基于CiteSpace的中國土地利用碳排放知識圖譜分析

王海寧,陜永杰,梁 玨,裴 桐

(山西師范大學 地理科學學院，山西 太原 030031)

1 引言

碳排放是全球氣候變化研究的重要課題，實踐表明減少溫室氣體排放是發展中國家乃至發達國家實現可持續發展的重要戰略措施[1]。數據顯示，2010年我國碳排放量為82.41億t，為世界上最大的碳排放國，中國的碳排放情況已經受到了世界各國的廣泛關注[2，3]。土地利用變化是碳排放的重要來源之一，據估算，在1850～1998年間，由土地利用變化引起的碳排放占人類活動引起的碳排放總量的1/3[4]。在未來，由于人類的各種生產活動而導致的溫室氣體排放最終都會承載到用地空間上[5]，土地系統對人類社會的反饋將發揮越來越重要的作用。我國面對高碳排以及自身發展的壓力，土地利用碳排放研究變得越來越重要，如何更好地構建低碳排的土地利用格局、減少土地碳排放、發展低碳經濟，是助力我國到2060年實現碳中和目標的關鍵。

國內關于土地利用碳排放研究始于20世紀末，主要聚焦大尺度和單一生態系統的碳循環研究[6，7]，之后國內學者對土地利用碳排放進行了大量研究，包括聚焦國內外研究進展的綜述性論文[8，9]，隨著土地碳排放研究領域范圍逐漸擴大，文獻逐年增多，以及社會發展對環境要求的不斷提高和理論方法不斷深入，缺乏對國內當前土地利用碳排放研究水平的整體性描述。

基于此，為了厘清國內土地利用碳排放在不同時間段的研究主題及今后熱點趨勢，本文借助CiteSpace引文分析軟件，運用文獻計量法，對2000～2021年國內土地利用碳排放領域的相關文獻進行系統梳理，從文獻數量分布、作者機構合作特征、關鍵詞分析等方面探究該領域的研究主題和趨勢熱點，以期對土地利用碳排放領域及其相關研究提供借鑒與參考。

2 數據來源與研究方法

數據來源于中國知網數據庫核心期刊文獻。為保證文獻全面性與權威性，在期刊的高級檢索模式下，將來源類別限定為CSSCI、CSCD和北大核心期刊，檢索主題為“土地利用”和“碳排放”，搜索年限設定為2000～2021年，檢索時間為2021年10月16日，共檢索出454篇期刊文獻。為進一步提高所選文獻的合理性，再次人工篩選，剔除相關的新聞報道和會議評述，再對文獻摘要和關鍵詞逐一閱讀，剔除與研究主題關聯較小的文獻，最終得到有效研究文獻413篇。將檢索所得文獻以Refworks格式導出并保存為純文本文件，經CiteSpace軟件數據轉換處理后作為文中分析數據樣本。

本研究運用到的軟件為CiteSpace 5.8。CiteSpace軟件是目前用于文獻分析可視化最有影響力的工具之一[10]，是由陳超美教授研發用于文獻信息計量分析的Java應用程序。通過對篩選所得的413篇文獻進行系統梳理和一系列可視化圖譜的繪制，探索其研究領域演化路徑，并對其研究熱點和發展前沿進行探測。

3 文獻統計與分析

3.1 發文量分析

繪制研究期內文獻載文量年度分布走勢圖(圖1)。2009年之前相關論文數量較少，2010年我國作為碳排放量最大的國家備受世界關注，國家陸續出臺一系列政策來減少和約束碳排放，發展低碳經濟，在此背景下，以推動我國實現降碳目標的文獻暴增，2010年成為文獻數量變化的重要轉折點。2015年中國政府提出并確定了我國“碳減排三步走”戰略，此后核心論文發表數量達到了頂峰，2010～2016年間核心論文發表數量249篇，占研究年限發文量的60%。2017年12月份，全球25個國家簽署了《碳中和聯盟聲明》，“碳中和”成為了學者們研究的熱點關鍵詞，土地利用碳排放研究更加深入，論文發文量進入了一個新的發展局面。

圖1 2000～2021年文獻載文量年度分布走勢

3.2 文獻作者與發文機構分析

3.2.1 作者分析

將文獻數據導入CiteSpace，設置相關參數后生成知識圖譜(圖2)，圖2中作者名字和節點大小表示其發文量多少。由普萊斯定律計算可得[11]，在本研究范圍內，作者發文量前20位的作者可視為土地利用碳排放領域的核心作者，他們總發文量133篇，占樣本發文總量的32.20%(表1)，同時引入洛卡特定律，依據其平方反比律，當發表1篇論文的總作者數量百分比在60%左右，即可判定該領域核心作者群已生成，經梳理，在研究樣本數據中發表1篇論文作者共270位，占樣本作者總量的79.65%，比洛特卡定律所設定的60.79%高出了18.86%，即土地利用碳排放領域的作者群已經形成。

表1 2000～2021年土地利用碳排放發文數量前20名作者

圖2 2000～2021年發文作者合作知識圖譜

3.2.2 發文機構分析

以CiteSpace合作機構共現數據為主，梳理得到發文量排名前10的機構(表2)。結果表明：高產作者員開奇、董捷、張安錄等均來自華中農業大學土地管理學院和公共管理學院；發文量最多、引用頻次最高的黃賢金教授來自南京大學地理與海洋科學學院，形成了自己的研究團隊，培養了大量土地利用碳排放方面的碩士博士人才，并將土地碳排放研究傳承；以及畢業于南京大學的博士后學者趙榮欽，現任教于華北水利水電大學，形成了獨特的“水-土-能-碳”耦合學術團隊；從發文時間上看，這些機構的發文集中在2010～2015年，這個階段屬于土地利用碳排放研究的快速發展階段。從CiteSpace合作機構共現數據中得到，該研究的機構網絡密度為0，處于較低水平，表明機構之間缺乏合作。

表2 2000～2021土地利用碳排放發文量前10機構

3.3 主題內容維度的橫向分析

3.3.1 關鍵詞共現分析

選擇節點類型為關鍵詞(Keyword)進行可視化圖譜分析，基于軟件對樣本文獻關鍵詞的數據處理，統計得出領域內關鍵詞的頻次、中心度指數和Sigma指數排名前10的核心詞匯(表3)。從關鍵詞的詞頻來看，除去文獻檢索詞“土地利用”和“碳排放”，“低碳”“碳匯”“影響因素”和“碳效應”等為領域內的高頻詞匯；中介中心性數值大于0.1則認為該關鍵詞中心性較好，從表3可以看出，“碳排放”“碳效應”“碳收支”等是具有強關聯度的關鍵詞；Sigma值是基于中心性和突現性計算得到的，中心性和突現性越高的節點，其Sigma值也越高[12]，絕大多數的Sigma值是1，表示關鍵詞在結構和引文變化中都非常重要，因此，Sigma值可以用來識別具有創新性的關鍵詞，文中“低碳經濟”和“影響因素”是具有創新性的主題。

表3 2000～2021年土地利用碳排放研究核心關鍵詞頻次、中心性和Sigma值

3.3.2 關鍵詞聚類分析

在關鍵詞共現基礎上，采用關鍵詞標記簇的方法共得到43個關鍵詞聚類標簽，聚類模塊值(Modularity)Q=0.7029，聚類平均輪廓值(Mean Silhouette)S=0.9235。一般Q>0.3，S>0.7，則認為聚類合理，圖3只呈現類團數量大于10的前14個聚類標簽，即#0～#13。各聚類的序號越小，代表聚類中包含的關鍵詞越多，聯系越緊密。在研讀文獻關鍵詞以及摘要的基礎上，結合各子聚類的具體內容,同時征詢專家意見，可以得出該領域的3個核心研究內容：區域碳排放核算、影響因素研究、低碳效應及土地優化調控。

圖3 2000～2021年土地利用碳排放關鍵詞聚類圖譜

第一個主題是“區域碳排放核算”。南京大學研究團隊較早在國內建立了區域碳排放的核算方法。之后，學者們除了分析不同地域尺度的碳排放核算及其時空差異之外，還對退耕還林工程、陽泉礦區等特殊土地利用方式的碳排放進行核算研究。此外，城市系統作為社會經濟發展的承載系統，也是區域碳循環重要的一部分，學者們通過對城市土地進行精細劃分，分析不同土地利用方式下的碳排放情景，以給出針對不同土地利用類型的碳減排措施，為更好地優化土地利用結構和減少碳排放提供決策依據[13]。

第二個主題是“影響因素研究”。通過梳理文獻發現，最常用的方法是對數平均指數分解法(LMDI)和環境影響評估模型(STIRPAT)，LMDI法的優點在于其具有更強的獨立性、可逆性、適應性和驗證性等，以及分析結果表現方式多樣化，可用于分析分效應與總效應之間的關系[14]。STIRPAT模型是在IPAT模型的基礎上進行優化，使其運用更加靈活，能夠反映驅動力單獨變動時對環境影響的變化程度[15]；此外因素分解法還有Laspeyres指數法、結構方程模型(SEM)、Kaya恒等式等，研究領域的特點不同，選擇的方法模型也不同。結果表明，影響土地利用碳排放的影響因素可以分為自然因素和社會環境因素兩方面，各因素在不同的地域和約束條件下的影響程度均有差異。

第三個主題是“低碳效應及土地優化調控”。在此聚類中，研究圍繞區域低碳效應與碳循環機理、土地利用變化的碳補償機制、土地利用結構優化、尤其是碳達峰和碳中和背景下土地利用的低碳優化模擬以及碳減排等方面展開。關于生態補償的研究，多是基于制度和法制層面，隨著3S技術的發展和延伸，研究結果逐漸從區域運算走向了空間表達。

3.4 發展時間維度的縱向分析

3.4.1 關鍵詞時區分析

共現時區圖譜使得相同年份熱點關鍵詞按時間順序進行排列并集合在相同區域，將同一年份中出現關鍵詞頻次高低在圖4中由上至下排列，因關鍵詞在2010年之前較少，所以共現時區圖譜只呈現2010～2021年關鍵詞。可以看出每年都會出現較多新的詞，但研究主題相互影響，先出現的關鍵詞促進了后出現的關鍵詞，例如城市形態(2012)—城市土地(2013)—低碳優化(2014)、經濟增長(2012)—脫鉤分析(2017)—脫鉤效應(2019)、低碳發展(2020)—碳中和(2021)等。從圖4中可以看出“生態補償”“時空演變”“碳中和”等關鍵詞是近3年研究的熱點。

3.4.2 研究熱點分析

突現率(Bursts Strength)是指某時間段出現頻率最多的關鍵詞，借助CiteSpace軟件，點擊“Burst”可視化后得到15個突現關鍵詞以及對應的突現率(表4)，同時結合圖4和圖1以及對文獻摘要的研讀，明確出土地利用碳排放研究中的重要時間拐點。因此，土地利用碳排放領域主題熱點演進路徑可大致分為3個階段：2000～2009年為萌芽階段，2010～2016年為探索階段，2017年以后為深入發展階段。

表4 2000～2021年土地利用碳排放排名前15的突現詞

圖4 2010～2021年土地利用碳排放關鍵詞時區圖譜

2010年以前，土地利用碳排放研究相對較少，關鍵詞較為單一，代表作者為王根緒、陶波和葛全勝等人，研究內容僅局限于單一土地利用變化中土壤碳源匯的循環和陸地生態系統碳循環及其基本過程等，沒有形成獨立研究主題。2008年葛全勝等[16]分析了過去300年我國土地利用的碳儲量變化，李穎等[17]以江蘇省為例分析了不同土地利用方式的碳源碳匯效應，分別被引用259次和282次，均為高被引文獻，奠定了我國土地利用碳排放研究的基礎。

2010年文獻數量猛增，2016年達到頂峰，這一時期的研究主題逐漸拓展，研究隊伍和學術影響力不斷增強，土地利用碳排放研究主題得到了一定關注，突現了“低碳經濟”“碳平衡”“碳收支”和“能源消費”等關鍵詞，其中突現率最高的是低碳經濟，突現值為4.69。研究聚焦具體的土地結構優化和碳減排問題。

2017至今文獻數量進入深入發展期，這一時間段突現的關鍵詞有“碳中和”“生態補償”“影響因素”等，其中“影響因素”和“生態補償”的突顯率分別為3.97和2.09，且突顯時間持續至今，表明影響因素和生態補償是土地利用碳排放現階段以及今后一段時間的研究熱點。影響因素研究由微觀到宏觀，更加深入探討政策、城市化、社會結構和環境因素等對城市土地利用效率區域差異的影響；研究主題從單一的土地利用碳排放效應擴展與具體的社會經濟問題相聯系，以期實現低碳模式下的經濟高質量發展；研究方法由簡單碳排放量核算到復雜使用各種研究方法，如關聯矩陣、空間收斂模型、DICE模型等方法的使用豐富了研究內容和成果。

4 結論與展望

本文基于CNKI數據庫中2000～2021年413篇主題為“土地利用碳排放”的核心文獻進行可視化分析，分別從文獻載文量、發文作者和機構、高頻關鍵詞共現等方面對土地利用碳排放研究現狀進行了梳理與總結，得出以下結論：

(1)土地利用碳排放研究核心作者群已經形成，黃賢金、陳銀蓉、趙榮欽等是該領域的核心作者，相關研究人員之間存在一定的合作關系，主要以2個高產的專業化研究隊伍為主，分別為：南京大學黃賢金帶領的土地碳排放核算團隊和華中農業大學陳銀蓉帶領的土地低碳集約利用團隊。

(2)通過關鍵詞共現圖譜分析可知，土地利用碳排放研究的熱點詞匯是“低碳經濟”“影響因素”“碳效應”“碳收支”“碳足跡”等，代表了該領域的研究方向。將關鍵詞聚類網絡中形成的14個聚類標簽歸納總結形成土地利用碳排放研究領域的3個主題方向：區域碳排放核算、影響因素研究、低碳效應及土地優化調控。

(3)結合文獻發文量，以及關鍵詞時區分布圖和突現圖，將土地利用碳排放領域熱點演進路徑劃分為3個階段：2000～2009年為萌芽階段，相關研究較少，關鍵詞較為單一；2010～2016為探索階段，研究主題和關鍵詞得到了一定程度的擴展，主要聚焦具體的土地結構優化和碳減排問題；2017至今為深入發展階段，在碳中和政策的宏觀影響下，今后碳排放影響因素和生態補償將成為該領域研究熱點，研究影響因素將更加宏觀，領域內研究主題、研究方法的多樣化都會使研究成果更加豐富。

我國目前仍處于工業化、城市化快速發展的重要階段，土地利用的規模以及土地資源的空間布局仍不夠科學，未來一段時間，合理的土地利用結構以及碳排放仍是熱門研究領域。總體上，以微觀視角為主的自然生態系統中土壤碳源匯循環和以宏觀視角為主的社會經濟發展碳補償將成為未來研究的主要趨勢，這體現了學科間的交叉融合。在全球碳中和理念背景下，區域碳補償研究逐漸由某個領域(農業、林業等)轉向具體的地域層面的碳補償計算以及排放特征上面，產業園區和典型開發區等城市微觀功能區的土地利用碳排放測算和影響因素分析仍是國內主流研究趨勢。