基于文献计量学的湿地监测技术研究

魏晓丽,罗洪巍,蒲小剑,郭常英,傅云洁,3,王龙然,王 伟*

(1.青海大学畜牧兽医科学院,青海 西宁 810016;2.德令哈市林业和草原站,青海 德令哈 817000;3.青海奔盛农牧科技有限责任公司,青海 德令哈 817000)

湿地是地球上水陆相互作用形成的独特生态系统,作为全球三大生态系统之一的湿地是自然界最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境,湿地不仅为人类生产、生活提供资源和工业原料,还在生态保护方面起着极其重要的作用[1]。近些年来,受社会经济发展、城镇化进程加快、气候变化等各种因素的影响,湿地退化越来越严重,人类与湿地环境之间的矛盾日益突出,对湿地保护和湿地监测的研究显得尤为重要。湿地监测技术是当前湿地研究的热点。湿地环境监测是一种以分析水质指标变化情况为焦点,结合现代计算机技术、无线通讯技术和传感器技术[2],通过中心控制站对各个基准站进行统一支配,对湿地生态环境变化进行实时监测和记录,并进行信息网络构建的监测方法,主要用于环境执法、治理和政府决策。20世纪中叶,美国、欧洲、日本等国家已经设立了水质监测站开展相关监测技术研究。我国对湿地环境的监测工作大概从1950年开始,早期的湿地监测主要采用人工手段,直到90年代3S技术与野外监测站点的引入和设立[3],才使得湿地监测技术进入快速发展时期。同时随着GPRS、GSM等技术的广泛应用,不仅采样越来越便利,还实现了水质监测数据的实时反馈,保障了数据的科学准确性[4]。

文献计量评价作为目前国际领先的科研评价方法,可以对科学领域的发展现状和趋势作出客观评价,目前已广泛应用于定量评价、预测各类别科学技术的现状与发展趋势。本研究通过检索中国知网数据库2003—2023年湿地监测技术研究的相关文献,通过统计分析,总结近20年的湿地监测技术研究,明确其发展现状和趋势,以期为湿地监测研究提供一定的文献参考。

1 文献检索

在中国知网数据库的高级检索条目下,将湿地与湿地监测技术组合成综合检索序列,检索文献结果不做剔除。文献来源为中英文扩展,文献语言为中文,时间跨度为2003年3月16日至2023年3月16日。

2 分析方法

基于文献计量学方法对我国湿地监测技术研究领域的发文趋势、研究机构、发文期刊、关键词以及文献被引频次等方面进行统计分析。使用 Microsoft Excel 2022软件分析湿地监测领域的发文趋势,采用线性模型拟合得到发文量的增长趋势,并预测2024年的发文量。使用CiteSpace计量可视化分析工具对检索结果中的500篇文献进行关键词共现、关键词突现、关键词时区网络分析,以揭示湿地监测研究领域的研究热点和趋势。网络中的节点代表关键词,其大小代表关键词出现的频次,不同的颜色代表不同年份,节点间连线的粗细代表关键词共现的频次。网络中相邻节点的关键词常出现在相似文献中,可根据节点聚集情况选择合适的聚类数量。

3 结果与分析

3.1 发文趋势和学科分布

根据发文趋势可整体分析我国在湿地监测领域的研究趋势。如图1所示,2003—2023年间发文量有波动,但整体呈上升趋势(R2=0.845 3),2018年发文量达到顶峰,为58篇。根据拟合曲线可预测2024年我国有关湿地监测研究的发文量是49篇,并且对湿地监测的研究将会持续进行。

图1 2003—2023年我国湿地监测研究发文量

湿地监测研究所涉及的学科主要分布在环境科学与资源利用,相关文献达462篇,占比达到51.56%;其次是自然地理学和测绘学,相关文献有83篇,占比达9.26%;生物学相关文献也有67篇,占比达7.48%。

3.2 研究机构和发文期刊分析

发文量是衡量一个机构研究实力的重要指标之一。由表1可知,2003—2023年间我国有关湿地监测的研究发文最多的机构是中国科学院东北地理与农业研究所,发文15篇(7.61%)。其次是东北林业大学,发文13篇(6.60%);成都理工大学,发文9篇(4.57%)。有关湿地监测发文最多的期刊是《湿地科学与管理》,发文17篇(10.37%)。其次是《湿地科学》,发文量9篇(5.49%);《安徽农业科学》发文量9篇(5.49%);《测绘与空间地理信息》发文8篇(4.88%);《绿色科技》发文8篇(4.88%)。相较于全部检索文献,有关湿地检测的文献发表比较分散。

表1 2003—2023年我国湿地监测研究机构和发文期刊统计结果

3.3 发文机构图

图2所示为CiteSpace软件对选择的500篇有关湿地监测文章的发文机构进行分析后的图谱。如图所示,中国科学院遥感应用研究所与东北林业大学的发文量较多。近几年有发文并且发文较多的机构有中国气象局沈阳大气环境研究所、云南省林业调查规划院、中国科学院湿地生态与环境重点实验室及中国科学院东北地理与农业生态研究所等机构。与其他机构有合作关系的主要是中国科学院遥感应用研究所,但该机构近几年对湿地监测方向没有发文。近几年发文较多且有合作的机构有中国科学院新疆生态与地理研究所,中国科学院遥感与数字地球研究所等。总体来看,各个机构发文合作较少。

图2 2003-2023年湿地监测发文机构图谱

3.4 关键词突现

将500篇文章通过CiteSpace软件进行聚类分析后作图3。如图所示,将选择的文章分为8类,分别有湿地、湿地保护、湿地生态、监测等。关键词为湿地的结点最大,说明湿地出现的频次最多,从时间线可看出湿地出现的年份也较早。其次,遥感、湿地监测、湿地保护的频次也较多,出现年份稍晚,在2005—2010年之间;监测和生态监测的频次也较多,出现时间较早。湿地保护这一聚类的关键词较多,有湿地监测、湿地保护、人民政府等。近几年发文的关键词有湿地、湿地公园、指标体系和湿地生态等。

图3 2003—2023年湿地监测发文关键词突现

3.5 关键词时区

将500篇文献进行CiteSpace关键词时区分析后可以得到图4,湿地、扎龙湿地和生态监测的出现年份较早,其中扎龙湿地的研究热度持续时间较长,从2003年到2012年一直有相关文章发表。中间部分的关键词研究热度主要从2015年或2017年开始,但于2018年基本结束。近几年的研究热度主要是湿地公园。从关键词时区图可以看出,人们对湿地的研究已经不再仅限于天然湿地了,重心已开始向人工湿地转移。

图4 2003—2023年湿地监测发文关键词时区

3.6 高被引文章分析

文献被引频次越多,说明该文章的内容在一定程度上能够反映一个领域的研究热点和在学术交流中的影响力[5]。本文通过文献检索统计出被引频次位于前10的文献,统计结果如表2所示。

由表2可知,高被引文献刊出的期刊主要有《生态学报》《湿地科学》《山地学报》《地理科学进展》《传感技术学报》《浙江林学院学报》《广州大学学报》和《地理学报》。其中《地理科学进展》中有2篇高被引文献,《传感技术学报》中有2篇高被引文献。被引频次最高的文章是韩大勇等人发表的综述《湿地退化研究进展》,主要从湿地退化标准、退化特征、退化分级等9个方面系统地介绍了湿地退化研究进展,表明湿地退化过程、机理、评价指标、退化湿地监测、恢复与重建是当前研究重点。全球气候变化、湿地退化的微观、湿地生态系统的可持续发展利用是未来重要的研究方向。王强等[6]对鸟类在湿地生态系统监测与评价的应用研究中表明,鸟类可以作为湿地生态系统监测与评价的指标。同时被引频次较高的还有湿地分类系统构建,遥感影像处理、数据源及信息提取方法、湿地退化原因分析及湿地保护与管理措施等方面的研究。通过对以上高被引文献的分析发现,目前湿地监测研究的热点是湿地退化和遥感监测技术的开发与应用。

4 讨论

本文检索源为中国知网数据库文献,利用知网系统进行全部文献统计分析,得出关于湿地监测发文趋势。运用CiteSpace软件对筛选后的500篇文献进行分析,得出发文作者、发文机构、关键词突现、关键词时区图等关键信息。研究结果表明我国湿地监测技术的研究热度越来越高,研究范围也越来越广,研究体系趋于完善。

统计数据表明,现阶段湿地的主要监测内容包括类型、面积及分布;湿地的利用情况包括水资源、土地资源、人口密度等;湿地特征包括生物多样性及珍稀濒危野生动植物资源等[7]。实现湿地的长期监测能快速掌握我国湿地资源分布状况,及时发现湿地变化特征并做出反馈,有效开展湿地保护工作。目前湿地遥感影像的集成度越来越高,对数据信息的处理分析能力也日渐提高。随着3S技术的快速发展,遥感图像的分类成图可提供面积、生境及开发利用状况等关键信息,成为综合水文、生态、地理等手段的大范围宏观监测和典型湿地定位连续监测相结合的主要手段。应用较多的还有无人机技术,无人机获取数据具有影像分辨率高、地物易判读、飞行时效性强、成本低等特点,可以有效弥补遥感技术在成本、受云层影响、影像分辨率及重访周期等方面的不足[8]。其次,物联网是集信息采集、传输与处理等分布式技术为一体的网络信息系统,是互联网向物理世界的延伸,也是现阶段网络发展的方向,具有低成本、小型化、低功耗、网络灵活和对移动目标适应性强等特点,在湿地监测领域已得到应用[9]。在湿地监测中可以将仪器设备与研究人员作为整体单元进行互联,通过物联网技术实现监测数据实时与动态采集。通过以上技术的广泛应用,湿地监测技术将向着智能化、数字化方向发展。

根据关键词时区图可以看出,湿地公园将成为下一个研究重点。湿地公园是湿地保护体系的重要组成部分,与湿地自然保护区、保护小区、湿地野生动植物保护栖息地及湿地多用途管理区等共同构成了湿地保护管理体系[10]。湿地公园的建设不仅是生态、经济和社会效益的综合体现,还是具有自然特性、科学研究和美学价值的有效体现。但随着气候变化和城镇化进程的不断推进,人们对生态环境资源的不合理开发和利用,导致湿地资源数量减少,品质变差[11]。所以开展湿地公园的长期监测可以对公园的类型、结构、数量和生物多样性及其功能、人类活动对湿地的影响等方面进行动态监控和预测,揭示湿地生态系统在时间和空间的变化特征,为湿地保护提供可靠的理论基础[12]。不同湿地的监测技术和保护策略也要因地制宜。王亚斌等[13]针对白洋淀湿地生态环境现状,探讨了白洋淀湿地生态环境监测技术的应用模式,以推动白洋淀生态环境监测的进一步发展。陈海生等[14]从生态环境监测、游客影响监测和湿地监测信息系统建设3个方面对浙江省云和梯田国家湿地公园环境监测系统进行了详细规划。孙菲等[15]根据湿地内水生植物、野生动物、水质、沉水植物腐解及气象等因素,对石佛寺人工湿地的监测体系提出了构想和建议,并详细阐述了大型人工湿地生态监测的内容和方法。

5 结论

本文经研究分析发现,湿地监测的研究热度越来越高,发文数量逐年上升,预测2024年湿地监测技术研究方面的发文数量可达49篇;最受欢迎的期刊是《湿地科学与管理》;主要关键词为湿地保护和湿地生态;近几年的研究热点是湿地公园;最大频次被引文献是《湿地退化研究进展》,载文期刊是《生态学报》。研究表明,湿地退化是理论研究的重要课题和方向,现阶段湿地最有效的监测方法主要是遥感监测技术,不同湿地的监测技术和保护策略要因地制宜。