基于文献计量学的生态恢复发展脉络与趋势分析＊

■ 张晶 马建霞 陈春 李娜

中国科学院西北生态环境资源研究院 兰州 730000

0 引言

工业革命以来，剧烈的人类活动和气候变化对生态系统造成了长期的压力和破坏，导致生态系统结构和功能持续退化[1]。其中主要包括过度开垦、放牧、不合理的土地利用、污染物的排放、全球变化的影响等导致草地、林地、海洋、湿地和农田等各个生态系统服务功能的极度下降，对区域生态安全、社会和经济的可持续发展产生了重要的影响[2,3]。联合国千年生态系统评估报告指出，全球生态系统服务功能评估的24 项生态服务中，有15项正在发生不同程度的退化，直接威胁着全球的生态安全[4]。因此，生态退化逐渐演变成了受到全球关注的重大经济、社会和环境问题，防治生态退化已成为实现可持续发展的重要议题。

近几十年来对退化生态系统修复的关注和研究也在持续加强，20 世纪50～60 年代，国际上的欧洲、北美等发达国家率先启动一系列生态工程以应对生态退化危机[5]。2010 年，生物多样性公约缔约方大会在《2011 -2020 年生物多样性战略计划》明确提出世界范围内至少应恢复15%的退化生态系统[6]。我国高度重视生态恢复工作，从第十个五年计划开始，已相继推出100多项生态恢复技术体系[7]。“十三五”期间，国家进一步提出了“北方草甸退化草地治理技术与示范”和“三江源区退化高寒生态系统恢复技术及示范”等一系列重点研发计划项目，从生态文明的战略需求出发，面向我国不同区域、不同生态系统所面临的问题，针对性开展生态系统恢复的研究，并取得了一系列研究技术和成果[8]。植树造林、退耕还林还草、天然林保护工程、流域综合治理、水土保持工程、自然保护区建设等在各个生态系统获得了推广并取得了显著的成效[9,10]。“美丽中国”的生态文明建设目标在党的十八大第一次被写进了政治报告。十九大报告中对解决生态文明建设中存在的问题有清晰的思路和举措并向全世界发出了中国建设生态文明的庄严承诺，明确提出“统一行使所有国土空间用途管制和生态保护修复职责”。2019年5月，中共中央、国务院发布的《关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》中指出，“坚持生态优先、绿色发展，尊重自然规律、经济规律、社会规律和城乡发展规律……为可持续发展预留空间”。2020 年5 月，国家发展改革委、自然资源部联合印发了《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划（2021-2035 年）》，该《规划》提出了以青藏高原生态屏障区、黄河重点生态区等“三区四带”为核心的全国重要生态系统保护和修复重大工程总体布局。并且根据各个区域的不同情况，部署了青藏高原生态屏障区生态保护和修复重大工程等九大工程，综合考虑生态-社会-经济之间的效益和关系，为构建山水林田湖草命运共同体及提升人类福祉起到了积极的推动作用。

生态恢复是针对生态系统退化问题所提出，指通过人工方法，按照自然规律，帮助退化、受损或毁坏的生态系统恢复成天然生态系统的过程[11]。尽管国内外研究人员在如何对退化生态系统进行恢复等领域有了数十年探索，产出了丰硕科研成果，但因该学科综合性强、涉及学科多而广，覆盖基础研究、决策、管理等多方面范畴，加之相比于欧美等发达国家，我国对于生态恢复的研究起步晚，现仍处于发展和探索阶段，还有不少理论和实践问题需要进一步研究和探索[12]。大量综述和技术类文献对该领域具体方向的深入研究发挥着重要作用，但是生态恢复研究具有一定的地域性和局限性，亟需从宏观视角全面了解生态恢复相关研究的进展、热点和发展动态。文献计量分析方法通过研究文献的外部特征，能够分析文献的分布结构、数量特征和变化规律[10]，具有显著的客观化、定量化、模型化的宏观研究优势[13,14]。VOSviewer和CiteSpace软件是应用于科学文献中识别并显示科学发展新趋势、新动态以及探测知识基础之间关系的可视化软件[15-16]。本文运用VOSviewer和CiteSpace文献计量工具，对文献进行数据挖掘和计量分析，提炼出生态恢复研究领域的知识基础，展示研究现状和热点趋势，把握研究的最新进展和未来动态，旨在为生态恢复研究提供借鉴和启示，为未来研究规划、布局和实践提供相应的指导。

1 研究方法

为选取代表性的学术研究成果，选择Web of Science 平台的科学引文索引扩展版（Science Citation Index Expanded，SCIE）和社会科学引文索引（Social Sciences Citation Index，SSCI）数据库采集文献数据。阅读与“生态恢复”主题相关的中英文文献，确定与生态恢复相关的术语有：重建（rehabilitation）、复垦（reclamation）、改进（enhancement）、修复（remediation、Remedy）、舒缓（mitigation）、重造（creation）、更新（regeneration、Renewal）、再植（recovery，revegetation）、再造林（reforestation）、生态工程（ecological engineering）等[17-20]。编制检索式：TS=“(ecolog* rehabilitat*”or“ecolog* reclamation”or“ecolog* enhanc*”or“ecolog* remed*”or“ecolog* renew*”or“ecolog* revegeta*”or“ecolog* mitigat*”or“ecolog*creation*”or“ecolog* regenerat*”or“ecolog* recove*”or“ecolog* reforest*”or“ecolog* engineer*”or“ecolog*restora*”)，选择Article、Review 和Proceedings Paper进行分析，共检索到1991～2019 年生态恢复研究领域发表的SCI论文6132篇（检索时间为2020年7月22日）。

知识图谱是一种利用可视化技术将隐藏的信息以网络或其他图形展示出来的方法，可以直观、形象地表达研究对象之间的关系[21]。本文主要采用可视化软件VOSviewer和CiteSpace 进行分类统计、聚类分析和制图等，读者可以借助图谱的直观性，透视整个研究领域的文献，明确知识体系组成、研究目标和发展脉络，从而对生态恢复领域的知识基础、研究热点和趋势以及主要研究国家和力量进行可视化分析[22]。关键词分析来自论文中的作者关键词字段，学科领域分析根据Web of Science 核心合集对每条收录文献标注的来源出版物所属的学科类别Web of Science Category 字段，有的文章被标注了多个学科类别。

2 结果与分析

2.1 总发文量分析

从总体发文角度来看，1991～2019 年间，生态恢复学研究经历了低速增长、波动增长、稳速增长和高速增长4个发展阶段。1997年之前，生态恢复相关研究论文在20篇/年，国内外对其研究的关注度较弱，属于刚起步阶段；1998～2004年间，生态恢复研究处于探索阶段，发文量波动增长的同时逐渐达到了60 篇/年；2005～2012 年间，生态恢复理论基础逐步形成，国内外关注度极度提升，进入稳速增长期，年均发文量为198 篇/年；2013～2019 年间，生态恢复学研究进入高速增长阶段，各种创新性的科研成果不断显现，平均发文量为569 篇/年，尤其到2016年以后，年度发文量均在500篇以上，表明生态恢复学研究已经逐渐发展成为国内外研究的热点和焦点（图1）。

图1 1991～2019年生态恢复研究领域年发文量

分析各个国家发文量可以反映国家层面对于生态恢复研究的重视程度和影响力。从国家发文角度来看，生态恢复领域发文最多的国家依次为美国、中国、澳大利亚、加拿大和英国。在2013 年以前，美国的发文量一直遥遥领先，处于世界首位，在2013年后，出现了先下跌后上升的缓慢波动式增长；在2003 年以前，中国的发文量仅仅为2.85篇/年，国内对于生态恢复学的研究重视度不够，处在一个停滞的阶段，从2003年开始，中国的发文量逐步增长，其中2003～2012 年间，发文量为34.5 篇/年，2013 年之后进入急速增长阶段，发文量达到了193 篇/年，其中在2013 年，发文量首次超过了美国，经历了4 年的对峙阶段，在2017年，中国的发文量彻底超过美国，并急速上升。这说明，中国对于生态恢复学的研究起步较晚，从2003 年以后重视度逐渐上升，2017 年以后领先于其他国家，处于世界领先水平（图1）。

2.2 发文国家分析

通过对130 个国家/地区的发文情况进行分析，发现美国的发文量（2027 篇）位居世界第一，中国的发文量（1727 篇）仅次于美国，位居世界第二，而位于第三的澳大利亚发文量（580 篇）仅仅分别为美国、中国发文量的28.6%和33.6%，说明美国和中国在生态恢复领域的科研水平位于世界的主导地位。通过对比第一作者国家/地区的发文量，发现第一作者来自中国的发文量（1635篇）位居世界第一，占本国总发文量的94.62%，而第一作者来自美国的发文量（1497 篇）位居于第二，占本国总发文量的73.89%（表1）。

表1 生态恢复研究领域发文国家排名

根据来源国分析合作情况，利用E-Chart 工具绘制发文量排名前10位的国家以及各国之间的互动关系（图2），图中括号内的3个数字分别代表发文量（篇）、篇均被引量（次）与合作发文的比例。篇均被引频次最高的依次为英国（45.15 次/篇）、美国（35.89 次/篇）和法国（35.31次/篇），合作发文比例最高的依次为美国（90.7%）、英国（97.4%）和澳大利亚（75.6%），因此欧美等国家发文质量和合作数量都表现出绝对的优势。聚焦到我国，中国的篇均被引频次为16.23 次/篇，合作发文比例为53.0%，均低于欧美等其他国家，说明中国的合作地位和影响力与欧洲国家和美国相比，也存在一定的差距，今后亟需加强生态恢复领域国际合作的广度和深度，从而解决国际的生态恢复实践存在的问题。另外，发文量排名前10位的国家产出合作比例均超过50%，国家之间的研究合作表现出较明显的区域倾向。就英国而言，与美国、中国、法国、德国和西班牙存在大量的合作研究，这与欧洲地区科技一体化发展和良好的科技合作模式密不可分。由此看出，生态恢复所创造的价值不仅是局部生态系统结构和功能的恢复，而应该在全球范围内，依托政治、立法和相关机构的支持，在全球不同尺度进行联网研究，最终实现人类与自然的和谐相处和发展[23-24]。

图2 主要国家发文量、篇均被引与合作发文的比例

2.3 发文领域、机构分析

生态恢复科学研究主要涉及环境科学、生态学、工程环境、水资源、地球科学多学科、土壤科学、绿色可持续科技、生物多样性保护、林业和植物学等学科。我国生态恢复科学研究的主要学科分布与国外生态恢复研究领域不尽相同，我国在环境科学、工程环境、水资源、地球科学多学科、土壤科学、绿色可持续科技方面的比例相对较高，而国外对于生态学、生物多样性保护、林业和植物学方面的比例较高。总体而言，世界生态恢复科学研究重点关注生态学、环境科学、林业、工程环境和生物多样性保护，这些学科领域的论文比例相对较高（图3）。

图3 国内外生态恢复研究论文的学科比例

全球众多研究机构中，位于首位的是中国科学院（Chinese Academy of Sciences），其发文量为720篇，其次为亚利桑那大学（225 篇），第3 位为北京师范大学（161篇）（表2），其后依次为美国森林服务局、西澳大利亚大学、美国地址调查局、俄勒冈州立大学、华盛顿大学、科罗拉多州立大学和加州大学伯克利分校。排名前10 的机构中，美国机构占到了70%，同时位于前5 的机构中，中国机构就占两家，说明美国和中国是截止到2019年生态恢复研究的中坚力量。

表2 生态恢复研究领域发文机构排名

2.4 关键词研究热点分析

关键词作为学术论文研究热点的高度概括，是论文的核心和精髓，指示着学科领域的研究热点[11]。频次（Frequency）反映引用文献的次数，频次越高，说明该主题是该领域的研究热点[25]。本研究分析了生态恢复研究领域关键词以及各个关键词的频次和突现性（图4、表4），梳理了生态恢复领域的研究热点，分6个时间段揭示了发展趋势。结果表明在1991-1995 年间，“生态恢复”概念被首次提出，明确了生物多样性、植被生长和生态工程是生态恢复研究的主要内容；在1996～2000年间，在以往研究的基础上明确了生态系统管理和服务、林业、群落动态、氮素、草原、干扰和水分等主题在生态恢复研究方面的重要性；在2001～2005 年间，气候变化、植被-土壤、土地利用、模型构建、生态系统再生和重建、流域等方面的研究为生态恢复研究进一步拓宽了思路；在2006～2010年间，黄土高原、沉积物、重金属、土壤侵蚀和温度变化等新主题是生态恢复研究的重要内容；在2011～2015 年间，土地利用变化、大西洋沿岸森林、碳固存、自然再生、归一化植被指数和径流等主题的出现表明遥感等技术和交叉学科间的综合运用和政府决策概念的提出为生态恢复研究提供了更为多元化的手段；在2015～2019年间，河流流域、微生物群落、初级生产力、植被盖度、草地恢复和细菌群落等方面的研究是近几年生态恢复的侧重方面。不同时段的关键词表明，1991～2019 年间存在的生态安全问题主要有以下3 类：首先是以生物多样性丧失、资源耗竭、环境污染和生态胁迫为主的区域性生态问题，其次是以全球变化、经济动荡为标志的全球生态安全，最后是以贫穷落后、不合理的土地利用方式和复合污染为诱导因素的人群生态健康问题[26]。针对以上问题，科研人员相继提出了充分考虑生态承载力、尊重自然规律、合理规划城乡布局、低碳生活、可持续发展和提高生态系统服务质量（水质、土壤、作物生长环境），实现人口-经济-社会-自然之间的平衡，最终保证人类与自然的和谐发展[27-29]。总体而言，生态恢复所涉及的领域非常广泛，越来越多的研究人员将不断探索新的前进道路，为生态恢复提供新的技术支持和实现途径。

表4 关键词共现网络前10位“频次”信息

图4 生态恢复研究领域研究主题

突现性（Burst）指出现频次在短时间内突然增加或者使用频次明显增长的关键性术语，可以反映相关研究的前沿动态、关注度和研究趋势[30]，突现性越大，该主题的新兴性和活跃度越大。通过分析，总计得到149 个突变性关键词，选取突现值大于10的关键词和突现周期10年以上的关键词，最终得到15 个关键词，结果如图5 所示。突现度最高的关键词为ponderosa pine（黄松/20.87），arizona（美国亚利桑那州/17.06），prescribed fire（计划火烧/14.91），disturbance（干扰/12.02），usa（美国/11.56），thinning（间伐/11.36），fire（火/11.00）。从突现性高的关键词可以看出森林生态系统研究在生态恢复研究的前沿领域，其中黄松林是森林生态系统的主要研究对象，此外不同管理方式（间伐、火烧）的干扰方式在森林生态系统抵御气候变化（极端干旱、极端降水）、生态系统结构和功能稳定和防治森林火灾等方面具有非常重要的作用[31-32]。从关键词的突现时间来看，突现时间最长的关键词依次为ecological rehabilitation（生态恢复/15a），ecosystem（生态系统/10a），california（加利福尼亚/14a），floodplain（泛滥平原/12a），mitigation（缓解/13a），succession（演替/19a），bioremediation（生物修复/10a）和meuse（墨兹河/12a），这些关键词的持续时间都大于10年，说明恢复力研究中泛滥平原、加利福尼亚和墨兹河等地区生态系统恢复力的评估更具可操作性，生物修复在生态恢复研究中发挥了很重要的作用，此外，演替在生态系统恢复力研究中持续受到关注，自2005 年后，缓解和规避（mitigation）也逐渐成为研究的重点。

图5 具有爆发性出现特征的热点关键词

2.5 文献聚类分析

文献聚类是根据科技文献间的相似性将科技文献对象划分成组的过程。通过对被引文献（现有下载文献所引用参考文献）进行聚类分析，不仅能提供一种科研领域的分类导航机制，还能挖掘出具有学科融合性质的研究领域及方向[33]。本研究中被引文献的聚类主要包括地域领域（大西洋森林、岛屿生态系统、黄土高原、海洋生态系统、高杆草原、新墨西哥），物种领域（外来物种、黄松、遗传多样性、蓬松、入侵物种、上层和下层植被的关系），修复领域（河流修复、表层土清除、生态系统修复与复原、受污染场地）以及人文领域（生态工程、生态技术、人口密度、城市固体垃圾、参考系统）等（图6）。

就森林生态系统而言，研究人员通过统计分析2010年以前关于植物间交互作用的研究论文（330 篇），发现仅仅有6.4%的研究关注下层植被对上层植被的影响，从而忽略了下层植被对森林生态系统结构和功能稳定性维护所发挥的作用[34]。本研究中，“上层和下层植被的关系”这一研究主题出现在图谱的最下端（图6），说明该研究主题逐渐成为近些年生态恢复领域新兴的关注点。由此表明，不同植物在自然界中通过相互作用、相互适应和相互竞争，最终选择性地组成与环境资源相适应的特定群落，且植物间的交互作用将会对整个生态系统结构和功能的稳定维持发挥重要作用[35]。

本研究中，“黄土高原”作为一个单独的主题被划分为一个单独的文献聚类（图6），说明研究人员在我国黄土高原地区开展了大量的有关于生态恢复相关的研究课题，并得到了国际认可。进一步对涉及该聚类的参考文献进行梳理，挖掘出了被引频次较高、持续被引时间较长，具有较高的学术影响力的经典被引文献（表5）。这些文献的作者分别为美国密歇根州立大学的刘建国，中国科学院生态环境科学研究中心的傅伯杰、欧阳志云和冯晓明，北京林业大学的曹世雄等，此外，中国科学研究院遥感与数字地球研究所、西北农林科技大学和中国科学院水土保持研究所等机构的研究人员都在该地区通过国内外合作开展了相关方面的研究。

表5 “黄土高原”研究主题权威被引文献

图6 生态恢复研究领域参考文献聚类

3 结语

3.1 国内外研究评述

本文采取文献计量学方法对生态恢复研究进行了综述，对相关文献进行了分析，主要结论有：

（1）从总体发文角度来看，世界生态恢复学研究先后经历了低速增长、波动增长、稳速增长和高速增长4个发展阶段；文献主要来源于美国、中国、澳大利亚、加拿大和英国；其中在2013 年以前，美国的发文量一直遥遥领先，处于世界首位，2013 年以后中国的发文量进入急速增长阶段，在经历了4年中美两国的对峙阶段，中国的发文量彻底超过美国，处于世界领先水平。以上表明，生态退化问题已经演变成为影响全球经济、社会和环境的重大问题，中国的生态退化问题在2013年以后尤其突出，防治生态退化已成为我国能否实现可持续发展的重要议题。

（2）从文章质量来看，中国的篇均被引频次和合作发文比例均低于欧美等其他国家，说明中国的合作地位和影响力与欧洲国家和美国相比，还存在一定的差距，今后亟需加强生态恢复领域国际合作的广度和深度，积极汲取国外先进生态恢复技术，并在我国推行推广，从根本上解决中国生态恢复实践存在的现实问题。

（3）从文章所涉及的学科领域来看，我国在环境科学、工程环境、水资源、地球科学多学科、土壤科学、绿色可持续科技方面的关注度较高，而国外对于生态学、生物多样性保护、林业和植物学方面的关注度较高。我国生态恢复科学研究的学科分布与国外生态恢复研究学科分布的区别表明，我国所面临的生态退化问题具有鲜明的地域特色，其中水、土污染等环境问题是我国这个人口大国所面临的主要环境和民生问题，亟需加强该领域的研究和治理。

（4）从不同时段关键词的频次和突现性来看，国际上生态恢复不同阶段关注的重点有区别也有重叠，2000年以前重点关注生物多样性、生态工程、管理方式、林业和草地等主题，2000 年以后主要关注气候变化、生态重建、黄土高原、土壤侵蚀和沉积物等，尤其是在2010年以后，更加重视对生态恢复的实践政策研究。归一化植被指数和径流等主题的出现表明遥感等技术的综合运用、政府决策概念的提出、微生物的相关研究为生态恢复研究提供了更为多元化的手段。中国在今后的研究中应当重视不同学科之间的合作，推广“交叉科学”概念，以期促进学科融合在生态恢复研究中发挥作用。

（5）从文献聚类分析结果来看，本研究中被引文献的聚类主要分为地域领域，物种领域、修复领域以及人文领域的研究，其中“上层和下层植被的关系”这一研究主题逐渐成为近些年生态恢复领域新兴的关注点，“黄土高原”作为一个单独的主题被划分为一个单独的文献聚类，说明研究人员在我国黄土高原地区开展了大量的有关于生态恢复相关的研究课题，并得到了国际认可。中国可以积极向世界推广黄土高原地区有关生态恢复的典型案例和研究结果，吸引更多的国内外知名学者来本区域开展研究工作。

3.2 对我国未来生态恢复研究的启示

（1）科学指引，合理应用生态恢复技术。虽然国内外基于生态恢复的研究成果丰富，但我国地形、地貌类型复杂多样，生态环境、地域和文化特色各异，在世界不同纬度引进先进恢复技术的过程中，不能单从表象出发，要从根本上掌握不同生态系统退化的时空格局和演变规律，因地制宜，选择和使用高效的生态恢复技术。

（2）评价方法和体系有待完善和标准化。国内有关生态恢复的研究多从改善环境质量的角度出发，一般都是在具体实施修复的区域进行评价，然而同一生态类型下不同的修复对象在恢复过程中的测量方法和评价指标仍然缺乏标准和规范，没有从根本上形成统一的评价模式和标准，因此对于生态恢复的效果评估结果不甚准确，因此对生态恢复实践过程的指导作用同样有限。今后研究要对同类型生态系统归类，同区域退化生态恢复效果实行共性评价，总结一般性和特异性规律，以期在今后的研究中加强对现有研究技术的进一步补充和完善。

（3）推行基础研究同时，提升评价标准。我国当前生态恢复的研究主要集中在改善基础环境和生态系统效益等基础层面，对于生态系统功能和服务（生态景观美学、国民生态休闲空间）提升方面重视度依然不够，今后可借鉴国外在提升国民对于生态环境美学度和感知力等福祉方面的生态恢复经验，综合我国不同地域的生态系统特色，加强生态环境和人居空间耦合机制研究，在二者之间寻求到平衡点，为生态恢复相关措施和政策的推广和实施提供科学的依据。

（4）推行多学科体系之间的交叉研究。生态恢复研究已然不是单一学科，涉及到植物、林业、草原、江河胡海、工程、环境和地理等众多学科领域，然而对于多学科之间的融合研究仍然处于起步阶段，未来多学科生态恢复研究应制定适应性研究框架，建立多学科之间理论和方法桥梁，不断优化生态恢复效果评估体系，在保证生态恢复措施和政策合理性的同时进一步提升该学科的综合性。

总体而言，生态问题归根结底是人与自然的关系问题，是人类改造自然过程中产生的一系列问题。生态恢复所创造的价值不仅是局部生态系统结构和功能的恢复，而应该在全球范围内，依托政治、立法和相关机构的支持，在全球不同尺度进行联网研究，将区域、流域、国家乃至全球作为一个整体，综合考虑自然发展规律、贫困问题的解决与经济的可持续发展、资源的合理开发与循环利用、人类人文和生活条件的改善与社会和谐等问题，最终实现人类与自然的和谐相处和可持续发展。