基于CiteSpace的黃河三角洲生態環境研究進展

朱志鹍

(山東建筑大學 學報編輯部，山東 濟南 250101)

0 引言

黃河三角洲是全球最年輕的河口三角洲，地處溫帶季風區，雨熱同期，發育著我國暖溫帶最完整的濕地生態系統，具有豐富的動植物資源，對維持生物多樣性、維護黃河下游和黃渤海生態安全起著重要作用[1]。同時，土地鹽漬化、鹽堿地面積大、分布廣則是黃河三角洲的主要特征之一[2]。近年來，圍繞黃河三角洲植被形成、分布和變化機制[1]，濱海濕地碳交換及其影響機制[3]，鹽堿地土壤改良與濱海濕地生態修復[4-5]、土地利用/土地覆蓋變化[6]、水文連通[7]等領域，已經開展了大量研究工作，取得了一系列研究成果。2009年，國務院正式批復《黃河三角洲高效生態經濟區發展規劃》，黃河三角洲地區的發展上升為國家戰略，成為國家區域協調發展戰略的重要組成部分[8]。目前，黃河流域生態保護與高質量發展也已成為國家戰略，2022年發布的《山東省黃河流域生態保護和高質量發展規劃》中，提出了要保護修復黃河三角洲和高水平建設黃河口國家公園[9]。應用文獻計量學的方法分析整個黃河研究領域的文獻，發現發文量高峰期出現在2009年之后，且黃河三角洲一直是研究的熱點[10]。因此，梳理和總結黃河三角洲生態環境研究領域的研究進展，為其未來發展規劃提供參考和依據，是目前亟待完成的工作。

科學知識圖譜是以知識域為對象，顯示科學知識的發展進程與結構關系的一種圖像，其將數據挖掘、信息處理、知識計量和圖形繪制結合，能夠直觀形象地全面解讀學科的國內外發展趨勢、研究進展、熱點前沿、學科知識結構及其動態演化關系[11-12]。隨著科研論文數量的逐年增加，知識圖譜已經成為研究不同學科發展動態的重要方法。CiteSpace 是具有較強的文獻計量和知識圖譜可視化功能的軟件，已成為目前最流行的文獻計量工具，在許多學科方向得到了廣泛應用[11]。在生態學相關研究領域，已經應用到了生態補償[13]、濕地恢復[14]、生態系統碳水耦合[15]、城市綠地生態系統文化服務[16]等眾多研究方向。因此，文章利用CiteSpace 軟件，對黃河三角洲生態環境研究領域的作者、機構、關鍵詞及研究領域等進行知識圖譜繪制，并分析其研究熱點，以期把握研究的前沿，推動黃河下游的生態保護與高質量發展。

1 數據來源與方法

中國科學引文數據庫(Chinese Science Citation Database，CSCD)創建于1989年，收錄我國數學、物理、化學、天文學、地學、生物學、農林科學、醫藥衛生、工程技術、環境科學和管理科學等領域出版的千余種中英文科技核心期刊和優秀期刊。文章以中國知網期刊庫中CSCD 為數據源，采用高級檢索方式，以主題“黃河三角洲生態”或“黃河三角洲環境”為檢索條件，檢索日期限定為2021年12月31日，檢索得到552 條文獻；剔除編者按、新聞等無關文獻并篩選精煉相關文獻，最終得到了500 條文獻。

Web of Science 數據庫是由美國科技信息所推出的引文索引數據庫，已成為國際公認進行科學統計與科學評價的主要檢索工具利用。文章以Web of Science 核心合集的科學引文索引(Science Citation Index， SCI)為數據來源，以“yellow river delta ecology OR yellow river delta ecosystem OR yellow river delta environment”為檢索主題，語種選擇英語，文獻類型選擇論文和綜述論文，出版年選擇2001—2021，共檢索得到699 篇文獻，通過篩選精煉，最終得到與黃河三角洲生態環境研究相關的400 篇文獻。

利用CiteSpace 6.1.R2 軟件分別處理中文和英文的文獻信息數據，繪制作者、機構、關鍵詞等知識圖譜并進行分析。

2 文獻總體結果分析

2.1 發文量

黃河三角洲生態環境研究相關的發文量變化如圖1 所示。

圖1 發文量統計圖

2009—2014年，中文期刊發文量呈下降趨勢，在2014—2021年，發文量震蕩增加。SCI 期刊發文量整體上呈持續增加的趨勢，尤其是近兩年，黃河流域生態保護和高質量發展上升為國家戰略后，關于黃河三角洲生態環境研究的文獻量快速增長，2020和2021年發文量分別為78、80 篇，體現出政府制定的地方發展政策對研究的導向性作用。

2.2 研究機構分析

研究機構可視化圖譜如2 所示，節點大小表示發文量多少。中文期刊的研究機構合作圖譜如圖2(a)所示，共有327 個節點，網絡密度為0.008。中國科學院大學、濱州學院、中國科學院煙臺海岸帶研究所、山東省林業科學研究院、山東師范大學、山東農業大學、北京師范大學。SCI 期刊論文發布機構如圖2(b)所示，共有269 個節點，網絡密度為0.011。Chinese Academy of Sciences(中國科學院)和Beijing Normal University(北京師范大學)是發文量最高的兩家機構，且中心性較高(中心性＞0.4)，起到了節點間紐帶的作用。其他出現頻次較多的單位還包括Ocean University of China(中國海洋大學)、 University of Chinese Academy of Sciences(中國科學院大學)、 Binzhou University (濱州學院)、Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology(青島海洋科學與技術試點國家實驗室)、Shandong University(山東大學)。可以看出，山東省內的高校和科研院所發文較多，在黃河三角洲生態環境研究領域具有明顯的地域優勢。

圖2 黃河三角洲生態環境研究領域機構合作圖譜

2.3 作者分析

作者合作網絡圖如圖3 所示。中文期刊作者圖譜如圖3(a)所示，共有409 個節點，752 條連線，網絡密度為0.009。可以看出，發文量最多的前兩個研究團隊，分別為中國科學院煙臺海岸帶研究所韓廣軒-魯東大學于君寶帶領的科研團隊，濱州學院山東省黃河三角洲生態環境重點實驗室的夏江寶、陸兆華、劉京濤等帶領的科研團隊。另外，發文量較多的有北京師范大學崔保山、白軍紅帶領的科研團隊，青島海洋地質研究所的葉思源帶領的科研團隊，北京林業大學張明祥、張振明帶領的科研團隊。英文期刊作者圖譜如圖3(b)所示，共396 個節點，678條連線，網絡密度為0.009。可以看出，發文作者與中文期刊作者高度一致，說明研究人員基本來自國內。北京師范大學CUI BAOSHAN(崔保山)、BAI JUNHONG(白軍紅)為在英文期刊發文最多的團隊，而HAN GUANGXUAN(韓廣軒)團隊在中文、英文期刊發文均較多。

圖3 黃河三角洲生態環境研究領域作者合作圖譜

中國科學院煙臺海岸帶研究所韓廣軒帶領的科研團隊依托黃河三角洲濱海濕地生態試驗站，開展了黃河三角洲濕地環境、生態、資源災害等長期的綜合觀測，在濱海濕地碳交換機制、對氣候變化的響應、退化濕地生態修復等方面產出了大量的研究成果[3]。濱州學院山東省黃河三角洲生態環境重點實驗室研究團隊圍繞著黃河三角洲鹽堿地土壤理化特性及其植被恢復等方面展開了大量研究工作。青島海洋地質研究所的葉思源帶領的科研團隊聚焦濱海濕地生態地質碳循環研究領域，創建了濕地地質學理論，成了相應的方法體系，取得了重要成果[17]。北京師范大學崔保山、白軍紅帶領的科研團隊在黃河三角洲濱海濕地水文連通機理、濕地生態修復政策與實踐等方面有重要貢獻[7，18-19]。北京林業大學張振明、張明祥團隊則關注水文連通強度對濕地土壤養分、植被生態化學計量影響方面的研究[20-21]。

3 研究內容分析

3.1 研究主題

利用CiteSpace 軟件的聚類功能cluster 中的對數似然比(log-likelihood ratio， LLR)算法，對關鍵詞進行聚類分析。聚類的規模越大，則編號越小；而當平均輪廓值S＞0.7 時，表明聚類是高效且令人信服。中英文研究文獻關鍵詞聚類分析的結果如圖4 所示，其平均輪廓值S分別為0.905 9、0.875 1，表明聚類結果劃分合理。

圖4 關鍵詞聚類圖譜

黃河三角洲生態環境研究領域的中文文獻主要圍繞土地利用、濱海濕地、多樣性、濕地、檉柳、土壤、土壤養分等7 個主題開展，其對應的代表性關鍵詞見表1。英文文獻聚類結果多達15 個，分別為Bohai Sea(渤海)、hydrological connectivity(水文連通)、 CH4emissions (甲烷排放)、 land surface temperature(地表溫度)、common reed (蘆葦)、ecosystem (生態系統)、heavy metals(重金屬)、Yellow River Delta(黃河三角洲)、plant community(植被群落)、coastal zone(海岸帶)、land use type(土地利用類型)、net nitrification(凈硝化作用)、salt marshes(鹽沼)、 saline soil (鹽漬土)、 supratidal wetland(潮上帶濕地)，對應的重要關鍵詞見表2。從關鍵詞聚類結果分析，黃河三角洲生態環境研究領域主要包括:(1)水文連通及其影響；(2)退化濱海濕地的生態修復，鹽堿地土壤化性質、鹽漬化程度以及生態修復；(3)典型生態系統固碳能力及影響因子；(4)土地利用變化及其驅動力。

表1 中文期刊關鍵詞聚類表

表2 英文期刊關鍵詞聚類表

3.1.1 濕地的水文連通特征與生態效應

對黃河三角洲濕地的水文連通及其生態效應的研究處于快速發展的初步階段。在空間維度上，劉佳凱等[22]分析了黃河三角洲橫向水文結構連結的空間尺度的變異性，發現潮間區和生態補水區的水文連通較強，而鹽沼區和河濱區則相對較弱。在時間維度上，劉燁凌等[23]研究了46年間黃河三角洲河湖沼水系的水文連通時空演變，認為結構連通性呈增長趨勢，而功能連通性呈先下降再小幅增長的趨勢，明顯受人類活動影響。而駱夢等[24]以黃河三角洲典型潮溝系統為研究對象，分析了其水文連通的空間異質性特征及與潮溝形態、地形地貌特征的響應關系，并以鹽地堿蓬為例，研究了水文連通的生態效應，發現其分布主要取決于植物生命周期的各個過程對水文連通特征的適應性差異。

3.1.2 濕地生態系統碳匯強度及其對氣候變化的響應

(1)生態系統碳匯強度的估算

濱海濕地是藍碳的重要組成部分，在應對氣候變化、實現“雙碳”目標等方面發揮重要作用[25-26]。對于濱海濕地碳匯研究領域，研究集中在土壤-水體-植被-大氣間的碳(CO2和CH4)交換過程。利用渦度相關法的定位觀測數據，研究人員定量評價了鹽地堿蓬、蘆葦等典型的濕地生態系統與大氣間的凈碳通量交換[27-30]。其中，蘆葦濕地(潮上帶)、鹽地堿蓬濕地(潮間帶)多年平均的CO2匯強度分別為(-171.48±50.42)、(-51.7±9.7)g/(m2·a)[31-32]。

而在區域尺度上，遙感資料結合數值模型是評估一定區域內植被碳收支狀況的常用方法。利用Landsat 數據和CASA 模型，學者估算了黃河三角洲植被的凈初級生產力(Net Primary Production，NPP)，發現黃河口新生濕地植被NPP 在1998—2016年整體呈下降趨勢[33]，而整個黃河三角洲植被的NPP 卻呈現增加的趨勢，可能是由于農田NPP總量增加的貢獻[34]。

(2)對氣候變化的響應

諸多環境因子(溫度、水分、光照等)和生物因子(葉面積指數、地上生物量等)通過影響光合作用或呼吸作用，從而影響不同時間尺度的生態系統碳收支狀況[35]。目前，科研人員在野外開展了溫度、降水、養分(氮、磷)等控制試驗，并據此研究生態系統對全球變化的響應機制。基于黃河三角洲濱海濕地5年的持續增溫試驗發現增溫不僅改變了微生物群落的多樣性，同時也改變了微生物之間的相互作用關系，可能引起土壤碳的損失[36]。降雨引起土壤濕度的顯著增加，從而減弱土壤呼吸作用[37]。從長時間尺度看，降雨的季節分配是濱海濕地凈生態系統碳交換年際變化的主要因素。春季降雨可以改變植物萌發關鍵期的土壤水鹽動態，調控植物生長進而影響生態系統全年的碳收支[32]。而極端降雨事件可使蘆葦濕地生態系統吸收的CO2減少＞50%，顯著抑制其碳匯能力[38]。

近岸海域富營養化導致的大量氮輸入對鹽沼濕地穩定性和碳匯功能構成嚴重威脅[25]。對于鹽沼濕地，基于野外氮磷添加控制試驗平臺4年的監測數據表明，氮磷輸入促進了植被生物量的累積和改變了土壤微生物的組成，使得土壤中可溶性有機碳(Dissolved Organic Carbon， DOC)增加[39]。而處在潮間帶的鹽沼濕地，顯著區別于其他陸地生態系統的特征之一就是周期性的潮汐作用，這造成鹽沼濕地干濕交替，導致其生物地球化學循環過程具有獨特性，必然影響其碳收支平衡[26]。基于渦動相關系統的觀測數據表明，潮汐作用引起的干濕交替明顯促進了白天鹽沼濕地生態系統對CO2的吸收[40]，但同時也導致了CH4脈沖式排放，增加了其排放量[41]。

3.1.3 黃河三角洲的生態修復

(1)鹽堿地改良與生態農牧化

黃河三角洲的鹽堿地分布較廣，2012—2018年，黃河三角洲輕、中度鹽漬土面積明顯增加，鹽漬土總面積呈擴大趨勢[42]。因此，鹽漬土的改良與修復已經成為黃河流域生態保護和高質量發展的重要內容。對鹽堿地的改良技術，多采用暗管排堿等水利工程措施、上農下漁，但成本高、維護難，生態擾動大[43-44]。而且，隨著耕地面積的增加，農業用水與鹽堿地改造消耗用水之間的矛盾愈發明顯[2]。針對這些問題，有學者提出了采用生態系統的理論和生態工程技術，構建鹽堿地耐鹽牧草“種植-養殖-生物有機肥生產-鹽堿地改良”和肥力提升的生態循環農業生態系統，并結合智能農機、現代信息技術，打造鹽堿地現代生態草牧業和鹽堿地現代精致農業[2]，為黃河三角洲高質量發展提供了參考。

(2)退化生態系統的恢復

近年來，由于自然和人為因素共同作用，黃河三角洲濕地、貝殼堤島等生態系統嚴重退化。植被恢復是貝殼堤島生態系統重建的主要措施[45]。針對優勢植被群落，如檉柳、旱柳等，學者們開展了植物在干旱脅迫下利用土壤水分的策略研究，分析了林地、草地生態系統的土壤物理特征[45]，研究了貝殼堤島典型灌木生態化學計量特征[46]，在不同土壤水分條件下的光合特性[45，47]，以及黃河三角洲灘地植被對不同深度土壤的物理性質、鹽堿程度及土壤肥力的改善作用[48]。在此基礎上，開展了不同植被模式對鹽堿地土壤的改良效應研究，發現林草復合模式可顯著改善濱海鹽堿地的土壤理化性能，增加土壤孔隙度和貯水量，降低土壤密度，提高土壤有機質、速效養分含量和土壤微生物數量[49]。

由于人類活動，如油田開發、圍海養殖以及農業開墾等，導致黃河三角洲濕地面積逐漸縮小，鹽堿程度加劇。針對這些問題，目前已經開展了濕地生態修復工程，其方式多為人工引淡水漫灌，以期達到壓堿洗鹽和恢復濕地植被的目的[50]。柏建坤等[51]利用模糊綜合評價法定量評價了蘆葦濕地的修復效果，發現人工引淡水漫灌的方法對修復區的水體指標和土壤指標參數顯著改善，而植被生物量和密度與自然樣地還有較大差距。除了土壤的性質指標，LI 等[52]從大型底棲動物的豐度和多樣性角度評價了濕地恢復的效果。

(3)互花米草的防治

互花米草是一種典型的鹽生植物，具有較強的耐淹能力和繁殖能力，這些特點使其在濱海濕地迅速擴張[53]。入侵的互花米草會使濱海濕地潮溝形態發生變化[54]，改變了土壤理化性質，進而改變了碳、氮、磷等生物地球化學循環過程，導致植物群落豐度降低，底棲動物減少[55-56]。互花米草的治理已經成為黃河三角洲生態保護與修復的重要內容之一。研究表明，采用“刈割＋淹水”的綜合治理措施能有效地清除治理區域的互花米草[57]，目前已成為山東省主要的防治措施，并取得了較好的治理效果[58]。

3.1.4 土地利用變化及其驅動因素

黃河挾帶的大量泥沙在河口沉積，而入海水沙量和濱海區的海洋潮流條件共同并引起河口海岸線的變遷[59]。然而，自1990年以來，由于港口建設、圍海養殖等活動的增多，自然岸線逐漸減少，人工岸線不斷增加[60]。人類活動(圍填海、墾殖、石油開采等)是導致黃河三角洲土地利用/土地覆蓋(Land Use/Land Cover，LULC)變化的主要驅動力。2000—2015年，黃河三角洲鹽田和建設用地面積急劇增加，而使濱海濕地面積銳減[61]。LULC 的變化不僅影響土壤物理特性[62]，而且使得濱海濕地生態服務價值減少了17.4%[61]。此外，LULC 的變化還深刻影響了濱海藍碳儲量，1970—2010年，由于人類活動和自然過程導致黃河三角洲濕地面積減少了2 028 km2，相應地， 濱海藍碳儲量減少了10.2%(1.63×106Mg)[63]。

3.2 研究熱點分析

突現詞的出現代表一定時期內某個研究領域的關鍵詞出現頻率快速增加，反映了此時期的研究熱點或趨勢。CSCD 期刊和SCI 期刊論文的突現強度排名前10 的關鍵詞見表3 和4。集中爆發時間段為2016—2019年。

表3 CSCD 期刊黃河三角洲生態環境研究領域熱點詞突現表

CSCD 期刊在2016年之前出現的突現詞為濕地、評價、空間分布、分布特征、土壤鹽分，其中分布特征、土壤鹽分是突現時間較長(2013—2017年)的關鍵詞；2016年后出現的突現詞為檉柳、光合作用、景觀格局、蘆葦、水文連通。檉柳是鹽堿區主要的植被恢復物種，圍繞著不同的土壤水分和鹽分條件下，檉柳的水分利用策略和幼苗成活率，學者們開展了深入研究[64]。“光合作用”是突現時間最長的關鍵詞(2016—2021年)，“蘆葦”和“水文連通”是備受關注的主題。其中，“蘆葦”的突現強度達到3.96，自2018年開始成為關注的焦點，是目前強度最高的突現詞。蘆葦是黃河三角洲典型的建群種植被之一，近年來研究多集中在環境條件(如鹽脅迫、人類活動等)對其生理生態影響[65-67]，以及其碳通量特征與影響因子[29]。

SCI 期刊論文在2017年之前的突現詞為management(管理)、surface sediment(表層沉積物)、nitrogen(氮)、sea(海洋)、estuary(河口)，其中“surface sediment” 突現時間段最長(2012—2016年)，“河口”突現強度最高(4.87)。自2002年開始，黃河進行了多次調水調沙，對黃河三角洲，尤其是對濱海生態系統和生物地球化學循環過程產生了重大影響[68]。而黃河入海口表層沉積物、氮輸入、河口的動態變化等研究是這個時期熱點。2017年之后，出現的突現詞為ecosystem service(生態系統服務)、evolution(演變)、Suaeda salsa(鹽地堿蓬)、water (水)、 response (響應)。其中“ecosystem service”突現時間較長(2016—2018年)，突現強度高(4.06)。黃河三角洲的水沙資源日趨減少，水資源不足已是黃河三角洲高質量發展的重大挑戰之一[2]。水資源管理、濕地生態系統對全球變化的響應也是研究熱點。

表4 SCI 期刊黃河三角洲生態環境研究領域熱點詞突現表

4 結論

文章以CSCD 數據庫、SCI 數據庫中關于黃河三角洲生態環境研究的論文為研究對象，利用文獻信息可視化的工具CiteSpace，分析了當前的研究現狀及趨勢，主要結論如下:

(1)2019年黃河流域生態保護和高質量發展上升為國家戰略后，關于黃河三角洲研究的文獻數量快速增長，形成了以韓廣軒、崔保山、夏江寶、葉思源等為主的核心作者群，發文量較多的機構有中國海洋大學、濱州學院、中國科學院大學、北京師范大學、中國科學院煙臺海岸帶研究所等。

(2)黃河三角洲生態環境的研究涉及生態學、土壤學、環境科學、水文與水資源、農學、林學等眾多領域，體現了鮮明的學科交叉特點。

(3)黃河三角洲生態環境研究的核心內容包括鹽堿地改良與植被恢復、濱海濕地生態修復等，而濕地水文連通、水資源管理、典型濕地生態系統的碳源匯狀況及對氣候變化的響應等是近年的研究熱點。