基于CiteSpace文献...分析的生态网络构建研究进展_栾春凤.pdf

基于 文献计量分析的生态网络构建研究进展栾春凤，郭欣然，陈敏超（郑州大学建筑学院，河南郑州；河南春景环境工程有限公司，河南郑州）摘要 生态网络构建作为一种有效的生态手段，对于保护物种多样性，建设城市生态空间及优化国土空间资源配置方面有积极意义。利用 平台运算、对遥感数据解译利用等新技术，应用层次分析法（）、专家打分法（德尔菲法）等分析方法使生态网络的构建更加精准。以、为数据源，用知识图谱计算工具 进行定量分析，通过数据可视化与内容的结合进行研究，对于构建生态网络方面的研究进展、研究方法进行分析，特别是针对“模型”在生态网络的应用进行深入研究，对不同尺度范围绿地生态网络构建方法进行总结，最后对未来研究发展态势作出展望。结果表明，我国基于 模型构建生态网络的研究，按照发文量可分为 个阶段，即启蒙阶段、快速发展阶段、稳步发展阶段；而现阶段最小阻力模型（）在生态网络的应用已经趋于成熟，只是在因子选取及赋值方面未形成统一科学标准；此外，研究尺度呈现多元化，涉及市、省、城市群等多尺度。关键词 生态网络；国土空间规划；城市绿地；最小阻力模型（）；中图分类号 文献标识码 文章编号（）：开放科学（资源服务）标识码（）：，（，；，），（）（），；，（）；，；（）；基金项目 河南省科技攻关项目（）；年郑州大学研究生自主创新项目。作者简介 栾春凤（），女，河南周口人，副教授，博士，从事城乡生态规划研究。收稿日期；修回日期 生态网络（，）出现于 世纪 年代，自提出到现在，生态网络规划和实践就在国际上蓬勃发展，尤其是西方国家从最初欧洲的林荫大道以及绿带等景观轴线，到美国以波士顿体系为代表的绿道体系，直至现在发展到绿地生态网络概念。从注重形态结构到着眼于功能作用，从小尺度区域到大范围城市群，绿地生态网络的研究深度以及构建尺度不断突破。在新型城镇化战略、绿色转型、共建地球生命共同体的宏观背景下，解决生态问题、面向高质量发展的空间治理成为热点话题。党的十九大以来，随着生态文明建设的持续深入推进，构建城市生态网络成为协调城镇建设与生态保护的重要空间技术手段。生态网络的建设范围也从城市到整个市域，建设尺度小至社区、乡镇，大到都市圈、城市群。当下国土规划工作的重点通过协调城乡建设空间与生态空间之间的矛盾冲突，做到建设空间与生态保护协调推进，实现国土空间格局的优化。一系列生态建设的政策陆续颁布，也涉及省、市、县等不同层次范围，也涉及矿山修复、黄河生态建设等不同领域。目前绿色生态网络构建研究的重点着眼于优化国土空间总体格局，促进区域协调发展，通过识别重要生态斑块、廊道和网络，构建连续、完整、系统的生态保护格局和空间网络体系，实现生态环境可持续发展与城镇化进程协同发展。生态网络以“点线面”的构建方式形成，“点”即生态节点，“线”即生态廊道，“面”即生态源地。在研究方法上，源地识别方法可分为直接识别法和综合评价法；阻力面构建的方法主要有形态空间格局分析法（）、土地利用类型赋值法；生态廊道构建有 模型、图论和电路理论等理论方法。其中，模型能较好地模拟生物空间运动的潜在趋势与景观格局改变之间的关系。鉴于此，笔者基于 软件对近年来国内外的相关研究进行文献计量分析，梳理国内外利用 模型进行生态网络研究的现状与方法，为后续的研究提供参考。模型的起源与发展 模型的提出及应用 最小阻力模型（，）最早在 年由 等提出，现已广泛应用于景观生态学及物种保护等领域，后被我国学者俞孔坚教授提出用于生态安全格局构建中，目前也在土地利用规划领域得到了广泛认同。模型的应用在宏观上涉及土地利用、生态安全格局优化、景观生态安全格局构安徽农业科学，（）：，建、城市生态安全格局规划、区域生态安全格局构建等，在微观应用于生态网络构建、绿色基础设施规划等生态建设；从研究尺度看，涉及省域、市域、区域等多尺度。同时，国内学者也逐渐将 模型用于旅游规划、城市空间增长、流域网络、土地利用等社会经济领域（表）。表 模型应用领域 序号应用领域 研究学者 应用内容 农村居民点空间布局优化史铁丑等借助 模拟源向周围空间扩张的过程，最小累积阻力的大小来确定是否适宜于农村居民点的空间扩张，以此来总结农村居民点空间分布特征提出空间优化对策地表径流网络构建白天等借助 模型计算空间内流体质点塑性流动方向与路径，并获得从源头到末端最小成本路径，以此分析于地表径流特征旅游道路选线体系许砚梅等借助 模型识别出耗损成本最小、扩展可能性高的通道作为最优交通路径，以此构建水网丘陵地区最优旅游道路选线体系历史文化景观廊道构建戴姗霖等借助 模型计算以历史文化景观为源的不同的景观阻力面，选择阻力值小的路径来构建历史文化景观廊道城市边界划定刘希朝等借助 模型来选择扩张源，分析城市扩张的阻力因子，构建综合阻力面，评价城市扩张的适宜性，从现实供给视角划定城市开发边界城市绿地海绵体适宜性分析汤鹏等借助 模型假设城市建设与生态用地处于此消彼长的不断扩张中，设置 种源地类型来平衡 种用地的发展 模型的基本操作最小阻力模型的计算原理就是在图论的基础上，计算空间单元到目标源地的运动过程中最小累计耗费距离，通过最小阻力值来确定最小迁移路径即“源汇”理论。该模型通常结合重力模型、图谱理论和连接指数等来定量评价和优化生态网络，在俞孔坚等人的修改下，最小累积阻力模型公式（）如下：（）（）式中，表示最小阻力值；表示从源点 到空间单元 的空间距离；表示空间单元 的阻力系数。利用 模型的整个过程都在 中的 中进行运算分析，步骤如图。在模拟计算前要确定目标源地扩张的阻力面，即选择对源地扩张的阻力因子构建阻力面，参考前人研究或相关文献和研究成果来确定各阻力因子的权重，之后在数据平台进行空间加权计算。图 模型的运算步骤 杨志广等就广州改革开放后建设用地侵占重要生境斑块这一生态问题，基于对广州城市生态廊道构想以及市域生态网络初步建设的相关研究，在选取目标源地后，基于 模型构建源地间的生态廊道网络，实现以连通性指数定量的分析生态网络结构，为广州市生态网络构建提出优化策略。王玉莹等就如何实现社会经济快速发展下的生态可持续发展这一议题，基于 模型构建江苏省生态网络来构建结构完整的区域景观生态格局，为其他省域范围内的生态网络构建提供参考。应用 模型是获得物种迁移最佳最小阻力值路径的有效方式，可以最小程度地避免外界干扰，实现在空间上模拟物种的运动趋势，被很多学者用于生态网络的构建过程中。生态网络中 模型的应用 数据来源与预处理 研究选用传统统计学，对中国学术期刊全文数据库（即中国知网，以下简称）以及 数据库（以下简称）近 年的文献为数据源，即时间段为 年，以“生态网络”“绿色生态网络”“”为主题词检索，得到中文文献 篇，外文文献 安徽农业科学 年篇。对源数据进行归纳整理，对近 年的文献总量、类型、年发文量等基本数据情况进行分析，去除无关文章、会议、目录、访谈等无效文件后，得到 篇有效文献，文献涉及林学、风景园林、环境、城乡规划等多门学科，以此作为可视化软件分析的数据来源。研究方法利用由 应用程序运行的 （）过对关键词的聚类及关键词时区分析，展示近 年的学界高频关键词、研究热点以及研究前沿。通过我国绿地生态网络建设历程以及演变，进而推测其发展的趋势。是一种科学文献分析工具，通过对非定量文献转化为定量数据的方式，得到直观可视化的图形。通过可视化数据客观地展现文献本质性的事实问题，分析预测目标课题的发展趋势。结果与分析 文献类型与总量分析 选取中国知网 年相关文献 篇，共计 种类型。其中，占比最大的是学术期刊共 篇；其次为学位论文共 篇，分为博士论文以及硕士论文；会议论文 篇；相关成果 篇。研究文献数量统计图显示，年达到发文高峰期（图）。同时筛选 数据库中 篇文章与 数据源作为研究文献源。文献发表年限分析 所选文献为中国知网 年 月到 年 月间的文献，通过研究文献数量统计图（图）可以看出，年 有关我国绿地生态网络的发文量持续上升，从 年开始出现了明显的下降。通过文献发文量可以大致将我国关于绿地生态网络的研究分为 个阶段：（）年，该阶段的发文量呈上升的趋势。年是城市化全面推进阶段，以城市建设、小城镇发展和建立经济开发区为主要动力，世纪 年代后，中国城市化开始从沿海地区向内地展开，城市化过程对自然地理环境的影响涉及地形、气候、水文、生态。因而城市建设逐渐意识到绿地的重要性，提高了生态的意识。生态环境问题压缩了城市未来发展空间，北方频发的沙尘暴、山区频繁的山体滑坡等问题对人们生命财产也造成了巨大的威胁，人地关系的权衡、经济与生态的关系开始成为政府以及广大学者思考的问题，生态安全问题逐渐深入人心。同时随着生态学理论的不断发展，越来越多符合中国国情的生态理念以及规划思想逐渐成熟。图 不同年份发文量比较 （）年，该阶段文献大量涌出，硕博论文增长明显，基础性研究增加，年发文量急速上升，大量生态建设的理念、思想在该阶段提出、成熟到逐渐落实，如海绵城市建设、城市双修、低碳城市等。同时景观生态学在这 年里得到广泛的应用，景观生态学通过在保护区构建生态廊道以及生态网络，来连接破碎化的栖息地，侧重于生态空间格局的构建。（）年 月 日，该阶段的发文量明显回落，基础性研究达到相对饱和的状态，寻求研究创新点是广大学者作为学术研究的重点。同时在国土空间规划的背景下，国土空间生态修复更加强调生态系统的完整性与连续性，需要学者站在一个更高的视角去全方位、全地域、全过程开展研究。不难发现研究的热点会随着社会发展的需要而变化，时区图（图）反映的也是主题路径。生态建设的目标是阶段性的，相关研究主题也会因为技术的进步、时代的要求等因素而发生变化。图 研究时区 卷 期 栾春凤等 基于 文献计量分析的生态网络构建研究进展 文献关键词分析 关键词是文章核心内容的反映，是对文献主题的浓缩与凝练，高频关键词可以映射出研究热点，通过把握研究热点来揭示研究的发展方向与趋势。基于 对关键词进行共现分析，阈值设置为，绘制关键词共现知识图谱。由表 可知，共提取到 个关键词，高频词汇集中在“生态网络”“景观格局”“生态廊道”“模型”等词汇，其中“生态网络”出现频次最高，为 次，而“最小累积阻力模型（）”仅出现 次。由表 可知，数据库中“”“”等关键词为高频词汇。对关键词进行共现分析，关键词共现可视化表 关键词频次排序 序号关键词频次中介中心性年生态网络最小累积阻力模型 模型生态安全格局生态廊道形态学空间格局分析景观格局最小累积阻力模型（）形态学空间格局分析（）优化配置图谱（图、）中，不同的圈层颜色节点大小代表不同年份关键词出现的频率，节点间连线粗细代表着共现关系强度。从关键词的聚类分析上可以看出，生态网络研究领域交叉最多的是“模型”“生态廊道”个方向（图），国外的相关研究集中在“”“”等方向（图）。模型在生态网络构建上的应用 研究框架分析 生态网络构建研究广泛采取了“源地识别”“阻力面构建”“廊道提取”“构建生态网络”的方法框架（图），研究框架大致相同，只是研究方法趋于多样。表 关键词频次排序 序号关键词频次中介中心性年 图 关键词共现 例如，在 模型运用在阻力面构建以及廊道提取中，同样电路理论也可以应用于生态廊道构建，两者基于 平台不同的工具箱进行运算。研究区阻力因子选取 在阻力因子选取方面，对不同景观阻力面的构建研究需要结合研究区域的现况去筛选合适的因子，如山地、滨水等不同类型的研究区在因子选取上存在差异（表）。选取较多的阻力因子有土地利用类型、植被覆盖度、高程坡度等，大致分为自然本底方面、人类开发方面以及环境响应等方面。研究区阻力值权重 阻力面是 模型的基础前提，由于不同景观类型的特征存在差别，对赋值的响应也不同，故在阻力分值以及权重赋值方面缺乏统一的科学标准，重要阈值的设定也没有科学依据，多采用专家打分法、主层次分析法（）等来确定。参考前人研究发现，以生态服务价值的高低作为阻力赋值的依据，阻力阈值分级区间可以为 或，即对生态流运行阻力值小的为，最大为（），权重总和为。安徽农业科学 年图 关键词共现图谱 图 关键词聚类图谱 图 关键词聚类图谱 卷 期