基于文獻計量的森林生態學學科發展態勢研究

房俊民,羅小英

1 中國科學院成都文獻情報中心, 成都 610041 2 中國科學院大學經濟與管理學院圖書情報與檔案管理系, 北京 100190

森林生態學是從人們生活、生產實際需要逐漸發展起來,研究森林和環境之間相互關系的學科[1],屬于生態學和林學的一個交叉分支學科[2]。1947年,以美國學者J.W.Toumey為代表的生態學家從植物生態學中派生并創立“森林生態學”學科后,森林生態學經過系列演變,在聯合國教科文組織的“國際生物學計劃”(IBP)、“人與生物圈計劃”(MAB)、“國際地圈-生物圈計劃”(IGBP)等大型研究計劃的推動下,開始得以迅速發展。而隨著全球氣候變化帶來的系列科學、社會和政治問題,自20世紀中期以來,森林生態學研究逐漸成為熱點。尤其進入21世紀以來,森林生態學在全球變化、生物多樣性、森林生態系統管理與服務、生態水文學以及可持續發展等諸多方面取得了迅速、長足的發展[3]。

通過回溯現有文獻發現,目前針對森林生態學科發展全貌的研究并不多見。已有研究主要集中于通過對海量文獻進行梳理而得到研究結論[3],或者僅針對較短學科發展時間跨度進行研究。例如,中國林學會對2008—2009年的學科研究進行總結[4],Yajun Song等對2002—2011年的全球森林生態學研究進行分析[5],黃東曉等以2004—2014年科學引文索引擴展版(SCIE)收錄論文為基礎對森林生態學研究態勢進行分析[6]。此外,部分學者從學科領域中某一較小的研究方向或地區范圍進行分析和總結。例如,楊敏等基于中國知網(CNKI)的文獻數據對中國森林生態學學科研究展開分析[7]。總體而言,尚缺乏利用多種研究工具和研究方法,針對森林生態學在整個學科發展歷史進程中,長時間跨度的學科演進研究工作。基于此,本文以森林生態學110年學科研究數據為基礎,運用統計分析、社會網絡分析、共現分析、時序分析等多種方法,揭示110年來全球森林生態學學科整體發展態勢與特征,分析森林生態學不同研究階段全球科研主體產出能力分布,挖掘森林生態學研究在不同階段的研究主題與熱點,并進一步對森林生態學學科未來研究趨勢提出展望。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本文以Web of Science數據庫為基礎,構造檢索式“TS=Forest* AND WC=Ecology”進行檢索,檢索時間范圍為1905—2014年(總時間跨度為110年),限定文獻類型為論文,最終檢索得到文獻總數56126篇。在此基礎上,將檢索結果的標題、摘要、關鍵詞、作者、參考文獻等全記錄導出構建研究數據集。

1.2 研究方法

基于文獻計量的方法是目前分析學科發展及演化的主要方法,基本原理是通過對文獻及文獻之間的關系計量來構建學科的內在邏輯與結構。本文主要運用統計分析、社會網絡分析、共現分析、詞頻分析、時序分析等方法,對所獲取森林生態學數據進行量化與可視化分析,從整體觀測并解讀110年來全球森林生態學學科的發展態勢、研究主體力量分布、研究主題演變等。

分析工具方面,主要采用包括DDA[8]、SCI2[9]、Excel等。其中, DDA是科睿唯安公司的一款具有強大分析功能的文本挖掘軟件,可以對數據進行多角度、全景式的數據挖掘和可視化,常用功能包括:數據清洗、列表功能、矩陣功能與圖功能,可構建共現矩陣發現領域的發展趨勢以及同鄰近領域的相關性,并可通過圖功能模塊實現對分析結果的可視化,揭示機構、人員、學科領域間的關系[10]。SCI2是由美國印第安納大學圖書情報專家Katy B?rner及其團隊開發的一款知識圖譜分析軟件,具有時間序列、地理空間和網絡分析等分析功能,支持抽取多種常用網絡,如定向網絡、雙邊網絡、引文網絡、合作者網絡等[11]。

本文主要運用DDA進行數據清洗、信息抽取與計量分析,包括統計、分析不同科研主體產出情況,構建Pearson相似度矩陣,分析全球各國森林生態學領域研究主題的相似性,以及生成高頻詞時序變化圖譜,反映不同階段森林生態學領域研究主題的演變；運用SCI2構建、分析森林生態學領域中國家/地區合作共現網絡；并輔以Excel統計、分析整體與不同科研主體論文產出情況以及各階段高被引論文數據。具體研究思路如圖1所示。

圖1 研究思路Fig.1 Research designDDA:科睿唯安公司文本挖掘軟件Derwent data analyzer；SCI2:美國印第安納大學知識圖譜分析軟件Science of science；Excel:微軟公司電子表格軟件Microsoft office excel

2 結果與分析

圖2 森林生態學1905—2014年論文產出數量隨時間變化曲線Fig.2 The number and growth trend of papers published on forest ecology research (1905—2014)

2.1 全球森林生態學總體發展態勢

2.1.1全球森林生態學論文產出

(1)論文產出的變化趨勢

根據檢索結果,對森林生態學1905—2014年每年的論文產出數量進行統計分析,繪制如圖2文獻產出變化曲線。整體而言,全球森林生態學研究從20世紀初開始,經過了較為漫長的孕育和發展階段后,直至21世紀初期到達非常活躍的狀態。

(2)論文產出的階段劃分

“生命周期”源于生物學概念,并被廣泛地應用于政治、經濟、環境、技術、社會等諸多領域,主要描述事物所遵循的“萌芽-發展-成熟/穩定-衰退”的發展過程。學科領域的演變同樣具有生命周期[12]。借鑒生命周期理論,根據森林生態學文獻數量分布及增長變化趨勢,本文將森林生態學的學科發展階段劃分為孵化期、培育期、發展期、加速期以及爆發期5個階段,全球與中國在各發展階段的論文產出情況如表1所示。

表1 各階段論文產出數量分布Table 1 Distribution of research output in each stage

①孵化期:1905—1964年。從論文數量隨時間變化曲線來看,該階段的60年間,整個森林生態學學科的相關論文發表數量增長緩慢,總量僅為396篇,年均發文量約6篇,說明該階段森林生態學領域的發展處于起步階段。因此,將這一階段視為森林生態學研究的孵化期。

②培育期:1965—1976年。該階段的12年間,森林生態學相關論文發表數量有了一定幅度的增長,年均發文量約為49篇。因此,將這一階段視為森林生態學研究的培育期。

③發展期:1977—1989年。該階段的23年間,學科的相關論文數量開始呈現更大幅度的增長,年均發文數量約為189篇。因此,將這一階段視為森林生態學研究的發展期。

④加速期:1990—1999年。1990年以后直到20世紀末,森林生態學的研究論文產出數量隨時間變化曲線出現明顯的拐點,并呈現高速增長與波動趨勢,年均發文量達到1195篇。因此,將這一時期視為森林生態學研究的加速期。

⑤爆發期:2000—2014年。進入21世紀以后,森林生態學學科研究得到空前發展,相關研究論文發表數量增長持續攀升,短短10余年間發文量達到4萬余篇,年均發文量達2694篇。因此,將這一時期視為森林生態學研究的爆發期。

2.1.2全球森林生態學研究國際科研合作關系

文獻計量科學知識圖譜的可視化效果一定程度取決于參數、閾值設定,閾值過高或過低均不利于進一步分析與解讀。因此根據數據與可視化效果,本文在全球森林生態學國家/地區間的合作關系網絡圖譜(圖3)中,將論文數量和合作數量的閾值分別設定為50和20。其中,圖中節點(圓點)大小代表該主體論文產出數量多少,節點越大說明論文數越多；連線粗細代表兩國(地區)之間合作關系深度,連線越粗,合作深度越深；連線多少代表該主體合作廣度的大小,即合作對象的多少,連線越多,合作廣度越大。

圖3表明,森林生態學的研究在國家/地區間構成了一個大的合作網絡整體,不同國家/地區間的合作十分密集。其中,美國、澳大利亞、加拿大、英國、巴西、德國、中國、巴拿馬、墨西哥等國家間合作最為密切,且美國在其中占據較高的主導地位；其次為西班牙、法國、日本、芬蘭、新西蘭、瑞典、瑞士、意大利同其他國家/地區。另外,值得注意的是，俄羅斯、印度、南非等經濟大國在森林生態學領域研究的國際合作程度并不高。

圖3 國家/地區合作關系網絡圖譜Fig.3 Map of national/regional cooperation networkArgentina :阿根廷；Australia :澳大利亞；Austria:奧地利；Belgium :比利時；Bolivia :玻利維亞；Brazil:巴西；Cameroon :喀麥隆；Canada :加拿大；Chile:智利；China :中國；Colombia :哥倫比亞；Costa Rica :哥斯達黎加；Czech :捷克；Denmark :丹麥；Ecuador :厄瓜多爾；Estonia :愛沙尼亞；Finland :芬蘭；France :法國；French Guiana:法屬圭亞那；Gabon:加蓬；Germany :德國；Guiana :圭亞那；Hungary :匈牙利；India :印度；Indonesia :印尼；Israel :以色列；Italy :意大利；Japan :日本；Kenya :肯尼亞；Madagascar :馬達加斯加；Malaysia :馬來西亞；Mexico :墨西哥；Netherlands :荷蘭；New Zealand:新西蘭；Norway :挪威；Panama :巴拿馬；Peru :秘魯；Poland :波蘭；Portugal :葡萄牙；Russia :俄羅斯；Singapore :新加坡；South Africa :南非；South Korea :韓國；Spain :西班牙；Sri Lanka :斯里蘭卡；Sweden :瑞典；Switzerland :瑞士；Taiwan China :中國臺灣；Tanzania :坦桑尼亞；Thailand :泰國；Uganda :烏干達；UK :英國； USA :美國；Venezuela :委內瑞拉

整體而言,結合論文產出與合作關系,全球森林生態學研究主體可大致定性劃分為3種類型網絡關系:(1)以美國為核心構建的遍布全球的合作大網絡,參與這一網絡的合作者涵蓋了森林生態學研究領域近乎全部的參與對象；(2)以某些國家/地區為核心形成的較次一級的密集合作網絡,如以德國、巴西、法國、西班牙、英國、瑞典、芬蘭、丹麥為主體形成的密集合作網絡,以澳大利亞為主體形成的加拿大、英國、新西蘭合作網絡,以中國為主體形成日本、德國、瑞士、比利時、澳大利亞合作網絡；(3)更小規模的合作網絡,如以馬來西亞為主體形成的新加坡、澳大利亞、巴拿馬、日本合作網絡。

2.1.3基于關鍵詞的國家間主題相似度

為了更加直觀地顯示不同國家之間在森林生態學研究的相關程度,基于文獻關鍵詞,利用DDA分析工具對全球森林生態學領域的文獻進行相關分析,采用Pearson相關度算法,發文量Top 20國家之間研究主題關系網絡如圖4所示。其中,圓點的大小代表一個國家森林生態學領域發文量的多少,點與點之間的連線粗細表示兩者之間的相似程度,連線越粗,相似性越大；且圖4中僅顯示了國家之間具有中等及以上顯著相似性的連線,即Pearson相似度系數值大于0.5。

圖4 基于關鍵詞分布計算Top 20國家間的Pearson相似度Fig.4 Pearson similarity among Top 20 countries calculated based on keywords distributionAmazon:亞馬孫；Amazonia:亞馬孫流域；Atlantic:大西洋的；Australi:澳大利亞Australia；Biodiver:生物多樣性Biodiversity；Boreal f:北方針葉林Boreal forest；Borneo:婆羅洲；Cerrado:賽拉多保護區；climate:氣候；Conserva:保護Conservation；Decompos:分解Decompose/Decomposition；Disturba:擾動Disturbance；drought:干旱；Fire:火；forest m:森林管理forest management；Habitat:棲息地；Heavy me:重金屬Heavy metal；herbivor:食草動物herbivore；Nitrogen:氮；seed dis:種子擴散seed dispersal；Species:物種；Successi:演替Succession；Tropical:熱帶的；Vegetati:植被Vegetation

由圖4可知,美國同英國、德國、法國、加拿大、意大利、瑞士、荷蘭等多個國家的研究具有顯著相似性；此外,瑞典與荷蘭,澳大利亞同英國和美國,法國同瑞士、荷蘭、德國與荷蘭、法國之間的也有較高相似度。相似度與較多國家相近的還有法國、荷蘭；其次為澳大利亞、德國和瑞士。如圖4同時顯示了各國文獻的關鍵詞中出現頻次較高的若干詞組及其出現的頻次,由于圖形大小限制,圖中僅顯示了出現頻率最高的5組關鍵詞。由此發現:(1)不同國家對森林生態研究的關注點不盡相同。如美國研究人員較多關注氣候、擾動、生物多樣性、氮循環、保護；巴西研究人員較多關注大西洋、亞馬孫流域、熱帶高草草原；而澳大利亞研究人員關注點在于生物多樣性、擾動、氣候變化、火。(2)絕大多數國家研究人員共同關注較多的研究主題包括生物多樣性、氣候變化、生物保護、擾動等。(3)部分特定主題受到某些國家研究人員的特別關注,例如澳大利亞研究人員特別關注對火因子的研究；巴西研究人員重視亞馬遜雨林、熱帶高原草原的研究；美國重視氮循環的研究；芬蘭和瑞典重視寒帶森林的研究；新西蘭重視草食動物的研究；西班牙重視對干旱問題的研究；日本關注凋落物分解問題；墨西哥關注對熱帶森林的研究等。(4)中國研究人員主要關注氣候、生物與物種多樣性、保護等。具體地,保護主題較多關注包括如野生動物、鳥類、大熊貓的棲息地保護；其次,從地域角度,除了國際合作以及對全球性問題的關注,在中國范圍內的森林生態研究集中于長江流域、秦嶺,以及云南、四川、西藏等西南地區。

2.2 全球森林生態學各階段研究主體論文產出

2.2.1國家論文產出分布

對各階段不同國家論文產出數量進行統計,可以更加直觀地反映出不同時期森林生態學領域各國論文產出變化情況及科研力量分布。如表2所示,美國在各個時期的論文產出均位列榜首；但在學科發展早期(孵化期、培育期)占據重要地位的瑞典、法國,以及比利時和俄羅斯的發文量隨后在各階段的排名卻逐漸下降,盡管他們總發文量在上升,但相比其他國家而言,其在森林生態學領域的產出增速明顯減弱；巴西、中國、西班牙等國的論文產出則持續增長。

表2 各階段國家發文數量排名Top 20Table 2 Top 20 countries of the research output in each stage

2.2.2機構論文產出分布

根據機構論文產出數量統計及全球植被類型分布[13],本文對森林生態學學科領域發文量前20名的機構及其所在地的植被類型進行了映射標注(表3)。從相關科研和管理機構的地理位置分布來看,在排名前20名的機構中,除非洲外,北美洲、南美洲、亞洲、歐洲、大洋洲均出現了若干代表性的研究機構。由此可初步判斷,在森林生態學研究發展過程中:①在北美洲,以美國森林服務局、俄勒岡州立大學等機構為首的森林生態學研究工作在全球范圍開展了極多的研究工作；②在南美洲,以美國史密森尼熱帶研究所、墨西哥國立自治大學為代表的研究工作值得關注；③在亞洲,以中國科學院、日本京都大學(位列第26位)兩個機構的工作最具代表性；④在歐洲,以瑞典農業科學大學、俄羅斯科學院、德國哥廷根大學、芬蘭赫爾辛基大學、法國農業科學研究院(位列第23位)等機構的研究工作最具代表性；⑤在大洋洲,相關研究以澳大利亞國立大學為主。

表3 研究機構論文發表數量Top 20(1905—2014年)Table 3 Top 20 institutions of the research output (1905—2014)

進一步分析近20余年森林生態學領域發文量Top 10研究機構發現(圖5),美國森林服務局盡管一直遙遙領先,但在2006—2008年這一短暫的時期,其發文量出現了明顯下滑,此后再度領先。而中國科學院在20世紀90年代初落后其他研究機構,但從2002年,開始逐漸追趕美國地質調查局、墨西哥國立自治大學等機構,2007年之后,已經同美國森林服務局并駕齊驅,并在2012年之后最終實現超越。

圖5 近20余年全球機構發文Top 10的發文量隨時間變化Fig.5 Research output of the Top 10 institutions

2.3 全球森林生態各階段高被引論文研究主題分析

論文的被引次數是一個重要的指標,一定程度上說明了被引文獻受到同行的學術關注程度。通過對森林生態學領域110年相關文獻被引頻次的分析,得到高被引論文列表,進一步對總體及各階段高被引文獻進行解讀,可以分析森林生態學研究中受關注度高的文獻及其相關研究主題與研究內容。

2.3.1總被引次數Top 50論文

分析1905—2014年間高被引Top 50文獻(表4)發現:

(1)早期的森林生態學相關研究主要圍繞森林生態中的物種、種群,針對種群生態、物種數量及物種的生物生態學特性等開展研究。如美國東北針葉林林鶯的種群生態問題[14],熱帶森林食草動物及樹種數量[15],低洼地勢熱帶雨林的樹種被動物采食情況,以及樹種采取的防御生物學特征[16]。

表4 1905—2014森林生態學學領域論文被引用次數最多的50篇論文Table 4 Top 50 Highly cited papers on forest ecology (1905—2014)

由于篇幅所限,以上僅列出其中部分文獻

(2)20世紀90年代開始,相關研究開始關注生態系統過程、森林生態系統的物質循環與能量流動、生境碎片化及其生態效應等更宏觀的問題。相應的代表性工作如PeterJohn等通過對農田與河岸帶之間養分動態的研究,分析河岸森林的角色[17]；Vitousek等則詳細研究了潮濕熱帶森林的養分循環[18]；Running等針對森林生態系統水平衡、冠層氣候交換和初級生物量過程提出了一種生態系統過程模型[19],為這一方向的深入探索打下了基礎。在能量流動研究方面,Currie開始開展針對能量與動物和植物豐富度之間關系的研究[20]。生境碎片化則成為20世紀末期最重要的研究熱點之一。此外,森林生態系統物質循環相關研究也日趨活躍。

(3)2000年前后,人們關注到全球氣候變化產生的各種生態效應和影響,加強了氣候變化對全球森林生態系統及其物質循環、生物生態學響應等方面的研究。如CO2濃度升高對木本植物生物量、形態和生理的影響[21]；陸地生態系統功能對CO2和氣候變化的全球響應,生態系統變暖與土壤呼吸、凈氮礦化研究,土壤碳儲量等相關研究均得到了極大關注[22—23]。此外,針對氣候變化的相關研究方法和生態模型理論在該時期也得到了很好的發展。例如,Berkes提出了一種非參數多因素方差分析方法[24]；Anderson指出了量化生物多樣性的方法,提出了若干測量和比較物種豐富度中的實驗步驟以及常見的錯誤做法[25]。

2.3.2各階段被引次數Top 20論文的研究主題分析

某一關鍵詞或主題詞在其所在領域的文獻中反復出現,則可反映出該關鍵詞或主題詞所表征的研究主題是該領域的研究熱點[26]。為更準確地觀測在森林生態學研究不同階段備受重視的論文主題及其研究內容,本文結合各階段高頻詞時序變化與高被引論文,對研究主題做分析與解讀。各階段高頻詞及其時序分布特點如表5所示。由于篇幅所限,高頻詞時序變化圖譜僅展示2000—2014年爆發期階段(圖6)。其中圖6橫軸為時間,縱軸為關鍵詞,不同關鍵詞顯示為不同顏色氣泡,氣泡大小代表關鍵詞詞頻的高低。

表5 各階段高頻詞及其時序分布特點Table 5 High frequency words of different stages and characteristics of distribution

圖6 2000—2014森林生態高頻詞時序變化(Top 50)Fig.6 Time sequence of the Top 50 high frequency words of forest ecologyagricultural landscapes:農業景觀；Biodiversity conservation:生物多樣性保護；boreal forest:北方森林；case study:案例研究；climate change:氣候變化；community composition:群落組成；community structure:群落結構；deciduous forest:落葉林；ecosystem function:生態系統功能；ecosystem services:生態系統服務；environmental factors:環境因素；environmental variables:環境變量；few species:少數物種；forest ecosystems:森林生態系統；forest fragmentation:森林碎片；forest management:森林管理；forest soils:森林土壤；forest structure:森林結構；forest types:森林類型；fragmented landscapes:景觀碎片化；global change:全球變化；habitat fragmentation:生境碎片化；habitat loss:生境喪失；habitat selection:生境選擇；habitat use:棲息地使用；invasive species:外來入侵物種；land use:土地使用；land-use change:土地使用變化；net primary production:凈初級生產；old-growth forests:過熟森林；plant communities:植物群落；plant diversity:植物多樣性；population dynamics:種群動態；relative abundance:相對豐富度；seed dispersal:傳播種子；small mammals:小型哺乳動物；soil moisture:土壤水分；South America:南美洲；spatial distribution:空間分布；spatial scale:空間尺度；species composition:物種組成；species distributions:物種分布；species diversity:物種多樣性；species richness:物種豐富度；temperate forests:溫帶森林；terrestrial ecosystems:陸地生態系統；tree species:樹種；tropical forests:熱帶森林；tropical rain-forest:熱帶雨林；vegetation structure:植被結構

根據對各階段被引次數Top20的代表性論文研究主題與研究內容分析發現，(1)孵化期(1905—1964年)研究主題呈現兩個特點:其一,主要是針對森林生態系統中的個體、森林生境、森林植被類型進行研究；其二,研究工作集中于英、美等國的少數熱點區域,以局部研究為主。(2)培育期(1965—1976年)研究主題集中為三個方面:其一,有關個體的生物生態學研究；其二,有關森林生態系統中物質循環和能量流動的研究；其三,有關森林生態系統內部結構與演化的研究。(3)發展期(1977—1989年)研究主題主要包括六個方面:其一,森林生態系統和生物成分,包括種群、生態對策、種間關系等研究；其二,森林生態系統的自然環境及生態因子等研究；其三,森林生態系統的功能過程,主要是養分和物質循環研究；其四,森林生態系統的演替研究；其五,氣候變化產生的生態學效應研究,相關研究為下一時期氣候變化帶來的森林生態學研究熱點揭開了序幕；其六,生態學理論研究,如熱帶干旱森林生態學[27]、熱帶雨林生態種群相關理論[28]。(4)加速期(1990—1999年)研究主題重點集中在四個方面:其一是關于森林生態系統變化過程的研究；其二是關于森林生態系統的生物成分的研究；其三是有關森林生態系統能量流動與物質循環的研究；其四是對森林生態系統應用的研究,如基于生物優勢、土壤性質和氣候構建全球生物群落模型[29]、碎片化森林的邊際效應以及對保護的啟示[30]。該階段森林生態系統服務、系統內部物質循環和全球氣候變化等研究主題進一步演繹,出現一批針對森林生態系統的、新型的研究主題。該時期,Lindenmayer及其團隊在維多利亞山地白灰森林開始了為期25年的研究,并從森林覆蓋、森林結構、動物發生、干擾機制、森林管理與多樣性保護等方面,圍繞生物多樣性保護、野火、伐木、管理和氣候變化等主題為森林格局與生態系統的運作提供了深刻見解[31]。(5)爆發期(2000—2014年)研究主題重點分布在三個方面:其一是不同視角下的多樣性研究,如物種多樣性測度,群落生態中物種的相互關系,多樣性維持機制,碎片化、土壤微生物、生物入侵、城市化、農業用地以及授粉服務、生物防治、河口與海岸保護等生態系統服務對生物多樣性的影響；其二是從土壤碳儲量、碳分布研究全球氣候問題；其三是計算機科學與森林生態學在統計分類、解釋與預測應用中的交叉融合。

3 討論與展望

3.1 討論

本文聚焦全球森林生態學學科發展態勢,基于1905—2014年論文文獻數據,從總體發展態勢(論文產出、合作關系、主題相似度)以及不同階段各研究主體的論文產出分布,高頻詞時序分布與高被引論文研究主題分析3個角度,全面地揭示了該學科領域110年以來的發展態勢、研究力量分布和主題演變歷程。

(1)從整體發展態勢來看,全球森林生態學研究從20世紀初至今均處于十分活躍的研究狀態。從時間維度與文獻量增長角度,可將110年時間窗劃分為孵化期、培育期、發展期、加速期以及爆發期等5個階段。從國際科研合作角度,不同國家/地區之間形成了大、中、小規模合作網絡,其中美國在科研合作網絡中占據主導地位,與眾多國家/地區建立密切合作關系。從主題相似度角度,不同國家/地區之間由于科研合作、地理地貌等因素在主題研究上既存在共性,也不乏差異與特色。

(2)從研究主體力量來看,美國在各個時期的論文產出均位居首位,并以美國森林服務局、中國科學院、俄勒岡州立大學等機構形成領跑及推動森林生態學研究的主要力量。此外,不同國家/地區或機構在不同階段存在“交替上升”、“爆發上升”、“持續下滑”現象。這可能受社會、經濟、科技政策等因素的影響,如美國森林服務局在2006—2008年發文量由遙遙領先后出現明顯下滑；而中國科學院從2002年開始逐漸追趕,直至2007年與美國森林服務局并駕齊驅,并在2012年后實現超越。從美國角度,已有研究分析“美國悖論”現象指出:21世紀初的10年間,美國投資的增加并沒有帶來文獻產出的增加；相反,中國、韓國和新加坡等亞洲國家(地區)的研發投資迅速增加,導致美國和歐盟投資在總份額中不可避免地下降[32]。而從中國的角度,2002年正是中國科學院開始實施第一期“知識創新工程”之年；四年后,即2006年第二期“知識創新工程”開始實施,科研成果迅速增長,一定程度上體現為我國大力加強科研經費投入和促進學科發展的結果。正如研究表明:科研經費投入、基金資助、人才培養等均對我國科研產出的數量與質量的增長與提高具有積極推動作用[33—34]。

(3)從高頻詞與高被引論文主題演變來看,總體而言,森林生態學研究主題表現出較強的階段性和生態發展依附性。相關研究從早期圍繞森林物種、種群生態學等中觀問題開展研究，逐步轉向側重對生態系統過程、森林生態系統的物質循環與能量流動、生境碎片化及其生態效應等宏觀問題的探討；并在21世紀重點關注全球氣候變化、生物多樣性等問題。近年的相關國際會議議題也能夠看出其中的變化,如第十屆國際森林土壤學大會以“全球變化下的森林土壤:過程、生物多樣性和生態服務功能”為主題,設置有“提出創新技術和新方法來模擬和監測森林生態系統管理和人為干擾的影響”議題[35]；《生物多樣性公約》自1992年簽署以來,締約方會議(COP)關注重點從海洋、海岸生物多樣性,農業生物多樣性,到內陸水域生態系統,草原生態系統,于2002年開始深入討論森林生態系統以及外來物種等議題,而2020年第十五次會議(COP15)則是以“生態文明:共建地球生命共同體”為主題,呼吁各方響應共建地球生命共同體號召[36]。其次,隨著科學發展,不同階段研究主題表現出更強的學科交叉性,包括近源學科的交叉與遠源學科的交叉。前者如森林生態學與環境科學、植物科學等的交叉,后者如森林生態學與地理學、化學、計算機科學等學科的交叉。這些充分反映出在社會、生態、科技發展與人類命運共同體背景下,森林生態學的科學問題趨向深入、復雜,科學研究趨于深化、融合。

3.2 展望

從百年發展歷程來看,森林生態學科每個發展階段的研究熱點(高頻詞)和主題總是與階段性的經濟、社會和環境等問題密切相關,正如Kirby 和 Watkins[37]在對歐洲森林的研究中指出:“不能脫離全球問題孤立地理解森林的過去和未來,除了樹木疾病全球化的重要影響之外,還必須考慮到氣候變化帶來的廣泛問題以及種植農作物對碳匯貢獻的潛在價值。”此外,研究深度和廣度又與相關學科與技術進步密切相關,學科交叉呈現出越來越明顯的趨勢。20世紀末期以來,森林生態學重點關注的研究領域包括:森林生物多樣性與生態系統服務功能、森林的生物多樣性保育、森林與全球碳循環、極端氣象事件對森林結構和功能的影響、森林生態系統對相鄰生態系統的生物地球化學聯系等。可以預見,當人類社會進入生態文明階段后,隨著人類命運共同體理念不斷深入人心,森林生態國際合作研究將進一步深入。而基于“碳中和”理念的深入以及世界各國“碳中和”目標的設定,森林生態系統作為區域與全球碳循環的“主力軍”,森林生態系統中的“碳中和”研究將為相關政策制定和實施提供數據基礎和科學方法[38]。

本文重點從總體發展趨勢、不同階段研究主體力量與研究主題3個方面研究了森林生態學百年發展歷程及其演變,針對森林生態學相關研究問題，仍有許多值得進一步深入探索，包括：森林生態學發展歷程與全球經濟社會發展(例如,木材需求變化趨勢、不同國家和地區的國內生產總值(GDP)變化趨勢、人口變化趨勢、城市化趨勢)的量化關系,不同國家和地區的森林面積、森林類型、森林經營管理水平和經濟發達程度與森林生態學發展的量化關系,森林生態學主要研究領域的演變趨勢與階段性的生態環境問題(例如,全球變暖趨勢、淡水資源狀況、極端氣象事件)的耦合關系,以及森林生態學研究從深度與廣度與相關科學技術發展(例如,3S技術(遙感(Remote Sensing)、全球定位系統GPS (Global Position System) 和地理信息系統(Geographic Information System) 的簡稱)、分子生物學技術、大數據)的耦合關系等。

致謝:感謝臺州學院生命科學學院楊萬勤教授對本研究提供的幫助。