2022, Vol. 42文章信息
- 何奕忻, 蒋海波, 张运春, 王晓锋, 杨刚, 康晓明, 陈槐, 吴宁
- 基于CiteSpace的小微湿地文献计量分析
- 生态学报. 2022, 42(13): 5516-5530
- http://dx.doi.org/10.5846/stxb202106251695
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文章历史
- 收稿日期: 2021-06-25
- 网络出版日期: 2022-03-18
2. 西华师范大学环境科学与工程学院, 南充 637009;
3. 重庆师范大学地理与旅游学院, 重庆 400047;
4. 西南科技大学生命科学与工程学院, 绵阳 621010;
5. 中国林业科学研究院湿地研究所, 北京 100091
湿地被称为“地球之肾”, 是生物多样性最高的生态系统之一, 为人类提供着多种生态系统服务, 一直以来备受研究者和政策制定者的关注。然而, 作为湿地的重要类型和组成部分的“小微湿地”(Small and micro wetlands)经常被忽略, 其生态系统服务价值被严重低估、对经济发展的积极效应也没有充分发挥, 在湿地保护名录和湿地资源调查中也往往“缺席”[1-2]。2018年, 国际湿地公约第十三次缔约国大会接受并通过了中国政府提交的“小微湿地保护管理”决议草案。这是我国首次向国际湿地公约组织提交的决议草案, 草案提出关注和发挥小微湿地在水文循环、物种繁殖和避难、生物多样性保护、文化服务等方面的重要生态功能, 避免各种形式的小微湿地丧失。该决议草案引起了各国的热烈响应, 小微湿地成为关注的焦点。
由于小微湿地的概念刚刚提出, 关于小微湿地的面积大小目前尚无规范标准[2-5], 一般认为小微湿地是面积在8 hm2以下的自然或人工湿地生态系统[2-3, 6-7]。自然小微湿地是指自然界在长期演变过程中形成的较稳定生态系统的小型、微型湿地, 主要包括小湖泊、河湾、池塘、坑塘、河浜、季节性水塘、壶穴沼泽、春沼、湫洼、湿洼地、溪流、泉眼、丹霞湿地[3, 6, 8], 以及宽度10 m以下、长度5 km以下的小型河道、沟渠湿地[6]；人工小微湿地是指雨水湿地、养殖塘、水田、水库、城市小型景观水体以及以污水处理为目的的人工湿地等[3]。小微湿地尽管面积比较小, 但与人们的生活息息相关, 它具有美化景观和生态环境、水质净化、蓄水调洪、调节小微气候、为野生动植物提供小微栖息地、为人类提供舒适的休闲文娱场所等功能[9], 还在水生生物的扩散传播中起着重要作用[7]。
在学术研究中, 此前有关小微湿地的相关研究多以"small wetlands"、"small-scale wetlands"、"small patches of wetlands"、"micro wetlands"、"mini-wetland"以及"wetland mosaics"等名词出现[1-2, 10-11]。从这些名词共性来看, 一方面强调了“湿地”, 另一方面强调“小或微”, 属于小微湿地的研究范畴。通过Web of Science初步检索, 我们发现涵盖以上概念的研究从1990年左右开始陆续出现, 普遍强调其生态学研究。在2018年小微湿地这一概念正式向《湿地公约》提出后, 国内相关专家学者[2-3, 6-7]均认为, 包括“小湖泊、池塘、壶穴沼泽等小型水域生态系统属于小微湿地”。然而, “池塘”“壶穴”等研究尽管较早, 但此前的研究大多未赋予“小湿地”“微湿地”等概念, 也更多倾向于环境、养殖等方面的应用研究。因此, 结合“小微湿地”概念框架提出的背景以及当前学者对其涵盖的类型定义, 梳理小微湿地研究的发展历程, 理清研究的脉络有助于找出研究的热点以及对未来研究方向进行预测。
CiteSpace是-款着眼于分析科学文献中蕴含的潜在知识, 并在科学计量学、数据和信息可视化背景下逐渐发展起来的-款多元、分时、动态的引文可视化分析软件[12-13]。此软件可以将科学知识的结构、规律和分布情况可视化的呈现出来, 用以分析领域的研究热点、发展趋势、核心作者及研究机构等[12]。当前我国在“小微湿地”框架下的研究工作正处于起步阶段, 本文的分析综合考虑“小微湿地”这一概念提出的肇始期(1990年)以及国内相关学者对其类型的定义, 基于Web of Science核心库的文献源, 检索自1990年以来发表的小微湿地类似研究的论文, 对检索结果去重、整理、删除不相关条目, 最终获得3072篇相关文献。借助CiteSpace文献计量学和知识图谱分析方法进行信息挖掘, 对小微湿地研究的相关文献进行图谱分析, 梳理小微湿地研究的现状及发展历程, 归纳其研究核心和热点前沿方向, 从而完整呈现小微湿地研究的总体样貌, 以期为研究者准确把握该领域的研究进展、方向及热点提供理论参考。
1 数据来源与研究方法 1.1 数据来源本文以Web of Science核心库(WOS)作为数据来源, 以“研究论文”为文献类型进行高级检索, 检索条件为：(AK=("small wetlands" OR "small-scale wetlands" OR "small patches of wetlands" OR "micro wetlands" OR "mini-wetland" OR "wetland mosaics" OR "pond" OR "lochan" OR "small and micro wetland") NOT AK=("solar" OR "raceway" AND "pond")) AND文献类型: (Article), 检索时间为1990 - 2021年。对检索结果去重、整理、删除不相关条目, 最终获得3072篇相关文献。将筛选后的文献以“Refworks”的格式下载保存, 作为分析数据样本。
1.2 研究方法本研究采用科学知识图谱和文献计量学的方法, 利用CiteSpace实现文献分析。CiteSpace是陈超美博士开发以用来挖掘和可视科研文献数据的应用软件[13], 本文借助信息可视化软件CiteSpace (V.5.8.R3) 进行分析, 在软件中分别选择Author(作者)、Institution(机构)、Keyword(关键词)等选项, 使用关键路径算法对小微湿地研究进行聚类分析。节点强度默认Cosine(余弦函数)和Within slices(时间切片内)等进行图谱分析。使用Excel对发文量、机构以及关键词等进行数据的统计与分析。通过对小微湿地研究领域文献的可视化分析所得到的知识图谱描述此类研究的现状、热点与前沿和发展趋势。
2 结果与分析 2.1 发文数量和发文学科对年度发表论文数量进行分析, 能够反映出小微湿地研究发展速度、演化趋势和受重视程度。图 1给出各年发文数量分布情况。从文献总量来看, 小微湿地研究从1990开始, 发文量年际间虽有小的变化, 但总体呈递增趋势, 说明小微湿地的研究越来越受到研究者的重视。根据发文量可以将小微湿地的发展分为四个阶段：1990-1994年为研究起始阶段, 这一阶段处于研究的肇始期期, 从事这一领域研究的学者较少, 发文量也较少；1995-2005年为研究波点成长期, 这一阶段有不少学者开始关注这一领域, 但没有形成持续的研究, 故这一阶段论文发表量波动较大；2006-2015年开始发文量逐年递增, 进入稳步增长期, 这一阶段越来越多的学者关注这一领域, 研究成果也逐年递增；2016年以后为文章激增期, 这一时期文章有大幅度的激增, 成为研究的热点之一。
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| 图 1 小微湿地研究文献年度分布(1990-2021) Fig. 1 Number of papers per year on small wetlands from 1990 to 2021 |
小微湿地研究涉及137个学科。从表 1可以看出, 论文发表量前10的学科分别是环境科学与生态学(Environmental Sciences & Ecology)、工程学(Engineering)、水资源(Water Resources)、海洋和淡水生物学(Marine & Freshwater Biology)、环境工程(Engineering, Environmental)、渔业学(Fisheries)、农业(Agriculture)、地质学(Geology)、动物学(Zoology)和多领域的地理科学(Geosciences, multidisciplinary)。
| 序号 Number |
数量 Count |
中心性 Centrality |
学科类别 Categories |
| 1 | 1313 | 0.11 | Environmental Sciences & Ecology |
| 2 | 596 | 0 | Engineering |
| 3 | 555 | 0.25 | Water Resources |
| 4 | 494 | 0.04 | Marine & Freshwater Biology |
| 5 | 424 | 0 | Engineering, Environmental |
| 6 | 368 | 0 | Fisheries |
| 7 | 202 | 0.18 | Agriculture |
| 8 | 157 | 0.19 | Geology |
| 9 | 147 | 0.04 | Zoology |
| 10 | 146 | 0.19 | Geosciences, Multidisciplinary |
从最强引用突现的结果看(图 2), 小微湿地研究早期重要的研究学科为环境工程(Engineering, Environmental)/水资源(Water Resources)和农业工程(Agricultural Engineering), 然后是化学工程(Engineering, Chemical)和多领域的材料科学(Materials Science, Multidisciplinary)。近年研究的重要学科领域是环境研究(Environmental Studies)、材料科学(Materials Science)、城市研究(Urban Studies)、绿色可持续科学技术(Green & Sustainable Science & Technology)和其他类别的科学技术研究(Science & Technology-Other Topics), 这些领域可能在未来几年仍为小微湿地研究的重要学科领域。
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| 图 2 小微湿地研究最强引用前十突现学科 Fig. 2 Top 10 subject categories with the strongest citation bursts on small wetlands |
发文量较多的作者依次是Bernadette Picot、Jean Bontoux、Claude Casellas、Ivet Ferrer、Zdenek Adamek、Chang Kwei Lin、Derrick Yuk Fo Lai、Claude E Boyd、Ping Yang、Chuan Tong(表 2)。
| 作者 Author |
发文量 Count |
起始年份 Starting year |
作者 Author |
发文量 Count |
起始年份 Starting year |
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| Bernadette Picot | 21 | 1991 | Chang Kwei Lin | 7 | 1996 | |
| Jean Bontoux | 12 | 1992 | Derrick Y F Lai | 7 | 2018 | |
| Claude Casellas | 12 | 1991 | Claude E Boyd | 7 | 2006 | |
| Ivet Ferrer | 11 | 2013 | Ping Yang | 7 | 2018 | |
| Zdenek Adamek | 10 | 2007 | Chuan Tong | 7 | 2018 |
从最强引用突现的结果看(图 3)早期此领域重要的作者是Bernadette Picot, 其发文从1991年持续到2005年。通过核心作者共现分析和文献详查发现发文较多Jean Bontoux、Claude Casella和Bernard Baleux与其合作较多, 发表论文也较多。Chang Kwei Lin发文从1996年持续到2003年, Zdenek Adamek发文从2007年持续到2016年, Ivet Ferrer发文虽然也比较多, 但多集中在2013至至2015年。Ping Yang、Chuan Tong与Derrick Yuk Fo Lai为合作者, 其发文自2018年开始。从引用突现结果看, Ping Yang、Chuan Tong和Derrick Yuk Fo Lai的文章对未来几年的研究影响可能较大。
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| 图 3 小微湿地研究最强引用前十突现作者 Fig. 3 Top 10 authors with the strongest citation bursts on small wetlands |
小微湿地研究发文量前十的国家依次是, 美国、中国、印度、法国、加拿大、日本、西班牙、英国、澳大利亚和巴西(表 3)。从其中介中心性看, 英国在小微湿地研究中的中介中心性最大, 在研究中起着关键作用, 对小微湿地研究的影响也最大；中国虽然发文量较多, 但其中介中心性值很小, 表明发文的原创性和影响力不足。
| 序号 Number |
数量 Count |
中心性 Centrality |
度中心性 Degree |
起始年份 Starting year |
国家/地区 County/Regions |
| 1 | 561 | 0.27 | 8 | 1990 | USA |
| 2 | 320 | 0 | 1 | 1992 | China |
| 3 | 199 | 0.11 | 2 | 1996 | India |
| 4 | 163 | 0.33 | 11 | 1991 | France |
| 5 | 162 | 0.03 | 2 | 1992 | Canada |
| 6 | 141 | 0.03 | 2 | 1992 | Japan |
| 7 | 139 | 0.19 | 5 | 1991 | Spain |
| 8 | 121 | 0.51 | 13 | 1991 | England |
| 9 | 118 | 0.16 | 6 | 1994 | Australia |
| 10 | 102 | 0.17 | 2 | 1996 | Brazil |
从最强引用突现的结果看(图 4), 早期法国(强影响年份自1991年至2006年)、摩洛哥(强影响年份自1991年至2005年)、苏格兰(强影响年份自1996年至2006年)、瑞典(强影响年份自1998年至2005年)、以色列(强影响年份自1999年至2006年)、泰国(强影响年份自2001年至2004年), 土耳其(强影响年份自2014年至2018年)在小微湿地研究方面影响较大, 近年来伊朗、南非和中国在此领域影响较大, 特别是南非和中国的研究对未来几年小微湿地的研究可能影响较大。
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| 图 4 小微湿地研究最强引用前十突现学科国家/地区 Fig. 4 Top 10 countries with the strongest citation bursts on small wetlands |
学科领域的关键词处于动态变化, 不会凭空产生或消失, 且多数学者的研究是基于前人研究成果, 关键词具有继承性和延展[14]。关键词是科技论文中表达主题概念的重要组成部分, 能够反应文章的研究内容和核心主题[15]。关键词共现分析, 根据施引文献中关键词共现的情况绘制, 两个关键词出现在同一篇文献[15]中即视为一次合作, 主要依据关键词共现频次矩阵。得到结果为关键词共现网络, 此网络可以反映出某一领域当前研究热点及过去产生过哪些热点研究[16]。对小微湿地研究相关文献的关键词进行分析和归纳, 可以揭示小微湿地研究领域的热点问题、发展脉络和知识基础。使用CiteSpace软件对3072篇有效文献的关键词进行分析, 将处理过的文献数据导入CiteSpace软件中, 单个时间分区长度为1年；聚类词来源为Title, Abstract, Author keywords, Keywords plus；节点类型为关键词(Keyword), 提取g-index为5的关键词, 生成的关键词共现图谱如图 5, 共有节点207个, 267条连接, 网络密度为0.0125, 其中节点越大, 表示其出现频次越高；字体的大小表示其中介中心性的大小, 字体越大, 表示其中介中心性越高。
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| 图 5 小微湿地研究关键词共现知识图谱 Fig. 5 Co-occurrence knowledge map of key words on small wetlands research |
从图 5可以看出, 以小微湿地类型为关键词的节点包括“池塘(pond)”和“湖泊(lake)”, 其中“池塘(pond)”也是最大的节点, 这说明小微湿地研究中, 以池塘为研究对象的最多, 其次是湖泊。此外, 节点较大的是“水(water)”、“生长(growth)”、“沉积物(sediment)”、“保护(conservation)”、“生物多样性(biodiversity)”和“群落(community)”等, 从词频出现来看, 对小微湿地的研究领域较多的研究集中于小微湿地的水质、生物的生长、沉积物的性质和特性、小微湿地及其生物多样性的保护、生物群落特征等；从其中介中心性看, 这些领域具有重要贡献的研究为“氮(nitrogen)”、“磷(phosphorus)”、“生长(growth)”、“群落(community)”、“生境(habitat)”、“大小(size)”、“生物多样性(biodiversity)”等。
从图 6关键词的聚类分析看, 小微湿地的研究可以归纳为16类, 分别是“沉积物(#0 sediment)”、“物种丰富度(#1 species richness)”、“池塘水(#2 pond water)”、“磷(#3 phosphorus)”、“池塘(#4 pond)”、“鲤鱼池(#5 carp pond)”、“水质(#6 water quality)”、“空间分布(#7 spatial distribution)”、“水产养殖池(#8 aquaculture pond)”、“临时池塘(#9 temporary pond)”、“藻类(#10 algae)”、“营养物(#11 nutrients)”、“重金属(#12 heavy metals)”、“人工湿地(#13 constructed wetland)”、“池塘肥(#14 pond fertilization)”和“渗漏(#15 seepage)”。根据聚类的位置分析可以将16个研究类群分为3种类型, 第一类型的类群是偏离主体研究且研究数量较少, 不是小微湿地研究的主流领域。这一类型主要是以“渗漏(#15 seepage)”为聚类关键词的类群, 此群聚集了“渗漏(seepage)”、“蒸发(evaporation)”、“小淡水湖(lagoon)”、“渗入(infiltration)”等关键词, 说明这一类群主要研究小微湿地的水分保持、水分散失等问题。第二类型是和主体研究有一定的距离相对独立, 但有一定的研究量, 这一类型包括“池塘(#4 pond)”和“人工湿地(#13 constructed wetland)”两个类群。第三种类型的类群是相互交叉重叠, 继承和衍生关系密切的类群。包括“沉积物(#0 sediment)”、“物种丰富度(#1 species richness)”、“池塘水(#2 pond water)”、“磷(#3 phosphorus)”、“鲤鱼池(#5 carp pond)”、“水质(#6 water quality)”、“空间分布(#7 spatial distribution)”、“水产养殖池(#8 aquaculture pond)”、“临时池塘(#9 temporary pond)”、“藻类(#10 algae)”、营养物(#11 nutrients)”、“重金属(#12 heavy metals)”、“池塘肥力(#14 pond fertilization)”为聚类标签, 这一类型占有的类群数最多, 为小微湿地研究的主体方向。研究内容包括主要包括各种小微湿地对水体的净化作用、对水质的维持作用以及对生物多样性保护的意义等方面。
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| 图 6 小微湿地研究关键词聚类图 Fig. 6 Cluster map of key words on small wetlands research |
近三年的高频关键词结合其中介中心性分析可以看出(表 4), 2019年小微湿地生物治理(bioremediation)和产甲烷(methane emission)的研究为其研究热点；2020年研究热点为小微湿地蓝细菌的培养(cyanobacteria cultivation)和利用产能进而形成生物循环经常为其研究热点；虽然2021年还没有结束, 但目前对其关键词中间中心性分析而言, 对小微湿地管理(pond management)的研究可能会占有重要的位置。
| 年份 Year |
关键词(中介中心性/数量) Keyword (centrality /count) |
| 2021 | pond management (0.07/4), eutrophication (0/4), bacterial community (0/3), farm pond (0/3) |
| 2020 | identification (0/8), microbial community (0/6), treatment plant (0/6), cyanobacteria (0.06/5), classification (0/5), cultivation (0.07/5), groundwater (0/5) |
| 2019 | carbon dioxide (0/10), surface water (0/7), methane 0.02(6/), mechanism (0/6), greenhouse gas emission (0/6), bioremediation (0.06/5) |
从关键词最强引用突现的结果看(图 7), 小微湿地早期的研究重点是“藻类(algae)”(强影响年份自1991年至1998年)、“种群(population)”(强影响年份自1997年至2007年)、“生态(ecology)”(强影响年份自2000年至2006年)、“物种丰富度(species richness)”(强影响年份自2008年至2010年), 说明早期小微湿地的研究多集中于种群以及生物多样性的调查方面；近年来, “微藻(microalgae)”(强影响年份自2013年至2018年)、“土地利用(land use)”(强影响年份自2017年至2019年)在小微湿地研究方面影响较大, 这段时间微藻作为能源物质和微藻对水的净化作用研究较多, 另外, 利用遥感研究对土地利用方式的研究也是这一时期的研究重点；自2017年开始突现的“气候变化(climate change)”和“废水(waste water)”, 以及自2018年开始突现的“养殖池塘(aquaculture pond)”和“影响(impact)”, 由此可见, 全球变化对小微湿地的影响、小微湿地对废水的处理作用特别是对面源污染的治理, 以及养殖用小微湿地的研究在近年较多, 对未来几年小微湿地的研究可能影响较大。
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| 图 7 小微湿地研究最强引用前十突现关键词 Fig. 7 Top 10 key words with the strongest citation bursts on small wetlands research |
时间线图主要侧重于勾画聚类之间的关系和某个聚类中文献的历史跨度[17](图 8)。小微湿研究根据关键词分成16个类群, 关键词时间线图的各个关键词根据所属的聚类和发表时间被设置在相应的位置上, 形成时间线视图。同一聚类的关键词按照时间顺序被排布在同一水平线上, 每个聚类中的关键词被串在一条时间线上, 展示该聚类的历史成果[17]。
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| 图 8 研究关键词时间线图 Fig. 8 Timeline map of key words on small wetlands research |
关键词时间线图分析可以看出研究主题的起源和发展及研究时限(图 9)。根据时间分片和持续时间可以将小微湿地研究分为3类：
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| 图 9 研究关键词时区图 Fig. 9 Timezone map of key words on small wetlands research |
第一类是持续时间较短的研究主题, 这一类型包括#15类群, 此类群主要关注小微湿地的渗漏和蒸发问题[18-19]的研究, 继承于#4研究关键词“池塘(pond)”且频度都很小, 主要研究水分保持、水分散失等问题, 这一类群不是小微湿地研究的主流, 研究数量少, 持续时间也短。
第二类是持续时间较长但目前研究较少的主题, 这一类型研究主要包括#0、#5、#6、#7、#9、#11、#13、#14八个主题, 研究内容主要涉及沉积物的特征及其利用[20-23]及其对环境和生态系统的影响[24]; 鲤鱼池类小微湿地的生态系统服务功能[25]；小微湿地建设水质状况[26-27]；小微湿地生物组成的影响因素[28-29], 短时小微湿地对生物习性的影响[30-32], 富营养化水体生物群落的特征[33], 人工湿地的污水净化作用[34-35], 养殖池塘施肥量的测算[36]和施肥与水产产量的关系[37-39]。
第三类是持续时间较长而且目前仍为研究热点的主题, 研究包括#1、#2、#3、#4、#8、#10、#12七个主题, 这些研究集中于小微湿地对生物多样性的贡献[40]、小微湿地保护和管理的研究[41-43]、小微湿地碳氮磷等元素的循环[44-50], 小微湿地对生物演替的影响[51-54], 小微湿地对温室气体排放[55-60], 小微湿地中藻类生长状况及指示作用[61-63], 小微湿地的重金属污染及其评价[64-69]。
根据研究主题的起源和发展及相关性, 可以将小微湿地的研究分为3类：
(1) 小微湿地组件的特征及应用：这类研究的主题比较分散, 主要涉及小微湿地渗漏和蒸发问题[18-19], 沉积物理化性质和作为植物肥料增产效果明显[20-21], 小微湿地重金属的时空分布状况[22], 小微湿地物种[70]及生长模式[71]的研究、物种间的相互作用[72-73], 小微湿地二氧化碳的浓度和排放特征[74]等内容。
(2) 小微湿地的水环境和管理：小微湿地水环境的恶化问题, 如Toor等研究表明印度农村池塘受到污染水质变差[27], Jarosiewicz等比较城市小微湿地和农用地附件的小微湿地, 认为城市小微湿地的富营养化状况要好于农用地小微湿地[75]；小微湿地水环境的监测指标的研究, 如Foteinis等用137Cs判断人为干扰和历史水位等[76], Broeck等研究了小微湿地评价指标[77], Ruangsomboon等研究了小微湿地水华毒素的积累模式[78]。小微湿地的水体净化问题, 小微湿地是一种低成本、低能耗、高效率的水污染控制技术[35], 研究表明, 人工小微湿地可以降低到达地表水的农药含量[79]、可以降低农业面源污染[80]、能够有效的除去粪细菌[81], 小微湿地处理城市地表径流和污水混合水体既能美化城市又能有效去除氮磷[82]。小微湿地管理问题, 如Olmo等发现新修复的池塘随时间的推移电导率、pH值、氧气会降低, 植被覆盖率会增加, 功能也会降低[26], 需要对小微湿地进行持续管理且保持小微湿地的多元化, 如不同类型的蛙类会选择不同深度的小微湿地进行繁殖[31], 小微湿地的水周期、水面宽度和深度影响水中鞘翅目昆虫的多样性[32], 小微湿地水生植物分布受水的理化性质和水文周期的影响[83]；小微湿地管理方式对大型底栖动物群落[84]和生物多样性保护都有很大影响[52][42], 微湿地的研究不仅仅限于小微湿地本身的管理还涉及周边, 如研究表明集约化耕作造成小微湿地的减少继而引起生物多样性降低[85-86]。此外, Turkowski认为养殖类小微湿地的水环境管理需要政府资金的支持[87]。
(3) 小微湿地生态系统功能与生物多样性维持的研究。小微湿地生态系统功能方面的研究, 一方面是小微湿地在地球化学循环中的作用, 如Guo等研究了小微湿地碳氮磷等元素的收支状况[44], Remm等认为小微湿地是全球碳循环的净贡献者[88]；另一方面是小微湿地对生态系统产量的影响, 如Rosell等研究表明小微湿地的增加有助于周边农田农作物的增产[89]。小微湿地生物多样性维持的研究较多, 也是研究的热点, 多集中在小微湿地生物多样性的时空分布与影响生物多样性的因素。小微湿地多样性时空分布的研究如小微湿地的群落组成[90]和生物多样性特征[29], 富营养化水体生物群落的特征[33, 91], 不同净化阶段小微湿地的生物种类不同[92]等。影响小微湿地多样性因素的研究如Karim等研究了浮游植物丰度与小微湿地环境的关系[93]、Pellet等认为小微湿地景观特征和水质化学指标对树蛙的分布[94]、Adamek等证实沉积物的生物扰动可以影响底栖大型无脊椎动物和鱼类以及浮游动物和大型植物的生长[43], 此外, 小微湿地是两栖动物跨越不利生境的避难所和扩散的踏脚石[95]、城市小微湿地的建设可以增加蜻蜓等昆虫的多样性[96]、在森林附近建设小微湿地可以增加大型无脊椎动物的多样性[97-98], 而且小微湿地也能够增加陆生植物的多样性[51]。
在CiteSpace中时区视图是侧重于从时间跨度上显示知识演进的视图[99], 通过关键词时区图我们可以看出小微湿地研究的演变趋势和相互之间的影响。在关键词时区图中, 所有节点被定位于横轴为时间的二维坐标中, 按照关键词首次出现的时间, 不同的节点被放置在相应的时区内[99]。关键词时区图所展示的是区域内某个关键词出现的多寡, 时区内某个关键词出现数量少, 节点数量少, 则表示该时区相关研究处于低谷时期。另外, 通过各时区节点的连线关系, 可以看出不同时间段研究的继承关系[17]。
从关键词的演变来看(图 9), 以pond和lake为研究对象的小微湿地成为研究重点, 最初研究为小微湿地生物群落的研究, 关注浮游生物的生长, 后面开始研究生物多样性、水质、管理、对污染物的去除作用等方面。从研究类群的演变看, 对小微湿地研究先后依次是浮游生物的生长动态与共存特征以及表水特征, 营养物对浮游生物生长状况影响, 有机物含量及与水生生物生长代谢的关系, 磷含量状况以及与磷相关的废水处理和水质问题, 藻类的状况及水体富营养化, 水生生物的分布、食物、繁殖和多样性, 污水处理效果, 温室气体释放, 水分散失, 沉积物的性质及其环境影响和治理, 生物多样性及其环境因子, 生物演替和生物量, 水质及与生物多样性的关系, 对小微湿地的保护和管理, 水质的管理和水质影响的生物和非生物因素, 重金属污染状况。总体而言, 对小微湿地的研究最初注重其自然状况的研究, 后期逐渐转为对小微湿地在环境中的作用以及其自身污染状况和管理的研究。小微湿地自身的污染状况和管理以及其生态服务功能可能成为将来研究的增长点。
2.4 文献共被引分析从文献共被引知识聚类图谱(图 10)可以看出, 被引文献可以分为主要的5类, 根据时间轴切片可以清晰的划分为3个阶段：
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| 图 10 小微湿地研究文献共被引聚类知识图谱 Fig. 10 Co-citation references clustering network of small wetlands research |
第一阶段为2005年之前, 这一阶段可以称作小微湿地生物研究阶段。主要研究小微湿地中生物的构建机制、多样性等, 小微湿地对生物多样性保护的重要性, 主要涉及3个主题, 最早的是林蛙(Rana sylvatica)的研究, 这一类群中关键文献为Wellborn等1996年关于水生生物群落的构建机制[100]和Marsh等2001年发表的两栖动物集合种群的动态和保护[101]的两篇文章。稍后的是关于短时池塘(temporary pond)的研究, 突现文献为Oertli等2002年关于池塘大小与生物多样性关系[102]的文章和Nicolet等2004年关于临时塘与湿地动植物关系[103]的文章。之后在无脊椎动物(invertebrates)为主题的研究中突现文献是Williams等2004年和Biggs等2005年的两篇文章, Williams等比较了不同类型的小微湿地对大型植物和大型无脊椎动物多样性的贡献和相对价值[104]；Biggs等阐述了小微湿地对淡水动植物的重要性以及对池塘的进一步研究和保护[105]。
第二阶段(2006年-2014年), 是研究全球变化背景下的小微湿地。这一阶段主要研究小微湿地在全球变化中的作用及贡献, 研究主题中突现文献为Adamek等2012年对欧洲千年来池塘水产养殖的综述[106]和Cereghino等2014年以池塘在全球变化中的生态作用(The ecological role of ponds in a changing world)为题目的论文, 论文指出虽然池塘的生态作用现在已经确立, 但仍然需要基于研究的权威建议, 为未来保护小水体的方向提供信息, 并进一步弥合科学与实践之间的鸿沟[107]。
第三阶段(2014年以后), 主要研究小微湿地的生态功能特征以及小微湿地对城市的重要性, 研究中Oksanen的R软件包Vegan得到广泛应用也是此类研究的一个重要突现点, 另外一篇突现文章为Hassall等[108] 2014年发表的城市池塘的生态和多样性, 开始了对城市小微湿地的生态功能研究, 文章提出了3项城市小微湿地研究的方向, 一是城市小微湿地的设计和位置在影响生物多样性方面的作用, 二是城市湿地对雨水和污染管理的功能, 三是公众对城市生态系统的看法, 以及这些看法如何受到与自然系统的相互作用的影响。
3 讨论与结论小微湿地面积虽小, 但数量众多、发挥着独特的生态功能。随着学者和政策制定者对小微湿地的日益关注[2]和工程运用的实践[6], 以小微湿地为研究的主题呈上升态势。小微湿地研究论文始于1990年, 发文量前期发展较慢且波动较大, 后期呈持续上升态势, 小微湿地的研究受到越来越多研究者的关注, 文章总产出量逐年递增。小微湿地作为一个小而全的生态系统, 其研究内容几乎涉及生命科学的各个领域以及环境、生态、水产等137个学科。环境科学和生态学是在小微湿地研究中占有重要的地位, 其文章产出量最多。小微湿地在城市中的功能研究、小微湿地在绿色可持续发展中的作用以及在环境科学技术中的应用可能是今后小微湿地研究的发展方向。
小微湿地虽然是一个“新兴”的概念, 但对不同类型小微湿地的研究一直都在进行着, 比如自20世纪40年代起, 美国、英国和爱尔兰等发达国家陆续开展了针对草原湖穴、池塘等小型湿地的生态调查和保护恢复工作[2]。我国在小微湿地研究方面起步较晚, 但小微湿地研究数量今年激增。从研究发文量来看我国居第二位, 但我们研究的中介中心性很小, 说明虽然发文量较多, 但发文总体的原创性和影响力不足, 有待加强。文献突现研究表明近年我国小微湿地研究方面有较大的突破, 在未来小微湿地研究方面可能会逐步占据主导地位。小微湿地研究作者呈聚集分布, 有明显的合作继承关系, 例如此领域早期研究影响力较大的Bernadette Picot与Jean Bontoux、Claude Casella和Bernard Baleux合作较多, 他们发文量都较多, 影响力也都较大, 小微湿地研究涉及学科较广, 合作研究会有助于学科的交叉产出突破性的成果。近年来Ping Yang、Chuan Tong和Derrick Yuk Fo Lai几位作者的文章影响较大值得从事小微湿地研究的学者关注。
小微湿地是水域面积较小的湿地, 包括的类型较多, 目前研究最多的类型为塘(pond)和湖(lake)。由于小微湿地研究涉及的学科较多, 小微湿地研究的方向也比较多, 根据关键词聚类可以将其分为16个聚类, 这16个聚类各自有不同的研究重点, 但有些聚类关系较远, 有些聚类关系密切相互交叠。其中研究小微湿地的水分保持、水分散失等问题的类群分为研究量较少的非主流研究；人工湿地(constructed wetland)和池塘(pond)研究的两个类群发文量不少但相对独立；其余的聚类相互交叉重叠, 继承和衍生关系密切, 研究内容包括主要包括各种小微湿地对水体的净化作用、对水质的维持作用以及对生物多样性保护的意义等方面, 可以看作是小微湿地研究的主体。小微湿地的研究内容最初注重其自然状况的研究, 后期逐渐转为对小微湿地在环境中的作用以及其自身污染状况和管理的研究。小微湿地主体研究方面全球变化对小微湿地的影响、小微湿地对废水的处理作用特别是对面源污染的治理、小微湿地的碳排放(如：甲烷的排放)和在碳中和中的作用、小微湿地的管理和小微湿地的生态服务功能的研究可能是未来几年的研究热点。
小微湿地的研究经过多年的积累, 有3000多篇相关文献, 本文利用CiteSpace文献共被引知识聚类把小微湿地主流研究的文献分为5大类, 依据时间切片可以将其分为三个阶段。第一阶段, 小微湿地的研究早期只是把小微湿地作为一个研究地点, 来研究水生动植物的种群和群落状况, 后来人们开始关注小微湿地对水生动植物种群、群落和生物多样性的意义, 进而提出对小微湿地的管理和保护；第二阶段研究集中于小微湿地在全球变化中的作用及贡献；第三阶段着重研究小微湿地的生态功能以及小微湿地对城市的重要性, 在未来的研究中城市小微湿地的研究和工程运用可能成为新的增长点。
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