全 文 ：第 29卷 第 2期 西 南 林 学 院 学 报 Vol.29 No.2
2009年 4月 JOURNALOFSOUTHWESTFORESTRYUNIVERSITY Apr.2009
＊ 收稿日期:2009-02-04
作者简介:狄光智(1977— ),女 ,云南水富人,讲师 ,硕士 ,主要从事林业地理信息系统 ,计算机软件方向的教学与研究。
作者 E-mail:swfcdgz@gmail.com
植物标本地理信息系统的设计与实现＊
———以西南林学院森林植物标本室壳斗科植物标本为例
狄光智 , 徐声远 , 杨为民
(西南林学院计算机与信息科学系 ,云南 昆明 650224)
摘要:以西南林学院标本馆馆藏植物标本数据为基础 ,探索建立植物标本地理信息系统的方法及其
关键技术 ,并建立了西南林学院标本馆植物标本地理信息系统 。
关键词:植物标本;地理信息系统;系统开发;空间分布;预测
中图分类号:P208 文献标识码:A 文章编号:1003 -7179(2009)02-0062-04
目前世界上约有植物标本 2亿份 ,分藏于 2 000
多个标本馆 ,中国拥有 1 600多万份标本 ,约占世界
植物标本数的 1/13,分藏于全国各地的标本馆 。这
些植物标本馆形成了一个大型的原始数据源 [ 1] 。
总的来说 ,标本量越多 ,采集覆盖面越广 ,为各
项研究提供的原始材料越丰富 。但是 ,标本数量多
与标本资料利用率低的矛盾更为突出 。以电子数据
形式存储植物标本资料 ,使标本资料与标本实体分
离 ,配上相应的查询系统 ,是使植物标本得到充分有
效利用的途径之一 [ 1] 。地理信息系统不但可以管
理标本空间信息 ,还可以管理其属性信息 ,是标本管
理的最佳技术手段之一。
笔者以西南林学院森林植物标本室馆藏标本数
据为基础 ,研究建立植物标本地理信息系统的方法
及其关键技术 ,并建立了西南林学院森林植物标本
室标本地理信息系统 。
1 原始数据的获取及预处理
1.1 地图数据的获取
通过 Internet提供的免费数据源 ,获取全中国
1∶100万地图数据。该地理坐标采用经纬度坐标系 ,
主要图层有:多边形主题的省界图 、县区域图和土壤
类型图;线状主题的公路网和河流;点主题的城市
图;精度 10km的数字高程模型 、精度 10 km的年平
均气温图和精度 1∶100万的坡度图。
1.2 地图数据的预处理
在本系统中使用的标本数据主要是在云南省采
集的壳斗科植物标本数据 ,为了能集中表现该系统
的功能 ,将 “县区域图 ”与省界图重叠 ,删除云南省
外的其他数据 ,最终获得云南省县区域数据 。
数字高程模型 、年平均气温图和坡度图均为
GRID格式数据 ,为了编程方便 ,需转换成 .SHP格
式。以数字高程模型为例 ,在 ArcView32中 ,首先将
其进行 Reclassify处理 ,按每 100 m为一个等级重新
分类 。中国存在 -165 ～ 7 104 m的不同海拔 ,共分
成 72个级别。第 1级:-165 ～ -100 m;第 2级:
-100 ～ 0 m;……;第 72级:7 000 ～ 7 104 m。再将
云南省县区域图重叠在重分类后的海拔高度图上 ,
删除云南省外的海拔数据 ,将剩余数据转换为 .SHP
格式 ,完成地图数据的预处理 。
1.3 植物标本数据的获取
本文的测试数据为西南林学院森林植物标本室
的部分数据 ,包含 56 329条记录 。其中 ,壳斗科植
物标本数据共 2 780条 ,约占总数据的 5%。
1.4 植物标本数据的预处理
通过对壳斗科植物标本 2 780条数据进行分
类和排序 ,挑选出数量最多的 10种作为本系统的
测试数据 。这 10种标本总计 557份 ,约占壳斗科
植物标本总数的 20%。对原始数据进行错误检
测 ,排除标本数据的中文名错误 、拉丁名错误等问
题 ,并删除缺少采集地记录的标本。为在标本空
间分布查询系统中用面状图形表示植物在某县的
分布而不是用点标出其具体位置 ,必须对标本的
采集地进行归一化处理 , 即将其转换为所在县的
县名 。在数据的归一化过程中又发现和纠正了
“地名太小 ”、“地名太大 ”和 “地名书写错误 ”等问
题 。通过以上数据整理 ,标本数量普遍减少 。特
别是华南石栎和板栗 ,经过数据处理后有效标本
数太少 ,对标本分布研究没有意义 , 故将其删除 。
数据处理前后标本数量比较见表 1。
表 1 数据处理前后标本数量比较
编号 标本名 原标本数量 /份
处理后标本
数量 /份
1 毛叶青冈(Cyclobalanopsiskeri) 78 42
2 滇青冈(Cyclobalanopsisglaucoides) 72 32
3 短刺栲(Castanopsisechidnocarpa) 61 40
4 小果栲(Castanopsisfleuryi) 61 45
5 硬斗石栎(Lithocarpushancei) 61 24
6 板栗(Castaneamolissima) 51 23
7 华南石栎(Lithocarpusfenestratus) 45 4
8 青冈(Cyclobalanopsisglauca) 45 7
9 滇石栎(Lithocarpusdealbatus) 44 22
10 杯状栲(Castanopsiscalathiformis) 39 33
合计 557 272
2 植物标本地理信息系统的设计与实现
2.1 系统功能设计
(1)地图基本操作:放大 、缩小 、漫游和全图显
示等基本操作。
(2)空间查询和统计:在地图上选择点或某一
区域 ,进行标本查询。
(3)标本数据的属性查询:按植物名 、地名 、采
集人 、采集时间等进行单项或组合查询 ,并将查询到
的标本数据在地图上标示出来 。
(4)标本分布预测:根据海拔高度 、气候条件 、
土壤类型 、坡度等进行植物生长适宜度预测 [ 2] 。
其中 ,前 3项功能主要适应大众的科普需求 ,
可进行标本信息的简单查询;而 “标本分布预测 ”功
能主要是为专业人员的研究需求而设计 。
2.2 空间数据库设计
设计了云南省县区域表 County yn,海拔高度表
dem 10 k yn,年平均气温表 tempala yn等与 .shp
文件相配合的空间数据表。
2.3 标本数据库设计
设计了标本信息表 Specimen和植物生境表 En-
vironment,存储到 SQLServer数据库中。
2.4 系统实现
该系统采用 GIS组件开发模式 ,使用 MapOb-
jects为 GIS组件 , SQLServer为数据库 , VB6.0为开
发工具进行系统开发。
3 应用实例—壳斗科植物标本信息查询与
分布预测
3.1 按标本名查询
在该系统中采用按标本名查询 ,所查 8种壳斗
科植物结果见表 2。表中加框地名表示该采集地与
《云南植物志》中对该植物的生长地描述相符 。
表 2 按标本名查询结果比较
采集地及标本
数量 /份
标本名
毛叶青冈 滇青冈 短刺栲 小果栲 硬斗石栎 板栗 滇石栎 杯状栲
1 采集地 禄丰 禄丰 盈江 澜沧 腾冲 昆明 禄丰 耿马
数量 14 11 7 11 7 7 11 7
2 采集地 孟连 昆明 临沧 耿马 云龙 禄丰 昆明 屏边
数量 8 6 5 9 5 4 8 4
3 采集地 澜沧 西畴 勐腊 景东 金平 呈贡 丽江 景东
数量 7 6 4 5 4 2 1 3
4 采集地 新平 砚山 腾冲 景谷 镇雄 蒙自 元江 瑞丽
数量 6 2 3 5 2 2 1 2
5 采集地 峨山 剑川 景东 元江 双江 安宁 西畴 西畴
数量 2 1 3 4 2 1 1 2
6 采集地 沧源 东川 屏边 孟连 文山 易门 澜沧
数量 2 1 3 2 2 1 2
7 采集地 墨江 云龙 西盟 双江 屏边 景东 思茅
数量 1 1 3 1 2 1 1
8 采集地 元江 安宁 金平 沧源 新平
数量 1 1 3 1 1
9 采集地 普洱 耿马 思茅 沧源
数量 1 2 1 1
10 采集地 景谷 西畴
数量 2 1
63第 2期 狄光智等:植物标本地理信息系统的设计与实现
云南植物志中对毛叶青冈的描述为:产滇西南 、
滇南 、滇东南海拔 1 000 ～ 1 800 m山地疏林中 [ 3] 。
从西南林学院森林植物标本室的标本采集记录可看
出:植物志描述的滇西南(沧源)、滇南(孟连 、澜沧 、
新平 、墨江 、元江 、普洱)均有毛叶青冈的采集记录 ,
植物志没有描述的滇中(禄丰 、峨山)也有大量采集
记录 ,只有滇东南没有采集记录 。
云南植物志中对滇青冈的描述为:云南省大部
分地区均有分布 ,生于海拔 1 100 ～ 3 000 m山地森
林中 ,为滇中地区习见树种[ 3] 。从西南林学院森林
植物标本室的标本采集记录可看出:滇中地区 (禄
丰 、昆明 、安宁)有大量采集记录 ,除滇南外 ,滇东南
(西畴 、砚山)、滇西北(剑川 、云龙)、滇东北(东川)
均有采集记录 ,与植物志的描述完全相符 。
通过对以上 8种植物标本分布地的分析可知:
西南林学院森林植物标本室对壳斗科植物标本的收
集比较完整 ,除少数种外 ,几乎完全覆盖甚至超出了
云南植物志所描述的该科植物的分布地范围。
3.2 按地名查询
在系统中选择 “按地名查询 ”,对标本库中所有
数据按地名进行分类汇总 ,在地图中用颜色深浅表
示标本数量的多少 ,查询结果见图 1。
从图 1可看出 ,西南林学院森林植物标本室馆藏
标本中 ,从滇中地区(禄丰 、昆明)和滇西南地区(澜
沧 、耿马 、景东 、临沧 、孟连)采集的壳斗科标本数量最
多 ,种类也较全;滇西(腾冲)和滇东南(西畴)均有较
多的采集记录;但从滇西北和滇东北采集的该科植物
数量非常少 ,当然这一结论也可能与测试数据不全有
关。表 3是对图 1显示结果的统计。
表 3 按地名查询结果
编号 地名 标本数/份 标本种类
标本
种数
占总标本
种数的比例
/%
1 禄丰 40 板栗 、滇青冈 、滇石
栎 、毛叶青冈
4 50
2 澜沧 23 板栗 、杯状栲 、短刺
栲 、毛叶青冈 、小果栲
5 62.5
3 昆明 21 板栗、滇青冈、滇石栎 3 37.5
4 耿马 18 杯状栲 、短刺栲 、小
果栲
3 37.5
5 景东 13 板栗 、杯状栲 、短刺栲 、小果栲 4 25
6 临沧 11 短刺栲 、小果栲 2 25
7 孟连 10 毛叶青冈 、小果栲 2 25
8 腾冲 10 短刺栲 、硬斗石栎 2 25
9 西畴 10 板栗 、杯状栲 、滇青
冈 、滇石栎
4 50
表 3列出了标本数量前 9名的采集地标本采集情
况 ,其中 ,拥有标本种数占全部标本种数比例超过 50%
的有 3个采集地:禄丰 、澜沧和西畴 , 9个采集地的标本
种类数和全部标本种类数之比的总平均为 42%。
从表 3可看出:禄丰 、澜沧 、西畴等地是壳斗科
植物多样性较丰富的地区。
3.3 根据海拔高度预测实例
据资料记载 ,毛叶青冈 “可能分布 ”的海拔范围
是 1 000 ～ 1 800 m[ 4] ,但其 “适宜生长”的海拔未知 。
西南林学院森林植物标本室现存毛叶青冈标本的采
集地平均海拔为 1 169 m,根据以上情况 ,当用户假
设该植物适宜分布的海拔范围为 1 100 ～ 1 200 m
时 ,预测其分布地情况见图 2。
64 西 南 林 学 院 学 报 第 29卷
图中深色部分为该物种适宜生长的地区 ,稍浅处
为可能分布的地区 ,最浅处为不适宜生长的地区。
据云南植物志记载:毛叶青冈产滇西南 、滇南 、滇
东南海拔 1 000 ～ 1 800 m山地疏林中 [ 3] 。从图 2可看
出:滇西南 、滇南、滇东南的大部分地区均属毛叶青冈
的适宜生长地 ,与植物志的描述相符;此外 ,图 2还显
示 ,滇东北的威信 、镇雄 、彝良 、永善等地也为毛叶青冈
的适宜生长地。在云南省昭通科协信息网中查到 ,昭
通天麻种植使用的长效菌材主要是壳斗科的青冈 、栓
皮栎 、麻栎 、锥栗 、板栗 、茅栗 、水青冈 、高山栎 、滇石栎
等。这证明壳斗科的青冈属在昭通地区分布较广 ,毛
叶青冈应该在该地也有分布。因而 ,根据海拔高度对
毛叶青冈在云南省的分布预测结果和云南植物志和其
他资料中对毛叶青冈分布情况的描述非常吻合。
3.4 根据综合条件预测实例
系统中根据海拔高度和气候条件预测植物分布
的功能均为根据单一条件进行的预测 ,通过对多种
植物的预测结果比较发现:如果只依据海拔高度对
杯状栲的分布进行预测 ,预测结果是在滇东北地区
该植物有较密集的分布 ,这与云南植物志的记载不
符 ,但结合年平均气温分析后 ,发现滇东北地区的温
度条件确实不适合杯状栲生长 。
由此可见:根据单一条件对某种植物分布的预测
结果是片面和不准确的。将多个条件(如海拔高度 、
年平均温度 、土壤类型 、坡度)综合进行植物分布地预
测才是行之有效的方法[ 5] 。
4 小 结
地理信息系统是进行标本信息管理的最佳途
径 ,利用 GIS组件技术建立植物标本地理信息系统
是可行的 ,通过该方法建立的系统能够对植物学家
进行植物分布研究起到一些有益的帮助 。地理信息
系统技术还为植物生境的划分和物种分布的研究提
供了一种新的方法 ,在较短的时间内一定会得到迅
速发展和越来越广泛的应用。
此外 ,该设计为 C/S模式 ,更适合专业人员在
标本馆内网环境中进行研究时使用 。要想提高标本
的利用率 ,让更多的普通大众和研究人员更容易地
使用这些标本数据 ,还需要研究在 B/S方式下标本
数据的浏览 、分析 、统计等功能 ,采用 WebGIS就能
较好地解决该问题 。
[参 考 文 献 ]
[ 1] 李鸣光 , 缪汝槐 , XUZHAORAN.植物标本数据库与
生物多样性研究 [ C] //面向 21世纪的中国生物多样性
保护—第三届全国生物多样性保护与持续利用研讨会
论文集.北京:中国林业出版社 , 2000:450-453.
[ 2] 沈晓琳 , 于翔 , 郭伦发 , 等.广西植物标本馆网络信息
系统的设计与实现 [ J] .广西科学院学报 , 2005, 21
(2):110-112.
[ 3] 云南省植物研究所.云南植物志:第二卷 [ M] .北京:
科学出版社 , 1979:241-347.
[ 4] 中国科学院昆明植物研究所.云南种子植物名录:上
册 [ M] .昆明:云南人民出版社 , 1984:666-693.
[ 5] 刘纪远 , 庄大方 , 凌扬荣 , 等.基于 GIS的中国东北
植被综合分类研究 [ J] .遥感学报 , 1998, 2(4):285
-291.
DesignandImplementationofaBotanicalSpecimenGISSystem
———ACaseStudyonPlantSpecimensofFagaceaeFamilyin
ForestHerbariumofSouthwestForestryUniversity
DIGuang-zhi, XUSheng-yuan, YANGWei-min
(DepartmentofComputerandInformationSciences, SouthwestForestryUniversity, KunmingYunnan650224, China)
Abstract:TakingthespecimendatabaseofFagaceaefamilystoredintheforestherbariumofSouthwestForest-
ryUniversityasanexample, thewayandrelatedkeytechniquesforsetingupthegeographicalinformationsystem
oftheplantspecimenswerestudied, andthegeographicalinformationsystemfortheforestherbariumofSouthwest
ForestryUniversitywasfounded.
Keywords:plantspecimen;geographicalinformationsystem(GIS);systematicdevelopment;spatialdistri-
bution;prediction
65第 2期 狄光智等:植物标本地理信息系统的设计与实现