嘉陵江生态环境研究回顾与展望——基于文献计量的可视化分析

谭晶华,张运春,张桥英cd,王溢琛,陈 馨

(西华师范大学 a.地理科学学院,b.环境科学与工程学院,c.四川省干旱河谷土壤侵蚀监测与控制工程实验室,d.嘉陵江流域研究所,四川 南充 637009)

近年来,对长江流域的保护与开发已成为国家重大发展战略之一,嘉陵江作为长江的重要支流,其经济地位和生态价值不言而喻。然而,在经济快速发展的时代,人们经常忽略对长江流域生态环境的保护,因此作为长江上游重要生态屏障的嘉陵江更应引起关注。2020年,习近平就长江经济带发表讲话,强调要从生态系统整体性和流域系统性出发,找出问题根源,从源头上系统开展生态环境修复和保护[1]。2022年6月8日,习近平在四川宜宾考察调研,了解长江流域生态修复保护的情况。四川省、重庆市等嘉陵江流域地区纷纷响应国家号召,先后出台了《四川省嘉陵江流域生态环境保护条例》[2]以及《重庆市人民代表大会常务委员会关于加强嘉陵江流域水生态环境协同保护的决定》[3]。本文基于中国知网(CNKI)和Web of Science(WOS)核心库,检索有关嘉陵江生态环境研究的论文,借助CiteSpace和知识图谱分析方法,对嘉陵江生态环境研究进行分析,归纳研究重点,分析前沿趋势,从而梳理出嘉陵江生态环境研究的总体进展,并结合当前大背景分析未来研究趋势,以期为嘉陵江生态环境研究的方向及热点提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本文以CNKI和WOS为数据来源。在CNKI数据库中,检索式为SU=(嘉陵江)*(植物+植被+群落+物种+鱼+动物+微生物+底泥+土地+土壤+养分+营养+富营养+有机物+污染+重金属+河岸带+环境因子+生态风险+生态评估),文献类型:期刊,检索时间:不限—2021年,对检索结果进行人工筛选,最终获得347篇文献。在WOS数据库中,检索式为TS=(“Jialing River”) AND TS=(plant OR vegetation OR community OR species OR fish OR animal* OR microb* OR sediment OR soil OR nutrient* OR eutrophic* OR organic* OR riparian OR pollut* OR “heavy metal” OR contaminat* OR ecological OR “ecological risk” OR “ecological assessment” OR “environmental factor*”),文献类型:Article,检索时间:不限—2021年,经过人工筛选,共得到62篇文献。

1.2 研究方法

首先,使用Excel对嘉陵江生态环境领域的发文量、核心作者和机构进行分析。其次,提取CNKI或WOS数据库的关键词进行聚类,并结合原文对关键词进行分析,聚类使用文献计量学和科学知识图谱的方法,采用CiteSpace软件对数据进行处理,设置时区分割为CNKI 1979—2021,WOS 2011—2021,时间切片为1,使用关键词路径算法对嘉陵江生态环境进行聚类分析,选择g-index算法,K=25,Links中选择“Strength为Cosine;Scope为Within Slices”,其他选项保持默认设置;最后,结合WOS数据库关键词聚类分析和CNKI数据库关键词时间线的结果,考虑嘉陵江实际地理位置,从而探讨嘉陵江生态环境未来研究趋势。

2 结果与分析

2.1 发文数量

最早关于嘉陵江生态环境研究的中文文献和英文文献分别出现在1979年和2011年,所以CNKI数据库实际分析时间段为43年(1979—2021),WOS数据库实际分析时间段为11年(2011—2021)。年度发文量情况如图1所示:嘉陵江生态环境研究领域发文数量呈现年度分布不均的态势。以2001年为节点,在此以前共发表文章60篇,只占全部发文量的15%,其中,1979年题为《嘉陵江主要经济鱼类越冬场、产卵场、幼鱼索饵场调查及保护利用》[4]可认为是嘉陵江生态环境的开篇之作;1994和1999年发文量较突出。在此以后,共发表349篇文章,占全部发文量的85%,且在2011年首次出现了关于嘉陵江生态环境的英文文献;发文量虽有波动但整体呈现稳定的趋势,在2021年时发文数量达到最高。CNKI发文数量总体呈上升趋势,在2008年达到最大值,这与嘉陵江愈来愈重要的战略地位以及国家对生态环境保护相关政策有很大关系;WOS发文数量较稳定,从2020年开始,发文数量急剧上升,表明了嘉陵江生态环境的研究热度不断提升,并呈现一种向上的发展态势。

2.2 核心作者和主要机构

CNKI数据库分析结果显示:发文量位于前5的核心作者依次为曾燏(12篇)、陈林武(11篇)、龙天渝(10篇)、郭蔚华(9篇)、宫渊波(9篇)。WOS数据库分析结果显示:发文量位于前5的核心作者依次为Li Yunxiang(6篇)、Long Tianyu(6篇)、Wu Lei(6篇)、Zhang Tuo(5篇)、Xu Fei(4篇)。其中龙天渝(Long Tianyu)学者总体发文量最多,共16篇。

CNKI数据库分析结果显示:发文量前5的机构依次为西华师范大学(70篇)、西南大学(52篇)、重庆大学(41篇)、重庆市环境科学研究院(17篇)、重庆交通大学(13篇)。WOS数据库分析结果显示:发文量位于前5的主要机构依次为China West Normal University(16篇)、Chongqing University(14篇)、Chinese Academy of Science(13篇)、Southwest University (China)(11篇)、Chinese Academy of Agriculture Science(7篇)。

综上所述,西华师范大学、西南大学、重庆大学三所高校是嘉陵江生态环境研究的最主要单位,三所高校均坐落于四川或重庆,说明两地是嘉陵江流域研究的重镇。再结合核心作者可以发现,主要的学者也来自于这三所高校,说明这3所高校培育了大批嘉陵江流域研究的专业人才。另外,在发文量前5乃至前10的机构中,涵盖了高校、研究所等不同性质的机构,这表明了我国不同性质的机构一同在嘉陵江生态环境研究中出谋划策,形成了国家与社会的合力,不断推进了嘉陵江生态环境的研究。

2.3 关键词分析

关键词聚类和突现分析可以反映研究热点的转变,也可以预测一个研究领域的发展趋势[5-6]。对嘉陵江生态环境研究进行归纳分析,可以更好地揭示嘉陵江研究领域的发展态势和未来的主要研究趋势。

2.3.1 CNKI数据库关键词分析

CNKI数据库的关键词分析结果如图2所示:共有节点512个,813条连接线,网络密度为0.006 2。最大的节点是“水质”,其次是“评价”“三峡库区”等。从关键词出现的频次可以发现,嘉陵江生态环境研究主要集中在嘉陵江水质的保护与评价、污染源的调查、生物多样性的研究和土壤侵蚀等研究。从中介中心性(Between Centrality,BC)来看,近40年以来,嘉陵江生态环境具有重要贡献的研究是“水质”“富营养化”“污染源”“土壤侵蚀”“长江上游”等。值得关注的是,“三峡库区”出现的频次和BC均较大,因嘉陵江位于三峡水库上游,是三峡水库的主要水源之一,其对三峡有着重要的影响。以上关键词的BC>0.1,说明各关键词之间联系紧密,形成了集中的研究方向,这有利于研究进展不断的深入化,形成更加科学而有力的认识。

图3为CNKI数据库有关嘉陵江生态环境研究的关键词聚类,其模块值为0.899 4,平均轮廓值为0.987 3,说明该聚类独立性高,聚类结果合理。嘉陵江生态环境的研究可归纳为如图3所示的16类,分别是:“#0 嘉陵江”“#1 评价”“#2 嘉陵江上游”“#3 沉积物”“#4 水环境”“#5 富营养化”“#6 长江上游”“#7 污染”“#8 水污染”“#10 江北区”“#11 生物学”“#12 空间格局”“#13 生态修复”“#14 土壤侵蚀”“#15 陆生植物”“#21 四环素”。

结合图2和图3的结果以及相关文献,把嘉陵江生态环境研究分成三大研究区域:第一是嘉陵江上游的陕西省段和四川省广元段,主要研究植物区系、植被类型、土地资源等[7-9];第二是嘉陵江中游的四川省段至重庆市合川区,主要研究土壤侵蚀、污染、水环境、富营养化、水质等[10-14];第三是嘉陵江下游的重庆市地区,注重对水资源、水污染事故、重金属的研究[15-17]。三大研究区域的研究主题有异同,上游注重生物多样性的保护[18-19],土地资源的合理利用[20];中游地区更加关注对水资源的保护,找到污染源进行水污染防治工作,为社会安全用水提供保障;下游地区的研究主题跟中游相似,都关注水质问题[21-22]。

通过时间线图的分析,可以得到嘉陵江生态环境研究主题的方向和演变趋势,也可以看出研究主题的持续时间[23]。由图4可知:“#5 水资源”“#7 污染源”“#9 陕西省”“#10 江北区”“#12 空间格局”“#13 土壤侵蚀”这6个类群的研究主题出现时间较早,但是在最近几年消失,而“#1水质”“#4污染”“#6长江上游”“#11生态修复”这4个类群的研究主题一直持续不断被关注。通过对关键词时间线的分析可以看出,水质评价、污染物、植被等相关研究主题持续时间长,跨度大,且目前还是研究热点,在未来也是需要持续关注的研究内容。

2.3.2 WOS数据库关键词分析

WOS数据库关键词的分析结果如图5所示:共有节点271个,881条连线,网络密度为0.024 1。最大的节点是“Jialing River(嘉陵江)”,其次是“3 gorges reservoir(三峡库区)”“impact(影响)”“basin(流域)”等,上述关键词的BC>0.1,说明了关键词之间联系相对紧密。

WOS数据库从2011年才开始出现关于嘉陵江生态环境的研究,虽然时间较短,发文量相对少,但是却形成了独有的研究特点。与CNKI数据库的分析结果相比,WOS数据库关键词共现的网络密度更大,说明WOS数据库的关键词共现网络更加完备,从侧面反映出随着时间推移学者们对嘉陵江的研究更加深入。与CNKI数据库相同,WOS数据库也出现了“3 gorges reservoir(三峡库区)”这个较大的节点。

图6是WOS数据库关于嘉陵江生态环境的关键词聚类,其模块值为0.818 2,平均轮廓值为0.941 4,表明聚类独立性较高,结构合理。把嘉陵江生态环境的研究归纳为11类,分别是“#0 sediment load(泥沙量)”“#1 total phosphorus(总磷)”“#2 jialing river watershed(嘉陵江流域)”“#3 risk assessment(风险评价)”“#4 DGT(薄膜扩散梯度法)”“#5 multimodal(多模态)”“#6 urban river(城市河流)”“#7 alkaling phosphatase activity(碱性磷酸酶活性)”“#8 tailing spill(尾矿外泄)”“#9Dehalococcoidesspp.(脱氯菌属)”“#10 sulfuric acid(硫酸)”。

结合图5和图6的结果以及相关文献,可以把嘉陵江生态环境的研究分为三大类:第一类是对生物(主要是鱼类)的研究,在对鱼类的研究中主要集中于线粒体基因组测序[24-25]以及新种的发现[26];第二类是对污染的研究,主要涉及到尾矿泄露、重金属、非点源污染等;第三类是研究方法,如图6中的“薄膜扩散梯度法(DGT)”,此外还有流域尺度模型、二维非稳定生态动力学模型、多模式水质预测模型等[27-29]。

结合2个数据库的发文情况和CNKI数据库的关键词时间线图以及文献分析,对于嘉陵江生态环境的研究,学者们首先关注嘉陵江沿岸植被类型和鱼类资源的调查与研究[30-32],但这些研究只是停留在调查的层面,并没有深入研究,并且相关研究逐渐减少,到最后几乎少有报道;之后,土地类型调查与利用状况、水土流失状况及对策、水质污染特征及预测等方面的研究不断出现,嘉陵江生态环境领域的研究主题得到不断的丰富;最后,近10年来,研究方向主要是研究方法的改进,利用新技术研究相关内容,比如利用数学模型对水质状况、泥沙量和污染物进行模拟预测,采用薄膜扩散梯度法对沉积物中的金属进行风险评价,还有利用3S技术建立相关的模型等。

3 结论与展望

综上所述,关于嘉陵江生态环境的研究正在不断拓宽与深入,从基础理论研究到研究方法的创新,为未来的研究奠定了基础。与此同时,结合嘉陵江的地形和气候等因素,以及当前国家相关政策,未来对于嘉陵江生态环境的研究可从以下几方面加以拓展和深入。

1)加强研究机构之间的合作,实现跨区域交流与整合。研究者之间应加强共享,通过国家政策支持,项目合作等方式,来加强研究单位之间的交流,促进嘉陵江生态环境研究的高质量发展。

2)新时代,机遇与挑战并存,需要紧跟时代需求,结合国家方针政策为区域发展作贡献。党的十八大以来,以习近平同志为核心的党中央提出了一系列生态文明建设理念、思想,开展了一系列重要举措,其中水生态安全是国家重大战略,作为长江上游的重要支流,嘉陵江水环境至关重要,尤其在全球气候变化背景下可能出现的高温或干旱等极端气候事件下的应对策略研究迫在眉睫;“山水林田湖草沙”生命共同体的统筹治理也是嘉陵江乃至长江流域生态环境保护的重要主题;嘉陵江上游是新成立的大熊猫国家公园的重要组成部分,该区域生态环境的和谐稳定与大熊猫国家公园的持续向好息息相关。学者们应积极响应党的号召,结合国家大政方针,为嘉陵江生态安全贡献一份力量。

3)加速推进嘉陵江生态环境保护的相关法律体系构建。嘉陵江生态环境的研究与保护想要取得有效的成果以及长期的效益,就必须制定相关的法律法规,以法律为坚实的后盾。在嘉陵江生态环境立法上应遵循“绿水青山就是金山银山”的理念,平衡好生态环境与社会经济发展的关系,从根本上制止环境破坏。

4)研究和建立嘉陵江生态环境的监测预警机制,加强技术创新。研究者应加强对植被的保护与修复,建立洪灾预测和预警系统,完善水质监测系统;新技术的不断应用与创新,例如3S技术,土壤流失方程等。同时结合嘉陵江的地理位置以及气候,建立防灾减灾体系,确保沿线城市的生态安全及居民的生活安全,也为长江流域的建设与保护提供理论支撑和经验支持。

5)根据WOS数据库近10年关键词聚类结果,以及CNKI关键词时间线图,同时结合嘉陵江自身地形和气候等因素,未来的管理和研究可以从以下几个方面进行:加强动植物的监测与管理;洪涝灾害对嘉陵江生态环境的影响;环境污染对嘉陵江生态系统的影响;嘉陵江的地球化学过程;数学模型的创新以及在嘉陵江生态环境研究中的应用等。