基于文献计量分析的生态系统恢复力研究进展

袁 媛，白中科,2,3

基于文献计量分析的生态系统恢复力研究进展

袁 媛1，白中科1,2,3※

（1. 中国地质大学（北京）土地科学技术学院，北京 100083； 2. 自然资源部土地整治重点实验室，北京 100035；3. 自然资源部矿区生态修复工程技术创新中心，北京 100035）

该文基于VOSviewer和Histcite文献计量方法，以CNKI数据库和Web of science核心合集中生态系统恢复力研究文献为对象，通过对文献数量、高频关键词的分析，总结国内外恢复力研究的脉络和内容演变。研究发现：1）生态系统恢复力研究领域发表的文章数量总体上呈上升趋势，文献主要来源于美国；2）国际恢复力研究经历了从基础理论到政策管理及技术应用，各个方向存在相互的引证关系，分析研究热点的时序演化发现，2000年前，以恢复力的内涵和基础理论为研究重点；2001-2010年间，珊瑚礁的测度模型及提升路径成为热点；近10 a来，恢复力研究领域进一步扩大，研究方法更加多样化；3）与其他国家相比，中国的恢复力研究起步较晚，侧重于应用基础研究，集中于恢复力的工程措施、调查监测手段以及影响因素的探讨。

生态系统；恢复力；模型；文献计量；VOS viewer；Histcite

0 引 言

生态系统改变推动了经济高速发展，人类福祉得到实质性的进展[1]。但也引起了自然生态系统面积不断缩减、生物多样性急剧减少、生态系统生产力显著下降[2-3]等诸多问题，严重威胁着生态系统可持续发展。生态系统恢复力是区域可持续发展的基础，提高生态系统恢复力有助于维持理想的生态系统状态，提供必要的生态系统服务[4]。

20世纪70年代，美国学者Holling首次把“恢复力”概念引入生态学领域，用于观察生态系统的稳定性[5]。80年代，Pimm提出恢复力即为系统在遭受扰动后恢复到原有稳定状态的速度[6]。而后，随着研究的深入，恢复力的内涵也得到丰富，许多学者结合稳定性、抵抗力、持续性来理解恢复力[7]。在生态学中，目前较为认可的是Walker提出的恢复力概念：恢复力是指系统受到扰动后恢复到稳定状态的能力，即系统保持结构、功能及反馈特性的能力[8-9]。此外，在生态系统恢复力研究中，国内外多以案例呈现，在海洋领域，多数学者以珊瑚礁为研究对象，从干扰强度的角度分析其恢复程度和管理措施[10-12]；在灾害领域，针对气候灾害[13-14]、洪涝灾害[15-16]、地震灾害[17-18]等自然灾害恢复力进行研究；随着人地耦合领域的研究发展，社区恢复力[19]、城市恢复力[20-21]、旅游地恢复力[22-23]、矿区恢复力[24-25]等也应运而生。恢复力是系统的内在属性，其本身难以测量，目前主要的评价方法有阈值法[24]、替代指标法[26]、场景分析法[27]、试验方法等[28]，当前研究方法还仅停留在系统的脆弱性、稳定性等综合评价基础上，研究内容也多以某一生态系统的面对干扰时适应性管理框架为主。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本文以中国学术期刊全文数据库（CNKI）为文献检索平台，以“主题=生态系统恢复力”作为检索项，检索年份限制在2019年前（包括2019年），并去除社会-生态系统领域的内容，共检索出618条相关文献。同时，在Web of science核心合集中以Topic= “resilience” & “ecological system” or “marine ecological resilience” or “wetland ecological resilience” or “forest ecological resilience” or “grassland ecological resilience” or “desert ecological resilience” not “social-ecological system” not “urban system” not “community system” 作为检索项，检索截至2019年学者发表的文章，最后得到3 381条结果文献。

1.2 研究方法

首先，对收集到文献的发表时间、来源国（地区）、研究机构、期刊等进行描述性统计分析，分别得到生态系统恢复力研究成果的时间分布、来源期刊、国家和机构等，对恢复力研究领域进行整体上的概括。其次，借用文献统计与分析软件对生态系统恢复力领域的研究进展与趋势进行概括性的总结和分析。运用HistCite以图示的方式展示恢复力领域的发展脉络，运用VOSviewer依据共现和聚类原理显示该研究领域在一定时期的研究热点。

2 生态系统恢复力研究的总体概况

对CNKI数据库检索到的618篇文献和Web of science中3 381篇文献进行初步统计得出（图1）：生态系统恢复力文献数量随时间大体呈上升趋势，恢复力研究越来越被社会各界重视。从研究趋势来看2006年后全球关于生态系统恢复力的研究急剧上升，恢复力研究已成为国内外专家学者关注的焦点。国内主要研究者有杨新军、王俊、彭少麟、张向龙、张绍良、侯湖平、王群、孙晶、刘兴柱等，国际上主要研究者有Chapin F Stuart，Folke Carl，Dakos Vasilis，Mumby Peter J，Graham Nicholas A J，Allen Craig R，Spies Thomas A，Kendrick Gray A，Hobday Alistair J等（图2）。

图1 CNKI和WOS收录文献各年份分布状况

图2 国际生态系统恢复力研究作者合作网络

统计分析Web of science中3 381篇文献的国家分布发现，发文量相对较高的国家是美国1 369篇，占比40.49%；澳大利亚539篇，占比15.94%；英国376篇，占比11.12%；加拿大371篇，占比10.97%；德国265篇，占比7.84%；法国、西班牙、瑞典、中国发文量均在150篇以上，国际关于生态系统恢复力的研究主要集中于发达国家，发展中国家还处于起步阶段。

表1 生态系统恢复力刊文量前5名的期刊

从论文发表期刊来看，国际上论文主要发表在《Ecology and Science》《Forest Ecology and Management》《Plos One》《Ecological Indicators》《Ecological Applications》；中国关于恢复力方面的文献主要来源于《生态学报》，占发文总量的19.49%，其次为《应用生态学报》《防护林科技》《地理学报》《自然资源学报》（表1），主要集中于生态学期刊。

表2 生态系统恢复力刊文量前五名的研究机构

全球众多研究机构中，加利福尼亚大学恢复力领域相关科研成果最多，总计192篇，占总量的5.68%，接下来依次是美国农业部、美国林务局、法国国家科研中心、詹姆斯库克大学；中国关于生态系统恢复力相关的研究成果主要来源于西北大学，贡献37篇文章，占国内发文总量的5.99%，兰州大学、北京林业大学、中国矿业大学和北京师范大学也取得了丰硕的成果。

3 国际生态系统恢复力研究进展

3.1 突现词分析

突现词是指出现频次在短时间内突然增加或者使用频次明显增长的关键性术语。通过突现词检测，可以进一步探析相关研究的前沿动态、关注度和研究趋势[31]。通过分析，首先得到61个突变性关键词，剔除频次小于30的关键词，最终得到25个突变性关键词，结果如图3所示。将突变性关键词研究分为2个阶段。

通过年修前后硫含量的比较得知，净化二氧化硫脱吸塔的二氧化硫脱吸效率对硫化区域的硫携带量有很大的影响，这也是造成砷滤饼量增加的原因之一。综上所述，提高二氧化硫的脱吸效率，减少进入硫化区域的二氧化硫含量可降低单质硫的形成，从而直接降低砷滤饼的发生量。

图3 具有爆发性出现特征的热点关键词

第一阶段（1990－2010年），该阶段突变性周期较长的关键词分别是stability和scale，两词的持续时间都大于12 a，说明恢复力研究中与系统的研究尺度和稳定性密切相关，由于某一生态系统恢复力的评估更具可操作性，故国外对小尺度的恢复力研究要多于大中尺度；此外，biodiversity和ecosystem频次较高，但突变周期相对较小，说明这类关键词在生态系统恢复力研究中持续受到关注，自2005年后，adaptive management也逐渐成为研究的重点。

第二阶段（2011年至今），该阶段关键词频次相对较低，突变周期变短，但是，突变性指数较大。该阶段的研究热点包括生态系统恢复力的提升问题（ecological restoration，policy，knowledge，biodiversity conservation），对特定生态系统的研究（wetland，rain forest，marine protected area，habitat），具体扰动对生态系统的影响（drought，fire，risk），恢复力的一些理论研究（threshold，resistance）以及与恢复力相关的概念研究（adaptive capacity）。

3.2 国际生态系统恢复力研究演进分析

借助HistCite软件，选取LCS最高的40篇论文，生成国外生态系统恢复力领域文献的引文编年图（图4），图4代表了恢复力研究的发展历程，时间跨度为1990－2019年。

由图4可知生态系统恢复力研究主题总体联系较为密切，也存在较强的相互引证关系。

1990－2000年：1996年以前文献节点显示空白，表示前6年没有出现高被引文献，近30年最早的节点是发表于1996年的文献42和文献48，其为Hooling CS发表于《Conservation Biology》上的“command and control and the pathology of natural resource management”，以及Folke发表在《Ecological application》的一篇文章。其中，Hooling从人类活动对自然资源的影响角度出发，结合恢复力阈值理论提出管理层应努力保持自然资源变化的范围，保持自然资源的恢复力[32]。Folke C论述了生物多样性和复杂的自组织生态系统恢复力之间的关系，提出保护生物多样性适用于所有生态系统恢复力的建设[33]。1997－2000年间，出现了3个引证节点，分别是53，84和105，其中，文献84的引文量较大，其根据生态系统的多稳态的特征，通过“杯球”模型描述了恢复力的概念，强调了不同类型恢复力的区别，对管理者在实践中的应用提出借鉴[34-36]。总体来说，这10年是生态系统恢复力初步探索阶段，对恢复力的探究还仅停留在理论层面，技术应用和实践方面相对较缺乏。

注：图中的数字为该文献在当前文献集合中的文章序号，箭头线表示文献之间的引用关系，箭头指向的为被引用的文献，线的密集程度表示文献间相互引用的频繁程度。

2001－2010年：高被引文献增多。其中LCS最大的是2004年Bellwood DR发表于《Nature》上的“Confronting the coral reef crisis”，研究者沿袭了Folke C提出的关键功能群对生态系统恢复力的重要性，以珊瑚礁生态系统为例，探索珊瑚礁生态系统恢复力提升方法[37]。引证节点文献249、734的作者Hughes TP，380、466的作者Mumby以及383、513的作者Cinner同样以珊瑚礁生态系统为研究对象，其中Mumby通过随机扰动模型来估算珊瑚礁生态系统恢复力的阈值，其他研究者主要提出了珊瑚礁生态系统管理的方法与保护途径[38-43]。在引证节点文献439和518中，Guttal以植被、湖泊等生态系统为研究对象，建立生态模型对植被和湖泊大规模变化进行预警[44-45]。综上，这段时间的关注点是对各类生态系统特别是珊瑚礁生态系统恢复力的测度模型及提升路径。

2011－2019年：引证节点文献1058、1563的作者Scheffer，其中，1058也是该阶段被引次数最多的文献，研究者辩证地看待了生态系统恢复力中的阈值，创新性地提出临界点可能导致新兴的研究领域，并揭示了基于临界减速现象以及卫星图像中的大量观测数据来定量化恢复力的方法[46]。在该时间段中，Seidl和Johnstone都以森林生态系统为研究对象，其中Seidl定量化干扰机制对森林生态系统服务的影响，探讨了增强恢复力的途径[47]。Johnstone从生态记忆角度解读了生态系统的突然变化以及何时具有恢复力[48]。可见，该阶段生态系统恢复力的研究领域明显扩大，恢复力定量化的方法更加多样化，同时，研究者将恢复力与生态系统服务和生态记忆结合在一起，为认识恢复力提供了一种新视角。

3.3 知识图谱分析

通过每时段的高频关键词和突变性关键词能在一定程度上反映生态系统恢复力研究领域的核心和热点问题，但并不能反映研究热点之间的内在关系，基于文献检索结果，在VOSviewer中选取了词频高于55的78个关键词进行共现和聚类分析，生成关键词共现关系网络图谱。

由图5可以看出：1）resilience处于研究的中心点位置，中心度最高，几乎与其他关键词都有一定的关联性；2）除了resilience外，climate change，biodiversity，conservation的中心度也比较高，生物多样性对恢复力的影响一直是国际上研究的焦点之一，相关学者提出在复杂的生态系统中，生物对外界环境的响应多样性提高了生物的适应能力，进而影响生态系统恢复力[49]；英国提出“再野化”，主张以自然原理应对气候危机，通过建立营养级联保护物种，同时也间接提高生态系统服务功能，增强系统恢复力[50-51]；3）regime shift，resistance，regeneration等关键词虽然出现在共词分析图的边缘，但是生态系统在受到外界干扰时系统状态发生变化，这种变化会对生态系统服务和人类福祉产生重要影响，因此如何确定系统转化的阈值可能成为未来几年中的研究热点。

图5 国外生态系统恢复力研究高频关键词共现网络可视图

VOSviewer把78个关键词分成4个聚类，其中类1包含35个关键词，类2包含22个，类3包含14个，类4包含7个，其中，类1包含的关键词主要有biodiversity，ecosystems，diversity，species richness，dynamics，vegetation，forest，patterns，ecological resilience，restoration，这个类别主要讨论的是生物多样性与恢复力的关系，相关学者提出，生物的多样性通过生物的功能冗余和响应多样性来影响生态系统恢复力[2]；类2包含的关键词有resilience，management，adaptive management，governance，policy，sustainability，vulnerability，ecosystem services，systems，adaptation，这个类别主要讨论了恢复力的响应机制，当恢复力发生变化时，通过适应、管理以及制定政策等方式维护生态系统的可持续管理；类3包含的关键词主要有climate change，conservation，impacts，marine，coral beef，fisheries，marine protected area，此类别主要对由气候变化引发的保护珊瑚礁以及海洋生态系统的稳定性进行研究；类4包含的关键词主要有regime shift，threshold，indicators，scale，evolution，该类别主要系统受到外界扰动后的变化过程等理论进行研究。

4 国内生态系统恢复力研究进展

4.1 高频关键词分析

不同阶段关键词出现的次数和排序可以反映研究热点的变化趋势[52]。将研究时段分为1990－2000年、2001－2010年、2011－2019年3个时段，分析不同阶段生态系统恢复力研究热点的变化。从研究对象上来看，社会-生态系统是近十年来的重要研究领域，在对生态系统恢复力的研究中，森林生态系统所占比重较大。

表3 1990－2019年生态恢复力研究领域主要关键词分析

1）该阶段变化较为平稳的关键词有生态系统健康、可持续，可以看出恢复力与生态系统健康相结合是该领域的研究趋势之一，1992年，Costanza等提出衡量系统健康的公式HI=（其中：HI表示系统的健康指数；表示系统活力；是系统组织指数；是系统的恢复力指数），在评价过程中，恢复力作为生态系统健康评价的一个子系统而存在[53]。此外，恢复力与可持续相结合，说明在各阶段恢复力都与可持续紧密结合，生态系统恢复力是可持续发展的核心问题[54]，因此，维持和建设恢复力对于系统的可持续至关重要；同时，对生态系统适应性管理并制定可持续利用的政策，通常可以扭转生态系统的退化趋势，增强生态系统的恢复力。

2）1990－2009位序下降的关键词有生态恢复、生态系统、抵抗力等，但是，生态恢复和生态系统的总频次较高，故作重点分析，将恢复力与生态恢复相结合[55-57]，在生态恢复中引入恢复力思维，使得生态恢复的对象不仅是针对目前受损的生态系统，而且针对未来可能的扰动和冲击，强调的是生态恢复对象整体的恢复力建设。在实施具体的生态修复措施时，要提前评估生态系统恢复力，使系统远离或是突破阈值，提高生态系统恢复力，促进生态系统可持续发展。

3）该阶段排名上升的关键词有恢复力、社会-生态系统、脆弱性、稳定性、遥感，其中，使用技术手段对恢复力进行调查监测已成为我国生态系统恢复力的重要研究方向，以此揭示恢复力变化产生的关键路径。除此之外，2011年以来，恢复力与稳定性、脆弱性等相关研究相结合，部分学者认为恢复力是脆弱性的反面，而Gilberto指出两者是内在属性和外部表征的结合，即恢复力是系统在多稳态之间的转化，是系统内在属性，而脆弱性是系统结构的变化，即稳定性景观的变化，是生态系统遭受扰动后所受影响的表征[58]。在生态系统稳定性研究中，基于生态系统稳定性的三维内涵——恢复力稳定性、抵抗力稳定性、演替稳定性，因此系统稳定性的测度也围绕抵抗力和恢复力展开[59-61]。

4.2 知识图谱分析

观察国内生态系统恢复力共现网络图谱发现，最大的关键节点是“恢复力”和“生态系统”，除此之外，生态恢复、生态系统健康、退化生态系统等出现频率较高，与其他关键词联系密切，说明中国恢复力研究还主要集中于针对退化的生态系统，采取生态修复措施提升和建设恢复力。

图6 国内生态系统恢复力研究高频关键词共现网络可视图

同样，对国内的关键词进行聚类分析，结果表明：类1主要包含的关键词有土地复垦、生态恢复、恢复技术、生态系统、森林生态系统、退化生态系统、群落结构等，该类别主要讨论的是恢复力的研究对象以及建设恢复力的主要实施手段；类2包含的关键词有生态系统健康、气候变化、物种多样性、生物量、生态系统服务、可持续发展等，该类别主要研究恢复力的影响因素；类3中的关键词主要有地理信息系统、遥感、层次分析法、指标体系、评价、海岸带、农牧交错带、草地生态系统等，这个类别主要分析了恢复力的技术手段和研究方法，以及受人口增长和经济发展影响程度较高，生态环境比较脆弱的区域；类4主要包含的关键词有恢复力、社会-生态系统、适应性循环、适应性管理、三峡库区，该类中主要探讨的是对社会-生态系统中恢复力的管理研究。

5 结论与讨论

本文采取文献计量学方法对生态系统恢复力进行了综述，主要结论有：

1）总体来看，数量上国内外生态系统恢复力相关的研究均呈上升趋势，文献主要来源于美国；国内外刊登生态系统恢复力研究领域文章的期刊多偏向生态类和资源类；研究机构包括综合性大学、矿类、师范类、科学院以及部分行政机构。

2）国际上，不同阶段关注的重点不同，从突现词来看，前期重点关注生物多样性保护和生态系统稳定性等议题，2010年后更加重视对特定生态系统恢复力的实践政策研究。根据引文分析结果，恢复力从理论研究到具体案例中建模测算，研究对象从海洋生态系统扩展到森林生态系统。对关键词的共现分析和聚类分析结果表明国际恢复力重点的研究主题集中于生物多样性、基础理论、政策管理以及海洋生态系统（珊瑚礁）的稳定性研究。

3）国内对生态系统恢复力的研究方向主要包括3个方面，即建设恢复力的工程措施例如土地复垦等、调查监测手段以及影响因素研究，近年来，社会-生态系统领域的恢复力研究、生态系统的可持续、稳定性研究成为中国该领域的研究热点。

综上，国内外学者关于生态系统恢复力进行了许多有益的研究探索。相较于国外而言，国内起步晚，侧重应用基础研究，因此，中国要继续深化对恢复力理论中阈值效应、尺度效应的理解，探索更为准确的定量化、多尺度的测量模型；积极探索引入恢复力思维的适应性管理政策，提升恢复力，维持生态系统的可持续；扩大恢复力的研究领域，当前中国对恢复力的研究还仅停留在森林、湿地、草原等陆地生态系统，随着国土空间规划、国土空间整治、山水林田湖草等综合性、整体性、系统性观念的提出，海洋生态系统研究也成为今后中国恢复力研究的一大趋势。

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Research progress of ecosystem resilience based on bibliometric investigation

Yuan Yuan1, Bai Zhongke1,2,3※

(1.,(),100083,; 2.,100035,; 3.,,100035,)

Due to the climate change and human activities, the global ecosystem has changed significantly, which leads to the continuous decline of ecosystem resilience at the regional and even global scale and constrains the sustainable development of ecosystems. The question about how to maintain the sustainable development ability of ecosystem and reduce the influence of uncertainties has attracted extensive attention of scholars at home and abroad. A theory based on ecosystem resilience has provided a framework for solving these problems, but at present, the research of resilience is in the initial stage. Based on this, this paper takes the documents in CNKI database and Web of science database as samples. In CNKI database, the subject is “ecosystem resilience”, and in Web of science core database, the topic is “resilience” & “ecological system” or “marine ecological resilience” or “wetland ecological resilience” or “forest ecological resilience” or “grassland ecological resilience” or “desert ecological resilience” not “social-ecological system” not “urban system” not “community system”.The Histcite citation visualization software is used to select 40 papers with the highest local citation score (LCS), generating citation chronicles of foreign ecosystem resilience literature, with a time span of 1990-2019, so as to analyze the development of resilience research in foreign countries. In the analysis of domestic research hotspot trends, it is mainly to analyze the quantity of keywords appearing at different stages, and to study the evolution of resilience content. At the same time, this paper also uses VOSviewer data processing software to perform co-occurrence and cluster analysis on keywords, and generates a network map of keywords co-occurrence relationship to understand the main research direction of ecosystem resilience at home and abroad.The findings are as follows: 1) On the whole, the research on ecosystem resilience at home and abroad is on the rise in quantity, and the documents are mainly from the United States. The journals published in the field of ecosystem resilience research at home and abroad tend to focus on ecology and resources. Research institutions include comprehensive colleges, and the universities of mining, teacher education, academy of sciences, and some administrative institutions. 2) At the international level, the focus is different at different stages. Judging from the emergent words, the early stage focuses on biodiversity protection and ecosystem stability. After 2010, more attention is paid to the research of practical policies on the resilience of specific ecosystems. According to the results of citation analysis, resilience is researched from theoretical discussion to specific case modeling, and the research object extends from marine ecosystem to forest ecosystem. The results of co-occurrence analysis and cluster analysis of key words show that the research topics of international resilience focus on biodiversity, basic theory, policy management and the stability of marine ecosystem (especially coral reef). 3) Compared with other countries, China's resilience research starts late, and the research direction of ecosystem resilience in China mainly includes three aspects: land reclamation, land investigation and monitoring means, and research on influencing factors. In recent years, social ecosystem resilience, and sustainability and stability of ecosystem have become research hotspots.

ecosystem; resilience; models; bibliometric; VOS viewer; Histcite

袁 媛，白中科. 基于文献计量分析的生态系统恢复力研究进展[J]. 农业工程学报，2020，36(3)：271－278.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.03.033 http://www.tcsae.org

Yuan Yuan, Bai Zhongke. Research progress of ecosystem resilience based on bibliometric investigation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(3): 271－278. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.03.033 http://www.tcsae.org

2019-09-03

2019-11-26

国家自然科学基金资助项目（41977415）

袁 媛，博士生，主要研究方向为土地复垦与生态重建。Email：1290308195@qq.com

白中科，博士，博士生导师，主要研究方向为土地复垦与生态重建，环境影响评价。Email：baizk@cugb.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.03.033

Q146

A

1002-6819(2020)-03-0271-08