基于文獻計量的濱海濕地碳循環(huán)與碳收支研究進展分析

杜長芬 雷 坤 李中浤 呂淑果 呂旭波 李曉光*

（1 沈陽理工大學(xué)，環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110159；2 中國環(huán)境科學(xué)研究院，水生態(tài)環(huán)境研究所，北京 100012；3 海南省環(huán)境科學(xué)研究院，海南國際藍(lán)碳研究中心，海南 海口 571126）

全球濕地面積僅占地球陸地面積的4%～6%，但其碳儲存能力占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲存的20%～30%，在全球碳循環(huán)中發(fā)揮著重要的作用（Bu et al.,2019）。濱海濕地是海陸之間的過渡地帶，緊密連接著海陸生態(tài)系統(tǒng)（Jiang et al.,2015），主要包括鹽沼、紅樹林、海草床以及珊瑚礁濕地4 種類型，具有維持全球生物多樣性、調(diào)節(jié)全球氣候變化等作用。藍(lán)碳是指被海洋和沿海生態(tài)系統(tǒng)，特別是沿海植被生態(tài)系統(tǒng)捕獲和儲存固定下來的碳（Macreadie et al.,2019）。濱海濕地是海岸帶藍(lán)碳的主要分布地，其生態(tài)系統(tǒng)是重要的自然碳匯和溫室氣體排放源（楊樂等,2022）。開展濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)和碳收支相關(guān)研究，對于減緩全球氣候變化具有重要意義（曹磊等,2013）。陳卓然（2020）系統(tǒng)綜述了濱海濕地的固碳能力、碳循環(huán)過程及濱海濕地的退化和修復(fù)；王秀君等（2016）闡明了濱海濕地碳匯過程、近海碳庫與各界碳通量、人類活動等對海岸帶藍(lán)碳潛力的影響，并提出了未來研究方向；Macreadie 等（2021）研究了藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)的碳匯潛力以及對藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)的保護或恢復(fù)。上述研究從不同角度綜述了濱海濕地碳循環(huán)或碳收支領(lǐng)域的研究進展，目前運用文獻計量法開展濱海濕地碳循環(huán)與碳收支研究現(xiàn)狀的定量分析較少。

本文基于ISI Web of Science（WoS）核心數(shù)據(jù)庫，采用文獻計量法梳理了1990—2022 年濱海濕地碳循環(huán)與碳收支研究領(lǐng)域的相關(guān)文獻，總結(jié)了該研究領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與進展、研究熱點追蹤和研究趨勢，為濱海濕地碳循環(huán)與碳收支的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

ISI Web of Science（WoS）是世界上公認(rèn)的最為重要的文獻檢索平臺（李中浤等,2021）。本文檢索時間段為1990 年1 月1 日—2022 年12 月31 日，檢索時間為2023 年2 月22 日，基于主題檢索TS=（"coastal wetland*" or "littoral wetland* " or "mangrove*" or "salt marsh*" or "seaweed bed" or "coastal marsh*"or "tidal zone" or "estuarine deltas" or "estuarine waters" or "shallow marine waters"）AND（"carbon budget" or "carbon cycle" or "C cycling" or "greenhouse gas*" or "carbon fixation" or "carbon emission" or "blue carbon" or "methane" or "CH4" or "carbon dioxide" or "CO2" or "carbon source" or "carbon sink"），文獻類型="article"，經(jīng)過人工篩選，去除相關(guān)性較小和不相關(guān)的文獻，共獲得2 820 篇文獻。

1.2 數(shù)據(jù)處理

利用引文分析工具HictsCite Pro 對發(fā)文文獻量、發(fā)文科研機構(gòu)和作者、文獻發(fā)表期刊和高被引文獻等信息進行計量分析。利用可視化文獻計量網(wǎng)絡(luò)軟件工具VOSviewer 軟件構(gòu)建研究機構(gòu)、研究者、關(guān)鍵詞間的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，利用Origin 2018 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文量分析

發(fā)文量在一定程度上可反映科學(xué)界某相關(guān)研究領(lǐng)域的受重視程度，也可反映相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展速度（仝婧婧等,2021;閆淑蘭等,2020）。1990—2022 年，濱海濕地碳循環(huán)與碳收支相關(guān)研究的年發(fā)文量呈上升趨勢（圖1）。其中，1990—2005 年發(fā)文量增長速度較為緩慢，為慢速發(fā)展期，平均年發(fā)文量為22 篇，約占總發(fā)文量的12.97%，；2006—2017 年發(fā)文量穩(wěn)步增長，為穩(wěn)步增長期，年發(fā)文量由42 篇增加至171 篇，約占總發(fā)文量的36%，平均年發(fā)文量85 篇；2018—2022 年發(fā)文量增長速度較快，為快速發(fā)展期，約占發(fā)文總量的51.03%，年均發(fā)文量287 篇。

圖1 1990—2022 年濱海濕地碳循環(huán)與碳收支研究領(lǐng)域發(fā)文量Fig.1 The number of published papers on carbon cycle and budget in coastal wetlands research from 1990 to 2022

2.2 發(fā)文國家分析

發(fā)文量排名前10 的國家依次為美國、中國、澳大利亞、印度、英國、巴西、西班牙、德國、日本、加拿大（表1）。其中，美國發(fā)表文章1 033 篇，居世界首位，占到了總發(fā)文量的36.63%，且總引用次數(shù)也最高，說明美國在該研究領(lǐng)域的影響力較大；中國發(fā)表文章674 篇，位居第2 位，發(fā)文量占到了總發(fā)文量的23.90%，但篇均引用次數(shù)為發(fā)文量前10 國家的最后，說明我國在該領(lǐng)域相關(guān)研究論文的質(zhì)量有待進一步提升；澳大利亞發(fā)文394 篇，居第3 位，發(fā)文量占總發(fā)文量的13.97%，總引用次數(shù)排名第2。

表1 1990-2022 年濱海濕地碳循環(huán)與碳收支研究領(lǐng)域發(fā)文量前10 的國家Table 1 Research countries of the top 10 numbers of carbon cycle and budget in coastal wetlands research from 1990 to 2022

基于VOS viewer 可視化分析軟件的合作關(guān)系共現(xiàn)圖譜顯示，濱海濕地碳循環(huán)與碳收支研究領(lǐng)域各國之間呈現(xiàn)出較強的國際合作態(tài)勢，尤其是美國和中國同其他國家有著密切的合作關(guān)系（圖2）。圖中的結(jié)點大小表示某個國家的發(fā)文量，結(jié)點間的連線距離表示國家之間的合作密切程度，國家間的連線距離越近表示合作越緊密（胡遠(yuǎn)妹等,2018）。

圖2 1990—2022 年濱海濕地碳循環(huán)與碳收支研究國家共現(xiàn)圖譜Fig.2 The co-occurrence map of carbon cycle and budget in coastal wetlands research countries/regions from 1990 to 2022

2.3 發(fā)文機構(gòu)分析

發(fā)文量排名前10 的研究機構(gòu)有美國的美國地質(zhì)調(diào)查局、路易斯安那州立大學(xué)、史密森尼環(huán)境研究中心和佛羅里達(dá)國際大學(xué)，發(fā)文量占前10 研究機構(gòu)的35.99%；中國的中國科學(xué)院、廈門大學(xué)、華東師范大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)和澳大利亞的昆士蘭大學(xué)、南十字星大學(xué)（表2）。其中，中國科學(xué)院發(fā)表187 篇文獻，發(fā)文量遠(yuǎn)高于排名第2 的美國地質(zhì)調(diào)查局（106 篇）和第3 名的昆士蘭大學(xué)（88 篇），總引用次數(shù)高達(dá)3 918 次，但篇均被引頻次僅20.95次，在前10 的研究機構(gòu)中排名第7。發(fā)文量只有57 篇的佛羅里達(dá)國際大學(xué)，總引用次數(shù)3 888 次，位居前10 的研究機構(gòu)的第3，篇均被引頻次高達(dá)68.21 次，居于首位。相關(guān)研究機構(gòu)發(fā)文情況共現(xiàn)圖譜顯示（圖3），中國科學(xué)院與中山大學(xué)、福建師范大學(xué)、美國的特拉華大學(xué)等合作比較緊密，需進一步加強與其他國家研究機構(gòu)的合作。

表2 1990—2022 年濱海濕地碳循環(huán)與碳收支研究領(lǐng)域發(fā)文量排名前10 的機構(gòu)Table 2 Research institutions of the top 10 numbers of carbon cycle and budget in coastal wetlands research from 1990 to 2022

2.4 發(fā)文作者分析

對某一領(lǐng)域作者的發(fā)文量和總引用次數(shù)分析，可以發(fā)現(xiàn)研究學(xué)者對某領(lǐng)域的貢獻（李前正等,2022）。表3 顯示，WoS 數(shù)據(jù)庫發(fā)文量排名前10 的作者中，澳大利亞的Lovelock 發(fā)表58 篇文獻，排名第1，篇均被引頻次46.53 次，排名第6。沙特阿拉伯的Duarte 發(fā)表37 篇文獻，總引用次數(shù)4 086 次和篇均被引頻次110.43 均排第1 位，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出另外的幾位學(xué)者。Cai 是前10 中唯一的中國學(xué)者，發(fā)表文獻23 篇排名第10，而篇均被引頻次高達(dá)82.7 次，位居第2，這說明我國學(xué)者在該領(lǐng)域的研究具有一定的影響力。作者發(fā)文情況共現(xiàn)圖譜顯示美國學(xué)者同各個國家的團隊有更廣的學(xué)術(shù)交流和國際合作，如美國Kauffman 等學(xué)者同澳大利亞Santos 和Maher 等學(xué)者合作比較緊密（圖4）。

表3 199—2022 年濱海濕地碳循環(huán)與碳收支研究領(lǐng)域發(fā)文量前10 的作者Table 3 Research authors of the top 10 numbers of carbon cycle and budget in coastal wetlands research from 1990 to 2022

圖4 1990—2022 年濱海濕地碳循環(huán)與碳收支研究作者發(fā)文共現(xiàn)圖譜Fig.4 The co-occurrence map of carbon cycle and budget in coastal etlands research authors from 1990 to 2022

2.5 文獻發(fā)表的期刊特征分析

發(fā)文量排名前10 的期刊如表4 所示，其中排名前3 的期刊分別為Estuarine、Coastal and Shelf Science、Science of The Total Environment和Wetlands，發(fā)文量分別為126 篇、124 篇和63篇。這3 種期刊的本地總引用次數(shù)（TLCS）分別為836、472 和424，總引用次數(shù)（TGCS）分別是3 332、2 231和1 148，其中期刊Estuarine、Coastal and Shelf Science的發(fā)文量、TLCS 和TGCS 均 位居首位。篇均被引頻次最高的是Limnology and Oceanography，雖發(fā)文量僅59 篇，總引用次數(shù)卻高達(dá)3 274，由此可看出Limnology and Oceanography、Estuarine 和 Coastaland Shelf Science 是該研究領(lǐng)域內(nèi)有一定影響力的期刊。

表4 1990—2022 年濱海濕地碳循環(huán)與碳收支研究領(lǐng)域發(fā)文量前10 的期刊Table 4 Research journals of the top 10 numbers of carbon cycle and budget in coastal wetlands research from 1990 to 2022

2.6 基于關(guān)鍵詞的熱點分析

排名前3 的高頻關(guān)鍵詞分別為藍(lán)碳、鹽沼和氣候變化，總頻次分別為484、458 和381，說明濱海濕地藍(lán)碳與氣候變化之間的響應(yīng)變化研究是該領(lǐng)域的研究熱點（表5）。關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析顯示（圖5），濱海濕地碳循環(huán)與碳收支研究領(lǐng)域研究方向主要有4 個：1）藍(lán)碳，主要關(guān)鍵詞有藍(lán)碳、鹽沼、生物量、紅樹林、互花米草等，涉及濱海濕地的碳儲量等相關(guān)研 究（Alongi,2014;Kelleway et al.,2021;Adame et al.,2013）。2）碳循環(huán)，主要關(guān)鍵詞有CO2、溶解無機碳、近岸海域、河口水域等，主要涉及沿海海洋的碳源、碳交換（Bauer et al.,2013），鹽沼與紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡等（Alongi,2020）。3）沉積物，主要關(guān)鍵詞有海洋沉積物、甲烷產(chǎn)生等，相關(guān)研究包括沿海濕地沉積物中污染物釋放、氮磷遷移、有機碳埋藏等（Dickens et al.,2004）。4）影響濱海濕地碳庫的因素，主要關(guān)鍵詞有鹽度、光合作用等，主要涉及植被（Kelsey et al.,2016）、氣候變化等因素對濱海濕地碳庫、碳通量的影響（Saintilan et al.,2019;Osland et al.,2018）。上述4 個研究方向相互聯(lián)系，濱海濕地藍(lán)碳涉及碳儲量、碳循環(huán)，濱海濕地碳循環(huán)涉及碳輸入、碳輸出和固碳，固碳功能主要體現(xiàn)在沉積物的碳埋藏和有機碳、無機碳的交換。人為干擾和環(huán)境等因素會影響濱海濕地的碳輸入、碳排放等過程，從而影響濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)的固碳功能。

表5 1990—2022 年濱海濕地碳循環(huán)與碳收支研究領(lǐng)域高頻關(guān)鍵詞Table 5 High frequency Key words of carbon cycle and budget in coastal wetlands research from 1990 to 2022

表6 1990—2022 年濱海濕地碳循環(huán)與碳收支研究領(lǐng)域的高被引論文Table 6 TOP10 highly cited papers in carbon cycle and budget in coastal wetlands research from 1990 to 2022

圖5 1990—2022 年濱海濕地碳循環(huán)與碳收支研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜Fig.5 The co-occurrence map of Key words on carbon cycle and budget in coastal wetlands research from 1990 to 2022

2.7 高被引論文分析

被引頻次在一定程度上反映了文章的影響力和人們對某研究領(lǐng)域的關(guān)注程度（李紅娜等,2019;胡遠(yuǎn)妹等,2018）。在引用頻次排名前10 的論文中，“Major role of marine vegetation on the oceanic carbon cycle”一文被引次數(shù)高達(dá)222 次，排名第1，證實了海草床、紅樹林和鹽沼等植被生境是海洋碳埋藏的熱點，從直接碳埋藏、群落碳儲量對沿海植被生境進行評估（Duarte et al,2005）。排名第2 和第3 的論文被引用次數(shù)分別為182 次和153 次。

從關(guān)鍵詞和高被引論文角度出發(fā)，梳理出的濱海濕地碳循環(huán)與碳收支的相關(guān)研究顯示：1990—2000 年主要關(guān)注甲烷排放和通量、固氮和反硝化作用、CO2交換、紅樹林碳匯和碳源等方面研究。2001—2010 年，主要采用穩(wěn)定同位素法、RNA 和DNA 等技術(shù)，開展沉積物、碳循環(huán)、碳收支和溫室氣體通量研究。2011—2022 年，在全球氣候變化的大背景下，植物、鹽度和潮汐等因素對濱海濕地碳庫的影響等相關(guān)研究逐漸增多，并引入衛(wèi)星遙感、激光雷達(dá)、DNA-SIP 技術(shù)和宏基因組等技術(shù)手段，開展了固碳作用機制、微生物內(nèi)在驅(qū)動機制等方面的深入研究。未來的研究方向主要包括應(yīng)用新興技術(shù)手段加強對濱海濕地藍(lán)碳的估算、定量評估和預(yù)測全球氣候變化影響下濱海濕地的碳匯功能、提升濱海濕地的固碳能力及碳中和技術(shù)等。

3 結(jié)論

1）1990—2022 年發(fā)文量呈上升趨勢，從2018年開始發(fā)文量顯著增加，年均發(fā)文量287 篇。發(fā)文量排名前3 的國家分別為美國、中國和澳大利亞。

2）發(fā)文量排名前10 的機構(gòu)中，中國科學(xué)院發(fā)文量187 篇，排名第1，遠(yuǎn)超其他發(fā)文機構(gòu)；發(fā)文量排名前3 的作者均為澳大利亞的Lovelock、Santos 和Maher。

3）發(fā)文量排名前3 的期刊分別為Estuarine,Coastal and Shelf Science、Science of The Total Environment、Wetlands 期刊；高頻被引文章排名第1 為Biogeosciences 期刊發(fā)表的“Major role of marine vegetation on the oceanic carbon cycle”。

4）研究主題主要包括濱海濕地藍(lán)碳、沉積物、碳循環(huán)和濕地碳庫影響因素4 個方向。未來研究方向主要包括應(yīng)用新興技術(shù)手段加強對濱海濕地藍(lán)碳的估算、定量評估和預(yù)測全球氣候變化影響下濱海濕地的碳匯功能，提升濱海濕地的固碳能力及碳中和技術(shù)等。