基于文獻計量分析的喀斯特植被生態學研究態勢

王俊麗,張忠華,胡 剛,*,付瑞玉,周元慧,陶旺蘭

1 南寧師范大學北部灣環境演變與資源利用教育部重點實驗室, 南寧 530001 2 南寧師范大學廣西西江流域生態環境與一體化發展協同創新中心, 南寧 530001 3 南寧師范大學地理科學與規劃學院, 南寧 530001

文獻計量是一種基于數理統計的定量分析方法,以科學文獻的外部特征為對象,分析文獻的分布結構、數量關系和變化規律,從而客觀定量地反映學科或某領域的整體布局、研究熱點、前沿動態和發展趨勢,廣泛應用于學術水平評價、文獻規律研究以及研究趨勢分析等方面[21]。有學者通過運用文獻計量分析方法對全球生物多樣性研究[22]、生態網絡分析[23]、生態恢復研究[24]、外來生物入侵的危害與風險評估[25]等生態學相關領域的研究趨勢與熱點進行了較為客觀的評述。為分析國際和國內喀斯特植被生態學的研究態勢,本研究運用文獻計量分析方法對1990—2017年間Web of Science(WoS)和CNKI數據庫中喀斯特植被生態學相關文獻進行較為全面的分析,借助文獻的各種數量特征和可視化解析,試圖揭示國際和國內該研究領域的發展歷程、研究趨勢和熱點等,以期促進喀斯特植被生態學的深入研究并為相關領域學者凝練研究動向和科學問題等提供參考信息。

1 研究方法

1.1 數據來源

外文文獻數據來源于科睿唯安(Clarivate Analytics)WoS核心合集中的SCI-E (Science Citation Index Expanded)數據庫,中文文獻數據來源于中國知網CNKI提供的中國學術期刊數據庫。采用主題檢索1990—2017年與喀斯特植被生態學相關的文獻,WoS數據庫使用的主題檢索詞包括“Karst”、“Limestone”、“Vegetation”、“Plant”、Community”、“Forest”,CNKI數據庫使用的主題檢索詞包括“喀斯特”、“巖溶”、“石灰巖”、“植被”、“植物”、“群落”、“森林”。為準確獲得與喀斯特植被生態學研究相關的文獻,查閱每篇檢索到的文獻標題和摘要,判斷是否與該領域的研究方向相符,剔除不相符的文獻。

1.2 分析方法

提取經過篩選后的文獻題錄信息,包括發表年份、作者、期刊名、作者所屬國家和機構,關鍵詞等。作者的發文量和被引用次數利用WoS和CNKI數據庫自帶的文獻計量分析功能獲取,期刊的重要性及影響力用載文量、總引用頻次和影響因子進行綜合衡量,其中WoS收錄期刊的影響因子來源于科睿唯安2018年6月發布的《期刊引用報告》(Journal Citation Reports)。采用文獻計量可視化分析軟件VOSviewer[26]分別對WoS和CNKI數據庫檢索的文獻進行定量分析,統計每一項信息中各個類別出現的頻次,從而獲得文獻的分布結構、數量關系、變化規律等信息。VOSviewer軟件可基于關聯強度或相似度對文獻、作者、機構、國家、關鍵詞等進行聚類共現可視化分析,具有很強的圖形呈現能力,其圖形的顏色、大小,線段的粗細等可展現文獻間知識流動和轉移,反映的是文獻間的相似性、親密性和引證關系[27]。將WoS檢索的文獻數據保存為文本格式(.txt),再導入VOSviewer中進行分析；CNKI檢索的文獻數據保存為EndNote格式(.enw),再利用EndNote轉換成VOSviewer可讀的RIS格式。在VOSviewer中繪制作者間、機構間、國家間的合作網絡圖,圖中發文量由節點圓圈大小表示,并用節點間連線的粗細代表不同作者、不同機構、不同國家間合作關系的強弱；利用文獻關鍵詞的共現頻率繪制關鍵詞網絡圖,共現網絡圖中一個節點代表一個關鍵詞,其出現的頻次在圖中由節點圓圈大小表示,節點之間連線的粗細來表現關鍵詞之間聯系的強弱。

2 結果與分析

2.1 年度發文量與被引頻次分析

圖1 1990—2017年喀斯特植被生態學研究文獻的年代分布 Fig.1 The number of publications related to karst vegetation ecology published from 1990 to 2017

1990—2017年間WoS數據庫中屬于喀斯特植被生態學研究的文獻457篇,CNKI中的文獻1256篇。由圖1的年度發文量分析可知,1990—2010年間WoS的發文量變化較小,年均發文量僅4.3篇,表明國際喀斯特植被生態學研究仍處于初期發展階段；2011—2017年間年均發文量達52.3篇,尤其在近3年發文量持續迅速增長,2017年達111篇,表明該領域研究進入了快速發展階段。CNKI的文獻從1990—2006年間年均發文量6.9篇,2007—2017年間年均發文迅速增長至103.5篇,但近3年發文量逐步下降。綜合WoS和CNKI文獻總量,表明28年間文獻數量整體呈現波動增長趨勢,2006年后發文量增長迅速,從年均10.4篇增長到139.7篇。

分析WoS和CNKI中被引頻次前5的文獻(表1),表明WoS高被引文獻多關注喀斯特植物的適應策略分析,研究內容涉及喀斯特植物的水分生理與適應性以及森林植被恢復,其中被引頻次排名第一和第五的文獻均出自我國學者,體現了我國學者在該領域較強的影響力。CNKI文獻被引頻次高的前5篇論文均涉及喀斯特退化植被的恢復研究,成果集中分布在2000—2007年間,說明喀斯特生態系統退化與植被修復是國內學者持續關注的核心研究內容。

表1 WoS和CNKI數據庫中被引頻次前5的文獻

2.2 作者及其合作關系

2.2.1WoS文獻作者及其合作關系

列車用排障器靜動態特性分析及結構改進 陶長焱，李文泰，米承繼，周陶樂，肖文濤，賀 明，徐軍偉4(51)

WoS 數據庫中457篇文獻共有作者1500位,其中發文量前10的作者均為我國學者(表2)。除來自廣西師范學院的Zhang ZH(張忠華)外,Wang KL(王克林)、Wang SJ(王世杰)、Liu YG(劉玉國)、Li DJ(李德軍)、Song TQ(宋同清)等學者均來自中國科學院。由作者合作關系(圖2)可知,以學者Wang KL為核心的作者群包括Song TQ、Li DJ 、He XY、Zeng FP等,以學者Wang SJ為核心的合作緊密的學者有Liu YG、Guo K、Liu CC等,上述結果表明喀斯特植被生態學研究文獻的作者形成了較明顯的核心作者群,且以我國學者居多,國外學者在該領域的研究力量相對薄弱且合作關系較分散,我國學者與國外學者間的合作關系較少。

表2 WoS文獻排名前10的作者發文情況

圖2 WoS文獻涉及的作者及其合作關系Fig.2 The author cooperative relationships of publications in WoS

2.2.2CNKI文獻作者及其合作關系

CNKI數據庫中的1256篇文獻共包括2290位作者,其中發文量前10的作者包括王克林、喻理飛、曾馥平和王世杰等(表3)。由作者合作關系圖(圖3)可知,以王克林、喻理飛、王世杰、熊康寧為中心可將該領域學者大體分為4個核心作者群,不同作者群之間也存在較為密切的合作關系,其中王克林及其與其他作者之間的合作性很強,累計發文量較高。

2.3 研究機構、國家及其合作關系

2.3.1研究機構及其合作關系

WoS文獻來源于全球556所研究機構,其中屬于我國的有114所。表4統計的排名前10機構中,中國機構有7所,斯洛文尼有2所、克羅地亞有1所,國際上發文量排名前三的機構分別是中國科學院(167篇)、中國科學院大學(35篇)、盧布爾雅那大學(16篇)。表5列出CNKI文獻發文量最多的前10所機構,其中發文量最多的是貴州師范大學(219篇),其次是貴州大學(155篇)、中國科學院亞熱帶農業生態研究所(100篇)。由WoS文獻中機構之間合作關系圖(圖4)可知,中國科學院與貴州大學、貴州師范大學等合作較密切,但與盧布爾雅那大學、斯洛文尼亞林業研究所等國際上發文量較多的機構間合作較少。綜合各機構發文量及其合作強度分析可知,我國研究機構在該領域的研究成果和國際影響力十分突出。

表3 CNKI文獻排名前10的作者發文

圖3 CNKI文獻涉及的全部作者及其合作關系分布Fig.3 Distribution of total authors and their cooperative relationships of publications in CNKI

表4 WoS文獻發文量前10位的研究機構

表5 CNKI文獻發文量前10位的研究機構

圖4 WoS文獻來源機構分布及其合作關系 Fig.4 Distribution of publications source institutions in WoS and their cooperative relationships

2.3.2WoS文獻涉及的國家及其合作關系

檢索的457篇文獻共來自60個國家(圖5),發文量最多的是中國(230篇),其次是美國(74篇)、斯洛文尼亞(27篇)、克羅地亞(22篇)等國,我國學者發文量分別是上述國家的3.1倍、8.5倍和10.5倍。我國學者在該領域的發文量占總發文量的50.33%,遠高于其他國家,這體現出我國學者在該領域突出的科研實力和國際影響力。由國家間的合作關系圖(圖6)可知,中國的發文量居榜首,并與美國、加拿大、日本、德國等有合作關系；美國名列第二,與越南、墨西哥、德國等有合作關系；斯洛文尼亞與克羅地亞、奧地利等國合作密切。

2.4 期刊及其合作關系分析

2.4.1WoS文獻的期刊分析

WoS文獻中共涉及254種期刊。載文量前10的期刊如表6所示,其中EnvironmentalEarthSciences、PlantandSoil、ScientificReports為該領域文獻的主要載體。影響因子最高的期刊為ScienceoftheTotalEnvironment,其影響因子為4.610,其次是ScientificReports和JournalofHydrology,影響因子分別為4.122和3.727。影響因子最低的期刊為EnvironmentalEarthSciences,其影響因子為1.435,但該期刊也是載文量最多的。總引用次數最高的期刊是ForestEcologyandManagement、其次是EnvironmentalEarthSciences和PlantandSoil。

圖5 WoS文獻作者的國家分布Fig.5 Global geographical distribution of publications in WoS based on authors′ countries of affiliations

圖6 作者的國家或地區間合作關系網絡Fig.6 Social networks of cooperation between authors′ countries or territories

2.4.2CNKI文獻的期刊分析

CNKI文獻中共涉及289種期刊,載文量前10的期刊如表7所示,共載文獻352篇,占總文獻數量的28.03%；其中《生態學報》的文獻數量和總引用次數均居首位,此外,《中國巖溶》和《貴州農業科學》的載文量也較高,《中國巖溶》和《南京林業大學學報 (自然科學版)》所載文獻的總被引用次數分列第二和第三。上述結果表明,《生態學報》在該領域的綜合影響力最高,是喀斯特植被生態學研究文獻的主要刊發期刊。此外,值得注意的是,部分期刊雖載文量不高,但論文總被引用次數較高,如,《植物生態學報》的載文量只有19篇,但總被引達853次,僅次于《生態學報》,說明其刊載的文獻具有較高的被引價值,在該領域的影響力較大。

表6 載文量前10的外文期刊及其影響因子

表7 載文量前10的中文期刊及其影響因子

2.5 關鍵詞分析

2.5.1WoS文獻的關鍵詞分析

WoS文獻共有616個關鍵詞,刊載頻次居前3位的關鍵詞依次是：Karst(72次)、China(41次)和Vegetation(40次)。由關鍵詞共現網絡圖(圖7)可知,出現3次以上的關鍵詞被認為3個集群,綠色區域是與喀斯特、石漠化、地下水、洞穴、植物、土壤等密切相關的關鍵詞,占關鍵詞總被標引頻次的46.43%；紅色、粉色區域是表示與植被生態學、生物多樣性、保護等密切相關的關鍵詞,占關鍵詞總被標引頻次的25.27%；藍色區域是與物種分布、物種進化等研究密切相關的關鍵詞,占關鍵詞總被標引頻次的28.3%。由此可見,在國際喀斯特植被生態學研究領域,核心關鍵詞群相對集中在喀斯特、中國、植被、多樣性等方面。

2.5.2CNKI文獻的關鍵詞分析

CNKI文獻共2514個關鍵詞,刊載頻次為5400次,篇均關鍵詞4.29個,刊載頻次居前3位的關鍵詞依次是：喀斯特(588次)、石漠化(108次)、植被恢復(85次)。由刊載3篇及以上關鍵詞共現網絡圖(圖8)將關鍵詞分為4個集群,紅色區域以喀斯特、土壤、小生境等為主要關鍵詞,占關鍵詞總被標引頻次19.18%；藍色區域集中表示與植被生態、喀斯特森林等關系密切的關鍵詞,占關鍵詞總被標引頻次11.94%；綠色區域以石漠化、貴州、石漠化治理、生態重建為核心的關鍵詞,占關鍵詞總被標引頻次7.69%；粉色區域以土壤有機碳、空間變異等為關鍵詞,占關鍵詞總被標引頻次6.81%。由此可見,CNKI文獻較多關注喀斯特石漠化與植被恢復、喀斯特森林植被等方面研究。

圖7 WoS文獻中出現3次以上關鍵詞的共現網絡圖Fig.7 The occurrence network map of keywords published more than 3 times of publications in WoS

圖8 CNKI文獻中出現3以上關鍵詞的共現網絡圖 Fig.8 The occurrence network map of keywords published more than 3 times of publications in CNKI

3 討論

文獻是科研活動主要成果產出形式,某研究領域發文量的年際動態可表征該領域的發展速度和研究規模變化[28]。由WoS和CNKI的文獻發文總量變化,表明1990—2017年間喀斯特植被生態學領域的文獻發文量呈現波動增長趨勢,且在2006年后步入了快速發展階段。對比WoS和CNKI的發文量變化,可知CNKI文獻量在2006年前增長緩慢,之后迅速增長；而WoS文獻量在2010年前增長緩慢,2011年后迅速增長。此外,近3年CNKI收錄的該領域文獻量逐步下降,相反WoS文獻卻持續快速增長。上述結果表明,28年間國內外學者對喀斯特植被生態學相關研究的關注度逐漸增加,特別是近10年科研投入的增加致使發文量持續迅速增長。此外,伴隨科研實力的增強,我國學者逐步重視科研成果的前沿性和創新性以及在國際同行間展示和交流最新的研究成果,因而近3年在WoS中被SCI-E數據庫收錄的文獻快速增長,相反CNKI中的文獻量反而逐步減少。依據發文量變化趨勢,可以預見喀斯特植被生態學是處于快速發展的研究領域,未來一段時間發文量,特別是被SCI-E數據庫收錄的文獻數量會持續較快增長。

由WoS數據庫檢索到的457篇關于喀斯特植被生態學的研究文獻來自全球60個國家556所機構1500位學者。我國學者在該領域的發文量遙居全球榜首,并且發文量前10的作者均為我國學者,發文量前10的研究機構也多來自我國。綜合WoS和CNKI文獻作者分析結果,表明該領域研究中具有較強影響力的作者包括王克林、王世杰、喻理飛等學者,他們在發文量及其與其他學者的合作強度方面均居領先地位,這也說明我國在該研究領域中占有重要地位,在國際上形成具有代表性和突出影響力的多個研究群體。例如,以王克林為核心的作者群圍繞我國西南喀斯特退化生態系統適應性修復與生態系統服務功能提升,在喀斯特區域生態恢復評估[29-30]、植被演替動態及其驅動機制[31]、喀斯特土壤結構與性質[14,32]等方面開展了豐富的研究工作并取得大量成果；以王世杰為核心的作者群側重喀斯特植被系統的碳、水循環[33-34]、石漠化區域生態修復[35]等方面的深入研究；以喻理飛為核心的作者群較早開展了喀斯特植被恢復評價和修復技術[15,36]、群落結構與樹木生理[37]等方面研究工作。國外學者對喀斯特植被也開展了較多研究工作,特別是在波多黎各[19]、斯洛伐克[20]、斯洛文尼亞[38]、多米尼加[39]、墨西哥[18]等喀斯特地貌分布相對廣泛的國家或地區,而泰國、越南、馬蘭西亞、土耳其等國雖有喀斯特地貌分布,但迄今未見或極少見有與喀斯特植被生態學相關的研究成果。總的來看,受國家間喀斯特地貌分布面積差異以及科研力量強弱等因素影響,國外學者近幾年在該領域的成果產出相對較少,且多在群落組成和植被分布格局等層面開展基礎性研究工作,作者間未形成明顯的合作研究群體。上述結果充分表明我國學者在喀斯特植被生態學方面的研究非常活躍,是全球該領域前沿動向和發展趨勢的引領者,這與我國近年來在喀斯特相關研究領域的科研經費投入以及加快人才培養等因素密切相關。

EnvironmentalEarthSciences、PlantandSoil、ScientificReports等是WoS數據庫中喀斯特植被生態學領域外文文獻的主要載體期刊,而CNKI中的文獻多發表在《生態學報》、《中國巖溶》、《貴州農業科學》等中文期刊中。值得注意的是,在該領域成果發表的眾多學術期刊中,很少有成果發表在我國出版的國際化學術期刊中。建議我國學術期刊加快國際化步伐,重視和鼓勵國內外學者,特別是有國際影響力的學者在我國主導的國際學術刊物上發表論文。此外,WoS數據庫中喀斯特植被生態學方面文獻較多,但幾乎沒有成果發表在Nature、Science、EcologyLetters、GlobalChangeBiology等高影響因子的國際知名學術刊物中。頂級學術刊物對研究成果的原創性、新穎性和突破性要求更高,因而建議國內外學者間加強合作,優勢互補,以全球變化研究、重要科學假說等為切入點在局域、區域和全球等尺度上圍繞喀斯特植被動態及其預測、植物-動物-微生物間互作關系、喀斯特植物進化與系統發育等開展前瞻性和開創性研究,進一步提升科研成果的“質”。

關鍵詞為高度概括性詞組,可直觀反映研究主題與內容,揭示某領域研究內容、成果、特征之間的聯系,并體現研究進展和熱點問題變化[40]。綜合WoS、CNKI文獻關鍵詞分析結果,出現頻度最高的關鍵詞是“喀斯特”、“植被”和“石漠化”,表明喀斯特石漠化的植被恢復與重建一直是該領域研究的核心內容。中國是為數不多以國家名稱出現的關鍵詞,充分顯示出我國在該領域研究占有重要的地位。除上述3個常見關鍵詞外,“物種多樣性”、“干擾”、“更新”、“群落結構”等關鍵詞常出現在較早期的文獻中[15-16,38],而近年來“空間分布格局”、“生態化學計量”、“有機碳”、“土壤微生物”、“遙感”等在文獻中出現頻率逐漸增加[29,33,41-43],這表明早期的研究側重喀斯特植物群落物種組成和更新動態的描述,研究內容相對局限,而近些年的研究在多個維度開展,既有關注微觀維度的植物-土壤微生物關系[43],又有宏觀維度的遙感監測植被動態[29],同時注重生態系統的元素平衡和穩定性關系[42]以及利用復雜數量分析方法量化群落結構特征[41],因而,近些年喀斯特植被生態學研究的內容在深度和廣度上均有明顯擴展。

通過分析1990—2017年間WoS和CNKI數據庫中收錄的有關喀斯特植被生態學研究的文獻信息,本文從文獻計量學視角較全面地揭示了該領域的研究發展歷程、研究熱點和趨勢變化。雖然國內外學者在喀斯特植被生態學領域已取得較多成果,但與全球地帶性的熱帶森林、草地等植被類型相比,對非地帶性的“石上”植被的研究關注度和生態規律的掌握程度還甚為滯后,迄今對喀斯特生境下植被結構和動態的過程與機理的理解還知之甚少,諸多基于地帶性植被研究所提出的理論、假設或模型,如分析群落構建過程的生態位理論[44]和中性理論[45],解釋植被地理格局的代謝理論[46]和多度-適應性假說[47],預測植被動態的iLand模型[48]和LANDIS模型[49]等,它們是否適用于解釋非地帶性的喀斯特植被的分布、結構與動態？對此至今仍然存疑。為促進喀斯特植被生態學研究的發展,建議國內外學者以及機構間加強合作,建立全球的喀斯特植被監測網絡,長期觀測并對比分析不同區域或類型喀斯特植被的動態過程和生態功能演變機理。此外,未來喀斯特植被生態學應該充分整合從分子生態學到宏生態學的研究手段(如DNA條形碼、控制實驗、穩定同位素、數學模型、遙感、大數據等),注重多尺度的整合與多領域的交叉,構建適用于喀斯特生境的植被格局、過程與動態的生態理論、假說或模型,在喀斯特地區植物多樣性的形成及其維持機制、進化過程與群落生態過程及其之間的關系、生態化學計量計量特征與生態功能的關系、地上與地下生態過程的耦聯關系、植被對氣候變化的響應與適應、退化植被的適應性修復等方面持續開展深入研究。