基于CiteSpace 的森林病虫害研究进展与展望

张译元，包庆丰，田木易，徐玮

（1.内蒙古农业大学，呼和浩特 010019；2.河北地质大学）

森林资源是大陆生态系统的主体部分，承担着涵养水源、净化空气、防风固沙等一系列重要职能。然而森林资源却具有非永久性的特征，当受到外界灾害的持续性侵扰、森林生态系统遭到破坏时，不仅会丧失其观赏功能、美化功能、生态功能，而且释放出的有毒有害物质会加剧生态系统负担、破坏生态平衡、危害物种多样性发展[1]。

森林病害是指生物或非生物因素使林木在生理、组织和形态上发生的病理变化；森林害虫是指危害森林及林产品的昆虫。二者常合称为森林病虫害，可导致林木生长不良、产量和质量下降、甚至引起林木或整个林分的枯死和生态环境的恶化[2]。森林三大自然灾害中，如果森林火灾和森林气候灾害是肉眼可见的灾害，那么应对森林病虫害就是一场没有硝烟的战争。每年大面积种植的人工纯林，让病虫害灾害普遍发生在各个林区，使得全国森林病虫害发生率逐年上升。众所周知，森林固碳的非永久性，一旦发生大面积的森林灾害，碳元素会从新释放回大气中，破坏生态平衡[3]。所以从生态保护的层面来讲，又对森林病虫害防治发起了新的挑战，而对其深入挖掘又是保护森林生态环境、促进林业可持续发展的基石。通过文献计量法和可视化分析，深入探索森林病虫害的发文量、研究阶段、学者合作网络以及机构合作关系，梳理发展脉络，挖掘森林病虫害热点前沿问题，为日后进一步科研提供新思路。

1 基于CiteSpace 的知识图谱分析

CiteSpace 中文可译为“引文空间”，是一款在科学计量学（Scientometric）、数据和信息可视化（Data and information visualization）背景下发展起来的，着眼于分析科学文献所蕴含的深层次内容的、多元、动态、可视化分析软件平台[4]。选择中国知网（CNKI）为文献数据来源，并选用CiteSpace5.8.R2 开展文献计量的分析。

首先，基于中国知网（CNKI）的高级检索功能，文献类型选择“期刊”，输入主题“森林病虫害”或含“林业病虫害”、或者“森林有害生物”或含“林业有害生物”、或者“森林病害”或含“林业病害”、或者“森林虫害”或含“林业虫害”，检索时间段为1990-2021 年，文献来源类别选择“SCI 收录刊”、“EI 收录刊”、“核心期刊”和“CSSCI 期刊”，检索共得到文献978 篇，经过手动筛选，剔除内容不符、咨询等无效文章后得到有效文献836 篇；其次，依据检索得到的文献，在知网梳理后进行初步可视化分析，得到发文量、机构分布等基本信息；最后利用CiteSpace 软件对森林病虫害研究进行文献关键词、主题聚类、作者合作、时区分布和热点前沿等分析。分析时区为1990-2021 年，跨度为1a；软件运行前的参数：连线强度选择cosine，剪切方法（pruning）选择修剪切片网络（pruning sliced networks），其他参数设定为网络配置功能区中的默认选项，CiteSpace 运行时间为2021 年11 月23 日。

1.1 发文数量与阶段划分

我国良好的地理位置与适宜的气候条件孕育了得天独厚的森林资源。建国初期为适应社会生产，原始森林的木材消耗迅速，1963 年国家颁布《森林保护条例》，开展了植树造林、保护生态环境等一系列活动[5]。但人工纯林的森林病虫害发生率远高于天然混交林，1992 年原林业部下达《关于对森林病虫害防治实行目标管理的通知》，同年印发《全国森林病虫害防治目标管理考核办法（试行）》，在全国范围内掀起了病虫害防治的浪潮，学者们也开始对此积极探索。

利用知网针对森林病虫害主题检索全部文献，共得到12 319 篇，通过数据可视化分析得出的曲线图（图1），从时间纵向切片的角度分析，对森林病虫害研究的相关文献呈上升趋势。线型表现出研究领域的热度随着经济社会的发展高涨，时至今日仍有巨大的研究意义，从客观层面对未来从事相关研究的作者给予肯定。结合林业大事记、林业政策等角度将森林病虫害文献研究历程大体划分为三个阶段：萌芽阶段（1980-1998 年）、探索阶段（1998-2010年）、快速增长阶段（2010-至今）。

图1 森林病虫害年度发文趋势Fig.1 Annual publication trend of forest diseases and insect pests

（1）萌芽阶段。1980-1998 年为我国森林病虫害相关研究初期，从演进的整体趋势来看，此阶段的年均发文量相对较少，1980 年开始到20 世纪末，年均发文数量不足100 篇，且主要为对松毛虫、姬蜂科，松材线虫等进行具体的防治研究，是对当时林业出现的具体问题的回应、反思与总结，但随着气候环境，物种变异等一些列主客观因素的作用，文章具有较强的时效性。

（2）探索阶段。1998-2010 年研究进入了艰难的探索时期，2006 年，国务院发布《国家突发公共事件总体应急预案》，针对自然资源生物灾害明确指出要建立预报预警机制；同年，国家林业局下达《国家林业局关于下达“十一五”全国林业有害生物防治目标管理指标的通知》，深刻认识到了丰富的森林资源由于缺乏管理而导致灾害发生的不必要性，强调了防治目标管理的重要意义。2008 年年初，我国南方地区发生百年难遇的特大冰冻灾害，同年四川省汶川地区发生“5·12”特大地震，自然灾害的发生为森林病虫害的出现提供了温床，对南方集体林区造成重创。2008 年6 月，国务院办公厅印发《关于地震灾区恢复生产指导意见的通知》，随后的两年期间，对于病虫害监测、预防的文章如雨后春笋般突破式增加。前所未有的环境背景下，提供了对森林病虫害深入开展实地调研的良机，遥感、无人机等高新技术的介入，也拓展了主题研究方式的边界。

（3）稳定增长阶段。2010 年至今，关于森林病虫害的研究快速增长。2015 年国有林区实施全面停伐战略，再次推高林权改革的话题，随着问题的深入思考，森林病虫害相关研究也水涨船高。2017 年，党的十九大召开，“绿色发展”“高质量发展”等词汇的突现，我国社会主要矛盾的变化，不平衡、不充分的发展对林业发展提出了新要求，发文量在2016-2018年迅速上升。2019-2020 年，新型冠状病毒疫情肆虐全球，居家隔离等因素导致发文量小幅度减少，但随着疫情的好转，2021 年发文量又回升到了最高水平。

1.2 文献机构及作者合作网络分布

经CiteSpace 得到的作者与机构合作网络中，每个节点表示机构或作者名称，设置只显示发文量“≥3 篇”的作者，且发文量越多，节点圆圈越大；连线代表了相邻两节点间的合作关系，同一节点引出的连线越多，作者或机构的中心性越强。

森林病虫害主要研究机构合作网络显示（图2），公开已发表的文献大多源自两类机构，其一为一线防治作业机构，其二为农林类高校和科研院所。以原国家林业局森林病虫害防治总站为核心的合作网络关系最发达，与北京林业大学经济管理学院、森林培育重点实验室以及东北林业大学、中国林业科学院等有较为紧密的合作关系；此外，各科研院所及其二级学院之间也有较强的合作。其余机构发文量相对较少，且无显著的合作关系。主要科研机构发文量分布如表1 所示，原国家林业局森林病虫害防治总站居于首位，北京林业大学和东北林业大学各学院紧随其后，中国林业科学院和中科院遥感应用研究所发文也相对较多。

表1 主要科研机构发文量分布Table 1 Distribution of documents issued by major scientific research institutions

图2 1990-2021 年主要研究机构合作网络Fig.2 Cooperative network of major research institutions from 1990 to 2021

森林病虫害研究领域主要发文作者分布如表2所示，作者合作网络见图3。以宋玉双、尤德康、柴守权为首的原国家林业局森林病虫害防治总站科研团队在此领域发文量最多，且参与编撰诸多国家现行技术规程。甘肃省临夏州森林病虫害防治检疫站的张永强、田炜、朱惠英和常承秀等人已形成较为稳定的作者合作网络。发文量较多的作者盛茂领、骆有庆、潘宏阳、张星耀等形成了以自己为核心的研究团队。其余学者之间的合作较为分散，或团队核心成员人数较少，未形成稳定的科研团队。

表2 主要发文作者分布Table 2 Main post author distribution

图3 森林病虫害研究作者合作网络图谱Fig.3 Cooperative network map of forest diseases and insect pests research authors

1.3 文献主要研究内容分布

基于CiteSpace，得到1990-2021 年森林病虫害研究关键词共现聚类知识图谱（图4），“#_”为关键词聚类标签，将主题相似，类别一致的关键词聚为同一类，便于后续的分析研究。将所选择的全部文章关键词聚为19 类，依据聚类标签内涵和类型文章只显示0～9、12、14、16、18 共14 类。

图4 1990-2021 年森林病虫害研究主题共现聚类知识图谱Fig.4 Co-occurrence cluster knowledge Atlas from 1990 to 2021

1.3.1 森林病虫害防治对策研究

对聚类后得到的结果整理，类别“#0 防治”“#3对策”属于森林病虫害防治对策研究，从发文数量上看也是以往涉及最多的领域。其主要内容可归纳为以下三个方面：

（1）国内外林业有害生物防治进展与启示。20 世纪初，对于森林病虫害防治大多采用传统方式，含毒性的无机化合物农药、捕捉等为主要手段；20 世纪中期无公害有机化学防治成为抑制病虫害发生的新武器；20 世纪后期至今，综合防治、生态防治的理念引导病虫害防治进入了新阶段。针对不同地域的森林有害生物的发生状况进行具体分析，提出生态调控策略等经验启示。

（2）林业有害生物防治方式研究。森林病虫的防治方式从最初的农药喷施防治、物理机械防治、生物防治，到今天的烟雾防治、昆虫生长调节剂等化学防治走过了一个世纪[6]。迄今为止，化学防治仍是最有效的防治方式之一，但化学农药的大量不合理使用，违背了生态优先、绿色施治的理念，因此研发副作用小、经济实用的新型杀虫剂是学者们拓展防治方式研究的新方向。

（3）森林病虫害灾前预防研究。历史的经验告诉我们“治不如防”，森林病虫害灾害的发生不仅会造成巨大的经济损失，同时自然环境的破坏也会带来不可估量的生态价值损失，这使得对于森林灾害的预防预警更加迫切。学者们借助GIS 平台、GPS 数据、Web 技术、“互联网+”的形式等建立森林病虫害监测机制，预报平台以及预警系统，对森林虫害程度进行准确的定位和判断，以期提高林业抵抗风险的能力，保障生态安全，降低森林病虫害的发生率。

1.3.2 森林病虫害交互影响研究

关键词聚类标签“#1 森林”“#2 林业”“#4 林木”“#16 冰冻”展示了森林树木与多方面因素的交互影响。将其归纳为以下三个方面：

（1）森林病虫害与其他森林灾害交互影响研究。森林有害生物、火灾、冰雪灾害、环境污染对于森林生态系统都属于有害干扰，严重威胁到了森林生态安全[7]。通常火灾、冰雪灾害等破坏了森林的动态平衡即改变了昆虫和寄主树木的营养关系，会为森林病虫害的发生制造有利条件；同时森林病虫害的发生会引起林木生理、碳含量、森林结构等的改变，在相同外界环境下加剧了其他森林灾害发生的可能[8]。森林灾害之间的交互影响关系，也为保险公司制定森林综合保险提供了理论依据。

（2）气候环境与森林病虫害交互影响研究。气候是森林生态系统的重要环境因子，也是影响森林有害生物生长的重要因素，对于森林群落稳定、森林物种多样性也有着重要影响。气候环境调节着森林环境的温度和湿度，进一步影响了森林昆虫的生长和发育；当气温上升、湿度下降，会加剧森林“暖干化”现象[9]，使得有害生物灾害爆发的频次增加、程度显著增强。

（3）政策环境对森林病虫害的影响研究。我国幅员辽阔，区域化差异较大造就了因地制宜的政策环境，当前对于森林病虫害的政策研究主要基于林业灾害财政政策体系构建、政府购买林业有害生物防治服务行为、防灾减灾救灾机制改革以及产权改革、资源管护几个方面[10]。其目的为打通森林病虫灾害影响的前端壁垒，提高森林病虫害防治的有效性，降低灾害的发生率，为进一步深化政策改革提供可行性方案。

1.3.3 林业有害生物研究

近年来，松材线虫病以及美国白蛾对我国林业的危害最为严重。关键词聚类标签“#6 森林害虫”“#9 美国白蛾”“#12 森林病虫”从微观层面推敲病虫害危害的程度及其防治手段。森林有害生物的出现具有明显的地域性特点，特定的自然地理气候环境孕育了不同品质的树种，进而栖息了形态各异的森林昆虫、森林病菌。以我国秦岭淮河为分界线对气候类型进行大致划分，界限以南为亚热带季风气候，以北为温带季风气候和温带大陆性气候。

较为明显的是，北方为适应相对干旱寒冷的气候环境，常见的森林群落主要为松树等针叶型树木，随之而来的松毛虫和异担子菌属种类的侵害便成为首要防治工作；而在我国南方地区，水土资源丰富，树木种类众多，病虫害发生的地域性更加显著。广西地区的杂交竹枯萎病、云南省的麻疯树白粉病、海南省的椰心叶甲虫害以及在江西省、浙江省等地成灾的松褐天牛、星光背天牛等天牛科灾害，对其研究主要有调查分析、风险分析和防治策略等。

1.3.4 森林病虫害科研方法研究

“#5 GIS”“#14 初步筛选”是学者们借鉴其他学科的科研方法应用到森林病虫害领域的结果。得益于地理信息系统学科的快速发展，我国对于林业有害生物的探索边界不断被拓展。“光谱”“GIS”“GPS”“无人机”“遥感”等关键词的突现，表明学者们的研究成果对森林病虫害的监测、预测、预警机制的完善以及政策的制定与改革有着里程碑意义。

总体来说，新兴的科研预测方法主要围绕遥感技术进行拓展，利用无人机平台搭载多种光学信息采集设备，结合无人机遥感技术并辅以GPS 精确定位技术可以高效地实现特征目标信息的收集工作[11]。且其成果多应用于对于森林资源的实时监测，对森林病虫害发生早期的预测预警能力有很大提升。为未来实现林业无人化监测、智慧化林业管理、森林健康大数据应用等前沿问题提供新的方法与思路。

1.3.5 森林病虫害评估管理研究

“#7 森林经营”“#8 森林健康”“#18 应急管理”表明了森林病虫害管理发展的进程，从灾后应急响应、应急管理逐步发展到灾前森林的可持续经营、森林健康管理。对于林业有害生物经济、管理方向的研究主要有以下三个方向：

（1）森林病虫害管理模式研究。如今联防联治机制依旧为森林病虫害应急管理中最有效的管理模式之一，但具体实施依旧暴露出林业主管部门和森防部门“孤军奋战”，地方政府参与程度低等问题；应急管理体系改革以及充分发挥联防联治机制作用十分必要[12]。近年来，分析欧盟防治经验过程中引入了森林健康管理、法律介入管理等新模式，如何与我国国情、林情相适应值得学者们进一步思考。

（2）森林病虫害风险管理研究。简单来说，森林病虫害风险管理是对病虫害发生的历史数据处理后，分析各类病虫的危害程度，再将资源合理配置，从而达到防灾减灾效果的过程。现有的文献从农业视角对入侵森林的有害生物风险分析居多，对环境影响和生态损失的风险分析有待于更深入的挖掘。

（3）森林病虫害损失评估研究。森林病虫害的损失评估主要以经济损失为主，又细分为直接和间接，其理论基础、评估原则以及计算方法的研究相对完备；在生态文明建设理论的引领下，病虫害导致生态服务价值损失越来越被学者们所重视，同时在防治过程中，政策性森林保险的出现很大程度上分散了林业风险[13]。

1.4 森林病虫害研究热点分析

一般而言，关键词由文章内容高度凝练而来，关键词的中心中介性以及演进趋势往往代表着热点的变化。表3 为森林病虫害相关文献关键词中心中介性及出现的频次，涉及“森林病虫害”“林业”“有害生物”“防治”等词汇，高发文量、高热度说明主题研究延续至今，另外从生物变异，抗药性和外来有害生物等角度也符合实际情况；“GIS”“无人机”“遥感”等，是学科交叉、深度融合的结果，方法创新也是未来研究的突破点之一。

表3 关键词中心中介性及频次分布Table 3 Central mediation and frequency distribution of key words

关键词时区分布（图5）从时间序列和聚类的角度更直观的显示了研究热点的演进趋势。森林病虫害的基础研究主题首次出现集中在上世纪90 年代，随着时间的推进，融入多维的探索中，出现的频次不断增加，呈现出“一头多尾、头重尾长”局面。以“#2 有害生物”主题为例，1993 年初现“有害生物”；1996 年“监测”成为热点，随后“林业”“措施”“入侵建设”围绕有害生物展开；2005 年前后，从经济管理的角度介入分析，“风险分析”“指标体系”“应急管理”等成为焦点；2015 年森林保险全面施行，“保费厘定”“区域联动”成为应对有害生物的新武器；2021 年，“异担子菌”“项目储备”是开展易变异有害生物的新探索。

图5 1990-2021 年森林病虫害研究关键词分布时区图Fig.5 Time zone map of keyword distribution in forest diseases and insect pests research from 1990 to 2021

整体来看，热点的演进遵循着方法突破和形势变化两种规律。前者即“旧瓶装新酒”，借鉴其他领域、学科的手段，对森林病虫害现有内容进行方法优化，得到更精准的研究成果。后者在林业有害生物领域又可以分为环境突变和政策形式变化，2008 年南方的冰雪灾害和汶川地震引起恶劣的环境突变，随之产生的地域性病虫研究和森林有害生物的应急管理研究激增；2015 年国有林区全面停伐政策实施，病虫害发生风险的增加对森林培育、防治技术有了新要求。

2 森林病虫害研究述评

近30 年来有关森林病虫害的研究特征演变可以归纳为以下6 个方面（图6）。

图6 1990-2021 森林病虫害特征研究Fig.6 Characteristics of forest pest from 1990 to 2021

2.1 研究目标转向生态控制

森林害虫可以在世界范围内造成巨大的生态和经济破坏。减少森林虫害影响的无害生态解决方案包括利用其天敌，如捕食者和拟寄生物，以及昆虫病原真菌、细菌或病毒[14]。可以使用基于主体的建模方法来探索和优化根除策略，如生物控制[15]。同时，国有林区商品林全面停伐后引发林业政策改革，其主要目标是从人工林向异质林转型，这种森林对病虫害有更高的抵抗力，并拥有更多的生物多样性。通过改善生态环境、增加物种多样性、构建生态共同体等提升森林应对病虫害抗力的方式成为研究的主流方向。

2.2 研究视角突出多学科交叉融合

森林病虫害研究涵盖的了林学、灾害学、生物学、化学、生态学、地理信息学、经济学等诸多学科。最初集中在病虫害防治策略上，林学、灾害学、生物学等单学科同步发展[16]。随后地理信息的介入与生态学，林学，景观学等融合，交织着灾害学与经济学共同发展[17]。最新的研究则体现在生物化学、生物生态学等基础学科交叉的前沿领域，例如在化学生态学范畴，加拿大利用化学品承载生物信息对加拿大和世界各地森林害虫的综合防治产生了巨大影响。

2.3 研究主题聚焦变化下的森林健康

早期我国森林病虫害的研究是对已发生灾害的被动响应，灾后恢复惨重的代价让目光转向监测预警；而森林健康概念的引入，对以往的研究具备兼容性，病虫害防治是评价森林健康的一个环节，外界环境同森林物质交换成为焦点。环境的变化对森林生态系统可能是积极的，也可能是消极的，而对森林健康、森林害虫和病原体的潜在影响往往易被忽视[18]。气候变化、生境条件、人为干预、外来有害生物入侵等干扰如何影响森林健康，而各国又如何应对成为共同的主题。

2.4 研究内容趋向多层次发展

在内容方面，由点对点针对性的研究，上升为由点及面的深层次剖析。在全球生态战略的背景下，人造林的健康状况持续引发关注，预防很重要，但仍“漏洞百出”[19]，并且增加树种丰富度提高树木对病虫的抗性仍存在争议[20]。而越来越多的森林受到外来昆虫和疾病的影响，其生物量、生态损失的评估是有限的[21]。热带森林是生物多样性的重要储藏地，但人们对维持这种多样性的过程知之甚少[22]。生物干扰可以对森林碳储量产生重大影响，并可能大到足以影响区域碳循环，但对不同生物干扰类型（尤其是病原体）之间的碳循环影响、预测干扰事件及其对碳循环后果的知识存在显著空白[23]……诸如上述隐藏在森林病虫害防治背后的话题牵引出学者们更深层次的思考，同时清晰的因果脉络细化了研究内容。

2.5 研究空间尺度分散至区域化层次

整体化的推进主要受到不同地区生态状况以及政策环境的制约，不同区域的研究很难归一而论。林业有害生物研究的空间尺度下放至区域化的层次，是对森林健康精准化管理的前提之一。相较于其他产业的发展，林业本身就具有粗放管理的特点，新政策的实施也很难起到立竿见影的效果，较长的回报周期要求政策的前瞻性，而区域层次的研究提升了地方战略的置信程度。从更宏观的角度来看，剔除人为因素干扰以及人造林区域发生的病虫害，原始森林产生的病虫扰动对人类是灾害，但对于自然界或是物种适者生存的选择，亦或是区域物种进化的迭代。区域化层次，更多依赖于人类活动，影响环境、扰动森林生态、甚至改变气候条件，人类对森林的干预仅仅是让有害生物的数量保持在可以接受的范围[24]。

2.6 研究方式强调动态分析

动态分析为经济学中分析问题常用的方法，依照客观规律所表现出的数字现象，判断被研究问题是否符合正常的发展现象[25]。林业生态处于一个均衡体系中，森林病虫害则为打破均衡的因子，相比较于静态分析，动态研究针对突变是更为有效地补充；有害生物的出现是环境气候相互作用、病原体入侵、人为干扰等一系列因素的综合体，对于预测分析、评估与减轻影响的研究，动态分析能得到更科学的结论。机器深度学习的训练及测试能力成为动态分析家族的新成员[26-27]；Apriori 算法、无人机应用、光谱特征分析等创新成为动态分析的辅助工具。

3 展望

综上所述，森林病虫害相关研究需要在以下方面进一步深化：

（1）多重驱动力影响下的精准防治策略。对病虫害的精准施治依旧为当前的关键问题，在中观角度，学者们应积极以资源信息为抓手，为已发生灾害防治经验进行总结，判定多维损失，出具科学的应对策略，给政策制定提供思路；为未发生灾害的林地进行监测预警，保障生态安全。精准防治研究同时体现在害虫、病原体、树种、防治药物等微观层面，外部动态变化要求基础性科研紧跟步伐，具有时效的成果也有利于中观层次的进一步发展。

（2）深层次生态机理下人与自然和谐共生可持续发展理论。涉林方向学者应深刻认识到森林生态系统研究的非独立性，人类活动在此过程中扮演何种角色，气候条件、人类、生态间有怎样的交互作用等问题是现有国内研究所匮乏的。从生态调控的宏观层面控制病虫害[28]，将人类作用由内部介入转变为外部调整是未来发展的大趋势，同时在人与自然和谐共生、可持续发展、高质量发展等大背景下，林业有害生物将成为生态研究的一环，被赋予新的时代内涵。

（3）多维度借鉴下的制度创新研究。相比于农业系统，林业问题探索起步较晚，营养关系的认识，政策性保险的实施等方面森林系统仍属于初级阶段，加之森林生态的特殊性质，对于病虫害研究既是机遇，又是挑战。对灾害处理方面更为成熟的水利，地质类研究方法的合理迁移是森林灾害未来的方向之一。制度创新是科学研究的终点，国内各林业部门间森林病虫害联防联治效果，防灾减灾政策实施效率等问题研究相对不足，因此要结合林业国家战略与森林地域特点制定区域方案，提出可行的政策建议，推动制度机制创新。