基于知識(shí)圖譜的生態(tài)承載力研究熱點(diǎn)和趨勢(shì)展望

喬媛媛 于晴 金鵬 李軍利 張?jiān)迫A

摘 要：從WOS（Web of Science）中檢索1991-2019年關(guān)于生態(tài)承載力的文章共2121篇.利用CiteSpace軟件構(gòu)建知識(shí)圖譜，從文章的發(fā)表數(shù)量、發(fā)文國家及機(jī)構(gòu)、發(fā)文學(xué)科和文章的關(guān)鍵詞等方面出發(fā)，對(duì)生態(tài)承載力研究趨勢(shì)和熱點(diǎn)進(jìn)行分析.分析結(jié)果表明：涉及生態(tài)承載力發(fā)文量總體呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì);生態(tài)承載力研究的國家和機(jī)構(gòu)是以中國為中心，與其他國家合作較多的是美國;發(fā)文機(jī)構(gòu)中國科學(xué)院、北京師范大學(xué)、北京大學(xué)以及美國地質(zhì)調(diào)查局等發(fā)文較多;生態(tài)承載力發(fā)文的關(guān)鍵詞中，承載力、管理、生態(tài)足跡、模型、人口等是學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)話題，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、城市、研究框架等是生態(tài)承載力研究的新興話題.

關(guān)鍵詞：生態(tài)承載力;文獻(xiàn)計(jì)量;知識(shí)圖譜;研究趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：X24? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2020）07-0010-06

20世紀(jì)以來，社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高.經(jīng)濟(jì)發(fā)展必然帶來環(huán)境的破壞和資源的消耗，資源環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾日益突出，人們更加關(guān)注資源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)破壞等問題[1].“2010年生命星球報(bào)告”指出2007年，人類的生態(tài)足跡超過了地球生態(tài)承載力的50%[2].換句話說，為了提供世界生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的總消費(fèi)量，人類需要1.5個(gè)地球所產(chǎn)生的資源，這意味著社會(huì)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必須解決好當(dāng)今所面臨的生態(tài)環(huán)境和生態(tài)承載力問題.承載力概念于19九世紀(jì)80年代最早應(yīng)用于自然生態(tài)系統(tǒng)，著重于自然系統(tǒng)（如河流等）所能運(yùn)輸?shù)奈锢砹浚ㄈ鐒?dòng)物等）層面研究.直到19世界20年代，生態(tài)承載力的概念才首次由Hawden與Palmer兩人確切闡述，即指“在不被破壞的情況下，一個(gè)牧場(chǎng)特定時(shí)期內(nèi)所能支持放牧的存欄量”[3，4].20紀(jì)80年代以來，生態(tài)承載力被用來定義在一定的區(qū)域里，經(jīng)濟(jì)社會(huì)、自然資源、生態(tài)環(huán)境等可持續(xù)發(fā)展的前提下，人類活動(dòng)在生態(tài)系統(tǒng)中能被容納的最大值[5].90年代初期加拿大學(xué)者Wackernagel和William提出了“生態(tài)足跡”（Ecological Fooprint）這一理念，使得生態(tài)承載力的研究內(nèi)容由單一的要素向多要素綜合轉(zhuǎn)變.

我國在生態(tài)承載力的研究方面吸取了國外的知識(shí)理念并在此基礎(chǔ)上日漸發(fā)展完善.20世紀(jì)40年代任美鍔首次把生產(chǎn)力作為基礎(chǔ)進(jìn)行土地承載力的計(jì)算[6].80年代以來我國生態(tài)承載力的研究更趨于綜合性，楊賢智、王中根、夏軍、王家驥等人都提出了關(guān)于生態(tài)承載力的一系列觀點(diǎn)[7-10].近年來，對(duì)于生態(tài)承載力在量化方法方面的研究日益成為熱點(diǎn).從最初的定性到定量，由靜態(tài)數(shù)據(jù)分析到動(dòng)態(tài)模擬演變.自然植被凈第一性生產(chǎn)力模型、灰色系統(tǒng)模型、層次分析模型、回歸分析模型等研究方法在生態(tài)承載力研究中得到了廣泛的運(yùn)用[11-14].以往的學(xué)者從不同層次對(duì)生態(tài)承載力進(jìn)行了研究，但從文獻(xiàn)計(jì)量和數(shù)據(jù)分析的角度來研究生態(tài)承載力的卻少見.

近年來，大數(shù)據(jù)在極速的產(chǎn)生和流通，使得知識(shí)圖譜成為把握知識(shí)發(fā)展的動(dòng)態(tài)和科學(xué)研究熱點(diǎn)的重要工具[15].利用具有“圖”與“譜”雙重特性知識(shí)圖譜可以清晰地顯示研究文獻(xiàn)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系和發(fā)展進(jìn)程[16].目前，CiteSpace軟件已成為國內(nèi)外學(xué)者較為流行的知識(shí)圖譜的繪圖工具，學(xué)者利用該軟件開展了人力資源管理狀況、生態(tài)安全等研究[17].本文從生態(tài)承載力的角度出發(fā)，將傳統(tǒng)的文獻(xiàn)閱讀和知識(shí)圖譜相結(jié)合，剖析生態(tài)承載力的研究熱點(diǎn)和發(fā)展歷程，以期為生態(tài)承載力的研究提供參考.

1 數(shù)據(jù)來源和方法

數(shù)據(jù)來源于WOS數(shù)據(jù)庫中1991-2019年以“生態(tài)承載力”為主題的所有文獻(xiàn)（軟件分析時(shí)間跨度為1年，故2020年暫不做討論）.以“ecological carrying capacity”為主題檢索，共得到2121篇與生態(tài)承載力相關(guān)的文獻(xiàn)，下載內(nèi)容包括主題、摘要、關(guān)鍵詞等，數(shù)據(jù)最后的更新時(shí)間是2020年2月29日.

CiteSpace數(shù)據(jù)分析方法：選擇的關(guān)鍵詞（ecological carrying capacity）在WOS數(shù)據(jù)庫中檢索;利用CiteSpace進(jìn)行分析，在“Time Slicing（時(shí)區(qū)選擇）”中選取1991到2019的時(shí)間段并將時(shí)間跨度設(shè)定為1年，在“Text Processing（文本處理功能區(qū)）”中選擇需要進(jìn)行可視化的內(nèi)容，在“Selection Criteria（閾值的設(shè)定）”里選擇合適的閾值，在“Visualization（可視化）”里把網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的突出作為重要的特征，選擇展示整個(gè)網(wǎng)絡(luò)（Show Merged Network）和聚類靜態(tài)（Cluster View-static）的可視化方式來制作圖譜.

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)承載力總體趨勢(shì)分析

圖1顯示2000年以前生態(tài)承載力的研究處于起步的階段，發(fā)表文章數(shù)量較少，呈現(xiàn)出緩緩上升的趨勢(shì);2000-2005年，文獻(xiàn)數(shù)量變化平穩(wěn)，偶爾出現(xiàn)小幅度波動(dòng)，但總體呈上升的趨勢(shì);2005年以后生態(tài)承載力的文獻(xiàn)數(shù)量出現(xiàn)了大幅度的增加，2005年到2019年生態(tài)承載力文章發(fā)表的年平均增長量為126篇，遠(yuǎn)大于2005年之前33篇的年均增長量.說明在2005年后科研工作者更為關(guān)注生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的協(xié)調(diào)關(guān)系.

2.2 生態(tài)承載力研究國家和機(jī)構(gòu)分析

通過文獻(xiàn)計(jì)量可知：中國發(fā)表關(guān)于生態(tài)承載力的文獻(xiàn)數(shù)量為595篇，美國發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)量為432篇，英國發(fā)表文章數(shù)量為128篇，德國發(fā)表了101篇，法國發(fā)表了98篇.從發(fā)表文章的中心度（中心度越高在生態(tài)承載力領(lǐng)域的影響越大）來看德國發(fā)表關(guān)于生態(tài)承載力文章的中心度為0.29，美國發(fā)表文章中心度為0.27，法國為0.22，中國為0.17，英國為0.15.如圖2所示，可以看出中國在生態(tài)承載力的發(fā)表文章數(shù)量最多，其次為美國，英國、德國、法國等相關(guān)國家以較小的節(jié)點(diǎn)分布在中國和美國周圍.德國、英國、法國、美國其路徑的相連較為緊密且外環(huán)顏色深沉，說明其對(duì)外的交流和合作較多.總體來說美國在生態(tài)承載力研究方面的文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量和中心度都較高，中國在生態(tài)承載力的研究方面雖然發(fā)文數(shù)量較多但是和國際的交流和合作較少.全球各個(gè)國家在生態(tài)承載力研究方面的合作與地域有關(guān)，如瑞士、意大利、德國和法國的合作就較多，中國則與日本等亞洲地區(qū)的國家有較為緊密的合作.

在檢索的文獻(xiàn)中921篇有機(jī)構(gòu)信息，這些文獻(xiàn)分布在235個(gè)機(jī)構(gòu)，其中187個(gè)機(jī)構(gòu)發(fā)表的文章不超過5篇，占總量的79.57%.圖3是發(fā)表文章數(shù)量前10的機(jī)構(gòu)，分別是Chinese Acad Sci、Beijing Normal Univ、Univ Chinese Acad Sci、US Geol Survey、CSIC、Peking Univ、China Univ Geosci、Beijing Univ Civil Engn & Architecture、Chinese Res Inst Environm Sci、Univ Oxford.其中發(fā)表文章數(shù)量最多的機(jī)構(gòu)為Chinese Acad Sci，為118篇，在已知文獻(xiàn)信息中占12.81%;Peking Univ發(fā)表42篇占發(fā)表數(shù)量的4.5%.

研究機(jī)構(gòu)發(fā)表的文章與圖譜中的節(jié)點(diǎn)和路徑有關(guān)，節(jié)點(diǎn)大小說明發(fā)表頻次高低，路徑多少反映各機(jī)構(gòu)合作的緊密程度.生態(tài)承載力發(fā)文機(jī)構(gòu)的圖譜（圖4）顯示，中國科學(xué)院與各個(gè)機(jī)構(gòu)的聯(lián)系合作最緊密，但大多都是國內(nèi)合作，如中國科學(xué)院和北京師范大學(xué)、北京大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)之間的交流較多.從連接點(diǎn)來看，各個(gè)機(jī)構(gòu)之間的聯(lián)系合作較少，機(jī)構(gòu)之間往往自成一派如Chinese Res Inst Environm Sci、Wuhan Univ、Univ Melbourne等研究都相對(duì)獨(dú)立.總的來說中國科學(xué)院在生態(tài)承載力的研究方面做出了重要的貢獻(xiàn).生態(tài)承載力的研究區(qū)域大多集中在大城市，也說明科學(xué)研究與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展呈現(xiàn)出正相關(guān)，各個(gè)研究機(jī)構(gòu)之間的路徑都較為稀疏，跨機(jī)構(gòu)之間的合作還要進(jìn)一步加強(qiáng).

2.3 生態(tài)承載力發(fā)文學(xué)科分析

1991-2019年關(guān)于生態(tài)承載力的發(fā)表的文章共來自于1052個(gè)學(xué)科.BIODIVERSITY & CONSERVATION（生物多樣性與保護(hù)）學(xué)科發(fā)表文章數(shù)量1099篇，占全部文章發(fā)表數(shù)量的13.9%.發(fā)表文章數(shù)量超過100篇的學(xué)科有ENVIRONMENTAL SCIENCES & ECOLOGY、 ENVIRONMENTAL SCIENCES、 ECOLOGY、 ENGINEERING、 ENVIRONMENTAL STUDIES、SCIENCE & TECHNOLOGY - OTHER TOPICS、ENGINEERING， ENVIRONMENTAL、WATER RESOURCES等13個(gè)學(xué)科，共3811篇文章，占全部文章發(fā)表數(shù)量的48.4%.生態(tài)承載力發(fā)文學(xué)科廣泛，表明生態(tài)承載力是一個(gè)生態(tài)學(xué)、環(huán)境工程學(xué)、生物多樣保護(hù)學(xué)等多學(xué)科交叉研究的話題.

2.4 生態(tài)承載力研究熱點(diǎn)分析

關(guān)鍵詞是論文研究中對(duì)于文章的高度概括和總結(jié)，在對(duì)于某個(gè)領(lǐng)域文獻(xiàn)的研究和分析中，關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次較高通常被視作這個(gè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)的話題，關(guān)鍵詞之間的內(nèi)在聯(lián)系在某一程度上可以用來揭示該研究領(lǐng)域知識(shí)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)[18].統(tǒng)計(jì)關(guān)鍵詞的頻率次數(shù)對(duì)于判斷研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題有很大幫助，本文對(duì)于生態(tài)承載力關(guān)鍵詞的研究從1991-2019共提取了451個(gè)關(guān)鍵詞.表1列舉了排名前15的關(guān)鍵詞，表中年份是指該關(guān)鍵詞第一次出現(xiàn)的時(shí)間，詞頻是該關(guān)鍵詞所出現(xiàn)的次數(shù)，中心性是指路徑里鏈接2個(gè)節(jié)點(diǎn)的短程線所占據(jù)這2個(gè)點(diǎn)之間的短程線的總數(shù)比，其數(shù)值越高代表的關(guān)鍵詞的重要性越強(qiáng).

如表1所示，關(guān)于生態(tài)承載力文獻(xiàn)中出現(xiàn)較高的關(guān)鍵詞有“carrying capacity”“management”“ecological footprint”“sustainability”“model”“dynamics”“impact”“population”“china”“biodiversity”“system”“Ecological carrying capacity”等.在統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)中有451個(gè)關(guān)鍵詞，一共出現(xiàn)了3730次.其中不超過2次的關(guān)鍵詞有229個(gè)，共出現(xiàn)458次，占關(guān)鍵詞的總出現(xiàn)次數(shù)的12.2%，有359個(gè)關(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)少于10次，出現(xiàn)1123次，占所有關(guān)鍵詞的30.1%，有20個(gè)關(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)超過25次，共出現(xiàn)2149次占總次數(shù)的57.61%，其中出現(xiàn)次數(shù)最多的是carrying capacity，共出現(xiàn)342次.

圖6是生態(tài)承載力關(guān)鍵詞的圖譜，反映出生態(tài)承載力領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)話題.關(guān)鍵詞共現(xiàn)的分析對(duì)于把握生態(tài)承載力的研究的特征、內(nèi)容和主題都有著十分重要的作用，通過Citespace軟件提取關(guān)于生態(tài)承載力的關(guān)鍵詞可以看出關(guān)于生態(tài)承載力關(guān)鍵詞之間的脈絡(luò)關(guān)聯(lián).節(jié)點(diǎn)顏色越大表示其在生態(tài)承載力方面的關(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)越多，外圈顏色越深表示其在關(guān)鍵詞方面的中心性越高.從圖中可以看出各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間路徑鏈接較為緊密，說明各個(gè)關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系較多，其中“carrying capacity”一詞節(jié)點(diǎn)最大，顏色最深連接的路徑也最多.

2.5 生態(tài)承載力的研究趨勢(shì)分析

2.5.1 研究熱點(diǎn)時(shí)序演進(jìn)

在Citespace中運(yùn)行“Timezone”，對(duì)生態(tài)承載力進(jìn)行時(shí)區(qū)的可視化視圖制作，得到生態(tài)承載力關(guān)鍵詞的網(wǎng)絡(luò)時(shí)區(qū)視圖（圖7）.生態(tài)承載力這一研究的領(lǐng)域隨著時(shí)間的推移，其關(guān)鍵詞的研究的趨勢(shì)不斷出出現(xiàn)新的熱點(diǎn)，圖中十字節(jié)點(diǎn)的大小和關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率及次數(shù)成正比關(guān)系.從圖7可以看出生態(tài)承載力研究的熱點(diǎn)較為集中主要的節(jié)點(diǎn)有“carrying capacity”“ecological footprint”“model”等.承載力開始是力學(xué)上的一個(gè)概念，后其應(yīng)用的范圍以及內(nèi)涵不斷豐富，被引用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)等領(lǐng)域.承載力逐漸被用來評(píng)價(jià)生態(tài)與環(huán)境之間協(xié)調(diào)發(fā)展和相互作用，出現(xiàn)如生態(tài)承載力、環(huán)境承載力等概念.生態(tài)足跡被稱作“適當(dāng)承載力”，指具有生物生產(chǎn)土地中能夠給一定人口提供資源和消化廢棄物的面積.生態(tài)足跡模型是計(jì)算一定區(qū)域中人均的生態(tài)足跡和人均的生態(tài)承載力進(jìn)行比較，如生態(tài)足跡的需求小于生態(tài)承載力則表示生態(tài)系統(tǒng)可以提供人類生產(chǎn)生活所需的資源，生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展;相反生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力則出現(xiàn)“生態(tài)赤字”，生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)不可持續(xù)發(fā)展.生態(tài)承載力評(píng)估的研究方法由最開始的定性分析向定量分析、動(dòng)態(tài)分析的轉(zhuǎn)變，生態(tài)模型的在生態(tài)承載力動(dòng)態(tài)的研究過程中得到了廣泛的應(yīng)用.

2.5.2 關(guān)鍵詞突變分析

突現(xiàn)詞指的是在較短的時(shí)間里出現(xiàn)或者使用的頻次突然增加的術(shù)語[19]，生態(tài)承載力的研究具有階段性變化的特點(diǎn)，通過突現(xiàn)詞的檢索可以分析生態(tài)承載力研究的動(dòng)態(tài)和階段變化的特點(diǎn)，可以看出研究領(lǐng)域的研究趨勢(shì)和前沿.表2是1991-2019年生態(tài)承載力突變?cè)~里排名前15的關(guān)鍵詞，表中Strength是突變的強(qiáng)度，Begin及End是指突變?cè)~開始和結(jié)束的時(shí)間.

2000年以前對(duì)于生態(tài)承載力的研究集中在“carrying capacity”“population dynamics”“population”等方面.2000年到2010年“density”“model”及“index system”等關(guān)鍵詞的突現(xiàn)表明了生態(tài)承載力這一領(lǐng)域的研究方法由定性的靜態(tài)研究向動(dòng)態(tài)定量的研究轉(zhuǎn)變，灰色系統(tǒng)模型、回歸預(yù)測(cè)模型和層次分析模型等模型以及自然植被凈第一性生產(chǎn)力估測(cè)法、高吉喜法、生態(tài)足跡法等研究方法被廣泛運(yùn)用到生態(tài)承載力的研究中.2015年以來“city”和“ecosystem service”等成為研究的熱點(diǎn)話題.城市這一關(guān)鍵詞的突現(xiàn)說明學(xué)者對(duì)于生態(tài)承載力的研究不僅是局限在大尺度的區(qū)域上，對(duì)于城市小區(qū)域的研究日益增加.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指人類由生態(tài)系統(tǒng)中所獲得的收益，包含文化、供給、調(diào)節(jié)和支持，通過對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究可以找到生態(tài)承載力提升的重要途徑.

3 討論與結(jié)論

本文運(yùn)用CiteSpace軟件對(duì)1991-2019年關(guān)于生態(tài)承載力的文獻(xiàn)進(jìn)行可視化的分析，得出的研究結(jié)果如下：

（1）生態(tài)承載力時(shí)間圖譜表明，生態(tài)承載力文章發(fā)表數(shù)量總體呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，2005年后進(jìn)入快速增長階段，說明人們更為關(guān)注生態(tài)環(huán)境和人類日益增長的經(jīng)濟(jì)人口之間的協(xié)調(diào)關(guān)系.通過時(shí)間尺度上的研究，可以顯示出生態(tài)承載力變化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間隨著時(shí)間變化的耦合關(guān)系.

（2）生態(tài)承載力研究的國家和機(jī)構(gòu)是以中國為中心，與其他國家合作較多的國家是美國，中國科學(xué)院、北京大學(xué)、以及美國地質(zhì)調(diào)查局等機(jī)構(gòu)發(fā)文較多.在空間這一尺度上，不同國家、地區(qū)和機(jī)構(gòu)之間的合作，對(duì)于討論生態(tài)承載力轉(zhuǎn)移和外溢、揭示區(qū)域和區(qū)域之間甚至全球范圍內(nèi)的生態(tài)承載力可持續(xù)發(fā)展有有利的影響.

（3）從發(fā)文學(xué)科來分析，生物多樣性與保護(hù)學(xué)科發(fā)文最多.環(huán)境研究、海洋和淡水生物學(xué)、工程學(xué)等學(xué)科也都發(fā)表了關(guān)于生態(tài)承載力研究的文章.這表明生態(tài)承載力是一個(gè)多學(xué)科交叉研究的研究話題.

（4）生態(tài)承載力發(fā)文的關(guān)鍵詞中，承載力、管理、生態(tài)足跡、模型、人口等是學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)話題，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、城市、研究框架等是生態(tài)承載力研究的新興話題.關(guān)鍵詞的變化表明生態(tài)承載力這一領(lǐng)域的研究方法由定性的靜態(tài)研究向動(dòng)態(tài)定量的研究轉(zhuǎn)變，學(xué)者對(duì)于生態(tài)承載力的研究由大尺度的區(qū)域向小區(qū)域如城市等方向的轉(zhuǎn)變.在村鎮(zhèn)尺度，生態(tài)承載力的研究較少，這也是接下來研究的方向.

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