珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)模型研究現(xiàn)狀及熱點(diǎn)分析

王 耕,關(guān)曉曦

遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院, 大連 110629

珊瑚礁是由珊瑚生物群落(珊瑚蟲(chóng))聚集的石灰石保護(hù)結(jié)構(gòu)形成的,這些生活在熱帶水域的群體作為一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)體,通常接近地表并生長(zhǎng)了成百上千年。珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)是生物多樣性和生態(tài)價(jià)值最高的海洋生態(tài)系統(tǒng)之一,它古老、珍貴又多姿多彩,常被譽(yù)為“海洋中的熱帶雨林”或“海上長(zhǎng)城”[1- 2]。在近幾十年里,由于全球氣候變化,海洋酸化和人類(lèi)的不合理活動(dòng)[3],世界上許多地方珊瑚礁的退化速度遠(yuǎn)超其生長(zhǎng)速度,并呈加速退化的趨勢(shì)發(fā)展[4]。如我國(guó)南海的珊瑚礁面積約有37200 km2,占世界珊瑚礁面積的5%,居?xùn)|南亞地區(qū)第二位[5- 9],但南海珊瑚礁生物資源呈現(xiàn)出十分嚴(yán)重的衰退趨勢(shì),珊瑚礁損害率甚至高達(dá)90%以上[10]。南海諸島珊瑚礁不僅具有漁業(yè)、旅游業(yè)和海岸保護(hù)等價(jià)值和服務(wù),還因其得天獨(dú)厚的地理位置而對(duì)領(lǐng)土、領(lǐng)海和海洋專(zhuān)屬經(jīng)濟(jì)區(qū)的劃分起著無(wú)可替代的作用[11],于是保護(hù)和修復(fù)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)無(wú)疑成為當(dāng)今國(guó)際生態(tài)保護(hù)的研究熱點(diǎn)。

為探求珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)各部分的運(yùn)行機(jī)制和相互作用,借助模型手段進(jìn)行研究的方法頗為盛行。珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)模型研究是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物及其周?chē)h(huán)境的特性,通過(guò)計(jì)算機(jī)等手段構(gòu)建出模型,對(duì)珊瑚礁、珊瑚礁生物種群群落及生存環(huán)境進(jìn)行追蹤和檢測(cè),一定程度上有助于了解和掌握系統(tǒng)動(dòng)態(tài),可為保護(hù)和修復(fù)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)提供可行的理論與實(shí)踐指導(dǎo)。國(guó)際上對(duì)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)建模研究起始于20世紀(jì)70年代,隨著珊瑚礁退化造成的負(fù)面影響日益顯著,系統(tǒng)建模研究發(fā)展迅速。Macintyre等[12]為激發(fā)對(duì)珊瑚礁地質(zhì)調(diào)查中進(jìn)行模擬的有效性討論,于1974年首次采用圖形模型描繪了珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)中碳流動(dòng)模式的位置和特征,為未來(lái)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的模擬分析研究奠定了基礎(chǔ)。Lidz等[13]構(gòu)建了迎風(fēng)邊緣模型,為海平面波動(dòng)期間碳酸鹽巖臺(tái)地的進(jìn)積提供了一個(gè)重要而獨(dú)特的運(yùn)行機(jī)制,為背礁露臺(tái)盆地的填充做出重要貢獻(xiàn)。van der Laan和Bradbury[14]使用一個(gè)簡(jiǎn)單的人工漁礁系統(tǒng),通過(guò)元胞自動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了模擬荊棘冠海星對(duì)珊瑚產(chǎn)生破壞的現(xiàn)象,成功研究了二者捕食與幼蟲(chóng)擴(kuò)散和生存的影響關(guān)系。在珊瑚礁礁體建模研究的基礎(chǔ)上,近些年來(lái)珊瑚礁生物如珊瑚共生體、珊瑚蟲(chóng)、珊瑚魚(yú)等珊瑚物種的模型日益增多,Mcclanahan[15]、Jokiel, Martinelli[16]、Andres和Rodenhouse[17]等國(guó)際學(xué)者分別對(duì)珊瑚生物的物種分布、種間關(guān)系、種群大小及生長(zhǎng)速度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估,旨在保護(hù)和提高珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。國(guó)內(nèi)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)建模研究起步較晚,珊瑚礁礁體與波浪變形傳播[18- 21]等方面深受學(xué)者關(guān)注,投入使用的數(shù)理模型相對(duì)較多。

在珊瑚礁礁體模型、種群模型和生態(tài)系統(tǒng)模型研究中,各種建模方法與技術(shù)復(fù)雜多樣,模型模擬結(jié)果差異較大,為了能夠準(zhǔn)確把握珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)模型研究的趨勢(shì),更好地解決珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)退化診斷的建模工作,有必要對(duì)當(dāng)前有關(guān)珊瑚礁模型進(jìn)行歸納分析。文獻(xiàn)計(jì)量是一種基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的定量分析方法,是以科學(xué)文獻(xiàn)的外在特征和數(shù)量為研究對(duì)象,采用數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來(lái)研究文獻(xiàn)的分布結(jié)構(gòu)、數(shù)量關(guān)系和變化規(guī)律等,用以描述、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[22- 23]。為了解各學(xué)科的研究狀況、熱點(diǎn)及趨勢(shì),文獻(xiàn)計(jì)量方法已被多學(xué)科廣泛應(yīng)用[24]。因此本文借助文獻(xiàn)計(jì)量方法為輔助手段,著重對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外用以探究珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的多種模型研究進(jìn)行定量的統(tǒng)計(jì)分析,旨在了解掌握目前珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)模型研究的熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì),為國(guó)內(nèi)珊瑚礁生態(tài)修復(fù)的后續(xù)發(fā)展提供文獻(xiàn)參考。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文以Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中的Web of ScienceTM核心合集為國(guó)外文獻(xiàn)數(shù)據(jù)源,通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索相關(guān)文獻(xiàn)。檢索方式為“主題檢索”,檢索式為“coral reef”and “model”,文獻(xiàn)類(lèi)型為“article”,搜索年份截止在2018年10月(包括10月),共得到4057條符合條件的結(jié)果。將結(jié)果按照相關(guān)性進(jìn)行排序,選取前2000個(gè)結(jié)果作為數(shù)據(jù)進(jìn)行熱點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析。

相比起國(guó)外較為豐富的研究現(xiàn)狀,國(guó)內(nèi)對(duì)于珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)模型構(gòu)建的研究尚在萌芽之中。在中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)(CNKI)中,選擇主題為“珊瑚礁”并且“模型”的期刊文獻(xiàn),搜索年限為至今,僅得到34篇相關(guān)文獻(xiàn)。

1.2 研究方法

本文借助文獻(xiàn)計(jì)量為數(shù)理統(tǒng)計(jì)手段,對(duì)國(guó)內(nèi)外珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)模型研究的現(xiàn)狀以及熱點(diǎn)態(tài)勢(shì)進(jìn)行分析,并進(jìn)行可視化處理。利用Bibexcel軟件不僅可以完成多種計(jì)量分析工作且便于與其他分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的特點(diǎn),將關(guān)鍵詞的詞頻進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并生成相關(guān)矩陣。具體方法為：將國(guó)外文獻(xiàn)按照相關(guān)性排序后選取前2000篇以及國(guó)內(nèi)34篇題錄分別導(dǎo)入Bibexcel軟件中,導(dǎo)出文獻(xiàn)的高頻關(guān)鍵詞。國(guó)外研究去除最高頻次并篩選出詞頻大于13的關(guān)鍵詞共計(jì)57個(gè),合并其中的同、近義詞,如:“biodiversity”、“diversity”都是多樣性的意思,故統(tǒng)一用“biodiversity”來(lái)表示,合并后共計(jì)43個(gè)高頻關(guān)鍵詞。國(guó)內(nèi)研究則選取了9個(gè)頻次大于等于2的關(guān)鍵詞,利用Bibexcel 軟件將關(guān)鍵詞進(jìn)行兩兩配對(duì)。統(tǒng)計(jì)2000篇國(guó)際文獻(xiàn)里高頻關(guān)鍵詞的共現(xiàn)頻次形成 43×43的共詞矩陣,隨后將矩陣導(dǎo)入到Ucinet中生成##h文件,再用Netdraw做出國(guó)際珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)模型研究高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視圖。按照關(guān)鍵詞的基本屬性對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類(lèi)分析,得出系統(tǒng)聚類(lèi)分析表。

2 結(jié)果分析

2.1 發(fā)文量及各階段內(nèi)容分析

以Web of Science 數(shù)據(jù)庫(kù)檢索的期刊文獻(xiàn)數(shù)量作為國(guó)外數(shù)據(jù)來(lái)源,日期截止到 2018年10月,共得到4057條結(jié)果；在CNKI中檢索到34篇國(guó)內(nèi)與珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)模型研究有關(guān)的文獻(xiàn),綜合得到國(guó)際年度發(fā)文量如圖1所示。

圖1 國(guó)際珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)模型研究發(fā)文量分布圖Fig.1 Number of articles about international coral reef ecosystem model

2.1.1發(fā)文量分析

由圖1可以看出,就國(guó)外發(fā)文量而言,盡管個(gè)別年份發(fā)文數(shù)量有些許下降,但文獻(xiàn)數(shù)量總體上呈大幅度增長(zhǎng)的趨勢(shì),研究具體可分為五個(gè)階段。第一階段(1974—1990)萌芽階段：1974年起,美國(guó)學(xué)者發(fā)布了首篇利用概念模型模擬珊瑚礁地質(zhì)環(huán)境的文章,開(kāi)辟了借助模型探究珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的先河,隨后陸續(xù)有學(xué)者加入模型研究行列,由于模型研究正處于探索階段,發(fā)文量稀少。第二階段(1991—1997)緩慢發(fā)展階段：隨著珊瑚礁模型研究的不斷深入探索,相關(guān)研究的發(fā)文量較前一階段有明顯增多,但增長(zhǎng)速率較低,且呈現(xiàn)出停滯狀態(tài)。發(fā)文量最多的是美國(guó),發(fā)文量64篇,其次是澳大利亞、加拿大,發(fā)文量分別為39篇和15篇。第三階段(1998—2005)穩(wěn)定發(fā)展階段：隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的聚焦,有關(guān)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)珊瑚共生體及生境模擬模型研究明顯增多,其中發(fā)文量較多的國(guó)家有美國(guó)、澳大利亞和法國(guó)。第四階段(2006—2016)波動(dòng)增長(zhǎng)階段：由于珊瑚白化退化現(xiàn)象日益嚴(yán)重,珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的退化引起了各國(guó)學(xué)者的強(qiáng)烈關(guān)注,大量相關(guān)模型研究涌現(xiàn),其中美國(guó)的發(fā)文量仍處于領(lǐng)先地位,十年間發(fā)文量已高達(dá)1211篇占國(guó)際總發(fā)文量的44%,其次是英國(guó)和澳大利亞。第五階段(2016年至今)加速增長(zhǎng)階段：2016年至今雖發(fā)文量有下降形勢(shì),但珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和修復(fù)已成為全球矚目的研究領(lǐng)域,備受各國(guó)重視,致使各國(guó)發(fā)文量普遍大幅度提高,該領(lǐng)域的研究進(jìn)入了加速發(fā)展階段。發(fā)文量超過(guò)100的國(guó)家有四個(gè),依次是美國(guó)、澳大利亞、英國(guó)和法國(guó),美國(guó)在加勒比海地區(qū)珊瑚礁的研究成果始終遙遙領(lǐng)先。

經(jīng)過(guò)圖1對(duì)比可以明顯看出,我國(guó)在這方面起步較晚,對(duì)于珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)模型的研究相對(duì)匱乏。1997年才發(fā)表第一篇文章,同時(shí)相關(guān)研究的發(fā)展不穩(wěn)定。雖然我國(guó)致力于珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)工作已持續(xù)十余年,但針對(duì)構(gòu)建模型進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)研究的內(nèi)容仍然匱乏,直到2016年以后,隨著科技的發(fā)展時(shí)代的進(jìn)步,研究手段和技術(shù)都有了很大提高,發(fā)文量才有所上升,但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于國(guó)際發(fā)文量。2018年我國(guó)的發(fā)文量達(dá)到了最高值,共有9篇文獻(xiàn),占國(guó)內(nèi)相關(guān)研究總發(fā)文量的26.4%。

2.1.2研究?jī)?nèi)容分析

總體上看,國(guó)外用于研究珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的模型范圍廣、用途多,該領(lǐng)域研究?jī)?nèi)容豐富,囊括了珊瑚-珊瑚共生體-生物種群-群落等模型的構(gòu)建,用以對(duì)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)組成部分進(jìn)行模擬、監(jiān)測(cè)、追蹤、評(píng)估和預(yù)測(cè),各階段致力的研究?jī)?nèi)容有所不同。萌芽階段學(xué)者主要致力于對(duì)珊瑚礁成礁環(huán)境的探索,通過(guò)建模對(duì)珊瑚礁地質(zhì)地貌性質(zhì)、成礁環(huán)境進(jìn)行模擬和研究。緩慢增長(zhǎng)階段在前人研究的基礎(chǔ)上,加大了珊瑚礁成礁環(huán)境的探究力度,模型構(gòu)建手段日益成熟,同時(shí)珊瑚礁生物群落的組成、生態(tài)分布、生物生產(chǎn)力和營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)等研究增多,運(yùn)用數(shù)學(xué)模擬等手段對(duì)群落的形成、演化和動(dòng)力過(guò)程、變化趨勢(shì)進(jìn)行研究成為該領(lǐng)域的主要研究方向。穩(wěn)定發(fā)展階段該領(lǐng)域有了新的關(guān)注點(diǎn),此時(shí)珊瑚退化現(xiàn)象逐漸涌現(xiàn),各國(guó)紛紛投入到珊瑚退化的研究中。失去共生藻的珊瑚因缺失營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和新陳代謝的能力大范圍白化、退化,為達(dá)到通過(guò)保護(hù)和繁殖共生藻緩解珊瑚白化現(xiàn)象的目的,模擬藻類(lèi)生存環(huán)境的仿真模型驟增,用于追蹤和監(jiān)測(cè)珊瑚共生藻的模型層出不窮。珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的劇烈惡化使得保護(hù)和修復(fù)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)成為學(xué)者熱議話(huà)題。由于珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)是高度復(fù)雜的系統(tǒng),其特征在于生物和非生物成分之間的非線性關(guān)系,研究人員將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到珊瑚礁生物和非生物成分的保護(hù)上。珊瑚、珊瑚共生體、珊瑚礁魚(yú)類(lèi)、底棲環(huán)境等模型模擬研究成果豐碩,珊瑚礁的生物群落物種復(fù)雜度及生物多樣性的研究成為該領(lǐng)域的新焦點(diǎn)。由于世界各地的珊瑚礁都承受著由異常的溫水事件帶來(lái)巨大壓力,導(dǎo)致大規(guī)模珊瑚褪色和大范圍的珊瑚礁破壞,所以近階段以來(lái),全球氣候變化、海水溫度變化對(duì)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的影響機(jī)制研究明顯增多,用于預(yù)測(cè)和判斷未來(lái)氣候變化會(huì)給珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)的脅迫和風(fēng)險(xiǎn)的模型逐漸增多,珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)、威脅、脅迫和修復(fù)的研究成為該領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢(shì)。

2.2 高頻關(guān)鍵詞分析

關(guān)鍵詞是對(duì)文章的高度概括和精煉,將篩選出的國(guó)際2000篇和國(guó)內(nèi)34篇相關(guān)文獻(xiàn)利用Bibexcel軟件導(dǎo)出高頻關(guān)鍵詞,由于關(guān)鍵詞較多,為保證研究的共性,國(guó)外分析選擇出詞頻大于13的關(guān)鍵詞共計(jì)57個(gè),合并其中的同、近義詞,得到共計(jì)43個(gè)高頻關(guān)鍵詞,國(guó)內(nèi)分析則選取頻次大于2的共計(jì)9個(gè)。這些高頻關(guān)鍵詞在一定程度上分別反映了國(guó)內(nèi)外珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)仿真模擬研究的核心和熱點(diǎn)。利用Bibexcel將從Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中提取高頻關(guān)鍵詞結(jié)果如表1所示。

表1 國(guó)外高頻關(guān)鍵詞及詞頻

根據(jù)表1可以看出：國(guó)外關(guān)于“珊瑚礁生態(tài)模型”研究的文獻(xiàn)中,出現(xiàn)最多的關(guān)鍵詞為Coral reef(珊瑚礁),此外climate change (氣候變化)、Coral bleaching(珊瑚白化)、Coral reef fish(珊瑚礁魚(yú)類(lèi))、Great Barrier Reef (大堡礁)和biodiversity(生物多樣性)五個(gè)關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率較大,頻次均超過(guò)50占總統(tǒng)計(jì)高頻詞的25.2%,說(shuō)明國(guó)外對(duì)于珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)建立的模型主要集中用于珊瑚白化以及生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性上。氣候變化是珊瑚白化的原因之一,海水升溫會(huì)使珊瑚蟲(chóng)釋放其體內(nèi)的蟲(chóng)黃藻。蟲(chóng)黃藻既為珊瑚提供營(yíng)養(yǎng),又給珊瑚帶來(lái)色彩,因此蟲(chóng)黃藻被釋放后珊瑚就會(huì)出現(xiàn)不同程度的“白化”[ 25- 26]。豐富的珊瑚礁資源為珊瑚礁魚(yú)類(lèi)提供了棲息及繁育場(chǎng)所,但珊瑚白化對(duì)珊瑚礁魚(yú)類(lèi)的生境造成改變,為珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性帶來(lái)不容小覷的影響。因出現(xiàn)頻次介于50和20(包括20)之間的關(guān)鍵詞共19個(gè),占總統(tǒng)計(jì)高頻詞的36.3%。根據(jù)Connectivity(連通性)、ocean acidification(海洋酸化)、resilience(彈性)、calcification(鈣化)等關(guān)鍵詞可以看出研究人員對(duì)于珊瑚礁礁體的結(jié)構(gòu)和組成投入了大量研究,甚至構(gòu)建人工礁,以期通過(guò)建立一個(gè)穩(wěn)定、抵抗風(fēng)浪、提供庇護(hù)所的巖體結(jié)構(gòu),促使珊瑚快速安全的附著、生長(zhǎng)和繁殖[27- 28]。頻次低于20但大于13的關(guān)鍵詞共有268個(gè),占全部的16.1%。隨著珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)研究的不斷深入,Hydrodynamics(流體力學(xué),水動(dòng)力學(xué))、Water quality(水質(zhì))、Fisheries(捕魚(yú)業(yè))、Coral Disease(珊瑚疾病)的研究不斷增多,說(shuō)明用以探究珊瑚礁生物生境特性如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、生存動(dòng)力的模型愈加豐富,珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)研究范圍日益廣泛。

利用Bibexcel將從CNKI中提取出高頻關(guān)鍵詞可知,除最高頻率的珊瑚礁以外,其他關(guān)鍵詞出現(xiàn)了2次分別為：數(shù)學(xué)模型、南海、承載力、鈣質(zhì)土、波浪破碎、波浪增水、波浪傳播和波浪傳播變形。從高頻詞統(tǒng)計(jì)詞可以看出國(guó)內(nèi)珊瑚礁模型研究與珊瑚礁成礁環(huán)境和水文動(dòng)力學(xué)相關(guān)。

2.3 高頻關(guān)鍵詞的可視化分析

共詞分析法是通過(guò)對(duì)某一學(xué)科領(lǐng)域的研究文獻(xiàn)中的關(guān)鍵詞共同出現(xiàn)在一篇文獻(xiàn)中的現(xiàn)象進(jìn)行分析,從而判斷該領(lǐng)域主題之間相互關(guān)系的研究方法[29]。利用Bibexcel 軟件將國(guó)際上的43個(gè)關(guān)鍵詞及詞頻進(jìn)行兩兩配對(duì),形成 43×43的共詞矩陣,隨后將矩陣導(dǎo)入到Ucinet中生成##h文件,再用Netdraw做出國(guó)際珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)模型研究的高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視圖,如圖2所示完成共詞分析。網(wǎng)絡(luò)圖中,節(jié)點(diǎn)大小表示關(guān)鍵詞的中心度,節(jié)點(diǎn)越大中心度越高,說(shuō)明該關(guān)鍵詞與其他詞共現(xiàn)的次數(shù)越多；節(jié)點(diǎn)間的連線表示兩組關(guān)鍵詞的關(guān)系,線條越粗表示關(guān)系越密切,兩組共現(xiàn)次數(shù)越多[30- 31]。

圖2 國(guó)外珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)模型研究高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視圖Fig.2 Co-occurance netview of high frequency key words from coral reef ecosystem model research in foreign

如圖2所示,與coral reef(珊瑚礁)共線次數(shù)較多的有climate change(氣候變化)、coral bleaching(珊瑚白化)、biodiversity(生物多樣性)等詞,說(shuō)明這些研究方向是珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)模型研究的熱門(mén)方向。氣候變化對(duì)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境質(zhì)量和內(nèi)部生物生境產(chǎn)生直接影響,造成珊瑚退化,從而嚴(yán)重威脅珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)生物種群的生存和繁殖,大幅度降低了生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物種豐富度,因此生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物多樣性的追蹤調(diào)查研究是當(dāng)前研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。其他關(guān)鍵詞也由連線相互牽引形成了聯(lián)系緊密、縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)狀關(guān)系圖。

國(guó)內(nèi)研究因數(shù)量較少,研究方向相對(duì)較分散,并未出現(xiàn)共詞現(xiàn)象。

2.4 高頻關(guān)鍵詞聚類(lèi)分析

聚類(lèi)分析法是一種以“物以類(lèi)聚”為基本原理的多元統(tǒng)計(jì)方法。此方法能將大量數(shù)據(jù)按各自的特性來(lái)進(jìn)行合理的分類(lèi),將不同特性的數(shù)據(jù)分類(lèi)到不同的類(lèi)或者簇,所以聚類(lèi)分析后的同一個(gè)簇中的對(duì)象有很大的相似性,而不同簇間的對(duì)象有很大的相異性[32]。對(duì)國(guó)外文獻(xiàn)中提取的43個(gè)高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類(lèi)分析,按照關(guān)鍵詞的不同屬性共得到四個(gè)群集如表2所示。

表2 國(guó)外珊瑚礁模型關(guān)鍵詞聚類(lèi)群體劃分

從表2可以看出,聚類(lèi)分析后可以將高頻關(guān)鍵詞分為4個(gè)群集。群集1主要囊括了珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)中生活的各種生物因子和系統(tǒng)內(nèi)各物種相互作用的種間關(guān)系,如Acropora(鹿角珊瑚)、macroalgae(大型藻類(lèi))、Symbiodinium(共生藻)、Coral reef fish(珊瑚礁魚(yú))、competition(競(jìng)爭(zhēng))、Symbiosis(互利共生)等。珊瑚礁生物群落的種類(lèi)組成豐富多彩,是構(gòu)成珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的主體,生物群落多樣性很大程度上反映了生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。珊瑚礁上的生物分布具有明顯的地方性,生物間的生存競(jìng)爭(zhēng)可以有效限制種群的擴(kuò)散。群集2包括了珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)生物的生存環(huán)境因子以及環(huán)境變化引發(fā)的珊瑚疾病等研究,如water quality(水質(zhì))、Habitat (生境)、resilience (水質(zhì))、Connectivity(連通性)和Coral bleaching(珊瑚白化)等。隨珊瑚退化的日益加重,為關(guān)注和保護(hù)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng),對(duì)珊瑚及生物的生活條件監(jiān)測(cè)和模擬的模型研究日益受學(xué)者關(guān)注。群集3主要是針對(duì)特定區(qū)域如各地的海洋保護(hù)區(qū)的研究,像Hawaii (夏威夷)、Red Sea (紅海)、Great Barrier Reef(大堡礁)等。群集4是針對(duì)于氣候變化對(duì)珊瑚礁影響的研究,如global warming(全球變暖)、Sea surface temperature(海平面溫度)等,近些年來(lái)全球氣候變化及一系列極端天氣引發(fā)的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的破壞和損害引發(fā)學(xué)者高度重視,海水的升溫和降溫,海平面的升降變化等都會(huì)對(duì)生存于淺海的珊瑚礁產(chǎn)生巨大的負(fù)面影響。利用模型評(píng)估和預(yù)測(cè)氣候變化對(duì)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的影響可以有效應(yīng)對(duì)未來(lái)可能發(fā)生的損壞,以便提出有效的防范和修復(fù)措施。

國(guó)內(nèi)研究較少,不便于聚類(lèi)分析。但從承載力、鈣質(zhì)土表示國(guó)內(nèi)對(duì)珊瑚礁成礁環(huán)境方面有所涉及；從波浪破碎、波浪增水、波浪傳播和波浪傳播變形說(shuō)明國(guó)內(nèi)對(duì)于珊瑚礁水文動(dòng)力學(xué)研究較為關(guān)注。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)建模研究相關(guān)文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)與分析,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)歸納,得到如下結(jié)論：

按照時(shí)間順序?qū)Πl(fā)文量進(jìn)行分析,可將國(guó)外針對(duì)該學(xué)科的探究分為五個(gè)階段：萌芽階段,緩慢發(fā)展階段,穩(wěn)定發(fā)展階段、波動(dòng)增長(zhǎng)階段和加速增長(zhǎng)階段。各階段涉及到的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)有所不同,但珊瑚礁成礁環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性建模研究持續(xù)是熱點(diǎn)。美國(guó)在該領(lǐng)域的研究始終處于遙遙領(lǐng)先的地位,其次是澳大利亞、加拿大等擁有富饒珊瑚礁資源的國(guó)家。國(guó)內(nèi)研究起步較晚,發(fā)文量也相對(duì)匱乏,構(gòu)建的模型主要涉及珊瑚礁的礁體地形和波浪變形傳播方面。國(guó)外在1974—2018共45年間發(fā)表了4057篇文獻(xiàn),國(guó)內(nèi)則在1997—2018共22年間發(fā)表了34篇文獻(xiàn),可見(jiàn)國(guó)外發(fā)文量的增長(zhǎng)幅度約是國(guó)內(nèi)發(fā)文量的90倍,因此國(guó)內(nèi)應(yīng)大力加強(qiáng)構(gòu)建珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)模型的研究力度。

從高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)分析來(lái)看,除Coral reef(珊瑚礁)外,climate change (氣候變化)、Coral bleaching(珊瑚白化)、Coral reef fish(珊瑚礁魚(yú)類(lèi))、Great Barrier Reef (大堡礁)和biodiversity(生物多樣性)出現(xiàn)次數(shù)較多。國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中除珊瑚礁外,波浪破碎、波浪增水、波浪傳播和波浪傳播變形等頻率相對(duì)較高。透過(guò)這些高頻關(guān)鍵詞,可以看出國(guó)內(nèi)外用于研究珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的模型各有側(cè)重：國(guó)外主要致力于調(diào)查珊瑚礁退化原因及監(jiān)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的研究上,而國(guó)內(nèi)則將重點(diǎn)放在珊瑚礁成礁環(huán)境與波浪傳播方面。

從高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視圖可以看出：國(guó)際研究中climate change(氣候變化)、biodiversity(生物多樣性)、coral bleaching(珊瑚白化)等是珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)模型研究的核心與熱點(diǎn)。而國(guó)內(nèi)由于起步晚研究少,高頻關(guān)鍵詞較為分散,無(wú)共詞現(xiàn)象。

從高頻關(guān)鍵詞聚類(lèi)分析結(jié)果來(lái)看：國(guó)外的模型研究主要分為四個(gè)方面,一是針對(duì)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物種群及多樣性的模擬研究；二是對(duì)于珊瑚礁生物生境質(zhì)量和珊瑚疾病的調(diào)查研究；三是對(duì)于海洋保護(hù)區(qū)等特定區(qū)域的監(jiān)測(cè)研究；四是針對(duì)氣候變化給珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)影響的評(píng)估和預(yù)測(cè)研究。

綜上所述,當(dāng)前全世界珊瑚退化、珊瑚礁生態(tài)環(huán)境惡化形勢(shì)逼人,珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)亟待修復(fù)。采用建模手段研究珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)可有效為保護(hù)和修復(fù)生態(tài)提供科學(xué)的理論和技術(shù)指導(dǎo)。珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)建模研究成果豐富,當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)于此研究的進(jìn)展差別較大。國(guó)外通過(guò)計(jì)算機(jī)建模[33]、動(dòng)力學(xué)模擬[34]、高光譜遙感和輻射傳輸建模[35]、數(shù)學(xué)模型[36- 37]、基于模糊邏輯[33]的珊瑚礁建模等技術(shù)手段,對(duì)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)各組成部分進(jìn)行模擬、評(píng)估和修復(fù)等工作。國(guó)外的模型研究?jī)?nèi)容較全面,如模擬珊瑚礁礁盤(pán)結(jié)構(gòu)、監(jiān)測(cè)珊瑚生物種群、修復(fù)珊瑚礁底棲環(huán)境等,珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性研究持續(xù)是該領(lǐng)域的核心和熱點(diǎn),同時(shí)用于預(yù)測(cè)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)、脅迫和修復(fù)的模型研究也在逐漸增多。而國(guó)內(nèi)用建模方法研究珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的研究進(jìn)展較為落后,常用的建模方法是構(gòu)建數(shù)理模型,主要用于對(duì)珊瑚礁礁體與波浪傳播變形方面的數(shù)值模擬研究。相比之下,我國(guó)在該領(lǐng)域的研究尚顯薄弱,還處于初步探索階段,所以我國(guó)應(yīng)不僅局限于當(dāng)前研究方向,還應(yīng)將重點(diǎn)盡快轉(zhuǎn)到對(duì)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)、威脅、脅迫和修復(fù)的評(píng)估和預(yù)測(cè)上,相信今后我國(guó)珊瑚礁的生態(tài)修復(fù)工作會(huì)取得更加長(zhǎng)遠(yuǎn)的成績(jī)。