基于文獻計量學的水資源承載力研究進展綜述*

胡永江，丁超，朱菊，王振華

(內蒙古科技大學 土木工程學院，內蒙古 包頭 014010)

水資源承載力概念起源于資源環境承載力[1,2]，1995年，ARROW等[3]在Science的論文引發了環境承載力研究的熱潮[4]，為緩解水資源短缺及水環境惡化等情況，水資源承載力研究逐漸成為熱點[5,6].隨著水資源承載力研究在內涵擴展[2,7]、方法改進以及管理對策等領域的拓展，產生了大量的研究文獻[8-11].為把握研究熱點，部分專家學者在特定領域進行了回顧性研究工作[12-18].但是，對于水資源承載力研究這一細分領域而言，缺少細致的脈絡梳理和發展趨勢研判工作，而面對目前龐大的文獻數量，單憑研究者個人有限的精力是難以完成的[19,20].因此，為有效了解掌握近幾十年來水資源承載力研究領域的研究進展、發掘研究熱點，利用更先進的統計計量手段十分必要[21].本研究采用CiteSpace[22,23]作為文獻可視化的研究工具，采用文獻計量方法，通過水資源承載力領域已有研究成果的系統梳理、數據挖掘、計量分析、圖譜繪制等可視化分析方法形成直觀的知識圖譜[24]，進一步揭示水資源承載力領域的動態發展規律.

1 數據與方法

1.1 數據來源

研究從Web of Science(WOS)的核心合集和中國科學引文數據庫收集了1994～2019年間發表的水資源承載力相關中英文文獻.中英文檢索主題分別為：“水資源承載力”、“water resources carrying capacity”，檢索范圍包括標題、摘要、關鍵詞.對檢索結果去重，得到1994～2019年發表在605個期刊上的全記錄及引用文獻共2 176篇，其中外文文獻1 014篇，中文文獻1 162篇.文獻更新日期為2020年1月1日.

1.2 數據分析

研究以WOS及中國科學引文數據庫文獻數據為基礎，選用SiteSpace程序對水資源承載力相關文獻進行知識圖譜構建和可視化分析，研究方法類似于其他文獻計量學研究(參考文獻).將索引到的2 106條數據導入SiteSpace程序繪制知識圖譜進行發文時間、關鍵詞共現和文獻共被引等分析來探究水資源承載力的關鍵研究主題和未來研究趨勢[25].

2 研究討論

2.1 文獻發表趨勢分析

將檢索到的文獻按照年份進行數量統計，得到研究期間水資源承載力領域中外文文獻發表數量折線圖圖1.由圖1可見，中文文獻在水資源承載力領域的研究起步相對較早，且在發文量上也略高于外文文獻.這說明，在我國既面臨水資源短缺又面臨經濟快速增長的雙重壓力下，我國學者更早關注于水資源對經濟社會發展支撐作用的研究.由于面臨的水資源壓力不同，同一時期，國外學者的研究則主要聚焦于水環境保護等領域.但在2013年左右開始，水資源承載力的研究受到國內外學者的更大重視，發文數量增長較快[26].

圖1 水資源承載力領域國內外文獻發表數量圖

從圖1可以看出，中文文獻研究的趨勢階段性更加明顯，大致可分為4個階段：①1994～2001年，水資源承載力相關研究低位徘徊但緩慢增長，該階段水資源承載力剛脫胎于資源承載力研究[27]，作為一個全新概念尚處于萌芽階段；②2002～2007年，該領域研究文獻有了較大增長.分析原因可能為，中國于2001年底加入世貿組織，隨后中國經濟開始強勁增長[28,29]，水資源對經濟社會發展的制約開始顯現，因此水資源承載力概念受到更大關注；③2008～2013年，文獻發表數量開始逐漸下降.分析原因可能為，隨著南水北調、三峽工程等一大批重大水利工程等竣工投產，極大改善了全國水資源供需不平衡的局面，水資源承載力研究的熱度有所降低；④2014～2019年，隨著“綠水青山就是金山銀山”等綠色發展理念的確立，最嚴格水資源管理制度的出臺，水資源承載力的研究進入新的階段，其內涵進一步擴大，更加考慮經濟、社會、生態、環境的綜合承載作用.相關研究文獻數量增長迅速，該領域研究進入高速發展階段.

外文文獻研究大致分為3個階段：①2003～2008年，水資源領域研究開始轉向處于社會風險和社會挑戰中的體系研究[30]，水資源承載力的概念開始得到關注；②2009～2015年，研究更加注重加強水資源管理提高水資源利用的可持續性[31]，以及面向可持續性的生態水文學等方面，水資源承載力的研究穩中有升；③2016～2019年，水、生態和人類的未來發展這一主題深入人心[32]，水資源承載力的研究契合這一主題，得到了迅猛發展.

2.2 文獻共被引分析

通過水資源承載力領域文獻共被引圖譜分析，可以直觀地反映出水資源承載力領域的知識基礎和研究前沿，分析結果如下：

2.2.1水資源承載力領域知識基礎

1989年新疆水資源軟科學課題研究小組發表了新疆水資源承載力的研究成果，水資源承載力概念首次提出并開始得到廣泛應用[33,34].通過CiteSpace程序分析得到國內文獻的共引圖譜，見圖2(a)，其中圓形節點表示文獻，大小表示被引頻次.經過分析(以最低被引次為最低閥值)，共呈現出6篇高被引文獻，國外文獻的共引圖譜見圖2(b)，共呈現出4篇高被引文獻.

中外文水資源承載力知識基礎分析見表1，由表1可以看出，關于水資源承載力的概念尚未有統一標準，水資源承載力概念內涵是一個不斷發展與擴大的過程.關于人口、水資源、生態環境和社會經濟多方面的內部特征和相互關系的綜合指標是水資源承載力研究的主要評估因素[35]，但其總體上呈現出從人口、經濟等的單一承載向復合承載轉變的趨勢[36]，水-生態-社會經濟復合系統研究逐漸成為水資源承載力研究的基礎引文，中外文文獻研究都呈現出這一特點.同時，關于水資源承載力的定量化計算也是研究的重要方向之一.

圖2 水資源承載力研究文獻共被引圖譜圖(a)國內文獻共被引圖譜；(b)國外文獻共被引圖譜

表1 水資源承載力研究最強引用文獻突現表

2.2.2水資源承載力研究前沿

基于被引頻次和突現值進行突現文獻統計，得到表2.對高突現度的中外文文獻分析發現，水資源承載力領域的研究前沿分別是注重水環境、社會經濟系統等多學科的交叉融合、多方位多層次研究[37]，水資源承載力的評估研究應該是基于經濟、環境、人口的動態連續評估；以社會經濟可持續發展為目標，多種研究方法構建的水資源承載力定量評估指標體系[38]；生態足跡、虛擬水等水資源承載力相關學科的水資源管理研究以及系統動力學[39]、主成分分析等作為評估工具在水資源承載力領域的模型構建[40]，這些研究前沿將是未來水資源承載力領域研究的關注點.

表2 水資源承載力研究最強引用文獻突現表

2.3 關鍵詞共現分析

2.3.1水資源承載力研究熱點

通過水資源承載力領域關鍵詞共現圖譜分析，可直觀地反映出水資源承載力領域的研究熱點.利用CiteSpace軟件對水資源承載力領域的關鍵詞進行共現聚類分析，得到可視化圖譜見圖3，基于共現頻次得到水資源承載力研究的關鍵詞聚類見表3.

由圖3(a)可見，中文文獻關鍵詞最大的關鍵節點為水資源承載力，與之相關度較大的關鍵詞有生態承載力、可持續發展、指標體系、生態足跡等，由此可見水資源承載力的研究不僅僅是對于水資源的承載力研究，更是人口、資源、生態環境和社會經濟等多方面的研究，將對于水資源問題的研究從單純的自然資源領域拓展到社會經濟領域[41]，拓寬了關于水資源承載力研究的思路，使得可持續發展觀念在水資源承載力領域變得更加深入和多元化.

由圖3(b)可見，外文文獻關鍵詞最大的關鍵節點為Carrying capacity，第二、三大節點為Water resource、Management，與之相關度較大的關鍵詞還有Model、Climate change、System等.由此可見，外文文獻研究偏向于概念范圍更大的水資源管理方面領域，水資源承載力僅為其中一個方向，且比較關注于氣候變化等外部因素對水資源系統的影響以及模型的構建.

圖3 水資源承載力研究關鍵詞共現圖譜圖(a)國內關鍵詞共現圖譜；(b)國外關鍵詞共現圖譜

表3列舉了水資源承載力領域中外文相關研究關鍵詞中心性最高的5個聚類，從每個聚類中的代表關鍵詞可以看出目前國內外水資源承載力領域的研究熱點分別是：①中文文獻研究情況來說，主要有水資源供需矛盾激化情況下基于生態角度的可持續利用；水足跡、虛擬水和水資源承載力相結合的水資源綜合管理研究；城市區域水資源研究；地下水對水資源承載力的影響；基于地理信息系統監測預警的跨學科多專業的水資源承載力研究[42].②外文文獻研究情況來看，研究情況與國內相似，但更偏向于水資源對節約型社會建設的影響、水資源合理配置，微觀來看是具體作物的虛擬水計算.由此可見，水足跡、虛擬水等研究是目前國際水資源管理方向的研究熱點，水資源承載力研究相對較弱勢.

表3 水資源承載力研究被引最多文獻表

2.3.2水資源承載力領域的發展趨勢

通過關鍵詞突現可以顯示一個階段的新興研究熱點和研究前沿趨勢，基于被引頻次和突現值統計進行關鍵詞突現得到表4.從表4中可以看出，中外文研究總體趨勢相差不大，但是外文文獻研究是從灌溉-水資源承載力-能源-氣候變化這一趨勢來研究水資源承載力，而中文文獻研究是從生態環境-水資源承載力-生態承載力-資源環境承載力這一趨勢來研究水資源承載力的.外文文獻研究顯示水資源承載力領域的研究前沿和未來趨勢在徑流、河流、土地、氣候變化等自然條件對水資源承載力的影響方面，而中文文獻研究顯示的水資源承載力領域的研究前沿和未來趨勢在資源、環境、生態承載力等多學科領域的交叉研究和熵權法、主成分分析等多種方法評估水資源承載力，中外文文獻突變關鍵詞反映的不同研究趨勢也說明了我國經濟高速發展中所面臨的水危機問題相較其他國家更為嚴重與緊迫.縱觀水資源承載力研究的整個進展情況，可以看出水資源承載力研究對于解決經濟發展與水資源短缺的供需矛盾具有十分重要的作用，該領域的研究必將成為本世紀水資源學科發展的重要研究領域.隨著現代科學理論、地理信息系統、生態環境等理論的發展，加上計算機、人工智能、生物信息追蹤等新技術的應用[43]，未來水資源承載力研究一定是多學科綜合集成、多領域交叉、多層次融合、多種新技術手段配合[44]，以提高水資源最大承載能力為目標的社會、經濟、人口、資源可持續發展研究[45].

表4 水資源承載力研究關鍵詞凸現表

3 結論

水資源承載力研究是水資源研究領域的一個基礎研究領域，在水資源短缺供需矛盾激化的今天越來越受到業界學者的關注.研究通過CiteSpace程序對1994～2019年水資源承載力領域的文獻構建知識圖譜，進行計量可視化分析，揭示了水資源承載力領域研究的發文時間、階段研究熱點及未來研究趨勢初步得到以下結論：

(1)水資源承載力研究是一個快速發展的學科領域.通過中外文文獻時序可以看出該領域的施引文獻和被引文獻時間跨度幾乎都在3 a之內，近幾年的中文施引文獻和被引文獻時間跨度甚至都在1～2 a之內，而施引文獻和被引文獻時間跨度越長說明該學科領域發展越緩慢，這充分說明水資源承載力領域是一個快速發展的學科領域.水資源承載力研究在工業發達的國家地區研究文獻較多發展更迅速，相對于國外水資源承載力領域方面的研究發展，我國在該領域的研究起步較早發展更快，究其原因是我國在經濟發展與水資源短缺的供需矛盾更加突出.

(2)水-生態-社會經濟復合系統研究是水資源承載力研究的基礎，關于人口、水資源、生態環境和社會經濟多方面的內部特征和相互關系的綜合指標是水資源承載力研究的主要評估因素[35]，水資源承載力領域是研究人口、水資源、生態環境和社會經濟等多方面的交叉學科.

(3)當前研究熱點：水資源供需矛盾激化情況下基于生態角度的可持續利用；社會經濟系統下水資源承載能力極限評價；水資源合理配置與產業結構調整；水足跡、虛擬水和水資源承載力相結合的水資源綜合管理研究；基于地理信息系統監測預警的跨學科多專業的水資源承載力研究，這些主題是當前水資源承載力領域的學科研究熱點.

(4)今后研究方向：隨著現代科學理論、地理信息系統、生態環境等理論的發展，以及計算機、人工智能、生物信息追蹤等新技術的應用，未來水資源承載力研究一定是多學科綜合集成、多領域交叉、多層次融合、多種新技術手段配合，以提高水資源最大承載能力為目標的社會、經濟、人口、資源可持續發展的研究.