基于知識圖譜的生態承載力研究熱點和趨勢展望

喬媛媛 于晴 金鵬 李軍利 張云華

摘 要：從WOS（Web of Science）中檢索1991-2019年關于生態承載力的文章共2121篇.利用CiteSpace軟件構建知識圖譜，從文章的發表數量、發文國家及機構、發文學科和文章的關鍵詞等方面出發，對生態承載力研究趨勢和熱點進行分析.分析結果表明：涉及生態承載力發文量總體呈現出上升的趨勢;生態承載力研究的國家和機構是以中國為中心，與其他國家合作較多的是美國;發文機構中國科學院、北京師范大學、北京大學以及美國地質調查局等發文較多;生態承載力發文的關鍵詞中，承載力、管理、生態足跡、模型、人口等是學者們關注的熱點話題，生態系統服務、城市、研究框架等是生態承載力研究的新興話題.

關鍵詞：生態承載力;文獻計量;知識圖譜;研究趨勢

中圖分類號：X24? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2020）07-0010-06

20世紀以來，社會經濟快速發展，人民生活水平不斷提高.經濟發展必然帶來環境的破壞和資源的消耗，資源環境和經濟發展的矛盾日益突出，人們更加關注資源短缺、環境污染和生態破壞等問題[1].“2010年生命星球報告”指出2007年，人類的生態足跡超過了地球生態承載力的50%[2].換句話說，為了提供世界生態系統服務的總消費量，人類需要1.5個地球所產生的資源，這意味著社會經濟實現可持續發展必須解決好當今所面臨的生態環境和生態承載力問題.承載力概念于19九世紀80年代最早應用于自然生態系統，著重于自然系統（如河流等）所能運輸的物理量（如動物等）層面研究.直到19世界20年代，生態承載力的概念才首次由Hawden與Palmer兩人確切闡述，即指“在不被破壞的情況下，一個牧場特定時期內所能支持放牧的存欄量”[3，4].20紀80年代以來，生態承載力被用來定義在一定的區域里，經濟社會、自然資源、生態環境等可持續發展的前提下，人類活動在生態系統中能被容納的最大值[5].90年代初期加拿大學者Wackernagel和William提出了“生態足跡”（Ecological Fooprint）這一理念，使得生態承載力的研究內容由單一的要素向多要素綜合轉變.

我國在生態承載力的研究方面吸取了國外的知識理念并在此基礎上日漸發展完善.20世紀40年代任美鍔首次把生產力作為基礎進行土地承載力的計算[6].80年代以來我國生態承載力的研究更趨于綜合性，楊賢智、王中根、夏軍、王家驥等人都提出了關于生態承載力的一系列觀點[7-10].近年來，對于生態承載力在量化方法方面的研究日益成為熱點.從最初的定性到定量，由靜態數據分析到動態模擬演變.自然植被凈第一性生產力模型、灰色系統模型、層次分析模型、回歸分析模型等研究方法在生態承載力研究中得到了廣泛的運用[11-14].以往的學者從不同層次對生態承載力進行了研究，但從文獻計量和數據分析的角度來研究生態承載力的卻少見.

近年來，大數據在極速的產生和流通，使得知識圖譜成為把握知識發展的動態和科學研究熱點的重要工具[15].利用具有“圖”與“譜”雙重特性知識圖譜可以清晰地顯示研究文獻之間的結構關系和發展進程[16].目前，CiteSpace軟件已成為國內外學者較為流行的知識圖譜的繪圖工具，學者利用該軟件開展了人力資源管理狀況、生態安全等研究[17].本文從生態承載力的角度出發，將傳統的文獻閱讀和知識圖譜相結合，剖析生態承載力的研究熱點和發展歷程，以期為生態承載力的研究提供參考.

1 數據來源和方法

數據來源于WOS數據庫中1991-2019年以“生態承載力”為主題的所有文獻（軟件分析時間跨度為1年，故2020年暫不做討論）.以“ecological carrying capacity”為主題檢索，共得到2121篇與生態承載力相關的文獻，下載內容包括主題、摘要、關鍵詞等，數據最后的更新時間是2020年2月29日.

CiteSpace數據分析方法：選擇的關鍵詞（ecological carrying capacity）在WOS數據庫中檢索;利用CiteSpace進行分析，在“Time Slicing（時區選擇）”中選取1991到2019的時間段并將時間跨度設定為1年，在“Text Processing（文本處理功能區）”中選擇需要進行可視化的內容，在“Selection Criteria（閾值的設定）”里選擇合適的閾值，在“Visualization（可視化）”里把網絡結構的突出作為重要的特征，選擇展示整個網絡（Show Merged Network）和聚類靜態（Cluster View-static）的可視化方式來制作圖譜.

2 結果與分析

2.1 生態承載力總體趨勢分析

圖1顯示2000年以前生態承載力的研究處于起步的階段，發表文章數量較少，呈現出緩緩上升的趨勢;2000-2005年，文獻數量變化平穩，偶爾出現小幅度波動，但總體呈上升的趨勢;2005年以后生態承載力的文獻數量出現了大幅度的增加，2005年到2019年生態承載力文章發表的年平均增長量為126篇，遠大于2005年之前33篇的年均增長量.說明在2005年后科研工作者更為關注生態環境和社會經濟發展之間的協調關系.

2.2 生態承載力研究國家和機構分析

通過文獻計量可知：中國發表關于生態承載力的文獻數量為595篇，美國發表文獻數量為432篇，英國發表文章數量為128篇，德國發表了101篇，法國發表了98篇.從發表文章的中心度（中心度越高在生態承載力領域的影響越大）來看德國發表關于生態承載力文章的中心度為0.29，美國發表文章中心度為0.27，法國為0.22，中國為0.17，英國為0.15.如圖2所示，可以看出中國在生態承載力的發表文章數量最多，其次為美國，英國、德國、法國等相關國家以較小的節點分布在中國和美國周圍.德國、英國、法國、美國其路徑的相連較為緊密且外環顏色深沉，說明其對外的交流和合作較多.總體來說美國在生態承載力研究方面的文獻發表數量和中心度都較高，中國在生態承載力的研究方面雖然發文數量較多但是和國際的交流和合作較少.全球各個國家在生態承載力研究方面的合作與地域有關，如瑞士、意大利、德國和法國的合作就較多，中國則與日本等亞洲地區的國家有較為緊密的合作.

在檢索的文獻中921篇有機構信息，這些文獻分布在235個機構，其中187個機構發表的文章不超過5篇，占總量的79.57%.圖3是發表文章數量前10的機構，分別是Chinese Acad Sci、Beijing Normal Univ、Univ Chinese Acad Sci、US Geol Survey、CSIC、Peking Univ、China Univ Geosci、Beijing Univ Civil Engn & Architecture、Chinese Res Inst Environm Sci、Univ Oxford.其中發表文章數量最多的機構為Chinese Acad Sci，為118篇，在已知文獻信息中占12.81%;Peking Univ發表42篇占發表數量的4.5%.

研究機構發表的文章與圖譜中的節點和路徑有關，節點大小說明發表頻次高低，路徑多少反映各機構合作的緊密程度.生態承載力發文機構的圖譜（圖4）顯示，中國科學院與各個機構的聯系合作最緊密，但大多都是國內合作，如中國科學院和北京師范大學、北京大學、中國科學院大學之間的交流較多.從連接點來看，各個機構之間的聯系合作較少，機構之間往往自成一派如Chinese Res Inst Environm Sci、Wuhan Univ、Univ Melbourne等研究都相對獨立.總的來說中國科學院在生態承載力的研究方面做出了重要的貢獻.生態承載力的研究區域大多集中在大城市，也說明科學研究與經濟的發展呈現出正相關，各個研究機構之間的路徑都較為稀疏，跨機構之間的合作還要進一步加強.

2.3 生態承載力發文學科分析

1991-2019年關于生態承載力的發表的文章共來自于1052個學科.BIODIVERSITY & CONSERVATION（生物多樣性與保護）學科發表文章數量1099篇，占全部文章發表數量的13.9%.發表文章數量超過100篇的學科有ENVIRONMENTAL SCIENCES & ECOLOGY、 ENVIRONMENTAL SCIENCES、 ECOLOGY、 ENGINEERING、 ENVIRONMENTAL STUDIES、SCIENCE & TECHNOLOGY - OTHER TOPICS、ENGINEERING， ENVIRONMENTAL、WATER RESOURCES等13個學科，共3811篇文章，占全部文章發表數量的48.4%.生態承載力發文學科廣泛，表明生態承載力是一個生態學、環境工程學、生物多樣保護學等多學科交叉研究的話題.

2.4 生態承載力研究熱點分析

關鍵詞是論文研究中對于文章的高度概括和總結，在對于某個領域文獻的研究和分析中，關鍵詞出現的頻次較高通常被視作這個領域研究的熱點的話題，關鍵詞之間的內在聯系在某一程度上可以用來揭示該研究領域知識之間的內在關聯[18].統計關鍵詞的頻率次數對于判斷研究領域的熱點問題有很大幫助，本文對于生態承載力關鍵詞的研究從1991-2019共提取了451個關鍵詞.表1列舉了排名前15的關鍵詞，表中年份是指該關鍵詞第一次出現的時間，詞頻是該關鍵詞所出現的次數，中心性是指路徑里鏈接2個節點的短程線所占據這2個點之間的短程線的總數比，其數值越高代表的關鍵詞的重要性越強.

如表1所示，關于生態承載力文獻中出現較高的關鍵詞有“carrying capacity”“management”“ecological footprint”“sustainability”“model”“dynamics”“impact”“population”“china”“biodiversity”“system”“Ecological carrying capacity”等.在統計文獻中有451個關鍵詞，一共出現了3730次.其中不超過2次的關鍵詞有229個，共出現458次，占關鍵詞的總出現次數的12.2%，有359個關鍵詞出現的次數少于10次，出現1123次，占所有關鍵詞的30.1%，有20個關鍵詞出現的次數超過25次，共出現2149次占總次數的57.61%，其中出現次數最多的是carrying capacity，共出現342次.

圖6是生態承載力關鍵詞的圖譜，反映出生態承載力領域研究的熱點話題.關鍵詞共現的分析對于把握生態承載力的研究的特征、內容和主題都有著十分重要的作用，通過Citespace軟件提取關于生態承載力的關鍵詞可以看出關于生態承載力關鍵詞之間的脈絡關聯.節點顏色越大表示其在生態承載力方面的關鍵詞出現的次數越多，外圈顏色越深表示其在關鍵詞方面的中心性越高.從圖中可以看出各個節點之間路徑鏈接較為緊密，說明各個關鍵詞之間的聯系較多，其中“carrying capacity”一詞節點最大，顏色最深連接的路徑也最多.

2.5 生態承載力的研究趨勢分析

2.5.1 研究熱點時序演進

在Citespace中運行“Timezone”，對生態承載力進行時區的可視化視圖制作，得到生態承載力關鍵詞的網絡時區視圖（圖7）.生態承載力這一研究的領域隨著時間的推移，其關鍵詞的研究的趨勢不斷出出現新的熱點，圖中十字節點的大小和關鍵詞出現的頻率及次數成正比關系.從圖7可以看出生態承載力研究的熱點較為集中主要的節點有“carrying capacity”“ecological footprint”“model”等.承載力開始是力學上的一個概念，后其應用的范圍以及內涵不斷豐富，被引用于社會經濟和生態等領域.承載力逐漸被用來評價生態與環境之間協調發展和相互作用，出現如生態承載力、環境承載力等概念.生態足跡被稱作“適當承載力”，指具有生物生產土地中能夠給一定人口提供資源和消化廢棄物的面積.生態足跡模型是計算一定區域中人均的生態足跡和人均的生態承載力進行比較，如生態足跡的需求小于生態承載力則表示生態系統可以提供人類生產生活所需的資源，生態系統可持續發展;相反生態足跡大于生態承載力則出現“生態赤字”，生態系統出現不可持續發展.生態承載力評估的研究方法由最開始的定性分析向定量分析、動態分析的轉變，生態模型的在生態承載力動態的研究過程中得到了廣泛的應用.

2.5.2 關鍵詞突變分析

突現詞指的是在較短的時間里出現或者使用的頻次突然增加的術語[19]，生態承載力的研究具有階段性變化的特點，通過突現詞的檢索可以分析生態承載力研究的動態和階段變化的特點，可以看出研究領域的研究趨勢和前沿.表2是1991-2019年生態承載力突變詞里排名前15的關鍵詞，表中Strength是突變的強度，Begin及End是指突變詞開始和結束的時間.

2000年以前對于生態承載力的研究集中在“carrying capacity”“population dynamics”“population”等方面.2000年到2010年“density”“model”及“index system”等關鍵詞的突現表明了生態承載力這一領域的研究方法由定性的靜態研究向動態定量的研究轉變，灰色系統模型、回歸預測模型和層次分析模型等模型以及自然植被凈第一性生產力估測法、高吉喜法、生態足跡法等研究方法被廣泛運用到生態承載力的研究中.2015年以來“city”和“ecosystem service”等成為研究的熱點話題.城市這一關鍵詞的突現說明學者對于生態承載力的研究不僅是局限在大尺度的區域上，對于城市小區域的研究日益增加.生態系統服務指人類由生態系統中所獲得的收益，包含文化、供給、調節和支持，通過對生態系統服務的研究可以找到生態承載力提升的重要途徑.

3 討論與結論

本文運用CiteSpace軟件對1991-2019年關于生態承載力的文獻進行可視化的分析，得出的研究結果如下：

（1）生態承載力時間圖譜表明，生態承載力文章發表數量總體呈現出上升的趨勢，2005年后進入快速增長階段，說明人們更為關注生態環境和人類日益增長的經濟人口之間的協調關系.通過時間尺度上的研究，可以顯示出生態承載力變化和社會經濟發展之間隨著時間變化的耦合關系.

（2）生態承載力研究的國家和機構是以中國為中心，與其他國家合作較多的國家是美國，中國科學院、北京大學、以及美國地質調查局等機構發文較多.在空間這一尺度上，不同國家、地區和機構之間的合作，對于討論生態承載力轉移和外溢、揭示區域和區域之間甚至全球范圍內的生態承載力可持續發展有有利的影響.

（3）從發文學科來分析，生物多樣性與保護學科發文最多.環境研究、海洋和淡水生物學、工程學等學科也都發表了關于生態承載力研究的文章.這表明生態承載力是一個多學科交叉研究的研究話題.

（4）生態承載力發文的關鍵詞中，承載力、管理、生態足跡、模型、人口等是學者們關注的熱點話題，生態系統服務、城市、研究框架等是生態承載力研究的新興話題.關鍵詞的變化表明生態承載力這一領域的研究方法由定性的靜態研究向動態定量的研究轉變，學者對于生態承載力的研究由大尺度的區域向小區域如城市等方向的轉變.在村鎮尺度，生態承載力的研究較少，這也是接下來研究的方向.

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參考文獻：

〔1〕顧康康.生態承載力的概念及其研究方法[J].生態環境學報，2012，21（02）：389-396.

〔2〕杜文鵬，閆慧敏，楊艷昭，等.生態承載力的評估方法與研究趨勢展望[J].資源與生態學報，2018，9（02）：115-124.

〔3〕封志明，李鵬承.載力概念的源起與發展：基于資源環境視角的討論[J].自然資源學報，2018，33（09）：1475-1489.

〔4〕Gabb W M. On the topography and geology of Santo Domingo [J]. Transactions of the American Philosophical Society， 1873， 15（01）： 49-259.

〔5〕封志明，楊艷昭，閆慧敏，等.百年來的資源環境承載力研究：從理論到實踐[J].資源科學，2017，39（03）：379-395.

〔6〕高鷺，張宏業.生態承載力的國內外研究進展[J].中國人口·資源與環境，2007，17（02）：19-26.

〔7〕楊賢智.環境管理學[M].北京：高等教育出版社，1990.150-155.

〔8〕王中根，夏軍.區域生態環境承載力的量化方法研究[J].長江職工大學學報，1999，16（04）：9-12.

〔9〕夏軍，王中根，穆宏強.可持續水資源管理評價指標體系研究（一）[J].長江職工大學學報，2000，17（02）：1-7.

〔10〕王家驥，姚小紅，李京榮，等.黑河流域生態承載力估測[J].環境科學研究，2000，13（02）：44-48.

〔11〕石月珍，趙洪杰.生態承載力定量評價方法的研究進展[J].人民黃河，2005（03）：6-8.

〔12〕魏媛，吳長勇，曾昉，等.喀斯貧困山區土地資源承載力動態分析與預測[J].水土保持研究，2016，23（06）：322-326.

〔13〕楊謙，刑立文，趙璐.基于改進層次分析法的四川省生態承載力評價[J].資源開發與市場，2019，35（02）：190-196.

〔14〕曲修齊，劉淼，李春林，等.生態承載力評估方法研究進展[J].氣象與環境學報，2019，35（04）：113-119.

〔15〕本刊編輯部.國外大數據政策環境一瞥[J].中國建設信息，2015，21（03）：46-49.

〔16〕呂碧君.我國人力資源管理研究現狀的可視化分析——基于文獻計量學和CiteSpace知識圖譜分析[J].中國管理信息化，2019，22（16）：100-102.

〔17〕施生旭，童佩珊.基于CiteSpace的城市群生態安全研究發展態勢分析[J].生態學報，2018，38（22）：8234-8246.

〔18〕邱均平，張曉培.基于CSSCI的國內知識管理領域作者共被引分析[J].情報科學，2011，29（10）：1441-1445.

〔19〕郁琦，李山，高峻.基于CiteSpace的國際和國內鄉村旅游研究熱點與趨勢比較分析[J].江蘇農業科學，2019，47（15）：5-13.

〔20〕鐘曉青，趙永亮，鐘山，等.我國1978～2004年生態足跡需求與供給動態分析[J].武漢大學學報（信息科學版），2006，31（11）：1022-1026.

〔21〕占車生，夏軍，豐華麗，等.中國西部生態系統的水問題綜合評估研究——以三工河流域為例[J].自然資源學報，2005，20（02）：250-257.

〔22〕Haberl H， Wackernagel M， Krausmann F， et al. Fridolin Krausmann， et al.Ecological footprints and human appopriation of net primary prodution： a omparison[J]. Land Use Paliy， 2004， 21：279-288.

〔23〕李早立，薛躍規.基于全球公頃與國家公頃的縣域生態足跡評估比較[J].生態經濟，2019，35（10）：185-190.

〔24〕陳端呂，董明輝，彭保發.生態承載力研究綜述[J].湖南文理學院學報（社會科學版），2005，30（05）：76-79.

〔25〕范小杉，何萍.生態承載力環評：研究進展·存在問題·修正對策[J].環境科學研究，2017，30（12）：1869-1879.