基于文獻計量的國內(nèi)水稻耐鹽性研究態(tài)勢分析

王 洋，張 瑞，周雨晴，劉永昊，SHAHID Hussain，劉高生，戴其根

（揚州大學農(nóng)學院，江蘇揚州 225009）

0 引言

據(jù)聯(lián)合國教科文組織和糧農(nóng)組織不完全統(tǒng)計，中國鹽堿地面積為9913萬hm2[1]。中國成為繼澳大利亞和俄羅斯之后世界第三大鹽堿地分布地區(qū)[2]，鹽堿地作為重要的土地后備資源具有巨大農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展?jié)摿?，其改良與利用是實現(xiàn)中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措[3]。水稻是沿海灘涂和鹽堿地改良的首選糧食作物，研究水稻耐鹽機理對提高鹽堿地水稻產(chǎn)量有重要意義，有利于進一步保障國內(nèi)糧食安全[4]。

21世紀以來，現(xiàn)代科學技術(shù)在各個領域（包括水稻鹽脅迫領域）內(nèi)發(fā)展迅猛，相關(guān)文獻積累量也呈爆炸式增長[5]。文獻計量學方法可以對科技論文進行質(zhì)與量的綜合評價[6]，它是一門以整個人類知識體系為對象，運用定量分析和計算技術(shù)對社會知識的知識能力和知識的社會關(guān)系進行綜合研究的交叉學科[7]。此方法已廣泛應用于作物學、生態(tài)環(huán)境、食品科學、土壤學等領域[8-15]。本研究用CiteSpace和VOSviewer對近年來國內(nèi)在水稻鹽脅迫領域內(nèi)的高質(zhì)量論文進行文獻分析，整理國內(nèi)在水稻鹽脅迫研究方面的探索路徑與研究熱點等，以期為今后的水稻鹽脅迫領域的研究提供參考。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

以國內(nèi)資源最豐富和用戶量最大的中國知網(wǎng)(CNKI)作為數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源[16]，檢索方式為高級檢索，以“鹽脅迫”和“水稻”為主題詞，時間跨度為1990—2020年，初步檢索得到611篇論文。為保證文章質(zhì)量，引文索引為北大核心期刊和CSCD收錄論文，檢索條件為(((主題%='水稻'or題名%='水稻'or title='水稻'or v_subject='水稻')AND(主題%='鹽脅迫'or題名%='鹽脅迫'or title='鹽脅迫'or v_subject='鹽脅迫'))AND(是否基金文獻='Y'))AND((年 Between('1992','2020'))AND((核心期刊='Y')OR(CSCD期刊='Y')))，之后經(jīng)過人工識別，篩選剔除重復或者相關(guān)性較弱的，最后得到相關(guān)文獻442篇。

1.2 研究方法

輸出參考文獻格式為Refworks格式，后在CiteSpace軟件中轉(zhuǎn)化為WOS格式。機構(gòu)名稱皆只使用該期刊文獻的第一機構(gòu)單位，機構(gòu)名稱統(tǒng)一為機構(gòu)的一級，例如將“浙江大學農(nóng)學系”改為“浙江大學”。

以文獻計量學為基礎對水稻鹽脅迫領域的科學文獻進行評估。文獻計量分析是近年來對特定領域內(nèi)的結(jié)構(gòu)進行回顧、評估和客觀表示的最常用方法之一[17]。用荷蘭萊頓大學的Nees Jan van Eck和Ludo Waltman開發(fā)的VOSviewer_1.6.16和由英國籍華裔、美國德雷塞爾大學陳超美教授開發(fā)的CiteSpace 5.7.R5繪制關(guān)鍵詞共現(xiàn)等科學知識圖譜[18]，Origin 2018pro作圖。CiteSpace和VOSviewer可用來對一個研究領域或一個學科的學術(shù)文獻進行可視化分析[19]。其網(wǎng)絡視圖可以直觀地反映出分析數(shù)據(jù)權(quán)重大小和分析數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，各種網(wǎng)絡圖譜不同節(jié)點代表作者/關(guān)鍵詞等要素，節(jié)點越大與字體越大代表出現(xiàn)次數(shù)越多，節(jié)點間的連線代表節(jié)點間研究內(nèi)容相似或有合作關(guān)系，并用統(tǒng)一顏色表示[20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻鹽脅迫方面研究文獻年度發(fā)文量變化

從圖1的水稻鹽脅迫方面每年的文獻發(fā)文量可知，1990—2000年國內(nèi)水稻鹽脅迫方面文獻發(fā)文量處于緩慢增長階段，期刊文獻總發(fā)文量為21篇；2001—2010年文獻發(fā)文量處于快速增加階段，期間期刊文獻總發(fā)表量為132篇；2011—2020年水稻鹽脅迫方面論文產(chǎn)出量呈爆炸式增長，期間期刊論文總發(fā)表量為289篇。

圖1 國內(nèi)水稻鹽脅迫領域每年文獻發(fā)文情況

2.2 水稻鹽脅迫領域作者合作共現(xiàn)分析

CiteSpace依據(jù)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和聚類的清晰度，提供了聚類模塊值（modularity，Q值）和聚類平均輪廓值（silhouette，S值）2個參數(shù)指標，它們可以作為評判繪制效果的一個依據(jù)。一般情況下，Q＞0.3意味著聚類結(jié)構(gòu)顯著，S＞0.5聚類就是合理的，S＞0.7意味著聚類是令人信服的[21]。從圖2可知，關(guān)鍵詞聚類分析圖的聚類模塊值為0.9546，表明該關(guān)鍵詞聚類是合理的；聚類平均輪廓值為1，表明該關(guān)鍵詞聚類是令人信服的。每一個聚類都代表一個機構(gòu)單位，字體越大，表示該作者在水稻鹽脅迫領域貢獻越大，從圖2A能夠看出研究者在所處機構(gòu)內(nèi)各自組成穩(wěn)定的合作關(guān)系，其中對水稻鹽脅迫研究較多、貢獻較大的團隊有于志晶、代金英、劉健、劉君、劉向東等。

圖2 水稻鹽脅迫研究作者聚類共現(xiàn)分析圖

VOSviewer分析了在水稻鹽脅迫領域發(fā)文量至少3篇以上的作者，由圖2B可知，水稻鹽脅迫領域作者共現(xiàn)分析圖中共顯示32個作者群，這32個作者群中的作者都是1990—2020年中每年平均發(fā)文量為3篇以上的作者。莊杰云團隊和王仁雷團隊是進行水稻鹽脅迫研究較早的團隊；2015年左右，趙宏偉團隊和張所兵團隊是進行水稻鹽脅迫研究的中堅力量；近幾年戴其根團隊、謝先芝團隊、張均華團隊是進行水稻鹽脅迫研究的后起之秀；而劉國振團隊、周鴻凱團隊和張燕紅團隊進行水稻鹽脅迫研究長達10年之久。圖2C展示作者之間的合作關(guān)系，趙宏偉團隊和鄒德堂團隊合作最多，而孫健和張麗麗團隊在2010年前后合作較多。

2.3 水稻鹽脅迫領域關(guān)鍵詞聚類共現(xiàn)分析

由圖3A可知，關(guān)鍵詞聚類分析圖的聚類模塊值為0.686，表明該關(guān)鍵詞聚類是合理的；聚類平均輪廓值為0.9243，表明該關(guān)鍵詞聚類是令人信服的。關(guān)鍵詞聚類中數(shù)字越小表示聚類中包含的關(guān)鍵詞越多，每個聚類都是由多個緊密相關(guān)的詞組成。從圖3可知，關(guān)鍵詞聚類為10個類群，按數(shù)字從小到大分別為鹽脅迫、生物信息學、耐鹽性、非生物脅迫、干旱脅迫、種子萌發(fā)、植物、水稻幼苗、生長發(fā)育和轉(zhuǎn)錄因子。

圖3 水稻鹽脅迫文獻關(guān)鍵詞聚類共現(xiàn)分析圖

關(guān)鍵詞聚類共現(xiàn)分析可用于發(fā)現(xiàn)該領域的研究方向、識別論文的研究主題和查找某一研究方向的經(jīng)典文獻等[13]。1990—2020年在水稻鹽脅迫領域共1836個關(guān)鍵詞，重復次數(shù)為4次以上的關(guān)鍵詞定為高頻詞，統(tǒng)計出158個高頻詞，去掉高頻詞中的英文重復部分，在簡化后的關(guān)鍵詞基礎上繪制1990—2020年水稻鹽脅迫領域關(guān)鍵詞共現(xiàn)的科學知識圖譜[23]，結(jié)果劃分為8個聚類（圖3B），分別代表該領域內(nèi)8個研究方向：（1）基因表達（黃色聚類），關(guān)鍵詞有免疫印跡、啟動子、表達模式、轉(zhuǎn)錄因子和表達譜等；（2）脯氨酸（深藍色聚類），關(guān)鍵詞有滲透脅迫、鹽堿脅迫和抗逆等；（3）轉(zhuǎn)基因水稻（粉紅色聚類），關(guān)鍵詞有冷脅迫、農(nóng)藝性狀和滲透調(diào)節(jié)等；（4）水稻（綠色聚類），關(guān)鍵詞有耐鹽性、種質(zhì)資源、綜合評價和苗期等；（5）鹽脅迫（紫色聚類），關(guān)鍵詞有水稻幼苗、抗氧化酶、酶活性、種子萌發(fā)和雜草稻等；（6）非生物脅迫（紅色聚類），關(guān)鍵詞有產(chǎn)量、品質(zhì)和研究進展等；（7）光合作用（天藍色聚類），關(guān)鍵詞有葉綠素熒光、水楊酸和生理特性等；（8）粳稻（橘黃色聚類），關(guān)鍵詞有SSR標記和誘抗劑等。

2.4 水稻鹽脅迫領域高被引文獻分析

由表1可知，國內(nèi)水稻鹽脅迫領域相關(guān)文獻中被引次數(shù)最高的是《熱帶亞熱帶植物學報》的《干旱、鹽和低溫脅迫對水稻幼苗脯氨酸含量的影響》，被引頻次為402次；其次是來自《中國農(nóng)業(yè)科學》的《鹽脅迫下鈣對水稻幼苗光合作用及相關(guān)生理特性的影響》，被引頻次為245次。從高被引文獻的發(fā)表時間來看，這些文獻中80%的文獻是2000—2010年發(fā)表。被引頻次前10位的文獻發(fā)表單位皆為高校和科研院所，且高校和科研院所所在地均為灘涂鹽堿地和鹽堿地較多的省份。高被引文獻著眼于鹽脅迫下水稻滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、生理特性和光合特性等生理生化方面，可以看出生理生化研究在水稻鹽脅迫研究領域的重要性。

表1 1990—2020年高被引文獻及期刊來源

2.5 水稻鹽脅迫領域科研單位分析

由圖4可知，湖南農(nóng)業(yè)大學、南京農(nóng)業(yè)大學、揚州大學、廣東海洋大學、上饒師范學院、吉林師范大學、河北師范大學、江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所、湖北大學、東北農(nóng)業(yè)大學和中國農(nóng)業(yè)科學院在水稻鹽脅迫領域研究較多，各個機構(gòu)單位在水稻鹽脅迫方面的發(fā)文量依排名先后而遞減。水稻鹽脅迫研究機構(gòu)單位和地域關(guān)系很大，多為水稻種植地區(qū)的沿海省份和鹽堿地面積較大的省份。

圖4 1990—2020年高被引機構(gòu)單位共現(xiàn)圖

2.6 水稻鹽脅迫領域關(guān)鍵詞魚眼圖分析

從圖5可知，關(guān)鍵詞聚類分析圖的聚類模塊值為0.686，表明該關(guān)鍵詞聚類是合理的；聚類平均輪廓值為0.9243，表明該關(guān)鍵詞聚類是令人信服的。魚眼圖的分類關(guān)鍵詞與圖3的關(guān)鍵詞聚類一樣，區(qū)別在于魚眼圖將一個聚類群中的各個關(guān)鍵詞按出現(xiàn)年份先后從左到右依次排列（時間線圖）[24]。從圖5可以看出，近年來在水稻鹽脅迫領域方面?zhèn)戎赜诟瞪L、礦質(zhì)元素、基因家族表達分析、不同水稻品種的耐鹽性、水稻苗期耐鹽性、基因編輯技術(shù)在水稻耐鹽育種方面的應用、鈉鉀平衡等方面的研究。

圖5 1990—2020年關(guān)鍵詞魚眼圖

2.7 水稻鹽脅迫領域關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析可以探測出頻次變化率高的關(guān)鍵詞，確定研究領域的前沿內(nèi)容[25]。通過關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析得到水稻鹽脅迫領域中排名前20位的突現(xiàn)詞（圖6），水稻鹽脅迫研究初期主要突現(xiàn)詞是相對鹽害率；之后是種子引發(fā)、籽粒充實和細胞質(zhì)膜透性；近幾年的突現(xiàn)詞為非生物脅迫、堿脅迫、轉(zhuǎn)錄因子和基因表達。

圖6 1990—2020年關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖

3 結(jié)論

通過科學知識圖譜可視化分析得出國內(nèi)水稻鹽脅迫高質(zhì)量文獻產(chǎn)出經(jīng)歷了指數(shù)型增長的過程，即從1990—2000年處于緩慢增長階段，2001—2010年處于快速增加階段，2011—2020年產(chǎn)出量呈爆炸式增長。從關(guān)鍵詞共現(xiàn)聚類將水稻鹽脅迫領域分類10大類，分別為鹽脅迫、生物信息學、耐鹽性、非生物脅迫、干旱脅迫、種子萌發(fā)、植物、水稻幼苗、生長發(fā)育和轉(zhuǎn)錄因子。從作者和機構(gòu)文獻產(chǎn)出量看，趙宏偉、劉國振和周鴻凱團隊的文獻產(chǎn)出量最多，趙宏偉團隊和鄒德堂團隊合作關(guān)系多且久遠，從水稻鹽脅迫文獻被引機構(gòu)單位來看，研究單位以高校和科研所單位為主體，且大多地處沿海地區(qū)和鹽堿地地區(qū)。通過魚眼圖和突現(xiàn)分析可以及時抓住水稻鹽脅迫研究熱點，本研究表明，水稻根系研究、生理特性研究、基因表達研究和基因編輯技術(shù)育種等方面是水稻鹽脅迫研究的主要方向。

4 討論

中國鹽堿土面積大、分布廣，根據(jù)各地區(qū)不同氣候因素以及地區(qū)分布，鹽漬土可以分為濱海鹽堿土和灘涂、黃淮海平原鹽漬土、東北松嫩平原鹽堿土、半荒漠內(nèi)陸鹽堿土及草原鹽漬區(qū)[26-27]。開發(fā)利用鹽堿土能夠保障耕地資源，增加糧食儲備。水稻是改良鹽堿地的先鋒作物，國內(nèi)外在水稻耐鹽堿研究方面也取得了一定成果，但仍需進一步研究、完善、優(yōu)化整合，形成一個完整的體系，可以從以下方面開展工作：（1）深度開展水稻全生育期耐鹽機理研究，水稻耐鹽機理是提高水稻耐鹽性的基礎，本研究表明很多水稻耐鹽性研究都在芽期和苗期，對全生育期研究相對較少，產(chǎn)量是糧食生產(chǎn)的重要結(jié)果，水稻耐鹽機理應該圍繞產(chǎn)量結(jié)果展開；（2）加強水稻耐鹽基因的發(fā)掘，鑒定能夠同時控制不同生長階段、遺傳性好且穩(wěn)定的優(yōu)異耐鹽基因[4]；（3）加強耐鹽堿水稻種質(zhì)創(chuàng)新和新品種選育，篩選耐鹽水稻品種是提高鹽脅迫下水稻產(chǎn)量的重要途徑；（4）國內(nèi)各地氣候、鹽堿土理化性質(zhì)不同，各地研究團隊應篩選適合本地區(qū)生長的耐鹽水稻品種及其他作物，并研究其耐鹽機理，提高鹽堿地作物產(chǎn)量；（5）加強鹽堿土改良，土壤是作物生長的基礎，鹽堿土改良與耐鹽堿水稻相結(jié)合才能更好地提高作物產(chǎn)量；（6）土壤鹽漬化地區(qū)的各耐鹽堿研究團隊，及全國的耐鹽堿研究團隊加強合作、交流，開展深入、系統(tǒng)的研究，為所在地區(qū)及全國的鹽堿地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)貢獻智慧；（7）耐鹽研究成果系統(tǒng)化、理論化，最后通俗化；（8）加強農(nóng)業(yè)推廣，一切耐鹽性研究都是為了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐，加強耐鹽研究成果的推廣是提高鹽堿地作物產(chǎn)量的最后一環(huán)。