基于CiteSpace的城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究知識圖譜分析

代富強, 李青, 張霞, 劉浩

1. 重慶工商大學公共管理學院，重慶 400067；

2. 重慶工商大學經濟學院，重慶 400067；

3. 重慶工商大學長江上游經濟研究中心，重慶 400067

生態(tài)系統(tǒng)服務是人們通過直接或間接方式從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的有關紅利，能為自然和社會提供各種效益，包括供給功能、調節(jié)功能、文化功能以及支持功能[1]。城市生態(tài)系統(tǒng)服務是人類從城市生態(tài)系統(tǒng)中直接或間接獲取的全部收益[2]，其社會服務價值和自然服務價值多樣，主要包括房地產增值功能、減排降噪功能、綠地涵養(yǎng)水源等。因此，開展城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究對實現(xiàn)我國城市綠色高質量發(fā)展、保護生物多樣性、改善城市環(huán)境等具有重要意義。

近年來，城市生態(tài)系統(tǒng)服務逐漸受到國內學者的廣泛關注，相關研究成果主要集中在以下三個方面：（1）城市生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估。有學者運用市場價值法、成本替代法等方法對城市森林、濕地和公園的生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行評估，發(fā)現(xiàn)調節(jié)服務價值最大，集中表現(xiàn)在涵養(yǎng)水源和固碳釋氧兩方面[3-5]。（2）生態(tài)補償標準與機制。不同學者根據(jù)流域、城市飲用水源區(qū)、傳統(tǒng)農業(yè)區(qū)、民族地區(qū)、旅游地等自然、社會經濟類型區(qū)的獨特性，提出了相應的生態(tài)補償理論和方法[6-10]。生態(tài)補償機制研究大多以補償標準、補償方式、補償主體、補償客體為主要內容，政府在推進生態(tài)補償過程中發(fā)揮主導作用，市場起輔助作用[11]。（3）城市生態(tài)系統(tǒng)服務的土地利用變化影響研究。王保盛等[12]采用InVEST模型對閩三角城市群水源涵養(yǎng)服務進行研究，發(fā)現(xiàn)土地利用變化對水源涵養(yǎng)產生作用從大到小依次表現(xiàn)為林地、其他土地、草地、農田、建設用地、水域。歐陽曉等[13]以長株潭城市群為例，基于3種不同情景研究土地利用變化對城市生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響。

國內學者在城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究方面取得一些重要進展，并進行了大量實證研究，但鮮有文獻對城市生態(tài)系統(tǒng)服務的研究熱點和趨勢動態(tài)進行知識圖譜分析?；诖?，本文運用文獻計量方法和CiteSpace軟件，繪制城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究領域的知識圖譜，探究城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究進程及其熱點、趨勢，這對于探索我國城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究變遷路徑和未來研究方向具有重要的理論價值與現(xiàn)實意義。

1 研究方法和數(shù)據(jù)來源

1.1 CiteSpace和知識圖譜分析

CiteSpace是2004年美國Drexel大學的陳超美教授開發(fā)的一款可視化軟件，這一款軟件需要在Java環(huán)境下運行。該軟件以可視化分析方式展現(xiàn)科學知識的結構、規(guī)律和分布情況，因此也將通過此類方法分析得到的可視化圖形稱為“科學知識圖譜（Mapping knowledge domains，MKD）”[14]。它支持來自主要來源期刊的書目和引文數(shù)據(jù)，如Web of Science，Scopus，Dimensions，CNKI，CSSCI等。其中一些需要使用CiteSpace的內置轉換器進行格式化轉換，通用的用戶定義轉換器可用來轉換CSV文件中的數(shù)據(jù)文件?？梢詫⑹占降臄?shù)據(jù)資料對研究領域內的作者分布情況、機構間合作關系、關鍵詞共現(xiàn)等進行系統(tǒng)分析，通過知識圖譜的形式將研究領域內的演化結果和變化特征呈現(xiàn)出來，便于研究者追蹤研究領域內的熱點問題及未來發(fā)展趨勢。

圖 1 1999—2019年城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究文獻數(shù)量變化Fig. 1 Changes in the number of literatures on urban ecosystem services from 1999 to 2019

文獻計量法是一種定量分析方法，主要結合數(shù)學和統(tǒng)計學方法對研究學科進行分析。對特定期刊或研究主題進行文獻計量分析，可以了解期刊或不同研究主題中最有成效的作者、機構、國家、領域，甚至是研究熱點和未來發(fā)展趨勢[15]。20世紀初，F(xiàn).J.科爾和N.B.伊爾斯首先運用文獻計量法分析解剖學文獻，隨后該方法的使用范圍越來越廣，其計量對象主要是文獻量、作者、關鍵詞等。這一方法具有客觀、定量和易于比較的優(yōu)勢, 對確定城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究趨勢具有重要作用。

1.2 數(shù)據(jù)收集和處理

本文選取中國知網（CNKI）學術期刊數(shù)據(jù)庫的文獻作為數(shù)據(jù)基礎，以“城市”為主題詞和“生態(tài)系統(tǒng)服務”為篇名進行檢索，發(fā)文時間設置為1999—2019年，檢索時間為2020年10月28日，共檢索出416篇文章。為了使研究結果更具有針對性、真實性和代表性，剔除了會議綜述、人物訪談、新聞報道、專欄介紹、書評以及文章題目明顯與本文研究主題不相符的文獻及英文文獻后，最終選取全部405篇有效中文樣本文章作為數(shù)據(jù)來源。借助 CiteSpace可視化分析軟件，根據(jù)樣本數(shù)據(jù)的時間跨度，將 Time slicing （時間跨度）設置為從1999到 2019，Year Per Slice （時間切邊）設置為1，以關鍵詞、研究作者和研究機構作為節(jié)點類型，對樣本數(shù)據(jù)進行規(guī)范有序的可視化分析。

2 結果與分析

2.1 城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究文獻的數(shù)量變化特征

文獻發(fā)表數(shù)量在很大程度上能夠反映學術界對某一領域的關注程度[16]?；趪鴥瘸鞘猩鷳B(tài)系統(tǒng)服務研究的文獻數(shù)量以及核心期刊文獻數(shù)量（見圖1），采用自然斷裂點分級法按各年份文獻數(shù)量將城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究分為三個階段，即初步探索階段（1999—2003年）、穩(wěn)步增長階段（2003—2014年）和快速增長階段（2014—2019年），文獻數(shù)量總體呈現(xiàn)上升趨勢。隨著我國經濟快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境問題也逐漸凸顯，人們的生態(tài)環(huán)境保護意識逐漸增強，對生態(tài)系統(tǒng)服務研究進入到探索階段，但是研究力度不足，1999—2003年期間文獻數(shù)量只有2篇。2003—2014年城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究文獻數(shù)量總體呈上升趨勢，但是波動較大，在2013年出現(xiàn)小高峰，文獻數(shù)量達到34篇，是1999—2003年期間文獻數(shù)量的17倍。2014年我國提出全面深化改革，習近平總書記等國家領導人對環(huán)境保護高度重視，一系列生態(tài)環(huán)境保護政策的出臺推動了城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究，城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究的文獻數(shù)量快速增加，并一直保持快速增長趨勢?？傮w來看，1999—2019年間核心期刊文獻數(shù)量變化趨勢與全部期刊文獻數(shù)量的增長趨勢基本一致，表明城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究逐漸被學術界重視；但核心期刊文獻數(shù)量相對較少，說明某一研究主題從出現(xiàn)到發(fā)展需要有一個理論積累過程。

2.2 關鍵詞共現(xiàn)網絡分析

關鍵詞是一篇論文主要研究內容的高度凝練，而關鍵詞在相關文獻出現(xiàn)的頻次可以在一定程度上反映該領域的研究熱點[15]。利用CiteSpace軟件對本文選取的405篇論文進行共現(xiàn)網絡分析，時間范圍設置為1999—2019年，時間切片為1，Node Types選擇Keyword，每個時間切片選擇Top100，連線強度選擇Cosine，得到城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究文獻的關鍵詞知識圖譜。聚類模塊值Modularity Q是衡量聚類結構是否顯著的關鍵指標，一般認為當Q值＞0.3時聚類結構具有較高顯著性。如圖2所示，Modularity Q為0.687 5，說明城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究文獻的關鍵詞共現(xiàn)網絡聚類是顯著的。平均輪廓值Silhouette是用來衡量聚類的合理性和可信度，一般認為當S＞0.5時聚類是合理的，當S＞0.7時聚類是可信度高[17]。Silhouette值為0.885 1，說明該聚類是可信的。如表1所示，在共現(xiàn)頻次前10位的關鍵詞中，“生態(tài)系統(tǒng)服務”和“生態(tài)系統(tǒng)服務價值”是最大的兩個網絡節(jié)點，共現(xiàn)頻次分別為139次和100次，說明這兩個領域是城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究熱點，類似的關鍵詞還包括“生態(tài)系統(tǒng)服務功能”“生態(tài)系統(tǒng)”“服務功能”“價值評估”?！巴恋乩谩焙汀巴恋乩米兓弊鳛槌鞘猩鷳B(tài)系統(tǒng)服務變化的重要驅動因素，共現(xiàn)頻次均大于30次。中心性是衡量關鍵詞重要性的指標，中心性越高的關鍵詞在關鍵詞共現(xiàn)網絡中的重要程度越大，也可以代表該領域在一定時期內的研究熱點[18]。值得注意的是，中心性的高低與頻次的高低并不完全一致，如“生態(tài)系統(tǒng)”這一關鍵詞出現(xiàn)的頻次為28次，但其中心性僅為0.06，遠低于出現(xiàn)22次的“城市森林”的中心性0.20。

圖 2 城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究關鍵詞共現(xiàn)聚類圖譜Fig. 2 Co-occurrence cluster map of key words in urban ecosystem services research

2.3 關鍵詞時區(qū)圖分析

通過關鍵詞時區(qū)圖譜分析，可以分析城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究文獻的關鍵詞隨時間變化演化過程，從而預測該領域的研究熱點以及未來研究趨勢。如圖3所示，1999—2019年“生態(tài)系統(tǒng)服務”是出現(xiàn)頻次最多的關鍵詞，“城市生態(tài)系統(tǒng)”和“生態(tài)系統(tǒng)”分別在1999年和2004年的共現(xiàn)頻次比較突出，表明城市生態(tài)系統(tǒng)（服務）一直是學術界的關注重點。2004—2011年共現(xiàn)頻次較高的關鍵詞還包括“支付意愿”“價值（評估）”“城市森林”“城市化”等，表明城市生態(tài)系統(tǒng)服務的研究范圍逐漸拓寬。2017年共現(xiàn)頻次較高的關鍵詞為“風景園林”，說明以城市生態(tài)系統(tǒng)服務及價值評估的理論研究逐漸轉向為服務城市生態(tài)規(guī)劃的應用研究。

表 1 城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究關鍵詞頻次和中心性分布Tab. 1 Frequency and centrality distribution of key words in urban ecosystem services research

2.4 關鍵詞突現(xiàn)圖分析

圖 3 城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究突現(xiàn)關鍵詞時區(qū)圖譜Fig. 3 Time zone map of keywords burst in urban ecosystem services research

關鍵詞突現(xiàn)性檢測是分析某一階段共現(xiàn)頻次迅速增加的關鍵詞，這類關鍵詞可能會成為未來的重要主題和研究熱點，同時也從時間維度反映熱點關鍵詞的變化特征[19]。由表2可以看出，2004年之前我國城市生態(tài)系統(tǒng)服務的研究熱點主要是可持續(xù)發(fā)展、城市生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)服務功能，側重于大尺度的研究。2004—2009年，城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究經歷了快速發(fā)展階段，這期間研究熱點集中在生態(tài)系統(tǒng)服務功能、條件價值評估法、服務功能、城市湖泊等方面，表明國內城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究范圍逐漸細化，在價值評估理論和方法方面取得了重要進展。2009年以后的研究熱點主要是生態(tài)修復、景觀格局等，側重于小尺度的研究。從1999—2019年城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究突現(xiàn)關鍵詞的變化可以看出，基于生態(tài)系統(tǒng)服務的城市生態(tài)規(guī)劃和生態(tài)修復將是未來該領域的重要研究主題。

表 2 城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究突現(xiàn)關鍵詞Tab. 2 Emergent keywords in urban ecosystem service research

3 討論

本文基于知識圖譜分析方法和CiteSpace軟件，分析了城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究的文獻數(shù)量變化，通過關鍵詞共現(xiàn)網絡、時區(qū)圖、突現(xiàn)性檢測等分析城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究熱點和趨勢動態(tài)。國內城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究在未來一段時間將繼續(xù)呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢?？傮w來看，國內城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究仍處于探索階段，對城市生態(tài)系統(tǒng)服務的科學內涵還未形成統(tǒng)一認識，研究方法還缺乏創(chuàng)新性，研究主要集中在城市生態(tài)系統(tǒng)服務評價及價值評估，與國際城市生態(tài)系統(tǒng)服務的研究趨勢還存在差距，如城市生態(tài)系統(tǒng)退化的風險評估[20]，運用綠色基礎設施空間規(guī)劃模型評估生態(tài)系統(tǒng)服務平衡和協(xié)同作用[21]等。因此，可以采取合作聯(lián)盟、協(xié)作聯(lián)盟和協(xié)同聯(lián)盟等合作方式[22]，加強不同學者和機構之間的優(yōu)勢互補和信息共享，研究內容盡快與國際研究前沿接軌，如關注利益相關者[23]、城市環(huán)境質量與人類福祉之間的關系[24]等。通過對國內城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究的基本特征以及關鍵詞知識圖譜的綜合分析，未來城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究應該關注以下幾個方面。

（1）城市生態(tài)系統(tǒng)服務空間評價及制圖。目前大多數(shù)研究基于遙感影像獲取的土地利用/土地覆被數(shù)據(jù)，采用地理分析技術在不同尺度進行城市生態(tài)系統(tǒng)服務空間評價[25]。土地利用具有動態(tài)變化特征，社會經濟因素和不合理的土地利用也會導致土地覆被發(fā)生變化[23]。但是，由于數(shù)據(jù)的可獲取性和精度問題，城市生態(tài)系統(tǒng)服務的空間評價研究較少。因此，未來研究可以通過提高土地利用/土地覆蓋數(shù)據(jù)分辨率解決空間評價和制圖問題。

（2）城市生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估指標與方法。盡管關于生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估的指標與方法研究較多，但城市生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估指標體系仍然不完善，導致城市生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估實證研究缺乏[26]。因此，為了將城市生態(tài)系統(tǒng)服務較好地融入城市可持續(xù)發(fā)展研究，需要系統(tǒng)研究城市生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估指標與方法。

（3）城市生態(tài)系統(tǒng)服務的權衡與協(xié)同。城市生態(tài)系統(tǒng)提供多種生態(tài)系統(tǒng)服務，生態(tài)系統(tǒng)服務之間及其與社會經濟因素之間會產生權衡和協(xié)同效應?，F(xiàn)有研究主要是基于資源公平性問題開展生態(tài)系統(tǒng)服務的供給與需求研究[23]。此外，不同學者在城市生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估和權衡中也存在差異。因此，城市生態(tài)系統(tǒng)服務的權衡與協(xié)同是該領域的重要研究主題。

（4）城市生態(tài)系統(tǒng)服務與城市居民福祉的關系。城市生態(tài)系統(tǒng)服務逐漸成為城市生態(tài)基礎設施規(guī)劃的重要依據(jù)，城市生態(tài)系統(tǒng)服務與城市居民福祉的關系逐漸受到不同學者的重視，特別需要關注城市生態(tài)系統(tǒng)服務的識別、評估和管理潛力對城市居民福祉的影響[2]。

（5）城市生態(tài)系統(tǒng)服務在城市規(guī)劃與設計中的應用。為了提高城市生態(tài)系統(tǒng)服務在城市規(guī)劃與設計的有效性與可用性，未來研究應重點關注如何解決研究和實踐脫節(jié)的聯(lián)系，并將城市生態(tài)系統(tǒng)服務的供給和需求與城市規(guī)劃管理結合起來，以便城市生態(tài)系統(tǒng)服務研究更好發(fā)揮指導城市可持續(xù)發(fā)展的實踐價值[27]。