基于文献计量法的草地退化研究进展分析与展望

张 衡，马义娟，任 爽，李宏霞，张云枫，周 欣

(1.太原师范学院 地理科学学院，山西 晋中 030619；2.山西大学 环境与资源学院，山西 太原 030006 )

草地是地球陆地生态系统的重要组成部分之一.中国草地总面积约293.05×104km2，以北方草地为主，面积约229.64×104km2，主要分布在西藏、内蒙古、新疆和青海等省区，南方草地以亚热带草丛草坡为主，面积较小，约63.41×104km2，主要分布在四川、云南、广西和江西等省区[1].草地具有重要的农业生产功能，并在维持生物多样性、水土保持、防风固沙、遏制气候变化与维护生态平衡等方面具有重要的生态系统服务价值[2].2018年，中国天然草原鲜草总产量10.99×104万t，载畜能力约2.67×104万羊单位[3].主要由草地构成的北方防沙带是中国“两屏三带”战略安全格局重要组成部分，防风固沙效益显著[4].草原生态系统的固碳潜力很大，其中中国草地植被碳储量约为1.18 PgC，草地土壤碳库约为30 PgC，是重要的碳汇，对维持气候稳定具有重要影响[5-6].

由于气候、鼠害和虫害等自然原因，以及草地开垦、过度放牧和频繁刈割等人为因素干扰的影响，中国草地大约以每年1.5%～3.0%的速度发生退化[7-8].草地退化首先表现为植被产量和土壤肥力下降[7]，进而出现土壤养分耗竭、沙化和盐渍化等现象[9].草地退化问题制约着区域环境改善、资源高效利用和社会经济发展.2020年9月，中国在第75届联合国大会及联合国生物多样性峰会上宣布了“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”的目标.当前草地退化现象导致外部碳素输入减少和草地土壤碳素释放，减弱了其碳蓄积作用，促使草地从碳汇变成碳源[8].研究显示，仅青藏高原由草地退化引起的碳排放约有29.53×108t C[10].并且，由于极端气候事件增加，显著影响了退化草地生态系统恢复[11].因此草地退化研究具有较强的现实紧迫性和重要性.当前国内针对草地退化研究的综述类文献以定性研究为主.本文借助CNKI、Excel对1992—2020年国内草地退化研究的相关文献进行整理，使用CiteSpace软件对数据进行可视化分析，对国内草地退化领域的研究进展进行概括总结，探索国内草地退化研究主题的演变，进而挖掘其研究前沿与热点，并对中国草地退化研究趋势进行展望，为草地生态系统管理、牧区生态保护与高质量发展提供科学依据.

1 材料与研究方法

1.1 数据来源

基础数据来源于中国学术期刊网络出版数据库(CNKI)核心期刊，包括北大核心、CSCD和CSSCI来源期刊，检索时间为2022年3月5日，检索时间段为1992—2020年.在CNKI中进行高级检索，主题=“草地退化”“草原退化”“草甸退化”“草场退化”“退化草地”“退化草原”“退化草甸”“退化草场”，共检索到相关文献1 561篇，逐条查看，并除去会议记录等无效文献5篇，最终得到文献1 556篇.

1.2 研究方法

CiteSpace是一种科学知识图谱工具，科学知识图谱是用于显示某一渐进式知识领域的发展路径与结构关系的一种图像，通过“图”和“谱”共同描绘其复杂关系、前沿方向和热点问题[12-13].本文使用的是CiteSpace5.7.R2版本.以CNKI数据库核心期刊数据作为数据源，使用Excel和CiteSpace软件绘制发文量、研究作者、发文机构、关键词聚类、时区图和突现词等可视化图谱，将图谱的分析结果作为草地退化领域划分研究发展阶段、展现研究热点与前沿，以及发展趋势的重要依据.

2 结果与分析

2.1 发文数量分析

从近30年发文数量变化可以看出(图1)，国内对于草地退化的研究可划分为缓慢发展期、快速增长期和稳定发展期3个阶段.1992—2002年为缓慢发展期：年均发文16篇，其中发文量最高年(1999年、2002年)为19篇.该时期草地退化研究以局部地区实例分析为主，对草地退化的概念、特征、机制和影响等基本问题与防治对策形成了一定认识[14-17].2003—2011年为快速增长期：年均发文73篇，发文量最高年(2011年)为107篇，草地退化研究呈现快速上升的趋势，草地退化与气候变化、遥感观测与GIS方法、草地退化与土壤变化等研究受到关注[10,18-20].2012—2020年为稳定发展期：年均发文81篇，发文量最高年(2020年)为95篇，该时期草地退化研究在土壤养分和土壤理化性质微观定量分析、生态系统服务价值、物种多样性等方面取得重要进展[21-25].

图1 1992—2020年草地退化发文量时间序列变化

2.2 发文期刊统计分析

草地退化领域发文量大于5篇的期刊共有59家.位于前10的期刊(图2)分别是草业科学(中国草学会和兰州大学草地农业科技学院共同主办)、生态学报、草地学报(中国草学会主办、中国农业大学承办)、中国草地学报(中国农业科学院草原研究所和中国草学会共同主办)、草业学报(中国草学会和兰州大学共同主办)、黑龙江畜牧兽医、生态学杂志、干旱区资源与环境、安徽农业科学以及应用生态学报，共发文684篇，占总发文量的43.96%，集中度较高.其中，生态学报、生态学杂志、干旱区资源与环境、安徽农业科学与应用生态学报为相对综合性的刊物，占前10位期刊发文量的36.4%.

图2 前10位被引文献出版来源统计

2.3 研究作者分析

通过对发文作者的共现分析，能够识别该研究领域的中心作者及作者间的合作关系与强度.在CiteSpace软件中节点类型选择“作者(Author)”选项，设置合作频次≧5的研究作者予以显示，得到草地退化研究领域的作者合作网络图谱(图3).由图3可知，研究作者合作网络图谱共有871个节点、1 562条连线，网络密度为0.004 1，初步构建了草地退化研究作者合作网络.合作频次位于前10的作者为曹广民、赵成章、李以康、周华坤、马玉寿、张法伟、李希来、龙瑞军、张德罡与李世雄；前10个较大的研究作者合作网络，分别以马玉寿、周华坤、王炜、曹广民、姚拓、张德罡、赵成章、邵新庆、尹亚丽与张宪洲为中心作者，共同组成了草地退化研究的主要力量.

图3 草地退化研究作者网络图

2.4 研究机构分析

在CiteSpace软件中节点类型选择“机构(Institution)”选项，设置发文频次≧8的研究机构予以显示，得到草地退化研究机构合作网络图谱(图4).由图4可知，研究机构合作网络图谱共有568个节点、434条连线，网络密度为0.002 7，说明各研究机构合作紧密度较低.草地退化研究发文量大于5篇的研究机构共有63家，前10名的研究机构及其发文量分别是：中国科学院大学(109篇)、中国科学院西北高原生物研究所(80篇)、中国科学院地理科学与资源研究所(64篇)、青海大学农牧学院(40篇)、内蒙古大学生命科学学院(30篇)、中国农业科学院草原研究所(30篇)、兰州大学草地农业科技学院(29篇)、西北师范大学地理与环境科学学院(28篇)、甘肃农业大学草业学院(27篇)以及中国科学院东北地理与农业生态研究所(26篇)，占发文总量的29.76%，集中度较高.由图4可知，中心机构主要是中国科学院及其下属单位，是草地退化研究的主要力量，其他机构主要是基于同一地域背景下开展合作.

图4 草地退化研究机构网络图

2.5 关键词分析

相对于已有的基本现象和认识，突现意味着新颖现象的呈现[26].高突现性意味着某一研究方向的兴起，反映了该研究领域的研究热点与前沿动态，因此关键词的突现分析对草地退化研究趋势具有重要指示意义.借助于CiteSpace软件工具，设置突现年份区间为2，得到草地退化突现词表(表1).

表1 1992—2020年草地退化研究突现词

时区视图是侧重于从时间维度上来表示知识演进的视图[27]，将主要关键词置入时区视图中，可以清晰地展示出草地退化研究主题的更新和相互影响.借助于CiteSpace软件工具，设置频次≧6的关键词予以显示，得到草地退化时区视图(图5).

图5 1992—2020年草地退化研究关键词时区图

2.5.1 缓慢发展期

依据草地退化研究的三个阶段进行关键词分析.在缓慢发展期(1992—2002年)，突现词有：草场退化、可持续发展、恢复与重建，突现强度(指关键词突现的程度)分别为：4.34、6.61、3.8.结合图5可知，该时期主要研究区域是内蒙古高原和青藏高原，关注重点是草地退化过程、草地退化机制与成因、草地恢复演替与重建，以及草地可持续发展问题.

在草地退化过程方面，发现草地在过度放牧下会导致秃斑地面积增大、总地上生物量减少并使得毒杂草增加[28]，观测到内蒙古大多数草原在过度放牧下会逐步趋同于冷篙草原[14]，并构建了在过度放牧下草地植被群落退化演替模型[29].在草地退化机制与成因方面，主要从系统论的角度认为草地退化是草地生态系统偏离稳态而向低一级能量效率状态转化的过程[17]，损害了草地生态系统的结构与功能.草地生态系统的物质与能量流动失衡、季节性(春季)的超载过牧、草地垦荒和乱开滥伐等是草地退化的主要原因[30].在草地恢复演替与重建方面，主要研究了围栏封育、降低牧压、毒杂草防除、补播、施肥、建植人工草地等手段促进退化草地恢复演替与重建[16，31].

草业界对草地可持续发展十分重视.针对草地退化和畜产品需求日益增加的背景下[32]，该时期强调实现草地畜牧业可持续发展的重点在于采用牛羊舍饲育肥等集约化生产方式[33]、提高牧草利用效率[34]、封场育草建设“草库仑”[35]，以及进行家庭牧场、合作经营或联户经营等生产制度改革[36].并从建设人工草地、加强草地监测管理、划区轮牧轮刈和树立生态意识等角度思考了草地畜牧业的可持续发展道路[37-38].

2.5.2 快速增长期

在快速增长期(2003—2011年)，主要突现词有：恢复与重建、内蒙古、生态环境、草原退化、遥感和土壤有机碳等，突现强度分别为：3.8、5.25、6.78、6.33、5.35和4.55.结合图5可知，三江源区是青藏高原草地退化问题的重点研究区，退化草地的群落恢复演替、遥感监测、生态环境系统和土壤变化成为该时期主要研究内容.

关于三江源区草地退化问题研究，一方面，由于青藏高原对全球气候变化的敏感响应[39]，气候暖干化趋势明显，进而导致该区域草地发生退化[40]；另一方面，2005年青海省启动实施三江源自然保护区生态保护和建设工程，以及遥感技术的逐步推广，青藏高原及其三江源区退化草地的研究得以深入.其中，“黑土滩”现象受到重点关注.“黑土滩”是青藏高原高寒草甸严重退化经风蚀和水蚀后形成的大面积裸地产物[41]，并受冰川退缩等因素影响[42].刘纪远等[19]利用遥感影像从整体上分析了70年代以来三江源区草地破碎化到最后形成“黑土滩”的退化过程.

在退化草地的群落恢复演替方面，定量分析了轻度放牧对植被群落恢复的有利影响[43]，实证研究发现退化草地植物养分的化学成分含量与植被演替存在相关性[44]，并开展了草地生态系统健康评价，初步建立了典型草原生态系统健康评价指标体系和模型方法[45].在具体的群落恢复措施研究方面，主要从人为干扰恢复与自然力恢复相结合的方式[46]、浅耕翻处理[47]、种植绿肥作物[48]、围栏封育[49]以及改善根际的水分和营养[50]等角度进行了深入研究.

气候变化对生态环境系统影响成为该时期重要的科学议题[51].在草地退化研究领域，主要发现三江源区的草地退化对区域气候有较显著的影响[52]，观测到高寒草甸退化使其由碳汇转变为碳源[53]，并对内蒙古典型草原区的围封实验发现围封后可显著提高草地生态系统碳截存量[54].吕达仁等[55]探讨了半干旱草原气候-生态相互作用过程，研究发现草原是N2O的排放源，总体而言是CH4的汇.刘佳[56]较早地意识到将草地碳汇纳入全球碳汇市场可以进一步促进草地退化的治理，但未提出具体方案.

退化草地的土壤变化问题在该时期逐步受到关注.初步开展了草地退化的土壤水文过程与土壤结构变化[57]、土壤碳氮空间异质性[58]，以及土壤微生物数量、土壤养分与土壤酶活性[59]等研究.重点在退化草地的土壤有机碳变化研究方面，王根绪等[10]在2002年6月发表的《青藏高原草地土壤有机碳库及其全球意义》一文是重要的节点文章.之后，郭然[60]估算了中国退化草地完全恢复情况下的土壤固碳潜力，还有学者从草地生态系统不同季节[61]、不同退化演替阶段[62]和不同退化因素和坡位[63]等角度探究了土壤有机碳变化.

2.5.3 稳定发展期

在稳定发展期(2012—2020年)，主要突现词有退化演替、狼毒、高寒草地、退化程度、土壤理化性质、土壤养分和物种多样性等，突现强度分别为：3.53、6.04、6.73、3.86、5.39、6.74和5.83.该时期年发文量略有下降，但草地退化相关领域研究进一步深化和完善.结合图5可知，该时期对草地退化过程的土壤变化和物种多样性等方面研究成果较为丰硕.

针对草地退化现状，主要开展了定居牧民适应策略研究[64]，测算了退化草地的生态系统服务价值[23]，分析了草地退化的风险状况[65]，描述了青藏高原高寒草甸退化演替的分区特征[66]、研究了草地植物群落的繁殖适应对策[67]，以及使用了冗余分析[68]、高通量测序[69]等新方法进行相关研究.

土壤状况对于退化草地恢复、草地生态系统健康以及草地生物活动具有重要影响.在退化草地的土壤变化研究方面，退化草地的土壤养分和土壤理化性质的微观定量分析是该时期的主要热点.深入开展了草地退化影响下的土壤理化性质[70]、土壤酶活性和生态化学计量特征[71]、土壤碳氮分析[21]、土壤养分与植物功能性状[72]、植物根际与土壤养分[22]、人工恢复干预下的土壤养分变化[73]等研究.

物种多样性是草地生态学主要关注点之一，是草地生态系统服务功能的重要标准.草地退化的物种多样性研究主要体现在群落特征方面，从类型上，主要为草地植物群落特征研究和微生物群落特征研究.其中，对草地植物群落特征研究较多，主要开展了各类型草地群落特征比较[74]、群落结构和植物个体形态[75]、植物种间关系[76]，以及不同人工恢复干预下[77-78]的草地植物群落特征研究.在退化草地的微生物群落特征研究方面，目前主要从人工恢复干预影响[79]、不同退化阶段[25]、不同区域和不同土层深度[80]等视角分析了草地微生物群落特征变化.

3 结论与展望

本文借助CiteSpace文献可视化工具对草地退化文献数据进行分析，挖掘草地退化研究的知识基础、发展脉络和研究热点，是对草地退化综述研究的一个新的尝试.

根据草地退化知识图谱分析得出，国内草地退化研究水平不断提高，研究态势整体呈上升趋势，并逐步趋于稳定.国内草地退化研究的发文期刊集中度较高，但在综合性期刊发文比重有待进一步提高.初步构建了草地退化研究作者合作网络，但跨地域的院校合作较少，反映出草地退化研究具有一定的地域性特征.

通过关键词突现分析和时区分析，近30年来，国内草地退化的研究热点区域主要是内蒙古高原和青藏高原，草地退化的研究热点内容主要集中在退化草地的群落特征与演替过程、发生机制与影响因素、恢复与重建方法、土壤变化、可持续发展，以及草地生态系统与气候变化相互关系等方面.

基于近30年以来的国内草地退化研究发展趋势，国内草地退化研究应当增加在高质量、综合性期刊的发文数量和比例，扩大研究成果影响力；进一步加强各科研院所之间的合作，形成良好的科学研究合作网络.并结合当前国土空间生态修复、应对气候变化与实现“碳中和”目标等重大战略需求，草地退化研究未来应重视以下几个方面：(1)将退化草地修复纳入“山水林田湖草沙”一体化保护和修复工程中，并利用高精度遥感等新手段加强草地动态监测；(2)在气候变化背景下，应加强草地生态系统风险与脆弱性评价，以及对气候变化的响应与适应机制研究，以提高草地生态系统对气候变化和极端气候事件的韧性；(3)加强退化草地的固碳潜力、碳汇碳源转化机制等研究，并开展草地生态系统温室气体收支计量与监测，有助于草地高效利用和“碳中和”目标实现.