湿地景观研究的知识图谱可视化分析

王小娟，燕亚飞

(河南科技大学 园艺与植物保护学院，河南 洛阳 471000)

湿地景观是20世纪90年代新兴的热点研究领域[1]，是湿地学科发展不可缺少的重要部分。国内关于湿地景观研究的综述文献主要集中在景观分类[2]、景观格局[3-4]及景观生态修复[5]等方面，但对湿地景观研究文献的综述却很少。CiteSpace是由美国德雷赛尔大学陈超美教授基于“共引网络”Java程序开发的一款信息可视化软件，用于科学地分析文献数据及其所包含的潜在信息[6]。通过CiteSpace软件对湿地景观研究的英文文献进行知识图谱可视化分析，分析该学科领域研究热点和发展动态，可以为湿地景观研究提供参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

以Web of Science(WoS)核心合集数据库为文献来源。由于英文文献中对“湿地景观”表述具有差异性，本文选用wetland landscape为主题词，以TS=(wetland NEAR/5 landscape)AND文献类型=(Article OR Proceedings Paper OR Review)AND语言=(English)进行检索，文献检索时间设定范围为1991—2020年，数据下载时间为2021年01月01日。通过对文献题目、摘要和关键词进行审阅、筛选和剔重后，共计获得1 591篇英文论文题录，被引频次总计62 489次，每条题录均包括作者、机构、关键词和参考文献等信息。

1.2 研究方法

从研究国家、发文机构、代表学者、重要文献、研究学科及核心期刊6个方面分析湿地景观研究的总体概况，包括运用CiteSpace 5.7 R2软件对发文国家分析并绘制研究国家时区变化图；使用软件系统中期刊双图叠加功能，识别湿地景观研究领域的论文在学科地图上的分布、引文轨迹及学科扩散等信息；对所引文献的关键词进行统计及聚类分析，探究近30年间的湿地景观研究活力变化与主要研究内容。

2 湿地景观研究文献计量分析

2.1 研究国家

运行CiteSpace软件，时间片段为1年，将节点设置为国家进行分析，数据选择标准为Top 5，最终结果以时区视图(timezone)形式呈现(图1)。由图1可知，美国、中国、加拿大的文献研究最多，且中介中心性也相对较高，澳大利亚及部分欧洲国家(瑞典、法国、英国、荷兰、西班牙、德国等)研究也较多，且各国之间互相有合作。这表明湿地景观研究的重要性，不仅中国等发展中国家重视，美国等发达国家也十分重视。

图1 湿地景观研究国家时区分析图谱

通过中心度(centrality)这一指标可知某国论文的学术价值。图1表明，美国具有最高的发文量(715篇)和最高的中心度(0.43)，紧随其后排名依次为澳大利亚0.16(61篇)、荷兰0.16(30篇)、加拿大0.15(175篇)、中国0.14(300篇)、英国0.14(25篇)、巴西0.12(7篇)、法国0.10(25篇)等。发文量和中心度在某些国家存在不一致的情况，如澳大利亚和荷兰中心度并列第二，发文量却不多，这说明其学术价值比较高。相比于发达国家，在湿地景观研究上，我国发文量仅次于美国，但中心度排名较靠后，这说明我国的研究水平仍有较大的提升空间。

2.2 研究机构

United States Geological Survey(美国地质勘探局)、University of Florida(佛罗里达大学)、U.S. Environmental Protection Agency(美国国家环境保护局)和Chinese Academy of Sciences(中国科学院)4个机构中心度超过0.1，说明其重要性。排名前10的机构中美国有6个，中国和加拿大各2个，这反映了3个国家对湿地景观研究都比较重视(表1)。

表1 中心度排名前10的研究机构

2.3 重要研究学者

作者共被引分析功能可以表明该研究领域中的重要学者，以及这一研究领域内具有相似研究方向的学者。将节点设置为“cited author”，TopN=5，绘制出作者共被引网络图谱(图2)，共得到聚类6个，Q=0.552 2，S=0.827 7，证明聚类是合理且令人信服的。由图2可知，Mitsch WJ是发文量(249篇)和中心度(0.51)最高的作者，其次是Cowardin LM和Turner MG等。他们对湿地景观研究的侧重点各不相同，如湿地景观土地利用方向被高频引用的作者主要有Mitsch WJ和Burnham KP；湿地景观两栖动物种群研究方向有Semlitsch RD和Turner MG；湿地景观空间尺度方面有Cowardin LM；湿地景观鸟类活动研究方向有Conroy MJ；关注湿地景观生态连通性方面有Forman Richard TT和Simberloff D；湿地景观地下水与地表水交互研究方面的重要学者有Richardson CJ等。

图2 湿地景观研究领域发文作者共被引网络图谱

突现值大于10的被引作者中Cohen MJ的突现值最大为22.02，其发表的论文在2017年开始出现突现，突现结束时间在文献下载截止时间未出现，其2016年发表的论文《Do geographically isolated wetlands influence landscape functions?》被引用次数最多，可推断此论文是作者出现突现的重要因素，具有重要参考价值(表2)。

表2 重要被引作者(突现值>10)列表

2.4 重要被引文献

Sigma指数可表示湿地景观研究中重要被引文献。在CiteSpace软件中，中心性和突现性越高的节点，其Sigma值也越高，绝大多数的Sigma值是1.00，若某一节点的Sigma值越大，表明这一文献在研究领域中的重要性愈发突出。本文筛选出Sigma值大于1.2的文献，共计3本著作和10篇论文(表3)。通过对重要被引文献阅读，可知这些文献的研究内容渉及以下几个方面：(1)湿地研究文献的综述[7-8]；(2)湿地邻近土地利用，包括邻近土地利用方式对湿地及其两栖动物物种丰富度和群落组成[9-10]以及湿地沉积物和水质的影响[11]；(3)湿地景观模拟，如运用了结合TM影像与辅助数据的分类树方法对湿地发生概率进行建模[12]；模拟气候变暖条件下湿地的动态变化过程以及湿地内生物多样性的变化[13-14]；越来越多的学者将模型构建的信息论方法[15]运用于湿地景观的研究；(4)湿地与生物多样性，包括探讨了小微湿地对维持生物多样性的重要性[16]，湿地与两栖动物物种丰富度之间的关系[17]；湿地与水文地质，如湿地与景观水文的关系[18]及湿地缓解水文等效性的作用[19]等。

表3 重要参考文献(Sigma值>1.2)列表

2.5 湿地景观研究的学科扩散

运用CiteSpace中“JCR Journal Maps”功能可绘制出期刊双图叠加图谱，对湿地景观研究领域的期刊联系及知识扩散方向进行分析，清晰直观地展现知识流动过程和期刊之间的引证关系。本研究以5年为一个时间段，分别绘制了1991—1995年、1996—2000年、2001—2005年、2006—2010年、2011—2015年、2016—2020年6个时间段的期刊叠加图谱(图3)。

其左边地图为发文期刊，右边为引文期刊，每一个圈代表一个期刊，圈横轴代表发文作者数量，纵轴表示论文发表的数量，连线反映论文的引证关系。

由图3可知，1991—1995年，湿地景观研究涉及的主要学科及发文期刊都较少，主要发文期刊有《Landscape and Urban Planning》，这一阶段为研究提供理论基础的学科主要来自环境科学与生态学，发文期刊和被引期刊的学科背景少且相似，学科交叉情况不明显；1996—2000年，主要有《Wetlands》《Journal of the American Water Resources Association》等发文期刊，这一时期为研究提供理论基础的学科基本没变化；2001—2005年，新增主要发文期刊有《Biological Conservation》《Landscape Ecology》等，为研究提供理论基础的学科主要来自环境科学与生态学，少部分来自地学，说明学科交叉情况开始出现；2006—2010年，期刊地图左边区域上新增了《Hydrobiologia》《Environmental Management》《Biodiversity and Conservation》《Journal of Wildlife Management》《Environmental Monitoring and Assessment》等期刊，发文期刊种类增加，同时，被引期刊的来源多样化初步明显，形成了以环境科学与生态学为主，地学、医学、生物学、社会科学为辅的5大学科领域，研究的学科交叉逐渐显露；2011—2015年，湿地景观研究在地学、生物学、农林科学领域的重要性逐渐凸显，且学科交叉趋向成熟，与植物学、动物学、地质学、地球物理学、毒理学、营养学、分子学、遗传学、经济学、政治学、工程技术等领域均形成较为稳定的学科互动；2016—2020年，研究成果在《Water Resources Research》 《Wetlands Ecology and Manage-ment》《Science of the Total Environment》等期刊上出现，这一阶段的湿地景观研究已较为稳定地集中在环境科学与生态学、地学、生物学、农林科学和社会科学5个主要领域，学科交叉程度也达到最大，借用多学科交叉理论来研究湿地景观问题已成为主要趋势，这一趋势也符合该研究领域进一步发展的需要。

3 湿地景观的研究活力变化与关键词聚类

3.1 研究活力分析

取1 591篇具有关键词的英文文献，共得665个共现关键词，通过统计湿地景观研究领域近30年的发文量，及各关键词的首次出现时间，绘制出历年发文量及关键词产出的变化趋势图(图4)。其中，发文量变化可以揭示某一研究受到的关注度变化情况，而分析突现关键词数量的变化情况，不仅可以衡量该领域的研究内容是否得到拓展，还可以用来判断此领域研究内容的更新速度。

图4 1991—2020年湿地景观文献历年发文量与共现关键词数量

由图4可知，30年间发文量和共现关键词数量均成增长趋势。1991—1997年，发文量低，各年共现关键词不足5个，通过探测关键词突现值，发现湿地景观相关研究侧重于探讨湿地水质等问题；1998—2004年，共现关键词数量波动较大，分别于1999年(17个)和2003年(27个)出现峰值，表明这一阶段研究内容开始多样化，湿地景观中栖息地利用、湿地恢复、磷、地理信息系统、水文学、景观生态学、物种丰富度、两栖动物等问题开始受到广泛关注，发文量也随着关键词的增加而有了较为明显的增长；2005—2011年，发文量和关键词数量呈增长趋势，环境、土壤、湿地景观、城市化、人工湿地(artificial wetland)、土地覆盖等逐渐成为研究者关注对象；2012—2020年，发文量呈增长趋势，2019年(123篇)达到峰值，共现关键词数量呈波浪式增长，于2016年(57个)出现新峰值，人工湿地(constructed wetland)、流域、复垦、地理隔离湿地、环境变化、海平面上升、激光雷达等被广泛研究，这种变化趋势反映了对该领域的研究活力达到新高，研究内容更加多样化。

3.2 关键词聚类分析

使用CiteSpace中的关键词聚类功能，对上述的665个关键词进行聚类分析，将含义相近的关键词进行归类，最终共得到8个聚类(图5)。

图5 湿地景观主题演化知识图谱

3.2.1景观构成

该聚类(#0聚类)中出现的高频关键词有urbanization(城市化)、species richness(物种丰富度)、heterogeneity(异质性)、conservation conflict(保护冲突)、local extinction(局部灭绝)等。如Junk[20]研究表明，未来几十年，不友好的湿地开发规划对湿地的破坏将远远超过全球气候变化带来的负面影响；Kolozsvary等[21]研究了农业诱导的森林和湿地破碎化对美国中西部地区两栖动物群落及其分布的影响；Pillsbury等[22]研究强调了城市和城市化地区两栖动物保护区域性方法的重要性，以及在破碎的景观中，相互连接的湿地和陆地生境网络可能比孤立的地点更有可能支持一个成功、多样的无尾两栖动物群落；Ficetola等[23]研究了河岸缓冲带景观要素对半水生两栖动物保护的影响；Knutson等[24]研究了景观组成和湿地破碎化对美国艾奥瓦州和威斯康星州青蛙和蟾蜍丰度和物种丰富度的影响等。

3.2.2生态系统服务

此聚类(#1聚类)中出现的高频关键词有artificial wetland(人工湿地)、risk assessment(风险评估)、climate variability(气候变化)、landscape metrics(景观指数)、CH4oxidation(甲烷氧化)等。如Mitsch等[25]研究表明，气候变化的影响会使湿地因海平面上升而对滨海湿地产生影响，也会因降水、气温和河流流量的变化而对内陆湿地产生影响；Crawford等[26]的研究例证了溪流，尤其是北半球的排水湿地景观，是全球甲烷循环的重要组成部分；同时，为了全面了解碳循环的本质，需要考虑湖泊景观中所有水生生态系统(湖泊、溪流、湿地和地下水)的连通性，以及它们与陆地环境的联系等[27]。

3.2.3遥感

该聚类(#2聚类)中出现的高频关键词有wetland restoration(湿地恢复)、urban heat island(城市热岛)、landscape pattern(景观格局)、Bayesian model selection(贝叶斯模型选择)、biological integrity(生物完整性)等。Bedford[28]研究表明，根据过去和现在的区域剖面模板的多样性，对湿地类型和位置进行个体恢复决策，可以实现区域湿地多样性的恢复；Johnson等[29]研究表明，地理信息系统和遥感技术是理解和量化水生生态系统景观的重要工具，新的复杂工具可用于测量景观格局和背景；DronovaI等[30]对湿地植物功能分析的6个统计机器学习分类器(贝叶斯、逻辑、神经网络、决策树、K最近邻和支持向量机)方法进行了比较；Sun等[31]研究表明，湿地形状和位置是影响城市冷却岛强度的重要指标，对量化湿地的微气候调节服务和设计城市景观以缓解城市热岛效应具有重要意义等。

3.2.4气候变化

该聚类(#3聚类)中出现的高频关键词有wetland drainage(湿地排水)、single reservoir model(单水库模型)、 hydrological regime shifts(水文情势变化)、stability analysis(稳定性分析)、habitat requirements(生境要求)、methanogenesis(产甲烷作用)、carbon sequestration(碳固存)、global carbon budget(全球碳收支)等。Mitsch等[25,32]研究表明，湿地与气候变化的相互依存关系及在平衡碳汇和甲烷排放方面，几乎所有湿地都是净辐射汇；Walls等[33]基于美国东南部气候变化预测的不确定性，提出预测未来降水增减的景观湿地水文周期变化的概念模型；Crawford等[27]在2001—2012年调查湖泊丰富地区河流的碳气源强度，并确定湖泊、新陈代谢和地下水对二氧化碳和甲烷的贡献等。

3.2.5植物修复

该聚类(#4聚类)中出现的高频关键词有water quality(水质)、source-sink landscape theory(“源-汇”景观理论)、eutrophication(富营养化)、non-point source pollution(面源污染)、soil(土壤)、nitrification(硝化作用)、water resources(水资源)等。Yu等[34]研究表明，水资源管理导致的土壤水分变化将影响湿地土壤中的氮循环，但影响的程度以及释放硝酸盐的潜力将取决于受影响湿地的特定土壤性质；Johnson等[35]研究结果强调了在应对与保护相关的挑战时应考虑地方和区域因素的重要性，并强调了将元群落理论的概念性工作与缓解城市化影响的实际工作相结合的益处；Olefeldt等[36]研究结果强调了在评估气候变化影响(包括未来景观温室气体排放)时，明确考虑热喀斯特的重要性，并为在环境尺度评估此类影响提供了一种方法等。

3.2.6水禽

该聚类(#5聚类)中出现的高频关键词有wetland conservation(湿地保护)、habitat use(栖息地利用)、landscape context(景观情境)、landscape planning(景观规划)、wetland reserve program(湿地保护区计划)、spring migration(春季迁徙)等。Taft等[37]通过景观结构对生境利用的影响表明，优先保护的地点应位于湿地覆盖率高的地区；Anteau等[38]研究表明，沉积作用和鱼类减少了端足类动物的密度，可能是造成目前中西部地区端足类动物密度较低的原因；Gunnarsson等[39]研究了鸭的密度依赖性；Quesnelle等[40]研究了生境丧失、生境结构和基质组成对湿地物种减少的影响等。

3.2.7湿地分类

该聚类(#6聚类)中出现的高频关键词有dem-analysis(DEM分析)、wetlandscape hydrology(湿地景观水文学)、mapping wetland(湿地制图)、adaptive governance(适应性治理)、habitat fragmentation(生境破碎化)等。Li等[41]的研究强调了恢复较小的湿地组成部分对提高水鸟种群湿地景观镶嵌图生态完整性的保护作用；Serran等[42]研究表明，改进的湿地损失制图和湿地损失估算技术为草原坑洞地区湿地损失规模提供了更准确的表征；Chaffina等[43]研究认为，当社会面临减缓全球环境变化影响的挑战时，更深入地理解跨尺度相互作用以形成适应性治理机制的潜力可能是有用的等。

3.2.8大沼泽地

该聚类(#7聚类)中出现的高频关键词有self-organization(自组织)、chemical(化学)、landform evolution(地貌演化)、biogeomorphology(生物地貌)、restoration(恢复)、excitation-emission matrix(激发发射矩阵)、parallel factor analysis(平行因子分析)、ecohydrology(生态水文学)等。Larsen等[44]研究表明，简单地将沼泽地的流量恢复到排水前的条件，可能不足以恢复历史景观格局和过程；Yamashita等[45]研究表明，水文和初级生产力是控制大型湿地溶解有机物动态的重要驱动力等。

4 结论

本文使用CiteSpace文献计量软件，对1991—2020年间被收录于WoS核心合集数据库中，有关湿地景观相关研究的英文文献进行系统回顾，得出以下主要结论：

1)从时间维度上看，湿地景观研究最先兴起于发达国家，按其论文的学术价值，排名靠前的国家有美国、澳大利亚、荷兰和加拿大等。中国作为研究湿地景观的重要参与者，发文量位居第二，但成果的权威性仍然有待提升。

2)研究机构中介中心度排名前10的机构中，美国有6个，中国和加拿大各2个。中国的两个机构分别是中国科学院和北京师范大学。

3)理论奠基型学者有Mitsch WJ、Houlahan JE和Semlitsch RD等，Cohen MJ、Burnham KP和Zedler JB等学者为此研究领域开启了新的研究方向。

4)多学科化是湿地景观发展的明显趋势，研究自最初的仅从环境科学与生态学寻找理论基础，发展成了当前与多学科互动的局面。目前与湿地景观研究交叉的学科包括环境科学与生态学、地学、生物学、农林科学和社会科学等。

5)纵观湿地景观研究的主要内容，可发现其集中于景观构成、生态系统服务、遥感、气候变化、植物修复、水禽、湿地分类和大沼泽地8类。从突现关键词可知，近5年湿地景观相关研究热点有reclamation(复垦)、geographically isolated wetland(地理隔离湿地)、environmental change(环境变化)、sea level rise(海平面上升)、inundation(淹没)、lidar(激光雷达)、surface water(地表水)、coastal wetland(滨海湿地)、landscape connectivity(景观连通性)等。

目前，中国在湿地景观研究领域已经积累了较多的研究成果，本研究希望通过梳理英文文献，为中国的湿地景观研究及规划实践提供新的思路、视角及研究方法。