中国植物标本馆数字化发展的缩影——江苏省中国科学院植物研究所标本馆(NAS)

江苏省中国科学院植物研究所标本馆(NAS)是中国最早的植物标本馆之一,也是国内最早开展植物标本数字化的标本馆,其标本数字化发展经历了4个阶段: 20世纪80年代后期尝试的标本文字信息数字化的起步阶段; 20世纪90年代末的标本图像数字化和文字信息数字化规范阶段; 2004年以后的标本批量数字化与信息网络共享快速发展阶段; 2018年后的标本数字化信息维护与优化阶段。这一过程集中代表和反映了中国植物标本数字化的发展历程。此外,近年来开始了发掘和利用江苏植物标本的数字化信息工作,包括建设江苏省级数字植物标本馆、开发江苏省维管植物标本时空分布可视化系统、开展标本采集-入库过程数字化等。今后,将不断深化标本数字化的工作,以期形成有NAS特色的数字化植物标本馆。     

数字化长白山植物标本馆在植物学实践教学中的作用

植物标本是植物信息的主要保存者。植物标本馆承担着植物标本资源的收藏、植物学实践教学、科学研究和科普教育的责任,并且为标本馆数字化建设提供基础保障。对延边大学农学院长白山植物标本馆发展的历史以及数字化建设情况进行了介绍,探讨了数字化标本馆建设在植物学实践教学中的作用,提出了改革创新的方式,并对今后标本馆的数字化建设进行了展望。     

秦仁昌与植物标本馆

经典植物分类学家与植物标本馆密不可分,标本馆所藏标本为其研究提供材料,而分类学家在野外标本采集则丰富标本馆馆藏。中国许多植物分类学家既做深入研究,又做艰辛之采集,秦仁昌便是其中一位,只是其蕨类植物研究名声过大,以致掩盖了他对标本馆的贡献。     

秦仁昌与植物标本馆

经典植物分类学家与植物标本馆密不可分,标本馆所藏标本为其研究提供材料,而分类学家在野外标本采集则丰富标本馆馆藏。中国许多植物分类学家既做深入研究,又做艰辛之采集,秦仁昌便是其中一位,只是其蕨类植物研究名声过大,以致掩盖了他对标本馆的贡献。     

广西植物标本馆标本数字化信息统计与分析

为更了解广西植物标本馆概况与各类标本构成情况,该文以标本馆信息数据库的标本信息为基础,分别从标本的种类、石山植物标本、采集地、采集年代及采集人等5个方面进行了统计与分析。结果显示,在统计的20万份维管植物标本中,共隶属314科2504属11452种;石山植物标本份数占45.35%,含205科1021属2700种;广西采集的标本份数最多,共100372份占总份数的50.19%;在50年代标本采集量最大,达87997份占总份数的44.00%。并提出了几点建议。     

标本馆的前世今生与未来

标本馆的起源和发展植物标本馆又称植物标本室,顾名思义是收藏植物标本的地方。这些标本通常是经过干燥后,小心装订在硬台纸板上,贴上有关的资料（包括记录采集时间、地点和采集人姓名的采集标签,以及由植物专家鉴定的定名签）。     

贵州师范大学植物标本室的历史与沿革

自2017年参加“国家标本资源共享平台”植物子平台以来,贵州师范大学地理与环境科学学院植物标本室除了数字化植物标本以外,还挖掘、整理了贵州师范大学植物分类学、植物地理学的建设和发展历程。经过3年的艰苦努力,最后向中国数字植物标本馆(CVH)提供了10 044份信息齐全的植物标本。通过此次植物标本数字化工作,彻底摸清了贵州师范大学地理与环境科学学院植物标本的家底,盘活了标本室的库存,使得老一辈植物地理学家黄威廉等老先生60余年的科研成果重新展现在世人面前。通过植物标本的数字化工作,挖掘整理出老一辈精彩的植物标本采集史和学术故事。在标本数字化的过程中,学生和老师都对植物标本以及植物标本背后的故事有了新的认识,对植物标本数字化的重要性和必要性也有了更深的体会。     

我国植物模式标本的馆藏量

植物标本是物种存在的永久凭证,模式标本在保障命名体系稳定中有不可替代的作用。标本馆藏量和模式标本数量反映一个国家或地区的历史积累。作者通过对比分析,发现我国的标本馆藏量远低于国际平均水平,模式标本馆藏量也相对较少,历史积累不足。在数字化本土馆藏模式标本基础上,标本数字化平台项目应将国外馆藏的中国植物种类的模式标本"引渡"回国。今后我国植物分类学研究者的重要工作之一是加强空白地区和国外标本采集,提高馆藏标本的代表性。     

标本馆的前世今生与未来

标本馆的起源和发展植物标本馆又称植物标本室,顾名思义是收藏植物标本的地方。这些标本通常是经过干燥后,小心装订在硬台纸板上,贴上有关的资料（包括记录采集时间、     

植物标本馆防虫方法

虫害是植物标本保藏的最大威胁。防虫一直是植物标本馆管理工作的重点。在中国科学院华南植物研究所标本馆70多年管理经验的基础上,近年来在标本保藏技术上不断改进,探索出一些实用的防虫措施和方法,如：驱虫剂、低温冷冻净化法、熏蒸法等。     

Increasing the efficiency of digitization workflows for herbarium specimens

The New York Botanical Garden Herbarium has been databasing and imaging its estimated 7.3 million plant specimens for the past 17 years. Due to the size of the collection, we have been selectively digitizing fundable subsets of specimens, making successive passes through the herbarium with each new grant. With this strategy, the average rate for databasing complete records has been 10 specimens per hour. With 1.3 million specimens databased, this effort has taken about 130,000 hours of staff time. At this rate, to complete the herbarium and digitize the remaining 6 million specimens, another 600,000 hours would be needed. Given the current biodiversity and economic crises, there is neither the time nor money to complete the collection at this rate.Through a combination of grants over the last few years, The New York Botanical Garden has been testing new protocols and tactics for increasing the rate of digitization through combinations of data collaboration, field book digitization, partial data entry and imaging, and optical character recognition (OCR) of specimen images. With the launch of the National Science Foundation's new Advancing Digitization of Biological Collections program, we hope to move forward with larger, more efficient digitization projects, capturing data from larger portions of the herbarium at a fraction of the cost and time.     

中国高等植物数字化标本分析

传统上馆藏标本,主要用于植物分类学、植物资源学的研究。数字标本的出现将标本的使用拓展到从研究生物多样性时间空间分布到生态学和进化学理论、生物多样性保护、农业和人类健康等广泛领域。截至目前,从互联网上获取的采自中国的植物标本数量已有1 200多万份。该文通过整理和分析这些数据以了解中国植物标本的数字化精度、采集时间和采集地区规律以及采集空缺等状况。结果表明:中国标本采集形成了4个高峰,即20世纪30年代、60年代、80年代和21世纪初,中国植物标本采集和研究工作主要在20世纪50年代后由中国学者完成。标本采集地区覆盖度在省级较好,县级标本采集则很不平衡; 标本采集类群在科属层面覆盖率高,但近五分之一的物种采集不足; 标本的采集量既与植物分布幅度相关,也与采集地区的知名度、所获科研项目及采集者偏好有关。未来中国植物标本数字化方向应该在继续挖掘馆藏标本的同时,一方面开展对现有数字化标本信息再审核及补充,并加强与欧美大馆的信息共享以获取早期历史标本信息; 另一方面应用数字化标本信息分析结果,指导境内标本的精准采集,包括采集薄弱/空白地区、采集薄弱/空白属种的采集,以进一步增强实体标本馆能力,提高数字化标本质量,为进一步完善植物标本数字化和精准化采集提供依据,更好地服务科学和社会的发展。     

使用Biotracks 采集植物标本

Biotracks 是一款自然观察类的公众科学应用,目前已经被各类科学调查和自然观察项目广泛使用。该文利用Biotracks 的标本采集项目将野外采集的数据与标本馆的数字馆藏系统连接起来,使用户在手机上记录的信息可以被应用到标本馆的标本数字化中。这种方式不仅提升了数字标本的转录效率,而且从根本上改变了整个标本收集流程中的数据整合方式,使得标本从采集到收藏的各个环节都能获得高质量的效率提升。同时,新的标本收集模式还能自然地将标本的野外照片与数字标本融为一体,从而使得传统标本原本很难呈现的颜色、行为、立体结构、环境等信息最终可以通过数字标本再次展现给研究者。这在信息维度上不仅拓展了传统标本的内涵,结合公众科学,未来还有望进一步延伸馆藏标本鉴定和讨论的时空范围。此外,公众科学在解决标本馆问题中所展现出来的潜质,为重新审视标本馆的领域价值提供了新的视角。     

A deep learning-based approach for detecting plant organs from digitized herbarium specimen images

Herbarium specimens are excellent sources of botanical information to facilitate understanding and monitoring the evolution of plants and their effects on global climate change. Globally, many herbaria have undertaken digitization projects of herbarium specimens to preserve them and make them accessible in online repositories to botanists and ecologists. Automated detection of plant organs such as plant leaves, buds, flowers, and fruits on the digitized herbarium specimen images provides valuable information in various scientific contexts. We developed a deep learning approach based on the refined YOLO-V3 approach to detect plant organs within the digitized herbarium specimen images effectively. The proposed approach combines ResNet and DenseNet architectures to improve feature extraction capabilities. Also, a new scale of feature map is added to the existing scales to address the problem of YOLO-V3's low performance in detecting small plant organs. The experimental results demonstrate that our proposed approach can detect organs of different sizes within different specimens, where the precision and recall reached 94.2% and 95.5%, respectively.     

紫堇属模式标本馆藏现状及分析

模式标本是发表新种的依据,对稳定物种学名至关重要。紫堇属(Corydalis DC.)隶属于罂粟科(Papaveraceae)荷包牡丹亚科(Fumarioideae)紫堇族(Corydaleae),是分类学研究的困难属之一。该研究首先基于《中国植物志》、Flora of China以及全球物种名录查询获得被认可的526个紫堇属物种,然后通过检索全球数字化植物标本数据库(JSTOR)、全球生物多样性信息网络数据库(GBIF)和中国数字植物标本馆(CVH)获得了其中395个物种1 894份模式标本,最后对获得的标本信息进行核实、整理和归纳,提取模式类型、馆藏地、采集人、模式产地和采集时间等关键信息进行统计分析。结果表明:紫堇属每个物种平均仅有约5份模式标本; 该属模式标本散落在全球80个标本馆中,其中超过85%为国外采集者采集。未来应当结合文献,加强对该属模式标本的信息考证和规范化整理。     

全球标本数字化建设及共享发展趋势

标本数字化建设是生物多样性保护和利用的重要工作基础,通过标本数据的整合分析,在生物分类学、生态学、生物工程、生物保护、粮食安全、生物多样性评估、教学教育和人类社会活动等方面提供数据支撑。为了了解全球标本数字化建设工作的现状以及数据共享的策略与技术发展趋势,该文分别调查梳理了北美洲、南美洲、欧洲、非洲、亚洲和大洋洲地区的标本数字化和平台建设情况,对标本数据共享现状和趋势从数据使用协议、新技术新方法和公众科学等方面进行了对比和分析,并为中国国内的标本数字化工作提出了工作建议,包括:(1)加强标本数字化建设、管理和动态更新方面的协同机制建设,确保实物资源和数字化资源信息同步;(2)加强数据整理和发布,促进数据质量的提升,充分开放数据使用协议,减少数据使用的阻碍;(3)加强对新技术的学习和引入,特别是开源软件、机器学习和人工智能技术的应用,能够在标签快速识别、自动鉴定和属性数据提取等方面发挥作用;(4)加强区域和国际合作,推动数据的整合应用;(5)推动公众科学项目发展,促进野外采集、室内整理、在线纠错、数据产品研发等工作的开展。     

广西植物标本馆馆藏模式标本现状与分析

模式标本是植物分类和命名的依据和凭证,也是植物资源保护与持续利用的重要基本资料。为提高模式标本的管理水平,促进其充分利用和互惠共享,该文对广西植物标本馆(IBK)馆藏模式标本的种类组成、采集地、采集年代及采集人等方面进行了统计和分析。结果表明:(1)本馆完成信息数字化的模式标本共计4 645号,5 736份,隶属于170科619属2 128种(含种下等级),馆藏模式标本收集的优势科有樟科、苦苣苔科、茜草科、山茶科、兰科、荨麻科、百合科、猕猴桃科、大戟科、柿科和杜鹃花科等,优势属有秋海棠属、蜘蛛抱蛋属、马兜铃属、紫金牛属和冬青属等。(2)模式标本分别采自中国的20个省(区、市)以及其他2个国家,模式标本采集较多的省区有广西(48.19%)、海南(24.14%)和广东(11.63%)。(3)历年模式标本采集高峰期在20世纪30年代和50年代,模式标本命名高峰期在20世纪80年代,与我国植物分类学的兴起,以及开展《中国植物志》编研等有关,模式标本的橱柜时间(标本采集到命名的时间间隔)平均为21年,橱柜时间最长为82年。该文还对模式标本的馆藏现状及数字化工作进行了讨论和展望。     

Changes in plant collection practices from the 16th to 21st centuries: implications for the use of herbarium specimens in global change research

Background and AimsHerbaria were recently advertised as reliable sources of information regarding historical changes in plant traits and biotic interactions. To justify the use of herbaria in global change research, we asked whether the characteristics of herbarium specimens have changed during the past centuries and whether these changes were due to shifts in plant collection practices.MethodsWe measured nine characteristics from 515 herbarium specimens of common European trees and large shrubs collected from 1558 to 2016. We asked botanists to rank these specimens by their scientific quality, and asked artists to rank these specimens by their beauty.Key ResultsEight of 11 assessed characteristics of herbarium specimens changed significantly during the study period. The average number of leaves in plant specimens increased 3-fold, whereas the quality of specimen preparation decreased. Leaf size negatively correlated with leaf number in specimens in both among-species and within-species analyses. The proportion of herbarium sheets containing plant reproductive structures peaked in the 1850s. The scientific value of herbarium specimens increased until the 1700s, but then did not change, whereas their aesthetic value showed no systematic trends.ConclusionsOur findings strongly support the hypothesis that many characteristics of herbarium specimens have changed systematically and substantially from the 16th to 21st centuries due to changes in plant collection and preservation practices. These changes may both create patterns which could be erroneously attributed to environmental changes and obscure historical trends in plant traits. The utmost care ought to be taken to guard against the possibility of misinterpretation of data obtained from herbarium specimens. We recommend that directional changes in characters of herbarium specimens which occurred during the past 150‒200 years, primarily in specimen size and in the presence of reproductive structures, are accounted for when searching for the effects of past environmental changes on plant traits.     

植物模式标本数据整合新的机遇与挑战

命名模式是分类群名称永久依附的成分,在分类学研究中有不可替代的价值。中国复杂的植物采集历史以及对中国植物标本开展研究的单位各异,导致我国植物模式标本零散分布于全球各大标本馆,给分类工作的开展带来了极大的困难。标本数字化的开展为模式标本数据整合提供了新的机遇,同时也给我们带来了人名和地名标准化以及模式类型确认等方面的挑战。我国于2006年开始对模式标本数据进行收集和整理,迄今已完成国内外20余家标本馆9万余条标本数据的收集。模式考证和模式类型清理是我们下一步亟须开展的工作,同时我们应将地名变更资料、人名考证资料进行整合并建立相应的数据库以推动模式标本数据的标准化。这将在很大程度上有助于我们摸清中国模式标本的家底。     

Naturalization of exotic plant species in north‐eastern North America: trends and detection capacity

Aim To reconstruct historical naturalization trends of exotic vascular plants in Quebec and Massachusetts, two regions that experienced fluctuations in their herbarium specimen collection efforts. We hypothesized that the observed trends are linked to the collection effort and that they differ according to the motive for plant introduction. Methods A checklist of naturalized exotic plant taxa for Quebec, including oldest proof of naturalization and motive for introduction, was built from herbaria, journals, dissertations, theses, bulletins, websites and unpublished records. For Massachusetts, we used the checklist of Sorrie (2005; Rhodora, 107 , 284–329). The collection effort was estimated from a pool of species with specimens from the five largest Quebec herbaria and from the Harvard University Herbarium. Results Naturalization trends of exotic plants in Quebec are similar to those observed in Massachusetts. A large part of the plants naturalized in the 17th, 18th or 19th centuries, with very little naturalization during the last 30–90 years. In general, there is a significant statistical link between herbarium specimen collection effort and the discovery of new naturalized plant taxa. Very few utilitarian plants naturalized in either region during the 20th century. In Quebec, a high number of ornamental plants naturalized during the last 100 years. Main conclusions The link between herbarium specimen collection effort and the discovery of new naturalized plants is real, although not as straightforward as it seems. Our analysis suggests that at least part of the decline in the number of new naturalized exotic plants observed in Quebec and Massachusetts during the last 30–90 years is a direct consequence of the low interest for traditional floristic studies. However, the possibility of a real decline cannot be ruled out. We nevertheless provide here one of the first pieces of evidence of the potential consequences of the decline of local plant collection for environmental management and especially for early detection systems of new invaders.