中國荒漠草原的研究態勢與熱點分析#
——基于文獻計量研究

陳 林,曹萌豪,宋乃平,*,李學斌,邱開陽,龐丹波

1 寧夏大學生態環境學院,銀川 750021 2 西北退化生態系統恢復與重建教育部重點實驗室(寧夏大學),銀川 750021 3 西北土地退化與生態恢復國家重點實驗室培育基地(寧夏大學),銀川 750021 4 寧夏大學農學院,銀川 750021

全球草地面積為3.50—5.25×109hm2,覆蓋約26.0%—40.5%的陸地面積[1],是陸地上分布最廣的生態系統類型之一[2],占干旱-半干旱區總面積的88%,養育了25%的世界人口[3]。草地不僅提供飼草飼料支撐畜牧業生產,在防風固沙、水土保持、水源涵養以及生物多樣性保護中也扮演著重要角色[1],還對全球碳循環和氣候調節起著重要作用[4]。

我國草地主要分布在干旱-半干旱地區[5],從東北平原經內蒙古高原、鄂爾多斯高原、黃土高原直達青藏高原的南緣,綿延4500多公里,南北跨越23個緯度,是歐亞中高緯度草地生態系統的重要組成部分[6]。其中天然草地總面積為4.0×108hm2,占國土面積的41.7%[7],是耕地面積的3.2倍、森地面積的2.5倍[8]。北方草地總面積約3.0×108hm2[9],是我國重要的綠色生態屏障,也是黃河、長江、瀾滄江、灤河等江河的發源地和水源涵養區,對保障我國糧食安全、生態保護、提升生態系統服務和生態系統穩定性具有極其重要的作用[3, 10]。

荒漠草原是草原的重要組成部分,面積占草地總面積的8.1%[1],地處典型草原向荒漠的過渡帶,物種多樣性和潛在生產力最低[1, 11],被認為是草原的極限狀態。根據中國草地分類系統,我國荒漠草原主要分布于溫性草原和高寒草原兩個類型中,分別為溫性荒漠草原和高寒荒漠草原[12]。其中溫性荒漠草原在內蒙古中西部、寧夏中北部相對集中分布,在甘肅西部和新疆全境零星分布,高寒荒漠草原則主要在西藏北部、青海東部分布(圖1)。荒漠草原生態系統脆弱,無論是植物生長,還是土壤生態學過程,都受到水分條件的限制[13],其生產力具有很大的季節和年際變化[14],因此氣候變化對荒漠草原生態系統的影響尤為突出[15- 16]。

圖1 中國草地類型及其分布[3]Fig.1 Grassland types and their distribution in China

文獻計量學是圖書情報學的分支學科[17],借助文獻的各種數量特征,采用數學與統計學的方法來描述、評價和預測科學技術或研究領域現狀與發展趨勢,可以測度科學規模和科學生產力等方面的差異[18],已在多個領域得到了很好應用[19- 23],因其客觀性、試用廣泛性、定量化研究、宏觀性等優勢,成為了國內外學者青睞的文獻分析方法和期刊特定信息獲取途徑[24]。

目前,關于我國荒漠草原的研究,國內外發表了大量的科技文獻,然而尚未有應用文獻計量學的方法來全面分析其研究態勢與熱點的報道。因此,本文以Web of Science(WoS)核心合集中的Science Citation Index Expanded (SCIE)數據庫和中國知網(CNKI)為數據源,檢索了1985—2020年間有關荒漠草原的研究論文,并對其進行了文獻計量分析,以期揭示36年來荒漠草原的研究領域及其發展態勢,旨在推動相關學者開展深入研究,為荒漠草原的生態恢復和未來發展提供參考。

1 研究方法

1.1 數據來源

科學論文是科學研究成果最主要的載體之一,因其時效性、專業性等特點能夠及時全面反映各個學科的前言與進展,是最具普遍意義的科學產出形式[20]和研究視角[25]。中國知網(CNKI)數據庫是收錄文獻數量最多、學科覆蓋面最全的中文數據庫[26]。本文以“荒漠草原”為“主題”進行“精確”檢索中文文獻,檢索時間跨度設置為1985—2020年,文獻類型為：學術期刊、學位論文,不包括會議、報紙、年鑒、圖書等其他類型。逐條對檢索結果進行檢查,取消無效或重復類的記錄,共檢索文獻3147篇,其中期刊發表2351篇、博士學位論文188篇、碩士學位論文608篇。

美國科學信息研究所的科學引文索引擴展版(SCIE)數據庫收錄了世界各學科領域內最優秀的科技期刊,其收錄引文能及時反映科學前沿的發展動態[21]。Web of Science核心合集中的Science Citation Index Expanded (SCIE)數據庫(WoS),采用高級檢索方式(TS="desert steppe", AND ALL= China)對1985—2020年間發表的研究論文進行檢索,文獻類型為：Articles, Proceedings Papers, Reviews,不包括Early Access, Editorial Material, Data Paper, Meeting Abstract等類型。共檢索出504篇。

以上數據的檢索時間為2021年2月3日。經細致篩選后,將CNKI和WoS數據庫中所獲得研究成果的題目、作者、關鍵詞、出版期刊、研究機構、被引用次數、機構發文量等信息為數據源進行相關分析。

1.2 數據分析與制圖

VOSviewer軟件是荷蘭萊頓大學Eck等基于VOS可視化技術,專門開發的一款分析文獻知識單元的可視化工具[27],其突出的優點是圖形展示能力強,非常適合分析大規模樣本數據[28],可繪制作者及其合作關系、關鍵詞(本文采用作者寫明的關鍵詞)共現網絡可視圖。

共詞分析是用來統計一對關鍵詞同時出現在同一篇文獻中的次數,用于反映詞組之間的關聯程度。BibExcel軟件是一款用于數據清洗與文獻計量的軟件,具有強大的知識單元共現分析能力[29]。本文將研究機構及其合作關系提取、去重得到共現次數、關系矩陣后,采用VOSviewer繪制共現網絡圖。

年度發文量、高被引論文、高發文量作者、高發文量期刊等統計和繪圖均在Excel 2019中進行。

2 結果

2.1 發文量分析

1985—2020年間,圍繞中國荒漠草原共發表論文3651篇,年均發表101.42篇。其中,中文論文3147篇,SCI收錄論文504篇(圖2)。2000年前,發文量相對較少,其中檢索到的SCI僅收錄了5篇,年均發表22.81篇,呈緩慢增長的趨勢。2000年后發文量開始大幅增加,年均發表164.40篇,雖然2017年和2018年中文論文出現了減少(發文量分別為229篇和225篇),但總體呈上升趨勢；這一期間SCI收錄的論文數據是逐年遞增的,2018—2020年有較大的增幅,年平均發SCI收錄論文71篇(圖3)。

圖2 主題為荒漠草原的中、英文論文發表量Fig.2 Number of published about desert steppe′s Chinese and English papers

圖3 主題為荒漠草原的中、英文論文年發表量Fig.3 Number of published about desert steppe′s Chinese and English papers per year

2.2 發文來源分析

3147篇中文論文來源于451種期刊/大學,出版量前10位的期刊/大學發文量之和為1038篇,占中文論文總數的32.98%。出版論文數量較多的大學是內蒙古農業大學(203篇),其次是寧夏大學(89篇)和內蒙古大學(88篇),占中文論文總數的12.07%；期刊發表中文量較多的是《中國草地學報》、《生態學報》和《草原與草業》(表1),占中文論文總數的10.55%,要高于其他期刊的刊出量,是荒漠草原研究成果的重要載體。

504篇英文論文刊出在189種期刊。出版量前10位的期刊發文量之和為128篇,占英文論文總數的25.40%。在專業性較強的RangelandJournal和綜合性期刊PLoSOne發文量相對較多。

表1 主題為荒漠草原中、英文論文發表量Top 10來源及其類型

2.3 發文被引分析

從被引頻次來看,3651篇論文共被引頻次為50793次,篇均被引13.91。其中,中文論文共被引頻次為40896次,篇均被引頻次為13.00；英文論文共被引頻次為9897次,篇均被引頻次19.64。中文論文被引頻次最高的是謝高地等2001年在《自然資源學報》發表的“中國自然草地生態系統服務價值”,被引頻次高達1571次；而英文論文被引頻次最高的是Cao等2009年在JournalofAppliedEcology發表的“Impact of China′s Grain for Green Project on the landscape of vulnerable arid and semi-arid agricultural regions: a case study in northern Shaanxi Province”,被引頻次為246次(表2)。中、英文論文被引頻次Top 10的論文發表時間最早的是張新時院士于1994年發表在《植物生態學報》的“毛烏素沙地的生態背景及其草地建設的原則與優化模式”；最遲的是Zhou等2017年發表在GlobalChangeBiology上利用Meta分析研究放牧強度影響草地生態系統地下碳氮循環的論文。可以看出,基于實際調查的評價方法和理論創新研究一直備受關注；而近些年利用薈萃分析方法開展相關領域研究得到了眾多學者的認可。

表2 主題為荒漠草原中、英文論文中被引頻次Top 10的論文

2.4 主要作者及其合作關系

3147篇中文論文共有4770名作者參與,篇均作者1.52名；504篇英文論文共有2110名作者參與,篇均作者4.19名。發表論文最多的作者是韓國棟,共發文149篇,其中中文論文123篇,占中文發文量的3.91%,英文論文26篇,占英文發文量的5.16%；其次是宋乃平,共發文80篇,其中發表中文論文74篇,占中文發文量的2.35%,發表英文論文6篇,占英文發文量的1.19%(表3)。

由作者合作關系網絡圖可以看出(圖4),作者間的發文合作離散程度較高,主要以同一單位的研究團隊為主,不同單位、不同團隊交流合作都較少,甚至出現了同一單位不同團隊間的完全離散。其中,韓國棟和周廣勝位于英文論文作者合作網絡密集區域的中心；韓國棟、宋乃平和衛智軍則位于中文論文作者合作網絡密集區域的中心。

2.5 主要研究機構及其合作關系

3147篇中文論文由634個機構發表,504篇英文論文則來自432個相關研究機構。中文發文量最多的是內蒙古農業大學,共發表587篇,其次是寧夏大學(414篇),兩所單位合計貢獻了中文總發文量的31.81%。而中國科學院則貢獻了英文總發文量的51.39%(259篇),遠高于其他機構的英文發文量。從總發文量(中文和英文發文量之和)來看,內蒙古農業大學以636篇居于榜首,占發文總量的17.42%,其次是寧夏大學和蘭州大學,分別發表了441篇和189篇,占發文總量的12.08%和5.18%(表4)。

表3 主題為荒漠草原中、英文論文發表量Top 10作者

表4 主題為荒漠草原中、英文論文發表量Top 10研究機構

圖4 主題為荒漠草原中、英文論文作者合作關系網絡圖Fig.4 Cooperative relationships among the authors of desert steppe′s Chinese and English papers

從主要發文機構間的合作關系圖(圖5)可知,中文論文中,與其他機構開展合作較多的是寧夏大學(西北退化生態系統恢復與重建教育部重點實驗室和農學院)、其次是內蒙古農業大學生態環境學院、中國農業科學院草原研究所。而發表英文論文機構中,中國科學院的英文發文量最高,與其他機構開展合作研究的數量也是最多的,居于研究機構合作網絡密集區域的中心,主要由中國科學院植物研究所和中國科學院地理科學與資源研究所與其他機構的合作較多；其次是內蒙古農業大學、蘭州大學與相關機構的合作較為密切。國外與國內機構合作排名前三的是Agriculture and Agri-Food Canada(加拿大農業與農業食品部)、Baylor University(美國貝勒大學)和Free University of Berlin(德國柏林自由大學)。

總體來看,中文論文研究機構的離散程度較高,多呈單線合作(兩個機構間合作),且很少有國外機構的合作；英文論文的發文機構間合作呈現網絡化,說明多機構間的合作較多,且國外機構間的參與合作關系較密切。

圖5 主題為荒漠草原中、英文論文主要研究機構間合作關系圖Fig.5 Cooperative relationships among the major research institutions of desert steppe′s Chinese and English papers

2.6 關鍵詞分析

根據關鍵詞共現網絡關系(圖6)可知,中文論文中出現頻次最多的前10個關鍵詞分別是：荒漠草原、氣候變化、生物量、放牧強度、內蒙古、載畜率、草地類型、短花針茅、群落特征、植被指數。英文論文中出現頻次最多的前10個關鍵詞分別是：Desert Steppe、Climate Change、Inner Mongolia、Precipitation、Grassland、Vegetation、Grazing、Tibetan Plateau、Holocene、Pollen。這些高頻的關鍵詞可以反映出荒漠草原的研究態勢與熱點領域,從不同顏色的聚類結果可以看出,中文論文中荒漠草原的研究內容可分為四個主要聚類：以放牧為主要影響因素的植被-土壤對干擾的響應、以大尺度遙感為主要研究手段的植被指數對氣候變化的響應、以孢粉記錄為研究方法的歷史時期植被變化特征和以生產力為主要目標的環境影響因素分析；英文論文的聚類結果相對較多,但和中文論文關注的研究內容相似,主要聚焦于人類活動(主要是放牧活動)和氣候變化(降雨和溫度)對荒漠草原植被-土壤系統的影響、荒漠草原植被生產力及其影響因素、利用孢粉研究植被和環境變遷等方面。此外,從研究的區域來看,中文論文研究焦點區域是內蒙古和寧夏的溫性荒漠草原,而英文論文對青藏高原高寒荒漠草原的研究相對較多。

圖6 主題為荒漠草原中、英文論文關鍵詞共現網絡圖Fig.6 Co-occurrence network map of keywords from desert steppe′s Chinese and English papers

3 討論及展望

科研產出是科學發展的體現形式之一,而科研產出又可以從數量規模和學術影響2個方面加以測度和分析[30]。2000年為界可以劃分出緩慢增長(2000年前)和快速增長(2000年后)兩個階段,可能與我國為了有效治理退化草地,從2000年起實施了一系列退化草地治理工程[31],如京津風沙源治理工程、退牧還草、退耕還林、草原生態保護獎勵補助政策等,相關學者們開始關注并持續開展相關研究有關。而且荒漠草原的研究主要發表在中文期刊上,中文論文的數量是英文論文的6倍多。以高寒和溫性荒漠草原兩個大的分區為主題的研究,年均論文發表量達到了101.42篇,數量已不算少。但從學術影響方面來看,中文論文的被引頻次不高與發文期刊質量偏低有關,雖然在《中國科學》、《科學通報》、《生態學報》等國內較好的專業期刊上有相關論文,但發文比重還較小,而發表的英文論文同樣在高質量、高影響力、高認可度的頂級期刊上發聲較少,論文的整體質量偏低,甚至部分成果是重復性研究,創新性的成果偏少。目前判定基礎科研水平的焦點早已不是論文數量,而是以突破性、原創性、具有科學價值和實際應用價值論文的影響力。因此,提高論文質量,增加高質量期刊和高質量論文的數量和比例,是擴大研究成果影響力的途徑之一。

在學科緊密相關、信息資源相融、科技創新驅動、科研項目日趨復雜的大背景下,科研合作成為一種符合主流的發展趨勢,促進了不同學科知識的流動和融合[32]。現代科學已經進入大科學時代,大科學的增長不僅表現在科研規模的擴大,還體現在越來越多來自不同研究機構間科學合作關系的建立[33]。科學合作可讓不同的知識實現集成,通過科學合作可以提高研究的質量,這也是加快知識擴散的一種重要方式。隨著交流方式的改進,信息溝通的流暢,研究機構之間的科研合作逐漸頻繁,研究機構“孤島”現象幾乎沒有了。從主要作者及其合作關系網絡圖(圖4)可以發現,代表性高產學者發揮了“領頭羊”作用,其學術成就和科研隊伍對荒漠草原研究貢獻量較大,也為青年骨干的快速成長和培養年輕研究人員提供了良好的條件,產生了“滾雪球”效應。從主要研究機構及其合作關系可以看出,中文論文機構合作網絡的內蒙古農業大學和寧夏大學,英文論文中的中國科學院、內蒙古農業大學、蘭州大學等具有中心性,均在網絡中起到核心作用,說明這些研究機構在荒漠草原的研究中發揮著中流砥柱作用。雖然不同機構間的合作對荒漠草原研究領域的發展有推動作用,但高產機構與低產機構的“貧富”差距逐年增大,分散程度較高,主要集中在荒漠草原所屬或臨近的地區,除中國科學院、中國農業科學院等少數幾個單位開展了相關研究外,其他地區的研究機構很少涉及,這也體現了荒漠草原研究的地域性特征,與地理距離會阻礙創新合作[34]和科研主導力擴散[32]的結論相一致。因此,研究機構間的相互合作還有待進一步的提升,后期應注重建立研究院間、研究院-高校、研究院-地方、高校-地方、國內-國外、跨學科等的多元化合作互惠機制。本文揭示了研究荒漠草原的科研機構網絡拓撲特征,但未能涉及到系統地探討研究機構間相互合作的多維鄰近性及其影響因素,這將是下一步分析工作的重點。

過去容易被人們忽略的小草,其在草牧業乃至國民經濟中的重要作用和地位逐漸被認識和重視[10]。荒漠草原為主題的研究主要集中在人類活動(主要是放牧活動)和氣候變化(降雨和溫度)對植被-土壤的影響、植被生產力及其影響因素、利用孢粉研究植被和環境變遷等方面,可以看出這些研究熱點是荒漠草原面臨的關鍵問題,學者們圍繞當地生態、生產、生計發展過程中遇到的問題,開展了眾多的研究,也得到了很多好的成果和結論[3]。但很少涉及到大尺度的歷史及區域因素對植被和土壤的影響,特別是荒漠草原具有典型的空間過渡性和時間脆弱性,后續研究應加強人類活動和氣候條件相互作用對荒漠草原植物群落結構進化過程以及地上與地下生態過程耦聯關系等方面的分析和探討。此外,除了持續關注荒漠草原植物基礎生物學的研究,還可以從多尺度、多維度應用多學科知識、多技術手段,進一步完善和擴展研究微生物多樣性、動物多樣性以及與植物多樣性間的相互反饋作用,加強不同營養級之間的內在機理探索。未來還應進一步推動國內外研究機構和人員之間的交流與合作,深度挖掘荒漠草原基礎數據,以促進高影響力、高質量成果的產出,實現科研成果量變與質變并舉、基礎研究與實際應用并重,從而為該地區科學布局重要生態系統保護和修復重大工程,提高生產供給能力和保障生態功能發揮提供科學依據。