海洋生物多样性研究进展及其热点分析*

刘金立 陈新军

(1. 上海海洋大学图书馆 上海 201306；2. 上海海洋大学海洋科学学院 农业农村部大洋渔业开发重点实验室国家远洋渔业工程技术研究中心 大洋渔业资源可持续开发省部共建教育部重点实验室 上海 201306；3. 上海海洋大学海洋科学研究院 上海 201306)

1992 年，联合国《生物多样性公约》将生物多样性定义为“所有来源的形形色色的生物体，这些来源包括陆地、海洋和其他水生生态系统及其所构成的生态综合体，这包括物种内部、物种之间和生态系统的多样性”(Sala et al, 2006; 张丽君, 2010)，通常将其分为生态系统多样性、物种多样性和遗传多样性3 个层面(于雯雯等, 2018)。在全球气候变化和人类活动的共同干扰下，海洋生物多样性和生物资源的可持续利用受到了严重威胁。当前，国内外学者对海洋生物多样性研究现状、保护及其可持续利用等方面进行了大量研究，并逐渐成为各国学者的研究热点。通过分析调研的文献，国外学者主要从化石和分子证据来揭示海洋生物多样性的历史(Floeter et al, 2008; Renema et al, 2008)、气候变化与海洋酸化对海洋生多样性及海洋生态系统功能的长期影响(Widdicombe et al,2008; Harvey et al, 2013)、物种入侵对海洋生物多样性的威胁(Molnar et al, 2008)、基于系统地理学方法(Bowen et al, 2013)及利用水下视频等新兴技术监测和调查沿海生物多样性(Mallet et al, 2014)等方面着手研究。国内学者主要研究我国海洋生物多样性保护与管理对策(王斌, 1999; 卢晓强等, 2016; 李宏俊,2019)、国家管辖范围外生物多样性保护与可持续利用(郑苗壮等, 2015; 金永明, 2018)及海洋生态系统与海洋生物多样性评价研究(俞炜炜等, 2011; 杨青等,2013; 丁敬坤等, 2020)等。海洋生物多样性问题是涉及到人类活动、生态环境以及生物资源变动等多方面研究的重要问题，是需要进行深入探讨的综合性研究领域，然而，当前学者们多数是针对该领域中的某一个或几个具体问题展开研究，未能整体把握该领域的研究热点与前沿、发展趋势及其存在的问题等。为探究海洋生物多样性研究的热点和趋势，有必要进一步梳理当前该领域所有的研究文献，并进行文献计量学与知识图谱分析，描述其研究文献的数量特征与发展概貌。

因此，本文将利用文献计量学(Bibliometric Analysis)与知识图谱(Knowledge Mapping Analysis)的分析方法，以Web of Science(WOS)核心合集数据库为数据源，检索与海洋生物多样性相关的文献为样本，利用CiteSpace 可视化软件中基于关键词共现的聚类知识图谱和突变检测等方法探究海洋生物多样性的研究热点，客观地揭示其研究基础及其发展态势，为了解海洋生物多样性的最新研究动态和后续研究提供借鉴，同时，为促进海洋生物多样性保护、管理及其可持续利用提供参考。

1 数据来源与方法

1.1 数据来源

以Web of Science 核心合集中的科学引文索引扩展版(Science Citation Index-Expanded, SCIE)、社会科学引文索引(Social Sciences Citation Index, SSCI)及会议论文录索引库(Conference Proceedings Citation Index, CPCI)等子数据库文献为研究的数据样本，以海洋生物多样性及其相关主题词进行检索，时间跨度为1995～2019 年，检索时间为2020 年1 月10 日，检 索 式 为 TS=(“marine biodiversity” or “ocean biodiversity” or “marine biological diversity”)，获取WOS 核心合集中涉及到海洋生物多样性研究的所有文献样本，共计检索到2127 篇文献，同时，下载文献样本的年度发文量、载文期刊、作者分布以及国际科研合作等基础数据，并以纯文本格式下载文献的“全纪录与引用的参考文献”数据，便于后续的知识图谱分析。

1.2 分析方法

利用文献计量学方法描述统计研究文献的数量特征(丁琪等, 2016; 陈芃等, 2018; 李勇军等, 2018)，如发文量年度变化、期刊分布及研究方向等；利用科学计量学中数据与信息可视化软件CiteSpace(Chen,2004、2006; 肖明等, 2011; 刘金立等, 2019)，基于其合作网络、关键词共现和突变检测的知识图谱分析方法，探究其作者合作、机构合作网络及其研究进展与热点。为弥补知识图谱分析中存在的信息挖掘不充分的情况，从检索获取的文献样本中选取典型文献进行深入阅读并提炼出相关信息，以加深对海洋生物多样性研究领域的理解和把握。

2 结果与分析

2.1 总体研究概况

在WOS 核心合集中，检索到1995～2019 年海洋生物多样性领域的研究文献共计2127 篇，按各年度的发文量进行统计分析，25 年间各年度发文量总体呈动态递增趋势(图1)。1995～2008 年，各年度发文量增长缓慢，从11 篇增到69 篇，年均发文量约为27 篇；从2009 年开始，发文量快速增长，达100 篇，除2010 年外，其余各年度发文量均超过100 篇，至2018 年达到极大值，为241 篇，占总发文量的11.33%，2019 年的发文量略有减少。研究海洋生物多样性的文献在WOS 核心合集中的总被引频次为63068 次，篇均被引频次达到29.65 次，h 指数(h-index)达到109，其中，Worm 等(2006)撰写的《生物多样性丧失对海洋生态系统服务的影响》，被引频次高达2234 次；该领域的研究文献中共有51 篇为高被引论文。由此可知，该领域的研究文献在国际上具有非常高的影响力，且其所受的关注度也很高。各年度文献的被引频次变化趋势见图2。

对发文量的国家分布进行分析。美国发表的海洋生物多样性论文数量居全球第一，为538 篇，占总发文量的25.29%；澳大利亚发文量为409 篇，占比为19.23%，排名第2；英格兰发文量为356 篇，占比16.74%，排名第3；之后发文量排名前10 的国家分别为法国、加拿大、意大利、西班牙、德国、巴西和新西兰等国；我国在WOS 核心合集中的总发文量为92 篇，在该领域的发文量排名为第12 位。

图1 海洋生物多样性研究文献的年度分布Fig.1 Annual distribution of documents about the studies of marine biodiversity

图2 海洋生物多样性研究文献被引情况的年度变化趋势Fig.2 Annual distribution of cited documents about the studies of marine biodiversity

对文献发表的来源期刊进行分析。海洋生物多样性的研究文献发表在PLoS One、Marine Policy、Marine Ecology Progress Series、Frontiers in Marine Science及Marine Pollution Bulletin 等530 多种期刊上，表1统计了发表该领域研究文献排名前10 的期刊，共发表论文560 篇，占总文献量的26.33%。发文量最多的期刊是PLoS One，其发文量为94 篇；发文量最少的期刊为Aquatic Conservation Marine and Freshwater Ecosystems，其发文量为31 篇。除Zootaxa 和Revista De Biologia Tropical 外，其余8 种期刊均为Q1 和Q2分区，且影响因子均较高。发文量不少于10 篇的期刊共有48 种，约占发文期刊总数的8.92%，发文量累计达1209 篇，占总文献量的56.83%，载文期刊基本符合布拉德福的文献离散定律(刘金立等, 2009; 张海燕, 2013)，即在某一学科中，大多数的专业文献主要发表在少数的专业核心期刊上，部分文献也常常分散发表在不同学科的期刊中。

对文献的所属学科类别进行分析。海洋生物多样性的文献主要集中在海洋淡水生物学，发文量达614 篇，占比28.87%；其次为生态学，发文量为556篇，占比26.14%；排名第3 的学科类别为环境科学，其发文量为488 篇，占比为22.94%；发文量超过百篇的学科分别是海洋学、生物多样性保护、交叉学科、环境研究、动物学、进化生物学及渔业等。

2.2 合作网络分析

通过分析1995～2019 年海洋生物多样性研究文献的作者及其研究机构，可以了解该领域研究的作者和机构分布情况，并进一步识别出该领域研究的核心机构、作者合作的网络关系及其核心作者分布等。海洋生物多样性的研究文献共涉及作者数量7800 余人次。利用Citespace 软件绘制作者合作网络(图3)，图3 中仅显示发文量不小于4 篇的作者节点，节点越大，其作者的发文量越多，连线代表作者间的合作强度，连线越粗，表明其合作次数越多；节点中不同颜色的年轮圈代表作者在不同年份的发文量，年轮越宽代表作者在相应的年份发文量越多。由图3 可知，发文数量最多的作者是意大利马尔凯理工大学的Danovaro R，其发文量为23 篇，其次是法国蒙彼利埃大学的Mouillot D 与哥斯达黎加大学Costello MJ，发文量均为 18 篇，再次为澳大利亚塔斯马尼亚大学的Miloslavich P，其发文量为16 篇；该领域中发表论文10 篇及以上的作者共有44 位，合计发文量达569 篇，占发文总量的26.75%，其余作者发文量均较少且分散。在作者合作网络中，作者间开展合作最好的是Miloslavich P，与其他作者节点间连线粗且密，合作强度最大，合作较好的作者是Danovaro R 和Mouillot D。从发文量和作者间合作来看，可知他们是海洋生物多样性研究领域的核心作者。

表1 发文量排名前10 的期刊统计Tab.1 The statistics of source publications in marine biodiversity (top 10)

图3 海洋生物多样性研究作者合作网络图谱Fig.3 Analysis map of co-author network in marine biodiversity

发表与海洋生物多样性研究相关文献的机构共有2646 所，其中，大多数机构发表文献小于5 篇，累计有2307 所机构，占机构总数的76.98%，因此，在该领域的研究机构较为分散。发文量大于30 篇的机构共有17 所，累计发文量为720 篇，占文献总量的33.85%，表2 统计了这17 所机构的发文量及其在该领域中研究主要涉及的学科类别等详细信息。

发文量大于30 篇的机构主要分布在澳大利亚、英国、法国、加拿大、新西兰等8 个国家，其中，澳大利亚5 所，英国3 所，加拿大、法国和新西兰各2 所，美国、西班牙和新加坡各1 所。发文量排名前4 的机构中，其发文量均为60 余篇，数量上差距很小，澳大利亚有3 所机构的发文量排名前三，依次为詹姆斯库克大学、昆士兰大学和塔斯马尼亚大学。各国机构在研究海洋生物多样性领域中，主要涉及的学科类别为生态学、生物多样性保护、海洋淡水生物学及环境科学等，但加州大学圣巴巴拉分校、达尔豪斯大学和新加坡国立大学在该领域中主要涉及的学科类别为交叉科学等，伦敦自然历史博物馆主要涉及的学科类别为古生物学。

图4 为研究机构间的合作网络图谱，图4 中仅显示发文量不少于15 篇的机构节点，节点越大，该机构的发文量越多，连线代表机构间的合作，连线越粗越密，表明其合作次数越多，合作的紧密程度越高；节点中不同颜色的年轮圈代表机构在不同年份的发文量，年轮越宽代表该机构在相应年份发文量越多。由图4 可知，各机构间在海洋生物多样性领域的研究中都有较好的合作关系。发文量最多的几所机构，如詹姆斯库克大学与昆士兰大学、不列颠哥伦比亚大学、塔斯马尼亚大学以及阿德莱德大学等机构间都形成了良好且稳定的合作关系。经过深入调研发现，在该领域中，詹姆斯库克大学与国际上270 余所机构建立了合作关系，包括美国国家海洋与大气管理局(NOAA)、法国佩皮尼昂大学以及巴西圣卡塔琳娜联邦大学等机构；昆士兰大学与国际上200 余所机构间建立了合作关系，包括坦桑尼亚野生动物保护协会(Wildlife Conservation Society)、澳大利亚联邦科工组织(CSIRO)及墨尔本大学等机构；塔斯马尼亚大学与国际上近270 所机构建立了合作关系，其中，包括澳大利亚的海洋科学研究所和联邦科工组织、西澳大学及美国国家海洋与大气管理局等；不列颠哥伦比亚大学与国际上240 余所机构建立了合作关系，包括英国东安格利亚大学、斯坦福大学及普利茅斯海洋实验室等机构；发文量小于15 篇的机构中，大部分机构间有一定的科研合作，但其合作较为分散。

表2 研究机构统计表(发文量＞ 30 篇)Tab.2 Research institutional statistics (document quantity ＞ 30)

2.3 研究进展与热点分析

对研究文献关键词出现频次及其中心性(Centrality)进行分析，可以分析海洋生物多样性领域的研究热点及其发展趋势。在Citespace 中，利用中心性指标来发现和衡量文献的重要程度，并对中心性不小于0.1的关键词进行重点标注，中心性越大、出现频次越高的关键词，通常处于连接2 个不同研究领域的关键枢纽位置(李杰等, 2016)。利用Citespace 对研究文献的关键词进行共现分析(图5)，图5 中节点大小表示关键词出现的频次，节点越大，表明关键词的出现频次越多；节点中不同颜色的年轮圈代表该关键词在不同年份的出现频次，年轮越宽代表其在相应的年份出现频次越多。对关键词进行合并和去重，同时，去除无意义及指向不明的词语，共获得出现频次不少于2 次的关键词320 个，其中，词频不小于40 次的关键词有37 个(表3)。可知，Marine biodiversity、Biodiversity为词频最高，出现频次分别为696 和382 次，之后为Sea (Ocean/Marine)、Conservation、Diversity、Climate change 及Pattern 等，出现频次都达200 次以上，涉及到海洋保护区、生物群落、生态系统、物种丰度及其多样性、海洋酸化及种群等关键词的出现频次均较高，并且涉及到Management、Impact 等方面的关键词较多。出现频次较高且其中心性不小于0.1 的关键词有Species richness、Evolution、Biodiversity、Conservation、Temperature、Sea (ocean/marine)、Ecosystem service、Biogeography 以及Community structure 等。

关键词的突变检测(Burst detection)旨在检测短时间内关键词的跃迁现象，强调其突变性(王云等,2018; 黄晓军等, 2019)，突变强度越高，其所受的关注度就越高。通过对关键词的突变检测可以发现，研究领域的前沿进展及研究热点的动态变化。表4 为经突变检测后获得的按突变起始时间排序的热点关键词，并标明其突变强度和突变起止时间。从海洋生物多样性研究文献的突变性关键词来看，该领域的研究热点呈现出多元化现象，不同的时间节点呈现出不同的突变性关键词，表明研究者们在不同时期关注的研究热点存在一定的差异。

表3 海洋生物多样性高频关键词统计(频次≥40)Tab.3 The statistics of high-frequency keywords in marine biodiversity (frequency≥40)

表4 基于突变检测获得的热点关键词Tab.4 Hot keywords with the strongest citation bursts

综上分析，并通过进一步梳理和分析相关文献，总结出海洋生物多样性领域的5 个方面的研究热点：

(1)人类活动和气候变暖对海洋生物多样性的影响。人类对海洋资源的过度开发和栖息地退化与丧失是海洋生物多样性变化的主要驱动因素(Harvey et al,2013; Liu et al, 2013)，其次是捕捞活动、环境污染、气候变暖、富营养化、海洋酸化以及外来物种入侵等都是最重要的威胁因素，极大地影响了全球海洋生物多样性，从长远来看，海洋酸化和气候变暖被认为是对海洋生物多样性的两个最大威胁因素(Wernberg et al, 2011)。《生物多样性公约》缔约方大会第2、第4 次会议确定在全球、各区域和国家各层面上推动采用生态系统方法(Borja et al, 2016)和预防性措施应用于海洋和沿海生物多样性保护及可持续利用的目标中(银森录等, 2016)。

(2)海洋生物多样性保护及其可持续利用(Ardron et al, 2016; Jenkins et al, 2016)。《生物多样性公约》“爱知目标”指出，到2020 年，至少17%的陆地和内陆水域及10%的沿海和海洋区域，尤其是对生物多样性和生态系统服务特别重要的区域，通过有效并同等重视程度地管理、具有生态代表性和联系紧密的区域管理，并在保护区内执行具有地方特色的、有效的管理措施，同时，很好地把这些区域和陆地及海洋协调起来综合管理(Rees et al, 2018)；联合国可持续发展目标强调要加强全球海洋生物多样性保护工作。

(3)建立并管理国家管辖范围外海洋保护区及保护具有重要生态或生物学意义的海域。海洋保护区是海洋保护策略的一个重要组成部分，已被广泛应用于保护和管理海洋生物多样性，它们在区域有效性保护方面各不相同，也存在诸多争议，在保护非目标物种和生态系统功能方面的优势仍然不清晰(Mellin et al,2016)，且海洋保护区所产生的社会经济利益亦难以预测(Edgar et al, 2014)。

(4)海洋生物多样性和生态系统变化的观测及其评价。有效的海洋管理需要掌握有关海洋生物多样性状况的全面数据，确定生物学和生态学上的基本海洋变量，包括海洋浮游生物与微生物的生物量和多样性，鱼类、海龟、鸟类、哺乳动物及底栖无脊椎动物的物种丰度与分布，以及生态系统的范围与健康程度(如硬珊瑚、海草、红树林和大型海藻礁的覆盖及其构成等)(Miloslavich et al, 2018)；观察沿海生物多样性和物种的最常用方法有水下视觉普查以及捕捞量和努力量数据，也包括物种灭绝、物种丰度的变化、栖息地丧失和分布的变化等(Pereira et al, 2010)；全球需要对海洋生物多样性和生态系统进行持续观察和评价，便于重点关注特定区域的养护和管理问题。

(5)开展海洋生物遗传多样性、海洋生物多样性地理变异方面的研究。分子生物学方法、DNA 测序和DNA 条码是促进海洋生物多样性保护工作的有用工具(Bucklin et al, 2011)，可以加速分析其物种类级，利用从海洋中获取的环境DNA 条码来解释海洋鱼类生物多样性的潜力(Thomsen et al, 2012; 单秀娟等,2018)，这些研究方法为未来监测海洋生物多样性和资源提供了广阔的应用前景。

3 结论与讨论

3.1 结论

通过WOS 核心合集获取的海洋生物多样性文献数据，利用文献计量学与知识图谱分析方法，对该领域1995～2019 年的发文量、作者及研究机构合作网络以及关键词词频等进行研究，分析了其发展趋势和研究热点，得出以下主要结论。

从发文量的年度动态分布及其被引情况来看，各年度发文量总体呈现动态递增趋势。近年来，其发文量呈现动态波动状态，目前该领域已经成为国际学者关注的热点，因此，在未来相当一段时期内其发文量仍然会呈持续增长的趋势。该领域研究文献在WOS核心合集中的总被引量、篇均被引次数以及h 指数均非常高，可知该领域的研究文献在国际上具有非常高的影响力，并受到国际同行的高度关注。

从合作网络分析情况来看，海洋生物多样性领域研究论文发文10 篇及以上的作者之间均有着较广泛的合作关系，且形成以Miloslavich P、Danovaro R 和Mouillot D 等为该领域研究的核心作者；研究机构方面，发文量较多的机构主要集中在大学和研究院所，其中，詹姆斯库克大学发文量最多，其次为昆士兰大学，排名第3 为塔斯马尼亚大学，3 所大学均来自澳大利亚，主要涉及的学科类别为生态学、生物多样性保护、海洋淡水生物学及环境科学等；各机构之间都有很好的国际合作关系，如詹姆斯库克大学、塔斯马尼亚大学、不列颠哥伦比亚大学及昆士兰大学等机构，与国际上超过200 所机构之间建立了广泛的科研合作关系，发文量较少的大部分机构之间虽然都有一定的科研合作，但其合作较为分散。

从研究热点来看，通过关键词词频及其中心性与突变检测分析，海洋生物多样性的研究热点共分为五个方面：一是开展人类对海洋的开发活动和气候变化对海洋生物多样性的影响的研究；二是研究海洋生物多样性保护及其可持续利用，着重开展全球海洋生物多样性保护方面的研究；三是建立国家管辖范围外海洋保护区及保护具有重要生态或生物学意义的海域方面的研究；四是开展海洋生物多样性和生态系统变化的观测及其评价的研究，重点关注特定区域生物多样性的养护和管理问题；五是开展海洋遗传多样性、多样性地理变异方面的研究；各研究热点之间相互交融，并随之产出大量交叉学科的研究文献。

3.2 讨论

海洋及沿海地带的生物多样性是人类赖以生存的基础(Bennett et al, 2015; 徐靖等, 2018)，自《生物多样性公约》生效以来，各国逐渐意识到海洋生物多样性保护和生物资源的重要性，采取积极的应对措施以加强海洋生物多样性研究与保护，该主题已成为当前生物多样性领域的研究热点，受到了国内外学者们的广泛关注。

本研究利用文献计量学方法，通过分析WOS 核心合集中海洋生物多样性的研究文献数据，着重剖析该领域发文量的年度动态分布、作者与机构合作网络以及研究热点等，数据源方面存在一定的局限性，在今后的研究中还需结合不同的数据来源进行分析。综合分析已获取的研究文献可知，海洋生物多样性的研究还有待进一步拓展和深化，未来的研究重点建议从以下几方面着重开展：(1)加强海洋和沿海地区的综合管理，这也是《生物多样性公约》最早提倡的管理工具，通过推广海洋和沿海地区的综合管理工具，各国共同应对人类活动对海洋和沿海生物多样性的影响，促进生物多样性的保护与可持续利用(银森录等,2016)；(2)基于生态系统管理和加强海洋空间规划和管理，依据联合国海洋可持续发展目标，制定相应管理办法，加强国家管辖范围外海洋保护区及具有重要生态或生物学意义的海域的管理和保护，建立具有代表性的海洋保护区网络；(3)加强珊瑚礁、红树林和海草床等脆弱海洋生态系统的研究、保护与管理，其生物群落及其结构一旦受到干扰或破坏，将导致其难以恢复，利用基于预警方法和生态系统方法进行科学管理与决策(郑苗壮等, 2017)；(4)加强海洋遗传资源及其多样性研究，并重点关注国家管辖范围外海洋遗传资源的惠益分享问题(徐靖等, 2016)；(5)利用水下视频技术，加强沿海海洋生物多样性观察和监测网络建设，便于持续观测海洋生物多样性和海洋生态系统，有效收集、整理、分析和管理其现状相关的数据，并加强合作，促进生物多样性观测数据的国际共享(庄国泰等, 2013; Mallet et al, 2014)。