基于web of science的國(guó)際凋落物分解研究進(jìn)展

張中發(fā)，王微

（1.重慶文理學(xué)院·園林與生命科學(xué)學(xué)院/特色植物研究院，重慶永川402160；2.重慶文理學(xué)院·微生物生態(tài)學(xué)研究所，重慶永川402160）

凋落物是由植物地上組分產(chǎn)生并以枯枝落葉的形式歸還于地表的有機(jī)質(zhì)的總和[1]。凋落物分解作為全球碳收支的一個(gè)重要組成部分，是陸地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[2-3]，其分解過(guò)程又與全球環(huán)境變化密切聯(lián)系[4-5]，因而對(duì)其相關(guān)研究日益受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)是基于文獻(xiàn)的數(shù)量及文獻(xiàn)之間的關(guān)系對(duì)科學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行定量評(píng)估[6]。目前，文獻(xiàn)計(jì)量分析在生態(tài)學(xué)研究中已得到較為廣泛的運(yùn)用，如全球生物多樣性[7]、生態(tài)修復(fù)[8]、外來(lái)生物入侵[9]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[10-11]、保護(hù)生物學(xué)與生態(tài)學(xué)關(guān)系[12]等研究領(lǐng)域均有相關(guān)文獻(xiàn)計(jì)量的報(bào)道，而對(duì)凋落物的研究鮮見(jiàn)報(bào)道[13-14]。本文以Web of Science作為數(shù)據(jù)來(lái)源對(duì)凋落物分解的研究進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量分析，旨在直觀、清晰地展示該領(lǐng)域的研究概況、熱點(diǎn)趨勢(shì)，以期為未來(lái)凋落物相關(guān)研究提供參考與建議。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文以Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)（SCIEXPENDED，SSSCI，A&HCL，CPCI-S，CPCI-SSH，ESCI）作為數(shù)據(jù)來(lái)源，檢索策略為：“TS=plant litter*AND TS=decomposition*”，文獻(xiàn)類(lèi)型選擇“Article”，語(yǔ)種選擇“English”，時(shí)間跨度為1980－2019年，共檢索出5 668篇論文。選擇全記錄與參考文獻(xiàn)（包括作者、機(jī)構(gòu)、期刊、參考文獻(xiàn)、摘要、關(guān)鍵詞等），以文本文件的形式將論文數(shù)據(jù)導(dǎo)出。數(shù)據(jù)最后更新時(shí)間為2019年11月5日。

1.2 數(shù)據(jù)處理

CiteSpace是由美國(guó)德雷塞爾大學(xué)陳超美教授開(kāi)發(fā)，用于發(fā)掘、分析與進(jìn)行科研文獻(xiàn)可視化的可視化軟件，以知識(shí)圖譜的形式呈現(xiàn)特定學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)單元之間網(wǎng)絡(luò)、結(jié)構(gòu)、互動(dòng)、交叉、演化或衍生等諸多隱含的復(fù)雜關(guān)系[15-16]。

運(yùn)行CiteSpace5.5.R2對(duì)所選文獻(xiàn)進(jìn)行去重處理，得到5 661篇論文，其中Article 5 451篇、Data Paper 3篇、Proceedings Paper 193篇、Early Access 14篇。在CiteSpace主界面進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，根據(jù)不同的研究?jī)?nèi)容，選擇1 a、40 a作為時(shí)間切片，分別以作者（Author）、機(jī)構(gòu)（Institution）、關(guān)鍵詞（Keywords）、學(xué)科領(lǐng)域（Category）、文獻(xiàn)共被引（Cited Reference）作為節(jié)點(diǎn)。選擇Top N或Top N%作為切割方法，表示提取每個(gè)切片內(nèi)的前N或前N%的對(duì)象?？梢赃x擇尋徑算法（Pathfinder）進(jìn)行裁剪，其它設(shè)置為CiteSpace默認(rèn)選項(xiàng)。利用Excel2013進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，CiteSpace與網(wǎng)絡(luò)可視化分析軟件Gephi0.9.2繪制知識(shí)圖譜[17]，輔助文本可視化軟件carrot20.0.0.QUALIFIER進(jìn)行術(shù)語(yǔ)挖掘[18-19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 論文發(fā)表趨勢(shì)

1980－2019年期間凋落物分解研究領(lǐng)域的論文數(shù)量整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)（圖1）。根據(jù)論文數(shù)量增長(zhǎng)的速度，可分為3個(gè)階段，第1階段（1980－1990年）的論文數(shù)量稀少，國(guó)際上對(duì)于凋落物分解的研究處于萌芽階段；第2階段（1991－2006年）的發(fā)文量呈波動(dòng)增長(zhǎng)；第3階段（2007－2019年）的發(fā)文量呈穩(wěn)步增加態(tài)勢(shì)，這與國(guó)際機(jī)構(gòu)之間的人才交流和專(zhuān)業(yè)性科研人員的遞增有密切關(guān)系。

2.2 發(fā)表期刊分布

迄今為止，共有625種期刊發(fā)表過(guò)有關(guān)凋落物分解的論文。發(fā)文量前10的期刊中（圖2），《Soil Biology and Biochemistry》《Plant and Soil》和《Global Change Biology》均被中國(guó)科學(xué)院SCI期刊分區(qū)列為I區(qū)期刊，在凋落物分解的研究中具有較高的學(xué)術(shù)影響力，其余雜志均為II或III區(qū)期刊。

圖1 1980－2019年的年度發(fā)文量Fig.1 The annual number of literature publications from 1980 to 2019

圖2 發(fā)文量前10的期刊Fig.2 Top 10 journals based on literature publications

2.3 研究力量及合作關(guān)系

2.3.1 研究機(jī)構(gòu)分布與合作全球范圍內(nèi)共有3 434所機(jī)構(gòu)參與了凋落物分解的研究。在發(fā)文量前10的機(jī)構(gòu)中，發(fā)文量最高的是中國(guó)科學(xué)院，其發(fā)文量達(dá)393篇，占文獻(xiàn)總數(shù)的6.94%，其次是瑞典農(nóng)業(yè)科學(xué)大學(xué)和阿姆斯特丹自由大學(xué)（表1）。同時(shí)，中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、明尼蘇達(dá)大學(xué)以及赫爾辛基大學(xué)等機(jī)構(gòu)的近3 a發(fā)文量均占各自發(fā)文量的25%以上，呈現(xiàn)出穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。其中中國(guó)科學(xué)院大學(xué)近3 a發(fā)文量達(dá)63篇，占自身文獻(xiàn)總數(shù)的63%，可以看出我國(guó)以中國(guó)科學(xué)院及其直屬高校為代表的研究機(jī)構(gòu)近些年在凋落物分解的研究上發(fā)展非常迅速。由發(fā)文量前50的機(jī)構(gòu)形成國(guó)際合作圖譜（圖3），節(jié)點(diǎn)越大則合作越頻繁，節(jié)點(diǎn)之間連線越粗則合作越密切。由圖可知，機(jī)構(gòu)之間形成復(fù)雜的合作網(wǎng)絡(luò)，如中國(guó)科學(xué)院（Chinese Acad Sci）和中國(guó)科學(xué)院大學(xué)（Univ Chinese Acad Sci）之間的合作，德國(guó)綜合生物多樣性研究中心（German Ctr Integrat Biodivers Res iDiv）和德國(guó)萊比錫大學(xué)（Univ Leizig）之間的合作非常密切，但發(fā)文量前10的機(jī)構(gòu)之間的合作不明顯，表明基于全球模式下的國(guó)際機(jī)構(gòu)合作有待加強(qiáng)。

表1 發(fā)文量前10的機(jī)構(gòu)Tab.1 Top 10 institutions based on literature publications

2.3.2 作者分布與合作網(wǎng)絡(luò)

在1980－2019年期間，共有16 764名作者參與到凋落物分解的研究，基于普賴斯公式[20]，有129名高產(chǎn)作者。篩選出發(fā)文量前100的作者繪制合作網(wǎng)絡(luò)圖譜（圖4）。節(jié)點(diǎn)越大則發(fā)文量越多，節(jié)點(diǎn)之間連線越粗則合作越密切，紅色節(jié)點(diǎn)為發(fā)文量前10的作者。其中，Wardle DA、Cornelissen JHC和Aerts R發(fā)文量居前三位，在凋落物分解研究中占據(jù)核心位置，與其它高發(fā)文量作者的共同參與形成了目前的研究格局。中國(guó)學(xué)者楊萬(wàn)勤（Yang WQ）與吳福忠（Wu FZ）合作密切且發(fā)文量多，但偏離最大子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的核心位置。

2.4 學(xué)科門(mén)類(lèi)與研究熱點(diǎn)

2.4.1 學(xué)科門(mén)類(lèi)

根據(jù)Web of Science的學(xué)科分類(lèi)，凋落物分解的研究共涉及77門(mén)學(xué)科，以Pathfinder算法繪制出學(xué)科間關(guān)系圖譜（圖5）。其中，節(jié)點(diǎn)越大則文獻(xiàn)出版量越高，節(jié)點(diǎn)之間連線越粗則共現(xiàn)性越強(qiáng)，紅色節(jié)點(diǎn)為發(fā)文量前10的學(xué)科領(lǐng)域。由圖可看出Environmental Sciences Ecology（生態(tài)環(huán)境科學(xué)）位于圖譜中心，是凋落物分解研究領(lǐng)域的主要學(xué)科。隨著研究逐漸深入，形成了多學(xué)科交叉的局面，主要從Environmental Sciences Ecology（生態(tài)環(huán)境科學(xué)）拓展到Ecology（生態(tài)學(xué)）、Plant Science（植物科學(xué)）、Agronomy（農(nóng)藝學(xué)）、Agriculture（農(nóng)學(xué)）、Soil Science（土壤科學(xué)）、Environmental science（環(huán)境科學(xué)）等，而Zoology（動(dòng)物學(xué)）與Geochemistry Geophysics（地球化學(xué)地球物理）為孤立的節(jié)點(diǎn)且節(jié)點(diǎn)較小，表明凋落物分解的研究在該學(xué)科發(fā)展較弱。

圖5 凋落物分解研究中涉及的學(xué)科Fig.5 Categories involved in the litter decomposition

2.4.2 關(guān)鍵詞分析

高頻關(guān)鍵詞可以在一定程度上反映研究熱點(diǎn)[21]，通過(guò)對(duì)1980－1989年、1990－1999年、2000－2004年、2005－2009年、2010－2014年和2015－2019年等6個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)高頻關(guān)鍵詞的挖掘反映出研究熱點(diǎn)的變化趨勢(shì)。凋落物分解研究的深入導(dǎo)致研究方向的遞增，表現(xiàn)為發(fā)文量與高頻關(guān)鍵詞的遞增（見(jiàn)表2）。1980-2019期間內(nèi)，leaf litter（凋落葉）、decomposition（分解）、carbon（碳）、nitrogen（氮）等高頻詞的持續(xù)出現(xiàn)反映出碳、氮元素變化一直在植物凋落物分解研究當(dāng)中占據(jù)關(guān)鍵位置。其中2015－2019年期間，microbial community（微生物群落）、climate change（氣候變化）、enzyme activity（酶活性）、soil organic matter（土壤有機(jī)質(zhì)）、biodiversity（生物多樣性）、terrestrial ecosystem（陸地生態(tài)系統(tǒng)）、lignin（木質(zhì)素）等高頻關(guān)鍵詞的突現(xiàn)反映出凋落物分解中的微生物作用及酶學(xué)機(jī)制逐漸受到關(guān)注，森林凋落物的分解與土壤有機(jī)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)歸還以及氣候變化之間的關(guān)系也是該領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

引文突現(xiàn)（citation bursts）反映突現(xiàn)點(diǎn)的突現(xiàn)強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間[22]，具有引文突現(xiàn)的關(guān)鍵詞可以一定程度反映未來(lái)的研究趨勢(shì)。利用CiteSpace對(duì)引文突現(xiàn)進(jìn)行探測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表3，可以將最新的突現(xiàn)詞歸為4類(lèi)研究主題：1）凋落物分解中的微生物作用，包括microbial community（微生物群落）、soil microbial community（土壤微生物群落）、fungal community（真菌群落）、ectomycorrhizal fungi（外生菌根真菌）、enzyme activity（酶活性）等；2）凋落物分解的化學(xué)計(jì)量特征，包括sequestration（固定）、stabilization（穩(wěn)定）、carbon storage（碳儲(chǔ)存）、stoichiometry（化學(xué)計(jì)量）、soil organic carbon（土壤有機(jī)碳）等；3）不同森林生態(tài)系統(tǒng)凋落物多樣性對(duì)分解的影響，包括functional trait（功能性狀）、trait（性狀）、home field advantage（主場(chǎng)效應(yīng)）、community composition（群落組成）、biodiversity（生物多樣性）、deciduous forest（落葉林）、temperate forest（溫帶森林）等；4）全球變化背景下的凋落物分解研究，包括drought（干旱）、temperature sensitivity（溫度敏感性）、photodegradation（光降解）、global pattern（全球模式）、climate change（氣候變化）等。當(dāng)然，這些主題之間并非獨(dú)立，而是相互聯(lián)系，綜合呈現(xiàn)。

表2 不同時(shí)間段區(qū)間內(nèi)高頻關(guān)鍵詞Tab.2 High frequent keywords of different time spans

表3 最新的突現(xiàn)詞Tab.3 The latest keywords with citation bursts

2.4.3 術(shù)語(yǔ)分析

術(shù)語(yǔ)可以在一定程度上反映研究的熱點(diǎn)[23]?；?980－2019年期間凋落物分解的研究論文及其引文繪制出引文共被引圖譜（圖6），其中節(jié)點(diǎn)為引文年輪（Tree Ring History），年輪的顏色表示對(duì)應(yīng)的引文時(shí)間，年輪的厚度表示對(duì)應(yīng)引文時(shí)間內(nèi)被引用的次數(shù)。由圖6所示，#0 litter decomposition與#1 plant trait集中了大部分高被引次數(shù)的文章。#0 litter decomposition的同質(zhì)性更高，達(dá)到0.908（最大為1.00，見(jiàn)表4），表明該聚類(lèi)的成員在研究上具有較大的相似性，同時(shí)由于#0 litter decomposition的平均年份（Mean Year）較為趨前，反映該聚類(lèi)大部分文章在最近被發(fā)表而具有一定的前沿性，因而#0 litter decomposition可以反映出目前凋落物分解整體的研究態(tài)勢(shì)及熱點(diǎn)。通過(guò)輔助文本可視化軟件carrot2進(jìn)一步對(duì)#0 litter decomposition所有成員所含的題目及摘要進(jìn)行術(shù)語(yǔ)分析，將聚類(lèi)成員的詳細(xì)研究?jī)?nèi)容以泡沫樹(shù)（Foam Tree）形式呈現(xiàn)（見(jiàn)圖7），其中，位于泡沫樹(shù)中間的術(shù)語(yǔ)共現(xiàn)次數(shù)更高。由圖7可知，#0 litter decomposition研究方向廣泛，研究?jī)?nèi)容與突現(xiàn)詞分析結(jié)果基本一致，涉及生物多樣性對(duì)凋落物分解的影響、分解過(guò)程中的微生物作用、影響分解的重要化學(xué)元素及組分（碳、氮、木質(zhì)素）、森林生態(tài)系統(tǒng)的凋落物分解等，這些研究方向逐漸交織，形成目前的凋落物研究網(wǎng)絡(luò)。

圖6 文獻(xiàn)共被引聚類(lèi)圖譜Fig.6 Cluster map based on co-cited references

3 討論與結(jié)論

本文基于Web of Science核心數(shù)據(jù)庫(kù)檢索了1980－2019年期間有關(guān)凋落物分解研究的文獻(xiàn)，利用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的方法分析了該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、熱點(diǎn)及趨勢(shì)等重要信息。

在期刊方面，以《Soil Biology and Biochemistry》與《Plant and Soil》為代表的期刊在凋落物分解研究領(lǐng)域處于核心位置地位，其中《Soil Biology and Biochemistry》是刊登凋落物分解文獻(xiàn)最多的期刊，占文獻(xiàn)總數(shù)的8.23%，而《Global Change Biology》是凋落物分解研究發(fā)文量前10的期刊中影響因子最高的期刊。在研究機(jī)構(gòu)方面，形成了以中國(guó)科學(xué)院和瑞典農(nóng)業(yè)科學(xué)大學(xué)為主導(dǎo)的研究力量，但機(jī)構(gòu)間在國(guó)際合作上有待進(jìn)一步加強(qiáng)。在作者方面，形成了以Cornelissen JHC、Wardle DA與Aerts R為代表的學(xué)術(shù)格局，其中Cornelissen JHC是發(fā)文量前10位的作者合作網(wǎng)絡(luò)的中心，多數(shù)作者間保持著較為密切的合作關(guān)系?？偟膩?lái)看，歐美部分國(guó)家及其機(jī)構(gòu)和學(xué)者的研究成果在全球范圍內(nèi)影響較大，在該領(lǐng)域中占據(jù)主導(dǎo)地位。

表4 文獻(xiàn)共被引中主要的聚類(lèi)Tab.4 Major clusters of co-cited references

圖7 基于術(shù)語(yǔ)的泡沫樹(shù)可視化結(jié)果Fig.7 Foam tree visualization based on lingoes

自1980年以來(lái)，國(guó)際凋落物分解的研究整體呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)，經(jīng)歷了萌芽、波動(dòng)增長(zhǎng)和穩(wěn)步加速增長(zhǎng)這三個(gè)階段，這與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和各國(guó)對(duì)科研的重視程度相關(guān)。伴隨著高頻詞的遞增，凋落物分解研究正逐步深入，涉及多個(gè)學(xué)科，從Environmental Sciences Ecology（生態(tài)環(huán)境科學(xué)）逐漸擴(kuò)展到Ecology（生態(tài)學(xué)）、Plant Science（植物科學(xué)）、Agriculture（農(nóng)學(xué)）等多學(xué)科，并且持續(xù)作為生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)話題。根據(jù)關(guān)鍵詞和術(shù)語(yǔ)分析結(jié)果表明，凋落物分解的研究從最初的質(zhì)量損失、氮元素動(dòng)態(tài)逐漸擴(kuò)展到微生物、植物群落、環(huán)境與凋落物相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和以后延伸的方向主要有：1）凋落物分解中的微生物作用受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，已在微生物群落、微生物多樣性、特定微生物類(lèi)群、酶活性等方面開(kāi)展了研究，但對(duì)凋落物分解的微生物控制機(jī)制還有待深入，未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)不同環(huán)境條件下凋落物多樣性與土壤微生物、凋落物內(nèi)微生物相互關(guān)系的研究，結(jié)合多種途徑和方法深入研究凋落物分解速率與微生物群落功能的關(guān)系；2）利用生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究凋落物分解過(guò)程中重要元素釋放、固定、儲(chǔ)存等地球化學(xué)循環(huán)目前已在許多國(guó)家、地區(qū)開(kāi)展相關(guān)研究，未來(lái)將進(jìn)一步以“植物－凋落物－土壤”作為一個(gè)整體，系統(tǒng)研究不同生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型各元素的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程及調(diào)控機(jī)理；3）氮沉降和氣候變化對(duì)凋落物分解的影響是當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一，特別是氣候變暖背景下凋落物分解的溫度敏感性以及特定生態(tài)系統(tǒng)水分因子對(duì)凋落物分解的影響，今后應(yīng)深入加強(qiáng)國(guó)際間的合作，在跨區(qū)域、長(zhǎng)時(shí)間大尺度上深入探討凋落物分解過(guò)程對(duì)氣候變化響應(yīng)的全球格局。

本文從文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的角度并利用CiteSpace、carrot2等軟件分析了凋落物分解的論文時(shí)間分布、發(fā)文期刊、研究力量和合作關(guān)系、學(xué)科門(mén)類(lèi)等分布特征，并通過(guò)關(guān)鍵詞和術(shù)語(yǔ)分析了目前的研究熱點(diǎn)和趨勢(shì)，但由于論文檢索不全、切割方法、專(zhuān)業(yè)水平等原因存在可能會(huì)對(duì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性造成一定影響。