1998～2018年关于小流域研究的文献计量学分析

周 晓 雯，吕 婕 梅，安 艳 玲，高 亮，吴 振 宇

(1.贵州大学 喀斯特环境与地质灾害防治重点实验室，贵州 贵阳 550025； 2.贵州理工学院 资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550002； 3.信开水环境投资有限公司，北京 100085)

小流域是指二、三级支流以下，以分水岭和下游河道出口断面为界，集水面积在50 km2以下的相对独立和封闭的自然汇水区域[1]，常作为各项研究的基本单元[2-4]。小流域的水土资源对地方社会经济的发展起着重要作用，但是目前由于人类不合理的开发利用等人为原因和自然原因，小流域承受着越来越大的生态压力，水源枯竭、水体污染等事件层出不穷，河流断流、湿地萎缩、地下水超采等现象也在多地发生[6-7]。

文献计量学是运用数理统计方法对所有知识载体进行定量分析的交叉学科。它是识别某一领域发展的常用方法。最早的文献计量学始于20世纪初，1917年，Cole和Eales分别通过文献引文研究比较了解剖学文献的发展[8]。1969年，英国著名科学家Allen Richard首次提出“文献计量学”一词，这个术语的出现意味着文献计量学的正式诞生[8]。文献计量学可以使学者通过分析引文、共引、地理分布和词频的途径来研究特定的领域，得出有价值的结论。当前，文献计量学在多个科学领域中开始发挥作用，力图揭示各领域的研究焦点、研究主题以及考察研究主题发展的历史脉络和演化态势，展现领域的科学前沿，并在土壤修复[9]、农业应用[10]、水体污染[11]、降水稳定同位素[12]等不同领域取得了一定的研究成果。

然而，采取文献计量的方法从生态环境领域对小流域研究现状进行统计分析的文献并不多见，因此本文基于Web of Science和中国知网(CNKI)数据库，用图文结合的形式，对已收集文献的高频关键词进行总结，选择共词分析法和聚类分析法对高频关键词进一步分析。从新的角度直观地展现小流域目前的研究热点及将来的发展脉络，期望为国内学者的研究工作提供科学参考，使他们能迅速把握研究方向。

1 数据来源与研究方法

英文文献的数据源为Web of Science数据库的核心文集，检索主题则输入“small catchment”，时间跨度设为1998～2018年，并在最后的检索结果中再次挑选出与生态环境有关的文献，共得到9 340篇英文文献。国内的文献来源于中国知网(CNKI)的期刊数据库，以“小流域”为主题，限定搜索年份为1998～2018年，检索全部期刊(包括核心期刊、CSSCI、CSSCD)，剔除标题和作者雷同等重复文献，并且限制在生态环境领域，共检测出9 186篇结果。

将符合相应要求的9 340篇国外文献和9 186篇国内文献导入Bibexcel软件，进行高频关键词统计，再把其中含义相近和词形重叠的关键词进行合并，根据经验确定高频关键词的界限，最终挑选出词频大于142的英文关键词共45个，中文文献中词频大于50的关键词有60个。使用Bibexcel软件分别统计中英文高频关键词两两之间在论文中同时出现的次数，并形成相应的共词矩阵，接着通过Ucient软件把中英文共词矩阵保存为“##h”文件，再导入Netdraw软件，分别生成国内外高频关键词共现关系图，最后将两个共词矩阵导入SPSS软件进行系统聚类分析。

2 结果分析

2.1 相关论文发文统计

从Web of Science核心文集中搜索出的以“small catchment”为主题的英文文献每年发布数量如图1所示。图1显示：随着年份的增加，发文量逐年上升，2012年出现小高峰，2016年达到高峰(686篇)，在2016年以后文献增长速度逐渐放缓。

图1 国外有关“小流域”在生态环境领域的论文各年份发文量Fig.1 Number of foreign papers about small catchment in ecological environment in each year

图2为国内有关“小流域”在生态环境领域的论文各年份发文量。从图2可知：在中国知网(CNKI)数据库中，以“小流域”为主题的中文文献数量可以分为两个阶段。第一阶段是1998～2009年，整体呈上升趋势，在2006年之前，文章数量增长速度较慢，但是在2006年之后，发文量迅速上升，并在2009年达到高峰(569篇)；第二阶段是2010～2018年，虽然个别年份有所回落，但每年的发文量都在500篇左右，波动较小，趋于平稳。

图2 国内有关“小流域”在生态环境领域的论文各年份发文量Fig.2 Number of domestic papers about small catchment in ecological environment in each year

从图1和图2可见：国外和国内的小流域研究目前都已经进入成熟阶段，国内则更早地展开对小流域相关方面的研究，国外从2012年开始进入暴发状态，小流域的发文量逐年稳步提升，研究热情持续升温中。

2.2 高频关键词分析

关键词是对全文内容的高度精炼，表明文献主题，对信息检索起到很大帮助[13]，而通过高频关键词分析更能揭示出最新的研究趋势及热点[14]。分别提取在Web of Science数据库中检索到的符合主题的英文文献，与中国知网(CNKI)期刊全文数据库中检索到相应中文文献的高频关键词，结果如表1和表2所示。

从表1可以发现出现最多的关键词是CATCHMENT(流域)，其次是 CLIMATE-CHANGE(气候变化)、SOIL-EROSION(土壤侵蚀)、runoff(径流)、MODELS(模型)等，说明国外现在主要运用模型来探究小流域径流对气候变化的影响及其小流域土壤侵蚀的情况。

根据表2可以看出：国内学者在探索相关研究领域中，小流域是核心，出现频次最高；次核心关键词为综合治理、水土保持、水土流失，生态建设。由于表中数据较多，本研究按照从高到低排列，只选取了排在前15位的关键词。由此可以看出国内更侧重研究小流域的水土流失情况，并寻求水土保持的综合治理措施，探讨如何对小流域进行生态建设。

从表1和表2可以看出：国内外针对小流域的研究多集中在水土资源上，这与当今世界各地小流域水土流失严重情况紧密相关，其中小流域的气候变化也是国外学者们的研究重点。

表1 国外出现频次排在前15位的高频关键词

表2 国内出现频次排在前15位的高频关键词

2.3 高频关键词共词分析

通过以上统计关键词的频次，还不能完全反映它们的内在关系，要想进一步了解关键词之间的联系，需要采用共词分析法。该方法统计关键词两两之间在同一篇文献共现的次数，如果一组关键词在众多的文献中出现次数多，则反映出它们之间关系紧密[15]。在可视化图中，节点代表关键词，某个节点越大，说明该关键词与其他词同时出现的次数越多，且在关系网络中的位置就越中心[16]；节点间的连线表示两词同时出现的情况，线条越粗表明这两词之间同时出现的次数越多[17]。节点小的，或者与节点连线较细的并不代表它的研究次数少，只能说明它与图中的其他关键词同时出现的次数少[18]。

由图3可以看出除了共现可视化图边缘的节点比较小之外，在中间部分的CLIMATE-CHANGE(气候变化)、CATCHMENT(流域)、SOIL-EROSION(土壤侵蚀)、RIVERS(河)、IMPACT(影响)、WATER-QUALITY(水质)等多个词所代表的节点大小相近，并且关键词之间关系紧密，说明共现次数多，还在一定程度上说明了国外的研究方向比较多样。

图3 国外高频关键词共现可视化图Fig.3 The co-occurance netview of key words in foreign papers

由图4可以直观地看出，处于交错复杂的网络图中心位置同时也是节点最大的中文关键词分别为小流域、综合治理、水土保持、水土流失，说明这些关键词与其他词共现的次数多，再结合频次统计分析，一定程度上可以把这些关键词视为国内研究的热点方向。其中综合治理和水土保持之间的连线也是最粗的，说明以它们同时作为研究内容的文献最多，两词在该领域内的关系比较紧密。

图4 国内高频关键词共现可视化图Fig.4 The co-occurance netview of key words in domestic papers

2.4 高频关键词聚类分析

聚类分析法通过选定的方法重新计算关键词之间的距离，聚集距离较近的关键词，形成相对独立的类团，使得类团内属性相似性最大，类团间属性相似性最小[19]。在事物类别未知，甚至连分类数量都不能确定的情况下，使用聚类分析法可以进行大体分类[20]。

通过SPSS软件分别打开45×45的英文共词矩阵和60×60的中文共词矩阵，经过设置，最后导出树状图(见图5～6)。通过对图5和图6的分析整理，分别对英文高频词与中文高频词划分为5个和6个集群，划分结果分别见表3和表4。

图5 国外英文关键词聚类分析树状图Fig.5 Tree diagram of hierarchical cluster analysis of key words in foreign papers

图6 国内中文关键词聚类分析树状图Fig 6 Tree diagram of hierarchical cluster analysis of key words in domestic paper

表3 有关小流域研究的高频英文关键词集群划分

从国外小流域研究的高频关键词聚类分析(见表3)可以看出：集群1的关键词为：nitrogen(氮)、phosphorus(磷)、stream(溪流)、RIVERS(河)、LAND-USE(土地利用)、WATER-QUALITY(水质)、SEDIMENTS(沉积物)、CATCHMENT(流域)，其中氮、磷是影响水体质量的环境因素，因此集群1主要是分析小流域的水质。集群2的关键词为UNCERTAINTY(不确定性)、CALIBRATION(校准)、SIMULATION(仿真)，多跟模型有关，所以国外常采用水文模型的手段进一步对水质进行评估。集群3注重于研究气候变化对径流的影响，涉及到降雨量等因素。集群4则是把径流及其沉积物对土地利用类型变化的响应作为研究内容。集群5涉及内容较多，很多学者从事UNITED-STATES(美国)所属小流域的SURFACE-WATERS(地表水)及groundwater(地下水)的研究，另外，对VEGETATION(植物)-SOIL(土壤)-WATER(水)的跨尺度研究也是热点。

对比国内，从表4可以看出：集群1研究的是对小流域采用综合治理手段进行水土保持，表明这也是该领域的研究热点；集群2涉及小流域的内容更丰富，更具体，有一些小流域的特定研究区域，比如三峡库区、喀斯特地区、山西省等，是国内学者主要研究对象，这个部分的研究内容还包含小流域的生态环境；集群3侧重于研究水土流失各个方面的问题；集群4就是针对小流域周围的土地现状进行研究，常结合GIS软件，分析土地利用、土壤侵蚀、空间结构等情况；集群5主要是围绕防治水土流失的具体办法展开的，包含具体工程和监督立法；集群6说明国内对小流域的水土保持研究重点集中在工程建设方面。

表4 有关小流域研究的高频中文关键词集群划分

综合来看，国内外关于小流域方面的研究方向有一定的相似之处，都有较多关于小流域土壤侵蚀的研究，有差别的方面在于：国外更偏向小流域水体质量、气候变化、土地利用等理论方面的研究，国内关于小流域生态工程建设的研究比较热门。

3 结 论

(1) 国外从2012年开始进入对小流域研究的暴发期，而国内大概分为波动增长和稳定两个阶段。总体来讲，不论是国内还是国外，近年来文献数量都出现了小高峰，说明小流域研究在国内外逐渐受到重视。

(2) 国外小流域研究出现频次在前4位的关键词为CATCHMENT(流域)、CLIMATE-CHANGE(气候变化)、SOIL-EROSION(土壤侵蚀)、runoff(径流)；国内前5位高频关键词为小流域、综合治理、水土保持、水土流失，这反映国外对小流域的研究更侧重于探究气候变化对小流域的影响，而国内的关注点更多地放在了对小流域水土流失的综合治理。

(3) 根据国外高频关键词共现可视化图可以看出，位于中心的英文关键词所代表的节点大小相近，表明国外的研究方向多样。小流域、综合治理、水土保持、水土流失等中文关键词则节点突出，说明它们比其他词共现次数多，在一定程度上可视为国内当前的研究热点。

(4) 从高频关键词聚类分析结果来看，国外更重视小流域的水质及气候变化对小流域生态系统的影响等理论方面的研究，国内着重于小流域生态综合治理和工程建设，应用性更强。

综上所述，国内外对小流域的研究方向存在差异，国外侧重对小流域生态环境影响因素的研究。因此，国内在提高小流域水土保持能力的同时还要借鉴国外研究，找出小流域生态环境破坏的原因，为解决实质性问题提供源头上的科学依据；另外由于文献计量学分析存在一定的局限性，所以一些暂时低频的关键词也不能忽视，它们可能也是未来研究的热点。