基于Citespace的人工林碳汇研究知识图谱分析

胡 淼，涂圣勇，方传奇，胡小康，余发新，吴照祥*

(1. 江西省科学院生物资源研究所/江西省观赏植物遗传改良重点实验室，330096，南昌； 2. 江西农业大学，330045，南昌；3. 永丰县国家森林公园管理局，331500，江西，永丰；4.赣南树木园，341200，江西，赣州； )

0 引言

生态系统碳循环在全球气候变化中具有重要作用[1]，全球固碳生态系统主要由海洋、土壤和森林等组成[2]，其中森林作为陆地生态系统的主体，其通过光合和呼吸作用产生的碳交换量可达到陆地生态系统的90%[3]，对维持碳平衡和解决气候变化问题具有重要意义。当前，人工林面积正在迅速扩大，据FAO(联合国粮食及农业组织)估算，1990—2015年全世界人工林种植面积超过1.1 亿hm2[4]。到2100年前后，人工林将占总森林面积的20%以上[5-6]，人工林在缓解气候变化影响中将发挥不可替代的作用[7]。多数人工林是为了改善生态环境、生产木材产品而营造[8-9]。第九次全国森林资源清查显示，中国的人工林面积已达7 954.28万hm2，处于世界首位，且幼龄林占比较高，碳汇潜力巨大。根据 2019 年联合国气候变化框架公约，已有60个国家做出在2050年实现零碳排放的承诺[1,10]。2020年，习近平主席在第七十五届联合国大会上向全世界庄严宣布，中国将采取更加有力的措施，力争在2030年之前实现二氧化碳排放达到峰值，力争在2060年之前实现碳中和[11]。在这一趋势下，针对碳汇需求而营造的人工林面积将进一步增加，同时人工林碳汇计量方法、经营增汇技术等方面的研究也将不断深入。科学知识图谱能够直观展示科学知识的结构、规律和分布情况，是分析学科研究热点、发展动态、知识结构及路径的重要手段[12-13]。为了解人工林碳汇领域研究现状及路径变化，本研究通过文献分析软件Citespace对人工林碳汇研究方面进行知识图谱分析，掌握人工林碳汇研究现状及路径变化，分析人工林碳汇研究热点及变化趋势，为人工林固碳增汇及应对全球气候变化提供科学参考。

1 数据来源

数据来源为WOS(Web of Science)核心合集，检索公式为TS=(artificial forest* OR planted forest* OR forest plantation* OR man-made forest*) AND TI=(carbon sink* OR carbon sequestration OR carbon retention OR carbon storage)，时间跨度为1991―2021年，文献类型设置为“Article”。共检索出文献1 000篇，经逐条筛选后，得到供分析论文982篇。

2 研究方法

本研究使用文献引用分析软件CiteSpace(版本：5.8.R3)对发表于1991―2021年间人工林碳汇研究论文进行定量及可视化分析。Citespace软件由美国德雷塞尔大学的陈超美教授联合大连理工大学开发，是一种基于Java软件开发的引文网络与可视化分析工具[14]。软件可分析生成可视化知识图谱。图谱中，节点代表分析的对象个体，节点的大小代表它的总被引用次数，频次越高节点越大。节点内部颜色代表年份，有紫色外圈的节点是具有高中介中心性的节点，这类节点是关键节点，对该研究领域有关键性影响[15]。表格中年份代表分析对象首次出现的时间。节点间的连线表示节点间的引用、合作等关系，连线粗细表示节点间的关联强度。线的颜色代表首次发生关联的年份[16]。利用Citespace绘制的知识图谱，对探索相关领域的研究现状、热点及变化路径有较大帮助。

3 结果分析

3.1 发文趋势

人工林碳汇领域研究论文数量总体呈现逐年上升趋势。如图1所示，2021年发文数量为历年最高，共发表相关论文87篇，2011年后发表的论文，占总发文量的71.08%。中国作者每年在WOS上发表的论文数量，总体呈上升趋势。中国作者的论文多发表于2010年以后，2011—2021年发表的论文占自身总发文量的91.07%。可以看出人工林碳汇研究领域，来自中国的研究人员占据了相当大的比重，且总体呈现出上升趋势。

图1 1991—2021年人工林碳汇研究领域发文量

3.2 国家或地区间合作分析

Citespace进行国家或地区间合作分析时，如果同一篇文章出现了不同国家或地区，则判定这些国家或地区存在合作关系。在软件中将节点类型设置为Country，进行国家或地区间合作网络分析。分析数据如表1所示，中国(PEOPLES R CHINA)出现频次为278次，美国(USA)为266次，加拿大(CANADA)86次，印度(INDIA)67次，德国(GERMANY)54次。其中，中国和美国出现频次远超其他国家，这表明中国和美国在人工林碳汇领域研究处于主导地位。此外，美国节点的中心度较高，达到了0.55，显示出极高的中介中心性，是人工林碳汇领域国家间合作的关键节点。

表1 频次>20的国家和地区

利用Citespace分析生成的国家合作网络图，能够直观地展示国家间的合作情况。由于该领域的国家间合作关系较为广泛，图中选取频次>20的国家进行展示。如图2所示，节点为对应国家和地区，连线代表有合作，线的粗细代表合作频次，线越粗表示合作次数越多。线的颜色代表年份，从浅灰色到红色，年份越来越近。从国家和地区合作网络图中可以看出，美国、中国、澳大利亚、德国、苏格兰等国家和地区对应节点有紫色外圈，是具有高中介中心性的节点，对该研究领域有关键性影响。此外美国与其他国家合作多出现在较早的年份，中国与其他国家合作多出现在相对较近的年份。从合作面来看，美国、中国与其他国家的合作更为广泛。从合作强度来看，英国与瑞士、瑞典、澳大利亚、苏格兰地区，新西兰与德国，美国与加拿大合作强度较高。

注：不同颜色的代表不同年份，从左到右依次为1991—2021年

3.3 机构合作分析

通过Citespace软件分析，人工林碳汇领域的论文来自全球592家机构。发文量前十的机构如表2所示。中国科学院发文量达到126篇，占排位前十机构总发文量的41.04%，发文量远超其他机构。中国科学院大学和美国森林服务局显示出了较高的中心度，分别为0.28和0.15，属于人工林碳汇研究领域的关键机构。

表2 发文量前十的机构

机构合作网络如图3所示，中国科学院和美国森林服务局与其他机构合作广泛，其节点具有紫色外圈，属于高中介中心性节点。相比美国森林服务局，中国科学院与其他机构合作更为广泛，且开展合作的年份较近。

图3 机构合作网络

3.4 作者合作分析

作者合作网络图能够直观展示相关研究领域内作者的合作关系。如图4所示，发文量最大的作者MGR CANNELL与AD FRIEND有合作关系，合作年份较远。ARUN JYOTI NATH、ASHESH KUMAR DAS等作者间合作年份较近。GUOMO ZHOU、HAILONG WANG和ZHAOLIANG SONG等作者之间的合作较为紧密，合作年份较近。

图4 作者合作网络

3.5 期刊共被引分析

期刊共被引分析可以帮助研究人员了解相关领域的高引用期刊，以及这些期刊之间的联系。在Citespace软件中选取被引期刊为节点，进行期刊共被引分析。结果如表3所示，引用频次排在前5位的期刊依次为Forest Ecology and Management，Global Change Biology，Science，Nature，Ecological Applications。其中，Forest Ecology and Management被引用频次最高，共被引586次，Global Change Biology被引508次，Science被引502次，Nature被引用436次，Ecological Applications被引344次。

表3 共被引前15位的期刊

3.6 文献共被引分析

文献的共被引分析是Citespace软件最具特色的功能，通过引文网络可以向前追根溯源，向后追踪发展[17]。使用Citespace生成文献共被引图谱，基于共被引图谱进行关键词聚类，主要聚类如图5所示。图5中颜色从深红到亮黄色，代表年份从远至近。分析结果表明：1991—2021年间的人工林碳汇领域研究，大致可以分为4个阶段。第1阶段的关键词聚类主要为火炬松、苔原、经核证的减排量、土壤有机碳等；第2阶段的关键词聚类主要为辽东桤木(AlnusHirsuta)、天然林、营林管理、植硅体碳封存等；第3阶段的关键词聚类主要为REDD(发展中国家通过减少砍伐森林和减缓森林退化而降低温室气体排放)、净生态系统生产力、城市生态、碳核算、红树林等；第4阶段的关键词聚类主要为木栓质、林龄、减缓气候变化等。其中减缓气候变化显示出较大的聚类，是当前及今后的研究热点。

图5 共被引网络关键词聚类

被引用关键词突现，能够将不同时间段被引用强度较高的关键词突出显示，有助于理解学科领域研究发展路径，把握发展趋势和研究前沿[18]。表4为人工林碳汇领域引用强度排在前25位的关键词突现。其中Keywords为关键词，Strength为被引用强度，色带为突现时间段的突出显示。从前25位的关键词可以看出，对于人工林碳汇的研究，既有宏观的碳循环、大气碳库、气候变化等方面的研究，也有微观的土壤有机碳、光合作用、养分限制等方面的研究。从时间来看，早期研究中，碳循环、大气二氧化碳、光合作用等方面的引用强度较高，之后造林、模式等方面显示出了较强的引用强度。当前，碳库、气候变化、土壤有机碳、毁林与恢复、养分限制等方面出现了较高的引用强度。从聚类分析中可以看出，土壤有机碳领域的研究较早，在2000年左右就显示出了较多的研究，由此表明土壤有机碳在人工林碳汇研究中具有重要意义[19]。气候变化研究也显示出了较强的引用强度，达到了7.22。此外，关键词美国出现在2001—2006年，强度为4.35，而中国出现在2016—2018年，强度为5.1。可以看出，针对人工林碳汇领域研究的对象和主体，从美国转移到了中国，且后者显示出了更高的引用强度。从突现强度来看，碳储存Stock的引用强度最高，达到20.16。碳库、碳储存相关的研究至2017年以来显示出了较高的研究热度。

表4 被引用前25的关键词突现

4 讨论与结论

从人工林碳汇研究领域的发文量年度变化可知，该领域的研究总体呈现上升趋势，2016年以来中国作者发文量最多，占总发文量的40.05%，表明中国在人工林碳汇研究方面处于主导地位。从合作网络来看，国家或地区间的合作极为紧密，机构间的合作非常广泛。其中，中国和美国是合作网络的中心节点。相比美国，中国与其他国家建立的合作关系，出现年份较近。中国科学院是发文量最多的机构，是人工林碳汇研究领域的主导机构。期刊的共被引分析结果显示，Forest Ecology and Management的被引用强度最高。综合关键词聚类和关键词突现可知，具体层面，研究热点集中在人工林碳汇的限制性因素、碳累积随林龄的变化以及通过木栓质研究人工林对土壤有机碳的影响等方面；宏观层面，研究热点集中在减缓气候变化、人工林地上和地下部分的碳积累规律等方面。伴随着缓解气候变化需求增加，人工林的面积将进一步增加[20]，针对森林的经营管理将进一步增强。今后需要加强人工林碳积累的时空规律、人工林生态系统碳通量的精准估算、人工林碳库的动态监测、气候变化对人工林碳库的影响等方面的研究。

近30年来，人工林碳汇领域的研究持续增多。国家和机构间合作密切，研究的主体和对象，从美国变成了中国。研究工作主要集中于碳储存、土壤有机碳、碳核算、气候变化等方面，研究热点集中于人工林在减缓气候变化中的作用、人工林碳汇计量方法、人工林增汇的限制性因素、毁林与恢复对人工林碳汇的影响、人工林植被和土壤有机碳的空间分布规律等方面。随着更多国家作出零碳排放承诺，人工林碳汇领域的研究将进一步增多。在我国提出“双碳”目标的大背景下，围绕人工林碳汇的研究应进一步加强人工林碳库的动态监测和精准估算、全球气候变化对人工林生态系统碳通量的影响、“双碳”目标下的人工林增汇措施评估等方面的研究。