基于CiteSpace 的國內外道路綠化對比

楊 超，孔齡堯，林世平，李 智

（海南大學 林學院，海口 570228）

隨著我國道路建設的快速發展，需要高水平、高質量的道路綠化與之相適應。近年來，道路綠化在保護生態環境、引導交通、組織景觀等方面具有顯著成效，如何通過綠化方式處理道路建設與自然環境的關系，使得人、車、路、環境構成一個統一的整體，已成為當前研究的重要課題[1]。因此，充分了解國內外道路綠化的研究動態，對于未來指導道路綠化的建設、發展及完善都具有重大現實意義。傳統的檢索方式已經不能滿足及時獲取學科最新動態的需求，迫切需要一種新的具有客觀性、科學性的方法來研究學科的最新進展[2]。由陳超美教授開發的知識圖譜分析軟件CiteSpace，使用操作簡單、適用于各種數據庫格式的數據、可繪制多種圖譜、可視化效果好、能夠自動標識大量信息等眾多功能吸引了各個專業學科的研究人員[3]，目前已在醫療、金融、網絡安全等科研領域得到了較廣泛的應用[4-5]。基于文獻計量學方法，筆者應用Citespace 軟件分別對中國知網（CNKI）和Web of Science（WOS）數據庫中的相關中英文文獻進行梳理，將國內外道路綠化研究領域的結構、規律和分布情況通過可視化圖譜的方式呈現，旨在為研究學科知識領域的發展、研究熱點、前沿及趨勢等提供參考[6]。

1 數據來源與方法

1.1 數據來源中文文獻數據來源于CNKI，時間段為2000—2020 年，期刊類別為核心期刊，以SU=道路 OR 街道 OR 公路 AND SU=綠化 OR 植物為檢索式進行檢索。除去與主題無關的文獻，最終獲得260篇中文文獻。英文文獻來源于WOS 核心合集數據庫中的Science Citation Index (SCI)，時間段為2000—2020 年，檢索式為TS=(road* OR street* OR highway) AND TS=(plant* OR greening* OR afforestation)。除去與主題無關的文獻，最終獲得224 篇英文文獻。

1.2 方法將CNKI 導出的Refworks 格式文獻以及Web Of Science 中導出的純文本格式文獻進行格式轉化后導入CiteSpace5.7.R2。軟件參數設置中的時間段為2000—2020 年，時間切片為1 年，節點類型選擇關鍵詞（Keyword）和國家（Country）、參考文獻（Reference），每個切片閾值TopN 設為 50，圖譜修剪方式選取Pathfinder、Pruning sliced networks 和Pruning the merged network。綜合運用CiteSpace 中的關鍵詞共現、關鍵詞聚類、關鍵詞突變、合作分析等功能，分別對納入的260 篇中文文獻、224 篇英文文獻進行數據處理，繪制知識圖譜，進行可視化分析。

2 結果與分析

2.1 時空分布統計結果

2.1.1 時間分布對處理的484 篇中英文文獻按發表時間進行統計分析（圖1），結果表明，目前國內對道路綠化領域的研究總體呈下降態勢，國外（除中國以外的所有發文國家，下同）呈上升態勢。其中，國內對該領域的研究經歷了初步探索、迅速發展、衰減3 個階段：2000—2005 年屬于初步探索階段，此階段每年的發文量少，且數量較為平均，在此期間，全國道路綠化基礎普遍較為薄弱，研究主要圍繞道路綠化樹種的選擇、道路綠化規劃設計方向展開；2005—2013 年為迅速發展階段，此階段論文發表量快速增加，研究成果豐碩，自1992 年建設部（現住房和城鄉建設部）首次發起國家園林城市創建活動后，又在2004 年和2010 年對園林城市和生態園林城市的評選標準進行了詳細修訂，強化了環境保護、可持續發展等方面的評價指標，突顯出全面提升城市宜居性的重要性[7]。有效推進了城市園林綠化事業的發展，地方政府和相關單位都積極開展國家園林縣城和城鎮創建，道路綠化研究領域的關注度得到迅速提升，此時期的研究內容開始轉向道路綠化生態服務功能、環境現狀調查及植物配置模式等方面；2013 年后，文獻的發表量開始逐年下降，研究熱度出現一定的衰減現象，該階段的研究方向仍以道路綠化的滯塵降塵、凈化空氣等生態效益研究為主線，同時，也出現了基于街景圖像、3S 技術等新興技術手段及低影響開發策略，對道路綠化進行景觀優化設計的研究。國外的發文量經歷了平緩發展、快速增長兩個階段：2000—2012 年，呈現出平緩增長的趨勢，但每年的發文量較少，為5～10 篇，研究領域以生態學為主；2012 年后，國外關于道路綠化研究的文獻開始大量涌現，并持續增長至今，研究領域以環境科學、生態學為主，研究熱度有繼續上升的趨勢。

圖1 2000—2020 年國內外發文量統計Fig.1 Statistics of publications in China and other countries from 2000 to 2020

2.1.2 空間分布通過CiteSpace 對224 篇英文文獻的發文國家進行合作關系分析，了解國家對研究領域的貢獻及合作情況，結果表明，文獻數量排名前五的國家分別是：美國（42 篇）、中國（36 篇）、英國（15 篇）、法國（13 篇）、西班牙（12 篇）。可以看出，文獻來源主要集中于西方發達國家和中國，且以美國與中國為代表的科研機構在道路綠化研究領域最為活躍，發文量最大，在該領域起著明顯的主導作用。美國與泰國、新加坡、巴基斯坦、印度等國的連線較粗，表明在該領域合作較為緊密。中國與新加坡、巴基斯坦、日本、英國、意大利等國的聯系較為密切。中文文獻發文量較多的單位主要是浙江農林大學、南京林業大學、西北農林科技大學等農林類高等院校（圖2）。

圖2 國內發文機構Fig.2 Publishing houses in China

2.2 期刊分布及學科領域統計對建立的期刊數據庫進行期刊分布及學科分類整理，結果（圖3）表明，國內期刊來源方面，以《安徽農業科學》所刊載的相關文獻數量最多，達到33 篇。其次，《北方園藝》《中國園林》《公路》等雜志都十分關注道路綠化的發展情況。學科領域方面，以綜合農業、運輸學、環境科學與資源利用為主，對道路沿線的土壤、氣候、植物種類等資源進行清查與管理，呈現出多學科交叉參與的特征。英文文獻中，期刊來源方面主要集中于《城市林業和城市綠化》（URBAN FORESTRY &URBAN GREENING）、《整體環境科學》（SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT）、《保護生物學》（CONSERVATION BIOLOGY）等刊物。在學科領域方面，分布于環境科學類別的文獻最多，占比高達41.96%，其次為生態學、植物學、生物多樣性保護、林學等。由此可見，國際上對道路綠化的研究受到各學科的高度重視，且研究側重點主要集中于人類社會發展活動與環境演化規律之間的相互作用關系。

圖3 國內期刊來源分布Fig.3 Source distribution of published journals in China

2.3 研究熱點分析運用Citespace 軟件對道路綠化研究的關鍵詞進行分析，得到中英文關鍵詞共現圖譜（圖4，5）。基于關鍵詞共現分析，可充分了解某一領域內不同研究熱點的分布及發展狀況。圖中1 個節點（圓）代表1 個關鍵詞，節點大小即反映了關鍵詞的頻次大小，也表示為該領域的關注度。中介中心性反映了圖譜中關鍵詞的重要性程度，中介中心性越大，表明該詞對本網絡圖譜的形成產生的影響越大，同時在很大程度上還起到了作為不同分支研究領域的“聯結點”的作用，進而組合形成龐大的知識圖譜網絡。

圖4 國內關鍵詞共現圖Fig.4 Keywords co-occurrence map for China

圖5 國外關鍵詞共現圖Fig.5 Keywords co-occurrence map for other countries

中文文獻頻次較高的關鍵詞有道路綠化、城市道路、植物配置、城市道路綠化等，表明國內的研究領域主要集中在城市道路，對鄉村關注較少。國內早在20 世紀90 年代初就開始對城市道路等級進行研究，并將其劃分為主-次-干-支4 大類[8]，各類別道路所發揮的功能不盡相同。通過對關鍵詞中介中心性的計算，得到10 個高中心性關鍵詞（表1），結果表明，目前國內道路綠化研究領域中關注度高、影響力大的熱點問題主要集中在道路綠化的植物配置與植物選擇、道路綠化種質資源調查及養護管理、綠化樹種與交通安全的相互作用關系、道路綠化對環境質量的改善程度等方面。

表1 國內高頻關鍵詞列表Tab.1 List of high-frequency keywords of research in China

英文文獻中出現頻次較高的關鍵詞有植被（vegetation）、入侵（invasion）、干擾（disturbance）、社區（community）、土壤（soil）、空氣污染（air pollution）等（表2）。結果表明，國外對該領域的研究注重綜合環境下產生的正、負效應影響，如MORANI 等[9]在2011 年通過構建植物綠化的優先度指數，用來評估紐約市潛在的空氣質量和碳效益。SKULTETYD 等[10]認為城市化和道路建設加劇了外來植物物種在芝加哥的傳播和建立。DABROWSKI 等[11]研究了道路交通產生的鉛、鉻重金屬元素對土壤和植物產生的影響。對中介中心性而言，最高的為土壤（soil），達到了0.52，表明土壤在國外道路綠化研究領域起著高聯結點的作用。土壤作為植物生長的介質和營養物質的供應者，其優良的特性是道路綠化良好發育的關鍵[12-14]。中介中心性較高的關鍵詞還有社區（community）、城市樹木（urban tree）、干擾（disturbance）、傳播（dispersal）等，表明國外對道路綠化的研究場域同樣以城市道路為主，且主要集中在外來入侵種的傳入途徑與擴散機制、重金屬污染、植物多樣性保護等方面。

表2 國外高頻關鍵詞列表Tab.2 List of high frequency keywords of research in other countries

2.4 研究內容分析結果

2.4.1 國內主要研究內容在關鍵詞共現基礎上形成的聚類網絡圖譜，有利于對該研究領域作進一步的劃分與歸類。選擇LLR 算法對中文文獻進行聚類，圖中共呈現10 個聚類（圖6）。結合研究領域的熱點方向和變化，對這10 個聚類定性總結，結果表明，國內近20 年道路綠化的研究內容主要聚焦于3 方面：（1）規劃設計與景觀評價。目前，我國對于道路綠化設計尚未有固定模式，多數采用人工模擬自然植物群落種植設計的思路，在線性道路空間中不斷尋求創新的綠化模式。為使道路綠化規劃設計規范化，1998 年國內制定了《城市道路綠化規劃與設計規范》，明確了城市道路綠化各分車綠帶及高架綠地的建設標準[15]。李智博等[16]認為在進行綠化設計前，應初步了解城市規劃和道路兩側用地情況，再根據用地的地形、地貌、道路的設計車速等情況，確定出道路的綠化形式。楊建虎等[17]認為道路綠化設計在滿足基本交通功能的前提下，應注重藝術性與生態性的結合，使道路綠化成為改善城市環境，提升群眾生活品位和質量的重要載體。與道路綠化設計相對應的景觀質量評價是由風景資源評價發展和演變而來的。評價的方法和模型有很多，對于早期的景觀評價，多采取調查問卷、深度訪談等措施進行定性研究。后來也有學者基于視覺質量、生態效益、交通功能等方面構建了景觀評價指標體系，通過主成分分析法、層次分析法、模糊綜合評價法等數學模型進行評價。近年來，各類開源大數據因其自動化程度高、數據量大、覆蓋面廣等優勢，也被逐步運用到風景園林及各類城市研究中。劉曉天等[18]通過城市街景圖像獲取原始數據，并基于卷積神經網絡模型的語義分割對道路綠視率進行分析研究。徐晶園等[19]采用無人機航拍和遙感影像技術獲取道路綠地信息并建立數據庫，以此對道路綠化帶的植物景觀特征進行量化評價。與傳統的研究方法相比，大數據在評價方面表現出速度快、效率高的特征，但由于大數據自身存在時效性的問題，獲取的數據多為半年前的，無法綜合考慮各時段景觀質量的變化情況。其次，目前關于大數據的獲取與處理方式在理論和實踐上還存在明顯不足，缺乏系統的方法對其進行完整總結。國內學者雖已從多個角度對評價理論進行了探討，但研究者對評價原理、機制和標準通常側重單方面，尚未建立成熟的評價指標理論體系，且大多屬于定性指標與定量指標相結合，導致評價結果存在一定的主觀性、不確定性，很難實現客觀的量化研究。（2）植物配置模式與養護管理。對于道路綠化，多數從植物種類、特性和配置模式等方面進行研究。對于城市道路而言，其植物配置應以豐富的物種，多變的季相色彩來構成城市特殊的景觀空間和視線。通過不同生理、生態特性的植物組成復合混交群落，豐富的復合植物群落結構也有助于生物多樣性的實現，最大限度地利用土地及其空間。徐歡等[20]基于道路植物配置模式對PM2.5 濃度分布與消散作用的影響機制研究，認為立體復層混交的植物群落最為穩定，生態效益最佳，抵抗惡劣城市環境的能力也最好。對于公路而言，植物配置在緩解司機駕駛疲勞、誘導視線、遮光防眩和保證行車安全等方面發揮著更為積極的作用。因此，公路綠化植物的選擇上應從安全性、景觀性、生態性等方面綜合考慮鄉土樹種的應用，并根據具體情況和環境來配置新的公路綠化模式[21]。而在道路綠化工程中，養護工作是一項持久性和長效性的任務，只有通過對植物高質量、高水平的養護管理，道路綠化才能達到最終的理想效果。但目前，國內道路綠化養護管理體系發展較為緩慢，缺乏綠化養護規范和標準，同時在計價收費標準方面也難以統一[22]。因此，無論在管理模式、技術標準、還是制度建設等方面都需要引起足夠的重視與投入，從而使綠化養護行業不斷走向科學化、規范化、智能管理化。（3）植物多樣性及生態效益。國內關于道路植物多樣性的研究通常是基于一個地區或某個城市，采用系統取樣和典型樣地相結合的方法進行綠化資源調查，利用Shannon-Wiener 多樣性指數、Pielou 均勻度指數和Simpson 多樣性指數、相似性指數對喬木層、灌木層進行分析，并根據結果提出相應的改進意見[23]。植物多樣性程度的高低對于生態功能的穩定性同樣具有重要意義。有研究表明：道路綠化具有調節氣溫、凈化空氣、滯塵降塵、減弱噪音等多種生態效益[24]。自2014 年住建部發布《海綿城市建設技術指南》后，我國的海綿城市試點建設就一直在積極尋求因地制宜的新型雨洪管理措施。在海綿城市建設背景下，通過對城市植被、濕地、溪流等采取保護與修復，明顯增加了城市綠色空間，有效緩解了城市熱島效應及改善了人居環境。同時，也為更多的生物提供了棲息地，提高了城市生物多樣性水平。王俊嶺等[25]從經濟、環境和社會3 方面進行多目標規劃優化設計，為城市道路的低影響開發設計提供了借鑒。孫燁等[26]通過低影響開發及排水防澇系統與道路、景觀相銜接，對城市道路進行了設計優化，為進一步推進海綿城市道路的建設提供了技術支撐。隨著城市化發展，國內關于海綿城市的建設得到了快速發展與廣泛應用，各類雨洪模擬模型的研究也隨之興起。當前，關于城市雨洪模擬技術盡管已形成較為完善的模型體系，但對水文物理過程機理的認識和數據管理能力方面尚存在不足，缺乏城市面源除污等功能研究。因此，借助3S 技術強化城市暴雨洪水監測能力，提升數據的準確性，結合城市面源污染等多重影響因素的不確定性的分析研究是今后的研究重點內容[27]。

圖6 國內研究關鍵詞聚類圖Fig.6 Research keywords cluster graph in China

2.4.2 國外主要研究內容選擇LLR 算法對英文文獻進行聚類，共呈現了6 個聚類（圖7），聚類分析結果表明，國外研究內容主要呈現為3 方面：（1）植物多樣性與土壤理化性質。開展道路綠化植物多樣性研究對于改善人居環境、促進生態系統可持續發展具有重大現實意義[28]，目前國外學者主要從道路綠化植物的生長情況和演替方向進行多樣性研究，大多選用樣方取樣法，圍繞森林道路、高速公路等地域收集數據，同樣通過物種豐富度指數、Simpson 多樣性指數、Shannon-Wiener 多樣性指數等對其進行評價。此外，也有學者通過對植物多樣性與土壤理化性質相關性的研究，為道路植被恢復提供參考依據。但目前，由于綠化樹種較多，各樹種本身生長因子不同，且每個植株在不同生命周期對于土壤的需求也不同，導致土壤的各項理化性質對植物生長的作用機制還沒有明確的數理關系[29]。（2）道路環境健康風險評估。隨著經濟的快速發展與居民健康意識的逐步提升，由環境污染而引發的一系列健康問題日益顯現，因此，不斷加強環境健康領域的調查與研究，成為當前迫切需要解決的問題[30]。環境健康風險評估是定量描述和評價環境污染對人體健康可能產生的危害性及嚴重性的重要措施，可為處理各類健康危害事件，制定政策標準，采取有效干預手段提供相應的科學支撐[31]。在道路環境下，研究的主要介質通常為植被、土壤、空氣等。如基于道路粉塵和綠化樣本中潛在有毒金屬(類金屬)的監測定量化評估致癌風險值[32]，基于道路綠化植物葉片對大氣懸浮顆粒物的滯留量監測定量化評估地區的環境空氣質量[33-34]。此外，對于環境健康風險評估新技術、新方法的科學研究，也相應投入了大量的人力、物力，如開發人工智能算法搭建空氣污染預測系統，探索環境噪音（特別是交通噪音）對心理健康產生的影響等，都為全面實施環境健康風險評估做出了相關儲備[35]。（3）道路動植物入侵與擴散機制。近年來，伴隨著國際貿易的增加及全球環境的變化，物種與資源的分布區域被改變，越來越多的外來物種通過各種途徑進行傳播、入侵與擴散。道路和道路兩側作為外來動植物的棲息地和擴散通道，被認為是外來動植物持續傳播與入侵的1 個重要因素，其生態效應已得到廣泛的研究[10]。外來種的傳入擴散過程分為一般分為傳入、定植（殖）和擴散3 個階段[36]。傳入期的時間通常很短，是防止外來物種威脅的最佳時機，此時立即進行控制往往可以有效根除外來物種。而經過定植（殖）期的入侵物種逐漸適應本地氣候和環境，種群數量得到一定程度的擴增積累，并開始歸化為當地種。此時期內采取人工或化學方法仍然可以有效控制外來物種的傳播。當進入擴散期時，由于大量種子進入成熟階段，很容易借助火車、汽車等外在擴散條件在鐵路、公路進行大肆傳播，甚至通過氣流、水流達到自然傳播，該階段下很難在短期內取得理想的防控效果，只能采取生物防治為主，輔以化學、機械控制的綜合治理措施。生物入侵作為全球廣泛關注的重大問題，深入研究其入侵機制，預測并采取適當的預防措施，對于控制或減少入侵物種造成的危害具有重要意義[37]。

圖7 國外研究關鍵詞聚類圖Fig.7 Research keywords cluster graph in other countries

2.5 發展趨勢分析對文獻之間進行關鍵詞突現分析，結果（表3，4）表明，目前國內外關于綠化植物滯塵效應的研究均持續時間最長，這與城市工業化及現代化進程的快速發展緊密相關，且國內學者多以綠化植物葉功能性狀為研究契入點對城市環境進行分析。空氣中的顆粒物污染因其成分復雜、影響范圍廣，現已成為人類健康的主要危害因素之一，直接關系到人類長期的生存及發展。因此，道路綠化生態服務功能研究將有望持續作為國內外的研究熱點。同時，隨著國內傳感器技術和數字化技術的最新進展，產生了基于百度街景地圖、騰訊街景地圖、遙感影像等新的數據采集方式，為道路環境研究提供了高分辨率的實景圖像大數據。其因數據來源成本低、覆蓋范圍廣、收集效率高等明顯優勢，也將進一步用于研究，引領道路綠化領域研究進展。

表3 國內研究關鍵詞突現表Tab.3 Highlight keywords table for research in China

表4 國外研究關鍵詞突現表Tab.4 Highlight keywords table for research in other countries

3 總結

（1）從時間分布來看，國內道路綠化研究領域目前整體處于一個較為明顯的衰減期，而國外正處于一個良好發展階段，研究熱度有持續上升的趨勢。從研究國家和地區分布來看，農林類高院校是國內道路綠化的研究主體，國外多集中于發達國家，以美國和中國為代表的科研機構在該領域起著明顯的主導作用。從研究內容來看，國內學者主要集中在道路綠化規劃設計與景觀評價研究、植物配置模式及養護管理研究、植物多樣性及生態效益研究。國外學者的研究重點主要為道路綠化植物多樣性與土壤理化性質研究、道路環境健康風險評估與研究、動植物入侵與擴散機制研究方面。推測其原因，相同時期內，由于各城市發展所處的水平不同，導致學者們對該領域關注的熱點也不盡相同。對于國內而言，該時段正值新一輪城市建設高潮期，道路綠化發展處于植物生長保養期內。而西方發達國家則屬于城市使用維護期，其道路綠化植物處于成熟演替更新期。顯然，國內外道路綠化所處的生命周期段位不同，學者們對該領域關注的側重點自然不同，相關學科的研究課題也會隨著社會關注的熱點而轉移。

（2）從研究地域來看，國內外的學者們都集中在城市道路綠化，對鄉村關注較少。相比城市道路而言，鄉村道路普遍存在道路等級低、綠化寬度有限、綠地結構簡單等特點，因此，學者大多圍繞城市道路展開相關調查研究，但我國農村生態環境問題同樣比較突出，其研究深度和廣度都有待加強。在鄉村振興戰略背景下，國內學者應相互交流，加強多學科理論融合，有效推動我國道路綠化的發展。

（3）從研究前沿來看，國內外均傾向于道路綠化生態服務功能研究。隨著城市的擴張和土地利用類型的轉變導致自然生境的破碎化，進而引起一系列的環境問題，道路綠化作為城市生態系統的重要組成部分，為城市提供了一系列生態系統服務功能，受到當今世界各國的普遍關注與重視，也使人們對道路環境的管理與品質提出了更高要求。