森林生态系统自然资源管理中遥感与GIS应用的文献计量学分析（1985–2025）

《Forests》：Bibliometric Analysis of Remote Sensing and GIS Applications for Natural Resource Management in Forest Ecosystems

　　

自然资源的可持续管理需要能够全面分析生态系统利用、变化与保护模式的工具。在此背景下，地理信息系统（GIS）与遥感（RS）已成为分析和促进森林生态系统及其他自然资源可持续管理的关键技术。本研究旨在分析1985年至2025年期间，GIS与遥感在自然资源管理（重点为森林管理）中应用的科学产出的演化、结构与趋势。研究人员依据PRISMA 2020指南，使用Scopus、Web of Science和ScienceDirect进行了系统性的文献计量分析，文献识别与筛选过程均按该指南报告，最终获得679篇文献的数据集。结果表明，科学产出呈持续增长态势（年均增长5%），引文数量亦随之增加。产出集中于专业期刊以及美国和中国等国家。从主题角度来看，研究集中于森林生态系统（81%），并以栅格数据的使用占主导（91%）。研究结论为：该研究领域正在扩展，自2000年以来取得显著进展，已巩固为森林资源监测与可持续管理的关键领域。同样，栅格数据使用的主导地位反映出研究面向大规模空间分析的取向，并得到具有连续空间覆盖能力的开放获取遥感平台的支持。

论文解读

一、研究背景与问题

森林生态系统是陆地系统的基本组成部分，提供碳汇、生物多样性保护、水资源调节、土壤保护以及木材和其他可再生资源供给等重要的生态、经济和社会服务。然而，气候变化、野火、干旱、土地利用变化、森林退化以及其他人为和自然干扰所带来的日益增大的压力，正在挑战森林生态系统维持其结构、功能和生态系统服务的能力。因此，可持续森林管理越来越需要可靠、空间明确且时间一致的信息来刻画森林状况、监测生态系统动态、评估环境变化并支持基于证据的决策。

在此背景下，GIS与RS已从互补性的制图技术发展为当代森林科学和自然资源管理的基本组成部分。GIS为整合异构空间数据集并进行空间分析、建模和决策支持提供了框架，而RS则能够在广阔且往往难以到达的区域系统获取森林属性和过程的重复观测。尽管已有大量研究将地理空间技术应用于森林生态系统，但文献仍分散于特定传感器、技术、森林属性和管理应用之中。已有综述或聚焦于遥感在森林生态学中的应用，或集中于主动遥感技术对森林结构特征的刻画，均未能提供该领域整体发展的综合视角。因此，有必要开展一项整合性评估，以阐明RS和GIS研究如何作为一个支持森林资源管理的统一科学领域而演化。

此外，森林生物量与碳监测是这一技术转型的重要例证。森林生物量的准确估算对于量化碳储量、评估生态系统生产力、评估气候变化减缓潜力以及支持可持续森林管理至关重要。近年来，无人机（UAV）和激光扫描技术的演化进一步体现了森林遥感方法多样性的增加，研究已从传统的航空LiDAR扩展到UAV LiDAR和移动激光扫描系统，为森林清查提供了日益灵活和精细的手段。然而，面对快速的技术扩展，科学文献日益异构化，涵盖多个主题领域和方法层面，这使得识别该领域内的主导研究结构、技术转型和新兴科学前沿变得日益困难。

二、研究内容与意义

针对上述研究空白，本研究对1985年至2025年间遥感与GIS在森林生态系统自然资源管理中应用的科学产出进行了系统的文献计量分析。研究旨在：（i）刻画科学产出的时间演化和增长特征；（ii）识别最具生产力的作者、机构、国家、期刊和高被引文献；（iii）考察科学和国际合作模式；（iv）按生态系统类型刻画文献的主题分布；（v）分析基于栅格、矢量和混合地理空间数据使用的方法学趋势。通过整合这些维度，该研究旨在提供森林资源管理中地理空间技术演化的综合视角，并识别支持森林生态系统管理的科学技术轨迹。

研究最终纳入679篇文献，分布于232种科学期刊。结果显示科学产出年均增长率为5.2%，2001–2010年间增长率最高（17.2%）。数据集包含2291位作者和59篇单一作者文献，平均每篇文献4.0位共同作者，国际合著率为25.6%。该研究的意义在于系统性地揭示了该跨学科领域的科学演化、知识结构、主题动态和新兴研究前沿，为理解森林地理信息学的发展轨迹和未来方向提供了定量和结构化的依据。

三、主要技术方法

研究人员使用Scopus、Web of Science和ScienceDirect三个学术数据库进行文献检索，检索策略围绕森林生态系统与森林资源管理、遥感与对地观测、地理信息系统及相关地理空间方法三个核心概念组件构建。文献筛选依据PRISMA 2020指南进行，经过去重（移除11条重复记录）和标题摘要筛查后，最终保留679条记录。分析工具采用Bibliometrix R包（版本5.2.1）及其网页界面Biblioshiny，用于科学图谱绘制、共被引网络分析、主题演化分析和影响指标计算。主题与方法学分类使用R语言dplyr和stringr包，基于预定义术语集对生态系统类型和数据类型（栅格、矢量、混合）进行自动化分类。引文影响采用每篇文献的年均引文量（CPY）指标进行标准化比较。

四、研究结果

科学产出与文献计量特征： 分析识别出1985–2025年间679篇文献，分布于232种科学期刊，年均增长率5.2%。文献平均被引21.3次。科学论文占分析文献的80%以上，表明该研究领域主要基于同行评审的科学产出。时间演化显示自2000年代起文献量逐步增加，总被引量持续上升。

科学影响、高影响力作者与期刊： 高被引文献反映了该领域的技术多样化，涵盖激光扫描、合成孔径雷达（SAR）、高光谱影像和光学遥感，主要用于森林生物量估算、清查和关键生物物理参数刻画。最高被引的两篇文献分别累积约300和270次引用。最具生产力的作者中，Baskent, E. 在约2.7%的文献中作为作者出现，其研究主要聚焦森林景观结构特征刻画及空间与分析工具在生态系统服务评估中的应用；Wulder, M. 在约1.5%的文献中出现，其研究主要集中于基于Landsat和LiDAR数据的森林监测、土地覆盖分类和大尺度森林结构与动态评估。期刊方面，Forests以41篇文献（6.8%）居首，Remote Sensing以37篇（6.1%）次之。

地理与机构分布： 美国自1990年代末持续增长，近年达到250–270篇；中国自2015年起加速增长，超过300篇并成为该领域全球领先者。印度、加拿大和芬兰也呈现稳步增长。机构层面，Karadeniz Technical University在2006–2010年间文献量加速增长，中国和印度机构则呈现渐进但持续的增长。

生态系统类型分布： 森林生态系统占81.1%，城市生态系统占13.5%，草地占3.6%，农林复合系统仅占0.6%，其余未指明特定生态系统类型。

地理空间数据与方法学趋势： 栅格相关术语出现在91.3%的文献中，纯矢量方法仅占0.1%，混合栅格–矢量方法占6.7%，1.2%无法分类。时间分析显示栅格方法自2000年后持续增加，混合方法逐渐增长但频率较低，纯矢量方法始终处于边缘地位。

五、讨论与结论

讨论部分指出，该领域5.2%的年均增长率反映了森林研究中方法学层面的广泛转型，遥感观测已从传统制图和清查应用扩展至森林结构刻画、生物量与碳估算、生态系统监测、干扰评估和空间决策支持。地理分布显示研究能力集中于美国和中国等少数国家，中国自2015年后的显著增长表明研究活动的地理重构。栅格数据的主导地位（91.3%）确认了空间连续对地观测数据在当代森林研究中的核心作用，但这不应被解读为矢量GIS方法已过时，而应理解为GIS工作流程与遥感栅格产品日益整合的转型。混合方法的逐步增加暗示了该领域的方法学前沿正朝向多源数据整合方向发展。讨论还强调了人工智能和机器学习在森林遥感中日益广泛的应用，但同时警示模型性能高度依赖样本量、预测变量质量、空间代表性和验证策略，空间相关观测可能导致性能估计虚高，未来研究应更加重视空间独立验证和模型可迁移性评估。

研究结论为：文献计量分析表明，1985–2025年间GIS与遥感在自然资源管理（尤其是森林生态系统）中应用的研究呈现持续且渐进增长。年均约5%的增长率和不断增加的引文影响表明该领域已巩固为重要的研究领域。科学产出在地理和编辑层面高度集中，美国和中国成为主要贡献者，专业期刊是研究传播的主要渠道。森林生态系统研究的主导地位（81%）确认了地理空间技术在森林监测、评估和管理中的核心作用。栅格方法的主导地位（91%）凸显了空间连续对地观测数据在大规模和多年际环境分析中的重要性，反映了开放获取卫星数据和遥感平台日益增长的可用性。总体而言，研究结果揭示了从传统GIS和遥感应用向日益整合、空间明确和数据驱动方法的转型，该领域自2000年以来经历了尤为强劲的发展，将GIS和遥感巩固为理解森林动态和支持可持续自然资源管理的基本技术。未来研究应日益强调多传感器数据整合、先进空间分析和新兴人工智能方法，以提高森林生态系统监测的精度、可扩展性和操作实用性。