太行山獼猴自然保護區(qū)物種多樣性信息管理系統(tǒng)研建

陳志方， 朱美霖， 王軍亮， 路紀琪

(鄭州大學 生命科學學院 生物多樣性與生態(tài)學研究所 鄭州 450001)

太行山獼猴自然保護區(qū)物種多樣性信息管理系統(tǒng)研建

陳志方， 朱美霖， 王軍亮， 路紀琪

(鄭州大學 生命科學學院 生物多樣性與生態(tài)學研究所 鄭州 450001)

針對生物多樣性數(shù)據(jù)資源龐大、整理工作繁瑣、資源共享程度低、交流困難等狀況，以河南太行山獼猴國家級自然保護區(qū)為研究案例，整合現(xiàn)有的物種多樣性信息，通過數(shù)據(jù)庫構(gòu)建和網(wǎng)站開發(fā)，建立了基于Web的物種多樣性信息化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了物種數(shù)據(jù)檢索、展示、交流、資源共享等功能.填補了該保護區(qū)生物多樣性數(shù)字化管理的空白，為保護區(qū)管護水平提升和生物多樣性保護提供了有力支持，同時也為其他保護區(qū)生物多樣性保護的數(shù)字化建設(shè)提供技術(shù)參考和樣本，從而推動生物多樣性保護與研究.

信息管理系統(tǒng)； 生物多樣性； 太行山； 自然保護區(qū)； 數(shù)據(jù)庫

0 引言

伴隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人類活動加劇了對自然資源的干擾和破壞，進而造成大量物種滅絕，物種多樣性的下降使生態(tài)系統(tǒng)更加脆弱[1-4].因此，生物多樣性的保護已成為維持區(qū)域性生態(tài)平衡的關(guān)鍵，也是自然環(huán)境保護的核心指標.生物多樣性保護的主要任務(wù)之一就是在對生物種類、數(shù)量、分布等調(diào)查的基礎(chǔ)上，建立物種的檔案和目錄，并對不同物種采取針對性的管理措施和保護策略.

在對物種多樣性資料、數(shù)據(jù)進行歸納和管理的過程中，傳統(tǒng)方式程序繁瑣、管理效率低，且對物種信息的查閱與使用極為不便[5].隨著計算機、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，諸多領(lǐng)域的資源信息化管理迅速發(fā)展，同時也為生物多樣性的信息化管理提供了可能和示范.近年來，生物多樣性信息系統(tǒng)的構(gòu)建在國內(nèi)外受到了極大的重視[6].中國在生物多樣性信息系統(tǒng)建設(shè)與管理方面也取得了巨大的進步，中國科學院和很多地區(qū)分別建立了生物多樣性信息系統(tǒng)[7-11].這些信息系統(tǒng)的建立為當?shù)厣锒鄻有员Ｗo、管理和物種資源的合理利用提供了有力保障.

目前，生物多樣性信息管理系統(tǒng)的相關(guān)研究與構(gòu)建已被廣泛地應用于自然保護區(qū)，并收到了良好的效果[12].但是，有關(guān)河南省生物多樣性信息系統(tǒng)的研究與報道尚不多見.本文以河南太行山獼猴國家級自然保護區(qū)為例，開發(fā)并構(gòu)建物種多樣性信息管理系統(tǒng)，旨在為該地區(qū)物種管理和生物多樣性保護提供支持，同時為河南省及其他地區(qū)的生物多樣性信息化建設(shè)提供參考和樣本，促進生物多樣性保護與研究事業(yè)的發(fā)展.

1 保護區(qū)概況及建立信息管理系統(tǒng)的必要性

1.1 保護區(qū)概況

河南太行山獼猴國家級自然保護區(qū)橫跨河南省濟源、焦作、新鄉(xiāng)3個地市，地理坐標為東經(jīng)112°02′—113°45′，北緯34°54′—35°42′，總面積56 600 ha.該保護區(qū)屬野生動物類型的保護區(qū)，以太行山獼猴(Macacamulattatcheliensis)、金錢豹(Pantherapardus)、紅豆杉(Taxusmairei)等珍稀野生動植物和森林生態(tài)系統(tǒng)為主要保護對象.

保護區(qū)地處太行山南端地區(qū)，是華北、華中與西北植物區(qū)系的鑲嵌過渡地帶，區(qū)域內(nèi)暖溫帶和溫帶天然闊葉林保存相對完整.保護區(qū)內(nèi)有苔蘚植物34科51屬76種，蕨類植物20科41屬87種，裸子植物4科7屬12種，被子植物139科686屬1 585種；現(xiàn)生植物中有國家重點保護植物14種，國家二級保護植物3種，國家三級保護植物10種[13].保護區(qū)內(nèi)有獸類17科31屬34種，鳥類47科100屬157種，兩棲爬行類13科19屬27種，軟體動物11科23屬30種，昆蟲25科86屬279種；在現(xiàn)生動物中，有國家重點保護的野生動物30余種，包括國家一級保護動物5種，二級保護動物27種[13].

1.2 建立信息管理系統(tǒng)的必要性

自河南太行山獼猴國家級自然保護區(qū)建立以來，科研工作者在生物多樣性本底調(diào)查、資源保護和科學研究等方面開展了大量工作，并積累了較多的數(shù)據(jù)和資料.然而，傳統(tǒng)紙張報表式的管理思路和方法難以有效管理和充分利用這些龐大的數(shù)據(jù)，且不易對數(shù)據(jù)的動態(tài)變化進行及時分析，嚴重影響保護區(qū)管理工作的開展和管理水平的提升.因此，建立自然保護區(qū)物種多樣性數(shù)據(jù)庫和信息管理系統(tǒng)極為必要.

自然保護區(qū)物種多樣性數(shù)據(jù)庫的建立將為保護區(qū)的管理和決策提供有力支持，為生物資源的可持續(xù)利用和合理開發(fā)、生態(tài)平衡和生物多樣性保護提供依據(jù)和技術(shù)支撐：1) 保護自然資源，促進可持續(xù)發(fā)展.自然保護區(qū)的生物多樣性是大自然的寶貴資源，信息系統(tǒng)的建立，可以為保護區(qū)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資源預警，為自然資源可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)；2) 整合并共享資源，降低管理成本.網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的開通將實現(xiàn)資源的共享，吸引更多的研究調(diào)查.同時，通過信息化管理能夠優(yōu)化資源配置，充分共享各種資源，減少人力、物力成本的投入；3) 拓展宣傳途徑，提高邊際效益.網(wǎng)絡(luò)信息平臺的構(gòu)建將提高自然保護區(qū)的宣傳效率，讓公眾得到更多關(guān)于保護區(qū)及其生物多樣性資源的信息，提高邊際效益，為自然保護區(qū)生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益的協(xié)調(diào)發(fā)展提供橋梁和紐帶，發(fā)揮環(huán)境保護和經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)同作用.

2 管理系統(tǒng)設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)體系

河南太行山獼猴國家級自然保護區(qū)物種多樣性信息管理系統(tǒng)采用基于B/S(browser/server)模式下的3層結(jié)構(gòu)體系研發(fā)構(gòu)建.B/S模式適用于網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布、數(shù)據(jù)檢索以及用戶互動，具有開放性好、跨平臺性好、易于實現(xiàn)資源共享等優(yōu)勢[14].用戶打開計算機中的Web瀏覽器即可查詢所需信息，并可訪問文本、圖像、聲音、視頻等.該系統(tǒng)的3層結(jié)構(gòu)分別是數(shù)據(jù)層、中間層和應用層.數(shù)據(jù)層主要是對物種數(shù)據(jù)進行有效存儲、管理和共享；中間層主要由具有應用程序擴展功能的Web服務(wù)器組成，用于接受客戶端的數(shù)據(jù)訪問請求，并對其進行分析處理，最后將結(jié)果反饋給應用層.應用層主要是服務(wù)器反饋給用戶的處理結(jié)果以及用戶的交互操作.

2.2 系統(tǒng)運行和開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)在Windows 7系統(tǒng)中運行、在Apache+MySQL+PHP平臺下開發(fā).其中，Apache用于系統(tǒng)服務(wù)器，采用MySQL作為屬性數(shù)據(jù)和其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲平臺，PHP用作服務(wù)器和后臺數(shù)據(jù)鏈接的橋梁.用戶交互操作的界面用DIV+CSS+HTML開發(fā).

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計

在充分了解相關(guān)生物多樣性管理系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合河南太行山獼猴國家級自然保護區(qū)的實際需求，開發(fā)出具有地域特色的信息管理系統(tǒng).該系統(tǒng)包括“前臺”和“后臺”兩部分.“前臺”以網(wǎng)頁的形式展現(xiàn)給用戶，這種方式簡單、人性化、交互性強，可以給用戶以直觀的感受.用戶可以通過瀏覽器在“前臺”登錄，瀏覽保護區(qū)的相關(guān)信息，并可對關(guān)心的問題進行交流與討論.“后臺”是管理系統(tǒng)，管理人員可以基于最新研究結(jié)果和資料，對數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)頁和用戶信息進行及時更新和維護.

我們將保護區(qū)已記錄的動植物物種資源信息、保護區(qū)管理信息等基礎(chǔ)信息和相關(guān)研究成果納入信息系統(tǒng)，實現(xiàn)對資源和信息的規(guī)范化管理，方便查詢、檢索、交流和統(tǒng)計分析，加快自然保護區(qū)的“數(shù)字化”建設(shè)與信息化管理步伐，提高保護區(qū)的管理水平.

2.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

對保護區(qū)的物種資源數(shù)據(jù)及其他信息進行分類整理，然后將這些信息以數(shù)據(jù)庫表的形式保存，構(gòu)成數(shù)據(jù)庫.數(shù)據(jù)庫主要包括屬性數(shù)據(jù)庫和影像數(shù)據(jù)庫.屬性數(shù)據(jù)庫包括物種多樣性數(shù)據(jù)庫，包含保護區(qū)的主要動植物名錄、國家級重點動植物名錄、省級重點動植物名錄及其所屬的界、門、綱、目、科、屬、形態(tài)特征、棲息或生長環(huán)境等詳細信息.影像數(shù)據(jù)庫用來存儲動植物形態(tài)特征圖片和視頻.

2.5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)主要包含數(shù)據(jù)庫管理、信息查詢與檢索、論壇管理、系統(tǒng)維護和專題應用等5部分(圖1).是基于Wamp系統(tǒng)，由Windows 7、Apache、MySQL、PHP搭建平臺而開發(fā)的Web系統(tǒng)，其成本低，靈活性強，易于維護.將物種資源信息以網(wǎng)頁的形式圖文并茂地展現(xiàn)給用戶，增加了系統(tǒng)的趣味性和易用性，并為用戶提供互動的平臺.

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Sketch map of system structure

3 開發(fā)工具

Apache是目前Web服務(wù)器軟件中應用最廣的一種，其性能穩(wěn)定、運行速度快、兼容性好，可在幾乎所有的計算機平臺上運行，且其源代碼免費開放，更新及時，技術(shù)人員可不斷修改其原有缺陷、開發(fā)新的功能[15].所以，Apache是作為服務(wù)器的最佳選擇.

MySQL是一種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)[16]，其體積小、性能穩(wěn)定、安全性高，能與Linux、Windows、Unix等諸多操作系統(tǒng)兼容.而且MySQL還可以嵌入到PHP、Java、C、C++等多種程序設(shè)計語言中.MySQL的源代碼是開放的，能與PHP完美結(jié)合，被廣泛應用于諸多系統(tǒng)的開發(fā).與此同時，MySQL對硬件性能的要求相對不高，對中小型用戶來說具有較高的使用優(yōu)勢[17].

PHP超文本預處理器是一種在服務(wù)器端執(zhí)行、嵌入HTML文檔的腳本語言[18]，主要用于Web領(lǐng)域的開發(fā).自身開源，使用人員可以修改和二次開發(fā)，及時發(fā)現(xiàn)并修復語言漏洞，是公認的安全性較高的編程語言.

4 系統(tǒng)實現(xiàn)與功能分析

4.1 實現(xiàn)過程

本系統(tǒng)采用Windows 7 32位操作系統(tǒng)，利用Apache作為應用服務(wù)器，MySQL作為系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫，用PHP腳本語言鏈接客戶端、服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建基于B/S模式的Web數(shù)據(jù)庫.其訪問流程如圖2所示.

4.1.1 數(shù)據(jù)管理的實現(xiàn) 查閱并統(tǒng)計有關(guān)太行山獼猴國家級自然保護區(qū)的物種多樣性文獻資料和數(shù)據(jù)，并將其分類、編碼，輸入到數(shù)據(jù)庫表中.利用SQL語句對其進行查詢、增加、修改等.通過前臺網(wǎng)頁的瀏覽和查詢以顯示后臺對數(shù)據(jù)的操作管理.

圖2 信息系統(tǒng)訪問流程圖Fig.2 Operation procedure of information system

4.1.2 系統(tǒng)開發(fā)平臺構(gòu)建 XAMPP(Apache+MySQL+PHP+PERL)是一款免費的集成軟件包，有Windows、Linux、Mac OS X和Solaris等4個版本.下載XAMPP、解壓安裝，得到一個標準的Apache+MySQL服務(wù)器環(huán)境，即可進行PHP的開發(fā)調(diào)試.

4.1.3 網(wǎng)頁制作 系統(tǒng)頁面采用目前流行的DIV+CSS布局方式，采用這種方式制作的網(wǎng)頁，幾乎所有的元素均另存于CSS文件中，可以實現(xiàn)網(wǎng)頁的內(nèi)容與外觀的分離，在調(diào)整網(wǎng)頁區(qū)域和元素屬性時，操作非常簡便.當服務(wù)器調(diào)用網(wǎng)頁時，代碼的執(zhí)行效率高、運行速度快；同時，網(wǎng)頁的后期改版與維護也較為方便.

4.2 功能分析

4.2.1 系統(tǒng)維護 主要包括用戶管理和系統(tǒng)備份兩部分功能.用戶管理：管理員對本系統(tǒng)具有完全管理權(quán)限，可查看、審核會員的身份資料，增加、刪除用戶.系統(tǒng)資料可定期自動磁盤備份，以防止操作失誤或系統(tǒng)故障導致數(shù)據(jù)丟失.

4.2.2 信息展示 物種資源信息包括植物、獸類、鳥類、兩棲爬行類和昆蟲等5個部分.物種的詳細信息以圖片和文字的形式展現(xiàn)給用戶，供用戶查閱和瀏覽.

4.2.3 條件檢索 隨著用戶數(shù)量、網(wǎng)頁數(shù)量、資源量的不斷增加，系統(tǒng)的內(nèi)容將越來越豐富，為方便用戶快速檢索并鎖定所需資料，本系統(tǒng)增加了條件檢索功能.用戶只需要輸入物種名字或其所屬的門、綱、目、科、屬，就能快速搜索到所需內(nèi)容.

4.2.4 開發(fā)者信息 簡要介紹系統(tǒng)開發(fā)的研究團隊以及從事生物多樣性研究人員的個人信息、聯(lián)系方式等，以便及時查看和解決用戶提出的建議和問題.

4.2.5 學術(shù)交流 為方便用戶交流和系統(tǒng)的管理、維護，本功能以論壇的形式實現(xiàn).論壇包括植物、獸類、鳥類、兩棲爬行類和昆蟲等5個版塊.系統(tǒng)管理員可根據(jù)需要給每一個版塊設(shè)置一個管理員，這些管理員可查閱和管理本版塊下的帖子.用戶既可以訪客的身份訪問論壇、看帖和檢索帖子或圖片，又可以會員的身份發(fā)帖或上傳物種相關(guān)圖片，并與其他用戶進行交流.

4.2.6 統(tǒng)計圖表及輸出 系統(tǒng)管理員除了可以添加、刪除、更新數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)之外，還可將數(shù)據(jù)以Excel表格的形式導出，對同一目(或其他分類單元)的物種進行統(tǒng)計分析，使數(shù)據(jù)的使用具有更大的靈活性，提高數(shù)據(jù)的利用效率.

5 結(jié)語

本研究通過建立數(shù)據(jù)庫表的方法對自然保護區(qū)的物種資料進行保存，在B/S模式下，利用XAMPP開源軟件構(gòu)建了基于Web的自然保護區(qū)物種多樣性信息管理系統(tǒng).本系統(tǒng)的易用性強，具有較廣泛的用戶群體.

本信息系統(tǒng)的建立，填補了太行山獼猴國家級自然保護區(qū)“數(shù)字化”管理的空白，實現(xiàn)了保護區(qū)動植物物種資源的信息化管理，管理人員可依據(jù)保護區(qū)資源的變化情況隨時對數(shù)據(jù)庫進行修改、完善，實現(xiàn)對該地區(qū)動植物資源的動態(tài)監(jiān)控，為保護區(qū)工作人員提供科學、準確的數(shù)據(jù)資料，以提高管理水平和分析決策水平；系統(tǒng)界面人性化，交互性強，以圖文并茂的形式展現(xiàn)給用戶，為用戶提供了學習和交流的平臺，能最大化地展示研究地區(qū)的動植物物種資源特征和現(xiàn)狀，提高公眾對生物多樣性保護的認知水平和意識，對生物多樣性保護起到有效宣傳；同時，系統(tǒng)的建立有利于保護區(qū)資源信息共享，可以激勵和引導更多人參與并投入到該地區(qū)生物多樣性保護工作，最終對保護區(qū)的可持續(xù)發(fā)展、動植物資源的保護以及保護區(qū)的建設(shè)發(fā)揮重要作用.

致謝：鄭州大學生命科學學院王振龍教授、田軍東博士、張義鋒博士在論文撰寫和修改過程中提供建議和幫助，謹此致謝.

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(責任編輯：王浩毅)

Establishment of Information Management System on Species Diversity of Taihangshan Macaque National Nature Reserve

CHEN Zhifang, ZHU Meilin, WANG Junliang, LU Jiqi

(InstituteofBiodiversityandEcology,SchoolofLifeSciences,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China)

With the development of database construction and internet technology, information management system was broadly adopted in the field of biodiversity research. In the current study, an informative management system was established to manage the biodiversity resources of Taihangshan National Nature Reserve. The system could be used to search, display, share, and communicate the biodiversity resources. This study offered the first case of establishing the informative management system of biodiversity resources in Taihangshan Macaque National Nature Reserve, which also could be taken as a model for other nature reserves.

information management system; biodiversity; taihangshan; nature reserve; database

2015-10-02

鄭州市創(chuàng)新型科技人才隊伍建設(shè)工程項目(131PLJRC654).

陳志方(1989—),男,河南南陽人，碩士研究生, 主要從事生物多樣性保護研究,E-mail: chenzhifangya@qq.com; 通訊作者:路紀琪(1964—),男,陜西蒲城人，教授,博士,主要從事動物生態(tài)學研究,E-mail: lujq@zzu.edu.cn.

陳志方，朱美霖，王軍亮，等.太行山獼猴自然保護區(qū)物種多樣性信息管理系統(tǒng)研建[J].鄭州大學學報(理學版)，2016，48(2)：90-94.

Q141

A

1671-6841(2016)02-0090-05

10.13705/j.issn.1671-6841.2015201