海洋生态修复研究进展与热点分析

俞炜炜，马志远，张爱梅，胡文佳，陈光程, 3，刘云鹏，陈 彬, 3*

(1.自然资源部第三海洋研究所, 福建 厦门 361005; 2.福建省海洋生态保护与修复重点实验室，福建 厦门 361005;3.自然资源部北部湾滨海湿地生态系统野外科学观测研究站，广西 北海 536015)

海洋约占地球表面积的71%，为人类提供丰富多样的资源、产品和服务[1-3]，是人类社会和经济可持续发展的重要基础。然而，沿海地区人口的急剧增长和社会经济的快速发展，高密集、高强度的人类开发活动不断向海洋施加压力，海洋生态系统正以前所未有的速度退化[4-5]，海洋生态系统所提供的产品和服务也随之日益衰退[6]。海洋生态系统退化是世界沿海各国普遍面临的问题，海洋生态修复作为遏制海洋生态系统退化的重要途径，是当前全球海洋学和生态学研究领域的热点[7]，已受到全球越来越多学者的关注。

梳理总结前人的科研工作是跟踪学科发展态势的重要途径，对于厘清学科领域的发展过程、把握发展方向、洞悉未来研究热点等都具有重要意义。随着海洋生态修复工作日益受到世界沿海各国的重视，国内外陆续有学者对海洋生态修复领域的研究进展进行了总结。例如，Bayraktarov等(2016)回顾和评估了珊瑚礁、海草、红树林、盐沼和牡蛎礁等类型生态修复项目的成本、恢复生物体的存活率、项目持续时间、规模、修复技术等[8]。王丽荣等(2018)总结了红树林、珊瑚礁和海草床生态修复的研究内容、方法和存在问题，并提出海洋生态系统修复的模式和措施[9]。陈彬等(2019)从生态退化诊断、修复目标、修复措施、修复监测、修复成效评估等关键问题对滨海湿地生态修复进行了总结和探讨[10]。Lester等(2020)在综述2015—2019年海草床、盐沼和红树林相关文献的基础上，总结了不同空间尺度海洋生态系统修复选址或空间规划的原则[3]。Bayraktarov等(2020)通过文献分析，总结了科学家开展海洋生态修复研究的驱动力和目的[11]。

随着科学计量学和信息计量学技术的迅速发展，文献综述研究的定量化和可视化得到快速发展。知识图谱是近几年兴起的文献分析手段，具有处理文献量大、直观可视化、分析角度多样、数据分析结果可信度高等优势，弥补了传统文献综述研究的不足[12]。其中，VOSviewer是常用的知识图谱软件之一，近年逐步应用于生态环境保护和修复领域。例如，高云峰等(2018)采用VOSviewer软件定量分析了中国矿山生态环境修复工作的热点、研究前沿、研究进展等[12]。Liu等(2020)采用VOSviewer软件分析了全球流域磷研究的现状和趋势[13]。目前，知识图谱在海洋生态修复研究领域的总结中运用还较少。本研究以科学引文索引(Science Citation Index Expanded， SCIE)数据库为数据来源，基于文献计量统计分析，结合VOSviewer软件，对国际上海洋生态修复领域的文献进行统计和可视化分析，梳理该领域的发展趋势、研究热点、未来方向等，以期为海洋生态修复领域的相关研究提供一定的参考依据。

1 研究方法

1.1 数据来源

本研究数据来源于美国科学信息研究所(Institute for Scientific Information， ISI)的Web of Science核心合集的SCIE数据库。在SCIE数据库中，以“coastal restoration”或“coastal rehabilitation”或“marine restoration”或“marine rehabilitation”或“ocean restoration”或“ocean rehabilitation”主题为检索项，以文章为检索类型，以1980—2019年为检索时间进行检索。共检索获得6 947篇文献数据，将其全纪录和参考文献导出，作为本研究的基础数据。

1.2 数据处理

以检索获得的6 947篇文献为数据基础，利用Origin 2018软件，统计分析不同年份的文献发文数量，并采用线性回归方法拟合文献发文数量的增长曲线；根据文献的年发文数量，采用层次聚类分析法(Hierarchical Cluster Analysis， HCA)进行海洋生态修复研究发展阶段划分。利用VOSviewer(Version 1.6.15 版本)中的聚类算法对发文国家、高频关键词进行共现分析，构建共现网络和科学知识图谱的可视化。在此基础上，采用文献综述方法分析海洋生态修复的研究热点及发展趋势。

2 海洋生态修复研究发展特征

2.1 学科分类

根据Web of Science的学科分类，近40年间，海洋生态修复研究涉及的学科有184个，其中发文数量超过300篇的有11个学科，以环境科学、生态学、海洋及淡水生物学占绝对优势(表1)。出版海洋生态修复相关文章的期刊共有1 327个，其中发文数量大于70篇的有13个，占总发文数量的25.72%，JournalofCoastalResearch、RestorationEcology、EcologicalEngineering和Estuarine，CoastalandShelfScience的发文数量较高(表2)。

表1 发文数量超过300篇的所涉学科统计

表2 发文数量超过70篇的期刊信息统计

2.2 发文数量及增长特征

近40年来，海洋生态修复领域的文献发表数量明显呈逐年上升的趋势，如图1所示。在2000年出现明显的转斩点，2000年以前发文数量较少、且年增长速度较慢，而2000年以后每年发文数量快速的直线增长(R2=0.92、p<0.001)，年均增长率达31.15%(图1)，这与生态修复项目数量的增长趋势总体一致[14-15]，与海洋经济发展存在一定的关联[15]。通过年发文数量HCA聚类分析，每个阶段持续时间约以10 a计，大致将海洋生态修复研究发展分为4个阶段(图2)：第Ⅰ阶段(1995年之前)为萌芽阶段，年发文数量少于50篇，年均发文数量为15篇，合计发文数量占比为2.53%；第Ⅱ阶段(1996—2004年)为孕育阶段，年发文数量在50～200篇之间，年均发文数量为103篇，合计发文数量占比为13.29%；第Ⅲ阶段(2005—2012年)为发展阶段，年发文数量为200～400篇之间，年均发文数量为256篇，合计发文数量占比为29.48%；第Ⅳ阶段(2013年之后)为深化发展阶段，年发文数量大于400篇，年均发文数量为543篇，合计发文数量占比为54.70%。

图2 海洋生态修复研究发展阶段Fig. 2 Development stages of the marine ecological restoration research

2.3 发文国家及国际合作

发表海洋生态修复相关文章所涉及的国家共有131个，以北美洲、大洋洲、欧洲国家居多，其中美国占领先地位，发文数量占比高达48.01%。根据每个国家的发文数量占比，可将其分为4个梯队：发文数量占比≥10%，包括美国(48.01%)；发文数量占比≥5%且<10%，包括澳大利亚(8.42%)、中国(7.53%)、英国(5.72%)和加拿大(5.34%)；发文数量占比≥3%且<5%，包括法国(4.69%)、西班牙(4.42%)、意大利(3.94%)、荷兰(3.70%)和德国(3.34%)；发文数量占比<3%，包括日本、新西兰、南非等在内的121个国家。根据国际合作网络分析，美国在海洋生态修复领域的国际合作中占有主导地位，包括与英国、澳大利亚、中国、西班牙等国家进行合作研究；与中国合作最为密切的是美国，其次是澳大利亚。

2.4 研究热点

高频关键词反映该研究领域热点主题和发展方向。根据VOSviewer对关键词出现频率统计，1980—2019年海洋生态修复研究的高频关键词依次包括恢复、管理、多样性、保护、生长、影响、生态系统、植被、气候变化、湿地、群落、动态、生境、盐沼、格局、种群、沉积物、修复、河口、盐度、氮、生态系统服务等。对出现频率>30的关键词(共有307个)进行共现分析(图3)，根据关键词共现关系的聚类，近40年来海洋生态修复领域的研究热点可归纳为以下4个主题：①植被恢复研究。主要关键词包括多样性、生长、植被、干扰、竞争、入侵物种、演替等，该主题覆盖海岸植被[16]、海岛植被[17]、盐沼植被[18-20]、红树林[21]、藻类[22]等植被类型的恢复，关注修复技术、生态系统演替、生态修复效果(如植被生长、生物多样性[23]、沉积物组分[23])等的研究；②海洋生物种群恢复研究。主要关键词包括保护、格局、种群、补充、人工礁、牡蛎、繁殖等，该主题以牡蛎礁[24]、人工鱼礁[25-26]、河口鱼类栖息地[25,27]等修复研究居多，重点关注渔业资源种群和多样性的恢复[24,28]；③滨海湿地修复与生物地球化学研究。主要关键词包括湿地、滨海湿地、盐沼、河口、模型、营养盐、氮、沉积物、蓝碳等，该主题以盐沼、红树林等滨海湿地[29]为主要对象，关注湿地修复的碳、氮等生物地球化学研究[30-32]；④气候变化与生态系统管理研究。主要关键词包括管理、生态系统服务、影响、气候变化、弹性等，该主题涉及了适应性管理[21]、气候变化[33]、生态系统服务[34-35]等内容的研究，关注气候变化对海洋生态修复的影响[36]、海洋生态修复提升适应气候变化的能力[37]、海洋生态系统服务功能的提升等。这几个主题不是独立的，各主题之间存在密切的交叉。总的来看，当前海洋生态修复研究仍聚焦于滨海湿地的生态修复，包括盐沼、滩涂、河口、红树林等湿地类型，重点关注湿地地形、湿地植被、湿地生物地球化学等生态系统结构研究。随着研究的不断深入，基于自然-社会生态系统角度，围绕气候变化与生态系统管理的海洋生态修复研究愈来愈多。

图3 1980—2019年海洋生态修复研究的主要关键词及其共现关系Fig. 3 Main keywords and their co-occurrence in the marine ecological restoration research in 1980-2019蓝色为植被恢复研究，红色为海洋生物种群恢复研究，绿色为滨海湿地修复与生物地球化学研究，黄色为气候变化与生态系统管理研究；字号和圆圈大小表示关键词共现强度的强弱。

图4 海洋生态修复研究不同阶段主要关键词及其共现关系Fig. 4 Main keywords and their co-occurrence in different development stages of the marine restoration research字号和圆圈大小表示关键词共现强度的强弱。

2.5 研究热点趋势

在海洋生态修复研究发展不同阶段的高频关键词的共现分析中，由于1980—1995年和1996—2004年两个阶段的发文数量较少，故将这两个阶段合并分析。根据各阶段的高频关键词和突现关键词(图4)，各阶段海洋生态修复研究领域特点大体为：1980—2004年期间[图4(a)]，生长、盐沼、植被、生物多样性、管理等关键词高频出现，该阶段的研究主要聚焦于盐沼、红树林等湿地植被和生物多样性的修复；2005—2012年期间[图4(b)]，水、水质、底质、营养盐、影响、气候变化、生态系统、干扰、恢复、保护等关键词逐渐突显，该阶段海洋生态修复的研究逐渐关注生境(如水环境、底质)、气候变化、生态系统管理(如生态系统、干扰、保护)等；2013—2019年期间[图4(c)]，海岸、海岸湿地、侵蚀、海平面上升、红树林、弹性、响应、生态系统服务等关键词逐渐突显，同时气候变化、影响等关键词出现频率急剧增加，气候变化和生态系统管理仍是该阶段研究的热点，海岸侵蚀、红树林修复、生态系统服务功能提升等方面的研究日益增多。

总的来看，海洋生态修复研究领域热点的发展趋势总体呈现出以下特点：

①逐渐关注应对气候变化的海洋生态修复。气候变化是全球面临的共同挑战，气候变化导致海水升温、海平面上升、海洋酸化等，加剧了海岸侵蚀、洪涝、风暴潮等灾害[38]，对珊瑚礁、红树林、海草床等典型滨海湿地也造成破坏和威胁[39-40]。应对气候变化带来的海岸侵蚀、洪涝等灾害，以自然为基础的沿海防护已越来越受到重视[41-42]，以盐沼、红树林、海草、海藻床、珊瑚、牡蛎礁等典型滨海湿地[41]及生态海岸线[37,43]为基础的自然的和基于自然的基础设施(Natural and Nature-Based Infrastructure， NNBI)研究和实践日益成为热点[37]。此外，由于红树林、海草床等滨海湿地具有巨大的固碳能力，恢复和提升滨海湿地固碳能力也成为减缓和适应气候变化的重要途径之一[44-45]，滨海湿地碳储量估算[46]、固碳过程机制及影响因素[47-49]等相关研究也日益增多。

②逐渐重视生态系统的自我恢复潜力，自然恢复途径逐步受到关注。越来越多的学者关注生态自组织及生态系统的弹性[50]。当自我恢复潜力较高时，自然恢复被认为是最具成本效益的途径[51]，许多研究验证了采取各种削减压力的自然恢复途径的有效性[52-53]，如污染控制[52]、季节性休渔[53]等。例如，Lefecheck等(2018)研究表明，通过实施30 a的营养盐有效管理的环境政策，成功恢复了美国切萨皮克湾水生植被[52]。Duarte等(2020)指出，若各种主要压力(包括气候变化)得到缓解，到2050年全球海洋生物的数量、结构和功能可以实现实质性的恢复[54]。

③逐渐重视海洋生态修复的社会因素，生态系统服务功能日益得到关注。海洋生态修复不仅需要考虑生态因素，可持续性的生态修复需要考虑生态、社会、经济和管治等多方面的因素[55-56]，社会参与在海洋生态修复中的重要作用已成为普遍的共识[51,57]。与此同时，越来越多学者建议将作为人与自然纽带的生态系统服务纳入海洋生态修复[3,34-35]，如生态修复优先决策[3,57]、生态修复目标和成效评估[34,58]等。

3 结论与展望

近40年来，海洋生态修复领域的研究不断发展，海洋生态修复研究的发文数量急剧增加。随着《2021—2030联合国生态系统恢复十年》决议[59]和《生物多样性公约》“2020年后全球生物多样性框架预稿”[60]的提出，以及我国海洋生态文明建设和海洋强国战略的持续深化，包括《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划(2021—2035年)》[61]、《红树林保护修复专项行动计划(2020—2025年)》[62]等海洋生态修复规划和计划的逐步实施，我国海洋生态修复研究将进入一个更加注重系统性、整体性和创新性发展阶段。围绕全球海洋生态修复研究热点和趋势，结合我国海洋生态修复的探索实践，在未来一段时期内，建议我国海洋生态修复领域加强以下研究：

(1)应对气候变化的海洋生态修复。为缓解和适应气候变化带来的海岸侵蚀、洪涝、风暴潮等自然灾害，红树林、盐沼、海草等自然生境及生态海岸线等的沿海防护作用日益受到重视，急需加强红树林、盐沼等具有海岸防护作用的生境修复技术、生态减灾功能量化评估等研究。与此同时，随着蓝碳生态系统在减缓和适应气候变化的作用日益受到关注，还应加强蓝碳生态系统调查、固碳机制机理、碳储量估算、增汇途径等研究。

(2)不同空间尺度海洋生态修复规划技术。随着国际、国家海洋生态修复相关规划和计划的推进，海洋生态修复已由单一物种、小尺度转向区域性大尺度的、综合性、系统性的修复，需要加强不同空间尺度海洋生态修复规划涉及的生境制图和生态分区[63]、生态修复目标制定、生态修复优先决策[3,64-65]、综合系统修复途径与措施等关键技术的研究。

(3)海洋生态系统退化机理与修复关键技术。当前，我国海洋生态修复普遍强调环境因素改善、单一物种恢复技术等[13]，缺乏对海洋生态系统退化内在机理的理解和认识，导致海洋生态修复所采取措施的针对性不强，成效不佳。因此，急需加强退化海洋生态系统和群落的演替规律、生物和环境因子相互作用机理等基础理论研究。在此基础上，研发和创新针对性强的海洋生态保护修复的关键技术，如红树林、海草、盐沼等蓝碳生态系统功能恢复和提升技术、珊瑚有性繁殖和珊瑚礁生态系统功能恢复技术等，探讨基于生态系统弹性的海洋生态系统自我恢复途径。

(4)海洋生态修复的适应性管理。由于海洋生态系统的复杂性、海洋生态修复理论和技术尚不成熟，海洋生态修复存在较强的不确定性，适应性管理在海洋生态修复中的作用日益受到重视，探索适应新认识和信息的提高管理的系统过程。适应性管理强调需要考虑风险和不确定性因素，整合自然系统和社会系统以管理海洋生态修复的全过程[66]。因此，需加强适应性管理框架和参与机制、基于全过程的海洋生态修复监测评估、海洋生态系统恢复过程与规律、海洋生态系统服务功能恢复的定量评估和预测模型等方面研究。