基于VOSviewer的國際虛擬水貿易研究進展

李 明

(華中農業大學經濟管理學院，湖北 武漢 430074)

伴隨經濟和社會的不斷進步，全球對水資源的需求以每年1%的速度增長[1]，與此同時，現代工業和城市化的加速使得水資源形勢日趨嚴峻，水資源逐漸成為生態環境保護和社會經濟發展的限制性因素[2]。隨著聯合國確立2030年全球可持續發展目標，水資源的可持續利用在世界各國受到越來越多的重視。

英國倫敦大學Allan[3]教授于1993年提出“虛擬水”這一概念，意指生產農產品所需要的水資源量，后于1996年完善虛擬水的內涵，即生產商品或服務的過程中所消耗的水資源量。虛擬水這一概念的誕生打破了傳統水資源研究模式，對于全面了解水資源流動規律具有重要意義。虛擬水貿易則屬于虛擬水概念的拓展和延伸，指貧水國家或地區通過從富水國家或地區進口如糧食等水資源密集型產品，以緩解國內水資源緊張局勢，滿足國內糧食安全和水安全的目標[4]。近十幾年，有關虛擬水貿易的研究得到了國內外學者的廣泛關注，積累了豐富的研究成果。目前，虛擬水貿易的研究主要集中于貿易產品虛擬水含量的測算[5]、產業部門間的虛擬水貿易量化研究[6]、虛擬水貿易的適應性評價及驅動因素研究[7]、虛擬水貿易戰略的影響研究[8]等，也不乏聚焦虛擬水貿易的綜述研究。張燦燦等[9]利用CiteSpace文獻計量軟件對國內外水足跡的態勢進行了對比研究；王金平等[10]基于H指數重點探究了虛擬水研究組織機構的實力和學術影響力；M.Anronelli et al.[11]對虛擬水及虛擬水貿易進行了概念和應用的綜述，并討論了虛擬水貿易的理論基礎及政策含義。以上的研究主要側重于虛擬水貿易定義和發展現狀的定性評述，或側重于更廣泛的水足跡或虛擬水的定量研究，尚無從文獻計量學視角對虛擬水貿易這一具體研究領域進行的系統定量分析。

文獻計量學是對特定領域的研究文獻開展定量分析的常用方法，采用多種數學和統計學方法量化某一具體領域的主要文獻特征，挖掘知識基礎，發現研究熱點，揭示未來的研究趨勢[12]。VOSviewer由荷蘭萊頓大學開發，是一個用于構建和可視化文獻計量網絡的專業工具，不僅提供文本挖掘功能，還可用于構建和可視化重要標簽的共現網絡[13]。與CiteSpace、Bibexcel等軟件相比，VOSviewer適合于分析復雜網絡和關鍵詞共現產生的大規模數據，在繪制知識圖譜方面獨具特色[14]。該軟件問世以來，在國際學術界得到了廣泛的應用和認可。內容分析是對文獻進行客觀、定量分析的一種研究方法[15]，通常以文獻中的核心詞語和句子作為分析的基礎，從統計數據中得出定性結論。

鑒于此，本文試圖在系統收集虛擬水貿易研究文獻的基礎上，通過文獻計量和內容分析等方法，在國際視閾下對虛擬水貿易的研究現狀和熱點進行分析，旨在更加客觀地揭示國際虛擬水貿易的研究態勢，以期為相關虛擬水貿易研究提供參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

首先，本研究基于SSCI-Web of Science數據庫，為適當控制數據量兼顧學術研究質量，選擇Web of Science核心合集進行檢索；其次，確定檢索字段等其他檢索條件。在基本檢索中以“virtual water trade”作為主題，鑒于虛擬水的概念是于1993年提出的，故時間跨度自定義為1993—2019年，檢索時間為2020年6月17日。經過剔除不相關文獻和文獻去重等，最終獲得樣本文獻數據681篇，這些文獻數據年度分布范圍主要是1998—2019年。

1.2 研究方法

文獻計量分析方法被廣泛應用于繪制各個領域的知識圖譜，用于幫助作者進行回顧性分析[16]。本研究以WOS核心合集數據庫的681篇文獻數據為樣本，首先對樣本文獻進行基本發文統計，探索年度變化規律；其次，利用科學知識映射工具VOSviewer軟件，展示核心作者、主要期刊和高產國家分布，重點分析文獻引文網絡和關鍵文章，以及關鍵詞共現可視化網絡；最后，結合內容分析法對關鍵文章和關鍵詞共現結果的內容進行識別與分析，以揭示虛擬水貿易領域的應用現狀和研究熱點，并對未來研究方向作出展望。文獻數據處理采用的是VOSviewer最新版本1.6.15版本(于2020年4月1日發布)。

2 文獻計量研究概況

2.1 文獻年度發展規律

此次檢索共獲取虛擬水貿易領域的研究文獻681篇，主要分布在1998—2019年間，平均每年發文量約為31篇。有關虛擬水貿易研究領域的年度發文量分布情況見圖1。

圖1 1998—2019年虛擬水貿易年度文獻數量分布情況

從總體發展趨勢來看，虛擬水貿易領域研究文獻的數量呈平穩上升趨勢。具體來看，可將相關文獻的發表劃分為3個演化階段：1998—2005年(起步時期)、2005—2013年(波動上升時期)、2013—2019年(成熟發展時期)。2005年之前，虛擬水貿易發文量基本上為個位數，年度變化差異小，這是因為虛擬水貿易這一概念誕生時間短，國際虛擬水會議和論壇剛開始引發學界關注。2000年海牙會議發布的《21世紀水安全》宣言和2002年Hoekstra提出的水足跡理論推動了虛擬水貿易量化的研究進程，同年在荷蘭舉辦的虛擬水貿易國際專家會議和2003年在日本舉辦的第三界世界水論壇促進了有關虛擬水貿易的討論[17]。2005—2013年這一領域研究成果呈波動增長趨勢，年度平均發文量達20篇。這是因為德國和社會生態學研究所率先成立的虛擬水貿易工作站及第四屆水資源論壇使虛擬水貿易研究引發了更多的關注，這一時期研究成果增長緩慢。2013—2019年研究成果呈階梯式上升趨勢，研究勢頭方興未艾。這一時期，水資源可持續發展受到了學界的普遍關注，虛擬水貿易的研究主題和方法日益成熟。

2.2 文獻基本特征分析

2.2.1 核心作者分布

為發掘虛擬水貿易研究領域的中堅力量，需要探尋這一領域的核心作者群體[18]，虛擬水貿易領域文獻發文量超過12篇的核心作者分布情況見表1。681篇文獻共有1385位作者，發文量超過3篇及以上的有129位，占總人數的9.30%。由表1可以看到，A.Y.Hoekstra是該領域最具影響力的研究人物，發文量以37篇高居首位，而且高被引頻次顯示了他的學術研究成果得到了業界的普遍認可，A.Y.Hoekstra被稱作“水足跡之父”，他提出的水足跡理論使虛擬水貿易的研究得到了進一步拓展。其次是H.Yang，發文量有28篇，占比達4.11%，是該領域的重要貢獻人物。發文量達到15篇及以上的作者還有B.Chen(27篇)、M.Konar(19篇)、J.G.Liu(17篇)、P.D’odorico(15篇)，這些虛擬水貿易研究的學者為該研究領域的推進和未來學者的探討提供了豐富的借鑒成果。

表1 虛擬水貿易領域文獻的核心作者分布情況

2.2.2. 主要期刊分布

載文期刊的分析有助于為學者和研究人員提供學術溯源和高質量成果參考[19]。按照Web of Science刊物類別劃分，主要有環境科學、綠色可持續發展、經濟學、生態學、地球科學、工程學、農業經濟學等相關類別，可見虛擬水貿易是一個多學科交叉的復合型研究領域，該領域聚集了廣泛的科研知識和學科分布。虛擬水貿易領域文獻發文量達10篇以上的主要期刊分布情況見表2。

表2 虛擬水貿易領域文獻的主要期刊分布

由表2可以看出，《Journal of Cleaner Production》在虛擬水貿易領域發文數量最多，達57篇，占比8.37%。同時，該雜志的期刊影響因子有6.395，是極具影響力的期刊。排在第二位的期刊是《Science of the Total Environment》，發文量達31篇，占比4.55%。《Ecological Economics》《Water Resources Management》《Environmental Research Letters》和《Hydrology and Earth System Sciences》四大期刊發文量均超過20篇，占比分別為4.26%、4.11%、3.38%和3.23%。《Ecological Indicators》《Sustainability》和《Water》等其他期刊發文量在10～20篇之間。其中，《Sustainability》受中國學者關注更多。然而，通過觀察期刊影響因子發現，如《Environmental Science Technology》《Applied Energy》和《Resources Conservation and Recycling》等期刊發文數量不多但期刊影響因子比較高。因此，這些期刊應該成為該領域科研人員關注的重點期刊。

2.2.3 高產國家分布

國家關于虛擬水貿易領域的發文量和被引頻次，能夠間接反映出國家的科研水平和學術成就。經統計，涉及虛擬水貿易研究的681篇文獻分布在59個國家，發文量達10篇及以上的有17個國家，這些國家屬于虛擬水貿易領域的高生產力國家。虛擬水貿易領域文獻發文量排名前15的高產國家分布情況見表3。從表3可以看出，發文量最多的國家為中國、美國、荷蘭、英國、意大利、瑞士、德國、日本和西班牙，這些國家的發文量均超過30篇，其中中國發文量為248篇，占總發文量的36.42%，被引頻次達3564；美國發文量為185篇，占27.17%，被引頻次達3200；荷蘭發文量80篇，占比為11.75%，被引頻次達1295。不難發現，如澳大利亞、奧地利等國發文量不多但是被引頻次卻相對較高，這說明兩國的科研實力比較強，注重學術研究價值。

表3 虛擬水貿易領域文獻的高產國家分布

3 文獻內容分析

3.1 文獻的引文分析以及關鍵文章識別

引文分析可以用來研究該領域已發表文獻的內在聯系，有利于識別高被引文獻，分析領域內關鍵文章可以為其他學者提供研究基礎。利用VOSviewer軟件，在分析類型中選擇“citation”功能，在分析單元中選擇“document”，將最小引用頻次設置為10，共有240篇文獻入選，得到的引文網絡見圖2。其中每個節點代表1篇文章，連接節點的連線代表引文關系；節點越大，連線越密集，文章被引用次數越多。這些被高度引用的文章被認為是國際虛擬水貿易的關鍵研究文章。由于不同的顏色代表不同的類別，240篇關鍵文獻形成了包含1030個鏈接的13個聚類。在某種程度上，這種多群聚類結果表明，虛擬水貿易的研究主題是分散的。

表4列出了引文不少于85條的前16篇關鍵文章。引用最多的文章是Manfred et al.于2013年發表在《Ecological Economics》雜志上的一篇文章，該研究解決了一個新的問題：對虛擬水貿易的研究是否需要考慮到水的稀缺性，并區分從缺水地區流出的水和從富水地區流出的水。因此，作者將水資源短缺作為一個因素納入全球虛擬水流量的評估。該研究通過使用多區域投入產出框架來量化稀缺水的直接和間接消耗，填補了研究空白，因此被眾多學者引用和借鑒。同年發表在《Ecological Indicators》雜志上的《Virtual water accounting for the globalized world economy: National water footprint and international virtual water trade》被引用次數排名第二[21]。這項研究基于多區域投入產出模型，計算了112個國家及地區的水足跡，并通過引入虛擬水依賴指數，揭示了中美與其主要貿易伙伴的虛擬水貿易聯系。該研究也是較早將多區域投入產出模型應用到國際虛擬水貿易測算中的，研究設計嚴謹，值得后人閱讀和參考。

Xu et al.[22]等報告了在省級層面對中國虛擬水流的量化，此研究被引用次數排名第三。它首次繪制了2007—2030年中國各省之間的虛擬水流量圖，并得出比較新穎的結論：需要更加關注水資源需求管理，而不是當前對供應導向管理的關注。該文也拉開了國際上對中國虛擬水貿易開展研究的序幕。基于多區域投入產出模型，Zhang et al.[23]探討了國內省際貿易對中國虛擬水貿易格局的影響，并從最終使用產品和副產品兩個方面揭示了我國省際水足跡的空間結構特征，該項研究在被引用次數上排名第四。多區域投入產出方法在其他關鍵文章中也得到了廣泛應用，Feng et al.[24]將水資源短缺和生態系統影響納入多區域投入產出分析，以評估中國30個省份的虛擬水流量及其相關影響。在投入產出分析基礎上，Fang et al.[25]結合關聯分析法，以北京市為例，研究了水、能源消費的協同效應和經濟部門間的相互作用。

食物消費、食品貿易為研究虛擬水貿易的另一個關鍵領域。D’Odorico et al.[26]重建了全球食物卡路里貿易網絡，探討了食品卡路里貿易與生產用水虛擬轉移之間的關系。Dalin et al.[27]對我國省際食品貿易進行了建模，并將這些貿易流量與省級商品虛擬水含量估算相結合，構建了我國內外虛擬水貿易網絡。其他關鍵文章還涉及虛擬水貿易變化的驅動因素研究[28]、大規模環境擴展多區域投入產出模型的編制[29]等。表4中的16篇文章對虛擬水貿易領域的研究影響較大，其中8篇發表在虛擬水貿易文獻的主要期刊上，如高影響因子的《Environmental Science Technology》《Applied Energy》和《Environmental Research Letters》等。這在一定程度上說明虛擬水貿易領域發表的關鍵文章質量較高，影響顯著。

3.2 文獻的關鍵詞共現分析及研究熱點探究

文獻的關鍵詞是整個文獻的高級概述和細化，這是作者核心思想的體現，并且在某種程度上可以代表文獻的主題內容。關鍵詞共現分析通過統計方法和知識圖譜的形式展示研究領域的共現網絡，有利于把握虛擬水貿易領域的研究主題和熱點。本研究利用VOSviewer軟件，在分析類型中選擇“Co-occurrence”功能，在分析單元中選擇“All keywords”，可以看到681篇文獻共涉及1795個關鍵詞，將最小出現頻次設置為10，共有85個關鍵詞入選，得到關鍵詞共現網絡可視化圖譜和關鍵詞共現聚類密度可視化圖譜，見圖3和圖4。

圖3 關鍵詞共線網絡可視化圖譜

圖4 關鍵詞共線聚類密度可視化圖譜

基于圖3的可視化結果可以發現，85個高頻關鍵詞被劃分為4個聚類，不同聚類之間具有緊密的聯系。每一個節點代表1個關鍵詞，連接節點的連線代表共現關系；節點越大，連線越密集，關鍵詞之間的關系越緊密。結合內容分析方法，對4個聚類的文獻主題進行歸納概括，得到虛擬水貿易領域的4個研究熱點：?虛擬水貿易的效益評價研究，包括virtual water trade、sustainability、impact、environment、flows等關鍵詞；?虛擬水貿易的定量研究方法，包括virtual water、consumption、input-output analysis、life cycle assessment、structural decomposition analysis、ecological network analysis等關鍵詞；?虛擬水貿易與食物貿易和氣候變化的關系，包括footprint、crop production、food trade、climate-change等關鍵詞；?水足跡在虛擬水貿易中的拓展，包括water footprint、resources、trade等關鍵詞。

3.2.1 研究熱點一：虛擬水貿易的效益評價研究

貿易效益評價是國際貿易領域重點關注的內容，提升貿易積極效益，規避貿易風險成為虛擬水貿易領域亟待解決的問題。虛擬水貿易誕生以來，學者們分別從生產、消費及社會環境等視角開展了效益評價。

基于生產視角，相關學者認為虛擬水貿易可以優化水資源配置，提升水資源生產力。如D. Wichelns[30]認為虛擬水貿易對于調節生產結構，優化市場活動從而提升稀缺資源的經濟價值具有重大意義。基于消費視角，部分學者認為虛擬水貿易能夠優化消費結構，保障地區消費水平。如Chapagain et al.[31]發現虛擬水貿易戰略在區域水安全中發揮著重要作用，并且可以為整個流域的水調運提供強有力的補充；Wahba et al.[32]基于埃及與世界的水資源貿易關系發現，埃及家庭消費尤其是水產品與動物產品的消費會受到虛擬水貿易的影響。基于社會環境的視角，相關學者認為虛擬水貿易增加可以改善缺水國家和地區用水狀況，緩解干旱地區用水壓力。日本教授M.S. Islam[33]通過實證研究發現虛擬水貿易緩解了全球水資源分配不均勻的情況，非洲北部等干旱半干旱地區通過進口虛擬水的確減輕了水資源壓力；Zhao[34]也發現通過進口虛擬水可以幫助我國緩解水資源短缺壓力，促進水的可持續發展。另外，一些學者還從政治和經濟視角對虛擬水貿易效益評價進行了探討。

有關虛擬水貿易的效益評價，部分學者也持有相反的意見。虛擬水貿易對于虛擬水進口國能夠產生節水效應，但也可能會增加對國外水資源依賴性，對于虛擬水出口國能夠刺激當地經濟發展，也可能造成資源過度開發利用。如Liu Xian[35]運用虛擬水貿易理論研究發現，合理的糧食貿易將減緩區域水資源的壓力，但是會加劇區域水危機；ROSA et al.[8]量化了貿易對水的可持續性和河道過度干燥的影響，認為通過虛擬水貿易實現水的全球化導致了河流干涸，這是貿易政策通常忽視的環境外部性。

3.2.2 研究熱點二：虛擬水貿易的定量研究方法

產品虛擬水含量測算、虛擬水貿易特征識別、影響因素分析及貿易效益評價等皆涉及各種定量研究方法。虛擬水貿易量化始于具體農產品貿易的研究，測算思路來自FAO推薦的標準彭曼公式，主要有產品生產樹計算法[36]和產品分類計算法[37]，這些方法主要適用于農產品、動物產品虛擬水含量的測算。在虛擬水貿易特征識別方面，投入產出分析[24-25]、結構分解分析[38]、生態網絡分析[39]、迪氏分解分析[40]等方法比較成熟。投入產出分析模型有單區域投入產出模型、多區域投入產出模型、區域間投入產出模型和多尺度投入產出模型等，它們在分析產業部門和區域虛擬水貿易方面獨具優勢。生態網絡分析和結構分解分析等方法為探究虛擬水貿易時空差異和變化機制提供了有力的工具。

虛擬水貿易影響因素分析主要涉及貿易引力模型及拓展[22]、H-V-O模型[41]、BP-DEMATEL模型[42]、全球貿易分析模型等。引力模型在國際貿易領域中得到普遍應用，構建貿易引力模型可以實證分析不同因素對虛擬水貿易的影響。結合當前氣候變化的趨勢，采用GTAP模型模擬可以分析未來不同氣候情境下及不同貿易政策下虛擬水貿易的變化機制。在虛擬水貿易效益評價方面，數據包絡分析[43]、生命周期評估[44]等方法成為常用的分析方法。此外，也有學者采用一般均衡模型[45]、加權平均分解模型[46]研究虛擬水貿易。空間視圖技術、地理信息系統等空間分析方法[47]為虛擬水貿易研究注入新鮮元素，將虛擬水貿易格局可視化，對深刻理解虛擬水貿易規律和提出有效的政策建議具有較大的幫助。

3.2.3 研究熱點三：虛擬水貿易與食物貿易和氣候變化的關系

虛擬水貿易誕生之初其實就是為了保障缺水國家和地區糧食安全和水安全，早期研究多關注糧食生產與虛擬水貿易的關系。Chapagain et al.[48]以日本和印度為例、Roson et el.[49]以地中海地區為例研究了這些國家的虛擬水貿易流動, 指出虛擬水貿易將成為平衡糧食生產和水資源節約的有效途徑。隨著消費者飲食結構的升級，食品貿易、飲食結構與虛擬水貿易間關系的應用推廣開來。Wahba[32]基于埃及與世界的水資源貿易關系，發現埃及家庭消費尤其是水產品與動物產品的消費會加劇對國外水資源的依賴。Zhai et.al.[50]建立了一個虛擬的水-食物關系模型，以量化水在食物中的省際轉移，發現區域間糧食交易未能實現水資源調度管理。

近年來氣候變化熱度持續增加，隨著巴黎會議通過應對氣候變化的全球協議，可持續發展日益受到更多的重視。在氣候變化背景下探討未來虛擬水貿易，可以說是該領域一個新的思路。如Munir et al.[51]在氣候變化、水資源短缺、能源危機等背景下，審查了全球水供應和需求以及水供應與糧食安全之間的聯系；Konar et al.[52]和Zhao et al.[53]分別探討了2030年氣候變化對全球虛擬水貿易流量和相關儲蓄的影響，以及氣候變化下全球貿易面臨的虛擬水資源短缺風險。未來有關氣候變化和虛擬水貿易關系的研究將會日益成熟。

3.2.4 研究熱點四：水足跡在虛擬水貿易中的拓展

水足跡是虛擬水貿易研究的延伸，在國內外研究中得到廣泛應用。目前水足跡的研究集中于具體產品的水足跡測算[54]、水足跡的時空差異分析[55]、藍水綠水灰水足跡研究[56]、水足跡可持續性評價[57]等。在這些層面，典型研究為：Feng et al.[58]比較和探討了水足跡領域自上而下和自下而上兩種研究方法的優缺點，為其他學者開展水足跡測算提供了研究方法的選擇依據。M.M.Mekonnen[59]以126種作物為例量化了1996—2005年間全球作物生產的綠色、藍色和灰色水足跡，該文章為后期學界對水足跡進行類別劃分提供了范式。A.Hoekstra撰寫了《水足跡評價手冊》，該書為水足跡評價研究制定了全面的國際標準[60]，在水足跡研究領域被較高引用和借鑒。然而，水足跡領域也存在一些需要完善的地方，如工業和第三產業水足跡研究、灰水足跡測算精度和研究力度需要加深，數據資料的可獲得性和可信度需要加強等。

4 結語與展望

本研究基于Web of Science核心合集數據庫，以1993—2019年間681篇虛擬水貿易研究的文獻為對象，利用文獻計量和內容分析等方法描述文獻年度分布規律和基本特征，將引文網絡和關鍵詞共現網絡可視化，從定量研究視角揭示出國際視閾下的虛擬水貿易研究進展。此外，通過對文獻的梳理，可以發現已有研究取得了豐碩的成果，但是也存在一些不足之處，這也構成了未來可能研究的方向。如深入研究虛擬水貿易的消極影響，在政治、經濟、生態環境等多方面開展整合研究；虛擬水貿易結構和貿易穩定性的評價研究值得進一步探討；在宏觀數據基礎上，嘗試引入微觀調查數據來對虛擬水貿易進行更精準的測度；將氣候變化經濟學與虛擬水貿易相結合，氣候變化對虛擬水貿易的影響研究可能會得到更多的關注；灰水足跡及其對生態環境的影響研究可以進一步深化；虛擬水貿易領域定性的政策設計和定量的優化方案的結合研究有待創新等。

通過對國際視閾下虛擬水貿易的文獻進行總結，發現國內虛擬水貿易尚處于新發展階段，需要和我國的國情緊密結合。在我國人均水資源量相對較低的資源稟賦約束下，虛擬水貿易的應用具有較大的推廣價值和意義。推行虛擬水貿易，與我國“十四五”期間新發展理念中的綠色發展相吻合，與我國雙循環新發展格局中的供求動態平衡相接軌，便于國家“碳減排、碳達峰、碳中和”目標的推進，對后疫情時代加速低碳轉型和長期低碳發展戰略的實施，以及推進全球氣候治理都會產生重要指引作用。在全國碳排放權交易市場的建設和運行背景下，水權交易及水貿易成為新的嘗試。最嚴格水資源管理制度、水權制度改革和試點、海綿城市的建設和水權交易平臺的運行等都是我國為完善國內水市場和高質量發展國民經濟所采取的新手段。因此，未來我國的水貿易可以繼續探索，如水與生態、水與社會的關系研究，人水和諧的實現路徑研究，水資源確權與分配方法研究，虛擬水期權契約的設計，水貿易的保障體系和補償措施，水法律法規政策的跟進以及水資源監控體系的建立與評價等。虛擬水貿易在未來仍有諸多研究空間和價值,將會給國內學者帶來更多的啟示。

利用VOSviewer文獻計量學軟件對國際虛擬水貿易進行綜述能夠為其他學者開展研究提供新的啟發和動力，但也存在一定局限性：?盡管WOS被認為是大多數出版物最權威的數據來源，但其他數據庫中包含的一些文獻可能被忽略了，或許會對研究結果造成一定的影響；?由于本研究中使用的數據是從Web of Science收集的，因此文章的組織機構信息可能不一致，所以本研究沒有分析文獻組織機構的特征。未來的研究可以通過考慮其他類型的數據庫(如Scopus數據庫)來擴展這項研究，從而為虛擬水貿易研究提供一個更全面、更完整的知識地圖。