基于CiteSpace 可视化的路域生态修复研究进展

朱兆荣，吴红刚，赵守全，韩 侃，杨昊天，唐 林

（1.中铁西北科学研究院有限公司，兰州 730000；2.贵州大学资源与环境工程学院，贵阳 550025）

交通基础设施是文化的产物，公路系统被认为是提高一个地区生产力所需的基础设施部分，公路的建设在全国乃至全球都是一项庞大的建设工程，Kansky[1]、Taaffe 等[2]曾指出交通网络扩张与区域经济发展的相关性，特别公路是导致土地使用变化的社会联系与经济和政治决定的物理表现。近年来，随着社会经济的快速发展，对交通运行需求的不断增加，高速公路的建设在逐年扩展。然而，公路建设工程改变原始地形地貌、形成工程创面，严重破坏了路域生态环境。习近平总书记曾指出“生态兴则文明兴，生态衰则文明衰”。生态环境是人类赖以生存和发展的根基，生态环境变化直接影响人类社会文明的兴衰演替，促进实现生态环境可持续发展是当前绿色生态网络构建研究的重点[3]。因此，修复公路建设所造成的生态环境破坏刻不容缓。

我国对路域生态修复的研究起步较晚，相关学术研究相对较少。因此，阐明我国路域生态修复研究现状以及把握发展趋势是当前的研究重点。为进一步开展路域生态修复相关研究，本文基于前人的研究，借助CiteSpace 文献可视化分析软件，对国内路域生态修复文献进行机构、作者、关键词等共现分析，阐明路域生态修复的研究热点重点和前沿趋势，以期为路域生态修复的后续研究提供借鉴，对路域生态环境的健康发展具有重要意义。

1 国内外研究现状

生态修复指在遵循生态学原理的前提下，针对受到干扰或损伤的生态系统，主要依靠生态系统的自组织、自调节能力及适当的人为引导来遏制生态系统进一步退化的行为[4]；公路生态一直是生态学家们所关心的问题，Oztekin 等[5]认为道路建设影响道路安全，使生态系统在越来越大的压力下变得脆弱，例如威胁生物多样性和一定的生态系统功能[6]。在国外，早在1998 年Forman 等[7]就提出了“Road Ecology”（道路生态）一词，并且根据道路影响区域，认为美国有15%~20%的区域直接受到道路的生态影响。在2000 年，Forman 等[8]对美国马萨诸塞州波士顿以西25 km 的一条频繁运行的四车道高速公路的影响区域进行了研究，认为公路影响生态环境区域平均约600 m 宽。此外，Alisa 从公路运行造成动物死亡的角度对公路生态效应进行研究综述，认为交通基础设施影响生态系统的结构和功能动态，直接影响着生态系统的组成成分，包括物种组成[9]；Jones 等[10]研究道路对地貌和水系扰动的影响，阐述了道路网络与河流网络的相互作用如何影响道路和河岸系统的生物和生态过程；Masarei 等[11]特别关注恢复土方工程和直接恢复植物的技术，认为将传统工程学科与生态修复科学更好地结合起来，是实现环境修复的核心。路域生态修复在国内也越来越被重视，国内大量学者开展了路域生态影响及相关修复技术体系研究。Wenbo 等[12]以北京市为例，探讨路网扩张对区域景观生态风险的影响。王双全等[13]通过对鄂西南三峡翻坝高速公路景观建设中生态修复的探究，综合阐述了高速公路建设对景观格局、地表土壤、路域生物多样性等方面的破坏与影响。Feng 等[14]对公路环境的影响进行了量化研究，研究结果表明，高速公路的影响距离最少1 000 m。王凯等[15]以十天线鄂陕界至安康段高速公路为例，从边坡生态防护原理、护坡植物选择、防护技术分类及其防护技术应用4 个方面，结合路段边坡特性，分析了边坡生态防护技术的原理、形式、特点和适用条件。刘晓路等[16]提出在高速公路景观设计中应引入生态修复措施与景观设计相结合的设计思路，以保持高速公路及其周边地区的环境安全及可持续发展。左建伟[17]重点探讨和研究了路堑边坡、路侧裸地生态修复的设计理念和具体实施方案，提出布鲁克网技术和钢筋混凝土格构梁护坡2 种路侧边坡生态修复技术；Wang 等[18]对路边边坡修复技术的生态效应评估研究，提供了基于证据的参考，以支持决策，并确保未来路域边坡生态修复工作的有效性和可持续性。

2 研究方法与数据来源

CiteSpace 是一种可用于可视化分析的软件，集合了共现网络、关联规则及聚类分析等方法，对特定文献中的相关数据进行解析，并对科技信息进行可视化分析，可直观地展示科学知识的结构、分布规律及其相关关系[19]；能够在多元知识图谱中展示研究的发展路径、趋势和关键节点，有助于展示学科的研究重点和前沿[20]，可以分析文献的发文机构节点、作者节点、主题节点等，是一种常用的研究方法。目前，该方法已广泛应用于文献综述中，如生态工程[21]、生态风险[22]等学科领域。

本文文献研究以中国知网（CNKI）数据库为基础，通过高级检索，将主题词限定为“公路”并含“生态修复”或者“公路”并含“生态恢复”，检索时间限定截至2021 年4 月30 日，从而进行挖掘相关数据，掌握国内路域生态修复相关研究的演变路线、热点重点以及未来发展趋势，初次检索结果得到1 102 篇文献。剔除会议、报纸等非研究性文献，最终筛选得到文献889 篇，其中包括期刊文献657 篇，硕士论文198 篇，博士论文34 篇。通过使用CiteSpace 软件对所获取的文献进行研究机构分析、发文作者分析及关键词共现网络分析等，并进行可视化解析，得到相应的知识图谱，基于此，综述路域生态修复研究进展。

3 结果与分析

3.1 发文数量分析

每年发表论文的数量在一定程度上反映了对该研究领域的关注状况[23]，国内路域生态修复研究发文数量随年份的分布变化如图1 所示，观察可以发现，我国关于路域生态的首篇研究文献发表始于1995 年，经历了从1995 年到2002 年共8 年的沉淀期，才迎来对路域生态研究的快速发展（2003—2008年）。由图可看出，2003 年到2008 年的发文数量在快速增长，尤其在2008 年发文数量最多，达到研究的顶峰时期，路域生态修复得到越来越多的关注。此后，研究发文数量总体呈现下降趋势至2016 年，随后经历了3 年的平稳发展（2016—2018 年），研究文献发表数量再次有所增长迹象。同时，由于近年来公路网的快速增长，对环境生态的影响复杂化加剧，对路域生态的影响复杂多样化，还需进一步推进对路域生态修复相关的研究。

图1 国内路域生态修复发文量随年度的分布变化趋势

3.2 主要研究机构分析

将节点类型设置为机构，得到路域生态修复文献组织分布的可视化图，如图2 所示。节点越大，表明研究机构出现次数越多[24]。由图2 可知，论文发表机构之间明显没有节点，表明机构之间相互没有联系，很少寻求合作，其大多是独立进行研究，缺乏合作。表1 列出了发表论文数量排名前十的机构，从表1 可以看出，在发表论文数量上，交通运输部科学研究院排名第一，发表论文7 篇，对路域生态修复比较重视。

表1 发文量排名前十的机构

图2 机构共现知识图谱

3.3 研究作者分析

为了观察和确定学者在路域生态修复领域研究的贡献，本研究计算了作者共现图（如图3 所示）。从图3中可以看出，整个图中的网络联系比较紧密，研究学者之间合作较多，规模较大，自主研究较少。然后，计算研究期间的作者发文量排名前二十的学者，具体见表2。由表可知，研究期间发表论文最多的学者是梁爱学，总共11 篇。其次是沈毅和刘春霞并列第二，发文频次均为6。第三是甄晓云，发文量共5 篇。另外一个显著的现象是，发文最多的学者梁爱学与发文量第二的学者沈毅之间相互联系，存在合作交流关系。此外，由图3 可知，由于部分学者之间存在相互交流与合作，在图谱中形成了几个作者子网络结构，其中最为明显的是以梁爱学为首的网络结构。

表2 发文排名前20 的作者及论文数

提取并绘制发文量排名前三的作者的发文量数据随年份变化关系曲线如图4 所示。在发文量排名前三的学者之间，甄晓云对路域生态的研究较早，在2000年就进行了相关研究并发表了一篇文章，存在交流合作的2 位学者（梁爱学和沈毅）对路域生态修复的研究主要集中在2006 年至2010 年之间。此外，排名第二的刘春霞的研究发文也主要集中在2006—2010 年。

图4 发文量排名前三的作者发文量随年度变化的趋势图

3.4 关键词分析

关键词代表着文献研究的核心内容，关键词的出现频率提供了一定时期内该领域的研究热点[25]，为了探索文献的研究主题，本研究分析了关键词在论文中的出现频率（表3）。运行CiteSpace 软件设置时间切片为1995 年1 月—2021 年4 月，以1 年为一个时间片，选取关键字进行分析。通过对关键词词频的分析可以看出，路域生态修复的研究重点包括多个关键词。其中，多个主要关键词揭示了路域生态修复研究的主要内容[26]，生态恢复、高速公路、生态修复、边坡、公路、植被恢复及公路边坡等出现频率排名最高，分别达到236、233、81、79、61、48、36 次，从而揭示了路域生态研究的主要内容，说明学者们已经将生态恢复、生态修复、边坡等作为路域生态修复的研究重点。公路边坡是路域生态修复的重点对象，因此受到最多关注，很多学者在公路边坡生态修复方面也做了大量的研究[27-30]，并对高速公路边坡的生态修复进行了研究与评价[31]。此外，植被恢复、景观设计等作为生态修复的重要组成部分，出现频率也相对较高，同样也受到很大的关注，是路域生态修复研究的重点对象，也是近些年来国内外都十分关注的领域。

表3 路域生态修复高频关键词

关键词聚类可以展示一个领域在不同研究方向的热点，其实现是以关键词共现分析为基础，将关键词共现网络关系通过聚类统计学的方法简化成数目相对较少聚类的过程[32]。本研究采用LSI 算法进行聚类，对路域生态修复的研究课题进行聚类，获得良好的聚类效果（图5）。观察关键词聚类结果发现（表4），聚类研究内容存在相互交叉的现象，归纳概括为公路、生态恢复、绿色公路和植物选择4 个方面。

表4 关键词网络共现聚类

图5 路域生态修复关键词聚类网络可视化图

3.5 研究趋势

突现词指在某段时间内的被引频次突然增多的关键词，是反映某段时间内某研究领域的研究趋势。鉴于此，为更深层次研究我国路域生态修复研究的发展趋势，运行CiteSpace，参数设置为“Burstterms”，获得关键词突现图（图6）。由图6 可以看出，爆发强度最大的突发项是生态修复（强度值为6.55），生态修复在2017 年爆发，历时2 年后，在2018 年开始下降；其次绿色公路（强度值为5.46）一词爆发于2019 年，一直延续至今；景观（强度值为4.59）爆发强度排名第三，爆发时间始于2012 年，直至2015 年才开始下降。此外，从时间维度观察发现一个明显的现象，高速公路边坡、公路工程、绿色公路、绿化养护、绿化生态恢复和生态防护等突现词的爆发时间跨度一直延续至今，是我国路域生态修复目前的研究趋势。另外，从关键词的突发项变化状况来看，我国路域生态修复（恢复）主要经历以下4个阶段。

图6 关键词突现图

第一阶段（1995—1998 年）：本阶段内没有任何突发项，说明国内对路域生态修复意识较差，不够重视，且初步接触路域生态修复，研究手段尚未成熟。

第二阶段（1999—2007 年）：是路域生态修复研究的热门时期。在这一时期，突发项大量出现，主要包括环境保护、岩石边坡、环境工程和绿化。这一时期的研究主要是关于路段环境保护的研究。

第三阶段（2008—2011 年）：是路域生态修复研究的新起点，主要的突发项包括道路工程、岩质边坡、植被护坡、路域、公路建设和速藤屏等，研究主要关于路域边坡防护，采用植物护坡、速藤屏护坡等技术出现。

第四阶段（2012—2021 年）：再次出现新的突发项，主要包括景观、生态、植物配置、高速公路边坡、恢复措施、生态环境、生态修复、水土保持、生态破坏、公路工程、公路边坡、绿色公路、绿化养护、绿化生态恢复和生态防护，拓展了研究领域和方向，从景观、绿化生态恢复、绿化养护等几方面进行了深层次的研究。

4 结论与展望

路域生态影响因素的复杂多样，导致路域生态的治理变得极其困难。自19 世纪中叶以来，国内学者共发表了889 篇高质量研究论文，涉及路域生态治理的各个方面。本文基于CiteSpace 软件的支持，对CNKI数据库有关路域生态修复每年发表论文的数量、机构、作者、研究重点及研究趋势等进行了分析，以阐明路域生态修复的重要信息和研究前沿趋势，得到结论如下。

通过对CNKI 数据库论文发表数量统计分析，路域生态修复相关的文献发表数量随年份的变化总体呈现先增加再减少的趋势；交通运输部科学研究院开展对路域生态修复的研究最为积极；通过对作者极其发文数量分析，发现发表论文最多的作者是梁爱学，其对路域生态修复研究贡献相对较大。

基于关键词分析，研究重点为生态恢复、高速公路、生态修复、边坡、植被恢复及景观设计。通过聚类分析发现，聚类词标签分别为生态恢复、高速公路、生态修复等。研究领域可分为4 个阶段：第一阶段（1995—1998 年）没有任何突发项，刚涉及路域生态修复领域，处于摸索时期；第二阶段（1999—2007 年）是路域生态修复研究的快速发展阶段，研究主要是关于路段环境的保护；第三阶段（2008—2011 年）是路域生态修复研究的新起点，以路域边坡的生态护坡为研究重点，植物护坡、速藤屏护坡等关键词突现；第四阶段（2012—2021 年）再次出现新的突发项，拓展了研究领域和方向，从景观、绿化生态恢复、生态修复及绿化养护等方面进行了深层次的研究。

本文通过对路域生态修复领域的现状、重点热点、前沿趋势等进行了研究，并指出了未来路域生态修复的研究方向。需要关注的一点是，高速公路边坡、公路工程、绿色公路、绿化养护、绿化生态恢复和生态防护等突现词的爆发时间跨度一直延续至今，是目前我国路域生态修复的研究热点和趋势。