中国矿业废弃地复垦与生态修复知识图谱——基于CiteSpace的可视化分析

方 信，杨 力，朱俊奇

(安徽理工大学 经济与管理学院，安徽 淮南 232000)

中国矿产资源丰富，据相关资料显示,目前，中国矿山约有103 187个,大中型矿山9 399个,小型矿山和个体矿93 788个[1]，加快矿业资源开采有力地推动了国民经济发展和社会进步。但与此同时，矿山资源的过度开发和利用，产生了大量的矿山废弃地[2]，带来了严重的环境问题，极大地破坏了矿区原有的自然生态系统，使生态系统功能减弱甚至丧失，造成环境污染、植被破坏、土地重金属化等问题。习近平总书记在全国生态环境保护大会上指出：坚持生态兴则文明兴，坚持人与自然和谐共生,树立金山银山就是绿水青山的理念[3]。矿业废弃地是一类特殊的因矿业活动受损的国土空间,其生态修复以及土地复垦利用对改善生态环境、建设资源节约型和环境友好型社会具有重要作用[4]。

虽然近年来矿业废弃地复垦与生态修复研究受到一定的重视[5-8]，但系统、完整的关于其现状和热点前沿的研究较少，难以准确、快速地揭示近几十年来中国矿业废弃地的时空分布可演化规律。知识图谱可视化分析是由美国德雷塞尔大学陈超美教授利用Java语言开发的信息可视化软件[9]，它能对一定时期内某研究领域的全部文献进行全面精准的可视化分析，挖掘出文献大数据中蕴含的潜在知识[10]。CiteSpace是目前科学计量领域中使用最为频繁的知识图谱绘制工具[11]。信息可视化技术包括引文分析可视化，这使得数据的处理分析不再局限于引文数量，在很大程度上有利于研究者发掘出数据中隐藏的动态结构和发展规律[10]。基于以上分析，文中以中国知网为数据来源，采用文献计量学的统计分析方法，借助CiteSpace知识图谱分析工具，全面系统地了解国内各学者和研究机构等对该领域研究的现状、热点和发展趋势，目的在于为矿业废弃地复垦与生态修复等相关研究提供参考[12-14]。

1 研究方法和数据来源

1.1 研究方法

文中主要借助CiteSpace知识图谱分析工具对矿业废弃地复垦与生态修复领域的文献进行可视化分析。CiteSpace根据文献中潜在知识进行分析，并在科学计量学、数据和信息可视化背景下逐渐发展起来的基于引文分析理论和Java环境开发的可视化网络分析软件[15]，对检索得到的数据进行聚类和可视化分析，直观呈现出一个学科或知识域在一定时期的发展动态、当前研究热点领域和未来研究趋势。CiteSpace能够将输入的文献数据生成可视化分析矩阵，进一步得到关键词、作者、机构等共现矩阵。

1.2 数据来源

文中数据来源于CNKI全文数据库，采集时间为2020年11月20日，主题为“矿山生态修复、矿山废弃地或废弃地复垦”，以全部期刊作为检索范围，检索时间跨度设置为1990—2020年，共检索获得1 539篇文献，通过数据处理和人工检阅剔除会议新闻及与检索主题相关度较低的文献，共得到有效检索结果1 426篇文献作为本研究的样本数据，数据下载方式采用全记录、Refworks和引用的参考文献格式。

2 知识图谱可视化分析

2.1 发文量统计分析

论文产出是衡量一个学科或研究领域发展状况的重要指标，也是该领域知识累积量和成熟程度的标志[11]。中国矿业废弃地复垦与生态修复领域1990—2020年论文发文量趋势如图1所示，根据其发文量趋势，矿业废弃地复垦与生态修复大体分为3个阶段：初步萌芽阶段(1990—2004年)、快速发展阶段(2004—2016年)、持续爆发阶段(2016—2020年)。初步萌芽阶段：论文数量整体偏少，该阶段论文年产出最大值为13篇。快速发展阶段：矿业废弃地复垦与生态修复的研究热度迅速蹿升，论文发文量显著增加，2014年发文量高达114篇。持续爆发阶段：该阶段论文发文量显著上升，关于矿业废弃地复垦与生态修复的相关研究引起专家学者们的高度重视，年发文量大多保持在100篇以上，并于2019年达到近30 a来的峰值215篇。

图1 1990—2020年发文量趋势

2.2 作者特征分析

学科的发展演进得益于研究者的贡献，而研究者作为内生力量能够推动学科发展[16]。发文量能在一定程度上反映出一个学者的学术成果和科研实力，因此，统计高产出作者对于该领域的研究热点和前沿趋势具有重要意义[17]。根据普莱斯公式，发表X篇以上论文的作者即为高产作者，其中，X=0.749×Y1/2,Y为最高产作者所发表的论文数[18]。统计结果表明，白中科是发文量最多的作者，发文量为11篇，故X=0.749×111/2=2.48。根据取整原则，中国矿业废弃地复垦与生态修复研究领域的高产作者应满足最低发文量3篇的标准。

经统计，共有41位高产作者，其累计发文量为165篇，占论文总数的11.57%，其比例远低于50%，取发文量前50进行可视化生成作者合作网络图谱，节点数213个，连线数223条，网络密度0.009 9，连线表示合作关系，圆圈大小表示发文量多少，说明共检索出作者213人，且作者之间的连线与交叉较少，说明中国矿业废弃地复垦与生态修复领域核心作者共现知识网络密度较低，学者之间进一步的合作受到局限。从发文年份显示，白中科、胡振琪属于研究较早、发文量较多的学者，而周妍、张世文、周旭等从近年来开始研究矿业废弃地复垦与生态修复，是该领域的新生力量，促进了该领域研究内容的传承与发展。作者合作网络图谱如图2所示。

图2 作者合作网络图谱

2.3 研究机构合作网络分析

通过对中国矿业废弃地复垦与生态修复领域研究机构合作网络分析，能够探寻该领域重点研究机构和各机构间合作情况。网络图谱中研究机构由节点表示，节点大小表示研究机构发文量，节点之间的连线表示研究机构的合作关系[19]。由图3可知，该领域研究机构生成节点数132个，连线数56条，网络密度0.006 5，发文机构主要集中在高校、企业和研究院，其中，中国矿业大学环境与测绘学院、安徽理工大学地球与环境学院、中国自然资源经济研究院、陕西省土地工程建设集团有限责任公司等机构节点重要性较高。

图3 研究机构合作网络图谱

图谱中节点连线有56条，说明在该领域中已经开展了大量的研究，研究机构之间有了一定的合作基础，但高校与研究所之间的合作程度较高，缺乏与企业之间的合作，机构点状分布较明显。说明大多数研究机构和学术团体独立研究较多，合作程度不高，尤其是缺乏高校与企业、研究所与企业之间的合作。即使是研究成果较多的中国矿业大学环境与测绘学院和安徽理工大学地球与环境学院，它们的中心度也没有被完全凸显出来。从图谱中可以看出，具有合作关系的是安徽理工大学地球与环境学院、国土资源部土地整治中心、中国地质大学(北京)土地科学技术学院和中国国土资源经济研究院；中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所和中国矿业大学环境与测绘学院。整理该领域发文量排名前10的机构，发现它们主要集中于安徽、江苏、北京、陕西、山西等矿产资源型地区，区域分布不平衡，说明该领域相关研究与地区资源分布、经济发展水平有一定的内在联系。

3 研究领域发展脉络分析

3.1 关键词共现知识图谱分析

关键词能很好地反映论文的主要内容，是研究主题的高度概括和凝练[20]。对关键词进行聚类，得到271个节点和586条连线构成的网络密度为0.016的关键词共现图谱，节点代表关键词的出现频次，节点连线表示共现强度，由图4可以看出，在国内矿业废弃地复垦与生态修复研究领域中，“生态修复”共现频次最高(287次)，是关键词共现图谱中最重要节点，此外，“废弃矿山”“生态恢复”“生态环境”“植被恢复”“生态重建”等关键词有重要的研究价值。

图4 关键词共现知识图谱

中介中心性是测度节点在网络中重要性的重要指标，高中介中心性节点通常连接不同领域的关键枢纽，在共现网络中影响力较大[9]。如表1所示，将频次和中心性排序前10的关键词进行统计发现，“生态修复”“生态恢复”“废弃矿山”“土地复垦”的频次与中心性均排名靠前，具有重要地位；另外，“生态修复”这一关键词从2005年被提出到2014年迎来快速发展，并在最近两年达到研究高潮，其发展态势远超“废弃矿山”等关键词；“生态环境”“生态恢复”“矿山地质环境治理”等中心性较高，说明这些维度正逐渐引起学者们的重点关注，研究该热点有助于掌握中国矿业废弃地复垦与生态修复领域的进展情况。

表1 关键词频次TOP10和中心性TOP10统计

3.2 关键词共现知识图谱的聚类分析

为了深入分析中国矿业废弃地复垦与生态修复领域的研究热点，利用CiteSpace软件的关键词聚类功能，生成关键词聚类知识图谱(见图5)，其中，模块值和平均轮廓值满足聚类知识图谱的条件[20-21]，说明该网络聚类结构比较合理，独立性较强。图中共9个聚类，聚类#0矿山地质环境，包括生态修复、修复治理、地质灾害、生态工程建设；聚类#1土地复垦，包括生态适宜性评价、保障机制、 植物多样性等；聚类#2重金属污染，包括金属矿山、生态恢复技术；聚类#3废弃矿山，包括环境地质灾害、防治措施等；聚类#4生态恢复，包括人造景观、绿化基质、景观设计等；聚类#5资源型城市，包括污染现状评价与土壤修复；聚类#6废弃矿山，包括矿山生态修复、生态文明等；聚类#7生态修复，包括矿山环境恢复治理保证金、替代产业等；聚类#8工矿废弃地，包括土地适宜性评价、用地布局。通过对以上9个聚类进行深入分析，能够清晰掌握各个聚类下所包含的关键词，了解到针对矿山废弃地学者们所做出的贡献，包括理论支撑和实践探索，为进一步利用矿山废弃地和做好生态修复工作提供参考。

图5 关键词聚类图谱

3.3 研究时区分析

为了更好地把握中国矿业废弃地复垦与生态修复领域近年来的发展趋势，在关键词共现合作网络分析图谱的基础上，选择“Timezone”，并对节点进行适当调节，得到关键词时区图谱[22-23]，借助关键词时区图谱所呈现的文章更新和相互影响情况，来揭示1990—2020年中国矿业废弃地复垦与生态修复研究的演变过程。图6关键词所处的区间表示该研究首次出现的时间，字体大小反映了其频次高低，通过时区图可以清晰地了解研究热点的迁徙路径，并且该领域日益呈现出多样化研究的趋势。土地复垦一词最早出现于1995年，处于研究初期，此后研究进程缓慢，在2014年研究达到最高点，此时国内经济发展迅猛，建设用地需求不断增加，对矿业废弃地进行复垦研究能够有效地弥补后备资源不足。从2005年开始，生态修复一词开始出现在学者们的视野中，粗放型经济给生态环境带来了巨大压力，人们开始意识到生态环境的重要性，许多生产效率低下的煤矿企业纷纷关停，引进了一大批替代性产业，政府划拨矿山环境恢复治理保证金，用来治理和修复生态系统，引入绩效评价机制，对各省市的考核更加规范化、科学化，随着习近平总书记提出“绿水青山，就是金山银山”，矿业废弃地的生态修复研究又迎来了新一轮的快速发展，众多的科学技术应用其中，这些都极大地推动了矿业废弃地复垦与生态修复的研究进程。

图6 关键词时区

4 结论与展望

文中借助CiteSpace软件，采用文献计量与科学知识图谱相结合的方式，系统梳理了1990—2020年中国矿业废弃地复垦与生态修复的研究状况，对该领域核心研究学者、重要研究机构和研究主题进行归纳总结，得出以下结论：

1)中国矿业废弃地复垦与生态修复领域存在巨大学术研究空间。从1990—2020年中国矿业废弃地复垦与生态修复研究核心期刊发文情况及载文量来看，该领域高水平文献总量不高(411篇)，年均文献量整体呈上升趋势，近年来研究成果较多，研究进程较快。相关社会关注度和基金支持力度有待提高，需要进一步引起政府部门、研究机构、学术团体和各级研究者们的高度重视。关于矿业废弃地复垦与生态修复的高水平研究成果较少，学术关注度有待提高，其仍存在巨大的研究空间和研究价值。

2)中国矿业废弃复垦与生态修复领域中研究机构和研究人员需要深化合作。该领域研究机构主要集中于高校和研究院，其中，企业性质的研究院占比较高。研究机构间普遍存在合作关系且合作关系多样化，但合作地域性明显，绝大部分局限于地理位置接近或者机构内部层级之间的合作，跨区域合作较少，系统性、一体化的广域合作网络建设还需要进一步加强。另外，该领域部分研究者之间虽然存在合作关系，但合作频次总体较少，合作密度较低，学者间合作关系比较松散，需要进一步深化合作，培养更多有广泛影响力的研究中心。

3)制度设计与理念提升日益成为该领域的关注点与着力点。关键词共现分析表明生态修复理念越来越深入人心，综合考虑环境、生态、制度、理念等诸多因素，不断向综合治理和可持续协调发展推进，如何提高治理资金的利用率，建立先进治理理念和治理制度，充分调动治理主体的积极性，是解决矿业废弃地复垦与生态修复的核心问题。环境治理、生态治理、生态修复、公众参与、制度改革等多元化、可持续治理路径成为矿业废弃地复垦与生态修复治理研究的发展方向，其治理制度设计与理念提升逐渐成为该领域研究前沿。