生物多样性研究工作急切需要一个建立在多源数据基础上的数字图书馆。基于虚拟用户社区的生物多样性数字图书馆除了在数据类型、存储需求、共享方式等方面具有一般数字图书馆的特点之外, 在数据挖掘和应用方面也有自己的一些特点。本文在对国内外数字图书馆调研和与生物多样性遗产图书馆(Biodiversity Heritage Library)及互联网档案(Internet Archive)项目的合作的基础上, 总结了各类数字图书馆中的数据类型, 对构建生物多样性数字图书馆相关的数据标准——Dublin Core和TaxonX作了简单介绍。然后设计了具有数据汇总、数据整理、转换和翻译以及数据对外服务三个模块的系统框架,提出了生物多样性数字图书馆的系统架构和功能,展示了已经实现的部分系统运行效果, 最后对今后在版权、全文识别、海量和扩展等方面的问题进行了讨论。

本文结合国际生物多样性信息学发展趋势和生物多样性e-Science相关平台, 在分析我国前期工作成果和相关问题的基础上, 提出了基于服务架构(Service-Oriented Architecture, 简称SOA)和国际空间标准服务ISO 19119的中国生物多样性e-Science平台的三层结构(资源层、服务层和应用层), 并对e-Science平台建设的几个重要方向进行阐述: 组建强有力的协调组织、数据规范化和扩展、海量数据存储和计算、本体构建和语义分析、专题分析和领域建模、服务标准和服务内容以及科学社区的建设, 为我国进行生物多样性e-Science平台建设提供理论依据。

根据对生物分布地预测模型和软件发展现状的分析和总结, 本研究在PSDS 1.0的基础上提出并实现一个基于GIS且具有多个代表性模型的生物分布地预测系统(PSDS 2.0)。PSDS 2.0系统继承了1.0的环境包络和聚类包络模型, 进一步引入了限制因子包络、马氏距离、支持向量机等新模型, 并针对本领域中模型比较与选择的难点增加了迭代交叉验证的多模型选择功能。系统还实现了灵活定制和评估伪负样本的功能, 通过用只需要正样本的I类模型预测的结果对随机产生的伪负样本进行评估, 减小其落入适宜地区的概率, 进一步提高需要正负样本的II类模型的准确率。GIS功能在PSDS 2.0中也得到加强, 被应用于数据准备及结果分析等重要环节。文章最后以白冠长尾雉(Syrmaticus reevesii)为例, 运用PSDS 2.0系统预测其在中国范围内的潜在分布地, 并对各种模型的预测结果进行评估和比较。

农作物种质资源是生物多样性的重要组成部分, 是作物育种和农业生产的物质基础。长期以来, 我国农作物种质资源标准不统一、资源保存相对分散、信息网络设施薄弱, 制约了农作物种质资源的共享利用。本文提出了国家农作物种质资源平台的概念和架构, 它是一个虚拟式的农作物种质资源机构, 由国家长期种质库、国家复份种质库、国家中期种质库、国家种质圃和国家种质信息中心组成。阐述了农作物种质资源技术规范体系构建的原则和方法, 建立了由110种作物的描述规范、数据规范和数据质量控制规范组成的技术规范体系。提出了以信息共享带动实物共享的思路、方法和途径, 建成了拥有39万份种质信息的国家农作物种质资源数据库和中国作物种质资源信息网(http://www.cgris.net/)。创建了日常性服务、展示性服务、针对性服务、需求性服务和引导性服务等5种农作物种质资源服务模式, 有效解决了农作物种质资源共享利用的难题。

生物多样性信息学是一门蓬勃发展的新学科。它将现代的信息技术带入生物多样性及其相关学科的研究领域。它在生物多样性基础数据的数字化、模型工具和各种工具软件的开发、数据整合, 以及全球、地区和国家尺度生物多样性信息网络等多个方面的发展, 向我们展示了未来在全球范围内自由、免费共享生物多样性数据和信息, 以及人们行动起来共同关注、调查与监测野外生物多样性的前景。目前, 已有大量数字化的物种编目、标本馆标本、多媒体影像、研究文献等生物多样性基础信息可以通过互联网检索和利用。其中, 最值得关注的是一些成功的国际性研究项目, 如物种2000、全球生物多样性信息网络、生命条形码以及网络生命大百科全书。这些项目的成功不仅体现在对大量基础信息和数据的发布, 而且它们通过与生物多样性信息标准TDWG(Biodiversity Information Standards: TDWG)的合作, 推动了达尔文核心标准(Darwin Core)等一些重要的生物多样性信息标准的应用, 以及地区和国家性生物多样性信息节点的建立, 这些都为将来全球范围生物多样性信息的共享和数据交换奠定了重要基础。在数字化信息的基础上, 研究人员也开发了一些在特定研究领域应用的数据挖掘和模型工具, 例如基于数字化标本的地理分布预测工具MAXENT, 分类学专家知识管理的LifeDesk。公民科学理念的发展则向我们展示了公众和科学爱好者广泛参与以互联网为基础的生物多样性信息学研究活动。因此, 生物多样性信息学的发展前景广阔, 它将为我们实现全球保护战略目标, 应对生物多样性危机, 解决全球气候变化条件下生物多样性资源管理和利用建立坚实的信息基础。

台湾生物多样性数据库之整合从2001年开始, 是因为数位典藏计划、生物多样性推动方案, 及台湾加入全球生物多样性信息网络(Global Biodiversity Information Facility, GBIF), 均在这一年启动。2002年“中研院”开始建置台湾物种名录数据库(TaiBNET), GBIF之台湾入口网TaiBIF则是在2004年时建置, 用来整合台湾生物多样性的资料并与国际接轨。所采用之方法及格式均依循GBIF所发展的交换标准, 一来可以整合台湾的数据, 二来可及时与国际交换数据。虽然TaiBNET及TaiBIF已突破智慧财产权(知识产权)的障碍, 可搜集整合数位典藏各子计划逐年累积的资料, 但跨部门间及非数位典藏计划所产生的数据, 仍因各单位及个人的本位主义而难以整合分享, 特别是生态分布原始数据。因此2008年在“中研院”成立了跨主管部门的委员会, 制订可行之资料搜集、整合与公开的政策, 并要求各主管部门在委办合约中纳入。无人否认数据库整合的重要, 但在现行对研究人员考评制度下, 研究人员大多不愿投入数据库建置的学术服务工作, 所获得的人力与经费亦日益短缺而难以永续经营。亟需相关部门的重视与支持。TaiBIF在过去6年来的推动成果虽未臻理想, 但所获的经验和心得仍有可供外界参考与借镜之处。