基于文献计量的山地森林对气候变化响应

房舒

（商洛学院 城乡规划与建筑工程学院，陕西商洛 726000）

在全球变化的背景下，山区温度的增加要比全球温度增加的平均值高出三倍[1]，极端降水频率和强度增强的现象也越来越严重[2-3]。占全球陆地森林面积28%的山地森林[4]，具有重要的水源涵养功能[5]，但其寿命较长，适应能力差，物种变化和服务功能更易受到气候变化的影响[6-7]。同时山地森林对气候变化的响应具有很大的不确定性，目前还缺乏一定的定量研究[8-9]。

文献计量学是用数学和统计的方法定量分析知识载体的学科，近年来被逐渐运用到各个学科的学术成果中，以分析不同国家、机构、作者的学术生产力并评估研究热点及趋势[10-15]。英文文献多基于科学网（Web of Science，WOS）数据库进行[16-17]，中文文献则依托于中国国家知识基础设施（China national knowledge infrastructure，CNKI） 期刊全文数据库[18-19]。Citespace、Pajek、VOSviewer、HistCite、Graph、Maker、Gephi 等 一系列网络分析软件以及一些地信软件如Google Earth、Arcgis在文献计量学中的应用，促使文献计量的分析结果更加可视化并清晰明了[20-24]。

本文运用文献计量学的方法对2000—2020年以来山地森林对气候变化响应的相关研究论文概况和趋势进行分析总结，以期寻求山地森林在气候变化研究中的重要程度及其主要的研究国家、机构的科技生产力，并通过关键词分析来探讨近年来该领域研究的热点以及未来可能发展的方向。

1 数据来源和研究方法

1.1 数据收集

本文的数据来源为科学引文索引（Science Citation Index，SCI）和社会科学引文索引数据库（Social Sciences Citation Index，SSCI）数据集。以山地森林（“mountain forest” or“montane forest”）和气候变化（“climat”or“chang”）作为关键词搜索2000—2020的文章，并利用文献计量学的方法对近20年内山地森林与气候变化相关的文章数量、分布的主要期刊、主要领域、发表相关论文的主要国家、机构、关键词以及其年际变化进行了统计分析。

1.2 研究方法

数据处理多依据excel的函数功能进行，并将部分结果整理，在origin中分析作图，突出其变化趋势。用WOS数据库最新期刊引证报告（Journal Citation Reports，JCRs）的学科分类来统计研究的学科分布。并统计了山地森林对气候变化响应研究中的高产国家、机构及其之间的合作信息。在国际合作分析中，选择了可视化网络分析软件Gephi[25]来制作国家间合作关系网络分析图。最后根据关键词的变化讨论了20年来研究热点的变化及未来山地森林对气候变化响应研究的趋势。

2 结果和讨论

2.1 文献数量变化

按照上述方法检索，一共检索2000—2020年6 364篇有关山地森林与气候变化的文章，包括专利、会议论文、快报、期刊等。每年的文章及期刊论文数如图1所示，其中期刊论文共6 024篇，占总文章数的95%以上，2010年后期刊论文占出版物的比例超过了80%。出版的总文章数从2000年的63篇增长到了2020年的596篇，而期刊论文的出版数量增长了9.46倍。这表明越来越多的论文开始关注气候变化对山地森林的影响，相关研究发展迅速。

图1 2000—2020年研究山地森林对气候变化影响的论文数量及其比例

同时以“气候变化”为关键词检索了2000—2020年有关气候变化的论文数量，并分析了山地森林对气候变化响应研究在气候变化相关研究论文中所占的比例和年际变化（图1）。结果表明在过去20年中，山地森林对气候变化的响应研究始终只占气候变化研究中的一小部分（小于2.50%）而且近年来研究比例没有明显的增加。因期刊论文是此类研究论文的主体，保留了6 024篇期刊论文进行后续研究。

2.2 主要期刊及主要领域

如表1所示，在检索范围内，刊发山地森林对气候变化响应研究的期刊数量庞大，共有778个。前20种期刊中，发表论文数最多的期刊发表论文数占总论文数的31.73%。20年内发表在森林生态与管理（Forestecologyandmanagement）期刊上的该领域论文最多，其次是森林（Forests）。前20种期刊影响因子最高的是发表论文数排名第三的全球变化生物学（Global change biology）（8.502），前20种期刊的平均影响因子为3.696。排名前20种期刊中有4种期刊与古地理学有关，此外包含了一些生态、水文、土壤和生物学学方面的期刊。

表1 2000—2020年发表山地森林对气候变化响应论文最多的期刊

依据最新期刊引证报告（Journal Citation Reports，JCRs）中的学科分类，近20年山地森林对气候变化的响应研究涵盖了65个学科领域，包含了水资源、大气、生态等自然科学的多个分支学科。发表论文所占比例前10位的学科类别分别是生态学（ecology，1 760篇）、环境科学（environmental sciences，1 353 篇）、林业（forestry，1 280篇）、地质与其它学科（geosciences multidisciplinary，1047篇）、地理物理学（geography,physical,986）、植物学（plant sciences，656 篇）、生物多样性与保护（biodiversity conservation，509篇）、气象学与大气科学（meteorology atmospheric sciences，350篇）、水资源（water resources，320篇）及多学科科学（multidisciplinary Sciences，287篇）。研究主要集中在生态学、林学和地质学方面。2000年以后各学科关于山地森林对气候变化的响应研究都大幅增加，尤其是排名第一的生态学。地质多学科及地理物理学方面的论文增长幅度低于其它几类学科，研究从多学科的结合逐渐转移到偏自然生态的专业方向。

2.3 高产国家和机构

在搜索的期刊论文中，作者和机构所在地理位置基本一致。共有121个国家发表过相关论文。发表论文较多的五个国家是美国（2 487篇）、中国（978篇）、德国（696篇）、加拿大（580篇）、西班牙（504篇），其次是英国（404篇）、瑞士（369篇）、法国（365篇）。研究山地森林对气候变化响应的国家主要集中在北美，而南美洲、非洲、除中国外的亚洲国家发表的论文数量较少，澳大利亚的研究主要集中在澳洲的东南部。从目前看来，研究山地森林与气候变化的作者主要集中在拥有较多科研机构的发达国家。

近20年发表了山地森林对气候变化响应的论文的研究机构共有4 755所。发表论文数量最多的20所机构中，中国科学院排首位，发表的论文数量占总论文数数的12%以上，同时也是中国发表论文最多的机构，详见表2。发表论文数量最多的机构中，美国的科研机构及大学占到了14所，其中美国林务局发表的论文最多。

表2 2000—2020年发表论文最多的20所研究机构

2.4 合作关系

统计所有论文的地址信息，得到2000—2020年发表符合条件论文的前20位国家的合作关系，如图2所示。合作发表的论文要多于独立发表的论文数。发表论文最多的国家是美国，论文数量占全部论文的41%左右，其中只有1 231篇文章是由美国独立研究发表的，其余835篇是与其他国家一起合作发表的。与美国合作发表论文最多的国家有9个，合作最多的是中国，其次是德国、加拿大。美国之后中国、德国、加拿大独立发表的论文数量也比较可观，占总比例的35%左右。英国、德国、瑞士与其他国家的合作也比较紧密。

研究机构之间的合作远少于国家之间的合作，且多存在于本国的研究机构。由单个研究机构独立完成的论文一共有1 687篇，其中发表论文最多的前20所机构独立发表的论文有348篇。单独发表论文最多的机构是中国科学院，远高于其他研究机构。美国的科研机构如美国林务局与俄勒冈州立大学，美国农业部与爱达荷大学，美国地质调查局与科罗拉多州立大学之间的合作也比较紧密。

图2 国家间的合作

2.5 关注热点

关键词是作者对论文的研究内容和方向的总结，探讨近年来研究所关注的热点问题和未来趋势。首先合并一些重复的关键词，如气候、气候变化被归为气候，花粉和花粉分析归为花粉等，然后统计关键词每五年的变化趋势（表3）。

表3 2000—2020年研究热点的变化

山区气候变化明显强于周围低地，19世纪50年代后欧洲阿尔卑斯山脉温度增加程度比全球高两倍[26]。近50年来我国天山冬季增温达到0.51℃/10 a[27]，祁连山地区极端气温和降水事件明显增加[28]。因此在国内外，山地森林对气候变化的响应研究中气候变化一直是研究中最主要的热点。

森林火灾对山地森林的影响一直是气候变化中对山地森林影响中重点关注的问题之一，且关注度在持续增加。植被、花粉也是关注的热点问题之一。全新世气候变化对山地森林的影响近年来受到的关注逐渐减弱。研究干扰、温度、海拔等因素对山地森林的影响的论文越来越多，同时有关病虫害、人类影响、森林管理、降水等因素的影响的研究也一直被关注。而山地森林对气候变化的响应多关注在孢粉变化、生物多样性、林线动态等方面，并立足于山地森林的保护。运用较多的方法主要有树木年轮学、生物地理学。

2.6 未来方向

用2015—2020年的论文数目除以2000—2004年的论文数，得到了各个关键词论文数量的增长率并分析了20年间山地森林对气候变化的响应热点增长速度超过10倍。

未来关注的热点主要是山地森林的气候变化规律。山地森林气候变化主要表现在两个方面，一是气象因子均值的变化，另一种是极端气候的发生，后者较难测量[29]。对于山地森林来说，均值变化主要考虑温度的升高。温度升高在山区容易被放大[30]，是影响山地森林生产力[31]、林线位置及格局[32-34]、森林物候变化[35]等的主要因子。而对极端气候的变化关注度也在增加。极端气候能影响山地森林碳储存的总量和能力[36]，甚至导致山地森林景观向更适宜高温生长的景观转化[3]，可能给原本在山顶的植物带来灾难性的灭绝[37]。

关注度增加的地区主要有安第斯山脉、青藏高原、比利牛斯山脉，非洲；较为关注的物种集中在高纬度高海拔的森林，有美国黑松、欧洲云杉等。温度增加的速率会随着海拔的升高而加大，高山生态系统比低海拔环境更容易受到环境变化的影响，极端气候的增加也高于其他海拔地区[1,28,38]，成为最先记录气候变化的生态系统之一[39-40]。但是相关研究（如海拔＞4 000m的地区）还是比较匮乏[41-42]。因此，未来高海拔高纬度区域的山地森林将会成为研究的重要部分。

气候变化背景下，关注其他影响山地森林变化的因素主要有自然因素和人为因素两种。自然因素的关注点主要在自然灾害，比如火灾或者病虫害对山地森林碳储量的影响[43-44]。人类活动对山地森林的影响，主要考虑森林管理和土地利用[45]。

研究方法方面，由于山地森林所处环境复杂，多采用实地采样和控制实验来研究，但考虑到部分山区环境的不可达到性和山区环境对气候变化响应的滞后性[9,46]，同时为了提高研究的尺度和可信度，遥感和模型的方法也逐渐引入到山地森林对气候变化响应的研究中[47-49]。此外系统地理学、景观生态学也是未来山地森林对气候变化响应研究中较为关注的研究方法。

3 结论

2000—2020年一共检索到6 364篇山地森林对气候变化响应的相关论文，涵盖了778种期刊，65种学科分类。发表相关论文的国家共有121个，机构共有4 755所。

2000—2020年山地森林对气候变化响应研究的论文数量增长迅速，但论文在气候变化研究中的比例却没有明显变化。相关研究发表的论文研究方向主要有生态学、环境科学、林业学，发表的期刊影响因子还需要进一步提高。研究的国际间合作尤其是机构间的合作显著增加。

美国在发表论文的数量和相关科研机构的数量上占绝对优势，我国发表的论文数量紧次其后。以第一作者或通讯作者发表论文最多的学者中，中国科学院的作者占据第一位，同时中国科学院是发表相关论文最多的研究机构。说明我国尤其是中国科学院在山地森林对气候变化响应研究中起着举足轻重的作用。但我国在与除美国之外的国际合作方面仍需加强。

未来山地森林对气候变化的研究中，气温变暖、极端气候对山地森林的影响是主要的关注点。而研究区域将会向高纬度高海拔区域转移，研究方向转向遥感、模型等多手段结合的方法。