基于CiteSpace的草地生態(tài)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀分析

楊睿哲，孫小妹，李金霞，劉君娣，陳蘭蘭

基于CiteSpace的草地生態(tài)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀分析

楊睿哲，孫小妹，李金霞，劉君娣，陳蘭蘭

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

以中國知網(wǎng)（CNKI）中檢索到的1986—2019年的2 593篇草地生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)文獻(xiàn)為研究樣本，運(yùn)用CiteSpace作為信息可視化工具，從歷年發(fā)文量、關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、突現(xiàn)分析、作者和科研機(jī)構(gòu)分布等角度展開信息可視化分析。結(jié)果表明，草地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)文量從1998年開始逐年增多，研究主要圍繞生物多樣性、群落結(jié)構(gòu)、豐富度、生物量等熱點(diǎn)進(jìn)行；氮素添加、氮沉降、地上生物量、功能多樣性研究從2013年開始爆發(fā)式增長；研究作者及機(jī)構(gòu)主要以蘭州大學(xué)的杜國禎團(tuán)隊(duì)為主。對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，以期為研究者把握該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)提供依據(jù)。

草地生態(tài)系統(tǒng)；CiteSpace；可視化分析；知識(shí)圖譜

從陸地生態(tài)系統(tǒng)來看，草地生態(tài)系統(tǒng)是其中一個(gè)重要部分，具備防風(fēng)固沙、調(diào)節(jié)氣候、凈化空氣、保持水土、涵養(yǎng)水源等生態(tài)功能。從世界范圍來看，草原總面積達(dá)到了2.4×107km2左右，約相當(dāng)于陸地總面積的17%，在國土面積中的比例為41.7%，大多分布于北方的半干旱以及干旱地區(qū)，維持著約8億人的生計(jì)[1]。中國大部分草地作為天然放牧場利用，所以草原不僅僅是陸地生態(tài)系統(tǒng)中的主要類型，作為放牧畜牧業(yè)基地也是極為重要的。近年來由于人類過度使用草地，草地生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)了包括自然災(zāi)害頻繁發(fā)生、生產(chǎn)力逐漸下降以及水土嚴(yán)重流失等在內(nèi)的諸多問題，致使其出現(xiàn)退化以及失衡現(xiàn)象[2]。因此，草地生態(tài)系統(tǒng)越來越受到研究者們的關(guān)注，發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)也越來越多。

知識(shí)圖譜可利用數(shù)據(jù)分析的挖掘、圖表的整理，通過可視化工具動(dòng)態(tài)展現(xiàn)知識(shí)發(fā)展過程，所以從新興交叉學(xué)科來看，知識(shí)圖譜起到了越來越重要的作用[3]。CiteSpace可視化分析軟件由可視化方法、文獻(xiàn)計(jì)量分析以及數(shù)據(jù)挖掘算法組合而成[4]，相較于其他可視化軟件而言，此軟件更為清晰，從知識(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)找尋關(guān)鍵詞以及重要趨勢(shì)也會(huì)更容易[5]。

本文借助該軟件分析了草地生態(tài)系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)與趨勢(shì)，以期對(duì)研究者們把握該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)及其研究熱點(diǎn)提供理論依據(jù)。

1 資料方法

1.1 文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源及篩選

本論文搜索來源為中國知網(wǎng)，即CNKI。該數(shù)據(jù)庫收錄的文獻(xiàn)涉獵多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，如自然科學(xué)、人文社科以及工程技術(shù)等，其出版的新文獻(xiàn)在中國年均出版文獻(xiàn)總量中的比例達(dá)到了80%左右，作為中國文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫在世界范圍內(nèi)有著最大的規(guī)模。這一數(shù)據(jù)庫不單單提供書目訪問信息，同時(shí)涉及已經(jīng)公開發(fā)表的論文的相關(guān)引文信息，而且還可讓政治、科技、文化、經(jīng)濟(jì)以及文化等各方面的研究成果及其發(fā)展動(dòng)態(tài)得到全面而又集中反映，對(duì)于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)調(diào)查而言，充當(dāng)著理想數(shù)據(jù)來源的角色[6]。此次以關(guān)鍵詞搜索策略搜索“草地生態(tài)系統(tǒng)”“氮”，時(shí)間范圍選擇1986—2019-03，進(jìn)行模糊匹配檢測(cè)，共搜索到3 025篇相關(guān)文獻(xiàn)。為了消除其中“噪聲”干擾影響，通過人工篩選刪除會(huì)議報(bào)告、個(gè)人學(xué)術(shù)成果介紹、無作者、期刊會(huì)議征稿等各類無效論文，得到2 593篇文獻(xiàn)。

1.2 研究方法

借助CiteSpace軟件（該軟件是由美國Drexel大學(xué)陳超美教授應(yīng)用Java語言開發(fā)的一款用于計(jì)量和分析文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的信息可視化軟件）針對(duì)收集得來的數(shù)據(jù)展開動(dòng)態(tài)、多元而又分時(shí)的可視化分析。這一軟件繪制而來的圖譜可以在一幅引文網(wǎng)絡(luò)圖譜內(nèi)使知識(shí)領(lǐng)域如何演變得到較為集中的體現(xiàn)，還可在圖譜內(nèi)自動(dòng)標(biāo)識(shí)充當(dāng)知識(shí)基礎(chǔ)角色的引文節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)以及通過共引聚類反應(yīng)而來的研究前沿[7]。與其他可視化工具相比，CiteSpace軟件提高了可視化分析功能清晰度和解釋性[4]。

本文以CiteSpace V對(duì)檢索的文獻(xiàn)進(jìn)行發(fā)文量統(tǒng)計(jì)、關(guān)鍵詞共現(xiàn)、關(guān)鍵詞頻率統(tǒng)計(jì)、關(guān)鍵詞聚類、突現(xiàn)詞分析等來分析草地生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和趨勢(shì)。發(fā)文量指站在宏觀的立場上對(duì)某研究領(lǐng)域如何變化與如何發(fā)展進(jìn)行觀察并作出評(píng)價(jià)，屬于重要指標(biāo)之一，是從直觀層面上對(duì)文獻(xiàn)詳細(xì)情況進(jìn)行觀察的重要途徑之一[3]。從關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析圖來看，圓圈大小代表文獻(xiàn)引用頻次，圓圈越大表明被引用次數(shù)越高[8]。關(guān)鍵詞可以反映研究成果的主要內(nèi)容和結(jié)果，是對(duì)文獻(xiàn)整體內(nèi)容的概括與總結(jié)[9]。突現(xiàn)詞指文獻(xiàn)中驟增的關(guān)鍵術(shù)語，可以將某段時(shí)間內(nèi)頻次變化率高的詞從大量的主題詞中探測(cè)出來[10]。中心性是測(cè)度節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中重要性的一個(gè)指標(biāo)。中心性越高，則節(jié)點(diǎn)越重要[7]。CiteSpace中使用此指標(biāo)來發(fā)現(xiàn)和衡量節(jié)點(diǎn)對(duì)象的重要性，并在年輪圖最外圈用紫色圈對(duì)該類節(jié)點(diǎn)標(biāo)記。

2 結(jié)果

2.1 關(guān)于草地生態(tài)系統(tǒng)歷年來發(fā)文量分析

按照文獻(xiàn)發(fā)表于哪一年，本文統(tǒng)計(jì)分析了已經(jīng)納入數(shù)據(jù)庫內(nèi)的文獻(xiàn)共計(jì)2 593篇的發(fā)表時(shí)間的具體分布詳情，分析結(jié)果如圖1所示。從圖1不難發(fā)現(xiàn)，1986—1997年這12年間與草地生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)的研究還很少，最多的一年才發(fā)表了8篇文章。但從1998—2018年，發(fā)文量開始快速增長，每年相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表均大于40篇，其中2011年達(dá)到了259篇。近兩年的發(fā)文量均在100篇以上，這說明草地生態(tài)系統(tǒng)的研究越來越受到研究者們的關(guān)注，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

圖1 草地生態(tài)系統(tǒng)研究文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間分布

2.2 研究熱點(diǎn)分析

由于選擇的文獻(xiàn)數(shù)量較多，時(shí)間跨度較長，為了清晰地顯示當(dāng)前關(guān)于草地生態(tài)系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)以及研究方向的聯(lián)系強(qiáng)度，設(shè)置“時(shí)間分區(qū)”為2年，出現(xiàn)頻率大于等于4，演算閾值（Top% per slice）為默認(rèn)的50。剪切方式運(yùn)用Pathfinder、Pruning sliced networks和Pruning the merged network三種方法，并且將表達(dá)一致的關(guān)鍵詞合并，得到關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜，如圖2所示。圖2中共有67個(gè)節(jié)點(diǎn)、67條連接，網(wǎng)絡(luò)密度（density）為0.031 2，這反映出中國草地生態(tài)系統(tǒng)的研究已經(jīng)形成了較為完備的體系。根據(jù)圖2可知，在草地生態(tài)系統(tǒng)研究中，主要研究的是生物多樣性、群落結(jié)構(gòu)、豐富度、生物量等指標(biāo)；主要研究區(qū)域是青藏高原的高寒草甸區(qū)，該區(qū)域的草地生態(tài)系統(tǒng)較脆弱且難以恢復(fù)。從圖2中可以看出，研究者們主要從土壤理化性質(zhì)、海拔梯度、區(qū)系分析等自然因素以及刈割、氮沉降和施肥等人為因素來探究可能造成該區(qū)域草地生態(tài)脆弱的原因。

關(guān)鍵詞頻率如表1所示，代表了在某個(gè)時(shí)間段關(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)，可以根據(jù)頻數(shù)的大小了解某個(gè)時(shí)間段的研究熱點(diǎn)。中心性可以判斷節(jié)點(diǎn)的重要性，中心度大于等于0.1表明該關(guān)鍵詞在網(wǎng)絡(luò)中具有樞紐性的作用。由此可見，頻數(shù)和中心性具有一定的相關(guān)性，關(guān)鍵詞頻數(shù)越高中心性也越強(qiáng)。根據(jù)表1，在頻數(shù)前20的關(guān)鍵詞內(nèi)，“生物量”“豐富度”“群落結(jié)構(gòu)”“高寒草甸”“生物多樣性”“海拔梯度”“保護(hù)”等在共線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮了很好的樞紐作用。

圖2 草地生態(tài)系統(tǒng)文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜

表1 草地生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵詞頻數(shù)表（僅列頻次前20個(gè)）

序號(hào)頻數(shù)中心性關(guān)鍵詞時(shí)間 11 9030.5生物多樣性1986年 24340.59群落結(jié)構(gòu)1998年 3981.17豐富度2000年 4840.16區(qū)系分析2002年 5830.11物種多樣性指數(shù)1998年 6800植物多樣性2002年 7670.86高寒草甸2004年 8600.26保護(hù)2002年 9570.11土壤環(huán)境因子2008年 10560.16生產(chǎn)力2002年 11490.16均勻度指數(shù)1998年 12480.06演替1988年 13470氮沉降2010年 14460.81生物量2008年 15460.06分布格局2004年 16420.11群落2004年 17280.35海拔梯度2004年 18270.11青藏高原2007年 19270干擾2000年 20270.11苔蘚植物2006年

前17位文獻(xiàn)突現(xiàn)詞如圖3所示。通過突現(xiàn)詞知識(shí)圖譜，可以了解不同歷史階段草地生態(tài)系統(tǒng)的側(cè)重點(diǎn)。圖3顯示共有17個(gè)突現(xiàn)詞，1986—2001年，草地生態(tài)系統(tǒng)研究領(lǐng)域多限于“演替”“均勻度指數(shù)”“物種多樣性指數(shù)”等相關(guān)內(nèi)容；2002—2013年，涌現(xiàn)出“保護(hù)”“β多樣性”“海拔高度”“群落”等突現(xiàn)詞；2013—2019年，出現(xiàn)“氮素添加”“地上生物量”“功能多樣性”“重要值”等突現(xiàn)詞，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

有研究顯示，在全球氣候變化、人類活動(dòng)擴(kuò)張以及嚙齒動(dòng)物啃食等多重因素的影響之下，在輸出草產(chǎn)品以及畜產(chǎn)品的同時(shí)草地生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)消耗了越來越多的土壤營養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致草地出現(xiàn)了或多或少的退化[11-12]。草地退化會(huì)帶來生產(chǎn)力下降、土壤肥力下滑、營養(yǎng)元素失調(diào)以及物種多樣性消退等多方面的問題[13]。如果未能有效補(bǔ)充，則草地土壤在養(yǎng)分供給方面的能力將會(huì)持續(xù)下滑[14]。所以，如何通過施氮以及施氮量對(duì)各類生物量的影響，改變草地生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀，是當(dāng)前主要研究發(fā)展趨勢(shì)，這與圖3的結(jié)果是一致的。

圖3 前17位文獻(xiàn)突現(xiàn)詞

2.3 關(guān)鍵詞聚類分析結(jié)果分析

聚類的現(xiàn)實(shí)意義是把網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)相互之間不會(huì)出現(xiàn)重合的子群，可對(duì)這一研究領(lǐng)域相關(guān)的熱點(diǎn)話題展開探究，這里的研究熱點(diǎn)指的是一定時(shí)間內(nèi)大量的存在內(nèi)在聯(lián)系的一系列文獻(xiàn)探究話題[15]。此外，這一詞條在某一特定類別有較高的出現(xiàn)頻率，但在其他類別內(nèi)出現(xiàn)頻次相對(duì)較低時(shí)，其和這一類別就存在較大的互信息[16]。通過CiteSpace的cluster功能，對(duì)關(guān)鍵詞運(yùn)用“K-均值算法”進(jìn)行聚類分析。從聚類評(píng)價(jià)可以看出，模塊性（Modularity）=0.778 2，平均輪廓值（Mean Silhouette）=0.597 5（值通常在［0，1］內(nèi)，＞0.3表明得來的社團(tuán)結(jié)構(gòu)相對(duì)較為顯著，平均輪廓值在0.5以上，聚類一般認(rèn)為是合理的[7]），因此，聚類被認(rèn)為是合理的。聚類命名以#為標(biāo)識(shí)，且以關(guān)鍵詞為代表該聚類。

草地生態(tài)系統(tǒng)研究領(lǐng)域關(guān)鍵詞聚類圖譜如圖4所示。從圖4可以看到，關(guān)于草地生態(tài)系統(tǒng)的熱點(diǎn)研究主題主要為“苔蘚植物”“均勻度”“群落”“施氮”“生物量”“優(yōu)勢(shì)種”“海拔梯度”。其中，第一位的是“#0 苔蘚植物”，則說明在關(guān)鍵詞中，“苔蘚植物”的權(quán)值是最大的。但通過二次檢索和分析，該聚類涉及較廣范圍，常出現(xiàn)在“生物多樣性”“群落結(jié)構(gòu)”“豐富度”中，說明多數(shù)研究中，苔蘚植物是必不可少的研究對(duì)象，是草地生態(tài)系統(tǒng)中重要的一部分。

2.4 作者共現(xiàn)分析結(jié)果

對(duì)于一篇論文來說，論文作者是主導(dǎo)者，在某研究領(lǐng)域中充當(dāng)主體地位，學(xué)術(shù)觀點(diǎn)就是以之為思想源泉，其研究情況及和其他作者間存在的合著關(guān)系對(duì)于研究趨勢(shì)的導(dǎo)向、研究整體脈絡(luò)走向等起到了非常關(guān)鍵的作用[5]。利用Citespace V針對(duì)作者進(jìn)行合作網(wǎng)絡(luò)分析，作者的名字以及節(jié)點(diǎn)越大，則說明該作者發(fā)表的文章和引用率越高，在該領(lǐng)域的影響力

就越強(qiáng)。不同作者節(jié)點(diǎn)之間有連接，則代表具有合作關(guān)系，連線越寬，就說明聯(lián)系越緊密。

圖4 草地生態(tài)系統(tǒng)研究領(lǐng)域關(guān)鍵詞聚類圖譜

圖5顯示名字的節(jié)點(diǎn)是發(fā)文量3篇以上的作者，共有194人，發(fā)文量較高的作者有杜國禎、王剛、方精云、姚小蘭等，其中穩(wěn)定合作最多的研究團(tuán)隊(duì)是杜國禎團(tuán)隊(duì)，在草地生態(tài)系統(tǒng)中貢獻(xiàn)力度最大?？偟膩碚f，研究團(tuán)隊(duì)本身比較多，團(tuán)隊(duì)和團(tuán)隊(duì)之間很少合作，但是從一個(gè)團(tuán)隊(duì)來看，其內(nèi)部的合作會(huì)比較密切。草地生態(tài)系統(tǒng)研究作者分布如圖5所示。

圖5 草地生態(tài)系統(tǒng)研究作者分布

2.5 科研單位共現(xiàn)分析結(jié)果

對(duì)于論文作者所在機(jī)構(gòu)而言，科學(xué)研究是以之為主要組織形式的，大多聚焦在學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)。從某個(gè)領(lǐng)域來看，其高產(chǎn)作者或者是核心作者所屬機(jī)構(gòu)表征的是其核心機(jī)構(gòu)，提出的觀點(diǎn)或者是研究成果往往是比較權(quán)威的，是研究人員需要著重關(guān)注的對(duì)象[5]。本研究總共納入的文獻(xiàn)數(shù)為2 593篇，針對(duì)其作者所屬機(jī)構(gòu)展開了可視化分析，借助Citespace V軟件編制出了研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜，詳細(xì)結(jié)果如圖6所示，該圖顯示出了頻次不少于4的研究機(jī)構(gòu)。由圖6可知，蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院、中國科學(xué)院及其研究所、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院、西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院是在草地生態(tài)系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)表較多文獻(xiàn)的機(jī)構(gòu)。結(jié)合圖5分析，蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院和蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院則分別以杜國禎和王剛為核心作者，中國科學(xué)院則以方精云為核心作者，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)則以姚小蘭為核心作者進(jìn)行相關(guān)研究。圖6網(wǎng)絡(luò)密度只有0.016 8，說明各研究機(jī)構(gòu)之間合作不夠緊密，而且合作的機(jī)構(gòu)也具有明顯的地理分布性，主要是西北及青藏高原區(qū)為主研究機(jī)構(gòu)之間的合作，如圖6所示的蘭州大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院高原生物研究所以及中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所等研究機(jī)構(gòu)。結(jié)合圖2可知，當(dāng)前草地生態(tài)系統(tǒng)的研究區(qū)域?yàn)槲鞅备珊蛋敫珊挡莸貐^(qū)以及青藏高原區(qū)的高原草原地區(qū)。

圖6 草地生態(tài)系統(tǒng)研究機(jī)構(gòu)分布

3 討論

3.1 熱點(diǎn)與趨勢(shì)

在熱點(diǎn)關(guān)鍵詞的推導(dǎo)過程中，關(guān)鍵詞的中心性以及出現(xiàn)頻次屬于一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)而言，高中心性關(guān)鍵詞會(huì)有非常深刻的轉(zhuǎn)折意義[17]。結(jié)合上述分析結(jié)果和中國的地理氣候區(qū)位來看，未來的草地生態(tài)系統(tǒng)的研究地區(qū)依然以西北以及青藏高原區(qū)為主，研究內(nèi)容主要以生物多樣性、豐富度、群落結(jié)構(gòu)或更為微觀的角度進(jìn)行討論。

3.2 不足和展望

本文用到的數(shù)據(jù)來源為中國知網(wǎng)，且國內(nèi)各期刊的質(zhì)量水平不一，數(shù)據(jù)不具有極高的代表性。在設(shè)定Citespace V工具圖譜的時(shí)候，選擇閾值會(huì)帶有一定的主觀性，會(huì)極大地影響到“關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜的邊緣散點(diǎn)”[18]。在今后的研究中應(yīng)當(dāng)結(jié)合其他數(shù)據(jù)來源，例如ISI Web of Knowledge核心數(shù)據(jù)庫，更加全面地了解草地生態(tài)系統(tǒng)的研究概況與發(fā)展趨勢(shì)。此外，還可和其他可視化軟件結(jié)合在一起，使用更為多元化的研究法，站在各大視角上對(duì)隱藏于數(shù)據(jù)內(nèi)的信息進(jìn)行更為深入的挖掘，如VOS viewer，互相驗(yàn)證以確保得到更為可靠的結(jié)果。

中國草地生態(tài)系統(tǒng)的研究人員和機(jī)構(gòu)雖多，但是相互合作的強(qiáng)度還不是很高，基本是以研究團(tuán)隊(duì)為單元進(jìn)行研究且地域性研究較為明顯。未來中國應(yīng)該加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)和機(jī)構(gòu)的合作研究，同時(shí)對(duì)不同類型草原生態(tài)系統(tǒng)也應(yīng)進(jìn)行深入研究，這樣可以彌補(bǔ)互相之間不足，可以更加全面地了解草地生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，有利于取得更大的進(jìn)步。

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S812

A

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2095－6835（2019）13－0010－04

〔編輯：張思楠〕