湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)研究
——基于CiteSpace的可視化文獻(xiàn)計(jì)量分析

葛裕豪，楊 旭，張 婧，張德權(quán)

(1.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江大學(xué) 信息管理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 引言

富營(yíng)養(yǎng)化已成為國(guó)內(nèi)外影響水環(huán)境安全的重要問(wèn)題[1～4]。在氣候變化和人類活動(dòng)的雙重影響下，大量外源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入湖泊[5]，疊加沉積物內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放作用，湖內(nèi)水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)逐漸從低生產(chǎn)力的貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)向高生產(chǎn)力的富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變[6]。在自然條件下，湖泊緩慢經(jīng)歷著形成、發(fā)展、衰竭乃至滅絕的過(guò)程[7,8]。在高強(qiáng)度的人類活動(dòng)影響下，這一演化過(guò)程被大大加快[9]。人為因素造成的富營(yíng)養(yǎng)化引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益成為威脅可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題[10,11]。已有大量研究報(bào)道富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生機(jī)制、浮游藻類與營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷相互作用與關(guān)系等[12～16]，為了經(jīng)濟(jì)-生態(tài)的協(xié)同綠色發(fā)展，有必要對(duì)其研究脈絡(luò)進(jìn)行梳理，并從中歸納出當(dāng)前在該領(lǐng)域的機(jī)構(gòu)、學(xué)者的脈絡(luò)關(guān)系和研究熱點(diǎn)。本文運(yùn)用CiteSpace軟件獲取分析近20年湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的高頻關(guān)鍵詞、發(fā)文量和機(jī)構(gòu)、發(fā)文作者關(guān)系等對(duì)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化重點(diǎn)研究領(lǐng)域和發(fā)展方向進(jìn)行探析。旨在為踐行我國(guó)“一湖一策”“一類一策”的湖泊未來(lái)重點(diǎn)研究方向提供一定的借鑒和參考。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

文獻(xiàn)計(jì)量軟件CiteSpace通過(guò)學(xué)科相關(guān)領(lǐng)域的文獻(xiàn)發(fā)文量與相關(guān)度，可視化分析多個(gè)領(lǐng)域之間聯(lián)系。本研究將采用該軟件對(duì)中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)中選取的能夠代表當(dāng)前國(guó)內(nèi)較高研究水平的核心期刊論文進(jìn)行可視化分析。

本研究以中國(guó)知網(wǎng)收錄的論文為數(shù)據(jù)來(lái)源，在數(shù)據(jù)庫(kù)中將檢索時(shí)間設(shè)定為2002～2022年，主題以“湖泊富營(yíng)養(yǎng)化”和“藍(lán)藻水華”為條件進(jìn)行檢索，選取“SCI來(lái)源期刊”“EI來(lái)源期刊”“北大核心”“CSSCI”“CSCD”為來(lái)源期刊，檢索出文獻(xiàn)數(shù)量712篇。通過(guò)以“水質(zhì)”為檢索主題對(duì)所獲文獻(xiàn)進(jìn)行篩選。最后，選定“環(huán)境科學(xué)與資源利用”為學(xué)科標(biāo)簽，最終檢索出有效論文數(shù)量為693篇作為數(shù)據(jù)源。

2.2 分析方法

本研究先利用Excel對(duì)原始數(shù)據(jù)中近20年的期刊發(fā)文量、期刊分布圖和研究機(jī)構(gòu)發(fā)文量統(tǒng)計(jì)圖表進(jìn)行繪制，分析國(guó)內(nèi)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化相關(guān)研究的熱門期刊、機(jī)構(gòu)和發(fā)文趨勢(shì)。然后，使用CiteSpace軟件對(duì)作者、機(jī)構(gòu)和關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類分析。最終，獲取我國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究近20年相關(guān)文獻(xiàn)中的合作網(wǎng)絡(luò)關(guān)系、共現(xiàn)聚類圖譜和突現(xiàn)率數(shù)據(jù)。厘清我國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究現(xiàn)狀、熱點(diǎn)、前沿、變化趨勢(shì)和發(fā)展方向，并對(duì)其進(jìn)行影響分析。

3 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究熱點(diǎn)分析

3.1 文獻(xiàn)與學(xué)科分布統(tǒng)計(jì)分析

2002～2022年國(guó)內(nèi)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究的發(fā)文量呈現(xiàn)出先上升后波動(dòng)的趨勢(shì)(圖1)。2002～2011年間大體呈上升趨勢(shì)，只有2006年和2010年發(fā)文量較上一年有所下降，文獻(xiàn)數(shù)量在2011年達(dá)到峰值，總計(jì)61篇。2011年后文獻(xiàn)大體呈現(xiàn)出先下降后趨于平穩(wěn)的小幅波動(dòng)的形式。2007～2021年間，國(guó)內(nèi)有關(guān)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)文量均保持在30篇以上。截至2022年9月份已發(fā)文18篇。近年來(lái)，從發(fā)文趨勢(shì)可以看出國(guó)內(nèi)對(duì)于湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的研究熱度有所提升，說(shuō)明理論界對(duì)于湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的研究熱情依舊較高。

圖1 2002～2022年國(guó)內(nèi)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究文獻(xiàn)年度分布

3.2 載文期刊統(tǒng)計(jì)分析

期刊是展現(xiàn)、傳遞和存貯有關(guān)學(xué)科科研成果的主要載體。通過(guò)對(duì)CNKI收錄的湖泊富營(yíng)養(yǎng)化期刊論文的可視化定量分析，可以更好地展示出湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的研究現(xiàn)況、研究熱點(diǎn)和前沿發(fā)展。為更好地分析我國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化所研究文獻(xiàn)資料的期刊分布特點(diǎn)，對(duì)693篇文獻(xiàn)資料加以數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2002～2022年國(guó)內(nèi)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究成果的期刊分布較為集中(圖2)?？l(fā)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量最多的期刊是《湖泊科學(xué)》，達(dá)到119篇，占比為27%?！董h(huán)境科學(xué)》《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》《中國(guó)環(huán)境科學(xué)》，刊內(nèi)載文量達(dá)到30余篇，占比為7%。其余16個(gè)期刊的載刊量在8～23篇，相對(duì)較少。

圖2 載文期刊分布數(shù)量及占比

3.3 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究機(jī)構(gòu)分布的可視化分析

用CiteSpace研究發(fā)文機(jī)構(gòu)的突現(xiàn)率(表1)。從表1可以看出，2002～2022年，中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所是發(fā)文最頻繁的機(jī)構(gòu)，發(fā)文量高達(dá)132篇；其次為中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所，發(fā)文量累計(jì)65篇。同時(shí)，中國(guó)科學(xué)院南京地理所與湖泊研究所也是突現(xiàn)率最高的發(fā)文機(jī)構(gòu)，突現(xiàn)率數(shù)值達(dá)14.33，說(shuō)明該機(jī)構(gòu)在湖泊富營(yíng)養(yǎng)化領(lǐng)域的研究在橫向與縱向范圍上較為全面與深入，其研究成果相對(duì)其他機(jī)構(gòu)更具權(quán)威性與說(shuō)服力。

表1 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究領(lǐng)域高頻機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)

3.4 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化作者分布的可視化分析

作者分為高產(chǎn)作者、影響作者和活躍作者。這些作者發(fā)表的高水平文獻(xiàn)推動(dòng)著科研領(lǐng)域的發(fā)展和前進(jìn)。利用CiteSpace軟件繪制作者共現(xiàn)聚類圖可以更直觀地顯示湖泊富營(yíng)養(yǎng)化相關(guān)領(lǐng)域科研人員的脈絡(luò)和研究狀況[17](圖3)。

圖3 作者共現(xiàn)聚類

圖3為2002～2022年從事湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究作者的CiteSpace聚類分析圖譜。其中節(jié)點(diǎn)越大代表作者發(fā)文量多，線段越粗顏色越粗代表作者之間的合作越密切。圖3中，朱廣偉[18，19]是最大的節(jié)點(diǎn)，其次是孔繁祥[20，21]、許海[22]、秦伯強(qiáng)[23]，這些研究學(xué)者近年發(fā)文量較多。此外，在作者分布方面，孔繁翔、秦伯強(qiáng)、高俊峰[24]等研究人員與其他學(xué)者漸漸形成了較為緊密的聯(lián)系，并占據(jù)了相對(duì)應(yīng)的聯(lián)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)。如以孔繁翔為中心形成了較為廣泛的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)?？傮w而言從事湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究的學(xué)者在合作網(wǎng)絡(luò)上呈現(xiàn)出“大分散，小聚集”的特點(diǎn)。

研究表明，大多數(shù)研究熱點(diǎn)都是由高產(chǎn)作者提出的[4]。因此，為更好地展現(xiàn)2002-2022年國(guó)內(nèi)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究熱點(diǎn)，從CiteSpace處理過(guò)的數(shù)據(jù)中提取前12位作者數(shù)據(jù)，并比較排名較為靠前的作者(表2)。經(jīng)過(guò)比較，研究湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的作者發(fā)文量相對(duì)穩(wěn)定。其中，文章數(shù)量最多的作者是朱廣偉(21篇)、秦伯強(qiáng)(18篇)、孔繁翔(15篇)，其中秦伯強(qiáng)是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)行湖泊富營(yíng)養(yǎng)化領(lǐng)域相關(guān)研究的，孔繁祥的研究時(shí)間比較短。朱廣偉、許海、秦伯強(qiáng)等是近20年來(lái)產(chǎn)出率較高的作者，表明了近年來(lái)國(guó)內(nèi)這3位作者對(duì)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)注和研究較多。

表2 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究領(lǐng)域高頻作者統(tǒng)計(jì)

3.5 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究關(guān)鍵詞分布的可視化分析

關(guān)鍵詞是作品的核心詞匯，最能代表作品的研究重點(diǎn)和方向[25]。CiteSpace軟件可以對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類分塊。本研究將收集到的文獻(xiàn)按關(guān)鍵詞分組，得到563個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖4所示，說(shuō)明2002～2022年中國(guó)海洋富營(yíng)養(yǎng)化研究主要圍繞563個(gè)關(guān)鍵詞展開。由該聚類圖譜得出，藍(lán)藻水華出現(xiàn)的頻次最多，富營(yíng)養(yǎng)化與藍(lán)藻緊隨其后，說(shuō)明湖泊富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致藻類生長(zhǎng)從而引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象一直是從事湖泊水質(zhì)研究學(xué)者的熱門研究方向。而洱海[26]、巢湖[27]與城市湖泊也顯示在該聚類圖中，區(qū)域塊面積較小，表明自然湖泊與城市湖泊中出現(xiàn)的水體富營(yíng)養(yǎng)化也在近20年里逐漸引起了理論界的重視。

關(guān)鍵詞的數(shù)量和增長(zhǎng)能夠有效反映研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題，關(guān)鍵詞頻率越高，研究的焦點(diǎn)越強(qiáng)。為更全面突出國(guó)內(nèi)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的研究熱點(diǎn)和前沿問(wèn)題，利用CiteSpace軟件的擴(kuò)展詞檢測(cè)算法計(jì)算出現(xiàn)頻率，提取出現(xiàn)頻率和頻率排名前9位的關(guān)鍵詞如表3所示。從表3可以看出，中心度高的關(guān)鍵詞分別是藍(lán)藻水華和富營(yíng)養(yǎng)化。關(guān)鍵詞詞頻最高的是“藍(lán)藻水華”(260)，中心性0.64；其次關(guān)鍵詞詞頻是“富營(yíng)養(yǎng)化”(159)，中心性0.54；之后關(guān)鍵詞詞頻是“藍(lán)藻”(91)，中心性是0.29。說(shuō)明對(duì)藍(lán)藻水華、富營(yíng)養(yǎng)化領(lǐng)域的理論研究一直以來(lái)都是湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究的重點(diǎn)?！俺埠?35)和“洱?！?9)的中心性分別為0.04和0.01，表明兩個(gè)湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化研究較多?！翱偭住?10)的中心性為0.02說(shuō)明國(guó)內(nèi)研究者對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化研究主要集中在受總磷影響為主的湖泊[28]，在未來(lái)的理論研究者可以更加深入探析水華發(fā)生機(jī)理，將研究對(duì)象向其他湖泊進(jìn)行擴(kuò)散，同時(shí)多加運(yùn)用至實(shí)踐中，以更好的解決國(guó)內(nèi)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題[29]。

表3 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究領(lǐng)域高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)分析

3.6 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化主題演化的可視化分析

主題的演化過(guò)程是指主題的出現(xiàn)、衍生和消亡，是以時(shí)間線的形式呈現(xiàn)出學(xué)科領(lǐng)域文獻(xiàn)的研究主題，比單純通過(guò)主題聚類來(lái)分析詞頻變化更加全面直觀[30]。CiteSpace軟件可以通過(guò)制作時(shí)間維度的主題發(fā)展圖表清楚地看到相關(guān)文獻(xiàn)中包含的關(guān)鍵詞的發(fā)展情況以及關(guān)鍵詞之間的關(guān)系。為挖掘湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的研究趨勢(shì)，本文主要以高頻關(guān)鍵詞為代表分析該學(xué)科研究前沿，繪制的時(shí)間軸視圖可以清晰地展示湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究前沿隨時(shí)間的演化。根據(jù)圖5可以看出，2002～2022年，我國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的研究始終圍繞藍(lán)藻水華這一主題展開并逐漸往外擴(kuò)展，衍生出“富營(yíng)養(yǎng)化”“藍(lán)藻”等熱門詞匯。從關(guān)鍵詞時(shí)間軸聚類圖譜(圖5)情況來(lái)看，湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究的演變呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：①國(guó)內(nèi)淺水富營(yíng)養(yǎng)湖泊的生態(tài)修復(fù)和治理是重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容；②遙感技術(shù)主要應(yīng)用于湖泊水質(zhì)變化的監(jiān)測(cè)[31]；③多種生物技術(shù)應(yīng)用于湖體中微生物的測(cè)量；④通過(guò)調(diào)查湖泊底棲動(dòng)物的生物量和生物種類來(lái)反映湖泊水質(zhì)變化[32]；⑤藍(lán)藻水華的發(fā)生機(jī)制、影響因素和分析預(yù)測(cè)方法成為近幾年的研究熱點(diǎn)；⑥有關(guān)氣候因素、發(fā)生機(jī)制和模型預(yù)測(cè)的水體富營(yíng)養(yǎng)化研究將成為未來(lái)幾年的研究趨勢(shì)[33～35]。

圖5 2002～2022年國(guó)內(nèi)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化高頻關(guān)鍵詞聚類時(shí)間圖譜

在CiteSpace軟件中，從文獻(xiàn)中的標(biāo)題和摘要中提取出來(lái)的是研究前沿的新興詞組，它的強(qiáng)弱可以反映外界對(duì)文獻(xiàn)的關(guān)注程度。選取2002～2022年高突現(xiàn)率的關(guān)鍵詞，分析湖泊富營(yíng)養(yǎng)化近20年的演化路徑，如圖6所示。突現(xiàn)率較高的關(guān)鍵詞有富營(yíng)養(yǎng)化、湖泊、底泥等。關(guān)鍵詞中湖泊、時(shí)空分布、富營(yíng)養(yǎng)化、底泥、生態(tài)恢復(fù)等領(lǐng)域的研究時(shí)間跨度較長(zhǎng)，2011年后，水體富營(yíng)養(yǎng)化的時(shí)空分布成為了研究的主要方向，研究TN、TP濃度的時(shí)空分布及其與Chl-a的相關(guān)性，對(duì)了解湖泊富營(yíng)養(yǎng)化機(jī)制具有重要意義。

圖6 2002～2022年國(guó)內(nèi)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化高突現(xiàn)率關(guān)鍵詞可視化圖譜

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

本研究以2002～2022年在中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫(kù)中有關(guān)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究的693篇論文為研究對(duì)象，借助CiteSpace軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化，研究了當(dāng)前湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)論如下：

(1)從個(gè)人發(fā)文量來(lái)看當(dāng)前國(guó)內(nèi)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究主要以朱廣偉、秦伯強(qiáng)、許海、孔繁翔等人為代表，主要研究南方淺水湖泊富營(yíng)養(yǎng)化。從發(fā)文機(jī)構(gòu)來(lái)看國(guó)內(nèi)當(dāng)前在研究湖泊富營(yíng)養(yǎng)化上有一定成果的主要機(jī)構(gòu)有中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所、中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、南京大學(xué)和中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院等。

(2)從關(guān)鍵詞共現(xiàn)聚類圖譜和關(guān)鍵詞聚類時(shí)間圖譜上來(lái)看，總磷是造成湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的主控因子；研究重點(diǎn)表現(xiàn)出由自然湖泊向人工湖泊、由低緯湖泊向高緯湖泊轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。湖泊富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生機(jī)制、氣候變化對(duì)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的影響、富營(yíng)養(yǎng)化的智慧監(jiān)測(cè)和模擬預(yù)測(cè)是當(dāng)前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

(3)高緯湖泊富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生機(jī)制、多技術(shù)耦合的富營(yíng)養(yǎng)化模擬預(yù)測(cè)和富營(yíng)養(yǎng)化智慧監(jiān)控和管理平臺(tái)構(gòu)建將成為未來(lái)的研究趨勢(shì)和方向。

4.2 展望

經(jīng)綜合分析后，建議國(guó)內(nèi)有關(guān)學(xué)者能夠更多地對(duì)高緯度湖泊富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生機(jī)制進(jìn)行深入研究。具體措施建議如下：

(1)加強(qiáng)冰封期湖泊營(yíng)養(yǎng)鹽遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、湖冰結(jié)構(gòu)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生的作用及高緯湖泊富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生對(duì)氣候變化的響應(yīng)等方面的富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生機(jī)制的研究。

(2)建立全季節(jié)“空-天-地”一體化監(jiān)測(cè)體系，加強(qiáng)高緯湖泊的水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

(3)在湖泊富營(yíng)養(yǎng)化預(yù)測(cè)上，可以將機(jī)理模型和機(jī)器學(xué)習(xí)方法耦合，更好地預(yù)測(cè)富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生應(yīng)對(duì)變化環(huán)境的響應(yīng)，為決策機(jī)構(gòu)保留更多的響應(yīng)時(shí)間。