基于CiteSpace的黄河三角洲生态环境研究进展

2022-12-26朱志鹍

山东建筑大学学报 2022年6期

朱志鹍

(山东建筑大学学报编辑部，山东济南 250101)

0 引言

黄河三角洲是全球最年轻的河口三角洲，地处温带季风区，雨热同期，发育着我国暖温带最完整的湿地生态系统，具有丰富的动植物资源，对维持生物多样性、维护黄河下游和黄渤海生态安全起着重要作用[1]。同时，土地盐渍化、盐碱地面积大、分布广则是黄河三角洲的主要特征之一[2]。近年来，围绕黄河三角洲植被形成、分布和变化机制[1]，滨海湿地碳交换及其影响机制[3]，盐碱地土壤改良与滨海湿地生态修复[4-5]、土地利用/土地覆盖变化[6]、水文连通[7]等领域，已经开展了大量研究工作，取得了一系列研究成果。2009年，国务院正式批复《黄河三角洲高效生态经济区发展规划》，黄河三角洲地区的发展上升为国家战略，成为国家区域协调发展战略的重要组成部分[8]。目前，黄河流域生态保护与高质量发展也已成为国家战略，2022年发布的《山东省黄河流域生态保护和高质量发展规划》中，提出了要保护修复黄河三角洲和高水平建设黄河口国家公园[9]。应用文献计量学的方法分析整个黄河研究领域的文献，发现发文量高峰期出现在2009年之后，且黄河三角洲一直是研究的热点[10]。因此，梳理和总结黄河三角洲生态环境研究领域的研究进展，为其未来发展规划提供参考和依据，是目前亟待完成的工作。

科学知识图谱是以知识域为对象，显示科学知识的发展进程与结构关系的一种图像，其将数据挖掘、信息处理、知识计量和图形绘制结合，能够直观形象地全面解读学科的国内外发展趋势、研究进展、热点前沿、学科知识结构及其动态演化关系[11-12]。随着科研论文数量的逐年增加，知识图谱已经成为研究不同学科发展动态的重要方法。CiteSpace 是具有较强的文献计量和知识图谱可视化功能的软件，已成为目前最流行的文献计量工具，在许多学科方向得到了广泛应用[11]。在生态学相关研究领域，已经应用到了生态补偿[13]、湿地恢复[14]、生态系统碳水耦合[15]、城市绿地生态系统文化服务[16]等众多研究方向。因此，文章利用CiteSpace 软件，对黄河三角洲生态环境研究领域的作者、机构、关键词及研究领域等进行知识图谱绘制，并分析其研究热点，以期把握研究的前沿，推动黄河下游的生态保护与高质量发展。

1 数据来源与方法

中国科学引文数据库(Chinese Science Citation Database，CSCD)创建于1989年，收录我国数学、物理、化学、天文学、地学、生物学、农林科学、医药卫生、工程技术、环境科学和管理科学等领域出版的千余种中英文科技核心期刊和优秀期刊。文章以中国知网期刊库中CSCD 为数据源，采用高级检索方式，以主题“黄河三角洲生态”或“黄河三角洲环境”为检索条件，检索日期限定为2021年12月31日，检索得到552 条文献；剔除编者按、新闻等无关文献并筛选精炼相关文献，最终得到了500 条文献。

Web of Science 数据库是由美国科技信息所推出的引文索引数据库，已成为国际公认进行科学统计与科学评价的主要检索工具利用。文章以Web of Science 核心合集的科学引文索引(Science Citation Index， SCI)为数据来源，以“yellow river delta ecology OR yellow river delta ecosystem OR yellow river delta environment”为检索主题，语种选择英语，文献类型选择论文和综述论文，出版年选择2001—2021，共检索得到699 篇文献，通过筛选精炼，最终得到与黄河三角洲生态环境研究相关的400 篇文献。

利用CiteSpace 6.1.R2 软件分别处理中文和英文的文献信息数据，绘制作者、机构、关键词等知识图谱并进行分析。

2 文献总体结果分析

2.1 发文量

黄河三角洲生态环境研究相关的发文量变化如图1 所示。

图1 发文量统计图

2009—2014年，中文期刊发文量呈下降趋势，在2014—2021年，发文量震荡增加。SCI 期刊发文量整体上呈持续增加的趋势，尤其是近两年，黄河流域生态保护和高质量发展上升为国家战略后，关于黄河三角洲生态环境研究的文献量快速增长，2020和2021年发文量分别为78、80 篇，体现出政府制定的地方发展政策对研究的导向性作用。

2.2 研究机构分析

研究机构可视化图谱如2 所示，节点大小表示发文量多少。中文期刊的研究机构合作图谱如图2(a)所示，共有327 个节点，网络密度为0.008。中国科学院大学、滨州学院、中国科学院烟台海岸带研究所、山东省林业科学研究院、山东师范大学、山东农业大学、北京师范大学。SCI 期刊论文发布机构如图2(b)所示，共有269 个节点，网络密度为0.011。Chinese Academy of Sciences(中国科学院)和Beijing Normal University(北京师范大学)是发文量最高的两家机构，且中心性较高(中心性＞0.4)，起到了节点间纽带的作用。其他出现频次较多的单位还包括Ocean University of China(中国海洋大学)、 University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学)、 Binzhou University (滨州学院)、Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology(青岛海洋科学与技术试点国家实验室)、Shandong University(山东大学)。可以看出，山东省内的高校和科研院所发文较多，在黄河三角洲生态环境研究领域具有明显的地域优势。

图2 黄河三角洲生态环境研究领域机构合作图谱

2.3 作者分析

作者合作网络图如图3 所示。中文期刊作者图谱如图3(a)所示，共有409 个节点，752 条连线，网络密度为0.009。可以看出，发文量最多的前两个研究团队，分别为中国科学院烟台海岸带研究所韩广轩-鲁东大学于君宝带领的科研团队，滨州学院山东省黄河三角洲生态环境重点实验室的夏江宝、陆兆华、刘京涛等带领的科研团队。另外，发文量较多的有北京师范大学崔保山、白军红带领的科研团队，青岛海洋地质研究所的叶思源带领的科研团队，北京林业大学张明祥、张振明带领的科研团队。英文期刊作者图谱如图3(b)所示，共396 个节点，678条连线，网络密度为0.009。可以看出，发文作者与中文期刊作者高度一致，说明研究人员基本来自国内。北京师范大学CUI BAOSHAN(崔保山)、BAI JUNHONG(白军红)为在英文期刊发文最多的团队，而HAN GUANGXUAN(韩广轩)团队在中文、英文期刊发文均较多。

图3 黄河三角洲生态环境研究领域作者合作图谱

中国科学院烟台海岸带研究所韩广轩带领的科研团队依托黄河三角洲滨海湿地生态试验站，开展了黄河三角洲湿地环境、生态、资源灾害等长期的综合观测，在滨海湿地碳交换机制、对气候变化的响应、退化湿地生态修复等方面产出了大量的研究成果[3]。滨州学院山东省黄河三角洲生态环境重点实验室研究团队围绕着黄河三角洲盐碱地土壤理化特性及其植被恢复等方面展开了大量研究工作。青岛海洋地质研究所的叶思源带领的科研团队聚焦滨海湿地生态地质碳循环研究领域，创建了湿地地质学理论，成了相应的方法体系，取得了重要成果[17]。北京师范大学崔保山、白军红带领的科研团队在黄河三角洲滨海湿地水文连通机理、湿地生态修复政策与实践等方面有重要贡献[7，18-19]。北京林业大学张振明、张明祥团队则关注水文连通强度对湿地土壤养分、植被生态化学计量影响方面的研究[20-21]。

3 研究内容分析

3.1 研究主题

利用CiteSpace 软件的聚类功能cluster 中的对数似然比(log-likelihood ratio， LLR)算法，对关键词进行聚类分析。聚类的规模越大，则编号越小；而当平均轮廓值S＞0.7 时，表明聚类是高效且令人信服。中英文研究文献关键词聚类分析的结果如图4 所示，其平均轮廓值S分别为0.905 9、0.875 1，表明聚类结果划分合理。

图4 关键词聚类图谱

黄河三角洲生态环境研究领域的中文文献主要围绕土地利用、滨海湿地、多样性、湿地、柽柳、土壤、土壤养分等7 个主题开展，其对应的代表性关键词见表1。英文文献聚类结果多达15 个，分别为Bohai Sea(渤海)、hydrological connectivity(水文连通)、 CH4emissions (甲烷排放)、 land surface temperature(地表温度)、common reed (芦苇)、ecosystem (生态系统)、heavy metals(重金属)、Yellow River Delta(黄河三角洲)、plant community(植被群落)、coastal zone(海岸带)、land use type(土地利用类型)、net nitrification(净硝化作用)、salt marshes(盐沼)、 saline soil (盐渍土)、 supratidal wetland(潮上带湿地)，对应的重要关键词见表2。从关键词聚类结果分析，黄河三角洲生态环境研究领域主要包括:(1)水文连通及其影响；(2)退化滨海湿地的生态修复，盐碱地土壤化性质、盐渍化程度以及生态修复；(3)典型生态系统固碳能力及影响因子；(4)土地利用变化及其驱动力。

表1 中文期刊关键词聚类表

表2 英文期刊关键词聚类表

3.1.1 湿地的水文连通特征与生态效应

对黄河三角洲湿地的水文连通及其生态效应的研究处于快速发展的初步阶段。在空间维度上，刘佳凯等[22]分析了黄河三角洲横向水文结构连结的空间尺度的变异性，发现潮间区和生态补水区的水文连通较强，而盐沼区和河滨区则相对较弱。在时间维度上，刘烨凌等[23]研究了46年间黄河三角洲河湖沼水系的水文连通时空演变，认为结构连通性呈增长趋势，而功能连通性呈先下降再小幅增长的趋势，明显受人类活动影响。而骆梦等[24]以黄河三角洲典型潮沟系统为研究对象，分析了其水文连通的空间异质性特征及与潮沟形态、地形地貌特征的响应关系，并以盐地碱蓬为例，研究了水文连通的生态效应，发现其分布主要取决于植物生命周期的各个过程对水文连通特征的适应性差异。

3.1.2 湿地生态系统碳汇强度及其对气候变化的响应

(1)生态系统碳汇强度的估算

滨海湿地是蓝碳的重要组成部分，在应对气候变化、实现“双碳”目标等方面发挥重要作用[25-26]。对于滨海湿地碳汇研究领域，研究集中在土壤-水体-植被-大气间的碳(CO2和CH4)交换过程。利用涡度相关法的定位观测数据，研究人员定量评价了盐地碱蓬、芦苇等典型的湿地生态系统与大气间的净碳通量交换[27-30]。其中，芦苇湿地(潮上带)、盐地碱蓬湿地(潮间带)多年平均的CO2汇强度分别为(-171.48±50.42)、(-51.7±9.7)g/(m2·a)[31-32]。

而在区域尺度上，遥感资料结合数值模型是评估一定区域内植被碳收支状况的常用方法。利用Landsat 数据和CASA 模型，学者估算了黄河三角洲植被的净初级生产力(Net Primary Production，NPP)，发现黄河口新生湿地植被NPP 在1998—2016年整体呈下降趋势[33]，而整个黄河三角洲植被的NPP 却呈现增加的趋势，可能是由于农田NPP总量增加的贡献[34]。

(2)对气候变化的响应

诸多环境因子(温度、水分、光照等)和生物因子(叶面积指数、地上生物量等)通过影响光合作用或呼吸作用，从而影响不同时间尺度的生态系统碳收支状况[35]。目前，科研人员在野外开展了温度、降水、养分(氮、磷)等控制试验，并据此研究生态系统对全球变化的响应机制。基于黄河三角洲滨海湿地5年的持续增温试验发现增温不仅改变了微生物群落的多样性，同时也改变了微生物之间的相互作用关系，可能引起土壤碳的损失[36]。降雨引起土壤湿度的显著增加，从而减弱土壤呼吸作用[37]。从长时间尺度看，降雨的季节分配是滨海湿地净生态系统碳交换年际变化的主要因素。春季降雨可以改变植物萌发关键期的土壤水盐动态，调控植物生长进而影响生态系统全年的碳收支[32]。而极端降雨事件可使芦苇湿地生态系统吸收的CO2减少＞50%，显著抑制其碳汇能力[38]。

近岸海域富营养化导致的大量氮输入对盐沼湿地稳定性和碳汇功能构成严重威胁[25]。对于盐沼湿地，基于野外氮磷添加控制试验平台4年的监测数据表明，氮磷输入促进了植被生物量的累积和改变了土壤微生物的组成，使得土壤中可溶性有机碳(Dissolved Organic Carbon， DOC)增加[39]。而处在潮间带的盐沼湿地，显著区别于其他陆地生态系统的特征之一就是周期性的潮汐作用，这造成盐沼湿地干湿交替，导致其生物地球化学循环过程具有独特性，必然影响其碳收支平衡[26]。基于涡动相关系统的观测数据表明，潮汐作用引起的干湿交替明显促进了白天盐沼湿地生态系统对CO2的吸收[40]，但同时也导致了CH4脉冲式排放，增加了其排放量[41]。

3.1.3 黄河三角洲的生态修复

(1)盐碱地改良与生态农牧化

黄河三角洲的盐碱地分布较广，2012—2018年，黄河三角洲轻、中度盐渍土面积明显增加，盐渍土总面积呈扩大趋势[42]。因此，盐渍土的改良与修复已经成为黄河流域生态保护和高质量发展的重要内容。对盐碱地的改良技术，多采用暗管排碱等水利工程措施、上农下渔，但成本高、维护难，生态扰动大[43-44]。而且，随着耕地面积的增加，农业用水与盐碱地改造消耗用水之间的矛盾愈发明显[2]。针对这些问题，有学者提出了采用生态系统的理论和生态工程技术，构建盐碱地耐盐牧草“种植-养殖-生物有机肥生产-盐碱地改良”和肥力提升的生态循环农业生态系统，并结合智能农机、现代信息技术，打造盐碱地现代生态草牧业和盐碱地现代精致农业[2]，为黄河三角洲高质量发展提供了参考。

(2)退化生态系统的恢复

近年来，由于自然和人为因素共同作用，黄河三角洲湿地、贝壳堤岛等生态系统严重退化。植被恢复是贝壳堤岛生态系统重建的主要措施[45]。针对优势植被群落，如柽柳、旱柳等，学者们开展了植物在干旱胁迫下利用土壤水分的策略研究，分析了林地、草地生态系统的土壤物理特征[45]，研究了贝壳堤岛典型灌木生态化学计量特征[46]，在不同土壤水分条件下的光合特性[45，47]，以及黄河三角洲滩地植被对不同深度土壤的物理性质、盐碱程度及土壤肥力的改善作用[48]。在此基础上，开展了不同植被模式对盐碱地土壤的改良效应研究，发现林草复合模式可显著改善滨海盐碱地的土壤理化性能，增加土壤孔隙度和贮水量，降低土壤密度，提高土壤有机质、速效养分含量和土壤微生物数量[49]。

由于人类活动，如油田开发、围海养殖以及农业开垦等，导致黄河三角洲湿地面积逐渐缩小，盐碱程度加剧。针对这些问题，目前已经开展了湿地生态修复工程，其方式多为人工引淡水漫灌，以期达到压碱洗盐和恢复湿地植被的目的[50]。柏建坤等[51]利用模糊综合评价法定量评价了芦苇湿地的修复效果，发现人工引淡水漫灌的方法对修复区的水体指标和土壤指标参数显著改善，而植被生物量和密度与自然样地还有较大差距。除了土壤的性质指标，LI 等[52]从大型底栖动物的丰度和多样性角度评价了湿地恢复的效果。

(3)互花米草的防治

互花米草是一种典型的盐生植物，具有较强的耐淹能力和繁殖能力，这些特点使其在滨海湿地迅速扩张[53]。入侵的互花米草会使滨海湿地潮沟形态发生变化[54]，改变了土壤理化性质，进而改变了碳、氮、磷等生物地球化学循环过程，导致植物群落丰度降低，底栖动物减少[55-56]。互花米草的治理已经成为黄河三角洲生态保护与修复的重要内容之一。研究表明，采用“刈割＋淹水”的综合治理措施能有效地清除治理区域的互花米草[57]，目前已成为山东省主要的防治措施，并取得了较好的治理效果[58]。

3.1.4 土地利用变化及其驱动因素

黄河挟带的大量泥沙在河口沉积，而入海水沙量和滨海区的海洋潮流条件共同并引起河口海岸线的变迁[59]。然而，自1990年以来，由于港口建设、围海养殖等活动的增多，自然岸线逐渐减少，人工岸线不断增加[60]。人类活动(围填海、垦殖、石油开采等)是导致黄河三角洲土地利用/土地覆盖(Land Use/Land Cover，LULC)变化的主要驱动力。2000—2015年，黄河三角洲盐田和建设用地面积急剧增加，而使滨海湿地面积锐减[61]。LULC 的变化不仅影响土壤物理特性[62]，而且使得滨海湿地生态服务价值减少了17.4%[61]。此外，LULC 的变化还深刻影响了滨海蓝碳储量，1970—2010年，由于人类活动和自然过程导致黄河三角洲湿地面积减少了2 028 km2，相应地，滨海蓝碳储量减少了10.2%(1.63×106Mg)[63]。

3.2 研究热点分析

突现词的出现代表一定时期内某个研究领域的关键词出现频率快速增加，反映了此时期的研究热点或趋势。CSCD 期刊和SCI 期刊论文的突现强度排名前10 的关键词见表3 和4。集中爆发时间段为2016—2019年。

表3 CSCD 期刊黄河三角洲生态环境研究领域热点词突现表

CSCD 期刊在2016年之前出现的突现词为湿地、评价、空间分布、分布特征、土壤盐分，其中分布特征、土壤盐分是突现时间较长(2013—2017年)的关键词；2016年后出现的突现词为柽柳、光合作用、景观格局、芦苇、水文连通。柽柳是盐碱区主要的植被恢复物种，围绕着不同的土壤水分和盐分条件下，柽柳的水分利用策略和幼苗成活率，学者们开展了深入研究[64]。“光合作用”是突现时间最长的关键词(2016—2021年)，“芦苇”和“水文连通”是备受关注的主题。其中，“芦苇”的突现强度达到3.96，自2018年开始成为关注的焦点，是目前强度最高的突现词。芦苇是黄河三角洲典型的建群种植被之一，近年来研究多集中在环境条件(如盐胁迫、人类活动等)对其生理生态影响[65-67]，以及其碳通量特征与影响因子[29]。

SCI 期刊论文在2017年之前的突现词为management(管理)、surface sediment(表层沉积物)、nitrogen(氮)、sea(海洋)、estuary(河口)，其中“surface sediment” 突现时间段最长(2012—2016年)，“河口”突现强度最高(4.87)。自2002年开始，黄河进行了多次调水调沙，对黄河三角洲，尤其是对滨海生态系统和生物地球化学循环过程产生了重大影响[68]。而黄河入海口表层沉积物、氮输入、河口的动态变化等研究是这个时期热点。2017年之后，出现的突现词为ecosystem service(生态系统服务)、evolution(演变)、Suaeda salsa(盐地碱蓬)、water (水)、 response (响应)。其中“ecosystem service”突现时间较长(2016—2018年)，突现强度高(4.06)。黄河三角洲的水沙资源日趋减少，水资源不足已是黄河三角洲高质量发展的重大挑战之一[2]。水资源管理、湿地生态系统对全球变化的响应也是研究热点。