基于CiteSpace 可視化的路域生態修復研究進展

朱兆榮，吳紅剛，趙守全，韓 侃，楊昊天，唐 林

（1.中鐵西北科學研究院有限公司，蘭州 730000；2.貴州大學資源與環境工程學院，貴陽 550025）

交通基礎設施是文化的產物，公路系統被認為是提高一個地區生產力所需的基礎設施部分，公路的建設在全國乃至全球都是一項龐大的建設工程，Kansky[1]、Taaffe 等[2]曾指出交通網絡擴張與區域經濟發展的相關性，特別公路是導致土地使用變化的社會聯系與經濟和政治決定的物理表現。近年來，隨著社會經濟的快速發展，對交通運行需求的不斷增加，高速公路的建設在逐年擴展。然而，公路建設工程改變原始地形地貌、形成工程創面，嚴重破壞了路域生態環境。習近平總書記曾指出“生態興則文明興，生態衰則文明衰”。生態環境是人類賴以生存和發展的根基，生態環境變化直接影響人類社會文明的興衰演替，促進實現生態環境可持續發展是當前綠色生態網絡構建研究的重點[3]。因此，修復公路建設所造成的生態環境破壞刻不容緩。

我國對路域生態修復的研究起步較晚，相關學術研究相對較少。因此，闡明我國路域生態修復研究現狀以及把握發展趨勢是當前的研究重點。為進一步開展路域生態修復相關研究，本文基于前人的研究，借助CiteSpace 文獻可視化分析軟件，對國內路域生態修復文獻進行機構、作者、關鍵詞等共現分析，闡明路域生態修復的研究熱點重點和前沿趨勢，以期為路域生態修復的后續研究提供借鑒，對路域生態環境的健康發展具有重要意義。

1 國內外研究現狀

生態修復指在遵循生態學原理的前提下，針對受到干擾或損傷的生態系統，主要依靠生態系統的自組織、自調節能力及適當的人為引導來遏制生態系統進一步退化的行為[4]；公路生態一直是生態學家們所關心的問題，Oztekin 等[5]認為道路建設影響道路安全，使生態系統在越來越大的壓力下變得脆弱，例如威脅生物多樣性和一定的生態系統功能[6]。在國外，早在1998 年Forman 等[7]就提出了“Road Ecology”（道路生態）一詞，并且根據道路影響區域，認為美國有15%~20%的區域直接受到道路的生態影響。在2000 年，Forman 等[8]對美國馬薩諸塞州波士頓以西25 km 的一條頻繁運行的四車道高速公路的影響區域進行了研究，認為公路影響生態環境區域平均約600 m 寬。此外，Alisa 從公路運行造成動物死亡的角度對公路生態效應進行研究綜述，認為交通基礎設施影響生態系統的結構和功能動態，直接影響著生態系統的組成成分，包括物種組成[9]；Jones 等[10]研究道路對地貌和水系擾動的影響，闡述了道路網絡與河流網絡的相互作用如何影響道路和河岸系統的生物和生態過程；Masarei 等[11]特別關注恢復土方工程和直接恢復植物的技術，認為將傳統工程學科與生態修復科學更好地結合起來，是實現環境修復的核心。路域生態修復在國內也越來越被重視，國內大量學者開展了路域生態影響及相關修復技術體系研究。Wenbo 等[12]以北京市為例，探討路網擴張對區域景觀生態風險的影響。王雙全等[13]通過對鄂西南三峽翻壩高速公路景觀建設中生態修復的探究，綜合闡述了高速公路建設對景觀格局、地表土壤、路域生物多樣性等方面的破壞與影響。Feng 等[14]對公路環境的影響進行了量化研究，研究結果表明，高速公路的影響距離最少1 000 m。王凱等[15]以十天線鄂陜界至安康段高速公路為例，從邊坡生態防護原理、護坡植物選擇、防護技術分類及其防護技術應用4 個方面，結合路段邊坡特性，分析了邊坡生態防護技術的原理、形式、特點和適用條件。劉曉路等[16]提出在高速公路景觀設計中應引入生態修復措施與景觀設計相結合的設計思路，以保持高速公路及其周邊地區的環境安全及可持續發展。左建偉[17]重點探討和研究了路塹邊坡、路側裸地生態修復的設計理念和具體實施方案，提出布魯克網技術和鋼筋混凝土格構梁護坡2 種路側邊坡生態修復技術；Wang 等[18]對路邊邊坡修復技術的生態效應評估研究，提供了基于證據的參考，以支持決策，并確保未來路域邊坡生態修復工作的有效性和可持續性。

2 研究方法與數據來源

CiteSpace 是一種可用于可視化分析的軟件，集合了共現網絡、關聯規則及聚類分析等方法，對特定文獻中的相關數據進行解析，并對科技信息進行可視化分析，可直觀地展示科學知識的結構、分布規律及其相關關系[19]；能夠在多元知識圖譜中展示研究的發展路徑、趨勢和關鍵節點，有助于展示學科的研究重點和前沿[20]，可以分析文獻的發文機構節點、作者節點、主題節點等，是一種常用的研究方法。目前，該方法已廣泛應用于文獻綜述中，如生態工程[21]、生態風險[22]等學科領域。

本文文獻研究以中國知網（CNKI）數據庫為基礎，通過高級檢索，將主題詞限定為“公路”并含“生態修復”或者“公路”并含“生態恢復”，檢索時間限定截至2021 年4 月30 日，從而進行挖掘相關數據，掌握國內路域生態修復相關研究的演變路線、熱點重點以及未來發展趨勢，初次檢索結果得到1 102 篇文獻。剔除會議、報紙等非研究性文獻，最終篩選得到文獻889 篇，其中包括期刊文獻657 篇，碩士論文198 篇，博士論文34 篇。通過使用CiteSpace 軟件對所獲取的文獻進行研究機構分析、發文作者分析及關鍵詞共現網絡分析等，并進行可視化解析，得到相應的知識圖譜，基于此，綜述路域生態修復研究進展。

3 結果與分析

3.1 發文數量分析

每年發表論文的數量在一定程度上反映了對該研究領域的關注狀況[23]，國內路域生態修復研究發文數量隨年份的分布變化如圖1 所示，觀察可以發現，我國關于路域生態的首篇研究文獻發表始于1995 年，經歷了從1995 年到2002 年共8 年的沉淀期，才迎來對路域生態研究的快速發展（2003—2008年）。由圖可看出，2003 年到2008 年的發文數量在快速增長，尤其在2008 年發文數量最多，達到研究的頂峰時期，路域生態修復得到越來越多的關注。此后，研究發文數量總體呈現下降趨勢至2016 年，隨后經歷了3 年的平穩發展（2016—2018 年），研究文獻發表數量再次有所增長跡象。同時，由于近年來公路網的快速增長，對環境生態的影響復雜化加劇，對路域生態的影響復雜多樣化，還需進一步推進對路域生態修復相關的研究。

圖1 國內路域生態修復發文量隨年度的分布變化趨勢

3.2 主要研究機構分析

將節點類型設置為機構，得到路域生態修復文獻組織分布的可視化圖，如圖2 所示。節點越大，表明研究機構出現次數越多[24]。由圖2 可知，論文發表機構之間明顯沒有節點，表明機構之間相互沒有聯系，很少尋求合作，其大多是獨立進行研究，缺乏合作。表1 列出了發表論文數量排名前十的機構，從表1 可以看出，在發表論文數量上，交通運輸部科學研究院排名第一，發表論文7 篇，對路域生態修復比較重視。

表1 發文量排名前十的機構

圖2 機構共現知識圖譜

3.3 研究作者分析

為了觀察和確定學者在路域生態修復領域研究的貢獻，本研究計算了作者共現圖（如圖3 所示）。從圖3中可以看出，整個圖中的網絡聯系比較緊密，研究學者之間合作較多，規模較大，自主研究較少。然后，計算研究期間的作者發文量排名前二十的學者，具體見表2。由表可知，研究期間發表論文最多的學者是梁愛學，總共11 篇。其次是沈毅和劉春霞并列第二，發文頻次均為6。第三是甄曉云，發文量共5 篇。另外一個顯著的現象是，發文最多的學者梁愛學與發文量第二的學者沈毅之間相互聯系，存在合作交流關系。此外，由圖3 可知，由于部分學者之間存在相互交流與合作，在圖譜中形成了幾個作者子網絡結構，其中最為明顯的是以梁愛學為首的網絡結構。

表2 發文排名前20 的作者及論文數

提取并繪制發文量排名前三的作者的發文量數據隨年份變化關系曲線如圖4 所示。在發文量排名前三的學者之間，甄曉云對路域生態的研究較早，在2000年就進行了相關研究并發表了一篇文章，存在交流合作的2 位學者（梁愛學和沈毅）對路域生態修復的研究主要集中在2006 年至2010 年之間。此外，排名第二的劉春霞的研究發文也主要集中在2006—2010 年。

圖4 發文量排名前三的作者發文量隨年度變化的趨勢圖

3.4 關鍵詞分析

關鍵詞代表著文獻研究的核心內容，關鍵詞的出現頻率提供了一定時期內該領域的研究熱點[25]，為了探索文獻的研究主題，本研究分析了關鍵詞在論文中的出現頻率（表3）。運行CiteSpace 軟件設置時間切片為1995 年1 月—2021 年4 月，以1 年為一個時間片，選取關鍵字進行分析。通過對關鍵詞詞頻的分析可以看出，路域生態修復的研究重點包括多個關鍵詞。其中，多個主要關鍵詞揭示了路域生態修復研究的主要內容[26]，生態恢復、高速公路、生態修復、邊坡、公路、植被恢復及公路邊坡等出現頻率排名最高，分別達到236、233、81、79、61、48、36 次，從而揭示了路域生態研究的主要內容，說明學者們已經將生態恢復、生態修復、邊坡等作為路域生態修復的研究重點。公路邊坡是路域生態修復的重點對象，因此受到最多關注，很多學者在公路邊坡生態修復方面也做了大量的研究[27-30]，并對高速公路邊坡的生態修復進行了研究與評價[31]。此外，植被恢復、景觀設計等作為生態修復的重要組成部分，出現頻率也相對較高，同樣也受到很大的關注，是路域生態修復研究的重點對象，也是近些年來國內外都十分關注的領域。

表3 路域生態修復高頻關鍵詞

關鍵詞聚類可以展示一個領域在不同研究方向的熱點，其實現是以關鍵詞共現分析為基礎，將關鍵詞共現網絡關系通過聚類統計學的方法簡化成數目相對較少聚類的過程[32]。本研究采用LSI 算法進行聚類，對路域生態修復的研究課題進行聚類，獲得良好的聚類效果（圖5）。觀察關鍵詞聚類結果發現（表4），聚類研究內容存在相互交叉的現象，歸納概括為公路、生態恢復、綠色公路和植物選擇4 個方面。

表4 關鍵詞網絡共現聚類

圖5 路域生態修復關鍵詞聚類網絡可視化圖

3.5 研究趨勢

突現詞指在某段時間內的被引頻次突然增多的關鍵詞，是反映某段時間內某研究領域的研究趨勢。鑒于此，為更深層次研究我國路域生態修復研究的發展趨勢，運行CiteSpace，參數設置為“Burstterms”，獲得關鍵詞突現圖（圖6）。由圖6 可以看出，爆發強度最大的突發項是生態修復（強度值為6.55），生態修復在2017 年爆發，歷時2 年后，在2018 年開始下降；其次綠色公路（強度值為5.46）一詞爆發于2019 年，一直延續至今；景觀（強度值為4.59）爆發強度排名第三，爆發時間始于2012 年，直至2015 年才開始下降。此外，從時間維度觀察發現一個明顯的現象，高速公路邊坡、公路工程、綠色公路、綠化養護、綠化生態恢復和生態防護等突現詞的爆發時間跨度一直延續至今，是我國路域生態修復目前的研究趨勢。另外，從關鍵詞的突發項變化狀況來看，我國路域生態修復（恢復）主要經歷以下4個階段。

圖6 關鍵詞突現圖

第一階段（1995—1998 年）：本階段內沒有任何突發項，說明國內對路域生態修復意識較差，不夠重視，且初步接觸路域生態修復，研究手段尚未成熟。

第二階段（1999—2007 年）：是路域生態修復研究的熱門時期。在這一時期，突發項大量出現，主要包括環境保護、巖石邊坡、環境工程和綠化。這一時期的研究主要是關于路段環境保護的研究。

第三階段（2008—2011 年）：是路域生態修復研究的新起點，主要的突發項包括道路工程、巖質邊坡、植被護坡、路域、公路建設和速藤屏等，研究主要關于路域邊坡防護，采用植物護坡、速藤屏護坡等技術出現。

第四階段（2012—2021 年）：再次出現新的突發項，主要包括景觀、生態、植物配置、高速公路邊坡、恢復措施、生態環境、生態修復、水土保持、生態破壞、公路工程、公路邊坡、綠色公路、綠化養護、綠化生態恢復和生態防護，拓展了研究領域和方向，從景觀、綠化生態恢復、綠化養護等幾方面進行了深層次的研究。

4 結論與展望

路域生態影響因素的復雜多樣，導致路域生態的治理變得極其困難。自19 世紀中葉以來，國內學者共發表了889 篇高質量研究論文，涉及路域生態治理的各個方面。本文基于CiteSpace 軟件的支持，對CNKI數據庫有關路域生態修復每年發表論文的數量、機構、作者、研究重點及研究趨勢等進行了分析，以闡明路域生態修復的重要信息和研究前沿趨勢，得到結論如下。

通過對CNKI 數據庫論文發表數量統計分析，路域生態修復相關的文獻發表數量隨年份的變化總體呈現先增加再減少的趨勢；交通運輸部科學研究院開展對路域生態修復的研究最為積極；通過對作者極其發文數量分析，發現發表論文最多的作者是梁愛學，其對路域生態修復研究貢獻相對較大。

基于關鍵詞分析，研究重點為生態恢復、高速公路、生態修復、邊坡、植被恢復及景觀設計。通過聚類分析發現，聚類詞標簽分別為生態恢復、高速公路、生態修復等。研究領域可分為4 個階段：第一階段（1995—1998 年）沒有任何突發項，剛涉及路域生態修復領域，處于摸索時期；第二階段（1999—2007 年）是路域生態修復研究的快速發展階段，研究主要是關于路段環境的保護；第三階段（2008—2011 年）是路域生態修復研究的新起點，以路域邊坡的生態護坡為研究重點，植物護坡、速藤屏護坡等關鍵詞突現；第四階段（2012—2021 年）再次出現新的突發項，拓展了研究領域和方向，從景觀、綠化生態恢復、生態修復及綠化養護等方面進行了深層次的研究。

本文通過對路域生態修復領域的現狀、重點熱點、前沿趨勢等進行了研究，并指出了未來路域生態修復的研究方向。需要關注的一點是，高速公路邊坡、公路工程、綠色公路、綠化養護、綠化生態恢復和生態防護等突現詞的爆發時間跨度一直延續至今，是目前我國路域生態修復的研究熱點和趨勢。