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中国沙漠, 2024, 44(4): 149-164 doi: 10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00005

流域生态系统服务价值评估研究进展

周德良,1, 杨明霞1, 苏靖雅2, 白玉1

1.兰州财经大学,会计学院,甘肃 兰州 730030

2.兰州财经大学,学报编辑部,甘肃 兰州 730030

Research progress in evaluating the value of watershed ecosystem services

Zhou Deliang,1, Yang Mingxia1, Su Jingya2, Bai Yu1

1.School of Accounting /, Lanzhou University of Finance and Economics,Lanzhou 730030,China

2.Editorial Office, Lanzhou University of Finance and Economics,Lanzhou 730030,China

收稿日期: 2023-11-23   修回日期: 2024-01-05  

基金资助: 2023年陇原青年创新创业人才(团队)项目.  2023-0624-RCC-0056
甘肃省基础研究计划-软科学专项.  23JRZA414
甘肃省教育科学“十四五”规划2023年度课题(GS〔2023〕GHBZ195)
甘肃省教育厅青年博士基金项目.  2022QB-105

Received: 2023-11-23   Revised: 2024-01-05  

作者简介 About authors

周德良(1984—),男,河南商丘人,博士,副教授,研究方向为数字经济与智能财务、碳会计理论与实务E-mail:zhoudl@lzufe.edu.cn , E-mail:zhoudl@lzufe.edu.cn

摘要

以2003—2022年国内外刊载文献为数据源,运用CiteSpace软件对流域生态系统服务价值评估领域相关文献进行科学计量分析。结果表明:(1)流域生态系统服务价值评估研究总体呈现良好发展态势,主题不断深化,但是该领域的作者和机构尚未形成大规模的合作网络。(2)流域生态系统服务价值评估研究的中文文献热点主要体现在流域生态系统、流域生态系统服务功能、流域生态系统服务价值评估的内涵及维度、流域生态系统服务价值评估方法等方面;而英文文献主要围绕流域生态系统服务与流域生态系统服务价值、流域生态系统管理与决策、生物多样性、流域生态系统服务价值评估模型等内容展开。(3)中文文献作者对流域生态系统服务价值评估未来研究将更加注重流域生态系统服务价值评估方法、时空演变及其效益的探讨;而相关领域研究的英文文献作者将更加注重对流域生态系统服务价值时空演变特征及其影响因素的探索。

关键词: 流域生态系统服务 ; 价值评估 ; CiteSpace ; 研究进展

Abstract

Using the literature published at home and abroad from 2003 to 2022 as a data source, CiteSpace software was used to scientifically and metrologically analyze the relevant literature in the field of watershed ecosystem service valuation. The results show that: (1) The research on valuation of ecosystem services in watersheds shows a good development trend in general, and the theme is deepening, but the authors and organizations in this field have not yet formed a large-scale cooperative network. (2)The research hotspots of watershed ecosystem service valuation in Chinese mainly focus on "watershed ecosystem", "watershed ecosystem service function", "the connotation and dimension of watershed ecosystem service valuation" and "watershed ecosystem service valuation method"; while the research in English mainly focuses on "watershed ecosystem service and watershed ecosystem service value", "management and decision-making of watershed ecosystems", "biodiversity" paper in Chinese, and "watershed ecosystem service valuation model" and other contents. (3) Research on the valuation of ecosystem services in watersheds will focus more on the valuation methods, spatial and temporal evolution of ecosystem services in watersheds and their benefits, while those in English will focus more on exploring the characteristics of spatial and temporal evolution of ecosystem services in watersheds and their influencing factors.

Keywords: watershed ecosystem services ; value assessment ; CiteSpace ; research progress

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本文引用格式

周德良, 杨明霞, 苏靖雅, 白玉. 流域生态系统服务价值评估研究进展. 中国沙漠[J], 2024, 44(4): 149-164 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00005

Zhou Deliang, Yang Mingxia, Su Jingya, Bai Yu. Research progress in evaluating the value of watershed ecosystem services. Journal of Desert Research[J], 2024, 44(4): 149-164 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00005

0 引言

生态系统服务作为连接人类社会系统和自然生态系统的重要纽带,对人类的生存、发展及生态的可持续性至关重要。习近平总书记指出,“要着力提升生态系统多样性、稳定性、持续性,加大生态系统保护力度”。然而不合理的利用、环境污染、生态系统服务功能削弱等问题迭代不穷,影响了经济社会的可持续发展,保护生态系统并进行生态系统服务价值评估刻不容缓。流域作为生态系统的重要组成单元,为人类提供了重要的自然资源和生态服务,因此流域生态系统服务价值评估引起了国内外学者的广泛关注和持续讨论。目前该领域的主要研究内容为:①基于土地利用变化,分析流域生态系统服务价值的时空演变特征1-2;②在评估流域生态系统服务价值的基础上,探究各影响因素对流域生态系统服务价值变化的驱动作用3-5;③开展生态补偿标准研究,将流域生态系统服务与流域管理进行有机结合6-7

国内外学者对流域生态系统服务价值评估进行了一系列研究,并取得了较多研究成果,为该领域的文献梳理奠定了一定的基础。然而,当前该领域缺乏对相关主题研究热点和发展趋势等内容的系统梳理,因而难以从整体上把握该研究领域的发展方向。利用CiteSpace软件进行可视化分析并绘制知识图谱,可以形象地展示该研究领域的演化历程及发展趋势,为相关研究提供有价值的参考。本文以2003—2022年中国知网收录的226篇中文文献,以及Web of Science核心合集收录的350篇英文文献为样本数据,将文献研究法与CiteSpace文献计量软件相结合,绘制流域生态系统服务价值评估研究的知识图谱,通过对发文量、核心关键词的聚类、突现词、时区图谱等进行分析,梳理流域生态系统服务价值评估的研究脉络和现状,揭示流域生态系统服务价值评估的研究热点和未来发展趋势,以期为后续相关研究提供理论参考和经验借鉴,并助推中国流域生态服务价值评估实践发展。

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源

数据检索来源选取的是比较权威且覆盖学科广泛的中国知网和Web of Science核心合集的相关文献。2003年以来,流域生态系统服务价值评估迅速发展,相关研究成果日益丰富,因此将文献检索的时间跨度设置为2003—2022年。在中国知网中,以“流域生态系统服务价值评估”为题进行检索,为保证研究样本的准确性和可靠性,剔除期刊会议征稿、报纸、活动记录等无关信息样本后,最终得到226篇中文文献。在Web of Science核心合集中,以“Evaluation of Ecosystem Service Value in Watershed Area”和“Assessment of Basin Ecosystem Service Values”为主题进行检索,对数据进行筛选清理后,得到350篇英文文献。

1.2 研究方法

采用CiteSpace软件对相关论文进行知识图谱分析。知识图谱作为人工智能的重要分支,是结构化的知识表现形式。CiteSpace作为知识图谱分析的主流软件,被广泛应用于文献资料的量化统计和质性分析,因其强大的可视化功能和复杂网络分析能力,可以动态清晰、直观形象地展示学科知识的结构、规律以及分布情况,进而帮助研究者快速把握某个领域的研究现状、研究热点和未来发展方向。基于此,利用CiteSpace软件,绘制作者共现、研究机构共现、关键词聚类、时间线等知识图谱,以深入探究流域生态系统服务价值评估的研究热点与前沿趋势,进而揭示未来研究的发展方向。

2 流域生态系统服务价值评估研究现状

2.1 年度发文量统计

国内外关于流域生态系统服务价值评估研究的发文量呈现出逐年增长趋势,发展态势良好(图1)。2012年以前中文发文量多于英文,整体呈缓慢增长趋势;前期英文发文量较少,但自2012年开始明显高于中文,且在2017年开始呈现高速增长趋势。总体而言,流域生态系统服务价值评估研究的发文量呈现上升的趋势,研究成果日益丰富。

图1

图1   流域生态系统服务价值评估研究的发文时间和发文量

Fig.1   Timing and volume of publications on valuation studies of ecosystem services in watersheds


2.2 作者

流域生态系统服务价值评估的发展离不开核心作者的引领和推动,也离不开学者之间的交流与合作。因此,将样本数据导入CiteSpace软件,节点类型选为作者(Author),绘制国内外作者共现网络图谱。图谱中节点大小反映作者的发文数量,节点间连线的粗细反映作者之间合作的紧密程度。

2.2.1 中文文献作者及合作网络

图谱中共有395个节点和490条连线,整体网络密度为0.0063(图2),说明流域生态系统服务价值评估研究已经引起了国内学者的广泛讨论,但学者们以独立的合作群为主。其中合作关系较为紧密的有以欧阳志云、肖燚、郑华和白杨为中心组成的合作群,以汪金梅、崔鹏和吴松钦为中心组成的合作群和以石惠春和王芳为中心组成的合作群等。

图2

图2   流域生态系统服务价值评估研究中文文献作者共现图谱

Fig.2   Co-occurrence mapping of Chinese authors of studies on valuation of ecosystem services in domestic watersheds


此外,为了解国内流域生态系统服务价值评估研究核心作者发文情况,根据普赖斯定律和综合指数法,运用计算公式MP=0.749NPmaxMP为核心作者最低发文量,NPmax是发文量最高作者的发文数量),来推导该领域的核心作者,计算出核心作者最低发文量为1.498篇,根据取整原则,得出发文量为2篇及以上的作者为核心作者。由于发文量为2篇的作者较多,本文仅展示排名前十的核心作者(表1)。欧阳志云和郑华的发文数量最多,他们通过与肖焱、白杨等合作,针对流域生态系统服务功能及其价值进行研究,为促进流域经济社会发展与生态保护做出了重要贡献;史恒通等8采用多种研究方法测算了渭河流域生态系统服务支付意愿;石惠春等9对石羊河流域下游生态系统服务功能价值进行评估。

表1   流域生态系统服务价值评估研究核心中文文献作者发文情况

Table 1  Publications in Chinese by core authors of studies on valuation of ecosystem services in watersheds

序号作者初始发文年份发文量中心性
1欧阳志云200940.00
2郑华200940.00
3肖燚200930.00
4史恒通201530.00
5白杨201130.00
6王芳200830.00
7赵敏娟201530.00
8吴松钦201730.00
9石惠春200830.00
10许信旺200830.00

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2.2.2 英文文献作者及合作网络

应用CiteSpace软件对流域生态系统服务价值评估研究的英文文献作者进行分析,绘制流域生态系统服务价值评估研究作者共现图谱(图3)。图谱中共有438个节点和711条连线,整体网络密度为0.0074,表明学者对流域生态系统服务价值评估的研究已经形成一定规模,但是仍然以独立的合作群为主。

图3

图3   流域生态系统服务价值评估研究英文文献作者共现图谱

Fig.3   Co-occurrence mapping of English authors of studies on valuation of ecosystem services in watersheds


根据普赖斯定律和综合指数法,运用计算公式,得出发文量达到2篇及以上的作者为核心作者,由于发文量为2篇的作者较多,仅展示前十名核心作者(表2)。可以发现,流域生态系统服务价值评估相关研究核心英文文献作者的发文量均为2篇,且从中心性来看,所有作者的中心性均为0.00,表明发文作者间缺乏紧密合作。

表2   流域生态系统服务价值评估研究核心英文文献作者发文情况

Table 2  Publications in English by core authors of studies on valuation of ecosystem services in watersheds

序 号作者初始发文年份发文量中心性
1De paula gutierrez-bonilla, Francisco202220.00
2Arthington, Angela H201020.00
3Augusto ruiz-agudelo, Cesar202220.00
4Mohindra, Vindhya202220.00
5Zhu, Jianting202020.00
6Ma, Xiaofei202020.00
7Souliotis, Ioannis202120.00
8Connor, Jeffery D201420.00
9Pereira, Paulo202020.00
10Macdonald, Darla Hatton201420.00

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2.3 研究机构及合作

利用CiteSpace可以对研究机构的合作情况进行分析,揭示各研究机构之间的合作关系和紧密程度。因此,借助CiteSpace软件,将节点类型设置为机构(Institution),对样本数据进行可视化处理,得到国内外流域生态系统服务价值评估研究机构共现图谱。图谱中节点大小表示研究机构的发文数量,节点间连线的粗细表示研究机构间的合作强度。

2.3.1 中文文献机构及合作网络

图谱中共有269个节点和210条连线,整体网络密度为0.0058(图4),表明2003—2022年流域生态系统服务价值评估领域研究机构间的合作关系较弱。对图谱中节点间连线的分析发现,形成合作网络关系的研究机构所在地理区域往往较近,表明研究机构之间的合作关系受到地理位置的限制。对比分析发现,发文量较多作者所属机构与发文量较多机构一致(图24)。发文量最高的机构是中国科学院大学,其次为中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室等(表3),表明这些研究机构有着较强的科研能力。

图4

图4   流域生态系统服务价值评估研究中文文献发文机构共现图谱

Fig.4   Co-occurrence mapping of research organizations with Chinese names for valuing ecosystem services in watersheds


表3   流域生态系统服务价值评估研究发文量排名前10中文文献发文机构

Table 3  Top 10 research organizations with Chinese names in terms of publications on valuation of ecosystem services in watersheds

序 号发文机构初始发文年份发文量中心性
1中国科学院大学2013100.01
2中国科学院地理科学与资源研究所200860.01
3

中国科学院生态环境研究中心

城市与区域生态国家重点实验室

200950.00
4西北师范大学地理与环境科学学院200850.00
5北京林业大学水土保持学院201540.00
6

中国环境科学研究院环境基准与

风险评估国家重点实验室

201330.00
7中国环境科学研究院201530.00
8西北农林科技大学经济管理学院201530.00
9中国科学院南京地理与湖泊研究所201420.00
10新疆林业科学院森林生态研究所201520.00

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2.3.2 英文文献机构及合作网络

图谱中共有202个节点和311条连线,整体网络密度为0.0153(图5),表明机构间有着较为紧密的交流与合作,已经形成了比较明显的合作网络关系。其中以Chinese Academy of Sciences为中心形成的合作网络关系最为明显。

图5

图5   流域生态系统服务价值评估研究英文文献发文机构共现图谱

Fig.5   Co-occurrence mapping of research organizations with English names for valuing ecosystem services in watersheds


从发文数量来看,在Web of Science核心合集中最有影响力、发文数量最多的研究机构是Chinese Academy of Sciences(39篇),之后是University of Chinese Academy of Sciences(18篇)、Beijing Normal University(12篇,表4),表明英文文献的发表为中国学者与国外学者之间的合作与交流架起了桥梁,也凸显了中国学者在流域生态系统服务价值评估研究领域的贡献。从中心性来看,Chinese Academy of Sciences的中心性为0.17,University of Chinese Academy of Sciences的中心性为0.05,表明研究机构之间逐步形成了合作网络。

表4   流域生态系统服务价值评估研究发文量排名前10英文文献发文机构

Table 4  Top 10 foreign research organizations with English names in terms of publications on valuation of ecosystem services in watersheds

序号发文机构初始发文年份发文量中心性
1Chinese Academy of Sciences2006390.17
2University of Chinese Academy of Sciences2009180.05
3Beijing Normal University2010120.05
4Institute of Geographic Sciences & Natural Resources Research201980.03
5Commonwealth Scientific & Industrial Research Organisation (CSIRO)200780.02
6CGIAR201360.05
7Xinjiang Institute of Ecology & Geography200660.04
8Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIC)201260.06
9United States Forest Service200750.00
10Imperial College London201450.00

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3 流域生态系统服务价值评估研究热点

关键词聚类分析可以识别出数据中的热点,帮助研究者更好地了解当前的研究趋势和发展方向,从而更好地把握学术界的研究动态。因此,借助CiteSpace软件,选择节点类型(Node Types)=“Keyword”,时间切片(Time Slicing)=2003-2022,设置“Years Per Slice=1”,绘制国内流域生态系统服务价值评估研究关键词聚类图谱。

3.1 中文文献研究热点

3.1.1 关键词聚类图谱分析

图谱中共有256个节点和397条连线(图6),节点越大表明关键词出现的频率越高,越能够代表该领域的研究热点。在进行关键词分析时,共出现了39个关键词聚类,根据出现的频次和中心性的大小选取前15个关键词,得到流域生态系统服务价值评估研究热点高频词(表5)。出现频次最高的两个关键词是“价值评估”(37次)和“土地利用”(20次),其中介中心性分别为0.42和0.19,表明学者们关于流域生态系统服务价值评估的研究聚焦于这两个方面。这一研究领域的其他高频关键词还包括“生态补偿”(15次)、“评估”(14次)、“生态系统”(13次)、“服务功能”(10次)、“服务价值”(10次)等。关键词出现频次整体偏低,表明学者们对该领域的关注度较低且研究较为分散(图6表5)。

图6

图6   流域生态系统服务价值评估研究中文文献关键词聚类图谱

Fig.6   Cluster mapping of Chinese keywords for research on valuation of ecosystem services in watersheds


表5   流域生态系统服务价值评估研究中文文献热点高频词

Table 5  Hot and high-frequency Chinese words in watershed ecosystem service valuation research

序号关键词频次中介中心性
1价值评估370.42
2土地利用200.19
3生态补偿150.09
4评估140.17
5生态系统130.05
6服务功能100.12
7服务价值100.05
8湿地90.19
9黄河流域80.12
10支付意愿80.26
11经济价值70.14
12流域60.12
13东江流域60.04
14生态价值60.08
15时空变化60.07

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3.1.2 关键词时间线图谱分析

关键词时间线图谱是按照关键词出现的时间顺序,将某一领域中的高频关键词直观地表示出来,通过绘制关键词时间线图谱,可以更加直观地了解每年度新出现的关键词及其所属聚类,从而更好地把握该领域的研究前沿及变化趋势。在CiteSpace软件中,将节点设置为关键词(Keyword),点击关键词聚类按钮,在形成关键词聚类图谱的基础上,点击Timeline View按钮,得到流域生态系统服务价值评估研究关键词时间线图谱(图7)。

图7

图7   流域生态系统服务价值评估研究中文文献关键词时间线图谱

Fig.7   Time line mapping of Chinese keywords for research on valuation of ecosystem services in watersheds


2003—2022年流域生态系统服务价值评估领域共形成了10个聚类,代表了各个时期该领域的重要研究主题。其中“价值评估”和“经济价值”聚类的出现时间最早且时间跨度最长,表明以上两个聚类所包含的关键词受到了学者们的广泛关注。此外,“价值评估”“生态系统”“服务价值”“土地利用”“支付意愿”“评估”“经济价值”等聚类的研究热度延续至今,表明以上聚类已经成为学者们关注的重点。结合上述关键词聚类图谱和高频关键词,总结提炼了国内流域生态系统服务价值评估的研究热点,主要包括如下几个方面:

流域生态系统。该主题包含的关键词主要有“流域”“黄河流域”“东江流域”“生态系统”等。例如,王震洪等10分析了流域生态学在流域尺度上量化生态系统空间结构的难点,并重点以等级结构和集合生态系统理论为基础构建了流域生态系统空间结构量化指标体系。随着研究的不断深入,学者们逐渐将研究对象定位为某一具体流域,分析不同流域所处的生态系统。例如,邱梦等11以黄河流域为研究对象,通过应用SMI-P方法对其所处的生态系统进行综合评价。杨婷等12以东江流域为研究对象,基于能值分析对流域生态系统进行评估。

流域生态系统服务功能。流域生态系统服务功能并不孤立,而是存在此增彼减的权衡状态13,或同增同减的协同状态14。这种权衡或协同关系受到土地利用变化、时空演变等诸多因素的影响。学者们围绕该主题进行研究时,主要是在评估流域生态系统服务价值的基础上,探讨该流域内各生态系统服务功能之间的内在关系,进而为维护流域生态系统服务、促进流域可持续发展提供决策依据。例如,于海龙等15通过构建生态系统服务熵模型,探讨汉江流域生态系统服务结构特征及其时空演变规律,发现四大生态系统服务功能具有显著的相关性,且存在较大的空间异质性差异。王静等16运用当量因子法分析泸沽湖流域生态系统服务价值的时空演变特征,发现该流域的调节服务功能大于供给服务功能。

流域生态系统服务价值评估的内涵及维度。该主题的相关研究主要是在流域生态系统服务价值评估内涵阐述的基础上,探讨流域生态系统服务价值评估的具体维度,主要包括服务价值、经济价值、生态价值等。敦越等17认为流域生态系统服务的独特架构使其具有显著的流动性、水资源主导性及时空异质性等特点。马国军等18评估了石羊河流域生态系统服务功能的经济价值,从而为确保该流域生态安全提供理论依据。

流域生态系统服务价值评估方法。该主题包含的关键词主要有“评估”和“价值评估”等。国内学者进行相关研究时,主要采用价值量评价法,即当量因子法和功能价值法。其中当量因子法基于当量因子表和生态用地面积评估生态系统服务价值19,适用于大范围区域的价值评估。例如,高伟等5基于单位面积价值当量因子法,分析长江流域生态系统服务价值的特征,并对2030年的长江流域生态系统服务价值的变化趋势进行预测。功能价值法基于生态系统服务功能量及单位功能价格,对其关键服务功能及其机制进行评价17,更适用于小范围区域的价值评估。例如,相晨等20对千岛湖水生生态系统服务功能价值开展了定量评估和趋势分析,建立了千岛湖生态系统服务功能评估的指标体系,得出千岛湖2007年和2017年水生态服务总价值。值得注意的是,价值量评价法属于静态评估方法,运用该方法进行价值评估无法反映生态系统服务价值在时间和空间上的动态变化。

3.2 英文文献研究热点
3.2.1 关键词聚类图谱分析

应用CiteSpace软件绘制流域生态系统服务价值评估研究英文文献关键词聚类图谱(图8)。网络模块化指标Modularity Q为0.6063,大于0.3,表明相关研究主题界限明显且关联性较强,聚类结构显著;网络平均轮廓值Weighted Mean Silhouette S为0.6914,接近0.7,表明相关研究领域形成的聚类同质性较高。同时,对关键词聚类图谱进一步分析,选取频次排名前20位的关键词,得到流域生态系统服务价值评估研究热点英文文献高频词(表6),出现频次较高的关键词依次是“ecosystem services”(167次)、“management”(65次)、“climate change”(50次)、“land use”(46次)、“biodiversity”(39次)等,“ecosystem services”(0.31)、“management”(0.1)、“climate change”(0.11)、“land use”(0.13)、“biodiversity”(0.23)中介中心性均大于等于0.1,表明上述关键词已成为该领域的核心研究主题。

图8

图8   流域生态系统服务价值评估研究英文文献关键词聚类图谱

Fig.8   Cluster mapping of English keywords for research on valuation of ecosystem services in watersheds


表6   流域生态系统服务价值评估研究热点英文文献高频词

Table 6  Hot and high-frequency English words in research on valuation of ecosystem services in watersheds

序号关键词频次中介中心性
1ecosystem services1670.31
2management650.10
3climate change500.11
4land use460.13
5biodiversity390.23
6impacts380.04
7basin360.11
8river basin360.10
9conservation330.16
10model320.08
11valuation300.07
12land use change270.05
13framework240.10
14impact210.05
15water170.05
16Values170.01
17landscape160.03
18services150.03
19restoration140.10
20willingness to pay130.02

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3.2.2 关键词时间线图谱分析

运用CiteSpace软件绘制国外流域生态系统服务价值评估研究关键词时间线图谱(图9)。图谱中共形成10个聚类,其中“ecosystem services”聚类出现的时间最早,但在2019年后再无时间线跨度,表明该聚类所涉及的相关研究已经相对成熟,学者们开始对该领域其他主题进行探讨。“ecosystem services value”“land cover change”“human activities”“ecosystem service”等聚类虽然出现时间较晚,但研究热度一直持续至今,表明近几年学者们主要围绕这些聚类进行研究。

图9

图9   流域生态系统服务价值评估研究英文文献关键词时间线图谱

Fig.9   Timeline mapping of English keywords in research on valuation of ecosystem services in watersheds


在上述分析的基础上,本文结合关键词聚类图谱和高频关键词进行进一步分析,得到流域生态系统服务价值评估研究的英文文献热点,主要包括以下几个方面:

流域生态系统服务与流域生态系统服务价值。流域生态系统服务作为生态系统服务研究的重要内容,引起了学者的广泛关注与讨论。随着生态环境问题的日益突出,合理量化流域生态系统服务价值已经成为协调流域经济发展、促进区域生态文明建设的重要工具。因此,学者们围绕该主题进行了深入研究,如Fulford等21通过应用两个既定的生态系统服务模型来估计生态系统服务的损失,从而为生态系统恢复设定基线。Wu等22采用不同的生态功能模型,从支持服务、调解服务和文化服务3个方面评估黄河流域与长江流域生态系统服务的价值。

流域生态系统管理与决策。这一主题的相关研究主要是在探讨生态系统管理与决策问题,比如水资源管理、土地利用管理等。随着相关研究的逐渐深入,学者们开始认识到,合理的生态系统管理是提高人类福祉、实现流域可持续发展的重要途径。一些学者认为,治理良好的流域不仅能够提高农业生产率,还能够最大程度地减少土地退化、减轻气候变化的不利影响以及提高其他方面的生态效益7。Mohammadyari等2研究指出,在土地利用、土地利用变化规划和管理决策中,可以同时考虑生态系统的功能和结构,并使用生态系统服务来优化土地利用,土地利用变化的分配是一种有用且重要的策略。

生物多样性。作为流域生态系统服务价值评估的一个重要维度,生物多样性不仅可以提供更多的食物、木材、水源等资源,还具有净化空气等环境服务,并对生态系统的稳定性和可持续发展具有重要贡献,因此受到了学者们的广泛关注。Zalewski等23对非洲水文、生物多样性以及流域生态系统服务及其恢复力进行研究;Moravek等24在研究中指出流域栖息地支撑着重要的生物多样性和生态系统服务,并强调根据流域的连通性、干扰、水流改变、水质和生物多样性等5个优先事项对其进行保护工作。

流域生态系统服务价值评估模型。该主题包含的关键词主要包括“Valuation”“Model”“Values”等。1997年Costanza等25综合多种评估方法,首次评估单类服务功能单位面积价值,并构建了流域生态系统服务价值评估体系。随后大量学者不断引入NPP、降水量等调节因子,并结合RS、GIS技术,对流域生态系统服务价值进行评估26。随着相关研究的逐渐深入,流域生态系统服务价值评估模型日趋完善。国际组织先后开发了MIMES27、InFOREST28、EcoMetrix29等多种模型,以完善流域生态系统服务价值评估方法。

对流域生态系统服务价值评估研究热点进行分析,发现中、英文文献既有相似性又有差异性。其相似之处主要在于:中、英文文献均对流域生态系统和流域生态系统服务功能等基础理论进行分析,并对流域生态系统服务价值评估模型及方法等实践层面的内容展开探索。而差异性则主要体现在:中文文献研究尚处于基础阶段,主要关注流域生态系统服务价值评估内涵及维度的讨论;而英文文献研究较为成熟,主要在流域生态系统及其服务功能与价值评估研究的基础上逐渐细化研究内容,更加关注流域生态系统管理与决策以及生物多样性等内容的探索。

4 流域生态系统服务价值评估研究前沿趋势

4.1 关键词突现图谱分析

Burst Detection功能是CiteSpace软件中的一个重要特性,可以用于发现和分析文献中的突发主题、突发程度和新兴趋势等,有助于了解不同时间段关键词以及研究主题的变化趋势。应用CiteSpace软件,将参数设置为“Burstness”,得到流域生态系统服务价值评估研究的关键词突显图谱(图10图11)。突现度越大,越可以作为研究前沿。时间段下方粗线段指该关键词成为热点所持续的时间。

图10

图10   2003—2022年流域生态系统服务价值评估研究中文文献关键词突现图谱

Fig.10   Chinese keyword emergence mapping for the study on valuation of ecosystem services in watersheds, 2003-2022


图11

图11   2003—2022年流域生态系统服务价值评估研究英文文献关键词突现图谱

Fig.11   English keyword emergence mapping for the study on valuation of ecosystem services in watersheds, 2003-2022


4.1.1 中文文献关键词突现图谱分析

从突现强度来看,突现度排名前五的关键词依次是“湿地”“服务功能”“黄河流域”“时空变化”“生态补偿”。其中“湿地”是流域生态系统服务价值评估研究领域突现度最高的词汇。湿地是地球上生物多样性最丰富的生态系统,还是许多珍惜濒危物种的栖息地,能够过滤污染物、调节气候、提供多种资源,对于流域生态系统服务价值评估研究具有重要意义。

从突现词出现时间来看,“价值评估”、“湿地”、“海河流域”、“黄河流域”等关键词出现的时间较早,主要原因在于:首先,价值评估是对流域生态系统服务价值的量化,是推进该领域进行研究的前提;其次,湿地和流域是生态系统中最为重要的类型,对其进行研究有利于促进社会的可持续发展。

从突现时间来看,“评估”“生态价值”“黄河流域”“时空变化”等关键词的热度持续时间比较长。主要原因在于:一方面对流域生态系统服务价值进行合理评估,有利于确定相关流域的生态价值,进而采取措施对生态价值进行补偿;另一方面,时空变化是流域生态系统服务价值评估的重要影响因素,对不同的时空进行研究,对提高生态系统服务、改善流域生态环境质量具有重要意义。

从突现词的研究周期来看,关键词成为热点延续的时间为2~3年,表明流域生态系统服务价值评估领域研究内容丰富、发展速度较快。

4.1.2 英文文献关键词突现图谱分析

从突现强度来看,“valuation”(5.67)、“willing to pay”(2.71)、“restoration”(2.70)等关键词的突现强度大于2.5(图11),表明这些关键词受到了学者的广泛关注,其中“valuation”的突现强度远高于其他关键词,表明相关学者更注重对流域生态系统服务价值的量化研究。从突现词出现时间来看,“valuation”“conservation”等关键词出现的时间较早,可能原因是学者通过对生态系统服务价值进行评估的主要目的是为了进行生态保护,促进可持续发展。

从突现时间来看,“restoration”“systems”和“willing to pay”的热度持续时间比较长,可能原因是:一方面,生态系统的复杂性和永续性需要学者们致力于研究;另一方面,生态系统的保护是需要全球共同采取行动的主题。从突现词的研究周期来看,各个突现词的时间周期不尽相同,如“cost”等突现词的研究周期短,说明更新迭代速度快;而“willing to pay”等突现词的研究周期较长,表明其一直是学术界长期关注的主题。

4.2 关键词时区图谱分析

CiteSpace软件中的关键词时区图谱在科学文献分析和可视化方面具有重要作用,可以帮助研究者快速了解研究领域的发展动态,识别研究前沿和热点、探索研究主题变化等。应用CiteSpace软件,在控制面板“Visualizations”选择Timezone View,绘制出国内外流域生态系统服务价值评估研究关键词时区图谱。图谱中关键词节点位置展现其首次出现年份,节点大小表示关键词出现频次,节点之间的连线表示关键词在时间上的演进趋势。

4.2.1 中文文献关键词时区图谱分析

不同时期学者研究的关注点明显不同(图12)。基于此,本文将国内流域生态系统服务价值评估研究划分为奠基期和发展期两个阶段。

图12

图12   流域生态系统服务价值评估研究中文文献关键词时区图谱

Fig.12   Watershed ecosystem service valuation study keywords (in Chinese) time zone mapping


奠基期(2003—2014年)。该时期学者们的研究主要在流域生态系统服务价值量化评估的基础上构建流域生态补偿标准模型,为完善流域生态补偿制度提供参考借鉴,具体包括价值评估、价值评价、量化评估、支付意愿、补偿意愿、补偿标准、生态补偿、受偿意愿等主题。金淑婷等30从自然地理和社会经济角度出发,在构建生态补偿标准计量模型的基础上,计算石羊河流域内各种植被类型的补偿标准,为该流域生态补偿标准的制定提供决策依据。田义超等31在定量评估赤水河流域生态系统服务价值总量的基础上,借助生态补偿计量模型确定流域内不同区域的补偿标准和生态补偿优先级别。

发展期(2015—2022年)。该时期国内流域生态系统服务价值评估研究主要围绕流域生态系统服务价值评估方法、时空演变及其效益展开。首先,学者们进行流域生态系统服务价值评估研究时,主要使用以下两种方法:一是价值量评价法,该方法从价值角度出发,以货币形式评估生态系统服务价值,主要包括当量因子法和功能价值法;二是物质量评价法,该方法从物质量的角度出发,基于生态过程中的能流和物质流,对生态系统服务价值进行评估,主要包括生物物理模型法和能值法32。其次,在流域生态系统服务价值时空演变方面,学者们主要是基于土地利用或覆被变化,探究某一流域生态系统服务价值的时空演变特征及其影响因素33-34,为提高生态系统服务价值奠定基础。最后,一些学者探讨了流域生态系统服务的效益,比如楚智等35基于FLUS情景模拟和空间自相关分析等方法,对实施生态保护红线政策后的塔里木河流域生态效益进行了评价。

4.2.2 英文文献关键词时区图谱分析

基于流域生态系统服务价值评估研究英文文献关键词时区图谱(图13),本文将流域生态系统服务价值评估划分为两个发展阶段,即成长期和探索期。

图13

图13   国外流域生态系统服务价值评估研究英文文献关键词时区图谱

Fig.13   Valuation of ecosystem services in watersheds research keywords (in English) time zone mapping


成长期(2003—2018年)。该时期学者们主要围绕流域生态系统服务价值评估与管理等方面进行研究。首先,流域生态系统服务价值评估是量化生态系统服务价值的重要工具,对推动流域生态系统服务价值评估实践具有重要意义。因此,学者们在流域生态服务价值评估理论研究的基础上,开展流域生态系统服务价值量化评估研究,以期为该领域的深入研究奠定基础。其次,在流域生态系统管理方面,学者基于生态系统服务的生态补偿、生态恢复与生态规划开展研究,以期为流域综合管理提供解决方案。Castro等36确定了生态系统服务的受益群体,评估了生态系统服务重要性,探讨了不同流域管理方案对生态系统服务的认知影响,并得出在流域管理中量化生态系统服务的社会需求是可行且有用的结论,为促进流域生态系统的有效管理提供参考。

探索期(2019—2022年)。该时期出现了大量相关的研究,具体包括“spatiotemporal assessment”“spatial heterogeneity”“urban expansion”“drought”“geographically weighted regression”等关键词。生态系统服务的供给与需求之间的不平衡很容易引起生态问题,确定供给与需求的流域生态系统服务价值时空变化特征及其影响因素,对促进流域可持续发展具有重要意义37。因此,近年来,学者围绕流域生态系统服务价值时空变化特征及其影响因素展开了激烈谈论。Sujetovien等4基于土地利用变化,研究生态系统供应能力的时空变化,从灌丛地和草本植被面积以及城市化进程和城市结构多个尺度分析对生态系统服务潜力的影响。

通过梳理国内外流域生态系统服务价值评估研究的前沿趋势可以发现,国内外对流域生态系统服务价值评估研究关注的前沿议题基本一致,相关研究均从流域生态系统服务价值的量化评估、评估模型及方法等基础研究,逐渐扩展至流域生态系统服务价值时空演变、效益、影响因素等更深层次的研究,相关领域研究的前沿议题不断拓宽。

5 研究结论与展望

5.1 研究结论

流域生态系统服务价值评估研究文献逐年增多,前期中文发文数量略高于英文发文数量,但近年来英文发文数量远高于中文发文数量。学者都形成了独立的合作群,但尚未形成规模较大的合作网络。

中文文献相关研究热点主要围绕流域生态系统、流域生态系统服务功能、流域生态系统服务价值评估的内涵及维度、流域生态系统服务价值评估方法等内容展开;而英文文献相关研究热点集中于流域生态系统服务与流域生态系统服务价值、流域生态系统管理与决策、生物多样性和流域生态系统服务价值评估模型等方面。

流域生态系统服务价值评估的中文文献研究进程可以划分为奠基期和发展期,未来研究将更加注重流域生态系统服务价值评估方法、时空演变及其效益的探讨;而相关领域的英文文献研究进程可以划分为成长期和探索期,未来研究将更加注重对流域生态系统服务价值时空演变特征及其影响因素的探索。

5.2 研究展望

加强交流合作。当前流域生态系统服务价值评估研究主要聚焦于经济学、生态学和管理学等领域,但是流域生态系统服务价值评估研究是一个社会经济与生态问题,涉及领域宽泛,范围影响较大,因此需要各行各业加强交流合作,以促进该领域高质量发展。具体可从以下两个方面展开:一是营造研究主体间合作交流的学术环境,促进学者间的学术交流与知识共享;二是搭建跨学科交流平台,为不同学科背景下作者、机构之间的合作交流提供便利。

完善评估方法。尽管现有研究提出了多种流域生态系统服务价值评估方法与模型,但仍存在诸多缺陷与不足,阻碍了流域生态系统服务价值评估研究的深入发展。因此,未来研究需不断健全流域生态系统服务价值评估方法体系,以保证相关研究的科学性与谨慎性。一方面,应当强化流域生态系统服务价值评估实证研究,深刻揭示流域生态系统服务价值评估的影响因素与效应;另一方面,需要注重定性分析和定量分析相结合,使流域生态系统服务价值评估的结果更加科学准确。

重视应用研究。由于流域生态系统服务价值评估结果受多重因素的影响,流域生态系统服务价值评估研究仍然停留在基础理论探讨阶段,应用于流域生态系统服务生态恢复与补偿等相关内容的研究较为稀缺,可支撑流域综合管理决策的信息与实践也较为薄弱。未来研究应重视RS、GIS与模型工具的应用,逐步将可视化信息运用于管理决策,依据流域生态服务现状及发展需求合理配置资源,从而助推长期有效流域资源管理的建立与可持续发展的实现。

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