湖泊富營養化研究熱點與發展趨勢研究
——基于CiteSpace的可視化文獻計量分析

葛裕豪，楊 旭，張 婧，張德權

(1.黑龍江大學 水利電力學院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江大學 信息管理學院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 引言

富營養化已成為國內外影響水環境安全的重要問題[1～4]。在氣候變化和人類活動的雙重影響下，大量外源營養物質輸入湖泊[5]，疊加沉積物內源營養物質的釋放作用，湖內水體營養狀態逐漸從低生產力的貧營養狀態向高生產力的富營養狀態轉變[6]。在自然條件下，湖泊緩慢經歷著形成、發展、衰竭乃至滅絕的過程[7,8]。在高強度的人類活動影響下，這一演化過程被大大加快[9]。人為因素造成的富營養化引發的生態環境問題日益成為威脅可持續發展的關鍵問題[10,11]。已有大量研究報道富營養化發生機制、浮游藻類與營養鹽負荷相互作用與關系等[12～16]，為了經濟-生態的協同綠色發展，有必要對其研究脈絡進行梳理，并從中歸納出當前在該領域的機構、學者的脈絡關系和研究熱點。本文運用CiteSpace軟件獲取分析近20年湖泊富營養化的高頻關鍵詞、發文量和機構、發文作者關系等對湖泊富營養化重點研究領域和發展方向進行探析。旨在為踐行我國“一湖一策”“一類一策”的湖泊未來重點研究方向提供一定的借鑒和參考。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

文獻計量軟件CiteSpace通過學科相關領域的文獻發文量與相關度，可視化分析多個領域之間聯系。本研究將采用該軟件對中國知網(CNKI)中選取的能夠代表當前國內較高研究水平的核心期刊論文進行可視化分析。

本研究以中國知網收錄的論文為數據來源，在數據庫中將檢索時間設定為2002～2022年，主題以“湖泊富營養化”和“藍藻水華”為條件進行檢索，選取“SCI來源期刊”“EI來源期刊”“北大核心”“CSSCI”“CSCD”為來源期刊，檢索出文獻數量712篇。通過以“水質”為檢索主題對所獲文獻進行篩選。最后，選定“環境科學與資源利用”為學科標簽，最終檢索出有效論文數量為693篇作為數據源。

2.2 分析方法

本研究先利用Excel對原始數據中近20年的期刊發文量、期刊分布圖和研究機構發文量統計圖表進行繪制，分析國內湖泊富營養化相關研究的熱門期刊、機構和發文趨勢。然后，使用CiteSpace軟件對作者、機構和關鍵詞進行聚類分析。最終，獲取我國湖泊富營養化研究近20年相關文獻中的合作網絡關系、共現聚類圖譜和突現率數據。厘清我國湖泊富營養化研究現狀、熱點、前沿、變化趨勢和發展方向，并對其進行影響分析。

3 湖泊富營養化研究熱點分析

3.1 文獻與學科分布統計分析

2002～2022年國內湖泊富營養化研究的發文量呈現出先上升后波動的趨勢(圖1)。2002～2011年間大體呈上升趨勢，只有2006年和2010年發文量較上一年有所下降，文獻數量在2011年達到峰值，總計61篇。2011年后文獻大體呈現出先下降后趨于平穩的小幅波動的形式。2007～2021年間，國內有關湖泊富營養化發文量均保持在30篇以上。截至2022年9月份已發文18篇。近年來，從發文趨勢可以看出國內對于湖泊富營養化的研究熱度有所提升，說明理論界對于湖泊富營養化的研究熱情依舊較高。

圖1 2002～2022年國內湖泊富營養化研究文獻年度分布

3.2 載文期刊統計分析

期刊是展現、傳遞和存貯有關學科科研成果的主要載體。通過對CNKI收錄的湖泊富營養化期刊論文的可視化定量分析，可以更好地展示出湖泊富營養化的研究現況、研究熱點和前沿發展。為更好地分析我國湖泊富營養化所研究文獻資料的期刊分布特點，對693篇文獻資料加以數據統計分析。

2002～2022年國內湖泊富營養化研究成果的期刊分布較為集中(圖2)?？l湖泊富營養化相關文獻數量最多的期刊是《湖泊科學》，達到119篇，占比為27%?！董h境科學》《環境科學與技術》《中國環境科學》，刊內載文量達到30余篇，占比為7%。其余16個期刊的載刊量在8～23篇，相對較少。

圖2 載文期刊分布數量及占比

3.3 湖泊富營養化研究機構分布的可視化分析

用CiteSpace研究發文機構的突現率(表1)。從表1可以看出，2002～2022年，中國科學院南京地理與湖泊研究所是發文最頻繁的機構，發文量高達132篇；其次為中國科學院水生生物研究所，發文量累計65篇。同時，中國科學院南京地理所與湖泊研究所也是突現率最高的發文機構，突現率數值達14.33，說明該機構在湖泊富營養化領域的研究在橫向與縱向范圍上較為全面與深入，其研究成果相對其他機構更具權威性與說服力。

表1 湖泊富營養化研究領域高頻機構統計

3.4 湖泊富營養化作者分布的可視化分析

作者分為高產作者、影響作者和活躍作者。這些作者發表的高水平文獻推動著科研領域的發展和前進。利用CiteSpace軟件繪制作者共現聚類圖可以更直觀地顯示湖泊富營養化相關領域科研人員的脈絡和研究狀況[17](圖3)。

圖3 作者共現聚類

圖3為2002～2022年從事湖泊富營養化研究作者的CiteSpace聚類分析圖譜。其中節點越大代表作者發文量多，線段越粗顏色越粗代表作者之間的合作越密切。圖3中，朱廣偉[18，19]是最大的節點，其次是孔繁祥[20，21]、許海[22]、秦伯強[23]，這些研究學者近年發文量較多。此外，在作者分布方面，孔繁翔、秦伯強、高俊峰[24]等研究人員與其他學者漸漸形成了較為緊密的聯系，并占據了相對應的聯絡中心節點。如以孔繁翔為中心形成了較為廣泛的關系網絡?？傮w而言從事湖泊富營養化研究的學者在合作網絡上呈現出“大分散，小聚集”的特點。

研究表明，大多數研究熱點都是由高產作者提出的[4]。因此，為更好地展現2002-2022年國內湖泊富營養化研究熱點，從CiteSpace處理過的數據中提取前12位作者數據，并比較排名較為靠前的作者(表2)。經過比較，研究湖泊富營養化的作者發文量相對穩定。其中，文章數量最多的作者是朱廣偉(21篇)、秦伯強(18篇)、孔繁翔(15篇)，其中秦伯強是國內最早進行湖泊富營養化領域相關研究的，孔繁祥的研究時間比較短。朱廣偉、許海、秦伯強等是近20年來產出率較高的作者，表明了近年來國內這3位作者對湖泊富營養化的關注和研究較多。

表2 湖泊富營養化研究領域高頻作者統計

3.5 湖泊富營養化研究關鍵詞分布的可視化分析

關鍵詞是作品的核心詞匯，最能代表作品的研究重點和方向[25]。CiteSpace軟件可以對關鍵詞進行聚類分塊。本研究將收集到的文獻按關鍵詞分組，得到563個節點，如圖4所示，說明2002～2022年中國海洋富營養化研究主要圍繞563個關鍵詞展開。由該聚類圖譜得出，藍藻水華出現的頻次最多，富營養化與藍藻緊隨其后，說明湖泊富營養化導致藻類生長從而引起的水質污染現象一直是從事湖泊水質研究學者的熱門研究方向。而洱海[26]、巢湖[27]與城市湖泊也顯示在該聚類圖中，區域塊面積較小，表明自然湖泊與城市湖泊中出現的水體富營養化也在近20年里逐漸引起了理論界的重視。

關鍵詞的數量和增長能夠有效反映研究領域的熱點話題，關鍵詞頻率越高，研究的焦點越強。為更全面突出國內湖泊富營養化的研究熱點和前沿問題，利用CiteSpace軟件的擴展詞檢測算法計算出現頻率，提取出現頻率和頻率排名前9位的關鍵詞如表3所示。從表3可以看出，中心度高的關鍵詞分別是藍藻水華和富營養化。關鍵詞詞頻最高的是“藍藻水華”(260)，中心性0.64；其次關鍵詞詞頻是“富營養化”(159)，中心性0.54；之后關鍵詞詞頻是“藍藻”(91)，中心性是0.29。說明對藍藻水華、富營養化領域的理論研究一直以來都是湖泊富營養化研究的重點?！俺埠?35)和“洱海”(9)的中心性分別為0.04和0.01，表明兩個湖泊的富營養化研究較多。“總磷”(10)的中心性為0.02說明國內研究者對富營養化研究主要集中在受總磷影響為主的湖泊[28]，在未來的理論研究者可以更加深入探析水華發生機理，將研究對象向其他湖泊進行擴散，同時多加運用至實踐中，以更好的解決國內湖泊富營養化問題[29]。

表3 湖泊富營養化研究領域高頻關鍵詞統計分析

3.6 湖泊富營養化主題演化的可視化分析

主題的演化過程是指主題的出現、衍生和消亡，是以時間線的形式呈現出學科領域文獻的研究主題，比單純通過主題聚類來分析詞頻變化更加全面直觀[30]。CiteSpace軟件可以通過制作時間維度的主題發展圖表清楚地看到相關文獻中包含的關鍵詞的發展情況以及關鍵詞之間的關系。為挖掘湖泊富營養化的研究趨勢，本文主要以高頻關鍵詞為代表分析該學科研究前沿，繪制的時間軸視圖可以清晰地展示湖泊富營養化研究前沿隨時間的演化。根據圖5可以看出，2002～2022年，我國湖泊富營養化的研究始終圍繞藍藻水華這一主題展開并逐漸往外擴展，衍生出“富營養化”“藍藻”等熱門詞匯。從關鍵詞時間軸聚類圖譜(圖5)情況來看，湖泊富營養化研究的演變呈現出以下特點：①國內淺水富營養湖泊的生態修復和治理是重點關注內容；②遙感技術主要應用于湖泊水質變化的監測[31]；③多種生物技術應用于湖體中微生物的測量；④通過調查湖泊底棲動物的生物量和生物種類來反映湖泊水質變化[32]；⑤藍藻水華的發生機制、影響因素和分析預測方法成為近幾年的研究熱點；⑥有關氣候因素、發生機制和模型預測的水體富營養化研究將成為未來幾年的研究趨勢[33～35]。

圖5 2002～2022年國內湖泊富營養化高頻關鍵詞聚類時間圖譜

在CiteSpace軟件中，從文獻中的標題和摘要中提取出來的是研究前沿的新興詞組，它的強弱可以反映外界對文獻的關注程度。選取2002～2022年高突現率的關鍵詞，分析湖泊富營養化近20年的演化路徑，如圖6所示。突現率較高的關鍵詞有富營養化、湖泊、底泥等。關鍵詞中湖泊、時空分布、富營養化、底泥、生態恢復等領域的研究時間跨度較長，2011年后，水體富營養化的時空分布成為了研究的主要方向，研究TN、TP濃度的時空分布及其與Chl-a的相關性，對了解湖泊富營養化機制具有重要意義。

圖6 2002～2022年國內湖泊富營養化高突現率關鍵詞可視化圖譜

4 結論與展望

4.1 結論

本研究以2002～2022年在中國知網(CNKI)數據庫中有關湖泊富營養化研究的693篇論文為研究對象，借助CiteSpace軟件進行數據可視化，研究了當前湖泊富營養化研究的現狀和未來發展趨勢，結論如下：

(1)從個人發文量來看當前國內湖泊富營養化研究主要以朱廣偉、秦伯強、許海、孔繁翔等人為代表，主要研究南方淺水湖泊富營養化。從發文機構來看國內當前在研究湖泊富營養化上有一定成果的主要機構有中國科學院南京地理與湖泊研究所、中國科學院水生生物研究所、中國科學院大學、南京大學和中國環境科學研究院等。

(2)從關鍵詞共現聚類圖譜和關鍵詞聚類時間圖譜上來看，總磷是造成湖泊富營養化的主控因子；研究重點表現出由自然湖泊向人工湖泊、由低緯湖泊向高緯湖泊轉變的趨勢。湖泊富營養化發生機制、氣候變化對湖泊富營養化的影響、富營養化的智慧監測和模擬預測是當前研究的重點和難點。

(3)高緯湖泊富營養化發生機制、多技術耦合的富營養化模擬預測和富營養化智慧監控和管理平臺構建將成為未來的研究趨勢和方向。

4.2 展望

經綜合分析后，建議國內有關學者能夠更多地對高緯度湖泊富營養化發生機制進行深入研究。具體措施建議如下：

(1)加強冰封期湖泊營養鹽遷移轉化規律、湖冰結構對富營養化發生的作用及高緯湖泊富營養化發生對氣候變化的響應等方面的富營養化發生機制的研究。

(2)建立全季節“空-天-地”一體化監測體系，加強高緯湖泊的水質指標的實時監測。

(3)在湖泊富營養化預測上，可以將機理模型和機器學習方法耦合，更好地預測富營養化發生應對變化環境的響應，為決策機構保留更多的響應時間。