基于CiteSpace的国内外城市植物多样性研究对比分析

甘玉婷，倪榕蔚，舒 柳，李岩林，黄柳菁

（福建农林大学园林学院，福建福州350002）

植物多样性是生物多样性的重要组成部分，在城市生态系统中，植物多样性又具有了一定的特殊性。城市植物多样性（Diversity of Urban Plants）是城市范围内所有植物种类的总和，是从分类学、系统学以及植物地理学等方面调查研究城市内所有植物种类的状况，探究园林植物的生物学、生态学特性与城市环境之间的相互关系[1]。城市绿化的发展重点是建立稳定丰富的植物群落，城市植物多样性是改善城市生态环境，丰富城市景观效果，凸现地域特色以及促进区域社会、经济、环境可持续发展的重要基础。保护城市植物多样性是保护城市所有生物的基础[2]。

植物群落在城市生态系统中发挥着重要的作用，由于受到人为因素的干扰，种植规划在树种选择方面存在千篇一律的问题，城市植物的多样性较低。植物多样性与人类的生活息息相关，1992年，国际组织在巴西里约热内卢签订了《生物多样性公约》，随着生物多样性保护的推进，国内外针对城市植物多样性也陆续展开了相关研究，探究其发展状况有利于深入了解国内外的研究动态和进展，为国内的研究提供借鉴与指导，从而更好的研究和保护城市植物的多样性。本研究利用CiteSpace 文献计量工具，从年发文量、主要研究作者、研究机构及研究热点等方面分析了国内外城市植物多样性研究的发展脉络以及热点趋势，为后续的相关研究提供理论和实践启示。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

采用CiteSpace 可视化软件分别对中国知网（CNKI）数据库及“WOS 核心合集”数据库进行检索，前者以“学术期刊”为文献的类型进行高级检索，主题词为“城市”以及“植物多样性”，限定时间为“不限—2020年”，经过检索和后期人工筛选得到共计368 篇有效文献。后者选择检索词为主题“plant diversity（植物多样性）”AND“urban（城市化的）”，时间设定为“1985年—2020年”，选择文章类型为“review”和“article”，经过检索和后期人工筛选得到相关论文496 篇，检索时间为2020年12月17日。

1.2 研究方法

对导入的数据进行格式转换，以1年为时间切片(Years Per Slice)，勾选标题(Title)、摘要(Abstract)、主要作者(Author Keywords)、关键词(Keywords Plus)作为数据的来源，分别对国内外的数据以作者(Author)、研究机构（Institutions）、关键词(Keyword)作为节点类型(Node Type)进行分析并绘制知识图谱。

2 结果与分析

2.1 年发文量趋势对比分析

分析发文量的时间分布变化有利于了解该研究领域的发展动态、速度及趋势。国内外城市植物多样性的研究发文趋势如图1所示：总体来看，国内外的年发文量总体趋势相同。我国的城市植物多样性研究自上世纪90年代开始起步，1994年，民办资源研究所报告提出全球环境问题的十大趋势，其中包括生物多样性[3]，有关它的第一篇文章首次见刊于《生态学杂志》，强调城市生物多样性的保护是整个自然保护的重要部分。1998年，研究学者开始关注城市植物多样性的保护[4]及其在城市生态系统中的作用[5]；研究开始起步，建设部于2002年下发《关于加强城市生物多样性保护工作的通知》，进一步强调人类赖以生存和发展的基础是生物多样性，发文量也在持续增加。国外的相关研究早于国内，1987年，Nelson 发表了第一篇有关城市生物多样性的文章，提出动植物在城市中具有十分重要的作用，单独研究城市植物多样性的文章首次出现于2002年，晚于国内。总体来看，国外的总发文量高于国内：1998—2010年，国内外的发文量均缓慢上升，2010年国内外发文量均达到第一次高峰，可能是由于这一年颁布了《中国生物多样性保护战略与行动计划》，推动了研究的发展；2010—2012年，国内外的发文量均呈下降趋势，表明该阶段的研究出现了短暂的停滞；2012—2014年，国内外的发文量开始回升；2014—2018年，国外的发文量逐年迅速上升，表明世界各国的研究进展顺利，而国内的研究数量则不断下降；2019年，国内外年发文量达到最大值，并于2020年同时下降。

图1 国内外年发文量对比图Figure 1 Comparison of annual publications at home and abroad

2.2 主要研究作者对比分析

根据图2的合作网络共现知识图谱可以看出，国内发文量较高的研究团队相对集中，形成了固定的研究团体，数量较少，合作关系相对不密切； 其中以达良俊、王娟、李艳艳为核心的研究团队发文量最多，数量为9 篇； 研究团队将上海市的城市植被作为研究对象，探究城市化进程中上海植被的多样性、动态响应和空间格局[6]；发文量第二的为以何荣晓、杨帆等为核心的研究团队，以海口市城市植物为研究对象，探究遥感植被指数[7]、森林结构[8]等与城市植物多样性之间的关系。文献产出多的研究者们倾向于从不同角度探究某一城市的植物多样性与城市空间结构之间的关系；此外，由尹锴、石龙宇、吝涛组成的研究团队探讨了人为干扰对城市植物多样性的影响[9]； 邓琳、于宁、乔雪等则关注于城市植物多样性现状及保护对策[10]。从总体上来说，国内研究者的数量和合作均较少。

图2 国内研究作者合作网络共现知识图谱Figure 2 Co-occurrence knowledge map of domestic research authors'cooperative network

国外的研究者们则形成了相对稳定且数量较多的合作关系，通过发文作者合作共现网络图谱可以总结出合作密切的学者团体，发掘该研究领域的团队效应。从图3可以看出，发文最多的作者是Knapp S 和Kuhn I，为9 篇；发文量第二的作者有Kowarik I，Lososova Z 和Klotz S，发文量为8 篇；发文量大于5 篇的作者还有Pysek P，Baur B，Aronson MFJ,Cavender-Bares J, Pataki DE 和Ricotta C。国外作者之间的合作关系十分紧密，Kuhn I、Klotz S 和Knapp S 等学术团队主要从时间尺度上研究城市化进程下植物多样性的变化及其在城市和郊区的差异[11]；Lososova Z 与众多研究者存在合作关系，其中与Chytry M 等为核心的研究团队致力于探究外来入侵植物与原生植物之间的关系[12-13]；Kowarik I, Gopal D 和Von der Lippe M 等学术团队探究了城市栖息地对多样性保护的贡献[14-15]。从合作网络来看，学者之间交流频繁，合作关系紧密。

图3 国外研究作者合作网络共现知识图谱Figure 3 Co-occurrence knowledge map of foreign research authors′cooperative network

2.3 主要研究机构分析

分析研究机构的分布，可以了解该研究领域学界的合作情况。根据图4可以看出，研究机构主要集中在高校，相互间的合作较少，至多以三个机构之间形成合作关系； 其中发文量最多的为华东师范大学环境科学系，8 篇；与上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室和天童森林生态系统国家野外科学观测研究站三者形成研究机构团体，以上海市城市植被为研究对象发表系列专题文献；海南大学林学院和西南林学院园林学院发文数量均为3 篇，二者分别与桂林旅游学院旅游休闲与管理学院、云南省高校园林植物与观赏园艺重点实验室之间存在合作关系，其余大部分机构不存在与其他机构合作的情况。

图4 国内研究机构合作网络共现知识图谱Figure 4 Co-occurrence knowledge map of domestic research institutions'cooperation network

另一方面，国外的研究机构相互之间合作紧密，大部分研究机构存在多个合作对象；如图5所示，中国科学院(Chinese Acad Sci)发文量第1，21 篇；发文量第2 第3 的机构均位于德国，排名第2 的是亥姆霍茨环境研究中心(UFZ Helmholtz Ctr Environm Res)，17 篇；柏林科技大学（Tech Univ Berlin）排名第3，13 篇；英国的谢菲尔德大学（Univ Sheffield）排名第4，12 篇；捷克的马萨里克大学（Masaryk Univ）排名第5，11 篇；意大利的罗马大学（Univ Roma La Sapienza）排名第6，10 篇。由此可见，德国和中国的研究机构在该领域具有影响力。

图5 国外研究机构合作网络共现知识图谱Figure 5 Co-occurrence knowledge map of foreign research institutions'cooperation network

2.4 研究热点分析

对CiteSpace 运行出的国内研究关键词共现网络分析结果进行聚类分析，得到12 个明显的聚类，并归纳为3 个主题集群，模块值（Q 值）=0.62，平均轮廓值（S 值）=0.84，说明该聚类是合理的，表1为相应的聚类信息表。

表1 国内聚类信息表Table 1 Domestic clustering information table

（1）多样性研究：该主题群研究内容集中，强调园林建设中植物多样性的保护规划。

（2）园林植物群落研究：聚类2、3 体现了研究侧重于植物群落的调查分析、保护措施以及应用现状，聚类6的同质性高达0.964，平均年份为2009，强调关注乡土植物在城市绿地系统中的作用，研究区域以城市公园居多。

（3）城市绿化研究：聚类5、8、9 体现了园林绿化研究的内容始终离不开风景园林和生态城市的建设，聚类10 城市湿地的同质性为0.957，城市湿地具有物种丰富的生物体系和重要的生态功能，也是植物多样性保护的重点研究区域[16]。总体而言，国内的研究内容主要集中于园林植物的物种组成和结构特征、应用现状和保护规划上，聚类的平均年份集中在2010-2012年，说明近年来新的研究热点较少，深度和广度不足。

对CiteSpace 运行出的国外研究关键词共现网络分析结果进行聚类分析,得出11 个明显的聚类，归纳为2 个主题集群，模块值（Q 值）=0.69，平均轮廓值（S 值）=0.66，说明该聚类是合理的，表2为相应的聚类信息表。

表2 国外聚类信息表Table 2 Foreign clustering information table

（1）园林植物群落研究：该主题群研究内容与国内相似，存在许多相同的聚类，如聚类6 native plants（乡土植物）和聚类12 plant community（植物群落），但国外更侧重于研究干扰和外来植物对乡土植物的影响，此外，由于国外拥有较多的家庭花园，针对苔类植物的研究较多，例如Josep 等[17]分析了美国6 个主要城市地区117 个私人庭院的植物物种丰富度以及植物区系的系统发育组成。

（2）研究切入点：该主题总结了国外不同于国内的研究切入点，包括边缘效应、用地变化、景观指数、恢复生态学研究等； 聚类8 体现了德国在该研究领域的研究具有一定的影响力，对应德国机构的高发文量；国外对草地生态系统的关注度较高，Onandia G 等[18]对城市草原生态系统的研究发现保护和提高城市生物多样性有利于保护与农业生产相关的生态系统服务。综上所述，国外的研究很早就关注到了多样性在宏观尺度上的影响及作用，研究内容广泛深入。

2.5 研究趋势分析

根据国内的研究热点关键词时区图（见图6）、年发文量趋势图（见图1）以及表3，可以将国内的研究概括为以下3 个阶段：

图6 国内研究热点关键词时区图Figure 6 Time zone diagram of hot keywords in domestic research

（1）1998—2002年的起步阶段。该阶段发文量较少，11 篇；1998年，学者开始关注城市生态系统中植物多样性的作用[19]。进而出现包括城市植物群落的多样性分析[20]，城市绿地系统植物多样性的保护[21]等方面的相关研究。体现了对多样性保护的重视。

（2）2003—2010年的探索阶段。该阶段发文量129 篇；在生物多样性保护的推动下，研究者们从不同的角度研究植物多样性对城市的影响，这一时期出现了“城市绿地”、“城市绿化”、“城市公园”等关键词，有关各个城市的植物多样性调查增多，研究内容涉及城市不同类型的绿地[22-23]；此外，还出现了包括“乡土植物”、“种群结构”、“物种多样性”、“保护规划”等关键词，2003年，乡土植物的重要性被首次强调[24]；2008年，冷冰等[25]总结了城市植物多样性的调研方法，推动了后续的研究。其中，“物种多样性”和“城市绿地”的中心度较强，分别是0.21 和0.15；总体来看，该阶段深入研究了不同城市的植物多样性现状，探讨了相应的保护策略，为研究的发展奠定了基础。

（3）2011—2020年的稳定阶段。该阶段的年发文量在稳定范围内波动，总计228 篇；出现了“群落结构”、“存在问题”、“功能多样性”、“谱系多样性”等关键词。2011年，雷一东等[26]首次提出了城市植物同质化的问题，强调了保护乡土植物，慎重引入外来植物的重要性；这一时期，随着研究者增多，地理信息系统和遥感技术成为了研究的重要工具，何荣晓等[7]利用遥感与实测数据分析了植被指数与多样性指数之间的相关性，构建了植物多样性遥感监测数学模型。从关键词可以看出，研究在数据处理方面更加注重对指数的深入分析[27]，侧重于研究城市植物多样性与环境因子的关系[28]，探讨园林绿化存在的问题，研究虽有推进，但始终不够深入。

根据图7、图1以及表3，国外的研究发展则可以概括为以下两个阶段：

表3 国内外城市植物多样性研究高频关键词Tab.3 High frequency keywords of urban plant diversity research at home and abroad

图7 国外研究热点关键词时区图Figure 7 Time zone diagram of hot keywords in foreign research

（1）2002—2008年的起步阶段。该阶段的发文量较少，共计46 篇，但研究关键词的涌现主要集中于这一时期。该阶段出现了许多有关城市景观格局的关键词，如“fragmentation（破碎）”、“land use（土地利用）”、“disturbance（干扰）”、“landscape structure（景观结构）”、“community structure（群落结构）”、“management（管理）”、“conservation（保护）”等，2003年，Hope D 等[29]指出社会经济学推动了城市植物的多样性，Gregg JW 等[30]探究了城市化对植物的影响，Knapp S 等[31]探究了城市和郊区的保护区在物种多样性方面是否有差异； Bastin I 等[32]通过研究破碎化城市植物种类的分布情况，关注城市栖息地保护区的建设。表明在研究初期将城市植被作为景观的重要组成部分，注重对植物多样性的管理和保护； 此外，“invasion（入侵）”、“rural gradient（郊区梯度）”、“alien plant（外来植物）”、“ecosystem（生态系统）”等关键词的出现，体现了研究初期对外来植物研究的重视； 2006年，研究学者通过比较德国城郊的植物区系并发现了植物同质化现象。指出保护和管理特定城市生境的重要性[33]。该阶段的研究从不同角度展开，为深入研究奠定了基础。

（2）2009—2020年的快速发展阶段。这一阶段的发文量迅速上升，总计459 篇；出现了许多新的关键词，其中有关多样性的关键词包括“functional diversity （功能多样性）”、“species diversity （物种多样性）”、“beta diversity（β 多样性）”、“species composition（物种组成）”等； Nock CA 等[34]探究了城市化对北美东部树种功能多样性的影响； Knapp S 等[35]研究发现城市化进程中物种丰富度虽然增加，但系统发育丰富度和多样性却降低，研究者倾向于探讨大的时间或空间尺度下植物多样性的变化，这一时期对城市植物多样性发展脉络的研究更加全面和深入。此外，“ecosystem service （生态系统服务）”、“ecosystem function （生态系统功能）”、“ecosystem structure（生态系统结构）”等有关生态系统的关键词大量出现，针对屋顶绿化的研究发现，屋顶绿化的植物多样性能够提高生态系统功能[36]，研究逐渐关注生态系统服务及功能。这一时期逐渐形成了完整的研究合作体系，发文量迅速增加，以2019年产出的研究成果最多，针对城市植物多样性的研究不断深入和广泛。

3 结论与讨论

通过运用CiteSpace 可视化软件对国内外城市植物多样性研究进行可视化分析，可以得出以下结论：

（1）在年发文量趋势方面，国内研究经历了3 个阶段：1998—2002 的起步阶段，2003—2010年的探索阶段以及2011—2020 的稳定阶段； 国外研究则经历了两个阶段：2002—2008年的起步阶段和2009—2020年的快速发展阶段。单独研究城市植物多样性的文章最早出现于国内，总体来看，国内外的年发文趋势大体相同，并同时于2019年达到发文量的最大值，但国外的发展速度更快，总发文量更多。

（2）在研究作者合作方面，国内发文量较高的研究团队相对集中，形成固定的研究团体，且数量较少，合作关系相对不紧密，其中以达良俊、王娟、李艳艳为核心的研究团队发文量最多； 国外的研究者们则形成了相对稳定且数量较多的合作关系，发文作者之间交流较多，学者之间的联系十分紧密，其中以Kuhn I、Klotz S 和Knapp S 等为核心的学术团队的发文量最多。

（3）在研究机构合作方面，国内的研究机构主要集中在各大高校，且彼此间的合作较少，至多以3 个机构之间形成合作关系；其中发文量最多的为华东师范大学环境科学系，与上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室存在紧密的合作关系；国外的研究机构相互之间合作紧密，大部分研究机构存在多个合作对象；中国科学院( Chinese Acad Sci)发文量第1，发文量第2 第3 的机构均位于德国，中国和德国的研究机构在该研究领域具有一定的影响力。

（4）在研究热点及趋势方面，国内的研究从起初开始关注植物多样性在生态系统中的作用，进而研究不同城市的植物多样性现状，完善调研方法和分析方法，探讨相应的保护策略，研究热点停留在较浅的层面；国外的研究初期则将城市植物群落作为景观的重要组成部分，关注城市植物多样性的管理和保护以及外来入侵植物的研究，进而探讨生态系统服务及功能；研究热点深入且广泛，生态系统服务和功能多样性将会是国内外今后的研究热点。

总体来说，国外的研究内容更加丰富全面，研究的时间和空间尺度更大，研究作者及研究机构的合作关系紧密，从而推动了研究的整体发展；国内的研究在时间和空间的尺度上均较小，研究内容相对局限，不够深入，近年来很少出现新的研究热点，学者间的交流较少，研究机构的合作较少。当前国内的研究应加强作者之间以及机构之间的交流合作，从而形成完整的研究体系，丰富研究内容，扩大研究尺度，逐步推进城市植物多样性的保护研究。随着国内研究的不断深入，保护本地树种，恢复以乡土植物为主的配置格局，形成层次丰富，结构稳定，物种多样的近自然植物群落，形成复合形式的生态系统，提高城市园林绿地的综合效益，是城市生态园林建设今后将持续研究的问题[37]。