何奕忻,蔣海波,張運春,王曉鋒,楊 剛,康曉明,陳 槐,吳 寧

1 中國科學(xué)院成都生物研究所,成都 610041

2 西華師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,南充 637009

3 重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院,重慶 400047

4 西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院,綿陽 621010

5 中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所,北京 100091

濕地被稱為“地球之腎”,是生物多樣性最高的生態(tài)系統(tǒng)之一,為人類提供著多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),一直以來備受研究者和政策制定者的關(guān)注。然而,作為濕地的重要類型和組成部分的“小微濕地”(Small and micro wetlands)經(jīng)常被忽略,其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值被嚴重低估、對經(jīng)濟發(fā)展的積極效應(yīng)也沒有充分發(fā)揮,在濕地保護名錄和濕地資源調(diào)查中也往往“缺席”[1—2]。2018年,國際濕地公約第十三次締約國大會接受并通過了中國政府提交的“小微濕地保護管理”決議草案。這是我國首次向國際濕地公約組織提交的決議草案,草案提出關(guān)注和發(fā)揮小微濕地在水文循環(huán)、物種繁殖和避難、生物多樣性保護、文化服務(wù)等方面的重要生態(tài)功能,避免各種形式的小微濕地喪失。該決議草案引起了各國的熱烈響應(yīng),小微濕地成為關(guān)注的焦點。

由于小微濕地的概念剛剛提出,關(guān)于小微濕地的面積大小目前尚無規(guī)范標準[2—5],一般認為小微濕地是面積在8 hm2以下的自然或人工濕地生態(tài)系統(tǒng)[2—3,6—7]。自然小微濕地是指自然界在長期演變過程中形成的較穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)的小型、微型濕地,主要包括小湖泊、河灣、池塘、坑塘、河浜、季節(jié)性水塘、壺穴沼澤、春沼、湫洼、濕洼地、溪流、泉眼、丹霞濕地[3,6,8],以及寬度10 m 以下、長度5 km 以下的小型河道、溝渠濕地[6]；人工小微濕地是指雨水濕地、養(yǎng)殖塘、水田、水庫、城市小型景觀水體以及以污水處理為目的的人工濕地等[3]。小微濕地盡管面積比較小,但與人們的生活息息相關(guān),它具有美化景觀和生態(tài)環(huán)境、水質(zhì)凈化、蓄水調(diào)洪、調(diào)節(jié)小微氣候、為野生動植物提供小微棲息地、為人類提供舒適的休閑文娛場所等功能[9],還在水生生物的擴散傳播中起著重要作用[7]。

在學(xué)術(shù)研究中,此前有關(guān)小微濕地的相關(guān)研究多以 "small wetlands"、"small-scale wetlands"、"small patches of wetlands"、"micro wetlands"、"mini-wetland"以及 "wetland mosaics"等名詞出現(xiàn)[1—2,10—11]。從這些名詞共性來看,一方面強調(diào)了“濕地”,另一方面強調(diào)“小或微”,屬于小微濕地的研究范疇。通過Web of Science初步檢索,我們發(fā)現(xiàn)涵蓋以上概念的研究從1990年左右開始陸續(xù)出現(xiàn),普遍強調(diào)其生態(tài)學(xué)研究。在2018年小微濕地這一概念正式向《濕地公約》提出后,國內(nèi)相關(guān)專家學(xué)者[2—3,6—7]均認為,包括“小湖泊、池塘、壺穴沼澤等小型水域生態(tài)系統(tǒng)屬于小微濕地”。然而,“池塘”“壺穴”等研究盡管較早,但此前的研究大多未賦予“小濕地”“微濕地”等概念,也更多傾向于環(huán)境、養(yǎng)殖等方面的應(yīng)用研究。因此,結(jié)合“小微濕地”概念框架提出的背景以及當前學(xué)者對其涵蓋的類型定義,梳理小微濕地研究的發(fā)展歷程,理清研究的脈絡(luò)有助于找出研究的熱點以及對未來研究方向進行預(yù)測。

CiteSpace是—款著眼于分析科學(xué)文獻中蘊含的潛在知識,并在科學(xué)計量學(xué)、數(shù)據(jù)和信息可視化背景下逐漸發(fā)展起來的—款多元、分時、動態(tài)的引文可視化分析軟件[12—13]。此軟件可以將科學(xué)知識的結(jié)構(gòu)、規(guī)律和分布情況可視化的呈現(xiàn)出來,用以分析領(lǐng)域的研究熱點、發(fā)展趨勢、核心作者及研究機構(gòu)等[12]。當前我國在“小微濕地”框架下的研究工作正處于起步階段,本文的分析綜合考慮“小微濕地”這一概念提出的肇始期(1990年)以及國內(nèi)相關(guān)學(xué)者對其類型的定義,基于Web of Science核心庫的文獻源,檢索自1990年以來發(fā)表的小微濕地類似研究的論文,對檢索結(jié)果去重、整理、刪除不相關(guān)條目,最終獲得3072篇相關(guān)文獻。借助CiteSpace文獻計量學(xué)和知識圖譜分析方法進行信息挖掘,對小微濕地研究的相關(guān)文獻進行圖譜分析,梳理小微濕地研究的現(xiàn)狀及發(fā)展歷程,歸納其研究核心和熱點前沿方向,從而完整呈現(xiàn)小微濕地研究的總體樣貌,以期為研究者準確把握該領(lǐng)域的研究進展、方向及熱點提供理論參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文以Web of Science核心庫(WOS)作為數(shù)據(jù)來源,以“研究論文”為文獻類型進行高級檢索,檢索條件為：(AK=("small wetlands" OR "small-scale wetlands" OR "small patches of wetlands" OR "micro wetlands" OR "mini-wetland" OR "wetland mosaics" OR "pond" OR "lochan" OR "small and micro wetland") NOT AK=("solar" OR "raceway" AND "pond")) AND 文獻類型: (Article),檢索時間為1990 — 2021年。對檢索結(jié)果去重、整理、刪除不相關(guān)條目,最終獲得3072 篇相關(guān)文獻。將篩選后的文獻以“Refworks”的格式下載保存,作為分析數(shù)據(jù)樣本。

1.2 研究方法

本研究采用科學(xué)知識圖譜和文獻計量學(xué)的方法,利用CiteSpace實現(xiàn)文獻分析。CiteSpace是陳超美博士開發(fā)以用來挖掘和可視科研文獻數(shù)據(jù)的應(yīng)用軟件[13],本文借助信息可視化軟件CiteSpace (V.5.8.R3) 進行分析,在軟件中分別選擇Author(作者)、Institution(機構(gòu))、Keyword(關(guān)鍵詞)等選項,使用關(guān)鍵路徑算法對小微濕地研究進行聚類分析。節(jié)點強度默認Cosine(余弦函數(shù))和Within slices(時間切片內(nèi))等進行圖譜分析。使用Excel對發(fā)文量、機構(gòu)以及關(guān)鍵詞等進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析。通過對小微濕地研究領(lǐng)域文獻的可視化分析所得到的知識圖譜描述此類研究的現(xiàn)狀、熱點與前沿和發(fā)展趨勢。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文數(shù)量和發(fā)文學(xué)科

對年度發(fā)表論文數(shù)量進行分析,能夠反映出小微濕地研究發(fā)展速度、演化趨勢和受重視程度。圖1給出各年發(fā)文數(shù)量分布情況。從文獻總量來看,小微濕地研究從1990開始,發(fā)文量年際間雖有小的變化,但總體呈遞增趨勢,說明小微濕地的研究越來越受到研究者的重視。根據(jù)發(fā)文量可以將小微濕地的發(fā)展分為四個階段：1990—1994年為研究起始階段,這一階段處于研究的肇始期期,從事這一領(lǐng)域研究的學(xué)者較少,發(fā)文量也較少；1995—2005年為研究波點成長期,這一階段有不少學(xué)者開始關(guān)注這一領(lǐng)域,但沒有形成持續(xù)的研究,故這一階段論文發(fā)表量波動較大；2006—2015年開始發(fā)文量逐年遞增,進入穩(wěn)步增長期,這一階段越來越多的學(xué)者關(guān)注這一領(lǐng)域,研究成果也逐年遞增；2016年以后為文章激增期,這一時期文章有大幅度的激增,成為研究的熱點之一。

圖1 小微濕地研究文獻年度分布(1990—2021)Fig.1 Number of papers per year on small wetlands from 1990 to 2021

小微濕地研究涉及137個學(xué)科。從表1可以看出,論文發(fā)表量前10的學(xué)科分別是環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)(Environmental Sciences & Ecology)、工程學(xué)(Engineering)、水資源(Water Resources)、海洋和淡水生物學(xué)(Marine & Freshwater Biology)、環(huán)境工程(Engineering, Environmental)、漁業(yè)學(xué)(Fisheries)、農(nóng)業(yè)(Agriculture)、地質(zhì)學(xué)(Geology)、動物學(xué)(Zoology)和多領(lǐng)域的地理科學(xué)(Geosciences, multidisciplinary)。

表1 小微濕地研究排名前10的學(xué)科類別

從最強引用突現(xiàn)的結(jié)果看(圖2),小微濕地研究早期重要的研究學(xué)科為環(huán)境工程(Engineering, Environmental)/水資源(Water Resources)和農(nóng)業(yè)工程(Agricultural Engineering),然后是化學(xué)工程(Engineering, Chemical)和多領(lǐng)域的材料科學(xué)(Materials Science, Multidisciplinary)。近年研究的重要學(xué)科領(lǐng)域是環(huán)境研究(Environmental Studies)、材料科學(xué)(Materials Science)、城市研究(Urban Studies)、綠色可持續(xù)科學(xué)技術(shù)(Green & Sustainable Science & Technology)和其他類別的科學(xué)技術(shù)研究(Science & Technology-Other Topics),這些領(lǐng)域可能在未來幾年仍為小微濕地研究的重要學(xué)科領(lǐng)域。

圖2 小微濕地研究最強引用前十突現(xiàn)學(xué)科Fig.2 Top 10 subject categories with the strongest citation bursts on small wetlands

2.2 核心作者和國家地區(qū)分析

發(fā)文量較多的作者依次是Bernadette Picot、Jean Bontoux、Claude Casellas、Ivet Ferrer、Zdenek Adamek、Chang Kwei Lin、Derrick Yuk Fo Lai、Claude E Boyd、Ping Yang、Chuan Tong(表2)。

表2 發(fā)文量前10的作者

從最強引用突現(xiàn)的結(jié)果看(圖3)早期此領(lǐng)域重要的作者是Bernadette Picot,其發(fā)文從1991年持續(xù)到2005年。通過核心作者共現(xiàn)分析和文獻詳查發(fā)現(xiàn)發(fā)文較多Jean Bontoux、Claude Casella和Bernard Baleux與其合作較多,發(fā)表論文也較多。Chang Kwei Lin發(fā)文從1996年持續(xù)到2003年,Zdenek Adamek發(fā)文從2007年持續(xù)到2016年,Ivet Ferrer發(fā)文雖然也比較多,但多集中在2013至至2015年。Ping Yang、Chuan Tong與Derrick Yuk Fo Lai為合作者,其發(fā)文自2018年開始。從引用突現(xiàn)結(jié)果看,Ping Yang、Chuan Tong和Derrick Yuk Fo Lai的文章對未來幾年的研究影響可能較大。

圖3 小微濕地研究最強引用前十突現(xiàn)作者Fig.3 Top 10 authors with the strongest citation bursts on small wetlands

小微濕地研究發(fā)文量前十的國家依次是,美國、中國、印度、法國、加拿大、日本、西班牙、英國、澳大利亞和巴西(表3)。從其中介中心性看,英國在小微濕地研究中的中介中心性最大,在研究中起著關(guān)鍵作用,對小微濕地研究的影響也最大；中國雖然發(fā)文量較多,但其中介中心性值很小,表明發(fā)文的原創(chuàng)性和影響力不足。

表3 小微濕地研究前10的國家/地區(qū)

從最強引用突現(xiàn)的結(jié)果看(圖4),早期法國(強影響年份自1991年至2006年)、摩洛哥(強影響年份自1991年至2005年)、蘇格蘭(強影響年份自1996年至2006年)、瑞典(強影響年份自1998年至2005年)、以色列(強影響年份自1999年至2006年)、泰國(強影響年份自2001年至2004年),土耳其(強影響年份自2014年至2018年)在小微濕地研究方面影響較大,近年來伊朗、南非和中國在此領(lǐng)域影響較大,特別是南非和中國的研究對未來幾年小微濕地的研究可能影響較大。

圖4 小微濕地研究最強引用前十突現(xiàn)學(xué)科國家/地區(qū)Fig.4 Top 10 countries with the strongest citation bursts on small wetlands

2.3 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

學(xué)科領(lǐng)域的關(guān)鍵詞處于動態(tài)變化,不會憑空產(chǎn)生或消失,且多數(shù)學(xué)者的研究是基于前人研究成果,關(guān)鍵詞具有繼承性和延展[14]。關(guān)鍵詞是科技論文中表達主題概念的重要組成部分,能夠反應(yīng)文章的研究內(nèi)容和核心主題[15]。關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析,根據(jù)施引文獻中關(guān)鍵詞共現(xiàn)的情況繪制,兩個關(guān)鍵詞出現(xiàn)在同一篇文獻[15]中即視為一次合作,主要依據(jù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次矩陣。得到結(jié)果為關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò),此網(wǎng)絡(luò)可以反映出某一領(lǐng)域當前研究熱點及過去產(chǎn)生過哪些熱點研究[16]。對小微濕地研究相關(guān)文獻的關(guān)鍵詞進行分析和歸納,可以揭示小微濕地研究領(lǐng)域的熱點問題、發(fā)展脈絡(luò)和知識基礎(chǔ)。使用CiteSpace軟件對3072篇有效文獻的關(guān)鍵詞進行分析,將處理過的文獻數(shù)據(jù)導(dǎo)入CiteSpace軟件中,單個時間分區(qū)長度為1年；聚類詞來源為Title, Abstract, Author keywords, Keywords plus；節(jié)點類型為關(guān)鍵詞(Keyword),提取g-index為5的關(guān)鍵詞,生成的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜如圖5,共有節(jié)點207個,267條連接,網(wǎng)絡(luò)密度為0.0125,其中節(jié)點越大,表示其出現(xiàn)頻次越高；字體的大小表示其中介中心性的大小,字體越大,表示其中介中心性越高。

從圖5可以看出,以小微濕地類型為關(guān)鍵詞的節(jié)點包括“池塘(pond)”和“湖泊(lake)”,其中“池塘(pond)”也是最大的節(jié)點,這說明小微濕地研究中,以池塘為研究對象的最多,其次是湖泊。此外,節(jié)點較大的是“水(water)”、“生長(growth)”、“沉積物(sediment)”、“保護(conservation)”、“生物多樣性(biodiversity)”和“群落(community)”等,從詞頻出現(xiàn)來看,對小微濕地的研究領(lǐng)域較多的研究集中于小微濕地的水質(zhì)、生物的生長、沉積物的性質(zhì)和特性、小微濕地及其生物多樣性的保護、生物群落特征等；從其中介中心性看,這些領(lǐng)域具有重要貢獻的研究為“氮(nitrogen)”、“磷(phosphorus)”、“生長(growth)”、“群落(community)”、“生境(habitat)”、“大小(size)”、“生物多樣性(biodiversity)”等。

圖5 小微濕地研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識圖譜Fig.5 Co-occurrence knowledge map of key words on small wetlands research

圖6 小微濕地研究關(guān)鍵詞聚類圖Fig.6 Cluster map of key words on small wetlands research

從圖6關(guān)鍵詞的聚類分析看,小微濕地的研究可以歸納為16類,分別是“沉積物(#0 sediment)”、“物種豐富度(#1 species richness)”、“池塘水(#2 pond water)”、“磷(#3 phosphorus)”、“池塘(#4 pond)”、“鯉魚池(#5 carp pond)”、“水質(zhì)(#6 water quality)”、“空間分布(#7 spatial distribution)”、“水產(chǎn)養(yǎng)殖池(#8 aquaculture pond)”、“臨時池塘(#9 temporary pond)”、“藻類(#10 algae)”、“營養(yǎng)物(#11 nutrients)”、“重金屬(#12 heavy metals)”、“人工濕地(#13 constructed wetland)”、“池塘肥(#14 pond fertilization)”和“滲漏(#15 seepage)”。根據(jù)聚類的位置分析可以將16個研究類群分為3種類型,第一類型的類群是偏離主體研究且研究數(shù)量較少,不是小微濕地研究的主流領(lǐng)域。這一類型主要是以“滲漏(#15 seepage)”為聚類關(guān)鍵詞的類群,此群聚集了“滲漏(seepage)”、“蒸發(fā)(evaporation)”、“小淡水湖(lagoon)”、“滲入(infiltration)”等關(guān)鍵詞,說明這一類群主要研究小微濕地的水分保持、水分散失等問題。第二類型是和主體研究有一定的距離相對獨立,但有一定的研究量,這一類型包括“池塘(#4 pond)”和“人工濕地(#13 constructed wetland)”兩個類群。第三種類型的類群是相互交叉重疊,繼承和衍生關(guān)系密切的類群。包括“沉積物(#0 sediment)”、“物種豐富度(#1 species richness)”、“池塘水(#2 pond water)”、“磷(#3 phosphorus)”、“鯉魚池(#5 carp pond)”、“水質(zhì)(#6 water quality)”、“空間分布(#7 spatial distribution)”、“水產(chǎn)養(yǎng)殖池(#8 aquaculture pond)”、“臨時池塘(#9 temporary pond)”、“藻類(#10 algae)”、營養(yǎng)物(#11 nutrients)”、“重金屬(#12 heavy metals)”、“池塘肥力(#14 pond fertilization)”為聚類標簽,這一類型占有的類群數(shù)最多,為小微濕地研究的主體方向。研究內(nèi)容包括主要包括各種小微濕地對水體的凈化作用、對水質(zhì)的維持作用以及對生物多樣性保護的意義等方面。

表4 小微濕地研究近三年高頻關(guān)鍵詞

近三年的高頻關(guān)鍵詞結(jié)合其中介中心性分析可以看出(表4),2019年小微濕地生物治理(bioremediation)和產(chǎn)甲烷(methane emission)的研究為其研究熱點；2020年研究熱點為小微濕地藍細菌的培養(yǎng)(cyanobacteria cultivation)和利用產(chǎn)能進而形成生物循環(huán)經(jīng)常為其研究熱點；雖然2021年還沒有結(jié)束,但目前對其關(guān)鍵詞中間中心性分析而言,對小微濕地管理(pond management)的研究可能會占有重要的位置。

圖7 小微濕地研究最強引用前十突現(xiàn)關(guān)鍵詞Fig.7 Top 10 key words with the strongest citation bursts on small wetlands research

從關(guān)鍵詞最強引用突現(xiàn)的結(jié)果看(圖7),小微濕地早期的研究重點是“藻類(algae)”(強影響年份自1991年至1998年)、“種群(population)”(強影響年份自1997年至2007年)、“生態(tài)(ecology)”(強影響年份自2000年至2006年)、“物種豐富度(species richness)”(強影響年份自2008年至2010年),說明早期小微濕地的研究多集中于種群以及生物多樣性的調(diào)查方面；近年來,“微藻(microalgae)”(強影響年份自2013年至2018年)、“土地利用(land use)”(強影響年份自2017年至2019年)在小微濕地研究方面影響較大,這段時間微藻作為能源物質(zhì)和微藻對水的凈化作用研究較多,另外,利用遙感研究對土地利用方式的研究也是這一時期的研究重點；自2017年開始突現(xiàn)的“氣候變化(climate change)”和“廢水(waste water)”,以及自2018年開始突現(xiàn)的“養(yǎng)殖池塘(aquaculture pond)”和“影響(impact)”,由此可見,全球變化對小微濕地的影響、小微濕地對廢水的處理作用特別是對面源污染的治理,以及養(yǎng)殖用小微濕地的研究在近年較多,對未來幾年小微濕地的研究可能影響較大。

時間線圖主要側(cè)重于勾畫聚類之間的關(guān)系和某個聚類中文獻的歷史跨度[17](圖8)。小微濕研究根據(jù)關(guān)鍵詞分成16個類群,關(guān)鍵詞時間線圖的各個關(guān)鍵詞根據(jù)所屬的聚類和發(fā)表時間被設(shè)置在相應(yīng)的位置上,形成時間線視圖。同一聚類的關(guān)鍵詞按照時間順序被排布在同一水平線上,每個聚類中的關(guān)鍵詞被串在一條時間線上,展示該聚類的歷史成果[17]。

圖8 研究關(guān)鍵詞時間線圖Fig.8 Timeline map of key words on small wetlands research

關(guān)鍵詞時間線圖分析可以看出研究主題的起源和發(fā)展及研究時限(圖9)。根據(jù)時間分片和持續(xù)時間可以將小微濕地研究分為3類：

第一類是持續(xù)時間較短的研究主題,這一類型包括#15類群,此類群主要關(guān)注小微濕地的滲漏和蒸發(fā)問題[18—19]的研究,繼承于#4研究關(guān)鍵詞“池塘(pond)”且頻度都很小,主要研究水分保持、水分散失等問題,這一類群不是小微濕地研究的主流,研究數(shù)量少,持續(xù)時間也短。

第二類是持續(xù)時間較長但目前研究較少的主題,這一類型研究主要包括#0、#5、#6、#7、#9、#11、#13、#14八個主題, 研究內(nèi)容主要涉及沉積物的特征及其利用[20—23]及其對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響[24];鯉魚池類小微濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[25]；小微濕地建設(shè)水質(zhì)狀況[26—27]；小微濕地生物組成的影響因素[28—29],短時小微濕地對生物習性的影響[30—32],富營養(yǎng)化水體生物群落的特征[33],人工濕地的污水凈化作用[34—35],養(yǎng)殖池塘施肥量的測算[36]和施肥與水產(chǎn)產(chǎn)量的關(guān)系[37—39]。

圖9 研究關(guān)鍵詞時區(qū)圖Fig.9 Timezone map of key words on small wetlands research

第三類是持續(xù)時間較長而且目前仍為研究熱點的主題,研究包括#1、#2、#3、#4、#8、#10、#12七個主題,這些研究集中于小微濕地對生物多樣性的貢獻[40]、小微濕地保護和管理的研究[41—43]、小微濕地碳氮磷等元素的循環(huán)[44—50],小微濕地對生物演替的影響[51—54],小微濕地對溫室氣體排放[55—60],小微濕地中藻類生長狀況及指示作用[61—63],小微濕地的重金屬污染及其評價[64—69]。

根據(jù)研究主題的起源和發(fā)展及相關(guān)性,可以將小微濕地的研究分為3類：

(1)小微濕地組件的特征及應(yīng)用：這類研究的主題比較分散,主要涉及小微濕地滲漏和蒸發(fā)問題[18—19],沉積物理化性質(zhì)和作為植物肥料增產(chǎn)效果明顯[20—21],小微濕地重金屬的時空分布狀況[22],小微濕地物種[70]及生長模式[71]的研究、物種間的相互作用[72—73],小微濕地二氧化碳的濃度和排放特征[74]等內(nèi)容。

(2)小微濕地的水環(huán)境和管理：小微濕地水環(huán)境的惡化問題,如Toor等研究表明印度農(nóng)村池塘受到污染水質(zhì)變差[27],Jarosiewicz等比較城市小微濕地和農(nóng)用地附件的小微濕地,認為城市小微濕地的富營養(yǎng)化狀況要好于農(nóng)用地小微濕地[75]；小微濕地水環(huán)境的監(jiān)測指標的研究,如Foteinis等用137Cs判斷人為干擾和歷史水位等[76],Broeck等研究了小微濕地評價指標[77],Ruangsomboon等研究了小微濕地水華毒素的積累模式[78]。小微濕地的水體凈化問題,小微濕地是一種低成本、低能耗、高效率的水污染控制技術(shù)[35],研究表明,人工小微濕地可以降低到達地表水的農(nóng)藥含量[79]、可以降低農(nóng)業(yè)面源污染[80]、能夠有效的除去糞細菌[81],小微濕地處理城市地表徑流和污水混合水體既能美化城市又能有效去除氮磷[82]。小微濕地管理問題,如Olmo等發(fā)現(xiàn)新修復(fù)的池塘隨時間的推移電導(dǎo)率、 pH值、氧氣會降低,植被覆蓋率會增加,功能也會降低[26],需要對小微濕地進行持續(xù)管理且保持小微濕地的多元化,如不同類型的蛙類會選擇不同深度的小微濕地進行繁殖[31],小微濕地的水周期、水面寬度和深度影響水中鞘翅目昆蟲的多樣性[32],小微濕地水生植物分布受水的理化性質(zhì)和水文周期的影響[83]；小微濕地管理方式對大型底棲動物群落[84]和生物多樣性保護都有很大影響[52][42],微濕地的研究不僅僅限于小微濕地本身的管理還涉及周邊,如研究表明集約化耕作造成小微濕地的減少繼而引起生物多樣性降低[85—86]。此外,Turkowski認為養(yǎng)殖類小微濕地的水環(huán)境管理需要政府資金的支持[87]。

(3)小微濕地生態(tài)系統(tǒng)功能與生物多樣性維持的研究。小微濕地生態(tài)系統(tǒng)功能方面的研究,一方面是小微濕地在地球化學(xué)循環(huán)中的作用,如Guo等研究了小微濕地碳氮磷等元素的收支狀況[44],Remm等認為小微濕地是全球碳循環(huán)的凈貢獻者[88]；另一方面是小微濕地對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)量的影響,如Rosell等研究表明小微濕地的增加有助于周邊農(nóng)田農(nóng)作物的增產(chǎn)[89]。小微濕地生物多樣性維持的研究較多,也是研究的熱點,多集中在小微濕地生物多樣性的時空分布與影響生物多樣性的因素。小微濕地多樣性時空分布的研究如小微濕地的群落組成[90]和生物多樣性特征[29],富營養(yǎng)化水體生物群落的特征[33,91],不同凈化階段小微濕地的生物種類不同[92]等。影響小微濕地多樣性因素的研究如Karim等研究了浮游植物豐度與小微濕地環(huán)境的關(guān)系[93]、Pellet等認為小微濕地景觀特征和水質(zhì)化學(xué)指標對樹蛙的分布[94]、Adamek等證實沉積物的生物擾動可以影響底棲大型無脊椎動物和魚類以及浮游動物和大型植物的生長[43],此外,小微濕地是兩棲動物跨越不利生境的避難所和擴散的踏腳石[95]、城市小微濕地的建設(shè)可以增加蜻蜓等昆蟲的多樣性[96]、在森林附近建設(shè)小微濕地可以增加大型無脊椎動物的多樣性[97—98],而且小微濕地也能夠增加陸生植物的多樣性[51]。

在CiteSpace中時區(qū)視圖是側(cè)重于從時間跨度上顯示知識演進的視圖[99],通過關(guān)鍵詞時區(qū)圖我們可以看出小微濕地研究的演變趨勢和相互之間的影響。在關(guān)鍵詞時區(qū)圖中,所有節(jié)點被定位于橫軸為時間的二維坐標中,按照關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)的時間,不同的節(jié)點被放置在相應(yīng)的時區(qū)內(nèi)[99]。關(guān)鍵詞時區(qū)圖所展示的是區(qū)域內(nèi)某個關(guān)鍵詞出現(xiàn)的多寡,時區(qū)內(nèi)某個關(guān)鍵詞出現(xiàn)數(shù)量少,節(jié)點數(shù)量少,則表示該時區(qū)相關(guān)研究處于低谷時期。另外,通過各時區(qū)節(jié)點的連線關(guān)系,可以看出不同時間段研究的繼承關(guān)系[17]。

從關(guān)鍵詞的演變來看(圖9),以pond和lake為研究對象的小微濕地成為研究重點,最初研究為小微濕地生物群落的研究,關(guān)注浮游生物的生長,后面開始研究生物多樣性、水質(zhì)、管理、對污染物的去除作用等方面。從研究類群的演變看,對小微濕地研究先后依次是浮游生物的生長動態(tài)與共存特征以及表水特征,營養(yǎng)物對浮游生物生長狀況影響,有機物含量及與水生生物生長代謝的關(guān)系,磷含量狀況以及與磷相關(guān)的廢水處理和水質(zhì)問題,藻類的狀況及水體富營養(yǎng)化,水生生物的分布、食物、繁殖和多樣性,污水處理效果,溫室氣體釋放,水分散失,沉積物的性質(zhì)及其環(huán)境影響和治理,生物多樣性及其環(huán)境因子,生物演替和生物量,水質(zhì)及與生物多樣性的關(guān)系,對小微濕地的保護和管理,水質(zhì)的管理和水質(zhì)影響的生物和非生物因素,重金屬污染狀況?？傮w而言,對小微濕地的研究最初注重其自然狀況的研究,后期逐漸轉(zhuǎn)為對小微濕地在環(huán)境中的作用以及其自身污染狀況和管理的研究。小微濕地自身的污染狀況和管理以及其生態(tài)服務(wù)功能可能成為將來研究的增長點。

2.4 文獻共被引分析

從文獻共被引知識聚類圖譜(圖10)可以看出,被引文獻可以分為主要的5類,根據(jù)時間軸切片可以清晰的劃分為3個階段：

第一階段為2005年之前,這一階段可以稱作小微濕地生物研究階段。主要研究小微濕地中生物的構(gòu)建機制、多樣性等,小微濕地對生物多樣性保護的重要性,主要涉及3個主題,最早的是林蛙(Ranasylvatica)的研究,這一類群中關(guān)鍵文獻為Wellborn等1996年關(guān)于水生生物群落的構(gòu)建機制[100]和Marsh 等2001年發(fā)表的兩棲動物集合種群的動態(tài)和保護[101]的兩篇文章。稍后的是關(guān)于短時池塘(temporary pond)的研究,突現(xiàn)文獻為Oertli 等2002年關(guān)于池塘大小與生物多樣性關(guān)系[102]的文章和Nicolet 等2004年關(guān)于臨時塘與濕地動植物關(guān)系[103]的文章。之后在無脊椎動物(invertebrates)為主題的研究中突現(xiàn)文獻是Williams等2004年和Biggs等2005年的兩篇文章,Williams等比較了不同類型的小微濕地對大型植物和大型無脊椎動物多樣性的貢獻和相對價值[104]；Biggs等闡述了小微濕地對淡水動植物的重要性以及對池塘的進一步研究和保護[105]。

圖10 小微濕地研究文獻共被引聚類知識圖譜Fig.10 Co-citation references clustering network of small wetlands research

第二階段(2006年—2014年),是研究全球變化背景下的小微濕地。這一階段主要研究小微濕地在全球變化中的作用及貢獻,研究主題中突現(xiàn)文獻為Adamek等2012年對歐洲千年來池塘水產(chǎn)養(yǎng)殖的綜述[106]和Cereghino等2014年以池塘在全球變化中的生態(tài)作用(The ecological role of ponds in a changing world)為題目的論文,論文指出雖然池塘的生態(tài)作用現(xiàn)在已經(jīng)確立,但仍然需要基于研究的權(quán)威建議,為未來保護小水體的方向提供信息,并進一步彌合科學(xué)與實踐之間的鴻溝[107]。

第三階段(2014年以后),主要研究小微濕地的生態(tài)功能特征以及小微濕地對城市的重要性,研究中Oksanen的R軟件包Vegan得到廣泛應(yīng)用也是此類研究的一個重要突現(xiàn)點,另外一篇突現(xiàn)文章為Hassall等[108]2014年發(fā)表的城市池塘的生態(tài)和多樣性,開始了對城市小微濕地的生態(tài)功能研究,文章提出了3項城市小微濕地研究的方向,一是城市小微濕地的設(shè)計和位置在影響生物多樣性方面的作用,二是城市濕地對雨水和污染管理的功能,三是公眾對城市生態(tài)系統(tǒng)的看法,以及這些看法如何受到與自然系統(tǒng)的相互作用的影響。

3 討論與結(jié)論

小微濕地面積雖小,但數(shù)量眾多、發(fā)揮著獨特的生態(tài)功能。隨著學(xué)者和政策制定者對小微濕地的日益關(guān)注[2]和工程運用的實踐[6],以小微濕地為研究的主題呈上升態(tài)勢。小微濕地研究論文始于1990年,發(fā)文量前期發(fā)展較慢且波動較大,后期呈持續(xù)上升態(tài)勢,小微濕地的研究受到越來越多研究者的關(guān)注,文章總產(chǎn)出量逐年遞增。小微濕地作為一個小而全的生態(tài)系統(tǒng),其研究內(nèi)容幾乎涉及生命科學(xué)的各個領(lǐng)域以及環(huán)境、生態(tài)、水產(chǎn)等137個學(xué)科。環(huán)境科學(xué)和生態(tài)學(xué)是在小微濕地研究中占有重要的地位,其文章產(chǎn)出量最多。小微濕地在城市中的功能研究、小微濕地在綠色可持續(xù)發(fā)展中的作用以及在環(huán)境科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用可能是今后小微濕地研究的發(fā)展方向。

小微濕地雖然是一個“新興”的概念,但對不同類型小微濕地的研究一直都在進行著,比如自20世紀40年代起,美國、英國和愛爾蘭等發(fā)達國家陸續(xù)開展了針對草原湖穴、池塘等小型濕地的生態(tài)調(diào)查和保護恢復(fù)工作[2]。我國在小微濕地研究方面起步較晚,但小微濕地研究數(shù)量今年激增。從研究發(fā)文量來看我國居第二位,但我們研究的中介中心性很小,說明雖然發(fā)文量較多,但發(fā)文總體的原創(chuàng)性和影響力不足,有待加強。文獻突現(xiàn)研究表明近年我國小微濕地研究方面有較大的突破,在未來小微濕地研究方面可能會逐步占據(jù)主導(dǎo)地位。小微濕地研究作者呈聚集分布,有明顯的合作繼承關(guān)系,例如此領(lǐng)域早期研究影響力較大的Bernadette Picot與Jean Bontoux、Claude Casella和Bernard Baleux合作較多,他們發(fā)文量都較多,影響力也都較大,小微濕地研究涉及學(xué)科較廣,合作研究會有助于學(xué)科的交叉產(chǎn)出突破性的成果。近年來Ping Yang、Chuan Tong和Derrick Yuk Fo Lai幾位作者的文章影響較大值得從事小微濕地研究的學(xué)者關(guān)注。

小微濕地是水域面積較小的濕地,包括的類型較多,目前研究最多的類型為塘(pond)和湖(lake)。由于小微濕地研究涉及的學(xué)科較多,小微濕地研究的方向也比較多,根據(jù)關(guān)鍵詞聚類可以將其分為16個聚類,這16個聚類各自有不同的研究重點,但有些聚類關(guān)系較遠,有些聚類關(guān)系密切相互交疊。其中研究小微濕地的水分保持、水分散失等問題的類群分為研究量較少的非主流研究；人工濕地(constructed wetland)和池塘(pond)研究的兩個類群發(fā)文量不少但相對獨立；其余的聚類相互交叉重疊,繼承和衍生關(guān)系密切,研究內(nèi)容包括主要包括各種小微濕地對水體的凈化作用、對水質(zhì)的維持作用以及對生物多樣性保護的意義等方面,可以看作是小微濕地研究的主體。小微濕地的研究內(nèi)容最初注重其自然狀況的研究,后期逐漸轉(zhuǎn)為對小微濕地在環(huán)境中的作用以及其自身污染狀況和管理的研究。小微濕地主體研究方面全球變化對小微濕地的影響、小微濕地對廢水的處理作用特別是對面源污染的治理、小微濕地的碳排放(如：甲烷的排放)和在碳中和中的作用、小微濕地的管理和小微濕地的生態(tài)服務(wù)功能的研究可能是未來幾年的研究熱點。

小微濕地的研究經(jīng)過多年的積累,有3000多篇相關(guān)文獻,本文利用CiteSpace文獻共被引知識聚類把小微濕地主流研究的文獻分為5大類,依據(jù)時間切片可以將其分為三個階段。第一階段,小微濕地的研究早期只是把小微濕地作為一個研究地點,來研究水生動植物的種群和群落狀況,后來人們開始關(guān)注小微濕地對水生動植物種群、群落和生物多樣性的意義,進而提出對小微濕地的管理和保護；第二階段研究集中于小微濕地在全球變化中的作用及貢獻；第三階段著重研究小微濕地的生態(tài)功能以及小微濕地對城市的重要性,在未來的研究中城市小微濕地的研究和工程運用可能成為新的增長點。