生态足迹研究的时空分布与演进分析

郭金玲，王宁,2,3*

(1.北京信息科技大学经济管理学院，北京 100192; 2.绿色发展大数据决策北京市重点实验室，北京 100192; 3.北京市知识管理研究基地，北京 100192)

在全球范围内，人类活动不断对生态系统施加压力，资源能源约束、气候变化等日益加剧，威胁到人类社会可持续发展。世界自然基金会(World Wide Fund for nature，WWF)发布《地球生命力报告2018》[1]指出，过去50年里经济发展推动生态足迹增加了约190%，生态足迹增长速度已远远超出地球的可再生能力。在中国，人们消耗着自身生物承载力2.2倍的资源，经济发展特别是城镇化进程导致生态足迹的加速攀升，生态赤字正带来一系列生态环境问题，将直接影响国家和民族的可持续发展进程。

20世纪90年代初，加拿大生态经济学家William E Rees提出生态足迹概念，其意义在于探讨人类在依赖自然资源满足自身发展的同时如何维持生态系统的可持续性。生态足迹思想将生态经济过程转化为生态生产性空间的供需平衡问题，使学者和管理者可以更加宏观地审视生态安全问题[2]。经过20多年发展，学者对生态足迹研究不断深入且形成不同的研究方向。实证研究方面，Zambrano-Monserrate等[3]分析比较了158个国家的生态足迹空间关联性以及它们的决定因素；温飞等[4]采用改进三维生态足迹法核算渭河干流甘肃段2009—2019年生态足迹和承载力，研究社会经济活动对流域生态环境的影响。随着生态足迹研究的不断深入，衍生出水足迹、碳足迹、能源生态足迹、旅游生态足迹等足迹家族的相关内容[5]。

系统总结国内外生态足迹研究现状及对比热点演变有助于把握发展方向。已有的关于生态足迹文献综述研究数量并不多，且多为文字主导型文献综述[6-7]，也有借助Citespace对比了国内外生态足迹研究现状[8]，但总体上可视化分析、热点及演进趋势分析不足。因此，现借助科学计量分析软件对生态足迹的研究现状和脉络演进可视化展示，对国内外生态足迹研究的共现网络、热点异同等内容进行分析。

1 研究方法与数据来源

1.1 方法及工具选择

科学知识图谱是一种以知识域为对象，体现科学知识在一段时间跨度内的发展进程及知识结构关系的图像，具有“图”与“谱”的双重性质[9]。采用关键词并综合运用Citespace和VOSviewer两个可视化分析软件，首先进行数据清洗，修改提取数据中的错误，主要包括修改关键词英文缩写、合并同义词；进而将其导入软件经参数修改绘制关键词聚类视图、演进趋势图等知识图谱。

1.2 数据来源

研究数据分为中文数据和外文数据，中文数据来源于中国引文数据库(CNKI)，期刊类别为CSSCI，外文数据来自Web of Science(WoS)核心合集。通过设置检索条件，经判读删除简讯、说明、无作者及与主题无关等无效论文，得到中文有效论文909篇，外文有效论文1 951篇。具体数据来源如表1所示。

表1 研究数据来源

2 研究的时空分布特征

2.1 时间分布特征

通过对国际发文量与国内发文量(图1)统计可以发现，国际上生态足迹论文发文量总体呈上升趋势，拟合趋势线为y=0.652 1x2-5.349x+15.01，其中R2=0.981 8，可靠性较高；中国发文量呈倒“U”形曲线，在2010年达到最大发文量，拟合趋势线为y=-0.042 5x3+1.204 8x2-3.054 6x-12.734，其中R2=0.892 2。在时间分布上，国际上针对生态足迹的研究开始时间较早，第一篇出现在1996年，且近十年来一直保持较高的研究热度，尤其在2016—2019年发文量呈指数级趋势增加。国内最早是由徐中民等[10]于2000年引进生态足迹概念模型，2000—2010年生态足迹研究在国内掀起高潮，发文量逐年增加。但是，从2010年开始，中文发文量总体呈下降趋势，且与国际论文发表数量逐渐拉开差距。

图1 生态足迹发文量统计

2.2 空间分布特征

从核心作者及作者之间的合作、国家分布、期刊分布三方面剖析国内外生态足迹研究的空间分布特征。

2.2.1 国内外作者分布

核心作者主要指某一领域内具有较大影响力的科研人员，其研究方向代表该领域的研究热点和未来发展趋势。一般情况下，多数论文要通过作者之间的相互合作完成，因此，研究核心作者及其合作网络是必要的。

运用VOSviewer绘制外文作者合作分布图谱(图2)，图中节点大小表示发文数量，节点之间连线代表连接强度。可以看出，以Wackernagel Mathis、Galli Alessandro等学者形成了国外该领域内最大的研究团体，节点之间联系紧密，群体之间合作关系较强。同样，Kissinger Meidad、Rees William E等人之间也存在较强的合作关系。总体上国外生态足迹研究一共形成了17个合作群体(人数不少于3人称为1个合作群体)，可以发现群体内合作较多，但群体之间的合作偏少。

图2 外文作者合作分布情况

(2)国内作者群分布。发文量最多的为成升魁，共发表19篇。根据普莱斯定律可得到核心作者最少论文数量为3.26篇，即发文数为4篇及以上的作者为该研究领域的核心作者。统计结果显示，核心作者有38位，共发文231篇，占文献总数的25.41%，说明生态足迹领域没有形成核心研究学者群体。其中，发文量多于5篇的作者列表如表2所示。

表2 国内外代表性核心作者

分析中文作者合作图谱(图3)可以发现，国内作者群合作分布较为分散，发文量大于5篇的核心作者之间交流合作关系较弱。目前国内生态足迹研究形成了以成升魁、闵庆文、谢高地等为核心的最大作者群体，一共形成了6个合作群体，呈“大分散，小聚集”分布，群体内合作较多，但群体之间的合作交流较少。

图3 中文作者合作分布情况

国内外生态足迹文献作者分布对比发现，国内外均未形成集中的核心作者群。国外生态足迹领域作者Wackernagel Mathis发文量最多，在该领域有一定带动作用，国内核心作者发文量相对较少，表明在生态文明建设的大背景下，相关的研究存在不足。在作者合作分布图谱中，与国外相比，国内有较为密切的局部合作群体，但群体之间的合作不多。

2.2.2 研究所属国分布

分析国家之间的合作可以剖析某一领域内研究力量分布和国家之间的研究差距。1 951篇外文文献共由102个国家的学者完成，选取发文量大于等于3的国家绘制如图4所示的分布图谱。其中，节点大小代表国家发文数量，连线表示国家之间的具有合作关系，线的粗细表示连接强度。可以看出，美国发文量最大，中国、美国、澳大利亚和英国之间具有较多的合作研究。

图4 论文发表国家分布情况

中介中心性(centrality)是衡量节点在整个网络中个体地位的指标，一个节点的中介中心性越高，说明其在网络中的连接程度就越强，从而影响力也就越大[11]。一般来说，如果节点的中介中心性≥0.1，说明此节点是关键节点。借助Citespace软件计算节点中介中心性，选取中介中心性位于前十位的国家(表3)，共有7个关键节点。其中，美国发文量占比21.42%，中介中心性达到0.33，可见美国在生态足迹研究领域的影响力最大，属于关键节点；其次为英国，发文量占比7.02%，中介中心性为0.18。尽管中国发文量仅次于美国，但中介中心性仅为0.08，不属于关键节点，说明中国在生态足迹领域国际影响力还有提高的余地。

表3 排名前十位的国家发文量及中介中心性

2.2.3 国内外期刊分布

(1)国外期刊分布。统计外文文献所属期刊，1 951篇文献由773个期刊发表，载文量超过5篇的期刊有57种期刊，占据总期刊数目的7.37%，另有537种期刊仅发表一篇与生态足迹相关的论文。载文量20篇以上期刊名称如表4所示，其中，EcologicalIndicators载文量最大，共计133篇，其影响因子为4.490，期刊国际影响力较高。

表4 发文量20篇以上的国外期刊

采用期刊双图叠加的方式了解刊载生态足迹的相关期刊在整个科学地图上的宏观分布，有助于了解知识的来源和知识之间的相互影响。利用软件分析研究领域内的期刊引证关系，图5中左侧区域表示施引期刊，右侧表示被引期刊。由左侧期刊类团位置来看，有关生态足迹的外文文献(施引期刊)所在领域主要有三类：地球，海洋；兽医，动物；经济，政治。这三大分类中的代表期刊有InternationalJournalofSustainableDevelopmentandWorldEcology、EcologicalIndicators等。结合引证轨迹可以得到，外文文献所引用期刊(被引期刊)主要来源于三类期刊：植物学，生态学，动物学；环境，毒理学，营养学；经济学，政治。这三大类期刊中的代表性期刊有EcologicalModelling、Renewable&SustainableEnergyReviews等，这些期刊涉及生态领域的研究具有较高价值。

图5 外文期刊引用叠加图

(2)国内期刊分布。909篇中文文献共由192个期刊发表，载文量超过5篇的期刊有28个，另有107个期刊仅发表1篇相关论文，发文量大于20篇期刊名称如表5所示。可以看出，《中国人口·资源与环境》《资源科学》等是国内生态足迹论文发表的主要期刊，累计占比25.52%，其中，《中国人口·资源与环境》发文量达到86篇。通过CNKI数据库获取这些期刊复合影响因子和学科领域，进一步分析发现生态足迹研究领域发文量较高的期刊大多来自环境与资源科学、经济管理与可持续发展等方向。

表5 发文量20篇以上的国内期刊

3 研究热点与演进趋势

3.1 研究热点分析

3.1.1 国外生态足迹热点聚类

1 951篇文献共包含5 211个关键词，选择关键词最少出现频数为5，共计169个关键词符合条件。设定聚类成员最少数目为1，选用LinLog/modularity方式，使用VOSviewer的模块化聚类算法对这169个关键词进行共现分析，形成生态足迹领域关键词共现知识图谱如图6所示。由生态足迹热点分析(表6)可知，共形成5种聚类：可持续发展评估，足迹家族与模型，农业、食物、环境及能源产业分析，经济、能源与环境关系，生物多样性研究。

图6 外文文献关键词共现网络可视化图谱

表6 外文文献生态足迹研究热点

3.1.2 国内生态足迹热点聚类

国内909篇中文文献共有1 699个关键词，选择关键词最少出现频数为5，共计90个关键词符合条件，共现知识图谱如图7所示。国内最早出现生态足迹的文章在2000年，经过20年的持续研究，生态足迹研究形成了4大研究热点(表7)，分别是可持续发展与生态评估、足迹家族与分析方法、生态经济政策分析模型、中国生态压力与效率。其中，可持续发展评估是最大的聚类群组，共有31个节点。

表7 中文文献生态足迹研究热点

图7 中文文献关键词共现网络可视化图谱

3.1.3 生态足迹研究热点分析

对比国内外生态足迹研究的热点聚类，热点领域相同的地方集中体现在可持续发展评估、足迹家族分析、生态环境与经济关系研究3个方面。

1)相同研究热点对比

(1)可持续发展评估：国际生态足迹研究中，不仅出现对某一国家或地区[12-14]的研究，还出现了对工业园区生态足迹的探究，例如，Fan等[15]采用改进的生态足迹核算模型对工业园区进行环境影响评价。Rashid等[16]将生态足迹与城市化进程结合，对Rawalpindi城市化地区的生活标准评估，并衡量其生态足迹。徐中民等[10]将生态足迹引入国内后，学者借助生态足迹模型对中国省、市及区域进行生态足迹核算。在近5年的高被引文献中，不再局限于对某一地区静态可持续发展做定量研究，而是对其做动态分析及影响因素识别。生态足迹的影响因素主要有经济发展、产业结构、社会消费、人口规模、城镇化率等因素，程钰等[17]运用三维生态足迹模型分析“黄河三角洲”自然资本的动态演变特征以及生态足迹影响因素，结果表明产业结构是影响生态足迹的重要因素；杨屹等[18]以足迹深度和广度描述了自然资本存量消耗与流量占用的变化关系，并认为经济增长和社会消费是影响生态足迹的最显著因素。

(2)足迹家族分析：自生态足迹提出以来，水足迹、碳足迹、能源足迹、能值足迹等随之出现。许多文献通常是对单一足迹的评估，有的学者将足迹系统化，提出足迹家族概念。Vanham等[19]认为足迹家族是一个灵活的框架，并对足迹家族在衡量可持续发展目标(sustainable development goals，SDGs)进展方面的表现进行评估，考虑其量化供应链上的环境压力，并将其与水、能源、粮食、生态系统关系和生态系统服务联系起来的能力。碳足迹研究起源晚于水足迹，但其发展速度快于水足迹。自2007年起，出现关于碳足迹研究，此时全球对于气候变化的关注度较高，大量文献关注点聚集在温室气体排放、可持续发展等方面。国内外关于水足迹在农业[20-21](粮食、农业生产)、工业生产[22-23](印染、纺织、建材业)、虚拟水贸易[24-25]等方面有较多研究成果，而国外还出现了将水足迹评估用于水力发电的研究[26]。对于水足迹、碳足迹研究使用的方式多数为生命周期评价(life cycle assessment，LCA)[27]及投入产出法(input-output，IO)[28]。能源生态足迹本质为对能源消费过程中生态足迹的核算，国内学者的研究内容多为能源利用的碳排放测算。能值足迹是将能值理论与生态足迹相结合，可解决传统生态足迹模型测算生态足迹、生态承载力结果较生态系统理想容量偏小的问题[29-30]。

(3)经济环境关系：探寻经济发展与环境之间的关系成为国内外学者的热点研究，但国内外研究的侧重点不同。中国已将生态文明建设作为实现可持续发展的重要手段[31]，寻求经济发展与生态环境之间的协调发展是生态文明建设的目标之一。因此，国内学者多运用生态足迹探究生态足迹与经济增长之间的关系[32]、结合“脱钩理论”探究生态足迹与经济增长的脱钩状态[33]。国外学者多采用生态足迹、经济增长、能源消耗等因素的关联以验证环境库兹涅茨曲线假说的有效性，以及通过计算生态足迹分析环境退化的因素。

2)不同研究热点对比

国外学者对农业、食品、环境、能源等产业分析、生物多样性的研究与联合国可持续发展目标(SDGs)中的6个密切相关(经济适用的清洁能源、负责任消费和生产、气候行动、水下生物、陆地生物、零饥饿)。在农业、环境、能源等产业分析方面，将食物消费量化为水足迹、碳足迹和生态足迹，有助于了解国家粮食安全和资源承载力，对农业和食品行业分析可以把握它们与气候变化、水足迹、土地足迹之间的关系[34]。能源消耗是社会经济活动的主要驱动力，能源使用会造成生态环境质量的变化，可再生能源的使用对于减缓生态足迹增长有着重要作用[35]，同时对环境质量改善、减缓气候变化和实现可持续发展有着积极贡献。此外，生态足迹在追踪人类活动对生物多样性造成压力方面展现了价值[36-37]。

对比国外生态足迹相同的研究热点，国内学者对生态环境压力的研究主要聚焦于生态关联的综合评价与影响因素识别。国外对该领域的研究更具多样性，应用场景更为广阔，这种差异可能存在于两个方面：一是国内引入生态足迹较晚，相关研究根据中国的经济发展阶段特点和近年来生态文明建设密切相关；二是国外发达国家多已越过了环境库兹涅兹曲线(environmental Kuznets curve，EKC)的顶点，中国可能处于“EKC隧道化”的过程中，这个过程更多的是应对环境压力、污染物排放以及相关的政策评价等。

3.2 生态足迹演进趋势分析

选取关键词阈值20以上的高频词，以时间序列为横轴，绘制基于国内外生态足迹演进趋势的知识图谱，如图8和图9所示，关键词之间的连线代表时间演进趋势。由图8可见，国外生态足迹研究大致可以分为3个阶段：第一阶段为1996—2002年，其关键词有ecological footprint、sustainability等，这一时期关注点在于评估某一地区是否处于可持续发展状态；第二阶段为2003—2013年，其关键词主要有life cycle assessment、carbon footprint、water footprint等，属于生态足迹研究快速发展时期，研究成果较丰富且针对足迹家族的研究更为深入。值得注意的是，2006年开始，China、carbon emission等关键词研究增多，越来越多中国学者将成果发表在国际期刊上；第三阶段为2014—2019年，这一时期关键词renewable energy出现次数最多，对于可再生能源的关注度明显提高。

图8 国外生态足迹热点词演进

图9 国内生态足迹热点词演进

自2000年生态足迹概念引入中国后，在2000—2004年，国内学者对可持续发展、生态承载力、生态赤字等研究较多。2005—2012年，出现的旅游生态足迹(2007年)、水足迹(2009年)、碳足迹(2010年)、能源足迹(2011年)成为该时期新的研究热点，此外，这一时期对于海南省、北京市等区域案例的研究较多，到2018年出现了对长江经济带的研究。基于国家相关政策的推动，近几年，国内学者集中于研究资源环境承载力等，原因可能是2017年原环境保护部提出“三线一单”(生态保护红线、环境质量底线、资源利用上线和环境准入负面清单)成为加强生态文明建设和生态环境保护的重要工作，对应的基础性研究成果逐渐增多。

通过对国内外生态足迹研究热点演进趋势的分析，发现国外生态足迹研究起步较早且具有较多研究成果，而国内由于起步较晚，相关研究侧重于可持续发展、体制机制研究等方面。综合国内外生态足迹演进趋势分析，预计未来生态足迹的研究可能会侧重于生态足迹与气候变化耦合、行业或地区的生态承载力/压力、可再生能源的生态效应等方面，也会有更多国内学者将中国生态文明建设的经验和成果在国际上分享，这对联合国可持续发展目标的推进和中国生态文明建设进程都有重要意义。

4 结语

生态足迹研究经过二十多年的发展，国内外都获得了大量研究成果。基于生态足迹的相关文献，从学术研究角度对国内外相关文献时空分布特征、研究热点和演进趋势进行对比分析，系统回顾了生态足迹的研究成果，结果表明：首先，全球发文量处于上升趋势，国内发文量呈倒“U”形曲线，美国是发文量最大的国家，中国是唯一进入前十名的发展中国家，国内外均未形成稳定的核心作者群体，国际生态足迹的研究中，被引用期刊主要涉及植物、环境、生态学、毒理学、经济学等领域，这些领域和期刊对生态足迹研究具有重要借鉴价值。其次，国内外在可持续发展评估、足迹家族研究、经济环境关系方面的研究具有相似性，但国外研究更具多样性，应用场景更为广泛，国内由于起步较晚，相关研究具有区域和政策特性。最后，生态足迹作为表征可持续发展的重要指标，随着联合国可持续发展目标的推进，以及生态足迹评估模型和探索领域的不断深入，生态足迹会被运用到更多的应用场景中，未来生态足迹的研究可能会侧重于生态足迹与气候变化耦合、行业或地区的生态承载力、可再生能源的生态效应等方面。