太行山猕猴自然保护区物种多样性信息管理系统研建

陈志方， 朱美霖， 王军亮， 路纪琪

(郑州大学 生命科学学院 生物多样性与生态学研究所 郑州 450001)

太行山猕猴自然保护区物种多样性信息管理系统研建

陈志方， 朱美霖， 王军亮， 路纪琪

(郑州大学 生命科学学院 生物多样性与生态学研究所 郑州 450001)

针对生物多样性数据资源庞大、整理工作繁琐、资源共享程度低、交流困难等状况，以河南太行山猕猴国家级自然保护区为研究案例，整合现有的物种多样性信息，通过数据库构建和网站开发，建立了基于Web的物种多样性信息化管理系统，实现了物种数据检索、展示、交流、资源共享等功能.填补了该保护区生物多样性数字化管理的空白，为保护区管护水平提升和生物多样性保护提供了有力支持，同时也为其他保护区生物多样性保护的数字化建设提供技术参考和样本，从而推动生物多样性保护与研究.

信息管理系统； 生物多样性； 太行山； 自然保护区； 数据库

0 引言

伴随着社会经济的快速发展，人类活动加剧了对自然资源的干扰和破坏，进而造成大量物种灭绝，物种多样性的下降使生态系统更加脆弱[1-4].因此，生物多样性的保护已成为维持区域性生态平衡的关键，也是自然环境保护的核心指标.生物多样性保护的主要任务之一就是在对生物种类、数量、分布等调查的基础上，建立物种的档案和目录，并对不同物种采取针对性的管理措施和保护策略.

在对物种多样性资料、数据进行归纳和管理的过程中，传统方式程序繁琐、管理效率低，且对物种信息的查阅与使用极为不便[5].随着计算机、互联网技术的快速发展，诸多领域的资源信息化管理迅速发展，同时也为生物多样性的信息化管理提供了可能和示范.近年来，生物多样性信息系统的构建在国内外受到了极大的重视[6].中国在生物多样性信息系统建设与管理方面也取得了巨大的进步，中国科学院和很多地区分别建立了生物多样性信息系统[7-11].这些信息系统的建立为当地生物多样性保护、管理和物种资源的合理利用提供了有力保障.

目前，生物多样性信息管理系统的相关研究与构建已被广泛地应用于自然保护区，并收到了良好的效果[12].但是，有关河南省生物多样性信息系统的研究与报道尚不多见.本文以河南太行山猕猴国家级自然保护区为例，开发并构建物种多样性信息管理系统，旨在为该地区物种管理和生物多样性保护提供支持，同时为河南省及其他地区的生物多样性信息化建设提供参考和样本，促进生物多样性保护与研究事业的发展.

1 保护区概况及建立信息管理系统的必要性

1.1 保护区概况

河南太行山猕猴国家级自然保护区横跨河南省济源、焦作、新乡3个地市，地理坐标为东经112°02′—113°45′，北纬34°54′—35°42′，总面积56 600 ha.该保护区属野生动物类型的保护区，以太行山猕猴(Macacamulattatcheliensis)、金钱豹(Pantherapardus)、红豆杉(Taxusmairei)等珍稀野生动植物和森林生态系统为主要保护对象.

保护区地处太行山南端地区，是华北、华中与西北植物区系的镶嵌过渡地带，区域内暖温带和温带天然阔叶林保存相对完整.保护区内有苔藓植物34科51属76种，蕨类植物20科41属87种，裸子植物4科7属12种，被子植物139科686属1 585种；现生植物中有国家重点保护植物14种，国家二级保护植物3种，国家三级保护植物10种[13].保护区内有兽类17科31属34种，鸟类47科100属157种，两栖爬行类13科19属27种，软体动物11科23属30种，昆虫25科86属279种；在现生动物中，有国家重点保护的野生动物30余种，包括国家一级保护动物5种，二级保护动物27种[13].

1.2 建立信息管理系统的必要性

自河南太行山猕猴国家级自然保护区建立以来，科研工作者在生物多样性本底调查、资源保护和科学研究等方面开展了大量工作，并积累了较多的数据和资料.然而，传统纸张报表式的管理思路和方法难以有效管理和充分利用这些庞大的数据，且不易对数据的动态变化进行及时分析，严重影响保护区管理工作的开展和管理水平的提升.因此，建立自然保护区物种多样性数据库和信息管理系统极为必要.

自然保护区物种多样性数据库的建立将为保护区的管理和决策提供有力支持，为生物资源的可持续利用和合理开发、生态平衡和生物多样性保护提供依据和技术支撑：1) 保护自然资源，促进可持续发展.自然保护区的生物多样性是大自然的宝贵资源，信息系统的建立，可以为保护区提供基础数据和资源预警，为自然资源可持续发展提供决策依据；2) 整合并共享资源，降低管理成本.网络数据库的开通将实现资源的共享，吸引更多的研究调查.同时，通过信息化管理能够优化资源配置，充分共享各种资源，减少人力、物力成本的投入；3) 拓展宣传途径，提高边际效益.网络信息平台的构建将提高自然保护区的宣传效率，让公众得到更多关于保护区及其生物多样性资源的信息，提高边际效益，为自然保护区生态效益、经济效益和社会效益的协调发展提供桥梁和纽带，发挥环境保护和经济发展的协同作用.

2 管理系统设计

2.1 结构体系

河南太行山猕猴国家级自然保护区物种多样性信息管理系统采用基于B/S(browser/server)模式下的3层结构体系研发构建.B/S模式适用于网络信息发布、数据检索以及用户互动，具有开放性好、跨平台性好、易于实现资源共享等优势[14].用户打开计算机中的Web浏览器即可查询所需信息，并可访问文本、图像、声音、视频等.该系统的3层结构分别是数据层、中间层和应用层.数据层主要是对物种数据进行有效存储、管理和共享；中间层主要由具有应用程序扩展功能的Web服务器组成，用于接受客户端的数据访问请求，并对其进行分析处理，最后将结果反馈给应用层.应用层主要是服务器反馈给用户的处理结果以及用户的交互操作.

2.2 系统运行和开发环境

本系统在Windows 7系统中运行、在Apache+MySQL+PHP平台下开发.其中，Apache用于系统服务器，采用MySQL作为属性数据和其他基础数据存储平台，PHP用作服务器和后台数据链接的桥梁.用户交互操作的界面用DIV+CSS+HTML开发.

2.3 系统功能设计

在充分了解相关生物多样性管理系统建设的基础上，结合河南太行山猕猴国家级自然保护区的实际需求，开发出具有地域特色的信息管理系统.该系统包括“前台”和“后台”两部分.“前台”以网页的形式展现给用户，这种方式简单、人性化、交互性强，可以给用户以直观的感受.用户可以通过浏览器在“前台”登录，浏览保护区的相关信息，并可对关心的问题进行交流与讨论.“后台”是管理系统，管理人员可以基于最新研究结果和资料，对数据库、网页和用户信息进行及时更新和维护.

我们将保护区已记录的动植物物种资源信息、保护区管理信息等基础信息和相关研究成果纳入信息系统，实现对资源和信息的规范化管理，方便查询、检索、交流和统计分析，加快自然保护区的“数字化”建设与信息化管理步伐，提高保护区的管理水平.

2.4 数据库设计

对保护区的物种资源数据及其他信息进行分类整理，然后将这些信息以数据库表的形式保存，构成数据库.数据库主要包括属性数据库和影像数据库.属性数据库包括物种多样性数据库，包含保护区的主要动植物名录、国家级重点动植物名录、省级重点动植物名录及其所属的界、门、纲、目、科、属、形态特征、栖息或生长环境等详细信息.影像数据库用来存储动植物形态特征图片和视频.

2.5 系统结构设计

本系统主要包含数据库管理、信息查询与检索、论坛管理、系统维护和专题应用等5部分(图1).是基于Wamp系统，由Windows 7、Apache、MySQL、PHP搭建平台而开发的Web系统，其成本低，灵活性强，易于维护.将物种资源信息以网页的形式图文并茂地展现给用户，增加了系统的趣味性和易用性，并为用户提供互动的平台.

图1 系统结构示意图Fig.1 Sketch map of system structure

3 开发工具

Apache是目前Web服务器软件中应用最广的一种，其性能稳定、运行速度快、兼容性好，可在几乎所有的计算机平台上运行，且其源代码免费开放，更新及时，技术人员可不断修改其原有缺陷、开发新的功能[15].所以，Apache是作为服务器的最佳选择.

MySQL是一种关系型数据库管理系统[16]，其体积小、性能稳定、安全性高，能与Linux、Windows、Unix等诸多操作系统兼容.而且MySQL还可以嵌入到PHP、Java、C、C++等多种程序设计语言中.MySQL的源代码是开放的，能与PHP完美结合，被广泛应用于诸多系统的开发.与此同时，MySQL对硬件性能的要求相对不高，对中小型用户来说具有较高的使用优势[17].

PHP超文本预处理器是一种在服务器端执行、嵌入HTML文档的脚本语言[18]，主要用于Web领域的开发.自身开源，使用人员可以修改和二次开发，及时发现并修复语言漏洞，是公认的安全性较高的编程语言.

4 系统实现与功能分析

4.1 实现过程

本系统采用Windows 7 32位操作系统，利用Apache作为应用服务器，MySQL作为系统后台数据库，用PHP脚本语言链接客户端、服务器和数据库，构建基于B/S模式的Web数据库.其访问流程如图2所示.

4.1.1 数据管理的实现 查阅并统计有关太行山猕猴国家级自然保护区的物种多样性文献资料和数据，并将其分类、编码，输入到数据库表中.利用SQL语句对其进行查询、增加、修改等.通过前台网页的浏览和查询以显示后台对数据的操作管理.

图2 信息系统访问流程图Fig.2 Operation procedure of information system

4.1.2 系统开发平台构建 XAMPP(Apache+MySQL+PHP+PERL)是一款免费的集成软件包，有Windows、Linux、Mac OS X和Solaris等4个版本.下载XAMPP、解压安装，得到一个标准的Apache+MySQL服务器环境，即可进行PHP的开发调试.

4.1.3 网页制作 系统页面采用目前流行的DIV+CSS布局方式，采用这种方式制作的网页，几乎所有的元素均另存于CSS文件中，可以实现网页的内容与外观的分离，在调整网页区域和元素属性时，操作非常简便.当服务器调用网页时，代码的执行效率高、运行速度快；同时，网页的后期改版与维护也较为方便.

4.2 功能分析

4.2.1 系统维护 主要包括用户管理和系统备份两部分功能.用户管理：管理员对本系统具有完全管理权限，可查看、审核会员的身份资料，增加、删除用户.系统资料可定期自动磁盘备份，以防止操作失误或系统故障导致数据丢失.

4.2.2 信息展示 物种资源信息包括植物、兽类、鸟类、两栖爬行类和昆虫等5个部分.物种的详细信息以图片和文字的形式展现给用户，供用户查阅和浏览.

4.2.3 条件检索 随着用户数量、网页数量、资源量的不断增加，系统的内容将越来越丰富，为方便用户快速检索并锁定所需资料，本系统增加了条件检索功能.用户只需要输入物种名字或其所属的门、纲、目、科、属，就能快速搜索到所需内容.

4.2.4 开发者信息 简要介绍系统开发的研究团队以及从事生物多样性研究人员的个人信息、联系方式等，以便及时查看和解决用户提出的建议和问题.

4.2.5 学术交流 为方便用户交流和系统的管理、维护，本功能以论坛的形式实现.论坛包括植物、兽类、鸟类、两栖爬行类和昆虫等5个版块.系统管理员可根据需要给每一个版块设置一个管理员，这些管理员可查阅和管理本版块下的帖子.用户既可以访客的身份访问论坛、看帖和检索帖子或图片，又可以会员的身份发帖或上传物种相关图片，并与其他用户进行交流.

4.2.6 统计图表及输出 系统管理员除了可以添加、删除、更新数据库中的数据之外，还可将数据以Excel表格的形式导出，对同一目(或其他分类单元)的物种进行统计分析，使数据的使用具有更大的灵活性，提高数据的利用效率.

5 结语

本研究通过建立数据库表的方法对自然保护区的物种资料进行保存，在B/S模式下，利用XAMPP开源软件构建了基于Web的自然保护区物种多样性信息管理系统.本系统的易用性强，具有较广泛的用户群体.

本信息系统的建立，填补了太行山猕猴国家级自然保护区“数字化”管理的空白，实现了保护区动植物物种资源的信息化管理，管理人员可依据保护区资源的变化情况随时对数据库进行修改、完善，实现对该地区动植物资源的动态监控，为保护区工作人员提供科学、准确的数据资料，以提高管理水平和分析决策水平；系统界面人性化，交互性强，以图文并茂的形式展现给用户，为用户提供了学习和交流的平台，能最大化地展示研究地区的动植物物种资源特征和现状，提高公众对生物多样性保护的认知水平和意识，对生物多样性保护起到有效宣传；同时，系统的建立有利于保护区资源信息共享，可以激励和引导更多人参与并投入到该地区生物多样性保护工作，最终对保护区的可持续发展、动植物资源的保护以及保护区的建设发挥重要作用.

致谢：郑州大学生命科学学院王振龙教授、田军东博士、张义锋博士在论文撰写和修改过程中提供建议和帮助，谨此致谢.

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(责任编辑：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

郑州市创新型科技人才队伍建设工程项目(131PLJRC654).

陈志方(1989—),男,河南南阳人，硕士研究生, 主要从事生物多样性保护研究,E-mail: chenzhifangya@qq.com; 通讯作者:路纪琪(1964—),男,陕西蒲城人，教授,博士,主要从事动物生态学研究,E-mail: lujq@zzu.edu.cn.

陈志方，朱美霖，王军亮，等.太行山猕猴自然保护区物种多样性信息管理系统研建[J].郑州大学学报(理学版)，2016，48(2)：90-94.

Q141

A

1671-6841(2016)02-0090-05

10.13705/j.issn.1671-6841.2015201