基于文獻(xiàn)計量分析的近20年濕地碳研究進(jìn)展與趨勢

吳志男, 歐正蜂, 吳睿智, 劉春,*, 胡曉農(nóng), 黃永奇

基于文獻(xiàn)計量分析的近20年濕地碳研究進(jìn)展與趨勢

吳志男1, 歐正蜂2, 吳睿智3, 劉春1,*, 胡曉農(nóng)1, 黃永奇2

1. 暨南大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 熱帶亞熱帶水生態(tài)工程教育部工程研究中心, 廣州 510632 2. 廣東省水利水電科學(xué)研究院, 河口水利技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室, 廣州 510635 3. 廣東白云學(xué)院工商管理學(xué)院, 廣州 510550

濕地作為陸地和水體的關(guān)鍵過渡帶, 其碳的動態(tài)變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、全球碳循環(huán)和氣候變化具有重要影響。為了更直觀了解國內(nèi)外濕地碳研究進(jìn)展和前沿動態(tài), 基于Web of Science數(shù)據(jù)庫的核心集和CNKI數(shù)據(jù)庫核心期刊近20年的文獻(xiàn)數(shù)據(jù), 運(yùn)用CiteSpace軟件和文獻(xiàn)計量方法, 概述和分析了近20年來國內(nèi)外濕地碳的研究進(jìn)程。結(jié)果表明, 近20年來國內(nèi)發(fā)表濕地碳相關(guān)文章2168篇, 國際發(fā)文5810篇, 且近10年發(fā)文量相較于前10年國內(nèi)外文獻(xiàn)量增加了3—4倍。相比于國外濕地碳的研究, 我國濕地碳研究初期主要是為污水處理服務(wù), 但國際上濕地碳的研究初期就將濕地土壤、水以及氮的研究相結(jié)合, 并在全球氣候變化、碳的動態(tài)變化和濕地沉積物等方向上持續(xù)發(fā)展; 而我國濕地研究受環(huán)境現(xiàn)狀、地理環(huán)境導(dǎo)向明顯并且隨著時間的推移, 碳循環(huán)、溫室氣體、碳匯等逐漸成為高頻詞, 這表明我國的研究方向后期才開始向生物地球化學(xué)循環(huán)和氣候方面轉(zhuǎn)變。最后根據(jù)國內(nèi)外研究前沿和熱點(diǎn)問題對人類活動和氣候變化影響下濕地碳研究的未來方向提出建議。

濕地碳; Citespace; 網(wǎng)絡(luò)圖譜分析; 文獻(xiàn)計量分析; 氣候變化

0 前言

自第一次工業(yè)革命蒸汽機(jī)的發(fā)明后人類活動排放的CO2開始急劇增加, 這直接導(dǎo)致了全球氣候變暖, 并引發(fā)了一系列的生態(tài)環(huán)境、社會問題[1]。在2020年9月的第75屆聯(lián)合國大會中, 中國提出“將提高國家自主貢獻(xiàn)力度, 采取更加有力的政策和措施, CO2排放力爭于2030年前達(dá)到峰值, 努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”[2]?？梢钥闯鲋袊呀?jīng)開始為碳中和做出規(guī)劃、制定科學(xué)的碳排放計劃, 這一決策勢必會對我國社會未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及全球氣候變化產(chǎn)生長足的影響。針對這一目標(biāo), 中國采取了一系列措施: 將碳達(dá)峰和碳中和放入生態(tài)文明建設(shè)的總體布局中。充分利用坡地、荒地以及廢棄礦山等廢棄地開展綠化, 提高林業(yè)、濕地等自然資源總量以提高生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力。積極探索利用自然功能的解決方案并因地制宜, 在適宜植樹造林的地方, 積極進(jìn)行人工植樹, 恢復(fù)和重建生態(tài)系統(tǒng); 在能夠自然恢復(fù)的地方, 充分借助大自然的力量, 恢復(fù)生態(tài); 在需要人工干擾促進(jìn)恢復(fù)的地方, 采取封山育林、圍封禁牧等措施, 人工促進(jìn)自然恢復(fù)速度, 進(jìn)而在增加濕地面積的同時恢復(fù)原有的濕地生態(tài)空間, 增強(qiáng)濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳能力[3]。同時減少人為活動對濕地的影響, 調(diào)整濕地水文條件、優(yōu)化植物配置、調(diào)整土壤理化性質(zhì), 進(jìn)而減少濕地碳排放[4]。

濕地在地球上廣泛分布, 其是一種具有高生產(chǎn)力、物種多樣性豐富的生態(tài)系統(tǒng)。它們對生物圈和人類社會具有重要意義, 例如凈化水質(zhì)、野生生物棲息地、防洪促於、保護(hù)生物多樣性、文化價值和旅游業(yè)、減緩氣候變化、糧食供應(yīng)[4–5]。雖然濕地面積僅占陸地面積的2%—6%, 但其碳庫卻約占全球土壤碳庫的三分之一[6–8]。國內(nèi)對濕地碳固存和碳排放變化的影響要素的認(rèn)識已經(jīng)達(dá)成一致, 普遍認(rèn)為氣候[9]、溫度、濕度[10–11]、植被[12–14]、地下水位[15]、濕地退化[16–17]的影響最為顯著。濕地也是土壤再分布過程中的重要沉積區(qū)域, 儲存了大量的陸地生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳。經(jīng)過水力侵蝕過程遷移, 陸地土壤有機(jī)質(zhì)儲存在濕地土壤中, 完成物質(zhì)從“源”到“匯”的過程[18]。然而, 由于人類活動和城市化進(jìn)程的影響, 濕地沉積土壤碳受微生物礦化分解作用, 大量的濕地土壤碳以CO2、CH4等溫室氣體的形式排放到大氣中, 在全球氣候變化中發(fā)揮了重要作用[19]。

目前, 關(guān)于濕地碳的研究近20年有較多相關(guān)文獻(xiàn)報道, 但是其研究方向和熱點(diǎn)問題缺乏系統(tǒng)性的綜合分析。鑒于此, 本文希望利用并結(jié)合CiteSpace軟件的可視化分析方法和文獻(xiàn)計量分析, 從宏觀發(fā)展的角度, 系統(tǒng)總結(jié)濕地碳研究近20年的發(fā)展歷程和研究成果, 對比國內(nèi)外研究熱點(diǎn), 以科學(xué)客觀、定量描述濕地碳研究的發(fā)展歷程, 比較國內(nèi)外濕地碳研究的異同, 厘清濕地碳研究的發(fā)展脈絡(luò), 并提出當(dāng)前存在的問題和未來我國濕地碳研究的發(fā)展方向。

1 數(shù)量來源與處理

本文主要利用CiteSpace軟件對國際上國家、機(jī)構(gòu)和關(guān)鍵詞的知識圖譜進(jìn)行繪制并對比國內(nèi)研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析。知識圖譜是一種利用數(shù)學(xué)方法將科學(xué)文獻(xiàn)的知識單元形象化, 顯示學(xué)科發(fā)展過程與結(jié)構(gòu)關(guān)系的分析方法和工具[20]。與其他可視化軟件相比, CiteSpace具有知識導(dǎo)航功能, 可以對特定知識領(lǐng)域的數(shù)據(jù)和科學(xué)文本進(jìn)行跟蹤、處理和測量, 檢測關(guān)鍵路徑和知識轉(zhuǎn)折點(diǎn), 分析科研領(lǐng)域的研究脈絡(luò), 探索該主題的最新進(jìn)展[21]。為了使國際研究和國內(nèi)研究的知識圖譜可比較, 本文將軟件的設(shè)置保持一致—時間切片為一年、其他條件不變。其中, 關(guān)鍵詞的聚類視圖主要反映聚類之間的結(jié)構(gòu)特征, 突出關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和其重要聯(lián)系[19]。關(guān)鍵字的影響力和活躍時間可以由節(jié)點(diǎn)的大小表示, 并且節(jié)點(diǎn)的顏色深淺還可以反應(yīng)年份的變化; 節(jié)點(diǎn)之間的連線反映了其連接的兩個關(guān)鍵詞出現(xiàn)次數(shù), 其粗細(xì)與次數(shù)的多少正相關(guān)。

自2000以來, 國際上有關(guān)濕地碳的研究得到持續(xù)關(guān)注, 相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量激增(圖1)。

圖1 國內(nèi)和國際濕地碳研究年發(fā)表論文數(shù)量和對比

Figure 1 Numbers and comparisons of papers published on wetland carbon research at home and abroad

國際濕地碳研究的英文發(fā)文量在2000—2020間整體呈快速增長狀態(tài)。根據(jù)中國發(fā)文量占世界發(fā)文量的比例可知, 中國有關(guān)濕地碳的研究從2000年才剛起步, 但后期發(fā)展勢頭足, 雖然2011年后占比有所下降, 這可能與其他國家也開始注重濕地碳研究導(dǎo)致總發(fā)文量有較大的增長有關(guān), 我國該方面文獻(xiàn)量一直處于上升趨勢。我國在2000年以前濕地碳研究處于剛起步狀態(tài), 發(fā)文量基本為零, 但2000—2011年間急速增長, 2011年后中文文獻(xiàn)量有所波動。因此, 本文選取了2000—2020年間的國內(nèi)外文獻(xiàn)作為本次的研究對象, 將中文文獻(xiàn)作為國內(nèi)研究情況的參考, 將英文文獻(xiàn)作為國際研究的參考, 雖然國內(nèi)也會發(fā)表英文文獻(xiàn)但這并不影響, 因為中國研究也是國際研究的一部分。以Web of Science數(shù)據(jù)庫核心合集(選擇article類型的文獻(xiàn))和中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫核心期刊作為數(shù)據(jù)來源以carbon和wetland作為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索, 得到英文文獻(xiàn)5810篇, 中文文獻(xiàn)2168篇。

2 國際濕地碳研究發(fā)展

2.1 國家合作圖譜網(wǎng)絡(luò)特征

國際濕地碳相關(guān)文獻(xiàn)較多, 圖中共有節(jié)點(diǎn)115個, 連線570個(圖2)?？梢钥闯雒绹哂凶罡叩陌l(fā)文量(2181)和最高的中心性(0.25), 這表明在濕地碳研究領(lǐng)域美國占據(jù)主要地位并且其與其他國家合作也較緊密; 發(fā)文量較大的國家其次是中國(1693篇)和加拿大(539篇)、德國(421篇)、澳大利亞(319 篇)等西方國家, 這些國家的發(fā)文量均較大, 表明其對濕地碳研究的重視程度。除美國外只有德國的中介中心性大于0.2, 表明德國在對外合作上具有較高的活躍性。

2.2 國際機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖譜

研究機(jī)構(gòu)發(fā)表論文的數(shù)量在一定程度上反映了研究機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域的研究能力。通過統(tǒng)計分析, 可以直觀顯示出各研究機(jī)構(gòu)的研究成效并預(yù)示其研究進(jìn)展[20]。圖中有628個節(jié)點(diǎn)和1628個連線(圖3), 在所有的機(jī)構(gòu)中中國科學(xué)院(655篇)發(fā)表文章最多; 第二個是美國地質(zhì)調(diào)查局(223篇)。研究機(jī)構(gòu)的中介中心性大多較低, 表明其機(jī)構(gòu)間的合作很少。結(jié)合以上國家合作網(wǎng)絡(luò)的分析發(fā)現(xiàn), 國家發(fā)表文章的數(shù)量和影響力在很大程度上取決于國家重點(diǎn)研究機(jī)構(gòu)的科研能力。圖中所示的研究團(tuán)隊(發(fā)表文章超過100篇)中, 雖然大學(xué)擁有較大的發(fā)文量, 但其文章發(fā)表量和影響力仍低于科研機(jī)構(gòu)。

圖2 2000—2020 年濕地碳國家合作知識圖譜

Figure 2 Knowledge map of cooperative countries on wetland carbon research based on the international literature during the period of 2000-2020

圖3 2000—2020 年濕地碳國際研究機(jī)構(gòu)合作知識圖譜

Figure 3 Knowledge map of cooperative institutions in the world on wetland carbon research based on the international literatures during the period of 2000-2020

2.3 國際研究熱點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖譜

近20年有關(guān)濕地碳研究的國際英文文獻(xiàn)共檢索到5810篇, 2000—2010和2010—2020年間的發(fā)文量分別占總文獻(xiàn)量的23.1%和76.9%。可見后10年濕地碳研究進(jìn)入飛速發(fā)展階段, 并且濕地碳研究主要集中在近10年間。利用CiteSpace軟件繪制的關(guān)鍵詞聚類圖得到關(guān)鍵詞在文獻(xiàn)中出現(xiàn)的頻率和他們之間的聯(lián)系及隨時間的演變。關(guān)鍵詞在一個時間段里出現(xiàn)的頻率在一定程度上反應(yīng)該時間段里的主要研究熱點(diǎn): 近20年nitrogen、soil organic carbon等關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次較高, 這表明國際上一直注重濕地有機(jī)碳的研究, 并且關(guān)注濕地碳的研究往往與濕地土壤、水以及氮的研究相結(jié)合, 但是隨著濕地碳研究的發(fā)展, 有些關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率大幅提升, 例如: climate change、sediment、dynamics等(表1), 說明濕地碳研究在發(fā)展過程中對全球氣候變化、碳的動態(tài)變化和濕地沉積物等方面的研究得到加強(qiáng)。

2.3.1 2000—2010年國際濕地碳前沿研究

圖4聚類視圖可以看出2000—2010年研究熱點(diǎn)可分為三大部分。第一部分為濕地碳在全球氣候變化中的作用: 據(jù)估計, 不同類型濕地中儲存的碳約占地球陸地碳總量15%[22], 據(jù)Franzen估計[23], 地球上泥炭干物質(zhì)總量為240×109— 280×109t, 如果按50%—55%含碳量來計算, 有12×1015—260×1015g碳儲藏在泥炭中。CH4是常見溫室氣體之一, 它在全球氣候系統(tǒng)中具有重要的影響, 它對地球的碳循環(huán)也有著至關(guān)重要的作用[22]; 由于其大氣含量和溫度之間的正反饋作用, 它對全球變暖起促進(jìn)作用[24]。CH4的排放雖然來自不同的自然源和人為來源, 但濕地被認(rèn)為是最大的自然源, 其排放量占全球總CH4排放的20%—40%[25], 因此濕地CH4的定量和排放研究對于了解其在碳循環(huán)和氣候變暖中的作用至關(guān)重要。該部分主要研究濕地CO2的吸收及儲存以及濕地碳主要的排放方式—CH4的排放, 因為CH4、CO2作為濕地最主要的溫室氣體排放形式, 對其進(jìn)行定量的研究有助于闡明濕地在全球氣候變化和生物地球化學(xué)循環(huán)中的作用。

表1 國際濕地碳研究不同年限前10位高頻關(guān)鍵詞

圖4 2000—2010年濕地碳研究關(guān)鍵詞國際文獻(xiàn)聚類視圖

Figure 4 Clustering map of keywords of the papers published on wetland carbon research based on the international literatures during the period of 2000-2010

第二部分為碳的全球生物地球化學(xué)循環(huán): 濕地作為地球生態(tài)系統(tǒng)的重要一部分, 其在碳的全球生物化學(xué)循環(huán)影響中扮演著重要角色。經(jīng)過前期濕地碳的研究對其碳的釋放與儲存有了一個定量的了解,該部分主要分析自然因素和人為因素對濕地碳儲量的影響。濕地生態(tài)系統(tǒng)可以通過微生物、植物的一系列生物化學(xué)行為將大氣中的CO2儲存于濕地生態(tài)系統(tǒng)。然而, 固定在濕地中的大部分二氧化碳通過分解和呼吸作用以二氧化碳和甲烷等溫室氣體的形式釋放回大氣[26–27]。已有研究指出, 濕地CO2源／匯功能隨時空變化, 并且CO2源／匯功能受到光照[28]、氣溫[29]、水位[30–31]、土壤溫度和濕度[32–33]、葉面積指數(shù)[34]、土地利用方式等自然或人為因素的影響[35]; 濕地生態(tài)系統(tǒng)作為碳源／匯的能力受到多種因數(shù)(人為、自然)影響, 并且其影響程度也不同, 目前還沒有系統(tǒng)的研究分析。

第三部分為濕地生態(tài)系統(tǒng)碳動態(tài)模型: 該部分主要為建立濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤、水文、植被動態(tài)綜合模型。濕地生態(tài)系統(tǒng)是全球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分, 是全球碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié), 對全球氣候變化具有重要影響。然而, 濕地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模型起步較晚, 較森林和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的研究相對落后。目前, 濕地碳循環(huán)模型主要可以分為3種類型: 長期泥炭積累模型、甲烷釋放經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃突谶^程的甲烷排放模型[36]。國際上對濕地系統(tǒng)碳動態(tài)模型的研究逐漸開始被重視, 也取得了較多的研究成果。但是, 我國在濕地碳動態(tài)模型方面研究還處于起步階段, 直接借鑒了國外現(xiàn)有的模型成果, 缺乏我國現(xiàn)有環(huán)境條件下的模型研究。未來應(yīng)根據(jù)中國濕地的不同類型和環(huán)境條件, 建立適合中國濕地的碳循環(huán)模型, 為區(qū)域尺度的溫室氣體排放估算和濕地管理提供決策支持[36]。

2.3.2 2010—2020年國際濕地碳前沿研究

圖5聚類視圖可以看出2010—2020年總的研究方向并沒有太大變化但研究的更為細(xì)致, 并且也增加了不少研究熱點(diǎn), 共可分為兩大類。第一部分為濕地生態(tài)保護(hù): 該時期人們開始注意濕地在全球生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用, 重點(diǎn)關(guān)注由于人為因素影響(土地轉(zhuǎn)變、亂砍亂伐等)導(dǎo)致的濕地生物多樣性的改變以及對濕地溫室氣體(CH4、CO2)通量的影響。隨著人口的增加和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 濕地正面臨著被破壞或轉(zhuǎn)作他用的威脅。如果濕地利用方式發(fā)生變化, 這種變化將對其固碳潛力產(chǎn)生重要影響[37]。濕地排水用于農(nóng)業(yè)是改變土地使用類型的一種常見方式。濕地排水后土壤含氧量會增加, 這有利于微生物分解土壤有機(jī)質(zhì), 增大其儲存的碳釋放。1996年對美國大平原北部地區(qū)的204個不同類型的濕地研究結(jié)果表明, 未被干擾的濕地的儲碳量是將濕地排干農(nóng)用的2倍[38]。北緯溫帶地區(qū)濕地排水和農(nóng)業(yè)造成的碳損失最大1—19 t·hm–2·a[40]。一般通過改變或恢復(fù)濕地水文條件, 種植有生命力的水生植物, 來增加植物碳庫和土壤碳庫[41]。

圖5 2010—2020年濕地碳研究關(guān)鍵詞國際文獻(xiàn)聚類視圖

Figure 5 Clustering map of keywords of the papers published on wetland carbon research based on the international literature during the period of 2010-2020

第二部分為濕地溶解有機(jī)質(zhì)來源識別的研究: 濕地中DOM可以分為外源和內(nèi)源DOM。識別濕地溶解有機(jī)質(zhì)的來源, 有助于了解濕地中營養(yǎng)物質(zhì)的生化循環(huán)特征, 從而了解濕地生態(tài)系統(tǒng)與其他生態(tài)系統(tǒng)之間的物質(zhì)循環(huán)。目前, 關(guān)于濕地DOM源識別方法較多。根據(jù)各種方法在研究中應(yīng)用的廣泛性和可用性, 主要分為光學(xué)法、C/N比值法、同位素法以及生物標(biāo)志法[42]。溶解有機(jī)質(zhì)來源識別在應(yīng)用中多和建模相結(jié)合對濕地碳進(jìn)行溯源和去向的研究。

3 國內(nèi)外濕地碳研究發(fā)展對比

3.1 機(jī)構(gòu)合作

圖中節(jié)點(diǎn)430個, 連接307個(圖6)。發(fā)表文章最多的是中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所(77篇), 其次是中國科學(xué)院研究所(47篇)和中國科學(xué)院大學(xué)(43篇)。圖中所示的研究機(jī)構(gòu)為2000年至2020年間發(fā)表論文20余篇的研究群體, 其中科研機(jī)構(gòu)發(fā)表論文較多, 高校相對較少。中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所與其他機(jī)構(gòu)的合作次數(shù)最多,體現(xiàn)了其在濕地碳研究方面具有較強(qiáng)的科研能力。這與國際機(jī)構(gòu)合作情況類似, 不論國際研究機(jī)構(gòu)還是國內(nèi)研究機(jī)構(gòu), 機(jī)構(gòu)間的合作較少, 并且大學(xué)雖然擁有較大的發(fā)文量, 但其文章發(fā)表量和影響力明顯低于科研機(jī)構(gòu)。

3.2 研究熱點(diǎn)

共檢索到近20年來我國發(fā)表的濕地碳研究相關(guān)文章2168篇。2000—2010年和2010—2020年兩個時間段發(fā)表的文章分別占總發(fā)文量的19.3%和80.7%。近20年來, 關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率隨著年數(shù)的增加而逐漸增加, 尤其是2010—2020年期間, 頻率比前10年增加了4—5倍, 此階段對濕地碳關(guān)注度上升顯著(表2)。有機(jī)碳、人工濕地、影響因素、土地利用類型等關(guān)鍵詞多次出現(xiàn), 這表明濕地碳的研究主要集中在有機(jī)碳部分, 并且人為因素對濕地碳的影響一直是研究熱點(diǎn); 隨著時間的推移, 碳循環(huán)、溫室氣體等逐漸成為高頻詞。這些研究受到越來越多的關(guān)注, 表明濕地碳的研究已逐漸轉(zhuǎn)向碳的生物地球化學(xué)循環(huán)的研究。相較于國際研究熱點(diǎn)我國后期才開始濕地土壤有機(jī)碳的研究, 而國際上從發(fā)展之初土壤有機(jī)碳的研究就一直占較大的比重, 并且國際上濕地碳的研究與氮、水結(jié)合緊密, 而我國研究就相對單調(diào)。但是我國在外來物種入侵對濕地碳的影響研究上要領(lǐng)先國外。

圖6 2000—2020 年濕地碳研究國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)合作知識圖譜

Figure 6 Knowledge map of cooperative institutions in the research on wetland carbon research in China during 2000-2020

表2 國內(nèi)濕地碳研究不同年限前10位高頻關(guān)鍵詞

3.3 前沿研究

2000—2020年國內(nèi)研究熱點(diǎn)較國際前沿研究有較大不同(圖7), 我國濕地碳研究雖然受到國際影響較大但是受限于我國發(fā)展現(xiàn)狀, 我國濕地碳研究剛起步可分為三大部分。第一部分為人工濕地: 發(fā)展中國家的水環(huán)境問題特別突出, 隨著國家的不斷發(fā)展, 建成了各種污水處理設(shè)施來應(yīng)對各類廢水排放量的日益增加[43]。但處理后的水較難到排放標(biāo)準(zhǔn), 如果直接排入河流會造成水體富營養(yǎng)化和藻類大規(guī)模爆發(fā), 必然對水體生態(tài)環(huán)境造成危害。人工濕地以其凈化效率高、投資省、出水水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用[44]。污水處理技術(shù)對處理污水中的碳、氮等元素具有良好的效果, 這也促進(jìn)了人們對濕地碳的研究。這部分研究明顯與國際上濕地碳研究初期有較大差別, 國際濕地碳研究初期就開始關(guān)注濕地碳儲量, 定量化濕地的碳通量及其動態(tài)變化。而我國濕地研究初期主要從其水凈化功能上去研究濕地, 其碳的研究也只是服務(wù)于濕地凈化水質(zhì)的一項指標(biāo)而已, 這時我國并沒有將濕地碳作為一個單獨(dú)的科學(xué)研究對象。但是人工濕地的發(fā)展也并未停止, 近些年來我國人工濕地與城市和自然生態(tài)結(jié)合越發(fā)緊密, 將人工濕地與海綿城市、景觀設(shè)計、河流流域相結(jié)合走上了一條符合國情的特色發(fā)展道路。

第二部分為碳循環(huán): 人類消耗大量礦物燃料對碳循環(huán)產(chǎn)生了重大影響, 全世界每年燃燒煤炭、石油和天然氣化石燃料, 以及水泥生產(chǎn)等釋放到大氣中的碳為5.3×1012kg[45]。2018年, 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)濕地雖然僅占陸地面積5%—8%, 卻保存了陸地生態(tài)系統(tǒng)約35%的碳庫[46]。這種規(guī)模的碳儲匯在陸地生態(tài)系統(tǒng)中僅次于森林生態(tài)系統(tǒng), 其在全球碳循環(huán)中是一個不可或缺的一部分。不同生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)碳循環(huán)機(jī)制由于各自具有不同的自然條件而大不相同。濕地受到其獨(dú)特的水文條件和生物條件的影響導(dǎo)致碳收支具有較大的變化, 這也直接影響到全球的碳循環(huán)。因此, 了解濕地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)有利于我們深入了解全球碳循環(huán)。從該時期開始我國濕地碳研究開始追上國際前沿研究, 并且由于我國對化石能源的巨大消耗, 我國CO2的排放量居世界首位, 這也迫使我國于濕地碳研究之初就開始將其與大氣CO2相結(jié)合。現(xiàn)在我國在濕地碳循環(huán)領(lǐng)域開展了一些研究: 探究濕地生物地球化學(xué)過程中植物群落、溫度、水文條件, 特別是土表積水深度和地下潛潛水位等重要控制因子對碳積累與分解的影響; 量化濕地生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境因子如溫度、水位等變化的響應(yīng); 高原濕地碳排放通量研究; 溫度和降雨在徑流、有機(jī)質(zhì)礦化和植物生長過程中如何影響溶解有機(jī)碳的輸出; 青藏高原的穩(wěn)定同位素和生物標(biāo)記物等方法追蹤濕地有機(jī)物來源等方面均有較為深入的研究, 但在濕地碳模型等領(lǐng)域還是較為落后。

第三部分為人為活動影響: 關(guān)于濕地碳儲量和碳循環(huán)的研究較多[47–54], 研究表明超過90%的總碳可以儲存在濕地土壤中。沒有外在因素干擾的情況下, 自然濕地儲存的碳中只有15%會以溫室氣體的形式回到大氣中[55]。因此, 不受外在因素干擾的濕地可以看做一個大氣中CO2的碳匯。然而, 濕地可能帶來的經(jīng)濟(jì)效益, 促使人類不斷開墾濕地、過度采伐。因此, 濕地面積也大幅減少。雖然濕地的保護(hù)越來越受到人們的重視并且隨著《國際濕地公約》和各國和地區(qū)的法律法規(guī)的控制下在一定程度上限制了濕地的開發(fā)利用, 但濕地面積減少的事實依然存在。濕地一旦被開發(fā)用于排水造田等其他用途, 這些均會對濕地造成影響, 例如, 植物和微生物多樣性的改變、含水量的降低等, 這些改變均會加大濕地土壤中的植物殘體和其他形式有機(jī)物的分解, 導(dǎo)致濕地碳流失。據(jù)估計, 在過去近200年中, 由于濕地轉(zhuǎn)為農(nóng)田和林地造成的碳素?fù)p失約為4.1 Gt[56]。針對這一部分我國在濕地土地利用方式下土壤碳儲存研究在沼澤濕地中做了一定的研究。該時間段我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速也導(dǎo)致濕地破壞嚴(yán)重, 因此, 科學(xué)家們對受人為活動影響下濕地研究日益增多, 特別是對濕地碳儲量以及化學(xué)物理形態(tài)的改變有較大關(guān)注。這一時期開始我國濕地碳的研究已經(jīng)和國際上相似, 研究內(nèi)容也趨于一致。

圖7 2010—2020年濕地碳研究關(guān)鍵詞國內(nèi)文獻(xiàn)聚類視圖

Figure 7 Clustering map of keywords of the Chinese papers on wetland carbon research during the period of 2010-2020

4 結(jié)論與展望

2000—2020年來, 國際濕地碳研究文獻(xiàn)數(shù)量增長迅速, 特別是2010—2020年的發(fā)文量占近20年總量的77%。國際濕地碳研究的發(fā)展主要受學(xué)科自身發(fā)展和社會需求驅(qū)動的影響, 目前對濕地碳的儲存量與排放量有了一個定量的認(rèn)識, 并研究了人為影響下濕地碳循環(huán)的改變對濕地作為碳匯的影響程度, 以及模型與濕地溶解有機(jī)質(zhì)特征相結(jié)合構(gòu)建濕地生態(tài)系統(tǒng)碳動態(tài)模型。濕地碳研究突出氣候變化、生態(tài)保護(hù)、碳的全球生物地球化學(xué)循環(huán)等與人類生活密切相關(guān)的研究, 創(chuàng)新性強(qiáng), 且具有引領(lǐng)作用。

近20年來, 我國濕地碳研究總體呈現(xiàn)穩(wěn)定增長趨勢。但結(jié)合文獻(xiàn)計量分析, 我國濕地碳研究與國際濕地碳研究的發(fā)展趨勢存在差異, 研究方法和手段受國外影響較大。我國濕地碳研究區(qū)域主要是濱海濕地與沼澤濕地, 缺乏濕地生態(tài)系統(tǒng)的增匯措施與關(guān)鍵技術(shù), 需要深入研究兼顧生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)和固碳增匯的方法途徑, 將濕地碳匯與碳排放功能有效利用到碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)中。在氣候變化情景下濕地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)及其與氣候系統(tǒng)的互饋作用研究不夠深入, 這需要長期、大規(guī)模的綜合研究及模擬, 以便定量分析濕地碳排放與氣候系統(tǒng)的響應(yīng)關(guān)系。需要具體核算其他生態(tài)系統(tǒng)及人為管理措施對濕地生態(tài)系統(tǒng)碳匯的影響潛力, 并將其應(yīng)用于不同的碳中和路徑評價不同的管理體系對濕地生態(tài)系統(tǒng)增匯的有效性、可行性以及經(jīng)濟(jì)性, 以便提出濕地生態(tài)系統(tǒng)增匯新技術(shù)方法和政策理論體系。積極關(guān)注生態(tài)保護(hù)和濕地碳動態(tài)模型等方面研究, 深入研究氣候變化、人類活動與濕地碳循環(huán)、全球碳循環(huán)的耦合關(guān)系與相互作用機(jī)理。

總體而言, 雖然我國濕地碳研究起步較晚, 但如今在總體上已追上國際研究的步伐, 甚至在一些領(lǐng)域已近領(lǐng)先國際水平, 在未來研究工作應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)如下幾個方面: 1)增強(qiáng)濕地土壤沉積動力學(xué)與生態(tài)變化的研究: 中國雖對濕地沉積已有初步研究積累, 但研究不夠深入, 特別是濕地沉積的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、物質(zhì)組成和沉積規(guī)律應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步的研究, 需要定量揭示濕地土壤沉積碳速率變化的時空變異特征、影響因素和調(diào)控途徑; 評估濕地土壤碳匯功能的穩(wěn)定性和持續(xù)性, 從而對全球氣候變化提出預(yù)測。2)關(guān)注濕地碳動態(tài)變化: 目前有關(guān)濕地碳動態(tài)變化的研究, 多基于有限空間尺度的少量研究, 但對于覆蓋多類型、大尺度的綜合研究及模擬缺乏系統(tǒng)、長期的定位研究, 缺少定量分析濕地生態(tài)系統(tǒng)的固碳速率, 以及以縣、市、省等行政區(qū)劃為主體的固碳速率和分析固碳速率的不確定性3)加強(qiáng)濕地碳循環(huán)機(jī)理研究: 濕地碳循環(huán)過程機(jī)理研究目前在國內(nèi)均較為薄弱, 在不同濕地類型下碳的沉積年代與積累歷史、碳凈通量、影響有機(jī)碳的組成及分解轉(zhuǎn)化的參數(shù)和水文特征、水文地質(zhì)條件如何影響濕地有機(jī)碳積累與分解等方面需要進(jìn)一步進(jìn)行系統(tǒng)研究, 分析濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳庫的形成與穩(wěn)定機(jī)制,探究影響濕地土壤碳庫碳轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵屬性及土壤碳轉(zhuǎn)化關(guān)鍵過程及其生物和非生物機(jī)制對全球氣候變化的響應(yīng), 探索濕地植物和土壤微生物群落影響有機(jī)物穩(wěn)定性的機(jī)制。4)加強(qiáng)研究氣候變化和人類活動導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)碳動態(tài)變化: 結(jié)合長期樣地、通量觀測、遙感監(jiān)測、模型模擬等技術(shù)手段, 進(jìn)一步構(gòu)建紅樹林、鹽沼等典型濕地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量與碳通量的評估體系, 闡明氣候變化與人類活動影響下碳儲量與碳通量的時空格局、演變規(guī)律及演化特征, 揭示碳匯關(guān)鍵過程與調(diào)控機(jī)制。雖然我國對此

做了大量研究, 但是在全球氣候變化如何對人為活動造成濕地碳循環(huán)變化的響應(yīng)與反饋上缺乏充分認(rèn)識。5)加強(qiáng)濕地生態(tài)系統(tǒng)與其它周圍生態(tài)系統(tǒng)之間的碳流通及相互作用的研究。我國對單個濕地生態(tài)系統(tǒng), 例如紅樹林濕地、高原濕地研究較為透徹, 但其與其他生態(tài)系統(tǒng)的相互作用沒有深入研究, 應(yīng)當(dāng)將濕地生態(tài)系統(tǒng)與其它生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)相結(jié)合, 將濕地碳循環(huán)與全球碳循環(huán)更好的結(jié)合起來讓其更具有現(xiàn)實意義。6)更精確計算中國濕地生態(tài)系統(tǒng)全組分碳庫的存量并系統(tǒng)評估碳庫空間變異性及影響因素; 量化碳庫成分及其與地上植被、地下植被、土壤和凋落物的關(guān)系; 評估現(xiàn)有碳庫量和容量, 揭示碳庫的穩(wěn)定性及其估算的不確定性, 提出并完善碳庫評估及其不確定性量化的方法體系。

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Research progress and trend of wetland carbon in the past 20 yearsbased on bibliometric analysis

WU Zhinan1, OU Zhengfeng2, WU Ruizhi3, LIU Chun1,*, HU Xiaonong1,HUANG Yongqi2

1.College of Life Science and Technology,Engineering Research Center of Tropical and Subtropical Aquatic Ecological Engineering of Ministry, Jinan University, Guangzhou 510632, China 2. Guangdong Institute of Water Resources and Hydropower Research, National and Local Joint Engineering Laboratory of Estuary Hydropower Technology, Guangzhou 510635,China 3. Faculty of Business Administration, Guangdong Baiyun University, Guazngzhou 510550, China

As a key transition zone between land and waterbody, the dynamic change of wetland carbon has a significant impact on ecosystem services, global carbon cycle and climate change. In this study, in order to better understand the progress and frontier dynamics of wetland carbon research at home and abroad, the bibliometrics analysis was performed based on the data extracted from the Web of Science database and China national knowledge Infrastructure (CNKI) database using CiteSpace software to summarize and analyze the development progress of wetland carbon research over the past 20 years.The results showed that in the past 20 years, 2168 articles and 5810 articles on wetland carbon had been published in China and international countries, respectively. The amount of articles published in the past 10 years had increased by 3-4 times compared with the amount of domestic and foreign articles published in the previous 10 years. Compared with foreign wetland carbon research, the early stage of wetland carbon research in China was mainly for the sewage treatment. However, the early stage of wetland carbon research in the world initially focusedon the wetland soil, water, and nitrogen research, and sustainable development in the direction of global climate change, dynamic changes in carbon, and wetland sediments; the high-frequency words, such as carbon cycle, greenhouse gases, carbon sink, were appeared in the wetland research in China because of the unique environmental status and geographical environment, indicating that the wetland carbon research in China gradually shifted to the research of carbon biogeochemical cycle and climate change. Finally, through comparative analysis of the hotspots and frontiers of wetland carbon research at home and abroad over the past 20 years, future research of wetland carbon in our country was proposed.

wetland carbon; Citespace; network map analysis; bibliometric analysis; climate change

10.14108/j.cnki.1008-8873.2024.01.026

S157

A

1008-8873(2024)01-218-11

2021-08-14;

2021-11-10

國家自然科學(xué)基金項目(42007049); 粵桂科技合作基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目(2022GXNSFDA080009); 廣東省水利科技創(chuàng)新項目(2020-07); 廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金項目(2020A1515110524); 中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項目(21620303)

吳志男(1997—), 男, 湖北孝感人, 碩士研究生, 主要從事土壤侵蝕與濕地碳循環(huán)方面研究, E-mail: zhinanwu@stu2020.jnu.edu.cn

通信作者:劉春, 男, 博士, 副教授, 主要從事土壤侵蝕與碳循環(huán)研究, E-mail: lspring@hnu.edu.cn

吳志男, 歐正蜂, 吳睿智, 等. 基于文獻(xiàn)計量分析的近20年濕地碳研究進(jìn)展與趨勢[J]. 生態(tài)科學(xué), 2024, 43(1): 218–228.

WU Zhinan, OU Zhengfeng, WURuizhi, et al. Research progress and trend of wetland carbon in the past 20 years based on bibliometric analysis[J]. Ecological Science, 2024, 43(1): 218–228.