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國內外海洋漁業碳匯研究不同特點及發展趨勢

2023-03-15 08:42:11唐湘霖張德林張鵬張海瑜
農業工程 2023年12期
關鍵詞:發展趨勢

唐湘霖 張德林 張鵬 張海瑜

摘 要: 厘清國內外海洋漁業碳匯研究的發展方向與特點,對于實現“雙碳”目標,落實綠色、低碳漁業發展理念具有重要的理論與實踐價值。該研究使用文獻計量分析法并與系統性綜述相結合,解析國內外海洋漁業碳匯研究的特色與發展趨勢;以Web of Science(WOS)和中國知網(CNKI)數據庫有關文獻為數據基礎,借助Citespace 可視化技術分析21世紀以來(2001―2022 年)國內外海洋漁業碳匯研究發展的熱點、主要研究方向及總體進展,得到5 方面研究結果。①通過關鍵詞聚類分析,發現“碳匯漁業”“碳循環”和“海洋碳匯”3 個研究方向是居于前3 位的主導領域。②國際學術刊物中漁業碳匯(2020 年開始)和生態系統服務(2022 年開始)等已成為近年突現性較高的關鍵詞,這表明國際上對海洋生態系統的服務性及其與人類關系的研究正在逐步加強。③過去20 年間,美國在海洋漁業碳匯領域發文量最多,并且中介中心性最大;德國、英國和澳大利亞的研究機構也有較多研究成果;中國的論文增長率較高,總體上居于美國、英國、德國和澳大利亞之后。④國內外在海洋漁業碳匯研究中的重點既有同一性,也有差異性;我國的主要研究方向集中在海洋碳匯作用機理研究、海洋碳匯效應分析、海洋碳匯增匯技術和海洋碳捕集利用與封存技術等方面;國際上更關注海洋生態系統演變及其對人類的影響。⑤近年來,海洋碳匯核算、海洋碳匯實物量計量分析及海洋碳匯價值量計算等愈發受到重視;同時,對碳匯漁業的養殖機理、發展模式、市場構建和激勵措施等研究,增長趨勢明顯。

關鍵詞:海洋漁業;碳匯;研究特點;發展趨勢;可視化技術

中圖分類號:X196文獻標識碼:A文章編號:2095-1795(2023)12-0103-10

DOI:10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.12.018

0 引言

眾所周知,海洋是地球上最大,也是最活躍的碳庫,儲存了全球約93% 的二氧化碳[1]。海水養殖中的魚、蝦、貝、藻等都是重要的碳匯漁業資源,其中,尤以貝、藻類品種的匯碳能力為強[2]。我國既是海洋大國,更是漁業生產大國;2021 年我國水產養殖產量已達到5 394 萬t,約占世界總產量的60% 以上[3]。因此,推動我國海洋漁業碳匯方面的研究不僅意義重大,而且對于從總體上減少我國溫室氣體排放、實現綠色和低碳、可持續發展具有重要的理論和實踐價值。近年來,我國海洋漁業碳匯的研究主要集中在海洋漁業發展模式、海洋生態維護、各種水產品養殖碳匯機制、碳匯市場構建及政策激勵措施等領域[4-14]。社會各界,尤其是政府管理部門對海洋漁業碳匯的研究進展與熱點問題表現出越來越多的關注與重視。在此背景下,對海洋漁業碳匯研究進行宏觀上的梳理,特別是對國際相關研究的走向進行歸納與解析便顯得十分重要。國內外研究人員對海洋漁業碳匯研究進行過階段性總結分析,但大多都建立在歸納和文獻資料的分類基礎上,一般聚焦某一細分領域。KRAUSE-JENSEN D等[15] 提出了大型藻類在深海封存碳的主要模式。

HMELO L R 等[16] 探究了海洋生物碳泵與來自光合作用的顆粒有機碳之間的關系。TAUCHER J 等[17]分析了黏度效應影響下海洋生物泵驅動的海洋對大氣二氧化碳的吸收和儲存。HALFTER S 等[18] 研究了浮游動物尸體對亞南極地區的顆粒有機碳通量所產生的影響。劉慧等[19] 綜述了國際上對海洋生物碳匯的研究結果。胡劍波等[20] 重點探討藍色碳匯在中國減排方面的發展現狀、面臨的問題。章海波等[21] 分析了海岸帶系統中不同形態碳的交換、輸送過程,探討了海岸帶碳庫收支對全球碳循環的影響。李捷等[22] 對如何計量紅樹林、海草床和鹽沼3 部分的碳匯做了方法學分析。毛竹等[23] 指出,我國海洋碳匯建設需要重點解決誰來建設、建設什么及怎么建設的問題。總體上,研究領域呈現不斷擴展的態勢,特別是自2006 年后使用知識圖譜技術分析不同學科研究領域發展動態與熱點問題得到了廣泛地應用。韓增林等[24] 通過Citespace 分析軟件繪制出了中國海洋經濟研究的熱點動向、核心群體和主要機構的知識圖譜。余菜花等[25] 對2003―2011年中國知網(CNKI)中低碳研究的相關文獻進行了分析,識別出中國低碳研究的熱點與主題、代表作者,主要研究機構及重要載文期刊等。

本研究力圖借助文獻計量方法,并與重點研究方向調研相結合,解析國內外海洋漁業碳匯研究的特色與發展趨勢。以Web of Science(WOS)和中國知網(CNKI)數據庫為基礎,借助Citespace 可視化軟件,著重分析21 世紀以來(2001―2022 年),國內外海洋漁業碳研究的熱點、主要研究前沿及總體進展。目的在于客觀反映該領域的國內外發展態勢、熱點問題和科研機構,以及作者群體的分布狀況;為我國海洋漁業碳匯的理論研究及實踐創新提供參考與借鑒;助力海洋漁業綠色低碳發展;擴增漁業碳匯,服務國家“雙碳”戰略目標的實現。

1 數據來源與檢索方法

1.1 數據來源

圍繞海洋漁業碳匯研究主題,選擇Web of Science(WOS)核心庫為國際研究的主要數據來源,通過設定不同層次主題的方式篩選相關研究文獻。如檢索式:TS(主題)=(marine carbon sink OR fishery carbon sinkOR blue carbon OR marine ranching OR marine ecosystem);時間設定2001-01-01—2022-10-01,文獻類型限制為“article”,便可篩選得到相關文獻300 篇。

以中國知網(CNKI)作為國內研究數據來源,時間跨度2001—2022 年,檢索涵蓋的主題詞條有海洋漁業碳匯、海洋碳匯、碳匯漁業、漁業碳匯、藍色碳匯、低碳養殖、海洋牧場和海洋生態系統等關鍵詞,做匹配檢索,篩選得到相關文獻220 篇。

1.2 研究方法

對從WOS 和CNKI 檢索得到的文獻,分別以純文本和Refworks 格式導出保存,作為數據樣本。運用CiteSpace 可視化分析工具,采用文獻計量學和知識圖譜的方法,將檢索所得文獻導入軟件,對關鍵詞、發文趨勢、作者身份等信息進行分析,得到相應的知識圖譜。在此基礎上,利用Excel 軟件對發文量、研究機構、關鍵詞等進行統計并繪制分析圖表;通過對圖譜和計量結果進行深度解析,并結合對主要發文作者、研究機構和研究方向的針對性調研,總結與歸納海洋漁業碳匯的研究進展、方向特色與未來趨勢。

2 發展歷程與特點

2.1 相關研究時序性特征與論文數量統計

依托WOS 和CNKI,通過順查法對相關論文做主題檢索便可得到有關海洋漁業碳匯研究相關文獻年度增長趨勢,如圖1、圖2 所示。

由圖1 和圖2 可知,2001―2022 年,論文數量總體上呈現快速增長趨勢。

從變化趨勢看,國際上相關研究所發表的論文數量增長經歷了3 個階段。2001―2007 年可作為初始時期,稱為階段Ⅰ,發文數量不多;2007―2017 年為階段Ⅱ,發文數量呈現出波動式攀升的態勢;2017―2022 年為階段Ⅲ,圍繞海洋漁業碳匯的研究進入快速增長期,階段Ⅲ的論文發表數量出現了爆發式增長。

國內相關研究與論文發表數量的變化趨勢雖與國際大致相同,但稍有延遲。2001—2009 年僅有4 篇相關論文。2009 年后,國內相關研究進入階段Ⅱ,截止到2018 年底共發文125 篇;其中2013 年發文17 篇,為該時間段內最多一年。2019―2022 年9 月為階段Ⅲ,共發文91 篇,其中, 2022 年1—9 月已發文46 篇。說明海洋漁業碳匯問題已經逐漸成為熱點研究方向。

基于對國內海洋漁業學科與研究方向調研可知,2001―2009 年,我國海洋漁業碳匯研究尚處于起步階段,相關研究較少。2009 年后,中國水產科學研究院唐啟升院士正式提出中國碳匯漁業發展思路,倡導碳匯漁業的學科目標應針對全球氣候變化、現代漁業發展,開辟我國漁業綠色發展的相關研究方向[26]。由此,我國海洋漁業碳匯研究進入快速發展階段,相關研究論文量激增。2020 年至今,圍繞海洋漁業碳匯的研究,無論是論文數量,還是科研項目與技術開發成果,都較前兩個階段有巨大增長。

2.2 海洋漁業碳匯研究熱點分析

2.2.1 國外研究狀況

在文獻計量分析中,通過關鍵詞共現分析可以反映出文章的研究主題與核心內容。從較大時間跨度和多領域相關研究中,根據對關鍵詞節點和共現特征進行分析,可以呈現所關注領域的發展過程、研究重點及發展方向的演進趨勢。

本研究通過對WOS 文獻進行關鍵詞共現可視化分析,在去除與海洋漁業碳匯無關的關鍵詞后,合并表達意思相同的關鍵詞共得到419 個節點,1 615 條連線,其知識圖譜如圖3 所示。由此得到統計頻次與中介中心性排名前10 的關鍵詞,如表1、表2 所示。其中,排在前4 位的高頻關鍵詞分別為藍碳、海洋雪、海洋、氣候變化。中介中心性排在前4 位的則為海洋、氣候變化、生物質、浮游藻或植物性浮游生物。

共現分析法利用文獻中關鍵詞共現的狀況,來確定相關文獻集所代表學科中各主題之間關聯的緊密性。通過對關鍵詞的中介中心性進行計算,將≥0.1 的節點定義為關鍵節點。一個節點的中介中心性越高,說明它在網絡中最短路徑上出現的越多,其影響力和重要程度便越大。

通過對WOS 檢索的論文關鍵詞出現頻次及圍繞關鍵詞形成的研究方向聚集性特征分析可以看出,國外研究更關注海洋漁業碳匯與碳循環和海洋生態系統的相互作用關系。因此,論文中關鍵詞聚匯點較多集中在藍碳、氣候變化、海洋雪等方面。這些問題國內研究雖然也有一定的關注,但所占比例很小。其中,海洋雪問題幾乎鮮有提及。但國外研究人員在研究中發現,海洋雪對減輕地球溫室效應有明顯作用。因為,大氣中以二氧化碳形式存在的碳被浮游植物固定,隨后以海洋雪的形式被傳送到洋底,在很長時間內不會再進入大氣,這是海洋碳匯的重要效應之一[27-29]。

2.2.2 國內研究進展

對國內研究的狀況分析,釆用同樣的處理方法,即對CNKI 文獻進行關鍵詞共現可視化分析,去除與海洋漁業碳匯無關的關鍵詞,合并意思相同的關鍵詞,共得到265 個節點,554 條連線,形成了由265 個關鍵詞連成的圖譜,如圖4 所示。出現頻次最高的10 個關鍵詞如表3 所示,其中藍碳出現頻次最多,為29 次;其他關鍵詞出現頻次超過20 次的還有碳匯、碳匯漁業、海洋碳匯等。對中介中心性排名前10 位的關鍵詞進行統計,所得到排在前3 位的關鍵詞分別為海洋、低碳經濟、碳匯漁業,與之相關的研究在該領域也居于重要地位,如表4 所示。

通過諸多研究成果的熱點問題分析可以看出,國內對海洋漁業碳匯的關注重點,更多集中在海洋碳匯與水產經濟和養殖效益方面。研究論文多以海洋碳匯、漁業碳匯及其社會、經濟和生態效益為重點。截至目前,我國在該領域的研究方向主要分布在以下4 個方面。一是海洋碳匯作用機理研究方面,對藻類、貝類、海岸帶碳匯作用機理進行研究和闡釋[30-31]。二是海洋碳匯效應研究方面,從生態、經濟和空間分布3 方面對之進行探討[32]。三是海洋碳匯技術研究方面,以開發海洋碳匯增匯技術、海洋碳捕集利用與封存技術等為重點[33-36]。四是海洋碳匯核算研究方面,進行海洋碳匯實物量計算及海洋碳匯價值量計算[37]。同時,在碳匯漁業的養殖技術、發展模式、市場構建和激勵措施等眾多方向的研究也逐漸興起[4-8,10-11]。

3 國內外研究不同特點及啟示

國內外在海洋漁業碳匯研究的發展歷程與關注重點上既有同一性,也有差異性。這在某種程度上體現了國家之間在社會經濟、科研體制、學科體系和研究成果考核評價導向方面的差異。

3.1 我國在高水平論文方面的差距與特點

目前,在海洋漁業碳匯領域整體研究實力和水平方面,我國雖與領先國家有一定差距,但已躋身于世界前列。本研究通過對WOS 文獻進行國家/地區合作可視化分析,得到57 個國家/地區節點,249 條連線,如圖5 所示。由圖5 可知,過去20 年間,美國在海洋漁業碳匯領域發文量居于領先地位,并且其中介中心性最大,中國在英國、德國和澳大利亞之后,居第5 位,如表5 所示。

從研究機構和作者分布上看,國外相關研究范圍比較廣,并且研究團隊相對分散,許多其他領域的研究人員也對海洋漁業碳匯問題表現出較大研究興趣。

通過對WOS 文獻進行作者合作的可視化分析,得到436 個節點,765 條連線,圖譜共納入436 位作者,如圖6 所示。其中,IVERSEN M H 發文最多,為9 篇;436 名作者中,除少量發文5 篇以上,其余大多1~2 篇,如表6 所示。

相對而言,國內的論文作者則比較集中。通過對CNKI 文獻進行作者群可視化分析,得到341 個節點,788 條連線,圖譜納入339 位作者和2 個課題組,如圖7 所示。其中,劉紀化發文最多,為12 篇;劉紀化、方建光、張繼紅、唐啟升、蔣增杰和焦念志等人都具有較高的中介中心性;排名前10 的論文作者的發文量占相關論文總量的1/4 以上,如表7 所示。

在研究機構分布上,國外論文產出量最多的是德國阿爾弗雷德·魏格納極地與海洋研究所( AlfredWegener Institute for Polar and Marine Research),為16篇。表8 列出了在WOS 中發文量5 篇以上的研究機構。

通過對CNKI 文獻進行研究機構合作的可視化分析,可得到233 個節點,336 條連線,圖譜共納入233 個研究機構或實驗室,如圖8 所示。表9 列出了發文數量5 篇及以上的機構,共13 個,其中中國水產科學研究院黃海水產研究所發文最多,為22 篇。可視化分析結果表明,中介中心性最高的幾個研究機構為中國科學院南海海洋研究所、中國海洋大學水產學院和中國水產科學研究院黃海水產研究所。發文數量較多的機構分為兩大類。一類以中國水產科學研究院黃海水產研究所等機構為代表,專注于海洋漁業碳匯領域的理論與技術研究。另一類以中國海洋大學經濟學院等高校經管學科機構為代表,以分析海洋漁業碳匯的經濟效益為主,兼論其社會與生態效應。

3.2 國內外研究演進趨勢分析

通過構建WOS 和CNKI 中大量研究論文的關鍵詞共現和時序分析圖譜,可以發現海洋漁業碳匯研究的熱點演進和關鍵詞之間的聯系,進而得到反映該領域研究進展的總體趨勢。

WOS 聚類時間線圖譜如圖9 所示,橫軸代表文獻發表的年份,縱軸為聚類名稱,其顏色代表該類別中第一個關鍵詞節點對應年份的顏色。

由圖9 可知,國外對海洋碳循環的研究起步較早,2001―2008 年,研究人員更多地聚焦于海洋碳循環和生態系統、氣候變化及環境保護等方面的問題;2008年之后,開始關注各類海洋生物吸收、固定和儲存二氧化碳的過程、活動和機制等方面的問題;尤其是2020 年以來,上述領域的研究愈加深入,蓬勃發展。在國內的有關研究中,也具有類似的發展趨勢,從CNKI 聚類時間線圖譜如圖10 所示。

由圖10 可知,2001—2009 年是國內海洋漁業碳匯研究的起步階段,研究熱點關鍵詞為海洋和碳循環;2010 年之后,在唐啟升院士的倡導下,海洋漁業碳匯研究迅速發展,研究熱點關鍵詞出現多元化,中介中心性最大的關鍵詞分別為碳匯漁業、藍碳和碳匯,并與海水養殖和氣候變化等熱門領域關聯性最強。從碳匯漁業視角展開的研究起步相對較早。近年來,以海洋碳匯為切入點的研究越來越受到重視。圖10 中也呈現出標志性關鍵詞,其外圍有粉色圈層,說明中介中心性較高。如2001―2009 年的海洋、碳循環和固碳等;2010―2022 年的碳匯漁業、海洋碳匯、藍碳、海水養殖、氣候變化和紅樹林等。我國作為世界水產養殖第1 大國,探究海水養殖與海洋碳匯之間的關系將是未來的重要研究方向。

應用Citespace 方法,解析所關注領域中主流關鍵詞與該研究方向上其他關鍵詞的關系,可以通過關鍵詞聚類分析獲得相關信息。本研究采取LLR 算法下的K 聚類,在關鍵詞共現圖譜的基礎上制作了關鍵詞聚類圖譜。分別得到WOS 和CNKI 中海洋漁業碳匯方面的13 個聚類。WOS 的模塊聚類值QWOS=0.7688,聚類平均輪廓值SWOS=0.8892;CNKI 的模塊聚類值QCNKI=0.855,聚類平均輪廓值SCNKI=0.9652。CiteSpace 根據網絡結構和聚類的清晰度進行定義,Q>0.3 時,意味著聚類結構顯著,S>0.7 時,聚類為高度令人信服。由此可知,對海洋漁業碳匯的關鍵詞聚類結構顯著和合理。

WOS 的關鍵詞聚類如圖11 所示, 包括#0 killerwhale(虎鯨)、#1 marine snow(海洋雪)、#2 dioxide( 二氧化物) 、#3 carbon sink( 碳匯) 、#4 Atlanticocean( 大西洋) 、#5 carbon neutrality( 碳中和) 、#6 accumulation( 積累) 、#7 ocean( 海洋) 、#8 sinking rates(沉沒率)、#9 blue carbon(藍碳)、#10 carbon flux(碳通量)、#11 preservation(保存)、#12 black carbon(黑碳)和#13 acartia tonsa(聲卡)。在Citespace 形成的圖譜網絡中,一個節點的度越大,意味著這個節點的度中心性就越高。根據聚類結果得到分析表后,按照度中心性進行排序,得到前3 位的關鍵詞為氣候變化(35)、漁業生產(27)和碳通量(23)。

對國內文獻CNKI 的關鍵詞聚類結果如圖12 所示,主要包括#0 紅樹林、#1 碳匯漁業、#2 水產養殖、#3海洋漁業、#4 海洋碳匯、#5 價值評估、#6 生物泵、#7 浮游植物、#8 海水養殖、#9 有機碳、#10 低碳漁業、#11 海洋、#12 總碳匯和#13 固碳速率等。在分析表的基礎上,按照度中心性進行排序,結果表明關鍵詞碳匯漁業(24)、碳循環(11)和海洋碳匯(10)位列前3 名,這與前文提到的主題方向一致。

上述分析表明,國際上關于海洋漁業碳匯研究的重點方向指向氣候變化、漁業生產和碳通量的變化方面。而國內相關研究的主要方向在碳匯漁業碳循環和海洋碳匯等領域。

4 結束語

進入21 世紀以來,海洋漁業碳匯問題越來越受到臨海國家的重視。我國作為海洋漁業大國,在推進海洋經濟發展的同時,必須堅持走綠色發展之路,保護好海洋生態環境和碳庫質量,并充分利用好海洋的經濟與生態綜合功能[38-39]。

從本研究的分析可以看出,我國在海洋漁業碳匯研究方面既有基于國情特色的重點應用方向,也比較注重海洋漁業碳匯基礎理論的研究,總體上已躋身世界先進行列。但與國外領先國家相比,我國在3 個方面存在差距。①對海洋碳匯在大尺度空間上產生的生態效應關注不足,相關研究與理論分析比較欠缺。②對海洋碳通量的觀測與形成機理缺少深入研究和長期性科研計劃。③對海洋漁業碳匯研究引發的廣泛社會、經濟與生態影響,包括跨學科及交叉學科的發展方向分析不足,相應政策和技術準備相對滯后。我國作為海洋漁業體量最大的國家,對水產養殖、海洋碳匯和漁業經濟3 者之間相關關系研究已取得許多重要成果,并形成了自己的特色。未來應進一步完善海洋碳匯作用機理、海洋生態效應等方面的基礎研究。其次,在現有研究基礎上,深入生物固碳過程與機制的研究,加強圍繞海洋碳匯技術方面的綜合開發。再次,應完善相關政策制度和法律法規,鼓勵科研機構與企業合作,發展海洋漁業碳匯方面的相關產業,加強國際和地區間的交流合作。

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