基于文献计量分析的生态系统服务研究现状及热点

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农环格格有话说：

       10月20日周四（农历九月二十），大家早安！！

今天文章讲述：

 近年来,各国和各相关机构对生态系统服务的研究力度不断加大。 基于SCI⁃E 和CNKI 数据库,利用文献计量方法,作者分析了国内外生态系统服务研究的发展特征和变化趋势。 

来源：《生态学报》2016年9月。

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文   张玲玲,巩  杰 ,张  影 

兰州大学, 资源环境学院,西部环境教育部重点实验室,兰州  730000  

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❖文章重点

生态系统服务是生态学研究的核心和热点议题。

研究结果表明:

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(1)国内外生态系统服务研究的发文量不断增加,发展态势良好。 

(2)发达国家是生态系统服务领域的主要研究力量,美国占据绝对领先地位;美国的加利福尼亚大学是主要研究机构;总体来看,国家和机构间的合作正在不断增强。

 (3)当前该领域的 8 类研究热点分别是生态系统服务机理研究,保护管理及可持续性、生物多样性、脆弱性、土地利用及景观变化、评估与模型、气候变化、政策与决策分析。 从各个时期国内外研究热点整体分布情况来看,国际更侧重于生态系统服务及生态系统服务与人类福祉的依存关系的研究,国内则更加关注生态系统服务评估。

 (4)近年来中国在生态系统服务研究领域的国际地位有所提升,科研产出量显著增加,累积发文量居世界第 5 位,中国科学院是全球主要研究机构之一,但论文被引频次相对偏低,国际合作亟待加强 和提升。 

❖生态系统服务

生态系统服务是指人类从生态系统获得的惠益。

随着人类改造自然能力的不断提高,人类活动对生态系统长期的压力和破坏导致生态系统服务能力受到严重削弱。人类当前面临的多种生态问题的本质是生态系统服务功能遭到破坏和退化。 

尽管人类一直依赖于生态系统服务

而得以生存和发展

但其作为科学问题开展相关研究

仅始于 20 世纪 70 年代

自此,国际上开展了一系列项目和科学计划等研究工作,并取得了显著成效。如,美国生态学会对生态系统服务进行较为系统的研究;联合国千年生态系统评估(MA)对全球生态系统的过去、现在以及未来状况进行评估,并据此提出相应的管理对策等,特别是 2012 年生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台(IPBES)的建立,把生态系统服务研究推向了新的高度,生态系统服务现已成为当前国际上生态学及相关学科研究的前沿和热点领域,其文献量不断增加。

文献计量是一种成熟的文献分析和信息挖掘方法,近年来已被运用于生态系统及生态系统服务研究领域。如,吕明权等以 CNKI 和 Web of Science 数据库为数据源,通过文献计量学方法,从多个角度分析了三 峡消落带研究现状、进展及发展趋势;Costanza R 等把 ISI Web of Science 数据库作为数据来源,运用文献计量法研究了国际生态系统服务研究领域的作者结构体系及合作关系;Tancoigne E 等采用文献计量方法分析了农业科学中生态系统服务方面的研究进展等。

本文以生态系统服务为主题,运用文献计量方法分析了国内外生态系统服务研究领域的发展现状,并从国家、机构和期刊等层面介绍了主要研究力量的相关信息,剖析了主要研究国家和知名机构的热点研究主题,讨论了该研究领域的国内外研究热点及前沿。 这有助于掌握生态系统服务研究的最新发展动态,为生态系统服务后续研究提供文献参考。 

数据来源与分析方法

本文以 SCI⁃E(Science Citation Index Expanded )数据库为数据源分析国际生态系统服务领域的发展态势及研究热点,用 SCI⁃E 数据库中检索到的来自中国的英文文献和 CNKI 数据库中的中文文献分析国内生态系 统服务领域的发展态势及研究热点。 在 SCI⁃E 数据库中,检索式为:主题词 = (“ecosystem services” or “ecosystem service”),文献类型为“article”;在 CNKI 数据库中以“生态系统服务”为主题词进行检索,两个数据库的检索时间段为 1980—2014 年(截止日期为 2014⁃12⁃31)。 按照不同年份国家、机构、期刊、作者等统计分类信息筛选后(同时对来自中国的中英文文献做了合并去重),在 Excel 中进行数据整理计算,以论文数、总 被引频次、篇均被引频次及研究主题等指标分别分析国际和国内生态系统服务的发展态势。运用 CiteSpace软件挖掘文献信息,通过分析高频关键词总结国际上生态系统服务研究热点,并对比分析国际和国内在不同研究时段内的研究热点情况。由于生态系统服务研究领域的专业期刊 Ecosystem Services 是 2012 年开始出版发行,尚未被 SCI⁃E 数据库收录,故在期刊分析中专门对其进行相关信息的分析与讨论。 

结果分析与讨论

1文献总体分析

1991—2014 年国内外生态系统服务研究领域的发文情况如图 1 所示。 

(1)国际上从 1991 年开始陆续有相关文献出版。 从整个时间段来看,2005 年以前有关生态系统服务的研究发文较少,2005 年后文献量增长迅猛,尤其是在 UNEP 于 2008 年提议建立 IPBES 以后,受到了更加广泛的关注,文献量大幅度增长,2009—2014年间的发文量约占研究期内总量的 78.23%。 

(2)国内最早的文献发表于 1992 年,中间经历了约 4 年的空白期,从 1997 年开始经历了缓慢增长—快速增长—稳定增长的过程。 总体来说,近年来社会需求的推动作用巨大,加之科技进步和社会发展的推动,以及科学家的自由探索,使得生态系统服务研究的发文量大幅度增长,学科发展势头迅猛。

2主要研究力量分析

国际主要研究国家分析

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检索发现有 123 个国家( 地区) 参与了生态系统服
务研究。 发文量居前 10 位的国家相关信息及前 5 位的国家历年发文情况分别见表 1 和图 2。 由表 1 可见, (1) 发达国家在生态系统服务领域的研究实力明显强于发展中国家。 美国的论文量居世界第一,在该研究领 域处于主导地位。 (2)综合论文量及被引频次来看,美国、英国、荷兰和加拿大的论文综合影响力较高,而中 国的论文篇均质量相对不高,科学影响力较低。 (3)从各国关注的研究主题来看,全球气候变化背景下的生 态系统服务机理、生物多样性与生态系统服务、生态系统的保护与管理、生态系统服务评估、土地利用与生态 系统服务、生态修复、生态可持续性、政策等普遍受到各国的关注,但关注程度有所不同。 相比之下,中国更侧 重于生态系统服务的评估、土地利用与生态系统服务及可持续性研究。 各国关注点的不同,在一定程度上反 映了生态系统服务研究的地域差异性。 

由图 2 可知,美国、英国和德国在生态系统服务方面的研究起步较早,美国自 1991 年起就一直处于绝对领先地位。中国在早期发展阶段,人们为了满足基本的生活需求对生态系统进行无节制的开发利用,加之巨大的人口压力使我国生态系统服务功能严重退化,生态环境问题日益突出,随着我国综合国力提高,政府日趋重视,科研投入加大,使得我国虽然在生态系统服务研究 方面起步较晚,但发展迅猛,短短十几年就跻身世界前 列,累积发文量居世界第 5 位。 

国际主要研究机构分析

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检索发现来自全世界 1973 个机构参与了生态系统服务研究,主要研究机构的相关信息如表 2 所示。

(1)这些机构多来自发达国家,有 5 个机构来自美国,只有中国科学院来自发展中国家。 

(2)美国和荷兰的机构在论文数量及篇均被引频次方面均远超于其他机构,显示了这两个国家的科研机构在生态系统服务研究方面的强大实力和影响力。中国科学院虽论文数位居第四,但篇均被引频次相对最低。

 (3)各个机构所关注的研究主题不尽相同。概括来讲,生态系统服务机理研究、生物多样性与生态系统服务、生态系统保护与管理、土地利用变化对生态系统服务的影响、生态系统服务评估(授粉、固碳和生物多样性等是评估热点)、植被动态、生态系统脆弱性、政策等受到各个研究机构的优先 关注。 

国内主要研究机构分析

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由表 3 可知,(1)中国科学院在生态系统服务研究方面处于领先地位,其体系下的地理科学与资源研究所及生态环境研究中心的论文量相对最多。其次,北京师范大学、北京林业大学、北京大学等的研究实力较强。 (2)各个机构的主要研究区域不同,关注的主题也不尽相同。总体来说,生态系统服务功能研究、价值评估、土地利用变化对生态系统服务的影响、生态补偿、生态修复、遥感技术的运用、景观格局与生态过程、生态效应、区域可持续发展等方面是各机构关注的热点主题,也是国内的研究热点。

国际合作分析

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运用 CiteSpace 软件对 SCI⁃E 数据库中检索到的英文文献进行文献共被引分析,得到生态系统服务领域国际合作网络图谱(图 3),节点年轮环厚度与相应时间分区内的引文数量成正比,节点越大表示在整个时间跨度内被引用次数越多,节点间连线表示两者存在共同被引关系,节点及连线颜色表示被引年份,连线的长短和粗细表示了两个节点之间连结的强度,图谱中节点间的连线意为两个国家或机构共同出现在一篇文献里,即视为两个国家或机构有合作关系。 

从图谱中可看到,

(1)从合作连线来看,美国、荷兰、德国、澳大利亚、法国与其他国家之间的合作较为密切。其中美国节点的中心性最大(为 0.47),荷兰次之(为 0.23),这表明绝大多数国家都与他们有着直接或间接的合作关系。中国仅为0.05,说明中国和其他国家在生态系统服务方面的合作相对较弱。 

(2)美国的主要合作国家(合作频次≥50)有英国、中国、澳大利亚、加拿大和德国等,合作频次在 10 以上的国家有 25 个。 美国有相对较多的机构在生态系统服务研究领域贡献突出,合作频次在 10以上的有 86 个。

 (3)中国的主要合作国家是美国,合作频次在 10 以上的国家有 5 个。

 (4)从连线的粗细程 度来看,近年来国家和机构层面上的合作正在不断加强。

3学科、来源期刊和高产作者分析

从学科角度来看,检索到的生态系统服务文献涉及 112 个相关学科,已有的研究主要集中在自然科学领 域,而社会科学内容较为缺乏。 主要学科类别是环境科学、生态学、环境研究、生物多样性保护、林学等。

生态系统服务研究领域的主要国内外载文期刊和高产作者见表 4。

 (1)这些国际性期刊主办国主要为荷 兰、美国、瑞典、德国等研究实力强的发达国家。 Ecological Economics 是出版生态系统服务研究最多的期刊。国内的主要载文期刊有生态学报、应用生态学报和资源科学等。 

(2) 高产作者多来自美国、德国、英国和瑞 典,Tscharntke T、Costanza R 和 Folke C 在生态系统服务研究领域有较高的影响力。 国内高产作者基本来自中国科学院,其中傅伯杰和吕一河发表的英文文献最多。

 (3)通过分析这 15 位高产作者的高被引频次的论文后发现,涉及的主题主要有生态系统服务机理研究、价值评估、生物多样性、社会⁃自然生态系统耦合机制,生态系统管理、生态系统服务与人类福祉等方面。 

Ecosystem Services 于 2012 年开始出版发行,与生态系统服务伙伴联盟(ESP)关系紧密,是一个国际性跨学科的生态系统服务专业期刊。 2012—2014 年共刊发 183 篇相关文献,研究热点有生态系统服务机制、生物 多样性保护、生态系统管理与政策响应、生态系统服务评估、模型开发与运用、土地利用与生态系统服务、生态系统对全球气候变化的响应等。

4研究热点分析 

关键词是对文章核心的高度概括和精炼,对文章中关键词进行分析,频次较高的关键词在一定程度上可以看作是该领域的研究热点。 借助 CiteSpace 软件对高频关键词进行挖掘和提取,并对频次≥100 的关键 词分类整理出国际生态系统服务研究热点(表 5),并简要概述如下。

生态系统机构⁃过程⁃服务的相互作用机理,以及不同生态系统服务之间的关系是生态系统服务评估的科学基础和研究前沿,尺度关联和尺度转换是生态系统服务研究的重点和难点。在深刻理解生态系统的生态学机制的基础上,把握生态系统服务的精确内涵,了解相应尺度生态系统服务的动力学机制,科学合理的进行假设和理论分析以及实验观测,以减少或避免生态系统服务概念本身存在的风险以及分类和选择的主观性带来的评估风险,对实现生态系统服务的科学和准确研究意义重大而深远.

如何保育和管理生态系统,改善生态系统服务,保障区域生态安全,是生态学家和管理者面临的又一大难题。虽然科学家们已进行了一系列研究,但由于对生态系统的大部分服务的研究尚未深入开展,所以对于如何确定生态系统管理的关键组分,确定管理的边界和范围、不同管理方式下生态系统服务的变化,以及这种变化与人类活动的相互关系等尚没有明晰的结论。

生物多样性对生态系统服务的影响一直是国际上生态学研究的焦点之一。尽管国内外学者围绕生物多样性和生态系统服务功能开展了大量研究,但由于生物多样性与生态系统服务的关系非常复杂,明确生物多样性与生态系统服务之间的依存关系,进一步理解生态系统服务的生态学机制,为有效开展生物资源的保护和持续利用提供管理和决策支持是急需回答的关键问题。因此,理解生物多样性⁃生态系统服务⁃人类 福祉之间的关系,阐明生物多样性和生态系统服务丧失引起的经济价值损失及其对人类福祉的影响,揭示生物多样性、生态系统功能及其稳定性对全球变化和人类活动干扰的敏感性和适应机制是今后研究的重点。

土地利用与生态系统服务有着密切的关系,土地利用策略影响着生态系统和景观生态过程,进而影响到生态系统服务的供给。 近年来,土地利用结构、景观动态与土壤水分、养分、水土流失等研究逐渐成为土地利用与生态系统过程研究的核心内容。已有的大尺度土地利用变化背景下生态系统服务评价研究多是依赖于遥感解译数据和社会经济数据等,缺乏可靠的实地观测数据、统一的评价方法及对结果的验证等。因此,在实际评价过程中,应充分明确评价精度与评价目的之间的关系,合理选择可靠的数据源及评价指标,并对最终的评估结果与实际调查观测数据进行对比验证,这样既能节省成本又可确保评价过程的准确性,使得生态 系统服务评估能真正辅助决策。另外,土地利用变化驱动下生态系统过程与服务的相互关系、生态系统服务之间的相互关系以及生态系统服务的区域集成与优化研究是区域生态系统管理的基础,也是生态系统服务研究的前沿科学问题,对于深刻理解和把握生态系统服务的形成过程与响应机理,合理配置与利用土地资源,实现区域可持续发展具有重要的理论和现实意义。

气候变化、人类活动及其他干扰影响着生态系统服务的脆弱性变化。 针对生态系统服务脆弱性的研究主要集中在脆弱性评价、不同土地利用方式下的脆弱性响应等方面,而对于贫困地区和生态脆弱区的生态系统服务评价及实验观测研究相对较少。亟待开展生态系统脆弱性变化研究,深刻理解人类活动和气候变化 等胁迫下生态系统服务功能的响应与反馈机制,寻求减缓应对措施和途径,增强生态系统的自我修复能力及适应性。同时,加强关注生态系统服务在生态脆弱地区的波动,量化生态系统服务在气候变化、经济发展和人类活动等干扰下的变化和对人类福利的影响,消除贫困,保障区域生态安全。

生态系统服务价值评估理论、评估指标和模型研究是生态系统研究的核心和重点。当前评估热点集中在授粉和粮食生产、土地退化与恢复、外来物种入侵、生物多样性等方面。 由于评估方法的差异,以及评估指标选取不同,导致同一区域的同种生态系统服务功能的评估结果差异很大;另外,未充分考虑穷困人群对生态系统的依赖性和需求,难以实现在动态评估的基础上进行空间转换和异质性功能的量化,因此导致生态系统服务评估存在诸多不合理和不精确;当前已有的生态系统服务评估多数采用经济价值评估法开展,该方法具有一定的主观性,且有可能掩盖生态系统服务的生态学意义,不足以说明生态系统过程和形成机理;此外,目前关于生态系统服务评估方面的研究对决策者的信息需求关注的较少,为促进生态系统服务在实践中的应用,研究者需要将注意力转移到政策选择和生态系统数据需求上。

随着全球范围内研究尺度的加大,基于 3S 构建的生态模型具有大尺度下生态系统服务计算的优势,基于机理和过程的模型也逐渐发展起来,但目前基于 3S 技术的生态系统服务价值评估集成研究仍存在一些不尽人意之处,如生态系统服务价值评估的方法体系仍需不断完善,3S 技术本身的一些不足,以及生态系统服务价值评估在集成研究中存在的各类耦合问题等。生态系统服务模型的未来发展在致力于生态系统结构、过程与服务的机理研究的同时,需要更 好的整合决策过程,注重耦合景观格局、生态系统服务与决策的区域集成模型的开发利用。

生态系统服务可能因气候或环境变化而改变,如生物多样性、水供应和碳储存等是受气候变化影响最为直接的生态系统服务。 目前,在全球气候变化研究的热潮下,学者们非常关注气候变化给包括生物多样性在内的生态系统服务功能乃至整个社会环境带来的影响。气候变化对区域生态系统服务的可能影响及其阈值,区域生态系统服务对全球气候变化的响应,农业、水资源、人体健康、食物安全等对全球和区域气候变化 脆弱性和风险评估,气候变化背景下自然资源的保护管理及可持续利用等方面是当前及未来的重点研究议题。

科学研究与政策间的互动至关重要,尤其是对于生态修复、生态补偿及维持区域生态安全等方面具有重大影响。政策通过改变土地利用方式、支配自然资源利用等直接或间接地对生态系统结构和过程施加影响,从而改变生态系统服务。开展生态系统服务对政策的响应及反馈机制研究,揭示政策变化对生态系统维持和保育的效应,更有助于提出生态系统服务保育、可持续利用的决策方案和管理策略,更好地服务于人类福祉。

为了进一步揭示研究热点时期变化特征,以 2001 年 MA 项目启动和 2012 年 IPBES 建立两大事件为时间节点,分别开展国际和国内研究热点的时序变化分析(图 4)。

 结果表明:

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(1)1991—2000 年间,国际上关于生 态系统服务机理、保护管理及可持续性发展、生物多样性与生态系统服务的研究占据一定的比例,其他方面的 研究相对较少;国内只有少量的关于生态系统服务机理以及保护管理的研究报道。

 (2)2001—2011 年间,生 态系统服务机理,保护管理及可持续性发展,生物多样性这 3 类关键词出现的频次最高,是这个时期国际上的 研究热点及焦点;国内关注较多的是生态系统服务机理,评估和模型,其次是土地利用与景观方面。 

(3) 2012—2014 年间,国际在各个方面的研究都有所加强,生态系统服务机理,保护管理及可持续性发展,生物多样性依然是研究焦点;国内最关注的是生态系统服务评估,其次是生态系服务机理研究。 

(4)从各个时期研 究热点的整体变化情况来看,国际侧重于生态系统服务机制及生态系统服务与人类福祉的依存关系的研究, 国内更加关注生态系统服务评估。

总体来看,近年来生态系统服务研究趋势

主要表现为以下几个方面:

理论研究从系统变化的驱动力及过程向机理与机制深化;研究途径从简单综合向系统综合与区域集成转变,在要素集成上不仅包括自然要素的集成,还包括经济与社会要素的集成,在过程集成上除了物理、化学、生物过程的集成之外,还囊括了社会与文化 过程,在区域集成上更强调尺度转换及其产生的效应;通过生态系统要素综合、生态过程综合与区域集成,综合性不断得到加强;生态环境保护与管理、生态经济、土 地利用变化与规划、遥感、地理信息系统、区域可持续发展等学科交叉融合研究更加明显;政府间科学与政策互动正在加强。 

结 论

生态系统服务研究是当前国际科学界和政府部门关注的热点,涉及多个学科领域。 本文基于 SCI⁃E 和CNKI 数据库检索生态系统服务领域的中英文文献,利用文献计量方法分析了其发展变化特征、趋势及研究热点。

.............................

(1)国内外生态系统服务研究发展态势良好。发达国家是生态系统服务领域的主要研究力量,绝大多数研究机构来自发达国家,其中美国加利福尼亚大学是主要研究机构。中国在生态系统服务研究方面起步较晚,但发展迅猛,短短十几年就跻身世界前列,累积发文量居世界第 5 位。中国科学院是全球主要的研究机构之一,但论文的被引频次较低。

(2)生态系统服务研究主要载文期刊分布在研究实力强的发达国家,Ecological Economics 的刊文最多。国内高影响因子的期刊有生态学报和应用生态学报等。生态系统服务领域的高产作者主要来自美国和德国。国内高产作者主要来自中国科学院。

(3)生态系统服务研究领域内的 8 大研究热点包括:生态系统机理研究,保护管理及可持续性、生物多样性、脆弱性、土地利用及景观、评估与模型、气候变化、政策与决策分析。 从各个时期研究热点的整体变化情况来看,国际侧重于生态系统服务机理及生态系统服务与人类福祉的依存关系的研究,国内更加关注生态系统服务评估。

(4)近年来中国在生态系统服务研究领域的科研实力增强,国际地位有所提升,科研文章数量显著增加,但国内的发展相比于国外的相关研究还存在一定差距,论文质量有待提高,国际合作亟待加强和提升。这些研究成果将有助于掌握生态系统服务研究的最新发展动态,对未来科研工作提供必要支撑。 

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