貴州花江喀斯特研究進展

趙宇鸞，趙 佳，李 淵，薛啟玉

(1.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/喀斯特研究院，貴州 貴陽 550025；2.貴州省喀斯特山地生態(tài)環(huán)境國家重點實驗室培育基地，貴州 貴陽 550001;3.貴州師范大學(xué) 關(guān)嶺喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站，貴州 關(guān)嶺 561301)

0 引言

貴州省是中國喀斯特地貌最典型、石漠化面積最大的省份?！秶鴦?wù)院關(guān)于支持貴州在新時代西部大開發(fā)上闖新路的意見》(國發(fā)〔2022〕2號)文件提出加快貴州生態(tài)文明建設(shè)，科學(xué)推進石漠化綜合治理，鞏固拓展脫貧攻堅成果，有效銜接鄉(xiāng)村振興。石漠化問題始終是關(guān)系貴州發(fā)展的重大問題，解決石漠化問題是新時代西部大開發(fā)最為緊迫的任務(wù)之一。

貴州省花江峽谷長約80 km，寬3 km，總面積約300 km2，是中國最長的巖溶峽谷，是全省石漠化、生態(tài)環(huán)境脆弱的典型地帶[1]。20世紀(jì)90年代初期，學(xué)界開始系統(tǒng)研究花江喀斯特峽谷石漠化。本文總結(jié)20世紀(jì)90年代以來花江喀斯特研究成果、發(fā)展階段及研究特點，對持續(xù)開展花江喀斯特研究、科學(xué)推進石漠化綜合治理實踐有重要意義。

文獻計量學(xué)是以文獻體系和文獻計量特征為研究對象，采用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)的方法，定量地分析文獻的交叉科學(xué)。文獻計量學(xué)被借助于分析文獻的數(shù)量、分布的動態(tài)變化特征及規(guī)律[2-3]。本研究采用文獻計量軟件CiteSpaceV.5.8.R3分析和挖掘研究領(lǐng)域的前沿與熱點[4-8]，進而對研究進展做出評價。已有文獻大多集中于專業(yè)領(lǐng)域的進展研究和熱點分析，如國內(nèi)外鄉(xiāng)村旅游研究[9-10]、城鎮(zhèn)化的進展研究[11]、學(xué)科教育研究等[12]，基于地域視角對某區(qū)域的相關(guān)研究進行統(tǒng)計分析的文獻相對較少，多側(cè)重于對長江經(jīng)濟帶[13]、京津冀[14]、粵港澳大灣區(qū)[15]和城市群[16]等大范圍區(qū)域進行研究，小范圍地域的研究較匱乏。選取西南典型喀斯特生態(tài)脆弱區(qū)花江峽谷作為研究區(qū)，采用CiteSpace軟件對1993—2021年以來與花江相關(guān)的研究文獻進行分析，揭示研究主題演變的過程，根據(jù)研究主題和內(nèi)容特征進行研究階段的劃分，并通過對關(guān)鍵文獻的解讀，挖掘研究的演變特征和規(guī)律，旨在為該區(qū)域喀斯特科學(xué)研究發(fā)展和貴州乃至西南喀斯特生態(tài)脆弱區(qū)保護利用提供參考。

1 研究方法和數(shù)據(jù)來源

1.1 數(shù)據(jù)收集和整理

以中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源[17]，利用高級檢索功能，設(shè)置主題=“花江” OR 摘要=“花江示范區(qū)” OR 關(guān)鍵詞=“花江” OR 全文=“花江大峽谷” OR 篇名=“花江”為檢索詞，文獻類型選擇“學(xué)術(shù)期刊”和“學(xué)位論文”，檢索時間跨度為1993—2021年，對檢索結(jié)果中與研究主題不相關(guān)的非學(xué)術(shù)性文獻逐條篩選后，得到英文文獻14篇、中文文獻484篇。將文獻以Refworks文件格式導(dǎo)出，作為分析數(shù)據(jù)樣本[18]。

1.2 研究方法

美國德雷塞爾大學(xué)陳超美博士研發(fā)的可視化分析軟件CiteSpace，基于JAVA程序語言編寫，被廣泛應(yīng)用于分析某一研究領(lǐng)域的研究熱點及趨勢[19]。CiteSpace是利用信息可視化方法、文獻計量學(xué)法和數(shù)據(jù)挖掘算法集成的基本原理，通過繪制可視化圖譜、建立節(jié)點之間的關(guān)聯(lián)來分析研究對象之間的相互關(guān)系。

1.2.1 共現(xiàn)和熱點聚類分析

通過共現(xiàn)分析[20]，提取所需信息間的相互關(guān)聯(lián)性。在關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜中，每一個節(jié)點代表一個關(guān)鍵詞，節(jié)點越大，字體越大，關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率越高。每個節(jié)點以圓形的年輪形式呈現(xiàn)，年輪從內(nèi)向外時間由遠(yuǎn)至近，每圈年輪的寬窄代表關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次，年輪越寬，關(guān)鍵詞在該階段出現(xiàn)頻次越高。節(jié)點之間使用線條連接，表示某關(guān)鍵詞在同一篇文獻中出現(xiàn)，線條粗細(xì)反映關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次的多少，表征二者關(guān)系的密切程度。通過線條顏色可判別關(guān)鍵詞出現(xiàn)的時間。在關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析的基礎(chǔ)上，通過CiteSpace對關(guān)鍵詞進行熱點聚類分析[21-22]，把握該領(lǐng)域研究前沿。

1.2.2 階段劃分法

“自然斷裂點”分級法[2]是一種根據(jù)數(shù)值統(tǒng)計分布規(guī)律來分級和分類的統(tǒng)計方法，通過對統(tǒng)計數(shù)據(jù)的特殊點進行識別，用這些點將研究對象分成性質(zhì)相似的群組，并在數(shù)據(jù)值差異相對較大的位置處設(shè)置類邊界。

2 結(jié)果分析

2.1 文獻作者、期刊和學(xué)科分析

2.1.1 文獻作者特征

CiteSpace作者共現(xiàn)分析可識別出一個研究領(lǐng)域的核心人物及研究人員之間的合作關(guān)系。采用軟件生成花江研究的作者共現(xiàn)圖譜(圖1)，其節(jié)點數(shù)為465，連線數(shù)為659，密度為0.006 1。由圖1可知，從事花江研究的人員較為集中，各作者節(jié)點之間的連線錯綜復(fù)雜，說明該研究領(lǐng)域的作者合作較多，且合作規(guī)模多為4人以上，多為獨立的研究團體，分別是以熊康寧為帶頭人，楊文祿、高漸飛、喻陽華等組成的團體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以喻理飛為帶頭人，王德爐、李安定等組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以王世杰為帶頭人，杜雪蓮、程安云等組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。文獻涉及394位作者，作為第一作者發(fā)文量較多的是容麗、魏媛、李陽兵、熊康寧等。選取共現(xiàn)頻次排名前10的作者分析，從表1可知，熊康寧等作者位居前列，說明其影響力較大。半衰期表示學(xué)者發(fā)表文獻的老化速度，通過半衰期可知，熊康寧等影響期限較長，表明其文獻老化速度較慢，有效價值較大，文獻在發(fā)表近10年都具有較高的活力和影響力。從中心性來看，熊康寧等中心性較大，表明其合作范圍較廣。從突發(fā)性來看，喻理飛等作者較高，表示其在研究領(lǐng)域具有較大潛力。

圖1 1993—2021年花江研究的作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜

表1 作者發(fā)文量、突現(xiàn)度、中心性和半衰期情況

2.1.2 期刊和學(xué)科特征

據(jù)統(tǒng)計，花江研究論文發(fā)表在127個期刊上。對刊文量3篇及以上的期刊進行分析(圖2)，居前三的是《貴州師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)》、《中國巖溶》和《水土保持通報》，分別為31篇、24篇和14篇。其他刊文量較大的有《安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)》、《貴州科學(xué)》、《生態(tài)學(xué)報》、《地球與環(huán)境》、《貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)》和外文期刊《Carbonates and Evaporites》、《Environmental Earth Sciences》?；ń芯烤邆涠囝I(lǐng)域交叉性，它包含了地理、資源、生態(tài)、環(huán)境等諸多學(xué)科的特點，研究較多的學(xué)科包括農(nóng)業(yè)科學(xué)、資源學(xué)、環(huán)境學(xué)和自然地理學(xué)(圖3)。

圖2 花江成果來源期刊分布圖

圖3 花江研究學(xué)科分布

2.2 研究前沿分析

利用聚類分析得到關(guān)鍵詞的聚類圖(圖4)，其中， ModularityQ為網(wǎng)絡(luò)模塊化評價指標(biāo)，Q值越大，說明圖譜網(wǎng)絡(luò)聚類較好，聚類結(jié)果越理想。Silhouette為網(wǎng)絡(luò)同質(zhì)性評價指標(biāo)，其值越接近1，同質(zhì)性越高。本研究測算ModularityQ=0.859 7，Mean Silhouette=0.957 4，表明圖譜網(wǎng)絡(luò)聚類較好，同質(zhì)性較高，聚類結(jié)果理想。選取Silhouette>0.7且Size>10的10個聚類熱點，歸納和總結(jié)有3個方面的前沿主題，包括花江石漠化治理及生態(tài)修復(fù)研究、土壤研究和農(nóng)業(yè)技術(shù)研究。

圖4 關(guān)鍵詞聚類知識圖譜

花江石漠化治理及生態(tài)修復(fù)研究。花江喀斯特發(fā)育典型，石漠化演變特征、治理技術(shù)及環(huán)境效應(yīng)是區(qū)域研究熱點。研究主要有兩個視角，一方面是以花江作為單獨的研究區(qū)進行研究，比如探析花江石漠化成因[23]；因地制宜地提出土地利用方式和生態(tài)恢復(fù)建議[24]；通過調(diào)整農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)[25]及生產(chǎn)模式[26]，進行花江石漠化土地生態(tài)重建或生態(tài)綜合治理；運用GIS技術(shù)評價花江石漠化綜合治理示范區(qū)[27]的生態(tài)安全和生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況[28]?；诖艘暯堑难芯恐饕獋?cè)重分析石漠化治理和生態(tài)恢復(fù)。另一方面是在代表南方喀斯特環(huán)境類型總體結(jié)構(gòu)的貴州高原山區(qū)中，選取包括花江在內(nèi)的具有代表性的喀斯特生態(tài)環(huán)境類型作為研究區(qū)，花江是中度-重度石漠化區(qū)的代表，通過對不同等級的石漠化區(qū)的石漠化現(xiàn)狀進行對比分析，探討石漠化特征及演化差異[29-30]，揭示不同地貌條件下的土地利用時空變化特征和規(guī)律[31]；比較石漠化梯度下不同類型森林涵養(yǎng)水源的能力[32]；對不同石漠化類型區(qū)的巖體和土體中化學(xué)元素含量的差異性及與石漠化等級之間的關(guān)系進行深入分析[33]?？偟膩碚f該視角主要圍繞石漠化的空間特征及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進行研究。

土壤研究。水土流失導(dǎo)致石漠化的產(chǎn)生，土壤是喀斯特生態(tài)系統(tǒng)中最為重要的環(huán)境要素之一，有關(guān)花江土壤的研究可分為3類，一是石漠化土壤研究，包括對土壤水分[34]、有機碳[35]、質(zhì)量[36]和保持功能[37]等研究。二是石漠化的土壤效應(yīng)研究，包括研究不同石漠化等級下各類型生物結(jié)皮對其下層土壤理化性質(zhì)的影響[38]、人工生態(tài)恢復(fù)的土壤溫度及水分效應(yīng)[39]。三是從植被演替[40-41]、生態(tài)修復(fù)[42]、地形因子[43-44]、土地利用方式[45]和管理模式變化[46]等方面分析土壤的響應(yīng)特征。其中，前兩類研究主要基于石漠化和土壤之間的關(guān)聯(lián)性，對土壤問題進行分析，第三類研究則是基于其他環(huán)境要素或人為視角來研究土壤問題。

農(nóng)業(yè)技術(shù)研究。主要圍繞農(nóng)業(yè)、農(nóng)村和生態(tài)環(huán)境3個方面展開。農(nóng)業(yè)方面，主要涉及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，包括研究花江頂壇花椒的生產(chǎn)栽培技術(shù)[47]、中藥材[48]、農(nóng)草[49]、經(jīng)果林[50]種植和牛羊健康[51]養(yǎng)殖技術(shù)。農(nóng)村方面，隨著經(jīng)濟水平提高，石漠化農(nóng)村地區(qū)基本由過去主要使用薪柴、秸稈等生物質(zhì)能源逐漸轉(zhuǎn)為使用煤、電、液化氣等商品能源，但仍有部分地區(qū)保留傳統(tǒng)用能模式[52]，農(nóng)村能源消費結(jié)構(gòu)變化研究受到關(guān)注。農(nóng)村生物質(zhì)廢棄物能源的有效利用是促進農(nóng)村石漠化治理的重要途徑，因此涉及到能源[53]、廢物處理及清潔管理技術(shù)等的研究逐漸增多[54]。生態(tài)環(huán)境方面，石漠化治理最有效的生態(tài)修復(fù)途徑是植被恢復(fù)，因此有關(guān)生態(tài)環(huán)境方面的研究多集中在植被恢復(fù)技術(shù)上。明晰植物群落演替規(guī)律[55]及驅(qū)動因素，進行林灌草植被修復(fù)、喬灌草修復(fù)機制[56]的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范及驗證，為花江石漠化治理工程提供了參考。

2.3 研究階段劃分

為揭示不同發(fā)展時期花江的研究熱點，結(jié)合文獻數(shù)量(圖5)、關(guān)鍵詞共現(xiàn)情況和突現(xiàn)詞等判斷花江研究的階段特征。

圖5 花江研究的發(fā)文量變化趨勢

統(tǒng)計1993—2021年花江文獻的高頻關(guān)鍵詞，利用CiteSpace進行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析并繪制共現(xiàn)圖譜(圖6)和關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次變化圖(圖7)，對關(guān)鍵詞的提取是其首次出現(xiàn)的年份。由圖6可知，最大的節(jié)點為石漠化，其次是喀斯特、水土流失、農(nóng)業(yè)模式、花江峽谷、技術(shù)等。通過對重要節(jié)點及所對應(yīng)的相關(guān)文獻分析后判斷，上述關(guān)鍵詞所鏈接的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系時間跨度較小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及環(huán)境、文化、政策、景觀等多方面，表明花江研究視角和研究內(nèi)容多元[10]。關(guān)鍵詞突現(xiàn)度反映一段時間內(nèi)影響力較大的研究領(lǐng)域。通過分析得到花江研究的8個突現(xiàn)詞(表2)，從突現(xiàn)詞影響的周期來看，“花江峽谷”研究領(lǐng)域最長，為8年，“貴州”“技術(shù)”為4年，其他大多數(shù)時間集中在2～3年，可見花江研究關(guān)注的石漠化、生態(tài)和區(qū)域發(fā)展等問題持續(xù)性較強。

表2 1993—2021年前8次突現(xiàn)關(guān)鍵詞

圖6 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

圖7 關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次變化圖

利用CiteSpace生成關(guān)鍵詞TimeLine時間線圖譜(圖8)，將相同時間內(nèi)的節(jié)點集合在相同的時區(qū)內(nèi)，圖譜中由左向右按時間從遠(yuǎn)到近的順序排列。結(jié)合文獻數(shù)量、關(guān)鍵詞演化、主題發(fā)展趨勢等，將花江的研究分為3個階段：萌芽階段(1993—2002年)、初步多元化階段(2003—2009年)、快速多元化階段(2010—2021年)。

圖8 時間線圖譜

第一階段(1993—2002年)：萌芽階段。1993—2002年花江研究的論文發(fā)文量較少，關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次較低，關(guān)注內(nèi)容主要包括農(nóng)業(yè)發(fā)展[57]、石漠化[58]、水土流失[59]等方面，研究內(nèi)容較單一。 “九五”時期起國家重點強調(diào)改善石漠化問題，花江政府加強對石漠化、水土流失等問題的治理，同時，為因地制宜地發(fā)展農(nóng)業(yè)，促進農(nóng)民增收制定相關(guān)政策。該時期貴州石漠化研究工作相繼展開，相關(guān)研究逐漸增多，多圍繞石漠化的發(fā)生發(fā)展過程及原因探究，石漠化治理仍處于初探期。

第二階段(2003—2009年)：初步多元化階段。該階段花江的研究領(lǐng)域逐步拓展，初現(xiàn)多元化。自2003年起，文獻發(fā)文量逐漸增加，關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次在2003年和2005年分別達到31個和27個，呈現(xiàn)2個峰值，頻次明顯增加，表明研究領(lǐng)域的擴展和豐富程度增強，類別呈多元化趨勢，農(nóng)村[60]、社區(qū)[61]、景觀[62]和人地矛盾[63]等研究交織在一起。結(jié)合突現(xiàn)詞可知，花江石漠化治理[64]、土地利用[65]和頂壇花椒[66]等是該階段研究的熱點。究其原因，政府為促進農(nóng)民增收，通過坡改梯、退耕還林(草)等工程[67]，因地制宜發(fā)展頂壇花椒等經(jīng)濟作物[68-69]，并積極發(fā)展畜牧業(yè)、旅游園藝業(yè)和旅游觀光農(nóng)業(yè)等產(chǎn)業(yè)。農(nóng)用地內(nèi)部存在著較明顯的由低值糧田向高值經(jīng)果園轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，農(nóng)用地利用轉(zhuǎn)型特征明顯，由此，土地利用變化、頂壇花椒的關(guān)注度隨之提高。此外，石漠化治理成為當(dāng)前研究的熱點，國家政策的促進作用明顯，“十一五”期間，國家加大對石漠化治理的投入，石漠化治理問題被廣泛關(guān)注。

第三階段(2010—2021年)：快速多元化階段。該階段花江研究的發(fā)文量經(jīng)歷了先下降，后波動上升的過程。關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次總體平穩(wěn)增加，類別更為豐富，新增聚落[70]、社會[71]、旅游[72]、經(jīng)濟[73]等方面的研究。從生態(tài)環(huán)境的視角研究石漠化問題是該時期花江研究的主要特征。具體來看，2010—2012年花江研究的發(fā)文量逐步下降，但持續(xù)時間較短，處于過渡期。這一階段關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次較高、較活躍的是人為干擾[27]、植被演替等，多涉及生態(tài)問題。2013—2021年花江研究進一步拓展，博士、碩士生研究文獻增多，發(fā)文量總體呈現(xiàn)波動上升趨勢，關(guān)鍵詞的共現(xiàn)頻次逐步增加，主題更加多元化。突現(xiàn)詞表現(xiàn)為模式、石漠化、技術(shù)和土壤養(yǎng)分。在國家生態(tài)文明建設(shè)和石漠化綜合治理政策的驅(qū)動下，改善生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀是區(qū)域發(fā)展的現(xiàn)實需求，探究區(qū)域石漠化治理方式和監(jiān)測技術(shù)，改善水土流失等問題成為研究熱點。同時，圍繞生態(tài)方面的水源涵養(yǎng)、森林、土壤等詞匯較活躍，包括分析花江石漠化綜合治理區(qū)不同恢復(fù)模式的土壤養(yǎng)分變化特征[74]和生態(tài)效應(yīng)[75]、土壤藻類植物群落區(qū)系[76]、大型土壤動物特征及分布特點[77]、石漠化程度與林分水源涵養(yǎng)的相互關(guān)系[32]等研究。

總之，1993—2021年期間，花江喀斯特研究呈現(xiàn)出從開始的逐漸升溫、各方關(guān)注，再到逐步穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展的態(tài)勢。

3 結(jié)論與討論

總結(jié)30年來花江峽谷喀斯特研究的發(fā)展趨勢和熱點領(lǐng)域，得出結(jié)論：

1)1993—2021年以來花江刊文量呈增加趨勢，學(xué)界關(guān)注的程度增強。研究主要集中在農(nóng)學(xué)、資源學(xué)、環(huán)境學(xué)和地理學(xué)4類學(xué)科。研究人員較集中，各團隊合作頻繁緊密。花江研究進展劃分為3個階段：1993—2002年(萌芽階段)發(fā)文量較少，關(guān)鍵詞類別單一。高頻關(guān)鍵詞包括農(nóng)業(yè)發(fā)展模式、頂壇花椒、喀斯特和水土流失；2003—2009年(初步多元化階段)發(fā)文量逐步增加，研究領(lǐng)域逐步拓展，關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次明顯增加，初現(xiàn)多元化。花江石漠化治理、土地利用和頂壇花椒等是該階段研究的熱點；2010—2021年(快速多元化階段)發(fā)文量呈先減后增的波動上升趨勢，關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次表現(xiàn)出相對平穩(wěn)的增加態(tài)勢，從生態(tài)環(huán)境視角研究石漠化問題是該時期研究的重點。

2)綜合30年的研究，從整個研究脈絡(luò)來看，經(jīng)濟視角是主線，農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)技術(shù)相關(guān)的研究成果較多；政策導(dǎo)向較明顯，研究主題緊跟國家政策變化呈現(xiàn)階段特征，石漠化治理和生態(tài)環(huán)境的研究貫穿始終。

3)自石漠化綜合治理和生態(tài)文明建設(shè)等政策出臺后，花江喀斯特研究引起廣大學(xué)者的高度關(guān)注。更重要的是，區(qū)域發(fā)展的現(xiàn)實需求和國家政策的支持推動了花江研究的蓬勃發(fā)展。未來花江喀斯特研究應(yīng)面向國家和地方生態(tài)文明建設(shè)、鄉(xiāng)村振興和石漠化綜合治理的需求，聚焦喀斯特氣地水土生循環(huán)過程監(jiān)測與模擬、生態(tài)系統(tǒng)演化機理與恢復(fù)、社會生態(tài)系統(tǒng)演化機制與調(diào)控、碳源碳匯綜合觀測與“雙碳”技術(shù)研發(fā)、生態(tài)大數(shù)據(jù)決策支持與優(yōu)化管理等方面研究與示范。