近40年红松人工林研究的趋势与热点*
时间：2023-01-17 11:45:08 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
刘延滨 肖 锐 崔 崧 孙国芝
（黑龙江省林业科学研究所，黑龙江 哈尔滨 150081）
红松（Pinus koraiensis）是国家重点二级保护野生植物、被列入CITES附录Ⅲ，属于易危（IUCN标准）物种。天然红松林主要是以红松为优势树种，伴生多种阔叶树种形成的针阔混交林，主要分布于中国东北的长白山和小兴安岭完达山、张广才岭（辽宁、吉林和黑龙江三省）的东部山区，俄罗斯远东地区也有分布，中国是主要的分布区，约占60%[1,5,7]。我国最早的红松人工林是1933年在辽宁省本溪县草河口栽植的，1950年开始在黑龙江省和吉林省有少量造林，大量营造红松人工林是在1960年代[5]。针对红松人工林的研究一直备受关注，主要是为其经营和管理提供科学的依据和指导。培育红松人工林的目的随着社会需求的发展也不断发生着巨大变化，从以培育大径材为主向培育果材兼用和提升生态效益为主的方向转变。相应的红松人工林的研究也要与时俱进，本文通过梳理和分析近40年红松人工林研究的文献资料，借助文献计量学的方法量化红松人工林研究的趋势和热点，以期为红松人工林深入研究提供方向和借鉴。
1.1 数据来源
本文数据来源于中国知网引文数据库（CNKI），以中文文献为研究对象分析我国国内红松人工林研究趋势。检索式为“红松人工林”主题检索，文献类型为“期刊”，语言为“中文”，时间未作限制。检索到相关文献545篇，收集1982年至今的相关文献，对数据进行手动清洗，去除报道、会议通知和非学术性的不相关的文献，用于数据分析的相关文献共计493篇。所有文献信息导出为endnote格式，导入endnote18.2（Bld11343）进行数据管理和数据转换。
1.2 研究方法
文献数量统计、文献所属学科、刊物TOP10、作者TOP10、研究机构TOP10和基金支持TOP10使用知网可视化分析。主要是对国内红松人工林研究进行总体的概述。
国内红松人工林研究趋势和热点分析采用VOSviewer 1.6.18进行关键词共显聚类分析，计算方法采用分数计数法（fractional counting），归一化采用相对强度（association strength）。关键词出现的最小数量选择为3次，超过此阈值的关键词用于可视化构建聚类视图和标签视图。通过视图数据的分析整理来发现国内红松人工林研究的趋势和热点问题。
2.1 国内红松人工林研究概述
2.1.1 国内红松人工林研究的文献量和主要学科领域
CNKI数据库文献统计表明关于红松人工林研究文章为493篇，年均为12篇，总体发文数量呈现波动增加的趋势，2013年有35篇文章发表，为最多年份（图1）。根据图1所呈现的趋势可以大致分成2个阶段：1980～2002年发文数量长期在10篇以下，偶有年份发文量超过10篇，这一阶段表现为时间较长，发展缓慢，说明对红松人工林研究的重视程度不够，研究方向比较窄；
进入2000年以后发表相关文章的数量急剧增加，2012～2018年形成研究的热潮，年均发文在20篇以上，2013年达到了35篇，说明林业工作者开始重视红松人工林的研究，这主要和进入2000年以后国家大力发展生态环境建设有关，红松作为东北地区森林生态环境中顶级群落的代表性物种，同时又是大面积皆伐后普遍的人工林类型，充分的深入研究红松人工林是必然的选择。近几年出现相关发文量下降的趋势说明进入了调整阶段。
图1 1980～2022年国内红松人工林研究发表的文献数量
相关研究文章所属的学科主要集中在林业（359篇，占比72.99%），农业基础科学（40篇，占比8.18%）和植物保护（39篇，占比7.88%），表明我国关于红松人工林研究主要是林业领域，学科交叉和相近学科研究不足，可以开拓学科交叉的研究，提升红松人工林研究的水平。
2.1.2 国内红松人工林研究发表文章TOP10刊物
发表红松人工林研究的主要是生态方面的学术期刊（表1）。这些期刊同时也反映出红松人工林研究的机构特点，中国科学院沈阳应用研究所，北京林业大学，南京林业大学，还有东北林业大学是红松人工林研究的主要科研院所，主要是林业的相关学科研究。
表1 国内红松人工林研究发表文章TOP10刊物
2.1.3 国内红松人工林研究的作者TOP10、机构TOP10和基金类型TOP10
国内红松人工林研究发文最多的作者呈现出很强的机构特点（表2），排名TOP10的有5位工作单位是东北林业大学，2位是中国科学院沈阳应用生态研究所，两位是辽宁省森林经营研究所。研究作者的合作图谱也显示出很强的机构特点（图2），分别是李凤日、贾炜炜、董利虎和金光泽为代表的东北林业大学群体，以于立忠、朱教君、闫巧玲为代表的中国科学院沈阳应用生态研究所群体，还有以谭雪仁、张利民、焦宏为代表的辽宁省森林经营研究所群体。这些群体中东北林业大学是对红松人工林研究最为深入的机构，从早期关于红松人工林的分杈问题，到后来以红松人工林培育相关的土壤、相关的水文研究，近年来红松人工林研究主要集中在红松人工林生物量、生态系统功能和红松人工林经营措施的科学依据研究；
中国科学院沈阳应用生态研究所主要是以辽东山区红松人工林为研究对象，开展了水文、土壤、扰动和生物多样性等方面的研究；
辽宁省森林经营研究所的主要研究方向主要集中在红松人工林培育相关应用技术的研究，包括培养大径材、结实、造林和病虫害防治的相关技术。
图2 国内红松人工林研究作者合作图谱
研究机构表现为较强的地域性，主要是黑龙江省和辽宁省（表2）。黑龙江省以东北林业大学和黑龙江省林业科学院（黑龙江省林业科学研究所、黑龙江省伊春市带岭林业科学研究所和黑龙江省伊春市林业科学研究院隶属于黑龙江省林业科学院）为代表；
辽宁省以中国科学院沈阳应用生态研究所和辽宁省森林经营研究所为代表。重要的研究实验区分别为黑龙江省林口县林业局和辽宁省实验林场。
基金资助的类型主要以国家级基金为主，黑龙江省级基金为辅（表2）。国家科技支撑计划是面向国民经济和社会发展需求，重点解决经济社会发展中的重大科技问题的国家科技计划；
国家重点研发计划针对事关国计民生的重大社会公益性研究，以及事关产业核心竞争力、整体自主创新能力和国家安全的重大科学技术问题，突破国民经济和社会发展主要领域的技术瓶颈；
国家科技攻关计划是要解决国民经济和社会发展中带有方向性、关键性和综合性的问题，涉及农业、电子信息、能源、交通、材料、资源勘探、环境保护、医疗卫生等领域；
国家自然科学基金瞄准重大科学前沿和国家重要战略需求，应对未来挑战，部署一批具有基础性、战略性、前瞻性的优先发展领域。因此，红松人工林研究具有重大的国家战略意义，是关系国民经济和社会发展的重大问题，具有重大社会公益性的研究。
表2 国内红松人工林研究作者TOP10、机构TOP10和基金类型TOP10
2.2 国内红松人工林研究的热点问题
红松人工林研究高频出现的关键词是红松人工林、红松、红松林和人工林，其次是抚育间伐、结实、生长和结实量（表3），这些高频出现的关键词说明了研究的重点，但是伴随不同的研究阶段，研究的热点问题不断发生变化。
表3 共显频率超过10的关键词出现频率和关联强度
通过对国内红松人工林研究文献关键词聚类分析（表4和图3）显示，红松人工林研究具有明显的时间特性。根据文献数量的变化（图1）结合聚类分析结果，将红松人工林研究以2000年作为节点分成2个阶段，2000年以前以红松人工林的培育、经营、管理和病虫害防治等应用型研究为主；
2000年以后以如何发挥红松人工林生态效益，经济效益和社会效益的基础研究为主，这一阶段研究的特点是借助现代化的科技手段对红松人工林的生理、遗传和生态的机理进行了深入和广泛的研究工作。分支3～7和分支13～14属于2000年以前的应用型研究为主，这个阶段的关键词主要是针对大面积皆伐迹地上营造的大面积人工纯林所出现的问题开展的相关研究，包括早期的育苗问题，随后的幼林抚育问题，到形成中幼龄林后易早期结实和遭受的病虫害问题，还有过早分杈降低出材率等问题，所有问题从实践和理论上证实皆伐迹地上人工大面积营造红松纯林是违背自然演替规律的，需要进行改造。20世纪末期由于红松种子的巨大经济效益，大量的红松幼龄纯林进行了果林改造，通过嫁接、抚育间伐和截干等措施提高结实量，同时也兼具培养大径材而形成果材兼用林。分支1～2、8～12、15～18是21世纪开展的红松人工林研究的主要方向。这一时期红松人工林研究是建立在对过去不断积累的实践和发现的各种问题的反思开展的，首先是开展天然红松林的长期定位研究，同时借助现代分子生物学，计算机模拟生长模型，地理信息系统（GIS）和现代遥感技术（RS），以及目前蓬勃发展的人工智能技术对红松人工林进行深入和系统的机理研究，这些研究集中在生理生态，生态系统结构、功能和动态，碳汇和红松人工林生物量的模型模拟等。体现这些特点的关键词包括：原始红松林、森林土壤、树干径流、氮沉降、高通量测序、水文效应、回归方程、碳密度、线性混合模型、土壤活性有机碳、效果分析等（图3）。
表4 关键词聚类分析结果
图3 国内红松人工林研究趋势和热点聚类时间图谱
我国红松人工林研究经历了近60年的实践和发展，不同时期对林业的要求变化也不断与时俱进，同时现代科学技术日益不断渗透到科学研究的方方面面，使红松人工林研究不断深入，由宽泛到精细，由现象到机理。未来我国红松人工林研究需要关注以下几个方面：
（1）从红松人工林的经济价值研究向生态价值研究的转变。科学研究表明，过量的碳排放会导致全球气候变暖、温室效应，以及出现极端恶劣天气。其中温室效应是最为直接且严重的问题。我国在2020年9月明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标，红松人工林作为东北地区面积巨大的人工林在实现“双碳”目标具有重大的战略意义。齐建东等[8]基于长白山温带红松阔叶林通量观测站2007～2010年间的30 min观测数据，构建基于时间卷积神经网络（TCN）、长短期记忆网络（LSTM）、人工神经网络（ANN）、支持向量回归（SVR）和极限学习机（ELM）的5种生态系统碳交换量（NEE）模型，结论认为长白山温带红松阔叶林通量观测站的NEE总体表现为碳汇，但存在明显的季节差异。辛士冬等[11-12]对黑龙江省红松人工林的林分生物量和乔木层碳储量的研究，结论认为平差法适合林分断面积生物量模型的参数估计（0～10和50～60 m2/hm2除外），聚合法适合黑龙江省红松人工林的碳储量模型估计。郭绮雯等[2]研究了凋落物和模拟氮磷沉降对红松人工林碳释放的影响，结果表明不同时期对腐殖质层的影响是不同的，中低浓度氮磷沉降能显著促进碳释放。目前，红松人工林的碳汇相关研究是研究的热点。
（2）借助现代分子生物学技术、计算机模拟模型、地理信息系统和现代遥感技术开展深入系统的研究。比如贾炜炜等[4]建立了基于抚育间伐效应的枝条密度单水平非线性混合模型能够加准确地体现抚育间伐对林木枝条产生的影响。王帆等[10]基于地基激光雷达（Terrestrial Laser Scanning，TLS）点云数据提取人工红松不同树冠深度处最大树冠半径（Crown radius，CR）的精度，建立基于TLS点云数据的树冠外轮廓模型，结果表明TLS数据可以近似代替实测数据进行树冠外轮廓模型的研究。李翔等[6]采用Codon W和EMBOSS在线软件对红松查尔酮合成酶基因CHS的密码子使用偏好性进行分析，结果表明红松与马尾松和赤松的密码子使用偏好性的相似性较高。
（3）有关红松林生态系统的研究论文缺乏整体性，忽视了构成系统的各级水平的藕合过程以及系统时空结构特征，尤其缺乏景观水平的研究论文。王安彬[9]研究帽儿山地区阔叶红松林、红松人工林和水曲柳天然次生林3种典型群落，结果表明阔叶红松林乔木优势种呈随机分布或不显著聚集分布；
红松人工林中红松呈随机分布；
水曲柳次生林乔木优势种主要呈随机分布。各群落灌木优势种均呈聚集分布。帽儿山典型森林群落中各乔木优势种间主要呈空间正关联或无空间关联,红松与阔叶树小尺度无关联,大尺度正关联,阔叶树种间主要呈正关联。红松人工林与水曲柳天然次生林乔木优势种间均呈正关联。侯宏宇等[3]研究了帽儿山红松人工林地小尺度时空下地表鞘翅目成虫群落多度分布格局，结果表明帽儿山红松人工林小尺度地表鞘翅目成虫群落结构具有明显的时间变异性,但群落物种多度分布格局具有时间稳定性。
因此，红松人工林研究需要继续开展红松人工林培育技术（主要是培养大径材和提高结实率和结实量）、病虫害防治技术、林木育种技术和幼林抚育技术等方面结合实践进一步深入研究。还要与时俱进，响应当前我国的“双碳”目标开展相关的研究工作，同时借助现代科技的手段开展红松生理生化、遗传，生态系统，景观生态等基础理论方面的研究为生产实践提供科学依据。
红松人工林经历了40多年的研究已经取得了很多的成就，在不断总结经验教训的基础上逐渐明晰了红松人工林研究的方向，并且不断与时俱进和开拓进取。目前，红松人工林研究的重点应该是集中在为国家实现“双碳”目标提供科学的依据和提供经营方面的指导，再者借助现代科技的手段开展机制和机理的研究，最后就是开展红松林生态系统的深入和全面的研究，明确各系统的结构、动态和相互作用的过程。总之，当代红松人工林研究所面临的重大课题是人类所面对的生态问题，需要明确方向，认清理论研究的关键价值。
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