基于CiteSpace文献计量分析的生态网络构建研究进展

栾春凤　郭欣然　陈敏超

摘要 生態网络构建作为一种有效的生态手段，对于保护物种多样性，建设城市生态空间及优化国土空间资源配置方面有积极意义。利用Arcgis平台运算、对遥感数据解译利用等新技术，应用层次分析法（AHP）、专家打分法（德尔菲法）等分析方法使生态网络的构建更加精准。以CNKI、WOS为数据源，用知识图谱计算工具CiteSpace进行定量分析，通过数据可视化与内容的结合进行研究，对于构建生态网络方面的研究进展、研究方法进行分析，特别是针对“MCR模型”在生态网络的应用进行深入研究，对不同尺度范围绿地生态网络构建方法进行总结，最后对未来研究发展态势作出展望。结果表明，我国基于MCR模型构建生态网络的研究，按照发文量可分为3个阶段，即启蒙阶段、快速发展阶段、稳步发展阶段；而现阶段最小阻力模型（MCR）在生态网络的应用已经趋于成熟，只是在因子选取及赋值方面未形成统一科学标准；此外，研究尺度呈现多元化，涉及市、省、城市群等多尺度。

关键词 生态网络；国土空间规划；城市绿地；最小阻力模型（MCR）；Citespace

中图分类号 S-058 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2023）06-0237-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.06.054

Research Progress of Ecological Network Construction Based on CiteSpace Bibliometric Analysis

LUAN Chun－feng1，GUO Xin－ran1，CHEN Min－chao2

（1.School of Architecture，Zhengzhou University，Zhengzhou，Henan 450002;2.Henan Chunjing Environmental Engineering Limited Company，Zhengzhou，Henan 450000）

Abstract As an effective ecological measure，ecological network construction plays a positive role in protecting species diversity，constructing urban ecological space and optimizing the allocation of national territorial space resources.Using Arcgis platform operation，remote sensing data interpretation and utilization of new technologies，through the application of Analytic Hierarchy Process （AHP） and expert scoring method （Delphi method），the construction of ecological network was more transparent and easy to operate.Taking CNKI and WOS as data sources，we used the knowledge graph computing tool CiteSpace for quantitative analysis.Through the combination of data visualization and content，we analyzed the research progress and research methods in the construction of ecological network.In particular，the application of ‘MCR model’ in ecological network was deeply studied，and the construction methods of green space ecological network at different scales were summarized.Finally，the development trend of future research was prospected.The results showed that the research on ecological network construction based on MCR model in China could be divided into three stages according to the number of publications，enlightenment stage，rapid development stage and steady development stage; At the present stage，the application of least esistance model （MCR） in ecological network had become mature; but there was no unified scientific standard in factor selection and value assignment.Besides，the research scale was diversified，involving city，province，urban agglomeration and other scales.

Key words Ecological network;National territory spatial planning;Urban green space;Minimum resistance model （MCR）;Citespace

生态网络（ecological network，EN）出现于20世纪80年代［1］，自提出到现在，生态网络规划和实践就在国际上蓬勃发展，尤其是西方国家从最初欧洲的林荫大道以及绿带等景观轴线［1］，到美国以波士顿体系为代表的绿道体系［2］，直至现在发展到绿地生态网络概念［3］。从注重形态结构到着眼于功能作用，从小尺度区域到大范围城市群，绿地生态网络的研究深度以及构建尺度不断突破。在新型城镇化战略、绿色转型、共建地球生命共同体的宏观背景下，解决生态问题、面向高质量发展的空间治理成为热点话题。党的十九大以来，随着生态文明建设的持续深入推进，构建城市生态网络成为协调城镇建设与生态保护的重要空间技术手段［4-5］。生态网络的建设范围也从城市到整个市域，建设尺度小至社区、乡镇，大到都市圈、城市群［6］。当下国土规划工作的重点通过协调城乡建设空间与生态空间之间的矛盾冲突，做到建设空间与生态保护协调推进，实现国土空间格局的优化。一系列生态建设的政策陆续颁布，也涉及省、市、县等不同层次范围［7-8］，也涉及矿山修复［9］、黄河生态建设［10］等不同领域。

目前绿色生态网络构建研究的重点着眼于优化国土空间总体格局，促进区域协调发展，通过识别重要生态斑块、廊道和网络，构建连续、完整、系统的生态保护格局和空间网络体系［11］，实现生态环境可持续发展与城镇化进程协同发展。生态网络以“点-线-面”的构建方式形成，“点”即生态节点，“线”即生态廊道，“面”即生态源地。在研究方法上，源地识别方法可分为直接识别法和综合评价法［12］；阻力面构建的方法主要有形态空间格局分析法（MSPA）、土地利用类型赋值法；生态廊道构建有MCR模型、图论和电路理论等理论方法［13］。其中，MCR模型能较好地模拟生物空间运动的潜在趋势与景观格局改变之间的关系［14］。鉴于此，笔者基于CiteSpace软件对近年来国内外的相关研究进行文献计量分析，梳理国内外利用MCR模型进行生态网络研究的现状与方法，为后续的研究提供参考。

1 MCR模型的起源与发展

1.1 MCR模型的提出及应用

最小阻力模型（minimal cumulative resistance，MCR）最早在1992年由Van等［15］提出，现已广泛应用于景观生态学及物种保护等领域，后被我国学者俞孔坚教授提出用于生态安全格局构建中［16］，目前也在土地利用规划领域得到了广泛认同。MCR模型的应用在宏观上涉及土地利用、生态安全格局优化、景观生态安全格局构建、城市生态安全格局规划、区域生态安全格局构建等［16-17］，在微观应用于生态网络构建、绿色基础设施规划［17-18］等生态建设；从研究尺度看，涉及省域、市域、区域等多尺度。同时，国内学者也逐渐将MCR模型用于旅游规划、城市空间增长、流域网络、土地利用等社会经济领域（表1）。

1.2 MCR模型的基本操作

最小阻力模型的计算原理就是在图论的基础上，计算空间单元到目标源地的运动过程中最小累计耗费距离［25］，通过最小阻力值来确定最小迁移路径即“源-汇”理论。该模型通常结合重力模型、图谱理论和连接指数等来定量评价和优化生态网络，在俞孔坚等人的修改下［26］，最小累积阻力模型公式（1）如下：

MCR=fmini=mj=n（Dij×Ri）（1）

式中，fmin表示最小阻力值；Dij表示从源点j到空间单元i的空间距离;Ri表示空间单元i的阻力系数。

利用MCR模型的整个过程都在ArcGIS中的cost-distance中进行运算分析，步骤如图1。在模拟计算前要确定目标源地扩张的阻力面，即选择对源地扩张的阻力因子构建阻力面，参考前人研究或相关文献和研究成果来确定各阻力因子的权重［27］，之后在数据平台进行空间加权计算。

杨志广等［28］就广州改革开放后建设用地侵占重要生境斑块这一生态问题，基于对广州城市生态廊道构想以及市域生态网络初步建设［29-30］的相关研究，在选取目标源地后，基于MCR模型构建源地间的生态廊道网络，实现以连通性指数定量的分析生态网络结构，为广州市生态网络构建提出优化策略。王玉莹等［31］就如何实现社会经济快速发展下的生态可持续发展这一议题，基于MCR模型构建江苏省生态网络来构建结构完整的区域景观生态格局，为其他省域范围内的生态网络构建提供参考。应用MCR模型是获得物种迁移最佳最小阻力值路径的有效方式，可以最小程度地避免外界干扰，实现在空间上模拟物种的运动趋势，被很多學者用于生态网络的构建过程中。

2 生态网络中MCR模型的应用

2.1 数据来源与预处理

研究选用传统统计学，对中国学术期刊全文数据库（即中国知网，以下简称CNKI）以及Web of Science数据库（以下简称WOS）近11年的文献为数据源，即时间段为2000—2021年，以“生态网络”“绿色生态网络”“MCR”为主题词检索，得到中文文献1 315篇，外文文献188篇。对源数据进行归纳整理，对近11年的文献总量、类型、年发文量等基本数据情况进行分析，去除无关文章、会议、目录、访谈等无效文件后，得到969篇有效文献，文献涉及林学、风景园林、环境、城乡规划等多门学科，以此作为可视化软件分析的数据来源。

2.2 研究方法

利用由Java应用程序运行的CiteSpace V（5.6.R5）过对关键词的聚类及关键词时区分析，展示近11年的学界高频关键词、研究热点以及研究前沿。通过我国绿地生态网络建设历程以及演变，进而推测其发展的趋势。CiteSpace是一种科学文献分析工具，通过对非定量文献转化为定量数据的方式，得到直观可视化的图形。通过可视化数据客观地展现文献本质性的事实问题，分析预测目标课题的发展趋势［32］。

3 结果与分析

3.1 文献类型与总量分析

选取中国知网2000—2021年相关文献969篇，共计4种类型。其中，占比最大的是学术期刊共524篇；其次为学位论文共349篇，分为博士论文以及硕士论文；会议论文77篇；相关成果19篇。研究文献数量统计图显示，2019年达到发文高峰期（图2）。同时筛选WOS数据库中188篇文章与CNKI数据源作为研究文献源。

3.2 文献发表年限分析

所选文献为中国知网2000年1月到2021年1月间的文献，通过研究文献数量统计图（图2）可以看出，2000—2018年CNKI有关我国绿地生态网络的发文量持续上升，从2019年开始出现了明显的下降。通过文献发文量可以大致将我国关于绿地生态网络的研究分为3个阶段：

（1）2000—2007年，该阶段的发文量呈上升的趋势。1992—2000年是城市化全面推进阶段，以城市建设、小城镇发展和建立经济开发区为主要动力，20世纪90年代后，中国城市化开始从沿海地区向内地展开，城市化过程对自然地理环境的影响涉及地形、气候、水文、生态［33-35］。因而城市建设逐渐意识到绿地的重要性，提高了生态的意识。生态环境问题压缩了城市未来发展空间，北方频发的沙尘暴、山区频繁的

山体滑

坡等问题对人们生命财产也造成了巨大的威胁，人地关系的权衡、经济与生态的关系开始成为政府以及广大学者思考的问题，生态安全问题逐渐深入人心。同时随着生态学理论的不断发展，越来越多符合中国国情的生态理念以及规划思想逐渐成熟。

（2）2008—2018年，该阶段文献大量涌出，硕博论文增长明显，基础性研究增加，2018年发文量急速上升，大量生态建设的理念、思想在该阶段提出、成熟到逐渐落实，如海绵城市建设、城市双修、低碳城市等。同时景观生态学在这10年里得到广泛的应用，景观生态学通过在保护区构建生态廊道以及生态网络，来连接破碎化的栖息地，侧重于生态空间格局的构建。

（3）2019—2021年1月1日，该阶段的发文量明显回落，基础性研究达到相对饱和的状态，寻求研究创新点是广大学者作为学术研究的重点。同时在国土空间规划的背景下，国土空间生态修复更加强调生态系统的完整性与连续性［36］，需要学者站在一个更高的视角去全方位、全地域、全过程开展研究。

不难发现研究的热点会随着社会发展的需要而变化，时区图（图3）反映的也是主题路径［37］。生态建设的目标是阶段性的，相关研究主题也会因为技术的进步、时代的要求等因素而发生变化。

3.3 文献关键词分析

关键词是文章核心内容的反映，是对文献主题的浓缩与凝练，高频关键词可以映射出研究热点，通过把握研究热点来揭示研究的发展方向与趋势。基于CiteSpace对关键词进行共现分析，阈值设置为TopN=50，绘制关键词共现知识图谱。由表2可知，共提取到663个关键词，高频词汇集中在“生态网络”“景观格局”“生态廊道”“MCR模型”等词汇，其中“生态网络”出现频次最高，为184次，而“最小累积阻力模型（MCR）”仅出现26次。由表3可知，WOS数据库中“sustainability”“ecosystem service”等关键词为高频词汇。对关键词进行共现分析，关键词共现可视化图谱（图4、5）中，不同的圈层颜色节点大小代表不同年份关键词出现的频率，节点间连线粗细代表着共现关系强度［38］。从关键词的聚类分析上可以看出，生态网络研究领域交叉最多的是“MCR模型”“生态廊道”2个方向（图6），国外的相关研究集中在“ecological network analysis”“ecological network model”等方向（图7）。

4 MCR模型在生態网络构建上的应用

4.1 研究框架分析

生态网络构建研究广泛采取了“源地识别”“阻力面构建”“廊道提取”“构建生态网络”的方法框架［39］（图8），研究框架大致相同，只是研究方法趋于多样。

例如，在MCR模型运用在阻力面构建以及廊道提取中，同样电路理论也可以应用于生态廊道构建，两者基于Arcgis平台不同的工具箱进行运算。

4.2 研究区阻力因子选取

在阻力因子选取方面，对不同景观阻力面的构建研究需要结合研究区域的现况去筛选合适的因子，如山地、滨水等不同类型的研究区在因子选取上存在差异（表4）。选取较多的阻力因子有土地利用类型、植被覆盖度、高程坡度等，大致分为自然本底方面、人类开发方面以及环境响应等方面。

4.3 研究区阻力值权重

阻力面是MCR模型的基础前提，由于不同景观类型的特征存在差别，对赋值的响应也不同，故在阻力分值以及权重赋值方面缺乏统一的科学标准，重要阈值的设定也没有科学依据，多采用专家打分法、主层次分析法（AHP）［40-41］等来确定。参考前人研究发现［42-43］，以生态服务价值的高低作为阻力赋值的依据，阻力阈值分级区间可以为1～100或1～5，即对生态流运行阻力值小的为1，最大为100（5）［43］，权重总和为1。

4.4 生态网络构建尺度

MCR模型可应用于市域、省域、城市群等不同尺度的生态网络构建（图9），生态网络构建路径为通过识别生态服务价值高的生态源地、利用MCR模型识别源地间的生态廊道、提取重要的生态廊道，最后通过评估进行节点的识别以及网络优化。因此，总结当前关于城市生态网络构建方法可分为以下3个步骤：城市绿地生态空间要素识别、生态评估、网络格局优化［44］。

在市域尺度上构建生态网络，是城市在应对快速城镇化进程中出现的各种生态问题最为直接有效的途径。快速城镇化城市进程中，大量城市绿地、耕地等兼具生态功能的用地被蚕食，基于空间扩张的城市发展无形中是以生态作为牺牲，谋求区域的可持续发展已成为多方诉求。绿地生态网络规划可以整合破碎的生态斑块、构建廊道，以此实现生态资源的整合，促进区域生态景观格局优化。

在省域尺度上構建生态网络，是实现省域范围内各个城市生态要素流动的有效手段。社会资源共享、经济要素流通逐步加速省域范围内各个城市间的互联共通，生态资源应作为一种特征要素实现在省域范围内的流通。省域生态网络构建仍遵循常规构建方式，但省域尺度则更注重宏观的把握，谋求大尺度范围内生态安全格局的构建。

在大范围的城市群尺度上，生态网络构建更加强调结构上的整体性，强调区域核心生态斑块间的连通，城市群的各个子城市之间一般是共性或互补，这样才能最大限度实现资源共享及要素流通。

生态网络的构建和优化理应在不同尺度上进行，不同尺度的生态网络在空间结构和功能上应该是镶嵌的、匹配的，而不应相互冲突［45］。不同尺度生态网络构建的原理是一致的，不论何种尺度空间，生态网络在维持物种多样性、平衡生态格局以及实现区域可持续发展中发挥着积极作用。

5 总结

在城镇化进程中，在当下国土空间的大背景下对生态保护的关注度持续提高，城市绿地生态网络构建作为一种行之有效的生态策略，被国内外学者广泛研究。通过对相关文献进行可视化知识图谱分析，得出以下结论：

（1）基于MCR模型构建绿地生态网络的相关研究可以分为3个阶段：启蒙阶段（2000—2007年）、快速发展阶段（2008—2018年）、稳步发展阶段（2019年至今），研究的学科交叉性极强。

（2）MCR模型作为一种构建生态廊道有效的方法，在生态网络构建中的应用广泛。通过模拟物种迁移最佳最小阻力值路径来生成区域生态廊道。

（3）生态廊道指标体系中的因子选取需要考虑研究区的现状，剖析影响因素；在因子赋值以及权重考量上尚未形成统一标准体系。

（4）生态网络的构建及优化要多尺度，使得各尺度范围的生态网络在空间结构和功能上实现优势互补。

MCR模型能够较为准确识别生态源地间的生态廊道和节点，而且技术较为成熟，运用领域广泛，适合推广，尤其是在生态网络构建方面。生态网络构建作为区域绿色可持续发展的有效措施，为国土空间规划中各类专项规划提供依据，如生态安全格局构建、生态保护红线划定、绿地系统规划、生物多样性规划、韧性城市建设、水资源保护、森林资源保护、自然保护区建设、生态修复规划等。因此，应充分发挥MCR模型与其他生态建设领域的结合，实现研究视角、研究内容的创新，开展更加全面的生态网络体系相关研究，助推国土空间生态建设。

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基金项目 河南省科技攻关项目（202102310256）；2022年郑州大学研究生自主创新项目。

作者简介 栾春凤（1974—），女，河南周口人，副教授，博士，从事城乡生态规划研究。

收稿日期 2022-05-25；修回日期 2022-06-20