基于文獻計量分析的披堿草屬植物研究進展

李 進，陳仕勇，李世丹，陳有軍，周青平

（1.西南民族大學(xué)青藏高原研究院，四川 成都 610041；2.西南民族大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610041）

披堿草屬(Elymus) 是禾本科(Poaceae) 小麥族(Triticeae)中重要的多年生草本。該屬植物不僅具有較高的飼用價值，如優(yōu)質(zhì)高寒牧草老芒麥(E.sibiricus)、垂穗披堿草(E.nutans)、短芒披堿草(E.breviaristatus)等[1]，還具有豐富的抗旱、耐鹽堿、抗病蟲等基因資源，是麥類作物遺傳改良重要的基因庫[2]。我國是該屬植物主要的分布區(qū)之一，主要分布在我國的西北、華北、東北、西南等地，尤其在青藏高原地區(qū)具有豐富的披堿草屬資源和多樣性[3]。近年來，隨著草原畜牧業(yè)快速發(fā)展，草畜矛盾日益尖銳，使草地生態(tài)受到嚴重的破壞，披堿草屬牧草資源的收集、保存利用等相關(guān)的研究對草地生態(tài)保護和畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到重要作用。

隨著科技迅速發(fā)展，研究成果日益增多，使相關(guān)研究文獻的數(shù)量逐年增加，傳統(tǒng)的閱讀方式難以對龐大的數(shù)據(jù)進行整理與歸類。20 世紀60年代開始，文獻計量學(xué)被引入到科技評價中[4]，文獻計量學(xué)是一種基于數(shù)理統(tǒng)計的文獻分析和信息挖掘方法[5]，可用于分析學(xué)科的研究概況、發(fā)展動態(tài)及發(fā)展趨勢[6]。信息可視化技術(shù)是用于科學(xué)計量學(xué)、知識計量學(xué)領(lǐng)域的一種重要方法，已多次應(yīng)用到植物研究領(lǐng)域中并對其發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀、前沿熱點等進行歸納分析[7-8]。王傳旗等[9]對披堿草屬模式物種老芒麥的相關(guān)文獻進行了計量學(xué)分析，研究對象為665 篇CNKI 數(shù)據(jù)庫收錄的文獻，但目前尚未見對國內(nèi)外披堿草屬植物研究的相關(guān)分析和系統(tǒng)梳理。本研究采用VOSviewer 和CiteSpace 軟件，對CNKI 數(shù)據(jù)庫和Web of Science (WOS)核心合集數(shù)據(jù)庫中相關(guān)的文獻進行梳理，從多個角度揭示披堿草屬植物研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)背景，以及領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，期望為今后披堿草屬植物相關(guān)的研究提供具有重要的參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

外文文獻數(shù)據(jù)來自WOS 核心合集數(shù)據(jù)庫，檢索標題為“Elymus”，文獻類型為“article”、“review”，語種為“English”，檢索的時間跨度自1985 ? 2020年，用WOS 文獻信息管理中的“全記錄與引用的參考文獻”格式導(dǎo)出數(shù)據(jù)；中文文獻數(shù)據(jù)來自CNKI 數(shù)據(jù)庫，檢索主題為“披堿草”，時間跨度自1980 ?2020年。為保證文獻信息的準確性，在檢索結(jié)果中對數(shù)據(jù)進行核對，剔除會議、科技成果、無作者信息等不相符的文獻，以CNKI 中的RefWorks 格式導(dǎo)出，文獻的檢索時間為2021年2月20日。

1.2 分析方法

本研究采用可視化分析軟件VOSviewer (V1.6.15)對披堿草屬植物的相關(guān)國內(nèi)外研究文獻進行作者、研究機構(gòu)、國際合作關(guān)系進行分析，并基于共引、耦合和合著等關(guān)系對研究人員、機構(gòu)、關(guān)鍵詞和出版物等構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，評估該領(lǐng)域的研究方向和熱點[10]。采用文獻可視化分析軟件CiteSpace (V5.6.R5)進行研究熱點時序分析和關(guān)鍵詞突變檢測，構(gòu)建研究熱點趨勢的知識圖譜[11]。

2 結(jié)果分析

2.1 文獻數(shù)量與高頻被引文獻分析

從文獻數(shù)量上看，1980 ? 2020年，WOS 所有數(shù)據(jù)庫中關(guān)于披堿草屬的研究文獻329 篇，其中核心合集收錄228 篇，CNKI 數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)文獻為1 334篇。從發(fā)文時間上看，在WOS 數(shù)據(jù)庫中，1980 ? 2007年期間文獻較少，年均發(fā)文量僅2.5 篇，且均未被核心合集收錄；2008 ? 2020年，文章數(shù)量雖呈增長趨勢，年均發(fā)文量為20 篇。在CNKI 數(shù)據(jù)庫中，1980 ?1999年我國的發(fā)文量變化較小，年均發(fā)文量為9.7 篇，處于披堿草屬植物研究的初期發(fā)展階段；2000 ? 2008年間該研究領(lǐng)域的發(fā)文量迅速增加，從2000年論文數(shù)17 篇增長至2008年論文數(shù)82 篇，年均發(fā)文量41.3 篇；2009 ? 2020年論文數(shù)處于相對平穩(wěn)，具有小的波動階段，且一直處于較高水平，年均發(fā)文量為60.1 篇(圖1)。分別對WOS 和CNKI 數(shù)據(jù)庫中被引頻次最高的5 篇文獻進行分析(表1)，其中WOS數(shù)據(jù)庫中高被引文獻研究領(lǐng)域主要為披堿草屬的系統(tǒng)發(fā)育、土壤改良以及栽培等方面，5 篇文獻的第一單位包括中國、美國和加拿大。CNKI 數(shù)據(jù)庫中高被引文獻的研究方向主要為披堿草屬的生理生態(tài)、系統(tǒng)發(fā)育和遺傳多樣性等。

表1 披堿草屬植物研究排名前5 的高被引次數(shù)文獻Table 1 Top 5 of references with high citation for Elymus

圖1 1980 ? 2020年披堿草屬植物相關(guān)研究發(fā)文量Figure 1 Number of published articles on Elymus during the years of 1980 ? 2020

2.2 主要作者及合作關(guān)系

在WOS 數(shù)據(jù)庫中228 篇文獻作者共612 位，其中發(fā)文量排名靠前的作者包括ZHOU Y H (周永紅)、WANG Y R (王彥榮)、SUN G L (孫根樓)、XIE W G (謝文剛)、FU J J (付娟娟)、HU T M (呼天明)、ZHANG H Q (張海琴)、MA X (馬嘯)。由作者合作關(guān)系圖(圖2)可以看出，披堿草屬植物研究文獻的作者形成幾個較為明顯的研究群體，且以我國學(xué)者居多。

圖2 WOS 文獻涉及的作者及合作關(guān)系Figure 2 The author cooperative relationships of publication in WOS

在CNKI 數(shù)據(jù)庫中，1 394 篇相關(guān)文獻共有2 322位作者。由作者合作關(guān)系圖(圖3)可以看出，以苗彥軍、馬玉壽、胡夏嵩、云錦鳳、張新全、周永紅、嚴學(xué)兵、周青平等發(fā)文量較多的作者為中心，可將該研究領(lǐng)域的作者劃分為多個核心作者群。同一個作者群中研究人員往往來自于同一機構(gòu)，各作者群內(nèi)部交流密切，但作者群之間并沒有出現(xiàn)大規(guī)模的合作網(wǎng)絡(luò)，且部分呈碎片化分布，這也說明國內(nèi)學(xué)者間合作研究的相對較少。此外，匯總統(tǒng)計了WOS和CNKI 兩個數(shù)據(jù)庫中累計發(fā)文量排名靠前的作者。其中發(fā)文量30 篇以上的作者有四川農(nóng)業(yè)大學(xué)的周永紅(41 篇)、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)云錦鳳(37 篇)、西藏農(nóng)牧學(xué)院苗彥軍(34 篇)、青海畜牧獸醫(yī)科學(xué)院馬玉壽(33 篇)、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)張新全(33 篇)、馬嘯(33 篇)、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)李造哲(32 篇) 和于卓(30 篇)。

圖3 CNKI 文獻涉及的作者及合作關(guān)系Figure 3 The author cooperative relationships of the publications in the CNKI

2.3 研究機構(gòu)及國家合作關(guān)系

2.3.1 研究機構(gòu)

本研究統(tǒng)計了WOS 數(shù)據(jù)庫中發(fā)文量前10 的研究機構(gòu)(表2)，其中我國機構(gòu)有5 所，加拿大2 所，美國2 所，瑞典1 所。其中發(fā)文量最多的是蘭州大學(xué)(共43 篇)，其次是四川農(nóng)業(yè)大學(xué)(28 篇) 和加拿大的圣瑪麗大學(xué)(17 篇)等。從總被引次數(shù)來看，蘭州大學(xué)(385 次)、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)(241 次)和美國農(nóng)業(yè)部(233 次)具有較高的國際影響力。從平均被引次數(shù)來看，美國農(nóng)業(yè)部(16.6 次)、圣瑪麗大學(xué)(13.2次)和中國科學(xué)院(10.7 次)排名較前。

表2 WOS 文獻發(fā)文量前10 位的研究機構(gòu)Table 2 List of the top 10 most active institutions related to publications in the WOS

統(tǒng)計了CNKI 數(shù)據(jù)庫中發(fā)文量前10 的研究機構(gòu)(表3)，發(fā)文量最多的機構(gòu)為內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)(124 篇)，其次是蘭州大學(xué)(111 篇)和四川農(nóng)業(yè)大學(xué)(87 篇)。總被引次數(shù)較高的國內(nèi)研究機構(gòu)為蘭州大學(xué)(1 794 次)、中國科學(xué)院(1 606 次)、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)(1 567 次)。中國科學(xué)院在平均被引次數(shù)方面以19.6 次位居榜首，其次是甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)(18.7 次)和蘭州大學(xué)(16.2 次)。

表3 CNKI 文獻發(fā)文量前10 位的研究機構(gòu)Table 3 List of the top 10 most active institutions related to publications in the CNKI

2.3.2 國家合作關(guān)系

從WOS 核心合集數(shù)據(jù)庫中檢索到的文獻共來自于36 個國家(圖4)，發(fā)文量前3 的國家依次是中國(129 篇)、美國(34 篇)、加拿大(30 篇)，占WOS 數(shù)據(jù)庫中總發(fā)文量的84.6%。我國在披堿草屬研究領(lǐng)域的發(fā)文量明顯高于其他國家，占全球發(fā)文量的56.6%，體現(xiàn)出我國學(xué)者在該領(lǐng)域的研究具有重要影響力。圖4 中各個國家之間連線的粗細可反映國家間合作密切程度，連線越粗表示合作越密切，反之相反。由此可以看出，中國與美國、加拿大、澳大利亞、日本等多個國家有密切交流，瑞典與挪威、比利時與法國、荷蘭與德國合作密切。

圖4 WOS 文獻來源機構(gòu)分布及其合作關(guān)系Figure 4 Distribution of publication source institutions in the WOS and their cooperative relationships

2.4 發(fā)文期刊

對披堿草屬植物領(lǐng)域研究文獻的刊載期刊進行統(tǒng)計分析，以確定該領(lǐng)域的核心期刊，有助于研究人員選擇重點期刊進行文獻查閱和研究成果發(fā)表。WOS 數(shù)據(jù)庫中，從文獻總數(shù)來看，Biochemical Systematics and Ecology、PLoS One 和Genome 載文量較高。但從平均被引次數(shù)上看，Molecular Phylogenetics and Evolution 以30.8 的平均被引次數(shù)遠高于其他期刊排名第1，Scientific Reports 和Weed Research 分別以17.8、14.3 的平均被引次數(shù)位列第2、3 名。在CNKI 數(shù)據(jù)庫中，刊載發(fā)文量排名第1 的是《草業(yè)科學(xué)》，目前累計刊登披堿草屬植物相關(guān)文獻96 篇；《中國草地學(xué)報》發(fā)文量為94 篇，排名第2 位；《草地學(xué)報》發(fā)文量為65 篇，排名第3。從總被引次數(shù)來看，排名靠前的依次是《中國草地學(xué)報》、《草業(yè)學(xué)報》和《草業(yè)科學(xué)》。從平均被引次數(shù)來看，《草業(yè)學(xué)報》以較大的優(yōu)勢(26.4 次)位列榜首，其次是《西北植物學(xué)報》(23.2 次)和《中國草地學(xué)報》(16.7 次)。

2.5 關(guān)鍵詞熱點分析

關(guān)鍵詞是描述文章關(guān)鍵主題內(nèi)容的詞匯，可直接反映研究成果的核心內(nèi)容，表述研究論文的主題，頻次較高的關(guān)鍵詞在一定程度上可以看作是該領(lǐng)域的研究熱點[12]。本研究利用VOSviewer 中的關(guān)鍵詞聚類功能，得到CNKI 和WOS 數(shù)據(jù)庫中有關(guān)披堿草屬植物研究領(lǐng)域的關(guān)鍵詞分布知識圖譜(圖5)。不同顏色代表不同的聚類突出頻次靠前的關(guān)鍵詞表示所發(fā)表的文獻普遍關(guān)注的重點，包括“垂穗披堿草”(E.nutans)、“披堿草”(E.dahuricus)、“老芒麥”(E.sibiricus)、“抗旱性”(drought resistance)、“多樣性”(diversity)、“生長”(growth)、“競爭”(competition)等，這也表明披堿草屬植物研究領(lǐng)域重點的方向包括披堿草屬物種系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、抗逆性、種質(zhì)遺傳多樣性、環(huán)境互作等方面。

圖5 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)Figure 5 Keyword co-occurrence network

2.6 研究前沿趨勢分析

研究前沿是指臨時形成的某個研究課題及其基礎(chǔ)研究問題的概念組合，通過對研究前沿趨勢分析，能夠把握研究變化動態(tài)，預(yù)測未來研究動向[13]。因此，本研究利用CiteSpace 中的突變詞探測技術(shù)，對CNKI 數(shù)據(jù)庫和WOS 數(shù)據(jù)庫中相關(guān)研究文獻進行整合時序分析，得到研究前沿時區(qū)視圖(圖6)和突增關(guān)鍵詞圖(圖7)。

圖6 研究前沿時區(qū)圖Figure 6 The zone view of research frontiers

圖7 披堿草屬植物研究引用頻次突增關(guān)鍵詞Figure 7 Keywords with the strongest citation bursts of Elymus

研究前沿時區(qū)視圖是依據(jù)前沿熱點的交互關(guān)系

和演進路徑設(shè)計的，是CiteSpace 軟件的獨特功能，經(jīng)過287 次迭代后，分析得到317 個節(jié)點(nodes)，530 條連線(links)，根據(jù)時間關(guān)系，高頻次關(guān)鍵詞依次為披堿草屬、垂穗披堿草、老芒麥、鵝觀草屬(Roegneria)、親緣關(guān)系、種子萌發(fā)、青藏高原等。由此可以看出，披堿草屬的研究分別集中在栽培管理、系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、種質(zhì)資源綜合評價、逆境生理生態(tài)等研究領(lǐng)域。此外，2005?2014年出現(xiàn)了較多的關(guān)鍵詞節(jié)點，由此可看出這段時間內(nèi)披堿草屬研究領(lǐng)域出現(xiàn)熱度高、多元化等特點。

突變詞是指某些年份發(fā)表文獻中驟增的專業(yè)術(shù)語，適合表征研究前沿及發(fā)展趨勢，通過CiteSpace導(dǎo)出文獻18 個重點突變關(guān)鍵詞發(fā)現(xiàn)，最早興起的熱點為“披堿草屬”、“垂穗披堿草”和“老芒麥”，說明垂穗披堿草和老芒麥是披堿草屬植物研究的重點和代表物種。另外“產(chǎn)草量”突現(xiàn)時間較早，說明在該屬植物領(lǐng)域的早起研究中，主要以牧草產(chǎn)量測試等生產(chǎn)試驗為主。而“青藏高原”和“植被恢復(fù)”成為了近年來的研究熱點，說明披堿草屬鄉(xiāng)土草種在青藏高原生態(tài)建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。

為進一步了解披堿草屬中代表性物種的研究前沿等信息，本研究對其模式物種老芒麥相關(guān)的文獻進行了分析。由于此前已有基于CNKI 數(shù)據(jù)庫的老芒麥文獻計量學(xué)方面的分析[9]，本研究對其WOS 核心合集數(shù)據(jù)庫中的研究前沿進行補充分析(圖8)。結(jié)果表明，WOS 數(shù)據(jù)庫中相關(guān)文獻出現(xiàn)相對較晚，關(guān)鍵詞節(jié)點較少，且突現(xiàn)關(guān)鍵詞存在差異，如Population structure (群體結(jié)構(gòu))、EST-SSR、Chloroplast genome (葉綠體基因組)、Linkage map (連鎖圖譜)、Seed shattering (種子落粒)、Transcriptome (轉(zhuǎn)錄組)等關(guān)鍵詞僅在WOS 數(shù)據(jù)庫中被檢測到。發(fā)表在WOS數(shù)據(jù)庫中的文獻大多涉及分子生物學(xué)、生物信息學(xué)等研究。

圖8 WOS 數(shù)據(jù)庫中老芒麥研究前沿時區(qū)圖Figure 8 The zone view of Elymus sibiricus research frontiers in the WOS database

3 討論

披堿草屬植物資源是我國重要的鄉(xiāng)土草種質(zhì)資源，在我國北方及青藏高原地區(qū)具有廣泛的分布，是高寒牧草的代表種類。隨著國家加大對草原生態(tài)及草地畜牧業(yè)的建設(shè)力度，對鄉(xiāng)土草種資源挖掘和利用也逐漸重視，其研究的發(fā)文數(shù)量也經(jīng)歷了從少到多并維持在一個穩(wěn)定的水平。但橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，其總發(fā)文量與燕麥(Avena sativa)[8]等牧草相比，還是相對較少，這與披堿草屬牧草分布及應(yīng)用的范圍具有一定的區(qū)域性有關(guān)。所以與之相關(guān)聯(lián)地區(qū)的一些研究結(jié)構(gòu)也成為我國披堿草屬植物研究的主要力量，如內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)、蘭州大學(xué)、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院及青海大學(xué)等研究機構(gòu)。這些機構(gòu)及學(xué)者團隊都是長期從事披堿草屬相關(guān)資源研究，其內(nèi)部交流密切，形成對應(yīng)的核心作者群體。比如發(fā)文量排名前兩位的團隊，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所周永紅教授為核心的作者群，長期以來開展小麥族種質(zhì)資源生物系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系研究，包括披堿草屬、鵝觀草屬、賴草屬(Leymus)、仲彬草屬(Kengyilia)等多年生禾草，借助細胞遺傳學(xué)、分子生物學(xué)等多種手段對披堿草屬物種的遺傳多樣性、披堿草屬與其近緣物種的分類和系統(tǒng)演化關(guān)系等[14-16]方面開展了大量的研究工作。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)云錦鳳教授為核心的作者群主要開展披堿草屬物種的遠緣雜交相關(guān)研究，如加拿大披堿草(Elymus canadensis)與老芒麥、披堿草、圓柱披堿草(Elymus cylindricus)等進行遠緣雜交試驗，其團隊取得的一系列成果填補了國內(nèi)禾本科牧草遠緣雜交的空白[17]。從國際水平來看，WOS 數(shù)據(jù)庫中發(fā)文量前10 的研究機構(gòu)中有一半來自中國，其余來自美國、加拿大及瑞典。無論是發(fā)文量還是國家合作關(guān)系上，中國在披堿草屬植物領(lǐng)域的研究均處于領(lǐng)先水平，具有重要國際影響力。但是我們也看到目前發(fā)表的期刊的影響因子及分區(qū)等影響力相對還偏低，也表明披堿草屬植物資源的研究深度有待進一步加強。

目前，關(guān)于披堿草屬植物的研究方向主要集中在種屬關(guān)系及系統(tǒng)演化[18-19]、種質(zhì)資源多樣性的綜合評價[20-21]、抗逆評價及抗性機制[22]、豐產(chǎn)栽培技術(shù)[23]、退化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)[24]等方面。從文獻關(guān)鍵詞與研究前沿時區(qū)圖顯示，垂穗披堿草和老芒麥在關(guān)鍵詞中具有較高的出現(xiàn)頻次，作為披堿草屬代表的兩個種，其在國內(nèi)外具有相對較高的研究熱度和一定的研究深度，如在老芒麥的落粒性評價及基因挖掘[25-26]、垂穗披堿草抗寒性評價及抗寒機制解析[27]。此外，基于轉(zhuǎn)錄組或全基因組測序數(shù)據(jù)，開發(fā)了大量的垂穗披堿草和老芒麥的EST-SSR 遺傳標記，這些標記在其物種的遺傳多樣性分析、遺傳圖譜構(gòu)建及農(nóng)藝性狀候選基因挖掘等方面得到了很好的應(yīng)用[28-30]。

同時，青藏高原與植被恢復(fù)也已成為近幾年的研究熱點，這也與生態(tài)文明建設(shè)的國家戰(zhàn)略高度吻合。目前披堿草屬植物在我國草原生態(tài)建設(shè)中發(fā)揮了越來越重要的作用，特別是作為青藏高原地區(qū)生態(tài)建設(shè)的當家草種。如陳桂琛等[31]研究發(fā)現(xiàn)垂穗披堿草在青藏鐵路取土場的植被恢復(fù)過程中有較好的適應(yīng)性。Feng 等[24]研究揭示了垂穗披堿草在青藏高原重度退化高寒草甸植被恢復(fù)中具有顯著的效果，其能夠有效地增加植被蓋度和改善土壤質(zhì)量。披堿草屬植物資源如何更好地服務(wù)于我國北方以及青藏高原草原生態(tài)建設(shè)將是其研究的重要方向，包括野生資源的評價及生態(tài)草品種的培育、生態(tài)適應(yīng)性機制及抗性基因資源的深入挖掘、特殊生境下的栽培技術(shù)等方面。

4 結(jié)論

近年來，國內(nèi)外披堿草屬植物相關(guān)研究處于活躍的態(tài)勢，論文發(fā)表量維持在較高水平，我國在披堿草屬植物領(lǐng)域的研究具有較高的影響力。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)、蘭州大學(xué)、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院及青海大學(xué)等作為國內(nèi)披堿草屬相關(guān)研究的主要研究機構(gòu)，在披堿草屬種質(zhì)多樣性評價、種屬關(guān)系及系統(tǒng)演化、抗逆性評價、植被恢復(fù)等方面開展了大量卓有成效的工作。研究前沿趨勢及關(guān)鍵詞突發(fā)性檢測發(fā)現(xiàn)“Species richness”、“青藏高原”和“植被恢復(fù)”等關(guān)鍵詞的研究是其近年來的研究熱點，圍繞生態(tài)建設(shè)及相關(guān)研究將是披堿草屬植物研究的重點方向。