基于科學知識圖譜的生態(tài)足跡研究演進、框架與前沿中外比較

付秀梅,李曉楠,林春宇,*,薛 誠,陳睿姝,鹿守本

1 中國海洋大學經(jīng)濟學院,青島 266100

2 中國海洋大學海洋與大氣學院,青島 266100

3 國家海洋局,北京 100860

生態(tài)足跡(Ecological Footprint,EF)是指能夠持續(xù)提供資源或消納廢物、具有生物生產能力的地域空間[1],是評估人類活動對生態(tài)系統(tǒng)影響的有效工具。世界自然基金會(WWF)在2020年《地球生命力報告》中表明,人類正以前所未有的規(guī)模開發(fā)和破壞自然。國際環(huán)保組織《全球足跡網(wǎng)絡》(GFN)在2019年度報告中指出,人類消耗自然資源的速度是地球生態(tài)系統(tǒng)再生速度的1.75倍,且2019年是有史以來“地球透支日”出現(xiàn)最早的年份。目前全世界80%以上的人口生活在生態(tài)赤字(即生態(tài)足跡超過生態(tài)承載力)的國家,到2050年,可能至少需要2.6個地球才足夠為我們提供資源并吸收廢物[2]。因此,保護生態(tài)環(huán)境已成為世界各國的當務之急,《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》中也提出,要“推動綠色發(fā)展,促進人與自然和諧共生”,而客觀評價人類活動的生態(tài)占用是促進生態(tài)可持續(xù)發(fā)展、維持全球生態(tài)穩(wěn)定的必要前提。

生態(tài)足跡由不列顛哥倫比亞大學的Mathis Wackernagel和William Rees于20世紀90年代初期提出[3],之后逐漸衍生出水足跡[4]、碳足跡[5]以及能源足跡[6]等相關概念。生態(tài)足跡概念最初與經(jīng)濟學相結合,通過討論邊際價格、區(qū)域間風險、貿易條件和效率策略與生態(tài)之間的關系,肯定了用生物物理學方法探索生態(tài)可持續(xù)性含義的必要性[7]；此后又基于國家和地區(qū)生態(tài)足跡計算原理,提出基于生態(tài)足跡的區(qū)域可持續(xù)發(fā)展指標,用以比較國家與地區(qū)之間的生態(tài)負荷情況[8]。目前生態(tài)足跡被廣泛應用于金融[9—10]、旅游[11—12]、農業(yè)[13—14]、能源[15—16]、教育[17—18]、建筑[19—20]等領域,旨在揭示生態(tài)足跡與經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展之間的關系,進而為促進全球可持續(xù)發(fā)展、減輕生態(tài)壓力提供理論依據(jù)與決策支持。生態(tài)足跡計算方法主要包括投入產出分析方法[21—22]、成分法[23—24]和能值法[16, 25]等,研究區(qū)間逐漸由單一靜態(tài)評估[3, 26]發(fā)展為時空動態(tài)評估[27—28],研究方式也由歷史數(shù)據(jù)分析演進至動態(tài)模擬與預測[29—30]。在生態(tài)足跡科學知識圖譜構造方面,有學者對1992—2012年國際生態(tài)足跡研究的869篇文獻進行分析,對該領域國際研究的基本情況、國際合作、研究趨勢和熱點進行了可視化表達與剖析[31]；另有學者對2000—2015年國內“四大足跡”理論研究變化進行計量分析,梳理了生態(tài)足跡、碳足跡、水足跡和能源足跡的時間發(fā)展序列、研究內容的動態(tài)變化以及彼此間的關聯(lián)性[32]。在生態(tài)足跡研究的中外對比方面,有學者通過對2000—2016 年中外生態(tài)足跡主題文獻進行分類統(tǒng)計,從刊文量、X指數(shù)、h指數(shù)、篇均被引數(shù)、共現(xiàn)關鍵詞和共被引文獻6個方面對中外文獻進行了評價和比較分析[33]；還有學者對2000—2017年生態(tài)足跡主題文獻進行科學知識圖譜與文獻計量分析,總結了生態(tài)足跡研究的發(fā)文趨勢、發(fā)文質量、作者群體、所屬機構和期刊類型等特征,并繪制了關鍵詞共現(xiàn)和文獻共被引知識圖譜[34]。

綜上,雖然已有學者基于科學知識圖譜對生態(tài)足跡研究的發(fā)文情況、研究熱點與發(fā)文機構等進行了中外對比分析,但是僅對科學知識圖譜及文獻計量結果進行了文獻解釋與事實說明,尚未對其發(fā)展歷程進行階段整理并對生態(tài)足跡相關理論框架進行全面的歸納總結。隨著相關研究成果的不斷增加,比較分析中外生態(tài)足跡的研究演進、理論框架及動態(tài)前沿,有利于把握其理論內涵及研究趨勢所在,對推動全球可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文將借助CiteSpace可視化軟件,對中外生態(tài)足跡研究文獻進行科學知識圖譜分析,通過高頻詞時區(qū)、關鍵詞聚類和突現(xiàn)詞分布,梳理中外生態(tài)足跡研究演進路徑、基本理論框架與動態(tài)前沿,以期為未來生態(tài)足跡研究方向提供有價值的參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

科學知識圖譜是將知識域作為對象,用于顯示科學知識發(fā)展進程及其結構關系的一種圖像[35],在刻畫知識關系的同時又迸發(fā)出新的知識。在從簡單的傳統(tǒng)科學知識圖譜發(fā)展到多維尺度分析圖譜、尋求路徑圖譜等現(xiàn)代科學知識圖譜的過程中,用于圖譜繪制的工具也逐漸多元化[36]。CiteSpace是在科學計量學、數(shù)據(jù)可視化背景下逐漸發(fā)展起來的一款可視化分析軟件,旨在對某一研究主題的文獻進行科學知識圖譜分析,通過選定作者、機構、關鍵詞或共被引等特定信息得到可視化圖譜,從中獲取當前相關主題領域的研究現(xiàn)狀、研究熱點與前沿方向。

本文將運用科學知識圖譜法,借助CiteSpace可視化軟件,以關鍵詞為核心進行計量分析,具體包括以下幾個方面：(1)中外發(fā)文量及其對比分析；(2)發(fā)文機構統(tǒng)計及其分布特征；(3)關鍵詞與高頻詞時區(qū)圖構建,通過篩選生態(tài)足跡相關文獻關鍵詞并對其進行分類整理,輔以高頻時區(qū)圖,分析生態(tài)足跡研究熱點及其發(fā)展歷程；(4)關鍵詞聚類,將不同文獻進行分類聚集,梳理生態(tài)足跡基礎理論框架；(5)突現(xiàn)詞分布,利用高頻關鍵詞所處的不同時期,探究生態(tài)足跡前沿所在。通過以上分析,以科學知識圖譜形式梳理生態(tài)足跡研究演進路徑、基本理論框架與動態(tài)前沿。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)包括國內與國外兩個部分。國內數(shù)據(jù)來源于CNKI中文核心期刊,以“生態(tài)足跡”為關鍵詞進行高級檢索,共得到2339篇學術期刊文獻,時間跨度為1999—2020年。國外數(shù)據(jù)來源于Web of Science核心合集,以“Ecological Footprint”為關鍵詞進行高級檢索,共得到2765篇學術期刊文獻,時間跨度為1994—2020年。

從中外生態(tài)足跡相關研究的發(fā)文量來看,外文期刊發(fā)文量(圖1)可以大致分為三個階段：第一階段處于萌芽期(1994—2001年),此階段有關生態(tài)足跡的年發(fā)文量較少,均為個位數(shù)；第二階段處于形成期(2002—2011年),發(fā)文量呈現(xiàn)穩(wěn)步增長趨勢；第三階段處于成熟期(2012—2020年),此階段生態(tài)足跡外文發(fā)文量大幅增長,增速也在不斷提高。中文期刊發(fā)文量(圖2)也可以分為三個階段,但是與外文發(fā)文趨勢有明顯差異：第一階段為起步期(1999—2002年),發(fā)文量處于較低水平；第二階段為快速增長期(2003—2010年),發(fā)文量呈現(xiàn)非常明顯的增長趨勢；第三階段為穩(wěn)定期(2011—2020年),生態(tài)足跡中文發(fā)文量總體呈下降趨勢,但近年來下降趨勢有所放緩且出現(xiàn)略微回升現(xiàn)象。不難發(fā)現(xiàn),不論是中文還是外文,生態(tài)足跡相關研究發(fā)文量均經(jīng)歷了早期低水平狀態(tài)和后來的迅速增長,說明研究開展均建立在初期摸索與后期消化和延伸的基礎之上。

圖1 1994—2020年“生態(tài)足跡”外文期刊發(fā)文量Fig.1 The number of articles published in foreign journals on the research of “Ecological Footprint” from 1994 to 2020

圖2 1999—2020年“生態(tài)足跡”中文期刊發(fā)文量Fig.2 The number of articles published in Chinese journals on the research of “Ecological Footprint” from 1999 to 2020

從發(fā)文機構來看(表1),發(fā)文量前十的國外機構有一半來自美國,發(fā)文量最高的為加州大學,加州大學伯克利分校自然資源學院在全球10大環(huán)境與生態(tài)學院中排名第一。國內機構主要集中在北京,發(fā)文量(包括外文發(fā)表)最高的為中國科學院,且機構間發(fā)文量存在較大差距。同時,近十年中文發(fā)文量呈下降趨勢,與外文發(fā)文量差距擴大。一方面,通過分析檢索結果,發(fā)現(xiàn)國內機構在外文期刊中的相關發(fā)文量明顯高于國外機構,因此在國內期刊的發(fā)文量也會相對減少；另一方面是因為近年來有關碳足跡、水足跡以及能源足跡的研究逐漸增加,導致以傳統(tǒng)生態(tài)足跡為主題的文獻相對減少[34]。

2 中外生態(tài)足跡研究的熱點演進比較

首先,本文分別將檢索到的2339篇中文文獻和2765篇外文文獻導入CiteSpaceⅤ,并選擇關鍵詞(keyword)進行可視化分析,從中得到不同詞頻下的關鍵詞分布情況(表2),然后選擇時區(qū)(timezone)進行生態(tài)足跡研究演進路徑可視化分析,挖掘生態(tài)足跡研究熱點的特征演化,并劃分生態(tài)足跡研究演進階段,形成研究熱點動態(tài)演進路徑知識圖譜(圖3,圖4)。

表1 “生態(tài)足跡”研究機構排名

表2 國內外“生態(tài)足跡”研究領域前20位高頻關鍵詞

圖3 “生態(tài)足跡”國外研究演進路徑知識圖譜Fig.3 Knowledge map of the evolution path of “Ecological Footprint” in foreign research

圖4 “生態(tài)足跡”國內研究演進路徑知識圖譜Fig.4 Knowledge map of the evolution path of “Ecological Footprint” in Chinese research

2.1 國外熱點演進

由生態(tài)足跡高頻關鍵詞(表2)和研究熱點動態(tài)演進路徑知識圖譜(圖3)可知,國外生態(tài)足跡相關研究起步較早,大致可以分為以下三個階段：

1994—1999年生態(tài)足跡概念認知階段。這一時期學者們從生態(tài)壓力與可持續(xù)發(fā)展的角度闡釋生態(tài)足跡概念[8],基于全球自然資本評估框架對單個國家或地區(qū)的生態(tài)足跡進行靜態(tài)測算與比較[3],開始探討其相關指標與模型的適用性,并開始關注國家經(jīng)濟活動與環(huán)境影響之間的關系[37]。此時生態(tài)足跡計算以投入產出法為主。

2000—2010年生態(tài)足跡研究蓬勃發(fā)展階段。此階段高頻關鍵詞較多,屬于承前啟后的關鍵研究時期。首先,生態(tài)足跡相關研究廣度和深度不斷擴展。一方面,生態(tài)足跡進一步延伸出水足跡、碳足跡等概念[5],并逐步應用到農業(yè)、旅游、食品等具體產業(yè)或消費者群體[38],甚至是單個產品或個人[39]。另一方面,生態(tài)足跡研究在國家經(jīng)濟活動與環(huán)境的關系基礎上對兩者進行深入剖析,挖掘影響兩者發(fā)展狀況及其彼此關系的內外部因素[40],將氣候變化、城市化、生物多樣性、資源效率等研究與生態(tài)足跡相結合[41],同時開始探究生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展之間的具體關系表現(xiàn)。其次,生態(tài)足跡測算打破原有靜態(tài)限制,從單一靜態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)展為動態(tài)時間序列數(shù)據(jù)[42],拓展了生態(tài)足跡的持續(xù)性研究。最后,研究方法與工具逐漸多樣化,原有全球自然資本評估框架被不斷改進以提高測算精準度,用于分析環(huán)境影響驅動力的分析工具也不斷完善[43],生命周期開始被納入生態(tài)足跡相關研究范疇,并且出現(xiàn)投入產出分析以外的另一種足跡測算方法——能值法[44]。

2011—2020年生態(tài)足跡研究日趨成熟階段。由高頻關鍵詞可知2011年后創(chuàng)新性研究逐漸飽和,有關生態(tài)足跡的研究日趨成熟,且多為前期研究的延伸。一方面生態(tài)足跡測算逐漸偏向面板數(shù)據(jù),并結合系統(tǒng)動力學方法進行生態(tài)足跡動態(tài)預測[45]。另一方面,生態(tài)足跡應用范圍進一步擴大,分析層次也更加多元化,例如相關研究進一步驗證了庫茲涅茨假設的有效性[46]。生態(tài)足跡開始成為生態(tài)網(wǎng)絡分析的重要指標,用以研究自然區(qū)域可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃[47]。同時,科技、能源等領域逐漸成為生態(tài)足跡研究的熱點。

2.2 國內熱點演進

根據(jù)生態(tài)足跡研究文獻中高頻關鍵詞(表2)及研究熱點動態(tài)演化路徑(圖4),發(fā)現(xiàn)國內生態(tài)足跡研究演進也經(jīng)歷了三個階段。

1999—2003年生態(tài)足跡研究探索階段。在此期間,通過借鑒國外相關研究,基于可持續(xù)發(fā)展指標框架對生態(tài)足跡的概念與模型予以闡述[48],并對其作為測量人類利用自然程度、量化生態(tài)承載力的新方法進行優(yōu)缺點評價[49]。生態(tài)足跡測算率先應用于甘肅省,并推廣至整個西北地區(qū),此時同樣使用單一靜態(tài)數(shù)據(jù)進行測算[50]。

2004—2010年生態(tài)足跡研究快速發(fā)展階段。首先,學者們基于前期對生態(tài)足跡的摸索以及國際熱點研究的推動,開始將生態(tài)足跡及其衍生出的水足跡、碳足跡和能源足跡與經(jīng)濟發(fā)展掛鉤,應用于以旅游業(yè)為典型代表的各個產業(yè)之中,通過測算生態(tài)足跡判斷生態(tài)安全狀態(tài)并借此評估某地區(qū)或產業(yè)現(xiàn)有發(fā)展模式的合理性[51]。其次,國內生態(tài)足跡測算方法逐步完善,學者們不斷對模型參數(shù)調整、項目計算、賬戶擴展等方面進行修正[52],將基于凈初級生產力的產量因子與均衡因子作為研究重點之一[53],同時對成分法、投入產出法和能值法等進行改進[54]。最后,其研究方式也由靜態(tài)單一測算演變?yōu)閯討B(tài)測算與預測[55],進一步為我國可持續(xù)發(fā)展路徑提供決策依據(jù)。

2011—2020年生態(tài)足跡研究逐步成熟階段。此階段雖然發(fā)文量開始呈現(xiàn)下降趨勢,但研究內容與研究視角仍在不斷創(chuàng)新。一方面,三維生態(tài)足跡模型逐步成為研究的重點,以此從時空兩方面探究足跡廣度與足跡深度[56]。另一方面,基于原有生態(tài)足跡、水足跡以及碳足跡等相關概念與理論,首次提出普適性足跡家族概念并將其用于各省市資源與環(huán)境壓力評估[57],同時也出現(xiàn)了農田等生態(tài)系統(tǒng)的氣候學足跡分析研究[58]。

綜上,1999年之前,國外已經(jīng)開始從生態(tài)足跡的概念、測算框架以及經(jīng)濟發(fā)展角度進行生態(tài)足跡研究；而此時國內相關研究尚未起步。此后至2010年期間,隨著框架與模型的不斷完善,國外生態(tài)足跡研究進入蓬勃發(fā)展時期,呈現(xiàn)研究廣度和深度不斷擴展、研究方法與工具逐漸多樣化的動態(tài)研究趨勢；國內則在這十年間實現(xiàn)了飛躍式發(fā)展,從初始階段對生態(tài)足跡概念與模型的闡釋和評價,到生態(tài)足跡模型改進與多領域應用,研究成果大幅增長。2010年之后,國內外生態(tài)足跡研究高頻關鍵詞較少,研究達到了相對飽和的狀態(tài)。庫茲涅茨假設驗證、科技和能源等領域研究逐漸成為國外熱點；三維生態(tài)足跡模型等研究則成為國內熱點。

國外生態(tài)足跡研究自上世紀九十年代中期萌芽,歷經(jīng)十年快速發(fā)展,以全球自然資本評估框架為開創(chuàng)點,在經(jīng)濟活動與生態(tài)環(huán)境的關系研究以及多學科融合中發(fā)展,聚焦能源社會的可持續(xù)發(fā)展與預測等領域,其研究深度與廣度都在不斷擴大；國內研究在引入國外既有概念與模型基礎上,立足中國國情,在研究視角、內容和方法上均有創(chuàng)新突破,主要表現(xiàn)在三維生態(tài)足跡模型的多元化應用、足跡家族的普適性概念界定以及均衡因子和產量因子的差異化選取等方面。

3 中外生態(tài)足跡研究核心體系比較

本文通過對生態(tài)足跡中外文獻進行關鍵詞聚類分析(圖5,圖6),有助于形成較為系統(tǒng)的生態(tài)足跡相關知識理論體系,進而構建中外生態(tài)足跡核心理論框架。結果表明,中外生態(tài)足跡理論在框架構成上具有相似性,分別為模型方法、足跡測算、生態(tài)安全以及生態(tài)協(xié)調四個方面(表3)。

圖5 國外“生態(tài)足跡”文獻關鍵詞聚類Fig.5 Keywords clustering in foreign articles on “Ecological Footprint”

圖6 國內“生態(tài)足跡”文獻關鍵詞聚類Fig.6 Keywords clustering in Chinese articles on “Ecological Footprint”

表3 中外“生態(tài)足跡”文獻內容對比

3.1 模型方法

根據(jù)生態(tài)足跡中外文獻關鍵詞聚類分析結果,聚類1為生態(tài)足跡的模型方法。此類研究主要包括生態(tài)足跡模型、生態(tài)足跡測算方法、外部因素協(xié)調分析方法以及輔助分析工具與算法等,以此構成生態(tài)足跡應用中的模型與方法體系并不斷加以改進。模型方法是生態(tài)足跡研究的基礎條件,由聚類可知,國外生態(tài)足跡模型方法研究比較注重相關指標的選取及其測算框架的構建,而國內更加注重對生態(tài)足跡模型與方法的修正與改進。

(1)國外研究

國外有關生態(tài)足跡模型方法的研究主要是生態(tài)足跡指標(包括生態(tài)足跡測算涉及的生態(tài)、環(huán)境、資源等指標,以及國內生產總值、人類發(fā)展指數(shù)等經(jīng)濟與社會發(fā)展相關指標)的數(shù)據(jù)獲取與測算框架構建[3],聚類關鍵詞為“input output analysis, LCA, framework, index, model, lidar, altimeter, design, classification, performance, eco-efficiency”。部分研究基于既有生態(tài)足跡賬戶,通過遙感、土地調查、GIS信息等途徑獲取更加精確的城市、家庭等相關數(shù)據(jù)并進行建模分析,進而利用投入產出分析、生命周期分析等方法量化生態(tài)足跡[59]。同時,研究還將生態(tài)足跡指標與生態(tài)效率模型結合評估經(jīng)濟活動的生態(tài)效益,與生態(tài)系統(tǒng)服務價值結合探究生態(tài)系統(tǒng)服務的供給、需求和預算等[60]。

(2)國內研究

國內有關生態(tài)足跡模型方法的研究主要分為兩類。第一是生態(tài)足跡測算方法及其改進,聚類關鍵詞為“生態(tài)足跡法、產量因子、成分法、能值生態(tài)足跡、時間序列、預測”。相關研究利用改進的生態(tài)足跡模型測算方法(包括產量因子、均衡因子等重要參數(shù)的適應性調整以及成分法、能值法與三維模型修正演變等)測算生態(tài)足跡以評估區(qū)域、產業(yè)、資源等可持續(xù)發(fā)展狀況[61],并進一步利用ARIMA、GRNN、BP神經(jīng)網(wǎng)絡等模型進行可持續(xù)發(fā)展預測[62]。第二是STIRPAT模型的應用與修正,聚類關鍵詞為“stirpat模型、ipat等式、stirpat”。此類研究借助STIRPAT模型(即IPAT模型的擴展模型)實證分析社會、經(jīng)濟、人文等要素對生態(tài)足跡的影響情況,涉及經(jīng)濟增長、產業(yè)結構、能源消費、城鎮(zhèn)化水平、科技水平和開放水平等[63]。

3.2 足跡測算

根據(jù)生態(tài)足跡中外文獻關鍵詞聚類分析結果,聚類2為足跡測算。相關研究主要基于聚類1生態(tài)足跡模型方法進行不同尺度、不同對象、不同行業(yè)、不同層面的足跡量化。足跡測算是生態(tài)足跡應用的基礎,生態(tài)足跡測算是將人類消費的資源和產生的廢棄物轉換為生產性土地面積,碳足跡研究人類生產活動所產生的碳排放量,水足跡則是衡量人類生產生活所需要的水資源消耗量,足跡代表人類活動對生態(tài)的“需求”情況。

(1)國外研究

相較于國內,國外研究偏向足跡測算框架的勾勒及其多元化應用。相關研究主要集中在碳足跡(涉及國家、城市、社會經(jīng)濟部門、家庭、旅游地、飲食、建筑等)、人類足跡(主要為全球保護區(qū)、世界自然遺產等)以及特定區(qū)域(城市、荒野)或行業(yè)(運輸、食品等)的生態(tài)足跡測算方面,主要測算方法為能值法和生命周期法,聚類關鍵詞為“carbon emission, carbon footprint, ecological footprint, human footprint, diet, urban, emergy”。其中,荒野(即不受人類壓力影響且連續(xù)面積需超過10000平方千米的地區(qū),包括陸地荒野和海洋荒野)和有關水資源保護的生態(tài)足跡研究較為突出。一方面,結合沙漠生態(tài)區(qū)、海洋、極地等地區(qū)的保護情況,通過生態(tài)足跡分析人類活動與荒野衰退之間的關系,將生態(tài)足跡作為調整荒野保護和維持生物多樣性環(huán)境保護的有利工具[64]。另一方面,基于生態(tài)足跡模型對包括農業(yè)用水、人類食物消費中的水資源、人類所有生產生活用水以及與水資源相關的水電工程等進行足跡量化,以此判斷水資源利用與保護狀態(tài),為促進水資源可持續(xù)發(fā)展提供現(xiàn)實依據(jù)[65]。

(2)國內研究

國內關于生態(tài)足跡測算的研究主要分為足跡量化和相關指數(shù)分析。足跡量化是單純基于足跡框架測算某一行業(yè)或區(qū)域等不同尺度的生態(tài)足跡值,聚類關鍵詞為“水生態(tài)足跡、能源足跡、驅動因子、碳足跡、鄉(xiāng)村旅游、農田生態(tài)足跡”。其研究范圍包括國家、省市、特色區(qū)域(礦業(yè)地區(qū)、旅游地區(qū)、資源型地區(qū)、農業(yè)地區(qū)、荒漠地區(qū)等)以及家庭等,研究對象包括資源(土地、水、能源等)、產業(yè)(旅游業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、餐飲業(yè)、貿易等),足跡種類則分為生態(tài)足跡、碳足跡、水資源足跡、能源足跡[57]。相關指數(shù)分析是基于生態(tài)足跡測算,輔以動態(tài)預測或其他相關生態(tài)指數(shù)(生態(tài)承載力、生態(tài)赤字、生態(tài)足跡壓力指數(shù)、生態(tài)效率等)進行可持續(xù)性評估,聚類關鍵詞為“arima、生態(tài)壓力指數(shù)、生態(tài)效率”。一方面,研究通過動態(tài)預測分析生態(tài)足跡未來變化趨勢[62]；另一方面,通過計算生態(tài)壓力指數(shù)、生態(tài)效率等評估可持續(xù)發(fā)展狀況并挖掘造成可持續(xù)發(fā)展非理想狀態(tài)的深層因素[66]。

3.3 生態(tài)安全

根據(jù)生態(tài)足跡中外文獻關鍵詞聚類分析結果,聚類3為生態(tài)安全。相關研究基于生態(tài)足跡理論與分析方法評估人類活動下區(qū)域、行業(yè)、經(jīng)濟或社會等方面的可持續(xù)發(fā)展情況。良好的生態(tài)安全狀態(tài)是人類得以持續(xù)、健康發(fā)展的前提條件,基于生態(tài)足跡評估生態(tài)安全狀況能夠有效甄別生態(tài)安全威脅要素,為促進人與自然和諧發(fā)展提供理論依據(jù)。

(1)國外研究

國外有關生態(tài)安全的研究可以大致分為三類。第一類是整體生態(tài)安全,包括各級行政區(qū)生態(tài)安全、特定典型區(qū)域生態(tài)安全以及國家生態(tài)安全,聚類關鍵詞為“carring capacity, land use, biocapacity, ecology”。相關研究以生態(tài)足跡表示人類對生態(tài)系統(tǒng)的總需求,以生態(tài)承載力表示生態(tài)系統(tǒng)的資源服務供給,通過對比兩者結果判斷可持續(xù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢,為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標提供政策依據(jù)。第二類是物種安全,聚類關鍵詞為“biodiversity, abundance, population, conservation, evolution”。研究通過分析生態(tài)足跡與生物多樣性之間的關系,探究人類對物種安全(包括魚類、鳥類、藻類、土壤昆蟲群落、哺乳動物、脊椎動物、森林植物等)造成的壓力,以此尋找生物多樣性保護路徑[67]。第三類是環(huán)境安全,聚類關鍵詞為“CO2emission, greenhouse gases, emission, climate change, energy, coal consumption, carbon dioxide”。研究基于不同層次、不同行業(yè)、不同尺度、不同對象的生態(tài)足跡、碳足跡、能源足跡等,評估碳排放與能源消耗的可持續(xù)性[68]；進一步通過實證分析包括畜牧養(yǎng)殖、城市化、廢物管理、能源消耗、旅游等在內的人類活動與足跡、二氧化碳排放或溫室氣體排放導致的氣候變化之間的關系[69],為促進低碳、減排提供決策依據(jù)。

(2)國內研究

國內對于生態(tài)安全的研究主要分為兩類,其一是生態(tài)足跡應用下的可持續(xù)發(fā)展評估,聚類關鍵詞為“可持續(xù)發(fā)展、動態(tài)預測、生態(tài)承載力、城市可持續(xù)發(fā)展、人均生態(tài)赤字、耕地、糧食安全、生態(tài)安全、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)整體性、環(huán)境可持續(xù)性指數(shù)、生態(tài)赤字、生態(tài)容量、生態(tài)盈余和生態(tài)系統(tǒng)”。在可持續(xù)發(fā)展指標體系框架下,通過計算生態(tài)足跡與生態(tài)承載力,分析特定區(qū)域(包括國家、省市、城市群、以旅游地為代表的特殊區(qū)域、以農業(yè)和旅游業(yè)為代表的特定產業(yè)以及以耕地為代表的自然資源等)的生態(tài)赤字或生態(tài)盈余情況[70],以此作為評估可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)安全狀況的依據(jù),或進一步對其未來狀況進行動態(tài)預測[71]。其二是有關生態(tài)文明建設的內容,聚類關鍵詞為“生態(tài)補償、生態(tài)價值、生態(tài)服務系統(tǒng)價值、環(huán)境保護、世界自然基金會”。生態(tài)補償研究近年來較為熱門(包括不同省市的生態(tài)補償、農田耕地或自然保護區(qū)等特定區(qū)域的生態(tài)補償、旅游等產業(yè)生態(tài)補償以及能源資產流轉生態(tài)補償?shù)确矫?。相關研究利用生態(tài)足跡量化自然生態(tài)空間的占用情況,并以生態(tài)系統(tǒng)服務功能經(jīng)濟價值核算方法等為基礎計算生態(tài)赤字的價值,以此為基礎構建補償框架,并進一步探究補償區(qū)域、補償標準、補償方式、保障機制等,通過人為干預緩解生態(tài)與資源壓力[72]；與此同時,世界自然基金會也通過發(fā)布《中國生態(tài)足跡與可持續(xù)消費研究報告》和《地球生命力報告》等積極引導全球加強環(huán)境保護、加強生態(tài)文明建設[73]。

3.4 生態(tài)協(xié)調

根據(jù)生態(tài)足跡中外文獻關鍵詞聚類分析結果,聚類4為生態(tài)協(xié)調,即利用生態(tài)足跡分析生態(tài)與經(jīng)濟、社會、人文之間的關系。國內有關生態(tài)協(xié)調的研究多集中于經(jīng)濟發(fā)展,而國外研究除經(jīng)濟發(fā)展之外更加注重人類福祉等情況。

(1)國外研究

國外有關人類與生態(tài)協(xié)調發(fā)展的研究大致分為兩個方面：經(jīng)濟發(fā)展與收入分配。經(jīng)濟與生態(tài)足跡協(xié)調發(fā)展關系研究的聚類關鍵詞為“appropriation, international trade, urbanization, economic growth, cross-national, economics, trade, agricultural intensification”。相關研究將生態(tài)足跡作為環(huán)境退化的指標,驗證不同國家和地區(qū)環(huán)境庫茲涅茨曲線假設的成立情況[46],或者檢驗生態(tài)足跡與經(jīng)濟增長、能源消耗、城市化、貿易、技術進步、全球化等相關指標之間的協(xié)整性與因果關系[74]。人類收入分配與生態(tài)足跡協(xié)調發(fā)展的聚類關鍵詞為“benefit, equity, income inequality, allocation”,借助生態(tài)足跡分析生態(tài)環(huán)境與收入和人口不平等、糧食匱乏、人類健康之間的關系以及全球范圍內存在的環(huán)境不平等問題[75]。

(2)國內研究

國內有關生態(tài)協(xié)調的研究核心在于經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。一方面利用生態(tài)足跡模型評估生態(tài)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展狀態(tài),聚類關鍵詞為“生態(tài)經(jīng)濟、人類發(fā)展指數(shù)、生態(tài)地租”,以生態(tài)足跡理念為基礎,研究資源消耗與地球承載關系下我國人類社會經(jīng)濟發(fā)展中存在的生態(tài)問題、通過生態(tài)地租衡量生態(tài)資源利用帶來的社會經(jīng)濟效果、綜合人類發(fā)展指數(shù)與生態(tài)足跡指數(shù)基于生態(tài)績效視角進行生態(tài)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展評價與預測、對生態(tài)與經(jīng)濟系統(tǒng)耦合狀態(tài)進行評估等[76],以此作為建立循環(huán)經(jīng)濟、發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟、促進人與自然和諧發(fā)展的理論依據(jù)。另一方面,通過實證分析探究影響生態(tài)足跡的經(jīng)濟因素,聚類關鍵詞為“經(jīng)濟增長、產業(yè)結構、生態(tài)福利績效”,從產業(yè)結構、收入或消費、技術進步、城市化或國際貿易等角度剖析經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)足跡之間的關聯(lián)[77],深層次挖掘生態(tài)足跡社會經(jīng)濟驅動因素,多方位探尋提升區(qū)域自然生態(tài)與社會經(jīng)濟的可持續(xù)性路徑,促進生態(tài)與經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展。

綜上所述,中外生態(tài)足跡研究均已經(jīng)形成了以生態(tài)足跡模型方法為工具、以足跡測算為基礎、以生態(tài)安全為落腳點、以促進人與生態(tài)協(xié)調發(fā)展為目標的基礎框架體系。在模型方法方面,國外生態(tài)足跡研究比較注重生態(tài)、環(huán)境等相關指標的選取與測算框架的跨學科構建；國內更加注重生態(tài)足跡模型中產量因子、均衡因子等重要參數(shù)的適應性調整、測算方法的修正演變以及STIRPAT模型的應用與修正等。在足跡測算方面,國外生態(tài)足跡研究以荒野和水資源保護為代表,強調多元測算框架的具體應用與分析；國內則注重既定框架內不同尺度的足跡量化,以及生態(tài)壓力指數(shù)和生態(tài)效率等相關指數(shù)分析。在生態(tài)安全方面,國外強調生態(tài)足跡研究中的整體生態(tài)安全、物種安全和環(huán)境安全問題；國內則更關注可持續(xù)發(fā)展指標體系框架下特定區(qū)域的生態(tài)盈余或赤字情況,以及生態(tài)補償?shù)壬鷳B(tài)文明建設內容。在生態(tài)協(xié)調方面,國外研究重在分析經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的內部作用機制與協(xié)調機理,以及生態(tài)足跡所呈現(xiàn)的人類福祉問題；國內則集中于經(jīng)濟發(fā)展的可持續(xù)性評估與外部影響因素分析。

通過以上分析發(fā)現(xiàn),國外生態(tài)足跡研究在理論框架搭建中基礎性貢獻較多,相比國內,其研究更注重跨區(qū)域、全球化等宏觀范疇,以及具體要素的作用機制與協(xié)調機理等微觀分析視角,研究內容也更加多元化；國內則以多領域應用為發(fā)展背景,以模型方法改進為突破、影響因素與生態(tài)補償?shù)韧獠凯h(huán)境規(guī)律為研究重點,強調生態(tài)足跡的“工具”性。

4 中外生態(tài)足跡研究的前沿方向

本文通過突變檢測(Burst detection)功能分析生態(tài)足跡關鍵詞詞頻變化情況,并繪制相應的突現(xiàn)詞時間分布圖譜,探究中外生態(tài)足跡研究的前沿方向。本文提取詞頻變化率較高的十個關鍵詞進行整理(表4),以此表示生態(tài)足跡研究前沿相關術語及其研究起止時間。

表4 中外“生態(tài)足跡”研究突現(xiàn)關鍵詞

(1)國外前沿

由表4可知,近年來國外生態(tài)足跡研究熱點圍繞國家生態(tài)經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展問題,尤其以庫茲涅茨曲線研究為代表,即驗證生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展之間的庫茲涅茨曲線假設是否成立。

在環(huán)境庫茲涅茨曲線理論研究中,環(huán)境壓力指標通常由單一環(huán)境污染物排放量、環(huán)境退化指數(shù)等綜合指標或生態(tài)足跡表示。其中,生態(tài)足跡作為能夠同時反映多維環(huán)境與資源壓力的綜合指標[78],已被應用于不同國家與地區(qū)。相關研究結合能源消耗、技術創(chuàng)新等指標,探究生態(tài)足跡與經(jīng)濟增長之間的庫茲涅茨假設成立關系[46],將兩者因果關系結果作為促進經(jīng)濟與生態(tài)協(xié)調發(fā)展的理論依據(jù)。此外,以生態(tài)足跡為重要衡量指標的生態(tài)網(wǎng)絡分析漸熱,研究通過探究不同區(qū)域或系統(tǒng)間的空間連通性,為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃提供依據(jù)[47]。

(2)國內前沿

近年來國內生態(tài)足跡研究集中于足跡測算框架的應用以及生態(tài)文明建設方面。碳足跡、水資源生態(tài)足跡、自然資本、水資源、三維生態(tài)足跡和生態(tài)補償為最新的高突現(xiàn)值突現(xiàn)詞,代表國內生態(tài)足跡研究前沿。

在足跡測算框架應用中,碳足跡研究已經(jīng)進入相對穩(wěn)定的時期,研究內容從最初碳足跡測算步驟與方法解釋發(fā)展為不同尺度中的可持續(xù)發(fā)展評估應用及影響因素分析,主要圍繞低碳經(jīng)濟、碳標簽、農田生態(tài)系統(tǒng)、產品碳足跡等展開[79]。水資源生態(tài)足跡主要用于評估不同區(qū)域、省市、產業(yè)的水資源可持續(xù)利用情況,近年來不斷有學者將改進的生態(tài)足跡模型應用于此,并對水資源生態(tài)足跡進行時空演化分析[80]。三維生態(tài)足跡模型是傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型的深化,旨在以足跡深度和足跡廣度兩個指標分別刻畫人類對自然資本存量與自然資本流量的占用水平[28],其相關發(fā)文量較少,研究尚處于發(fā)展期,目前用于全國、省市或部分流域的自然資本評估[81]、海岸帶以及土地承載力評估以及相關時空演變分析等[56]。在生態(tài)文明的制度建設方面主要為生態(tài)補償研究,也尚處于發(fā)展階段,研究對象包括地區(qū)、農田、旅游地、水資源、能源以及草原、湖泊等自然區(qū)域,研究基于生態(tài)足跡方法量化生態(tài)補償標準[72]。

由此,國外生態(tài)足跡動態(tài)前沿仍以經(jīng)濟活動與生態(tài)環(huán)境的關系為主線,以能源、科技為重要方向,以生態(tài)網(wǎng)絡分析為重要方法。一方面,生態(tài)足跡概念最初就與經(jīng)濟學相結合,討論邊際價格、貿易條件和效率策略等與生態(tài)之間的關系[7],并在經(jīng)濟活動與生態(tài)環(huán)境的關系研究及多學科融合中發(fā)展,因而前沿研究仍圍繞以庫茲涅茨假設為代表的經(jīng)濟與生態(tài)問題,而能源是庫茲涅茨假設驗證中的關鍵要素之一[82]；另一方面,當前全球處于能源發(fā)展大變革時期,新技術又在新能源革命中扮演重要的角色[83],其動態(tài)前沿與減緩全球環(huán)境壓力的國際形勢相適應。而國內生態(tài)足跡動態(tài)前沿為碳足跡和水資源足跡測算、三維生態(tài)足跡模型下的自然資本評估以及生態(tài)補償。從呼吁發(fā)展低碳經(jīng)濟到確保實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標,從首次以法律形式明確規(guī)定水環(huán)境生態(tài)保護補償機制,到十九大報告強調建立市場化、多元化生態(tài)補償機制,在國內戰(zhàn)略背景下,生態(tài)足跡研究呈現(xiàn)明顯的政策導向特征。

5 結論與討論

本文運用科學知識圖譜法,借助CiteSpace可視化軟件,以關鍵詞為核心對1999—2020年CNKI中文核心期刊與1994—2020年Web of Science核心合集有關生態(tài)足跡研究的數(shù)據(jù)進行分析,梳理中外生態(tài)足跡相關研究演進路徑、基本理論框架與動態(tài)前沿,得出以下結論：

(1)中外生態(tài)足跡研究熱點演進均可以分為三個階段,但演進方式有所差異,且國內研究較國外相對滯后。國外生態(tài)足跡研究開創(chuàng)于全球自然資本評估框架,在經(jīng)濟活動與生態(tài)環(huán)境的關系研究以及多學科融合中發(fā)展,聚焦能源社會的可持續(xù)發(fā)展與預測等領域；國內研究則在引入國外既有概念與模型基礎上,立足中國國情,在研究視角、內容和方法上實現(xiàn)創(chuàng)新突破。

(2)中外生態(tài)足跡理論在框架構成上具有相似性,均形成了以生態(tài)足跡模型方法為工具、以足跡測算為基礎、以生態(tài)安全為落腳點、以促進人與生態(tài)協(xié)調發(fā)展為目標的基礎框架體系。但是,國外研究在理論框架搭建中基礎性貢獻較多,更側重生態(tài)足跡全球化、多區(qū)域等宏觀范疇以及具體要素的作用機制與協(xié)調機理等微觀分析視角,研究內容更加多元化；國內研究以模型方法改進為突破,以影響因素與生態(tài)補償?shù)韧獠凯h(huán)境規(guī)律為重點,強調生態(tài)足跡的“工具”性。

(3)通過高頻突現(xiàn)詞挖掘中外生態(tài)足跡動態(tài)前沿,發(fā)現(xiàn)國外前沿方向為生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展的庫茲涅茨曲線假設驗證研究與生態(tài)網(wǎng)絡分析,國內則為碳足跡和水資源足跡測算、三維生態(tài)足跡模型下自然資本評估以及生態(tài)補償問題。國外生態(tài)足跡動態(tài)前沿仍以經(jīng)濟活動與生態(tài)環(huán)境的關系為主線,與全球能源發(fā)展態(tài)勢相適應；國內研究則在生態(tài)文明建設等國家戰(zhàn)略背景下呈現(xiàn)政策導向特征。

綜上所述,國內外生態(tài)足跡研究側重點具有一定差異。為進一步完善我國生態(tài)足跡理論體系,針對目前研究中存在的學科融合發(fā)展不足、微觀機制分析不深等問題,未來研究重點應包括以下幾個方面：

(1)生態(tài)足跡理論跨學科融合。生態(tài)足跡研究不只是生態(tài)議題,多學科融合發(fā)展有利于創(chuàng)新研究方法、豐富基礎理論。未來國內研究應進一步促進生態(tài)足跡理論與GIS信息、地理、環(huán)境科學、社會經(jīng)濟等多學科融合發(fā)展,提高多元指標體系構建與數(shù)據(jù)獲取的科學性,形成更為完善且系統(tǒng)的生態(tài)足跡研究框架。

(2)生態(tài)足跡微觀機制分析。突破生態(tài)足跡影響因素的外部評估模式,加強關鍵要素的微觀作用機制與協(xié)調機理分析。深入分析生態(tài)足跡與生態(tài)系統(tǒng)服務、生物多樣性、經(jīng)濟發(fā)展以及人類福祉等方面的反饋機制,探究技術、能源、人力資本、生物承載力等要素間協(xié)同作用機理,推動國內生態(tài)足跡理論創(chuàng)新。

(3)生態(tài)足跡研究尺度擴展。雙循環(huán)新發(fā)展格局下,國內生態(tài)足跡研究應破除邊界,與國際生態(tài)足跡動態(tài)前沿開放互聯(lián),與全球發(fā)展態(tài)勢相適應。研究尺度以國內為中心向外輻射, 納入國際要素對國內生態(tài)足跡的影響,探究國內外生態(tài)足跡研究的共性與特性。

本文通過梳理中外生態(tài)足跡相關研究的演進路徑、基本理論框架與動態(tài)前沿,能夠為未來生態(tài)足跡研究方向提供一定的參考?？紤]到本文在期刊文獻選取范圍以及將關鍵詞作為分析依據(jù)方面均仍存在一定局限性,未來相關研究應對此進行優(yōu)化提升,以期進一步提高利用科學知識圖譜分析的精準度。