基于CiteSpace的土地利用轉型研究發展定量分析

韋仕川，王 婷

(1.海南大學公共管理學院，海南海口 570228；2.海南省公共管理治理研究中心，海南海口 570228)

土地利用轉型(land use transition)是土地利用變化的表現形式之一，自20世紀90年代以來，土地利用轉型一直是土地變化科學(land change science)研究的重點。城市空間的快速蔓延和大規模工程建設活動的開展導致大量耕地被占用、土地覆被劇烈變化，引發區域性的社會發展和生態環境問題，針對如何有效破解這些現實發展難題、實現土地可持續利用，土地利用轉型研究已受學術界廣泛關注。土地利用轉型源于Mather提出的森林轉型假說，Grainger在此基礎上提出土地利用轉型的概念，其核心內涵是指土地利用形態在時序上的變化，通常與社會、經濟發展階段的轉型相適應。隨后有學者進一步指出土地利用轉型是指土地利用系統從一種狀態到另一種狀態的轉變。龍花樓等于2002年將土地利用轉型引入中國，將土地利用轉型的定義延伸為在社會經濟變化和革新的驅動下，某一區域在一段時期內由一種土地利用形態轉變為另一種土地利用形態的過程，它通常與經濟和社會發展階段的轉型相對應，是一個動態變化的過程。

當前有關土地利用轉型研究成果的梳理和總結大多使用傳統的文獻法進行研究。例如，Barbier等從經濟角度回顧森林轉型，把森林轉型看作是相互競爭土地利用的結果。盧龍輝等通過分析有關森林轉型的文獻，歸納總結森林轉型的概念與內涵、理論發展、分析框架、研究方法以及影響因素，提出森林轉型未來的研究重點。呂曉等對城鄉建設用地轉型進行了文獻綜述，將城鄉建設用地作為一個整體開展多種分析尺度下的轉型過程及其與經濟社會發展耦合關系的綜合性研究。羅惠等對國內土地利用轉型研究進展進行了梳理，以期探討未來土地利用轉型研究的重點方向。趙小風等從時空變化、驅動機制和社會經濟環境效應3個方面對國內外工業用地利用轉型研究進行綜述。

從現有研究來看，學者們對森林、耕地、建設用地、工業用地轉型等進行文獻綜述，僅針對土地利用轉型的某一地類轉型進行研究而無法窺其全貌；再者已有研究囿于傳統文獻研究法的局限性，難以直觀呈現土地利用轉型合作分析、熱點主題、研究前沿及其發展脈絡等，而利用科學計量學能夠彌補這些不足。鑒于此，筆者利用科學計量學軟件CiteSpace的合作網絡分析、關鍵詞分析，把握土地利用轉型研究領域作者、機構、國家分布、熱點主題與研究前沿，進而掌握國際土地利用轉型研究的現狀和發展趨勢。

1 數據與方法

數據主要源于Web of Science(WOS)核心集合中的SCIE(科學引文索引擴展)和SSCI(社會科學引文索引)以及CNKI(中國知網)核心期刊與CSSCI(中文社會科學引文索引)數據集。采用WOS數據庫描述Web of Science數據庫的SCIE和SSCI數據集，采用CNKI數據庫描述核心期刊與CSSCI數據集。

在WOS數據庫中檢索方式如下：主題為“land use transition”、時間跨度(timespan)為2000—2019年，從WOS數據庫中提取了8 700條文獻數據，去掉重復與無效字段后剩余6 626條，將其作為研究數據。CNKI數據庫中檢索方式如下：采用高級檢索，檢索主題是“土地利用轉型”，時間跨度是2000—2019年，從CNKI數據庫中提取148條文獻數據。將研究時段確定為近20年，主要原因有2點：一是CNKI數據庫土地利用轉型研究始于2002年；二是自21世紀起土地利用轉型研究成為國內外學者重點關注的領域。

CiteSpace是依靠數據庫，將信息可視化、文獻計量和數據挖掘算法集結而成的軟件。與其他常見的信息可視化軟件相比，該軟件在發現研究前沿、研究主題與分析不同網絡關系等方面具有獨到之處。

2 研究過程與分析

考慮到國內外發文數量存在較大差異，分別對WOS、CNKI數據庫展開共被引分析和高被引論文分析，以此揭示土地利用轉型研究的演進歷程。依據分析結果，將近20年土地利用轉型的發文數量特征與研究演進歷程分為3個主要階段(圖1)：

土地利用轉型理論的萌芽及其驅動機制探索階段(2000—2006年)。在該階段土地利用轉型發文量較為平穩，發文總量為894篇，其中高被引論文7篇；WOS數據庫發文總量為886篇，CNKI數據庫發文總量8篇。該階段主要通過探討城市擴張與農村宅基地縮減等，分析推動土地利用轉型的外部性原因。一方面，通過建立UMD(全球土地覆蓋)數據集開展研究，發現城市擴張推動多種地類轉型，轉型的地類最終均成為城市用地；另一方面，通過對中國農村宅基地轉型進行研究，揭示了農村宅基地轉型基本能反映研究區土地利用轉型，每個轉型階段的社會經濟發展需求是該階段農村宅基地轉型的內在動力。

土地利用轉型理論的拓展與研究視野的全球化(2007—2012年)。在該階段土地利用轉型發文量較快增長，發文總量為2 001篇，其中高被引論文8篇；WOS數據庫發文量為1 989篇；CNKI數據庫的發文量為12篇。隨著土地利用轉型研究的深入，其理論愈漸豐富，研究視野拓向全球。在理論拓展方面，有學者基于全球森林變遷與土地利用變化的研究，提出森林轉型路徑理論——即“經濟增長路徑”與“森林稀缺路徑”，認為森林轉型不合理的原因在于高密度的人口與貧窮，主張退耕還林以促進森林合理轉型。Lambin EF引入土地利用轉移矩陣，從“社會—生態”反饋和“社會—經濟”驅動2個方面建立土地利用轉型形成機制的理論解釋框架。龍花樓對中國土地利用轉型研究表明，耕地與農村宅基地是鄉村發展與土地利用轉型的重要源頭，這主要歸因于中國特殊的城鄉二元結構社會體制。

土地利用轉型理論深化研究及其與土地政策的創新研究(2013—2019年)。在該階段土地利用轉型發文量快速增長，發文總量為5 953篇，其中高被引論文7篇；WOS數據庫發文量為5 825篇，CNKI數據庫發文總量為128篇。得益于高分辨率的全球森林覆蓋遙感數據和長時間尺度的土地利用變化數據，土地利用轉型理論及實證研究不斷得到深化，與區域土地管理、生態服務等研究結合更緊密，研究視角呈現多元化。Hansen等通過對全球Landsat TM影像進行分類，深化森林轉型的內涵，指出森林轉型由多種土地覆被趨勢在不同時空上共同組成，其過程與模式具有地理異質性，提出土地利用轉型是通過多種相互作用的機制實現的。龍花樓對土地利用轉型與土地資源管理二者之間的互饋機制和相互影響進行探討，認為決策部門應根據土地利用形態的變化適時調整土地資源管理政策措施，充分考慮目標區域所處的土地利用轉型階段，以增強土地資源管理決策的科學性。Hurtt等利用長時間尺度的全球土地利用數據，通過地球系統模型模擬土地利用轉型對未來氣候系統的綜合影響；劉永強等結合中國實際情況對生態系統服務價值系數進行修訂，進而對土地利用轉型導致的生態系統服務價值變化進行測度與分析，提出改善生態環境問題的措施與建議。

圖1 各階段土地利用轉型文獻數量比較Fig.1 Comparison of literatures in each period of land use transition

合作網絡分析是科學合作中最切實和有據可查的形式之一，有助于了解不同作者之間的合作網絡。從作者合作分析、機構合作分析和國家合作分析3個層面剖析土地利用轉型合作分析網絡，揭示全球土地利用轉型研究成果分布、合作脈絡及影響程度。

作者合作分析。作者合作網絡分析可反映研究領域發文核心作者及研究人員之間的合作關系。梳理可知排名前3的研究團隊包括TOBIAS KUEMMERLE研究團隊、HUALOU LONG研究團隊與XIAOPING LIU研究團隊。從作者合作可知，每個團隊均有1個核心人物，這表明對于研究人員而言，選擇研究團隊和合作者至關重要。該庫土地利用轉型領域發文數量排名前3的作者分別為Tobias Kuemmerle(26篇)、Volker C Radeloff(17篇)與Hualou Long與Peter H Verburg(16篇)。基于CNKI數據庫的作者合作網絡分析，國內主要研究團體為龍花樓團隊與宋小青團隊，發文數量排名前3的作者分別為龍花樓(20篇)、戈大專(5篇)與宋小青(4篇)。整體而言，CNKI數據庫作者規模小于WOS數據庫，但這2個領域的作者都傾向以團體形式進行合作；WOS數據庫研究土地利用轉型的作者合作密切且形成了龐大的規模，表明該庫土地利用轉型研究已發展成熟；CNKI數據庫目前各團體之間合作并不密切，多數是零散分布，表明該庫土地利用轉型研究目前尚處于發展中。龍花樓在國內外土地利用轉型研究領域有著舉足輕重的地位。

機構合作分析。基于WOS數據庫構建的機構合作網絡分析，由548個機構組成的合作網絡中包含399所大學(占72.81%)和149個其他研究機構(占27.19%)，通過匯總可知WOS數據庫發文數量排名前3的機構為中國科學院(381篇)、中國科學院大學(111篇)、馬里蘭大學(94篇)；排名前10的機構中，大學占據7所，各機構之間合作密切。基于CNKI數據庫構建的機構合作網絡分析，由32個機構組成的機構合作網絡，有19所大學(占59.38%)和13個研究機構(占40.62%)。在網絡結構中只有少數機構與前兩者有較多的合作，但其余機構中彼此之間進行協作較少，表明機構間還有較大的協作空間。CNKI數據庫發文量排名前3的機構分別為中國科學院地理科學與資源研究(27篇)、中國科學院大學(13篇)、南京大學地理與海洋科學學院(7篇)。排名前10的機構中有5所大學。

綜上可知，WOS與CNKI數據庫中，土地利用轉型研究排名前10的生產機構具有很強的同質性，核心研究力量主要來自大學；排名前2的機構都是中國科學院和中國科學院大學，表明兩者在國際土地利用轉型研究中具有很強的影響力和科研實力。

國家合作分析。國家合作網絡分析是對各國/地區之間土地利用轉型研究合作情況的直觀呈現。由于CNKI數據庫中的文獻大多僅涉及中國，因此該研究主要基于WOS數據庫進行國家合作網絡分析。結果顯示，美國占主導地位，除了波蘭之外，25個國家關于土地利用轉型研究都有所合作。是德國、英國、澳大利亞、法國、意大利與西班牙，在研究土地利用轉型方面起著關鍵作用。在洲際尺度上，26個國家/地區主要分布在五大洲，數量由高到低依次為歐洲(17個)、北美洲(3個)、亞洲(3個)、南美洲(2個)和大洋洲(1個)。

將土地利用轉型發文國家分為3個梯度，美國與中國處于第1梯隊，發文數量均超1 000；德國與英國處于第2梯隊，發文數量均多于600，其他則處于第3梯隊。歐洲研究土地利用轉型的國家數量最多。從近20年各國發文數量來看，土地利用轉型研究重心開始轉移，美國與中國成為該研究領域的主流國家。

突發關鍵詞可以反映該研究的熱點，將其進行梳理呈現出3個熱點主題，分別是土地利用/覆被變化、地利用轉型效應和土地利用轉型與生態服務、糧食安全分析。

土地利用/覆被變化。土地利用/覆被變化(LUCC)是土地利用轉型空間形態變化的直觀體現，是土地利用轉型的外在特征。該階段主要通過植被變化、土地覆蓋等方面的內容開展研究，探索土地利用轉型的理論與實踐，氣候、植被、地形等驅動因素的影響尤其受到關注。土地利用通過改變地表土地覆被狀態而影響周圍環境，不同地形通過影響土地變化過程而產生不同土地覆被形態。全球氣候變化是土地覆被變化的主要因素，學者們對土地覆被變化研究表明，氣候變化是生態環境變化的主要因素，通常自然資源依賴度高的地區對土地利用/覆被變化產生的影響也更大，青藏高原的氣候條件和地形地貌特征極其復雜，其共同作用形成的土地覆被類型的穩定性差，而植被的喪失是南非土地利用轉型最有力的證據。全球來看，研究區域主要聚焦于非洲、東南亞、亞馬孫熱帶雨林等生態敏感或對全球氣候生態系統有重大影響的地區；研究方法以綜合測度模型、評價指數為主，旨在通過案例實證研究和大量的數據統計分析揭示土地利用轉型的規律特征和空間演變格局。

土地利用轉型效應。世界各國城市蔓延擴張、農村發展、生態環境等所引起的土地利用轉型效應愈發受到了關注，這是社會經濟生態轉型的具體表現，通常會引發社會、經濟、生態等系列變化并反饋到評價土地利用效益、優化土地利用政策等方面。美國東部粗放式、低密度、外擴式的城市蔓延擴張，所帶來的土地轉型效應不僅使城市外部的自然生態資源遭到破壞，還使中心區城市活力降低。孟加拉國的納拉揚甘市由于城市擴張、土地利益主體對非農用地的需求增加以及土地供需之間的不匹配，導致大量農業用地被占用、土地退化等問題，加劇不良的社會和生態效應。中國、印度和越南的森林轉型表明，其轉型路徑的關鍵因素是森林過度的政策變化，同時與現代化和經濟發展有復雜的關系，通過經濟全球化的傳導，森林轉型在全球范圍內具有明顯的替代效應。美國和新西蘭森林變遷是動態非線性的，涉及多次逆轉，導致森林多次擴張，是“森林稀缺路徑”和“森林管理政策路徑”綜合作用的結果，同時伴隨著農村勞動力的流失、牛羊養殖業的衰落、旅游業的萎縮等。研究區域主要土地利用轉型變化劇烈的國家或地區，如美國、中國、南非、印度或東南亞等；在研究方法方面，學者們提出轉型效應模型、彈性指數、轉移矩陣和動態模型等，評估土地利用轉型對生態系統、城市擴張、鄉村發展和社會經濟的影響及其效應，進而提出解決或優化的技術、經濟和政策措施。

土地利用轉型與生態服務和糧食安全。 土地利用轉型將對全球生態服務和糧食安全影響深遠，有關研究備受矚目。厄瓜多爾安第斯山脈土地利用轉型促進了森林凈覆蓋率的增長和森林覆蓋的空間再分布，提升了關鍵生態系統服務功能；哥斯達黎加通過國際貿易、土地集約利用和空間重組等促進土地利用結構的調整和轉型，實現了森林轉型，被視為環境可持續性的典范。在中國開展了大量的土地利用轉型及其生態服務功能的研究，長江中游經濟帶生態系統服務價值不斷降低且減少速率不斷增加，生態服務價值冷熱點呈“E”狀集聚分布，土地利用轉型中生態服務價值敏感性與生態用地類型、地形地貌有密切關系；天津濱海新區由于大量生態用地流失到建設用地，研究區生態系統服務價值減少了大約25%；長三角地區基于“三生用地”的土地利用轉型表現為生產用地減少，生態用地穩定，生活用地快速增加，生態服務較高質量區和高質量區面積與比重穩定增長。土地利用轉型是影響生態服務變化和糧食生產的重要因素，對以農業生產為主的農村地區的結構調整的影響顯著，中國41.94%的耕地經歷了不同程度的過渡，土地利用轉型推動糧食生產格局不斷演化，兩者呈現出由“拮抗”到“協調”的轉化過程，促進傳統農業區逐漸從“集約型”向“現代型”轉變；孟加拉國等南亞國家的土地利用較為粗放、土地利用格局不盡合理、農業基礎設施薄弱等對于糧食產量具有重要影響。研究區域主要聚焦于中國、印度、非洲、南亞等人地矛盾突出、糧食安全受到關注的地區；研究方法以遙感分析、預測模型、實證研究、綜合評價等為主，旨在通過案例調查和海量數據分析揭示土地利用轉型對生態系統服務和糧食安全生產的影響，并提出應對措施。

3 結論

該研究運用CiteSpace對WOS數據庫與CNKI數據庫有關土地利用轉型研究進行文獻計量統計分析，研究結論如下：

(1)土地利用轉型研究的演進歷程可分為3個階段：一是土地利用轉型理論的萌芽及其驅動機制探索階段。在該階段土地利用轉型發文量較為平穩，發文總量為894篇，其中高被引論文7篇。該階段主要通過探討城市擴張與農村宅基地縮減等，分析推動土地利用轉型的外部性原因。二是土地利用轉型理論的拓展與研究視野的全球化。在該階段土地利用轉型發文量較快增長，發文總量為2 001篇，其中高被引論文8篇。該階段土地利用轉型研究理論愈漸豐富，土地利用轉型機制的理論逐步建立。三是土地利用轉型理論研究的深化及其與土地資源管理政策的創新研究。該階段土地利用轉型發文量快速增長，發文總量為5 953篇，其中高被引論文7篇。土地利用轉型理論及實證研究不斷得到深化，與區域土地管理、生態服務等研究結合更緊密，研究視角呈現多元化。

(2)作者合作層面，研究團隊Tobias Kuemmerle、Hualou Long與Xiaoping Liu在土地利用轉型研究中具有相當的影響力，發文數量和被引次數都名列前茅。機構合作層面，土地利用轉型研究排名前10的生產機構具有很強的同質性，核心研究力量主要來自大學；排名前2的機構是中國科學院和中國科學院大學，表明兩者在國際土地利用轉型研究中具有很強的影響力和科研實力。從國家合作層面來看，美國在研究土地利用轉型方面影響力最大，美國與中國處于第1梯隊，發文數量均超1 000；德國與英國處于第2梯隊，發文數量均多于600，其他則處于第3梯隊。從合作分析可知，中國科學院、中國科學院大學和龍花樓在國際上關于土地利用轉型研究位列第1梯隊，美國與中國已成為土地利用轉型研究領域的主要國家。

(3)土地利用轉型研究熱點主題為土地利用/覆被變化、土地利用轉型效應與土地利用轉型生態服務、糧食安全。土地利用/覆被變化(LUCC)是土地利用轉型空間形態變化的直觀體現，是土地利用轉型的外在特征，采用綜合測度模型、評價指數等方法，通過案例實證研究和大量的數據統計分析揭示土地利用轉型的規律特征和空間演變格局。土地利用轉型效應是社會經濟生態轉型的具體表現，通常會引發社會、經濟、生態等系列變化，是土地利用轉型的內在特征，運用轉型效應模型、彈性指數、轉移矩陣和動態模型等，評估土地利用轉型對生態系統、城市擴張、鄉村發展和社會經濟的影響及其效應。生態服務和糧食安全是廣受關注的全球性問題，成為土地利用轉型研究的熱點，研究區域主要聚焦于中國、印度、非洲、南亞等人地矛盾突出的地區，研究方法以遙感分析、預測模型、綜合評價等，旨在通過案例調查和海量數據分析揭示土地利用轉型對生態系統服務和糧食安全生產的影響，并提出應對措施。