基于知識圖譜的核桃研究前沿演進分析

羅明英， 施曉晨， 蔣國偉， 李東麗， 岳丕昌

(1. 新疆農業(yè)科學院 農業(yè)經濟與科技信息研究所， 新疆 烏魯木齊 830000； 2.約翰霍普金斯大學， 美國馬里蘭州 巴爾的摩 21218)

基于知識圖譜的核桃研究前沿演進分析

羅明英1， 施曉晨2， 蔣國偉1， 李東麗1， 岳丕昌1

(1. 新疆農業(yè)科學院 農業(yè)經濟與科技信息研究所， 新疆 烏魯木齊 830000； 2.約翰霍普金斯大學， 美國馬里蘭州 巴爾的摩 21218)

為給我國核桃科研工作提供參考，采用知識圖譜分析軟件 CiteSpace III結合美國Web of Science數(shù)據(jù)庫文獻繪制世界核桃研究的知識圖譜，分析世界核桃研究的發(fā)展趨勢和分布。結果表明：20年來核桃研究前沿熱點呈現(xiàn)多學科交叉發(fā)展的趨勢，研究主題日益豐富。核桃營養(yǎng)價值和藥理功效的研究受到極大關注；核桃油相關主題的研究非?；钴S；美國、加拿大、土耳其等8國是核桃研究國際間合作最活躍和密切的國家；對我國核桃科研工作重點布局提出了建議。

核桃； 知識圖譜； CiteSpace III； 突變詞； 研究前沿

核桃(JuglansregiaL)屬胡桃科胡桃屬植物，是堅果與油料兼用的經濟樹種，在世界各地廣泛種植。核桃在我國發(fā)展迅速，目前栽培面積居世界之首。核桃仁含有豐富的蛋白質、磷脂、多種維生素及數(shù)量充足、比例適宜的亞油酸和亞麻酸，油脂含量高達60%～70%。核桃油含有多種生物活性物質，除含有較多的亞油酸、α-亞麻酸和維生素E外，還含有神經酸、鱈油酸、EPA、DHA、角鯊烯、褪黑素、黃酮、胡蘿卜素等多種微量功效成分[1]。由于核桃具有營養(yǎng)保健及藥理功效的成分，相關研究領域非常廣泛。如何有效地追蹤世界研究前沿的進展和動向，探測和分析核桃學科領域新興研究趨勢，是保障和提高科研工作者適時應對科技發(fā)展變化能力的保障和科研決策行為的重要參考，也是我國科研人員和科技管理部門共同關注的課題。

研究前沿代表一個研究領域的思想現(xiàn)狀[2]。美國科學家普賴斯最早提出“研究前沿”(Research Front)的概念，并認為某個領域的研究前沿是由科學家積極引用的文章所體現(xiàn)，用以描述該領域的瞬時特征[3]。陳超美等把研究前沿定義為一組突現(xiàn)的動態(tài)概念和潛在的研究問題[2-4]。對學科領域的研究前沿進行分析研究可使研究者及時準確地把握學科領域的最新研究動態(tài)和主題，并預測學科發(fā)展方向和需要進一步研究的熱點主題[5]。

知識圖譜是以知識域為對象，顯示科學知識的發(fā)展進程與結構關系的一種圖像。其具有“圖”和“譜”的雙重性質與特征，顯示了知識單元或知識群之間網(wǎng)絡、結構、互動、交叉、演化或衍生等諸多隱含的復雜關系，而這些復雜的知識關系正孕育著新知識的產生[5]。CiteSpace是基于 Java 語言開發(fā)的多元、分時、動態(tài)的知識圖譜分析軟件，是近年來在國際知識圖譜分析領域最具特色和影響力的應用軟件之一。目前國內關于CiteSpace的實證研究中大部分圖譜對高頻節(jié)點和聚類進行了解讀，而對突變術語檢測應用的較少[6-7]，特別是有關農作物研究的更少。為此，筆者基于CiteSpace軟件，以美國Web of Science數(shù)據(jù)庫收錄的核桃研究文獻為研究對象，繪制世界核桃研究主題知識圖譜，通過對突變詞檢測分析揭示核桃研究前沿演進和熱點領域，并通過對國家、機構合作網(wǎng)絡分析核桃研究領域國際合作網(wǎng)絡特征，以期對我國核桃科研工作有所助益。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

利用美國科學情報研究所(ISI)的Web of Science數(shù)據(jù)庫，以walnut進行主題檢索，時間跨度選擇為 1995—2015年，選擇 ARTICLE文獻類型，檢出文獻2 907條。選擇包含參考文獻的全著錄格式下載，數(shù)據(jù)更新時間為 2015-04-02。

1.2 研究方法

1.2.1 突變詞共現(xiàn)網(wǎng)絡圖譜分析 施引文獻中使用的突變詞可以體現(xiàn)研究前沿的變化。CiteSpace是通過對突變詞語(burst terms)的提取實現(xiàn)對研究前沿的偵測分析，其內嵌的突變檢測(burst detection)功能可檢測一個學科內研究興趣突然發(fā)生變化的專業(yè)術語(突變詞語)，從而參考判斷研究前沿[8]?；陬}目、摘要、標引詞和文獻記錄的標識符提取突變詞。將2 907篇文獻導入CiteSpace Ⅲ，首先運行CiteSpace Ⅲ提取突變詞，然后選擇突變詞(burst terms)和主題詞(terms)作為術語類型和節(jié)點類型，設置合適的閾值，時間分區(qū)選擇“2”，運行得到核桃研究的突變主題共現(xiàn)圖譜并以時區(qū)形式顯示。

1.2.2 研究領域分析 對關鍵節(jié)點進行解讀，從而分析識別世界核桃研究的前沿和熱點領域。突變詞是指頻次相對增長率突然增加的詞，可能成長為研究前沿或熱點的概念，但能否成為研究趨勢還需要進一步的檢測其能否吸引足夠的研究者，是否具有一定的頻次增長速度。突變權重越大成為領域內新興研究趨勢的可能性越大；頻次越高成為領域研究熱點的可能性越大[9]。據(jù)此，為了便于分析，選取突變強度≥5的主題詞(突變詞)進行相關研究領域的分析。

圖 1 核桃主題詞(突變詞)的共現(xiàn)時區(qū)圖譜

Fig.1 Time-zone view of burst terms of walnut research

1.2.3 合作網(wǎng)絡分析 選擇Country和Institution作為分析對象，通過對合作網(wǎng)絡的分析得到核桃研究各國家和機構間的合作分布和合作強度，從而反映研究力量的布局狀況。

2 結果與分析

2.1 核桃研究前沿的演變

圖1顯示了核桃研究發(fā)展的演化脈絡、核桃前沿術語頻次的大小以及在時區(qū)上的變化。其中，節(jié)點和字體大小與前沿術語出現(xiàn)頻次大小成正比，節(jié)點越大表明該術語出現(xiàn)的頻次越高。

從表1可見1995—2015年世界核桃研究前沿主題演變和研究者的關注程度。其中，2013—2015年、2009—2010年2個時段涌現(xiàn)了大量的突變詞，提示該2個時段研究非?；钴S；同時，walnut oil作為突變詞在2013—2015年突變率劇增，突變強度(12.7)和頻次(26)遠高于其他突變術語。說明，當前核桃油相關主題的研究非常活躍，也提示圍繞核桃油開發(fā)利用是當前核桃研究領域的熱點主題。根據(jù)突變術語的突變強度和頻次分析，世界核桃研究前沿具有以下演變趨勢和分布規(guī)律。

1) 美國黑核桃、核桃樹以及害蟲防治的研究。1997—1998年涌現(xiàn)的突變術語有juglans-nigra-1、nigra-1美國黑核桃、walnuttrees核桃樹，2001—2002年有cydiapomonella蘋果蠹蛾。

2) 核桃抗氧化活性物質作用及消除DPPH自由基能力的研究。2007—2008年涌現(xiàn)gaschromatography氣象色譜儀、antioxidant activity抗氧化活性、dipheny-l-picryhydrazylDPPH自由基等突變詞。

3) 核桃品種選育、產量、核桃基因遺傳多樣性的研究。2007—2008年涌現(xiàn)tree species樹種，2009—2010年涌現(xiàn)了Persian walnut波斯核桃、walnut cultivars核桃品種、significantly higher顯著高于、walnut tree核桃樹和walnut genotypes核桃基因型等突變詞。

4) 核桃油及核桃蛋白的提取、分離純化及其功能性質研究。2009—2010年涌現(xiàn)walnut extract核桃提取、Fatty acid compodition脂肪酸、12-h，2011—2012年出現(xiàn)second order二級、dose dependent劑量依賴等突變詞，2013—2015年涌現(xiàn)walnut oil核桃油、peroxide value過氧化值、mass spectrometry質譜分析法、fourier transform infrared(FT-IR)傅立葉變換紅外線及scanning electron microscopy電子掃描顯微鏡檢測等突變詞。

5) 核桃蛋白多元不飽和脂肪酸防治心血管病的研究。2013—2015年涌現(xiàn)的walnut kernels核桃仁、polyunsaturated fatty多元不飽和脂肪及cardiovascular disease冠心病等突變詞。

6) 核桃殼制備活性炭的研究。2013—2015年涌現(xiàn)的moisture content含水率、adsorption capacity吸附能力、activated carbons活性碳及contact time接觸時間等突變詞。

表1 1995—2015年涌現(xiàn)的前沿術語(突變強度≥5)與出現(xiàn)頻次

2.2 核桃油的研究領域

亞油酸(Omega-6脂肪酸)和亞麻酸(Omega-3脂肪酸)具有降低血清和肝臟中膽固醇的作用，對人體健康具有重要的意義。核桃油中亞油酸、亞麻酸等不飽和必需脂肪酸總量高達90%左右；同時，核桃油還含有微量功能脂肪酸，如DHA、EPA和神經酸等，這些微量脂肪酸是大腦神經纖維和神經細胞的核心天然成分，可促進神經網(wǎng)絡的形成[10]。核桃油營養(yǎng)價值和藥理功效的研究與開發(fā)受到研究領域的極大關注。

以walnut oil一詞在Web of Science數(shù)據(jù)庫中共檢出ARTICLE類型文獻410篇，其在學科、出版物和國家間的分布情況見表2和表3。從表2可見，研究文獻在Food science technology領域分布最多，為39.02%；其次是Chemistry、Nutrition dietetics和Agriculture等領域，分別為31.95%、20.98%和10.98%。從表3可見，410篇研究文獻在相關出版物上收錄的篇數(shù)和在國家間的分布列前10位的國家總計發(fā)文為318篇，占總檢出文獻的77.56%。其中，美國發(fā)文最多，為83篇；其次是西班牙、土耳其和伊朗，分別是50篇、45篇和33篇；中國26篇，位列第五。

表2 核桃油研究文獻的學科分布

表3 核桃油研究文獻在出版物和國家間的分布

2.3 合作網(wǎng)絡

圖2顯示了核桃研究的各級合作網(wǎng)絡。

2.3.1 國際合作網(wǎng)絡 由國際合作網(wǎng)絡(圖2-a)可見，按發(fā)文頻次排序在100以上的國家有美國、中國、土耳其、伊朗、西班牙、法國和意大利。其中，連線最密集的區(qū)域就是合作最活躍的區(qū)域，作為關鍵點原圖中以紫色邊緣顯示。這些國家包括美國、加拿大、土耳其、伊朗、法國、西班牙、意大利和巴西(中介中心性≥0.1)，其在核桃合作研究中具有重要作用。中國發(fā)文頻次為217，中心性為0.09。

2.3.2 研究機構合作網(wǎng)絡 研究機構合作連線最密集的且顯示為關鍵點(中介中心性≥0.1)的機構有華盛頓州立大學(Washington State Univ)、美國農業(yè)部農業(yè)研究服務局(USDA ARS)、西北農林科技大學(Northwest A&FUniv)和德黑蘭大學(Univ Tehran)，其在核桃合作研究中具有重要作用(圖2-b)。

注：a, 國際合作網(wǎng)絡；b, 研究機構合作網(wǎng)絡；c, 美國合作網(wǎng)絡；d, 中國合作網(wǎng)絡。

Note: a, network map of co-authors’ countries; b, network map of co-authors’institutions; c, network map of co-authors’countries based on articles from USA; d, network map of co-authors’ countries based on articles from PRC.

圖 2 核桃研究的合作網(wǎng)絡圖譜

Fig.2 Cooperation network map of walnuts research

2.3.3 美國合作網(wǎng)絡 分析由美國發(fā)表的1 483條文獻數(shù)據(jù)得到的合作網(wǎng)絡(圖2-c)顯示，與美國開展核桃研究合作的國家主要是中國、意大利、西班牙、英國和伊朗等。

2.3.4 中國合作網(wǎng)絡 由中國發(fā)表的336條文獻數(shù)據(jù)分析得到的合作網(wǎng)絡(圖2-d)顯示，美國、澳大利亞、德國、加拿大和日本是中國核桃研究的主要合作國家，且顯示中國(中心性1.29)為關鍵點，表示國內核桃研究領域與上述國家均有積極的國際合作關系。

3 結論與展望

利用CiteSpace Ⅲ軟件和核桃研究文獻對世界核桃研究的演進趨勢、前沿熱點和國際合作網(wǎng)絡進行了知識圖譜分析，為了解核桃研究學科的前沿進展、發(fā)展脈絡和發(fā)現(xiàn)潛在的國際合作網(wǎng)絡提供了科學依據(jù)和參考。從核桃研究前沿演化趨勢圖譜和突變詞檢測看，具有以下特征：

1) 由核桃樹種及蟲害防治演變發(fā)展到針對核桃油和核桃蛋白提取、功能活性物質抗氧化活性的研究利用開發(fā)。

2) 核桃油營養(yǎng)價值和藥理功效的研究與開發(fā)已經引起研究領域的極大關注，圖譜分析也證實核桃油是當前最為活躍的研究領域之一。

3) 質譜技術、紅外光譜技術及電子掃描顯微鏡檢測技術在核桃油及核桃蛋白的提取、分離純化及其功能性質研究中發(fā)揮了重要作用。傅里葉變換紅外光譜法(FT-IR)是近年來發(fā)展迅速的檢測方法?？梢哉雇?，未來傅里葉變換紅外光譜法的發(fā)展對核桃油將實現(xiàn)快速、簡便、準確的品種及質量監(jiān)控。

4) 核桃醫(yī)療保健作用開發(fā)和在防治人類疾病中的作用研究給核桃領域的研究發(fā)展提供了更多的方向。

5) 核桃殼加工活性炭產品研究也受到廣泛關注。

6) 國際間合作最為活躍、合作密切的國家是美國、加拿大、土耳其、伊朗、法國、西班牙、意大利、巴西，中國國際合作程度較上述國家尚有差距。

近年來我國核桃主產省區(qū)發(fā)展迅猛，產量快速增長。但相比之下我國核桃的出口形勢并不樂觀，據(jù)聯(lián)合國糧農組織統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2011年我國帶殼核桃出口2.54萬t，只占當年產量的1.53%。因此，為保障我國核桃產業(yè)健康發(fā)展，應加快我國核桃產品的深度開發(fā)利用。值得提出的是，核桃油作為一種特殊的植物油，在國際上已經引起重視，從本文的分析也得以證明。我國未來應加強核桃油的提取、分離純化及其功能性質立項研究，開發(fā)具有我國自主知識產權的技術方法和產品，加強我國與國際研究團隊的合作交流，以提高我國核桃產業(yè)的國際競爭力。

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(責任編輯： 王 海)

Development of Frontier of Walnuts Research Based on Knowledge Map Analysis

LUO Mingying1， SHI Xiaochen2， JIANG Guowei1， LI Dongli1， YUE Pichang1

(1.InstituteofAgriculturalEconomy&ScienceandTechnologyInformation,XinjiangAcademyofAgriculturalScience,Urumqi,Xinjiang830000,China; 2.JohnsHopkinsUniversity,Baltimore,Maryland21218,USA)

To provide references for walnuts research in China, CiteSpace Ⅲ，a software based on Java platform for mapping knowledge domains was used to draw the knowledge map of walnuts in the world combined with the database of Web of Science, so as to analyze the development trend and distribution of walnuts research in the world. Results: The frontier of walnuts research presented the crossing development trend of various subjects, and the research topics became increasingly abundant. Close attentions were paid to researches on nutritional value and pharmacological effect of walnuts; Walnut oil related topics were extremely active; Eight countries, such as America, Canada and Turkey, were of the most active and closest international cooperation on walnuts research; Suggestions were proposed on the key layout of walnuts research work in China.

walnuts; mapping knowledge domains; CiteSpace Ⅲ; burst terms; research frontier

2015-07-26； 2015-12-30修回

新疆維吾爾自治區(qū)公益性科研院所基本科研業(yè)務專項(KY2015077)

羅明英(1962-)，女，研究員，從事農業(yè)科技信息研究。E-mail:lmy@xaas.ac.cn

1001-3601(2016)03-0138-0160-05

S126

A

農業(yè)信息·農業(yè)工程·資源環(huán)境

Agricultural Information and Technology·Agricultural Engineering·Resource and Environment