文章推荐 | 全球城市矿产研究的热点与前沿趋势：基于CiteSpace软件的可视化分析
文摘
科学
2024-11-19 12:29
北京
全球城市矿产研究的热点与前沿趋势：基于CiteSpace软件的可视化分析
作 者：左绿水¹,何朋蔚²
单 位：1.中南大学公共管理学院；2.上海理工大学管理学院
城市矿产是工业化和城市化过程的产物，是一种载能性、循环性、战略性资源。与原生矿相比，城市矿产的开发利用具有绿色、高效、低碳等优点，是实现“零废弃物”、达到可持续发展目标的有效手段，能有效化解中国所面临的资源与环境双重约束。城市矿产在资源战略，以及社会经济发展中的地位日益凸显，近年来受到各国政府及学者的高度重视，城市矿产资源的回收利用体系逐步构建完善，与之相关的政策、研究理论与方法也陆续被提出。当前关于城市矿产的研究主要围绕成矿机制、蓄积量测算、战略性评估、开发潜力测算、回收机制、管理与政策等角度展开。对现有研究进行系统梳理，揭示该领域的整体研究现状和演化趋势对推动城市矿产研究具有重要意义。
文献计量和知识图谱方法对于学术文献的可视化分析、前沿热点把握方面的作用尤其突出。已有学者运用可视化工具分析了城市矿产研究知识图谱。魏伟等以1988—2018 年间与城市矿产相关的4 351 篇中文研究文献为对象，运用科学计量学与文本挖掘相结合的方法，定量研究该领域历年来相关研究的动态发展状况，并对未来发展趋势展开分析。研究认为中国城市矿产研究处于发展瓶颈期，以理论研究为主，主要聚焦于城市矿产回收理论、发展战略、产业与政策等方向。然而该研究仅以中国知网收录的中文文献为研究对象，缺乏对国际期刊文献的分析。鉴于城市矿产已经引起了各国学者的关注，对国际期刊文献进行系统梳理和分析是掌握城市矿产领域研究热点和前沿的必要工作。
因此，本文通过覆盖当前全时间段的Web of Science 文献数据，基于文献计量可视化分析的方法，全面、系统梳理和总结城市矿产领域在国际期刊上的研究成果，探索城市矿产研究的热点和趋势，为进一步推动城市矿产的开发利用提供理论支持。
本文以CiteSpace 6.3 软件作为研究工具，通过对文献资料的抓取，识别学科研究方向发展的新趋势和新思路。文献计量和知识图谱分析的数据收集遵循两个标准：一是收集学术圈公认的、能够反映研究领域动态及整体情况的文献；二是收集方式具有实操性。因此，本文选择Web of Science 数据库进行数据收集，于2024 年9 月20 日进行检索，策略如下：以主题为“urban mines” or “urban mining” or “urban mineral”或关键词含“in-use stock” or “hibernating stock” or “urban mining” or “urban mines”为检索式；为保障收集文献的质量，设置文献来源为“Web of Science 核心合集”；文献类别为Article；检索时间段不设限。为确保数据的合理有效性，通过人工筛选的方式对初步检索出的相关文献进行进一步分类筛选，排除与主题无关的文献，最终确定726 篇有效文献。基于上述数据，对城市矿产研究的趋势和重点领域进行分析。
2.1 基本特征描述
1）发文时间趋势。某一领域的文献发文总量代表了目前该领域研究的理论发展水平，而历年发文数量的变化则反映了该领域研究热度的变化。图1展示了城市矿产研究发文量变化情况。2002—2024年间共发表了726 篇文献。2002—2012 年，年发文量呈波动性缓慢增长的趋势，年均发文量4 篇；2013—2022 年呈快速增长的趋势，年均发文量55.1 篇，并在2022 年达到峰值，年发文量为100 篇；此后，发文量略有下降，但仍维持在较高水平。从发文量变化趋势可以看出，近年来随着资源需求增大、环保意识增强，以及相关政策支持，学者们对城市矿产的研究越来越重视。
2）发文期刊分析。对刊载相关研究文献的期刊进行统计分析，可确定该领域的重要期刊，有助于相关研究者选择重点期刊进行文献查阅，也能为研究者选择投稿期刊与文献研究提供有价值的参考。表1展示了城市矿产研究发文量前十位的期刊情况。其中，Resources Conservation and Recycling 是发文量最多的期刊，共计106 篇，占总发文量的14.60%；其次为Journal of Cleaner Production、Environmental Science& Technology、Journal of Industrial Ecology 和Waste Management，发文量分别为72 篇、47 篇、46 篇和37 篇，占比分别为9.92%、6.47%、6.34% 和5.10%。发文量前十位的期刊发表的文献数量占总发文量的54.56%，期刊平均影响因子为7.9。2.2 研究者及合作情况分析
对作者间的合作网络进行共现分析，进一步挖掘全球城市矿产研究中的核心作者。作者合作网络可以反映出学者之间的合作关系。图2 展示了城市矿产研究主要作者共现网络，其中，作者名字越大，说明该作者具有的纽带作用越强；连线越粗，表示合作越紧密。由图2 可知，城市矿产研究的核心作者合作网络比较密切，已经形成了以陈伟强、刘刚、GRAEDEl 等学者为核心节点的合作网络，展现了长期稳定的研究聚力。其中，发文量最多的是来自中国科学院城市环境研究所的陈伟强和来自耶鲁大学的GRAEDEL，发表论文数量分别为25 篇和19 篇。2.3 研究机构及合作分析
机构发文量可以分析出科研力量的分布情况，表2 展示了城市矿产研究发文量前十位的研究机构，图3 展示了主要研究机构之间的合作关系。由表2可知，发表论文最多的研究机构为中国科学院，共发表论文50 篇，占总发文量的6.89%；其次是耶鲁大学和清华大学，分别发表论文38 篇和31 篇，占总发文量的5.23% 和4.27%。发文量前十位的研究机构中有6 家为中国的科研机构，可以看出中国学者在城市矿产研究中的重要地位。由图3 可知，从事该领域研究的工作单位较多，并形成了以中国科学院、耶鲁大学、清华大学、南丹麦大学等为核心节点的密切的合作网络。2.4 高被引文献分析
对刊载相关研究文献的引用频次进行统计分析，可发现该领域影响力较高的文献，有助于相关研究者对该研究领域进行初步了解，表3 展示了城市矿产研究被引频次前五位的文献情况。被引频次最高的是“Global socioeconomic material stocks rise 23-fold over the 20th century and require half of annual resource use”，被引频次369 次；其次是“Critical appraisal of the circular economy standard BS 8001: 2017 and a dashboard of quantitative system indicators for its implementation in organizations”和“Global in-use stocks of the rare earth elements: a first estimate”，被引频次分别为315 次和297 次。综合分析被引频次排名前五位的文献发现，城市矿产研究近年来在物质存量核算、循环利用标准、城市矿产经济性分析、稀土回收等方面都有影响力较高的文献发表。通过关键词分析对城市矿产研究的主要内容进行分析，从而把握城市矿产领域的研究现状，发现新的研究议题，为学术界和决策者提供更准确的信息支持。3.1 关键词分析
1）关键词共现分析。关键词共现分析是一种通过研究文献中频率高且具有重要中心性的关键词来揭示某领域研究热点的方法。表4 展示了城市矿产研究文献出现频率和中心性排名前二十位的关键词，出现频率最高的关键词是“urban mining（城市矿产）”（205 次），其次是“in use stocks（在用存量）”（178 次）、“material flow analysis（物质流分析）”（135 次）和“circular economy（循环经济）”（107 次）。中心性高的关键词为“urban mining（城市矿产）”“in use stocks（在用存量）”“material flow analysis（物质流分析）”“electronic waste（电子废弃物）”“copper（铜）”。以上关键词的中心性≥0.1，表明这几个关键词与周围其他的关键词之间联系密切（中心性≥0.1 说明该节点为中心节点，在研究中较为重要且具有较大的影响力）。2）关键词聚类分析。聚类分析是一种用于将数据点归为相似组的无监督学习方法。在共现网络的基础上，通过将文献关键词运用对数似然比（loglikelihood ratio，LLR）算法进行聚类分析，当聚类模块值Q＞0.3 表明聚类是有效的；聚类轮廓性指数S＞0.5 表明聚类是合理的，S＞0.7 表明聚类是高效率的、令人信服的。两者数值均在合理范围内，说明聚类效果显著，具有一定参考价值。图4 展示了城市矿产研究文献关键词聚类情况。由图4 可知，城市矿产研究关键词聚类模块值Q 为0.352 1，聚类轮廓性指数S 为0.776 0，表明结果具有科学性和可信性，聚类是合理的。该聚类图谱中共有210 个节点和1 364 条连线，网络密度为0.062 2，共展现出6 个聚类，分别是“urban mining（城市矿产）”“building stock（建筑存量）”“circular economy（循环经济）”“material flow analysis（物质流分析）”“in-use stocks（在用存量）”“conjugate adsorbent（共轭吸附剂）”。其中，前五个聚类的关系密切，有诸多共同关键词，表明这些研究主题是交叉融合的。
3）突现词分析。突现词是指某关键词在某一时间段内被引频次突然增多，通过分析突现词，可以了解在某段时间内的研究热点和前沿动态。图5 展示了城市矿产研究突现词情况，图中的“开始”代表对应关键词频次开始突现的年份，“结束”代表关键词停止突现的年份，“强度”代表该关键词在这段时间内的突出程度，深色线条表示突现词的持续时间。由图5 可知，“resource management（资源管理）”“stocks（存量）”开始时间最早；“stocks（存量）”“cycle（循环）”“copper（铜）”等的突现时间较长，说明这些内容在相当长的一段时间内是城市矿产研究的热点；“dynamics（动态）”“resource management（资源管理）”和“resources（资源）”的突现强度高于3.5，是突现词中强度较高的词语。总体来看，“scenario analysis（情景分析）”“mobile phones（手机）”“model（模型）”“dynamics（动态）”和“dynamics analysis（动态分析）”突现时间相隔较短且出现的时间距离当前较为接近，可以认为是现阶段的研究热点。4）关键词时区图谱分析。关键词时区图谱可展现各个研究热点的时间跨度，以及不同研究热点之间的相互联系，进而展示近年来某一领域研究热点变化及未来研究趋势。以每五年为一个时区，将文献关键词结合发表时间和聚类得出国内外城市矿产研究文献关键词时间图谱（图6）。由图6 可知，“urban mining（城市矿产）”“building stock（建筑存量）”“circular economy（循环经济）”“material flow analysis（物质流分析）”“in-use stocks（在用存量）”等主题的时间跨度较长，在时间线的前期、中期、后期均有分布，并持续到当前。从关键词之间的共现情况可以看出，2015 年之后，各主题之间的关键词共现频率显著增强，贡献网络越发复杂，表明了城市矿产研究的多主体、多方法、多主题、多层次之间的融合趋势。3.2 主要热点议题
1）城市矿产物质流核算研究。物质流核算研究是城市矿产研究的重要基础。了解城市矿产的资源存量，如在用存量、报废存量、潜伏存量等，有助于准确把握可利用资源的规模和潜力。这对于合理规划资源回收利用体系、制定相关政策，以及确保资源的可持续供应具有关键意义。学者们运用物质流分析等方法，重点研究建筑废弃物、电子废弃物、报废汽车中蕴含的铜、铝及稀土元素等的存量分布情况，分析其在城市各个环节（如生产、消费、废弃等）的存量状态，并探讨如何准确评估城市矿产存量，考虑不同地区、不同产品类型等因素对存量评估的影响。2）城市矿产开发利用的循环经济理念研究。循环经济理念为城市矿产研究提供了宏观的发展框架。在城市矿产领域贯彻循环经济思想，有助于提高资源的利用效率，减少废弃物的产生，降低对原生资源的依赖，从而实现经济发展与环境保护的良性互动。学者们对循环经济标准（如BS 8001: 2017）在城市矿产领域的适用性进行评估，研究如何依据该标准构建城市矿产的循环经济模式；分析城市矿产在循环经济体系中的循环链条，包括资源回收、再制造、再利用等环节，以及各环节之间的衔接与协同；探讨城市矿产产业与其他相关产业（如制造业、环保产业等）在循环经济框架下的互动关系，寻求多产业协同发展的策略。3）城市矿产开发利用的经济可行性研究。探究城市矿产开发利用的经济可行性，对于吸引社会资源投入城市矿产开发、推动城市矿产产业发展至关重要。了解其经济成本与效益关系，有助于确定城市矿产在资源供应体系中的地位。学者们对比城市矿产开发与原生资源开采（如传统矿山开采）的成本效益，包括开采成本、加工成本、市场价格等方面的差异；分析影响城市矿产开发利用经济可行性的因素，如技术水平、政策支持、市场需求等，研究如何提高其经济竞争力；通过案例分析、模型构建等方法，预测城市矿产开发未来的经济发展趋势，为投资者和政策制定者提供决策依据。3.3 潜在议题预判
1）资源回收技术的创新与优化研究。金属资源理论上可无限循环，但实际回收利用率受制于技术水平。未来可进一步探索、评估和优化各类资源循环利用技术路线，尤其是电子废弃物、报废汽车和新能源设备中的关键金属回收方面。研究不同的技术解决方案，如先进的物理、化学和生物处理方法，探索这些技术在不同环境和经济条件下的适用性，评估其经济性和环境效益。2）动态监测与数据分析研究。当前城市矿产研究面临数据来源多样且不统一、新兴资源流数据滞后或缺失、动态监测精度不高等问题。随着物联网和大数据技术的发展，未来研究可探讨建立智能监测系统，利用实时数据监测城市矿产的动态变化，更准确地分析资源的流量、流向。3）循环经济模式的系统性研究。循环经济理论模式完善，以及更好地指导实践是待进一步突破的研究点。未来需深入分析其实施障碍，以及不同利益相关者（如政府、企业和公众）的角色和互动，评估如何在不同社会和经济背景下有效实施循环经济，特别是在发展中国家和新兴市场中的应用。4）政策因素与社会因素的综合研究。城市矿产开发利用是一个复杂系统，尤其是政策因素与社会因素的影响。未来需更加关注政策框架与社会认知之间的互动关系，探索政策制定过程中如何有效融入公众参与，评估公众意识、教育和社会文化对资源回收行为的影响。这将有助于制定更具针对性的政策，促进城市矿产的可持续发展。通过基于CiteSpace 软件的可视化分析，对城市矿产研究的热点与前沿趋势进行了深入的探讨。研究结果表明，城市矿产研究在近年来取得了显著的进展。
从发文趋势看，近年来关注度持续上升，众多高质量期刊积极刊载相关研究成果；核心作者和研究机构之间合作紧密，形成了稳定且富有活力的研究网络；高被引文献则反映出该领域在物质存量核算、循环利用标准及经济可行性分析等方面的重要影响力，为后续研究奠定了坚实基础。
城市矿产研究的热点集中在多个关键领域。在关键词层面，“城市矿产”“在用存量”“物质流分析”“循环经济”等关键词频繁出现且中心性高，反映出资源存量研究、循环经济理念，以及经济可行性研究是当前的核心主题。通过聚类分析、突现分析和时区图谱分析，进一步明确了这些主题的交叉融合，以及随时间的发展变化，凸显了城市矿产研究的多维度和动态性。
对于城市矿产研究的未来，潜在议题主要包括资源回收技术的创新与优化、动态监测与数据分析、循环经济模式的系统性研究，以及政策因素与社会因素的综合考量。这些潜在议题既顺应了科技发展的趋势，又回应了现实中对城市矿产可持续开发利用的迫切需求，有望推动城市矿产研究向更深入、更全面的方向发展。
然而，本文研究也存在一定的局限性。由于CiteSpace 软件的可视化分析主要依赖于文献数据库中的数据，可能存在数据不全面或代表性不足的问题。此外，可视化分析结果的解读也具有一定的主观性，需要结合实际情况进行深入分析。
第一作者简介
左绿水：博士，副教授，硕士生导师，主要从事国家金属资源安全、城市矿产方向研究。单位：中南大学公共管理学院。
通讯作者简介
何朋蔚：博士，讲师，硕士生导师，主要从事资源环境管理、循环经济等方向研究。单位：上海理工大学管理学院。
引用格式
左绿水，何朋蔚. 全球城市矿产研究的热点与前沿趋势：基于CiteSpace 软件的可视化分析[J]. 中国矿业，2024，33（10）：23-31.
ZUO Lyushui，HE Pengwei. Hotspots and frontier trends of urban mining research in global: visual analysis based on CiteSpace software[J]. China Mining Magazine，2024，33（10）：23-31.
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