1998～2018年關(guān)于小流域研究的文獻計量學(xué)分析

周 曉 雯，呂 婕 梅，安 艷 玲，高 亮，吳 振 宇

(1.貴州大學(xué) 喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害防治重點實驗室，貴州 貴陽 550025； 2.貴州理工學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550002； 3.信開水環(huán)境投資有限公司，北京 100085)

小流域是指二、三級支流以下，以分水嶺和下游河道出口斷面為界，集水面積在50 km2以下的相對獨立和封閉的自然匯水區(qū)域[1]，常作為各項研究的基本單元[2-4]。小流域的水土資源對地方社會經(jīng)濟的發(fā)展起著重要作用，但是目前由于人類不合理的開發(fā)利用等人為原因和自然原因，小流域承受著越來越大的生態(tài)壓力，水源枯竭、水體污染等事件層出不窮，河流斷流、濕地萎縮、地下水超采等現(xiàn)象也在多地發(fā)生[6-7]。

文獻計量學(xué)是運用數(shù)理統(tǒng)計方法對所有知識載體進行定量分析的交叉學(xué)科。它是識別某一領(lǐng)域發(fā)展的常用方法。最早的文獻計量學(xué)始于20世紀(jì)初，1917年，Cole和Eales分別通過文獻引文研究比較了解剖學(xué)文獻的發(fā)展[8]。1969年，英國著名科學(xué)家Allen Richard首次提出“文獻計量學(xué)”一詞，這個術(shù)語的出現(xiàn)意味著文獻計量學(xué)的正式誕生[8]。文獻計量學(xué)可以使學(xué)者通過分析引文、共引、地理分布和詞頻的途徑來研究特定的領(lǐng)域，得出有價值的結(jié)論。當(dāng)前，文獻計量學(xué)在多個科學(xué)領(lǐng)域中開始發(fā)揮作用，力圖揭示各領(lǐng)域的研究焦點、研究主題以及考察研究主題發(fā)展的歷史脈絡(luò)和演化態(tài)勢，展現(xiàn)領(lǐng)域的科學(xué)前沿，并在土壤修復(fù)[9]、農(nóng)業(yè)應(yīng)用[10]、水體污染[11]、降水穩(wěn)定同位素[12]等不同領(lǐng)域取得了一定的研究成果。

然而，采取文獻計量的方法從生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域?qū)π×饔蜓芯楷F(xiàn)狀進行統(tǒng)計分析的文獻并不多見，因此本文基于Web of Science和中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫，用圖文結(jié)合的形式，對已收集文獻的高頻關(guān)鍵詞進行總結(jié)，選擇共詞分析法和聚類分析法對高頻關(guān)鍵詞進一步分析。從新的角度直觀地展現(xiàn)小流域目前的研究熱點及將來的發(fā)展脈絡(luò)，期望為國內(nèi)學(xué)者的研究工作提供科學(xué)參考，使他們能迅速把握研究方向。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

英文文獻的數(shù)據(jù)源為Web of Science數(shù)據(jù)庫的核心文集，檢索主題則輸入“small catchment”，時間跨度設(shè)為1998～2018年，并在最后的檢索結(jié)果中再次挑選出與生態(tài)環(huán)境有關(guān)的文獻，共得到9 340篇英文文獻。國內(nèi)的文獻來源于中國知網(wǎng)(CNKI)的期刊數(shù)據(jù)庫，以“小流域”為主題，限定搜索年份為1998～2018年，檢索全部期刊(包括核心期刊、CSSCI、CSSCD)，剔除標(biāo)題和作者雷同等重復(fù)文獻，并且限制在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域，共檢測出9 186篇結(jié)果。

將符合相應(yīng)要求的9 340篇國外文獻和9 186篇國內(nèi)文獻導(dǎo)入Bibexcel軟件，進行高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計，再把其中含義相近和詞形重疊的關(guān)鍵詞進行合并，根據(jù)經(jīng)驗確定高頻關(guān)鍵詞的界限，最終挑選出詞頻大于142的英文關(guān)鍵詞共45個，中文文獻中詞頻大于50的關(guān)鍵詞有60個。使用Bibexcel軟件分別統(tǒng)計中英文高頻關(guān)鍵詞兩兩之間在論文中同時出現(xiàn)的次數(shù)，并形成相應(yīng)的共詞矩陣，接著通過Ucient軟件把中英文共詞矩陣保存為“##h”文件，再導(dǎo)入Netdraw軟件，分別生成國內(nèi)外高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)關(guān)系圖，最后將兩個共詞矩陣導(dǎo)入SPSS軟件進行系統(tǒng)聚類分析。

2 結(jié)果分析

2.1 相關(guān)論文發(fā)文統(tǒng)計

從Web of Science核心文集中搜索出的以“small catchment”為主題的英文文獻每年發(fā)布數(shù)量如圖1所示。圖1顯示：隨著年份的增加，發(fā)文量逐年上升，2012年出現(xiàn)小高峰，2016年達(dá)到高峰(686篇)，在2016年以后文獻增長速度逐漸放緩。

圖1 國外有關(guān)“小流域”在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的論文各年份發(fā)文量Fig.1 Number of foreign papers about small catchment in ecological environment in each year

圖2為國內(nèi)有關(guān)“小流域”在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的論文各年份發(fā)文量。從圖2可知：在中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫中，以“小流域”為主題的中文文獻數(shù)量可以分為兩個階段。第一階段是1998～2009年，整體呈上升趨勢，在2006年之前，文章數(shù)量增長速度較慢，但是在2006年之后，發(fā)文量迅速上升，并在2009年達(dá)到高峰(569篇)；第二階段是2010～2018年，雖然個別年份有所回落，但每年的發(fā)文量都在500篇左右，波動較小，趨于平穩(wěn)。

圖2 國內(nèi)有關(guān)“小流域”在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的論文各年份發(fā)文量Fig.2 Number of domestic papers about small catchment in ecological environment in each year

從圖1和圖2可見：國外和國內(nèi)的小流域研究目前都已經(jīng)進入成熟階段，國內(nèi)則更早地展開對小流域相關(guān)方面的研究，國外從2012年開始進入暴發(fā)狀態(tài)，小流域的發(fā)文量逐年穩(wěn)步提升，研究熱情持續(xù)升溫中。

2.2 高頻關(guān)鍵詞分析

關(guān)鍵詞是對全文內(nèi)容的高度精煉，表明文獻主題，對信息檢索起到很大幫助[13]，而通過高頻關(guān)鍵詞分析更能揭示出最新的研究趨勢及熱點[14]。分別提取在Web of Science數(shù)據(jù)庫中檢索到的符合主題的英文文獻，與中國知網(wǎng)(CNKI)期刊全文數(shù)據(jù)庫中檢索到相應(yīng)中文文獻的高頻關(guān)鍵詞，結(jié)果如表1和表2所示。

從表1可以發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)最多的關(guān)鍵詞是CATCHMENT(流域)，其次是 CLIMATE-CHANGE(氣候變化)、SOIL-EROSION(土壤侵蝕)、runoff(徑流)、MODELS(模型)等，說明國外現(xiàn)在主要運用模型來探究小流域徑流對氣候變化的影響及其小流域土壤侵蝕的情況。

根據(jù)表2可以看出：國內(nèi)學(xué)者在探索相關(guān)研究領(lǐng)域中，小流域是核心，出現(xiàn)頻次最高；次核心關(guān)鍵詞為綜合治理、水土保持、水土流失，生態(tài)建設(shè)。由于表中數(shù)據(jù)較多，本研究按照從高到低排列，只選取了排在前15位的關(guān)鍵詞。由此可以看出國內(nèi)更側(cè)重研究小流域的水土流失情況，并尋求水土保持的綜合治理措施，探討如何對小流域進行生態(tài)建設(shè)。

從表1和表2可以看出：國內(nèi)外針對小流域的研究多集中在水土資源上，這與當(dāng)今世界各地小流域水土流失嚴(yán)重情況緊密相關(guān)，其中小流域的氣候變化也是國外學(xué)者們的研究重點。

表1 國外出現(xiàn)頻次排在前15位的高頻關(guān)鍵詞

表2 國內(nèi)出現(xiàn)頻次排在前15位的高頻關(guān)鍵詞

2.3 高頻關(guān)鍵詞共詞分析

通過以上統(tǒng)計關(guān)鍵詞的頻次，還不能完全反映它們的內(nèi)在關(guān)系，要想進一步了解關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系，需要采用共詞分析法。該方法統(tǒng)計關(guān)鍵詞兩兩之間在同一篇文獻共現(xiàn)的次數(shù)，如果一組關(guān)鍵詞在眾多的文獻中出現(xiàn)次數(shù)多，則反映出它們之間關(guān)系緊密[15]。在可視化圖中，節(jié)點代表關(guān)鍵詞，某個節(jié)點越大，說明該關(guān)鍵詞與其他詞同時出現(xiàn)的次數(shù)越多，且在關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中的位置就越中心[16]；節(jié)點間的連線表示兩詞同時出現(xiàn)的情況，線條越粗表明這兩詞之間同時出現(xiàn)的次數(shù)越多[17]。節(jié)點小的，或者與節(jié)點連線較細(xì)的并不代表它的研究次數(shù)少，只能說明它與圖中的其他關(guān)鍵詞同時出現(xiàn)的次數(shù)少[18]。

由圖3可以看出除了共現(xiàn)可視化圖邊緣的節(jié)點比較小之外，在中間部分的CLIMATE-CHANGE(氣候變化)、CATCHMENT(流域)、SOIL-EROSION(土壤侵蝕)、RIVERS(河)、IMPACT(影響)、WATER-QUALITY(水質(zhì))等多個詞所代表的節(jié)點大小相近，并且關(guān)鍵詞之間關(guān)系緊密，說明共現(xiàn)次數(shù)多，還在一定程度上說明了國外的研究方向比較多樣。

圖3 國外高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)可視化圖Fig.3 The co-occurance netview of key words in foreign papers

由圖4可以直觀地看出，處于交錯復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)圖中心位置同時也是節(jié)點最大的中文關(guān)鍵詞分別為小流域、綜合治理、水土保持、水土流失，說明這些關(guān)鍵詞與其他詞共現(xiàn)的次數(shù)多，再結(jié)合頻次統(tǒng)計分析，一定程度上可以把這些關(guān)鍵詞視為國內(nèi)研究的熱點方向。其中綜合治理和水土保持之間的連線也是最粗的，說明以它們同時作為研究內(nèi)容的文獻最多，兩詞在該領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)系比較緊密。

圖4 國內(nèi)高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)可視化圖Fig.4 The co-occurance netview of key words in domestic papers

2.4 高頻關(guān)鍵詞聚類分析

聚類分析法通過選定的方法重新計算關(guān)鍵詞之間的距離，聚集距離較近的關(guān)鍵詞，形成相對獨立的類團，使得類團內(nèi)屬性相似性最大，類團間屬性相似性最小[19]。在事物類別未知，甚至連分類數(shù)量都不能確定的情況下，使用聚類分析法可以進行大體分類[20]。

通過SPSS軟件分別打開45×45的英文共詞矩陣和60×60的中文共詞矩陣，經(jīng)過設(shè)置，最后導(dǎo)出樹狀圖(見圖5～6)。通過對圖5和圖6的分析整理，分別對英文高頻詞與中文高頻詞劃分為5個和6個集群，劃分結(jié)果分別見表3和表4。

圖5 國外英文關(guān)鍵詞聚類分析樹狀圖Fig.5 Tree diagram of hierarchical cluster analysis of key words in foreign papers

圖6 國內(nèi)中文關(guān)鍵詞聚類分析樹狀圖Fig 6 Tree diagram of hierarchical cluster analysis of key words in domestic paper

表3 有關(guān)小流域研究的高頻英文關(guān)鍵詞集群劃分

從國外小流域研究的高頻關(guān)鍵詞聚類分析(見表3)可以看出：集群1的關(guān)鍵詞為：nitrogen(氮)、phosphorus(磷)、stream(溪流)、RIVERS(河)、LAND-USE(土地利用)、WATER-QUALITY(水質(zhì))、SEDIMENTS(沉積物)、CATCHMENT(流域)，其中氮、磷是影響水體質(zhì)量的環(huán)境因素，因此集群1主要是分析小流域的水質(zhì)。集群2的關(guān)鍵詞為UNCERTAINTY(不確定性)、CALIBRATION(校準(zhǔn))、SIMULATION(仿真)，多跟模型有關(guān)，所以國外常采用水文模型的手段進一步對水質(zhì)進行評估。集群3注重于研究氣候變化對徑流的影響，涉及到降雨量等因素。集群4則是把徑流及其沉積物對土地利用類型變化的響應(yīng)作為研究內(nèi)容。集群5涉及內(nèi)容較多，很多學(xué)者從事UNITED-STATES(美國)所屬小流域的SURFACE-WATERS(地表水)及groundwater(地下水)的研究，另外，對VEGETATION(植物)-SOIL(土壤)-WATER(水)的跨尺度研究也是熱點。

對比國內(nèi)，從表4可以看出：集群1研究的是對小流域采用綜合治理手段進行水土保持，表明這也是該領(lǐng)域的研究熱點；集群2涉及小流域的內(nèi)容更豐富，更具體，有一些小流域的特定研究區(qū)域，比如三峽庫區(qū)、喀斯特地區(qū)、山西省等，是國內(nèi)學(xué)者主要研究對象，這個部分的研究內(nèi)容還包含小流域的生態(tài)環(huán)境；集群3側(cè)重于研究水土流失各個方面的問題；集群4就是針對小流域周圍的土地現(xiàn)狀進行研究，常結(jié)合GIS軟件，分析土地利用、土壤侵蝕、空間結(jié)構(gòu)等情況；集群5主要是圍繞防治水土流失的具體辦法展開的，包含具體工程和監(jiān)督立法；集群6說明國內(nèi)對小流域的水土保持研究重點集中在工程建設(shè)方面。

表4 有關(guān)小流域研究的高頻中文關(guān)鍵詞集群劃分

綜合來看，國內(nèi)外關(guān)于小流域方面的研究方向有一定的相似之處，都有較多關(guān)于小流域土壤侵蝕的研究，有差別的方面在于：國外更偏向小流域水體質(zhì)量、氣候變化、土地利用等理論方面的研究，國內(nèi)關(guān)于小流域生態(tài)工程建設(shè)的研究比較熱門。

3 結(jié) 論

(1) 國外從2012年開始進入對小流域研究的暴發(fā)期，而國內(nèi)大概分為波動增長和穩(wěn)定兩個階段?？傮w來講，不論是國內(nèi)還是國外，近年來文獻數(shù)量都出現(xiàn)了小高峰，說明小流域研究在國內(nèi)外逐漸受到重視。

(2) 國外小流域研究出現(xiàn)頻次在前4位的關(guān)鍵詞為CATCHMENT(流域)、CLIMATE-CHANGE(氣候變化)、SOIL-EROSION(土壤侵蝕)、runoff(徑流)；國內(nèi)前5位高頻關(guān)鍵詞為小流域、綜合治理、水土保持、水土流失，這反映國外對小流域的研究更側(cè)重于探究氣候變化對小流域的影響，而國內(nèi)的關(guān)注點更多地放在了對小流域水土流失的綜合治理。

(3) 根據(jù)國外高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)可視化圖可以看出，位于中心的英文關(guān)鍵詞所代表的節(jié)點大小相近，表明國外的研究方向多樣。小流域、綜合治理、水土保持、水土流失等中文關(guān)鍵詞則節(jié)點突出，說明它們比其他詞共現(xiàn)次數(shù)多，在一定程度上可視為國內(nèi)當(dāng)前的研究熱點。

(4) 從高頻關(guān)鍵詞聚類分析結(jié)果來看，國外更重視小流域的水質(zhì)及氣候變化對小流域生態(tài)系統(tǒng)的影響等理論方面的研究，國內(nèi)著重于小流域生態(tài)綜合治理和工程建設(shè)，應(yīng)用性更強。

綜上所述，國內(nèi)外對小流域的研究方向存在差異，國外側(cè)重對小流域生態(tài)環(huán)境影響因素的研究。因此，國內(nèi)在提高小流域水土保持能力的同時還要借鑒國外研究，找出小流域生態(tài)環(huán)境破壞的原因，為解決實質(zhì)性問題提供源頭上的科學(xué)依據(jù)；另外由于文獻計量學(xué)分析存在一定的局限性，所以一些暫時低頻的關(guān)鍵詞也不能忽視，它們可能也是未來研究的熱點。