近5年森林生态系统服务价值评估研究进展——基于CiteSpace文献计量学分析方法

虞依娜，徐曼，叶有华

1. 华南农业大学林学与风景园林学院，广东 广州 510642；2. 仲恺农业工程学院园艺园林学院，广东 广州 510225

森林是陆地最大的生态系统，森林生态系统对人类的生存与发展与地球环境的维持起着重要的作用。森林为人类提供了多种类型的生态系统服务如固碳、水源涵养、木材与林产品供给以及休闲娱乐等，而生态系统服务价值评估在提高人们对于森林管理和保护政策的认识和支持决策方面可以发挥作用（Liu et al.，2010；D'Amato et al.，2016）。生态系统服务是指生态系统对人类的福祉（Costanza et al.，1997；Daily，1997）。1997 年由Costanza等人发表在《Nature》上的一篇文章首次对全球生态系统服务价值进行了评估，紧随其后我国对于生态系统服务价值的一些研究也陆续发表。1999年，欧阳志云等（1999）对我国陆地生态系统服务功能经济价值进行了研究；同年蒋延玲等（1999）根据全国第三次森林资源清查资料对我国38种森林类型生态系统服务的总价值进行了评估。通过生态系统服务价值的量化研究，人类已经逐渐认识到森林生态系统对于维持地球陆地生态环境的重要性。

森林生态系统服务功能对人类福祉具有重大意义（Costanza et al.，1997），随着全球气候变化和土地利用变化逐渐加剧，人与自然的矛盾逐渐加深，森林对于改善这些问题所起到的作用不可忽视。国内外已有许多学者在森林生态系统服务价值评估的方法和应用等方面开展了大量的研究，以我国目前已开展的森林生态系统服务价值评估的研究为例，研究区域的尺度上从国家到省、市（赵同谦等，2004；宋萍等，2003；潘勇军等，2013），林分类型上从天然林到人工林（张晓晖等，2006；李振等，2013；黄继红等，2014），以及具体到不同的服务类型（如调节、文化、供给服务等）都陆续开展了此类研究，但是少有文章对已发表的研究进行综合性文献计量分析。通过文献计量分析，有助于识别新兴的和已开展研究的地区，可以帮助识别出有影响力的研究人员，并通过捕获研究人员所涵盖的最新主题，来确定新兴的研究领域。为了全面了解近5年森林生态系统服务价值评估方面的研究，本文使用 CiteSpace文献计量学分析方法对来自国内外的 3000多份已发表的论文进行了综合性分析，旨在总结当前森林生态系统服务价值评估研究领域的研究现状、发展脉络、研究热点和前沿，识别出具有重要价值的期刊和作者和文章，对于进一步开展森林生态系统服务价值评估研究具有重要的借鉴意义。

1 方法与数据来源

文献综述的目的是绘制和评估文献的主体，以确定潜在的研究空白，并高度重视知识的边界（Tranfield et al.，2003）。我们采用数据收集和该领域的全面评估的四步方法，以确定最有影响力的研究，确定研究的主题领域，并为该领域目前的研究和未来的方向提供见解。

1.1 定义适当的检索词

本文以Web of Science（WoS）核心合集中的科学引文索引扩展版数据库（SCI-EXPANDED）和中国知网（CNKI）作为数据源，通过已定义的检索词收集和存储“期刊”文章（包括会议报纸，书籍和章节）。检索策略分别是：WoS数据库：TS=（forest*）and（“ecosystem service” or “ecosystem services”）and（value or valuation or assess or assessment or evaluate or evaluation）；中国知网（CNKI）：检索词：主题=（森林或含林业）并且（生态系统服务或含服务）并且（价值或含评估）；时间跨度：2015—2019年。

1.2 检索结果与细化

通过检索分别得到2837篇（WoS）和1017篇（CNKI）文献，为了保证文献数据的有效性，本文在进行分析之前删去了重复文献以及文章研究内容与本研究主题无关的文献，最终分别得到 2834篇（WoS）和810篇（CNKI）文献。

1.3 初始数据统计

1.3.1 研究趋势分析

从 WoS和 CNKI两大数据库中搜集来的信息看，近5年发表在WoS数据库中的文献较五年前增长幅度较大，而与之相反，收录于CNKI数据库中的文献量从2016年开始处于下降的趋势（如图1、2）。WoS数据库中发表量排名前5的国家的年发表量同样处于增长的趋势（图2），其中，2018年美国和中国的文献发表量均达到了研究区间的峰值。

1.3.2 文献来源分布

图1 文献发表量年趋势Fig. 1 Dynamics in the number of publications in this field from the WoS and CNKI

图2 前五位国家发表量年趋势（WoS）Fig. 2 Dynamics in the number of publications of the top 5 countries (WoS)

由于本文所获取的文献数据中有一部分属于硕博论文（源于CNKI数据库），因此本文以文献来源分布作为计量标准，发文量排名前 10的文献来源如表1所示。在本文获取的WoS文献数据中，Ecosystem Services所收录本领域的文献数量最多，其次是Ecological Indicators，Forests，Sustainability等杂志。而从CNKI数据库中获取的文献来源经过统计分析之后发现，来自于中南林业科技大学和北京林业大学的硕博论文数量最多，而期刊则是绿色中国、生态学报、安徽农业科学、生态经济的发文量较多，可以发现高校硕博论文占CNKI数据库该领域文献总量的一半以上。

1.4 数据分析

考虑到分析研究的本质，本文采用文献分析法和文献计量学分析方法，结合 Citespace.5.5.R2和Gephi-0.9.2分别对Web of Science（WoS）和中国知网（CNKI）数据库中检索出来的相关文献数据进行分析得出合作网络图谱、文献共被引分析图谱、聚类图谱和关键词共现图谱，通过文献数据可视化来分析森林生态系统服务价值评估研究的发展现状。

表1 发文量前10位的文献来源（WoS和CNKI）Table 1 Top 10 published sources (WoS and CNKI)

2 文献计量与可视化分析

2.1 国家与地区之间合作关系

国家与地区之间的交流合作更加有利于科技的发展与进步。在森林生态系统服务价值评估的研究中已经有133个国家或地区开始关注该领域的发展，并开展了相关的研究。本文对发表量前19位的国家进行科研合作网络分析发现 19个国家之间的合作关系表现出了较大的差异（图3）。结果表明发文量最多的美国（824篇）与中国（374篇）、德国（336篇）、英国（271篇）、巴西（242篇）等9个国家在该领域具有合作关系。虽然中国发文量位居第二，但是仅与美国、芬兰（109篇）和加拿大（179篇）存在合作关系。

2.2 研究机构与作者合作网络分析

对两类数据库的检索结果分别进行研究机构与作者合作网络分析，得出在森林生态系统服务价值研究领域研究力度较大的单位、作者以及科研合作关系图谱。相比于国家之间的合作网络，中国的科研机构在森林生态系统服务价值研究领域的科研活动更为活跃，中国科学院在该领域发表的文章数量最多（有163篇）且与清华大学、斯坦福大学等多个机构有合作关系，其次是美国林务局（94篇）与加利福尼亚大学、美国地质调查局、美国环境保护署等多个机构有合作关系。

从CNKI数据库中分析得出中国环境科学研究院、中国科学院、北京林业大学、中国林业科学研究院、全国政协人口资源环境委员会等机构在该领域发表的论文更多；在机构之间的合作网络上，中国林业科学研究院、国家林业与草原局等机构之间合作密切。从研究机构所占比重上可以看出，中国科学院（163篇）、中国科学院大学（69篇）在WoS数据库收录的论文中占我国总的发文量的 60%以上，由此可见中国科学院在森林生态系统服务价值评估领域做出了较大的贡献。通过WoS数据库中的作者合作网络分析可知，Brancalion Pedro H S（14篇）；Paletto Alessandro（13 篇）；Angelstam Per（13篇）；Nowak David J（12篇）等人在该领域发表的论文数量较多，且在近3年较为活跃（图4）。而从CNKI数据库中分析可知，在该领域的学术合作中，中国的学者王兵（18篇）、牛香（18篇）、宋庆丰（12篇）3人之间的学术合作均较为密切且文献发表量较多，同样活跃的学者集群为张林波、高艳妮、杨春艳等学者和欧阳志云、王莉雁、博文静等学者之间的学术合作等（图5）。

图3 国家合作网络图谱Fig. 3 National cooperation network

2.3 共被引文献与聚类分析

图4 作者合作网络图谱（CNKI）Fig. 4 Author cooperation network (CNKI)

图5 作者合作网络图谱（WoS）Fig. 5 Author cooperation network (WoS)

图6 文献共被引网络图谱Fig. 6 Reference co-citation network

图7 文献聚类分析网络图谱（以标题词聚类）Fig. 7 Reference clustering analysis network (clustering by title)

使用Citespace对WoS数据库中导出的数据进行共被引文献分析，得出共被引文献图谱和聚类分析图谱（图 6、7）。结果显示，Costanza et al.（2014）发表在Global Environmental Change上的一篇文章共被引频次最高（157次），其次是 Hansen et al.（2013）发表在Science上的一篇文章，共被引频次高达149次（表2）。对文献进行聚类分析去除最小类别，最终得到了9个类别，分别是：（1）mapping ecosystem service；（2）cultural ecosystem sevice；（3）ecosystem service value；（4） forest landscape restoration；（5）protected area；（6）mountain forest；（7）farmland abandonment；（8）land-sharing debate；（9）social feedback。其中，文献共引聚类分析图谱的模块值Q=0.6229，根据陈悦等（2015）在研究中提出的聚类图谱的评价标准，可以认为本文得出的聚类结果是显著的。

聚类分析结果表明：当前世界范围内对于森林生态系统价值评估的研究领域主要侧重于生态系统服务制图、文化生态系统服务、生态系统价值、森林景观资源恢复、保护地、山地森林、耕地废弃（土地利用变化）、土地共享争议、社会反馈等9个方面。

表2 高频共被引文献Table 2 Highly co-cited references

2.4 关键词共现分析

关键词共现图谱汇总了关键词出现的频次及其相关关系，对于认识森林生态系统服务价值评估研究领域的学科热点具有重要的作用。在关键词共现图谱中“ecosystem service”，“biodiversity”，“conservation”，“forest”，“management”，“climate change”，“land use change”，“model”等关键词有较高的共现频次，共现频次均在100次以上（图8）；而CNKI数据库中的文献数据分析显示“森林生态系统”，“生态系统服务”，“价值评估”，“生态服务功能”，“生态补偿”，“生态服务价值”，“评估”，“价值量”，“InVEST模型”等关键词具有较高的共现频次，共现频次可达15次以上（图9）。关键词共现图谱的结果表明，国内外的研究热点大致趋于一致，细节处有所不同，具有一定的差异性。对WoS文献中所提取的高频关键词进行定性归类可大致分为评价对象、影响因素、评价类型、评价方法与 指标四类（表3）。

图8 关键词共现图谱（WoS）Fig. 8 Keywords co-occurrence network (WoS)

图9 关键词共现图谱（CNKI）Fig. 9 Keywords co-occurrence network (CNKI)

3 讨论

本文通过检索近5年WoS和CNKI两大数据库中的有关文献并对其进行文献计量学分析，获得了森林生态系统服务价值评估领域的最新研究进展、重点文章和作者以及文献聚类和热点分布。从WoS数据库中获取的信息来看，近5年该领域的文献出版量呈逐年上升趋势。文献量排名前5的国家中，美国的文献出版数量是中国等其他4个国家的两倍以上，这说明在该研究领域美国的文献量占比是最高的。而中国的文献出版量虽然在 2015年时位居世界第四，但自 2016年起文献出版量迅速增加，到2018年文献量增加了两倍以上。对比收录在CNKI数据库的文献数量来看，中国收录在WoS中的文献数量正在逐渐与 CNKI中的文献数量比例相接近（图1、2），表明在这一研究领域中国学者发表在国际学术期刊上的文章所占比重正在逐年上升。

国家、机构和作者合作网络图谱展示了在森林生态系统服务价值研究领域不同国家、机构、作者之间的合作关系较为突出的集群和个体。虽然在文献量产出上，中国和巴西分别位居世界第二和第五，但是美国、德国、英国、法国等多数西方国家之间的相互合作相对于中国、巴西等发展中国家表现的更加活跃。在研究机构中，中国科学院的文献发表量最多，其中中国科学院生态环境研究中心、中国科学院地理科学和资源研究所贡献较为突出，所发表的文章在前 30篇中国科学院高被引文献中分别占36.7%和26.7%，生态系统服务研究领域比较权威的专家学者如欧阳志云、傅伯杰、王效科、于贵瑞、谢高地、赵同谦等人多来自以上两个中国科学院的研究机构；从CNKI数据库中获取的文献量最高且合作密切的作者集群：王兵（2015）、宋庆丰等（2015）来自中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所，他们在近5年森林生态系统服务研究领域发表文献较多，研究领域多围绕森林生态系统服务功能、价值以及森林生态效益等领域，他们还提出了基于森林资源连续清查系统、生态系统定位观测研究网络或 3S技术等大数据的应用开展森林生态系统服务评估的理论。

表3 森林生态系统服务价值评估研究领域关键词分类表（WoS）Table 3 Keywords category in forest ecosystem services valuation research field (WoS)

文献聚类分析为未来开展更深入层次的分析提供了知识基础，利用 CiteSpace的引文聚类得到了9个方面的研究，占总文献数据量的41.5%；其中最大的4个聚类所包含的文献占该领域总文献数量的21.8%，分别是：生态系统服务制图、生态系统服务价值、文化服务和森林景观恢复。森林生态系统服务价值评估领域的热点分布在两大数据库中存在一定的差异，主要表现在高频热点的分布有所不同。前 50位高频关键词中本文检索设定的检索词汇的词频在两大数据库中的占比分别是27.36%，65.06%，除此以外的高频关键词有“土地利用”、“碳”、“管理”、“保护”、“气候变化”、“生物多样性”（WoS）和“生态补偿”“生态效益”“InVEST模型”、“水源涵养”、“碳储量”、“固碳释氧”（CNKI）。由此可见以WoS为代表的国际上的研究热点和以CNKI为代表的国内研究热点分布存在着一定的差异，但是共同点是二者都高度关注森林固碳释氧的服务价值。

4 结论与展望

本文从文献分析学和文献计量学的角度对森林生态系统服务价值评价国内外研究进展进行了简要概括。首先，中国在该领域的研究比重不断增加，尤其是中国科学院在该领域研究所做的贡献尤为突出，但是研究的国际间合作较少，这在一定的程度上阻碍了新思想和新技术的交流；其次，Costanza et al.（2014）和 Hansen et al.（2013）发表的两篇文章具有较高的共被引频次，是近5年来本研究领域的经典文献；第三，文献类型依据CiteSpace聚类分析得出主要的4个类别分别是：生态系统服务制图、文化生态系统服务、生态系统价值、森林景观资源恢复；第四，从研究热点上来看，国内国外在热点的分类上大致相同，但高频热点略有，总体可大致分为影响因素、评价类型、评价对象、评价方法与指标4个类型进行概括。

森林生态系统价值评价对于量化森林质量与生态效益，评估生态系统服务之间的权衡关系，支持森林经营管理决策能力具有重要的作用（Hayha et al.，2015）。本文结合聚类和热点分析结果对未来森林生态系统服务价值评估领域研究的发展提供了一些方向性的建议。

4.1 全球气候变化和土地利用变化的影响

当前全球气候变化已经威胁到生态系统的稳定性继而影响到服务价值（Wang et al.，2016），另一方面自然或人类活动造成的土地退化、恢复等土地利用变化同样对生态系统服务有着重大的影响，并且已经成为了一种全球现象（Turner et al.，2016；MEA，2005）。目前针对气候变化或土地利用变化对森林生态系统功能的研究较多，而对生态系统服务价值的研究较少；对单一影响因素的研究较多而对多变量交互作用的研究较少。基于气候变化和土地利用变化以及二者的相互作用效应对森林生态系统服务影响的时空分析（Fu et al.，2017；Clerici et al.，2019），有利于更好的量化森林生态系统不同服务之间的权衡作用。

4.2 多类型的覆盖

通过热点分布分析可知，固碳释氧服务在两大数据库中均有较高的热度，这一点在许多有关研究中被印证（Pearce，2001），但森林同样具有其他诸如提供木材、林产品等供给服务，提供新鲜空气和充足的氧负离子、涵养水源、减少水土流失等调节服务，提供人们文化、旅游、休闲、教育等文化服务等等其他服务的能力。因此，对于森林生态系统服务的研究应当扩大到对生态系统服务的所有类型，以便正确审视森林对于人类的综合福祉。

4.3 方法优化与模型的开发与应用

尽管目前存在许多对生态系统服务价值评价质疑的声音，认为价格不应放在自然资源的评价上（Costanza et al.，2017）。但是量化的方法有利于我们更便捷的认识生态系服务的动态变化，尽管目前受科学技术条件、数据获取与处理等条件的制约，生态系统服务评价对于人们认识森林生态系统仍然具有一定的研究意义与价值。模型应用将是未来森林生态系统服务价值评价的发展方向，集成性、动态性、空间显式以及可参与性将是模型应用的主要特征（Turner et al.，2016），而通过森林资源连续监测和清查等监测活动所获取的数据将提供模型所需的重要数据来源（宋庆丰等，2015；王兵，2016）。