国内生物固碳研究热点分析及科学知识图谱构建

应用SATI软件[1]对文献关键词数据进行统计，共有12677个关键词，为避免同义关键词和不规范关键词影响分析结果，本章对关键词进行了一定程度的人工干预，合并了意义相近的关键词（如碳储量和碳贮量，二氧化碳和CO2等），从中提取了出现30次以上的高频关键词，如表3.6所示。

表3.6　生物固碳领域文献中出现频次大于30的高频关键词

共词分析方法是指统计一组文献的关键词两两之间在同一篇文献中出现的频率，形成一个由这些词对关联所组成的共词网络（网络内节点之间的远近可以反映主题内容的亲疏关系），进而分析这些词所代表的学科和主题的结构变化。为了客观地分析国内生物固碳研究的热点，分别运用社会网络分析软件UCINET和信息可视化软件CiteSpace Ⅲ从两个不同角度构建科学知识图谱。

（1）高频词共现网络

利用提取的高频关键词构建64×64的共词矩阵，运用UCINET的绘图功能，将关键词共现矩阵的数据转换为一个关键词网络图（见图3.2）。①以气候变化、碳汇、碳储量为中心的众多节点组成的网络图谱已经形成，其中与碳汇、碳储量联系较紧密的有生物量、土壤、微生物、森林、湿地、陆地生态系统等，这说明在全球气候变化、温室气体含量增高的背景下，生物固碳的研究逐渐增多，生物固碳的过程与土壤、微生物、森林、湿地、陆地生态系统等密切相关，这是生物固碳研究的主要内容。②网络中存在一些小聚类，图3.2左侧是以微生物、生物能源、低碳经济、微藻、CO2等为主要节点的聚类，这表明生物固碳研究中利用微藻固定CO2的研究已经开展，并形成相对稳定的研究内容；下侧是以固碳潜力、碳库、影响因素、碳汇功能、土壤、秸秆还田、长期施肥等为关键节点的聚类，表明不同生态系统管理措施及固碳能力是生物固碳研究的重点领域；而右侧则是以生态系统、生态效益、生态服务功能、森林、价值评估等为主要节点的聚类，表明关于不同生态系统服务功能及价值评估的研究已初具规模。

图3.2　高频关键词共现网络

（2）关键词聚类图谱(www.xing528.com)

选择关键词作为网络节点类型，运行CiteSpace Ⅲ软件进行聚类，得到图3.3。在共词网络图分析和文献内容分析的基础上，对关键词聚类图谱展开更加详细的研究，深入挖掘和分析，可知目前主要的研究热点如下。

图3.3　关键词聚类图

①国内生物固碳研究的大背景——节能减排、低碳环保。从《京都议定书》到哥本哈根会议，减排已成为全人类公认的共同使命，我国也制定了2020年单位国内生产总值CO2排放量比2005年下降40%～50%的减排目标[2]，明确将节能减排提上日程。在节能减排的压力下，生物固碳因具有成本低、风险小、监测和监管简单等优点而备受瞩目，是一种安全、经济、有效的固碳减排方式。聚类1主要包含碳汇、固碳、碳源、可再生能源、气候变化、哥本哈根协议、气体排放、碳排放、低碳城市、低碳发展、环境经济等关键词，且与聚类2、3、4联系紧密，这更加印证了在节能减排、低碳环保背景下，国内科研人员开始重视生物固碳相关研究。

②不同生态系统的固碳过程和固碳机理。聚类2以气候变化为中心，积聚了众多的节点，既有土壤有机碳库、湿地、土壤、陆地生态系统、水稻土这些代表不同生态系统的关键词，又有涉及固碳过程的碳循环、土壤腐殖质碳、团聚体、有机化合物、颗粒有机质等专业词汇集。这说明不同生态系统（陆地森林、草原、农田及土壤）的固碳机理研究是学者讨论最多的热点主题之一。如许炼烽等[3]指出森林土壤的固碳机理包括稳定性有机物——矿物复合体的形成、持久性封存的深层碳的增加、耐分解有机物成分的积累以及土壤团聚体结构中碳的物理性保护。邱广龙等[4]指出海洋生态系统的固碳机理包括海床草对碳的固定、海草草冠对水体有机悬浮颗粒物的高效捕获、植物碎屑物在缺氧性海草床沉积物中的低分解率和相对稳定性。

③区域生物固碳模型、固碳定量化以及区域碳储量分布与评估研究。聚类3以土壤有机碳为中心，同时包含土壤有机碳库、土壤有机碳密度、影响因子、显著性、温室效应等关键词，而聚类4主要包括碳储量、生物量、碳密度、碳通量、人工林、黄土高原、植物根系、土壤碳汇、有机碳密度等关键词。显然，聚类3主要是关于生物固碳模型模拟估算区域固碳潜力的，而聚类4则关注区域碳储量的分布与评估定量化研究。这表明在对生态系统固碳过程和机理科学认识的基础上，尝试建立固碳模型，通过模型模拟以评估区域的生物固碳潜力，把握区域碳储量的分布，也是国内生物固碳领域的一大研究热点。如黄磊等[5]以沙坡头人工植被区的苔藓结皮和藻类结皮为研究对象，通过对土壤水分的连续测定，确定其光合作用和呼吸作用的有效湿润时间及其与土壤水分、温度和太阳辐射的关系，建立了土壤水分驱动下的固碳模型。刘迎春等[6]以黄土丘陵区的主要造林树种——油松和刺槐为研究对象，测定森林乔木、灌木、草本生物量及凋落物碳储量，从获取的土样中得到土壤有机碳储量，再结合文献数据和农田碳储量数据，建立0～86年生油松林和0～56年生刺槐纯林生态系统碳储量－林龄序列，并在此基础上分析造林对生态系统碳储量和固碳潜力的影响。

④微藻固碳及生物能源技术。聚类5主要包含微藻、减排、生物柴油、生物能源、温室气体、中国、能源短缺、可再生能源、厌氧甲烷氧化、功能微生物、CO2固定等关键词。显然，该聚类是关于微藻固碳及生物能源技术主题的。我国2007年9月发布的《可再生能源中长期规划》提到“2020年生物柴油年利用量将达200万吨”[7]，在CO2减排、新兴能源生产双重压力下，微藻固碳及生物能源技术因能同时满足“固碳”和“产能”需求而受到研究人员的高度关注。目前，微藻固碳及生物能源技术研究主要集中在低成本藻种技术、养殖技术、采收与提油产业化技术等方面[8]。

⑤生态系统服务功能及价值评估。聚类6中的关键词有森林生态系统、森林碳汇、生态系统服务功能、固碳能力、生态效益、生态服务价值、价值评估、退耕还林、生物生产力、评价等。这表明生态系统服务功能评价也是国内生物固碳领域的研究热点之一。固碳释氧功能是生态系统的重要服务功能之一[9]，有众多学者对生态系统多种服务功能进行量化评估研究。如段晓男等[10]通过建立模型，得出红树林湿地和沿海盐沼的固碳速率最高，还计算出了退田还湖和退田还泽的固碳潜力，为湿地生态系统管理和服务功能评价提供了科学依据。