自然博物館植物標本數字化平臺的構建與思考

張 洋，張方鋼，范忠勇，張曉紅，周 昕

(1.浙江自然博物館,浙江杭州 310014;2.杭州市市區河道監管中心,浙江杭州 310008)

自然博物館植物標本數字化平臺的構建與思考

張 洋1，張方鋼1，范忠勇1，張曉紅2，周 昕1

(1.浙江自然博物館,浙江杭州 310014;2.杭州市市區河道監管中心,浙江杭州 310008)

根據館藏植物標本的特點,制定出一套適合的數字化工作流程,包括完善采集信息、分類鑒定、粘貼條形碼、拍攝照片及圖像處理及錄入信息等。數字化工作面臨工作量巨大、難度高、專業技術人才不足等問題,需要資金及時間保證,應通盤考慮、穩步推進。

自然博物館;植物標本;數字化;數字化平臺

文獻著錄格式:張洋,張方鋼,范忠勇,等.自然博物館植物標本數字化平臺的構建與思考[J].浙江農業科學,2015,56(9):1520-1523.

DOI 10.16178/j.issn.0528-9017.20150959

“數字化”從英文Digitize翻譯過來,是“使數字化”的意思。我國學者陳宏京在其論著中對“數字化”的定義做出闡釋,數字化是“把信息用電磁介質,按二進制編碼的方式加以儲存和處理,把原先用紙張或化學感光材料記錄和存儲的事物藏品信息,轉變為用計算機存儲和處理的信息”[1]。植物標本是植物學工作者長期從事科研活動的積累和人類自然遺產的永久記錄之一,是研究物種的分布及其歷史、現狀、系統演化的證據[2]。植物標本作為保藏植物資源和植物信息的一種基本手段,為植物資源管理和利用提供了重要的科學依據,是其他各種單純的文字記錄所不能取代的[3]。目前,國內針對植物標本數字化的研究主要集中在高校及科研院所,專門針對自然博物館的植物標本數字化的研究幾無報道。本文分析自然博物館數字化工作的意義和必要性,介紹工作流程,思考和總結數字化過程中的問題與經驗,旨在為國內其他自然類博物館構建植物標本數字化系統起到參考作用。

1 植物標本數字化

植物標本數字化工作的起始可以追溯到20世紀,澳大利亞走在前列,20世紀70年代中期開始了標本館標本的數字化工作[4]。20世紀八九十年代,數字技術和網絡信息技術興起并在短時間內飛速發展,一批植物標本數字化平臺在構建。由美國阿拉巴馬大學牽頭的美國東南部地區各小型標本館的植物標本信息系統SERFIS起始于80年代末;由美國加利福尼亞州大學Berkeley分校牽頭的美國西部地區加利福尼亞植物標本館標本管理系統SMASCH起始于90年代初,都致力于建立中小標本館共享數據庫,以及致力于數據庫的標準化及網絡化的工作。英國愛丁堡皇家植物園的PANDORA于1986年開始研制,經過十多年不斷的改進,現已成為可包含由標本采集到文獻資料幾乎無所不包的應用軟件[5]。

進入21世紀,全球植物標本數字化工作空前發展。據粗略估計,保藏在世界各大標本館和研究機構的標本達25～30億份,估計有5%～10%已被數字化[6];互聯網的發展,使大量數字化的標本信息可以被訪問。著名的哈佛大學植物標本館收藏的生物標本現已超過500萬份,是目前世界上收藏標本數量最多的十大標本館之一。截至2015年3月,館藏標本數據庫系統中包含超過526 467份植物標本檔案信息和10萬份維管植物、苔蘚植物模式標本的相關文獻資料。除美國外,歐洲許多國家的標本數據庫也具有相當規模。荷蘭國家植物標本館在組建后不久,在實體標本館的基礎之上又建立起荷蘭虛擬植物博物館(NHN),目前NHN中已有350 000號植物標本完成了數字化[7]。全球生物多樣性信息網絡(GBIF)作為全球最有影響、最大的生物多樣性信息數據庫和服務機構,目前有超過100個國家和機構作為成員加入,超過4.6億條(截至2014年7月)數據在全球免費共享,其中有經緯度記錄的有花植物標本信息達2 700萬份。

據粗略估計,我國數百個標本館共保存植物標本約1 700萬份,涵蓋中國全部植物物種和世界物種約5萬種[8]。在國家自然科學基金和美國科學基金的資助下,我國中山大學植物標本館于1994年與美國阿拉巴馬大學合作研制植物標本數據庫; 1997年,在國家自然科學基金的資助下,中山大學又與廣西植物研究所標本館聯合研制共享標本數據庫,數據庫當時已錄入近1萬份標本資料[5]。2004年,以中科院標本館為主體,包括部分高校共同參與的“中國數字植物標本館”(Chinese Virtual Herbarium,簡稱CVH)開始啟動。2007年,最新的中國數字植物標本館建成,人們通過網絡就可以查詢到植物的標本、生長地、圖像、鑒定信息等相關內容。截至2015年3月,從CVH網站上了解到,數字化標本庫已經收錄有約331萬份植物標本,其中167萬份標本帶有照片,180萬份標本帶有地標數據。

2 構建自然博物館的植物標本數字化平臺的目的與意義

2.1 目的

2.2 意義

2.2.1 對博物館標本深入研究有重要意義

全球化是當今社會的發展趨勢,博物館館藏資源屬于社會共有財富,需要實現全球化共享以發揮其最大作用。這是時代賦予博物館的新的使命——將珍貴而又豐富的文化種子播散到世界的每一個角落[8]。標本數據輸入網絡平臺,不僅能實現世界植物研究的資源共享,更能使館藏標本與國際國內研究接軌。數字化使這些標本得到更加廣泛的應用,如傳統分類學修訂,名錄和鑒定手冊的編輯,植物志的編纂,地理分布圖的繪制,物種多樣性空間格局和動態的分析,生活史和物候學的研究,珍稀瀕危物種的保護生物學,外來入侵物種的管理等[4]。

2.2.2 對博物館標本的管理有重要意義

平臺建立之后,可對館藏植物標本進行詳盡統計和科學管理,能將各個科、屬包含的標本數量的數字精確到“個”。對于館藏標本較少的科可重點采集或征集,提高館藏標本的存儲量,彌補館藏植物標本的不足,提升藏品質量。同時,采自不同地區的標本數量也可統計,以便對不同地區植物標本有針對性地采集或征集,也可增加標本的地域豐富性。此外,有翔實的數據為依據,選擇那些與其他單位進行交換的復份標本將不會盲目。

2.2.3 是博物館數字化的重要組成部分

進入21世紀,國內各類博物館的數字化建設發展迅猛。早在“十五”計劃期間,我國政府已經將標本資源作為國家重點自然科技資源,并立項對生物標本資源進行標準化采集、整理整合,在此基礎上構建國家級虛擬博物館,實現資源的社會共享。藏品的數字化能推動博物館的數字化進程,擴大博物館的服務功能,為博物館標本收藏與管理研究開辟新的領域,并為這一領域的拓展提出新的思路和途徑。

3.觀察組和對照組患者病情復發情況：2組CP患者定期隨訪1年，觀察組復發2例，復發率1.4%；對照組復發15例，復發率10.9%。觀察組CP患者病情復發率顯著低于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)。

3 自然博物館植物標本數字化平臺的構建:以浙江自然博物館為例

3.1 浙江自然博物館植物標本館現狀

浙江自然博物館植物標本館建立于1929年,館藏標本6萬余份;被國際植物分類學會注冊認可,國際代碼為ZM。所藏標本主要為浙江省內高等植物蠟葉標本,以及江西、四川、廣西、云南等省份的標本。本館館藏的蕨類植物標本采用秦仁昌分類系統,種子植物標本采用恩格勒系統,置于密集柜存放。浙江自然博物館自2004年起用至今的藏品管理系統,為“億博”博物館綜合管理信息系統。主要欄目有藏品搜集、藏品登錄、綜合信息、文檔管理、賬務管理、資料查看、變動申請、庫房管理、綜合統計、物種信息等。

目前,本館植物標本管理面臨一些問題:蠟葉標本屬于易損易耗藏品,頻繁的查閱使用,會導致館藏標本不同程度受到損壞,研究價值相應降低。此外,我館的“億博”藏品管理系統也有不足之處。比如,“億博”統計的是每個“號”的標本情況,但是一個“號”內標本的份數是沒有記錄的;再如,采集信息不全和缺乏照片給管理者與使用者造成不便。這些問題的存在使得構建植物標本數字化平臺,成為目前本館非常必要的工作。

3.2 植物標本數字化平臺構建的方法

“浙江自然博物館植物標本數字化與共享”項目是科技部“國家標本資源共享平臺”項目(NSII)支持下的“植物標本資源共享子平臺”(CVH)課題之一。于2014年初開始,根據館藏植物標本的特點,制定出一套適合的工作流程(圖1)。

圖1 植物標本數字化平臺構建流程圖

3.2.1 完善采集信息

一份合格且有保存價值的植物標本,應包括植物標本本身、標本館標記、采集記錄、鑒定記錄等4大方面。采集信息包含采集人、采集號、采集日期、地點、生境、海拔、習性、植物高度、葉、花、果等簡單特征及科名、種名、用途等重要信息,完善采集記錄成為數字化工作中首要的、必需的前期工作。

3.2.2 分類鑒定

先由植物分類學專家將所有標本逐一、無遺漏地進行分類鑒定,保證絕大多數標本鑒定到種的水平。

3.2.3 粘貼條形碼

條形碼可謂每份植物標本的身份證,也是數字化平臺建成后用于標本管理、查找的有效編碼。

3.2.4 拍攝照片及圖像處理

照片拍攝是標本數字化中關鍵的步驟,影像信息在數字化平臺構建中具有非常特殊的價值。拍攝植物蠟葉標本所用的器材包括:數碼相機、變焦鏡頭、翻拍架、閃光燈等。

拍照采用RAW格式,得到最原始的照片,可作為原始圖像文件的永久性備份格式,以便日后之需。照片拍攝完成后需要后期處理,利用photoshop或者faststone viewer軟件,將RAW格式的照片轉換為JPG格式(圖2),并用條碼號重命名照片,使照片與錄入信息相對應。

圖2 已經拍攝的植物蠟葉標本照片

3.2.5 信息錄入電腦

標本信息的錄入由專門的錄入人員完成,采用中科院北京植物所的Ginko V 3.0系統,實現信息錄入電腦。

4 問題與思考

標本數字化工作任務繁重,需要一定財力支持。一般自然類博物館的館藏植物標本總量龐大,導致了工作量的巨大。如館藏植物標本數量為6萬件,僅拍攝照片一步環節為例,以每天拍300張照片為平均值,6萬份標本需要拍攝200 d。加上前期準備、后期圖片處理、錄入電腦,平臺初步建成至少需要2～3年。期間,聘請分類專家、拍攝人員、錄入人員等,勞務支出較大。時間的投入,經費以及人力物力的保證,是構建好平臺的基礎。

標本數字化工作是一項有難度、要求嚴的長期性工作,應通盤考慮,穩步推進。浙江自然博物館保存的6萬份植物標本,采集時間從1929年至今逾85年的跨度,采集地點分布全省乃至全國不同地區;標本采集人員所做的原始采集記錄的方式各有不同,一些歷史較久遠的標本,其標簽上大量的手寫字體不僅需要辨認,更需依賴于植物學背景知識,這大大增加了標本信息完善工作的難度,對信息轉錄工作人員及后續的錄入人員有較高的要求。其他自然類博物館也面臨同樣問題,所以在平臺構建過程中,不能貪多求快,應該在保證質量的前提下,穩步推進。

數字化平臺建設離不開人才隊伍的建設,掌握分類學知識的專家和信息技術的人才是標本數字化的強有力支持。工作中要進行標本鑒定,首先需要專業的植物分類學鑒定專家。標本照片拍攝,圖像后期處理、保存、管理,信息錄入等工作環節涉及多方面的技術,如攝像技術、燈光控制技術、圖像處理技術、圖像格式轉化技術和保存技術等等,需要信息技術人才。合理利用各類人才,標本數字化工作才能順利開展,同時,平臺構建也需要各類人才通力合作才能完成。

植物標本數字化工作可為其他館藏藏品的數字化提供借鑒。自然類博物館館藏標本門類齊全,珍品薈萃,一般除植物標本外還包含獸類、鳥類、魚類、兩棲類、爬行類、昆蟲及其他無脊椎動物標本,以及古生物化石、礦石標本等眾多類別。植物標本數字化平臺的構建,不僅為國內其他自然類博物館構建植物標本數字化平臺起到表率作用,而且能夠為其他門類標本的未來數字化工作提供經驗與參考。

[1] 陳宏京.數字化博物館的原理與方法[M].單機版.上海:復旦大學出版社,2002.

[2] 林春蕊,劉演,何成新,等.廣西植物標本館標本數字化信息統計與分析[J].廣西植物,2008,28(2):278-284.

[3] 孫權,周廣柱,李竹林,等.薔薇科(Rosaceae)植物標本及其數字化處理技術研究[J].沈陽農業大學學報:社會科學版,2014,16(3):353-357.

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[5] 李鳴光,繆汝槐,Xu Zhaoran.植物標本數據庫與生物多樣性研究[G]//面向21世紀的中國生物多樣性保護.北京:中國林業出版社,2000.

[6] Soberon J.Linking biodiversity information sources[J]. Trends in Ecology and Evolution,1999,14:291.

[7] 矯貴松.關于我國自然博物館生物標本數字化的方法研究[D].長春:東北師范大學,2008.

[8] 傅立國.中國植物標本館索引[M].北京:中國科學技術出版社,1993.

(責任編輯：張瑞麟)

S 184;S 126

A

0528-9017(2015)09-1520-04

2015-07-12

張 洋(1983-),女,河北保定人,館員,碩士,主要從事植被生態學和植物分類學研究工作。E-mail:zhangy@ zmnh.com。