基于CiteSpace的土地利用转型研究发展定量分析

韦仕川，王 婷

(1.海南大学公共管理学院，海南海口 570228；2.海南省公共管理治理研究中心，海南海口 570228)

土地利用转型(land use transition)是土地利用变化的表现形式之一，自20世纪90年代以来，土地利用转型一直是土地变化科学(land change science)研究的重点。城市空间的快速蔓延和大规模工程建设活动的开展导致大量耕地被占用、土地覆被剧烈变化，引发区域性的社会发展和生态环境问题，针对如何有效破解这些现实发展难题、实现土地可持续利用，土地利用转型研究已受学术界广泛关注。土地利用转型源于Mather提出的森林转型假说，Grainger在此基础上提出土地利用转型的概念，其核心内涵是指土地利用形态在时序上的变化，通常与社会、经济发展阶段的转型相适应。随后有学者进一步指出土地利用转型是指土地利用系统从一种状态到另一种状态的转变。龙花楼等于2002年将土地利用转型引入中国，将土地利用转型的定义延伸为在社会经济变化和革新的驱动下，某一区域在一段时期内由一种土地利用形态转变为另一种土地利用形态的过程，它通常与经济和社会发展阶段的转型相对应，是一个动态变化的过程。

当前有关土地利用转型研究成果的梳理和总结大多使用传统的文献法进行研究。例如，Barbier等从经济角度回顾森林转型，把森林转型看作是相互竞争土地利用的结果。卢龙辉等通过分析有关森林转型的文献，归纳总结森林转型的概念与内涵、理论发展、分析框架、研究方法以及影响因素，提出森林转型未来的研究重点。吕晓等对城乡建设用地转型进行了文献综述，将城乡建设用地作为一个整体开展多种分析尺度下的转型过程及其与经济社会发展耦合关系的综合性研究。罗惠等对国内土地利用转型研究进展进行了梳理，以期探讨未来土地利用转型研究的重点方向。赵小风等从时空变化、驱动机制和社会经济环境效应3个方面对国内外工业用地利用转型研究进行综述。

从现有研究来看，学者们对森林、耕地、建设用地、工业用地转型等进行文献综述，仅针对土地利用转型的某一地类转型进行研究而无法窥其全貌；再者已有研究囿于传统文献研究法的局限性，难以直观呈现土地利用转型合作分析、热点主题、研究前沿及其发展脉络等，而利用科学计量学能够弥补这些不足。鉴于此，笔者利用科学计量学软件CiteSpace的合作网络分析、关键词分析，把握土地利用转型研究领域作者、机构、国家分布、热点主题与研究前沿，进而掌握国际土地利用转型研究的现状和发展趋势。

1 数据与方法

数据主要源于Web of Science(WOS)核心集合中的SCIE(科学引文索引扩展)和SSCI(社会科学引文索引)以及CNKI(中国知网)核心期刊与CSSCI(中文社会科学引文索引)数据集。采用WOS数据库描述Web of Science数据库的SCIE和SSCI数据集，采用CNKI数据库描述核心期刊与CSSCI数据集。

在WOS数据库中检索方式如下：主题为“land use transition”、时间跨度(timespan)为2000—2019年，从WOS数据库中提取了8 700条文献数据，去掉重复与无效字段后剩余6 626条，将其作为研究数据。CNKI数据库中检索方式如下：采用高级检索，检索主题是“土地利用转型”，时间跨度是2000—2019年，从CNKI数据库中提取148条文献数据。将研究时段确定为近20年，主要原因有2点：一是CNKI数据库土地利用转型研究始于2002年；二是自21世纪起土地利用转型研究成为国内外学者重点关注的领域。

CiteSpace是依靠数据库，将信息可视化、文献计量和数据挖掘算法集结而成的软件。与其他常见的信息可视化软件相比，该软件在发现研究前沿、研究主题与分析不同网络关系等方面具有独到之处。

2 研究过程与分析

考虑到国内外发文数量存在较大差异，分别对WOS、CNKI数据库展开共被引分析和高被引论文分析，以此揭示土地利用转型研究的演进历程。依据分析结果，将近20年土地利用转型的发文数量特征与研究演进历程分为3个主要阶段(图1)：

土地利用转型理论的萌芽及其驱动机制探索阶段(2000—2006年)。在该阶段土地利用转型发文量较为平稳，发文总量为894篇，其中高被引论文7篇；WOS数据库发文总量为886篇，CNKI数据库发文总量8篇。该阶段主要通过探讨城市扩张与农村宅基地缩减等，分析推动土地利用转型的外部性原因。一方面，通过建立UMD(全球土地覆盖)数据集开展研究，发现城市扩张推动多种地类转型，转型的地类最终均成为城市用地；另一方面，通过对中国农村宅基地转型进行研究，揭示了农村宅基地转型基本能反映研究区土地利用转型，每个转型阶段的社会经济发展需求是该阶段农村宅基地转型的内在动力。

土地利用转型理论的拓展与研究视野的全球化(2007—2012年)。在该阶段土地利用转型发文量较快增长，发文总量为2 001篇，其中高被引论文8篇；WOS数据库发文量为1 989篇；CNKI数据库的发文量为12篇。随着土地利用转型研究的深入，其理论愈渐丰富，研究视野拓向全球。在理论拓展方面，有学者基于全球森林变迁与土地利用变化的研究，提出森林转型路径理论——即“经济增长路径”与“森林稀缺路径”，认为森林转型不合理的原因在于高密度的人口与贫穷，主张退耕还林以促进森林合理转型。Lambin EF引入土地利用转移矩阵，从“社会—生态”反馈和“社会—经济”驱动2个方面建立土地利用转型形成机制的理论解释框架。龙花楼对中国土地利用转型研究表明，耕地与农村宅基地是乡村发展与土地利用转型的重要源头，这主要归因于中国特殊的城乡二元结构社会体制。

土地利用转型理论深化研究及其与土地政策的创新研究(2013—2019年)。在该阶段土地利用转型发文量快速增长，发文总量为5 953篇，其中高被引论文7篇；WOS数据库发文量为5 825篇，CNKI数据库发文总量为128篇。得益于高分辨率的全球森林覆盖遥感数据和长时间尺度的土地利用变化数据，土地利用转型理论及实证研究不断得到深化，与区域土地管理、生态服务等研究结合更紧密，研究视角呈现多元化。Hansen等通过对全球Landsat TM影像进行分类，深化森林转型的内涵，指出森林转型由多种土地覆被趋势在不同时空上共同组成，其过程与模式具有地理异质性，提出土地利用转型是通过多种相互作用的机制实现的。龙花楼对土地利用转型与土地资源管理二者之间的互馈机制和相互影响进行探讨，认为决策部门应根据土地利用形态的变化适时调整土地资源管理政策措施，充分考虑目标区域所处的土地利用转型阶段，以增强土地资源管理决策的科学性。Hurtt等利用长时间尺度的全球土地利用数据，通过地球系统模型模拟土地利用转型对未来气候系统的综合影响；刘永强等结合中国实际情况对生态系统服务价值系数进行修订，进而对土地利用转型导致的生态系统服务价值变化进行测度与分析，提出改善生态环境问题的措施与建议。

图1 各阶段土地利用转型文献数量比较Fig.1 Comparison of literatures in each period of land use transition

合作网络分析是科学合作中最切实和有据可查的形式之一，有助于了解不同作者之间的合作网络。从作者合作分析、机构合作分析和国家合作分析3个层面剖析土地利用转型合作分析网络，揭示全球土地利用转型研究成果分布、合作脉络及影响程度。

作者合作分析。作者合作网络分析可反映研究领域发文核心作者及研究人员之间的合作关系。梳理可知排名前3的研究团队包括TOBIAS KUEMMERLE研究团队、HUALOU LONG研究团队与XIAOPING LIU研究团队。从作者合作可知，每个团队均有1个核心人物，这表明对于研究人员而言，选择研究团队和合作者至关重要。该库土地利用转型领域发文数量排名前3的作者分别为Tobias Kuemmerle(26篇)、Volker C Radeloff(17篇)与Hualou Long与Peter H Verburg(16篇)。基于CNKI数据库的作者合作网络分析，国内主要研究团体为龙花楼团队与宋小青团队，发文数量排名前3的作者分别为龙花楼(20篇)、戈大专(5篇)与宋小青(4篇)。整体而言，CNKI数据库作者规模小于WOS数据库，但这2个领域的作者都倾向以团体形式进行合作；WOS数据库研究土地利用转型的作者合作密切且形成了庞大的规模，表明该库土地利用转型研究已发展成熟；CNKI数据库目前各团体之间合作并不密切，多数是零散分布，表明该库土地利用转型研究目前尚处于发展中。龙花楼在国内外土地利用转型研究领域有着举足轻重的地位。

机构合作分析。基于WOS数据库构建的机构合作网络分析，由548个机构组成的合作网络中包含399所大学(占72.81%)和149个其他研究机构(占27.19%)，通过汇总可知WOS数据库发文数量排名前3的机构为中国科学院(381篇)、中国科学院大学(111篇)、马里兰大学(94篇)；排名前10的机构中，大学占据7所，各机构之间合作密切。基于CNKI数据库构建的机构合作网络分析，由32个机构组成的机构合作网络，有19所大学(占59.38%)和13个研究机构(占40.62%)。在网络结构中只有少数机构与前两者有较多的合作，但其余机构中彼此之间进行协作较少，表明机构间还有较大的协作空间。CNKI数据库发文量排名前3的机构分别为中国科学院地理科学与资源研究(27篇)、中国科学院大学(13篇)、南京大学地理与海洋科学学院(7篇)。排名前10的机构中有5所大学。

综上可知，WOS与CNKI数据库中，土地利用转型研究排名前10的生产机构具有很强的同质性，核心研究力量主要来自大学；排名前2的机构都是中国科学院和中国科学院大学，表明两者在国际土地利用转型研究中具有很强的影响力和科研实力。

国家合作分析。国家合作网络分析是对各国/地区之间土地利用转型研究合作情况的直观呈现。由于CNKI数据库中的文献大多仅涉及中国，因此该研究主要基于WOS数据库进行国家合作网络分析。结果显示，美国占主导地位，除了波兰之外，25个国家关于土地利用转型研究都有所合作。是德国、英国、澳大利亚、法国、意大利与西班牙，在研究土地利用转型方面起着关键作用。在洲际尺度上，26个国家/地区主要分布在五大洲，数量由高到低依次为欧洲(17个)、北美洲(3个)、亚洲(3个)、南美洲(2个)和大洋洲(1个)。

将土地利用转型发文国家分为3个梯度，美国与中国处于第1梯队，发文数量均超1 000；德国与英国处于第2梯队，发文数量均多于600，其他则处于第3梯队。欧洲研究土地利用转型的国家数量最多。从近20年各国发文数量来看，土地利用转型研究重心开始转移，美国与中国成为该研究领域的主流国家。

突发关键词可以反映该研究的热点，将其进行梳理呈现出3个热点主题，分别是土地利用/覆被变化、地利用转型效应和土地利用转型与生态服务、粮食安全分析。

土地利用/覆被变化。土地利用/覆被变化(LUCC)是土地利用转型空间形态变化的直观体现，是土地利用转型的外在特征。该阶段主要通过植被变化、土地覆盖等方面的内容开展研究，探索土地利用转型的理论与实践，气候、植被、地形等驱动因素的影响尤其受到关注。土地利用通过改变地表土地覆被状态而影响周围环境，不同地形通过影响土地变化过程而产生不同土地覆被形态。全球气候变化是土地覆被变化的主要因素，学者们对土地覆被变化研究表明，气候变化是生态环境变化的主要因素，通常自然资源依赖度高的地区对土地利用/覆被变化产生的影响也更大，青藏高原的气候条件和地形地貌特征极其复杂，其共同作用形成的土地覆被类型的稳定性差，而植被的丧失是南非土地利用转型最有力的证据。全球来看，研究区域主要聚焦于非洲、东南亚、亚马孙热带雨林等生态敏感或对全球气候生态系统有重大影响的地区；研究方法以综合测度模型、评价指数为主，旨在通过案例实证研究和大量的数据统计分析揭示土地利用转型的规律特征和空间演变格局。

土地利用转型效应。世界各国城市蔓延扩张、农村发展、生态环境等所引起的土地利用转型效应愈发受到了关注，这是社会经济生态转型的具体表现，通常会引发社会、经济、生态等系列变化并反馈到评价土地利用效益、优化土地利用政策等方面。美国东部粗放式、低密度、外扩式的城市蔓延扩张，所带来的土地转型效应不仅使城市外部的自然生态资源遭到破坏，还使中心区城市活力降低。孟加拉国的纳拉扬甘市由于城市扩张、土地利益主体对非农用地的需求增加以及土地供需之间的不匹配，导致大量农业用地被占用、土地退化等问题，加剧不良的社会和生态效应。中国、印度和越南的森林转型表明，其转型路径的关键因素是森林过度的政策变化，同时与现代化和经济发展有复杂的关系，通过经济全球化的传导，森林转型在全球范围内具有明显的替代效应。美国和新西兰森林变迁是动态非线性的，涉及多次逆转，导致森林多次扩张，是“森林稀缺路径”和“森林管理政策路径”综合作用的结果，同时伴随着农村劳动力的流失、牛羊养殖业的衰落、旅游业的萎缩等。研究区域主要土地利用转型变化剧烈的国家或地区，如美国、中国、南非、印度或东南亚等；在研究方法方面，学者们提出转型效应模型、弹性指数、转移矩阵和动态模型等，评估土地利用转型对生态系统、城市扩张、乡村发展和社会经济的影响及其效应，进而提出解决或优化的技术、经济和政策措施。

土地利用转型与生态服务和粮食安全。 土地利用转型将对全球生态服务和粮食安全影响深远，有关研究备受瞩目。厄瓜多尔安第斯山脉土地利用转型促进了森林净覆盖率的增长和森林覆盖的空间再分布，提升了关键生态系统服务功能；哥斯达黎加通过国际贸易、土地集约利用和空间重组等促进土地利用结构的调整和转型，实现了森林转型，被视为环境可持续性的典范。在中国开展了大量的土地利用转型及其生态服务功能的研究，长江中游经济带生态系统服务价值不断降低且减少速率不断增加，生态服务价值冷热点呈“E”状集聚分布，土地利用转型中生态服务价值敏感性与生态用地类型、地形地貌有密切关系；天津滨海新区由于大量生态用地流失到建设用地，研究区生态系统服务价值减少了大约25%；长三角地区基于“三生用地”的土地利用转型表现为生产用地减少，生态用地稳定，生活用地快速增加，生态服务较高质量区和高质量区面积与比重稳定增长。土地利用转型是影响生态服务变化和粮食生产的重要因素，对以农业生产为主的农村地区的结构调整的影响显著，中国41.94%的耕地经历了不同程度的过渡，土地利用转型推动粮食生产格局不断演化，两者呈现出由“拮抗”到“协调”的转化过程，促进传统农业区逐渐从“集约型”向“现代型”转变；孟加拉国等南亚国家的土地利用较为粗放、土地利用格局不尽合理、农业基础设施薄弱等对于粮食产量具有重要影响。研究区域主要聚焦于中国、印度、非洲、南亚等人地矛盾突出、粮食安全受到关注的地区；研究方法以遥感分析、预测模型、实证研究、综合评价等为主，旨在通过案例调查和海量数据分析揭示土地利用转型对生态系统服务和粮食安全生产的影响，并提出应对措施。

3 结论

该研究运用CiteSpace对WOS数据库与CNKI数据库有关土地利用转型研究进行文献计量统计分析，研究结论如下：

(1)土地利用转型研究的演进历程可分为3个阶段：一是土地利用转型理论的萌芽及其驱动机制探索阶段。在该阶段土地利用转型发文量较为平稳，发文总量为894篇，其中高被引论文7篇。该阶段主要通过探讨城市扩张与农村宅基地缩减等，分析推动土地利用转型的外部性原因。二是土地利用转型理论的拓展与研究视野的全球化。在该阶段土地利用转型发文量较快增长，发文总量为2 001篇，其中高被引论文8篇。该阶段土地利用转型研究理论愈渐丰富，土地利用转型机制的理论逐步建立。三是土地利用转型理论研究的深化及其与土地资源管理政策的创新研究。该阶段土地利用转型发文量快速增长，发文总量为5 953篇，其中高被引论文7篇。土地利用转型理论及实证研究不断得到深化，与区域土地管理、生态服务等研究结合更紧密，研究视角呈现多元化。

(2)作者合作层面，研究团队Tobias Kuemmerle、Hualou Long与Xiaoping Liu在土地利用转型研究中具有相当的影响力，发文数量和被引次数都名列前茅。机构合作层面，土地利用转型研究排名前10的生产机构具有很强的同质性，核心研究力量主要来自大学；排名前2的机构是中国科学院和中国科学院大学，表明两者在国际土地利用转型研究中具有很强的影响力和科研实力。从国家合作层面来看，美国在研究土地利用转型方面影响力最大，美国与中国处于第1梯队，发文数量均超1 000；德国与英国处于第2梯队，发文数量均多于600，其他则处于第3梯队。从合作分析可知，中国科学院、中国科学院大学和龙花楼在国际上关于土地利用转型研究位列第1梯队，美国与中国已成为土地利用转型研究领域的主要国家。

(3)土地利用转型研究热点主题为土地利用/覆被变化、土地利用转型效应与土地利用转型生态服务、粮食安全。土地利用/覆被变化(LUCC)是土地利用转型空间形态变化的直观体现，是土地利用转型的外在特征，采用综合测度模型、评价指数等方法，通过案例实证研究和大量的数据统计分析揭示土地利用转型的规律特征和空间演变格局。土地利用转型效应是社会经济生态转型的具体表现，通常会引发社会、经济、生态等系列变化，是土地利用转型的内在特征，运用转型效应模型、弹性指数、转移矩阵和动态模型等，评估土地利用转型对生态系统、城市扩张、乡村发展和社会经济的影响及其效应。生态服务和粮食安全是广受关注的全球性问题，成为土地利用转型研究的热点，研究区域主要聚焦于中国、印度、非洲、南亚等人地矛盾突出的地区，研究方法以遥感分析、预测模型、综合评价等，旨在通过案例调查和海量数据分析揭示土地利用转型对生态系统服务和粮食安全生产的影响，并提出应对措施。