近40年紅松人工林研究的趨勢與熱點*

劉延濱 肖 銳 崔 崧 孫國芝

（黑龍江省林業(yè)科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150081）

紅松（Pinus koraiensis）是國家重點二級保護(hù)野生植物、被列入CITES附錄Ⅲ，屬于易危（IUCN標(biāo)準(zhǔn)）物種。天然紅松林主要是以紅松為優(yōu)勢樹種，伴生多種闊葉樹種形成的針闊混交林，主要分布于中國東北的長白山和小興安嶺完達(dá)山、張廣才嶺（遼寧、吉林和黑龍江三?。┑臇|部山區(qū)，俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)也有分布，中國是主要的分布區(qū)，約占60%[1,5,7]。我國最早的紅松人工林是1933年在遼寧省本溪縣草河口栽植的，1950年開始在黑龍江省和吉林省有少量造林，大量營造紅松人工林是在1960年代[5]。針對紅松人工林的研究一直備受關(guān)注，主要是為其經(jīng)營和管理提供科學(xué)的依據(jù)和指導(dǎo)。培育紅松人工林的目的隨著社會需求的發(fā)展也不斷發(fā)生著巨大變化，從以培育大徑材為主向培育果材兼用和提升生態(tài)效益為主的方向轉(zhuǎn)變。相應(yīng)的紅松人工林的研究也要與時俱進(jìn)，本文通過梳理和分析近40年紅松人工林研究的文獻(xiàn)資料，借助文獻(xiàn)計量學(xué)的方法量化紅松人工林研究的趨勢和熱點，以期為紅松人工林深入研究提供方向和借鑒。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)引文數(shù)據(jù)庫（CNKI），以中文文獻(xiàn)為研究對象分析我國國內(nèi)紅松人工林研究趨勢。檢索式為“紅松人工林”主題檢索，文獻(xiàn)類型為“期刊”，語言為“中文”，時間未作限制。檢索到相關(guān)文獻(xiàn)545篇，收集1982年至今的相關(guān)文獻(xiàn)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行手動清洗，去除報道、會議通知和非學(xué)術(shù)性的不相關(guān)的文獻(xiàn)，用于數(shù)據(jù)分析的相關(guān)文獻(xiàn)共計493篇。所有文獻(xiàn)信息導(dǎo)出為endnote格式，導(dǎo)入endnote18.2（Bld11343）進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

1.2 研究方法

文獻(xiàn)數(shù)量統(tǒng)計、文獻(xiàn)所屬學(xué)科、刊物TOP10、作者TOP10、研究機構(gòu)TOP10和基金支持TOP10使用知網(wǎng)可視化分析。主要是對國內(nèi)紅松人工林研究進(jìn)行總體的概述。

國內(nèi)紅松人工林研究趨勢和熱點分析采用VOSviewer 1.6.18進(jìn)行關(guān)鍵詞共顯聚類分析，計算方法采用分?jǐn)?shù)計數(shù)法（fractional counting），歸一化采用相對強度（association strength）。關(guān)鍵詞出現(xiàn)的最小數(shù)量選擇為3次，超過此閾值的關(guān)鍵詞用于可視化構(gòu)建聚類視圖和標(biāo)簽視圖。通過視圖數(shù)據(jù)的分析整理來發(fā)現(xiàn)國內(nèi)紅松人工林研究的趨勢和熱點問題。

2 結(jié)果與分析

2.1 國內(nèi)紅松人工林研究概述

2.1.1 國內(nèi)紅松人工林研究的文獻(xiàn)量和主要學(xué)科領(lǐng)域

CNKI數(shù)據(jù)庫文獻(xiàn)統(tǒng)計表明關(guān)于紅松人工林研究文章為493篇，年均為12篇，總體發(fā)文數(shù)量呈現(xiàn)波動增加的趨勢，2013年有35篇文章發(fā)表，為最多年份（圖1）。根據(jù)圖1所呈現(xiàn)的趨勢可以大致分成2個階段：1980～2002年發(fā)文數(shù)量長期在10篇以下，偶有年份發(fā)文量超過10篇，這一階段表現(xiàn)為時間較長，發(fā)展緩慢，說明對紅松人工林研究的重視程度不夠，研究方向比較窄；進(jìn)入2000年以后發(fā)表相關(guān)文章的數(shù)量急劇增加，2012～2018年形成研究的熱潮，年均發(fā)文在20篇以上，2013年達(dá)到了35篇，說明林業(yè)工作者開始重視紅松人工林的研究，這主要和進(jìn)入2000年以后國家大力發(fā)展生態(tài)環(huán)境建設(shè)有關(guān)，紅松作為東北地區(qū)森林生態(tài)環(huán)境中頂級群落的代表性物種，同時又是大面積皆伐后普遍的人工林類型，充分的深入研究紅松人工林是必然的選擇。近幾年出現(xiàn)相關(guān)發(fā)文量下降的趨勢說明進(jìn)入了調(diào)整階段。

圖1 1980～2022年國內(nèi)紅松人工林研究發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量

相關(guān)研究文章所屬的學(xué)科主要集中在林業(yè)（359篇，占比72.99%），農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)（40篇，占比8.18%）和植物保護(hù)（39篇，占比7.88%），表明我國關(guān)于紅松人工林研究主要是林業(yè)領(lǐng)域，學(xué)科交叉和相近學(xué)科研究不足，可以開拓學(xué)科交叉的研究，提升紅松人工林研究的水平。

2.1.2 國內(nèi)紅松人工林研究發(fā)表文章TOP10刊物

發(fā)表紅松人工林研究的主要是生態(tài)方面的學(xué)術(shù)期刊（表1）。這些期刊同時也反映出紅松人工林研究的機構(gòu)特點，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用研究所，北京林業(yè)大學(xué)，南京林業(yè)大學(xué)，還有東北林業(yè)大學(xué)是紅松人工林研究的主要科研院所，主要是林業(yè)的相關(guān)學(xué)科研究。

表1 國內(nèi)紅松人工林研究發(fā)表文章TOP10刊物

2.1.3 國內(nèi)紅松人工林研究的作者TOP10、機構(gòu)TOP10和基金類型TOP10

國內(nèi)紅松人工林研究發(fā)文最多的作者呈現(xiàn)出很強的機構(gòu)特點（表2），排名TOP10的有5位工作單位是東北林業(yè)大學(xué)，2位是中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，兩位是遼寧省森林經(jīng)營研究所。研究作者的合作圖譜也顯示出很強的機構(gòu)特點（圖2），分別是李鳳日、賈煒煒、董利虎和金光澤為代表的東北林業(yè)大學(xué)群體，以于立忠、朱教君、閆巧玲為代表的中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所群體，還有以譚雪仁、張利民、焦宏為代表的遼寧省森林經(jīng)營研究所群體。這些群體中東北林業(yè)大學(xué)是對紅松人工林研究最為深入的機構(gòu)，從早期關(guān)于紅松人工林的分杈問題，到后來以紅松人工林培育相關(guān)的土壤、相關(guān)的水文研究，近年來紅松人工林研究主要集中在紅松人工林生物量、生態(tài)系統(tǒng)功能和紅松人工林經(jīng)營措施的科學(xué)依據(jù)研究；中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所主要是以遼東山區(qū)紅松人工林為研究對象，開展了水文、土壤、擾動和生物多樣性等方面的研究；遼寧省森林經(jīng)營研究所的主要研究方向主要集中在紅松人工林培育相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的研究，包括培養(yǎng)大徑材、結(jié)實、造林和病蟲害防治的相關(guān)技術(shù)。

圖2 國內(nèi)紅松人工林研究作者合作圖譜

研究機構(gòu)表現(xiàn)為較強的地域性，主要是黑龍江省和遼寧?。ū?）。黑龍江省以東北林業(yè)大學(xué)和黑龍江省林業(yè)科學(xué)院（黑龍江省林業(yè)科學(xué)研究所、黑龍江省伊春市帶嶺林業(yè)科學(xué)研究所和黑龍江省伊春市林業(yè)科學(xué)研究院隸屬于黑龍江省林業(yè)科學(xué)院）為代表；遼寧省以中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所和遼寧省森林經(jīng)營研究所為代表。重要的研究實驗區(qū)分別為黑龍江省林口縣林業(yè)局和遼寧省實驗林場。

基金資助的類型主要以國家級基金為主，黑龍江省級基金為輔（表2）。國家科技支撐計劃是面向國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需求，重點解決經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中的重大科技問題的國家科技計劃；國家重點研發(fā)計劃針對事關(guān)國計民生的重大社會公益性研究，以及事關(guān)產(chǎn)業(yè)核心競爭力、整體自主創(chuàng)新能力和國家安全的重大科學(xué)技術(shù)問題，突破國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展主要領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸；國家科技攻關(guān)計劃是要解決國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中帶有方向性、關(guān)鍵性和綜合性的問題，涉及農(nóng)業(yè)、電子信息、能源、交通、材料、資源勘探、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域；國家自然科學(xué)基金瞄準(zhǔn)重大科學(xué)前沿和國家重要戰(zhàn)略需求，應(yīng)對未來挑戰(zhàn)，部署一批具有基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性、前瞻性的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。因此，紅松人工林研究具有重大的國家戰(zhàn)略意義，是關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重大問題，具有重大社會公益性的研究。

表2 國內(nèi)紅松人工林研究作者TOP10、機構(gòu)TOP10和基金類型TOP10

2.2 國內(nèi)紅松人工林研究的熱點問題

紅松人工林研究高頻出現(xiàn)的關(guān)鍵詞是紅松人工林、紅松、紅松林和人工林，其次是撫育間伐、結(jié)實、生長和結(jié)實量（表3），這些高頻出現(xiàn)的關(guān)鍵詞說明了研究的重點，但是伴隨不同的研究階段，研究的熱點問題不斷發(fā)生變化。

表3 共顯頻率超過10的關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率和關(guān)聯(lián)強度

通過對國內(nèi)紅松人工林研究文獻(xiàn)關(guān)鍵詞聚類分析（表4和圖3）顯示，紅松人工林研究具有明顯的時間特性。根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)量的變化（圖1）結(jié)合聚類分析結(jié)果，將紅松人工林研究以2000年作為節(jié)點分成2個階段，2000年以前以紅松人工林的培育、經(jīng)營、管理和病蟲害防治等應(yīng)用型研究為主；2000年以后以如何發(fā)揮紅松人工林生態(tài)效益，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的基礎(chǔ)研究為主，這一階段研究的特點是借助現(xiàn)代化的科技手段對紅松人工林的生理、遺傳和生態(tài)的機理進(jìn)行了深入和廣泛的研究工作。分支3～7和分支13～14屬于2000年以前的應(yīng)用型研究為主，這個階段的關(guān)鍵詞主要是針對大面積皆伐跡地上營造的大面積人工純林所出現(xiàn)的問題開展的相關(guān)研究，包括早期的育苗問題，隨后的幼林撫育問題，到形成中幼齡林后易早期結(jié)實和遭受的病蟲害問題，還有過早分杈降低出材率等問題，所有問題從實踐和理論上證實皆伐跡地上人工大面積營造紅松純林是違背自然演替規(guī)律的，需要進(jìn)行改造。20世紀(jì)末期由于紅松種子的巨大經(jīng)濟(jì)效益，大量的紅松幼齡純林進(jìn)行了果林改造，通過嫁接、撫育間伐和截干等措施提高結(jié)實量，同時也兼具培養(yǎng)大徑材而形成果材兼用林。分支1～2、8～12、15～18是21世紀(jì)開展的紅松人工林研究的主要方向。這一時期紅松人工林研究是建立在對過去不斷積累的實踐和發(fā)現(xiàn)的各種問題的反思開展的，首先是開展天然紅松林的長期定位研究，同時借助現(xiàn)代分子生物學(xué)，計算機模擬生長模型，地理信息系統(tǒng)（GIS）和現(xiàn)代遙感技術(shù)（RS），以及目前蓬勃發(fā)展的人工智能技術(shù)對紅松人工林進(jìn)行深入和系統(tǒng)的機理研究，這些研究集中在生理生態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)，碳匯和紅松人工林生物量的模型模擬等。體現(xiàn)這些特點的關(guān)鍵詞包括：原始紅松林、森林土壤、樹干徑流、氮沉降、高通量測序、水文效應(yīng)、回歸方程、碳密度、線性混合模型、土壤活性有機碳、效果分析等（圖3）。

表4 關(guān)鍵詞聚類分析結(jié)果

圖3 國內(nèi)紅松人工林研究趨勢和熱點聚類時間圖譜

3 討論和展望

我國紅松人工林研究經(jīng)歷了近60年的實踐和發(fā)展，不同時期對林業(yè)的要求變化也不斷與時俱進(jìn)，同時現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日益不斷滲透到科學(xué)研究的方方面面，使紅松人工林研究不斷深入，由寬泛到精細(xì)，由現(xiàn)象到機理。未來我國紅松人工林研究需要關(guān)注以下幾個方面：

（1）從紅松人工林的經(jīng)濟(jì)價值研究向生態(tài)價值研究的轉(zhuǎn)變?？茖W(xué)研究表明，過量的碳排放會導(dǎo)致全球氣候變暖、溫室效應(yīng)，以及出現(xiàn)極端惡劣天氣。其中溫室效應(yīng)是最為直接且嚴(yán)重的問題。我國在2020年9月明確提出2030年“碳達(dá)峰”與2060年“碳中和”目標(biāo)，紅松人工林作為東北地區(qū)面積巨大的人工林在實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重大的戰(zhàn)略意義。齊建東等[8]基于長白山溫帶紅松闊葉林通量觀測站2007～2010年間的30 min觀測數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于時間卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（TCN）、長短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）、支持向量回歸（SVR）和極限學(xué)習(xí)機（ELM）的5種生態(tài)系統(tǒng)碳交換量（NEE）模型，結(jié)論認(rèn)為長白山溫帶紅松闊葉林通量觀測站的NEE總體表現(xiàn)為碳匯，但存在明顯的季節(jié)差異。辛士冬等[11-12]對黑龍江省紅松人工林的林分生物量和喬木層碳儲量的研究，結(jié)論認(rèn)為平差法適合林分?jǐn)嗝娣e生物量模型的參數(shù)估計（0～10和50～60 m2/hm2除外），聚合法適合黑龍江省紅松人工林的碳儲量模型估計。郭綺雯等[2]研究了凋落物和模擬氮磷沉降對紅松人工林碳釋放的影響，結(jié)果表明不同時期對腐殖質(zhì)層的影響是不同的，中低濃度氮磷沉降能顯著促進(jìn)碳釋放。目前，紅松人工林的碳匯相關(guān)研究是研究的熱點。

（2）借助現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)、計算機模擬模型、地理信息系統(tǒng)和現(xiàn)代遙感技術(shù)開展深入系統(tǒng)的研究。比如賈煒煒等[4]建立了基于撫育間伐效應(yīng)的枝條密度單水平非線性混合模型能夠加準(zhǔn)確地體現(xiàn)撫育間伐對林木枝條產(chǎn)生的影響。王帆等[10]基于地基激光雷達(dá)（Terrestrial Laser Scanning，TLS）點云數(shù)據(jù)提取人工紅松不同樹冠深度處最大樹冠半徑（Crown radius，CR）的精度，建立基于TLS點云數(shù)據(jù)的樹冠外輪廓模型，結(jié)果表明TLS數(shù)據(jù)可以近似代替實測數(shù)據(jù)進(jìn)行樹冠外輪廓模型的研究。李翔等[6]采用Codon W和EMBOSS在線軟件對紅松查爾酮合成酶基因CHS的密碼子使用偏好性進(jìn)行分析，結(jié)果表明紅松與馬尾松和赤松的密碼子使用偏好性的相似性較高。

（3）有關(guān)紅松林生態(tài)系統(tǒng)的研究論文缺乏整體性，忽視了構(gòu)成系統(tǒng)的各級水平的藕合過程以及系統(tǒng)時空結(jié)構(gòu)特征，尤其缺乏景觀水平的研究論文。王安彬[9]研究帽兒山地區(qū)闊葉紅松林、紅松人工林和水曲柳天然次生林3種典型群落，結(jié)果表明闊葉紅松林喬木優(yōu)勢種呈隨機分布或不顯著聚集分布；紅松人工林中紅松呈隨機分布；水曲柳次生林喬木優(yōu)勢種主要呈隨機分布。各群落灌木優(yōu)勢種均呈聚集分布。帽兒山典型森林群落中各喬木優(yōu)勢種間主要呈空間正關(guān)聯(lián)或無空間關(guān)聯(lián),紅松與闊葉樹小尺度無關(guān)聯(lián),大尺度正關(guān)聯(lián),闊葉樹種間主要呈正關(guān)聯(lián)。紅松人工林與水曲柳天然次生林喬木優(yōu)勢種間均呈正關(guān)聯(lián)。侯宏宇等[3]研究了帽兒山紅松人工林地小尺度時空下地表鞘翅目成蟲群落多度分布格局，結(jié)果表明帽兒山紅松人工林小尺度地表鞘翅目成蟲群落結(jié)構(gòu)具有明顯的時間變異性,但群落物種多度分布格局具有時間穩(wěn)定性。

因此，紅松人工林研究需要繼續(xù)開展紅松人工林培育技術(shù)（主要是培養(yǎng)大徑材和提高結(jié)實率和結(jié)實量）、病蟲害防治技術(shù)、林木育種技術(shù)和幼林撫育技術(shù)等方面結(jié)合實踐進(jìn)一步深入研究。還要與時俱進(jìn)，響應(yīng)當(dāng)前我國的“雙碳”目標(biāo)開展相關(guān)的研究工作，同時借助現(xiàn)代科技的手段開展紅松生理生化、遺傳，生態(tài)系統(tǒng)，景觀生態(tài)等基礎(chǔ)理論方面的研究為生產(chǎn)實踐提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

紅松人工林經(jīng)歷了40多年的研究已經(jīng)取得了很多的成就，在不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上逐漸明晰了紅松人工林研究的方向，并且不斷與時俱進(jìn)和開拓進(jìn)取。目前，紅松人工林研究的重點應(yīng)該是集中在為國家實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供科學(xué)的依據(jù)和提供經(jīng)營方面的指導(dǎo)，再者借助現(xiàn)代科技的手段開展機制和機理的研究，最后就是開展紅松林生態(tài)系統(tǒng)的深入和全面的研究，明確各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、動態(tài)和相互作用的過程?？傊?dāng)代紅松人工林研究所面臨的重大課題是人類所面對的生態(tài)問題，需要明確方向，認(rèn)清理論研究的關(guān)鍵價值。