基于CiteSpace的我國水資源利用效率研究知識圖譜分析

王濟干，梁雷月，和夢思

(河海大學商學院，江蘇 南京 211100)

水是生命之源，人類的生產活動離不開水資源。我國人口眾多，用水總量大，水資源總量有限，人均水資源占有量低，水資源時空分布不均，水資源短缺問題嚴重。解決水資源短缺問題的關鍵在于提高水資源利用效率。影響水資源利用效率的因素有哪些，水資源利用效率如何測量，如何評價，這些問題引起了學者們的持續關注。

關于水資源利用效率，已有眾多學者做了一系列研究。總體來看，水資源利用效率的研究主要包含水資源利用效率的測度與評價、影響因素與影響效應研究兩方面。更進一步地，一些學者關注工業用水效率，一些關注農業用水效率，并且最后的研究大多會集中于某一區域水資源利用效率。朱兆珍等[1]對我國省域水資源利用效率進行評價研究，得出各省的水資源利用效率，發現農業用水效率較高，生活生態用水效率最低。張云寧等[2]基于DEA-Malmquist 對江蘇省的農業用水效率進行評價，發現提升技術效率可以促進農業用水效率的提高。張永凱等[3]對黃河流域水資源利用效率進行了測度與評價，發現2009—2017年，黃河流域水資源利用效率整體有所提升。從上述研究可以發現，已有關于水資源利用效率的研究中，多采用二手數據進行實證研究，而很少有關于水資源利用效率的系統性文獻梳理，尤其是利用文獻計量工具進行的可視化分析更為鮮見。

本文選取2000—2020年CSSCI、EI數據庫收錄的有關水資源利用效率研究的文獻，利用美國徳雷塞爾大學教授陳超美開發的CiteSpace軟件，繪制發文機構分布、作者分布、關鍵詞聚類、研究熱點演替等的可視化圖譜，分析探討水資源利用效率的研究演進情況及未來可能的研究趨勢，對我國水資源利用效率研究進行系統性梳理，以期為我國水資源利用效率的后續研究提供參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本文運用科學知識圖譜方法，采用CiteSpace軟件對水資源利用效率研究作出系統性梳理，其文獻數據主要來自中國知網中的中文文獻。為了保證研究的深度和質量，研究采用知網的高級檢索功能，以“水資源利用效率”“用水效率”為主題詞，限定期刊類型為EI、CSSCI期刊進行檢索，限定檢索時間為2000—2020年，發現以“用水效率”檢索所得文獻更多。本研究剔除了少部分與水資源無關的文獻，最后得到767條數據。以Refworks格式輸出所選文獻數據，再將數據導入CiteSpace軟件進行數據轉換與分析。從各年發文量、研究機構、研究作者、研究關鍵詞、研究熱點演變等方面，對我國水資源利用效率的研究進行了回顧與梳理。

1.2 研究方法

科學知識圖譜是一種重要的文獻分析方法，這一方法可以克服讀者在主觀閱讀中進行文獻歸納的局限[4]，在多個研究學科中均得到較多應用。CiteSpace是應用Java語言開發的一款信息可視化軟件，在研究中可以用它對特定領域的文獻或集合進行梳理分析。CiteSpace軟件對數據格式要求較低，可對來源于CNKI等多種數據庫的數據進行轉換計算，可根據需要形成多種圖譜，便于研究某一主題的演進情況。已有許多學者采用這一方法對水資源利用、管理領域相關研究做出分析，如陳艷萍等[5]基于CiteSpace的可視化圖譜分析對水權交易價格的研究進行梳理和整合，探討了水權交易價格研究中的作者、機構合作情況，研究熱點及研究趨勢。曹永強等[6]利用CiteSpace對國內外作物需水研究進展做出了分析探討。陸志華等[7]利用知識圖譜進行河湖水系連通研究情況的文獻分析。可以看出，CiteSpace軟件是分析統計某一主題文獻研究的有效方法之一。

2 文獻計量分析

2.1 研究時間分布情況

根據文獻檢索情況，運用Excel軟件繪制了各年份文獻發表數量的變化情況(圖1)。由圖1可知，整體來看，水資源利用效率研究發文數量在不斷波動。在2002年以前的一段時間，水資源利用效率研究處于初期，文獻發表數量較少。2003—2014年，發文量整體呈波動上升趨勢，年平均發表論文35篇。2014年的發文量是2003年的2.75倍，10余年來，發文量處于迅速上升狀態。2015—2018年，發文量整體呈下降趨勢，下降速度與前10年上升速度相當。2018—2020年，發文量呈上升趨勢。

圖1 水資源利用效率研究發文量年際變化趨勢(2000—2020年)

2.2 研究機構分布情況

利用CiteSpace軟件對導入的文獻進行分析，發文量排名前10的研究機構結果見表1。由表1可知，對水資源利用效率研究較多的機構主要分布在江蘇和北京，這與高校的地域分布情況相關。其中，河海大學商學院發文量最多，共發文53篇，中國科學院地理科學與資源研究所、中國航天系統科學與工程研究院，各發文28篇，排名并列第二。研究機構之間的相互合作情況如圖2所示，可以看出，各相關機構之間或機構內部的合作較多，但不同機構間的合作不夠。如河海大學商學院、企業管理學院、水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室3個單位具有密切合作關系，中國科學院內部具有許多合作關系。但由于受到一定程度上的地域影響，河海大學與中國科學院間的合作不夠。

表1 水資源利用效率研究機構

圖2 我國水資源利用效率研究機構共現知識圖譜(2000—2020年)

2.3 作者分布情況

利用CiteSpace對文獻進行發文作者分布情況分析，結果如圖3所示。由圖3可以看出，張峰、宋曉娜、薛惠鋒、孫才志、佟金萍、王慧敏等學者在研究水資源利用效率方面作出了重要貢獻，這些學者之間也存在很強的合作關系。如山東理工大學管理學院、中國航天系統科學與工程研究院的張峰、宋曉娜、薛惠鋒3位學者具有合作關系，河海大學、常州大學的佟金萍、王慧敏、馬劍鋒之間存在合作關系。在具體的研究內容上，張峰等[8]主要進行工業用水相關研究，孫才志等[9]主要研究水資源利用效率的影響因素、虛擬水和水足跡等問題，馬劍鋒等[10]主要關注農業用水效率，包括效率測算、評價及影響因素研究。

圖3 我國水資源利用效率作者共現知識圖譜(2000—2020年)

3 研究熱點分析

3.1 關鍵詞共現聚類分析

對研究中高頻關鍵詞的分析可以得出某一時間段內的研究熱點。利用CiteSpace對錄入的文獻進行關鍵詞共現網絡聚類分析，總共形成15個聚類，按照節點數降序排列，0～10聚類包含的成員數均大于10，聚類11包含的成員數為7，因此聚類11及之后的聚類不再多加討論。0～10聚類類別結果如圖4所示。一般地，當聚類模塊值Q>0.3時，可以認為聚類結構顯著，當聚類平均輪廓S值>0.7時，可以認為聚類是令人信服的[4]。本文形成的聚類指數Q值為0.7142，S值為0.8936，因此可以認為本研究中的聚類結果是顯著的、可令人信服的。

圖4 水資源利用效率研究關鍵詞聚類圖譜

“#0水資源”涵蓋范圍過于廣泛，“#1水資源利用效率”是本研究的主題詞，“#3用水效率”與水資源利用效率內涵相差不多，因此對于以上3個聚類不再多加討論。“#5水資源短缺”，“#8節水型社會”這兩個聚類是水資源配置、水資源管理研究的現實背景。提高水資源利用效率是解決水資源短缺問題的重要方式，是建設節水型社會的重要任務之一。加強水資源的節約和保護，建設節水型社會，提高水資源利用效率，改善生態環境，實現人水和諧，促進經濟社會環境協調發展，是時代發展的必然選擇[11]。作為研究的現實背景，本研究不再對“#5水資源短缺”、“#8節水型社會”進行具體闡述。最后選取剩余6個聚類對其進行具體說明。

“#2水權交易”與“#6水權制度”兩個聚類均與水權有關，兩者之間內容有重合，因此將這兩個聚類統一說明。水權包括水資源的所有權和使用權，但由于水資源的所有權已有明確規定，因此水權研究主要關注水資源的使用權[12]。作為水權交易客體的水資源，它既取決于水資源的總量，又會受到水資源利用效率的影響。水權交易是優化水資源配置的重要方式之一，是促進水資源高效流轉的有效手段，其核心之一就是水權制度。建立健全水權制度，進一步強化水權管理，有助于實現水資源的高效利用。田貴良等[13]基于三階段DEA模型，探究水權試點省份水資源利用效率的變化情況，最后發現水權交易有助于水資源利用效率提升。董小菁等[14]探究不同水價政策(統一水價、階梯水價、水權交易水價)對農戶種植結構的影響，發現水權交易水價更能促使農戶選擇更加節水的作物。劉世慶等[15]提出可以將跨流域水權交易作為化解黃河上游缺水問題的新方法，要創新水權交易模式，建立健全水權制度與實行最嚴格水資源管理。

“#4水足跡”。水足跡是指在一定時期內一個地區或某一個體消費的所有產品和服務中所蘊含的水資源總量。水足跡理論在水資源利用研究中已得到充分的應用。鄒君等[16]運用水足跡方法，對湖南省2000—2008年的城鄉居民虛擬水消費結構及用水效率狀況進行綜合評價，發現水資源利用效率有了明顯提高。劉鋼等[17]使用水足跡強度反映省級區域水資源利用效率，以長江經濟帶為例分析水資源利用效率情況，發現長江經濟帶區域內水足跡強度存在較大差異，降低工業水足跡是降低水足跡強度的關鍵。崔寧波等[18]將糧食生產灰水足跡納入水資源利用率的評價研究中，對黑龍江墾區糧食生產水資源利用效率進行測算，并探究影響水資源利用效率的因素，發現糧食生產勞動力、農業機械總動力、化肥折純量顯著影響糧食生產水資源利用效率。

“#7農業水價”。農業是我國水資源消耗最大的產業，提高農業用水效率是減少水資源消耗的重要途徑之一。農業水價是影響農業用水效率的重要因素，所以建立健全農業水價機制，進行農業水價改革，是促進農業節水的有效措施。從21世紀初開始，農業水價問題一直受到學者們的廣泛關注。段永紅等[19]在2003年就開始探討農田灌溉節水激勵機制的形成與效應，發現合理的水價會改變用水戶的成本收益結構，從而進一步激勵和約束用水主體的用水量。王薔等[20]以四川省武引灌區為例，從節水、經濟、生態、社會和制度效應五方面對農業水價綜合改革的效應加以分析，結果表明，農業水價綜合改革具有顯著成效，如農業灌溉水有效利用系數提高，畝均用水量得分增加，節水效應明顯。

“#9水資源承載力”。水資源承載力是衡量區域可持續發展程度的重要指標，反映了水資源在特定時空背景下對經濟社會發展的支撐能力。水資源承載力會影響區域內的發展方式，只有水資源條件能夠承載一個地區的發展所需，才能夠實現區域的可持續發展。水資源利用效率的提高有利于增強區域水資源承載力，使區域水資源能夠滿足更多發展需求。付桂軍等[21]對呼包鄂城市群水資源綜合承載力進行測算，并提出為增加區域水資源承載力，應該合理分配用水份額、采取節水降耗措施以提高水資源利用效率。

“#10產業結構”。產業結構調整可以作為提高用水效率的重要途徑[22]。錢文婧等[23]認為產業結構會影響地區用水量，進一步地，產業結構是否合理會影響某一區域的水資源利用效率。俞雅乖等[24]以農業、工業、生活和生態用水總量作為產業用水結構的表征值，探討不同產業用水結構對水資源利用效率的影響，發現各省市的經濟發展水平、科技水平和產業用水結構會影響水資源利用效率。

3.2 關鍵詞中心性分析

共現網絡圖譜中的關鍵詞中心性表現了該詞在某一研究領域中的相關度，中心性越高，表明該關鍵詞與其他關鍵詞之間具有越強的相關性。利用CiteSpace軟件分析相關文獻，得到水資源利用效率研究中關鍵詞的出現頻次、中心性、年份等信息，并按照頻次進行降序排序，結果如表2所示。從表2可以看出，2000年左右，我國已經開始水資源相關問題研究，開始關注用水效率問題。值得注意的是，雖然我國工業發展迅速，但農業仍然在我國產業結構中占有重要比重。農業用水也一直占總用水量的絕大部分，因此，在21世紀初，農業用水問題就已經是學者們關注的熱點。為了進一步優化水資源配置、提高用水效率，自2001年水利部提出水權制度建設方案開始，水權與水權交易成為研究熱點。后續隨著產業結構的變化，我國工業經濟不斷發展，工業用水相關研究成為熱點，工業用水效率的研究也日益增多。雖然水足跡這一概念提出較早，但是在2014年左右，水足跡相關研究才明顯增多，成為這段時間的研究熱點。

表2 水資源利用效率研究高頻關鍵詞

4 研究前沿動態

4.1 研究熱點演替

突現詞是在某一時間內出現頻次突然升高的關鍵詞節點，它的變化能反映出這一時期學者們在該領域研究的熱點。對前14位頻次突然升高的關鍵詞突現情況進行分析，結果如表3所示，可以發現水資源利用效率的研究熱點演替情況。2002年水資源利用效率研究的前沿內容和水權相關；2003—2006年研究前沿為“節水”和“水資源短缺”。2006—2011年的研究前沿為“水權交易”和“水資源利用”。2013—2020年的研究前沿為“水資源管理”。“虛擬水”“農業用水效率”是2014—2018年的研究前沿。2014年以后的研究前沿包括“水足跡”“影響因素”“工業用水”“長江經濟帶”“水資源利用效率”。強度較高的關鍵詞為“水權”“工業用水效率”“水足跡”。“水資源管理”的影響周期最長，為8年，“水足跡”和“影響因素”的影響周期也達到7年，這說明研究關注的具體問題具有較強的關聯性。

表3 水資源利用效率關鍵詞突現情況

由表3可以看出，未來的研究熱點較多，有“水資源管理”“水足跡”“影響因素”“工業用水”“長江經濟帶”“水資源利用效率”。一方面，一些學者僅關注某一研究熱點，如水足跡、水資源利用效率評價等。孫思奧等[25]對黃河流域用水量的時空變化原因進行數據分析，發現用水強度與產業結構是影響用水量的主要因素，不同二級流域人均用水量及影響因素效應表現出巨大的空間差異性。張熙悅等[26]利用網絡SBM-Malmquist模型，分別評價了長江經濟帶2010—2015年的工業生產用水效率、廢水治理效率及兩階段綜合綠色效率。另一方面，這些研究熱點之間也有很多的交叉，如尹慶民等[27]利用EBM模型計算長江經濟帶2008—2017年工業用水效率，分析影響不同地區工業用水效率的驅動因素，結果表明經濟發展水平、工業化程度、技術水平、水資源稟賦和政府環境管制力度都會對長江經濟帶工業用水效率產生影響。曾惠等[28]利用改進的水足跡計算方法對水資源利用效率進行計算，并探討城市化與水資源利用效率之間的關系，結果發現隨著城市化進程不斷加快，水資源利用效率將會提高。

4.2 研究趨勢分析

雖然水資源利用效率突現詞情況顯示未來研究熱點較多，但一些研究已經持續很長時間，未來可能會更多地趨近于常規研究。如水資源管理、水資源利用效率的影響因素研究等問題自提出以來一直受到學者們的廣泛關注。這些研究主題已經持續多年，但是由于經濟不斷發展，面對的情境不斷變化，因此在未來將繼續得到關注，只是在未來研究中需要更多地創新研究方法。此外，水足跡作為一種衡量水資源量的方法，未來可以與更多研究問題結合進行新的研究。本研究結果表明，“水足跡”一詞在關鍵詞聚類中和關鍵詞突現中均被包含于內，這說明水足跡是水資源利用研究中使用較多的方法之一，在未來可與更多水資源方面的研究相結合。如未來研究中，可利用水足跡理論，將內部水足跡(消耗水資源量)和外部水足跡(進口商品或服務中的虛擬水總量)加總，計算總的水資源量來探討綠色水資源利用效率、水資源承載力、水資源優化配置等問題。

值得一提的是，查閱相關資料可以發現，水資源利用效率研究熱點的演替與國家政策的提出與實施有關。2001年水利部提出水權制度建設方案，因此這一時段的研究熱點為明確水權含義，建立水權制度，如建立提高用水效率的激勵機制和低效率過量用水的約束機制以提高用水效率。2002年12月底，水利部發布《開展節水型社會建設試點工作指導意見》，因此自2003年起，節水型社會建設與節水成為研究熱點。2016年1月、2018年4月、2020年11月，習近平總書記分別在重慶、武漢、南京召開座談會，多次提出要注重長江經濟帶高質量發展。因此，自2017年起，長江經濟帶研究成為水資源利用效率的研究熱點之一，且這一研究主題受到持續關注[29-30]。由于研究熱點的演替會受到國家相關政策發布與實施的導向，基于國家相關政策，本文主要選取以下幾點進行詳細說明：

a.工業用水過程中的綠色水資源效率將成為未來新的研究趨勢。2016年，工信部出臺《工業綠色發展規劃(2016—2020年)》。目前，我國工業綠色轉型雖然已取得一定成效，但仍需要進一步地穩固。隨著城鎮化的進一步推進，既要利用新的節水技術以提高工業用水效率，同時在大力發展工業經濟的過程中不能一味地以環境破壞為代價。未來工業用水研究中，需要更多地關注綠色水資源利用效率、工業用水產生的廢水處理、生態環境保護等問題，推動工業綠色發展。

b.農業農村用水問題研究在未來也將成為新的研究點。雖然前14位引用最多的關鍵詞突現詞的結果表明，農業用水效率在2018年之后的研究相對不多，但是在國家全面實施鄉村振興戰略的背景下，農業用水情況可能會有新的變化。2021年是“十四五”規劃的開局之年，為了更好地做好脫貧攻堅工作與鄉村振興工作的有效銜接，全國水利工作會議中提到要全方位提升農村水利支撐保障能力，以助推農業農村現代化建設。建設農業現代化、打造宜居鄉村，既需要水資源的持續供給，又需要注意水資源節約。農村供水工程建設與維護、發展節水農業與旱作農業以提高農業用水效率、推進農村水系綜合整治項目等，這些都將是未來可能的研究點。

c.長江流域及長江經濟帶的綠色發展是未來可以多加探討的新的研究熱點。2020年11月，習總書記提出要使長江經濟帶成為我國生態優先綠色發展主戰場，成為引領經濟高質量發展的主力軍。2021年3月初，為了加強長江流域生態環境保護和修復，促進資源合理高效利用，我國第一部流域保護法《中華人民共和國長江保護法》正式實施。因此，未來可以更多地關注長江經濟帶的綠色水資源利用效率、生態環境系統保護修復舉措、經濟與生態協調發展等問題。

5 結論與討論

5.1 結論

a.通過對水資源利用效率研究領域的時間、機構及作者分布研究可以看出，對于水資源利用效率的研究，2000年左右得到初步發展，2014年到達峰值，隨后發文數量回落，在2018年到達峰谷，2019年、2020年發文量持續上升。對其研究較多的機構主要集中在北京和江蘇，其中河海大學商學院是對水資源利用效率研究做出貢獻最大的機構。在學者的合作方面，同一機構內部的學者合作較多，特別是高校內部各學院之間存在更多合作。學者、機構合作均呈現近距離集聚效應，地域相近的各機構之間的學者存在更多合作。但整體來看，在水資源利用效率研究方面，不同機構之間的合作不夠，暫未形成廣泛的研究合作網絡。

b.從水資源利用效率研究的關鍵詞聚類結果可以看出，對于水資源利用效率的研究，一部分學者關注水權、水權交易、水權制度研究，這是因為水權交易是優化水資源配置的重要方式，而健全水權制度有助于強化水權管理，提高用水效率。還有一部分學者關注農業用水、工業用水效率、農業水價問題。此外，有學者關注水資源承載力問題，因為用水效率是影響水資源承載力的因素之一。

c.通過對水資源利用效率的研究熱點演進情況分析可以發現，雖然已有許多研究關注“水資源管理”“水足跡”“影響因素”“工業用水”“長江經濟帶”“水資源利用效率”，但是這些研究點仍然具有重要影響力，也是未來可能的研究熱點。

5.2 討論

a.研究發現水資源利用效率研究的機構、學者之間合作不夠密切，在未來研究中，可以通過加強研究機構間的合作，加強不同專業背景的學者間的交流，以便于學者們能夠從不同學科中相互學習，從更多新的角度研究水資源利用效率問題。

b.雖然水資源利用效率的研究熱點較多，其中水資源利用效率的影響因素、長江經濟帶、工業用水這些研究熱點近幾年來一直得到持續關注，但是由于環境在不斷變化，未來這些研究仍將得到關注。此外，未來研究中可將更多研究熱點加以結合進行研究，如水足跡是一種相對較新的研究方法(研究視角)，在未來的研究中，可以將它與其他研究熱點相互結合進行更多新的研究。

c.本研究還存在一些局限性：①利用CiteSpace進行文獻分析可能會遺漏一些具有重要價值但被引人數較少的文獻，在文獻分析中遺漏新的研究熱點。②本文僅選取了國內的研究文獻，未將外文文獻納入分析之中。未來研究中可將更多高質量的外文文獻也歸入原始分析資料之中，進行國內外水資源利用效率研究的對比，從更廣闊的視角對水資源利用效率研究做出分析。③雖然利用CiteSpace進行科學知識圖譜分析有助于更快地了解某一主題的研究演進情況，但未來研究中還是應該根據研究演進趨勢進行更多實證研究，特別是結合某一區域實際情況進行實證研究。