基于WOS和CiteSpace的自生植物研究進展①

潘王韻，姚麗敏，郭蓓琳，曾菁菁，呂祉龍，仇明月，蔣馨怡，閆淑君，陳瑩

福建農林大學 園林學院， 福州 350002

自生植物是指未經人工栽培就能夠自然生長演替的植物群體[1-2]． 它們的生長范圍可以從較大的空地到很小的微生境， 例如地面裂縫或人行道上． 研究表明， 自生植物可以為城市的生態(tài)系統(tǒng)服務， 并作出重要貢獻， 比如為昆蟲和其他節(jié)肢動物提供棲息地[3]． 這些植物長期生長在城市， 適應了城市生態(tài)環(huán)境， 污染抗性強， 能在無人為管理的情況下自然地生長繁衍， 并形成一定的自然景觀[4]． 有研究發(fā)現(xiàn)城市公園中植物物種的同質化現(xiàn)象越來越嚴重， 這對城市植物的物種多樣性產生了影響[4]． 而自生植物不僅能在城市形成穩(wěn)定的植物群落， 強化城市植物的地域性特色， 最重要的是這些植物群落可以在低人工管理強度的條件下自我更新演替， 極大地節(jié)省人力物力， 增加城市生態(tài)多樣性． 對城市自生植物進行調查研究， 選擇能夠忍受稀薄、 貧瘠的土壤和能夠抗嚴重干擾的物種進行應用， 對于豐富城市植物多樣性具有一定的實際意義．

CiteSpace是一款用于分析科學文獻中蘊含的潛在知識， 并在科學計量學、 數(shù)據(jù)和信息可視化背景下發(fā)展起來的引文可視化分析軟件[5]． 利用CiteSpace進行共詞分析可以研究一個特定領域的知識基礎和研究前沿． 共詞分析是一種通過測量關鍵詞或主題詞的頻次來探測特定領域中研究熱點變化的研究方法[6]．

為明確近年來國際范圍內自生植物領域的研究熱點和研究前沿， 本研究根據(jù)Web of Science(WOS)數(shù)據(jù)庫信息， 運用文獻計量學方法對國際自生植物的相關關文獻進行了分析．

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的數(shù)據(jù)全部來源于美國 Thomson Reuters 公司Web of Science(本文簡稱“WOS”)平臺的WOS核心合集． 分別以“spontaneous plant(自生植物)”或“spontaneous vegetation(自生植物)”為標題和主題進行搜索， 文獻類型選擇“Article”或“Review”． 時間跨度為1980-2020年， 最終共檢索出958條文獻題錄． 但由于數(shù)據(jù)顯示有關自生植物的論文在2002年才第一次出現(xiàn)， 因此本研究最終將搜索時間定為2002-2020年．

1.2 研究方法

本研究采用以數(shù)量統(tǒng)計為基礎的文獻計量學分析方法， 利用WOS的分析檢索功能結合 Excel 對所得的958條文獻數(shù)據(jù)進行初步的年度、 文獻主題類別、 研究論文的作者、 發(fā)表時間和地區(qū)進行統(tǒng)計分析， 形成對自生植物研究領域的初步認知．

借助CiteSpace v.5.6R4分析工具， 主要參數(shù)設置為Time Slicing： 2002-2020； Node Types： 分次選取Author，Institution，Country，Keyword； 時間切片： Top N50； Pruning： pathfinder & pruning sliced networks． 其余參數(shù)按照默認參數(shù)設置．

2 結果與分析

2.1 發(fā)文數(shù)量的時間分布

圖1為2002-2020年WOS自生植物發(fā)文數(shù)量的分布情況． 從圖1中可以看出， 發(fā)文數(shù)量整體上呈現(xiàn)波動上升的趨勢． 在2002-2009年期間， 自生植物的發(fā)文數(shù)量占總發(fā)文數(shù)量的21.3%， 處于緩慢發(fā)展的階段； 在2010-2014年期間， 自生植物的發(fā)文數(shù)量呈現(xiàn)快速上升的趨勢， 占總發(fā)文數(shù)量的31.8%， 并在2014年發(fā)文數(shù)量即將突破80篇； 在2015-2020年期間， 發(fā)文數(shù)量出現(xiàn)較大的波動情況， 但是總體還是呈現(xiàn)上升趨勢， 這6年的發(fā)文數(shù)量占總發(fā)文數(shù)量的46.9%， 將近一半． 可以看出自生植物的研究熱度和受重視程度正在不斷上升．

圖1 2002-2020年自生植物發(fā)文數(shù)量時間分布

2.2 發(fā)文的主題類別統(tǒng)計

表1列出2002-2020年WOS自生植物相關文獻的前10個發(fā)文主題類別， 可以看出生態(tài)學(ECOLOGY)是最大的主題類別， 發(fā)文數(shù)量278篇， 占總發(fā)文數(shù)量的29.02%， 其次是環(huán)境科學(ENVIRONMENTAL SCIENCES)和植物科學(PLANT SCIENCES)， 分別占26.20%和17.54%， 排名前2名的主題類別的發(fā)文數(shù)量占總發(fā)文數(shù)量的55.22%， 超過半數(shù)， 可以看出自生植物與這兩個領域關系最為密切． 同時自生植物還涉及林學(FORESTRY)、 土壤科學(SOIL SCIENCE)、 生物多樣性保護(BIODIVERSITY CONSERVATION)等方面， 由此可知自生植物研究受到多個領域和學科的廣泛關注．

表1 2002-2020年WOS自生植物研究文獻的主題類別統(tǒng)計

2.3 發(fā)文的國家/地區(qū)統(tǒng)計

共有74個國家/地區(qū)發(fā)表了有關自生植物的論文． 本研究選取發(fā)文數(shù)量最多的前10位國家/地區(qū)的信息進行分析比較(表2)． 表2中的“H-index”代表高引用次數(shù)， 指一個國家、 機構或學者最多有h篇論文分別被引了至少h次． 通常情況下， 如果一個國家、 機構或學者的研究成果H-index越高， 那它的研究成果影響力就越大[7-8]， 但總被引頻次與H-index一般與他們在該領域的研究時間相關． 此外被引頻次也是衡量研究成果影響力的一個重要標準．

從表2中可以看出巴西的發(fā)文數(shù)量最多， 為143篇， 占總發(fā)文數(shù)量的14.93%， 捷克共和國和西班牙分別以117篇和90篇的發(fā)文數(shù)量緊隨其后． 同時從數(shù)據(jù)中可以看出， 發(fā)文數(shù)量高的國家H-index和被引頻次不一定也高， 例如巴西的發(fā)文數(shù)量雖然是最多的， 但是巴西的H-index值只排到第7名． 中國的發(fā)文數(shù)量和H-index指標排名都比較靠后， 可以推測中國在自生植物領域的研究可能處于初步發(fā)展的階段．

表2 自生植物文獻發(fā)文數(shù)量居前10的國家/地區(qū)發(fā)文統(tǒng)計

2.4 出版物統(tǒng)計

從出版物統(tǒng)計來看， 958篇自生植物相關論文出版在364種期刊雜志上． 其中出版文獻數(shù)量最多的10個出版物見表3． 這10個期刊刊登論文數(shù)量一共為247篇， 占論文總數(shù)的25.78%． 其中， 《ECOLOGICAL ENGINEERING》《RESTORATION ECOLOGY》和《REVISTA BRASILEIRA DE CIENCIA DO SOLO》刊文量分別為143，117，90篇． 通過查找期刊的大類學科可以發(fā)現(xiàn)， 排名前10的期刊中， 有6家期刊屬于環(huán)境科學與生態(tài)學， 4家屬于農林科學．

表3 刊載自生植物論文數(shù)量排名前10的出版物統(tǒng)計

2.5 主要研究機構的分布和合作情況

自生植物研究機構的分布和合作情況可通過對自生植物相關領域的發(fā)文作者所在機構進行分析而獲得． 2002-2020年中， 共有1 139個機構發(fā)表了有關自生植物的文章． 發(fā)文數(shù)量排名前3的機構分別是： 捷克共和國科學院(Acad Sci Czech Republic)， 共有78篇； 法國國家科學研究中心(Centre National de la Recherche Scientifique)排名第2， 共有52篇； 捷克科學院植物研究所(Institute of Botany of the Czech Academy of Sciences)排名第3． 發(fā)文數(shù)量為50篇． 中國機構排名最前的是發(fā)文數(shù)量為18篇的中國科學院(Chinese Acad Sci)， 僅排第12名． 可以看出中國在這方面的研究還是落后于其他國家． 在CiteSpace中， 設置節(jié)點類型Institution， 選擇每一時間切片發(fā)文量排名前50的機構， 生成機構合作共現(xiàn)圖譜(圖2)， 圖2中的節(jié)點代表機構， 節(jié)點越大則發(fā)文頻次越高． 節(jié)點之間的連線表示機構之間的合作關系， 合作關系越多， 連線越粗[9]．

Citespace生成的機構合作圖譜中共有節(jié)點127個， 連線142條， 從圖2中可以看出各個機構間的合作還是比較分散的， 可能因為自生植物的研究還處在探索發(fā)展的階段， 尚未進入研究成熟期． 但其中捷克共和國科學院(Acad Sci Czech Republic)， 捷克布拉格查爾斯大學(Charles Univ Prague)、 捷克南波希米亞大學(Univ South Bohemia)、 捷克布拉格生命科學大學(Czech Univ Life Sci Prague)的合作研究關系比較的密切， 而且這4個機構的發(fā)文數(shù)量排名均在前10名內， 可以看出捷克共和國在自生植物領域的研究領先于其他國家．

圖2 2002-2020年WOS自生植物研究機構合作共現(xiàn)圖譜

2.6 關鍵詞共現(xiàn)圖譜分析

關鍵詞是對文章最核心的概括， 通過對某一領域研究的關鍵詞進行可視化共性分析， 能夠確定當前研究領域的研究熱點及熱點演變[10]．

利用CiteSpace進行分析時， 將Node Type設置為“Keyword”， 閾值設置為T50， 其余設置默認， 生成關鍵詞聚類視圖(圖3)． 圖3中的節(jié)點代表關鍵詞， 節(jié)點大小代表關鍵詞出現(xiàn)頻次多少， 節(jié)點顏色代表著不同時間， 節(jié)點內色環(huán)越厚， 表示該關鍵詞在該顏色對應時間出現(xiàn)的頻次越高． 連線的多少說明關鍵詞共線的系數(shù)， 連線越多代表關鍵詞間的相互聯(lián)系越密切．

最終生成由327個節(jié)點和1 519條連接線組成的關鍵詞聚類圖譜， 共有11大聚類， 聚類的具體信息見表4， 順序是從0到8， 數(shù)字越小， 表示聚類中包含的關鍵詞越多， 每個聚類是多個緊密相關的詞組成的． 一般認為： Modularity： 聚類模塊值Q>0.3， 表示聚類結構顯著； 聚類平均輪廓值S>0.5， 表示聚類是合理的，S>0.7表示聚類是令人信服的[11]． 圖3中的Q=0.415 1，S=0.638 2， 可以認為圖3中的關鍵詞聚類圖譜的聚類結構是顯著且合理的．

圖3 2002-2020年自生植物研究關鍵詞聚類視圖

聚類的大小代表著聚類中所含的文獻數(shù)量， 如聚類0生物多樣性保護(biodiversity conservation)的聚類大小為60， 表示該聚類中包含了60條文獻信息； 同質性為衡量整個聚類成員同質性指標， 該數(shù)值越大， 則代表該聚類成員的相似性越高， 如聚類7中的同質性為0.879， 為所有聚類種中同質性最大的聚類， 該聚類中文獻信息相似性最高， 具有較高的統(tǒng)一性； 平均引用時間能夠用來判斷聚類中引用文獻的遠近， 時間距今近的文章為當前的研究前沿， 從表4可知， 平均引用時間為2014年的聚類2城市生態(tài)學(urban ecology)、 2012年的聚類4廢棄(abandonment)、 2014年的聚類5植物修復(phytoremediation)、 2012年的聚類6維管植物群(vascular flora)、 2013年的聚類8農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)(agroecsystem)， 時間較為靠前， 是近幾年自生植物的研究熱點方向．

表4 自生植物關鍵詞聚類信息表

按照節(jié)點大小順序選擇前20個關鍵詞列表所示(表5)． 從表5中可以看出， 關鍵詞“vegetation(植被)”“restoration(恢復)”是貢獻網絡圖譜中的節(jié)點較大的兩個關鍵詞， 說明“vegetation(植被)”和“restoration(恢復)”的出現(xiàn)頻次很高， 是該領域研究的前沿和熱點． “spontaneous succession(自然演潛)”“conservation(保護)”“habitat(棲息地)”這3個關鍵詞的首次出現(xiàn)年份處于2008或2009年， 是排名前20中時間較為靠后的， 說明這些關鍵詞成為了近年來的研究熱點．

表5 自生植物節(jié)點排名前20的關鍵詞

2.7 關鍵詞突現(xiàn)分析

通過關鍵詞突現(xiàn)分析可以對某個領域的研究前沿和最新動態(tài)進行識別和探索． 關鍵詞突現(xiàn)在關鍵詞出現(xiàn)頻率的基礎上， 依據(jù)關鍵詞出現(xiàn)次數(shù)的增長率確定熱點詞匯， 這些熱點詞匯與時間的關聯(lián)特點通常被視為某個領域的研究前沿[12]．

圖4是2002-2020年自生植物相關文獻排名前20的關鍵詞突現(xiàn)圖譜． 從圖4中可以看出， 在排名前20的突現(xiàn)關鍵詞出現(xiàn)最早的是“restoration(恢復)”“regeneration(再生)”“growth(生長)”． 說明自生植物在研究初期更傾向關注這幾個方面的研究． “calcareous grassland(石灰性草原)”“mine(礦)”“growth(生長)”“system(系統(tǒng))”“spontaneous vegetation(自生植物)”“human disturbed habitat(人類干擾)”這6個關鍵詞的突現(xiàn)時間均超過5年， 說明在此期間對這幾個方面的研究是持續(xù)的熱點． “dynamics(動力學)”“habitat(棲息地)”“spontaneous vegetation(自生植物)”“growth(生長)”“system(系統(tǒng))”“biodiversity conservation(生物多樣性)”這6個關鍵詞的突現(xiàn)強度均超過了4， 表明在此期間， 更多的學者關注于自生植物在這些方面的研究． “l(fā)and(土地)”“biodiversity conservation(生物多樣性保護)”“habitat(棲息地)”“functional trait(功能特性)”都是近5年來出現(xiàn)的突現(xiàn)詞， 說明這些方面成為近年來自生植物新的研究前沿和熱點．

圖4 2002-2020年排名前20的自生植物關鍵詞突現(xiàn)圖譜

3 結論與討論

本研究利用CiteSpace軟件對2002-2020年Web of Science 數(shù)據(jù)庫發(fā)表的自生植物的相關文獻進行計量統(tǒng)計和分析， 對自生植物相關文獻的發(fā)文數(shù)量年變化、 發(fā)文主題類別、 發(fā)文地區(qū)、 作者、 研究機構、 出版物、 關鍵詞共現(xiàn)和關鍵詞突現(xiàn)等進行了可視化分析， 得出以下結論．

1) 2002-2020年自生植物的發(fā)文數(shù)量整體上呈現(xiàn)波動上升的趨勢， 其中近6年的發(fā)文數(shù)量占總發(fā)文量的46.9%， 可以看出自生植物的研究熱度和受重視程度正在不斷上升． 生態(tài)學、 環(huán)境科學、 植物科學是與WOS自生植物關系最為密切的3個發(fā)文主題類別． 自生植物相關論文發(fā)文量最多的3個國家分別是巴西、 捷克和西班牙． 中國的發(fā)文量和H-index指標排名都比較靠后， 可以推測中國在自生植物領域的研究可能處于初步發(fā)展的階段． 《ECOLOGICAL ENGINEERING》《RESTORATION ECOLOGY》和《REVISTA BRASILEIRA DE CIENCIA DO SOLO》是刊載自生植物相關論文最多的3個刊物． 發(fā)表自生植物相關論文最多的3個機構分別是捷克共和國科學院(Acad Sci Czech Republic)、 法國國家科學研究中心(Centre National de la Recherche Scientifique)和捷克科學院植物研究所(Institute of Botany of the Czech Academy of Sciences)． 但是中國排名最前的機構是排在第12名的中國科學院(Chinese Acad Sci)， 可以看出中國在這方面的研究還是落后于其他國家． 因此， 后續(xù)中國關于自生植物的研究還有較大的發(fā)展空間， 可加大對此方面的研究與探索．

2) 從關鍵詞節(jié)點大小和突現(xiàn)分析可以看出， 出現(xiàn)較早的關鍵詞是“vegetation(植被)”“restoration(恢復)”“regeneration(再生)”“growth(生長)”等． 說明自生植物在研究初期更傾向關注這幾個方面的研究． “calcareous grassland(石灰性草原)”“mine(礦)”“growth(生長)”“system(系統(tǒng))”“spontaneous vegetation(自生植物)”“human disturbed habitat(人類干擾)”這6個關鍵詞的突現(xiàn)時間均超過5年， 說明在此期間對這幾個方面的研究是持續(xù)的熱點． “dynamics(動力學)”“habitat(棲息地)”“spontaneous vegetation(自生植物)”“growth(生長)”“system(系統(tǒng))”“biodiversity conservation(生物多樣性保護)”這6個關鍵詞的突現(xiàn)強度均超過了4， 表明在此期間， 更多的學者關注于自生植物在這些方面的研究． “l(fā)and(土地)”“biodiversity conservation(生物多樣性保護)”“habitat(棲息地)”“functional trait(功能特性)”都是近5年來新出現(xiàn)的突現(xiàn)詞， 說明這些方面成為近年來自生植物新的研究前沿和熱點． 因此， 未來中國關于自生植物領域的調查研究可從這幾個角度去切入， 以得到更新的成果．

3) 從關鍵詞共現(xiàn)圖譜來看， 生物多樣性保護(biodiversity conservation)、 可持續(xù)農業(yè)(sustainable agriculture)和城市生態(tài)學(urban ecology)是大小排名前3的聚類． 其中聚類0生物多樣性保護(biodiversity conservation)的平均引用時間為2008年． 隨著城市進程化的加快， 城市中的自然生境不斷減少， 同時城市園林在人為建設下， 園林植物種類單一， 城市中的生物多樣性受到了很大的影響． 而自生植物多為城市鄉(xiāng)土物種， 最重要的是這些植物群落可以在低人工管理強度的條件下自我更新演替， 極大地節(jié)省人力物力， 增加城市生態(tài)多樣性． Madre F等[13]對法國的115個綠色屋頂進行自生植物調查， 共發(fā)現(xiàn)176種維管植物， 其中86%是鄉(xiāng)土物種． 作者表明如果可以在城市中大規(guī)模的發(fā)展綠色屋頂， 這將在城市生物多樣性中發(fā)揮一定的作用． 此外該聚類中也有許多關于自然恢復廢棄采礦場生態(tài)的文章[14-16]， 比如Baasch A等[14]在一個為期9年的實驗中， 評估了德國一個礦區(qū)的自發(fā)演替和輔助場地恢復(通過干草轉移和播種引入物種)的效果．

聚類1可持續(xù)農業(yè)(sustainable agriculture)的平均引用時間為2009年． 在該聚類中的關鍵詞多是與土壤相關的土壤有機質、 土壤質量、 干物質和土壤有機碳等． 其中最高被引文獻是Bochet E等[17]對高速公路邊坡的坡度特征對植被和水蝕的影響研究， 該研究結果表明坡度大于45度的路段幾乎沒有植被生長． 相對于土壤水勢而言， 土壤中可用水的持續(xù)時間短是限制植物在道路路塹和朝南斜坡上定居的一個因素． 其次Bonthoux S等[18]在關于荒地如何促進城市生物多樣性的綜述文章中指出荒地是被定義為具有自生植被(即野生植物)的廢棄地點． 在大多數(shù)情況下， 荒地比其他城市綠地擁有更多的物種， 在推動城市地區(qū)生物多樣性保護方面具有真正的潛力．

聚類2城市生態(tài)學(urban ecology)的平均引用時間為2014年． 城市棲息地的特點是干擾程度高、 大面積的不透水的鋪裝． 在大多數(shù)城市地區(qū)， 各地的自發(fā)植物提供了重要的生態(tài)服務， Tredici P D[19]認為學習如何管理自發(fā)的城市植被以增加其生態(tài)和社會價值， 可能是一個比嘗試恢復城市建成之前生態(tài)系統(tǒng)更具可持續(xù)的戰(zhàn)略． Jim等[20]則對香港城市中的垂直人工棲息地——磚石擋土墻上的自生植物進行了多項調查研究． 他們發(fā)現(xiàn)香港舊城區(qū)中大約270處有明顯的植物定植的墻體． 其中樹木主要由桑科榕屬特別是榕樹組成． 并且鄉(xiāng)土物種大大多于外來物種． 草本植物、 灌木和喬木幼苗， 受水分養(yǎng)分和生境連通性的雙重影響． 一些鳥類和蝙蝠食用了植物的果實， 促進了植物種子的傳播和發(fā)芽， 而太陽能通道、 垃圾坑、 潮濕的表面和排水管的滲漏為植物發(fā)芽和發(fā)育提供水分． 風化的基質可促進植物定植， 從而提高了建筑材料和維護質量較差的舊建筑物的生物接受度[21]．

4) 從WOS中搜索到的有關自生植物的最高頻次引用文獻來看， 其中大多數(shù)文獻是研究開采過后的采礦場、 采石場的遺址修復中植被的自發(fā)演替過程情況[22-23]， 或是與農田的土壤恢復有關[24-27]， 這些文章的發(fā)表時間都較早， 大多集中于自生植物研究的初期階段． 可以看出在這個階段， 學者們比較關注自生植物在人類開發(fā)利用后的場所的自然演替的情況． 但是近年來， 自生植物的研究重點開始更多地關注城市環(huán)境中自生植物的物種組成， 以及自生植物對于生態(tài)多樣性， 尤其是對于城市生態(tài)多樣性的影響[2，28-30]， 并且更多地開始探討自生植物在城市景觀中的應用策略[31-34]．

本研究通過采用以數(shù)量統(tǒng)計為基礎的文獻計量學分析方法， 利用WOS的分析檢索功能結合 Excel 對所得文獻數(shù)據(jù)進行客觀的統(tǒng)計分析， 形成對自生植物研究領域的初步認知． 由于該數(shù)據(jù)庫以外文論文為主， 因此后續(xù)研究可針對國內數(shù)據(jù)庫中的自生植物相關文獻進行分析， 并系統(tǒng)地分析國內關于自生植物的發(fā)展方向以及熱點． 目前國內關于自生植物的發(fā)文數(shù)量相對于其他國家還較少， 建議未來可加強在此方面的研究以及對生物多樣性、 可持續(xù)農業(yè)和城市生態(tài)學方向進行創(chuàng)新性探索．