1998～2018年關于小流域研究的文獻計量學分析

周 曉 雯，呂 婕 梅，安 艷 玲，高 亮，吳 振 宇

(1.貴州大學 喀斯特環境與地質災害防治重點實驗室，貴州 貴陽 550025； 2.貴州理工學院 資源與環境工程學院，貴州 貴陽 550002； 3.信開水環境投資有限公司，北京 100085)

小流域是指二、三級支流以下，以分水嶺和下游河道出口斷面為界，集水面積在50 km2以下的相對獨立和封閉的自然匯水區域[1]，常作為各項研究的基本單元[2-4]。小流域的水土資源對地方社會經濟的發展起著重要作用，但是目前由于人類不合理的開發利用等人為原因和自然原因，小流域承受著越來越大的生態壓力，水源枯竭、水體污染等事件層出不窮，河流斷流、濕地萎縮、地下水超采等現象也在多地發生[6-7]。

文獻計量學是運用數理統計方法對所有知識載體進行定量分析的交叉學科。它是識別某一領域發展的常用方法。最早的文獻計量學始于20世紀初，1917年，Cole和Eales分別通過文獻引文研究比較了解剖學文獻的發展[8]。1969年，英國著名科學家Allen Richard首次提出“文獻計量學”一詞，這個術語的出現意味著文獻計量學的正式誕生[8]。文獻計量學可以使學者通過分析引文、共引、地理分布和詞頻的途徑來研究特定的領域，得出有價值的結論。當前，文獻計量學在多個科學領域中開始發揮作用，力圖揭示各領域的研究焦點、研究主題以及考察研究主題發展的歷史脈絡和演化態勢，展現領域的科學前沿，并在土壤修復[9]、農業應用[10]、水體污染[11]、降水穩定同位素[12]等不同領域取得了一定的研究成果。

然而，采取文獻計量的方法從生態環境領域對小流域研究現狀進行統計分析的文獻并不多見，因此本文基于Web of Science和中國知網(CNKI)數據庫，用圖文結合的形式，對已收集文獻的高頻關鍵詞進行總結，選擇共詞分析法和聚類分析法對高頻關鍵詞進一步分析。從新的角度直觀地展現小流域目前的研究熱點及將來的發展脈絡，期望為國內學者的研究工作提供科學參考，使他們能迅速把握研究方向。

1 數據來源與研究方法

英文文獻的數據源為Web of Science數據庫的核心文集，檢索主題則輸入“small catchment”，時間跨度設為1998～2018年，并在最后的檢索結果中再次挑選出與生態環境有關的文獻，共得到9 340篇英文文獻。國內的文獻來源于中國知網(CNKI)的期刊數據庫，以“小流域”為主題，限定搜索年份為1998～2018年，檢索全部期刊(包括核心期刊、CSSCI、CSSCD)，剔除標題和作者雷同等重復文獻，并且限制在生態環境領域，共檢測出9 186篇結果。

將符合相應要求的9 340篇國外文獻和9 186篇國內文獻導入Bibexcel軟件，進行高頻關鍵詞統計，再把其中含義相近和詞形重疊的關鍵詞進行合并，根據經驗確定高頻關鍵詞的界限，最終挑選出詞頻大于142的英文關鍵詞共45個，中文文獻中詞頻大于50的關鍵詞有60個。使用Bibexcel軟件分別統計中英文高頻關鍵詞兩兩之間在論文中同時出現的次數，并形成相應的共詞矩陣，接著通過Ucient軟件把中英文共詞矩陣保存為“##h”文件，再導入Netdraw軟件，分別生成國內外高頻關鍵詞共現關系圖，最后將兩個共詞矩陣導入SPSS軟件進行系統聚類分析。

2 結果分析

2.1 相關論文發文統計

從Web of Science核心文集中搜索出的以“small catchment”為主題的英文文獻每年發布數量如圖1所示。圖1顯示：隨著年份的增加，發文量逐年上升，2012年出現小高峰，2016年達到高峰(686篇)，在2016年以后文獻增長速度逐漸放緩。

圖1 國外有關“小流域”在生態環境領域的論文各年份發文量Fig.1 Number of foreign papers about small catchment in ecological environment in each year

圖2為國內有關“小流域”在生態環境領域的論文各年份發文量。從圖2可知：在中國知網(CNKI)數據庫中，以“小流域”為主題的中文文獻數量可以分為兩個階段。第一階段是1998～2009年，整體呈上升趨勢，在2006年之前，文章數量增長速度較慢，但是在2006年之后，發文量迅速上升，并在2009年達到高峰(569篇)；第二階段是2010～2018年，雖然個別年份有所回落，但每年的發文量都在500篇左右，波動較小，趨于平穩。

圖2 國內有關“小流域”在生態環境領域的論文各年份發文量Fig.2 Number of domestic papers about small catchment in ecological environment in each year

從圖1和圖2可見：國外和國內的小流域研究目前都已經進入成熟階段，國內則更早地展開對小流域相關方面的研究，國外從2012年開始進入暴發狀態，小流域的發文量逐年穩步提升，研究熱情持續升溫中。

2.2 高頻關鍵詞分析

關鍵詞是對全文內容的高度精煉，表明文獻主題，對信息檢索起到很大幫助[13]，而通過高頻關鍵詞分析更能揭示出最新的研究趨勢及熱點[14]。分別提取在Web of Science數據庫中檢索到的符合主題的英文文獻，與中國知網(CNKI)期刊全文數據庫中檢索到相應中文文獻的高頻關鍵詞，結果如表1和表2所示。

從表1可以發現出現最多的關鍵詞是CATCHMENT(流域)，其次是 CLIMATE-CHANGE(氣候變化)、SOIL-EROSION(土壤侵蝕)、runoff(徑流)、MODELS(模型)等，說明國外現在主要運用模型來探究小流域徑流對氣候變化的影響及其小流域土壤侵蝕的情況。

根據表2可以看出：國內學者在探索相關研究領域中，小流域是核心，出現頻次最高；次核心關鍵詞為綜合治理、水土保持、水土流失，生態建設。由于表中數據較多，本研究按照從高到低排列，只選取了排在前15位的關鍵詞。由此可以看出國內更側重研究小流域的水土流失情況，并尋求水土保持的綜合治理措施，探討如何對小流域進行生態建設。

從表1和表2可以看出：國內外針對小流域的研究多集中在水土資源上，這與當今世界各地小流域水土流失嚴重情況緊密相關，其中小流域的氣候變化也是國外學者們的研究重點。

表1 國外出現頻次排在前15位的高頻關鍵詞

表2 國內出現頻次排在前15位的高頻關鍵詞

2.3 高頻關鍵詞共詞分析

通過以上統計關鍵詞的頻次，還不能完全反映它們的內在關系，要想進一步了解關鍵詞之間的聯系，需要采用共詞分析法。該方法統計關鍵詞兩兩之間在同一篇文獻共現的次數，如果一組關鍵詞在眾多的文獻中出現次數多，則反映出它們之間關系緊密[15]。在可視化圖中，節點代表關鍵詞，某個節點越大，說明該關鍵詞與其他詞同時出現的次數越多，且在關系網絡中的位置就越中心[16]；節點間的連線表示兩詞同時出現的情況，線條越粗表明這兩詞之間同時出現的次數越多[17]。節點小的，或者與節點連線較細的并不代表它的研究次數少，只能說明它與圖中的其他關鍵詞同時出現的次數少[18]。

由圖3可以看出除了共現可視化圖邊緣的節點比較小之外，在中間部分的CLIMATE-CHANGE(氣候變化)、CATCHMENT(流域)、SOIL-EROSION(土壤侵蝕)、RIVERS(河)、IMPACT(影響)、WATER-QUALITY(水質)等多個詞所代表的節點大小相近，并且關鍵詞之間關系緊密，說明共現次數多，還在一定程度上說明了國外的研究方向比較多樣。

圖3 國外高頻關鍵詞共現可視化圖Fig.3 The co-occurance netview of key words in foreign papers

由圖4可以直觀地看出，處于交錯復雜的網絡圖中心位置同時也是節點最大的中文關鍵詞分別為小流域、綜合治理、水土保持、水土流失，說明這些關鍵詞與其他詞共現的次數多，再結合頻次統計分析，一定程度上可以把這些關鍵詞視為國內研究的熱點方向。其中綜合治理和水土保持之間的連線也是最粗的，說明以它們同時作為研究內容的文獻最多，兩詞在該領域內的關系比較緊密。

圖4 國內高頻關鍵詞共現可視化圖Fig.4 The co-occurance netview of key words in domestic papers

2.4 高頻關鍵詞聚類分析

聚類分析法通過選定的方法重新計算關鍵詞之間的距離，聚集距離較近的關鍵詞，形成相對獨立的類團，使得類團內屬性相似性最大，類團間屬性相似性最小[19]。在事物類別未知，甚至連分類數量都不能確定的情況下，使用聚類分析法可以進行大體分類[20]。

通過SPSS軟件分別打開45×45的英文共詞矩陣和60×60的中文共詞矩陣，經過設置，最后導出樹狀圖(見圖5～6)。通過對圖5和圖6的分析整理，分別對英文高頻詞與中文高頻詞劃分為5個和6個集群，劃分結果分別見表3和表4。

圖5 國外英文關鍵詞聚類分析樹狀圖Fig.5 Tree diagram of hierarchical cluster analysis of key words in foreign papers

圖6 國內中文關鍵詞聚類分析樹狀圖Fig 6 Tree diagram of hierarchical cluster analysis of key words in domestic paper

表3 有關小流域研究的高頻英文關鍵詞集群劃分

從國外小流域研究的高頻關鍵詞聚類分析(見表3)可以看出：集群1的關鍵詞為：nitrogen(氮)、phosphorus(磷)、stream(溪流)、RIVERS(河)、LAND-USE(土地利用)、WATER-QUALITY(水質)、SEDIMENTS(沉積物)、CATCHMENT(流域)，其中氮、磷是影響水體質量的環境因素，因此集群1主要是分析小流域的水質。集群2的關鍵詞為UNCERTAINTY(不確定性)、CALIBRATION(校準)、SIMULATION(仿真)，多跟模型有關，所以國外常采用水文模型的手段進一步對水質進行評估。集群3注重于研究氣候變化對徑流的影響，涉及到降雨量等因素。集群4則是把徑流及其沉積物對土地利用類型變化的響應作為研究內容。集群5涉及內容較多，很多學者從事UNITED-STATES(美國)所屬小流域的SURFACE-WATERS(地表水)及groundwater(地下水)的研究，另外，對VEGETATION(植物)-SOIL(土壤)-WATER(水)的跨尺度研究也是熱點。

對比國內，從表4可以看出：集群1研究的是對小流域采用綜合治理手段進行水土保持，表明這也是該領域的研究熱點；集群2涉及小流域的內容更豐富，更具體，有一些小流域的特定研究區域，比如三峽庫區、喀斯特地區、山西省等，是國內學者主要研究對象，這個部分的研究內容還包含小流域的生態環境；集群3側重于研究水土流失各個方面的問題；集群4就是針對小流域周圍的土地現狀進行研究，常結合GIS軟件，分析土地利用、土壤侵蝕、空間結構等情況；集群5主要是圍繞防治水土流失的具體辦法展開的，包含具體工程和監督立法；集群6說明國內對小流域的水土保持研究重點集中在工程建設方面。

表4 有關小流域研究的高頻中文關鍵詞集群劃分

綜合來看，國內外關于小流域方面的研究方向有一定的相似之處，都有較多關于小流域土壤侵蝕的研究，有差別的方面在于：國外更偏向小流域水體質量、氣候變化、土地利用等理論方面的研究，國內關于小流域生態工程建設的研究比較熱門。

3 結 論

(1) 國外從2012年開始進入對小流域研究的暴發期，而國內大概分為波動增長和穩定兩個階段。總體來講，不論是國內還是國外，近年來文獻數量都出現了小高峰，說明小流域研究在國內外逐漸受到重視。

(2) 國外小流域研究出現頻次在前4位的關鍵詞為CATCHMENT(流域)、CLIMATE-CHANGE(氣候變化)、SOIL-EROSION(土壤侵蝕)、runoff(徑流)；國內前5位高頻關鍵詞為小流域、綜合治理、水土保持、水土流失，這反映國外對小流域的研究更側重于探究氣候變化對小流域的影響，而國內的關注點更多地放在了對小流域水土流失的綜合治理。

(3) 根據國外高頻關鍵詞共現可視化圖可以看出，位于中心的英文關鍵詞所代表的節點大小相近，表明國外的研究方向多樣。小流域、綜合治理、水土保持、水土流失等中文關鍵詞則節點突出，說明它們比其他詞共現次數多，在一定程度上可視為國內當前的研究熱點。

(4) 從高頻關鍵詞聚類分析結果來看，國外更重視小流域的水質及氣候變化對小流域生態系統的影響等理論方面的研究，國內著重于小流域生態綜合治理和工程建設，應用性更強。

綜上所述，國內外對小流域的研究方向存在差異，國外側重對小流域生態環境影響因素的研究。因此，國內在提高小流域水土保持能力的同時還要借鑒國外研究，找出小流域生態環境破壞的原因，為解決實質性問題提供源頭上的科學依據；另外由于文獻計量學分析存在一定的局限性，所以一些暫時低頻的關鍵詞也不能忽視，它們可能也是未來研究的熱點。