海洋生態系統服務價值研究熱點及主題演化
——基于文獻計量研究

周雋如,姚焱中,蔣含明,樊 雨,宋有濤,*

1 江西財經大學國際經貿學院,南昌 330013 2 遼寧大學環境學院,沈陽 110036 3 遼寧大學,城市與能源環境國際工程研究院生態產品價值研究中心,沈陽 110036

海洋具有食品供應、氣候調節、維持生物多樣性及文化服務等多種功能,占據了全球生態系統服務的63%。但受感知局限性影響,海洋生態系統服務并沒有得到廣泛的重視和保護。在全球變化背景下,海洋資源的流失與生態環境的惡化對海洋生態系統造成嚴重威脅[1—2]。如何保證資源的合理利用,保護海洋生態系統服務功能的正常運作,實現海洋經濟可持續發展,已成為全世界面臨的重要問題。海洋生態系統服務價值評估量化了生態系統的服務價值,提高了人們對海洋生態系統服務的感知程度,增進對環境保護項目的支付意愿[3—4],為海洋生態環境治理決策提供理論支持及科學依據。

然而,現有理論研究總體偏少,不能全面反映其研究現狀及趨勢,有必要對海洋生態系統服務價值領域的研究成果進行深入的統計梳理。本文基于Web of Science核心合集數據庫,針對1995—2021年間海洋生態系統服務價值領域的文獻進行文獻計量分析,從研究國家及機構、作者合作情況分析其主要研究力量；通過高被引論文及高頻關鍵詞概括其研究熱點,系統闡述了海洋生態系統服務價值領域的研究現狀、主題熱點及演化趨勢,以期為后續相關研究提供參考及啟示。

1 材料和方法

文獻計量學依靠數學和統計學知識對現有文獻進行定量分析,從學科領域的發文量、研究國家和機構、作者及期刊分布、關鍵詞等方面梳理學科發展脈絡和研究熱點變遷。目前已經廣泛應用于環境學、管理學、經濟學等領域,成為概括歷史研究進程和預測未來發展態勢的重要工具。

本文數據源于Web of Science核心合集數據庫,采用高級檢索式：TS=((Ocean OR sea OR marine OR coastal)AND(ecosystem* OR ecological system*)AND service* AND valu*),檢索時間為2021年9月24日,共得到文獻2304篇。在此基礎上,利用R包“bibliometrix”及計量可視化工具VOSviewer,繪制作者合作共現網絡、關鍵詞聚類及主題演化等可視化圖譜,全面梳理了海洋生態系統服務價值領域的研究熱點及發展態勢,供國內外研究工作借鑒和參考。

2 結果與分析

2.1 發文現狀分析

2.1.1年度發文分析

1995—2021年,海洋生態系統服務價值領域共發文2304篇,總被引頻次為112742次,篇均被引4.34次。如圖1所示,該領域發文量總體呈上升趨勢,發展過程可分為3個階段。1995—2008年為發展初期,隨著氣候變化等全球環境問題頻發,海洋生態系統遭到破壞,海洋生態系統服務價值研究開始受到學者關注,但此時年發文量不足30篇,未出現明顯增長；2009—2015年處于高速發展期,年發文量從38篇(2009年)增長至165篇(2015年),研究不斷深入,海洋生態系統服務的經濟價值逐漸成為研究熱點,2009年之后年發文量穩定在10—30篇；2016-至今研究穩定發展,發文量占總發文量的68.5%。2015年聯合國提出“可持續發展目標”,將海洋生態系統服務價值研究推上新高度。此外,該領域文章的被引情況在個別年份出現波動,最高被引頻次為2012年的6228次。

2.1.2來源期刊分析

表1展示了海洋生態系統服務價值領域發文量前十的期刊,前十期刊共發文750篇,占該領域發文總量的32.6%。其中,EcosystemServices和Ocean&CoastalManagement的發文量位于前列,分別為136篇和131篇,總被引頻次均超過2500次。EcologicalEconomics是該領域引用最頻繁的期刊,總被引頻次為6176次。ScienceoftheTotalEnvironment(7.96)、EcosystemServices(5.45)與EcologicalEconomics(5.39)等高水平期刊代表有關研究的經典結論或創新方向,發表文章55篇、136篇和64篇。“Coastal Zone Ecosystem Services:From science to values and decision making;a case study”[5]是ScienceoftheTotalEnvironment上該領域被引頻次最高的研究,通過成本效益分析法,以會計價值和經濟價值測算生態系統服務價值的存量和流量,對英國北海海岸河口管理方案提出可行性建議。2012年在EcosystemServices發表的“Ecosystem service values for mangroves in Southeast Asia:A meta-analysis and value transfer application”是該期刊的高被引相關論文[6],創新性地在meta分析中加入潛在的空間變量,對不同地點的紅樹林生態系統服務價值進行更為準確的測算。在EcologicalEconomics上被引最多的是1999年發表的 “Ecological goods and services of coral reef ecosystems”[7],總結了珊瑚礁生態系統提供的產品和服務并討論了人類活動對其恢復力和服務質量的影響,為后續研究奠定理論基礎。

表1 1995—2021年海洋生態系統服務價值領域前10個期刊的發文情況Table 1 Publications of the top 10 journals in the field of Marine ecosystem service value from 1995 to 2021

2.2 主要研究力量分析

2.2.1國家發文及主要機構

海洋生態系統服務價值領域發文量前十的國家如表2所示。美國、英國和澳大利亞的發文量和總被引頻次均在前列。美國在1995—2021年間共發表文章781篇,總被引頻次為39376次,平均每篇被引50.42次,代表機構有Colorado State University(科羅拉多州立大學)、United States Geological Survey(美國地質調查局)及University of Washington(華盛頓大學)。其中美國地質調查局發文48篇(總被引頻次為6360),是海洋生態系統服務價值領域中學術影響力較高的機構。英國和澳大利亞的發文總量相近,分別為377篇和312篇。美國的總被引頻次為英國的1.97倍,澳大利亞的2.77倍,表明美國在該研究中有較強的學術影響力。中國對此表現出較強關注,總發文量排名第四(228篇),但總被引頻次排名較后,學術影響力有待增強。Chinese Academy of Sciences(中國科學院)是海洋生態系統服務價值領域發文量最多的中國機構,在27年間發文61篇,總被引頻次達769次,除中國科學院外,發文量較多的中國機構還包括University of Chinese Academy of Sciences(中國科學院大學)和Jiangsu Ocean University(江蘇海洋大學)。

表2 1995—2021年海洋生態系統服務價值領域發文量前10的國家Table 2 Top 10 countries in the field of Marine ecosystem service value during 1995—2021

2.2.2作者發文及合作關系

該領域發文量前十的學者如圖2所示,發文最多的是美國佛蒙特大學的Costanza R(17篇)及英國東英吉利大學的Turner RK(17篇),其中Costanza R的總被引頻次為3072,學術影響力位于首位；美國加利福尼亞大學圣巴巴拉分校的Halpern BS排名第二(2493次)。

圖2 1995—2021年海洋生態系統服務價值領域前10個作者的發文情況Fig.2 Publications of the top 10 authors in the field of Marine ecosystem service value during 1995—2021

圖3顯示了學者合作關系。可以看出,作者間合作以團隊內部合作為主,發文量位于前列的Costanza R、Halpern BS、Borja A與Beck MW等人已形成各自的研究團隊。團隊間合作體現在Borja A等學者構成的作者合作群與以Halpern BS為代表的研究團隊,兩人都處于合作關系網絡的中間位置。

圖3 1995—2021年海洋生態系統服務價值領域作者合作共現圖譜Fig.3 Co-occurrence map of authors in the field of Marine ecosystem service value during 1995—2021

2.3 高被引論文分析

從表3中可知,1995—2021年海洋生態系統服務價值領域高被引論文均在高水平期刊上發表,Ecosystem services發表了3篇文章,Ecological economics和Ecological monographs各發表了2篇文章,其余如Science及BioScience發表了1篇。單篇被引最高的研究是2005年發表在Ecological Monographs上的“Effects of Biodiversity on Ecosystem Functions:a Consensus of Current Knowledge”[8],總被引4521次。人類活動對生物多樣性造成的威脅會阻礙生態系統的正常運轉,進而改變生態系統結構,影響生態系統功能。發表最早的是1999年刊登在Ecological Economics的“Ecosystem services in urban areas”[9]。文章以城市森林、耕地和海洋等生態系統為研究對象,分析生態系統服務為城市生活質量帶來的直接或間接影響,突出在城市土地利用規劃中考慮生態系統服務的必要性。同年Moberg F在“Ecological goods and services of coral reef ecosystems”[7]中闡述了珊瑚礁生態系統產出生態產品和服務的過程,指出過度捕撈將加劇珊瑚礁恢復力的喪失,強調海洋生態保護的重要性。2017年Costanza R的“Twenty years of ecosystem services:How far have we come and how far do we still need to go?”是近年的高被引論文[10]。生態系統服務價值已逐漸成為經濟社會發展新的衡量指標,生態系統服務和自然資本價值的相關思考將逐漸納入經濟政策制定中。

表3 1995—2021年海洋生態系統服務價值領域總被引頻次前10的論文Table 3 Top 10 most-cited papers in the field of Marine ecosystem service value during 1995—2021

圖4 1995—2021年海洋生態系統服務價值領域關鍵詞共現網絡圖譜Fig.4 Cooccurrence network map of keywords in the value of Marine ecosystem services from 1995 to 2021

2.4 研究熱點及演化趨勢

2.4.1關鍵詞聚類分析

海洋生態系統服務價值領域的關鍵詞共組成3個聚類,包含“ecosystem services”、“management”、“conservation”、“climate-change”、“dynamics”、“valuation”及“marine”等高頻關鍵詞,研究主題有全球變化下海洋生態系統服務的動態變化、海洋生態系統服務價值分類及其量化、海洋生態系統服務價值評估及其實際應用(圖4)。

聚類1(紅色)以“climate-change”、“sea-level rise”、“dynamics”及“services”等關鍵詞為主。全球環境變化能夠從群落結構和生物多樣性等多方面影響海洋生態系統狀態及其穩定性,導致海洋生態系統結構失衡,破壞生態系統服務。其中,氣候變化(climate-change)是引起海洋生態系統結構變化的主要因素[11]。首先,氣候變化能夠改變海洋漁業資源的地理分布,使有商業價值的海洋生物種群向高緯度或更深層海域遷移,使低緯度海域漁業發展受阻；同時珊瑚礁棲息地覆蓋率的大幅減少,進一步降低海洋生物生存能力,削弱海洋生態系統的供給服務[12]。其次,氣候變化造成海平面不斷上升,加速沿海植被向陸地遷移,使海岸防護能力減弱,調節服務功能退化,海水入侵、海岸侵蝕情況頻發[13—14]。此外,氣候變化對海洋微生物的生存造成威脅,抑制海洋生態系統的支持功能。海洋浮游生物的減少或消失將影響生態系統的食物供給和營養循環,破壞海洋食物鏈,從而影響整個海洋生態系統的正常運轉[15]。

聚類2(藍色)包含“ecosystem services”、“benefits”、“contingent valuation”與“willingness-to-pay”等關鍵詞,重點關注海洋生態系統服務價值分類及其量化。現有研究采用直接市場法、替代市場法及模擬市場法對海洋生態系統的服務功能進行價值量化[16]。直接市場法依據流通商品的實際價格評估海洋生態系統供給服務價值量；直接市場法失效時則采用替代品價格,稱為“替代市場法”,直接市場法及替代市場法依賴于客觀產品的具體價格,無法體現人的主觀能動性[17]。基于此,學者們提出了模擬市場法,根據人們對環境保護項目的支付意愿分析海洋生態系統提供的商品和服務的社會價值。模擬市場法集中運用于研究海洋生態系統的文化服務,結合調查問卷和條件價值評估法,評價人們對海洋生態系統服務功能的感知程度。例如,Uehara TR發現日本Satoumi地區開展的海洋文化項目[18]能顯著提高當地居民(利益相關者)對海洋生態系統服務的認知水平,激勵人們為保護自然環境采取行動。

聚類3(綠色)包含“valuation”、“framework”、“management”和“science”等關鍵詞,主要探究海洋生態系統服務價值評估及其實際應用[19]。海洋生態系統服務功能包含供應服務、調節服務、文化服務,有時還包括支持服務[20]。其中供應功能指食品和海水供應,可以用從海洋中獲取的可供食用的海洋生物量,以及供應工業和經濟活動的海水總量來衡量[21]。調節作用指水質凈化、氣候調節、海岸保護和干擾調節功能。水質凈化功能是生態系統通過生態系統運轉去除污染物的能力,用COD的生化降解能力或氮磷沉積量表示。氣候調節功能表示為單位水域固碳量。海洋生物通過物理化學及生物作用固定空氣中的二氧化碳等溫室氣體,對維持氣候穩定做出貢獻[22]。由于植被覆蓋能通過增加海岸帶沉積物含量增強其抵御侵蝕的能力,可用自然海岸線長度或海岸帶沉積量評估海岸保護功能[23]。干擾調節功能指海洋生態系統在風暴洪水發生時期儲存和減緩水流以減弱環境干擾,用免受海嘯影響的飲用水總量衡量[24]。此外,海洋生態系統的文化服務主要體現在海洋景觀為休閑娛樂和旅游業發展提供的支持服務。由于海洋數據的局限,相關研究通常采用衛星遙感數據構建生態經濟模型,對海洋生態系統服務進行價值量化。Cao等基于1990年、2000年和2010年的遙感土地利用圖,從土地利用變化角度評估浙江省海岸帶城市化進程中的生態系統服務價值[25]。Chen基于土地遙感數據系統評估了高梅濕地生態系統的發展狀況[26]。海洋生態系統服務價值估算可以為沿海開發活動提供決策支持,對海洋資源的合理利用具有重要意義。

2.4.2主題演化分析

從時間序列視角出發,通過分析關鍵詞聚類及主題演化情況,全面梳理了1995—2021年海洋生態系統服務價值研究的發展脈絡。如圖5和表4所示,該領域研究的主題演化過程具體可分為3個階段。

圖5 1995—2021年海洋生態系統服務價值領域研究主題演變情況Fig.5 Evolution of research topics in the field of Marine ecosystem service value during 1995—2021

表4 1995—2021年海洋生態系統服務價值領域不同研究發展階段主題劃分Table 4 Subject division of different research development stages in the field of Marine ecosystem service value during 1995—2021

第一階段是1995—2008年,該領域處于初步發展階段,研究主題繁多且分散。受學者關注較多的主題有生物入侵、氣候變化對海洋生態系統群落結構及其服務功能的影響、漁業發展及海洋自然保護區管理[27]。全球變化影響了海洋生態系統群落結構并導致海洋服務質量的下降[28]。其中,氣候變化使魚類時空分布范圍和地理種群量發生變化,最終影響了沿海漁業的發展[29]。此外,全球性環境問題的嚴峻性提高了人們的海洋生態系統服務保護意識,為海洋自然保護區的管理提供了支持[30]。

第二階段為2009—2015年,學者們開始注重將研究應用于實際問題的解決,研究方向逐漸向海洋生態系統服務的管理與保護、海洋保護區的植被覆蓋以及海洋保護區漁業價值的恢復演變。其中,海洋生態系統服務的管理與保護由第一階段的“climate-change”、“conservation”、“management”、“ecosystems”、“fish”及“community structure”等主題演變而來,探究氣候變化對海洋生態系統的影響機制和服務功能的經濟價值[31]。海洋保護區的植被覆蓋主要包含“community structure”、“vegetation”和“protected areas”等主題[32]。由于保護區自然景觀能減少沿海災害,通過構建生態系統服務框架來制定海岸保護解決方案可提高社會福利[33]。海洋保護區漁業價值的恢復主要包含“conservation”、“fish communities”、“ecosystems”、“protected areas”與“restoration”,通過計算漁業發展預期的回報和生態系統恢復項目的投入成本為利益相關者提供決策支持[34]。

第三階段是2016-至今,海洋生態系統服務價值研究基本成型,研究主題具體分為三個方面：ecosystem services、management和restoration。海洋生態系統服務主要由“climate-change”、“ecosystem services”、“management”、“vegetation”與“community structure”演變而來。全球環境變化通過改變海洋生態系統的群落結構和植被覆蓋,影響海洋生態系統的供應、調節、文化及支持服務價值[35]。海洋生態系統管理由“conservation”、“management”、“fish”、“ecosystem services”及“community”等主題發展而來,學者們基于海洋生態系統服務價值評估,規劃海洋和海岸空間,保證漁業經濟復蘇、生態可持續發展和土地合理利用等多重目標的實現[36]。海洋生態系統恢復包含“restoration”、“fish communities”、“conservation”、“vegetation”、“protected area”和“community”等主題,量化分析了海洋生態系統保護項目的投入成本和人們的支付意愿,幫助制定海洋生態系統保護政策[37—38]。

3 討論與結論

本文從文獻計量學的角度對海洋生態系統服務價值領域年度發文量、來源期刊、主要研究力量和高頻關鍵詞進行全面研究,分析了該領域的研究主題及熱點并得出如下結論：

(1)海洋生態系統服務價值領域的研究起始于1995年,自2008年起,發文量呈指數式增長,2009—2020年間的發文量約占研究期內總量的81.9%,美國在該領域具有絕對的領先地位。相關研究主要發表在EcosystemServices、EcologicalEconomics、Sustainability及Ocean&CoastalManagement等高水平期刊上。

(2)全球變化下海洋生態系統服務的動態變化這一主題重點探討了氣候變化對生物多樣性及群落結構的影響、覆被情況與海洋生態系統恢復力的關系及海洋生態系統服務功能的時空變化等熱點問題。氣候變化對海洋的影響主要體現在海水升溫、海平面上升及酸化等方面[11,39]。其中海水升溫改變了海洋生物的空間分布格局,影響了生態系統的供給服務[12]；海平面上升對沿海植被的侵蝕使得海洋生態系統恢復力下降,削弱了其在海岸保護、防洪等方面的功能；酸化造成海洋生物多樣性降低,海洋的固碳功能和物質循環等支持服務受損[15]。

(3)海洋生態系統服務價值分類及其量化主要涉及價值分類的理論依據和量化方法的選擇問題。根據對人類社會的經濟貢獻程度,海洋生態系統服務價值可分為使用價值和非使用價值。使用價值指海洋生態系統提供的資源和服務,學者采用直接市場法和替代市場法進行量化；非使用價值表現為人類對海洋環境保護的支付意愿,相關研究選取模擬市場法進行量化[17,20]。此外,單一價值量化方法無法充分體現海洋系統復雜多樣的服務,實際研究中需要結合和比較多種量化方法[2]。

(4)海洋生態系統服務價值評估及其實際應用包含評估指標的選取以及價值評估在海洋管理與保護中的作用等研究熱點[19]。不同類型的海洋生態系統提供的服務價值有所不同。其中,濱海生態系統服務價值的研究側重于海灘休閑娛樂服務價值、濱海濕地的調節功能；近海生態系統主要探究魚類資源的供給價值以及珊瑚礁的供給、調節和文化服務[40]。通過構建價值評估指標,分析海洋生態系統各服務功能的經濟效益,能夠為政策制定者在海洋生態系統管理方案的工作中提供決策支持。

綜上所述,海洋生態系統服務價值研究不僅是當前生態經濟學聚焦的重點,也是對陸地生態系統服務評估的進一步補充。現有研究已經在全球變化對海洋生態系統的影響、區域海洋生態系統服務價值評估以及海洋生態系統管理與保護等問題上展開了深入的探討,但尚未形成統一完善的海洋生態系統服務價值評估體系,評估方法仍有待進一步創新。未來研究重點應放在以下幾個方面：

(1)海洋生態系統服務價值評估體系的改進。未來遙感和地理信息技術的發展能夠彌補因地形復雜、區域廣闊導致的數據缺失和精度不足等問題,建立具有科學性特征的復合型評估指標,豐富遠洋、深海生態系統服務價值評估的相關研究,將評估方法的適用范圍進一步擴大[16,35]。

(2)海洋生態系統服務價值評估在生態產品價值實現中的應用。海洋生態系統服務評估是生態產品價值實現的衡量標準,通過將無形的生態功能價值化,促進了海洋資源的合理利用,推動生態旅游業的發展[34,36],為海洋保護和可持續發展提供了新的思路。

(3)海洋生態系統服務價值評估在生態系統恢復與補償中的應用。海洋生態補償主要包括海洋生態系統服務或自然資源的使用及損害補償費用[1,40]。通過對海洋生態系統服務進行價值評估,確定利益相關者的范圍,將環境成本內部化,降低海洋生態系統的保護成本。