基于文獻計量學的直鏈藻屬的研究進展

王　超,劉　楊,李新輝,賴子尼

1 中國水產科學研究院珠江水產研究所,廣州　510380 2 農業部珠江中下游漁業資源環境科學觀測實驗站, 廣州　510380 3 深圳大學高等研究院,深圳　518000

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基于文獻計量學的直鏈藻屬的研究進展

王超1,2,*,劉楊3,李新輝1,2,賴子尼1,2

1 中國水產科學研究院珠江水產研究所,廣州510380 2 農業部珠江中下游漁業資源環境科學觀測實驗站, 廣州510380 3 深圳大學高等研究院,深圳518000

基于1975—2014年Web of Science數據庫中有關直鏈藻的學術論文,進行了文獻計量學分析。研究發現,每年發表論文數呈明顯上升趨勢,但增幅不大；單篇論文的作者數增長緩慢,近5年每篇論文的作者數開始大于4名；發表論文的學術雜志的影響因子中等偏下,學術影響力不大；以上也映射出此研究方向的冷門性。歐美發達國家對直鏈藻學術論文的貢獻最大,在國際合作方面也處于領先地位。有關直鏈藻的研究內容仍偏重于基礎性研究,分類、多樣性和種群生態學方面的研究仍保持一定的熱度。淡水湖泊和江河流域是開展直鏈藻研究的主要區域。

文獻計量學；直鏈藻屬；研究進展

直鏈藻屬(Melosira或Aulacoseira)隸屬硅藻門(Bacillariophyta),中心綱(Centricae),圓篩藻目(Coscinodiscales),圓篩藻科(Coscinodiscaceae)。直鏈藻種類在淡水、半咸水和海水中均有分布,主要以淡水、半咸水為主,河口區域最為常見。直鏈藻屬是組成化石硅藻植物群的重要成分,該屬在地層劃分、對比上是不可缺少的生物依據[1]。在分類學上,某些淡水直鏈藻物種如顆粒直鏈藻(M.granulata)、意大利直鏈藻(M.italica)、遠距直鏈藻(M.distans)等已經從直鏈藻屬分出來作為獨立的屬,稱為溝鏈藻屬(AulacoseiraThwaites)[1]。盡管如此,從歷史資料積累、研究傳承及發展趨勢分析的角度出發,本文將直鏈藻屬和溝鏈藻屬的文獻資料一并作為研究直鏈藻屬的基礎資料。

近年來,有關直鏈藻屬的研究多側重于單個藻種的針對性研究,包括新物種的發現、分類歸屬的糾正、室內培養研究、形態特征變化及分布、種群動態變化等。但是,對于直鏈藻屬的研究進展仍缺乏概括性的總結。在當今信息爆炸的時代,每天約有6000篇新發表的研究論文。文獻計量分析是一種已經被廣泛應用于很多科學研究領域的分析科研產出和研究趨勢的常規方法,對快速了解某個領域或方向的綜合研究趨勢有較大的幫助[2- 7]。基于現有的文獻資料,挖掘有關直鏈藻屬的相關信息,分析和總結有關直鏈藻屬研究的進展和發展趨勢,不僅有助于初學者全面快速地掌握該領域的研究背景和現狀,也有助于專業研究人員依據發展趨勢選擇相關研究熱點來開展下一步的研究。

本文基于Web of Science數據庫中1975―2014年有關直鏈藻屬和溝鏈藻屬的文獻資料,全面分析直鏈藻屬的研究趨勢。希望在研究內容與熱點、變化趨勢和國際合作等方面給予現實的指導意義。

1　材料與方法

本文所使用的研究方法均參考自Wang等[2], 并稍作修改闡述如下。

1.1數據源

查詢所有引文索引在Web of Science (Thomson Reuters)上的,1975至2014年之間發布的,任何在標題或摘要或作者所提供的關鍵詞位置含有關鍵詞“melosira”或“aulacoseira”的文章。導出一個包含標題,關鍵詞,摘要,出版年份,作者姓名,作者單位,被引次數和被引文獻計數的XML文件。搜索查詢的構造如下：(標題-摘要-關鍵詞：“melosira”或“aulacoseira”)。

1.2國家名稱提取

所有引文索引的國家名稱是從作者單位提取的。出自英格蘭、蘇格蘭、北愛爾蘭和威爾士的文章歸屬到聯合王國(英國)。有曾用名的國家的名稱已被更新,包括“南斯拉夫”(塞爾維亞和黑山),“德意志聯邦共和國”和“德意志民主共和國”(德國)。作者所屬機構只有國家/省份的名字,但沒有國家名稱的不予考慮。只有一個國家名稱的出版物被認為是在國家內部的合作,有超過一個國家的名字出現被視為國際合作。

1.3關鍵詞和國家之間合作的共詞分析

共詞分析是一個既定的文獻計量學的方法,探討一個學科指定的文檔內容中基于配對存在(共同出現)的術語的網絡關系[8- 9]。

國家間合作的共詞分析的程序：1)根據以上描述提取國家名稱；2)準備國家名稱文庫,例如選出最高產的前30個國家；3)共生矩陣構建：首先,為選定的國家名稱庫建立一個術語-文檔-矩陣,例如：從1000個出版物中選出前30個,這樣就產生了30×1000的矩陣；其次,術語-文檔-矩陣被轉化為一個共生矩陣,也就是30×30矩陣；4)國家間合作的可視化：國家用節點來代表,國家間的關系用節點之間的連線來表示。節點的大小和連線的寬度代表了關系的強弱。

關鍵詞共詞分析的程序：1)關鍵詞提取與規范化：Web of Science數據庫中每篇論文的關鍵詞均被提取。關鍵詞和短語中的數字和標點符號被拆除,強制小寫和減少不同作者的關鍵詞表達的變化,例如 “marine-phytoplankton”和“marine phytoplankton”； 2)關鍵詞文庫制備：如前30個出現率最高的關鍵詞；3)共生矩陣的構建：第一,為選定的關鍵詞建立一個術語-文檔-矩陣,如從50個出版物中的100個關鍵詞中選出最熱的30個關鍵詞,這就產生了一個30×100的矩陣；第二,術語-文檔-矩陣被轉化為一個共生矩陣,如30 × 30的矩陣；4)關鍵詞的共詞分析的可視化如上所述。

1.4關鍵詞趨勢分析

每一個關鍵詞的年出現率,是用每年的出現頻率除以特定時間內的總頻率計算得出的,然后除以年度出版物總數量,以彌補出版物總數量的增加。之后將Mann-Kendall趨勢檢驗應用于每個關鍵字。當P值<0.05,趨勢被確認為顯著,另外,既不增加也不減少的趨勢被保留。

1.5統計分析

所有數據處理,圖的生成,統計分析都是用自組成的R代碼操作的。曼肯德爾(MK)趨勢檢驗用來測試關鍵詞的頻率的增加/減少的趨勢。

當下,一些已更名的雜志的現用名稱已通過人工完成更新。

2　結果

1975至2014年近40年間有關直鏈藻研究論文的總數為665篇。相關信息的時間變化趨勢見圖1。每年發表論文數呈明顯的上升趨勢,變化范圍為1—47篇/a,最小值出現在1983和1984年,最大值出現在2012年。前15年(1975—1990年)間,文章數波動不大,基本小于5篇/a；1991—2000年的10年間,文章數呈緩慢的波動式增長,最大差幅為16篇/a；2001年至今,增幅明顯加大,最大差幅可達34篇/a(圖1)。每篇文章的作者數雖然隨時間也呈現較明顯的上升趨勢,但是增幅緩慢,大多以2—4人/篇為主,偶爾超過5人/篇(圖1)。單篇文章引用文獻數的時間變化分兩個階段,前15年在0—30間呈明顯波動；之后的25年間呈現緩慢的波動式增長,變動范圍主要在40—55之間(圖1)。單篇文章的被引用數的時間變動模式呈明顯的單峰型,截止提取數據時2000年發表的文章的單篇被引用數最高(圖1)。

圖1　有關直鏈藻論文的相關參數的時間序列變化圖Fig.1　Temporal trends of several parameters associated with Aulacoseira and Melosira papers

直鏈藻論文發表在188個學術期刊上,其中發表論文最多的前20個學術期刊的相關信息見表1。發表文章數最多的雜志為Hydrobiologia,發表文章總數為65篇,占直鏈藻論文總數的9.77%；影響因子為2.212,單篇被引用數為15.38。影響因子最高的雜志為QuaternaryScienceReviews,影響因子為4.571,發表文章總數為7篇,單篇被引用數為29.71。單篇被引用數最高的雜志為LimnologyandOceanography,單篇被引用數為51.31,發表文章總數為13篇,影響因子為3.615。總的來看,影響因子高的雜志單篇被引用數高,發表文章數不高；影響因子低的雜志單篇被引用數低,發表文章數低；發表文章數高的雜志影響因子居中,單篇被引用數居中。

表1　直鏈藻文章貢獻居前20位的學術期刊

在直鏈藻文章發表方面貢獻最大的前20個國家的排序及網絡關系見圖2。結果顯示,美國的貢獻最大,其與加拿大的合作關系最強。英國排名第2,其與中國和德國的合作關系最強；此外,英國與其他國家的合作關系也反映出其軸心國作用強于美國。中國排名第6,主要與英國存在較強的合作關系(圖2)。

近40年間在有關直鏈藻文章中出現最多的前20個關鍵詞的排序及網絡關系見圖3。最重要的關鍵詞是硅藻,其與排名靠前的幾個關鍵詞的關系也比較緊密；其次是浮游植物,其與硅藻的關系最緊密。所有的關鍵詞可分為以下幾類：第一類與分類歸屬有關,包括硅藻、硅藻門、浮游植物、水藻和溝鏈藻屬；第二類與研究內容有關,包括群落、動態、種群、記錄、生長、形態學和古湖沼學；第三類與環境因素有關,包括氣候變化、富營養化、磷和水溫；第四類與分布有關,包括湖泊、沉積物和水。還有一個關鍵詞藍藻,排名第20位。

圖2　直鏈藻論文發表貢獻前20名國家的排序及網絡關系　Fig.2　Sequence and correlations of top 20 countries in Aulacoseira and Melosira paper publications

圖3　直鏈藻文章中出現最多的前20個關鍵詞的排序及網絡關系　Fig.3　Sequence and correlations of top 20 key words from Aulacoseira and Melosira papers

近40年間有關直鏈藻文章中出現呈上升趨勢的前20個關鍵詞見圖4。這些關鍵詞可分為以下幾類：第一類與直鏈藻屬的分類歸屬有關,包括硅藻、硅藻、屬、中心綱和浮游植物；第二類與研究內容有關,包括多樣性、種群、分類和分布；第三類與地理分布有關,包括淡水、流域、北極湖泊和南美洲；第四類與環境因素有關,包括氣候變化、氣候、鹽度和水深；第五類與功能作用有關,包括管理和地球化學。

圖4　直鏈藻文章中呈上升趨勢的前20個關鍵詞Fig.4　Top 20 key words with ascending trend in Aulacoseira and Melosira papers

圖5　直鏈藻文章中呈下降和保持平穩趨勢的關鍵詞Fig.5　The key words with descending and steady trend in Aulacoseira and Melosira papers

近40年間有關直鏈藻文章中出現呈下降趨勢的7個關鍵詞和保持平穩趨勢的13個關鍵詞見圖5。下降趨勢的7個關鍵詞可分為3類：第一類與環境因素有關,包括硅和碳酸鈣；第二類與湖泊有關,包括液面波動、內伊湖和不分層湖；第三類與底棲環境有關,包括海洋沉積物和大型無脊椎動物。保持平穩趨勢的13個關鍵詞可分為三類：第一類與環境因素有關,包括磷和光；第二類與研究內容有關,包括古湖沼學、生長、形態學、生物量、演替、變異性和群落；第三類與分布有關,包括貝加爾湖、水、沉積物和湖泊。

3　討論

直鏈藻論文數的增長趨勢符合科技論文數量普遍增長的大趨勢[10],這與其他研究方向的論文增長規律也是一致的[5,7,11-12],很可能與SCI期刊數的快速增長有關。但是,僅從直鏈藻論文數的絕對值的增長幅度來看,比浮游植物論文數的年度增幅小70倍[2]。從參與直鏈藻論文發表的人數來看,近40年間單篇論文作者數穩定在2—4人之間,極少超過5人,這在一定程度上也反映出直接或間接從事直鏈藻研究的人員的穩定性。參考文獻可以擴展論文的學術內涵,而參考文獻數量可以反映論文的學術水平[13]。20世紀90年代之前,有關直鏈藻的研究論文少,可供參考的資料匱乏,因而單篇論文的文獻數量也低。之后,雖然論文數逐年增長,但是單篇論文引用文獻數增長緩慢,長期穩定在40—55篇,這也反映出直鏈藻研究水平的穩定性。然而,參考文獻數與論文的被引頻次之間的相關性不明顯[14]。論文的篇均被引頻次是判斷一篇論文質量和影響力的重要指標,被引頻次越多,論文的影響力往往越大[15]。我們所得到的直鏈藻論文長期較低的被引用頻次則說明了此研究方向的冷門性。根據Price所提出的“最大引文年限”問題,文章被引用的峰值是該文章發表以后的第2年[16]。而分析得到的最大篇均被引頻次出現在2000年,這很可能跟大部分直鏈藻研究都是基礎研究有關,基礎研究的引用半衰期都較長。此外,被引頻次先上升后下降的規律也表明,基礎研究的引用半衰期不會無限大,存在極限值。直鏈藻研究的引用半衰期約為15a。

影響因子在全球科學評價,尤其是期刊評價中的應用越來越普遍[17-18]。學術雜志的影響因子可較公平的評價各類學術期刊,通常影響因子越大,期刊的學術影響力和作用也越大[15]。由于直鏈藻研究的冷門和專業局限性,論文發表的學術期刊的影響因子普遍不高。前20位的期刊中,LimnologyandOceanography和QuaternaryScienceReviews兩個期刊的影響因子較高,單篇論文的被引用數較高,這與其權威性和高關注度有關；但是,由于投稿難度較大,發表相關文章數并不多。兩者相比而言,1956年建刊的LimnologyandOceanography的單篇論文被引用數高于1982年建刊的QuaternaryScienceReviews。中等影響因子的雜志投稿難度適中,發表文章數多,而單篇被引用數居中,例如Hydrobiologia和JournalofPaleolimnology兩個雜志。兩者相比而言,1948年建刊的Hydrobiologia的論文數高于1988年建刊的JournalofPaleolimnology。雖然影響因子低的學術雜志受關注度普遍較低(發表文章數少,單篇被引用數低),但是也有像DiatomResearch這樣專業性極強的老牌雜志,發表論文數較多,排在第3位。

隨著科技全球化的發展,國際合作成為科技領域不可或缺的重要支撐。Frame和Carpenter提出對于國際科技合作而言,國際合著論文的形式是最為有效且直觀的評價模式[19]。作者對浮游植物研究趨勢的分析發現,地理分布上的鄰近關系是影響國際合作的重要因素[2]。美國目前是全球最有創造力的國家,其在直鏈藻研究方面的論文數量最多,其最主要合作國家是鄰近國家加拿大。然而,排名第2位的英國在直鏈藻研究方面的軸心國作用更強,其不僅跟歐洲各國保持良好的合作關系,與亞洲國家尤其是中國的合作關系更強。這應該得益于歐洲委員會推行的<歐盟水框架指令>,旨在尋求水資源保護和管理中遇到的同樣問題的通用解決方案。

排名前20位的關鍵詞中,“硅藻”、“浮游植物”、“水藻”、“硅藻門”和“溝鏈藻屬”是與直鏈藻的分類歸屬相關的,這其中的幾個關鍵詞隨著直鏈藻論文數的增長也出現上升趨勢,但是這些關鍵詞的信息性不強。但是,發現“溝鏈藻屬”居前20位,而“直鏈藻屬”被排除在外,說明研究者們更多地關注溝鏈藻屬。溝鏈藻屬的藻種是分布最廣和最優勢的硅藻之一[20],他們也是最古老的非海洋硅藻[21]。該屬某些藻種較易在自然水體中形成優勢種群,具有較好的生物指示功能[22- 25],同時得到了較多研究者的關注。從關鍵詞反映的研究內容來看,有關直鏈藻的研究仍偏重于基礎性研究,如直鏈藻“種群”的“生長”和“動態”變化,物種的“形態學”特征和新“記錄”物種等。而且有關“多樣性”、“種群”、“分類”和“分布”方面的研究仍然呈現明顯的上升趨勢。掃描電鏡下的“形態學”特征觀察依然是目前開展直鏈藻“分類”研究和發現新“記錄”物種的基礎和手段[26-28],進而豐富了該屬的物種“多樣性”。有時“形態學”特征的變化也會作用于直鏈藻的“種群”“動態”特征,如Jewson和Granin在貝加爾湖的研究發現,Aulacoseirabaicalensis形態尺度的變化與種群密度關系緊密[29]。“湖泊”、“沉積物”和“水”是與直鏈藻“分布”的介質或者研究開展的地點相關。“湖泊”的“水”體和“沉積物”中的直鏈藻物種組成豐富,“多樣性”高,成為開展直鏈藻“形態學”特征、“分類”學、“種群”“動態”、物種新“記錄”和“古湖沼學”研究的重要區域[29-33]。

“氣候變化”對生物“多樣性”和生物“群落”“演替”的影響是當下研究的熱點[34-36]。在“湖泊”這樣的靜水系統中,“浮游植物”的物候變化已經被歸因于各種與“氣候”相關的過程,包括熱分層時間的變化,“冰”過早融化和水溫升高[37]。在“水溫”適宜的條件下,水體中可利用的“磷”含量增加,有助于直鏈藻“生長”,藻鏈長度增加,這也使直鏈藻加速沉降至“沉積物”表層,促進了水體中營養鹽的清除,可以減緩高生產力“湖泊”中營養鹽再生利用的效率[38]。“湖泊”的“水深”是影響水下可見“光”強度的重要因素,進而影響直鏈藻的增長速度[39]。在“水深”適宜的條件下,某些直鏈藻物種如顆粒直鏈藻因葉綠體含量豐富[40],對低光照強度具有較強的適應性。已有研究表明,在“淡水”和“海水”交匯的河口水域,“淡水”直鏈藻物種也能形成優勢種群[23],這一方面說明了江河“流域”中直鏈藻優勢的延續,另一方面反映出對“鹽度”變化具有一定的適應能力。

4　結論

對近40年間有關直鏈藻的學術論文進行文獻計量學分析,發現每年發表論文數呈明顯上升趨勢,但增幅不大；單篇論文的作者數增長緩慢；發表論文的學術雜志的影響因子中等偏下,學術影響力不大。歐美發達國家對直鏈藻學術論文的貢獻最大,在國際合作方面也處于領先地位。目前有關直鏈藻的研究內容仍偏重于基礎性研究。淡水湖泊和江河流域是開展直鏈藻研究的主要區域。

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國家自然科學基金青年基金項目(41403071)

2015- 11- 15;

2016- 07- 26

Corresponding author.E-mail: chaowang80@163.com

10.5846/stxb201511152312

王超,劉楊,李新輝,賴子尼.基于文獻計量學的直鏈藻屬的研究進展.生態學報,2016,36(16):5276- 5283.