葛裕豪，楊 旭，張 婧，張德權(quán)

(1.黑龍江大學 水利電力學院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江大學 信息管理學院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 引言

富營養(yǎng)化已成為國內(nèi)外影響水環(huán)境安全的重要問題[1～4]。在氣候變化和人類活動的雙重影響下，大量外源營養(yǎng)物質(zhì)輸入湖泊[5]，疊加沉積物內(nèi)源營養(yǎng)物質(zhì)的釋放作用，湖內(nèi)水體營養(yǎng)狀態(tài)逐漸從低生產(chǎn)力的貧營養(yǎng)狀態(tài)向高生產(chǎn)力的富營養(yǎng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變[6]。在自然條件下，湖泊緩慢經(jīng)歷著形成、發(fā)展、衰竭乃至滅絕的過程[7,8]。在高強度的人類活動影響下，這一演化過程被大大加快[9]。人為因素造成的富營養(yǎng)化引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題日益成為威脅可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題[10,11]。已有大量研究報道富營養(yǎng)化發(fā)生機制、浮游藻類與營養(yǎng)鹽負荷相互作用與關(guān)系等[12～16]，為了經(jīng)濟-生態(tài)的協(xié)同綠色發(fā)展，有必要對其研究脈絡進行梳理，并從中歸納出當前在該領域的機構(gòu)、學者的脈絡關(guān)系和研究熱點。本文運用CiteSpace軟件獲取分析近20年湖泊富營養(yǎng)化的高頻關(guān)鍵詞、發(fā)文量和機構(gòu)、發(fā)文作者關(guān)系等對湖泊富營養(yǎng)化重點研究領域和發(fā)展方向進行探析。旨在為踐行我國“一湖一策”“一類一策”的湖泊未來重點研究方向提供一定的借鑒和參考。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

文獻計量軟件CiteSpace通過學科相關(guān)領域的文獻發(fā)文量與相關(guān)度，可視化分析多個領域之間聯(lián)系。本研究將采用該軟件對中國知網(wǎng)(CNKI)中選取的能夠代表當前國內(nèi)較高研究水平的核心期刊論文進行可視化分析。

本研究以中國知網(wǎng)收錄的論文為數(shù)據(jù)來源，在數(shù)據(jù)庫中將檢索時間設定為2002～2022年，主題以“湖泊富營養(yǎng)化”和“藍藻水華”為條件進行檢索，選取“SCI來源期刊”“EI來源期刊”“北大核心”“CSSCI”“CSCD”為來源期刊，檢索出文獻數(shù)量712篇。通過以“水質(zhì)”為檢索主題對所獲文獻進行篩選。最后，選定“環(huán)境科學與資源利用”為學科標簽，最終檢索出有效論文數(shù)量為693篇作為數(shù)據(jù)源。

2.2 分析方法

本研究先利用Excel對原始數(shù)據(jù)中近20年的期刊發(fā)文量、期刊分布圖和研究機構(gòu)發(fā)文量統(tǒng)計圖表進行繪制，分析國內(nèi)湖泊富營養(yǎng)化相關(guān)研究的熱門期刊、機構(gòu)和發(fā)文趨勢。然后，使用CiteSpace軟件對作者、機構(gòu)和關(guān)鍵詞進行聚類分析。最終，獲取我國湖泊富營養(yǎng)化研究近20年相關(guān)文獻中的合作網(wǎng)絡關(guān)系、共現(xiàn)聚類圖譜和突現(xiàn)率數(shù)據(jù)。厘清我國湖泊富營養(yǎng)化研究現(xiàn)狀、熱點、前沿、變化趨勢和發(fā)展方向，并對其進行影響分析。

3 湖泊富營養(yǎng)化研究熱點分析

3.1 文獻與學科分布統(tǒng)計分析

2002～2022年國內(nèi)湖泊富營養(yǎng)化研究的發(fā)文量呈現(xiàn)出先上升后波動的趨勢(圖1)。2002～2011年間大體呈上升趨勢，只有2006年和2010年發(fā)文量較上一年有所下降，文獻數(shù)量在2011年達到峰值，總計61篇。2011年后文獻大體呈現(xiàn)出先下降后趨于平穩(wěn)的小幅波動的形式。2007～2021年間，國內(nèi)有關(guān)湖泊富營養(yǎng)化發(fā)文量均保持在30篇以上。截至2022年9月份已發(fā)文18篇。近年來，從發(fā)文趨勢可以看出國內(nèi)對于湖泊富營養(yǎng)化的研究熱度有所提升，說明理論界對于湖泊富營養(yǎng)化的研究熱情依舊較高。

圖1 2002～2022年國內(nèi)湖泊富營養(yǎng)化研究文獻年度分布

3.2 載文期刊統(tǒng)計分析

期刊是展現(xiàn)、傳遞和存貯有關(guān)學科科研成果的主要載體。通過對CNKI收錄的湖泊富營養(yǎng)化期刊論文的可視化定量分析，可以更好地展示出湖泊富營養(yǎng)化的研究現(xiàn)況、研究熱點和前沿發(fā)展。為更好地分析我國湖泊富營養(yǎng)化所研究文獻資料的期刊分布特點，對693篇文獻資料加以數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2002～2022年國內(nèi)湖泊富營養(yǎng)化研究成果的期刊分布較為集中(圖2)。刊發(fā)湖泊富營養(yǎng)化相關(guān)文獻數(shù)量最多的期刊是《湖泊科學》，達到119篇，占比為27%。《環(huán)境科學》《環(huán)境科學與技術(shù)》《中國環(huán)境科學》，刊內(nèi)載文量達到30余篇，占比為7%。其余16個期刊的載刊量在8～23篇，相對較少。

圖2 載文期刊分布數(shù)量及占比

3.3 湖泊富營養(yǎng)化研究機構(gòu)分布的可視化分析

用CiteSpace研究發(fā)文機構(gòu)的突現(xiàn)率(表1)。從表1可以看出，2002～2022年，中國科學院南京地理與湖泊研究所是發(fā)文最頻繁的機構(gòu)，發(fā)文量高達132篇；其次為中國科學院水生生物研究所，發(fā)文量累計65篇。同時，中國科學院南京地理所與湖泊研究所也是突現(xiàn)率最高的發(fā)文機構(gòu)，突現(xiàn)率數(shù)值達14.33，說明該機構(gòu)在湖泊富營養(yǎng)化領域的研究在橫向與縱向范圍上較為全面與深入，其研究成果相對其他機構(gòu)更具權(quán)威性與說服力。

表1 湖泊富營養(yǎng)化研究領域高頻機構(gòu)統(tǒng)計

3.4 湖泊富營養(yǎng)化作者分布的可視化分析

作者分為高產(chǎn)作者、影響作者和活躍作者。這些作者發(fā)表的高水平文獻推動著科研領域的發(fā)展和前進。利用CiteSpace軟件繪制作者共現(xiàn)聚類圖可以更直觀地顯示湖泊富營養(yǎng)化相關(guān)領域科研人員的脈絡和研究狀況[17](圖3)。

圖3 作者共現(xiàn)聚類

圖3為2002～2022年從事湖泊富營養(yǎng)化研究作者的CiteSpace聚類分析圖譜。其中節(jié)點越大代表作者發(fā)文量多，線段越粗顏色越粗代表作者之間的合作越密切。圖3中，朱廣偉[18，19]是最大的節(jié)點，其次是孔繁祥[20，21]、許海[22]、秦伯強[23]，這些研究學者近年發(fā)文量較多。此外，在作者分布方面，孔繁翔、秦伯強、高俊峰[24]等研究人員與其他學者漸漸形成了較為緊密的聯(lián)系，并占據(jù)了相對應的聯(lián)絡中心節(jié)點。如以孔繁翔為中心形成了較為廣泛的關(guān)系網(wǎng)絡?？傮w而言從事湖泊富營養(yǎng)化研究的學者在合作網(wǎng)絡上呈現(xiàn)出“大分散，小聚集”的特點。

研究表明，大多數(shù)研究熱點都是由高產(chǎn)作者提出的[4]。因此，為更好地展現(xiàn)2002-2022年國內(nèi)湖泊富營養(yǎng)化研究熱點，從CiteSpace處理過的數(shù)據(jù)中提取前12位作者數(shù)據(jù)，并比較排名較為靠前的作者(表2)。經(jīng)過比較，研究湖泊富營養(yǎng)化的作者發(fā)文量相對穩(wěn)定。其中，文章數(shù)量最多的作者是朱廣偉(21篇)、秦伯強(18篇)、孔繁翔(15篇)，其中秦伯強是國內(nèi)最早進行湖泊富營養(yǎng)化領域相關(guān)研究的，孔繁祥的研究時間比較短。朱廣偉、許海、秦伯強等是近20年來產(chǎn)出率較高的作者，表明了近年來國內(nèi)這3位作者對湖泊富營養(yǎng)化的關(guān)注和研究較多。

表2 湖泊富營養(yǎng)化研究領域高頻作者統(tǒng)計

3.5 湖泊富營養(yǎng)化研究關(guān)鍵詞分布的可視化分析

關(guān)鍵詞是作品的核心詞匯，最能代表作品的研究重點和方向[25]。CiteSpace軟件可以對關(guān)鍵詞進行聚類分塊。本研究將收集到的文獻按關(guān)鍵詞分組，得到563個節(jié)點，如圖4所示，說明2002～2022年中國海洋富營養(yǎng)化研究主要圍繞563個關(guān)鍵詞展開。由該聚類圖譜得出，藍藻水華出現(xiàn)的頻次最多，富營養(yǎng)化與藍藻緊隨其后，說明湖泊富營養(yǎng)化導致藻類生長從而引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象一直是從事湖泊水質(zhì)研究學者的熱門研究方向。而洱海[26]、巢湖[27]與城市湖泊也顯示在該聚類圖中，區(qū)域塊面積較小，表明自然湖泊與城市湖泊中出現(xiàn)的水體富營養(yǎng)化也在近20年里逐漸引起了理論界的重視。

關(guān)鍵詞的數(shù)量和增長能夠有效反映研究領域的熱點話題，關(guān)鍵詞頻率越高，研究的焦點越強。為更全面突出國內(nèi)湖泊富營養(yǎng)化的研究熱點和前沿問題，利用CiteSpace軟件的擴展詞檢測算法計算出現(xiàn)頻率，提取出現(xiàn)頻率和頻率排名前9位的關(guān)鍵詞如表3所示。從表3可以看出，中心度高的關(guān)鍵詞分別是藍藻水華和富營養(yǎng)化。關(guān)鍵詞詞頻最高的是“藍藻水華”(260)，中心性0.64；其次關(guān)鍵詞詞頻是“富營養(yǎng)化”(159)，中心性0.54；之后關(guān)鍵詞詞頻是“藍藻”(91)，中心性是0.29。說明對藍藻水華、富營養(yǎng)化領域的理論研究一直以來都是湖泊富營養(yǎng)化研究的重點。“巢湖”(35)和“洱?！?9)的中心性分別為0.04和0.01，表明兩個湖泊的富營養(yǎng)化研究較多。“總磷”(10)的中心性為0.02說明國內(nèi)研究者對富營養(yǎng)化研究主要集中在受總磷影響為主的湖泊[28]，在未來的理論研究者可以更加深入探析水華發(fā)生機理，將研究對象向其他湖泊進行擴散，同時多加運用至實踐中，以更好的解決國內(nèi)湖泊富營養(yǎng)化問題[29]。

表3 湖泊富營養(yǎng)化研究領域高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計分析

3.6 湖泊富營養(yǎng)化主題演化的可視化分析

主題的演化過程是指主題的出現(xiàn)、衍生和消亡，是以時間線的形式呈現(xiàn)出學科領域文獻的研究主題，比單純通過主題聚類來分析詞頻變化更加全面直觀[30]。CiteSpace軟件可以通過制作時間維度的主題發(fā)展圖表清楚地看到相關(guān)文獻中包含的關(guān)鍵詞的發(fā)展情況以及關(guān)鍵詞之間的關(guān)系。為挖掘湖泊富營養(yǎng)化的研究趨勢，本文主要以高頻關(guān)鍵詞為代表分析該學科研究前沿，繪制的時間軸視圖可以清晰地展示湖泊富營養(yǎng)化研究前沿隨時間的演化。根據(jù)圖5可以看出，2002～2022年，我國湖泊富營養(yǎng)化的研究始終圍繞藍藻水華這一主題展開并逐漸往外擴展，衍生出“富營養(yǎng)化”“藍藻”等熱門詞匯。從關(guān)鍵詞時間軸聚類圖譜(圖5)情況來看，湖泊富營養(yǎng)化研究的演變呈現(xiàn)出以下特點：①國內(nèi)淺水富營養(yǎng)湖泊的生態(tài)修復和治理是重點關(guān)注內(nèi)容；②遙感技術(shù)主要應用于湖泊水質(zhì)變化的監(jiān)測[31]；③多種生物技術(shù)應用于湖體中微生物的測量；④通過調(diào)查湖泊底棲動物的生物量和生物種類來反映湖泊水質(zhì)變化[32]；⑤藍藻水華的發(fā)生機制、影響因素和分析預測方法成為近幾年的研究熱點；⑥有關(guān)氣候因素、發(fā)生機制和模型預測的水體富營養(yǎng)化研究將成為未來幾年的研究趨勢[33～35]。

圖5 2002～2022年國內(nèi)湖泊富營養(yǎng)化高頻關(guān)鍵詞聚類時間圖譜

在CiteSpace軟件中，從文獻中的標題和摘要中提取出來的是研究前沿的新興詞組，它的強弱可以反映外界對文獻的關(guān)注程度。選取2002～2022年高突現(xiàn)率的關(guān)鍵詞，分析湖泊富營養(yǎng)化近20年的演化路徑，如圖6所示。突現(xiàn)率較高的關(guān)鍵詞有富營養(yǎng)化、湖泊、底泥等。關(guān)鍵詞中湖泊、時空分布、富營養(yǎng)化、底泥、生態(tài)恢復等領域的研究時間跨度較長，2011年后，水體富營養(yǎng)化的時空分布成為了研究的主要方向，研究TN、TP濃度的時空分布及其與Chl-a的相關(guān)性，對了解湖泊富營養(yǎng)化機制具有重要意義。

圖6 2002～2022年國內(nèi)湖泊富營養(yǎng)化高突現(xiàn)率關(guān)鍵詞可視化圖譜

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

本研究以2002～2022年在中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫中有關(guān)湖泊富營養(yǎng)化研究的693篇論文為研究對象，借助CiteSpace軟件進行數(shù)據(jù)可視化，研究了當前湖泊富營養(yǎng)化研究的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，結(jié)論如下：

(1)從個人發(fā)文量來看當前國內(nèi)湖泊富營養(yǎng)化研究主要以朱廣偉、秦伯強、許海、孔繁翔等人為代表，主要研究南方淺水湖泊富營養(yǎng)化。從發(fā)文機構(gòu)來看國內(nèi)當前在研究湖泊富營養(yǎng)化上有一定成果的主要機構(gòu)有中國科學院南京地理與湖泊研究所、中國科學院水生生物研究所、中國科學院大學、南京大學和中國環(huán)境科學研究院等。

(2)從關(guān)鍵詞共現(xiàn)聚類圖譜和關(guān)鍵詞聚類時間圖譜上來看，總磷是造成湖泊富營養(yǎng)化的主控因子；研究重點表現(xiàn)出由自然湖泊向人工湖泊、由低緯湖泊向高緯湖泊轉(zhuǎn)變的趨勢。湖泊富營養(yǎng)化發(fā)生機制、氣候變化對湖泊富營養(yǎng)化的影響、富營養(yǎng)化的智慧監(jiān)測和模擬預測是當前研究的重點和難點。

(3)高緯湖泊富營養(yǎng)化發(fā)生機制、多技術(shù)耦合的富營養(yǎng)化模擬預測和富營養(yǎng)化智慧監(jiān)控和管理平臺構(gòu)建將成為未來的研究趨勢和方向。

4.2 展望

經(jīng)綜合分析后，建議國內(nèi)有關(guān)學者能夠更多地對高緯度湖泊富營養(yǎng)化發(fā)生機制進行深入研究。具體措施建議如下：

(1)加強冰封期湖泊營養(yǎng)鹽遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、湖冰結(jié)構(gòu)對富營養(yǎng)化發(fā)生的作用及高緯湖泊富營養(yǎng)化發(fā)生對氣候變化的響應等方面的富營養(yǎng)化發(fā)生機制的研究。

(2)建立全季節(jié)“空-天-地”一體化監(jiān)測體系，加強高緯湖泊的水質(zhì)指標的實時監(jiān)測。

(3)在湖泊富營養(yǎng)化預測上，可以將機理模型和機器學習方法耦合，更好地預測富營養(yǎng)化發(fā)生應對變化環(huán)境的響應，為決策機構(gòu)保留更多的響應時間。