基于文獻計量的凋落物研究現狀及熱點分析

張 俊,張 華,常 暢,孫翠洋,王效葦,苑知言

遼寧師范大學地理科學學院, 大連 116029

凋落物是森林生態系統3個垂直結構中的重要功能層之一,凋落物層作為森林生態系統的重要層次,在增加土壤有機質、改善土壤理化性質、防止雨滴濺擊,減少土壤結構破壞程度、防止地表水土流失等方面發揮重要作用[1]。曾丹娟等[2]對北部灣經濟區的凋落物及其林下土壤持水性能進行分析；李良等[3]對不同林齡華北落葉松人工林凋落物儲量及持水特性進行研究；繆曉樂等[4]不同年齡橡膠樹凋落物碳歸還量及年釋放量進行了對比。

文獻計量是一種基于數理統計的定量分析方法,它以科學文獻的外部特征為研究對象,研究文獻的分布結構、數量關系、變化規律和定量管理,進而探討科學技術的某些結構、特征、規律[5- 6]。文獻計量學所涉及的學科很廣泛,如曹永強等[7]將其用于近20年我國的空氣污染研究；Costanza等[8]運用文獻計量法研究了國際生態系統服務的作者結構體系以及合作體系； Tancoigne等[9]采用文獻計量的方法對農業科學中的生態系統服務方面進行了定量研究；王宏偉等[10]將文獻計量的方法運用到國內山洪災害的研究；鐘賽香[6]等基于73種人文地理類期刊,對國際人文地理學的發展特點和規律進行了探究；李秋云等[11]將文獻計量的方法擴展到旅游地理學的研究中；王耕等[12]通過Bibexcel、Ucinet、和Netdraw等軟件對國內外珊瑚礁的研究現狀及熱點進行闡述等等。文獻計量因其客觀性、試用廣泛性、定量化研究、宏觀性等優勢,已經越來越成為國內外學者親睞的文獻分析方法和期刊特定信息獲取途徑[13- 15]。縱觀已有的研究成果,多為氣象、生態、地質、災害、旅游、生態等方面的研究,對特定學科內某一指標的研究鮮見報道,本文選取生態學中起關鍵作用的凋落物作為研究對象,就國內外文獻分析其現狀特征及熱點,以期為森林生態系統的可持續發展、土壤元素之間的相關性和歸還規律、低產森林群落的恢復,特別是為未來凋落物的研究方向提供指導依據。

1 數據來源及研究方法

1.1 數據來源

國內方面,本文以中國期刊全文數據庫(CNKI)中“凋落物”有關的文獻作為數據源,搜索年份為1963—2019年(包含2019年),篩選出5705篇相關的文獻；在國際方面,本文以Web of Science數據庫中的核心集合為基礎數據源,以“litter”作為檢索詞,文獻類型為 “article”,搜索年份為1953—2019年(包含2019年),并在檢索結果中手動篩選出于凋落物相關的文獻,得出2660條符合研究內容的結果。

1.2 研究方法

將所篩選出的5705篇國內文獻和2660篇外文文獻導入到Bibexcel中,導出文獻中的高頻關鍵詞、年份、作者信息等。國內期刊論文選取關鍵詞頻率大于46的高頻關鍵詞共計72個,國際上選取關鍵詞頻率大于11的高頻關鍵詞共計42個。運用Bibexcel將外文期刊中導出的42個高頻關鍵詞生成42×42的共詞矩陣；將國內期刊中導出的72個高頻關鍵詞生成72×72的共詞矩陣,在Ucinet中生成##d文件,然后在Netdraw中做出國內與國際期刊文獻中枯落物研究的高頻關鍵詞的共項網絡化視圖。最后在SPSS中分析得出系統聚類分析樹狀圖,對所選取的高頻關鍵詞進行聚類分析。

2 結果分析

2.1 凋落物相關期刊論文發文量分析

圖1 國內有關凋落物的文獻發文量各年份分布數目Fig.1 Number of publications of domestic literature on litter in each year

在CNKI中檢索出的5705篇以“凋落物”為關鍵詞的論文發文量如圖1所示。從圖1可以看出,隨著年份的推移,發文量大體上呈上升趨勢,尤其在2000年以后呈加速增長趨勢。關于凋落物的研究大致可分為4個階段,第一階段(1963—1993年)初步探索階段,論文數量較少,說明這段時間國內學術界對凋落物的生態價值不夠重視；第二階段(1994—2000)萌芽發展階段,相較于第一階段,論文數量有所增加,這主要與我國1994年正式接入互聯網,開始大規模的發展網絡技術,對凋落物的研究有一定的推動作用,在此期間發文量也有所回落,可能與研究時間尚短,研究經驗尚淺有關；第三階段(2001—2011年)波動增長階段,發文量快速增長,但在有些年份有所回落,這可能與國家政策和社會經濟因素有關；第四階段(2012—2019)穩步發展階段,發文量與前一階段相比有所增加,波動不大,這與國內科研環境穩定,創新能力的提高有密切關系。但在2018和2019年發文量明顯下降,這可能與網絡登刊以及篩選的文獻日期限制有關。

在Web of Science 數據庫中篩選出的2660篇以“litter”為關鍵詞的論文發文量如圖2所示。從圖2可以看出,除個別年份有所下降外,發文量整體上呈上升趨勢。研究結果可大致分為三個階段,第一階段為1953—1990年,期刊論文發文量稀少。國際上對凋落物的研究處于萌芽階段；第二階段為1991—2008年,凋落物期刊論文呈波動增長階段,這主要是國際上開始大規模的發展網絡技術,對凋落物的研究有一定的推動作用,在此期間發文量也有所回落,可能與國際關系變動以及國際經濟發展有關；第三階段為2009—2019年,期刊論文發文量呈穩步增長態勢,這與國際上名校之間的人才交流和專業性科研人員的遞增有密切關系。但在2019年發文量顯著下降,這與檢索時間限制到2019年3月和網站登刊時間有關。

就國際和國內對凋落物的研究來看,國際上開始的時間較早,國內的研究滯后10年左右,但國內的發文量和速度增長速度要明顯高于國際上；兩者都在21世紀開始趨于成熟穩定發展。

圖2 國際上有關凋落物的文獻發文量各年份分布數目Fig.2 Number of documents published in the world on litter in each year

2.2 高頻關鍵詞分析

關鍵詞作為期刊論文和學位論文中的重要部分,是對文章研究內容的高度提煉和總結,對于文章的總體把握至關重要,在一定程度上可以代表該研究領域的研究方向的熱點問題[12,16]。運用Bibexcel工具從CNKI中導出的高頻關鍵詞結果如表1所示和從Web of Science 基礎數據庫中導出的高頻關鍵詞如表2所示。由表1可以看出國內關于凋落物的研究中,凋落物是出現最多的關鍵詞,它是學科研究方向的核心部分,生物量、凋落物分解、土壤呼吸、人工林、碳儲量、杉木為次級高頻關鍵詞,由此可以看出國內的研究更加傾向與凋落物與喬冠層之間的聯系以及土壤通氣能力的研究,主要涉及到森林生態系統的平衡發展；從表2可以看出國際上關于凋落物的研究中出現頻率最多的關鍵詞為Litter(凋落物)、Decomposition(分解)、Animals(動物)、Nitrogen(氮)、Soil(土壤)、poultry(家禽)、Carbon(碳)、Female(雌性)、Climate change(氣候變化) Marine debris(海洋污染)等。由此可以推測國際上凋落物研究的熱點更加側重凋落物分解與元素含量之間的關系、動物和微生物對凋落物分解的影響以及對氣候的影響,這與當今全球氣候異常以及環境污染密切相關。

2.3 高頻關鍵詞的共現網絡化可視分析

共現網絡化分析是文獻計量方法的一種,通過對某個研究領域篩選的高頻關鍵詞在同一篇論文中出現的次數來判斷該領域中高頻關鍵詞之間的關系[11,15- 16]。為了更加深入的分析高頻關鍵詞之間的內在關系,本文運用Bibexcel軟件將國內文獻中導出的72個高頻關鍵詞生成72×72的共詞矩陣；國內文獻導出的42個高頻關鍵詞生成42×42的共詞矩陣,再將其分別導入Ucinet軟件中生成##d文件,再用Netdraw小工具制作出國內外高頻詞共現網絡化可視圖如圖3和圖4所示。網絡化可視圖中一個節點代表一個高頻關鍵詞,節點大小代表關鍵詞在文獻中出現的頻率高低和與其他關鍵詞之間的聯系疏密程度。一般來說,兩節點之間的連線越粗,說明兩關鍵詞之間的聯系越緊密[16]。

表1 國內1963—2019年高頻關鍵詞及其詞頻

表2 國際上1953—2019年高頻關鍵詞及其詞頻

就國內來看,從圖3中可以看出,節點較大的高頻關鍵詞有凋落物、凋落物分解、生物量、人工林、土壤養分、氮沉降等,表明這些詞與其他關鍵詞之間的共現程度較高,成為凋落物的研究熱點具有一定的科學依據。另外72個高頻關鍵詞之間都有線條的連接,雖然線條粗細不一,但從一定程度上可以說這些關鍵詞之間都有或多或少的聯系,共同構造出凋落物研究的科學體系；國際上,由圖4可以看出,Litter(凋落物)、Temperature(溫度)、Animals(動物)、Decomposition(分解)、Environmental Monitoring(環境監測)、Bacteria(菌)、Nitrogen(氮)等關鍵詞與文獻中其他關鍵詞之間的共現機會較多,但由于篩選國際的相關文獻較少,因此共現次數較多的關鍵詞也可能與研究熱點有所偏差,Litter(凋落物)、Temperature(溫度)、soil(土壤)之間的連線較粗,說明這些詞在研究領域的聯系緊密,互相影響程度較高。

圖3 國內枯落物研究高頻關鍵詞共現網絡可視化圖Fig.3 Domestic litter research high frequency keyword co-occurrence network visualization

圖4 國際枯落物研究高頻關鍵詞共現網絡可視化圖Fig.4 International litter research high frequency keyword co-occurrence network visualization

2.4 高頻關鍵詞的聚類分析

圖5 國內高頻關鍵詞系統聚類分析樹狀圖 Fig.5 Domestic high frequency keyword system clustering analysis tree

圖6 國際高頻關鍵詞系統聚類分析樹狀圖 Fig.6 International high frequency keyword system clustering analysis tree

聚類分析是根據“物以類聚”的基本思想,將m個變量因子各自看為一類,再按照所選取的方法計算聚類統計量,將關系詞義相近或者關系密切的劃分為一類[16- 17],由此來判斷所選取的變量因子中每個個體因子之間的親疏程度[18- 19]。本文以國內外文獻中選取的高頻關鍵詞所做出的矩陣為基礎,運用SPSS軟件中的聚類分析方法進行聚類分析,導出聚類樹狀圖,如圖5和圖6所示,再將高頻關鍵詞劃分為5個群集,如表3和表4所示。

通過對國內凋落物高頻關鍵詞的聚類群體劃分,從表3中可以看出,群集1涵蓋了國內凋落物研究領域的許多方面,主要以特定森林類型、分解因子、土壤理化性質的研究,例如常綠闊葉林、杉木林、凋落物量、酶活性、土壤(微生物、動物、有機碳、酶活性)等。另外,還涉及到一些養分方面的影響因素,如養分動態、養分歸還,營養元素等；群集2中主要側重凋落物分解的應用；群集3和4主要研究不同森林類型中的碳儲量因子的養分之間的關系；群集5主要涉及到土壤通透性的因子,如土壤(溫度、呼吸氣體),這些對于農業類型的選址以及農作物的產量運用有至關重要的作用。

在國際上,由表4可以看出,群集1著重研究枯落物隨著時間和季節因素的改變對環境的影響；群集2主要研究土壤動物、水與凋落物之間的聯系,這和土質的好壞以及凋落物的分解快慢有密切的關系；群集3側重于研究各化學元素與凋落物生物量之間的關系,例如Carbon(碳)、Nitrogen(氮)、Phosphorus(磷)、Biomass(生物量),這與土壤的污染程度直接相關；群集4中囊括的高頻關鍵詞最多,主要是研究凋落物的分解與土壤有機質、營養歸還以及氣候變化、環境污染之間的關系,這也是當前世界面臨的主要問題,因此在很大程度上可以把群集4的研究內容作為該研究領域的熱點；群集5是對世界特定區域的生態系統的研究,例如China(中國)、Ecosystem(生態系統)。

從國際和國內高頻關鍵詞所劃分的5個群集來看,兩者對于凋落物的研究有相近的部分,如國內外研究都涉及到凋落物的分解方面,以及化學元素與凋落物、土壤質地的影響。但二者不同的是國內側重于研究森林生態系統內部的各因子之間的聯系,而國際上著重上研究凋落物的分解、土壤營養元素歸還以及化學元素轉變,所帶來的氣候改變和對環境的污染程度。由此可以得出,國際上對于枯落物特性研究所引起的氣候改變和環境污染的重視程度要高于國內,我國應該傾向與對氣候、環境等方面的研究,盡可能的減少氣候異常現象和環境污染程度。

3 結論

(1)就文獻發文量來看,國內對凋落物的研究大體劃分為四個階段：初步探索階段1963—1993年、萌芽發展階段1994—2000年、波動增長階段2001—2011年、穩步發展階段2012—2019年；國際上對凋落物的研究可以分為三個階段：1953—1990年,期刊發文量較少,第二階段為1991—2008年,凋落物期刊論文呈波動增長,但增長速度緩慢,第三階段為2009—2019年,期刊論文發文量呈加速增長,數量明顯增多。無論國際上還是國內發文量都是2000年以后開始迅猛增長,這與社會經濟的發展和國家對科研的重視程度有關。

(2)從高頻關鍵詞以及聚類分析的結果來看,國內有關凋落物的研究中出現頻率比較高的關鍵詞有生物量、凋落物分解、土壤呼吸、人工林、碳儲量、杉木等,可以看出國內的凋落物研究以特定森林類型、分解因子、土壤理化性質以及森林生態系統內部的各因子之間的聯系為主；國際上對于凋落物的研究中出現頻率最多的關鍵詞為Litter(凋落物)、Decomposition(分解)、Animals(動物)、Nitrogen(氮)、Soil(土壤)、poultry(家禽)、Carbon(碳)、Female(雌性)、Climate change(氣候變化) Marine debris(海洋污染)等,說明國外更偏向于把研究凋落物的分解、土壤營養元素歸還以及化學元素轉變,所帶來的氣候改變和對環境的污染程度作為該領域研究熱點,并且更加注重生態環境對人類生存環境的影響,這有助于改善當前的植物生境和人類居住環境,更好的促成兩者和諧可持續發展。

表3 國內凋落物研究高頻關鍵詞聚類群體劃分

表4 國際凋落物研究高頻關鍵詞聚類群體劃分

(3)從高頻關鍵詞網絡化可視圖中可以看出,國內研究中的關鍵詞：凋落物、凋落物分解、生物量、人工林、土壤養分、氮沉降等詞匯,表明這些高頻詞與其他所篩選的詞匯共現機會較多,理論上可以作為該領域當前的主要研究熱點和以后延伸發展的方向。

綜上所述,對于凋落物的研究在國內外已經廣泛開展,但國內外對其研究的側重方向有所不同,國際上更加能考慮到生態因子對人類生存環境的影響,而國內在這方面的重視程度較低,這也是當前國內亟需解決的難題,對凋落物主導的生態系統的研究,以及與人類密切相關的氣候、環境等因子的聯系方面已經迫在眉睫,國內該領域在未來的研究中應該有所傾向。本文存在的不足：在文獻檢索方面,國內外均以凋落物(litter)一詞作為關鍵詞,但是 “litter”的本身含義較多,篩選時難免會有所遺漏或者錯選,另外對于高頻關鍵詞的聚類劃分中,因研究主題的多樣性,所以沒有固定的劃分標準,因此劃分中作者主觀因素的摻雜會影響研究結果,在以后的研究中可多選取幾種劃分結果進行比對,選取最適合的劃分標準,得出較為科學的結論。