漁業資源與生態環境交叉領域的研究現狀

范澤宇，白雪蘭，徐聚臣，王曉寧，呂亞兵，侯杰，2，何緒剛，2

1.華中農業大學水產學院，武漢 430070;2.長江經濟帶大宗水生生物產業綠色發展教育部工程研究中心，武漢 430070

水域生態系統在全球生態系統中的地位十分重要[1]，水域生態系統中生物資源又是最為重要的主體生物，這種相互依存的關系將漁業資源與生態環境等學科緊密結合到一起。隨著我國生態文明建設的漸次深入，對于這樣一門日漸深入融合發展的交叉學科，不論是對我國漁業資源領域學者，還是對生態環境領域學者，抑或是對該交叉研究領域的學者來說都提出了新的要求。已有學者嘗試從生態環境的文獻計量學角度研究漁業資源與生態環境發展歷程及熱點演化[2-6]，亦有學者從漁業資源的文獻計量學角度單獨研究漁業資源與生態環境研究力量構成及主題演化[7-11]，但尚未有學者將漁業資源與生態環境結合起來研究資源與環境問題及熱點演化。

近年來，隨著漁業資源與生態環境交叉深度融合以及時代發展需求，對生態漁業這一門交叉學科提出了更新的要求。目前，生態漁業的文獻計量學研究仍然處于萌芽階段。文獻計量學可以通過對某一研究領域的文獻進行數學和統計學意義上的定量分析，通過某一領域內研究主題發展歷程的復現從而對該領域的未來走勢做出合理的預測，為深入探究漁業資源與生態環境交叉研究領域的歷史發展和現狀特征提供了有效途徑。本文利用CiteSpace等軟件，開展文獻計量學分析，旨在為闡明漁業資源與生態環境交叉研究領域研究熱點演化的同時，在宏觀尺度下為生態漁業學者提供新的研究視角。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

數據來源分為核心數據集與擴展數據集，在Web of Science核心數據庫上，使用高級檢索法，輸入TS=(Fisheries resource* AND environment) OR TS=(Fisheries resource *AND ecology)，并設置搜索時區為1900-2020年，得到共2 665篇研究論文，后選取Article類期刊文章(2 070篇)與Review類綜述文章(247篇)精煉得到2 317篇核心文獻及112 246篇總參考文獻，代表該研究領域的研究成果。擴展數據集是核心數據集的施引文獻數據集，主要表示核心數據集的學術影響，核心數據集的引文數據集有論文56 462篇，去掉自引后得到55 417篇論文，選取Article類期刊文章(43 502篇)與Review類綜述文章(3 786篇)精煉得到有效擴展數據集共47 288篇文獻及其2 290 845篇參考文獻，由于數據量巨大無法有效處理，故選取Review類綜述文章(3 786篇)及352 169篇參考文獻作為擴展數據集來表征核心數據集的學術成果影響(1900-2020年)。

1.2 研究方法

本文基于以上Web of Science來源數據及Chen等[12]開發的文獻可視化計量分析軟件CiteSpace軟件(5.7.R3)，進行20世紀以來(1900-2020年)漁業資源與環境研究領域的文獻計量與可視化分析，以期達到厘清漁業資源與生態環境交叉學科的主要研究作者、機構和地區的研究力量構成和近年來該學科的發展脈絡、研究熱點、發展趨勢等目的。所有數據在進行分析之前均進行了數據去重操作，具體每一個板塊的去重在相應的結果與分析中具體介紹。文獻共被引分析中選取g指數k=30的篩選方法，最后文獻計量學分析結果成圖方法為Pathfinder and pruning the merged network的合并剪枝方式，共引文獻的聚類分析是在通過對核心數據集的參考文獻進行篩選排序的基礎上對引文進行同類聚合，采取CiteSpace軟件自帶潛在語義索引(latent semantic indexing,LSI)、對數似然率算法(log maximum likelihood ratio,LLR)對被引文獻的同語義關鍵詞合并聚類，反映出引文的研究主題演化。CiteSpace聚類結果穩定度分析(聚類結果是否可信)提供了包括模塊值(Modularity,Q)和平均模塊值(Silhouette,S)兩個值判斷，當Q值大于0.3、S值大于0.7時，則表明聚類分析結構高度穩定且令人十分信服。人員和機構合作網絡選取每層前100%的篩選策略。需要注意的是，CiteSpace軟件只是概述了該交叉學科的整個研究領域，并未深度解析，所以本研究在此基礎上進行了相關重點文獻的深度閱讀，以此來進一步歸納總結漁業資源與生態環境交叉學科的發展脈絡及趨勢。

2 結果與分析

2.1 交叉學科發展歷程

以20世紀以來核心數據集上文獻數據的發文量來論證該學科隨著時間線發展的大致情況，按照論文發表數量的多寡程度將1974年、1990年和2004年作為閾值，將近百年來漁業資源與生態環境交叉學科研究領域的研究發展歷程劃分為發展萌芽期(1974-1990年)、初步發展期(1991-2003年)、穩定增長期(2004年至今)3個階段(圖1)。

20世紀以來，隨著人類先進生產力工具的相繼誕生，全球漁業也隨之蓬勃發展，但是在前所未有的捕撈壓力下，漁業資源與自然環境都面臨著前所未有的壓力。1974年加拿大生態學家Regier等[13]詳細論證了生態環境與漁業等自然可再生資源的研究方法，與此同時，日本著名漁業資源學者Kikuchi[14]對日本近海區域鰻草床生態系統(eelgrass bed)與漁業資源之間的關系展開了探討。這兩位學者拉開了漁業資源與生態環境這一交叉學科研究的序幕，但此后到1989年并無相關文獻發表。因此認為，該時期為本交叉學科的萌芽期。

1990-2003年間為本交叉學科初步發展期，每年的研究論文數量保持一定增幅，平均每年發文量為24篇。值得注意的是，這一時期本交叉學科涌現出了許多開創性的論文。如Mack等[15]在2000年發表的關于生物入侵的論文，明確提出生物入侵將使為我們提供不可替代的自然服務的生態系統如水域生態系統面臨崩潰，在導致漁業陷入枯竭的同時，也會導致生態系統多樣性的丟失，其對于生物入侵這一充滿未來感的預見性論證成為了此后的一大研究熱點，該文被引用頻次達到了3 848次。再如Anderson等[16]對于全球水域的有害藻類及其與富營養化的來源、組成成分等進行了深度研究，這篇在2002年發表的有關水華問題的文章被引用數量也達到1 447次，將本交叉學科的研究范圍進一步拓展。

2004年至今為本交叉學科穩定增長時期，年度研究論文發表數量呈爆發式增長，2019年文獻發表數量達到峰值(圖1)。此時期，本交叉研究領域進一步拓寬。

圖1 全球漁業資源與生態環境交叉研究領域的年際與累計發文量(截至2020年12月31日)Fig.1 Annual and accumulative publications of in cross research field of fishery resources and ecologicalenvironment around the word (before December 31th,2020)

2.2 研究論文來源期刊分布

通過分析核心數據集上論文及其參考文獻的來源期刊分布情況，可以得到目前漁業資源與生態環境交叉研究領域的主要發文期刊，這對于從事漁業資源與生態環境交叉研究領域的科研人員與水生態自然保護區等地工作人員可以起到便于查找文獻、提供發表論文情報資源等方面的作用。基于Web of Science核心數據集檢索結果數據分析本交叉研究領域核心數據集的來源期刊，將核心數據集發文量前15期刊名稱及核心數據集上論文來源期刊發文量的平均被引次數、來源期刊的影響因子、來源期刊等數據整合后(表1)，發現發文量前15的來源期刊包括海洋研究領域類期刊的Marinepolicy、Icesjournalofmarinescience、Oceancoastalmanagement、Marineecologyprogressseries、Frontiersinmarinescience、Marinepollutionbulletin，漁業研究領域內期刊的Journaloffishbiology、Fisheriesresearch、Fishandfisheries、Canadianjournaloffisheriesandaquaticsciences，生態研究領域內期刊Ecologyandsociety、Biologicalconservation、Ecologicalapplications、Ecologicalmodelling以及綜合性期刊PLoSOne。其中發文量最大的來源期刊是Marinepolicy，達到126篇，核心數據集論文平均被引用次數最多的來源期刊是Fishandfisheries與Ecologicalapplications，平均被引用次數分別為63.42、243.65，此二者的影響因子同時也是來源期刊中最高的之一，分別為6.785、4.28(2019年)。

表1 漁業資源與生態環境交叉研究領域核心論文來源期刊特征 Table 1 Journal characteristics of core papers in cross research field of fishery resources and ecological environment

通過CiteSpace對擴展數據集引文文獻來源期刊進行梳理與可視化分析，也可以在一定程度上發現在某研究領域的核心引證關系。本交叉研究領域的112 246篇引文文獻來源期刊可視化網絡與突現結果分析結果(圖2)表明，一共有999個節點、1 745條連線，表明所有引文文獻的來源期刊有999種，這其中該領域內引文文獻來源期刊論文數量最多的包括Science(1 067)、Marinecologyprogressseries(885)、Nature(783)、Canadianjournaloffisheriesandaquaticsciences(767)、Fisheriesresearch(723)、Marinepolicy(695)、Icesjournalofmarinescience(728)、PLoSOne(600)、Fishandfisheries(558)、Ecology(541)、Ecologicalapplications(537)等。

圖2 漁業資源與生態環境交叉研究領域引文來源期刊突現圖Fig.2 Journal highlights of citation sources in cross research fields of fishery resources and ecological environment

2.3 研究力量組成分布

1)主要研究人員組成。核心數據集上的文獻作者分析與其所引證的參考文獻作者分析，在一定程度上揭示了本交叉研究領域的主要研究力量構成，通過CiteSpace的作者與被引作者合作網絡突現功能來可視化分析該階段的主要研究人員組成。分析發現在漁業資源與生態環境這一交叉研究領域上，Pauly(364)、Berkes(246)、Ostrom(196)、Hilborn(144)等學者成果產出量位居前茅，其中Pauly、Berkes等學者的研究成果被廣泛引用，表明這些研究人員是本交叉研究領域發展的重要貢獻者(圖3)。中介中心性(betweenness centrality)是測度節點在網絡中重要性的一個指標(此外還有度中心性、接近中心性等)。CiteSpace中使用中介中心性來表征節點支撐的重要程度，并用紫色圈對節點進行重點標注。結果表明，Holling(0.57)、Folke(0.32)、Costanza(0.32)等學者的中介中心性較為顯著，表明這些學者的研究在該領域起著支點的作用。

圖3 漁業資源與生態環境交叉研究領域主要研究作者合作網絡與突現圖Fig.3 Collaboration network and highlight map of main research authors in cross research field of fishery resources and ecological environment

2)主要研究機構組成。核心數據集上包含了核心論文背后的研究機構組成數據，通過CiteSpace軟件的文獻機構分析功能完成對核心論文機構組成數據的提取，并進行研究機構突現與合作網格的可視化圖譜分析，結果發現James Cook University(62)、美國國家海洋和大氣管理局(60)、University of Washington (50)、British Columbia University(49)、University of Tasmania(47)、中國科學院(37)等科研機構為漁業資源與生態環境交叉研究領域的主要研究力量(圖4)。對于研究機構的節點中心性，通過CiteSpace軟件所自帶的中心性指數計算，最高的是Stockholm University(0.32)、其次是Calif San Diego University(0.31)、Exeter University(0.21)，表明這些機構的國際合作能力較強，中心性指數計算結果顯示，中國的主要研究機構中國科學院中心性指數僅為0.02，表明中國相關科研機構在該交叉研究領域的協作尚顯不足，未來需要在該領域加強與國際相關科研機構的科研合作。

圖4 漁業資源與生態環境交叉研究領域主要研究機構合作網絡與突現圖Fig.4 Collaboration network and highlight map of main research institution in cross research field of fishery resources and ecological environment

3)主要研究國家組成。根據Web of Science核心數據集上論文作者的國籍數據，可以分析得出本交叉研究領域在國家層次研究力量組成。本文通過CiteSpace國家合作網絡與突現可視化分析功能，進行該交叉研究領域在國家層次上的組成力量可視化分析，結果表明美國(726)、澳大利亞(267)、加拿大(264)、英國(229)、法國(158)、巴西(147)、中國(146，含中國臺灣地區30)、西班牙(128)、德國(102)、挪威(88)等國家是目前該交叉學科領域國家層面上的主要研究力量(圖5)。同研究機構的中心性指數一樣，主要研究國家組成的中心性指數顯示我國的中心性指數僅為0.03，這表明我國目前在該領域上仍然保持著較高的自主性，未能在國際上與其他國家形成良好的互動合作，這是我國未來該交叉研究領域需要加強的一個方向。

圖5 漁業資源與生態環境交叉研究領域主要研究國家合作網絡與突現圖Fig.5 Collaboration network and highlight map of main research nation in cross research field of fisheryresources and ecological environment

通過Web of Science核心數據集檢索結果上的年際發文量(圖6)來看，漁業資源與環境交叉研究領域的文獻數量一直處于在波動中上升的整體趨勢。美國(726)、澳大利亞(267)、加拿大(264)、英國(229)、法國(158)、巴西(147)、中國(146，含中國臺灣地區30)、西班牙(128)、德國(102)、挪威(88)是目前該交叉研究領域主要研究力量，占到目前該領域文獻貢獻數量的96.99%，這與前文CiteSpace的國家分析結果一致。從我國近年來發文量趨勢來看，近年來中國在該領域呈現出爆發增長的態勢(圖6)，說明未來一段時間該領域的研究格局極有可能發生改變，這無疑對于該交叉研究領域會起到巨大的推動作用。

圖6 漁業資源與生態環境交叉研究領域主要國家發文數量變化(截至2020年12月31日)Fig.6 Changes in cross research field of fishery resourcesand ecological environment publicationsin major countries (before December 31th,2020)

2.4 研究熱點與趨勢分析

在文獻計量學中，通常可以用關鍵詞或者引文共現、聚類、突現分析來闡述在某個研究領域的熱點特征及時間變化趨勢。共現分析與聚類分析在一定程度上就是對定量分析的最終結果進行排序，從統計學的角度找到最優的結果。比如對文獻引文頻次定量分析排序獲取研究熱點，聚類中的關鍵詞或者引文文獻排序得到該聚類的標簽排序等等。突現分析采用Bursty探測，其最早是由美國計算機研究學者在2002年提出來篩選文本數據信息中所包含的時間流強度信息[17]，陳超美教授在CiteSpace中的強度分析功能算法中就是運用的這種算法[12]。

1)聚類分析。本研究領域內擴展數據集包含的112 246條有效引文數據，在CiteSpace中進行引文的聚類分析后，一共得到197個聚類標簽，Q值為0.855 5，S值為0.911 6，表明此次聚類分析所得圖譜聚類是顯著且高度可信的。本研究采取LSI/LLR算法將引文數量大于10的15個聚類命名，表2顯示這15個聚類的輪廓值都大于0.7，表明這15個聚類分析結果是高度可信的。將引文聚類分析進行Timeline形式轉化后可以得到引文聚類的時區圖譜(圖7)，結果闡明了漁業資源與生態環境這一門交叉學科的研究主題演化過程。

圖7 漁業資源與生態環境交叉研究領域引文聚類分析Fig.7 Cluster analysis of citations in cross research fields of fishery resources and ecological environment

表2 引文聚類分析15個主要群組 Table 2 Fifteen principal clusters of citation cluster analysis

在起步階段(1995年以前)，研究主題集中于人類過度捕撈導致漁業資源枯竭的問題；此后，該交叉學科進入初期發展階段(1995—2002年)，研究主題分布于如何修復生態系統方面；2002年以后該交叉研究領域進入爆發增長階段，研究的主題包含如何建立生態模型、如何運用生態模型進行漁業資源管理、如何運用生態模型來修復生態等方面，主要的研究主題是珊瑚礁生態系統的修復，包含了107篇參考文獻，并涌現出了Ecopath[17]、OSMOSE[18]、Atlantis[5]等一大批十分經典的生態模型；2012年以后該交叉研究領域研究主題逐步精細化，如何利用穩定同位素技術探究生態系統內部的營養關系(群組13)、全球氣候變暖導致海洋冰蓋減少如何使生態巨變(群組12)、海洋生態系統和漁業資源如何保護等成為該研究領域學者所重點關注的問題，其中，海洋保護(群組0)、海洋保護區(群組3)、海洋食物鏈(群組16)等海洋相關主題一直伴隨著該交叉學科發展，且始終處于中心地位，相關學者也一直在創造出各種先進的理論或模型來適應其發展。

2)突現分析。研究領域的熱點演化，可以用引文突現強度來表征，也可以用關鍵詞突現強度來反映。本文通過比對同時期引文和關鍵詞的突現強度來討論在漁業資源與生態環境交叉領域的研究熱點轉移。

核心數據集的引文突現分析獲得646個引文突現節點，本研究選取突現強度前25的引文分析(表3)，同時也屬于擴展數據集的引文突現節點(1 907個)，這表明核心數據集和擴展數據集兩者之間存在緊密聯系。在CiteSpace中進行關鍵詞共現網絡分析之前，對核心數據集的關鍵詞數據進行了同類詞的篩選合并，如sea與marin、small scale fishery與small-scale fishery、social ecological system與social-ecological system等，以便后續分析更為合理，本研究選取突現強度前30的關鍵詞進行分析比對，與引文突現相結合來分析生態漁業領域研究熱點。通過引文網絡突現，發現Jackson等[19]發表在Science上關于人類過度捕撈導致沿海生態系統崩潰的文章突現強度最高(S=12.60)，突現持續時間為8年(2002-2009年)，Myers等[20]發表在Nature上探討由于工業化捕撈活動的開展導致肉食性魚類群落資源枯竭及生態問題的文章其突現強度次之(S=12.77)，突現持續時間為8年(2004-2011年)，以上強突現性文獻廣泛探討了人類過度捕撈對于生態系統所造成的廣泛影響，對于漁業資源與生態環境這一交叉學科的發展具有持續強烈的推動作用。

表3 突現強度前25位的文獻 Table 3 Top 25 references with the strongest citation bursts

引文突現或關鍵詞突現，其載體文獻發表的先后次序，能夠表明本研究領域熱點演化趨勢。在研究初期，Ludwig等[21](S=7.48，T=6 a)、Pauly等[22](S=6.81，T=8 a)的突現強突較高，同時期關鍵詞突現頻率最高的是捕食predation(S=6.78，T=12 a)。這一時期研究主要聚焦全球漁業資源枯竭及所帶來的生態系統崩潰問題，如Pauly等[22]通過比對1950-1994年間海洋、內陸捕撈漁獲物發現漁獲物營養級處于不斷衰減中，并指明當前這種由上至下捕撈方法的不可持續性。在快速發展階段，Worm等[23-24](S=13.24，T=5 a)、Pauly等[25](S=10.77，T=6 a)的突現強突較高，與此同時關鍵詞突現頻率最高的是population(S=9.94，T=6 a)，這個階段人們主要關心的是如何恢復全球漁業資源以及平衡其與生態系統之間的關系，并由此衍生出了一系列生態漁業管理模型及綜合管理方法。近10年以來，Pauly等[26](S=8.84，T=5 a)以及R語言(S=28.36，T=8 a)[27-30]的突現頻率較高，關鍵詞精細漁業(small scale fishery，S=8.72，T=4 a)、穩定同位素(stable isotope，S=6.15，T=3 a)、生態系統服務(ecosystem service，S=4.52，T=3 a)的突現頻率較高，反映了近10年來研究熱點聚焦于運用生態信息學重建生態與漁業資源綜合管理系統。引文和關鍵詞突現強度反映了研究熱點從發現漁業資源與生態系統存在問題到運用數學或生態學模型重建漁業資源和生態系統，最后到利用生態信息學等方法建立健全綜合生態漁業管理模的研究熱點演化。

3 結論與展望

本文基于Web of Science上檢索得到的漁業資源與生態環境相關研究領域的核心數據集數據與擴展數據集數據，運用CiteSpace軟件的聚類與突現等分析功能，從漁業資源與生態環境交叉研究領域的論文年份分布、科研力量組成、研究主題演化及熱點展示等方面展開了深入分析。得出以下結論：(1)漁業資源與生態環境這一交叉研究學科當下正處于深度融合期，1990年至今，這一交叉研究領域處于穩定增長期，且期刊漸次多元化，美國、澳大利亞等國家的科研機構在本領域占據主要地位，中介中心性分析結果表明中國相關科研機構和學者與國際上相關研究力量聯系有待進一步加強。(2)研究的主題漸次精細具象化。研究主題圍繞著如何平衡漁業和相關水域生態系統之間關系從而實現可持續的綠色發展模式展開，包括生態系統部分的結構、功能、開發、保護等方面，漁業資源部分的增殖放流、有效捕撈量等生產活動以及在具體的實施過程中運用到的諸如R語言等生態信息學工具。(3)研究熱點從早期如何正確評估人類捕撈活動對于漁業資源和生態系統的影響，到后來如何采取措施減弱或規避這種不良影響，到最后提出如何建立健全完善的生態漁業管理體系。

縱觀漁業資源與生態環境這一交叉研究領域的發展歷程，追求資本價值的漁業資源與追求生態效益的生態環境始終處于求同存異的發展融合之中，目前已處于深度融合期。從本文文獻計量學與可視化分析結果可預測，未來研究將重點關注魚類種群結構重建及其對水域環境的影響與作用機制，以及生態漁業資源動態信息化管理理論與技術等問題。前者為生態學領域近百年來的核心問題[31]，后者則運用環境DNA[32]、穩定同位素[33]、生態系統建模[34-35]等先進技術為海洋牧場、大水面生態漁業牧場、海洋與內陸水域自然保護區的管理和評估提供技術支撐。

海洋牧場作為我國傳統漁業轉型新動力，近年來發展勢頭迅猛[36]。而湖庫精養模式已成為過去式[37]，長江等流域正處于10年禁漁期[38]，內陸大水面生態漁業模式構建迫在眉睫。習近平總書記提出的“山水田林湖草”六位一體生態經濟發展模式[39]，為我國大水面生態漁業的發展指明了方向。可以預見的是，突出水域生態環境保護與修復的“保水”“凈水”生態漁業新模式將不斷涌現和創新。