基于CiteSpace的氮沉降知識圖譜計(jì)量分析

程智超，王文浩，李夢莎，隋 心，尹偉平，李國富

（1黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/黑龍江省寒地生態(tài)修復(fù)與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150080；2黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所，哈爾濱 150040；3黑龍江中央站黑嘴松雞國家級自然保護(hù)區(qū)服務(wù)中心，黑龍江 嫩江 161400）

0 引言

氮沉降是氮元素以各種形式在海洋以及地面上沉降的過程，氨基、氮基等都是氮元素在沉降過程中的存在形式[1]。干沉降和濕沉降是氮元素2種沉降方式，前一種方式是指大氣中的氮元素以降塵的形式回到陸地，后一種方式主要是氮元素隨著雨水返回到海洋[2-5]。大氣氮沉降已經(jīng)成為重大的全球氣候變化問題，而中國目前已經(jīng)成為受氮沉降影響嚴(yán)重的地區(qū)。近年大量的氮元素沉降造成了土壤酸化的加劇[3]，改變了生態(tài)環(huán)境的功能[5]，生態(tài)的多樣性也因此受到威脅。近年來，國內(nèi)外學(xué)者逐漸將目光轉(zhuǎn)移到氮沉降對于生態(tài)環(huán)境的影響方面，然而當(dāng)前缺乏對此領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)及趨勢進(jìn)行可視化的計(jì)量分析，并且對于該領(lǐng)域的研究深度預(yù)測分析較少，無法為氮沉降的研究提供比較明確的方向[6]。

在對某一領(lǐng)域的知識進(jìn)行研究時(shí)常使用科學(xué)知識圖譜，在收集大量的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并通過圖像來展示領(lǐng)域內(nèi)知識的發(fā)展歷程以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系。圖像能夠很好地揭示不同的知識群以及知識單元之間的關(guān)系，例如知識結(jié)構(gòu)、知識網(wǎng)絡(luò)、演化過程、衍生知識、知識交叉以及互動(dòng)等。知識圖譜是指在對某一領(lǐng)域的知識文獻(xiàn)進(jìn)行研究時(shí)，首先設(shè)置適當(dāng)?shù)臋z索條件對文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，然后通過數(shù)據(jù)分析，研究文獻(xiàn)、關(guān)鍵詞、學(xué)者等幾個(gè)重要指標(biāo)的情況，分析它們的相似性以及差異，分析領(lǐng)域內(nèi)的知識研究熱點(diǎn)以及分布，進(jìn)而獲得目標(biāo)領(lǐng)域內(nèi)知識研究的特點(diǎn)及規(guī)律[7-10]。

在進(jìn)行科學(xué)知識圖譜分析時(shí)，CiteSpace是非常重要的一種工具，國內(nèi)常使用這一軟件對目標(biāo)領(lǐng)域內(nèi)的知識進(jìn)行可視化研究[11-13]。這些文獻(xiàn)計(jì)量研究局限于單一因素的影響，導(dǎo)致覆蓋面較為狹窄。筆者以“氮沉降”為主題詞，對發(fā)文作者、研究機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞、基金進(jìn)行可視化分析，得出相關(guān)結(jié)論，以反映氮沉降研究領(lǐng)域的研究進(jìn)展以及發(fā)展趨勢。

1 資料與方法

Cite Space的工作原理[14]是，對目標(biāo)領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到領(lǐng)域內(nèi)知識研究發(fā)展的過程、路徑以及拐點(diǎn)，并對不同內(nèi)容的相關(guān)性進(jìn)行分析，進(jìn)而對領(lǐng)域內(nèi)的知識發(fā)展進(jìn)行預(yù)測，以促進(jìn)領(lǐng)域相關(guān)研究，整個(gè)過程的實(shí)現(xiàn)使用了尋徑網(wǎng)絡(luò)算法并運(yùn)用了共引分析理論[15-16]。本研究所用數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)(CNKI)，以“氮沉降”為主題詞進(jìn)行檢索，檢索類別為核心期刊和CSSCI，同時(shí)為了排除不相關(guān)文獻(xiàn)的干擾，保證查準(zhǔn)率和查全率，對檢索結(jié)果進(jìn)行篩查，識別剔除公告、通知等不相關(guān)文獻(xiàn)。經(jīng)過檢索共收集到754篇文獻(xiàn)，對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，保存為download_ectomycorrhiza.txt文件，設(shè)置時(shí)間段為2009—2019年，將文獻(xiàn)檢索的日期設(shè)定為2020年2月17日。進(jìn)行相應(yīng)的處理之后，把數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件中并使用相應(yīng)的模塊進(jìn)行處理，獲得能夠分析的數(shù)據(jù)形式，在進(jìn)行處理分析時(shí)，以關(guān)鍵詞、機(jī)構(gòu)和作者作為節(jié)點(diǎn)，依據(jù)節(jié)點(diǎn)生成相應(yīng)的知識圖譜。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文研究時(shí)段及其特點(diǎn)分析

2016年之前年均發(fā)文量不足100篇，2017年發(fā)文數(shù)量達(dá)到了最高，為101篇（圖1）。2009—2014年為快速增長期，除2010年略有下降外，年均發(fā)文數(shù)量整體呈上升趨勢，說明此期間氮沉降研究逐漸成為熱點(diǎn)。但在2014—2017年增長緩慢，說明此期間氮沉降研究領(lǐng)域逐漸趨于穩(wěn)定，預(yù)計(jì)2020年發(fā)文量與2019年發(fā)文量接近。

圖1 2009—2019年“氮沉降”研究領(lǐng)域論文發(fā)表數(shù)量

2.2 關(guān)鍵詞分析

對文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵詞進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將出現(xiàn)頻次比較高的關(guān)鍵詞進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到結(jié)果如表1所示。通常來講，關(guān)鍵詞的頻率能夠在一定程度上反映領(lǐng)域內(nèi)研究的熱點(diǎn)，出現(xiàn)頻次高的關(guān)鍵詞即為氮沉降領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)[17]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)氮沉降研究關(guān)注熱點(diǎn)是氮沉降(399)、大氣氮沉降(53)、土壤呼吸(49)、氮添加(47)、濕沉降(32)等。10年來，在氮沉降領(lǐng)域內(nèi)，土壤微生物、凋落物分解和酶活性是新出現(xiàn)的研究熱點(diǎn)?？傮w而言，氮沉降研究的內(nèi)容較為豐富，主要集中在土壤微生物多樣性、土壤呼吸及土壤磷循環(huán)方面。

圖2 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

基于關(guān)鍵詞的知識圖譜（圖2）中有588條連線，梳理出外生菌根研究的一個(gè)主要方向?yàn)榈两怠寥牢⑸铩锪俊寥烂浮富钚浴寥鲤B(yǎng)分—土壤—養(yǎng)分。還識別出了2個(gè)研究主題，（1）氮沉降和土壤，通過研究氮沉降對土壤的影響，提高對土壤養(yǎng)分的促進(jìn)作用；（2）氮沉降和生態(tài)系統(tǒng)，研究氮沉降對生態(tài)環(huán)境的作用，進(jìn)而提出有針對性的措施來保護(hù)生態(tài)環(huán)境。時(shí)間演化分析是以年份為劃分單位進(jìn)行關(guān)鍵詞分析，得出動(dòng)態(tài)變化過程[18-19]。經(jīng)過研究，氮沉降的研究主要可以大致分為3個(gè)時(shí)間段，如表1。

2.3 研究機(jī)構(gòu)分析

CNKI數(shù)據(jù)庫結(jié)果顯示，國內(nèi)發(fā)表氮沉降研究相關(guān)論文15篇及以上的研究機(jī)構(gòu)有11個(gè)，其中最為主要的研究機(jī)構(gòu)是高校，其次為各大科研院所。圖3為研究機(jī)構(gòu)的圖譜，圖中節(jié)點(diǎn)越大代表發(fā)表文獻(xiàn)的頻率越高[20]，觀察圖譜可發(fā)現(xiàn)，中國科學(xué)院大學(xué)呈現(xiàn)節(jié)點(diǎn)最大，所以該機(jī)構(gòu)是發(fā)文數(shù)量最多的研究機(jī)構(gòu)。圖中共有113個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接、118個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過計(jì)算其網(wǎng)絡(luò)密度為0.0138，說明氮沉降研究機(jī)構(gòu)之間的相互聯(lián)系較小，需要進(jìn)一步加強(qiáng)各科研機(jī)構(gòu)之間的交流與合作。由表2可知，氮沉降研究領(lǐng)域發(fā)文次數(shù)最多的是中國科學(xué)院大學(xué)，共80次；其次是中國科學(xué)院研究生院和中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，分別出現(xiàn)33次和24次。此外，這一研究領(lǐng)域的機(jī)構(gòu)占半數(shù)的是農(nóng)業(yè)及農(nóng)林類高校及科研單位，基于專業(yè)優(yōu)勢，這些單位是氮沉降研究比較活躍的機(jī)構(gòu)，屬于國內(nèi)該領(lǐng)域發(fā)文的領(lǐng)軍團(tuán)體。

2.4 發(fā)文作者分析

對發(fā)表文獻(xiàn)的作者進(jìn)行共現(xiàn)分析是研究“氮沉降”領(lǐng)域研究現(xiàn)狀一個(gè)非常重要的辦法，這個(gè)方法能夠很好地體現(xiàn)出某一領(lǐng)域內(nèi)核心作者對于該領(lǐng)域研究的重要性程度[21]。研究領(lǐng)域內(nèi)的作者圖譜如圖4，圖譜共有338個(gè)節(jié)點(diǎn)、919個(gè)連接，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)密度為0.0161。圖中節(jié)點(diǎn)大表明作者發(fā)表文獻(xiàn)的數(shù)量多，涂利華是發(fā)文數(shù)量最多的作者（27次），其次是樊后保、胡庭興、劉文飛、劉學(xué)軍等，有20位作者發(fā)文次數(shù)在11次以上。就作者的分布情況而言，呈現(xiàn)出小范圍集中、整體分散的特點(diǎn)，表明發(fā)文作者主要在研究機(jī)構(gòu)或者高校集中，并且不同的機(jī)構(gòu)之間很少進(jìn)行交流和合作。

表1 基于時(shí)區(qū)視圖的關(guān)鍵詞變化及研究熱點(diǎn)趨勢特點(diǎn)

圖3 2009—2019年氮沉降研究機(jī)構(gòu)知識圖譜

表2 2009—2019年氮沉降領(lǐng)域發(fā)文數(shù)量15次以上的研究機(jī)構(gòu)

由表3可以發(fā)現(xiàn)，作者群之間的相互關(guān)聯(lián)不夠緊密，學(xué)術(shù)交流不強(qiáng)，不利于氮沉降研究領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。5人的發(fā)文數(shù)量在20篇以上，根據(jù)計(jì)算得出前10位作者發(fā)文次數(shù)占所有作者發(fā)文總數(shù)的25.06%，前5位作者的文獻(xiàn)發(fā)表總數(shù)在所有文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量中占到的比例達(dá)到了15.64%。說明在氮沉降領(lǐng)域，研究學(xué)者具有比較高的集中度，特別是核心作者在領(lǐng)域內(nèi)的研究體現(xiàn)出比較明顯的關(guān)鍵性作用。其中，涂利華在氮沉降領(lǐng)域內(nèi)是一名非常重要的學(xué)者，對于氮沉降研究做出了十分重要的貢獻(xiàn)[22]。

2.5 發(fā)文期刊分析

圖4 1979—2018年氮沉降主要研究學(xué)者圖譜

表3 1979—2018年氮沉降領(lǐng)域發(fā)文量前20名作者及所在機(jī)構(gòu)

由表4可知，《生態(tài)學(xué)報(bào)》、《生態(tài)學(xué)雜志》和《應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)》在文獻(xiàn)刊登數(shù)量方面排在前3位，刊登文獻(xiàn)數(shù)量分別為120、59、58次。此外，對期刊的影響因子進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，在14個(gè)刊登超過10篇有關(guān)氮沉降文獻(xiàn)的期刊中，影響因子超過3.0有3個(gè)，影響因子2.0～3.0的期刊有6個(gè)，其中排名前三的期刊影響因子分別達(dá)到了3.763、3.325和3.429，這3個(gè)期刊上的論文基本代表了近年來氮沉降研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)及重點(diǎn)。上述期刊主要集中在環(huán)境和生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，是領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)性期刊，然而對文獻(xiàn)發(fā)表量低于10篇的期刊進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)除了環(huán)境和生態(tài)學(xué)外，還有其他很多領(lǐng)域的期刊對氮沉降有研究，涉及到的領(lǐng)域非常廣泛，表明氮沉降引起了越來越多學(xué)者的關(guān)注。

表4 2009—2019年氮沉降刊載文章10篇以上的期刊

2.6 發(fā)文基金分析

表5顯示，文章發(fā)表選用項(xiàng)目基金數(shù)量最多的是國家自然科學(xué)基金，為523篇，占全部數(shù)量的69.36%。排在第二、三位的是國家重點(diǎn)研究發(fā)展規(guī)劃（“973計(jì)劃”）和國家科技攻關(guān)計(jì)劃，分別為98篇和54篇。20世紀(jì)80年代初，中國科學(xué)院89位院士為了推動(dòng)中國的科技體制改革，打破傳統(tǒng)的科研經(jīng)費(fèi)撥款方式，提出了建立國家自然科學(xué)基金，該基金對于促進(jìn)基礎(chǔ)學(xué)科建設(shè)、培養(yǎng)優(yōu)秀科研人才、推動(dòng)中國自然科學(xué)基礎(chǔ)研究的發(fā)展發(fā)揮了不可替代的作用。

3 結(jié)論

當(dāng)前已有部分學(xué)者對于氮沉降的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，并對國內(nèi)外研究文獻(xiàn)進(jìn)行了綜述，為幫助學(xué)者們更好地抓住氮沉降領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和趨勢起到非常顯著的作用[23-24]?？傮w來看，當(dāng)前對于氮沉降的研究主要集中在以下方面：（1）以森林生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，研究其固氮作用受到氮沉降的影響機(jī)制，并有針對性地提出了改善植物生長狀態(tài)的措施[24-25]；（2）腐殖質(zhì)物質(zhì)分解速率以及土壤碳的累計(jì)速率受氮沉降的影響[26-28]。筆者通過CNKI數(shù)據(jù)庫對氮沉降進(jìn)行檢索，基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)觀點(diǎn)及CiteSpace，對氮沉降的文獻(xiàn)數(shù)量、年代分布、出版刊物、研究內(nèi)容及熱點(diǎn)等做了全面的計(jì)量比較分析。研究結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)庫收錄的國內(nèi)2009—2019年氮沉降研究論文整體呈上升趨勢，特別是從2013年之后，是氮沉降研究的快速發(fā)展階段。文獻(xiàn)計(jì)量分析的關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析顯示，氮沉降的研究內(nèi)容主要集中在2個(gè)方面，即氮沉降對生態(tài)系統(tǒng)的影響、氮沉降的自身功能。中國科學(xué)院大學(xué)、中國科學(xué)院研究生院、中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所是最主要的研究機(jī)構(gòu)，其有著先進(jìn)的技術(shù)力量和雄厚的資金支持。經(jīng)過多年發(fā)展，雖然氮沉降研究領(lǐng)域的作者群初具規(guī)模，但仍欠缺長期穩(wěn)定深入研究的科研團(tuán)隊(duì)，高產(chǎn)活躍作者群不夠聚集，核心作者數(shù)量及所發(fā)論文質(zhì)量有待提高，而國際合作是提高科研成果產(chǎn)出水平的有效途徑。

表5 2009—2019年氮沉降研究項(xiàng)目支持基金排名前10位的名稱

4 討論

本研究雖然基于CNKI數(shù)據(jù)庫可以很好地了解中國范圍內(nèi)科學(xué)家對氮沉降的研究趨勢，但是作為科研工作者，還有大量的研究并未收錄到CNKI數(shù)據(jù)庫中，因此這可能會(huì)導(dǎo)致不能準(zhǔn)確了解國內(nèi)科研工作者對于氮沉降的研究趨勢，因此進(jìn)一步采用整合Web of Science數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫對氮沉降的研究態(tài)勢進(jìn)行分析，以期獲得更加準(zhǔn)確的結(jié)果。而且本研究發(fā)現(xiàn)，檢索詞或者檢索式對于文章的結(jié)果影響是十分重要的，本研究檢索式采用（氮沉降），這可能會(huì)導(dǎo)致文獻(xiàn)數(shù)量過多，使得結(jié)果出現(xiàn)偏差。這就需要在進(jìn)一步分析結(jié)果的時(shí)候，需要對文獻(xiàn)內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的篩選，從而使結(jié)果更加準(zhǔn)確。