中國生物多樣性研究文獻計量分析

嚴陶韜,薛建輝,3,*

1 南京林業大學南方現代林業協同創新中心, 南京 210037 2 南京林業大學生物與環境學院, 南京 210037 3 江蘇省中國科學院植物研究所, 南京 210014

生物多樣性是人類社會可持續發展的生存支持系統[1],具有經濟效益、生態效益和社會效益高度統一的表現形式[2]。近年來,不斷加劇的人類活動,對生物多樣性造成了嚴重破壞。已有研究表明,人類活動是引起生物多樣性變化的首要驅動因子,且造成地球上的物種以前所未有的速度喪失[3]。中國是生物多樣性大國,是全球生物多樣性最豐富的國家之一[4]。同時,作為世界上人口最多的農業大國和發展中國家,中國對生物多樣性具有很強的依賴性[5]。中國還是近30年來經濟發展速度最快的國家之一,這在很大程度上加劇了人口對環境特別是生物多樣性的壓力[6]。目前,中國在生物多樣性的保護和研究方面已做了大量的工作,但面臨的形勢依然嚴峻[7],迫切需要加強生物多樣性的保護和研究。

在過去的幾十年間,中國開展了就地保護和遷地保護等行動,實施了林業生態工程、生態建設和環境保護示范工程和生物資源可持續利用工程等措施,發布了《中國生物多樣性保護行動計劃》和《中國生物多樣性保護戰略與行動計劃(2011—2030)》等規劃,并頒布實施了多部涉及生物多樣性保護的法律法規。此外,作為最早加入《生物多樣性公約》的國家之一,中國制定并實施了《聯合國生物多樣性十年中國行動方案》[8]。意義重大的《生物多樣性公約》第十五次締約方大會將于2021年由中國承辦[9- 10]。近十年間,中國生物多樣性科研學術領域做了大量的工作[11],發表了大量的論文論著。面對中國生物多樣性研究領域的海量文獻,采用系統和精確的文獻計量方法,進行定量和定性相結合的可視化描述,可以對該領域進行更加精準和全面的分析。本文以Web of Science(WOS)核心合集中Science Citation Index Expanded(SCI-E)數據庫和中國知網CNKI數據庫為數據源,檢索2009—2018年期間中國有關生物多樣性論文文獻,基于文獻的各種數量特征,借助計量分析,揭示中國生物多樣性研究現狀,了解中國生物多樣性研究的國內外影響力,為中國生物多樣性未來的研究工作提供一定的借鑒與參考。以期促進生物多樣性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(Web of Science)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全文數據庫,檢索日期為2019年12月12日。SCI-E數據庫使用“高級檢索”中的“研究方向”標識,檢索2009—2018年中國生物多樣性研究領域的相關文獻,研究方向設置為“Biodiversity & Conservation”；CNKI數據庫使用期刊“專業檢索”中的“主題”標識,檢索2009—2018年該領域的相關文獻,具體設置如下:“主題SU=(‘生物多樣性’+‘物種多樣性’+‘物種豐富度’+‘遺傳多樣性’+‘遺傳資源’+‘生態系統多樣性’+‘景觀多樣性’+‘生物入侵’+‘入侵物種’+‘瀕危物種’+‘新物種’+‘群落’+‘種群’+‘保護生物學’+‘生物地理學’+‘分類學’+‘系統發育學’)”。查閱檢索到的WOS文獻和CNKI文獻的標題與摘要,判斷文獻研究內容是否與中國生物多樣性研究領域相關,剔除不相關文獻[12]。

1.2 分析方法

對發表年份、期刊、作者、作者所屬機構、國家(地區)和關鍵詞等文獻題錄信息進行篩選與提取。利用WOS和CNKI數據庫的文獻計量功能分析中國生物多樣性研究領域發文量、主要作者、主要研究機構和主要期刊等指標。運用CiteSpace文獻計量可視化軟件分別挖掘分析WOS和CNKI數據庫檢索的文獻,統計文獻題錄信息中各個類別出現的頻次,從而獲得文獻的分布結構、數量關系和變化規律等信息[13]。通過CiteSpace可視化軟件,分析文獻的作者合作、機構合作和國家合作,可以識別出中國生物多樣性研究領域的主要研究力量。同時,CiteSpace軟件可基于關聯強度或相似度對文獻關鍵詞進行聚類分析,具有很強的圖譜呈現能力[14]。分析關鍵詞聚類情況,可以反映出中國生物多樣性領域的研究熱點。

將WOS檢索的文獻數據保存為文本格式,再導入CiteSpace中進行分析;CNKI檢索的文獻數據保存為Refworks格式,通過CiteSpace將數據轉換處理。在CiteSpace中繪制作者間、機構間、國家間的合作圖譜,圖譜中發文量由節點同心圓大小表示,并用節點同心圓之間的距離表示不同作者、機構、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聚類知識圖譜,圖譜中一個節點代表一個關鍵詞,節點同心圓的大小代表關鍵詞的出現頻次,越大說明該關鍵詞出現的次數越多;同心圓顏色代表時間,粗細代表頻率;節點之間距離代表關鍵詞共現頻率的高低,距離越近,共現頻率越高[15]。中介中心性是指經過網絡中某一點并連接兩個節點的最短路徑占這兩個節點之間的最短路徑線總數之比。中介中心性大于0.1,則該節點為網絡中的關鍵節點[13]。例如,作者合作共現網絡中的節點中介中心性可以反映該作者在學科知識發展中的關鍵性和影響力,體現了該作者在網絡結構中的重要地位。中介中心性大于0.1的作者即為網絡結構中的核心作者。

圖1 2009—2018年中國生物多樣性研究文獻的年度分布 Fig.1 The number of publications related to biodiversity in China from 2009 to 2018

2 結果與分析

2.1 年度發文量與被引頻次分析

由圖1可知,2009—2018年CNKI數據庫收錄生物多樣性與保護生物學研究文獻13365篇,WOS數據庫收錄相關文獻3670篇;CNKI年度發文量在1140—1493篇之間,年度發文量維持在1100篇以上,且高于同期WOS年度發文量;WOS年度發文量在166—809篇之間,且在2011年之后呈逐步上升趨勢,2011年度WOS發文量占文獻總量的10.01%,2018年度WOS發文量增長為文獻總量的41.51%;2009—2018年,年度發文總量在1548—1949篇之間,整體呈上升趨勢。

被引頻次最高的論文題為“TRY-a global database of plant traits”,該文在2011年發表于GlobalChangeBiology。該文發布了全球植物性狀數據庫(TRY)。物種的功能性狀是生物多樣性研究的數據基礎,以TRY為代表的生物多樣性信息學極大地促進了生物多樣性研究與保護等領域的發展。TRY于2007年創建,此文的正式發表標志著平臺數據標準化的完成。TRY目前共收集性狀記錄690余萬個,個體記錄內容260余萬個。該數據庫有12000余個測量點,測量范圍遍及全球[16]。北京大學生態研究中心教授方精云院士作為中國學者參與完成了該論文[17]。

WOS文獻被引頻次排第二、第三的論文第一作者均為中國學者,排名第二的論文由中國科學院昆明植物研究所許建初團隊于2009年發表在ConservationBiology上,該文研究了喜馬拉雅冰川融化對水體、生物多樣性及生境的影響[18]。排名第三的論文由中國科學院植物研究所白永飛團隊于2010年發表在GlobalChangeBiology上,該文研究了施氮對內蒙古草原生物多樣性與生態系統功能的影響[19]。被引排第四、第五的論文,研究內容分別為全球爬行動物的保護現狀[20]、氣溫變暖增強了藍藻在淺水湖泊的優勢地位[21],被引頻次均在300以上。

表1 WOS和CNKI數據庫中被引頻次前5的文獻

CNKI文獻被引頻次最高的論文由北京大學生態研究中心方精云院士團隊于2009年發表在“生物多樣性”上,被引頻次高達502,該文在定義了植物群落清查有關概念的基礎上,論述了樣地設置原則與群落清查技術指標,介紹了大樣地調查主要步驟,發布了植物群落清查技術規范[22]。被引排第二到第五的論文研究內容分別為景觀生態學發展與生物多樣性保護[23]、基于DNA分子標記的植物分類與鑒定技術[24]、群落構建理論與生物多樣性維持[25]、不同植被類型C∶N∶P化學計量特征[26],被引頻次均在200以上。

2.2 作者及其合作關系

2.2.1WOS文獻作者及其合作關系

由表2可知,2009—2018年WOS文獻數量前十的作者有北京大學生態研究中心樸世龍教授(Piao SL)、美國北亞利桑那大學生態系統研究中心駱亦其教授(Luo YQ)、中國水產科學研究院黃海水產研究所陳松林研究員(Chen SL)和北京大學生態研究中心方精云教授(Fang JY)等,發文篇數范圍在17—36之間,被引頻次范圍在73—2293之間,篇均被引頻次范圍在3.73—63.69之間,中介中心性范圍在0.01—0.46之間。

中介中心性由CiteSpace計算生成,中介中心性可以識別網絡中高度連接的節點,反映該作者的論文在學科領域知識發展過程中的關鍵性和影響力[27],體現網絡結構中論文的重要性[14,28]。CiteSpace生成的圖2中,節點同心圓的大小反映文獻數量的多少,節點同心圓大且中介中心性高的作者,是2009—2018年基于WOS文獻的生物多樣性研究領域核心作者,核心作者對促進學科發展、拓寬研究領域起到決定性作用[29]。

表2 WOS文獻發文數量排名前10的作者情況

樸世龍教授(Piao SL,論文篇數36,被引頻次2293,篇均被引頻次63.69,中介中心性0.46)、駱亦其教授(Luo YQ,論文篇數28,被引頻次1156,篇均被引頻次41.29,中介中心性0.2)和唐志堯教授(Tang ZY,論文篇數18,被引頻次394,篇均被引頻次21.89,中介中心性0.38)節點同心圓大(圖2)、中介中心高(表2),是基于WOS文獻的中國生物多樣性研究領域核心作者。同時,由圖2以及相關論文可知,北京大學生態研究中心樸世龍教授與法國環境與氣候科學實驗室Philippe Ciais教授(Ciais P)存在合作關系,北京大學生態研究中心唐志堯教授與方精云教授存在合作關系。

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

由表3可知,2009—2018年CNKI收錄論文數量前十的作者有西北農林科技大學林學院王得祥教授、山西師范大學生命科學學院畢潤成教授、中國科學院植物研究所馬克平研究員和北京林業大學林學院趙秀海教授等,發文篇數范圍在40—61之間,被引頻次范圍在489—1332之間,篇均被引頻次范圍在10.84—23.77之間,中介中心性范圍在0—0.05之間。

王得祥教授(論文篇數61,被引頻次1332,篇均被引頻次21.84)、馬克平研究員(論文篇數55,被引頻次1193,篇均被引頻次21.69)和張文輝教授(論文篇數53,被引頻次1260,篇均被引頻次23.77)節點同心圓大(圖3)、被引頻次與篇均被引頻次均較高(表3),是基于CNKI收錄論文的中國生物多樣性研究領域主要作者。同時,由圖3以及相關論文可知,中國科學院植物研究所馬克平研究員與中國科學院動物研究所蔣志剛研究員存在合作關系。

表3 CNKI文獻排名前10的作者發文

2.3 研究機構、國家及其合作關系

2.3.1主要研究機構及其合作關系

2009—2018年中國生物多樣性研究領域WOS文獻數量排名前十的機構有中國科學院(CHINESE ACADEMY OF SCIENCES)、中國科學院大學(UNIVERSITY OF CHINESE ACADEMY OF SCIENCES)、北京師范大學(BEIJING NORMAL UNIVERSITY)和北京大學(PEKING UNIVERSITY)等(表4),發文篇數范圍在80—1223之間,被引頻次范圍在454—24174之間,篇均被引頻次范圍在4.88—35.97之間,中介中心性范圍在0.01—0.26之間。其中,發文量最高的機構為中國科學院,占文獻總數的33.32%。

圖3 CNKI文獻涉及的作者及其合作關系Fig.3 The author cooperative relationships of publications in CNKI

表4 WOS文獻發文量前10位的研究機構

中國科學院、中國科學院大學、北京師范大學和北京大學WOS文獻數量均高于200篇、被引頻次與篇均被引頻次均較高,節點同心圓大(圖4),是2009—2018年基于WOS文獻的中國生物多樣性研究領域主要機構。此外,在該領域的主要研究機構中,北京大學中介中心性大于0.1,是基于WOS文獻的該領域的核心研究機構。由圖4以及相關論文可知,中國科學院所屬研究機構與其他機構合作交流頻繁,合作機構包括南京農業大學、云南大學、蘭州大學以及密西根州立大學等。此外,北京大學與北京師范大學存在密切合作關系。

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

2009—2018年中國生物多樣性研究領域CNKI收錄論文數量排名前十的機構有中國科學院大學(中國科學院研究生院)、北京林業大學、西北農林科技大學、上海海洋大學和中國科學院植物研究所等(表5),發文篇數范圍在258—1070之間,被引頻次范圍在1406—13965之間,篇均被引頻次范圍在5.45—18.24之間,中介中心性范圍在0.03—0.79之間。其中,發文量最高的機構為中國科學院大學(中國科學院研究生院),達1070篇。

中國科學院大學(中國科學院研究生院)、北京林業大學、西北農林科技大學、上海海洋大學和中國科學院植物研究所CNKI收錄論文數量均高于280、被引頻次總數均高于3500、篇均被引頻次均高于10、中介中心性均不低于0.1,節點同心圓大(圖5)、中介中心性高(表5),是2009—2018年基于CNKI收錄論文的生物多樣性研究領域核心機構。此外,在該領域的主要研究機構中,中國科學院所屬的中國科學院植物研究所篇均被引頻次與中介中心性最高,是基于CNKI收錄論文的中國生物多樣性研究領域最具影響力的核心研究機構。由圖5以及相關論文可知,中國科學院所屬研究機構之間合作交流頻繁。

2.3.2WOS文獻涉及的國家及其合作關系

根據WOS檢索結果,2009—2018年在生物多樣性研究領域,與中國合作的國家或地區共有106個,合作文獻數量排名前十的國家有美國(USA)、英國(ENGLAND)、澳大利亞(AUSTRALIA)、加拿大(CANADA)、德國(GERMANY)、日本(JAPAN)、法國(FRANCE)、荷蘭(NETHERLANDS)、丹麥(DENMARK)和意大利(ITALY)(表6和圖6),其中,中國與美國的合作文獻數量最多,占文獻總數的19.95%,其他合作文獻數量超過文獻總數5%的國家有英國、澳大利亞和加拿大。

表5 CNKI文獻發文量前10位的研究機構

圖5 CNKI文獻來源機構分布及其合作關系Fig.5 Distribution of publications source institutions in CNKI and their cooperative relationships

表6 WOS文獻排名前10位的合作國家或地區

圖6 WOS文獻作者的國家分布及其合作關系 Fig.6 Distribution and cooperation of authors′ countries based on WOS

2.4 期刊分布情況分析

2.4.1WOS文獻的期刊分析

2009—2018年生物多樣性研究領域WOS文獻來源于64種期刊。表7所示為載文量前十的期刊,其中EcologicalIndicators、ConservationGeneticsResources和GlobalChangeBiology文獻數量共占文獻總數的50.85%,為該領域WOS文獻的主要來源期刊;GlobalChangeBiology總被引頻次(18986)、篇均被引頻次(52.3)和影響因子(8.65)均為最高,為該領域的頂級期刊.ConservationGeneticsResources篇均被引頻次與影響因子最低,分別為2.07、0.55,但其載文量排第二,達626篇,占文獻總數的17.06%。

2.4.2CNKI文獻的期刊分析

2009—2018年CNKI收錄論文載文量前十的期刊情況見表8,排名前十的期刊共刊載文獻4369篇,占文獻總量的32.69%;文獻數量、總引用次數及影響因子最高的期刊為《生態學報》,此外,載文量較高的期刊還有《生態學雜志》和《生物多樣性》,《生物多樣性》與《生態學雜志》刊載文獻的總被引頻次分列第二與第三。綜上所述,《生態學報》在生物多樣性研究領域的綜合影響力最高,是刊發生物多樣性研究論文的核心期刊。此外,《植物生態學報》載文量不高,僅為230篇,但其篇均被引頻次最高,達25.61,且影響因子較高,排第三位,表明此期刊所載文獻的被引價值平均較高,在該領域具有較大影響力。

2.5 關鍵詞分析

2.5.1WOS文獻的關鍵詞分析

關鍵詞是作者對論文主要內容的精煉概括。CiteSpace繪制的論文關鍵詞聚類知識圖譜,展現了關鍵詞間的相互關聯,并從文獻計量學角度確定了熱點研究領域。

WOS文獻出現頻次不低于5的關鍵詞共有158個,除關鍵詞China(中國,562次)外,出現頻次前五的關鍵詞依次為:climate change(氣候變化,352次)、conservation(保護,323次)、biodiversity(生物多樣性,286次)、microsatellite(微衛星,278次)和diversity(多樣性,227次)。對2009—2018年WOS文獻進行關鍵詞聚類分析,生成的知識圖譜中共有14個聚類(圖7),其中,聚類4、聚類6和聚類12主要關注基于物種豐富度分析的生物多樣性研究,聚類2與聚類5主要關注基于微衛星分子標記技術的物種遺傳多樣性研究,聚類9與聚類13主要關注生物多樣性研究,聚類0與聚類10主要關注有機質、有機碳等土壤理化性質與物種多樣性的關系研究,聚類1主要關注種群空間分布格局研究,聚類3主要關注環境因子變化對植物群落氣體交換參數等光合特性的影響研究,聚類7主要關注土壤鹽堿化對物種多樣性的影響研究,聚類8主要關注基于葉綠體基因組測序的植物物種系統發育學研究,聚類11主要關注珍稀瀕危物種優先保護評價研究。以上聚類構成了基于WOS文獻的生物多樣性熱點研究領域。

表7 載文量前10的外文期刊及其影響因子

表8 載文量前10的中文期刊及其影響因子

圖7 WOS文獻關鍵詞聚類知識圖譜 Fig.7 The keyword clustering knowledge map of literatures in WOS

2.5.2CNKI文獻的關鍵詞分析

CNKI文獻出現頻次不低于5的關鍵詞共有291個,出現頻次前五的關鍵詞依次為:群落結構(1240次)、物種多樣性(1206次)、生物多樣性(859次)、遺傳多樣性(853次)、多樣性(685次)。對2009—2018年CNKI收錄論文進行關鍵詞聚類分析,生成的知識圖譜中共有18個聚類(圖8),其中,聚類0主要關注基于ISSR技術的物種遺傳多樣性研究,聚類1主要關注群落物種多樣性及種群空間分布格局研究,聚類2主要關注群落結構研究,聚類3主要關注物種豐富度研究,聚類4主要關注森林生態系統研究,聚類5主要關注環境因子與群落物種多樣性的關系研究,聚類6主要關注基于生物量的群落結構特征與生長狀況研究,聚類7主要關注廣西地區生物多樣性研究,聚類8主要關注保護生物學研究,聚類9主要關注植物群落物種多樣性研究,聚類10主要關注種群遺傳分化研究,聚類11主要關注種群的生態位寬度研究,聚類12主要關注種群年齡結構研究,聚類13主要關注魚類群落結構及多樣性研究,聚類14主要關注分類學研究,聚類15主要關注喀斯特地區生物多樣性研究,聚類16主要關注生物多樣性研究,聚類17主要關注種間關系研究。以上聚類構成了基于CNKI收錄論文的生物多樣性熱點研究領域。

3 結論與討論

本文運用文獻計量學方法,借助CiteSpace文獻可視化軟件,分別以Web of Science提供的SCI-E數據庫與CNKI提供的中國學術期刊全文數據庫中2009—2018年中國生物多樣性研究領域文獻數據為研究對象,從年度發文量與文獻被引頻次、文獻作者及其合作關系、文獻研究機構、文獻涉及國家及其合作關系、文獻來源期刊分布以及研究熱點等方面對文獻數據進行分析,得到以下結論:

(1)2009—2018年中國生物多樣性研究領域年度發文總量以及WOS年度發文量總體呈上升趨勢,特別是2011年以后,WOS年度發文量呈逐步上升趨勢,而CNKI年度發文量呈下降趨勢;此外,與中國有合作文獻的國家(地區)共有106個,上述結果表明,近十年間中國生物多樣性研究領域學者注重加強國際合作與交流,提升了該研究領域的國際影響力。

圖8 CNKI文獻關鍵詞聚類知識圖譜Fig.8 The keyword clustering knowledge map of literatures in CNKI

(2)WOS文獻與CNKI文獻被引頻次最高的論文關注內容均為植物研究,“全球植物性狀數據庫”與“植物群落清查技術”奠定了近十年間中國植物多樣性的研究基礎。

(3)樸世龍教授、駱亦其教授和唐志堯教授等是基于WOS文獻的生物多樣性研究領域核心作者;王得祥教授、馬克平研究員和張文輝教授等基于CNKI文獻的生物多樣性研究領域主要作者。他們對促進生物多樣性學科發展、拓寬生物多樣性研究領域起到決定性作用。

(4)中國科學院所屬的相關科研機構是近十年間基于WOS文獻與CNKI文獻的中國生物多樣性研究領域的核心機構,在該領域做出了較高的科研貢獻。

(5)分析載文期刊情況,相關領域的國內卓越期刊生態學報在該領域出版了最多的CNKI文獻。同時,相關領域的國際頂級期刊GlobalChangeBiology出版了較多的WOS文獻,這在一定程度上反映了近十年間中國生物多樣性研究領域出現了具有較高影響力的學術成果。

(6)通過關鍵詞共現和知識圖譜繪制發現:基于WOS文獻的研究熱點為氣候、土壤等環境因子變化對物種多樣性的影響研究以及基于微衛星分子標記技術的物種遺傳多樣性研究;基于CNKI文獻的研究熱點為環境因子與群落結構的關系研究。

根據文獻計量分析的結果也發現,中國生物多樣性研究對象主要集中在植物,對動物、大型真菌等物種多樣性研究相對較少。中國陸生高等植物記錄共有34383種[30],占世界總數的10%左右,高等植物種數世界排名位列第三,排名第一的巴西與排名第二的哥倫比亞均為南半球國家,因此,中國是北半球植物種類最豐富的國家。此外,根據中國科學院和生態環境部(原環境保護部)于2015年聯合發布的《中國生物物種名錄2015版》和《中國生物多樣性紅色名錄》,中國共記錄陸生脊椎動物2914種,兩棲類408種,爬行類461種,鳥類1372種,哺乳類673種,中國是世界鳥類種數最為豐富的國家之一,并且哺乳動物種數世界第一[31]。中國是菌物資源大國,菌物多樣性也十分豐富,已知大型真菌有9302種[32]。建議相關學者以及研究機構加強對陸生脊椎動物多樣性和大型真菌多樣性的研究。此外,我國海域面積約有300萬km2,海洋生物多樣性豐富,且物種數量位居世界前列[33]。近十年來,我國對深海生物進行了一系列的調查采樣,海洋生物多樣性研究已拓展至深海。然而,仍有大量未知的生物物種有待探測[34]。海洋生物多樣性研究與科學前沿和國家重大需求密切關聯,該領域研究亟需加強。

本研究運用CiteSpace對大量文獻數據進行可視化分析處理,實現穿透性文獻信息潛在知識脈絡分析,探索數據之間的隱藏規律[35],但受限于提取信息及分析算法,一定程度上會影響CiteSpace運算結果的精確性。此外,限于篇幅,本文缺乏國際生物多樣性研究工作的相關分析,未來可以對基于國際生物多樣性研究領域的文獻進行分析,探討上述領域的研究現狀與熱點,并與中國生物多樣性研究工作相比較,以便明確中國在生物多樣性研究方面的優勢及存在問題。

生物豐富而多樣是美麗中國的應有之義,是實現綠水青山的重要前提[31]。中國正處在生態文明建設的關鍵時期,生物多樣性研究與生態文明建設緊密相關,沒有綠水青山、缺乏生物多樣性的文明不是真正意義上的生態文明[11]。