據(jù)庫(kù)，制定與完善海島資源調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程[2]。

隨著全國(guó)海島保護(hù)與利用規(guī)劃工作的推進(jìn)，海島地理信息系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生[3-4]。海島地理信息系統(tǒng)是基于GIS[5]與MIS[6]（管理信息系統(tǒng)）集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，采用空間數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)海島基礎(chǔ)地理信息，在MIS開發(fā)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)海島（礁）綜合信息的管理，并利用GIS軟件實(shí)現(xiàn)地理信息顯示與分析功能。時(shí)紅麗[7]探討Geodatabase模型原理，提出基于Geodatabase模型的海島空間數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了海島相關(guān)數(shù)據(jù)的有效組織與存儲(chǔ);崔倫輝[8]和麻德明[9]基于ArcGISServer，結(jié)合時(shí)空數(shù)據(jù)模型與WebGIS理論，設(shè)計(jì)開發(fā)了集空間數(shù)據(jù)、屬性信息和時(shí)態(tài)特性于一體的海島信息管理系統(tǒng)，提高了主管部門在海島項(xiàng)目審批、海島開發(fā)利用規(guī)劃制定、海島開發(fā)保護(hù)方面的管理效率;韓富江[10]和孔梅[11]利用ArcGIS Engine和ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎技術(shù)，將多源海洋信息數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，為海島信息的統(tǒng)一管理與共享提供了支撐平臺(tái)。

由此可見，我國(guó)在海島植物物種調(diào)查與登記方面缺乏技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不同類型調(diào)查結(jié)果之間難以進(jìn)行整合。目前已有的海島信息系統(tǒng)基本上集中于海島數(shù)據(jù)集成及管理方面，而在海島植物物種登記方面的系統(tǒng)數(shù)量較少。本文擬通過(guò)制定海島植物物種登記技術(shù)指南，建立相應(yīng)的登記管理機(jī)制，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一套海島植物生態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)管理信息系統(tǒng)，以滿足相關(guān)職能部門對(duì)海島植物管理、保護(hù)的業(yè)務(wù)運(yùn)作要求，為海島開發(fā)建設(shè)提供先驗(yàn)知識(shí)。

1 海島植物物種登記信息框架設(shè)計(jì)

1.1 海島植物物種登記

登記管理是有權(quán)機(jī)關(guān)以特定程序、范式將管理對(duì)象相關(guān)信息正式記錄在籍冊(cè)上的行為。登記管理目的是聚合有效資源，充分運(yùn)用管理功能，以最優(yōu)投入獲得最佳回報(bào)，實(shí)現(xiàn)既定管理目標(biāo)。海島植物物種登記管理源自2010年3月實(shí)施的《中華人民共和國(guó)海島保護(hù)法》第十九條規(guī)定，國(guó)家開展海島物種登記，依法保護(hù)與管理海島生物物種。登記管理機(jī)構(gòu)為國(guó)家海洋局及地方各級(jí)海洋行政管理部門。登記管理職能包含組織、指導(dǎo)、控制、監(jiān)督、決策5大職能。登記管理的目的是摸清家底、厘清權(quán)屬、分清主次，以科學(xué)地保護(hù)與管理海島植物物種。

從登記目標(biāo)來(lái)看，登記制度作為職能部門業(yè)務(wù)化運(yùn)作的基礎(chǔ)，需要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行、科學(xué)管理，標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行、準(zhǔn)確管理，責(zé)任落實(shí)、精細(xì)管理的基本目標(biāo)。

從登記內(nèi)容來(lái)看，登記制度作為規(guī)范工作人員的行為準(zhǔn)則、衡量標(biāo)準(zhǔn)化程度的標(biāo)尺，以及提供管理服務(wù)的根據(jù)，需要明確登記目的及依據(jù)、登記形式、責(zé)任主體、范圍對(duì)象、登記時(shí)間、更新周期、登記方法、成果驗(yàn)收方式、組織領(lǐng)導(dǎo)、經(jīng)費(fèi)來(lái)源、監(jiān)督管理、違規(guī)責(zé)任等方面內(nèi)容。

從配套制度來(lái)看，登記管理配套制度通常包含登記信息調(diào)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(cè)等配套制度。

1.2 海島植物物種登記框架設(shè)計(jì)

海島植物物種登記對(duì)象不僅有植物本身要素，還包括植物生存環(huán)境要素。植物生存環(huán)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(tǒng)（GIS）技術(shù)，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(tǒng)框架。登記信息系統(tǒng)框架在空間上從大到小進(jìn)行分層次設(shè)計(jì)，分別是海島層→環(huán)境層→植被層。

1.3 適生物種登記標(biāo)準(zhǔn)

適生物種也是植物物種登記的一個(gè)重要內(nèi)容。為規(guī)范適生物種描述，通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，本文提出適生物種登記標(biāo)準(zhǔn)，詳見表1[12-13]。

2 海島植物生態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，以專題數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)源，通過(guò)Webservice和Mapservice兩種方式提供數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)海島信息監(jiān)視監(jiān)測(cè)、生態(tài)綜合評(píng)價(jià)、生態(tài)優(yōu)化集成及系統(tǒng)管理功能。

該系統(tǒng)提供中國(guó)海島概況、植物多樣性、生態(tài)綜合評(píng)價(jià)、生態(tài)優(yōu)化集成等6大功能模塊，如圖3所示。

（1）中國(guó)海島概況模塊：通過(guò)該模塊可查看海島概況，包括海島定義、海島數(shù)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(chǔ)信息、典型植物物種、環(huán)境調(diào)查與技術(shù)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(shí)現(xiàn)對(duì)植物物種登記、海島概況及環(huán)境調(diào)查等信息的管理，包括錄入、查詢及刪除等操作。

（4）生態(tài)綜合評(píng)價(jià)模塊：包括海島植物現(xiàn)狀與受損評(píng)價(jià)、海島生態(tài)健康評(píng)價(jià)及海島風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)三大評(píng)價(jià)模型，根據(jù)海島區(qū)塊劃分，對(duì)各評(píng)價(jià)模型的評(píng)價(jià)因子賦值，進(jìn)而獲得整島或局部區(qū)域評(píng)價(jià)分析結(jié)果。

（5）生態(tài)優(yōu)化集成模塊：展示示范島的生態(tài)優(yōu)化與生態(tài)修復(fù)措施、過(guò)程及成效。

（6）系統(tǒng)管理模塊：包括用戶管理與模塊管理。用戶管理可進(jìn)行用戶權(quán)限設(shè)置，管理員可進(jìn)行用戶添加、刪除操作，并根據(jù)不同用戶職能配置權(quán)限;模塊管理可進(jìn)行模塊參數(shù)設(shè)置等后臺(tái)操作。

2.2 海島植物物種信息專題數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

2.2.1 數(shù)據(jù)源

（1）海島概況信息。海島概況信息包括基礎(chǔ)地理信息和氣象條件信息?；A(chǔ)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(fēng)速統(tǒng)計(jì)值等。

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

（3）環(huán)境調(diào)查信息。環(huán)境調(diào)查信息主要包括潮間帶及附近海域環(huán)境調(diào)查。潮間帶調(diào)查數(shù)據(jù)包括基本特征、潮間帶生物、潮間帶沉積物調(diào)查信息等;附近海域調(diào)查數(shù)據(jù)包括水體沉積物、水質(zhì)、浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲生物、魚卵、仔魚等調(diào)查數(shù)據(jù)及評(píng)價(jià)結(jié)果信息。

（4）海島生態(tài)綜合評(píng)價(jià)信息。海島生態(tài)綜合評(píng)價(jià)信息主要包括三大評(píng)價(jià)模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、評(píng)價(jià)結(jié)果等信息。

2.2.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化是構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)。海島調(diào)查范圍廣、調(diào)查單位多，且調(diào)查數(shù)據(jù)存在多源、多時(shí)相等特征。根據(jù)前文提出的海島植物物種登記框架，建立一套數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，具體包括潮間帶生物表、生物多樣性評(píng)價(jià)表，以及島陸空間群落表、植物名錄等。

2.2.3 專題數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)平臺(tái)采用Oracle 10g，地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)平臺(tái)采用ESRI提供的文件地理數(shù)據(jù)庫(kù)（File Geographic Database，F(xiàn)ile GDB），主要存儲(chǔ)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(guān)鍵技術(shù)研究

2.3.1 海島植物多樣性登記

根據(jù)設(shè)計(jì)的樣方、樣線進(jìn)行海島植被調(diào)查，獲取海島植被群落及植被分布情況。本系統(tǒng)采用空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)顯示方式，同步展示樣方地理位置與樣方調(diào)查結(jié)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(guò)該系統(tǒng)，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(xùn)的階段性照片。

環(huán)境調(diào)查包括潮間帶和附近海域的調(diào)查數(shù)據(jù)與評(píng)價(jià)結(jié)果。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)及各要素評(píng)價(jià)方法，自動(dòng)計(jì)算各要素評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)，并在地圖站位圖上疊加顯示評(píng)價(jià)結(jié)果。如圖4所示，右側(cè)展示大金山島附近水域浮游植物調(diào)查數(shù)據(jù)的多樣性評(píng)價(jià)結(jié)果，左側(cè)地圖上以不同大小圖標(biāo)對(duì)結(jié)果進(jìn)行展示，從而可直觀、清晰地顯示及對(duì)比各站位的調(diào)查評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.3.2 海島生態(tài)綜合評(píng)價(jià)

海島生態(tài)系統(tǒng)是海洋系統(tǒng)的重要組成部分，是國(guó)家海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，其資源有著巨大價(jià)值[14]。海島生態(tài)系統(tǒng)從生態(tài)學(xué)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(duì)獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)[15-16]。根據(jù)空間范圍、生態(tài)環(huán)境特征、因生態(tài)環(huán)境不同造成的生物群落差異性等因素，海島生態(tài)系統(tǒng)可分為3個(gè)子系統(tǒng)，即島陸生態(tài)子系統(tǒng)、潮間帶生態(tài)子系統(tǒng)以及近海海域生態(tài)子系統(tǒng)[17]。

在本研究中，海島生態(tài)綜合評(píng)價(jià)包括海島植被現(xiàn)狀評(píng)價(jià)、海島生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)與海島生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)3套評(píng)價(jià)模型[18]。根據(jù)島陸、潮間帶與近海海域的植被覆蓋及土地利用類型對(duì)整島進(jìn)行區(qū)域劃分，作為3套評(píng)價(jià)模型的基礎(chǔ)評(píng)價(jià)單元。根據(jù)既定的模型參數(shù)，自動(dòng)載入或手動(dòng)錄入專題數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)數(shù)據(jù)，結(jié)合專家打分權(quán)重，計(jì)算各區(qū)域評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，進(jìn)而獲得整島的評(píng)價(jià)結(jié)果。

在海島分區(qū)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，繪制任意圖形，以其與各分區(qū)相交的面積作為反距離權(quán)重，計(jì)算該區(qū)域評(píng)價(jià)得分，并按渲染顏色分級(jí)方案，在地圖上繪制顏色，可一定程度上為海島規(guī)劃決策提供理論依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析海島植物物種登記現(xiàn)狀及存在的問題，提出海島植物物種登記框架，基于WebGIS技術(shù)設(shè)計(jì)一套海島植物生態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了典型海島植物物種及環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)的錄入、管理及展示功能，并提供了海島植被現(xiàn)狀評(píng)價(jià)、海島生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)與海島生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)3套海島生態(tài)綜合評(píng)價(jià)模型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)海島任意區(qū)域的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，為海島規(guī)劃提供了一定的數(shù)據(jù)支撐。但目前海島生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)的現(xiàn)有數(shù)據(jù)對(duì)接程度不夠，評(píng)價(jià)因子基本需要依靠人工輸入，下一步研究方向是加強(qiáng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源與評(píng)價(jià)模型之間的融合，以實(shí)現(xiàn)基于評(píng)價(jià)模型與調(diào)查數(shù)據(jù)的自動(dòng)評(píng)價(jià)功能。

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