基于CiteSpace的水資源承載力的熱點與前沿可視化分析

張紹波，王夢琪，姜俊超

(遼寧師范大學 地理科學學院，遼寧 大連 116029)

承載力這一概念起先應用于工程力學領域上，后來通過學者的不斷嘗試，逐漸應用到了我們熟知的資源、環境、人口領域的研究，并取得了長遠的發展.水資源承載力是指在一定的技術、經濟和可持續發展的原則的基礎上，地區的水資源在歷史發展的特定階段支持社會經濟發展的最大能力[1-3].目前有關水資源承載力的研究現狀是，概念界定相對模糊，理論基礎還有待完善.

近年來，社會經濟在不斷的發展，對水資源的需求量也在不斷增加.水資源的相對短缺嚴重制約了社會的發展進步，因此對于水資源的承載力的相關研究很有必要.與之相對應的是，近期有關水資源承載力的研究成果也在不斷涌現.本文采用科學文本挖掘與可視化軟件CiteSpace對收錄的2000—2020年的文獻資料進行可視化分析，對結果繪制出可視化知識圖譜，進而分析總結出水資源承載力21 a來的研究熱點與前沿，以期待為以后提高水資源承載力的研究工作提供參考[4-5].

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本文數據采用中國知網(CNKI)和Web of Science(WOS)中收錄的研究論文期刊.在中國知網中采用高級檢索功能，設置關鍵詞為“水資源承載力”或“水資源承載能力”，

時間跨度為2000—2020年，檢索出2 977篇文獻資料，再逐一閱讀篩選，剔除會議記錄、重復論文、報紙、碩博論文等其他領域不相關文獻，最終篩選出文獻文章2 018篇.在Web of Science(WOS)中的核心數據庫中進行檢索，主題為“water resources carrying capacity”，文獻類型選擇“article”，語言選擇“English”時間跨度與CNKI檢索時一致，共檢索出889篇文獻.

1.2 研究方法

CiteSpace是由美國得克塞爾大學陳超美教授研發的一款分析和可視化文獻的軟件，它是在一個平面內利用距離的長短和遠近表示分析對象之間的密切關系.距離較近的表示具有較高的相似性，能夠組成一類，是一種描述性、探索性分析方法[6-8].文中使用CiteSpace5.7.R2分析檢索出來的文獻資料，并對文獻進行關鍵詞、作者、研究機構作為節點，時間切片設為1 a，依次生成知識圖譜.在生成的網絡知識圖譜中，N=節點的數量,E=知識網絡中連線的數量,Density=網絡的密集程度.

2 發文趨勢分析

從年度發文量來看，國內外文獻的發布總體上呈上升趨勢.文獻的發文數量可以分為3個階段.第一個階段：萌芽階段(2000—2008年)，21世紀初期，國內與國際上有關水資源承載力的研究還相對較少，發展均表現為緩慢增長，國內外對這一領域還處在不斷探索時期[9].國內的發文量飛速增長，在2008年達到峰值.這一時期國外的水資源承載力相關文獻發布數量一直是緩慢增長狀態，國內外的發文量對比發現，2008—2009年，國內外的發文量差異明顯，發文量差值達到了110篇.整理文獻資料發現，在2004年全國水利發展“十一五”規劃編制工作指導意見發布了《水利規劃與設計》，因此引起了國內學者對于水資源承載能力的研究熱情[10-14].2007年國家啟動了全國流域綜合規劃修編工作，水資源承載力的研究引起了很多學者的關注，許多學者對水資源承載力的探索有了更深更廣的發展，并產生了豐碩的研究成果[15-18].第二個階段：波動上升階段(2009—2017年)，在這一時期，國內的發文量呈曲折下降狀態，國外的文獻發文量在2009—2017年間呈不斷波動上升的態勢.第三階段：飛速發展階段(2017—2020年)，圖1顯示，國內與國際上的發文量都高速增長，發文趨勢較一致.國內的發文量在2019年達到166篇，2020年發文量達到130篇，而國際上發文量持續增長，2020年發文量達到173篇.2017年10月18日，在黨的十九大報告中總書記提出堅持人與自然和諧共生.必須踐行綠水青山就是金山銀山的理念.這一理念的提出，促使各界學者對于資源環境的關注，對于水資源承載力的研究也逐漸重視[19].

圖1 水資源承載力國內外發文量趨勢圖

3 主要研究力量分析

3.1 研究機構分布

通過CiteSpace軟件對CNKI和WOS數據庫整理出的文獻進行研究機構的分析，可以看出，國內對水資源承載力研究的機構數量較多，但關聯性不強[20]，發文量居于前5名的有中國科學院地理科學與資源研究所、水利部水利水電規劃設計總院、河海大學水文水資源學院、中國社會科學院數量經濟與技術經濟研究所、中國水利水電科學研究院，其發文量分別為56、27、27、25、24篇.這5個研究機構的發文量占到了總量的28.96%.

國際上來看，國外發文量居于前5名的機構有：Chinese Acad Sci、Beijing Normal Univ、Hohai Univ、Univ Chinese Acad Sci、China Univ Geosci，這些機構的發文量占總發文量的33.1%.表1顯示，發文量較高的研究機構多來源于中國的研究機構，這說明我國的學者對于水資源承載力的研究重視程度高于國外的一些國家機構.其中，中國科學院對該領域的貢獻最大，其次為河海大學，這些機構對于水文與水資源的研究十分重視，在我國的水文與水資源的研究中發揮了重要作用.

表1 水資源承載力研究機構信息表

3.2 國家地區合作

國際上對水資源承載力研究的國家眾多，通過CiteSpace科學計量分析軟件對WOS核心數據庫篩選出的數據進行國家合作分析[21]，得出圖2圖譜.圖譜中共有97個節點，229條連線，網絡密度為0.049 2.圖2中顯示發文量最多的是中國，達322篇，中心性達0.21.排于第二的是美國，發文量為124篇，中心性高達0.35，可以看出美國與其他國家的交流合作程度較密切.研究發現法國和西班牙的中心性較高，分別為0.29和0.18，這兩個國家對于水資源承載力領域的研究與除中國、美國的其他國家的合作交流更加活躍.由此可以看出，我國對水資源承載力的研究有所成果，在水資源承載力的研究領域有較強的學術影響力.

圖2 水資源承載力國家地區合作圖譜

3.3 作者合作

選擇“Author”為網絡節點，時間切片為1 a，對國內外研究作者進行共現分析，生成作者共現圖譜.如圖3可見，國內作者共現圖譜中有658個節點，203條連線，網絡連接密度為0.001 9.國外作者的研究圖譜中節點有558個，329條連線，連接密度Density=0.002 1.

圖3 國內外水資源承載力作者共現網絡可視圖

對比分析可以發現：①國內于水資源承載力的研究學者較多，發文量較多的學者有何君、樂琪浪、金菊良、酈建強、馮利華、何俊仕、董增川，發文量分別為23、21、16、16、13、11、10篇.國外發文量居于前列的學者為SHEN Liyin、WANG Jinhuan、REN Yitian、LIU Zhi、YANG Xiaohua、SHU Tianheng、PENG Tao等，發文量分別為5、4、3、3、3、3、3篇.②圖譜中可以通過觀察研究學者之間的連線來判斷學者之間的合作情況，網絡圖譜中連線越密集代表研究成分之間的聯系越緊密，對比圖3可以看出國內學者的合作更加密切.其中,以何君、金菊良、酈建強等學者形成的研究團隊合作關系較為密切[22].

4 研究熱點分析

4.1 關鍵詞和中心度分析

共現分析是一種常用的文獻計量方法，它是在現有文獻基礎上對文獻內容進行內容分析的一種方法.不同的文獻并不是孤立存在的，同一領域的文獻其關鍵詞通常是相似的[23-24].因此，通過對高頻關鍵詞進行共現分析，可以反映出該領域的研究主題，研究熱點和未來趨勢[25-26].

選擇“keyword”為網絡節點，時間跨度選擇2000—2020年，時間切片為1 a，運用CiteSpace軟件裁剪后生成關鍵詞共現知識圖譜.外內的關鍵詞共現圖譜中共有559個節點，1 540條連線，網絡連接度為0.009 9.國內的關鍵詞共現圖譜中有779個節點，1 357條連線，網絡連接度為0.004 5.在分析關鍵詞共現圖譜時發現由于國內的關鍵詞節點過多，有很多相似的關鍵詞，故需對有相似的關鍵詞節點進行合并處理，例如：水資源承載力和水資源承載能力、層次分析法和層次分析法(ahp)、主成分分析法和主成分分析法(pca)、人工神經網絡和人工神經網絡(ann)、萬元產值用水量和萬元gdp用水量等.為使圖譜表現更加清楚，調節節點的大小、顏色、文字底紋等，最后得出圖4的國內外關鍵詞的共現圖譜.

圖4 國內外水資源承載力關鍵詞共現網絡知識圖譜

對關鍵詞進行頻次和中心性的分析，高頻次的關鍵詞是指在該領域中的所有文獻中出現頻率較高的關鍵詞[27].在國內的關鍵詞共現圖譜中，可以看出水資源承載力、水資源、可持續發展和主成分分析法是出現頻率較高的幾個關鍵詞.研究表明，水資源承載力的研究熱點在可持續發展和主成分分析法這兩方面.

對篩選的WOS數據庫進行關鍵詞頻次分析，出現頻次較高的關鍵詞有model、climate change、water、water resource、system、impact.這說明在國外的研究重點集中在研究模型系統的建立以及氣候變化對于水資源承載力的影響上.

4.2 關鍵詞突現分析

關鍵詞是對論文的高度概括，對文獻的關鍵詞進行關鍵詞突現分析，可以觀察出不同年份的關鍵詞的研究熱點趨勢[28].利用CiteSpace軟件對文獻資料進行關鍵詞的突現分析，可以得出國內的22個突現關鍵詞，國外的突現關鍵詞有9個.國內的突現關鍵詞按突現強度分析，突現強度較強的關鍵詞有可持續發展、主成分分析、熵權法、層次分析法、集對分析、水環境承載力和水質等.而國外的突現關鍵詞按突現強度劃分，位于前列的是growth、pollution、climate change.從關鍵詞的突現強度可以看出國內的水資源承載力研究熱點多集中在可持續發展、研究方法和水環境狀態上，而國外的水資源承載力的研究熱點主要集中在如何提高水資源的承載能力、水資源的污染情況以及氣候變化對于水資源承載力的影響上.

圖5是按照關鍵詞的突現時間呈現的關鍵詞突現圖譜，由圖可知，國內的水資源承載力的研究在2000—2010年的研究重點主要放在對于水資源的可持續利用以及構建節水型社會上，而近年來我國對于水資源承載力的研究多從研究方法上入手，學者多采用主成分分析法、層次分析法、熵權法以及生態足跡分析來進行水資源承載力的相關研究.2016—2020年的突現關鍵詞表現出近幾年來的水資源承載力的研究集中在集對分析、熵權法、水足跡、水質、topsis法、聯系數，且遼寧省和長江經濟帶成為水資源承載力研究的熱點區域.

對國外發表的文獻進行關鍵詞突現分析，可以觀察到2006—2017研究時段內國外對于這一領域的研究重點在管控水資源的污染問題、提高水資源的承載能力和利用效率幾方面.圖5顯示，國外有關水資源承載力的研究2018—2020研究時段內的研究重點是氣候變化對水資源承載力的影響、優化水資源配置、水足跡研究法和水環境承載力幾個方面.

圖5 國內外按時間分布的水資源承載力關鍵詞突現圖表

4.3 關鍵詞聚類分析

聚類分析能夠定量研究事物分類和分區問題，是文獻計量中常用的方法.聚類分析的基本原理是，依據樣本自身屬性，用數學方法按照某種相似性或差異性指標，定量確定樣本間的親疏關系，并按照這種親疏關系程度對樣本進行聚類[29].在聚類分析譜系圖中，同一類別內部相似性較高，而不同類別的樣本之間差異性較大.本文將高頻關鍵詞矩陣用CiteSpace軟件進行聚類分析，得出水資源承載力領域高頻關鍵詞整體分類情況.

圖6可見，水資源承載力的高頻關鍵詞整體可以分為12類，主要包含#0層次分析法、#1水資源、#2投影尋蹤、#3水環境承載能力、#4可持續發展、#5山東省、#6承載能力、#7spss、#8系統動力學、#9模糊評價、#10規劃環評、#11水權管理.說明這些關鍵詞可以代表水資源承載力研究的熱點領域.關鍵詞聚類結果中聚類的數字越小，說明在該領域中的這一聚類的文獻數量越多，也說明這一聚類的重要性越高.在國內水資源承載力的研究進程中，多以層次分析法和投影尋蹤法來評價水資源承載力，同時，水資源承載力與水環境承載力的研究密切相關，

圖6 國內外水資源承載力關鍵詞聚類分布圖

對于國外的關鍵詞進行聚類分析，可以分為7類，#0 water resources、#1 aquaculture、#2 adsorption、#3 water footprint、#4 water resource carrying capacity、#5 resilience、#6 herd-die-offs.國外對于水資源承載力的研究重點主要是集中在水產業、吸附分析法和水足跡的研究.

5 結果與討論

本文通過對國內外水資源承載力的研究綜述，采用文獻計量軟件CiteSpace對21 a來國內外的水資源承載力的核心文獻進行科學圖譜分析，客觀的呈現了研究機構、團隊及研究熱點與前沿，為未來學者對水資源承載力的綜合性研究提供了借鑒.主要結論如下：

國內外有關水資源承載力的研究中，從發文量來看，國內和國外的文獻發文量整體上呈波動上升的趨勢.從2017年開始，國內外的發文量都高速增長，發文的數量增長趨勢相似.

中國、美國和法國在水資源承載力領域的研究成果較為顯著，其中，美國與周圍國家的交流合作程度比發文量更多的中國更密切.研究機構在該領域占有主要地位的有中國科學院地理科學與資源研究所、水利部水利水電規劃設計總院、河海大學水文水資源學院.國內在水資源承載力領域的學者較多，代表性的作者有樂琪浪、金菊良、酈建強等.

國內水資源承載力的研究熱點多集中在可持續發展、研究方法和水環境狀態上，而國外的水資源承載力的研究熱點主要集中在如何提高水資源的承載能力、水資源的污染情況以及氣候變化對于水資源承載力的影響上.國內的研究前沿體現在對于水資源承載力研究方法和研究區域上，其中,集對分析法、熵權法、水足跡法、topsis法、聯系數法是目前較前沿的研究方法，遼寧省和長江經濟帶成為研究水資源承載力的熱點區域.國外的水資源承載力的研究前沿主要體現在對于水資源水環境的優化和水足跡分析法.

通過對水資源承載力國內外核心文獻的文獻計量可視化分析，得出了水資源承載力在國內外的研究熱點與前沿.我國在水資源承載力研究領域占有重要地位，研究發現國內不同機構的聯系合作程度密切，與其他國家之間的合作交流較少.在今后的科研工作的開展中可以通過組織召開學術性的交流會議來分析研究進展，交流分享.