基于文獻計量的中國生態修復研究進展

管英杰,劉俊國,崔文惠,賈金霖

南方科技大學環境科學與工程學院, 深圳 518055

生態環境問題是全球熱點話題之一[1]。不合理的人類活動是導致生態環境不斷惡化的主要原因[2]。為解決日益嚴重的生態環境問題,生態修復逐漸受到重視[3]。黨的十八大把生態文明建設納入中國特色社會主義事業“五位一體”總體布局,描繪了建設“美麗中國”的藍圖；十八大報告中提出“要實施重大生態修復工程,增強生態產品生產能力,推進荒漠化、石漠化、水土流失綜合治理,擴大森林、湖泊、濕地面積,保護生物多樣性”。2014年12月28日,北京生態修復學會成立,致力于我國生態修復理論與實踐的發展。2021年3月12日,新華社受權發布《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》,文中強調“實施重要生態系統保護和修復重大工程”、“完善生態保護和修復用地用海等政策”、“鼓勵各類社會資本參與生態保護修復”等。因此,生態修復成為當前及未來政府和科研工作的重點之一。

生態修復是指采取人工措施讓受損的生態系統盡可能恢復到某一參照狀態的過程[4—5]。開展生態修復是整治我國生態環境問題的一項重要舉措[6],也是推動我國生態文明建設的一項核心工作[7],關系到國家生態安全[8],對推進綠色發展[9]、推動人與自然和諧共生[10]十分重要。生態修復研究是推動生態修復工程開展的基礎。近年來,世界范圍內生態修復研究發展迅速,我國也正積極推進生態修復研究[11]。然而,我國生態修復研究發展態勢如何？主要研究力量如何分布？有哪些研究重點和熱點？發展動向是什么？存在哪些不足？以上問題迄今為止還沒有明確的答案。系統分析我國生態修復研究發展現狀及趨勢,是正確認識我國生態修復研究發展規律的基礎,可為未來相關研究提供參考和建議,對推動我國生態修復研究健康發展至關重要。

傳統文獻綜述通常為定性描述,不僅包括的文獻量相對較少,而且主要基于個人經驗和判斷?；谝陨弦蛩?本文引入文獻計量學。文獻計量學用于定量研究某領域的發展,其以文獻為研究對象,采用數學和統計學方法分析文獻各種特征的數量變化規律和潛在信息,并以此描述、分析和評價某領域的過去、現狀和未來動向[12—13]。

1 數據來源和分析策略

文獻計量分析時,文獻的數量和質量直接影響到結果的真實性和準確性。本研究選擇如下文獻數據庫：

(1)因為生態修復研究不僅涉及自然科學,也涉及社會科學[14],所以本研究使用Web of Science(WoS)核心合集數據庫中的Science Citation Index Expanded(SCI-E)數據庫和Social Sciences Citation Index(SSCI)數據庫。

(2)由于WoS核心合集數據庫僅記錄了我國生態修復研究部分成果,但更多成果被發表在國內具有良好聲譽和影響力的期刊上,所以本研究同時使用中國科學引文數據庫(Chinese Science Citation Database,CSCD)。于1989年創建的CSCD是我國第一個引文數據庫,收錄了多個領域的科技核心期刊及優秀期刊,被稱為“中國的SCI”。

本研究在WoS核心合集數據庫中的檢索策略參照Guan等[11],為：

主題：(“ecological restoration” OR “restoration ecology”)AND 文獻類型：(Article)

索引：SCI-E,SSCI

根據前人的研究[15—17],本研究選擇“生態修復”、“生態恢復”和“生態重建”作為中文檢索詞,在CSCD中的檢索策略為：

主題：(生態修復 or 生態恢復 or 生態重建)AND 文獻類型：(Article)

索引: CSCD

檢索語言=自動

檢索日期為2021年5月7日,數據庫的搜索時間跨度均為2021年以前(不含2021年)。檢索時,WoS核心合集數據庫最新更新日期為2021年5月6日,檢索結果為5892篇英文文獻；提取我國科研機構發表的生態修復文獻時,在檢索策略中限定地址信息為“中國”,檢索結果為1772篇文獻。CSCD最新更新日期為2021年4月24日,檢索結果為5173篇中文文獻。除去文獻各作者的第一單位均不是中國科研機構、外國科研機構人員在國內科技期刊發表的文獻、譯文等情況后,WoS核心合集數據庫中符合要求的英文文獻為1767篇(占全球生態修復研究領域文獻量的30.0%),CSCD中符合要求的文獻為5158篇。

2 結果與分析

2.1 年發文量和發文比

我國經濟發展和生態文明建設關系在不同階段表現不同,劉俊國等將其劃分為3個階段：1978—2000年是“經濟優先”發展階段；2000—2012年,我國從“經濟優先”逐步向“生態優先”過渡；2012年以后,我國進入“生態優先”階段[18]。在本研究中,我們把我國在WoS核心合集數據庫和CSCD中的每年相關文獻累加,結果如圖1所示。由圖1可知,我國生態修復研究發展階段與劉俊國等的研究一致：2000年以前,“經濟優先”發展階段期間,年發文量很少且增長緩慢,生態修復方面的研究沒有受到足夠的重視；2000—2012年,“經濟優先”向“生態優先”過渡階段期間,年發文量穩定增長且年增長幅度較大；2012年以后,“生態優先”階段中,年發文量快速增長,幾乎呈指數型增長趨勢。

圖1 中國生態修復研究領域的年發文量變化趨勢(數據源：WoS(1)+CSCD(2))Fig.1 The trends of the annual number of papers of the ecological restoration field of China (WoS+CSCD)(1) WoS：Web of Science；(2) CSCD：中國科學引文數據庫 Chinese Science Citation Database

圖2 中國與其他國家的歷年文獻量在總文獻量中占比(數據源：WoS)Fig.2 The proportion of the number of papers of each year of China and other countries in the total number of articles (WoS)

圖2展示了我國生態修復研究的近況和世界上其他國家的對比。近年來我國生態修復研究的年發文量占全球年發文量的比例逐步增長。同樣,2000年之前,我國年發文量占比很少；2000—2012年,我國年發文量占比穩定增長,2010年,占比首次超過20%；2012年以后,我國年發文量占比快速增長,2014年,占比首次超過30%,2019年,占比首次超過40%,2020年,占比接近50%；同時,美國的年發文量占比在逐年下降,這表明近年來我國為全球生態修復研究的發展做出了重要貢獻。

綜上,雖然我國生態修復研究起步較晚,但近年來發展速度迅速,而且發展態勢依舊強勁。這與我國對生態環境保護和修復的重視程度緊密聯系。改革開放后,我國經濟迅猛增長,但最大犧牲品卻是我國的生態環境。1998年特大洪水災害發生后,生態環境保護和修復逐漸受到重視,我國開展了多項生態修復工程,如退耕還林工程、天然林資源保護工程等[19]。我國生態修復研究也隨之逐漸發展?！翱茖W發展觀”被提出后,中國更加重視經濟、社會與生態環境的全面、協調和可持續發展,把生態環境保護放在與經濟建設一樣重要的位置。建設生態文明的重大戰略目標在黨的十七大報告中首次明確提出；黨的十八大把生態文明建設納入中國特色社會主義事業“五位一體”總體布局；黨的十九大作出“實施重要生態系統保護和修復重大工程”重大決策部署,隨后《全國重要生態系統保護和修復重大工程總體規劃(2021—2035年)》于2020年6月公布,以上均體現近年來我國高度重視生態環境保護和修復。工程實踐的開展離不開相關科學理論的有力支撐。生態修復工程實踐的快速發展,就要求發揮支撐、服務作用的相關科學研究也要同步,甚至優先發展。因此,生態修復研究越來越受到各界的關注和重視。經過長期的積累,我國科研人員在該領域開展的相關研究工作不斷擴展和深化,研究成果逐漸發表在國內和國際期刊上。

2.2 期刊分布

根據Guan等[11]的研究,在WoS核心合集數據庫中,全球生態修復領域具有廣泛影響力的期刊包括：RestorationEcology,EcologicalEngineering,ForestEcologyandManagement,JournalofAppliedEcology,EcologicalApplications,EnvironmentalManagement和BiologicalConservation等。由表1可知：在以上具有廣泛影響力的7個期刊中,我國生態修復研究成果主要刊登在EcologicalEngineering上,其他6種最具影響力的期刊較少刊登我國生態修復研究成果,尤其在國際恢復生態學學會主辦的刊物RestorationEcology發文量很小。這在一定程度上說明我國生態修復研究的國際影響力有待提高。

表1 刊登中國生態修復研究成果前10的國際期刊(數據源：WoS(1))Table 1 The top 10 international journals which published ecological restoration research of China (WoS)

CSCD中,代表我國生態修復研究成果的5158篇文獻一共分布在380多種期刊上,表2列出了其中刊文量排在前10位的期刊,這些期刊一共刊登了其中的1643篇文獻,占5158篇文獻的31.9%。其中,《生態學報》刊登我國生態修復研究成果最多,達到408篇文獻,占5158篇文獻的7.9%。

表2 刊登中國生態修復研究成果前10的國內期刊(數據源：CSCD(1))Table 2 The top 10 domestic journals which published ecological restoration research of China (CSCD)

2.3 科研機構分布

我國有眾多科研機構致力于生態修復研究,WoS核心合集數據庫中,統計我國各科研機構發文量,其中發文量超過50篇的科研機構名單如表3所示 ；CSCD中,統計我國各科研機構發文量,其中發文量超過100篇的科研機構名單如表4所示 。

表4 CSCD中發文量大于100篇的國內科研機構Table 4 Domestic institutions with more than 100 articles in CSCD

綜合表3、4可知：雖然我國有眾多科研機構開展生態修復研究,但中國科學院、北京師范大學、西北農林科技大學及北京林業大學(按表3、4發文量之和排序)是我國生態修復研究領域的主要研究力量。其中,WoS核心合集數據庫中,中國科學院發文量占我國科研機構總發文量的41.8%；CSCD中,中國科學院的發文量占我國科研機構總發文量的22.0%。因此,中國科學院的生態修復研究大幅領先于國內其他科研機構。中國科學院有眾多科研院所和科研人員是重要原因之一。

表3 WoS中發文量大于50篇的國內科研機構Table 3 Domestic institutions with more than 50 articles in WoS

2.4 各層次合作研究發展趨勢

目前,生態修復研究的廣度與深度不斷發展,呈現高度分化又高度交叉融合的特點。某些研究議題涉及范圍廣、綜合性強或難度較大,由此引起生態修復研究領域科研人員組織形式的變化。合作研究可以揚長避短,了解我國生態修復合作研究情況,可判斷我國生態修復研究的交流廣度與深度。

判斷是否屬于合作研究的依據參照Guan等[11]。本研究把我國在WoS核心合集數據庫和CSCD的每年相關文獻統一考慮,提取每篇文獻的作者及對應的地址信息用于分析作者、科研機構和國家間生態修復研究合作情況。由于目前使用中文寫作局限于中國地區,CSCD中的相關文獻不用于分析國家間合作研究發展趨勢；此外,由于早期發文量偏少,會導致統計結果波動較大,所以作者間、機構間合作趨勢分析以兩數據庫各年發文量之和大于200篇的年份為統計起點(即2006年),國家間合作趨勢分析的時間段保持一致,結果如圖3所示。

圖3 作者、機構和國家間合作研究發展趨勢Fig.3 The trends of the collaboration among authors, institutions and countries

圖3中,每篇學術論文有至少5名作者的趨勢愈發明顯,其比例于2012年達到50.0%,近3年(2018—2020年)的比例均超過60.0%,說明生態修復合作研究已在科研人員間廣泛建立。每篇學術論文主要由不超過2個科研機構的科研人員合作完成,在2006年占比為89.7%,但所占比例在逐年緩慢下降,在2020年占比為78.3%。由此可知：機構間的生態修復合作研究模式主要為雙邊合作,且合作模式由雙邊合作向多邊合作逐漸發展。加強不同科研機構的科研人員的科研合作,有利于機構間的資源共享。圖3中,75%左右的學術論文由我國科研人員獨立完成；由我國科研人員和另外1個國家的科研人員合作完成的學術論文的占比在20%左右。因此,我國的生態修復研究國際合作模式主要為雙邊合作。圖4中,圓代表國家,連線代表國家間存在合作關系；連線越寬,代表兩個國家間合作次數越多,兩個國家對應的圓也越大。由此可知：中國科研人員主要與歐美國家的科研人員開展生態修復研究合作,其中,與美國建立了最為密切的合作關系,與英國、澳大利亞和加拿大建立了較為密切的合作關系。

圖4 與中國開展生態修復研究合作的15個主要國家Fig.4 15 major countries that carry out ecological restoration research with China

2.5 研究重點

關鍵詞是表達文獻核心內容的詞語,是文獻核心內容的體現；某研究領域的關鍵詞在規模及使用頻率上的變化可在一定程度上反映此領域的發展脈絡與今后發展趨勢[11]。本研究根據上文的3階段劃分結論,統計2000年以前、2000—2012年、2012—2020年各階段文獻的關鍵詞,并作詞頻統計。排除檢索關鍵詞后的統計結果如表5、6所示。

由表5、6及對比Guan等[11]的分析結果可知：我國生態修復研究與全球生態修復研究均重點關注“氣候變化”、 “生態系統服務”、 “生態修復理論與技術” 、 “生物多樣性”、和“生態修復的監測和評價”等研究。不同類型和退化程度不同的生態系統,其適用的修復技術或方法各不相同,生態修復效果也取決于修復方案的科學性。各種生態修復技術具有不同的優缺點,科研人員根據實際情況將物理、化學或生物修復技術進行有機整合,開展復合生態修復技術研究與實踐。例如張義等把新型環保陶瓷濾球和沉水植物相結合,最后發現該復合修復技術對沉積物磷的吸附效果優于吸附和沉水植物單獨作用之和[20]。目前,復合修復技術尚處于探索階段,具有廣闊的應用前景。此外,生態修復效果評估方法與可持續管理對生態修復工程也至關重要,也是目前的熱點問題,例如航空航天遙感技術在生態修復工程評估與后續管理發揮了重要作用。

表5 各時期的高頻關鍵詞 (數據源：WoS)Table 5 The high frequency keywords in different periods (WoS)

我國生態修復研究與全球生態修復研究均對生態修復與社會科學結合的研究不足,有待深入和完善,如生態修復配套機制,包括政策機制、法律機制、管理機制、補償機制和市場化責任機制等,因為開展生態修復不僅涉及科學層面,還涉及社會層面[21]。同時,雖然新型生態系統的理論與實踐已成為全球生態修復研究熱點議題之一,但是我國目前在這方面開展的研究較少。

由表5、6可知,“黃土高原(Loess Plateau)”在表5的總時間段中累計出現75次,且其出現次數均排在各階段前3位,在表6的總時間段中累計出現88次；黃土高原地區不僅是世界上水土流失十分嚴重、生態環境十分脆弱的地區之一,同時也是我國重要的能源和化工基地；所以針對黃土高原水土保持、生態恢復的研究尤為受到關注。“喀斯特”在表6的總時間段中累計出現71次,因此針對喀斯特地貌區石漠化的防治對策和措施研究也尤為受到關注。長期以來,在礦產資源(如銅礦、煤礦等)豐富地區粗放的資源開采模式,導致土壤重金屬污染問題十分突出,因此相關土壤生態修復、植被恢復的研究等也會持續開展,如利用重金屬超富集植物的植物修復技術研究,所以“重金屬”在表6的總時間段中累計出現73次。表5 中,“富營養化(Eutrophication)” 在總時間段中累計出現30次,“水質(Water Quality)” 在總時間段中累計出現25次；表6 中,“富營養化(Eutrophication)” 在總時間段中累計出現120次,排第2位,且其出現次數均排在各階段前3位,反映出針對江河湖泊富營養化的修復是各階段的重點議題,受到科研人員廣泛關注。2016年12月,《濕地保護修復制度方案》發布；《貫徹落實〈濕地保護修復制度方案〉的實施意見》隨即發布。隨著十九大報告中提出“強化濕地保護和恢復”以及部分代表委員提出應加快國家層面的濕地保護立法,濕地生態修復研究會繼續成為生態修復研究的重點。綜上,我國對黃土高原地區、喀斯特地貌區、土壤重金屬污染、江河湖泊和濕地的修復研究仍是研究的重點 。

表6 各時期的高頻關鍵詞 (數據源：CSCD)Table 6 The high frequency keywords in different periods (CSCD)

3 研究不足與展望

首先,針對森林、草原、水土流失及荒漠化地區、江河湖泊及濕地、海洋的生態修復理論與技術一直是研究的重點,但隨著“山水林田湖草一體化保護和修復”、“自然恢復為主、人工修復為輔”、漸進式生態修復[18]等理念的提出,構建生態修復研究新格局,探討更大空間尺度的多類型生態系統系統修復的內在機理和規律,為生態修復工程提供理論支撐,而不再局限于某單一類型或小尺度范圍內的生態系統修復研究。同時,由于人類活動的干擾,許多自然生態系統已經轉變為與原來完全不同的狀態,并且幾乎不可能恢復到以前的狀態。在此背景下,Hobbs等提出了新型生態系統,并將其定義為該生態系統具有與原來狀態不同的生物組成和生態系統功能[22]；后來,Hobbs等將其重新定義由生物要素、非生物要素和社會要素組成的生態系統；由于人類活動的干擾,該生態系統已經轉變為與原來完全不同的狀態,并且具有自我組織和顯現新特性的趨勢[23]。“新型生態系統”的研究已成為國際生態修復研究的熱點議題,但也存在不少爭論或質疑[24]。目前,我國在新型生態系統方面開展的研究較少。

“山水林田湖草是生命共同體”被提出后,我國生態文明建設隨之步入新階段。為統籌山水林田湖草的系統保護、整體修復、綜合治理,我國組建自然資源部[25],生態修復新格局體系也隨之不斷發展和完善。實施山水林田湖草系統修復工程是整治我國生態環境問題的重要途徑,也是推動生態文明建設的必然要求。山水林田湖草系統治理強調打破單要素治理,要求實施生態保護及修復時需兼顧整體性和系統性,其中系統治理是山水林田湖草生態保護及修復的主旨,也即要求科研人員和工程人員要解決生態保護修復工程在實施過程中存在整體性不夠、系統性不足、連續性較差、持續性不強等問題[26—27]。未來,開展生態修復研究要充分考慮國土空間的系統性、空間各組分的關聯性,探討更大空間尺度的多類型生態系統協同修復的內在機理和規律,構建生態修復研究新格局,為山水林田湖生態保護修復工作提供指導。相關研究成果的實踐與總結是未來全面落實這一理念的關鍵步驟。生態系統理念沒能執行、自然恢復策略有待施行、監測與評價管理體系有待建立、區域全面發展尚需提升、工程宏觀布局不盡完善等是目前亟需解決的問題[28]。“山水林田湖草一體化保護和修復”與“基于自然的解決方案”在核心理念上十分契合,“基于自然的解決方案”顛覆了過往片面依賴技術手段開展生態修復的方式,可對“山水林田湖草一體化保護與修復”的發展與實踐應用起到一定推動作用[25]。

劉俊國等認為生態修復應該面向未來,而不是修復至生態系統退化前的狀態,并提出漸進式生態修復理論[18]。漸進式生態修復理論以生態學原理為基礎,結合區域內生態退化的歷史條件和現實情況,考慮社會投資和技術水平的限制,包括環境治理、生態修復、自然恢復三階段生態修復治理模式,從而對受損生態系統進行循次而進的綜合治理、系統修復與恢復；深圳市河流治理工程是漸進式生態修復理論的具體體現之一[18]。漸進式生態修復理論的提出,為中國 “生態修復”研究提供了重要理論基礎和新思路。在未來的河流生態修復中,基于漸進式生態修復理論,針對不同的環境問題,精準實施環境治理、生態修復、自然恢復等措施,開展水源涵養、生態濕地建設、河流生態修復、生態系統保護與修復,提升流域生態服務功能；要充分考慮生態用水需求以及水環境質量穩定達標,進一步優化水資源配置,加快河湖水系連通工程的建設,創立保障河流生態流量的機制。

其次,開展生態修復會對當地居民的利益產生影響。如生態移民、長江流域重點水域“十年禁漁”等會對當地居民、漁民的生計產生影響。此外,目前我國的生態修復工程仍以政府投入為主,資金投資渠道較為單一；因此,有需要學習其他國家有效引入社會資本的政策和措施。生態修復不僅是科學議題,也是社會議題、經濟議題,所以生態修復研究的一個重要方向是生態修復與社會學科、經濟學科的交叉研究,如生態修復配套機制,包括政策機制、法律機制、管理機制、補償機制和市場化責任機制等。

再者,根據Guan等[11]的研究,國家間的生態修復研究合作趨勢日益明顯；歐美國家位于生態修復研究領域的最前列,不僅因為它們最早開展此研究,也因為這些國家之間建立了廣泛密切的合作關系。目前我國在生態修復研究方面和國際上發達國家還存在一定差距,加強國際間合作有利于未來我國生態修復事業的健康發展。一方面,歐美發達國家很早開展了生態修復方面的研究和實踐,比如英國以產權制度為基礎推進濕地保護,美國從二十世紀九十年代開始便啟動了海洋生態修復計劃[29]。本文研究結果表明,目前我國大多數生態修復研究還多處于國內不同機構間合作的狀態,在未來的合作中,重視和國際先進研究機構的合作,并汲取前沿生態修復理論和經驗,實現優勢互補,提升研究能力,將會進一步提升我國未來生態修復研究實力。另一方面,隨著“一帶一路”建設不斷推進、“人類命運共同體”理念日益深入人心,如何加強生態修復南南合作,基于我國生態修復實踐,同時考慮不同國家或地區的生態系統的破壞情況和退化狀態存在明顯差異這一實際,為其他國家提供寶貴經驗,服務“一帶一路”沿線生態系統的修復,亟待破局,這也有助于提升我國生態修復研究的世界影響力[30]。

最后,生態修復研究涉及多個方面,分支議題數量龐大,將來有必要對重要分支議題(如黃河重點生態區生態修復研究)發展態勢進行分析。作為中華文明主要發祥地的黃河流域,是我國重要的經濟地帶和主要生態屏障密集區；但是區域內長期的強人類活動引發了一系列生態環境問題,如河流斷流、水土流失嚴重、生物多樣性下降等。面對“一帶一路建設”、“黃河流域生態保護與高質量發展”、 “黃河重點生態區(含黃土高原生態屏障)生態保護和修復重大工程”等國家重大戰略需求,對黃河重點生態區生態修復研究提出了更大的挑戰,其更強調修復的系統性、整體性和綜合性。對此議題發展態勢進行分析,可指導在氣候變化大背景下黃河重點生態區生態修復技術研究與實踐。依據《全國重要生態系統保護和修復重大工程總體規劃(2021—2035年)》,以重大生態工程項目為牽引,加大河湖濕地綜合治理與生態修復力度,全面對接黃河重點生態區的生態保護及修復重大工程,進一步提升全省水環境質量、生態系統服務功能和生物多樣性。同時,黃河流域社會經濟發展整體滯后,生態修復如何與區域經濟社會發展、生態移民與生態補償、脫貧攻堅等社會經濟議題有機結合值得研究。需要強調的是,針對黃河流域的生態修復指導文件、工作方案涉及國家多個部門和多個省份,如何打破各個區域“各自為戰”的修復模式,統籌出臺相關指導文件,進而建立有效的溝通協調機制、搭建黃河重點生態區生態大數據共享平臺,達到避免黃河流域生態修復出現割裂情形的目的,值得探究。

需要指出的是,雖然本研究只選擇了“Ecological Restoration”和“Restoration Ecology”作為英文檢索詞,也只選擇了“生態修復”、“生態恢復”和“生態重建”作為中文檢索詞,但是其他關鍵詞,例如“Ecological Rehabilitation”、“土地復墾”、“礦山生態修復”、“國土綜合治理”等,也與生態修復領域有關但并未考慮在內。因此,被檢索出的文獻數量可能被低估。然而,本研究為系統地定量分析中國生態恢復研究發展歷程提供了一個起點。

此外,Cui等以“Ecological Engineering in China”、“Rehabilitation in China”、“Ecological Restoration in China”、“ Afforestation in China”、“Revegetation in China”為關鍵詞聚焦我國陸地生態系統修復,以1978年為時間起點,篩選出符合要求的文獻為962篇[31]。兩者對比可知,本研究的文獻數量集的數量較為合理。