基于文獻計量學(xué)的水資源承載力研究進展綜述*

胡永江，丁超，朱菊，王振華

(內(nèi)蒙古科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

水資源承載力概念起源于資源環(huán)境承載力[1,2]，1995年，ARROW等[3]在Science的論文引發(fā)了環(huán)境承載力研究的熱潮[4]，為緩解水資源短缺及水環(huán)境惡化等情況，水資源承載力研究逐漸成為熱點[5,6].隨著水資源承載力研究在內(nèi)涵擴展[2,7]、方法改進以及管理對策等領(lǐng)域的拓展，產(chǎn)生了大量的研究文獻[8-11].為把握研究熱點，部分專家學(xué)者在特定領(lǐng)域進行了回顧性研究工作[12-18].但是，對于水資源承載力研究這一細分領(lǐng)域而言，缺少細致的脈絡(luò)梳理和發(fā)展趨勢研判工作，而面對目前龐大的文獻數(shù)量，單憑研究者個人有限的精力是難以完成的[19,20].因此，為有效了解掌握近幾十年來水資源承載力研究領(lǐng)域的研究進展、發(fā)掘研究熱點，利用更先進的統(tǒng)計計量手段十分必要[21].本研究采用CiteSpace[22,23]作為文獻可視化的研究工具，采用文獻計量方法，通過水資源承載力領(lǐng)域已有研究成果的系統(tǒng)梳理、數(shù)據(jù)挖掘、計量分析、圖譜繪制等可視化分析方法形成直觀的知識圖譜[24]，進一步揭示水資源承載力領(lǐng)域的動態(tài)發(fā)展規(guī)律.

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究從Web of Science(WOS)的核心合集和中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫收集了1994～2019年間發(fā)表的水資源承載力相關(guān)中英文文獻.中英文檢索主題分別為：“水資源承載力”、“water resources carrying capacity”，檢索范圍包括標(biāo)題、摘要、關(guān)鍵詞.對檢索結(jié)果去重，得到1994～2019年發(fā)表在605個期刊上的全記錄及引用文獻共2 176篇，其中外文文獻1 014篇，中文文獻1 162篇.文獻更新日期為2020年1月1日.

1.2 數(shù)據(jù)分析

研究以WOS及中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫文獻數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，選用SiteSpace程序?qū)λY源承載力相關(guān)文獻進行知識圖譜構(gòu)建和可視化分析，研究方法類似于其他文獻計量學(xué)研究(參考文獻).將索引到的2 106條數(shù)據(jù)導(dǎo)入SiteSpace程序繪制知識圖譜進行發(fā)文時間、關(guān)鍵詞共現(xiàn)和文獻共被引等分析來探究水資源承載力的關(guān)鍵研究主題和未來研究趨勢[25].

2 研究討論

2.1 文獻發(fā)表趨勢分析

將檢索到的文獻按照年份進行數(shù)量統(tǒng)計，得到研究期間水資源承載力領(lǐng)域中外文文獻發(fā)表數(shù)量折線圖圖1.由圖1可見，中文文獻在水資源承載力領(lǐng)域的研究起步相對較早，且在發(fā)文量上也略高于外文文獻.這說明，在我國既面臨水資源短缺又面臨經(jīng)濟快速增長的雙重壓力下，我國學(xué)者更早關(guān)注于水資源對經(jīng)濟社會發(fā)展支撐作用的研究.由于面臨的水資源壓力不同，同一時期，國外學(xué)者的研究則主要聚焦于水環(huán)境保護等領(lǐng)域.但在2013年左右開始，水資源承載力的研究受到國內(nèi)外學(xué)者的更大重視，發(fā)文數(shù)量增長較快[26].

圖1 水資源承載力領(lǐng)域國內(nèi)外文獻發(fā)表數(shù)量圖

從圖1可以看出，中文文獻研究的趨勢階段性更加明顯，大致可分為4個階段：①1994～2001年，水資源承載力相關(guān)研究低位徘徊但緩慢增長，該階段水資源承載力剛脫胎于資源承載力研究[27]，作為一個全新概念尚處于萌芽階段；②2002～2007年，該領(lǐng)域研究文獻有了較大增長.分析原因可能為，中國于2001年底加入世貿(mào)組織，隨后中國經(jīng)濟開始強勁增長[28,29]，水資源對經(jīng)濟社會發(fā)展的制約開始顯現(xiàn)，因此水資源承載力概念受到更大關(guān)注；③2008～2013年，文獻發(fā)表數(shù)量開始逐漸下降.分析原因可能為，隨著南水北調(diào)、三峽工程等一大批重大水利工程等竣工投產(chǎn)，極大改善了全國水資源供需不平衡的局面，水資源承載力研究的熱度有所降低；④2014～2019年，隨著“綠水青山就是金山銀山”等綠色發(fā)展理念的確立，最嚴(yán)格水資源管理制度的出臺，水資源承載力的研究進入新的階段，其內(nèi)涵進一步擴大，更加考慮經(jīng)濟、社會、生態(tài)、環(huán)境的綜合承載作用.相關(guān)研究文獻數(shù)量增長迅速，該領(lǐng)域研究進入高速發(fā)展階段.

外文文獻研究大致分為3個階段：①2003～2008年，水資源領(lǐng)域研究開始轉(zhuǎn)向處于社會風(fēng)險和社會挑戰(zhàn)中的體系研究[30]，水資源承載力的概念開始得到關(guān)注；②2009～2015年，研究更加注重加強水資源管理提高水資源利用的可持續(xù)性[31]，以及面向可持續(xù)性的生態(tài)水文學(xué)等方面，水資源承載力的研究穩(wěn)中有升；③2016～2019年，水、生態(tài)和人類的未來發(fā)展這一主題深入人心[32]，水資源承載力的研究契合這一主題，得到了迅猛發(fā)展.

2.2 文獻共被引分析

通過水資源承載力領(lǐng)域文獻共被引圖譜分析，可以直觀地反映出水資源承載力領(lǐng)域的知識基礎(chǔ)和研究前沿，分析結(jié)果如下：

2.2.1水資源承載力領(lǐng)域知識基礎(chǔ)

1989年新疆水資源軟科學(xué)課題研究小組發(fā)表了新疆水資源承載力的研究成果，水資源承載力概念首次提出并開始得到廣泛應(yīng)用[33,34].通過CiteSpace程序分析得到國內(nèi)文獻的共引圖譜，見圖2(a)，其中圓形節(jié)點表示文獻，大小表示被引頻次.經(jīng)過分析(以最低被引次為最低閥值)，共呈現(xiàn)出6篇高被引文獻，國外文獻的共引圖譜見圖2(b)，共呈現(xiàn)出4篇高被引文獻.

中外文水資源承載力知識基礎(chǔ)分析見表1，由表1可以看出，關(guān)于水資源承載力的概念尚未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，水資源承載力概念內(nèi)涵是一個不斷發(fā)展與擴大的過程.關(guān)于人口、水資源、生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟多方面的內(nèi)部特征和相互關(guān)系的綜合指標(biāo)是水資源承載力研究的主要評估因素[35]，但其總體上呈現(xiàn)出從人口、經(jīng)濟等的單一承載向復(fù)合承載轉(zhuǎn)變的趨勢[36]，水-生態(tài)-社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)研究逐漸成為水資源承載力研究的基礎(chǔ)引文，中外文文獻研究都呈現(xiàn)出這一特點.同時，關(guān)于水資源承載力的定量化計算也是研究的重要方向之一.

圖2 水資源承載力研究文獻共被引圖譜圖(a)國內(nèi)文獻共被引圖譜；(b)國外文獻共被引圖譜

表1 水資源承載力研究最強引用文獻突現(xiàn)表

2.2.2水資源承載力研究前沿

基于被引頻次和突現(xiàn)值進行突現(xiàn)文獻統(tǒng)計，得到表2.對高突現(xiàn)度的中外文文獻分析發(fā)現(xiàn)，水資源承載力領(lǐng)域的研究前沿分別是注重水環(huán)境、社會經(jīng)濟系統(tǒng)等多學(xué)科的交叉融合、多方位多層次研究[37]，水資源承載力的評估研究應(yīng)該是基于經(jīng)濟、環(huán)境、人口的動態(tài)連續(xù)評估；以社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，多種研究方法構(gòu)建的水資源承載力定量評估指標(biāo)體系[38]；生態(tài)足跡、虛擬水等水資源承載力相關(guān)學(xué)科的水資源管理研究以及系統(tǒng)動力學(xué)[39]、主成分分析等作為評估工具在水資源承載力領(lǐng)域的模型構(gòu)建[40]，這些研究前沿將是未來水資源承載力領(lǐng)域研究的關(guān)注點.

表2 水資源承載力研究最強引用文獻突現(xiàn)表

2.3 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

2.3.1水資源承載力研究熱點

通過水資源承載力領(lǐng)域關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜分析，可直觀地反映出水資源承載力領(lǐng)域的研究熱點.利用CiteSpace軟件對水資源承載力領(lǐng)域的關(guān)鍵詞進行共現(xiàn)聚類分析，得到可視化圖譜見圖3，基于共現(xiàn)頻次得到水資源承載力研究的關(guān)鍵詞聚類見表3.

由圖3(a)可見，中文文獻關(guān)鍵詞最大的關(guān)鍵節(jié)點為水資源承載力，與之相關(guān)度較大的關(guān)鍵詞有生態(tài)承載力、可持續(xù)發(fā)展、指標(biāo)體系、生態(tài)足跡等，由此可見水資源承載力的研究不僅僅是對于水資源的承載力研究，更是人口、資源、生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟等多方面的研究，將對于水資源問題的研究從單純的自然資源領(lǐng)域拓展到社會經(jīng)濟領(lǐng)域[41]，拓寬了關(guān)于水資源承載力研究的思路，使得可持續(xù)發(fā)展觀念在水資源承載力領(lǐng)域變得更加深入和多元化.

由圖3(b)可見，外文文獻關(guān)鍵詞最大的關(guān)鍵節(jié)點為Carrying capacity，第二、三大節(jié)點為Water resource、Management，與之相關(guān)度較大的關(guān)鍵詞還有Model、Climate change、System等.由此可見，外文文獻研究偏向于概念范圍更大的水資源管理方面領(lǐng)域，水資源承載力僅為其中一個方向，且比較關(guān)注于氣候變化等外部因素對水資源系統(tǒng)的影響以及模型的構(gòu)建.

圖3 水資源承載力研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜圖(a)國內(nèi)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜；(b)國外關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

表3列舉了水資源承載力領(lǐng)域中外文相關(guān)研究關(guān)鍵詞中心性最高的5個聚類，從每個聚類中的代表關(guān)鍵詞可以看出目前國內(nèi)外水資源承載力領(lǐng)域的研究熱點分別是：①中文文獻研究情況來說，主要有水資源供需矛盾激化情況下基于生態(tài)角度的可持續(xù)利用；水足跡、虛擬水和水資源承載力相結(jié)合的水資源綜合管理研究；城市區(qū)域水資源研究；地下水對水資源承載力的影響；基于地理信息系統(tǒng)監(jiān)測預(yù)警的跨學(xué)科多專業(yè)的水資源承載力研究[42].②外文文獻研究情況來看，研究情況與國內(nèi)相似，但更偏向于水資源對節(jié)約型社會建設(shè)的影響、水資源合理配置，微觀來看是具體作物的虛擬水計算.由此可見，水足跡、虛擬水等研究是目前國際水資源管理方向的研究熱點，水資源承載力研究相對較弱勢.

表3 水資源承載力研究被引最多文獻表

2.3.2水資源承載力領(lǐng)域的發(fā)展趨勢

通過關(guān)鍵詞突現(xiàn)可以顯示一個階段的新興研究熱點和研究前沿趨勢，基于被引頻次和突現(xiàn)值統(tǒng)計進行關(guān)鍵詞突現(xiàn)得到表4.從表4中可以看出，中外文研究總體趨勢相差不大，但是外文文獻研究是從灌溉-水資源承載力-能源-氣候變化這一趨勢來研究水資源承載力，而中文文獻研究是從生態(tài)環(huán)境-水資源承載力-生態(tài)承載力-資源環(huán)境承載力這一趨勢來研究水資源承載力的.外文文獻研究顯示水資源承載力領(lǐng)域的研究前沿和未來趨勢在徑流、河流、土地、氣候變化等自然條件對水資源承載力的影響方面，而中文文獻研究顯示的水資源承載力領(lǐng)域的研究前沿和未來趨勢在資源、環(huán)境、生態(tài)承載力等多學(xué)科領(lǐng)域的交叉研究和熵權(quán)法、主成分分析等多種方法評估水資源承載力，中外文文獻突變關(guān)鍵詞反映的不同研究趨勢也說明了我國經(jīng)濟高速發(fā)展中所面臨的水危機問題相較其他國家更為嚴(yán)重與緊迫.縱觀水資源承載力研究的整個進展情況，可以看出水資源承載力研究對于解決經(jīng)濟發(fā)展與水資源短缺的供需矛盾具有十分重要的作用，該領(lǐng)域的研究必將成為本世紀(jì)水資源學(xué)科發(fā)展的重要研究領(lǐng)域.隨著現(xiàn)代科學(xué)理論、地理信息系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境等理論的發(fā)展，加上計算機、人工智能、生物信息追蹤等新技術(shù)的應(yīng)用[43]，未來水資源承載力研究一定是多學(xué)科綜合集成、多領(lǐng)域交叉、多層次融合、多種新技術(shù)手段配合[44]，以提高水資源最大承載能力為目標(biāo)的社會、經(jīng)濟、人口、資源可持續(xù)發(fā)展研究[45].

表4 水資源承載力研究關(guān)鍵詞凸現(xiàn)表

3 結(jié)論

水資源承載力研究是水資源研究領(lǐng)域的一個基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，在水資源短缺供需矛盾激化的今天越來越受到業(yè)界學(xué)者的關(guān)注.研究通過CiteSpace程序?qū)?994～2019年水資源承載力領(lǐng)域的文獻構(gòu)建知識圖譜，進行計量可視化分析，揭示了水資源承載力領(lǐng)域研究的發(fā)文時間、階段研究熱點及未來研究趨勢初步得到以下結(jié)論：

(1)水資源承載力研究是一個快速發(fā)展的學(xué)科領(lǐng)域.通過中外文文獻時序可以看出該領(lǐng)域的施引文獻和被引文獻時間跨度幾乎都在3 a之內(nèi)，近幾年的中文施引文獻和被引文獻時間跨度甚至都在1～2 a之內(nèi)，而施引文獻和被引文獻時間跨度越長說明該學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展越緩慢，這充分說明水資源承載力領(lǐng)域是一個快速發(fā)展的學(xué)科領(lǐng)域.水資源承載力研究在工業(yè)發(fā)達的國家地區(qū)研究文獻較多發(fā)展更迅速，相對于國外水資源承載力領(lǐng)域方面的研究發(fā)展，我國在該領(lǐng)域的研究起步較早發(fā)展更快，究其原因是我國在經(jīng)濟發(fā)展與水資源短缺的供需矛盾更加突出.

(2)水-生態(tài)-社會經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)研究是水資源承載力研究的基礎(chǔ)，關(guān)于人口、水資源、生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟多方面的內(nèi)部特征和相互關(guān)系的綜合指標(biāo)是水資源承載力研究的主要評估因素[35]，水資源承載力領(lǐng)域是研究人口、水資源、生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟等多方面的交叉學(xué)科.

(3)當(dāng)前研究熱點：水資源供需矛盾激化情況下基于生態(tài)角度的可持續(xù)利用；社會經(jīng)濟系統(tǒng)下水資源承載能力極限評價；水資源合理配置與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整；水足跡、虛擬水和水資源承載力相結(jié)合的水資源綜合管理研究；基于地理信息系統(tǒng)監(jiān)測預(yù)警的跨學(xué)科多專業(yè)的水資源承載力研究，這些主題是當(dāng)前水資源承載力領(lǐng)域的學(xué)科研究熱點.

(4)今后研究方向：隨著現(xiàn)代科學(xué)理論、地理信息系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境等理論的發(fā)展，以及計算機、人工智能、生物信息追蹤等新技術(shù)的應(yīng)用，未來水資源承載力研究一定是多學(xué)科綜合集成、多領(lǐng)域交叉、多層次融合、多種新技術(shù)手段配合，以提高水資源最大承載能力為目標(biāo)的社會、經(jīng)濟、人口、資源可持續(xù)發(fā)展的研究.