基于文獻計量學(xué)的作物硒形態(tài)研究知識圖譜分析

史久長，田嘉樹，張 力，景藝卓，許自成，韓 丹

（1.浙江中煙工業(yè)有限公司，杭州 310000；2 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，鄭州 450046）

1817 年，硒（selenium，Se）作為一種化學(xué)元素被瑞典化學(xué)家 Berzalius 發(fā)現(xiàn)［1］，20 世紀 30 年代，美國科學(xué)家首次在植物中檢測出了硒元素的存在［2］。經(jīng)過前人不斷研究，目前硒被普遍認為是植物的一種非必需但有益的營養(yǎng)元素。在作物栽培領(lǐng)域，硒在改善作物產(chǎn)量和品質(zhì)、調(diào)節(jié)作物抗氧化作用、提高作物應(yīng)對逆境和生理脅迫等方面發(fā)揮著重要作用［2-4］。

作物中的硒主要從環(huán)境中獲取。自然狀態(tài)下，環(huán)境中的硒可根據(jù)其化合價態(tài)的不同分為4 種形態(tài)：-2 價、0 價、+4 價和+6 價［5］。而硒被作物吸收后，主要以3 種形式存在，分別為有機硒、無機硒和揮發(fā)態(tài)硒。作物通過根系吸收土壤中硒的主要形式為無機硒和有機硒兩類，其中以硒酸鹽和亞硒酸鹽等無機硒為主，而在作物體內(nèi)的硒超過80%為有機硒形式，包括硒蛋白和硒多糖等大分子態(tài)硒與硒代氨基酸和硒肽等小分子態(tài)硒［6，7］。目前，已經(jīng)有越來越多的學(xué)者和團隊開始關(guān)注作物硒形態(tài)。彭琴等［8］研究了胡蘿卜、芥菜、紫甘藍和綠菜花等多種作物對硒酸鹽和亞硒酸鹽的動態(tài)吸收規(guī)律。張妮［9］探究了小麥對不同價態(tài)外源硒吸收和轉(zhuǎn)運的影響。Li 等［10］研究發(fā)現(xiàn)硒酸鹽處理過的小白菜體內(nèi)硒含量顯著高于亞硒酸鹽處理。

20 世紀70 年代，英國的Pntchard 提出了文獻計量學(xué)的概念，經(jīng)過不斷發(fā)展，現(xiàn)已成為一門以數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)為基礎(chǔ)，定量分析研究一切知識載體的交叉性學(xué)科［11］。CiteSpace（引文空間）是一款十分優(yōu)秀的文獻計量學(xué)可視化分析軟件，由美國德雷塞爾大學(xué)的陳超美教授開發(fā)，它以科學(xué)計量學(xué)、數(shù)據(jù)可視化為背景逐漸發(fā)展起來［12］。由于是通過可視化的手段來分析文獻中蘊含的潛在知識、呈現(xiàn)科學(xué)知識的結(jié)構(gòu)、規(guī)律和分布情況，因此也將通過此類方法分析得到的可視化圖形稱為科學(xué)知識圖譜［13］。與傳統(tǒng)理論性綜述的文字描述相比，使用CiteSpace 軟件對相關(guān)文獻進行可視化分析統(tǒng)計，可以將一門學(xué)科或一個研究領(lǐng)域的文獻之間相互關(guān)系以科學(xué)知識圖譜的方式呈現(xiàn)在人們面前，不僅可以梳理過去的研究軌跡，也可以更好地把握未來的研究發(fā)展趨勢和方向。

到目前為止，還未見到利用知識圖譜對作物硒形態(tài)研究的整體情況進行分析的報道?；诖耍狙芯客ㄟ^使用CiteSpace 軟件對相關(guān)文獻進行數(shù)據(jù)挖掘、整合與分析，旨在通過科學(xué)知識圖譜的形式對作物硒形態(tài)研究領(lǐng)域的發(fā)展過程和研究熱點進行更加直觀、有效的呈現(xiàn)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

Web of Science（WOS）核心合集是以 Web 為基礎(chǔ)的、涉及多門學(xué)科的大型綜合性文獻數(shù)據(jù)庫，它涵蓋了世界一流水平的高影響力學(xué)術(shù)期刊、書籍專著和會議記錄，并具有完善的引文網(wǎng)絡(luò)，目前已成為科研工作者進行學(xué)術(shù)研究、討論與分析的重要工具［14］。本研究所使用的文獻資源來自于Web of Science（WOS）核心合集數(shù)據(jù)庫，以主題為“Crop”And“Selenium form”或“Crop”And“Selenium speciation”進行檢索，文獻類型選擇為“Article”，語言選擇為英語，檢索時間跨度為2001—2020 年（檢索時間為2020 年9 月）。通過多次篩選，人工去除會議記錄、個人學(xué)術(shù)成果介紹、專著類以及與本主題不相干的條目，最終共獲得有效英文文獻129 篇。

1.2 研究方法

使用可視化分析軟件CiteSpace 5（版本為5.6.R5 64-bit）對作物硒形態(tài)研究領(lǐng)域的相關(guān)文獻進行數(shù)據(jù)挖掘，通過文獻數(shù)量、發(fā)文機構(gòu)、國家、學(xué)科、關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和文獻共被引網(wǎng)絡(luò)等指標，分析該研究領(lǐng)域的研究趨勢與熱點問題。使用Excel 2010 對相關(guān)文獻的數(shù)據(jù)進行整理歸納。

2 結(jié)果與分析

2.1 作物硒形態(tài)研究文獻數(shù)量分析

文獻數(shù)量變化是可以反映科研活動與成果狀況的重要指標［15，16］。從采集到的數(shù)據(jù)來看，2011 年之前作物硒形態(tài)研究領(lǐng)域的相關(guān)文獻發(fā)文量較少，故對2001—2020 年作物硒形態(tài)研究外文發(fā)文量按照每5 年一組進行統(tǒng)計并進行曲線擬合（圖1）。從圖1可以看出，作物硒形態(tài)研究的發(fā)文量呈指數(shù)增長，其趨勢線方程y=4.755e0.1794x，R2=0.946 8。在統(tǒng)計學(xué)中，R2表示變量對總偏差平方和的貢獻度，可以描述曲線擬合程度的好壞，R2值越接近1，表明曲線的擬合程度越好［17］。從圖1 可以看出，作物硒形態(tài)研究目前仍是一個新興的研究領(lǐng)域，可以預(yù)見相關(guān)文獻的數(shù)量將在未來呈現(xiàn)快速增長趨勢，作物硒形態(tài)研究將會成為未來熱門的研究領(lǐng)域。

圖1 作物硒形態(tài)研究發(fā)文量每5 年分布情況

2.2 作物硒形態(tài)研究的機構(gòu)和國家分析

將作物硒形態(tài)研究發(fā)文數(shù)量前10 位的機構(gòu)整理匯總后得到表1。從表1 可以看出，該領(lǐng)域前10位的發(fā)文機構(gòu)中，中國 4 所、美國 3 所、英國 2 所、巴西1 所。發(fā)文量前5 名的機構(gòu)分別為中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、英國洛桑研究所、英國諾丁漢大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和巴西拉夫拉斯聯(lián)邦大學(xué)，其中中國農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)文量最多，但總被引次數(shù)僅處于中游水平。英國諾丁漢大學(xué)的發(fā)文量比較靠前，總被引次數(shù)最多。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和英國洛桑研究所的被引次數(shù)也較多，分別位列第 2 和第 3 位。

表1 作物硒形態(tài)研究發(fā)文數(shù)量前10 位的科研機構(gòu)

在CiteSpace 中，發(fā)文國家、機構(gòu)的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜內(nèi)節(jié)點之間的相互連線代表其中存在著合作關(guān)系；而節(jié)點的大小用來表示頻次，該數(shù)據(jù)出現(xiàn)的頻次越高則節(jié)點越大［18］。從圖2 可以看出，在發(fā)文數(shù)量前幾位機構(gòu)中，英國的諾丁漢大學(xué)和洛桑研究所之間的合作關(guān)系非常緊密，說明彼此之間學(xué)術(shù)交流較多，合作關(guān)系較緊密，這樣有利于開展更加深入的研究。反觀其他機構(gòu)的科研獨立性較強，其中中國幾所科研機構(gòu)雖然各自都有了一定的研究成果，但彼此之間的合作還比較少，目前仍處于小范圍內(nèi)的獨立團隊研究，相互之間的交流溝通還有待加強。從表2 可以看出，中國、美國和英國（英格蘭和蘇格蘭）等國家的研究人員和團隊在作物硒形態(tài)領(lǐng)域的研究比較深入，科研成果較豐富且影響力大，目前處于該研究領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，巴西和西班牙在此領(lǐng)域的研究也具有一定的影響力。由圖3 可以看出，以美國和英國為代表的國家之間的合作交流比較多，而中國目前雖然在作物硒形態(tài)研究領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，但未能與其他有影響力的國家（美國、英國和巴西等）有過多的學(xué)術(shù)交流合作，這樣既不利于中國在該研究領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，也不利于對作物硒形態(tài)研究的進一步深入研究，需要引起重視。

圖3 基于CiteSpace 的主要發(fā)文國家共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜

表2 作物硒形態(tài)研究發(fā)文數(shù)量前10 位的國家或地區(qū)

圖2 基于CiteSpace 的主要發(fā)文機構(gòu)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜

2.3 作物硒形態(tài)研究涉及學(xué)科領(lǐng)域分析

對作物硒形態(tài)研究文獻的共被引期刊進行分析，可以在一定程度上反映出作物硒形態(tài)研究涉及的領(lǐng)域方向［19］。由表3 可知，共被引頻次最高的期刊是《Plant and soil》，共被引次數(shù)為111 次，其余依次為《Journal of agricultural and food chemistry》《New phytologist》《Food chemistry》和《Science of the total environment》等，這些均是在農(nóng)業(yè)、植物科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和食品化學(xué)等領(lǐng)域有一定影響力的國際性期刊。進一步對作物硒形態(tài)研究文獻涉及學(xué)科進行分析得到圖4。從圖4 可以看出，作物硒形態(tài)研究涉及的學(xué)科面廣，領(lǐng)域眾多，涵蓋了Agriculture（農(nóng)學(xué)）、Agronomy（農(nóng)藝學(xué)）、Agriculture multidisciplinary（農(nóng)業(yè)綜合學(xué)科）、Plant science（植物科學(xué)）、Environmental science & ecology（環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)）、Chemistry（化學(xué)）、Chemistry applied（應(yīng)用化學(xué)）、Soil science（土壤科學(xué)）、Food science & technology（食品科學(xué)與技術(shù)）和Toxicology（毒理學(xué)）等眾多學(xué)科，說明作物硒形態(tài)研究已引起許多學(xué)科學(xué)者和研究團隊的關(guān)注，也表現(xiàn)出了該研究的廣泛性、綜合性與交叉融合性。

表3 作物硒形態(tài)研究前10 位共被引期刊

圖4 基于CiteSpace 的主要發(fā)文學(xué)科共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜

學(xué)科共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖中節(jié)點間的連線表示學(xué)科之間的交叉和融合，可以反映出交叉學(xué)科之間一定的科學(xué)內(nèi)在聯(lián)系［20］。從圖5 可以看出，作物硒形態(tài)研究目前多集中在農(nóng)學(xué)、植物科學(xué)、環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)、化學(xué)等學(xué)科，表明這些學(xué)科內(nèi)的學(xué)者和團隊相比其他學(xué)科對作物硒形態(tài)領(lǐng)域的相關(guān)研究更加廣泛和深入。值得注意的是，土壤科學(xué)、食品科學(xué)與技術(shù)、毒理學(xué)等學(xué)科的學(xué)者也開始涉及作物硒形態(tài)相關(guān)研究，包括作物硒形態(tài)與土壤中硒的關(guān)系［21-23］、可食用類作物中硒形態(tài)分析［15，24-26］以及不同形態(tài)的外源硒對作物的硒毒性研究［27，28］等，這也反映出作物硒形態(tài)相關(guān)研究將會成為多學(xué)科的熱點研究問題。

圖5 作物硒形態(tài)研究發(fā)文量前10 的學(xué)科占比

2.4 作物硒形態(tài)研究高質(zhì)量文獻分析

文獻被引用次數(shù)是一個能夠反映文獻質(zhì)量高低的重要指標，一篇文獻被引用的次數(shù)越多，說明這篇文章在該研究領(lǐng)域具有重要影響，屬于該研究領(lǐng)域的關(guān)鍵文獻與核心文獻［29］，把握住這些文獻，可以更好地了解該研究領(lǐng)域的動態(tài)變化，掌握其方向。

選取共被引文獻網(wǎng)絡(luò)圖譜（圖6）中面積前5 位的節(jié)點所對應(yīng)的高被引文獻，得到表4。①Li 等［30］通過對水培小麥施用硒酸鹽和亞硒酸鹽，并使用HPLC-ICP-MS 法測定了可提取部分的硒形態(tài)，研究了小麥硒的吸收、轉(zhuǎn)運和硒形態(tài)。②Rayman［31］論述了硒與人體健康之間的關(guān)系，闡述了硒對人體健康影響的多方面性和復(fù)雜性。③Zhu 等［32］概括了作物中硒相關(guān)研究的關(guān)鍵進展、硒代謝相關(guān)基因工程的進展，硒的生物強化進展及硒植物修復(fù)與環(huán)境污染研究等。④Broadley 等［33］通過對高產(chǎn)冬小麥施用液態(tài)或粒狀硒肥料，探究其對冬小麥硒的生物強化作用。⑤White 等［34］對人類飲食經(jīng)常缺乏的鐵、鋅、銅、鈣、鎂、硒和碘等7 種礦物質(zhì)元素的生物強化可行性及其理論基礎(chǔ)進行了總結(jié)概括。

表4 作物硒形態(tài)研究前5 位的共被引文獻

圖6 基于CiteSpace 的共被引文獻網(wǎng)絡(luò)圖譜

2.5 作物硒形態(tài)研究熱點分析

關(guān)鍵詞是文獻的重要組成部分，它是作者對一篇文獻主題內(nèi)容與主旨的凝練和高度概括［35］。關(guān)鍵詞在圖譜中出現(xiàn)頻次表現(xiàn)的是該關(guān)鍵詞所對應(yīng)的主題在所選文獻中被研究的次數(shù)。對129 篇作物硒形態(tài)研究英文文獻進行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，得到關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜（圖7），并將主要的高頻關(guān)鍵詞整理得到表5。

對作物硒形態(tài)研究文獻的關(guān)鍵詞進行聚類分析，得到關(guān)鍵詞聚類網(wǎng)絡(luò)圖譜（圖8）。

CiteSpace 提供了Q值（Modularity，聚類模塊值）和S值（Silhouette，聚類平均輪廓值）兩個指標，用來評價聚類網(wǎng)絡(luò)圖譜的繪制效果，Q＞0.3 時說明聚類的結(jié)構(gòu)是顯著的，S＞0.5 時說明聚類的結(jié)果是合理的［13］。經(jīng)過測算此聚類的Q=0.607 8，S=0.534 3，說明聚類結(jié)果是可信的。

通過進一步閱讀相關(guān)文獻，結(jié)合圖7、圖8 和表5，可以總結(jié)出作物硒形態(tài)研究的幾個熱點研究方向。①硒的生物強化。硒目前已被證實是一種對人類健康有益的元素，具有抗氧化、抗癌和抗衰老等作用，且人在缺硒時可能會引起克山病和大骨節(jié)病等疾?。?6，37］。目前人類補充硒的方式仍然以食用富硒食品為主，其中的硒代氨基酸和硒蛋白等有機硒生物利用度高，而硒酸鹽和亞硒酸鹽等無機硒的生物利用度低［38］。雖然目前已有許多研究旨在通過各種措施提高可食用類作物中硒的含量，但如何適量提高作物體內(nèi)能夠被人體利用的有機硒和如何協(xié)調(diào)有機硒與無機硒在作物體內(nèi)的比例將是未來研究熱點。②硒的植物修復(fù)。硒雖然是人體的必需微量元素，但當硒在體內(nèi)超過一定的濃度時，往往表現(xiàn)出毒害作用［38］。目前，作物中的硒主要是從土壤中吸收而來，而世界上有一些地區(qū)的土壤因為硒含量過高從而使作物中硒含量過高，導(dǎo)致人和動物硒中毒事件的發(fā)生，例如美國西南地區(qū)、中國的紫陽縣和恩施等地區(qū)［39-41］。利用植物的修復(fù)作用，對土壤中的硒進行吸收和富集，將其轉(zhuǎn)化為對人體和環(huán)境無害的硒［42］，是一種解決該問題的有效方法。目前已知的硒富集類作物包括水稻、小麥和玉米等糧食類作物、大蒜和洋蔥等園藝類作物和苜蓿等飼料類作物［1］。而不同的作物對不同形態(tài)硒的富集能力存在差異［43］，有研究指出硒酸鹽處理的印度芥菜地上部分硒含量是亞硒酸鹽處理的10 倍以上［44］。其中，探討不同作物對不同形態(tài)硒富集能力的強弱也是目前研究的一個重要方向。③硒肥料。目前，世界上多數(shù)地區(qū)的土壤硒含量水平仍然較低，不足以使作物中的硒含量達到人們的預(yù)期，故需要額外增施一定量的外源硒肥以滿足生產(chǎn)的需要［45］。硒肥料種類多樣，按化學(xué)形態(tài)可分為硒酸鹽和亞硒酸鹽為主的無機硒肥和有機硒肥；按物理形態(tài)可以分為液態(tài)硒肥、固態(tài)顆粒硒肥及納米硒肥等［46］。不同作物對不同形態(tài)外源硒的吸收利用效率存在差異，已有學(xué)者對不同形態(tài)外源硒肥對作物硒含量、品質(zhì)和產(chǎn)量等的影響開展研究［47-49］，故探究對不同作物施用不同形態(tài)外源硒肥配比的相關(guān)研究，也是值得關(guān)注的方向。

圖7 基于CiteSpace 的主要關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜

圖8 基于CiteSpace 的關(guān)鍵詞聚類網(wǎng)絡(luò)圖譜

表5 作物硒形態(tài)研究高頻關(guān)鍵詞

3 討論與結(jié)論

作物硒形態(tài)是一個值得深入研究的主題，目前大多數(shù)研究還只停留在作物與硒的整體水平上，而進一步到作物硒形態(tài)水平上的研究還比較少，說明其仍處于一個新興的研究領(lǐng)域。結(jié)合作物硒形態(tài)研究相關(guān)文獻的發(fā)文量來看，目前發(fā)文量雖然還較少，但發(fā)文量的曲線擬合情況良好，表明未來作物硒形態(tài)研究的論文數(shù)量將呈指數(shù)型的快速增長，人們將會越來越重視該研究領(lǐng)域。

從科研機構(gòu)和國家分布情況來看，中國科研機構(gòu)無論是發(fā)文量還是總被引次數(shù)均較多，說明中國處于作物硒形態(tài)研究領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，但國內(nèi)不同科研機構(gòu)相互之間交流合作較少，聯(lián)系還不夠緊密。中國的科研機構(gòu)與世界其他國家的合作也較少，獨立性較強，不利于中國在該研究領(lǐng)域的深入研究。因此中國科研機構(gòu)需要發(fā)揮各自的學(xué)科優(yōu)勢，加強學(xué)術(shù)合作與交流，進一步提升中國在作物硒形態(tài)研究領(lǐng)域的學(xué)術(shù)影響力。

通過關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析和關(guān)鍵詞聚類分析可看出目前的熱點研究方向主要包括硒的生物強化、硒的植物修復(fù)及硒肥料等。這些研究更偏向于實際生產(chǎn)和應(yīng)用，而深入的機制原理層面研究還較少。隨著元素檢測技術(shù)的不斷提高和檢測儀器的快速發(fā)展，利用高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（HPLC-ICP-MS）和高效液相色譜-氫化物發(fā)生-原子熒光聯(lián)用技術(shù)（HPLC-HG-AFS）等現(xiàn)代新興的元素分析技術(shù)［50］，結(jié)合擬南芥和煙草等模式作物，對環(huán)境-作物-硒形態(tài)之間的深層次聯(lián)系及其作用分子機制的研究也令人期待。