2018, Vol. 30 
(2: 中国科学院重庆绿色智能技术研究院水库水环境重点实验室, 重庆 400714)
(2: Key Lab of Reservoir Aquatic Environment, Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Chinese Academy of Sciences, Chongqing 400714, P. R. China)
三峡工程是目前世界上最大的水利水电枢纽工程，也是综合治理长江中下游洪涝灾害的关键性控制工程，兼具防洪、发电、航运、灌溉、供水和发展库区经济等巨大的综合经济效益. 2003年6月，三峡工程开始一期蓄水；2006年9月，三峡工程实行第二期蓄水；2010年10月，三峡工程首次蓄水至175 m设计水位.三峡工程蓄水后，由于干流回水顶托，造成支流库湾水质恶化，藻类水华频繁暴发.因此，与三峡水库相关的水环境、水生态以及水华问题引起国内外广泛关注.对三峡水库水环境相关的研究文献进行全面统计计量分析，可以较系统地总结回顾已有研究成果，为更深入地开展三峡水库水环境研究提供参考.
1 文献来源为全面掌握三峡水库水环境研究进展，本研究不仅分析中文论文，也分析英文论文.检索2002年之前三峡水库水环境相关研究论文，可以发现，不仅论文数量较少，而且研究内容大部分是关于三峡水库移民、三峡工程建设风险等的探讨，所以，本文主要分析2002年之后三峡水库水环境相关研究论文.本研究中的英文论文来源于Web of ScienceTM核心合集的Science Citation Index Expand (SCI-Expand)和Social Sciencs Citation Index(SSCI)数据库，主题检索式为“TS=(‘Three Gorge*’ OR ‘3 Gorge*’) AND (‘water environment’ OR ‘algae’ OR ‘algal bloom*’ OR ‘entrophication*’ OR ‘water temperature’ OR ‘phytoplankton’ OR ‘nutritive salt’ OR ‘greenhouse gas*’)，检索年份为2002 2017年；中文论文来源于中国学术期刊网络数据总库(中国知网，CNKI)，主题检索式为“SU=‘三峡’ and SU=(‘水环境’+‘藻类’+‘水华’+‘水温’+‘浮游植物’+‘营养盐’+‘温室气体’)”，检索年份也是2002 2017年，检索范围限制为核心期刊.根据上述检索式共检索到英文论文534篇和中文论文777篇，其中，英文论文包含520篇研究文章(Artical)、1篇快报(Letter)和13篇综述(Review).考虑到文献类型在分析中的重要性，选择研究型论文进行分析，所以最终选取520篇研究型英文论文和777篇中文论文进行分析.为了方便进一步分析，将上述1297篇中、英文论文的相关数据和信息导入Excel构建完成文献信息数据库.
2 论文发表的年度与期刊分布 2.1 论文发表的年度变化2002-2017年期间，三峡水库水环境研究的中、英文论文数量总体上呈现上升趋势(图 1)，表明三峡水库在过去十几年逐渐受到国内外广泛关注.英文论文方面，2002 2005年公开发表在SCI-E/SSCI期刊上的论文比较少，在不同期刊上发表的总共17篇.其中. Liu等[1]2003年在BIOGEOCHEMISTRY上发表的“Nutrients in the Changjiang and its tributaries”，讨论了长江及其支流中的溶解态和颗粒态，以及有机态和无机态的氮、磷、硅，分析了三峡工程建成后对长江口以及其邻近海域的可能影响.该文被引频次高达144，是本研究涉及的所有文献中被引次数最多的英文论文.综合分析，三峡水库在2002 2005年未引起广泛关注. 2006年9月，三峡工程实行二期蓄水至156 m水位，标志着三峡工程进入初期运行阶段.随着三峡工程的运行，三峡水库引起学者的关注，2006年之后，三峡水库水环境研究的英文论文呈递增趋势，特别是近几年，相关文献激增，2016年发文量高达83篇，2017年达到79篇.
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图 1 2002-2017年关于三峡水库水环境研究的SCI-E/SSCI和中文核心期刊论文数量 Fig.1 Number of articles about the Three Gorges Reservoir published in SCI-E/SSCI and Chinese core journals (2002-2017) |
中文论文方面，2002 2017年期间，论文数量呈现先增加后减少的趋势，在2012年达到峰值83篇. 2002 2012年递增的趋势主要是因为随着三峡水库的运行，库区所暴露出来的问题推动了三峡水库水环境的相关研究；笔者认为2012 2017年减少的趋势是因为：三峡水库不仅是国内的研究热点，也成为了国际上的研究热点，所以促使更多的研究成果发表在外文期刊，以方便各国学者的交流讨论.
2.2 主要发文期刊分析的520篇研究型英文论文发表在233个国际期刊上，其中，有140个期刊只发表过1篇论文，有83个期刊的发文量为2~7篇，10个期刊的发文量≥8篇. ENVIRONMENTAL SCIENCE AND POLLUTION RESEARCH发表了21篇论文，ENVIRONMENTAL EARTH SCIENCES和SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT均发表 17篇论文，这3个期刊共发表 55篇论文，占英文总发文量的10.58 %.在10个发文量较多的国际期刊中，荷兰和德国均有3个，中国有2个，英国和美国各有1个.
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表 1 三峡水库水环境研究论文的主要研究机构* Tab.1 Major research agencies contributing to the articles about the Three Gorges Reservoir |
相对于英文论文而言，本研究分析的777篇中文论文发表的期刊相对集中，共发表在145个中文期刊上.其中，22个期刊的发文量≥10篇，61个期刊的发文量 < 10篇，62个期刊只发表了1篇论文.总发文量排前10名的期刊共发文361篇，占总发文量的46.46 %. 《环境科学》发文量最多，高达67篇；《人民长江》和《长江流域资源与环境》的发文量分别为62和52篇.
3 研究力量分析：相应国家地区机构及相应作者 3.1 英文论文主要国家及地区分布分析英文论文的发文国家可得，520篇研究型英文论文由35个国家和地区完成，其中，由一个国家或地区独立完成的论文共356篇，占论文总量的68.46 %.中国大陆独立完成论文310篇，美国独立完成13篇，澳大利亚、中国台湾地区各独立完成5篇，中国大陆独立完成的论文量遥遥领先.因为三峡水库对于长江流域的国计民生和生态安全有重要影响，所以大陆学者对于三峡水库水环境研究更加关注.大部分国家或地区是通过与其他国家或地区合作的形式参与三峡水库的研究，而与中国大陆的合作最多，高达136篇.由图 2可以看出，中国处于各国家或地区合作的中心位置，与美国、德国和加拿大等国都有紧密的合作关系.因为国内学者更容易获得三峡水库的相关资料与数据，所以其他国家或地区大部分的研究是与中国学者合作来完成的.
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图 2 三峡水库水环境研究的国家地区合作网络图 (两个国家之间有连线，表示两国之间有合作，连线越粗，则表示合作越紧密，连线的长短没有特殊含义) Fig.2 The cooperation network of the countries/territories doing the research about the water environment of the Three Gorges Reservoir |
表 1列出了三峡水库水环境研究论文的主要研究机构统计结果，从各机构总的发文量和作为第一署名机构的发文量两方面给出了各机构的英文论文贡献和中、英文论文的总贡献.由表 1可知，三峡水库水环境研究的主要机构绝大部分来自中国.中国科学院无论是论文总数，还是作为第一机构发表的论文数均是研究论文贡献最多的机构.重庆大学、三峡大学和西南大学不仅关于三峡水库水环境研究的总发文量名列前茅，而且作为第一机构的发文量排名也很靠前.综合来看，各机构的总发文量和作为第一研究机构的发文量排名没有太大的变化，但英文论文占比却有比较大的差异.一个机构的英文论文占比与它的国际化程度、英文水平等有很大关系，中国科学院、河海大学和武汉大学的英文论文占比总体比较靠前，表明这3个机构国际化程度较高.国外的机构对于三峡水库水环境研究也有较大贡献，比如加拿大的里贾纳大学、德国卡尔斯鲁厄理工学院以及美国的加利福尼亚大学，他们在三峡水库水环境研究方面分别发表了6、4和3篇论文.
3.3 主要研究作者从事三峡水库水环境研究的研究者较多，仅中文论文涉及的研究者就高达1650位，因英文文献中本为不同作者但英文名字(拼音)拼写相同的情况较多，所以本研究未分析英文论文涉及的总研究者.以第一作者身份发表中、英文总量排前5名的依次是中国科学院(重庆大学)的李哲、北京大学的王丽婧、武汉大学的杨正健、重庆大学(中国科学院)的郭劲松以及三峡大学的王海云.以第一作者身份发表英文论文总量排前6名的依次是北京大学的王丽婧、中国科学院(重庆大学)的李哲、武汉大学的杨正健、三峡库区生态环境教育部工程研究中心的宋林旭、三峡大学的王海云和重庆大学的张智(其中王海云和张智以第一作者身份发表英文论文均为1篇，并列第5).中、英文论文发文总量排前5名的依次是三峡大学的刘德富、重庆大学(中国科学院)的郭劲松、中国科学院的蔡庆华、中国科学院(重庆大学)的李哲以及武汉大学的杨正健.英文论文发文总量排名前5的依次是中国科学院的蔡庆华、中国科学院的毕永红、三峡大学的刘德富、中国科学院的胡征宇以及中国环境科学研究院的郑丙辉.
对三峡水库水环境研究主要作者的分析表明，三峡水库水环境研究以团队合作为主要方式，贡献比较大的作者团队主要有4个，分别是武汉大学和三峡大学合作的杨正健和刘德富团队、重庆大学与中国科学院合作的郭劲松团队、中国科学院的蔡庆华团队和中国科学院的胡征宇团队.杨正健和刘德富团队侧重于研究三峡水库香溪河，主要研究香溪河水动力特征及其对浮游植物及水华的影响[2-10]；郭劲松团队重点关注小江(澎溪河)的水环境及藻类多样性，主要研究水环境中藻类和营养物的生物地球化学过程与机理，也涉及水库温室气体和碳循环[11-19]；中国科学院的蔡庆华团队的研究主要关注三峡水库香溪河库湾的微环境及水生生物，也通过建立模型预测监控水华[20-26]；中国科学院的胡征宇和毕永红团队则重点研究三峡水库调度运行对藻类生态与水华暴发的影响，以及三峡水库库区的有机污染物[27-33].
表 2给出了三峡水库水环境相关研究主要作者已发表论文的被引频次信息.中文论文篇均被引频次最高为46.71，最低为9.47；英文论文篇均被引频次最高为22.00，最低为1.00.其中，中国科学院的蔡庆华发表中、英文论文总量为51篇，排名第8，但中文论文篇均被引频次高达46.71，排名第1，英文论文篇均被引频次为12.44，排名第5.就中、英文论文篇均被引频次而言，中国科学院的蔡庆华团队位居榜首，其次是三峡大学和武汉大学合作的杨正健、刘德富团队以及中国科学院的胡征宇团队.总体而言，三峡水库水环境相关研究中，中文论文被引频次整体高于英文论文被引频次，但均不太高，这可能是因为关注三峡水库水环境的学者拥有不同的学科背景，他们关注的兴趣点和重点不一样，所以彼此之间的对比较少；其次，这也可能是因为目前三峡水库水环境研究学术成果仍然在一个积累过程中.
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表 2 三峡水库水环境相关研究主要作者的论文被引频次分析 Tab.2 Citation frequency analysis of the main authors of the water environment related study of the Three Gorges Reservoir |
为了更好地把握三峡水库水环境研究的热点和趋势，本研究对统计所关注的中、英文论文关键词进行进一步分析.选取2002 2017年在SCI-E/SSCI上发表的520篇英文论文和在中文核心期刊上发表的777篇中文论文，合计1297篇论文.其中，有96篇英文论文没有设置关键词，对设置了关键词的1201篇论文的关键词进行深入分析，共获得1850个中文关键词和1659个英文关键词.为了更好地整合分析关键词，排除三峡水库、三峡库区、三峡和三峡大坝等关键词.
对关键词信息进行分析，不难发现，中文关键词和英文关键词排前10名的有5个是相同的，分别是香溪河库湾、富营养化、长江、水华、水质，这表明这些方面是国内外学者都比较关注的.此外，分析关键词信息还可以得出来自不同学科的研究者在关注三峡水库水环境相关研究，他们从不同角度，用不同方法研究三峡水库水环境的不同方面.对高频的中英关键词进行分类分析，可以更好地了解三峡库区的水环境研究，表 3列出了主要中英关键词的4大分类，分别是主要研究区域、水环境质量指标、主要研究藻类和主要研究方法.主要研究区域方面，中、英文关键词重合的比例很大，均比较关注香溪河库湾、鄱阳湖、洞庭湖；水环境质量指标方面，中、英文论文均比较关注氮磷营养盐、悬浮物和水温分层等；主要研究藻类方面，中文论文关注的藻类相对多一些，如蓝藻、拟多甲藻、冠盘藻、硅藻、附石藻类、绿藻、铜绿微囊藻、蛋白核小球藻等，英文论文则主要关注微囊藻和蓝藻；在主要采用的研究方法方面：中文论文主要采用数值模拟、二维水质模型、BP神经网络、三维水流模型等方法，英文论文主要采用数值模拟、遗传算法、小波分析、水质模型等.
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表 3 三峡水库水环境研究的SCI-E/SSCI和中文核心期刊论文的主要关键词分类 Tab.3 Classification of the main keywords of the articles about the Three Gorges Reservoir published in SCI-E/SSCI and Chinese core journals |
论文的关键词不仅高度概括了一篇论文的研究内容，更反映了相关领域的研究热点.为了分析三峡水库水环境研究近几年的研究热点和趋势，本研究对2012 2017年的中、英文论文关键词进行分析.
分析中文关键词可以发现，“消落带”、“水华”和“浮游植物”在近5年出现的频率远高于5年前，而“遥感技术”、“沉积物”等是近5年才出现的，说明研究者近几年比较关注这些研究领域.三峡水库的运行在库岸形成了垂直落差30 m、总面积440 km2的消落带，对消落带的研究探讨成为了近几年的热点.研究涉及三峡干支流主要的消落带，分析研究了消落带土壤、沉积物的理化性质，总氮、总磷以及氮磷各种形态的含量、时空分布特征，各形态氮磷之间及各形态动态、与土壤理化特征之间的相关性以及水动力条件和人类活动对消落带土壤氮磷形态动态的影响等[34-41].三峡水库蓄水之后，由于水库回水顶托，造成了支流库湾水质恶化，水华频发.水华和藻类群落结构及其防控是另一个研究热点，研究者从水华现象与过程、水华期间藻类群落结构、营养盐状况与水华的相关性等角度进行探讨[9, 27, 42-45].上述研究中，水温分层、模型、遥感技术等也是高频率出现的关键词，研究者既把它们作为研究的内容，同时又作为研究三峡水环境问题的方法和手段，甚至是运行和管理的手段在探讨应用[43-49].
近五年来，关于三峡水环境研究英文论文高达346篇，占本文关注的英文论文总量的66.54 %，这说明近几年三峡水库水环境的研究开始走向国际化.分析英文关键词可以发现，大部分关键词是与中文论文关键词相重合的，“eutrophication”、“algal bloom”、“phytoplankton”、“nitrogen”、“remote sensing”、“phosphorus”是高频出现的关键词，有的是近5年才出现的.这说明两个方面的问题：其一，中、英文论文的主要作者群体是一致的；其二，关于水库水环境问题国际国内关注点有重要的重合度，能够得到国际学界的认同，其影响力正在扩大.
4.3 未来研究展望分析中、英文论文的关键词还发现，三峡水库水环境相关研究涉及的面越来越广，这说明关注三峡的学者越来越多.另一方面也因为关注三峡水环境的学者来自不同的学科，拥有不同的学科背景，因此关注的兴趣点和重点不同.不同学科之间的这种交流碰撞，对于三峡水环境的研究是有利的.与此同时我们也发现另外一个现象，就是即使是表达同一个事物，由于不同学科的差异而采用了不同的学术术语和关键词，因此，这又妨碍了不同学科之间的顺畅交流，也不利于中国学者关于水库水环境研究的整体实力在国际上的展示.所以深度地有机融合不同学科的理论和学术思想，发展具有中国特色的水库环境生态学，形成一个新的学科体系，对提升我国在水库环境生态学研究领域的国际影响力，既是挑战也是机遇.笔者认为这样的机遇可能包括以下几个方面：
1) 重视三峡研究的国际化，有利于我国在这方面引领地位的确立：由前文分析可知，我国在三峡研究的国际合作方面处于中心地位，在英文论文发文量和增长方面近5年开始快速走向国际.如何把握机遇把这种数量优势转化为水库水环境或水库湖沼学研究的学术地位优势值得思考.笔者初浅的认为，在气候变化的大背景下，清洁能源和可再生能源是减缓温室效应的重要选项和路径.利用水能资源(自然可再生能源)筑坝蓄水发电既提供清洁能源，又可优化淡水资源分配并提供大运能的航运，其综合低碳效应在未来相当长的时期仍是不可替代的.但水库修建对河流原有的生源物质生物地球化学过程和流域生态系统的负面影响仍然不可忽略.三峡水库作为中国第一大水库，不仅具有其独特性，也应当具有水库湖沼过程的共性规律，对全球水库水环境研究的启示不言而喻.结合当前国际研究的趋势，以下4方面应深化关注：①水库修建和运行对原河流生源物质的表生过程和流域生态的影响；②流域梯级开发和人类社会经济活动胁迫下，生态环境变化在时间和空间的累积效应；③水库库区水污染物质的多介质(包括消落带)环境过程、归趋及其生态适宜性调控原理；④多目标需求(trade-off)下，水库水环境生态系统服务(ecosystem service)功能提升与适应性管理(adaptive management).上述方面不仅需要对当前研究进一步深化，也需要在横向上进行多学科交叉融合和拓展.
2) 对不同类型水域共性问题的科学凝炼：近年来，不同类型水域生态环境的独特性越来越受到湖沼学家的重视，相继发展了浅水湖泊、河流、湿地、地下水、水库等水文单元的生态环境研究体系，并力图通过分析生态环境的服务功能，指导人类开发活动与环境管理.尽管如此，人为划分的水文生态区系单元并无法阻碍它们之间必然的自然联系，学科研究对象的分化并不意味着它们之间的鸿沟将逐渐扩大，而事实上研究对象与内容的分化、细化恰恰是为了未来更系统的整合.由于陆表水文循环和过程依然是水库河流系统水生态环境变化的动力基础，尽管水库构建了不同类型的水环境区系，但是水库、湖泊、河流、地下水等各水文单元之间存在着的能量、物质和信息交换并没有终止，相反它们之间在边界上的相互作用更强、影响更密切，因此，寻找不同水文水环境体系的共性规律将成为未来水库生态环境学发展的重要方向.近十年来国际上，生态水文学(ecohydrology)、生态化学计量学(ecological stoichiometry)日渐兴起也许可为此突破提供重要参考.
3) 多尺度、多维度研究手段的整合与运用:水环境与生态学研究发展至今，形成了从基因水平到全球水圈水平的庞大学科体系，研究对象的空间尺度从埃(Å)跨越到光年，时间尺度从飞秒、皮秒延伸至亿年以上，其研究所涉及时空尺度已涵盖了目前生命活动所能够涵盖到的所有范围.但是，科学研究是以特定对象为基础而开展的.针对不同组织层级开展的研究并发展相适配的研究方法学是目前普遍的研究思路，但不同组织层级间所关注的尺度和研究方法手段的差异很可能造成各层级规律认识存在较大差异和误读，诸如区群谬误(ecological fallacy)等生态研究方法学上的问题难以避免.因此，水环境与生态学研究的方法、手段如何从宏观深入至微观、如何从微观走向宏观，以实现系统的整合，这可能成为今后相当长一段时间内环境与生态学研究发展中不可忽略的科学方法论，也将对水库水环境研究的深化与发展起到引领性的影响.
5 结论综上所述，可以得到以下结论：1)2002 2017年期间，三峡水库水环境研究论文数量总体呈上升趋势，中文核心期刊论文数量呈先增加后减少的趋势，SCI-E/SSCI期刊论文数量则总体呈现上升趋势；2)刊发三峡水库水环境研究论文杂志众多，其中，ENVIRONMENTAL SCIENCE AND POLLUTION RESEARCH和《环境科学》分别是刊发英文论文和中文论文最多的期刊；3)中国科学院、重庆大学、三峡大学和西南大学是三峡水库水环境研究领域较活跃的机构，三峡水库相关的研究以团队合作为主；4)三峡水库水环境研究的热点有“消落带”、“水华”、“浮游植物”、“营养盐”和“水温分层”、“沉积物”等方面.
三峡水库水环境研究呈现出多学科、多视角齐头并进的活跃局面，但多学科融合的深度和整体系统性还不够.三峡水库属于典型的峡谷河道型水库，其生态系统在物理环境上介于河流和天然湖泊之间，其生态格局则呈现出上述两种状态间的过渡性特征，并在水库运行的干扰下具有独特性.同时，在水库运行下其水环境生态系统的发育、演变及其累积影响等方面尚需要长期系统跟踪研究.现实方面，三峡水库的建成对运行维护和管理模式提出了更新、更高的要求.因此，三峡水库为我国河流-水库环境学研究创造了新的契机，搭建清晰的学科理论框架，构建明确、完善的研究方法体系，必将是未来水库环境生态学研究的努力方向.
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