基于CiteSpace的三峽庫區消落帶研究熱點與進展

王曉鋒, 李賢祥, 劉婷婷, 王繼龍, 吳勝男, 袁興中,4,*

基于CiteSpace的三峽庫區消落帶研究熱點與進展

王曉鋒1,2,3, 李賢祥1,2,3, 劉婷婷1,3, 王繼龍1,3, 吳勝男1,3, 袁興中1,2,3,4,*

1. 長江上游濕地科學研究重慶市重點實驗室, 重慶 401331 2. 三峽庫區地表生態過程野外科學觀測研究站, 重慶 401331 3. 重慶師范大學地理與旅游學院, 重慶 401331 4. 重慶大學建筑城規學院, 重慶 400030

基于CiteSpace軟件對CNKI和Web of science 數據庫中關于三峽庫區消落帶的已發表文獻進行可視化分析, 從文獻計量視角探討了三峽庫區消落帶研究的現狀、進展及熱點演變。結果表明, (1)截止2019年底，檢索到相關中文文獻936篇, 英文文獻225篇; 國內外三峽消落帶研究論文數量均存在緩慢增長-快速增長-波動穩定的發展過程, 中文文獻年發文量近兩年有降低趨勢; (2)研究團隊主要集中在重慶、湖北地區的高校和研究所, 以西南大學、重慶大學、中國地質大學、中國科學院等為主, 形成了較為穩定的研究團隊, 但各機構及團隊之間合作交流較薄弱; (3)發文期刊, 中文以《生態學報》、《環境科學》、《長江流域資源與環境》為主, 外文以《Environmental Science and Pollution Research》《Ecological Engineering》《PLoS One》發文較多，外文高水平期刊發文較少; (4)研究熱點主要以植物、土壤兩大生態要素為軸心, 高頻關鍵詞有“水位變化”“水淹”“土壤”“重金屬”“狗牙根”“riparian zone”“vegetation”“sediment”等; 分析表明三峽水庫消落帶研究內容主要包括水位波動下植物群落逆向演替與格局變化、植物對水淹脅迫的生理生態響應、植被恢復技術研發、消落帶微生物群落演變、土壤養分或重金屬的賦存與遷移過程以及溶解性有機質特征等, 近年來消落帶重金屬環境行為、消落帶生境異質性的生態效應、生態格局與水庫安全的關系等問題成為研究熱點。然而, 單一要素和單一過程研究限制了消落帶研究的系統性, 相關研究陷入瓶頸; 新技術方法的運用以及生態系統觀的引入是未來三峽消落帶研究突破的關鍵, 應開展消落帶生境異質性帶來的生態過程的復雜性研究, 同時加強消落帶植物-土壤-水耦合長期觀測, 探索消落帶生態恢復技術及其持續的生態影響。

CiteSpace; 三峽庫區; 消落帶; 知識圖譜; 研究熱點

0 前言

三峽大壩是世界上最大的水利工程, 控制流域面積超過100萬km2, 高水位期水域面積可達1084 km2,發揮著發電、防洪、航運、水源供給等多種生態服務功能[1]。同時, 三峽水庫的形成也帶來了一系列生態環境問題, 包括水環境安全、庫岸失穩、水土流失加劇、河岸生態系統退化等[1, 2], 嚴重影響三峽水庫生態功能的發揮。為了延長水庫運行壽命, 三峽大壩采用“蓄清排渾”的運行方案, 冬季175 m運行, 夏季145 m運行, 在河岸兩側形成了面積達348 km2的反季節水淹的水庫消落帶, 其生態環境演變受到廣泛的關注。三峽庫區消落帶也被研究者作為一個巨大的生態試驗場, 對反季節水位波動下土壤、植物、微生物以及生物地球化學過程等開展了不同尺度的研究[3-6]。隨著時間推移, 人們開始關注消落帶生態系統的恢復和生態服務功能的優化, 消落帶濕地生態工程、生態可持續利用等被提出并實踐[6-8]。由于生態系統演變的長期性和不確定性, 三峽庫區消落帶生態環境特征研究仍是國內外關注的熱點, 長期研究仍是水庫消落帶生態演變規律探究的重要途徑。目前, 從三峽建設論證至今已有20多年時間, 三峽消落帶研究從蓄水前預測和蓄水后的實證研究已經很多, 因此, 對三峽消落帶研究成果展開階段性研究梳理, 識別消落帶研究的理論和知識聚類, 探究國內外研究前沿熱點與變化過程, 有利于明晰消落帶研究的現狀和框架, 為消落帶生態環境的持續研究及新的研究方向的開拓提供借鑒或思考。

文獻計量學是一種基于文獻數量、作者、主題、關鍵詞、共被引等, 利用統計學方法對學科發展脈絡進行定量分析的方法, 近年來被廣泛用于多種學科進展研究[9-12]。本文基于1990—2019年中國知網數據庫(CNKI)和Web of Science核心數據庫(WOS)中的文獻源, 運用文獻數據可視化軟件Citespace II, 結合計量學引文、共線分析等方法, 以可視化圖譜方式統計并展示了三峽庫區消落帶生態環境研究的發展歷程及熱點演變, 基于動態視角, 對相關研究的學科基礎、研究熱點、機構團隊、前沿問題等進行了歸納總結, 以期闡明三峽庫區消落帶研究的演化路徑和發展態勢。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

本文運用美國德雷塞爾大學信息科學與技術學院Chen Mei-chao博士開發的Citespace軟件[13], 對三峽庫區消落帶研究的中外文文獻進行文獻數量年際變化、學科分布、作者群體、發文機構、關鍵詞、共被引等進行分析。Citespace軟件在國內已經被應用于管理學、文獻信息科學等領域, 近年來在工業、環保領域也有少量應用, 被認為是目前探析學科研究的主題演變趨勢、研究熱點及其相關理論之間關系, 以及不同時期研究熱點之間的演變關系等的有效工具[9, 12, 14, 15]。本研究數據處理采用Citespace版本為5.3.R4.8.31.2018版本(http://cluster.ischool. drexel.edu/～cchen/citespace/download/), 引文分析模塊由大連理工大學WISE團隊開發。

1.2 數據來源

本文樣本選取于CNKI期刊庫、碩博士論文庫和WOS數據庫(SCI-Expanded, SSCI, A&HCI庫), 數據采集于2019年12月17日。利用CNKI數據庫的專業檢索功能, 設置檢索條件為“SU(主題)='三峽' AND KY(關鍵詞)='消落帶'+'漲落帶'+'消落區'+'漲落區'+'消漲帶'+'消漲區'+'河岸帶'+'水淹'+'水位波動'+'水位變化'”, WOS中的檢索條件設置為“TS=(Three Gorges) AND TS=(fluctuating belt OR drawdown Zoneriparian zonedrawdown areaLittoral Zonefluctuating beltHydro-Fluctuation Beltwater-level-fluctuating zone)”, 檢索時間區間均為1990-2019年。檢所完成后, 人工剔除檢索結果中新聞報道、報紙、會議征稿、個人學術介紹、宣傳詞、卷首語等, 對重復性文文獻進行篩選, 最終確定中文論文936篇, 外文論文225篇。利用CNKI和WOS的文獻導出功能, 分別導出Citespace軟件的可讀取格式, 進行可視化分析。

1.3 數據分析

啟動Citespace, 建立CNKI和WOS兩個工程文件, 選擇1990-2019年, 時間分區設置為1a, 選擇各時間分區中出現頻率最高的20個樣本, 基于“Author”、“Institution”、“Keyword”、“Reference”、“Journal”等一次進行知識圖譜分析, 輸出相關圖譜。

2 結果與討論

2.1 發文量與學科分布

三峽庫區消落帶研究發文年度數量情況如圖1所示。三峽庫區消落帶研究基本分為1990—2003年、2003—2010年、2010年之后三個階段, 這與水庫建設、運行過程相吻合。建壩之前開展了少量環境影響預測研究, 2003年之后研究熱點關注庫岸穩定、地質災害以及耐淹植物響應等, 相關研究迅速增長。2009年三峽首次170 m高水位蓄水, 次年消落帶研究成倍增長, 隨著水庫消落帶生態環境問題凸顯, 2010年之后開始關注生態系統結構功能演變, 文獻數量較高但波動明顯, 且2017年之后出現明顯降低趨勢。

總體上, 中文文獻占比較大, 外文文獻2001年始現, 隨后緩慢增長, 在2015年后出現明顯增長, 占比也迅速增長。隨著研究的不斷深入, 三峽消落帶研究的成果在國際影響力不斷攀升, 特別是近3年國際發文數量基本穩定。隨著淹水時間的延長, 消落帶土壤[16, 17]、植物[18-20]、微生物[21]、地化循環[22, 23]等演變規律越來越明顯, 這種“人工-自然”二元干擾的生態系統演變受到全球的廣泛關注, 相關研究結果對世界上超大型人工水庫的生態效應評估提供有力支撐[6]。

圖1 CNKI與WOS數據庫中三峽庫區消落帶研究發文量

Figure 1 The number of published papers on the drawdown zone of Three Gorges Reservoir (TGR) from CNKI and Web of Science (WOS)

基于已有文獻, 對國內外所發表研究的學科屬性進行聚類分析, 結果如表1所示。國內文獻中, 環境科學占比重最高, 達35%; 生物科學次之, 占17%; 水利工程、農業資源與環境、林學的頻率分別為9.1%、8.6%、5.4%, 其余學科占比均在5%以下。由于大幅反季節水淹, 消落帶污染物的“匯-源”轉變受到廣泛關注, 特別是水淹后的二次污染問題一直被認為是庫區水環境安全的重要威脅[24]。因此環境科學研究者從土壤氮、磷、重金屬、農殘等環境行為、植物殘體腐爛分解過程、農業面源污染等方面展開了系列研究[25-28]。自2006年三峽156 m蓄水開始, 消落帶原生植物大量死亡, 次生植物群落出現快速更替[18, 29, 30], 最終僅少量適生草本植物成為優勢, 導致生態系統結構單一, 功能退化[19], 因此適生植物篩選和耐淹生理機制研究涌現[31-33], 出現了一大批生物科學領域的成果。此外, 消落帶研究還涉及水利、地質災害、農業生產等, 形成了多學科綜合的消落帶研究體系。

對比中文文獻學科分布, 外文文獻學科分布主要集中于Environmental Sciences & Ecology和Engineering方面, 二者占比超過46%。Geology、Geosciences multidisciplinary、Water resources以及Ecology等占比在7%以上。學科中心度分析表明, 環境科學&生態、工程學中心度較高, 與各學科交叉性較強, 有助于補充單一學科研究的局限性, 這也標志著消落帶研究體系越來越成熟。

2.2 主要團隊與研究結構分析

2.2.1 中文文獻發文團隊分析

對中文文獻發文作者團隊進行分析(圖3), 圖譜共有342個節點, 611條關聯, 網絡密度0.0105, 圖中節點大小反應了作者的發文頻次, 連接線條的粗細和顏色分別表示發文作者之間的合作強度以及合作時間。圖中可以看出, 研究團隊基本可分為袁興中-劉紅團隊、萬成炎-劉正學團隊、李昌曉團隊、魏世強-王定勇團隊、郭勁松團隊以及肖文發-程瑞梅-郭泉水團隊, 其他有賀秀斌-鮑玉海團隊和陳芳清團隊。從時間圈層看, 王定勇、李昌曉、肖文發團隊是近3年消落帶研究的主要力量, 袁興中、郭勁松、王圖錦等是2010年前后研究主要力量。這些團隊呈現明顯的“大分散、小集中”狀態, 各個團隊均有幾個固定人員組成, 內部聯系密切, 但不同團隊之間相關交流較少。這種團隊間分散導致消落帶部分研究工作存在重復和創新性不足的問題; 同時大多數研究持續性較弱, 出現明顯的時間斷層(圖3), 短期和臨時性研究較多。有必要圍繞三峽庫區消落帶研究開展學術交流, 增強團隊間聯系和學科交叉, 推動消落帶科學研究的發展。

表1 CNKI與WOS數據庫中三峽消落帶研究的學科頻次分布特征

圖2 WOS數據庫中三峽庫區消落帶研究的學科分布圖

Figure 2 The subject distribution of research on drawdown zone of TGR in WOS database

從發文數量看(表2), 發文量超過10篇的作者有18位, 這些作者貢獻了三峽消落帶研究中文文獻發文量的35%左右, 其中重慶大學袁興中、西南大學李昌曉、王定勇發文量均在20篇以上, 肯定了我國三峽庫區消落帶研究集中于少數幾個研究團隊。袁興中團隊在三峽庫區消落帶生物多樣性演變研究[29, 34, 35]、李昌曉團隊在水下脅迫下植物生理生態響應及人工恢復下土壤生態方面研究[27, 36, 37]、肖文發團隊在消落帶土壤演變等方面研究[38-40]具有較好的持續性。

2.2.2 英文文獻發文團隊分析

進一步對外文文獻發文作者團隊進行聚類分析發現, 圖譜共75個節點, 130個條關聯, 網絡密度0.0468, 高于中文文獻。節點較大的是Yuan XZ(袁興中)和He XB(賀秀斌), 分別出現17次和11次。Yuan XZ是較早關注三峽消落帶生態問題的研究者, 2008年提出“優化三峽庫區消落帶生態服務功能”[41], 一直致力于三峽庫區消落帶植物群落演變及生態系統恢復研究; He XB則是消落帶水土流失研究的主要力量。此外, Zhang QF、Chen FQ等出現頻次也較高。外文文獻的研究力量主要是中國人, 僅Willison JHM(國際生態工程學會主席William J. Mitsch)與Yuan XZ團隊圍繞三峽消落帶濕地生態工程開展了一系列合作[42]?？梢? 盡管消落帶受到世界關注, 但國際合作研究方面仍然較為落后。與中文文獻相似, 外文文獻研究團隊之間聯系較少, 以Yuan XZ-Liu H-William J. Mitsch為中心形成了較大的團隊, 其他Bao YH-He XB團隊、Zhang QF團隊、Wang DY-Li CX團隊、Guo JS-Li Z-Zhang B團隊等均表現相互較為孤立, Bing HJ-Wang XX在消落帶沉積物重金屬生態風險方面形成了近年來的一個新生力量[43, 44]。

圖3 CNKI數據庫中三峽庫區消落帶研究的作者群體分析

Figure 3 The mapping knowledge domains of authors in TGR drawdown zone research in CNKI database

表2 CNKI與WOS數據庫中三峽消落帶研究的高頻作者發文數量

圖4 三峽庫區消落帶研究的團隊分析

Figure 4 Team analysis for the research on drawdown zone of TGR in WOS database

英文文獻作者的半衰期均較低(表2), 反映出大部分研究者關于三峽消落帶的研究多屬短期關注, 也表現出對三峽庫區消落帶研究目前并沒有成熟的理論體系, 仍處于探索階段。三峽庫區消落帶是一個持續變化的生態系統, 其演變方向具有較大的不確定性和多樣性, 因此穩定的團隊對長期、連續的監測有積極意義。

2.2.3 發文機構分析

整合并提取所有文獻的發文機構如圖5、6所示。中文文獻發文機構圖譜中共有105個節點, 94條連接, 網絡密度僅為0.0154, 表明三峽水庫消落帶研究中文文獻發文機構之間的交流與合作有待加強。西南大學、中國科學院、中國地質大學、重慶大學、重慶三峽學院等發文量居前五, 因地域優勢, 重慶、湖北的高校、科研院所發文量占75%以上。西南大學是中文發文量最多的單位, 其資源環境學院、生命科學學院是主要的研究力量。中國地質大學在早期三峽消落帶地質災害研究方面貢獻較大, 近年來則明顯弱化。英文文獻發文機構與中文文獻相似, 中科院發文量最大, 其次是重慶大學、西南大學、三峽大學。從研究機構看, 三峽庫區消落帶的研究力量較為集中, 地域優勢明顯, 缺乏國外團隊的合作。

圖5 CNKI數據庫中三峽庫區消落帶研究的主要機構分析

Figure 5 Institutions analysis of for the research on drawdown zone of TGR in CNKI database

圖6 WOS數據庫中三峽庫區消落帶研究的主要機構分析

Figure 6 Institutions analysis of the research on drawdown zone of TGR in WOS database

2.3 研究熱點與趨勢

2.3.1 文獻來源分析

通過Citespace 軟件統計CNKI和WOS數據庫中關于三峽庫區消落帶研究的載文期刊, 表3列出了兩個數據庫中1990-2018年期間載文數量排在前列的期刊。其中中文期刊載文數量最多的是《環境科學》和《生態學報》, 這兩個期刊載文總數占全部發文量的10.6%, 前者報道以消落帶污染物遷移、轉化及其環境風險等[25, 26, 45], 后者更多關注消落帶植物群落特征、植物生理生態響應以及生態恢復等[10, 11, 30, 36, 37, 40]。此外, 載文量較多的還有《長江流域資源與環境》《重慶師范大學學報》《水土保持學報》等, 載文領域均較綜合。外文期刊載文量最多的期刊是、、等(表3), 2018年影響因子分別為2.7、2.9、2.8, 與環境科學、生態學以及地球科學等領域密切相關, 但外文高水平期刊較少。消落帶形成后其生態環境研究帶來了一些研究熱點, 但由于環境的不穩定性和缺乏長期觀測等, 對庫區消落帶演變研究仍缺乏高水平的理論突破。

2.3.2 文獻共被引分析

文獻被引是反映文獻在某研究領域的重要性, 高被引作者或文獻通常被認為是該學科的引領性或基礎性研究來源, 其研究成果對該學科領域的發展具有較大作用和貢獻。本研究分別對WOS和CNKI發表的中英文文獻進行共被引分析, 列出了共被引次數和突顯性最高的論文如表4、5所示。

中文共被引較多的文獻大部分為2008年之前的研究, 被引最多的是蘇維詞(2004)年關于消落帶生態環境問題總結與展望[2], 其他高被引文獻主要包括消落帶植物存活和恢復、植被重建、典型植物生理生態響應、土壤養分釋放風險等研究方向(表5), 基本上代表了2006年156m蓄水前后消落帶研究的關注熱點?？梢? 從一開始, 消落帶生態系統演變研究體系基本形成, 以植物和土壤兩大要素為軸心的生態環境問題研究受到了廣泛關注。

表3 1990-2018年關于三峽庫區消落帶研究文獻來源分析

注: 表中西南大學、“重慶大學”、“西南大學”分別表示學位論文的來源, 其他表示期刊論文來源。

英文被引頻次最高的是Wu等在2004年發表在《Frontiers in Ecology and the Environment》上題為“The Three Gorges Dam: An Ecological Perspective”的論文, 文章提出三峽水庫的生態風險和生態機遇并存, 蓄水帶來的生境的片段化、庫灣島嶼以及消落帶等均成為生態學研究的理想試驗場, 從生態學視角探討了消落帶可能的生態影響和生態學研究機遇[1]。該篇論文被引半衰期和中心度均最高, 是庫區消落帶研究的最重要的文章。同時Wu等2003年發表在《Science》的政策論壇文章《Three Gorges Dam—Experiment in Habitat Fragmentation? 》, 首次提出三峽大壩將成為生境破碎化的大型生態試驗場[46], 也被廣泛引用。被引較高的還有Ye C(2011)和Tang Q(2014)分別發表在《Journal of Hazardous Materials》和《Sci. Total Environ》的文章, 均指出三峽蓄水期的沉積過程導致消落帶重金屬的富集, 特別強調航運、沿岸工業污染以及上游污染物輸入等是消落帶土壤重金屬的重要來源[47, 48]; New T(2008)和Lu ZJ(2010)在Biodiversity and Conserva-tion和Plant Ecology的文章提出, 消落帶季節性水淹導致原生物種的喪失、新物種定植和競爭以及水文過程的差異等導致水庫植被和景觀格局改變, 提出從水庫管理來促進消落帶植被的恢復和保護[19, 20], 成為高被引排名前五的論文。其他高被引論文還有也多圍繞土壤重金屬、養分釋放風險和植被恢復等方面開展研究或綜述[6, 49]。Fu等[50]2010年對三峽工程的環境挑戰進行系統綜述, 重點指出河岸和水體生物多樣性喪失是未來庫區生態安全的最重要的威脅。Bao YH等將三峽水庫消落帶作為一種獨特的地貌單元, 其發展與演變具有獨特物理、生物、化學過程, 從地理學視角為消落帶研究提供新的思路[51]。

總體上, 消落帶研究已經出現生態學、地理學、生物學、環境科學等多學科的理論與方法的應用, 基本形成了植物群落演變過程及土壤環境變化兩個持續的關注熱點。前十的高被引文文獻均未出現地質災害研究, 表明三峽蓄水后水土流失和庫岸失穩基礎研究并未受到重視, 而隨著淹水時間不斷延長, 庫岸侵蝕進一步加劇, 存在較大的地質災害風險[3, 50], 需要更多關注。此外, 消落帶研究對動物(昆蟲、鳥類等)、微生物等生態系統要素的演變特征關注較少[21], 應盡快建立水庫消落帶各種生態要素的監測, 為水庫生態學研究提供支撐。

表4 CNKI數據庫中高被引文獻

表5 英文高被引文獻統計

2.3.3 熱門關鍵詞分析

熱門關鍵詞分析能夠進一步反映消落帶研究的熱點。CiteSpace中節點類型(Node Types)選擇關鍵詞(Keyword), 繪制出由181個節點、455條連線組成, 網絡密度為0.0279的“三峽庫區消落帶”文獻的關鍵詞共現可視化圖譜(排除檢索主題詞), 進一步利用主題聚類和時間序列排序得到關鍵詞與主題的演變過程(圖7)。從圖譜看, 高頻的關鍵詞(頻次>30)主要有水位變化、土壤、水淹、重金屬、狗牙根, 其他節點較大的關鍵詞有三峽建壩、三峽工程、開縣、植物群落、洞庭湖、植被恢復、磷形態、沉積物、溶解性有機質等。根據高頻詞匯聚類特征, 當前研究熱點主要集中在(1)三峽工程建設的綜合生態影響, 包括生態環境、植物群落、土壤理化性質、水位-流量關系等; (2)水淹脅迫下消落帶植物, 如野古草、狗牙根、秋華柳等河岸帶植物的存活、生長、適應及生態影響, 近年來水杉、落羽杉、水樺、桑樹等對水淹脅迫的響應特征及其在消落帶生態恢復中的應用受到了廣泛關注[36, 37]; (3)消落帶土壤重金屬、溶解性有機質、磷等污染物遷移、轉化、釋放等環境行為, 污染物的來源解析是當前研究的關鍵問題; (4)消落帶生態安全、生態模擬、原位試驗等; 其他聚類中干濕交替、植被恢復、土壤養分等在2010年之前研究中關注較多, 近年來相關研究較少。從當前高頻關鍵詞分布特征看, 消落帶植被恢復與土壤環境演變仍是研究熱點, 同時也反映消落帶研究格局的限制性, 缺乏從生態系統功能和不同空間尺度的探討。

英文高頻關鍵詞共現可視化圖譜如8所示, 共129個節點和680條連線, 網絡密度為0.0824, 表明英文研究熱點更加集中。其中, 除檢索主題詞外, 節點較大的關鍵詞有Yangtze river、riparian zone、soil、water、vegetation、sedimentation、sediment、nitrogen等。關鍵詞聚類結果顯示, 英文研究熱點與中文有所不同, 更多關注岸坡穩定性、重金屬富集、河岸帶植物等, 但岸坡穩定性研究近年來明顯弱化, 而重金屬環境行為、氮磷賦存形態及吸附-解吸規律(sorption)、甲基汞污染以及生態恢復力等成為研究的前沿。從圖5-b明顯看出, 關鍵詞之間的關聯性密切, 研究熱點變化相對較小, 在中文文獻中分析結果也有相似現象, 可見, 三峽水庫消落帶研究當前進入了瓶頸期和飽和期, 對生態系統要素的研究較為集中, 消落帶生態環境演變規律的研究仍然需要長期持續監測, 也需要另辟蹊徑, 開展多尺度多過程耦合規律的探索。

2.3.4 熱門關鍵詞突現特征分析

熱門關鍵詞突現能夠較好的反應研究熱點演變過程。分析中英文文獻關鍵詞突變發現, 突現性較高的關鍵詞及演變過程基本一致, 2001年之后, 消落帶一詞出現并成為熱點, 隨后wetland、diversity、回水區等成為關注度較高的關鍵詞, 2010年之后, 植物群落、plant、有機質(organic matter)、溶解性有機質、heavy metal、restoration(生態修復)等成為消落帶研究的新的熱點, 這與熱門關鍵詞時序分析結果一致?？傮w看, 早期研究以水庫工程安全問題為主, 隨后消落帶生態系統結構與功能演變機制受到廣泛關注, 植物、土壤演變成為軸心, 消落帶植物群落逆向演替及格局變化、消落帶水-土互饋影響關系、元素循環等備受關注, 特別是土壤重金屬富集與釋放、養分釋放與調控等研究較多且深入。同時, 消落帶研究是一項長期持續性的生態歷程, 需要長期定位觀測研究。目前, 三峽大學、中科院山地所、重慶師范大學等在三峽腹心區建立了一些研究站點, 未來可聯合各站點共同建立三峽庫區消落帶研究聯盟, 加強合作, 實現全庫區布點觀測。

圖7 CNKI中文獻的高頻關鍵詞聚類及時序演變

Figure 7 The clustering and temporal evolution of the high frequency keywords in CNKI

圖8 WOS中文獻的高頻關鍵詞聚類及時序演變

Figure 8 The clustering and temporal evolution of the high frequency keywords in WOS

3 結論與展望

本文利用Citespace對1990—2019年CNKI和WOS的三峽庫區消落帶相關文獻信息進行可視化分析, 探討了三峽庫區消落帶研究發展歷程、研究基礎、熱點以及趨勢, 并從研究力量、機構合作等視角分析了目前消落帶研究的不足。得出以下結論:

(1)三峽庫區消落帶研究發文量呈緩慢增長-快速增長-平穩波動3個階段, 中文文獻快速增長期(2007—2011)早于外文文獻(2013—2016), 前者與三峽水位波動試運行階段基本一致; 中文文獻年發文了在2018—2019年出現明顯的降低趨勢, 而英文文獻保持穩定, 預示著研究的國際影響力提高, 國內研究熱度稍有減弱。研究以環境科學、植物科學、Environmental Sciences & Ecology等領域占主導, 其他研究方向較少。

(2)研究隊伍主要以國內團隊為主, 國外研究人員對三峽庫區消落帶的研究極少。目前基本形成了穩定的研究團隊, 但不同團隊間合作較少, 導致研究的交叉性較弱, 甚至出現不同團隊間研究方向重疊的現象; 研究機構上以重慶、湖北的高校為主, 西南大學是最主要的研究隊伍, 其次是中科院、重慶大學、中國地質大學等。研究結構間聯系相對較弱。

表6 CNKI數據庫中三峽庫區消落帶研究的關鍵詞突現特征分析

表7 WOS數據庫中三峽庫區消落帶研究的關鍵詞突現特征分析

(3)研究熱點主要集中在消落帶植物、土壤兩個關鍵要素, 植物要素關注水淹脅迫下植物群落演變、植被重建、典型植物生理生態響應、植物適生機制等, 土壤要素關注土壤養分釋放、水土流失、土壤微量重金屬的污染風險等。而植物群落改變帶來的生境變化可能進一步促使地表昆蟲、節肢動物、鳥類、微生物等多樣性發生改變, 因此植物群落演變帶來的其他物種多樣性改變是消落帶生態系統過程研究的重點。進一步，消落帶生物多樣性演變對消落帶生態系統功能的影響研究應得到更多關注。

(4)近年來的研究方向上, 消落帶重金屬污染、土壤碳氮耦合變化、溶解性有機質特征等成為研究熱點, 植被恢復和植物群落演變機制研究也是持續關注的方向。消落帶生態系統研究仍以單一要素演變過程為主, 對生態系統水-土-生耦合關系研究不足, 造成消落帶生態學研究的瓶頸。

綜上, 單一要素和單一過程的研究限制了三峽庫區消落帶植物-土壤-水復合系統演化機制的耦合, 缺乏系統觀和尺度觀, 未來應注重先進技術手段的應用, 例如光譜、色譜技術、分子生物學技術、高光譜空間技術、激光雷達技術等, 結合微觀響應和宏觀過程進行消落帶生態環境要素演變的綜合研究。進一步完善消落帶生態觀測體系, 構建消落帶生態系統要素演變數據庫。此外, 消落帶生態系統功能退化已經是事實, 利用先進的生態工程技術以及人工干預, 提高生態系統服務功能是未來研究的重要內容。最后, 需要從庫區尺度識別植物群落及養分特征與土壤環境的關系, 加強不同研究團隊間的交流和合作, 提高消落帶研究的理論與實踐價值。

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Trends and hotspots analysis of the researches on the drawdown zone of Three Gorges Reservoir based on CiteSpace

WANG Xiaofeng1,2,3, LI Xianxiang1,2,3, LIU Tingting1,3, WANG Jilong1,3, WU Shengnan1,3, YUAN Xingzhong1,2,3,4,*

1. Chongqing Key Laboratory of Wetland Science Research in the Upper Reaches of the Yangtze River, Chongqing 401331, China 2. The Earth Surface Ecological Processes Observatory for Three Gorges Reservoir Area, Chongqing 401331, China 2. College of Geography and Tourism, Chongqing Normal University, Chongqing 401331, China 3. Faculty of Architecture and Urban Planning, Chongqing University, Chongqing 400030, China

Three Gorges Reservoir (TGR), as the largest hydraulic engineering in the world, has an anti-seasonal water level fluctuating zone of 348 km2as the result of its unique water level scheduling scheme of “impounding clear waters and drain turbid water”. As unique land-water interlacing zone, the drawdown zone of TGR with dynamic and vulnerable ecological environment has important impacts on the ecological security of the whole reservoir area. Despite a mass of investigations on the fluctuation belt of TGR have been performed in the past two decades, there were less systematic combings of the development process and hotspots of such publications applying a bibliometrics-based perspective. Based on CiteSpace software, this study performed a visualized analysis of the published literatures on the fluctuation belt of TGR from CNKI and Web of Science databases, and then discussed the status, progress and hotspots evolution of the researches on the drawdown zone of TGR. The results showed that: 1) until the end of 2019, there were 936 Chinese literatures and 225 English literatures retrieved. The quantity of annual articles about the drawdown zone of TGRpresented a slow-growth period over the years of 1990-2007, then impulse growth from 2007 to 2011 (while the impulse stage for English literatures was of 2015 to 2017), and finally entering the fluctuating-steadily period. It presented a decreasing tendency of quantity of Chinese articles in recent two years. 2) The main research institutions and research teams distributed in Chongqing and Hubei Province, including Southwest university, Chongqing university and Wuhan botanical garden of Chinese Academy of Sciences. It had formed relatively stable teams studying the drawdown zone of TGR. However, there was lack of cohesive corporation among disparate teams, limiting the interdisciplinary researches in fluctuation zone of TGR. (3) The Chinese literatures on the drawdown zone of TGR were mainly published in the journals including,and, while the articles in English were mainly published in,andand so on. (4)Plant and soil, as key elements of the drawdown zone ecosystem, were two axis of most of the researches. We extract the high frequency keywords of “the water level change”, “water”, “soil” and “heavy metal”, “bermudagrass”, “the riparian zone”, “vegetation” and "sediment". The existing researches on the drawdown zone of TGR mainly focused the reverse successions and pattern changes of plant community under fluctuation of water level, the plant physiological and ecologic response to waterlogging stress, the vegetation restoration technology based on the environmental benefits, the occurrence state and migration process of soil nutrients and heavy metals (such as mercury pollution), and the dissolved organic matter in water and soil. In recent years, the environmental behavior of heavy metals, the ecological effect of habitat heterogeneity, and the relationship between ecological pattern and reservoir safety have become research hot topics in the water-level-fluctuation zone of TGR. However, most of the available researches only focused on single factor or single process of the drawdown zone of TGR, severely limiting the systematicness of the research and leading a bottleneck. Therefore, the introduction of new technology and methods and the ecological system perspective are critical for the breakthroughs of research on the drawdown zone of TGR. Meanwhile, the complexity of ecological processes caused by the habitat heterogeneity of the drawdown zone in TGR should be paid more attentions, and, long-term observation of plant-soil-water coupling in the drawdown zone should be strengthened to explore the sustainable ecological impacts of different ecological restoration techniques.

CiteSpace; Three Gorges Reservoir; the drawdown zone; mapping knowledge domain; research hotspots

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.01.029

王曉鋒, 李賢祥, 劉婷婷, 等. 基于CiteSpace的三峽庫區消落帶研究熱點與進展[J]. 生態科學, 2022, 41(1): 249–261.

WANG Xiaofeng, LI Xianxiang, LIU Tingting, et al. Trends and hot spots analysis of the research on the drawdown zone of Three Gorges Reservoir based on CiteSpace[J]. Ecological Science, 2022, 41(1): 249–261.

Q194

A

1008-8873(2022)01-249-13

2020-05-27;

2020-06-15

國家自然科學基金項目(41807321); 重慶市科委基礎研究與前沿探索(cstc2018jcyjAX0672); 重慶市科委基礎研究與前沿探索(cstc2016jcyjA0921); 重慶市教委科學技術研究項目(KJZD-K202000502)

王曉鋒(1987—), 男, 河南三門峽人, 博士, 副教授, 主要從事濕地生態學研究, E-mail:xiaofeng6540@163.com

袁興中, E-mail: 1072000659@qq.com