基于CiteSpace的國內外城市植物多樣性研究對比分析

甘玉婷，倪榕蔚，舒 柳，李巖林，黃柳菁

（福建農林大學園林學院，福建福州350002）

植物多樣性是生物多樣性的重要組成部分，在城市生態系統中，植物多樣性又具有了一定的特殊性。城市植物多樣性（Diversity of Urban Plants）是城市范圍內所有植物種類的總和，是從分類學、系統學以及植物地理學等方面調查研究城市內所有植物種類的狀況，探究園林植物的生物學、生態學特性與城市環境之間的相互關系[1]。城市綠化的發展重點是建立穩定豐富的植物群落，城市植物多樣性是改善城市生態環境，豐富城市景觀效果，凸現地域特色以及促進區域社會、經濟、環境可持續發展的重要基礎。保護城市植物多樣性是保護城市所有生物的基礎[2]。

植物群落在城市生態系統中發揮著重要的作用，由于受到人為因素的干擾，種植規劃在樹種選擇方面存在千篇一律的問題，城市植物的多樣性較低。植物多樣性與人類的生活息息相關，1992年，國際組織在巴西里約熱內盧簽訂了《生物多樣性公約》，隨著生物多樣性保護的推進，國內外針對城市植物多樣性也陸續展開了相關研究，探究其發展狀況有利于深入了解國內外的研究動態和進展，為國內的研究提供借鑒與指導，從而更好的研究和保護城市植物的多樣性。本研究利用CiteSpace 文獻計量工具，從年發文量、主要研究作者、研究機構及研究熱點等方面分析了國內外城市植物多樣性研究的發展脈絡以及熱點趨勢，為后續的相關研究提供理論和實踐啟示。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

采用CiteSpace 可視化軟件分別對中國知網（CNKI）數據庫及“WOS 核心合集”數據庫進行檢索，前者以“學術期刊”為文獻的類型進行高級檢索，主題詞為“城市”以及“植物多樣性”，限定時間為“不限—2020年”，經過檢索和后期人工篩選得到共計368 篇有效文獻。后者選擇檢索詞為主題“plant diversity（植物多樣性）”AND“urban（城市化的）”，時間設定為“1985年—2020年”，選擇文章類型為“review”和“article”，經過檢索和后期人工篩選得到相關論文496 篇，檢索時間為2020年12月17日。

1.2 研究方法

對導入的數據進行格式轉換，以1年為時間切片(Years Per Slice)，勾選標題(Title)、摘要(Abstract)、主要作者(Author Keywords)、關鍵詞(Keywords Plus)作為數據的來源，分別對國內外的數據以作者(Author)、研究機構（Institutions）、關鍵詞(Keyword)作為節點類型(Node Type)進行分析并繪制知識圖譜。

2 結果與分析

2.1 年發文量趨勢對比分析

分析發文量的時間分布變化有利于了解該研究領域的發展動態、速度及趨勢。國內外城市植物多樣性的研究發文趨勢如圖1所示：總體來看，國內外的年發文量總體趨勢相同。我國的城市植物多樣性研究自上世紀90年代開始起步，1994年，民辦資源研究所報告提出全球環境問題的十大趨勢，其中包括生物多樣性[3]，有關它的第一篇文章首次見刊于《生態學雜志》，強調城市生物多樣性的保護是整個自然保護的重要部分。1998年，研究學者開始關注城市植物多樣性的保護[4]及其在城市生態系統中的作用[5]；研究開始起步，建設部于2002年下發《關于加強城市生物多樣性保護工作的通知》，進一步強調人類賴以生存和發展的基礎是生物多樣性，發文量也在持續增加。國外的相關研究早于國內，1987年，Nelson 發表了第一篇有關城市生物多樣性的文章，提出動植物在城市中具有十分重要的作用，單獨研究城市植物多樣性的文章首次出現于2002年，晚于國內。總體來看，國外的總發文量高于國內：1998—2010年，國內外的發文量均緩慢上升，2010年國內外發文量均達到第一次高峰，可能是由于這一年頒布了《中國生物多樣性保護戰略與行動計劃》，推動了研究的發展；2010—2012年，國內外的發文量均呈下降趨勢，表明該階段的研究出現了短暫的停滯；2012—2014年，國內外的發文量開始回升；2014—2018年，國外的發文量逐年迅速上升，表明世界各國的研究進展順利，而國內的研究數量則不斷下降；2019年，國內外年發文量達到最大值，并于2020年同時下降。

圖1 國內外年發文量對比圖Figure 1 Comparison of annual publications at home and abroad

2.2 主要研究作者對比分析

根據圖2的合作網絡共現知識圖譜可以看出，國內發文量較高的研究團隊相對集中，形成了固定的研究團體，數量較少，合作關系相對不密切； 其中以達良俊、王娟、李艷艷為核心的研究團隊發文量最多，數量為9 篇； 研究團隊將上海市的城市植被作為研究對象，探究城市化進程中上海植被的多樣性、動態響應和空間格局[6]；發文量第二的為以何榮曉、楊帆等為核心的研究團隊，以海口市城市植物為研究對象，探究遙感植被指數[7]、森林結構[8]等與城市植物多樣性之間的關系。文獻產出多的研究者們傾向于從不同角度探究某一城市的植物多樣性與城市空間結構之間的關系；此外，由尹鍇、石龍宇、吝濤組成的研究團隊探討了人為干擾對城市植物多樣性的影響[9]； 鄧琳、于寧、喬雪等則關注于城市植物多樣性現狀及保護對策[10]。從總體上來說，國內研究者的數量和合作均較少。

圖2 國內研究作者合作網絡共現知識圖譜Figure 2 Co-occurrence knowledge map of domestic research authors'cooperative network

國外的研究者們則形成了相對穩定且數量較多的合作關系，通過發文作者合作共現網絡圖譜可以總結出合作密切的學者團體，發掘該研究領域的團隊效應。從圖3可以看出，發文最多的作者是Knapp S 和Kuhn I，為9 篇；發文量第二的作者有Kowarik I，Lososova Z 和Klotz S，發文量為8 篇；發文量大于5 篇的作者還有Pysek P，Baur B，Aronson MFJ,Cavender-Bares J, Pataki DE 和Ricotta C。國外作者之間的合作關系十分緊密，Kuhn I、Klotz S 和Knapp S 等學術團隊主要從時間尺度上研究城市化進程下植物多樣性的變化及其在城市和郊區的差異[11]；Lososova Z 與眾多研究者存在合作關系，其中與Chytry M 等為核心的研究團隊致力于探究外來入侵植物與原生植物之間的關系[12-13]；Kowarik I, Gopal D 和Von der Lippe M 等學術團隊探究了城市棲息地對多樣性保護的貢獻[14-15]。從合作網絡來看，學者之間交流頻繁，合作關系緊密。

圖3 國外研究作者合作網絡共現知識圖譜Figure 3 Co-occurrence knowledge map of foreign research authors′cooperative network

2.3 主要研究機構分析

分析研究機構的分布，可以了解該研究領域學界的合作情況。根據圖4可以看出，研究機構主要集中在高校，相互間的合作較少，至多以三個機構之間形成合作關系； 其中發文量最多的為華東師范大學環境科學系，8 篇；與上海市城市化生態過程與生態恢復重點實驗室和天童森林生態系統國家野外科學觀測研究站三者形成研究機構團體，以上海市城市植被為研究對象發表系列專題文獻；海南大學林學院和西南林學院園林學院發文數量均為3 篇，二者分別與桂林旅游學院旅游休閑與管理學院、云南省高校園林植物與觀賞園藝重點實驗室之間存在合作關系，其余大部分機構不存在與其他機構合作的情況。

圖4 國內研究機構合作網絡共現知識圖譜Figure 4 Co-occurrence knowledge map of domestic research institutions'cooperation network

另一方面，國外的研究機構相互之間合作緊密，大部分研究機構存在多個合作對象；如圖5所示，中國科學院(Chinese Acad Sci)發文量第1，21 篇；發文量第2 第3 的機構均位于德國，排名第2 的是亥姆霍茨環境研究中心(UFZ Helmholtz Ctr Environm Res)，17 篇；柏林科技大學（Tech Univ Berlin）排名第3，13 篇；英國的謝菲爾德大學（Univ Sheffield）排名第4，12 篇；捷克的馬薩里克大學（Masaryk Univ）排名第5，11 篇；意大利的羅馬大學（Univ Roma La Sapienza）排名第6，10 篇。由此可見，德國和中國的研究機構在該領域具有影響力。

圖5 國外研究機構合作網絡共現知識圖譜Figure 5 Co-occurrence knowledge map of foreign research institutions'cooperation network

2.4 研究熱點分析

對CiteSpace 運行出的國內研究關鍵詞共現網絡分析結果進行聚類分析，得到12 個明顯的聚類，并歸納為3 個主題集群，模塊值（Q 值）=0.62，平均輪廓值（S 值）=0.84，說明該聚類是合理的，表1為相應的聚類信息表。

表1 國內聚類信息表Table 1 Domestic clustering information table

（1）多樣性研究：該主題群研究內容集中，強調園林建設中植物多樣性的保護規劃。

（2）園林植物群落研究：聚類2、3 體現了研究側重于植物群落的調查分析、保護措施以及應用現狀，聚類6的同質性高達0.964，平均年份為2009，強調關注鄉土植物在城市綠地系統中的作用，研究區域以城市公園居多。

（3）城市綠化研究：聚類5、8、9 體現了園林綠化研究的內容始終離不開風景園林和生態城市的建設，聚類10 城市濕地的同質性為0.957，城市濕地具有物種豐富的生物體系和重要的生態功能，也是植物多樣性保護的重點研究區域[16]。總體而言，國內的研究內容主要集中于園林植物的物種組成和結構特征、應用現狀和保護規劃上，聚類的平均年份集中在2010-2012年，說明近年來新的研究熱點較少，深度和廣度不足。

對CiteSpace 運行出的國外研究關鍵詞共現網絡分析結果進行聚類分析,得出11 個明顯的聚類，歸納為2 個主題集群，模塊值（Q 值）=0.69，平均輪廓值（S 值）=0.66，說明該聚類是合理的，表2為相應的聚類信息表。

表2 國外聚類信息表Table 2 Foreign clustering information table

（1）園林植物群落研究：該主題群研究內容與國內相似，存在許多相同的聚類，如聚類6 native plants（鄉土植物）和聚類12 plant community（植物群落），但國外更側重于研究干擾和外來植物對鄉土植物的影響，此外，由于國外擁有較多的家庭花園，針對苔類植物的研究較多，例如Josep 等[17]分析了美國6 個主要城市地區117 個私人庭院的植物物種豐富度以及植物區系的系統發育組成。

（2）研究切入點：該主題總結了國外不同于國內的研究切入點，包括邊緣效應、用地變化、景觀指數、恢復生態學研究等； 聚類8 體現了德國在該研究領域的研究具有一定的影響力，對應德國機構的高發文量；國外對草地生態系統的關注度較高，Onandia G 等[18]對城市草原生態系統的研究發現保護和提高城市生物多樣性有利于保護與農業生產相關的生態系統服務。綜上所述，國外的研究很早就關注到了多樣性在宏觀尺度上的影響及作用，研究內容廣泛深入。

2.5 研究趨勢分析

根據國內的研究熱點關鍵詞時區圖（見圖6）、年發文量趨勢圖（見圖1）以及表3，可以將國內的研究概括為以下3 個階段：

圖6 國內研究熱點關鍵詞時區圖Figure 6 Time zone diagram of hot keywords in domestic research

（1）1998—2002年的起步階段。該階段發文量較少，11 篇；1998年，學者開始關注城市生態系統中植物多樣性的作用[19]。進而出現包括城市植物群落的多樣性分析[20]，城市綠地系統植物多樣性的保護[21]等方面的相關研究。體現了對多樣性保護的重視。

（2）2003—2010年的探索階段。該階段發文量129 篇；在生物多樣性保護的推動下，研究者們從不同的角度研究植物多樣性對城市的影響，這一時期出現了“城市綠地”、“城市綠化”、“城市公園”等關鍵詞，有關各個城市的植物多樣性調查增多，研究內容涉及城市不同類型的綠地[22-23]；此外，還出現了包括“鄉土植物”、“種群結構”、“物種多樣性”、“保護規劃”等關鍵詞，2003年，鄉土植物的重要性被首次強調[24]；2008年，冷冰等[25]總結了城市植物多樣性的調研方法，推動了后續的研究。其中，“物種多樣性”和“城市綠地”的中心度較強，分別是0.21 和0.15；總體來看，該階段深入研究了不同城市的植物多樣性現狀，探討了相應的保護策略，為研究的發展奠定了基礎。

（3）2011—2020年的穩定階段。該階段的年發文量在穩定范圍內波動，總計228 篇；出現了“群落結構”、“存在問題”、“功能多樣性”、“譜系多樣性”等關鍵詞。2011年，雷一東等[26]首次提出了城市植物同質化的問題，強調了保護鄉土植物，慎重引入外來植物的重要性；這一時期，隨著研究者增多，地理信息系統和遙感技術成為了研究的重要工具，何榮曉等[7]利用遙感與實測數據分析了植被指數與多樣性指數之間的相關性，構建了植物多樣性遙感監測數學模型。從關鍵詞可以看出，研究在數據處理方面更加注重對指數的深入分析[27]，側重于研究城市植物多樣性與環境因子的關系[28]，探討園林綠化存在的問題，研究雖有推進，但始終不夠深入。

根據圖7、圖1以及表3，國外的研究發展則可以概括為以下兩個階段：

表3 國內外城市植物多樣性研究高頻關鍵詞Tab.3 High frequency keywords of urban plant diversity research at home and abroad

圖7 國外研究熱點關鍵詞時區圖Figure 7 Time zone diagram of hot keywords in foreign research

（1）2002—2008年的起步階段。該階段的發文量較少，共計46 篇，但研究關鍵詞的涌現主要集中于這一時期。該階段出現了許多有關城市景觀格局的關鍵詞，如“fragmentation（破碎）”、“land use（土地利用）”、“disturbance（干擾）”、“landscape structure（景觀結構）”、“community structure（群落結構）”、“management（管理）”、“conservation（保護）”等，2003年，Hope D 等[29]指出社會經濟學推動了城市植物的多樣性，Gregg JW 等[30]探究了城市化對植物的影響，Knapp S 等[31]探究了城市和郊區的保護區在物種多樣性方面是否有差異； Bastin I 等[32]通過研究破碎化城市植物種類的分布情況，關注城市棲息地保護區的建設。表明在研究初期將城市植被作為景觀的重要組成部分，注重對植物多樣性的管理和保護； 此外，“invasion（入侵）”、“rural gradient（郊區梯度）”、“alien plant（外來植物）”、“ecosystem（生態系統）”等關鍵詞的出現，體現了研究初期對外來植物研究的重視； 2006年，研究學者通過比較德國城郊的植物區系并發現了植物同質化現象。指出保護和管理特定城市生境的重要性[33]。該階段的研究從不同角度展開，為深入研究奠定了基礎。

（2）2009—2020年的快速發展階段。這一階段的發文量迅速上升，總計459 篇；出現了許多新的關鍵詞，其中有關多樣性的關鍵詞包括“functional diversity （功能多樣性）”、“species diversity （物種多樣性）”、“beta diversity（β 多樣性）”、“species composition（物種組成）”等； Nock CA 等[34]探究了城市化對北美東部樹種功能多樣性的影響； Knapp S 等[35]研究發現城市化進程中物種豐富度雖然增加，但系統發育豐富度和多樣性卻降低，研究者傾向于探討大的時間或空間尺度下植物多樣性的變化，這一時期對城市植物多樣性發展脈絡的研究更加全面和深入。此外，“ecosystem service （生態系統服務）”、“ecosystem function （生態系統功能）”、“ecosystem structure（生態系統結構）”等有關生態系統的關鍵詞大量出現，針對屋頂綠化的研究發現，屋頂綠化的植物多樣性能夠提高生態系統功能[36]，研究逐漸關注生態系統服務及功能。這一時期逐漸形成了完整的研究合作體系，發文量迅速增加，以2019年產出的研究成果最多，針對城市植物多樣性的研究不斷深入和廣泛。

3 結論與討論

通過運用CiteSpace 可視化軟件對國內外城市植物多樣性研究進行可視化分析，可以得出以下結論：

（1）在年發文量趨勢方面，國內研究經歷了3 個階段：1998—2002 的起步階段，2003—2010年的探索階段以及2011—2020 的穩定階段； 國外研究則經歷了兩個階段：2002—2008年的起步階段和2009—2020年的快速發展階段。單獨研究城市植物多樣性的文章最早出現于國內，總體來看，國內外的年發文趨勢大體相同，并同時于2019年達到發文量的最大值，但國外的發展速度更快，總發文量更多。

（2）在研究作者合作方面，國內發文量較高的研究團隊相對集中，形成固定的研究團體，且數量較少，合作關系相對不緊密，其中以達良俊、王娟、李艷艷為核心的研究團隊發文量最多； 國外的研究者們則形成了相對穩定且數量較多的合作關系，發文作者之間交流較多，學者之間的聯系十分緊密，其中以Kuhn I、Klotz S 和Knapp S 等為核心的學術團隊的發文量最多。

（3）在研究機構合作方面，國內的研究機構主要集中在各大高校，且彼此間的合作較少，至多以3 個機構之間形成合作關系；其中發文量最多的為華東師范大學環境科學系，與上海市城市化生態過程與生態恢復重點實驗室存在緊密的合作關系；國外的研究機構相互之間合作緊密，大部分研究機構存在多個合作對象；中國科學院( Chinese Acad Sci)發文量第1，發文量第2 第3 的機構均位于德國，中國和德國的研究機構在該研究領域具有一定的影響力。

（4）在研究熱點及趨勢方面，國內的研究從起初開始關注植物多樣性在生態系統中的作用，進而研究不同城市的植物多樣性現狀，完善調研方法和分析方法，探討相應的保護策略，研究熱點停留在較淺的層面；國外的研究初期則將城市植物群落作為景觀的重要組成部分，關注城市植物多樣性的管理和保護以及外來入侵植物的研究，進而探討生態系統服務及功能；研究熱點深入且廣泛，生態系統服務和功能多樣性將會是國內外今后的研究熱點。

總體來說，國外的研究內容更加豐富全面，研究的時間和空間尺度更大，研究作者及研究機構的合作關系緊密，從而推動了研究的整體發展；國內的研究在時間和空間的尺度上均較小，研究內容相對局限，不夠深入，近年來很少出現新的研究熱點，學者間的交流較少，研究機構的合作較少。當前國內的研究應加強作者之間以及機構之間的交流合作，從而形成完整的研究體系，豐富研究內容，擴大研究尺度，逐步推進城市植物多樣性的保護研究。隨著國內研究的不斷深入，保護本地樹種，恢復以鄉土植物為主的配置格局，形成層次豐富，結構穩定，物種多樣的近自然植物群落，形成復合形式的生態系統，提高城市園林綠地的綜合效益，是城市生態園林建設今后將持續研究的問題[37]。