近40年紅松人工林研究的趨勢與熱點*

劉延濱 肖 銳 崔 崧 孫國芝

（黑龍江省林業科學研究所，黑龍江 哈爾濱 150081）

紅松（Pinus koraiensis）是國家重點二級保護野生植物、被列入CITES附錄Ⅲ，屬于易危（IUCN標準）物種。天然紅松林主要是以紅松為優勢樹種，伴生多種闊葉樹種形成的針闊混交林，主要分布于中國東北的長白山和小興安嶺完達山、張廣才嶺（遼寧、吉林和黑龍江三省）的東部山區，俄羅斯遠東地區也有分布，中國是主要的分布區，約占60%[1,5,7]。我國最早的紅松人工林是1933年在遼寧省本溪縣草河口栽植的，1950年開始在黑龍江省和吉林省有少量造林，大量營造紅松人工林是在1960年代[5]。針對紅松人工林的研究一直備受關注，主要是為其經營和管理提供科學的依據和指導。培育紅松人工林的目的隨著社會需求的發展也不斷發生著巨大變化，從以培育大徑材為主向培育果材兼用和提升生態效益為主的方向轉變。相應的紅松人工林的研究也要與時俱進，本文通過梳理和分析近40年紅松人工林研究的文獻資料，借助文獻計量學的方法量化紅松人工林研究的趨勢和熱點，以期為紅松人工林深入研究提供方向和借鑒。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本文數據來源于中國知網引文數據庫（CNKI），以中文文獻為研究對象分析我國國內紅松人工林研究趨勢。檢索式為“紅松人工林”主題檢索，文獻類型為“期刊”，語言為“中文”，時間未作限制。檢索到相關文獻545篇，收集1982年至今的相關文獻，對數據進行手動清洗，去除報道、會議通知和非學術性的不相關的文獻，用于數據分析的相關文獻共計493篇。所有文獻信息導出為endnote格式，導入endnote18.2（Bld11343）進行數據管理和數據轉換。

1.2 研究方法

文獻數量統計、文獻所屬學科、刊物TOP10、作者TOP10、研究機構TOP10和基金支持TOP10使用知網可視化分析。主要是對國內紅松人工林研究進行總體的概述。

國內紅松人工林研究趨勢和熱點分析采用VOSviewer 1.6.18進行關鍵詞共顯聚類分析，計算方法采用分數計數法（fractional counting），歸一化采用相對強度（association strength）。關鍵詞出現的最小數量選擇為3次，超過此閾值的關鍵詞用于可視化構建聚類視圖和標簽視圖。通過視圖數據的分析整理來發現國內紅松人工林研究的趨勢和熱點問題。

2 結果與分析

2.1 國內紅松人工林研究概述

2.1.1 國內紅松人工林研究的文獻量和主要學科領域

CNKI數據庫文獻統計表明關于紅松人工林研究文章為493篇，年均為12篇，總體發文數量呈現波動增加的趨勢，2013年有35篇文章發表，為最多年份（圖1）。根據圖1所呈現的趨勢可以大致分成2個階段：1980～2002年發文數量長期在10篇以下，偶有年份發文量超過10篇，這一階段表現為時間較長，發展緩慢，說明對紅松人工林研究的重視程度不夠，研究方向比較窄；進入2000年以后發表相關文章的數量急劇增加，2012～2018年形成研究的熱潮，年均發文在20篇以上，2013年達到了35篇，說明林業工作者開始重視紅松人工林的研究，這主要和進入2000年以后國家大力發展生態環境建設有關，紅松作為東北地區森林生態環境中頂級群落的代表性物種，同時又是大面積皆伐后普遍的人工林類型，充分的深入研究紅松人工林是必然的選擇。近幾年出現相關發文量下降的趨勢說明進入了調整階段。

圖1 1980～2022年國內紅松人工林研究發表的文獻數量

相關研究文章所屬的學科主要集中在林業（359篇，占比72.99%），農業基礎科學（40篇，占比8.18%）和植物保護（39篇，占比7.88%），表明我國關于紅松人工林研究主要是林業領域，學科交叉和相近學科研究不足，可以開拓學科交叉的研究，提升紅松人工林研究的水平。

2.1.2 國內紅松人工林研究發表文章TOP10刊物

發表紅松人工林研究的主要是生態方面的學術期刊（表1）。這些期刊同時也反映出紅松人工林研究的機構特點，中國科學院沈陽應用研究所，北京林業大學，南京林業大學，還有東北林業大學是紅松人工林研究的主要科研院所，主要是林業的相關學科研究。

表1 國內紅松人工林研究發表文章TOP10刊物

2.1.3 國內紅松人工林研究的作者TOP10、機構TOP10和基金類型TOP10

國內紅松人工林研究發文最多的作者呈現出很強的機構特點（表2），排名TOP10的有5位工作單位是東北林業大學，2位是中國科學院沈陽應用生態研究所，兩位是遼寧省森林經營研究所。研究作者的合作圖譜也顯示出很強的機構特點（圖2），分別是李鳳日、賈煒煒、董利虎和金光澤為代表的東北林業大學群體，以于立忠、朱教君、閆巧玲為代表的中國科學院沈陽應用生態研究所群體，還有以譚雪仁、張利民、焦宏為代表的遼寧省森林經營研究所群體。這些群體中東北林業大學是對紅松人工林研究最為深入的機構，從早期關于紅松人工林的分杈問題，到后來以紅松人工林培育相關的土壤、相關的水文研究，近年來紅松人工林研究主要集中在紅松人工林生物量、生態系統功能和紅松人工林經營措施的科學依據研究；中國科學院沈陽應用生態研究所主要是以遼東山區紅松人工林為研究對象，開展了水文、土壤、擾動和生物多樣性等方面的研究；遼寧省森林經營研究所的主要研究方向主要集中在紅松人工林培育相關應用技術的研究，包括培養大徑材、結實、造林和病蟲害防治的相關技術。

圖2 國內紅松人工林研究作者合作圖譜

研究機構表現為較強的地域性，主要是黑龍江省和遼寧省（表2）。黑龍江省以東北林業大學和黑龍江省林業科學院（黑龍江省林業科學研究所、黑龍江省伊春市帶嶺林業科學研究所和黑龍江省伊春市林業科學研究院隸屬于黑龍江省林業科學院）為代表；遼寧省以中國科學院沈陽應用生態研究所和遼寧省森林經營研究所為代表。重要的研究實驗區分別為黑龍江省林口縣林業局和遼寧省實驗林場。

基金資助的類型主要以國家級基金為主，黑龍江省級基金為輔（表2）。國家科技支撐計劃是面向國民經濟和社會發展需求，重點解決經濟社會發展中的重大科技問題的國家科技計劃；國家重點研發計劃針對事關國計民生的重大社會公益性研究，以及事關產業核心競爭力、整體自主創新能力和國家安全的重大科學技術問題，突破國民經濟和社會發展主要領域的技術瓶頸；國家科技攻關計劃是要解決國民經濟和社會發展中帶有方向性、關鍵性和綜合性的問題，涉及農業、電子信息、能源、交通、材料、資源勘探、環境保護、醫療衛生等領域；國家自然科學基金瞄準重大科學前沿和國家重要戰略需求，應對未來挑戰，部署一批具有基礎性、戰略性、前瞻性的優先發展領域。因此，紅松人工林研究具有重大的國家戰略意義，是關系國民經濟和社會發展的重大問題，具有重大社會公益性的研究。

表2 國內紅松人工林研究作者TOP10、機構TOP10和基金類型TOP10

2.2 國內紅松人工林研究的熱點問題

紅松人工林研究高頻出現的關鍵詞是紅松人工林、紅松、紅松林和人工林，其次是撫育間伐、結實、生長和結實量（表3），這些高頻出現的關鍵詞說明了研究的重點，但是伴隨不同的研究階段，研究的熱點問題不斷發生變化。

表3 共顯頻率超過10的關鍵詞出現頻率和關聯強度

通過對國內紅松人工林研究文獻關鍵詞聚類分析（表4和圖3）顯示，紅松人工林研究具有明顯的時間特性。根據文獻數量的變化（圖1）結合聚類分析結果，將紅松人工林研究以2000年作為節點分成2個階段，2000年以前以紅松人工林的培育、經營、管理和病蟲害防治等應用型研究為主；2000年以后以如何發揮紅松人工林生態效益，經濟效益和社會效益的基礎研究為主，這一階段研究的特點是借助現代化的科技手段對紅松人工林的生理、遺傳和生態的機理進行了深入和廣泛的研究工作。分支3～7和分支13～14屬于2000年以前的應用型研究為主，這個階段的關鍵詞主要是針對大面積皆伐跡地上營造的大面積人工純林所出現的問題開展的相關研究，包括早期的育苗問題，隨后的幼林撫育問題，到形成中幼齡林后易早期結實和遭受的病蟲害問題，還有過早分杈降低出材率等問題，所有問題從實踐和理論上證實皆伐跡地上人工大面積營造紅松純林是違背自然演替規律的，需要進行改造。20世紀末期由于紅松種子的巨大經濟效益，大量的紅松幼齡純林進行了果林改造，通過嫁接、撫育間伐和截干等措施提高結實量，同時也兼具培養大徑材而形成果材兼用林。分支1～2、8～12、15～18是21世紀開展的紅松人工林研究的主要方向。這一時期紅松人工林研究是建立在對過去不斷積累的實踐和發現的各種問題的反思開展的，首先是開展天然紅松林的長期定位研究，同時借助現代分子生物學，計算機模擬生長模型，地理信息系統（GIS）和現代遙感技術（RS），以及目前蓬勃發展的人工智能技術對紅松人工林進行深入和系統的機理研究，這些研究集中在生理生態，生態系統結構、功能和動態，碳匯和紅松人工林生物量的模型模擬等。體現這些特點的關鍵詞包括：原始紅松林、森林土壤、樹干徑流、氮沉降、高通量測序、水文效應、回歸方程、碳密度、線性混合模型、土壤活性有機碳、效果分析等（圖3）。

表4 關鍵詞聚類分析結果

圖3 國內紅松人工林研究趨勢和熱點聚類時間圖譜

3 討論和展望

我國紅松人工林研究經歷了近60年的實踐和發展，不同時期對林業的要求變化也不斷與時俱進，同時現代科學技術日益不斷滲透到科學研究的方方面面，使紅松人工林研究不斷深入，由寬泛到精細，由現象到機理。未來我國紅松人工林研究需要關注以下幾個方面：

（1）從紅松人工林的經濟價值研究向生態價值研究的轉變。科學研究表明，過量的碳排放會導致全球氣候變暖、溫室效應，以及出現極端惡劣天氣。其中溫室效應是最為直接且嚴重的問題。我國在2020年9月明確提出2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標，紅松人工林作為東北地區面積巨大的人工林在實現“雙碳”目標具有重大的戰略意義。齊建東等[8]基于長白山溫帶紅松闊葉林通量觀測站2007～2010年間的30 min觀測數據，構建基于時間卷積神經網絡（TCN）、長短期記憶網絡（LSTM）、人工神經網絡（ANN）、支持向量回歸（SVR）和極限學習機（ELM）的5種生態系統碳交換量（NEE）模型，結論認為長白山溫帶紅松闊葉林通量觀測站的NEE總體表現為碳匯，但存在明顯的季節差異。辛士冬等[11-12]對黑龍江省紅松人工林的林分生物量和喬木層碳儲量的研究，結論認為平差法適合林分斷面積生物量模型的參數估計（0～10和50～60 m2/hm2除外），聚合法適合黑龍江省紅松人工林的碳儲量模型估計。郭綺雯等[2]研究了凋落物和模擬氮磷沉降對紅松人工林碳釋放的影響，結果表明不同時期對腐殖質層的影響是不同的，中低濃度氮磷沉降能顯著促進碳釋放。目前，紅松人工林的碳匯相關研究是研究的熱點。

（2）借助現代分子生物學技術、計算機模擬模型、地理信息系統和現代遙感技術開展深入系統的研究。比如賈煒煒等[4]建立了基于撫育間伐效應的枝條密度單水平非線性混合模型能夠加準確地體現撫育間伐對林木枝條產生的影響。王帆等[10]基于地基激光雷達（Terrestrial Laser Scanning，TLS）點云數據提取人工紅松不同樹冠深度處最大樹冠半徑（Crown radius，CR）的精度，建立基于TLS點云數據的樹冠外輪廓模型，結果表明TLS數據可以近似代替實測數據進行樹冠外輪廓模型的研究。李翔等[6]采用Codon W和EMBOSS在線軟件對紅松查爾酮合成酶基因CHS的密碼子使用偏好性進行分析，結果表明紅松與馬尾松和赤松的密碼子使用偏好性的相似性較高。

（3）有關紅松林生態系統的研究論文缺乏整體性，忽視了構成系統的各級水平的藕合過程以及系統時空結構特征，尤其缺乏景觀水平的研究論文。王安彬[9]研究帽兒山地區闊葉紅松林、紅松人工林和水曲柳天然次生林3種典型群落，結果表明闊葉紅松林喬木優勢種呈隨機分布或不顯著聚集分布；紅松人工林中紅松呈隨機分布；水曲柳次生林喬木優勢種主要呈隨機分布。各群落灌木優勢種均呈聚集分布。帽兒山典型森林群落中各喬木優勢種間主要呈空間正關聯或無空間關聯,紅松與闊葉樹小尺度無關聯,大尺度正關聯,闊葉樹種間主要呈正關聯。紅松人工林與水曲柳天然次生林喬木優勢種間均呈正關聯。侯宏宇等[3]研究了帽兒山紅松人工林地小尺度時空下地表鞘翅目成蟲群落多度分布格局，結果表明帽兒山紅松人工林小尺度地表鞘翅目成蟲群落結構具有明顯的時間變異性,但群落物種多度分布格局具有時間穩定性。

因此，紅松人工林研究需要繼續開展紅松人工林培育技術（主要是培養大徑材和提高結實率和結實量）、病蟲害防治技術、林木育種技術和幼林撫育技術等方面結合實踐進一步深入研究。還要與時俱進，響應當前我國的“雙碳”目標開展相關的研究工作，同時借助現代科技的手段開展紅松生理生化、遺傳，生態系統，景觀生態等基礎理論方面的研究為生產實踐提供科學依據。

4 結論

紅松人工林經歷了40多年的研究已經取得了很多的成就，在不斷總結經驗教訓的基礎上逐漸明晰了紅松人工林研究的方向，并且不斷與時俱進和開拓進取。目前，紅松人工林研究的重點應該是集中在為國家實現“雙碳”目標提供科學的依據和提供經營方面的指導，再者借助現代科技的手段開展機制和機理的研究，最后就是開展紅松林生態系統的深入和全面的研究，明確各系統的結構、動態和相互作用的過程。總之，當代紅松人工林研究所面臨的重大課題是人類所面對的生態問題，需要明確方向，認清理論研究的關鍵價值。