李通，崔麗珍，楊雅茜，宋秀芳，唐立，崔驍勇?，郝彥賓，王艷芬

(1 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 北京 100049； 2 格里菲斯大學(xué)地球健康和糧食安全中心, 布里斯班 4111，澳大利亞；3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 北京 100049； 4 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京燕山地球關(guān)鍵帶國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站， 北京 101408；5 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)中丹學(xué)院/中丹科教中心， 北京 100049； 6 中國(guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心， 北京 100190； 7 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)圖書(shū)情報(bào)與檔案管理系， 北京 100049)

黃河是中國(guó)第二長(zhǎng)河，全長(zhǎng)5 464 km，流域面積廣且自然條件復(fù)雜，是連接青藏高原、黃土高原、華北平原的生態(tài)廊道[1-4]，是中國(guó)最重要的生態(tài)屏障之一。黃河流域擁有三江源、祁連山等多個(gè)國(guó)家公園和重要的生態(tài)功能區(qū)，其生態(tài)狀況對(duì)流域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)安全、民生福祉等具有重要作用[3-4]。長(zhǎng)期以來(lái)，黃河流域上中游地區(qū)風(fēng)沙、干旱、水土流失等災(zāi)害問(wèn)題突出，同時(shí)“水少沙多、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)”等環(huán)境問(wèn)題加劇了下游河道泥沙淤積和洪水威脅，嚴(yán)重制約著黃河流域及相關(guān)地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展[5]。從流域整體來(lái)看，上游植被退化、中游水沙銳減、下游用水緊張、河口三角洲退縮等現(xiàn)狀已經(jīng)成為黃河流域面臨的新問(wèn)題[6-7]，對(duì)流域內(nèi)生態(tài)文明建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展提出了新挑戰(zhàn)。這些問(wèn)題源頭和影響都在于流域整體，但其研究核心在于生態(tài)水文。

生態(tài)水文研究是將水文學(xué)知識(shí)應(yīng)用于生態(tài)建設(shè)和生態(tài)系統(tǒng)管理的一門(mén)科學(xué)。以1972年在愛(ài)爾蘭首都都柏林召開(kāi)的“國(guó)際水與環(huán)境大會(huì)”為重要標(biāo)志，各國(guó)學(xué)者正式開(kāi)始以生態(tài)水文為獨(dú)立學(xué)科概念展開(kāi)相關(guān)研究[8-11]。生態(tài)水文研究的主要內(nèi)容是探究生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)水文循環(huán)與水量平衡的規(guī)律，分析生態(tài)建設(shè)、生態(tài)系統(tǒng)管理與保護(hù)中與水有關(guān)的問(wèn)題，旨在保證生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的穩(wěn)定、促進(jìn)流域健康發(fā)展、實(shí)現(xiàn)人類(lèi)與水資源和諧共處的目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展。中國(guó)生態(tài)水文學(xué)研究起步較晚，萌芽于20世紀(jì)末，關(guān)于黃河流域生態(tài)水文的研究始于20世紀(jì)90年代初期。由于黃河流域生態(tài)水文研究的歷史較短，許多術(shù)語(yǔ)和研究范式還未統(tǒng)一，且研究集中于局部和區(qū)域尺度，內(nèi)容較為分散，缺乏對(duì)黃河流域整體性的研究，少有從科學(xué)計(jì)量的角度分析黃河流域生態(tài)水文研究的發(fā)展態(tài)勢(shì)[7]?？茖W(xué)計(jì)量分析是一種從宏觀到微觀窺視指定研究領(lǐng)域的高效的定量分析工具[12-13]，集計(jì)算機(jī)工程、大數(shù)據(jù)應(yīng)用和統(tǒng)計(jì)學(xué)于一體，以知識(shí)地圖的形式展現(xiàn)深層次的定性特征，并對(duì)引文或被引參考文獻(xiàn)進(jìn)行定量分析[14]。這種分析方法可以幫助研究人員快速獲得出版物的時(shí)間演化、學(xué)科分布和研究布局等信息，研判學(xué)科發(fā)展?fàn)顟B(tài)，被稱為“科學(xué)的科學(xué)”[13,15-17]。為了回顧黃河流域生態(tài)水文研究的整體情況，了解其發(fā)展現(xiàn)狀，本研究通過(guò)WOS(Web of Science)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索了近30年(1990—2020年)所有與主題相關(guān)的文獻(xiàn)，并基于CiteSpace 5.7.R2和VOSviewer對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)分析，繪制科學(xué)知識(shí)圖譜，可視化黃河流域生態(tài)水文研究的發(fā)展歷程。這些研究結(jié)果有助于我們了解黃河流域生態(tài)水文研究論文的發(fā)表模式，提供科學(xué)問(wèn)題的變化路徑，呈現(xiàn)當(dāng)前的研究現(xiàn)狀和熱點(diǎn)主題，為確定未來(lái)的研究方向、凝練研究策略提供參考。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)庫(kù)選擇WOS核心合集，通過(guò)專(zhuān)家咨詢和文獻(xiàn)分析，確定檢索方式。以黃河流域生態(tài)水文研究為主題，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，最終選取的檢索式為：#1：TS = (“Yellow River” OR Huanghe OR maqu OR maduo OR Zoige OR “l(fā)oess plateau”) AND TS = (plant OR soil OR vegetation OR grassland OR rangeland OR meadow OR pasture OR grazing OR ecosystem*)，#2：TS = (“Yellow River” OR Huanghe OR maqu OR maduo OR Zoige OR “l(fā)oess plateau”) AND TS = (water* OR hydrology)，取#1和#2的交集作為最后數(shù)據(jù)集。檢索時(shí)間跨度為1990—2020年，更新至2020年12月31日；選擇文獻(xiàn)類(lèi)型為Article和Review，每個(gè)記錄包含作者、標(biāo)題、來(lái)源出版物、摘要和引用的參考文獻(xiàn)。

2 研究方法

采用Microsoft Excel、CiteSpace 5.7.R2、R(Biblioshiny包)和VOSviewer對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和可視化。CiteSpace可以根據(jù)時(shí)間序列對(duì)特定領(lǐng)域拍攝快照，并將其鏈接在一起，從而尋找主要領(lǐng)域及領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)點(diǎn)，特別是知識(shí)結(jié)構(gòu)演變的關(guān)鍵點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)[15]。文獻(xiàn)共被引分析是其中的核心功能，它根據(jù)各個(gè)聚類(lèi)在不同時(shí)間的活躍度，有效地預(yù)測(cè)未來(lái)研究的方向。Biblioshiny包針對(duì)WOS文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，以交互式在線界面提供計(jì)量學(xué)分析。VOSviewer主要面向文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，對(duì)“網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)”(主要是文獻(xiàn)知識(shí)單元)進(jìn)行分析，并可視化實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)的科學(xué)知識(shí)圖譜。它以聚類(lèi)中的鏈接和鏈接強(qiáng)度為指標(biāo)，體現(xiàn)研究的相對(duì)重要性，展現(xiàn)知識(shí)領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)關(guān)系。

3 結(jié)果與討論

3.1 研究概況

3.1.1 黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域文獻(xiàn)產(chǎn)出及其趨勢(shì)概況

發(fā)文數(shù)量可以顯示某一學(xué)科領(lǐng)域受關(guān)注的程度，逐年連續(xù)的發(fā)文量可以在一定程度上反映該學(xué)科領(lǐng)域受關(guān)注度的變化。本研究檢索WOS篩選得到1990—2020年間關(guān)于黃河流域生態(tài)水文的文獻(xiàn)共5 190篇，其中最早的研究型論文發(fā)表于1992年，為德國(guó)漢堡大學(xué)Zhang等[18]所著的Organic matter in large turbid rivers: the Huanghe and its estuary，發(fā)表在Marine Chemistry期刊上，主要研究黃河及其河口中有機(jī)物的遷移方式。

按照研究文獻(xiàn)的時(shí)間分布，可大致將黃河流域生態(tài)水文研究歷史劃分為3個(gè)階段:1993—1999年間發(fā)文量占總發(fā)文量的0.6%，研究成果較少，該階段為黃河流域生態(tài)水文研究奠定了基礎(chǔ);2000—2011年為線性增長(zhǎng)階段，該階段文章發(fā)表總量不大，但是呈現(xiàn)出逐年遞增的趨勢(shì)(圖1)，是黃河流域生態(tài)水文研究的起步階段;2012—2020年為指數(shù)型增長(zhǎng)階段，相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表量驟增，反映了黃河流域生態(tài)水文研究在國(guó)際期刊上的發(fā)表呈現(xiàn)井噴之勢(shì)，且國(guó)際上對(duì)該領(lǐng)域的關(guān)注仍處于持續(xù)升溫之中。

圖1 黃河流域生態(tài)水文研究文獻(xiàn)的時(shí)間分布(1990—2020年)Fig.1 Annual number of publications and per article citations on the ecohydrology research in Yellow River Basin (1990-2020)

3.1.2 黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域文獻(xiàn)發(fā)表的主要期刊及影響力概況

研究人員的研究成果主要通過(guò)期刊進(jìn)行發(fā)表，而各個(gè)期刊側(cè)重的領(lǐng)域不盡相同，對(duì)文獻(xiàn)來(lái)源的期刊進(jìn)行分析可以準(zhǔn)確找到當(dāng)前在黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域的權(quán)威期刊，為研究人員查閱當(dāng)前黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域的最新研究成果、撰寫(xiě)和發(fā)表相關(guān)論文提供強(qiáng)有力的支持。對(duì)1990—2020年發(fā)表該領(lǐng)域文獻(xiàn)的期刊進(jìn)行分析，結(jié)果顯示所有文章發(fā)表在582種出版物上。進(jìn)一步選取發(fā)文量最高的前15種期刊進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其總載文量為2 214篇，占全部檢索結(jié)果的42.66%，平均影響因子為3.88。由表1可以看出，發(fā)文量較高的前15種期刊主要來(lái)自荷蘭(9種)和德國(guó)(4種)，在JCR(journal citation reports)Q1區(qū)的德國(guó)Catena期刊發(fā)文量最多，達(dá)255篇，其近5年的平均影響因子(impact factor, IF)為4.62；而荷蘭的Science of the Total Environment和Journal of Hydrology也名列前茅，發(fā)文量超過(guò)200篇，近5年的IF分別為6.42和5.08。從JCR分區(qū)來(lái)看，過(guò)半數(shù)的期刊位于Q1區(qū)，整體發(fā)文質(zhì)量較高。根據(jù)布拉德福定律計(jì)算發(fā)現(xiàn)Catena，Science of the Total Environment，Journal of Hydrology，Agricultural Water Management，Water，Environmental Earth Sciences，Geoderma，Hydrological Processes，Soil & Tillage Research，Land Degradation & Development，Ecological engineering，F(xiàn)ield Crops Research，Sustainability等13種期刊是該領(lǐng)域的核心一級(jí)期刊，說(shuō)明這幾種期刊收錄的論文質(zhì)量相對(duì)較高。

表1 WOS數(shù)據(jù)庫(kù)中黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域發(fā)文量前15名的期刊(1990—2020年)Table 1 Top 20 journals with the most publications in ecohydrology research of Yellow River Basin in WOS database (1990-2020)

3.1.3 黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)概況

在統(tǒng)計(jì)年度內(nèi)，全球共有2 577研究機(jī)構(gòu)參與了黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域的研究，選取發(fā)文量前15名的研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析(表 2)。從發(fā)文量上看，中國(guó)科學(xué)院位居第一，其次是西北農(nóng)林科技大學(xué)和水利部，這3個(gè)機(jī)構(gòu)共貢獻(xiàn)5 160篇文章(包括合作研究論文)，說(shuō)明中國(guó)科學(xué)院在黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域具有較大的研究?jī)?yōu)勢(shì)。中國(guó)科學(xué)院發(fā)文數(shù)量最多的3個(gè)研究所分別是水土保持研究所、地理科學(xué)與資源研究所和生態(tài)環(huán)境研究中心。此外，該領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)集中在國(guó)內(nèi)，國(guó)外僅有美國(guó)農(nóng)業(yè)部。

表2 黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域TOP15研究機(jī)構(gòu)(1990—2020年)Table 2 Top 15 institutions on the ecohydrology research of Yellow River Basin (1990-2020)

3.1.4 黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域作者概況

黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域文獻(xiàn)共涉及9 498個(gè)作者，其中單一作者的論文共96篇，由71位作者貢獻(xiàn)；其余論文為合作發(fā)表，平均一篇文章作者數(shù)為1.83人，合作指數(shù)為1.85，表明黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域大多為多作者合作型研究。通過(guò)分?jǐn)?shù)頻率(fractionalized frequency)分析得到作者對(duì)于每篇文章的貢獻(xiàn)率，發(fā)現(xiàn)邵明安的貢獻(xiàn)率最高，達(dá)到41.43。根據(jù)洛卡特定律，當(dāng)發(fā)文量為1篇的作者數(shù)低于所有作者數(shù)的60%時(shí)，會(huì)形成核心作者群。在黃河流域生態(tài)水文研究中，發(fā)文量為1篇的作者有5 477位，占全部作者人數(shù)的59.8%，略低于60%，說(shuō)明在黃河流域生態(tài)水文研究領(lǐng)域初步出現(xiàn)了核心作者群和一批高產(chǎn)作者。

3.1.5 黃河流域生態(tài)水文研究的領(lǐng)域從屬概況

在本研究的全部文獻(xiàn)中，屬于環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域最多，共1 972篇(37.916%)，其次是農(nóng)業(yè)科學(xué)(1 641篇，31.552%)、水資源(1 496篇，28.764%)和地質(zhì)學(xué)(1 095篇，21.054%)，這4個(gè)主要研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)均超過(guò)1 000篇(圖2)。

圖2 1990—2020年黃河流域生態(tài)水文文獻(xiàn)所屬TOP20研究領(lǐng)域(來(lái)自WOS分析)Fig.2 Top 20 fields of ecohydrology research of Yellow River Basin from 1990 to 2020 (from WOS)

3.1.6 黃河流域生態(tài)水文研究高被引文獻(xiàn)分析

黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域被引次數(shù)排名前10的文獻(xiàn)見(jiàn)表3，其中有8篇發(fā)表于2001—2010年，說(shuō)明在該領(lǐng)域被引頻次較高的論文多發(fā)表于10年前。被引用頻次最高的3篇文章分別為Maher[19]發(fā)表于1998年的“Magnetic properties of modern soils and Quaternary loessic paleosols: paleoclimatic implications”、Walling[20]發(fā)表于2006年的“Human impact on land-ocean sediment transfer by the world’s rivers”和Yssels[21]發(fā)表于2005年的“Impact of plant roots on the resistance of soils to erosion by water: a review”。第1篇論文研究黃土高原地區(qū)獨(dú)特的現(xiàn)代黃土與古黃土的磁性及其與古氣候之間的關(guān)系[19]，后2篇均基于黃河流域水土流失嚴(yán)重與入海泥沙量較大的特征，分別從宏觀角度分析人類(lèi)活動(dòng)對(duì)陸海泥沙通量變化的影響，提出上下游對(duì)人類(lèi)活動(dòng)響應(yīng)的關(guān)系可能因全流域的緩沖作用而復(fù)雜化的觀點(diǎn)[20]；以及從植物的角度出發(fā)，研究植物覆蓋度、根系等因素對(duì)減少土壤侵蝕的作用，計(jì)算相關(guān)參數(shù)[21]。此外，分析表3中10篇高被引文章的摘要，發(fā)現(xiàn)大部分高引文章立足于黃河流域中游黃土高原地區(qū)的水土流失，對(duì)黃河流域上游和下游存在的問(wèn)題缺乏關(guān)注。

表3 1990—2020年黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域被引頻次最高的前10篇文獻(xiàn)Table 3 Top 10 most-cited publications of ecohydrology research in Yellow River Basin from 1990 to 2020

3.2 關(guān)鍵詞分析

關(guān)鍵詞是對(duì)文獻(xiàn)核心內(nèi)容的濃縮和提煉，高頻關(guān)鍵詞可以作為該領(lǐng)域各個(gè)研究階段的研究熱點(diǎn)。在本研究檢索得到的全部論文中，共檢測(cè)到11 854個(gè)關(guān)鍵詞。通過(guò)VOSviewer軟件的自動(dòng)算法，對(duì)這些關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)分析，形成聚類(lèi)[22-24]，聚類(lèi)結(jié)果代表當(dāng)時(shí)相關(guān)研究者最感興趣的研究方向。通過(guò)關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析可找到黃河流域生態(tài)水文研究的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

3.2.1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

圖3(a)展示了所有關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。將關(guān)鍵詞及其鏈接分組，并用顏色標(biāo)識(shí)每個(gè)組，該圖顯示存在6大集群，集群內(nèi)關(guān)鍵詞的多少指示該群的大小。關(guān)鍵詞間聯(lián)線的粗細(xì)表明2個(gè)詞之間共現(xiàn)強(qiáng)度的高低。

圖3 1990—2020年黃河流域生態(tài)水文研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析Fig.3 Co-occurrence analysis of keywords in ecohydrology research papers of Yellow River Basin from 1990 to 2020

圖3(b)、3(c)顯示了鏈接最多、鏈接強(qiáng)度最高的關(guān)鍵詞，與WOS檢索所獲得的全部文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞詞頻分布情況基本一致。在圖3(b)中關(guān)鍵字“l(fā)oess plateau(黃土高原)”與958個(gè)詞有共現(xiàn)，其共現(xiàn)強(qiáng)度為17 823，這是該領(lǐng)域研究中最突出的關(guān)鍵詞；有5個(gè)集群與該關(guān)鍵詞形成了緊密的關(guān)系，分別是“dynamic(動(dòng)態(tài))”(cluster #1-694)、“vegetation (植被)”(cluster #3-725)、“l(fā)and use(土地利用)”(cluster #6-721)、“management(管理)”(cluster #2-610)、“erosion(侵蝕)”(cluster #5-610)。

圖3(c)顯示關(guān)鍵詞“water(水)”與581個(gè)詞共現(xiàn)，與關(guān)鍵詞“dynamic(動(dòng)態(tài))”共現(xiàn)的有765個(gè)詞。與“water”(cluster #2)共現(xiàn)強(qiáng)度最大的6個(gè)節(jié)點(diǎn)分別是“climate change”(cluster #3-679)、“soil(土壤)”(cluster #2-601)、“evapotranspiration(蒸散)”(cluster #3-486)、“dynamic(動(dòng)態(tài))”(cluster #1-690)、“model(模型)”(cluster #3-576)和“l(fā)oess plateau(黃土高原)”(cluster #5-958)。

3.2.2 關(guān)鍵詞聚類(lèi)分析

表4顯示了基于關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析得到的6個(gè)聚類(lèi)集群，它們以出現(xiàn)次數(shù)最多的關(guān)鍵詞命名，并按集群內(nèi)關(guān)鍵詞的數(shù)量占關(guān)鍵詞總數(shù)量的百分比排列，即集群1：Dynamic(動(dòng)態(tài))；集群2：Water(水)；集群3：Climate change(氣候變化)；集群4：Yield(產(chǎn)量)；集群5：Loess Plateau(黃土高原)；集群6：Vegetation(植被)。表中展示了每個(gè)最具代表性的關(guān)鍵詞的鏈接權(quán)重和對(duì)總鏈接強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，并列舉了每個(gè)關(guān)鍵詞所關(guān)聯(lián)的10個(gè)最重要關(guān)鍵詞。通過(guò)關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析得到的6個(gè)集群是一段時(shí)期內(nèi)的代表性研究方向。

表4 1990—2020年黃河流域生態(tài)水文研究關(guān)鍵詞聚類(lèi)分析Table 4 Cluster analysis of keywords in ecohydrology research papers in Yellow River Basin from 1990 to 2020

3.3 國(guó)內(nèi)外研究主題

通過(guò)對(duì)黃河流域生態(tài)水文研究論文所引用的參考文獻(xiàn)進(jìn)行共被引分析，并結(jié)合LLR(log-likelihood ratio)算法共得到13個(gè)聚類(lèi)集群，按照每個(gè)集群包含的文獻(xiàn)數(shù)量從高到低排列(表5)。

每個(gè)集群都自動(dòng)根據(jù)其主題列表中的參考文獻(xiàn)的標(biāo)題、摘要等形成一個(gè)集群標(biāo)簽(label)，同時(shí)在集群內(nèi)提取一系列標(biāo)簽詞，每個(gè)標(biāo)簽詞代表該聚類(lèi)集群的一個(gè)主要研究?jī)?nèi)容，并以時(shí)間線的方式呈現(xiàn)(圖4)，時(shí)間線上的不同節(jié)點(diǎn)代表不同的參考文獻(xiàn)，節(jié)點(diǎn)越大表示該文獻(xiàn)的被引次數(shù)越多。紅色圓圈代表被引次數(shù)突發(fā)(在某個(gè)時(shí)間內(nèi)被引次數(shù)急劇增加，一般用來(lái)判斷前沿?zé)狳c(diǎn)和研究方向的新動(dòng)態(tài))，需要重點(diǎn)關(guān)注，節(jié)點(diǎn)之間的連線代表文獻(xiàn)彼此之間的網(wǎng)絡(luò)互被引關(guān)系。

利用文獻(xiàn)共被引功能繪制黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖譜，通過(guò)分析重要聚類(lèi)集群和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)揭示該領(lǐng)域的主要研究方向，以時(shí)間線圖(圖4)和列表(表5)的形式展現(xiàn)。根據(jù)聚類(lèi)中的文獻(xiàn)數(shù)量和活躍程度，選取9個(gè)聚類(lèi)集群進(jìn)行分析，近期活躍度高的集群可能是該研究主題未來(lái)發(fā)展的重要方向。

圖4 1990—2020年黃河流域生態(tài)水文研究主題的時(shí)間線圖Fig.4 Timeline map of research topics in ecohydrology research of Yellow River Basin from 1990 to 2020

表5 1990—2020年黃河流域生態(tài)水文研究文獻(xiàn)共被引聚類(lèi)分析Table 5 Co-cited analysis of ecohydrology research papers in Yellow River Basin from 1990 to 2020

研究結(jié)果表明集群#0、#1和#2是排名前3位的聚類(lèi)集群，文獻(xiàn)數(shù)量最多，分別為145、135和124篇，輪廓值(Silhouette value)/聚類(lèi)度分別為0.82、0.894和0.95(一般S值大于0.5說(shuō)明聚類(lèi)效果好)，根據(jù)LLR算法分別被標(biāo)簽為土壤深層水、人類(lèi)活動(dòng)、糧食產(chǎn)量。其中集群#1和集群#2也是活躍性較高的聚類(lèi)集群，時(shí)間持續(xù)到2019年。關(guān)于黃河流域生態(tài)水文研究的文獻(xiàn)大多從2004年開(kāi)始，很多研究方向呈現(xiàn)持續(xù)熱點(diǎn)狀態(tài)，且延續(xù)至今，如集群#0、#1、#3、#5、#8和#9，后4個(gè)集群的LLR標(biāo)簽分別為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、棗園、地表徑流和黃河三角洲，這些關(guān)鍵詞所涉領(lǐng)域是未來(lái)黃河流域生態(tài)水文研究的重要知識(shí)基礎(chǔ)，也可能是未來(lái)的重要研究方向。

從研究?jī)?nèi)容來(lái)看，當(dāng)前黃河流域生態(tài)水文研究具有分段集中的特點(diǎn)。上游主要集中在黃河源區(qū)植被變化對(duì)生態(tài)水文過(guò)程的影響與響應(yīng)機(jī)制方面。在過(guò)去40年，黃河源區(qū)草地退化嚴(yán)重，大部分研究重點(diǎn)關(guān)注典型草地植被退化的生態(tài)水文效應(yīng)[25]，即在草地退化和恢復(fù)過(guò)程中，植物物種組成與物種多樣性、植被覆蓋度、生產(chǎn)力以及土壤容重、有機(jī)質(zhì)、氮磷含量等均有不同程度、不同時(shí)序的改變，進(jìn)而引發(fā)復(fù)雜的生態(tài)水文過(guò)程和水源涵養(yǎng)能力變化[1,26]，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力整體性改變。黃河流域生態(tài)水文學(xué)的大量研究集中在黃河中游地區(qū)，重點(diǎn)關(guān)注退耕還林還草工程對(duì)黃土高原水土保持的調(diào)節(jié)效應(yīng)與互饋機(jī)制。黃土高原地區(qū)是全球水土流失最嚴(yán)重的區(qū)域之一，自1999年退耕還林還草工程實(shí)施以來(lái)，62%的區(qū)域呈現(xiàn)植被恢復(fù)的趨勢(shì)，植被覆蓋度由31.6%提高到65%，有效減輕了土壤侵蝕。與此同時(shí)，由于大面積人工造林，植被大量蒸騰導(dǎo)致土壤水分不斷消耗，對(duì)區(qū)域水文循環(huán)和社會(huì)用水產(chǎn)生了不利影響[6-7,27-30]。在黃河中游，如何有效平衡生態(tài)系統(tǒng)變化和水土保持的互饋關(guān)系，優(yōu)化生態(tài)-生產(chǎn)用水供需矛盾是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。下游的研究重點(diǎn)關(guān)注在水沙調(diào)控和濕地保育作用下黃河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的演變及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制。中游下泄的水沙不僅控制著河口濕地的面積消長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)變化，而且為黃河流域下游濕地發(fā)展和生物多樣性維持提供了物質(zhì)和能量。與1990年相比，2010年河口三角洲濕地面積減少39.4%，嚴(yán)重降低了原有生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)能力，損害了原有的生態(tài)水文過(guò)程[31-33]。黃河三角洲的濕地保育工作迫在眉睫，解析濕地生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)空演變過(guò)程和生態(tài)水文過(guò)程的驅(qū)動(dòng)機(jī)制也是當(dāng)前研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

4 結(jié)論和展望

本文基于WOS數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)1990—2020年間的5 190篇黃河流域生態(tài)水文研究文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)的整理和分析，采用知識(shí)圖譜可視化分析方法，對(duì)文獻(xiàn)的載文年度、期刊來(lái)源、高產(chǎn)作者、研究領(lǐng)域、高被引文獻(xiàn)以及高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論和發(fā)展方向。

4.1 研究結(jié)論

1)近30年間在黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域的研究論文產(chǎn)出總體上呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，近5年發(fā)文量達(dá)到總發(fā)文量的60.96%。

2)Catena、Science of the Total Environment和Journal of Hydrology期刊發(fā)表黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域文獻(xiàn)量最多，分別刊載255、234和205篇文獻(xiàn)。超過(guò)半數(shù)的期刊位于JCR Q1區(qū)，整體發(fā)文質(zhì)量較高。

3)黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域發(fā)文最多的機(jī)構(gòu)為中國(guó)科學(xué)院，其次是西北農(nóng)林科技大學(xué)和水利部。黃河流域生態(tài)水文研究主要集中于環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)、農(nóng)學(xué)、水資源和地學(xué)4個(gè)研究領(lǐng)域。

4)文獻(xiàn)共引分析結(jié)果顯示黃河流域生態(tài)水文領(lǐng)域未來(lái)研究有9個(gè)主要方向，這對(duì)未來(lái)進(jìn)一步精煉研究方向、聚焦重大科學(xué)問(wèn)題有參考價(jià)值。

4.2 未來(lái)發(fā)展方向

近30年來(lái)對(duì)黃河流域生態(tài)水文的研究實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，基于上述對(duì)研究方法、研究背景、研究區(qū)域、研究?jī)?nèi)容等方面的綜合分析，就當(dāng)前存在的科學(xué)問(wèn)題和未來(lái)發(fā)展方向提出如下建議。

4.2.1 增強(qiáng)生態(tài)水文學(xué)的流域整體性研究

目前的研究分別集中在上、中、下游的不同區(qū)域，缺乏對(duì)全流域的整體性研究。雖然大型流域的上、中、下游存在諸多差異，需要開(kāi)展針對(duì)性的研究，但是作為一個(gè)完整的流域，上、中、下游的生態(tài)水文過(guò)程和效應(yīng)又是緊密關(guān)聯(lián)乃至相互耦合的整體。氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的影響不僅限于局地尺度，而且會(huì)改變流域整體的生態(tài)水文過(guò)程和功能。因此，未來(lái)需從流域整體的視角，開(kāi)展黃河流域完整性、連通性和脆弱性評(píng)估，深化黃河流域生態(tài)系統(tǒng)演變及驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究，解析流域整體生態(tài)水文變化背后的自然和人文耦合作用機(jī)理。

4.2.2 注重流域生態(tài)水文與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能關(guān)系研究

在全球氣候變化、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家黃河保護(hù)政策的作用下，黃河流域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生態(tài)水文過(guò)程、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及需求都將發(fā)生復(fù)雜的變化。作為水資源嚴(yán)重制約的地區(qū)，生態(tài)水文是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的核心，是構(gòu)建新型人-地關(guān)系的紐帶。以往在流域內(nèi)的重點(diǎn)區(qū)域分別開(kāi)展了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過(guò)程與功能的研究，未來(lái)需要進(jìn)一步加強(qiáng)在流域整體上以生態(tài)水文為核心的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合機(jī)制、空間流動(dòng)、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-功能-服務(wù)的級(jí)聯(lián)效應(yīng)及其機(jī)理的研究。

4.2.3 提升黃河流域生態(tài)保護(hù)與水文、水資源利用關(guān)系的研究

面向黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展這一國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，在氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)背景下，黃河流域源區(qū)水源涵養(yǎng)能力如何變化、關(guān)鍵的水土過(guò)程如何影響草地恢復(fù)的進(jìn)程？中游黃土高原退耕還林還草工程實(shí)施以來(lái)植被如何變化、與水資源如何互饋、如何均衡優(yōu)化三生用水格局？下游河口濕地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)黃河流域水沙過(guò)程及其調(diào)控如何響應(yīng)，河口濕地如何保育？上述關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的解決可以為黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供科技支撐，推動(dòng)大河流域地球表層系統(tǒng)科學(xué)與生態(tài)學(xué)交叉融合的理論創(chuàng)新，理應(yīng)成為當(dāng)前及未來(lái)研究需要特別聚焦的研究方向。