可持续性科学研究热点及其知识基础
——以SustainabilityScience载文数据为例

苏　飞，应蓉蓉，张慧敏，赵樱紫

1 浙江工商大学旅游与城市管理学院, 杭州　310018 2 中国科学院东北地理与农业生态研究所, 长春　130102



可持续性科学研究热点及其知识基础
——以SustainabilityScience载文数据为例

苏飞1,*，应蓉蓉1，张慧敏2，赵樱紫1

1 浙江工商大学旅游与城市管理学院, 杭州310018 2 中国科学院东北地理与农业生态研究所, 长春130102

摘要:以Sustainability Science 2006—2015年间刊载的论文为基础数据，应用CiteSpace软件，采取文献共被引分析、关键词共现分析、突现词分析等方法对可持续性科学研究现状进行可视化分析。研究发现，Sustainability Science载文质量和国际影响力逐年上升；日、美、德、澳、加5国及东京大学、联合国大学、亚利桑那州立大学、茨城大学、京都大学、大阪大学、中国科学院等研究机构发文量位居前列，具有较强的研究实力。Komiyama H、Lang D J、Miller T R、Talwar S、Clark W S等是期刊载文引用较多的作者，显示了这些学者在可持续性科学领域的权威性。可持续性科学研究主要聚焦“可持续性”、“气候变化”、 “概念框架”、“管治”、“脆弱性”、“适应性”、“恢复力”等热点问题。可持续性科学研究的知识基础主要包括“学科发展”、“跨学科研究”、“规划机制”、“灾害管控”、“信息管理”、“海岛环境”、“沿海脆弱性评估”、“土地利用”和“生态景观”等研究领域。

关键词：可持续性科学；研究热点；知识基础；可视化分析

可持续发展概念是在1987年联合国世界环境与发展委员会(WCED)的报告《我们共同的未来》中正式提出。近30年来，可持续发展理念受到联合国和世界各国的高度重视，已成为学术界和社会各界广泛关注的重大科学和决策问题[1]。作为可持续发展的科学依据与运作指南，可持续性科学也于21世纪初应运而生[2]。在短短的十几年间可持续性科学发展迅速，研究领域不断拓展、研究内容日益丰富、研究方法更加多元[1- 2]，其科学概念框架与研究体系正在形成与完善[3- 4]，相关研究成果也大量涌现。在可持续性科学迅猛发展的大背景下，分析可持续性科学的属性与特征，准确把握其知识演化历程与趋势，对推进该科学健康发展具有重要意义。

科学文献中识别并显示科学发展新趋势和新动态的通用方法是知识图谱和可视化技术[5]。运用科学知识图谱方法绘制学科内具有代表性的学术期刊的知识图谱，能够较好地反映该学科的概况。如李杰等[6]基于SafetyScience期刊载文，分析了安全科学的知识图谱；姜道奎[7]基于中国社会科学引文数据库(CSSCI)对《中国人口·资源与环境》的研究热点及其知识基础进行了分析。作为可持续性科学领域中的知名期刊，SustainabilityScience创刊于2006年10月，是由 SPRINGER JAPAN KK 主办，以宣传可持续发展为办刊宗旨的学术期刊。主要刊发地球科学、环境变化与预测、生态学等方面的最新研究成果，并以多视角、多层次、多学科报道国际可持续发展理论和实践、公共政策等方面的学术前沿动态，为建立和发展可持续发展理论体系、促进社会经济可持续发展服务。自创刊以来，随着经济社会发展和科技的进步，SustainabilityScience进行了改版，2006—2012年为半年刊，2013年改为季刊，期刊载文质量与学术影响力也在不断上升，2011年影响因子为0.886，2014年影响因子升至3.119，在环境科学领域223种期刊中位列第49位。因此，本文选择SustainabilityScience的载文为研究对象，利用可视化分析软件CiteSpace，厘清可持续性科学研究的知识基础、发展脉络与合作网络，探究可持续性科学研究的前沿热点与发展趋势，以期为可持续性科学的长足发展提供科学参考。

1研究方法与数据来源

文献引文网络分析软件CiteSpace 是在科学文献中识别及显示科学发展新趋势和新动态的一种文献计量学方法，主要是利用Java 应用程序，分析特定知识领域的研究热点及发展趋势。CiteSpace利用信息科学中“研究前沿”和“知识基础”间的时变对偶关系，动态显示突现的概念和潜在的研究问题。利用聚类视图和时区视图，动态了解知识基础及研究前沿术语的趋势与变化，并通过确定研究前沿的关注焦点，揭示导致研究前沿演变的重要知识转折点，发掘不同研究前沿间的联系[5]。CiteSpace描绘的知识图谱利用不同颜色反映各个知识节点出现及发生联系的时间段。其中，节点的年轮状结构反映了节点(代表共引文献及研究突变词或文献中出现的关键词)在不同时段的出现情况，各同心圈的大小反映了节点在所出现年代的数量多寡，具有紫红色外框的节点被视为发生研究转向或引发大量学者关注的突现节点，需要重点分析。各个节点之间不同颜色的连线反映了节点之间发生关联的年代，其连线的粗细反映了两者之间关联性的大小[8]。

Web of Science(WOS)是美国Thomson Scientific(汤姆森科技信息集团)基于Web开发的产品，是大型综合性、多学科、核心期刊引文索引数据库，收录了9000多种世界范围内最有影响力的、经过同行专家评审的高质量的期刊。鉴于 WOS 收录期刊的广泛性和权威性，以 WOS 核心库为数据源，以“来源出版物名称=(Sustainability Science)”为检索条件，检索时段为2006—2015年，文献语言为英语，检索期刊的载文信息，检索时间为 2016年 03月01日。文献信息包括标题、作者、国家机构、来源出版物、摘要以及引用的参考文献。为了保证研究的科学性和准确性，对检索文献进行进一步地梳理和标准化处理，最终得到303篇文献记录样本。

2结果与分析

2.1载文的主题分布

数据来源于The SCI mago Journal & Country Rank网站，该网站包含Scopus®数据库(爱思唯尔B.V.)的信息开发的期刊和国家的科学指标，这些指标可以用来评估和分析科学领域。从表1可知，地理科学是SustainabilityScience载文的主要领域，进一步分析发现其载文主要关注气候变化、生态环境、人文地理等领域。随着能源、环境以及气候变化等全球性问题日益凸显，该刊影响力也逐年提高(图1)。

2.2研究热点

主题词或关键词是论文核心内容的浓缩和提炼，如果某一主题词或关键词在其研究领域中反复出现，说明该主题词所表征的是该领域的研究热点。因此，可以通过词频分析法，借助高频主题词的频次高低来分析期刊载文的研究热点和发展趋势，对学术特征和动态演化有一个比较准确、全面的把握[7- 8]。CiteSpace工具的设置为，Node Types：Keyword；Time slicing：1 year；Select：Top 30，其他采用默认设置，结果显示如表2和图2。

出现频次较高的关键词主要有“sustainability”(50次)，其后为“climate change” (47次)、“governance” (40次)、“sustainability science” (33次)、“framework” (29次)等。从中介中心性上看，中心性较高的有“climate change”(0.40)、“governance”(0.33)、“sustainability”(0.27)、“sustainability science”(0.16)、“framework”(0.12)、“sustainable development”(0.12)等，说明这些关键词在网络中是连接研究领域的枢纽节点。其他中心性较高的关键词还有“policy”(0.09)、“impact”(0.09)、“adaptation”(0.08)、“vulnerability”(0.07)、“environment”(0.07)、“conservation”(0.07)、“indicator”(0.06)等。

“sustainability”作为图2中最大的节点，表明期刊载文高度集中在可持续发展研究领域，反映出期刊的专业特色明显，研究内容具有高度的聚焦性。从“sustainability”这一节点看，其与“sustainability science”、“climate change”、“framework”、“sustainable development”等关键词直接相连，还与其他2个节点“environment”、“vulnerability”直接相连，在一定程度上反映了可持续性科学研究的现实背景：①“可持续发展”是21世纪世界各国协调经济、社会、生态之间相互关系的共同发展战略，是人类求得生存与发展的唯一途径；②“耕地资源”是人类最重要也是最宝贵的资源，实现可持续发展，对人类生存、经济发展和社会进步，都具有十分重要的意义。随着工业化和城镇化进程的不断加快，耕地非农化日益严重，加之生态破坏、水土流失和环境污染等原因，使本来就很有限的耕地资源以惊人的速度锐减[7]。

表1　Sustainability Science的主题分类

表2　Sustainability Science载文中的高频词汇

从关键词时区图谱(图3)来看，可持续性科学早期以关注气候变化、环境污染等为主，全球人口增长、生物多样性损失、生态环境恶化和资源迅速枯竭等问题开始挑战人类发展的可持续性。人类活动和气候变化推动土地资源的过度开发，导致荒漠化、贫困和生计风险加剧。如澳大利亚人口主要集中在沿海地区，由于气候变化导致海平面上升，其沿海地区受到的潜在威胁越来越严重，所以澳大利亚政府积极开展沿海地区的环境评估项目[9]。

图2　关键词共现图谱Fig.2　The keywords co-occurrence network

图3　关键词时区图谱Fig.3　Time zone visualization of keywords

随后逐步关注可持续性管治、脆弱性研究。人口老龄化、快速城市化、经济全球化与贫富不均等问题极大地影响社会发展的可持续性。在实施可持续发展过程中，社会系统的结构与功能相互协调需要通过政府的管治行为，通过调整农业、工业、交通运输等社会经济活动，促使新的社会结构、功能与原有结构、功能及其内部的和谐一致。Shiroyama等[10]提出了一个可持续性管治分析框架，该分析框架主要侧重于知识整合与多主体管治2个维度，并运用减少毁林和森林退化(REDD+)的排放和全球磷管理2个典型案例进行了实证检验。脆弱性研究涉及的领域主要有气候变化、农业、自然灾害、生态环境等，准确的脆弱性分析和评估，可以帮助目标人群提高适应能力和恢复力，进而促进社会生态系统实现永续发展[9]。

2.3知识基础及文献来源

知识基础是一个有利于进一步明晰研究热点本质的概念。根据理论假设，施引文献构成了研究前沿，施引文献的引文则组成了研究领域的知识基础[5]。一篇文献的被引频次可以在一定程度上反映该文献的影响力，而影响力的大小又在一定程度上反映了该文献质量的高低。当两篇文献同时被第三篇文献引用时，就称这两篇文献存在共被引关系[5]。CiteSpace工具的设置为，短语类型选择突显，Node Types：Cited Reference；Time slicing：1 year；Select：Top 30；Clusters：Clustering，其他采用默认设置，绘制文献共被引网络图谱(图4)，结果显示节点数量为422个，文献之间的共被引现象较为普遍。通过被引频次统计，被引频次≥6次的有 66 篇，被引频次≥8 次的有37 篇。这些文献是2006—2015 年间SustainabilityScience载文研究热点最为关注的文献群。

Komiyama和Takeuchi[14]的“Sustainability science: Building a new discipline”通过讨论试图厘清可持续性科学的概念。Lang等[15]的“Transdisciplinary research in sustainability science: Practice, principles, and challenges”指出解决可持续性挑战需要新的知识生产和决策方法，可持续性科学研究的关键是决策实施者参与到研究过程中，以整合最好的知识，协调价值和偏好，以及创建所有权问题和解决方案的选择，而跨学科的、互动的、参与式的研究方法是最适当的。同时，未来的可持续性科学研究需要进一步加强科学与实践的联系。Miller等[16]的“The future of sustainability science: A solutions-oriented research agenda”探讨可持续性科学研究的局限性以及审视社会、政治和技术层面的知识和行动。Talwar等[17]的“User engagement in sustainability research”采用加拿大和瑞士的实证案例，分析3个互动的可持续发展研究项目，探讨了因为体制和组织结构的重新配置带来的挑战。Clark和Nancy[18]的“Sustainability science: The emerging research program”提出可持续发展的重点是利用科学与技术达到自然与社会之间的动态平衡，关注社会变化如何影响环境以及环境变化如何塑造社会。Blackstock等[19]的“Developing and applying a framework to evaluate participatory research for sustainability”概述了如何连接参与性研究与可持续性科学评价原则，为评估提供一个概念分析框架。

表3　知识演进的关键文献

被引频次来自 Google 学术搜索

具体到聚类结果(图4、图5和表4)，CiteSpace共识别出8个参考文献共被引聚类，根据研究内容可将其归为理论研究、实证研究、政策研究三大类。理论研究聚类可分为“学科发展”和“跨学科研究”。实证研究聚类主要包括受气候变化等自然环境影响产生的“海岛环境”、“沿海脆弱性评估”，以及应对日益增长的人口和城市规模扩大产生的“土地利用”、“生态景观”聚类。政策研究聚类主要包括“规划机制”、“灾害管控”和“信息管理”。

图4　参考文献网络结构Fig.4　The network of cited references

图5　参考文献分类结构时间视图Fig.5　The timeline of classified cited references

图4中最为显著的“学科发展”聚类共包括60篇被引文献节点，聚类Silhouette值为0.871，表明可持续性科学的理论研究获得较多学者关注，研究主题相对集中。2001年，23名世界著名可持续发展研究者在Science上发表题为“Sustainability Science”一文，正式提出了可持续性科学概念，并对可持续性科学的七个核心问题进行探讨，从理论上更好地指导可持续发展，使可持续发展从思想走向科学[20-24]。Wuelser等[25]对可持续发展的3个观点进行了介绍和阐述。第1个观点是专注于可持续发展的概念，整理出在具体情况下一般可持续发展目标不明确或解释含糊的问题。第2个观点介绍一个广义的政策过程，可持续发展带来的社会变化方式。第3个是识别解决可持续发展问题所需的不同类型的知识。实现可持续发展需要前所未有的理解和管理手段来应对各种挑战，跨学科的方法是科学的可持续发展必不可少的组成部分。可持续性科学的目的是帮助全球社会解决贫困、气候变化、流行病等典型风险。随着这些风险出现频次和影响的加大，科学家们已越来越认识到不同学科背景研究人员、政府、企业和社区之间加强交流与合作的必要性和重要性。

表4　参考文献的研究方向聚类

LLR(log-likelihood ratio)，聚类标签算法，这种算法倾向表现出聚类群的唯一性、独特性

气候变化和人类活动对沿海地区产生巨大影响，反映在知识图谱上识别出“海岛环境”、“沿海脆弱性评估”两个聚类，共17篇节点文献。小型热带岛屿易受到气候变化和其他自然灾害的影响，海洋变暖、风暴模式和强度的改变，海平面上升加快给海岛环境带来的脆弱性挑战，可持续发展需要在自然灾害和气候变化风险方面提供稳健的指导。Donner等[26]通过采访和文献研究追溯海岸线防护的历次措施，讨论如何适应的对策。Biribo和Woodroffe[27]利用地理信息系统和遥感技术分析了塔拉瓦环礁的海岸线位置变化。印度尼西亚、菲律宾、巴布亚新几内亚和所罗门群岛之间呈三角形水域组成的珊瑚礁三角区是海洋生物多样性的中心地带，Mcleod等[28]从滨海湿地的变化、沿海洪灾增加、海岸侵蚀增加、盐水侵入河口和三角洲等方面讨论了海平面上升对该地区的影响。

政府管理是可持续发展中无法回避的问题，政府的价值取向和治理能力直接影响可持续发展战略的成功与否。图4中相关聚类分别为“灾害管控”、“信息管理”和“规划机制”。生态环境持续恶化和资源迅速枯竭以及自然灾害突发需要包括风险管理、危机管理在内的政府灾害管控能力以及信息处理能力。可持续发展的关键在于规划和资源分配的机制，De Palencia和Pérez-Foguet[29]探讨扶贫政策的执行和责任落实在中央和地方政府间的动态平衡，政策不连贯、技术缺陷和政治影响力不足导致扶贫资金利用率低，需要中央政府更大的干预。“土地利用”和“生态景观”是图谱中另外2个对可持续发展提出具体方向的聚类。土地利用是可持续发展在资源、生态等方面的重要研究领域，Gadda和Gasparatos[30]通过分析肉类消费量增加趋势如何影响土地利用变化来考察东京的肉类消费量增加对环境的影响，提出区域规划可以作为一种有效的手段，以保护大型的城市地区如东京的环境安全。“生态景观”规划被广泛应用于对土地和水资源之间需求相互冲突的调和，其处理减缓和适应气候变化及生物多样性保护的主要原则已被政府认可[31]。

通过SustainabilityScience引用其他期刊的频次可以反映出SustainabilityScience与其他期刊的相关性，这些期刊为在SustainabilityScience上发文的学者提供很好的知识获取途径，在一定程度上成为学者研究的知识基础(表5)。

表5　被Sustainability Science引用的期刊表

2.4著者、机构及国家统计

学者是学科发展状况的标示，分析学科的学者状况可以明晰该领域的主要研究人员。CiteSpace工具的设置为，Node Types：Author；Time slicing：1 year；Select：Top 30，其他采用默认设置，绘制文献作者共现图谱(图6)，从图6可知，Wiek A、Takeuchi K、Mimura N、Kajikawa Y等研究成果数量较多，以第一作者发文量超过7次；其余发文量较多的还有Scholz R W、Yarime M、Farioli F、Hara K、Saito O、Uwasu M、Yabar H 等，都超过5次。SustainabilityScience有较为稳定的作者群，他们对该刊学术贡献较大，是名副其实的核心作者。从图6可以看出，聚类节点比较多，作者合作网络也有形成，有4个规模较大、结构较复杂的合作网络，规模较大的是以Wike A为核心的合作小组，而凭借Takeuchi K和Kajikawa Y的发文贡献，他们小组的合作网络也十分显著。Wike A是亚利桑那州立大学可持续发展学院的副教授，研究领域包括可持续性科学的转型、参与性教育等。Takeuchi K是神户大学教授，他的专业研究领域是环境经济学、环境政策、水资源管理等方面。Kajikawa Y是东京工业大学创新管理研究生院的副教授，主要从事创新管理、可持续性科学和科学计量学研究。

统计作者所属单位的分布，可反映该刊论文所属研究机构分布情况，同时反映不同机构的相关学科的学术水平与科研能力[7]。节点类型选择机构，聚类结果显示(图7)，节点数量 252 个，连线 113 条，其中，41组共82个研究机构形成两两合作关系，11组合作网络中有3个及以上的研究机构，规模最大的是以东京大学为中心的合作网络。从图7可知，虽然少量研究机构之间已经出现合作关系，但大部分研究机构仍处于分散的均质状态，成规模的合作网络尚未形成。另外学者所属机构主要是国际知名高等院校。具体来看，最显著的是东京大学，其余依次为联合国大学、亚利桑那州立大学、茨城大学、京都大学、大阪大学、中国科学院、北海道大学、詹姆斯·库克大学和法国国立缅因大学。

图6　文献作者共现图谱Fig.6　Co-authorship network

图7　研究机构共现图谱Fig.7　Network of co-authors′ institutions

图8　国家及地区共现图谱Fig.8　Network of co-authors′ countries

从国家和地区共现图谱(图8)可知，北美、欧洲、东亚等发达地区的文献数量明显多于欠发达地区，日本的发文量最多，是图中最显著的节点。发文量排名前10的国家依次为日本、美国、德国、澳大利亚、加拿大、中国、瑞士、意大利、西班牙和法国。

3结论

本文基于SustainabilityScience2006—2015年间刊载的论文为基础数据，运用可视化分析软件CiteSpace，对可持续性科学的研究热点及其知识基础进行了可视化分析，得出如下结论：

(1)SustainabilityScience载文质量和影响力整体上呈上升趋势，体现出可持续性科学逐步受到重视；关键词共现分析表明“可持续性”、“气候变化”、“管治”、“概念框架”、“脆弱性”、“适应性”、“恢复力”等是可持续性科学的研究热点；文献共被引分析揭示了可持续性科学在发展过程中的知识基础，即具有重要参考价值或推动可持续性科学发展的文献资料，对更清晰地认识可持续性科学的发展历程具有重要意义。可持续性科学的知识基础主要涉及“学科发展”、“跨学科研究”、“规划机制”、“灾害管控”、“信息管理”、“海岛环境”、“沿海脆弱性评估”、“土地利用”和“生态景观”等研究领域。

(2) 通过作者共被引分析发现Komiyama H、Lang D J、Miller T R、Talwar S、Clark W S等学者在可持续性科学领域发挥重要作用；在研究地域分布上，日本、美国及德国不仅是可持续性科学研究的重要力量，而且进行着密切的国际交流合作。尽管研究机构之间还是处于孤立状态，但是研究人员的联系已经形成几个由核心人物组成的合作网络。

(3) 运用科学知识图谱对SustainabilityScience进行文献计量学分析，初步揭示了该刊2006—2015年载文的研究热点及其知识基础，在一定程度上反映了可持续性科学的发展历程与研究趋向，但是限于选取期刊本身的局限性、数据获取与计量指标的不同，尚不能完全反映可持续性科学的研究范围和全部特征。后续在研究数据的获取、计量方法、分析角度等方面进一步完善，以期能够更加科学、准确、全面地揭示可持续性科学的典型特征，为可持续性科学的长足发展提供科学支撑。

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基金项目:浙江省哲学社会科学规划项目(16NDJC185YB)；国家自然科学基金项目(41401176)；浙江省高校人文社科重点研究基地(应用经济学)项目(JYTyyjj20150204)

收稿日期:2016- 03- 25

*通讯作者

Corresponding author.E-mail: suf910@163.com

DOI:10.5846/stxb201603250540

苏飞，应蓉蓉，张慧敏，赵樱紫.可持续性科学研究热点及其知识基础——以SustainabilityScience载文数据为例.生态学报,2016,36(9):2764- 2772.