基于CiteSpace文獻計量分析的生態網絡構建研究進展

欒春鳳　郭欣然　陳敏超

摘要 生態網絡構建作為一種有效的生態手段，對于保護物種多樣性，建設城市生態空間及優化國土空間資源配置方面有積極意義。利用Arcgis平臺運算、對遙感數據解譯利用等新技術，應用層次分析法（AHP）、專家打分法（德爾菲法）等分析方法使生態網絡的構建更加精準。以CNKI、WOS為數據源，用知識圖譜計算工具CiteSpace進行定量分析，通過數據可視化與內容的結合進行研究，對于構建生態網絡方面的研究進展、研究方法進行分析，特別是針對“MCR模型”在生態網絡的應用進行深入研究，對不同尺度范圍綠地生態網絡構建方法進行總結，最后對未來研究發展態勢作出展望。結果表明，我國基于MCR模型構建生態網絡的研究，按照發文量可分為3個階段，即啟蒙階段、快速發展階段、穩步發展階段；而現階段最小阻力模型（MCR）在生態網絡的應用已經趨于成熟，只是在因子選取及賦值方面未形成統一科學標準；此外，研究尺度呈現多元化，涉及市、省、城市群等多尺度。

關鍵詞 生態網絡；國土空間規劃；城市綠地；最小阻力模型（MCR）；Citespace

中圖分類號 S-058 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2023）06-0237-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.06.054

Research Progress of Ecological Network Construction Based on CiteSpace Bibliometric Analysis

LUAN Chun－feng1，GUO Xin－ran1，CHEN Min－chao2

（1.School of Architecture，Zhengzhou University，Zhengzhou，Henan 450002;2.Henan Chunjing Environmental Engineering Limited Company，Zhengzhou，Henan 450000）

Abstract As an effective ecological measure，ecological network construction plays a positive role in protecting species diversity，constructing urban ecological space and optimizing the allocation of national territorial space resources.Using Arcgis platform operation，remote sensing data interpretation and utilization of new technologies，through the application of Analytic Hierarchy Process （AHP） and expert scoring method （Delphi method），the construction of ecological network was more transparent and easy to operate.Taking CNKI and WOS as data sources，we used the knowledge graph computing tool CiteSpace for quantitative analysis.Through the combination of data visualization and content，we analyzed the research progress and research methods in the construction of ecological network.In particular，the application of ‘MCR model’ in ecological network was deeply studied，and the construction methods of green space ecological network at different scales were summarized.Finally，the development trend of future research was prospected.The results showed that the research on ecological network construction based on MCR model in China could be divided into three stages according to the number of publications，enlightenment stage，rapid development stage and steady development stage; At the present stage，the application of least esistance model （MCR） in ecological network had become mature; but there was no unified scientific standard in factor selection and value assignment.Besides，the research scale was diversified，involving city，province，urban agglomeration and other scales.

Key words Ecological network;National territory spatial planning;Urban green space;Minimum resistance model （MCR）;Citespace

生態網絡（ecological network，EN）出現于20世紀80年代［1］，自提出到現在，生態網絡規劃和實踐就在國際上蓬勃發展，尤其是西方國家從最初歐洲的林蔭大道以及綠帶等景觀軸線［1］，到美國以波士頓體系為代表的綠道體系［2］，直至現在發展到綠地生態網絡概念［3］。從注重形態結構到著眼于功能作用，從小尺度區域到大范圍城市群，綠地生態網絡的研究深度以及構建尺度不斷突破。在新型城鎮化戰略、綠色轉型、共建地球生命共同體的宏觀背景下，解決生態問題、面向高質量發展的空間治理成為熱點話題。黨的十九大以來，隨著生態文明建設的持續深入推進，構建城市生態網絡成為協調城鎮建設與生態保護的重要空間技術手段［4-5］。生態網絡的建設范圍也從城市到整個市域，建設尺度小至社區、鄉鎮，大到都市圈、城市群［6］。當下國土規劃工作的重點通過協調城鄉建設空間與生態空間之間的矛盾沖突，做到建設空間與生態保護協調推進，實現國土空間格局的優化。一系列生態建設的政策陸續頒布，也涉及省、市、縣等不同層次范圍［7-8］，也涉及礦山修復［9］、黃河生態建設［10］等不同領域。

目前綠色生態網絡構建研究的重點著眼于優化國土空間總體格局，促進區域協調發展，通過識別重要生態斑塊、廊道和網絡，構建連續、完整、系統的生態保護格局和空間網絡體系［11］，實現生態環境可持續發展與城鎮化進程協同發展。生態網絡以“點-線-面”的構建方式形成，“點”即生態節點，“線”即生態廊道，“面”即生態源地。在研究方法上，源地識別方法可分為直接識別法和綜合評價法［12］；阻力面構建的方法主要有形態空間格局分析法（MSPA）、土地利用類型賦值法；生態廊道構建有MCR模型、圖論和電路理論等理論方法［13］。其中，MCR模型能較好地模擬生物空間運動的潛在趨勢與景觀格局改變之間的關系［14］。鑒于此，筆者基于CiteSpace軟件對近年來國內外的相關研究進行文獻計量分析，梳理國內外利用MCR模型進行生態網絡研究的現狀與方法，為后續的研究提供參考。

1 MCR模型的起源與發展

1.1 MCR模型的提出及應用

最小阻力模型（minimal cumulative resistance，MCR）最早在1992年由Van等［15］提出，現已廣泛應用于景觀生態學及物種保護等領域，后被我國學者俞孔堅教授提出用于生態安全格局構建中［16］，目前也在土地利用規劃領域得到了廣泛認同。MCR模型的應用在宏觀上涉及土地利用、生態安全格局優化、景觀生態安全格局構建、城市生態安全格局規劃、區域生態安全格局構建等［16-17］，在微觀應用于生態網絡構建、綠色基礎設施規劃［17-18］等生態建設；從研究尺度看，涉及省域、市域、區域等多尺度。同時，國內學者也逐漸將MCR模型用于旅游規劃、城市空間增長、流域網絡、土地利用等社會經濟領域（表1）。

1.2 MCR模型的基本操作

最小阻力模型的計算原理就是在圖論的基礎上，計算空間單元到目標源地的運動過程中最小累計耗費距離［25］，通過最小阻力值來確定最小遷移路徑即“源-匯”理論。該模型通常結合重力模型、圖譜理論和連接指數等來定量評價和優化生態網絡，在俞孔堅等人的修改下［26］，最小累積阻力模型公式（1）如下：

MCR=fmini=mj=n（Dij×Ri）（1）

式中，fmin表示最小阻力值；Dij表示從源點j到空間單元i的空間距離;Ri表示空間單元i的阻力系數。

利用MCR模型的整個過程都在ArcGIS中的cost-distance中進行運算分析，步驟如圖1。在模擬計算前要確定目標源地擴張的阻力面，即選擇對源地擴張的阻力因子構建阻力面，參考前人研究或相關文獻和研究成果來確定各阻力因子的權重［27］，之后在數據平臺進行空間加權計算。

楊志廣等［28］就廣州改革開放后建設用地侵占重要生境斑塊這一生態問題，基于對廣州城市生態廊道構想以及市域生態網絡初步建設［29-30］的相關研究，在選取目標源地后，基于MCR模型構建源地間的生態廊道網絡，實現以連通性指數定量的分析生態網絡結構，為廣州市生態網絡構建提出優化策略。王玉瑩等［31］就如何實現社會經濟快速發展下的生態可持續發展這一議題，基于MCR模型構建江蘇省生態網絡來構建結構完整的區域景觀生態格局，為其他省域范圍內的生態網絡構建提供參考。應用MCR模型是獲得物種遷移最佳最小阻力值路徑的有效方式，可以最小程度地避免外界干擾，實現在空間上模擬物種的運動趨勢，被很多學者用于生態網絡的構建過程中。

2 生態網絡中MCR模型的應用

2.1 數據來源與預處理

研究選用傳統統計學，對中國學術期刊全文數據庫（即中國知網，以下簡稱CNKI）以及Web of Science數據庫（以下簡稱WOS）近11年的文獻為數據源，即時間段為2000—2021年，以“生態網絡”“綠色生態網絡”“MCR”為主題詞檢索，得到中文文獻1 315篇，外文文獻188篇。對源數據進行歸納整理，對近11年的文獻總量、類型、年發文量等基本數據情況進行分析，去除無關文章、會議、目錄、訪談等無效文件后，得到969篇有效文獻，文獻涉及林學、風景園林、環境、城鄉規劃等多門學科，以此作為可視化軟件分析的數據來源。

2.2 研究方法

利用由Java應用程序運行的CiteSpace V（5.6.R5）過對關鍵詞的聚類及關鍵詞時區分析，展示近11年的學界高頻關鍵詞、研究熱點以及研究前沿。通過我國綠地生態網絡建設歷程以及演變，進而推測其發展的趨勢。CiteSpace是一種科學文獻分析工具，通過對非定量文獻轉化為定量數據的方式，得到直觀可視化的圖形。通過可視化數據客觀地展現文獻本質性的事實問題，分析預測目標課題的發展趨勢［32］。

3 結果與分析

3.1 文獻類型與總量分析

選取中國知網2000—2021年相關文獻969篇，共計4種類型。其中，占比最大的是學術期刊共524篇；其次為學位論文共349篇，分為博士論文以及碩士論文；會議論文77篇；相關成果19篇。研究文獻數量統計圖顯示，2019年達到發文高峰期（圖2）。同時篩選WOS數據庫中188篇文章與CNKI數據源作為研究文獻源。

3.2 文獻發表年限分析

所選文獻為中國知網2000年1月到2021年1月間的文獻，通過研究文獻數量統計圖（圖2）可以看出，2000—2018年CNKI有關我國綠地生態網絡的發文量持續上升，從2019年開始出現了明顯的下降。通過文獻發文量可以大致將我國關于綠地生態網絡的研究分為3個階段：

（1）2000—2007年，該階段的發文量呈上升的趨勢。1992—2000年是城市化全面推進階段，以城市建設、小城鎮發展和建立經濟開發區為主要動力，20世紀90年代后，中國城市化開始從沿海地區向內地展開，城市化過程對自然地理環境的影響涉及地形、氣候、水文、生態［33-35］。因而城市建設逐漸意識到綠地的重要性，提高了生態的意識。生態環境問題壓縮了城市未來發展空間，北方頻發的沙塵暴、山區頻繁的

山體滑

坡等問題對人們生命財產也造成了巨大的威脅，人地關系的權衡、經濟與生態的關系開始成為政府以及廣大學者思考的問題，生態安全問題逐漸深入人心。同時隨著生態學理論的不斷發展，越來越多符合中國國情的生態理念以及規劃思想逐漸成熟。

（2）2008—2018年，該階段文獻大量涌出，碩博論文增長明顯，基礎性研究增加，2018年發文量急速上升，大量生態建設的理念、思想在該階段提出、成熟到逐漸落實，如海綿城市建設、城市雙修、低碳城市等。同時景觀生態學在這10年里得到廣泛的應用，景觀生態學通過在保護區構建生態廊道以及生態網絡，來連接破碎化的棲息地，側重于生態空間格局的構建。

（3）2019—2021年1月1日，該階段的發文量明顯回落，基礎性研究達到相對飽和的狀態，尋求研究創新點是廣大學者作為學術研究的重點。同時在國土空間規劃的背景下，國土空間生態修復更加強調生態系統的完整性與連續性［36］，需要學者站在一個更高的視角去全方位、全地域、全過程開展研究。

不難發現研究的熱點會隨著社會發展的需要而變化，時區圖（圖3）反映的也是主題路徑［37］。生態建設的目標是階段性的，相關研究主題也會因為技術的進步、時代的要求等因素而發生變化。

3.3 文獻關鍵詞分析

關鍵詞是文章核心內容的反映，是對文獻主題的濃縮與凝練，高頻關鍵詞可以映射出研究熱點，通過把握研究熱點來揭示研究的發展方向與趨勢。基于CiteSpace對關鍵詞進行共現分析，閾值設置為TopN=50，繪制關鍵詞共現知識圖譜。由表2可知，共提取到663個關鍵詞，高頻詞匯集中在“生態網絡”“景觀格局”“生態廊道”“MCR模型”等詞匯，其中“生態網絡”出現頻次最高，為184次，而“最小累積阻力模型（MCR）”僅出現26次。由表3可知，WOS數據庫中“sustainability”“ecosystem service”等關鍵詞為高頻詞匯。對關鍵詞進行共現分析，關鍵詞共現可視化圖譜（圖4、5）中，不同的圈層顏色節點大小代表不同年份關鍵詞出現的頻率，節點間連線粗細代表著共現關系強度［38］。從關鍵詞的聚類分析上可以看出，生態網絡研究領域交叉最多的是“MCR模型”“生態廊道”2個方向（圖6），國外的相關研究集中在“ecological network analysis”“ecological network model”等方向（圖7）。

4 MCR模型在生態網絡構建上的應用

4.1 研究框架分析

生態網絡構建研究廣泛采取了“源地識別”“阻力面構建”“廊道提取”“構建生態網絡”的方法框架［39］（圖8），研究框架大致相同，只是研究方法趨于多樣。

例如，在MCR模型運用在阻力面構建以及廊道提取中，同樣電路理論也可以應用于生態廊道構建，兩者基于Arcgis平臺不同的工具箱進行運算。

4.2 研究區阻力因子選取

在阻力因子選取方面，對不同景觀阻力面的構建研究需要結合研究區域的現況去篩選合適的因子，如山地、濱水等不同類型的研究區在因子選取上存在差異（表4）。選取較多的阻力因子有土地利用類型、植被覆蓋度、高程坡度等，大致分為自然本底方面、人類開發方面以及環境響應等方面。

4.3 研究區阻力值權重

阻力面是MCR模型的基礎前提，由于不同景觀類型的特征存在差別，對賦值的響應也不同，故在阻力分值以及權重賦值方面缺乏統一的科學標準，重要閾值的設定也沒有科學依據，多采用專家打分法、主層次分析法（AHP）［40-41］等來確定。參考前人研究發現［42-43］，以生態服務價值的高低作為阻力賦值的依據，阻力閾值分級區間可以為1～100或1～5，即對生態流運行阻力值小的為1，最大為100（5）［43］，權重總和為1。

4.4 生態網絡構建尺度

MCR模型可應用于市域、省域、城市群等不同尺度的生態網絡構建（圖9），生態網絡構建路徑為通過識別生態服務價值高的生態源地、利用MCR模型識別源地間的生態廊道、提取重要的生態廊道，最后通過評估進行節點的識別以及網絡優化。因此，總結當前關于城市生態網絡構建方法可分為以下3個步驟：城市綠地生態空間要素識別、生態評估、網絡格局優化［44］。

在市域尺度上構建生態網絡，是城市在應對快速城鎮化進程中出現的各種生態問題最為直接有效的途徑。快速城鎮化城市進程中，大量城市綠地、耕地等兼具生態功能的用地被蠶食，基于空間擴張的城市發展無形中是以生態作為犧牲，謀求區域的可持續發展已成為多方訴求。綠地生態網絡規劃可以整合破碎的生態斑塊、構建廊道，以此實現生態資源的整合，促進區域生態景觀格局優化。

在省域尺度上構建生態網絡，是實現省域范圍內各個城市生態要素流動的有效手段。社會資源共享、經濟要素流通逐步加速省域范圍內各個城市間的互聯共通，生態資源應作為一種特征要素實現在省域范圍內的流通。省域生態網絡構建仍遵循常規構建方式，但省域尺度則更注重宏觀的把握，謀求大尺度范圍內生態安全格局的構建。

在大范圍的城市群尺度上，生態網絡構建更加強調結構上的整體性，強調區域核心生態斑塊間的連通，城市群的各個子城市之間一般是共性或互補，這樣才能最大限度實現資源共享及要素流通。

生態網絡的構建和優化理應在不同尺度上進行，不同尺度的生態網絡在空間結構和功能上應該是鑲嵌的、匹配的，而不應相互沖突［45］。不同尺度生態網絡構建的原理是一致的，不論何種尺度空間，生態網絡在維持物種多樣性、平衡生態格局以及實現區域可持續發展中發揮著積極作用。

5 總結

在城鎮化進程中，在當下國土空間的大背景下對生態保護的關注度持續提高，城市綠地生態網絡構建作為一種行之有效的生態策略，被國內外學者廣泛研究。通過對相關文獻進行可視化知識圖譜分析，得出以下結論：

（1）基于MCR模型構建綠地生態網絡的相關研究可以分為3個階段：啟蒙階段（2000—2007年）、快速發展階段（2008—2018年）、穩步發展階段（2019年至今），研究的學科交叉性極強。

（2）MCR模型作為一種構建生態廊道有效的方法，在生態網絡構建中的應用廣泛。通過模擬物種遷移最佳最小阻力值路徑來生成區域生態廊道。

（3）生態廊道指標體系中的因子選取需要考慮研究區的現狀，剖析影響因素；在因子賦值以及權重考量上尚未形成統一標準體系。

（4）生態網絡的構建及優化要多尺度，使得各尺度范圍的生態網絡在空間結構和功能上實現優勢互補。

MCR模型能夠較為準確識別生態源地間的生態廊道和節點，而且技術較為成熟，運用領域廣泛，適合推廣，尤其是在生態網絡構建方面。生態網絡構建作為區域綠色可持續發展的有效措施，為國土空間規劃中各類專項規劃提供依據，如生態安全格局構建、生態保護紅線劃定、綠地系統規劃、生物多樣性規劃、韌性城市建設、水資源保護、森林資源保護、自然保護區建設、生態修復規劃等。因此，應充分發揮MCR模型與其他生態建設領域的結合，實現研究視角、研究內容的創新，開展更加全面的生態網絡體系相關研究，助推國土空間生態建設。

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基金項目 河南省科技攻關項目（202102310256）；2022年鄭州大學研究生自主創新項目。

作者簡介 欒春鳳（1974—），女，河南周口人，副教授，博士，從事城鄉生態規劃研究。

收稿日期 2022-05-25；修回日期 2022-06-20