胡 淼，涂圣勇，方傳奇，胡小康，余發(fā)新，吳照祥*

(1. 江西省科學(xué)院生物資源研究所/江西省觀賞植物遺傳改良重點實驗室，330096，南昌； 2. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，330045，南昌；3. 永豐縣國家森林公園管理局，331500，江西，永豐；4.贛南樹木園，341200，江西，贛州； )

0 引言

生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)在全球氣候變化中具有重要作用[1]，全球固碳生態(tài)系統(tǒng)主要由海洋、土壤和森林等組成[2]，其中森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，其通過光合和呼吸作用產(chǎn)生的碳交換量可達到陸地生態(tài)系統(tǒng)的90%[3]，對維持碳平衡和解決氣候變化問題具有重要意義。當(dāng)前，人工林面積正在迅速擴大，據(jù)FAO(聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織)估算，1990—2015年全世界人工林種植面積超過1.1 億hm2[4]。到2100年前后，人工林將占總森林面積的20%以上[5-6]，人工林在緩解氣候變化影響中將發(fā)揮不可替代的作用[7]。多數(shù)人工林是為了改善生態(tài)環(huán)境、生產(chǎn)木材產(chǎn)品而營造[8-9]。第九次全國森林資源清查顯示，中國的人工林面積已達7 954.28萬hm2，處于世界首位，且幼齡林占比較高，碳匯潛力巨大。根據(jù) 2019 年聯(lián)合國氣候變化框架公約，已有60個國家做出在2050年實現(xiàn)零碳排放的承諾[1,10]。2020年，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會上向全世界莊嚴宣布，中國將采取更加有力的措施，力爭在2030年之前實現(xiàn)二氧化碳排放達到峰值，力爭在2060年之前實現(xiàn)碳中和[11]。在這一趨勢下，針對碳匯需求而營造的人工林面積將進一步增加，同時人工林碳匯計量方法、經(jīng)營增匯技術(shù)等方面的研究也將不斷深入。科學(xué)知識圖譜能夠直觀展示科學(xué)知識的結(jié)構(gòu)、規(guī)律和分布情況，是分析學(xué)科研究熱點、發(fā)展動態(tài)、知識結(jié)構(gòu)及路徑的重要手段[12-13]。為了解人工林碳匯領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及路徑變化，本研究通過文獻分析軟件Citespace對人工林碳匯研究方面進行知識圖譜分析，掌握人工林碳匯研究現(xiàn)狀及路徑變化，分析人工林碳匯研究熱點及變化趨勢，為人工林固碳增匯及應(yīng)對全球氣候變化提供科學(xué)參考。

1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源為WOS(Web of Science)核心合集，檢索公式為TS=(artificial forest* OR planted forest* OR forest plantation* OR man-made forest*) AND TI=(carbon sink* OR carbon sequestration OR carbon retention OR carbon storage)，時間跨度為1991―2021年，文獻類型設(shè)置為“Article”。共檢索出文獻1 000篇，經(jīng)逐條篩選后，得到供分析論文982篇。

2 研究方法

本研究使用文獻引用分析軟件CiteSpace(版本：5.8.R3)對發(fā)表于1991―2021年間人工林碳匯研究論文進行定量及可視化分析。Citespace軟件由美國德雷塞爾大學(xué)的陳超美教授聯(lián)合大連理工大學(xué)開發(fā)，是一種基于Java軟件開發(fā)的引文網(wǎng)絡(luò)與可視化分析工具[14]。軟件可分析生成可視化知識圖譜。圖譜中，節(jié)點代表分析的對象個體，節(jié)點的大小代表它的總被引用次數(shù)，頻次越高節(jié)點越大。節(jié)點內(nèi)部顏色代表年份，有紫色外圈的節(jié)點是具有高中介中心性的節(jié)點，這類節(jié)點是關(guān)鍵節(jié)點，對該研究領(lǐng)域有關(guān)鍵性影響[15]。表格中年份代表分析對象首次出現(xiàn)的時間。節(jié)點間的連線表示節(jié)點間的引用、合作等關(guān)系，連線粗細表示節(jié)點間的關(guān)聯(lián)強度。線的顏色代表首次發(fā)生關(guān)聯(lián)的年份[16]。利用Citespace繪制的知識圖譜，對探索相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、熱點及變化路徑有較大幫助。

3 結(jié)果分析

3.1 發(fā)文趨勢

人工林碳匯領(lǐng)域研究論文數(shù)量總體呈現(xiàn)逐年上升趨勢。如圖1所示，2021年發(fā)文數(shù)量為歷年最高，共發(fā)表相關(guān)論文87篇，2011年后發(fā)表的論文，占總發(fā)文量的71.08%。中國作者每年在WOS上發(fā)表的論文數(shù)量，總體呈上升趨勢。中國作者的論文多發(fā)表于2010年以后，2011—2021年發(fā)表的論文占自身總發(fā)文量的91.07%。可以看出人工林碳匯研究領(lǐng)域，來自中國的研究人員占據(jù)了相當(dāng)大的比重，且總體呈現(xiàn)出上升趨勢。

圖1 1991—2021年人工林碳匯研究領(lǐng)域發(fā)文量

3.2 國家或地區(qū)間合作分析

Citespace進行國家或地區(qū)間合作分析時，如果同一篇文章出現(xiàn)了不同國家或地區(qū)，則判定這些國家或地區(qū)存在合作關(guān)系。在軟件中將節(jié)點類型設(shè)置為Country，進行國家或地區(qū)間合作網(wǎng)絡(luò)分析。分析數(shù)據(jù)如表1所示，中國(PEOPLES R CHINA)出現(xiàn)頻次為278次，美國(USA)為266次，加拿大(CANADA)86次，印度(INDIA)67次，德國(GERMANY)54次。其中，中國和美國出現(xiàn)頻次遠超其他國家，這表明中國和美國在人工林碳匯領(lǐng)域研究處于主導(dǎo)地位。此外，美國節(jié)點的中心度較高，達到了0.55，顯示出極高的中介中心性，是人工林碳匯領(lǐng)域國家間合作的關(guān)鍵節(jié)點。

表1 頻次>20的國家和地區(qū)

利用Citespace分析生成的國家合作網(wǎng)絡(luò)圖，能夠直觀地展示國家間的合作情況。由于該領(lǐng)域的國家間合作關(guān)系較為廣泛，圖中選取頻次>20的國家進行展示。如圖2所示，節(jié)點為對應(yīng)國家和地區(qū)，連線代表有合作，線的粗細代表合作頻次，線越粗表示合作次數(shù)越多。線的顏色代表年份，從淺灰色到紅色，年份越來越近。從國家和地區(qū)合作網(wǎng)絡(luò)圖中可以看出，美國、中國、澳大利亞、德國、蘇格蘭等國家和地區(qū)對應(yīng)節(jié)點有紫色外圈，是具有高中介中心性的節(jié)點，對該研究領(lǐng)域有關(guān)鍵性影響。此外美國與其他國家合作多出現(xiàn)在較早的年份，中國與其他國家合作多出現(xiàn)在相對較近的年份。從合作面來看，美國、中國與其他國家的合作更為廣泛。從合作強度來看，英國與瑞士、瑞典、澳大利亞、蘇格蘭地區(qū)，新西蘭與德國，美國與加拿大合作強度較高。

注：不同顏色的代表不同年份，從左到右依次為1991—2021年

3.3 機構(gòu)合作分析

通過Citespace軟件分析，人工林碳匯領(lǐng)域的論文來自全球592家機構(gòu)。發(fā)文量前十的機構(gòu)如表2所示。中國科學(xué)院發(fā)文量達到126篇，占排位前十機構(gòu)總發(fā)文量的41.04%，發(fā)文量遠超其他機構(gòu)。中國科學(xué)院大學(xué)和美國森林服務(wù)局顯示出了較高的中心度，分別為0.28和0.15，屬于人工林碳匯研究領(lǐng)域的關(guān)鍵機構(gòu)。

表2 發(fā)文量前十的機構(gòu)

機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)如圖3所示，中國科學(xué)院和美國森林服務(wù)局與其他機構(gòu)合作廣泛，其節(jié)點具有紫色外圈，屬于高中介中心性節(jié)點。相比美國森林服務(wù)局，中國科學(xué)院與其他機構(gòu)合作更為廣泛，且開展合作的年份較近。

圖3 機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)

3.4 作者合作分析

作者合作網(wǎng)絡(luò)圖能夠直觀展示相關(guān)研究領(lǐng)域內(nèi)作者的合作關(guān)系。如圖4所示，發(fā)文量最大的作者MGR CANNELL與AD FRIEND有合作關(guān)系，合作年份較遠。ARUN JYOTI NATH、ASHESH KUMAR DAS等作者間合作年份較近。GUOMO ZHOU、HAILONG WANG和ZHAOLIANG SONG等作者之間的合作較為緊密，合作年份較近。

圖4 作者合作網(wǎng)絡(luò)

3.5 期刊共被引分析

期刊共被引分析可以幫助研究人員了解相關(guān)領(lǐng)域的高引用期刊，以及這些期刊之間的聯(lián)系。在Citespace軟件中選取被引期刊為節(jié)點，進行期刊共被引分析。結(jié)果如表3所示，引用頻次排在前5位的期刊依次為Forest Ecology and Management，Global Change Biology，Science，Nature，Ecological Applications。其中，F(xiàn)orest Ecology and Management被引用頻次最高，共被引586次，Global Change Biology被引508次，Science被引502次，Nature被引用436次，Ecological Applications被引344次。

表3 共被引前15位的期刊

3.6 文獻共被引分析

文獻的共被引分析是Citespace軟件最具特色的功能，通過引文網(wǎng)絡(luò)可以向前追根溯源，向后追蹤發(fā)展[17]。使用Citespace生成文獻共被引圖譜，基于共被引圖譜進行關(guān)鍵詞聚類，主要聚類如圖5所示。圖5中顏色從深紅到亮黃色，代表年份從遠至近。分析結(jié)果表明：1991—2021年間的人工林碳匯領(lǐng)域研究，大致可以分為4個階段。第1階段的關(guān)鍵詞聚類主要為火炬松、苔原、經(jīng)核證的減排量、土壤有機碳等；第2階段的關(guān)鍵詞聚類主要為遼東榿木(AlnusHirsuta)、天然林、營林管理、植硅體碳封存等；第3階段的關(guān)鍵詞聚類主要為REDD(發(fā)展中國家通過減少砍伐森林和減緩森林退化而降低溫室氣體排放)、凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、城市生態(tài)、碳核算、紅樹林等；第4階段的關(guān)鍵詞聚類主要為木栓質(zhì)、林齡、減緩氣候變化等。其中減緩氣候變化顯示出較大的聚類，是當(dāng)前及今后的研究熱點。

圖5 共被引網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵詞聚類

被引用關(guān)鍵詞突現(xiàn)，能夠?qū)⒉煌瑫r間段被引用強度較高的關(guān)鍵詞突出顯示，有助于理解學(xué)科領(lǐng)域研究發(fā)展路徑，把握發(fā)展趨勢和研究前沿[18]。表4為人工林碳匯領(lǐng)域引用強度排在前25位的關(guān)鍵詞突現(xiàn)。其中Keywords為關(guān)鍵詞，Strength為被引用強度，色帶為突現(xiàn)時間段的突出顯示。從前25位的關(guān)鍵詞可以看出，對于人工林碳匯的研究，既有宏觀的碳循環(huán)、大氣碳庫、氣候變化等方面的研究，也有微觀的土壤有機碳、光合作用、養(yǎng)分限制等方面的研究。從時間來看，早期研究中，碳循環(huán)、大氣二氧化碳、光合作用等方面的引用強度較高，之后造林、模式等方面顯示出了較強的引用強度。當(dāng)前，碳庫、氣候變化、土壤有機碳、毀林與恢復(fù)、養(yǎng)分限制等方面出現(xiàn)了較高的引用強度。從聚類分析中可以看出，土壤有機碳領(lǐng)域的研究較早，在2000年左右就顯示出了較多的研究，由此表明土壤有機碳在人工林碳匯研究中具有重要意義[19]。氣候變化研究也顯示出了較強的引用強度，達到了7.22。此外，關(guān)鍵詞美國出現(xiàn)在2001—2006年，強度為4.35，而中國出現(xiàn)在2016—2018年，強度為5.1。可以看出，針對人工林碳匯領(lǐng)域研究的對象和主體，從美國轉(zhuǎn)移到了中國，且后者顯示出了更高的引用強度。從突現(xiàn)強度來看，碳儲存Stock的引用強度最高，達到20.16。碳庫、碳儲存相關(guān)的研究至2017年以來顯示出了較高的研究熱度。

表4 被引用前25的關(guān)鍵詞突現(xiàn)

4 討論與結(jié)論

從人工林碳匯研究領(lǐng)域的發(fā)文量年度變化可知，該領(lǐng)域的研究總體呈現(xiàn)上升趨勢，2016年以來中國作者發(fā)文量最多，占總發(fā)文量的40.05%，表明中國在人工林碳匯研究方面處于主導(dǎo)地位。從合作網(wǎng)絡(luò)來看，國家或地區(qū)間的合作極為緊密，機構(gòu)間的合作非常廣泛。其中，中國和美國是合作網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點。相比美國，中國與其他國家建立的合作關(guān)系，出現(xiàn)年份較近。中國科學(xué)院是發(fā)文量最多的機構(gòu)，是人工林碳匯研究領(lǐng)域的主導(dǎo)機構(gòu)。期刊的共被引分析結(jié)果顯示，F(xiàn)orest Ecology and Management的被引用強度最高。綜合關(guān)鍵詞聚類和關(guān)鍵詞突現(xiàn)可知，具體層面，研究熱點集中在人工林碳匯的限制性因素、碳累積隨林齡的變化以及通過木栓質(zhì)研究人工林對土壤有機碳的影響等方面；宏觀層面，研究熱點集中在減緩氣候變化、人工林地上和地下部分的碳積累規(guī)律等方面。伴隨著緩解氣候變化需求增加，人工林的面積將進一步增加[20]，針對森林的經(jīng)營管理將進一步增強。今后需要加強人工林碳積累的時空規(guī)律、人工林生態(tài)系統(tǒng)碳通量的精準估算、人工林碳庫的動態(tài)監(jiān)測、氣候變化對人工林碳庫的影響等方面的研究。

近30年來，人工林碳匯領(lǐng)域的研究持續(xù)增多。國家和機構(gòu)間合作密切，研究的主體和對象，從美國變成了中國。研究工作主要集中于碳儲存、土壤有機碳、碳核算、氣候變化等方面，研究熱點集中于人工林在減緩氣候變化中的作用、人工林碳匯計量方法、人工林增匯的限制性因素、毀林與恢復(fù)對人工林碳匯的影響、人工林植被和土壤有機碳的空間分布規(guī)律等方面。隨著更多國家作出零碳排放承諾，人工林碳匯領(lǐng)域的研究將進一步增多。在我國提出“雙碳”目標的大背景下，圍繞人工林碳匯的研究應(yīng)進一步加強人工林碳庫的動態(tài)監(jiān)測和精準估算、全球氣候變化對人工林生態(tài)系統(tǒng)碳通量的影響、“雙碳”目標下的人工林增匯措施評估等方面的研究。