基于CiteSpace分析的海洋生态系统服务研究热点变化与动向

唐 棣, 高元竞, 陈明和, 陈石泉, 吴程宏

(海南省海洋与渔业科学院，海南 海口 570125)

引 言

自21世纪初以来，人们越来越清楚地意识到人类活动正在并将持续改变海洋生态系统[1]。以海洋生态系统服务为核心和评估主线，客观识别海洋生态系统服务结构，正确理解海洋保护和人类福祉间的联系，是缓解人类所面临的海洋自然资源有限性与人类需求无限性这一基本矛盾的关键思路[2]。海洋生态系统服务研究长期以来都是基于陆域生态系统服务研究成果为模式开展[3]，目前仍未形成统一的内涵分类和评估指标，海洋管理实用性不足。因此，本研究借助CiteSpace分析工具，采用共被引聚类分析及突发分析等方法，对Web of Science核心数据库中海洋生态系统服务领域1990—2022年共2 964篇相关文献进行分析、挖掘及图形呈现，并通过划分研究阶段和解读关键文献以揭示其研究主题的演变过程，预测研究趋势，以期为深入认识海洋生态系统服务科学内涵，为海洋生态系统服务相关研究成果应用于实践提供借鉴和参考。

1 数据来源与研究方法

本研究以TS=(“marine ecosystem services”)为检索语句，在Web of Science核心数据库中进行检索(表1)，文献类型为Article，删除无关条目，共获得海洋生态系统服务相关文献2964篇。采用CiteSpace文献可视化分析软件[4]对所得文献进行共被引聚类分析和关键词突现分析，在梳理1990—2022年高被引文献的基础上，从分类、内涵、价值评估和管理应用等方面分析海洋生态系统服务的历史演化和发展趋势。

表1 文献分析研究方法及参数设置Table 1 Overview of research methods and parameter setting

2 海洋生态系统服务研究热点趋势

2.1 海洋生态系统服务文献基本特征

近年来海洋生态系统服务研究领域发文量总体呈较大幅度上升趋势(图1)，1990—2022年共发表2964篇文献。1992—1996年，生态系统服务概念开始应用于海洋空间，发文量保持在较低水平；自1997年Costanza[5]和Daily[6]分别发表生态系统服务理论体系和全球生态系统服务估算价值等具有里程碑意义的研究成果后，海洋生态系统服务研究开始加速发展，发文量逐步增长；2011年之后，海洋生态系统服务研究进入快速发展阶段。

图1 1990—2022年海洋生态系统服务研究文献年发文量Fig.1 Distribution of the number of research documents publishes in the field of marine ecosystem services from 1990 to 2022

2.2 海洋生态系统服务热点变化趋势

根据海洋生态系统服务研究领域共被引知识聚类图谱(图2)和海洋生态系统服务研究的热点变化图(图3)，海洋生态系统服务研究最初以生境丧失(#6 habitat loss)、恢复生态学(#8 restoration ecology)为切入点提出海洋生态系统服务的概念，从食物网(#9 food web)和种群(population)层面逐步探索具体内涵，强调多样性(diversity)在海洋生态系统服务中的作用，并尝试对海洋保护区(#14 marine reserve)等小尺度空间范围内的典型海洋生态系统进行价值评估。随着对生物多样性、物种丰富度、生物群落等海洋生态系统物种层面的深入研究后，海洋生态系统服务开始进一步关注人类健康(#10 human health)和社会科学(#13 social science)，以景观(landscape)层面的生态系统管理(ecosystem based management)为主线，对海洋生态系统服务进行分类(classification)、筛选价值(valuation)评估指标，最终逐步应用于海洋空间规划(1# maritime spatial planning)、海洋战略(2#marine strategy)和海洋资源管理(resource management)等海洋管理领域。

本研究按照年发文数量变化趋势、共被引知识聚类图谱和关键词突现期，将海洋生态系统服务研究历史进程划分为探索(1992—2010年)和发展(2011—2022年)两个阶段，并选取海洋生态系统服务分类体系、具体内涵、价值评估和管理应用4个方面，对海洋生态系统服务研究热点进行梳理和总结。

图2 海洋生态系统服务研究领域共被引知识聚类图谱Fig.2 Co-citation knowledge clustering graph in the field of marine ecosystem services

图3 海洋生态系统服务研究热点的演变(实线表示关键词突现期的起始年份，虚线表示关键词突现期的持续年份)Fig.3 Change of the research hotpots on ecosystem service(Solid line indicates the start year of the keyword burst period, and Dotted line indicates the duration year of the keyword burst period)

2.2.1 海洋生态系统服务分类体系

合理的分类是对生态系统服务分析、建模及价值评估的基础。由于海洋生态系统自身的异地实现性、时空差异性和局地依赖性，使海洋生态系统服务研究与陆地生态系统存在较大的差异，难以在高度动态的三维环境中量化生态系统功能和过程[7]，从而造成海洋生态系统服务分类的复杂性。在探索阶段，海洋生态系统服务的内涵与分类是陆地生态系统服务概念在海洋生态系统的具体解释，随着陆地生态系统服务研究的不断深入而随之发展。1997年Costanza[5]明确海洋生态系统可以提供气体调节、气候调节、干扰调节及营养循环等 12 项服务；2001年启动的千年生态系统评估(MA)[8]将海洋生态系统服务归纳为供给、调节、文化和支持服务4大基本类型。此后，Beaumont[3]、Kremen[9]、Wallace[10]及陈尚[11]等基于前人的分类基础，也分别提出了海洋生态系统服务的分类思路。

在发展阶段，随着生态系统管理(EBM)不断在海洋管理领域推广应用，创建结构清晰、内部协调、可操作性强的海洋生态系统服务分类变得越来越重要。2013年，Liquete[12]以《生态系统服务共同国际分类》(CICES)生态系统服务分类系统为框架[13]，结合海洋和海岸环境的特点，将千年生态系统评估(MA)[8]、生态系统和生物多样性经济学(TEEB)[14]和Beaumont[3]等对生态系统服务的分类进行分析和整合，明确提出符合海洋生态系统特色的分类，此后Hattam[15]、Atkins[16]、Böhnke-Henrichs[17]、Turner[18]等人也提出了不同的海洋生态系统分类体系。总之，发展阶段提出的分类体系，大部分能够按照海洋生态系统服务级联框架区分生态系统过程、生态系统服务、相关利益和价值，明确描述海洋生态系统的变化，并将海洋生态系统状态变化转化为对人类福祉的相关影响，这也意味着本研究领域已经独立于陆域生态系统服务，开始形成具有海洋特色的海洋生态系统服务评价体系。

2.2.2 海洋生态系统服务具体内涵

海洋生态系统服务是自然生态系统通过维持生物多样性、提供生态系统产品以及其他功能支撑并优化人类生存的所有环境条件和过程[1]，由于形成机制十分复杂且缺乏相关的理论研究和案例实证，因此早期主要沿用千年生态系统评估(MA)[8]对生态系统服务实质较为宽泛的描述，即人类从生态系统中获得的“效益”。但此后随着生态系统管理(EBM)概念的引入和应用，在评估关键海洋生态系统价值的过程中发现，海洋生态系统服务产生过程、获取过程和最终效益间界限模糊，导致生态过程“生态生产函数”无法与服务过程“经济估值函数”相互整合[19]，实用性大大降低。因此，细化海洋生态系统服务内涵，厘清海洋生态系统结构、功能、服务和价值间的关系，是研究海洋生态系统服务的关键[16]。

图4 生物多样性与生态系统功能间的正相关假设关系[23]Fig.4 Hypothetical relationships between biodiversity and ecosystem function where a positive correlation between the two exists [23]

在海洋生态系统服务探索阶段，研究学者已基本形成“生物多样性—生态系统功能—生态系统服务—人类福祉”的生态系统服务形成机制共识[19]，其中生物多样性被认为是推动生态系统服务的基本因素[20-21]，是探索阶段海洋生态系统服务产生机制的重要研究内容。2006年，联合国环境署(UNEP)[22]在研究生物多样性与生态系统功能的关系时，发现生物多样性与生态系统功能在群落层面呈正相关的关系，Schwartz等[23]通过一系列建模和实例研究进一步表明两者不是简单的线性关系(A类直线)，而是B类曲线表示的非线性关系(图4)，在生物多样性较高的情况下，生态系统功能可以稳定在较高水平。对海洋生态系统来说，当海洋初级生产者和消费者的生物多样性增加后，群落中具有特定功能特征的高性能物种类型和相对丰富度随之提高，生态系统中资源互补利用和物种协同作用效率增强[24]，生态系统过程、功能和稳定性也随之增强[25-26]。

在发展阶段，生态系统服务级联框架(ESC)已经成为海洋生态系统服务研究领域较为主流的思想[19-20](图5)，如Harpern[27]等按照级联过程评估了2008—2014年内捕鱼、气候变化及海陆源压力对全球海洋生态系统的积累影响；Barbier[19]等从生态学角度分别对各类典型海洋生态系统的生态系统过程和重要控制因素进行了详细描述，并分析了导致其服务价值发生变化的驱动因素。由于生态系统服务级联框架(ESC)明确区分了生态系统过程、服务、效益和价值，可以对生态系统服务进行分类，并筛选出产生生态系统服务流的指标，因此级联过程在生态系统服务评估、生态系统服务制图、决策制定的研究中具有重要的作用[29]。

图5 “生物多样性—生态系统结构—过程与功能—服务”级联式概念框架[20]Fig.5 A modified cascade framework from biodiversity to ecosystem service[20]

2.2.3 海洋生态系统服务价值评估

海洋生态系统服务价值评估的目的在于将海洋生态系统纳入经济体系，以评估这项服务的变化对人类福利的影响，保持海洋生态系统服务的持续供给和价值最大化[29]。常用的海洋生态系统服务价值评估方法包括市场价值法、影子工程法、替代成本法等，不同评价方法各具优势和劣势，对不同服务类型的使用程度也各不相同。探索阶段主要集中在中小尺度范围的红树林、珊瑚礁及海草床等典型生态系统的服务识别和价值评估，如Freeman[30]、Cesar[31]、NRC[32]、Zeller[33]及White[34]等基于生态经济学、环境经济学和资源经济学理论，分别讨论了不同经济学评估方法应用于区域性典型海洋生态系统服务价值及其单项服务价值评估的适用性和局限性。虽然探索阶段在价值评估方面取得了实质性进展，但仍未明确描述生态系统结构功能变化，使用多产品的生态生产函数来定量表达生态系统结构和各功能产生的服务流[35]，无法充分评估生态系统结构功能和人类获得服务商品之间的关系[36]。

在发展阶段，海洋生态系统服务价值评估主要关注评价指标体系的创建，即在海洋生态系统服务分类体系的基础上筛选特定服务指标和价值评估方法，通过定量评价海洋生态系统服务价值来研究级联过程的复杂变化[37]。如Halpern[38]筛选出10个海洋生态系统服务相关指标，建立了基于不同维度的海洋生态系统健康评估模型；Lester[39]基于多种生态系统权衡的海洋生态系统服务估算方法，建立对应模型分析目标海域鱼类生物保有量与可持续渔业利润之间的权衡关系。虽然在发展阶段已经可以对海洋生态系统功能和服务价值演变趋势进行评估和预测，但其制定的指标体系只能跟踪评价海洋生态系统服务的退化现象，不能通过预测服务变化来避免海洋功能的退化[40]。对于海洋生态系统服务来说，良好的评价指标体系应包括功能指标、服务指标和效益指标3种类型[15]，只有将生态系统功能、服务和效益结合起来，才能完整体现生态系统服务积极和消极变化，并据此采取适当的管理措施[41]。

2.2.4 海洋生态系统服务管理应用

自90年代起，生态系统方法开始成为海洋管理和研究的热点主题[42]。在探索阶段，2005年中国国家海洋局第一海洋研究所启动908专项“海洋生态系统服务功能及其价值评估”研究计划[11]，2007年欧洲综合海事政策(CEC)建议探索新的方法来识别和量化生态系统服务[43]，同时《生态系统和生物多样性经济学》(TEEB)[14]、生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台(IPBES)[44]、欧盟海洋战略框架指令(MSFD)[45]等国际政策文件均开始使用生态系统服务这一概念进行海洋管理，生态系统服务丰富的研究成果已逐步体现在各领域各层次的研究中。探索阶段的海洋生态系统服务开始关注生物多样性的实用价值，并尝试将生物多样性应用于海洋环境管理中，旨在实现海洋生态系统的可持续管理。

在发展阶段，景观级别的生态系统方法成为自然资源管理热点。随着对海洋生态系统生物物理结构和过程，以及对生态过程运作空间和时间尺度的深入了解，海洋生态系统服务概念开始应用于海洋空间规划(MSP)和生态系统管理(EBM)，如2013年海洋空间规划指令(pMSPD)[46]要求海洋政策不仅应该提高欧洲区域海洋的质量，还应支持环境和社会的可持续发展；2015年Arkema等通过建立海洋生态系统服务价值评估模型优化伯利兹海岸带的空间规划后，海岸保护率提高了25%以上，渔业收入增加了一倍以上[47]。总的来说，发展阶段更注重在一个整体框架内研究向人类提供服务的生态系统及其生物多样性，通过深入理解生态、社会和经济系统之间的联系，更有效地评估人类活动对生态系统服务的影响，分析并权衡不同管理方案的潜在冲突和可能结果，弥合自然科学和社会科学之间的概念鸿沟，将生态系统过程和功能与人类福祉和活动更加紧密的联系起来。

3 研究展望

回顾和总结海洋生态系统服务研究进展发现，近30 a海洋生态系统服务研究表现出从关注内涵和分类，到探讨其价值评估方法，再到建立海洋生态系统服务评估指标体系与海洋事务管理应用相联系的发展趋势，至今为止国内外已经形成了相当丰富的研究成果。通过对海洋生态系统服务演化趋势分析，海洋生态系统服务未来研究主要集中在以下三个方面：

(1)在海洋生态系统服务流研究方面，基于生态系统服务级联框架(ESC)全面识别海洋生态系统的结构与功能，开展海洋基础数据调查，推广海洋遥感监测技术，加强海洋生态系统服务中生物物理过程和服务流层级定量传递关系的基础研究，引入和构建生态服务过程的定量化评估模型，为海洋生态系统服务提供科学的定量依据。

(2)在海洋生态系统服务供需关系研究方面，识别珊瑚礁、海草床、红树林等中小尺度典型海洋生态系统服务的空间范围，确定区域内利益相关者，明确服务供给区和需求区，并建立生态系统服务供给和使用反馈机制，测度海洋生态系统服务供给与需求间的平衡状况，为深入研究海洋生态系统服务消费模式提供科学依据。

(3)在海洋生态系统服务权衡与协同关系研究方面，研究以气候变化、海域利用变化、自然要素分异等为代表的外力作用耦合影响下，海洋生态系统之间的权衡与协同关系，厘清海洋中生态系统服务间的相互关系及其动态变化，为基于生态系统的海洋决策管理提供科学依据。

4 结论

本研究运用知识图谱工具CiteSpace，采取共被引聚类分析和突发分析，对Web of Science核心数据库收录的海洋生态系统服务相关文献进行梳理分析，得到以下结论：

(1)海洋生态系统服务研究近30 a间发文量迅速增加，研究内容逐渐丰富，系统性逐渐增强，海洋特色逐渐显现。

(2)热点演化趋势可概括为探索阶段(1992—2010年)及发展阶段(2011—2022年)两个阶段。探索阶段以中小尺度范围典型生态系统的海洋生物多样性保护管理为切入点，提出海洋生态系统服务概念，并开始探讨海洋生态过程与服务表现的动态变化、关联特征与定量关系等海洋生态系统服务的具体内涵；发展阶段以生态系统管理(EBM)为主线，基于生态系统服务级联框架(ESC)对海洋生态系统服务进行分类，建立综合评估模型，并逐步应用于生态系统服务制图、海洋国土空间规划、生态系统管理决策制定等海洋管理领域。

(3)海洋生态系统服务从早期参照陆域生态系统服务常规范式，发展至今已逐渐建立符合海洋特色的分类体系和评估方法。未来亟需加强的研究方向为：基于海洋基础调查数据的海洋生态系统服务流评估；以中小尺度典型海洋生态系统为研究对象的生态系统服务供需关系研究；以气候变化、海域利用变化、自然要素分异等为代表的外力作用耦合影响下，海洋生态系统间权衡与协同关系研究等。