中國-中東歐國家森林生態系統研究重點對比及合作方向分析
——基于文獻計量研究

馬致遠,雷靜品,2,*,黃金蓮,史勝青，胡 琛

1 中國林業科學研究院林業研究所 國家林業和草原局林木培育重點實驗室,北京 100091 2 南京林業大學 南方現代林業協同創新中心,南京 210037

中東歐17國是中國“一帶一路”倡議的對接區以及通往歐洲大陸的門戶。中東歐17國森林資源豐富,是傳統的林產工業加工基地,基礎設施相對完善,與中國林業優勢互補性強,合作潛力大[1—2]。2015年11月5日,中國與中東歐國家林業合作協調機制正式啟動[3]。到目前為止,已經對中東歐國家林業投資環境、林業發展現狀、旅游動態競爭力、林產品貿易等開展了相關研究[4—7]。但關于中東歐國家林業科研狀況的研究不足,對雙方林業研究的重點領域和方向缺乏系統性分析,在一定程度上束縛了雙方林業研究的深入合作。為推動中國與中東歐國家林業研究合作,落實17+1林業合作機制,有必要對中國與中東歐國家林業研究狀況進行比較與分析,為雙方林業研究合作提供基礎信息。

森林生態系統作為陸地生態系統的主體,在為人類提供物質產品、氣候調節、支持生物多樣性等方面發揮重要作用。然而,氣候變化、氮沉降、生物多樣性喪失等全球性環境問題,威脅著中國與中東歐國家森林生態系統健康與林業可持續發展[8—10]。如何推進森林可持續經營,提高森林生態系統服務功能是中國與中東歐國家林業發展的共同目標。中東歐17國森林資源豐富,森林分布地帶性明顯,森林類型包括溫帶闊葉林、地中海森林和山地森林。中東歐17國森林總面積為49.62萬km2,森林覆蓋率達34.5%,森林單位面積蓄積量為230m3/hm2,高于我國的87m3/hm2[11]。中國與中東歐17國,自然資源稟賦不同,優勢互補性強,開展森林生態系統研究合作是落實中國-中東歐國家林業合作的重要環節,也是雙方的共同愿景。

文獻計量學方法是對文獻進行一系列的統計工作以獲得必要的數據,并通過數據分析從中找出變化規律,以分析科學研究發展狀況,預測發展趨勢,確定研究熱點的研究方法[12],目前已廣泛應用于生命科學、環境科學、醫學等多個領域[13]。本文通過文獻計量學方法,分析中國和中東歐國家森林生態系統研究的發展狀況、研究熱點、優勢領域、主導機構與代表性專家等信息,為中國-中東歐國家林業合作提供新的方向與視角,為雙方林業研究合作提供指導與建議。

1 數據來源與分析方法

本文分析的文獻數據來源于美國湯森路透公司(Thomson Reuters)Web of Science數據庫核心合集。檢索主題詞 (forest* or forestry*)not (random forest),語言選擇：English；文獻類型：Article；時間：2016—2020年；檢索地址欄分別選擇中國及中東歐17國,共檢索出24706篇文獻,截至2021年4月23日。通過全記錄方式導出,導出內容包括每篇文獻的標題、作者、摘要、關鍵詞、參考文獻等信息。這些文獻存在研究領域的不相關性,因此需要對初步獲取的文獻進行分析篩選。首先,剔除不相關期刊論文1926篇,得到22780篇；然后,對每一篇論文的摘要進行瀏覽,人工篩選剔除重復和研究內容與林業不相關的文獻,最終得到相關文獻21903篇,中國12951篇、中東歐國家8952篇。本文采用Citespace 5.7.R5和VOSviewer 1.6.16對研究機構、國家、作者、關鍵詞網絡進行可視化分析和關鍵詞突現分析。

2 結果

2.1 中國-中東歐國家森林生態系統研究概況

2.1.1發文量概況

文獻數量和被引頻次是衡量某一學科或領域研究進展的重要指標,能在一定程度上反映一個國家或地區的整體科研實力和影響力。本文對中國與中東歐17國2016—2020年間森林生態系統研究領域發表的論文分析,結果表明中國與中東歐17國森林生態系統研究發表論文數量不斷上升,中國增長速度快于中東歐17國。中國在2016年—2020年間森林生態系統研究發表論文數量均高于中東歐17國發表論文數量的總和(圖1)。

圖1 2016—2020年森林生態系統研究發文量 Fig.1 Number of publications on forest ecosystem research during 2016—2020

中東歐國家中,波蘭和捷克兩個國家在森林生態系統研究領域發表論文數量上占明顯優勢,分別占該地區總量的26.91%和23.52%。斯洛伐克、羅馬尼亞、匈牙利、愛沙尼亞、希臘在森林生態系統研究領域發表論文分別占該地區總量的7.32%、6.37%、6.09%、5.79%、5.57%。斯洛文尼亞、塞爾維亞、克羅地亞、保加利亞、立陶宛、拉脫維亞、波黑、黑山、北馬其頓、阿爾巴尼亞,在森林生態系統研究領域發表論文數量占該地區總量的比重均低于5%(圖2)。

圖2 中東歐17國發文量比重Fig.2 Percentage of papers issued by 17 countries in Central and Eastern Europe

在2016—2020年間,中國森林生態系統研究發表論文數量達12951篇,高于中東歐17國總和(8952篇),篇均被引用頻次為8.58次/篇,低于中東歐國家平均水平(9.90次/篇)。中東歐17國中發表論文數最多的國家波蘭和捷克,分別發表了2409篇和2106篇,篇均被引用頻次分別為8.46次/篇和9.85次/篇。斯洛伐克 、羅馬尼亞、匈牙利、愛沙尼亞、希臘 、斯洛文尼亞、克羅地亞、保加利亞、立陶宛、拉脫維亞,發表論文數在100—700篇之間,其中愛沙尼亞和保加利亞兩國篇均被引用頻次為13.95次/篇和12.61次/篇,分別排名本研究的18個國家中的第二和第三。波黑、北馬其頓、黑山、阿爾巴尼亞發文量最少,五年累計發文量均低于100篇。其中,北馬其頓篇均被引用頻次為19.27次/篇,在本研究的18個國家中排名第一(表1)。

表1 2016—2020年中國與中東歐國家森林生態系統研究發文概況Table 1 Status of forest ecosystem research in China and Central and Eastern European Countries during 2016—2020

2.1.2中國-中東歐國家間合作基礎

通過對中國與中東歐國家森林生態系統研究合作關系分析,對深化雙方已有合作和開展新的合作關系提供參考。本研究采用VOSviewer可視化軟件作出2016—2020年中國和中東歐17國間森林生態系統研究的合作關系圖。圖中節點大小表示該國家在森林生態系統研究領域發表論文的數量,連接線的粗細反映了各國之間合作的緊密度。其中,中國與波蘭、捷克、愛沙尼亞在森林生態系統研究領域的合作關系最為緊密(圖3)。

圖3 2016—2020年中國與中東歐國家森林生態系統研究合作網Fig.3 Cooperation between China and Central and Eastern European Countries in the field of forest ecosystem research during 2016—2020Albania:阿爾巴尼亞;Bosnia &H:波黑;Bulgaria:保加利亞;China:中國;Croatia:克羅地亞;Czech:捷克;Estonia:愛沙尼亞;Greece:希臘;Hungary:匈牙利;Latvia:拉脫維亞;Lithuanian:立陶宛;Montenegro:黑山;North Macedonia:北馬其頓;Poland:波蘭;Romania:羅馬尼亞;Serbia:塞爾維亞;Slovenia:斯洛文尼亞;Slovakia:斯洛伐克

2.2 研究力量分布與合作基礎

2.2.1主要研究機構分析

中國-中東歐國家林業研究合作在17+1林業合作機制的基礎上繼續深化合作。了解中國與中東歐國家研究機構間已有的合作關系,在已建立的合作基礎上深化合作,是推動雙方林業研究合作的重要途徑。本研究采用VOSviewer可視化軟件分析2016—2020年,中國和中東歐17國主要研究機構之間的合作關系圖。圖中節點大小表示該機構的發文量,連接線的粗細反映了合作的緊密度。在2016—2020年期間,波蘭科學院、捷克科學院、捷克生命科學大學、塔爾圖大學等中東歐國家科研機構均與中國科研機構有合作關系,其主要合作機構有中國科學院、中國科學院大學、中國林業科學研究院、北京林業大學等(圖4)。

圖4 2016—2020年中國與中東歐國家森林生態系統研究機構合作網Fig.4 Cooperation of forest ecosystem research institutions between China and 17 Central and Eastern European countries during 2016—2020Beijing Forestry Univ:北京林業大學;Beijing Normal Univ:北京師范大學;Charles Univ Prague:查爾斯大學;Chinese Acad Forestry:中國林業科學研究院;Chinese Acad Sci:中國科學院;Czech Acad of Sci:捷克科學院;Czech Univ Life Sci Prague:捷克生命科學大學;Masaryk Univ:馬薩里克大學;Mendel Univ Brno:布爾諾孟德爾大學;Nanjing Forestry Univ:南京林業大學;Northeast Forestry Univ:東北林業大學;Northwest A&F Univ:西北農林科技大學;Polish Acad of Sci:波蘭科學院;Slovak Acad of Sci:斯洛伐克科學院;Sun Yat Sen Univ:中山大學;Tech Univ Zvolen:茲沃倫技術大學;Univ Chinese Academy Sci:中國科學院大學;Univ Tartu:塔爾圖大學

統計2016—2020年森林生態系統研究領域發表論文數量前10的機構,以了解中國森林生態系統研究中占主導的研究機構(表2)。其中,中國科學院和中國科學院大學在森林生態系統研究領域發表論文的數量位居前兩位,分別占發文量前10機構發文總量的33.1%和16%,發文量分別為2713篇和1312篇,遠高于排名第三的北京林業大學(579篇)。

表2 2016—2020年中國森林生態系統研究發文量前10機構Table 2 Top 10 institutions of China in the volume of publications in the field of forest ecosystem research during 2016—2020

發表論文數量在一定程度上反映了研究機構的科研實力。統計中東歐17國2016—2020年森林生態系統研究領域發表論文數量前10的機構(表3),了解中東歐國家森林生態系統研究中占主導的研究機構,為中國-中東歐林業研究的合作尋找潛在合作目標。中東歐國家中,在森林生態系統研究領域發表論文數量前10的機構有6個來自于捷克,斯洛伐克2個,愛沙尼亞1個,波蘭1個。發文量前3的機構分別為：波蘭科學院(521篇)、捷克科學院(415篇)、捷克生命科學大學(388篇)。

表3 2016—2020年中東歐國家森林生態系統研究發文量前10機構Table 3 Top 10 institutions of Central and Eastern European Countries in volume of publications in the field of forest ecosystem research during 2016—2020

2.2.2主要作者分析

統計中東歐國家具有代表性的專家,明確其所在研究機構和主要研究方向,為中國-中東歐林業研究合作提供精確合作目標。2016—2020年中東歐國家在森林生態系統研究領域發表論文數量前10的專家中有 5位來自捷克,其中3位來自捷克科學院,其余兩位分別來自馬薩里克大學和捷克生命科學大學。3位來自波蘭,分別來自波蘭科學院、華沙大學、波蘭格但斯克大學。發文量前10的作者中,排名前三的分別是：拉脫維亞國家森林研究所學者Aris Jansons,發表論文46篇,主要研究方向為森林生態學、植物學；捷克科學院學者Petr Baldrian,發表論文44篇,主要研究方向為土壤微生物學；波蘭科學院學者Andrzej M Jagodzinski,發表論文43篇,主要研究方向為森林生態學、土壤學(表4)。

表4 2016—2020年中東歐國家森林生態系統研究發文量前10作者Table 4 Top10 high yield authors of Central and Eastern European Countries in the field of forest ecosystem research during 2016—2020

2.3 中國-中東歐國家森林生態系統研究熱點與趨勢分析

2.3.1森林生態系統研究關鍵詞共現分析

關鍵詞反映了論文的主題,通過分析關鍵詞能夠在一定程度了解學科的發展動態。本研究采用VOSviewer軟件,對中國和中東歐國家森林生態系統研究關鍵詞進行關鍵詞聚類分析,將中國和中東歐國家森林生態系統研究分為四個類別。其中,氣候變化、生物多樣性、森林土壤是中國與中東歐國家森林生態系統研究的共同關注的研究熱點。

在中國森林生態系統研究關鍵詞共現圖譜中,節點大小表示該關鍵詞的出現頻次,不同顏色表示不同聚類(圖5)。黃色部分為聚類1,主要為氣候變化對森林生態系統造成的影響方面的研究,高頻關鍵詞包括：溫度(頻次為346)、降水(頻次為211)、干旱(頻次為202)等。紅色部分為聚類2,主要為以森林土壤方面為主的研究,高頻關鍵詞包括:碳(頻次為547)、氮(頻次為524)、生物量(頻次為420)、分解(頻次為225)等；綠色部分為聚類3,主要為以生物多樣性為主的研究,高頻關鍵詞包括：保護(頻次為260)、區域(頻次為241)、生態系統服務(頻次為207)等；藍色部分為聚類4,主要為以人工林方面為主的研究,高頻關鍵詞包括:黃土高原(頻次為349)、造林(頻次為185)等。

圖5 2016—2020年中國森林生態系統研究熱點分布Fig.5 Distribution of hot spots in the field of forest ecosystem research during the period from 2016 to 2020 in ChinaAfforetation:造林;Biodiversity:生物多樣性;Biomass:生物量;Carbon:碳;Conservation:保護;Decomposition:分解;Drought:干旱;Ecosystem Service:生態系統服務;Fertilization:施肥;Grassland:草原;Growth:生長;Impact:影響;Land-Use Change:土地利用變化;Litter Decomposition:凋落物分解;Loess Plateau:黃土高原;Nitrogen:氮;Matter:物質;Model:模型;Organic-Matter:有機質;Plant:植物;Precipitation:降水;Quality:質量;Region:范圍;Respiration:呼吸;Soil:土壤;Stocks:儲量;Temperature:溫度;Urbanization:城市化;Variability:變異性;Vegetation:植被;Water:水

在中東歐國家森林生態系統研究關鍵詞共現圖譜中,節點大小表示該關鍵詞的出現頻次,不同顏色表示不同聚類 (圖6)。紅色部分為聚類1,主要為以生物多樣性為主的研究,高頻關鍵詞包括：保護(頻次為373)、群落(頻次為 301)、種群(頻次為234)等；綠色部分為聚類2,主要為以氣候變化為主的研究,高頻關鍵詞包括：生長(頻次為451)、山毛櫸(頻次為324)、干旱(頻次為179)等；藍色部分為聚類3,主要以森林土壤方面為主的研究,高頻關鍵詞包括：碳(頻次為217)、生物量(頻次為181)、真菌(頻次為127)等；黃色部分為聚類4,主要為以森林動態方面為主的研究,高頻關鍵詞包括：干擾(頻次為206)、動態(頻次為401)等。

表5 2016—2020年中國森林生態系統研究高頻關鍵詞Table 5 High-frequency keywords in China forest ecosystem research during 2016—2020

圖6 2016—2020年中東歐國家森林生態系統研究熱點分布Fig.6 Distribution of hot spots in the field of forest ecosystem research during the period from 2016 to 2020 in Central and Eastern European CountriesBiodiversity:生物多樣性;Biomass:生物量;Carbon:碳;Classification:分類;Climate Change:氣候變化;Communities:群落;Conservation:保護;Dynamics:動態;Dispersal:傳播;Disturbance:干擾;Ecology:生態學;Ecosystem Service:生態系統服務;Europe:歐洲;Evolution:演變;Fagus Sylvatica L:歐洲山毛櫸;Fungi:真菌;Growth:生長;Habitat:棲息地;Identification:識別;Indicator:指標;Landscape:景觀;Land-Use:土地利用;Management:管理;Model:模型;Organic Matter:有機質;Patterns:模式;Picea Aby:挪威云杉;Poland:波蘭;Population:種群;Productivity:生產力;Response:響應;Scots Pine:歐洲赤松;Soil:土壤;Species Richness:物種豐富度;Stand:生境;Succession:演替;Temperature:溫度;Trees:樹木;Vegetation:植被;Variability：變異性

表6 2016—2020年中東歐國家森林生態系統研究高頻關鍵詞Table 6 High-frequency keywords in China forest ecosystem research during 2016—2020

2.3.2森林生態系統研究關鍵詞突現分析

突現Burst是指短時間內出現頻次明顯增加的關鍵詞,突現強度越大,說明關鍵詞增長越快。通過對突現關鍵詞的分析,了解在一定時間內,哪些關鍵詞受到的關注度明顯增加。本文分析了2016—2020年,中國和中東歐國家森林生態系統研究中出現的突現關鍵詞(表7),以了解中國和中東歐國家森林生態系統研究的前沿動態[14]。利用Citespace軟件中突變檢測分析方法得到中國和中東歐17國森林生態系統研究突現關鍵詞。

表7 2016—2020年中國森林生態系統研究關鍵詞突現表Table 7 Burst keywords in forest ecosystem research during 2016—2020 in China

中國森林生態系統研究突現關鍵詞,人工林方面有橡膠人工林(突現強度7.17),主要圍繞造林對森林生態系統影響和人工林改良開展。中國人工林面積大、增長快,面積位居世界第一[15],而人工林的快速增長也伴隨著一系列問題。長期以來關于人工林的研究是中國森林生態系統研究的重要方向之一,這是與中東歐國家的不同之處。人工林擴張伴隨著生物多樣性減少、地力衰退,生態效益低下等問題,如何改善人工林質量,提高生態系統可持續性是人工林研究的重點問題[16—19]。

物質循環是森林土壤研究的重點,突現關鍵詞有根呼吸(突現強度7.59),有機質分解(突現強度6.35)等。土壤呼吸是森林碳循環的重要環節,研究氣候變化和氮沉降背景下土壤呼吸的變化是了解陸地生態系統碳循環的關鍵。因此,土壤呼吸對氣候變化和氮沉降響應成為近年來的研究熱點,大量研究圍繞植物根呼吸、微生物呼吸開展[20—23]。

中東歐國家森林生態系統研究熱點,汞(突現強度5.58)、鉛(突現強度3.36)等重金屬污染及受污染的土壤和植被修復等。波蘭等中東歐國家,因工業生產等人為因素造成當地汞、鉛等重金屬污染,相關研究圍繞重金屬污染評估以及修復開展[24—26]。森林動態的研究主要圍繞氣候變化、人為活動因素對森林生態系統的影響。在中東歐國家中,防止生物災害對生物多樣性破壞是當地的研究熱點之一。如歐洲針葉林區,云杉八齒小蠹 (Ipstypographus)等鞘翅目昆蟲暴發對當地森林的威脅。因此,中東歐國家開展了大量的森林干擾方面的研究。捷克生命科學大學開展了鞘翅目昆蟲相關研究。研究包括昆蟲生理生態特征,通過森林經營措施結合林業遙感技術,對森林病蟲害暴發進行預測、監控、防治[27—29]。

中國和中東歐國家共同研究熱點有,異速生長模型在林業方面的應用。評估氣候變化對森林生態系統碳、生物多樣性、碳匯能力的影響[30—32],預測氣候變化對生態系統穩定的潛在威脅,以及如何合理開展森林可持續經營是森林生態系統研究的熱點。構建異速生長模型的重要目的在于對生物量進行準確評估[33—34]。

表8 中東歐國家森林生態系統研究關鍵詞突現表Table 8 Burst keywords in forest ecosystem research during 2016—2020 in Central and Eastern European Countries

3 結論與建議

本研究結果顯示,捷克與波蘭兩國在森林生態系統研究方面發表高水平論文數量多,研究領域廣,是與中國開展林業研究合作的重要對象。愛沙尼亞森林生態系統研究特色突出,研究的重點方向為土壤微生物,在該領域發表大量高質量論文,篇均被引用頻次高,是開展土壤微生物研究合作的潛在對象。保加利亞、北馬其頓、波黑較少主導研究,主要參與他國主導的高質量研究,同時由于該國發文量少,所以篇均引用頻次高。從研究方向上看,氣候變化、生物多樣性和土壤是中國與中東歐國家共同關注的研究方向,同時也是中國與中東歐國家潛在的林業合作方向。

本研究通過對中東歐國家森林生態系統研究領域發表的論文分析,為中國與中東歐國家林業合作提供以下建議：

(1)氣候變化是全球生態學研究的共同議題,開展跨區域合作研究具有必要性。氣候變化,尤其是干旱對植物生理生態學特征,以及對生態系統碳循環影響的研究,受到中國與中東歐國家學者的共同關注[35]。因此,中國與中東歐可以開展跨區域研究,從大尺度上探究氣候變化對森林生態系統的影響。同時,中東歐主要研究對象有云杉屬Picea、冷杉屬Abies、水青岡屬Fagus,這些屬的樹種在我國均有分布,研究氣候變化對這些樹種生理生態學特征的影響,開展引種試驗,是中國與中東歐國家潛在的合作方向。中國與中東歐國家開展林業研究合作,在氣候變化方面的潛在合作對象有,波蘭科學院(代表性專家：Babst Flurin和Jagodzinski Andrzej)、華沙大學(代表性專家：Bogdan Jaroszewicz)、捷克生命科學大學(代表性專家：Miroslav Svoboda)。

(2)中東歐國家關于生物多樣性的研究重點是氣候變化、氮沉降和生物入侵等對生物多樣性的影響,以及森林生態系統生物多樣性保護。在我國,小蠹蟲、紫莖澤蘭、松材線蟲等入侵生物爆發,嚴重威脅森林生態系統健康。如何在全球氣候變化,生物入侵事件頻發的背景下保護當地生物多樣性,維持生態系統可持續性是中國與中東歐國家林業研究的共同目標[36—37]。對中國與中東歐國家共有物種保護的研究是中國與中東歐國家的合作方向。同時,對中國與中東歐已爆發或潛在威脅的入侵生物研究,建立入侵生物識別、監控與防治、風險評估數據庫,有利于預防入侵生物爆發,減小入侵生物對森林生態系統造成的破壞,是雙方合作的方向。生物多樣性研究的潛在合作對象有捷克生命科學大學(代表性專家：Miroslav Svoboda)、捷克科學院(代表性專家：Hedl Radim)、波蘭科學院(代表性專家：Jagodzinski Andrzej和Dyderski Marcin),病蟲害防治的合作對象有捷克生命科學大學(代表性專家：Holusa Jaroslav)。

(3)微生物作為森林生態系統物質循環的參與者,影響著森林生態系統養分分解與碳循環[38]。研究不同生境條件下的土壤微生物對森林生態系統養分分解與碳循環的影響,是理解生態系統物質循環與能量流動的必要環節。因此,中國與中東歐國家可從微生物生物多樣性、生境條件對森林生態系統養分分解和碳循環機制的影響等方面展開合作研究。在土壤微生物方面的潛在合作對象有塔爾圖大學(代表性專家：Tedersoo Leho)、波蘭科學院(代表性專家：Petr Baldrian)。

(4)工業排放與采礦產生的重金屬等有害物質對森林土壤的污染,在中東歐國家與中國的研究中均有報道,評估和緩解重金屬污染對生態系統的影響是雙方合作研究的方向。研究潛在合作對象有克拉科夫農業大學(代表性專家：Blonska Ewa)、波蘭科學院(代表性專家：Magiera Tadeusz)、波蘭格但斯克大學(代表性專家：Falandysz Jerzy)。