基于文献计量分析的近30a国际竹林碳汇研究进展

张红燕，周宇峰，张 媛，徐小军，李 翀，徐 林

（1.浙江农林大学图书馆，浙江 杭州311300；2.省部共建亚热带森林培育国家重点实验室，浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室，浙江农林大学，浙江 杭州311300）

全球气候变暖已成为世界所面临的最具挑战性的问题之一［1］，森林具有良好的固碳释氧功能，是减缓气候变化的重要途径，通过“森林增汇”的方式以减缓温室效应。竹林是一种特殊的森林类型，具有爆发式可再生生长特性，蕴含着巨大的固碳潜力，是林业应对气候变化不可或缺的重要战略资源［2］。竹子广泛地分布于亚洲、非洲和拉丁美洲的亚热带和热带地区。虽然许多国家的森林总面积急剧减少，但竹林却以每年3%的速度增长。中国拥有世界上最丰富的竹子资源，有39属500余种［3］。竹林资源不仅是自然资源，能向社会提供经济效益，同时也是环境资源，承担调节温室气体排放的生态功能［4］。因此，竹林碳汇越来越受到世界各国学者的关注。学者们积极开展竹林碳汇的研究，以应对气候变化、森林恢复和减少贫困等方面提供技术支撑。

文献计量学可以系统地分析某一研究领域的整体发展情况，把握该领域的研究热点与趋势，为科研工作提供参考依据［5］。已有学者在森林碳汇的文献计量学研究，如张哲等［6］通过CiteSpace软件对以知识图谱的方式梳理了森林碳汇研究领域文献的国内外重要学术机构、学术文献及人物、研究热点等。Huang等［7］人基于文献计量学分析的样本数据源方法，开展了1 284项与森林固碳有关的学术工作，确定基本特征、研究力量、知识基础和该领域的研究热点。在竹子方面，采用文献统计方法分析竹文献的发表年代、研究机构、来源期刊、及学科分布等情况，探讨了国内外研究动态和重点研究领域［8-9］。查阅文献发现在竹林碳汇领域方面还未见报道。研究基于文献计量学方法，从发文量、总被引频次、篇均被引频次评价指标分析竹林碳汇研究领域的国家/地区、研究机构、期刊来源、高被引文章，构建了国家/地区、研究机构间的合作关系。重点分析了国内外不同时间段的关键词共现网络谱图，揭示了不同时期竹林碳汇领域的高频关键词或者中心度较高的关键词的变化情况，旨在更好地了解过去近30 a在这一领域出现的发展趋势，为以后的研究提供参考。

1 研究设计

1.1 数据来源

以Web of Science核心合集中的科学引文索引扩展版Science Citation Index Expanded（SCIE）数据库（选择Article和Review类型的文献）为数据源，以（sequestration* or sink* or biomass* or flux* or accumulation or stock* or cycle* or“global change”）and carbon* and（bamboo* or Phyllostachys*）为主题进行检索。时间跨度为1996-2019年，检索时间为2020年1月2日。经过筛选，删除与主题词无关的文献，最终得到有效文献891篇。

1.2 研究方法

利用Incites数据库对国际竹林碳汇文献进行国家/地区、机构、研究人员、研究方向以及资助机构等方面分析，从而得出学科规范化影响力、引文影响力、国际合作百分比以及相对于全球平均水平的影响力等指标，从而全面揭示国际竹林碳汇研究的进程。此外，借助于VOSviewer软件对国际竹林碳汇文献绘制知识图谱进行可视化分析。VOSviewer软件是由雷登大学科学技术中心（The Centre for Science and Technology Studies，CWTS）研究机构的相关人员专门开发利用可视化软件，用于可视化分析科学领域的文献［10］。利用VOSviewer软件对国际竹林碳汇文献进行关键词共现分析，从而得出该领域研究的热点。

2 结果与分析

从WOS数据库中搜集信息看，学术界关于竹林碳汇研究文献最早出现于1996年［11］。印度巴纳拉斯大学2位学者Tripathi，SK和Singh，KP于1996年就比较了印度热带地区一种竹种（Dendrocalamusstrictus）的近熟林和成熟林生态系统碳储量估算及分布和竹林年净碳汇量［1］。然而，在相当长的一段时间内，该研究一直处于缓慢增长的状态。近10 a以来，尤其是2014年后，国际对竹林碳汇研究的热度不断提升，受到越来越多学者的关注，相关文献数量呈井喷式增长（图1）。

图1 1996-2019年国际竹林碳汇研究发文量趋势Fig.1 The number of publications on bamboo forest carbon sequestration during 1996-2019

2.1 论文产出国家及机构分析

根据表1可以看出，1996-2019年，中国、美国、日本竹林碳汇文献发表量居世界前3位，共发表论文744篇，占文献总量83.5%。中国竹林碳汇的发文量多达551篇，占文献总量61.8%，是第2位美国发文量的5.3倍。H-Index值基于以“被引频次”计数降序排列的出版物列表。中国竹林碳汇研究的发文量遥遥领先，H指数为54，每项平均引用次数为21.86，总被引频次为12 047次。发文量排在第2位的美国，H指数为23，每项平均引用次数为18.84，总被引频次为1 959次。发文量排在第3位的日本，H指数为20，每项平均引用次数为13.98，总被引频次为1 244次。

表1 1996-2019年国际竹林碳汇研究发文量排名前25位国家（地区）Tab.1 The top 25 countries/regions ranked by the number of bamboo forest carbon sequestration literatures during 1996-2019

对1996-2019年国际竹林碳汇发文量排名前25位机构（图2）研究发现，中国16个，日本3个，加拿大3个，中国台湾2个，国际组织1个。其文献发表量均在9篇以上。从图2可以看出，大学是研究国际竹林碳汇的主体，发文量前25位机构中，大学有17个。国际竹林碳汇发文量前10位机构中中国占了7个，浙江农林大学、中国科学院和浙江大学竹林碳汇发文量居世界前3位，分别是140篇、88篇和37篇。浙江农林大学竹林碳汇研究的发文量居于首位，H指数为26，总被引次数为2 501次，学科规范化影响力为1.76，相对于全球平均水平的影响力0.89。排在第2位的中国科学院，H指数为23，总被引次数为2 017次，学科规范化影响力为2.02，相对于全球平均水平的影响力1.15。排在第3位的浙江大学，H指数为16，总被引次数为891次，学科规范化影响力为2.34，相对于全球平均水平的影响力1.20。由此可见，浙江农林大学虽在发文总量占有一定的优势，但在学科规范化引文影响力、引文影响力、相对于全球的影响力等指标上都不及中国科学院和浙江大学。北京大学在竹林碳汇研究上产出量小，仅有15篇论文，但其H指数为16，排在第4位，相对于全球平均水平的影响力为2.61，远超浙江农林大学、中国科学院和浙江大学，说明在该领域的研究有较好的深度和广度。

图2 1996-2019年国际竹林碳汇研究发文量排名前25位研究机构Fig.2 The top 25 organizations ranked by the number of bamboo forest carbon sequestration literatures during 1996-2019

表2 1996-2019年国际竹林碳汇研究发文量排名前10位研究机构Tab.2 The top10 organizations ranked by the number of bamboo forest carbon sequestration literatures during 1996-2019

排名Rank机构Institutions篇数Number学科规范化的引文影响力Category Normalized Citation Impact被引频次Total Citations引文影响力Citation Impact h指数H-Index相对于全球平均水平的影响力Impact relative to world国际合作论文百分比International collaborations/%国际合作论文International collaborations 7 南京林业大学Nanjing Forestry University 22 2.24 317 14.41 9 0.72 45.45 10 8 阿尔伯塔大学University of Alberta 20 2.59 355 17.75 10 0.89 100.00 20 9 北京林业大学Beijing Forestry University 20 1.16 313 15.65 11 0.78 25.00 5 10 中国科学院土壤研究所Institute of Soil Science，CAS 16 1.66 376 23.50 8 1.17 31.25 5

2.2 作者分析

对1996-2019年国际竹林碳汇发文量排名前10位作者（图3）研究发现，9位作者来自浙江农林大学，1位作者来自阿尔伯塔大学。这10位作者共发表论文总量254篇，占总量的28.5%。来自浙江农林大学的周国模在发文量和影响力居于领先的地位，发文量为57篇，学科规范化影响力1.45，H指数19；排在第2位的浙江农林大学的作者杜华强，发文量为31篇，学科规范化影响力1.21，H指数13；排在第3位的浙江农林大学的作者姜培坤，发文量为29篇，学科规范化影响力1.53，H指数11（表3）。从数据可以表明，浙江农林大学在竹林碳汇研究方面形成了良好的态势，在国际上处于领先的水平和地位。

图3 1996-2019年国际竹林碳汇研究发文量排名前10位作者Fig.3 The top10 researchers ranked by the number of bamboo forest carbon sequestration literatures during 1996-2019

表3 1996-2019年国际竹林碳汇研究发文量排名前10位作者Tab.3 The top10 researchers ranked by the number of bamboo forest carbon sequestration literatures during 1996-2019

2.3 研究内容分析

对1996-2019年国际竹林碳汇发文量排名前10位研究方向（表4）发现，在这10个学科领域中，环境科学排名首位，发文总量为161篇，其次为能源与燃料、林学、材料科学与多学科、土壤科学等学科，说明国际竹林碳汇的研究更偏向于环境科学、林学等研究。从被引频次看，能源与燃料、环境科学、材料科学与多学科更受学者的关注。

表4 1996-2019年国际竹林碳汇研究发文量排名前10位研究方向Tab.4 The top10 research areas ranked by the number of bamboo forest carbon sequestration literatures during 1996-2019

2.4 资助机构分析

对1996-2019年国际竹林碳汇发文量排名前10位资助机构发现，共有117个机构资助了848篇论文，其中排在前10位的资助机构发文量为571篇，占总数的67.3%。发文量排名前10位资助机构中，中国有7个，日本有3个，由此可见，东亚国家对竹林碳汇研究尤为重视和关切。中国国家自然科学基金资助论文总数为354篇，居于首位，被引频次7 371，学科规范影响力为2.03，H指数为43，相对于全球平均水平的影响力为1.04（表5）。由此可见，国家自然科学基金助力于论文发表发挥了重要的作用，其影响力也较高。

表5 1996-2019年国际竹林碳汇研究发文量排名前10位资助机构Tab.5 The top10 Funding Agencies ranked by the number of bamboo forests carbon sequestration literatures during 1996-2019

2.5 基于VOSviewer软件对国际竹林碳汇进行研究热点分析

将根据检索式在WOS上搜索到的891条信息导入VOSviewer，选取被引次数在20次以上的关键词节点，筛选出符合要求的关键词共189个，分别所属于4个聚类（每1种颜色代表1个聚类）。聚类1：红色区域（包含56个关键词），主要包括的关键词为碳储量（carbon stock or carbon storage）［12］、碳储量估算（estimation）以及区域性竹林碳汇研究如中国［13］等。聚类2：绿色区域（包含50个关键词）主要包括的关键词为生物炭吸附（biochar absorption）［14］、产量（yield）［15］以及环境影响因子如（temperature）等［16］。聚类3：蓝色区域（包含45个关键词），主要包括的关键词以竹生物炭新型功能性材料［17-19］以及碳循环（cycle）等为主。聚类4：黄色区域（包含38个关键词），主要包括的关键词为竹子种植（bamboo plantation）［20］、竹林碳汇经营方式（management practice）［18］、竹林生物炭（bamboo biochar）、土壤有机碳（soil organic carbon）等［21-22］（图4）。

图4 关键词共现知识图谱（聚类视图）Fig.4 Key words co-occurrence knowledgemap（Network Visualization）

图5 关键词共现知识图谱（标签视图）Fig.5 Key words co-occurrence knowledgemap（Overlay Visualization）

2.6 1996-2019年不同时期国际竹林碳汇研究的特点分析

将1996-2019年国际发表竹林碳汇的论文分为3个时间段：1996-2009年、2010-2014年、2015-2019年。利用VOSviewer构建不同时期关键词共现网络图谱，并分析图谱结果。

1996-2009年，该阶段发文量较少，共78篇论文。“碳储量（carbon stock）”［23］“生物量（biomass）”［24］和“碳积累（carbon accumulation）”［25］等关键词出现频次较高（图6a），该阶段是竹林碳汇研究从萌芽到创立竹林碳汇研究发展方向的过程。

2010-2014年，该阶段发文量逐渐增加，共207篇论文。“竹林碳汇的影响机制（influencemechanism of bamboo forests carbon）”“竹林碳汇的估算（estimation of bamboo forests carbon）”和“土壤有机碳（soil organ carbon）”［26］等关键词出现频次较高（图6b）。该阶段，竹林碳汇的估算研究取得了重大的进展，出现了一些不同技术监测碳含量和竹林碳汇估算方法，利用元素分析仪测定不同年龄段竹子的碳含量和生物量，为构建竹林碳储量模型奠定基础［27］，建立威布尔分布函数异速生长模型，为任意尺度竹林碳储量的计量提供了理论和方法基础，利用K最近邻法和神经网络法等方法解析遥感影像，实现大尺度竹林碳储量估算［28］，从机理上揭示了竹林生态系统碳时空分布格局。

2015-2019年，该阶段发文量迅速激增，共606篇论文。“竹林生物质炭新型材料（bamboo biochar as a new purposematerial）”“竹林碳汇的精准监测（Accuratemonitoring of bamboo forests carbon）”“土壤微生物碳（Microbial of soil carbon）”等关键词出现频次较高（图6c），是该阶段研究的是研究前沿和热点领域。Zhang等［29］提出把从竹子提取的活性生物质炭作为一种高效电容器电极材料，竹子制成竹生物质碳后能存储在竹碳中，意味着将竹子光合作用固定的二氧化碳转移到竹产品中长久封存。竹林碳汇的精准监测领域，将无人飞机、无线传感技术及碳通量塔引入到竹林资源碳循环研究中，在竹林碳储量估测和变化监测上取得了技术突破［30-31］。在土壤微生物碳领域，Chen等［32］阐明了土壤微生物对不同竹林经营措施碳循环的影响机制。

图6 3个不同时期关键词共现知识图谱Fig.6 Key words co-occurrence knowledgemap at three stages

3 结论

通过利用Web of Science数据库中的Science Citation Index Expanded数据计量分析1996-2019年国际竹林碳汇领域的相关文献数据，并利用VOSviewer等分析工具对作者和关键词进行共现分析，从中得出以下结论：①2010年后，该领域发文数量呈现逐渐上升的趋势，尤其2015年后，发文数量呈迅猛发展的良好态势。这说明国际上越来越重视对竹林碳汇的研究，也越来越受到学者们的青睐。②竹林碳汇研究主要集中于中国、美国、日本3个国家，研究作者群体呈现“大分散、小聚集”；③竹林碳汇研究方向呈现多元化趋势，以环境科学为最多；④竹林碳汇研究的资助机构以中国国家自然科学基金为最多，资助文献达到354篇，H指数最高。

通过近30 a国际竹林碳汇文献关键词研究热点网络分析，国际上竹林碳汇时空分布特征、竹林碳汇的精准监测，竹林碳汇的影响机制，竹林增碳减排技术等方面取得重大进展。竹林碳汇目前研究内容逐渐多样化：从分子微观机理到全球宏观层面不同尺度的延展，从毛竹等重要竹种到其他上千种不同竹种碳汇研究，从亚洲主要竹产区扩展到非洲、美洲等不同地区，从竹林培育经营到竹材产品全生命周期碳循环［33］过程。竹林碳汇领域的研究热点与未来研究方向：竹生物质炭在新兴材料学上的应用，竹林爆发式生长的机理［34］，竹林植硅体碳［35-36］形成机理，竹林土壤微生物驱动机制，竹林地下根鞭系统网络与地上部分相作机制，不同竹种对全球气候变化的响应，在社科方面开发适用于国际竹林碳汇交易的方法学，竹材产品碳足迹和碳标签的研究。

中国在竹林碳汇领域研究显现出一定的实力和影响力，但在学科规范影响力、国际合作等方面有待进一步提升，因此应注重高质量论文的发表，加强和其他高水平研究机构的合作，进一步提升国际竹林碳汇研究的总体水平。