全球海洋酸化研究態(tài)勢與最新進展分析*

於維櫻 張燦影 馮志綱 郭 琳

(中國科學(xué)院海洋研究所 文獻信息中心, 青島 266071)

全球海洋酸化研究態(tài)勢與最新進展分析*

於維櫻 張燦影 馮志綱①郭 琳

(中國科學(xué)院海洋研究所 文獻信息中心, 青島 266071)

海洋是一個巨大的碳庫, 通過吸收大氣中的二氧化碳減緩了全球變暖的局勢。海洋同時也是蘊含豐富資源的寶庫, 過量二氧化碳的吸收, 造成海水pH發(fā)生變化,海洋酸化對這個資源寶庫的影響不容忽視。本文通過文獻計量與統(tǒng)計分析的方法, 從宏觀角度研究了海洋酸化研究的整體發(fā)展現(xiàn)狀和主要研究主題的分布, 分析了未來的發(fā)展趨勢, 并結(jié)合現(xiàn)有問題給出了討論及建議, 以期為未來的海洋酸化研究提供一定的參考借鑒。研究結(jié)果表明, 海洋酸化研究經(jīng)歷了探索、成型、快速增長與穩(wěn)步增長4個時期。澳大利亞、美國、加拿大和英國是主要研究國家; 美國國家海洋與大氣管理局、美國伍茲霍爾海洋研究所、美國加州大學(xué)、澳大利亞昆士蘭大學(xué)和詹姆斯庫克大學(xué)是主要研究機構(gòu)。海洋酸化過程與成因、敏感性生物與生命過程影響、生態(tài)系統(tǒng)影響與生態(tài)效應(yīng)、珊瑚礁與藻類典型研究等內(nèi)容則是該領(lǐng)域的主要研究主題。未來的海洋酸化研究應(yīng)該拓展廣度和深度, 提升方法和技術(shù), 并注意制定綜合研究計劃, 慎重定性與量化研究結(jié)果, 考慮多方面差異耦合因子并加強基礎(chǔ)研究與國際合作。

海洋酸化; 文獻計量; 研究態(tài)勢; 最新進展

海洋是地球的重要組成部分, 約占地球表面積的 71%, 包含有地球上 97%的總水量,是一個蘊藏著巨大能量和資源的寶庫, 在促進地球生物化學(xué)循環(huán)、維持生物多樣性和提供豐富生物資源等方面扮演著重要角色。海洋也是一個巨大的碳庫, 在全球碳循環(huán)中起著極其重要的作用, 通過大量吸收大氣中的二氧化碳, 減緩了大氣中二氧化碳濃度的上升趨勢, 從而對緩解全球變暖起到了重要作用。

海水應(yīng)為弱堿性, 海洋表層水的pH約為8.2。全球海洋通量研究(joint global ocean flux study)證明了大氣中二氧化碳向海洋中的擴散現(xiàn)象及海洋酸化現(xiàn)象的發(fā)生(Buesseler, 2001)。工業(yè)革命以來, 人類活動和現(xiàn)代化石燃料的大量使用導(dǎo)致大氣中二氧化碳的總量不斷增加, 這些人為排放的二氧化碳有 30%～40%被海洋吸收(Sabine et al., 2004)。當(dāng)空氣中過量的二氧化碳進入海洋中時, 海水的酸度就會增大, 海洋自身碳酸鹽的化學(xué)平衡也會被打破, 從而使海水的 pH降低, 最終導(dǎo)致海水酸度增加。這種由于海洋吸收了大氣中過量二氧化碳引起的海水酸度增加的過程, 被稱為海洋酸化。Caldeira和Wickett(2003)首次在著名科學(xué)雜志 Nature上闡述了這種現(xiàn)象, 并將其命名為“海洋酸化”。目前, 全球海洋正處于5500萬年以來海洋酸化速度最快的時期, 截止到 2012年, 過量的二氧化碳排放已將海水表層pH降低了0.1, 預(yù)計2100年前表層海水pH將下降0.3～0.4(降至7.8左右), 即海水酸度將比1800年增加1～1.5倍(Orr et al., 2005)。

自從 2003年海洋酸化在國際上首次作為科學(xué)問題被提出以來, 就成為當(dāng)今國際海洋科學(xué)研究前沿領(lǐng)域的重要內(nèi)容, 引起了廣泛關(guān)注。隨著海水pH的變化, 海洋生態(tài)系統(tǒng)也發(fā)生了巨大改變, 嚴(yán)重影響了海洋中的生物, 尤其是甲殼類、無脊椎生物的生存(趙信國和劉廣緒, 2015)。海洋吸收二氧化碳導(dǎo)致海洋酸化, 改變了海水的化學(xué)特性, 使得海洋生物賴以生存的海洋化學(xué)環(huán)境發(fā)生了變化,從而影響到海洋生物的生理、生長、繁殖和代謝過程, 破壞海洋生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)平衡(賀仕昌等, 2014)。由此可見, 海洋酸化是一個全球性的、人類歷史上前所未遇的挑戰(zhàn)。海洋酸化對全球海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響十分嚴(yán)重。

1 資料與方法

為了深入分析海洋酸化的研究發(fā)展?fàn)顩r, 以湯森路透集團的科學(xué)引文索引擴展版(science citation index expanded, SCIE)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ), 采用“ocean acidification”為主題進行檢索, 并限定文獻類型為“article、review、book chapter、proceeding papers”, 檢索得到海洋酸化研究的相關(guān)文獻3562篇, 檢索日期截止到2016年6月13日。檢索得到的文獻絕大多數(shù)與海洋酸化關(guān)系緊密, 涵蓋了該領(lǐng)域研究的主要文獻群體, 符合宏觀研究的數(shù)據(jù)需求。

Thomson Data Analyzer(TDA)是湯森路透公司推出的一個具有強大分析功能的文本挖掘軟件, 可以對文本數(shù)據(jù)進行多角度的數(shù)據(jù)挖掘和可視化的全景分析(鄭斐和郭彥宏, 2013)。Ucinet是加州大學(xué)歐文(Irvine)分校編寫的可視化分析軟件, 其中的 NetDraw插件可針對二維數(shù)據(jù)進行大型網(wǎng)絡(luò)分析(王運鋒等, 2008)。PathFinder是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析及可視化的重要優(yōu)化算法, 可以通過簡化網(wǎng)絡(luò)的方式達到凸顯重要關(guān)聯(lián)的效果(湯天波等, 2015)。VOSviewer是一款科學(xué)知識圖譜繪制工具,可對作者、機構(gòu)、關(guān)鍵詞等字段進行合作共現(xiàn)與聚類分析(高凱, 2015)。HistCite是湯森路透公司推出了一個引文分析軟件, 可以根據(jù)多個引文指標(biāo)篩選出重要的核心文獻(李運景等, 2006)。而 Excel則是我們最常用的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與繪圖工具, 可對研究數(shù)據(jù)進行圖表分析。因此, 通過以上網(wǎng)絡(luò)可視化軟件進行計量分析與圖表繪制, 我們可以從文獻產(chǎn)出的宏觀統(tǒng)計視角看到海洋酸化研究的國際發(fā)展現(xiàn)狀、熱點研究主題與未來發(fā)展趨勢。

2 結(jié)果

2.1 整體態(tài)勢與主要研究力量分析

2.1.1 整體發(fā)文態(tài)勢

從整體發(fā)文情況來看, 2005年以前, 海洋酸化的發(fā)文量不太穩(wěn)定, 50余篇文獻中多數(shù)與當(dāng)前海洋酸化研究關(guān)聯(lián)性不是很大。2005年以后, 海洋酸化研究開始呈現(xiàn)出穩(wěn)定增長態(tài)勢, 2007～2008年這兩年的增長率尤為突出(圖1)。

2.1.2 主要發(fā)文國家

表1顯示了發(fā)表海洋酸化相關(guān)論文的主要國家。美國、澳大利亞和英國是發(fā)文最多的國家, 其發(fā)文量、總被引頻次與篇均被引頻次均排在前 3位。此外, 葡萄牙、西班牙和中國的最新發(fā)文較多; 新西蘭、瑞典和挪威的被引比例較高; 英國、德國和澳大利亞的高被引論文較多; 加拿大、意大利和法國在高質(zhì)量論文產(chǎn)出方面表現(xiàn)突出。結(jié)合各項指標(biāo)的排名進行權(quán)重分析可以看出, 澳大利亞、美國、加拿大、德國和英國是海洋酸化研究綜合實力較強的國家。圖2展示了前50個主要國家(或地區(qū))的合作網(wǎng)絡(luò)圖譜。從圖2中可以看出, 美國處于合作中心位置, 其次是英國、德國和澳大利亞, 法國、挪威和丹麥則處于第三梯隊。

表1 主要國家海洋酸化研究影響力分析(前15位)Tab.1 The major countries on ocean acidification research(Top15)

圖2 國際海洋酸化研究主要國家(或地區(qū))合作網(wǎng)絡(luò)圖(前50位)Fig. 2 The cooperation network of main countries or regions on global ocean acidification research(Top50)

2.1.3 主要發(fā)文機構(gòu)

從表 2中發(fā)表海洋酸化相關(guān)論文的主要機構(gòu)來看, 美國加州大學(xué)在發(fā)文與引用體量上表現(xiàn)突出, 美國國家海洋與大氣管理局的發(fā)文量、總被引頻次、篇均被引頻次與近 3年發(fā)文占比等多個指標(biāo)居于前3位, 美國伍茲霍爾海洋研究所和法國巴黎第六大學(xué)則在被引情況與高質(zhì)量論文方面表現(xiàn)良好。此外, 法國國家科學(xué)研究院雖然發(fā)文體量不大, 但其科研產(chǎn)出認(rèn)可程度較高?？傮w來看, 美國國家海洋與大氣管理局、美國伍茲霍爾海洋研究所、美國加州大學(xué)、澳大利亞昆士蘭大學(xué)及詹姆斯庫克大學(xué) 5所機構(gòu)在該領(lǐng)域的綜合科研實力較強。在機構(gòu)合作方面, 美國加州大學(xué)處于合作網(wǎng)絡(luò)的中心, 其次是澳大利亞昆士蘭大學(xué)和德國赫姆霍茲基爾海洋研究中心(圖3)。此外, 美國國家海洋與大氣管理局的合作性也非常突出, 新西蘭奧塔格大學(xué)及澳大利亞的 5所機構(gòu)(昆士蘭大學(xué)、聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織、塔斯馬尼亞大學(xué)、悉尼大學(xué)和南十字星大學(xué))是該領(lǐng)域的國際合作橋梁機構(gòu)。由此可見, 澳大利亞機構(gòu)在海洋酸化合作研究方面非常活躍。

此外, 從發(fā)文的資金支持方面來看, 美國國家科學(xué)基金(652篇)、澳大利亞研究委員會(295篇)、美國國家海洋與大氣管理局(215篇)、英國自然環(huán)境研究委員會(211篇)和歐洲共同體(170篇)是資助比例最大的組織, 這與上文指出的主要國家和機構(gòu)吻合度非常高,可見研究經(jīng)費支持力度與文獻產(chǎn)出有著較大的關(guān)聯(lián)性。

2.2 主要研究熱點與趨勢分析

從研究領(lǐng)域來看, 環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)(1310篇)、海洋與淡水生物學(xué)(1073篇)、海洋學(xué)(687篇)和地質(zhì)學(xué)(567篇)是海洋酸化研究的主要領(lǐng)域。在發(fā)文期刊方面, PLoS One (229篇)Biogeosciences(214篇)Marine Ecology Progress Series(144篇)Global Change Biology (114篇)與Marine Biology(113篇)是發(fā)文最多的刊物。而發(fā)文量居于前 30位的期刊中, 海洋生物學(xué)類的刊物占了絕大多數(shù), 此外還有海洋生態(tài)、珊瑚礁、氣候變化、海洋湖沼、海

洋污染及海洋化學(xué)領(lǐng)域的少量刊物。除了宏觀地分析發(fā)文領(lǐng)域和期刊外, 通過統(tǒng)計分析高頻關(guān)鍵詞與年代變化、關(guān)鍵詞共現(xiàn)和聚類, 以及重要核心文獻, 還能進一步得出國際海洋酸化研究的主要研究熱點與最新研究方向。

表2 主要機構(gòu)海洋酸化研究影響力分析(前15位)Tab.2 The major research institutions on ocean acidification research(Top15)

圖3 國際海洋酸化研究主要機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖(前50位)Fig. 3 The cooperation network of major institutions on global ocean acidification research(Top50)

2.2.1 高頻關(guān)鍵詞與年代變化分析

采用TDA對作者關(guān)鍵詞進行提取、清洗和詞頻統(tǒng)計, 可以了解該領(lǐng)域研究的主要內(nèi)容和熱點。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn), “海洋酸化”“氣候變化”“二氧化碳”“鈣化”“pH”“珊瑚”“珊瑚礁”“光合作用”及“生態(tài)系統(tǒng)”等詞匯是排名靠前的高頻關(guān)鍵詞。通過對高頻關(guān)鍵詞進行分組統(tǒng)計發(fā)現(xiàn), 海洋酸化研究的作者關(guān)鍵詞主要有如下幾類: ①與海洋酸化過程與成因相關(guān)的詞匯包括“二氧化碳”“氣候變化”“全球變暖”“pH”“文石”“溫度”“碳酸鈣”“碳循環(huán)”“方解石”“鹽度”“堿度”“酸堿平衡”“溶解無機碳”; ②受海洋酸化影響的生物詞匯包括“珊瑚”“浮游植物”“珊瑚藻”“珊瑚蟲”“海草”“海藻”“棘皮動物”“有孔蟲”“牡蠣”“硅藻”“海膽”“貽貝”“無脊椎動物”與“軟體動物”等; ③酸化對海洋生物生命過程造成影響的詞匯包括“高碳酸血癥”“缺氧”“氧化應(yīng)激”“幼蟲”“代謝”“生物礦化”“珊瑚白化”“生產(chǎn)力”“生理反應(yīng)”“死亡”“捕食”“受精”“發(fā)育”“入侵物種”及“毒性”等;④與海洋酸化研究地域相關(guān)的詞匯包括“地中?！薄澳蠘O洲”“北極”“南部海洋”“大堡礁”“波羅的?！薄氨北蟆薄敖！奔啊把匕逗Ｑ蟆钡?。除此以外, 還有一些海洋酸化對海洋生態(tài)造成影響的詞匯, 以及古海洋學(xué)與地質(zhì)學(xué)研究方面的詞匯, 如“水體富營養(yǎng)化”“生物多樣性”“棲息地”“碳同位素”“沉積物”“演化”等。

采用年代作為參數(shù)進行劃片分析, 可以進一步了解海洋酸化領(lǐng)域的關(guān)鍵詞變化情況。圖4(見文后彩圖)是排名前30位的關(guān)鍵詞的年代分布圖, 從中可以明顯看到, “海洋酸化”一詞從2010年開始顯著增長, “氣候變化”與“二氧化碳”也出現(xiàn)明顯增長趨勢, 其他熱門詞匯則發(fā)展平穩(wěn)。這說明, 海洋酸化研究與全球變暖、氣候變化和二氧化碳等酸化成因及誘導(dǎo)因素關(guān)聯(lián)緊密, 相關(guān)研究還沒有出現(xiàn)大規(guī)模拓展和延伸, 符合新興領(lǐng)域的發(fā)展特征。

2.2.2 關(guān)鍵詞共現(xiàn)與聚類分析

通過前50個高頻關(guān)鍵詞的共現(xiàn)關(guān)系與中心性, 可以分析海洋酸化研究的熱點內(nèi)容。從圖5中可以看到, “海洋酸化”是網(wǎng)絡(luò)的中心詞匯, “氣候變化”“珊瑚”與“文石”是網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)詞匯。此外, 連線較粗的重要關(guān)鍵詞還有“二氧化碳”“全球變暖”“海洋變暖”“鈣化”“珊瑚礁”“溫度”“光合作用”及“幼蟲”等。

通過 VOSviewer軟件對海洋酸化研究文獻中的標(biāo)題與摘要關(guān)鍵詞進行提取和聚類分析, 可以了解該領(lǐng)域研究的主要主題。從圖6 (見文后彩圖)中可以看出, 海洋酸化研究主要分為5個大類: ①紅色聚類團, 主要研究海洋酸化的成因、過程與反應(yīng)機制, 探索海洋酸化與海洋環(huán)流、海水交換、海洋碳氮循環(huán)的關(guān)系,針對個別地區(qū)進行原位試驗與海水酸堿度監(jiān)測, 根據(jù)試驗數(shù)據(jù)與觀測變化結(jié)果構(gòu)建系統(tǒng)模型等內(nèi)容, 聚類詞匯包括“海水”“二氧化碳”“大氣二氧化碳”“酸化”“pH”“人類排放”“溶解性無機碳”“固氮”“分解”“氣體交換”“沿岸海水”“原位”“年際變化”“系統(tǒng)模型”與“生物化學(xué)”等; ②綠色聚類團, 主要研究海洋酸化對海洋鈣化生物受精過程、幼蟲生長、酸化響應(yīng)及病理變化的影響, 聚類詞匯包括“酸堿平衡”“海水酸化”“海洋生物”“海洋魚類”“鈣化生物”“海膽”“貽貝”“橈足類”“棘皮動物”“耐熱性”“氧化應(yīng)激”“血碳酸過多癥”“受精”“幼蟲生長”與“適應(yīng)性”等; ③藍色聚類團, 主要研究海洋酸化對珊瑚和珊瑚礁帶來的影響, 監(jiān)測各地珊瑚白化情況, 探討海洋酸化帶來的生態(tài)環(huán)境挑戰(zhàn), 聚類詞匯包括“海洋酸化”“氣候變化”“鈣化”“生物多樣性”“珊瑚礁”“大堡礁”“造礁石珊瑚”“生態(tài)”“恢復(fù)”“白化”與“棲息地”等; ④黃色聚類團, 主要從海洋地質(zhì)學(xué)與礦物學(xué)角度研究過去的氣候變化與海洋酸化歷史事件, 聚類詞匯包括“碳酸鈣”“鈣化”“分解”“霰石”“沉積”“浮游有孔蟲”“滅絕”“進化”“始新世熱量峰值”“礦物學(xué)”與“聚合物”等; ⑤紫色聚類團, 主要研究海洋酸化給海洋藻類帶來的變化和影響, 聚類詞匯包括“硅藻”“珊瑚藻”“微藻”“衣藻”“上升二氧化碳”“濃縮機制”“紫外線輻射”“光合作用”“葉綠素?zé)晒庑浴薄俺Ａ糠治觥薄霸鲩L”“碳獲取”與“生理反應(yīng)”等。

圖4 國際海洋酸化研究高頻關(guān)鍵詞年代變化(前30位)Fig. 4 The annual change of high-frequency key-words on global ocean acidification research

圖5 國際海洋酸化研究高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖(前50位)Fig. 5 The co-occurrence chart of high-frequency key words on global ocean acidification research(Top50)

圖6 國際海洋酸化關(guān)鍵詞聚類圖(題名與摘要)Fig. 6 The clustering map of keywords on global ocean acidification research in the titles and abstracts

表3 HistCite軟件的主要參考指標(biāo)Tab.3 The main reference index of HistCite

2.2.3 重要核心文獻分析

傳統(tǒng)意義上的核心文獻指的是在 SCI數(shù)據(jù)庫里引用率高的文獻, 但這些文獻有時候跟我們的研究方向不完全貼合。通過 HistCite對檢索到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析, 可以得到一系列指標(biāo), 其中 LCS指的是某篇文獻在本次研究文獻集合內(nèi)的被引情況。因此, LCS高的文獻往往才是我們應(yīng)該重視的領(lǐng)域核心文獻。另外, HistCite軟件還給出了其他多種參考指標(biāo), 它們都能從某個角度表明文獻的重要性(李運景等, 2006)。

結(jié)合HistCite軟件的10個指標(biāo)(表3), 筆者篩選出了各類指標(biāo)排名靠前的 50篇或 100篇文獻, 去重后獲得重要文獻集合283篇, 通過分析這些文獻的主要研究內(nèi)容, 可以幫助我們進一步了解領(lǐng)域的研究熱點。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),海洋酸化的研究熱點主要分為8類: ①海洋酸化與珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng), 包括珊瑚白化與恢復(fù)、珊瑚礁棲息地與礁棲生物、珊瑚蟲與珊瑚共生物種、珊瑚礁生物群落等; ②海洋酸化與敏感性動物, 包括鈣化動物、無脊椎動物、浮游動物與經(jīng)濟型動物, 主要針對原生動物、軟體動物與甲殼動物, 如貝類、有孔蟲、海參、蟹類與蝦類等; ③海洋酸化與地球生物化學(xué)循環(huán),關(guān)注二氧化碳與碳酸鈣濃度變化、溶解有機碳動態(tài)與碳循環(huán)、海洋碳酸鹽平衡、海洋生物碳吸收、海洋養(yǎng)分循環(huán)、海洋微量元素、海底火山噴口等方面, 特別是海洋固碳問題, 包括物理固碳的碳儲存與泄漏問題、生物固碳的光合固碳與鈣化固碳兩種途徑研究; ④海洋酸化與海洋生態(tài)系統(tǒng), 包括海洋生物多樣性與群落結(jié)構(gòu)變化、生態(tài)系統(tǒng)熱耐受與低氧應(yīng)激、海洋食物鏈變化與營養(yǎng)供給、海洋棲息地變化與底棲群落、生態(tài)系統(tǒng)不同層次的生物演變、海洋物種管理與生態(tài)系統(tǒng)保護等; ⑤海洋酸化與海洋藻類, 主要針對硅藻、紅藻(珊瑚藻)、綠藻和褐藻等種類, 研究藻類鈣化、光合作用、生長變化、豐度變化、富營養(yǎng)化與有害藻華等; ⑥海洋酸化與差異性因素的耦合效應(yīng),包括全球變暖、海冰融化、二氧化碳濃度升高、物理海洋變化、紫外線輻射、色素沉著、環(huán)境污染及漁業(yè)捕撈等; ⑦海洋酸化與古海洋地質(zhì)學(xué)研究, 包括古新世-始新世最高熱度研究、海洋酸化地址記錄、底棲有孔蟲、海水沉積試驗、碳酸鹽臺地演變、碳酸鹽礦物及海洋生物礦化反應(yīng)等; ⑧海洋酸化數(shù)值模擬與動態(tài)監(jiān)測, 包括海洋酸化數(shù)值測量、pH變化動態(tài)與時間序列、酸化季節(jié)性變化與長期規(guī)律、海洋酸化的程度分析與進展預(yù)測、海洋鈣化速率監(jiān)測、海洋酸化建模與場景實驗等。

對于海洋酸化與具體海洋生物的影響研究, 主要內(nèi)容包括以下幾個方面: ①海洋酸化對海洋生物生殖與早期生命階段的影響,如受精、產(chǎn)卵、孵化、繁殖、早期發(fā)育與幼蟲生長等; ②海洋酸化對動物生活能力與行為塑造的影響, 如嗅覺、聽覺、捕食、遷徙與歸巢等; ③海洋酸化對生物進化與適應(yīng)性的影響, 如生化適應(yīng)、耐熱性、耐酸性、氧氣消耗與二氧化碳吸收能力等; ④海洋酸化對海洋生物的功能性影響, 如呼吸作用、食物消化、能量代謝與其他機能變化等; ⑤海洋酸化與生物毒理學(xué)研究, 如生物死亡率、物種選擇、生物滅絕、病理反應(yīng), 以及酸雨癥、血碳酸過多癥與缺氧等毒性反應(yīng); ⑥海洋酸化與動物基因組學(xué)研究, 包括蛋白質(zhì)基因組學(xué)、基因表達、遺傳效應(yīng)、免疫反應(yīng)、形態(tài)變化及細胞分析等。

除此以外, 海洋酸化對浮游植物生長的促進, 海洋微量金屬的形態(tài)、溶解性、吸附性、毒性與氧化反應(yīng), 海草生長與酸化抑制, 海洋捕撈、海洋旅游與漁業(yè)經(jīng)濟, 海洋工程、化學(xué)風(fēng)化與海洋酸化應(yīng)對措施, 以及海洋酸化對深海、大陸架和陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響等也是該領(lǐng)域研究所涉及的內(nèi)容。

3 總結(jié)與討論

3.1 研究發(fā)展態(tài)勢分析

結(jié)合上述分析, 從整理發(fā)展脈絡(luò)來看,海洋酸化研究領(lǐng)域具有較長的研究歷史, 早在20世紀(jì)80年代就開展了相關(guān)的研究, 但直到近15年期間這一領(lǐng)域才逐漸發(fā)展成為熱點,受關(guān)注程度逐年上升。2005年以前是海洋酸化研究的探索期, 2005年以后該領(lǐng)域逐漸成型, 2007～2008年是研究的快速增長期, 而近5年則處于穩(wěn)步增長期。隨著海洋酸化問題的逐漸凸顯, 未來若干年該領(lǐng)域?qū)⑷匀槐３州^高的被關(guān)注熱度。

在研究力量分布方面, 澳大利亞、美國、加拿大、德國和英國是海洋酸化研究的主要國家, 美國處于研究合作的中心位置, 英國、德國和澳大利亞也有較強的合作成效。中國在近 3年的發(fā)文較多, 未來有望在該領(lǐng)域有更好的表現(xiàn)。美國國家海洋與大氣管理局、美國伍茲霍爾海洋研究所、美國加州大學(xué)、澳大利亞昆士蘭大學(xué)和詹姆斯庫克大學(xué) 5所機構(gòu)是海洋酸化研究的中堅力量。美國加州大學(xué)是主要合作機構(gòu), 其次是澳大利亞昆士蘭大學(xué)、德國赫姆霍茲基爾海洋研究中心和美國國家海洋與大氣管理局。澳大利亞機構(gòu)在國際合作方面起到了橋梁作用,鑒于該國特有的沿海特色與珊瑚礁區(qū)域, 澳大利亞在海洋酸化研究方面的表現(xiàn)非?；钴S。此外, 與主要研究力量相吻合的是美國、澳大利亞、英國和歐洲為該領(lǐng)域提供了較大的資金支持。

在研究主題分布方面, 首先從高頻關(guān)鍵詞角度分析, “海洋酸化”“氣候變化”“二氧化碳”“鈣化”“pH”“珊瑚”“光合作用”及“生態(tài)系統(tǒng)”等詞匯是排名靠前的高頻關(guān)鍵詞。在全部作者關(guān)鍵詞中, 熱門詞匯主要集中在海洋酸化過程與成因、海洋酸化敏感性生物、海洋生物生命過程影響、海洋酸化生態(tài)效應(yīng)及關(guān)鍵地域等方面。從年代變化角度來看, “全球變暖”“氣候變化”與“二氧化碳”等詞匯出現(xiàn)的頻率有明顯增長趨勢, 說明海洋酸化誘因是研究不可避免的內(nèi)容, 也是該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究內(nèi)容, 同時還有著長期的伴隨性影響。此外, “珊瑚”“文石”“鈣化”“溫度”“光合作用”與“幼蟲”等都是網(wǎng)絡(luò)關(guān)系較突出的詞匯, 它們代表了該領(lǐng)域研究的主流。

其次, 從關(guān)鍵詞聚類角度分析, 海洋酸化研究有四個明顯的研究方向, 一是從源頭出發(fā), 研究海洋酸化的成因、過程與反應(yīng)機制,海洋酸化與海洋物理化學(xué)變化的關(guān)系, 海洋酸化的參數(shù)變化與建模分析; 二是從易受影響的敏感生物入手, 研究海洋酸化對鈣化生物早期生命過程、進化適應(yīng)與病變反應(yīng)的影響;三是選擇代表性物種先行研究, 如珊瑚礁與藻類; 四是追溯歷史, 通過地質(zhì)礦物研究推演過去的氣候變化與酸化事件。

最后, 從核心文獻角度分析, 海洋酸化的研究主題主要圍繞珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)、敏感性脆弱生物、海洋地球化學(xué)循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)變化、藻類生態(tài)系統(tǒng)、耦合作用因素、古海洋酸化歷史、模擬監(jiān)測試驗8個方面。其中, 針對海洋酸化的生物學(xué)研究較多, 細分主題主要包括繁殖發(fā)育、行為能力、生物功能、病變死亡與基因組學(xué)等6個方面?？偠灾? 海洋酸化的生物學(xué)研究分為微觀、中觀和宏觀 3個層次,其中微觀層次主要研究具體某個生物的變化,包括生理、行為、病理與基因研究等; 中觀層次則聚焦于某些物種種群的影響, 如群落結(jié)構(gòu)、物種豐度、種群演化等; 宏觀層次則是針對某個生態(tài)系統(tǒng)進行研究, 如珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)、藻類生態(tài)系統(tǒng)、沿岸生態(tài)系統(tǒng)等。

3.2 討論與未來發(fā)展建議

以往的海洋酸化研究綜述都是針對某一個主題進行研究內(nèi)容的整合分析, 如海洋酸化的生態(tài)學(xué)研究、海洋酸化的生物學(xué)研究、海洋酸化對珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的影響等。本文采用的文獻計量分析方法主要是從文獻產(chǎn)出的角度進行研究, 通過統(tǒng)計分析發(fā)表文獻的標(biāo)題、年代、國家、機構(gòu)、關(guān)鍵詞與引用情況等字段信息, 從宏觀的角度總結(jié)該領(lǐng)域的研究進展,可以幫助研究人員以更大的視野掌握該領(lǐng)域的發(fā)展動向, 同時也可以了解同行研究情況并尋找潛在合作伙伴。此外, 此類研究既可以揭示該領(lǐng)域研究的熱點趨勢, 也可以提示該領(lǐng)域未來的發(fā)展走向和未觸及的研究空缺。但是, 文獻計量方法也有自己的局限性, 那就是不能很好地反映細小的主題研究進展, 無法從微觀角度進行深入的研究內(nèi)容分析。此外,文獻計量采用的分析數(shù)據(jù)只能包含大部分的相關(guān)文獻而不能囊括所有, 雖滿足宏觀分析的需求卻容易遺漏一些領(lǐng)域開創(chuàng)性文獻和部分重要的領(lǐng)域外延文獻。

總結(jié)現(xiàn)有成果, 當(dāng)前的海洋酸化研究還存在觀測評估時間較短、研究廣度深度不夠、實驗技術(shù)方法局限等問題。因此, 建議未來的海洋酸化研究可以注意以下幾點: ①制定綜合系統(tǒng)的研究計劃, 開展長時間、連續(xù)性的監(jiān)測評估和脅迫試驗; ②盡可能量化研究結(jié)果, 并注意甄別結(jié)果的可信度, 如國際地圈生物圈計劃(international geosphere-biosphere program, IGBP)曾發(fā)布的置信報告; ③要考慮到各類差異性因素(特別是區(qū)域性差異), 以及協(xié)同因子、潛在因素間的相互影響; ④不要過于放大研究結(jié)果和定性酸化影響, 一些未來可變性因素?zé)o法模擬和預(yù)測; ⑤在鞏固加強基礎(chǔ)性研究工作時, 開展更多的酸化預(yù)防、抑制與應(yīng)對研究; ⑥不能忽視海洋酸化的溯源研究與成因機理研究。此外, 海洋酸化研究還應(yīng)該加強國際合作, 制定覆蓋整個海域的全球性研究計劃, 在發(fā)揮各自優(yōu)勢的同時避免重復(fù)性工作。同時, 跨學(xué)科合作也應(yīng)該引起重視, 在研究全球變暖等的其他主題領(lǐng)域時, 把海洋酸化考慮在內(nèi)。

目前, 海洋酸化是國際海洋研究的熱門領(lǐng)域, 除上述提及的研究主題外, 該領(lǐng)域還呈現(xiàn)出著如下發(fā)展趨勢: ①研究對象由直接受影響的敏感生物逐漸擴展到大型哺乳動物等頂層捕食者; ②研究方法從簡單的實驗室研究提升為更接近實際的原位圍隔試驗和更先進的技術(shù)設(shè)備; ③研究內(nèi)容從早期發(fā)育繁殖與幼蟲生長轉(zhuǎn)向更多的生命過程、生理反應(yīng)、功能行為及基因表達; ④評估范圍從單個個體上升到群體系統(tǒng)水平與多層級響應(yīng)研究;⑤研究區(qū)域從沿海代表性區(qū)域延伸到更廣泛的大洋甚至深海; ⑥研究參數(shù)從單一的pH變化發(fā)展為多因子聯(lián)合試驗與協(xié)同效應(yīng)分析。

繼全球變暖和環(huán)境污染后, 海洋酸化將逐漸成為嚴(yán)重影響和威脅人類社會發(fā)展的第三大環(huán)境問題。面對全球變暖和海洋酸化日趨嚴(yán)重的形勢, 世界各國要積極行動起來, 廣泛開展海洋酸化研究, 為保護海洋的健康、緩解氣候變化和人為影響作出應(yīng)有的貢獻。

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Bibliometric Analysis on Research Trends and Latest Developments of Global Ocean Acidification

YU Wei-Ying, ZHANG Can-Ying, FENG Zhi-Gang*, GUO Lin
(Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China) *Corresponding author, E-mail: zgfeng@qdio.ac.cn

The ocean is a huge carbon sink that slows down the global warming by absorbing atmospheric carbon dioxide. The ocean also contains a wealth of resources, but the excessive absorption of carbon dioxide leads to the ocean acidification, which is a serious problem and cannot be ignored. By applying bibliometric methods and statistical analysis from a macro perspective, we studied the history and trend of research on ocean acidification, distribution of major research topics, and put forward several research proposals to solve existing problems and to provide references for the future research. The results show that the ocean acidification research experienced four development periods from initiation to full growth. Australia, United States, Canada and the UK are the main research countries. The US National Oceanic and Atmospheric Administration, Woods Hole Oceanographic Institution, University of California, University of Queensland and James Cook University are the major research institutions. The process and cause of ocean acidification, sensitivity organism and life processes influence, the ecosystem impacts and ecological effects, case studies on coral reefs and algae are the main research topics of this field. Future research on ocean acidification shall expand the breadth and depth of research, improve research methods and techniques, enhance comprehensive research programs, re-analyze qualitative and quantitative outcomes, consider multiple differentiated coupling factors, and strengthen the basic research and international cooperation.

ocean acidification; bibliometrics analysis; research trends; latest developments

N99

10.12036/hykxjk20160721005

* 於維櫻, 女, 助理館員, E-mail: yuweiying@qdio.ac.cn

① 通訊作者: 馮志綱, 男, 圖書館員, 主要從事情報服務(wù)與信息檢索, E-mail: zgfeng@ qdio.ac.cn

2016-07-21, 收修改稿日期: 2016-07-29