基于知识图谱的自然保护地生态系统文化服务研究进展

闫晨雨， 张妍妍， 闫东锋， 王一三

（河南农业大学林学院，郑州 450002）

以自然保护区、国家公园、自然公园、物种与种质资源保护区、生态功能保护区等代表的自然保护地在满足人类心理、精神需求与提高人类福祉方面具有重要的生态系统文化服务功能［1-2］. 生态系统文化服务（Cultural Ecosystem Service，CES）是人类通过精神满足、认知能力的发展、反思、娱乐以及审美体验等从生态系统中所获取的非物质收益［3-4］，是生态系统服务于人类精神层面的附加价值，相对于调节、支持、供给等生态系统服务，更容易被人类直接感知和体验［5-7］. 近年来，生态系统文化服务研究日益受到重视，根据已发表的相关文献，综述类文章主要使用描述分类［1，8］、文献计量［9］、聚类分析法［10］等进行分析，非综述类文章主要使用绩效评价［2］、参与式制图法［7］、货币评价［11-12］、SolVES 模型［13-14］、社交媒体法［15-16］等进行量化评估，其中货币化价值估算是重要的评估方法，但随着人类对于生态系统文化服务的需求持续增加，传统的货币价值评估耗时长、差异性大，并且缺乏空间信息，非货币价值评估诸如参与式制图、SolVES 模型等是日益流行的货币价值评估替代方法，成为当前研究热点. 根据已发表的大量文献，仅凭定性的归纳统计难以对自然保护地生态系统文化服务进行精准和全面的分析，因此，对自然保护地生态系统文化服务相关研究进行文献计量学研究，可以更加全面地梳理相关研究进展. 运用CiteSpace5.6 R2 软件提取自然保护地生态系统文化服务研究领域的知识基础，呈现自然保护地生态系统文化服务研究有关学科的分布特点、期刊分布特征、国家及机构研究力量和研究热点趋势等，为开展自然保护地生态系统文化服务功能相关研究提供支持.

1 数据来源与研究方法

1.1 主题检索与文献采集

以全球学术信息的重要数据库Web of science核心集合数据库为基础［9，17］，以“cultural ecosystem service”或“culture ecosystem service”和“nature reserve”为主题进行检索，时间范围设定为2005—2020 年，通过使用CiteSpace5.6 R2除重功能，筛选与研究相关度较高的文献，最终获取到自2005年1月至2020年4月的2033篇样本文献作为分析数据（检索时间为2020年4月2日）.

1.2 知识图谱及Citespace

知识图谱的概念源于美国国家科学院在2003年组织的旨在探讨知识选取与整合的学术探讨会［18］. 知识图谱被称为知识域可视化或知识域映射地图，以知识域（knowledge domain）为对象，以科学文献作为基础数据，显示科学知识的发展进程与结构关系的一种图像，具有显示知识分布图形与演变谱系的双重特性［19-21］，是一种有效的知识管理工具. 随着数据信息可视化的快速发展，Citespace 软件已成为目前流行且具有代表性的绘制知识图谱工具之一，它能帮助研究者较为直观和准确地掌握某一领域的知识结构、研究热点及趋势等.

Citespace5.6 R2绘制的知识图谱主要以节点与连线的方式呈现，其中节点大小反映相关被引数据出现频次的高低，节点间连线的粗细反映被引数据间联系的强弱，年轮颜色代表被引数据出现的时间区间，最外围圈代表中介中心性，是测度节点在网络中重要性的一个指标. 一个节点的中介中心性越高，表明其在网络中的连接程度就越强，影响力越大，一般来说，节点的中介中心性＞0.1，说明它是关键节点［18，22］. 根据图谱的网络结构和聚类清晰度计算模块值Q和平均轮廓值S两个指标，用来评判绘图效果. 当Q＞0.3时，表示网络划分聚类结构显著；当S＞0.5时，聚类合理；当S＞0.7时，聚类高效可信［17］.

2 自然保护地生态系统文化服务文献分析

2.1 文献数量年度变化统计分析

自然保护地生态系统文化服务研究文献数量年度变化（图1）显示，该领域相关研究数量呈迅速增长趋势并可分为两个发展阶段：第一个阶段以2005年联合国发布《千年生态系统评估综合报告》为标志到2013年，该时期相关研究文献数量较少且处于缓慢增长阶段，从2005年的10篇增加到2013年的95篇，研究集中于探讨自然保护地生态系统文化服务的概念框架；第二个阶段为2014年至今，相关研究文献数量迅速增加并持续增长，到2019年增加到406篇，研究内容从理论概念框架转向更为具体的指标选择、价值评估，生态系统文化服务与其他生态系统服务之间的协同与权衡关系等.

图1 自然保护地生态系统文化服务研究文献数量年度变化Fig.1 Annual change chart of the number of research documents on cultural ecosystem service of nature reserve

图2 自然保护地生态系统文化服务研究学科类别分布图Fig.2 Distributive map of disciplines of cultural ecosystem service research in nature reserve

2.2 学科分析

使用CiteSpace 5.6 R2对2033篇相关文献进行学科类别共现分析（图2）后可知，自然保护地生态系统文化服务相关研究已逐步从以生态学为主，演变为融合环境科学、地理学、生物学、林学等多学科交叉融合的综合性研究. 环境科学和生态学领域是文献量最多的二大学科，中介中心性较高；绿色与可持续科学、自然地理学等学科领域中介中心性均＞0.1，具有较强的学科间枢纽作用.

2.3 期刊共被引分析

通过期刊共被引分析，得到自然保护地生态系统文化服务研究领域知识传播的主要来源、类别与特征（表1），高被引期刊有Ecological Economics、Science、Ecology and Society 等期刊，其中Ecological Economics期刊被引频次最多（1261），Bioscience 期刊中介中心性最高（0.24），同时这些学术期刊涵盖了生态经济学、生物学、环境科学、林学、农学、景观规划等多个学科，反映了生态系统文化服务是一个具备多学科交叉属性的研究主题.

表1 自然保护地生态系统文化服务研究高被引期刊一览表Tab.1 List of highly cited journals for research on cultural ecosystem service of nature reserve

2.4 国家及机构分析

发文量是衡量一个国家研究水平的一项重要标准，在某种程度上能反映该国家对于自然保护地生态系统文化服务研究领域的重视程度及影响力. 统计结果显示，美国、德国、英国的发文量较多，其次是澳大利亚、西班牙、中国；其中美国发文量最多（524篇），中介中心性＞0.1，表明美国研究机构在生态系统文化服务研究领域占主导地位；中国发文量（159篇）且中介中心性＜0.1，表明中国在该研究领域与美国等国家相比仍存在一定的差距.

机构的分布可以帮助了解学术界对该领域的支持与认同程度，从而有利于机构之间的合作. 主要机构的发文数量如表2所示，可以看出排名前10的机构发文数量都超过了30篇，其中发表文献数量最多的三大机构是中国科学院、斯德哥尔摩大学、昆士兰大学. 中国科学院发表了58篇，位居机构发文量第一，但国际及机构之间合作较少，在今后的研究中不仅要注重高水平论文的发表，还需开展国际及高水平机构间的合作，进而提升研究水平.

表2 自然保护地生态系统文化服务研究前10个机构文献发表情况Tab.2 Publication of top 10 institutions in the study of cultural ecosystem service in nature reserve

3 自然保护地生态系统文化服务研究知识基础及研究热点分析

3.1 自然保护地生态系统文化服务研究领域的知识基础

高频被引文献有着同一的研究脉络或相似的研究主题［23］，在相关研究领域重要程度强且具有代表性，共同组成了自然保护地生态系统文化服务研究领域的知识基础. 根据被引文献的频次和中介中心性提取自然保护地生态系统文化服务研究领域的相关文献，经过梳理发现，研究内容集中探讨基于空间和时间的异质性［24］、土地使用和管理的变化［25］等方面对自然保护地CES的影响，重点关注人与自然交互；基于跨学科方法［26］、梯度分析［27］、社交媒体法［28］、空间制图［29］等方法对自然保护地CES功能评估，重点关注政策制定；基于保护生物多样性［30-31］、促进心理健康等方面［32］探讨自然保护地CES与人类福祉关系，重点关注生态弹性.

中介中心性最高的是Raudsepp-Hearne［33］等（中介中心性0.22）关于从景观尺度确定不同尺度生态系统文化服务之间协同和权衡作用的文献；其次是Rodriguez［34］等（中介中心性0.17）有关基于空间尺度、时间尺度和可逆性制定减少生态系统权衡策略的文献. 被引频次最高的两篇文献是2012年Daniel［35］等（被引频次236）在PNAS上发表的关于文化服务对生态系统重要性的文章，该文整合了文化服务的科学基础和评估方法；其次是2012 年Chan［6］等（被引频次205）在Ecological economics 发表的关于如何更好地处理和引导文化服务的文章，该文重新定义了生态系统文化服务的概念，从环境决策的8个价值维度阐述了生态系统文化服务评估和决策的重要性，推动了生态系统文化服务研究领域向定量化发展.

突现性反映文献在一定时间内被引频次的增长情况，突现性越强，说明被引频次增长越快［23］. 如表3所示，突现性最强的文献是Chan［36］等（突现性强度13.974 3）有关如何将生物多样性保护与生态系统文化服务规划相联系的报道；其次是Foley［37］等（突现性强度9.787 0）有关生态系统文化服务与人类福祉关系的研究.

3.2 自然保护地生态系统文化服务研究热点分析

通过对文献关键词进行分析得到关键词网络共现图谱如图3所示，可以发现频次且中介中心性较高的关键词分别为生态系统服务、管理、生物多样性、保护、景观、评估等. 通过对主要关键词进行聚类分析后发现，自然保护地生态系统文化服务研究热点主要集中在CES空间制图及规划管理、CES指标选择偏好和CES与人类福祉关系3个方面（表4）.

表3 自然保护地生态系统文化服务研究被引突发性检测排名前5的参考文献Tab.3 Top 5 references of sudden detection of cited cultural ecosystem services research in nature reserve

图3 自然保护地生态系统文化服务研究热点分布图Fig.3 Distribution map of research hotspots on cultural ecosystem service in nature reserve

表4 自然保护地生态系统文化服务研究高频关键词聚类信息表Tab.4 High-frequency keyword clustering information table for cultural ecosystem service research in nature reserve

3.2.1 生态系统文化服务空间制图及规划管理 对自然保护地生态系统文化服务进行量化评估，有助于正确认识和保护自然资产［35］. 前期研究方法多采用货币价值对区域内生态系统文化服务进行评估，评估结果以货币价值估算为主，如Zandersen［38］等采用旅行费用法对森林的游憩功能进行评价，但是，由于生态系统文化服务具有无形性、主观性等特征，传统的货币价值评估方法耗时长、差异性大，且较难反映文化服务的空间异质性. 随着信息技术的快速发展，近年来，CES空间制图方法受到了越来越多的关注，其核心是基于利益相关者的视角，利用GIS软件对区域内的文化资源分布进行公众参与式制图（Public Participation GIS，PP GIS）和参与式制图（Participation GIS，P GIS），其结果不依赖于货币式的经济价值估算，可以更直接地表现CES功能类型的空间分布，为区域内文化资源的规划管理提供辅助支撑作用，如Baumeister［29］等使用PPGIS方法研究了城市森林生态系统文化服务热点区域与自然景观特征之间的联系；Fish［39］等使用PGIS方法研究了自然保护区生态系统文化服务在景观规划中的应用. 因此，将生态系统文化服务纳入景观规划和管理，可以揭示公众对景观多重功利和非功利价值的认知，充分发挥景观的多重功能.

3.2.2 生态系统文化服务指标选择偏好 在对自然保护地生态系统文化服务功能进行评价时，选择科学合理的评价指标非常关键，但是由于服务对象的差异，其评价指标也应体现这一特点. 如Bryce［40］等对城市绿地生态系统文化服务功能进行评价时，选择地方感、治疗价值、物种多样性等功能指标进行评价，而Frick［41］等则选择森林美学、游憩、精神价值等指标进行评价，但由于诸多生态系统文化服务功能之间存在着一定的关联性，其评价指标也存在着信息重叠. 在相关研究实践时，由于自然保护地类型及其特点不同，评价指标往往具有明显的地域色彩和主观偏好，如Raudsepp-Hearne［33］等选择地域特有的野生动植物或文化遗迹作为重要评价指标. 由于自然保护地生态系统文化服务对象和研究对象的差异，其功能评价指标也有显著的差异性，这导致现有的评价指标体系并没有普适性，因此需要综合考虑不同地域和多方面因素，建立一个较为全面的评价指标体系，从而增加自然保护地生态系统文化服务评价的科学性.

3.2.3 生态系统文化服务与人类福祉关系 自然保护地生态系统文化服务在不同空间尺度上影响人类福祉，研究其文化服务功能，是探索人类与自然环境关系的新角度，且相对于调节、支持、供给等生态系统服务功能，文化服务功能更容易被人类直接感知和体验［42-44］. Bryce［40］等的研究表明，自然感知和地方认同感等生态系统文化服务有助于增强人类福祉；Ridding［45］等对英格兰威尔特郡南部的自然保护地生态系统文化服务功能进行评价后发现，森林美学、游憩和生态旅游功能可以激励公众对环境友好的情感，是人类生态文明行为的重要驱动力，对人类健康与福祉具有重要作用.

4 结论与展望

自然保护地作为保护自然资源环境、拯救濒危生物物种、开展科学研究的重要基地，与人类社会生活息息相关［46］. 对自然保护地生态系统文化服务研究领域进行系统梳理和总结，一方面可以丰富综述研究的视角与方法，加深对生态系统文化服务相关研究的认知，为进一步开展生态系统文化服务研究提供参考；另一方面可为自然保护地文化服务设施规划布局提供参考依据.

以Web of science 核心集合数据库筛选出的2033 篇文献为数据源，通过CiteSpace5.6 R2 对文献进行学科、期刊分布、国家及机构分布、研究领域的知识基础及研究热点知识图谱量化分析. 2014年开始，自然保护地生态系统文化服务相关文献数量迅速增加并持续增长，研究内容从理论的概念框架研究转向更为具体的CES指标选择、CES价值评估、CES与其他生态系统服务之间的协同与权衡关系等；自然保护地生态系统文化服务研究涉及学科领域较广，逐渐从以生态学为主演变为融合环境科学、地理学、生物学、林学等多学科交叉融合的综合性研究；自然保护地生态系统文化服务研究热点主要集中在CES空间制图及规划管理、CES指标选择偏好和CES与人类福祉关系3个方面.

自然保护地生态系统文化服务由于自身的无形性、主观性和学术交叉性等特点，其基本内涵及研究边界并不清晰，导致在研究过程中难以被量化评估，其整体研究框架仍需完善. 在研究方法上，相比货币化价值估算，非货币化价值评估是目前的研究热点，运用GIS、SolVES模型等技术将生态系统文化服务以空间制图的方式表达，评估结果更为直观. 但如何确保参与CES评估的利益相关者进行客观公正的公众参与过程，以及如何将评估结果落实最终的政策制定等问题仍需要在后续研究中进行探讨. 自然保护地长期过多关注经济效益而忽视文化服务功能，存在自然保护地生态系统供需失衡、管理落后等问题，从而导致自然保护地文化服务功能缺失或没有充分发挥，这需要进一步加强自然保护地生态系统文化服务功能布局与科学规划的相关研究. 自然保护地生态系统文化服务对人类的身心健康、生活和幸福指数能产生积极作用，未来相关研究应综合心理学、社会学、景观生态学等多学科的研究方法，深入探讨自然保护地生态系统文化服务与人类福祉关系，这将有助于自然保护地生态系统文化服务的可持续发展.