基于CiteSpace 可視化的路域生態(tài)修復(fù)研究進展

朱兆榮，吳紅剛，趙守全，韓 侃，楊昊天，唐 林

（1.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，蘭州 730000；2.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽 550025）

交通基礎(chǔ)設(shè)施是文化的產(chǎn)物，公路系統(tǒng)被認(rèn)為是提高一個地區(qū)生產(chǎn)力所需的基礎(chǔ)設(shè)施部分，公路的建設(shè)在全國乃至全球都是一項龐大的建設(shè)工程，Kansky[1]、Taaffe 等[2]曾指出交通網(wǎng)絡(luò)擴張與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的相關(guān)性，特別公路是導(dǎo)致土地使用變化的社會聯(lián)系與經(jīng)濟和政治決定的物理表現(xiàn)。近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，對交通運行需求的不斷增加，高速公路的建設(shè)在逐年擴展。然而，公路建設(shè)工程改變原始地形地貌、形成工程創(chuàng)面，嚴(yán)重破壞了路域生態(tài)環(huán)境。習(xí)近平總書記曾指出“生態(tài)興則文明興，生態(tài)衰則文明衰”。生態(tài)環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的根基，生態(tài)環(huán)境變化直接影響人類社會文明的興衰演替，促進實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前綠色生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建研究的重點[3]。因此，修復(fù)公路建設(shè)所造成的生態(tài)環(huán)境破壞刻不容緩。

我國對路域生態(tài)修復(fù)的研究起步較晚，相關(guān)學(xué)術(shù)研究相對較少。因此，闡明我國路域生態(tài)修復(fù)研究現(xiàn)狀以及把握發(fā)展趨勢是當(dāng)前的研究重點。為進一步開展路域生態(tài)修復(fù)相關(guān)研究，本文基于前人的研究，借助CiteSpace 文獻可視化分析軟件，對國內(nèi)路域生態(tài)修復(fù)文獻進行機構(gòu)、作者、關(guān)鍵詞等共現(xiàn)分析，闡明路域生態(tài)修復(fù)的研究熱點重點和前沿趨勢，以期為路域生態(tài)修復(fù)的后續(xù)研究提供借鑒，對路域生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展具有重要意義。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

生態(tài)修復(fù)指在遵循生態(tài)學(xué)原理的前提下，針對受到干擾或損傷的生態(tài)系統(tǒng)，主要依靠生態(tài)系統(tǒng)的自組織、自調(diào)節(jié)能力及適當(dāng)?shù)娜藶橐龑?dǎo)來遏制生態(tài)系統(tǒng)進一步退化的行為[4]；公路生態(tài)一直是生態(tài)學(xué)家們所關(guān)心的問題，Oztekin 等[5]認(rèn)為道路建設(shè)影響道路安全，使生態(tài)系統(tǒng)在越來越大的壓力下變得脆弱，例如威脅生物多樣性和一定的生態(tài)系統(tǒng)功能[6]。在國外，早在1998 年Forman 等[7]就提出了“Road Ecology”（道路生態(tài)）一詞，并且根據(jù)道路影響區(qū)域，認(rèn)為美國有15%~20%的區(qū)域直接受到道路的生態(tài)影響。在2000 年，F(xiàn)orman 等[8]對美國馬薩諸塞州波士頓以西25 km 的一條頻繁運行的四車道高速公路的影響區(qū)域進行了研究，認(rèn)為公路影響生態(tài)環(huán)境區(qū)域平均約600 m 寬。此外，Alisa 從公路運行造成動物死亡的角度對公路生態(tài)效應(yīng)進行研究綜述，認(rèn)為交通基礎(chǔ)設(shè)施影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能動態(tài)，直接影響著生態(tài)系統(tǒng)的組成成分，包括物種組成[9]；Jones 等[10]研究道路對地貌和水系擾動的影響，闡述了道路網(wǎng)絡(luò)與河流網(wǎng)絡(luò)的相互作用如何影響道路和河岸系統(tǒng)的生物和生態(tài)過程；Masarei 等[11]特別關(guān)注恢復(fù)土方工程和直接恢復(fù)植物的技術(shù)，認(rèn)為將傳統(tǒng)工程學(xué)科與生態(tài)修復(fù)科學(xué)更好地結(jié)合起來，是實現(xiàn)環(huán)境修復(fù)的核心。路域生態(tài)修復(fù)在國內(nèi)也越來越被重視，國內(nèi)大量學(xué)者開展了路域生態(tài)影響及相關(guān)修復(fù)技術(shù)體系研究。Wenbo 等[12]以北京市為例，探討路網(wǎng)擴張對區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險的影響。王雙全等[13]通過對鄂西南三峽翻壩高速公路景觀建設(shè)中生態(tài)修復(fù)的探究，綜合闡述了高速公路建設(shè)對景觀格局、地表土壤、路域生物多樣性等方面的破壞與影響。Feng 等[14]對公路環(huán)境的影響進行了量化研究，研究結(jié)果表明，高速公路的影響距離最少1 000 m。王凱等[15]以十天線鄂陜界至安康段高速公路為例，從邊坡生態(tài)防護原理、護坡植物選擇、防護技術(shù)分類及其防護技術(shù)應(yīng)用4 個方面，結(jié)合路段邊坡特性，分析了邊坡生態(tài)防護技術(shù)的原理、形式、特點和適用條件。劉曉路等[16]提出在高速公路景觀設(shè)計中應(yīng)引入生態(tài)修復(fù)措施與景觀設(shè)計相結(jié)合的設(shè)計思路，以保持高速公路及其周邊地區(qū)的環(huán)境安全及可持續(xù)發(fā)展。左建偉[17]重點探討和研究了路塹邊坡、路側(cè)裸地生態(tài)修復(fù)的設(shè)計理念和具體實施方案，提出布魯克網(wǎng)技術(shù)和鋼筋混凝土格構(gòu)梁護坡2 種路側(cè)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)；Wang 等[18]對路邊邊坡修復(fù)技術(shù)的生態(tài)效應(yīng)評估研究，提供了基于證據(jù)的參考，以支持決策，并確保未來路域邊坡生態(tài)修復(fù)工作的有效性和可持續(xù)性。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

CiteSpace 是一種可用于可視化分析的軟件，集合了共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、關(guān)聯(lián)規(guī)則及聚類分析等方法，對特定文獻中的相關(guān)數(shù)據(jù)進行解析，并對科技信息進行可視化分析，可直觀地展示科學(xué)知識的結(jié)構(gòu)、分布規(guī)律及其相關(guān)關(guān)系[19]；能夠在多元知識圖譜中展示研究的發(fā)展路徑、趨勢和關(guān)鍵節(jié)點，有助于展示學(xué)科的研究重點和前沿[20]，可以分析文獻的發(fā)文機構(gòu)節(jié)點、作者節(jié)點、主題節(jié)點等，是一種常用的研究方法。目前，該方法已廣泛應(yīng)用于文獻綜述中，如生態(tài)工程[21]、生態(tài)風(fēng)險[22]等學(xué)科領(lǐng)域。

本文文獻研究以中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，通過高級檢索，將主題詞限定為“公路”并含“生態(tài)修復(fù)”或者“公路”并含“生態(tài)恢復(fù)”，檢索時間限定截至2021 年4 月30 日，從而進行挖掘相關(guān)數(shù)據(jù)，掌握國內(nèi)路域生態(tài)修復(fù)相關(guān)研究的演變路線、熱點重點以及未來發(fā)展趨勢，初次檢索結(jié)果得到1 102 篇文獻。剔除會議、報紙等非研究性文獻，最終篩選得到文獻889 篇，其中包括期刊文獻657 篇，碩士論文198 篇，博士論文34 篇。通過使用CiteSpace 軟件對所獲取的文獻進行研究機構(gòu)分析、發(fā)文作者分析及關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析等，并進行可視化解析，得到相應(yīng)的知識圖譜，基于此，綜述路域生態(tài)修復(fù)研究進展。

3 結(jié)果與分析

3.1 發(fā)文數(shù)量分析

每年發(fā)表論文的數(shù)量在一定程度上反映了對該研究領(lǐng)域的關(guān)注狀況[23]，國內(nèi)路域生態(tài)修復(fù)研究發(fā)文數(shù)量隨年份的分布變化如圖1 所示，觀察可以發(fā)現(xiàn)，我國關(guān)于路域生態(tài)的首篇研究文獻發(fā)表始于1995 年，經(jīng)歷了從1995 年到2002 年共8 年的沉淀期，才迎來對路域生態(tài)研究的快速發(fā)展（2003—2008年）。由圖可看出，2003 年到2008 年的發(fā)文數(shù)量在快速增長，尤其在2008 年發(fā)文數(shù)量最多，達(dá)到研究的頂峰時期，路域生態(tài)修復(fù)得到越來越多的關(guān)注。此后，研究發(fā)文數(shù)量總體呈現(xiàn)下降趨勢至2016 年，隨后經(jīng)歷了3 年的平穩(wěn)發(fā)展（2016—2018 年），研究文獻發(fā)表數(shù)量再次有所增長跡象。同時，由于近年來公路網(wǎng)的快速增長，對環(huán)境生態(tài)的影響復(fù)雜化加劇，對路域生態(tài)的影響復(fù)雜多樣化，還需進一步推進對路域生態(tài)修復(fù)相關(guān)的研究。

圖1 國內(nèi)路域生態(tài)修復(fù)發(fā)文量隨年度的分布變化趨勢

3.2 主要研究機構(gòu)分析

將節(jié)點類型設(shè)置為機構(gòu)，得到路域生態(tài)修復(fù)文獻組織分布的可視化圖，如圖2 所示。節(jié)點越大，表明研究機構(gòu)出現(xiàn)次數(shù)越多[24]。由圖2 可知，論文發(fā)表機構(gòu)之間明顯沒有節(jié)點，表明機構(gòu)之間相互沒有聯(lián)系，很少尋求合作，其大多是獨立進行研究，缺乏合作。表1 列出了發(fā)表論文數(shù)量排名前十的機構(gòu)，從表1 可以看出，在發(fā)表論文數(shù)量上，交通運輸部科學(xué)研究院排名第一，發(fā)表論文7 篇，對路域生態(tài)修復(fù)比較重視。

表1 發(fā)文量排名前十的機構(gòu)

圖2 機構(gòu)共現(xiàn)知識圖譜

3.3 研究作者分析

為了觀察和確定學(xué)者在路域生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域研究的貢獻，本研究計算了作者共現(xiàn)圖（如圖3 所示）。從圖3中可以看出，整個圖中的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系比較緊密，研究學(xué)者之間合作較多，規(guī)模較大，自主研究較少。然后，計算研究期間的作者發(fā)文量排名前二十的學(xué)者，具體見表2。由表可知，研究期間發(fā)表論文最多的學(xué)者是梁愛學(xué)，總共11 篇。其次是沈毅和劉春霞并列第二，發(fā)文頻次均為6。第三是甄曉云，發(fā)文量共5 篇。另外一個顯著的現(xiàn)象是，發(fā)文最多的學(xué)者梁愛學(xué)與發(fā)文量第二的學(xué)者沈毅之間相互聯(lián)系，存在合作交流關(guān)系。此外，由圖3 可知，由于部分學(xué)者之間存在相互交流與合作，在圖譜中形成了幾個作者子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中最為明顯的是以梁愛學(xué)為首的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

表2 發(fā)文排名前20 的作者及論文數(shù)

提取并繪制發(fā)文量排名前三的作者的發(fā)文量數(shù)據(jù)隨年份變化關(guān)系曲線如圖4 所示。在發(fā)文量排名前三的學(xué)者之間，甄曉云對路域生態(tài)的研究較早，在2000年就進行了相關(guān)研究并發(fā)表了一篇文章，存在交流合作的2 位學(xué)者（梁愛學(xué)和沈毅）對路域生態(tài)修復(fù)的研究主要集中在2006 年至2010 年之間。此外，排名第二的劉春霞的研究發(fā)文也主要集中在2006—2010 年。

圖4 發(fā)文量排名前三的作者發(fā)文量隨年度變化的趨勢圖

3.4 關(guān)鍵詞分析

關(guān)鍵詞代表著文獻研究的核心內(nèi)容，關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻率提供了一定時期內(nèi)該領(lǐng)域的研究熱點[25]，為了探索文獻的研究主題，本研究分析了關(guān)鍵詞在論文中的出現(xiàn)頻率（表3）。運行CiteSpace 軟件設(shè)置時間切片為1995 年1 月—2021 年4 月，以1 年為一個時間片，選取關(guān)鍵字進行分析。通過對關(guān)鍵詞詞頻的分析可以看出，路域生態(tài)修復(fù)的研究重點包括多個關(guān)鍵詞。其中，多個主要關(guān)鍵詞揭示了路域生態(tài)修復(fù)研究的主要內(nèi)容[26]，生態(tài)恢復(fù)、高速公路、生態(tài)修復(fù)、邊坡、公路、植被恢復(fù)及公路邊坡等出現(xiàn)頻率排名最高，分別達(dá)到236、233、81、79、61、48、36 次，從而揭示了路域生態(tài)研究的主要內(nèi)容，說明學(xué)者們已經(jīng)將生態(tài)恢復(fù)、生態(tài)修復(fù)、邊坡等作為路域生態(tài)修復(fù)的研究重點。公路邊坡是路域生態(tài)修復(fù)的重點對象，因此受到最多關(guān)注，很多學(xué)者在公路邊坡生態(tài)修復(fù)方面也做了大量的研究[27-30]，并對高速公路邊坡的生態(tài)修復(fù)進行了研究與評價[31]。此外，植被恢復(fù)、景觀設(shè)計等作為生態(tài)修復(fù)的重要組成部分，出現(xiàn)頻率也相對較高，同樣也受到很大的關(guān)注，是路域生態(tài)修復(fù)研究的重點對象，也是近些年來國內(nèi)外都十分關(guān)注的領(lǐng)域。

表3 路域生態(tài)修復(fù)高頻關(guān)鍵詞

關(guān)鍵詞聚類可以展示一個領(lǐng)域在不同研究方向的熱點，其實現(xiàn)是以關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析為基礎(chǔ)，將關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系通過聚類統(tǒng)計學(xué)的方法簡化成數(shù)目相對較少聚類的過程[32]。本研究采用LSI 算法進行聚類，對路域生態(tài)修復(fù)的研究課題進行聚類，獲得良好的聚類效果（圖5）。觀察關(guān)鍵詞聚類結(jié)果發(fā)現(xiàn)（表4），聚類研究內(nèi)容存在相互交叉的現(xiàn)象，歸納概括為公路、生態(tài)恢復(fù)、綠色公路和植物選擇4 個方面。

表4 關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)共現(xiàn)聚類

圖5 路域生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵詞聚類網(wǎng)絡(luò)可視化圖

3.5 研究趨勢

突現(xiàn)詞指在某段時間內(nèi)的被引頻次突然增多的關(guān)鍵詞，是反映某段時間內(nèi)某研究領(lǐng)域的研究趨勢。鑒于此，為更深層次研究我國路域生態(tài)修復(fù)研究的發(fā)展趨勢，運行CiteSpace，參數(shù)設(shè)置為“Burstterms”，獲得關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖（圖6）。由圖6 可以看出，爆發(fā)強度最大的突發(fā)項是生態(tài)修復(fù)（強度值為6.55），生態(tài)修復(fù)在2017 年爆發(fā)，歷時2 年后，在2018 年開始下降；其次綠色公路（強度值為5.46）一詞爆發(fā)于2019 年，一直延續(xù)至今；景觀（強度值為4.59）爆發(fā)強度排名第三，爆發(fā)時間始于2012 年，直至2015 年才開始下降。此外，從時間維度觀察發(fā)現(xiàn)一個明顯的現(xiàn)象，高速公路邊坡、公路工程、綠色公路、綠化養(yǎng)護、綠化生態(tài)恢復(fù)和生態(tài)防護等突現(xiàn)詞的爆發(fā)時間跨度一直延續(xù)至今，是我國路域生態(tài)修復(fù)目前的研究趨勢。另外，從關(guān)鍵詞的突發(fā)項變化狀況來看，我國路域生態(tài)修復(fù)（恢復(fù)）主要經(jīng)歷以下4個階段。

圖6 關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖

第一階段（1995—1998 年）：本階段內(nèi)沒有任何突發(fā)項，說明國內(nèi)對路域生態(tài)修復(fù)意識較差，不夠重視，且初步接觸路域生態(tài)修復(fù)，研究手段尚未成熟。

第二階段（1999—2007 年）：是路域生態(tài)修復(fù)研究的熱門時期。在這一時期，突發(fā)項大量出現(xiàn)，主要包括環(huán)境保護、巖石邊坡、環(huán)境工程和綠化。這一時期的研究主要是關(guān)于路段環(huán)境保護的研究。

第三階段（2008—2011 年）：是路域生態(tài)修復(fù)研究的新起點，主要的突發(fā)項包括道路工程、巖質(zhì)邊坡、植被護坡、路域、公路建設(shè)和速藤屏等，研究主要關(guān)于路域邊坡防護，采用植物護坡、速藤屏護坡等技術(shù)出現(xiàn)。

第四階段（2012—2021 年）：再次出現(xiàn)新的突發(fā)項，主要包括景觀、生態(tài)、植物配置、高速公路邊坡、恢復(fù)措施、生態(tài)環(huán)境、生態(tài)修復(fù)、水土保持、生態(tài)破壞、公路工程、公路邊坡、綠色公路、綠化養(yǎng)護、綠化生態(tài)恢復(fù)和生態(tài)防護，拓展了研究領(lǐng)域和方向，從景觀、綠化生態(tài)恢復(fù)、綠化養(yǎng)護等幾方面進行了深層次的研究。

4 結(jié)論與展望

路域生態(tài)影響因素的復(fù)雜多樣，導(dǎo)致路域生態(tài)的治理變得極其困難。自19 世紀(jì)中葉以來，國內(nèi)學(xué)者共發(fā)表了889 篇高質(zhì)量研究論文，涉及路域生態(tài)治理的各個方面。本文基于CiteSpace 軟件的支持，對CNKI數(shù)據(jù)庫有關(guān)路域生態(tài)修復(fù)每年發(fā)表論文的數(shù)量、機構(gòu)、作者、研究重點及研究趨勢等進行了分析，以闡明路域生態(tài)修復(fù)的重要信息和研究前沿趨勢，得到結(jié)論如下。

通過對CNKI 數(shù)據(jù)庫論文發(fā)表數(shù)量統(tǒng)計分析，路域生態(tài)修復(fù)相關(guān)的文獻發(fā)表數(shù)量隨年份的變化總體呈現(xiàn)先增加再減少的趨勢；交通運輸部科學(xué)研究院開展對路域生態(tài)修復(fù)的研究最為積極；通過對作者極其發(fā)文數(shù)量分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)表論文最多的作者是梁愛學(xué)，其對路域生態(tài)修復(fù)研究貢獻相對較大。

基于關(guān)鍵詞分析，研究重點為生態(tài)恢復(fù)、高速公路、生態(tài)修復(fù)、邊坡、植被恢復(fù)及景觀設(shè)計。通過聚類分析發(fā)現(xiàn)，聚類詞標(biāo)簽分別為生態(tài)恢復(fù)、高速公路、生態(tài)修復(fù)等。研究領(lǐng)域可分為4 個階段：第一階段（1995—1998 年）沒有任何突發(fā)項，剛涉及路域生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域，處于摸索時期；第二階段（1999—2007 年）是路域生態(tài)修復(fù)研究的快速發(fā)展階段，研究主要是關(guān)于路段環(huán)境的保護；第三階段（2008—2011 年）是路域生態(tài)修復(fù)研究的新起點，以路域邊坡的生態(tài)護坡為研究重點，植物護坡、速藤屏護坡等關(guān)鍵詞突現(xiàn)；第四階段（2012—2021 年）再次出現(xiàn)新的突發(fā)項，拓展了研究領(lǐng)域和方向，從景觀、綠化生態(tài)恢復(fù)、生態(tài)修復(fù)及綠化養(yǎng)護等方面進行了深層次的研究。

本文通過對路域生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域的現(xiàn)狀、重點熱點、前沿趨勢等進行了研究，并指出了未來路域生態(tài)修復(fù)的研究方向。需要關(guān)注的一點是，高速公路邊坡、公路工程、綠色公路、綠化養(yǎng)護、綠化生態(tài)恢復(fù)和生態(tài)防護等突現(xiàn)詞的爆發(fā)時間跨度一直延續(xù)至今，是目前我國路域生態(tài)修復(fù)的研究熱點和趨勢。