近30年城市森林研究热点与前沿*——基于CiteSpace的知识图谱分析

张新平 王 慧 李 皓 闫 杰 乔 治 孙 昕 张芳芳 王得祥

1 西安理工大学艺术与设计学院 西安 710054

2 西北农林科技大学林学院 陕西杨凌 712100

3 陕西省农业广播电视学校西安市高陵分校 西安 710200

城市森林在应对城市增长所致的环境问题与改善人们健康福祉上发挥着重要作用[1]，如净化空气[2]、缓解城市热岛[3-4]、降低噪声[5]、改善水质[6]、提供栖息地与生物多样性[7]以及教育、美学、灵感、休闲与生态旅游[8]等。富有艺术性的树木配置和健康的城市森林是决定城市视觉形象和生活质量的最重要因素[9]，城市森林是人类命运共同体的重要组成部分[10]。可见，城市森林研究具有较强的学科交叉性，尤其是近些年来该领域研究发展迅速，研究成果不断涌现，而相关的综述类文献主要聚焦某一研究方向或地理区域，如城市绿色空间的健康益处[11]、城市公园可达性[12]、城市绿地与城市景观的管理[13]、城市绿地及其花粉过敏[14]、美国国家公园及其公园声景观[15]、城市环境中种植行道树的益处与挑战[16]、城市绿色空间中体育活动及其干预[17]、城市绿色空间对社会犯罪的影响[18]、高密度城市绿色空间规划的挑战与策略[19]、城市森林调控空气颗粒物功能研究进展[20]、北美城市森林文化生态系统服务的社会与经济价值综述[21]、地中海地区的城市森林研究综述[22]、遥感在城市森林监测中的应用综述[23]等，但是整个城市森林领域缺乏知识图谱分析。文献计量学的发展为研究文献情报的分布结构、数量关系、变化规律和定量管理提供了科学工具[24-26]，文献计量分析软件CiteSpace能够可视化地刻画某个领域的知识图谱和研究热点演进关系[26]。基于此，本文运用文献计量的方法，从比较分析的视角，揭示我国与国外城市森林研究在发展趋势、研究热点、关键文献和学术影响力等方面的差异，并对未来研究方向进行展望。

1 数据来源与分析方法

本研究使用的数据来源于中国CNKI和美国Web of Science核心合集 (WOS)，检索时间为2019年1月20日，检索条件为主题＝“城市森林”、Theme＝ “urban forest”，检索时段 (Time Expand) 为 “1992—2018”，在WOS和CNKI中分别检索满足上述检索条件的中文、英文全文期刊文献，获取文献信息数据。根据陈悦等[26]提出的知识图谱分析方法，本研究运用CiteSpaceⅤ对文献进行去重和可视化分析，分析参数设置参考张新平等[27]的研究方法，借助发文量、被引频次、h指数[28]等文献计量指标分析学术影响力，同时评述高被引用文献[29]、关键文献[30]和经典文献[31]。

2 国内外研究现状分析

2.1 城市森林研究文献发表年份分布

图1表明，CNKI与WOS年文献量的时间序列模型均为以下开口抛物线为指数的复合函数。据此推断未来关于城市森林研究的增长趋势仍然会持续一段时间，但指数型曲线仅仅是学科知识发展初期的特征[32]，说明现在学术界对此的研究处于繁荣发展阶段。20世纪90年代中后期国外兴起关于 “urban tree canopy coverage”(城市树木冠层覆盖率)的研究，对国内的研究产生很大影响，是城市森林更为直接的研究内容。国内年文献量自2011年后有下降趋势，其原因之一是由于中国学术评价注重SCI、SSCI等国际检索论文，驱使国内城市森林研究团队热衷于发表英文文章。

2.2 城市森林研究国家分布与合作情况

图2a表明，WOS中的城市森林主题的论文来自164个国家 (略去未形成合作研究网络的国家)，其中发文量排名前5的国家为美国、中国、巴西、加拿大和德国，累计被引频次前5位的国家为美国 (107 668次，h＝132)、中国 (16 538次，h＝59)、加拿大 (14 243次，h＝55)、巴西(8 886次，h＝44)和澳大利亚 (8 093次，h＝43)。从发文量上看，城市森林的研究集中在中美两国，合作度 (网络密度)前5名的国家为美国、法国、德国、荷兰和加拿大，其中美国是合作研究网络的核心成员，中国与美国、德国、日本、印度和加拿大有紧密的合作研究关系。图2b呈现了1992—2018年对城市森林研究引文爆发强度 (strength)前20位的国家或地区，其中前3位的国家为美国、中国和意大利；研究热度持续时间前3位的国家为美国、新加坡和墨西哥。

图1 国内外城市森林研究年文献量增长趋势

图2 WOS中城市森林研究发文量 (a)和引文爆发强度 (b)前20位的国家和地区

3 国内外城市森林研究热点阶段性演进分析与关键文献评述

3.1 研究热点阶段性演进分析

国外城市森林研究热点的演进 (图3)可划分为3个阶段:1992—2002年为大气沉降与城市森林相互关系探索阶段；2003—2013年为城市森林生境破碎化过程与机理探寻阶段；2014—2018年为城市森林生态系统服务的监测与评估探索阶段。引文频次爆发强度检测出近30年WOS中城市森林主题论文的110个热点关键词，其中引文爆发强度前10位的关键词为ecosystem service(生态系统服务)、random forest(随机森林)、climate change(气候变化)、habitat fragmentation(生境破碎化)、 China(中国)、 nitrogen(氮)、urban area(城市区域)、air quality(空气质量)、ozone(臭氧)和forest soil(森林土壤)；引文爆发持续时间前10位的关键词为fire(火，1997—2013)、 deposition (沉 积 物， 1995—2010)、transport(运输， 1992—2006)、 boundary layer(边界层，1993—2007)、 ozone(臭氧，1992—2005)、California(加利福尼亚，1993—2006)、chemistry(化 学， 1992—2005)、water(水，1992—2005)、 precipitation(降水， 1993—2005)和organic matter(有机质，1996—2008)。近30年研究热度较高的关键词有air quality，climate，ecosystem service， random forest， urban forest，pollution和climate change。近30年国外城市森林研究热点演进情况为生态学＋污染→土地利用→森林→生物多样性→天然源排放→保护→影响→承载力→气候→磷→农业景观→物种丰富度→土地覆盖→中国→气候变化→城市生态→城市区域→响应→生态系统服务→流失→雷达→国家公园→随机森林→绿地空间，其中，遥感、分类、土地覆被、土地利用变化、城市区域、热辐射、中国、树木、生态系统服务、空气质量、气候变化、污染和随机森林作为研究热点将会持续一段时间。

图3 WOS中城市森林研究热点演进简图

结合中国城市森林研究的实际情况，1994年我国成立城市森林分会，2003年 《中国城市林业》创刊，2004年开始创建 “国家森林城市”。国内城市森林研究热点的演进 (图4)也划分为3个阶段:1994年前是概念引入阶段；1994—2003年为研究起步阶段；2004年开始为实践及发展阶段。引文频次爆发强度检测出近30年CNKI中城市森林主题论文的95个热点关键词，其中引文爆发强度前10位的关键词为森林城市、城市林业、城市森林公园、城市森林、中华人民共和国、城市绿化、城市群、景观格局、森林村庄和人类；引文爆发持续时间前10位的关键词为园林 (1992—2007)、美国(1992—2006)、园林绿化 (1995— 2007)、北美洲 (1992—2003)、美利坚合众国 (1992—2003)、 人 类 (1992—2002)、 绿 地 面 积(1994—2003)、城市生态环境 (1995—2003)、总体规划 (2010—2018)和城市森林公园(2011—2018)，其中，森林生态系统、森林城市、生态文明、习近平总书记、价值评估、生态系统服务、森林公园、北京和城市群作为研究热点将会持续一段时间。

图4 CNKI中城市森林研究热点演进简图

3.2 研究领域的关键文献评述

关键文献是中介中心性和被频次较高的文献，也是连接各文献聚类的 “知识拐点”[30]，还是特定科学主题研究的重要入口，因此分析城市森林领域的关键文献有助于进一步厘清城市森林知识领域的结构和主干理论演进。本文根据共引网络的中介中心性提取了国内外城市森林领域研究的前30个关键文献，经过逐篇阅读和凝练，结果发现，WOS中关键文献的主要焦点为城市化对城市森林生态系统的影响 (如生物均质化、生物多样性丧失、碳储量降低等)、城市森林的生态系统服务 (如污染缓解、降温、空气污染去除、改善空间异质性、人类健康、应对气候变化等)、城市森林研究的主要方法 (如遥感分析、梯度分析、数学建模、数据库开发、系统综述等)；CNKI中关键文献的主要关注点为城市森林的相关概念和基本理论 (如概念、范围、成分、类型、特点、经营对策、评价指标、生态学的基本理论与研究方法等)、中国城市森林的评价与分析(如景观美景度测定、生态系统生态服务功能评价、三维绿量测算)、城市森林景观格局与过程研究 (如城市森林格局与热岛效应的关系、森林景观格局特征与空间结构优化等)、城市森林结构 (如量化、与空气负离子水平的关系等)、中国特色城市森林建设理论与实践探索 (如林网化与水网化、近自然的设计和管护等)。相对国外城市森林关键文献而言，国内城市森林的研究主要以结合国情应用国外研究成果为主。

4 结论与展望

目前学术界对城市森林的研究处于繁荣发展阶段。学科交叉特征显著，与生态环境科学、林学和城市林业3门学科联系最为密切。美国的Journal of Arboriculture(2002年改为Urban Forestry＆Urban Greening)和英国的Arboricultural Journal为20世纪90年代之前国际上发表城市森林文章的主要杂志，2004年后，Urban Forestry＆Urban Greening和 《中国城市林业》分别为国际、国内刊载城市森林研究论文的重要期刊。近30年国内城市森林研究明显地呈现出探索起步、波动发展和蓬勃发展3个阶段；国外城市森林研究则呈现出稳步增长和蓬勃发展2个阶段，研究方法逐渐由定性趋向定量。国内外城市森林的研究方向均呈现多样化和多尺度化态势，其中对城市森林生境破碎化过程与机理探寻及生物多样性保护、城市森林生态系统服务的监测与评估、城市森林建设实践探索等方面关注度较高。国内城市研究的合作强度弱，科研力量区域不平衡 (西部地区较为薄弱)，以案例研究为主、原创性相对缺乏，后续研究应该加强。气候变化、乡村振兴、城市群建设、空气污染去除、城市绿地服务公平性和“一带一路”等将成为中国城市森林研究关注的焦点。

过去30年学者们主要关注城市森林对人类的益处及城市增长所导致的生境破碎化，近年来逐渐开始研究其积极作用后的负面效应 (disservice)[33]，如花粉过敏[14]、排放BVOC[34]和影响通风[35]等，并开始考虑破碎生境的价值 (如缓冲了树木免受气候变暖和害虫的侵袭[36]、为森林恢复提供实验条件[37]、向新物种定居提供栖息地[38]等)、生物入侵[39]、鸟类多样性[40]、声景观[41]和无人机监测[42]等。近期多位学者共同在国际期刊Frontiers in Ecology and the Environment上发文呼吁城市急需具有实践逻辑的生态知识指导城市建设[43]，幸运地是，在城市林业领域已有学者开始了生态实践理论的探索，如，北京林业大学张志强团队从城市森林保护与改善的视角，探讨森林覆盖面积与林地面积的关系在城市森林景观空间格局分析中的重要性44]；美国肯塔基大学学者Sass C K等构建了耦合生物物理和社会经济的城市森林规划适宜性评估模型[45]；Pirnat J和Hladnik D基于自然度评估探讨城区和郊区绿地中社会资本的调动[46]。总之，经过近30年的发展，学术界针对城市森林展开了广泛而深刻的讨论，尽管城市森林研究已经取得了长足的进步，但中国特色的城市林业理论体系还需不断完善。中国加快生态文明体制改革，人民对美好生活日益增长的需要与建设美丽中国的宏伟蓝图，就是对城市森林研究不断追问、深思的持续动力。