基于CiteSpace和VOSviewer的農業研究發展淺析

劉彥喬，劉曉軍

(1.四川省科學技術信息研究所，成都 610021；2.四川省農業科學院生物技術核技術研究所，成都 610066)

18世紀60年代，工業革命帶領諸多傳統行業進入蒸汽時代，西方農業機械化推進成果卓越，能量利用效率陡增。20世紀末，互聯網、大數據、云計算等信息技術席卷全球產業，現代化農業生產導致我國原本高齡化、傳統化農業主體的技術斷崖式革新，但低效率、低競爭力的困境未得到根本改善[1]。面對國內外科學技術環境中瞬息萬變、極端復雜的競爭與合作，傳統行業與新興行業的碰撞與融合，農業遭遇的挑戰是前所未有的。

從全民參與的“脫貧攻堅”到個個擊破的“精準脫貧”再到穩打穩健的“鄉村振興“，中國近四十年都在解決8億人口的貧困難題[2]。每年我國的中央一號文件都是有關農業，在舉國重視和共同努力的基礎上，中國逐漸走出一條獨具特色的農業發展道路。近兩年來在新冠肺炎疫情背景下，除了把“飯碗牢牢地端在自己手里”[3]，持續建設美麗鄉村，現代鄉村等主要任務外，攻克關鍵核心技術提升農業國際競爭力，分享脫貧經驗，助力全球貧困人口脫貧，是中國農業的重要工作。

本文利用CiteSpace和VOSviewer文獻可視化軟件就2012～2021年農業相關研究中英文文獻的共現關鍵詞與術語突現情況、國家與機構合作網絡以及文獻與期刊共被引網絡繪制知識圖譜，以此對國內外農業相關研究十年間的整體發展和規律洞察一二，瞄準國內外農業研究態勢，歸納提出對策性建議。

1 研究背景與方法

大數據時代，信息技術發展推動科學研究范式轉變為數據密集型[4]，農業領域中計算機信息技術等的應用已經歷30多年歷史，21世紀以來，更是展現出飛速發展和深度融合的態勢，智慧農業、農業現代化等逐漸成為熱門研究方向[5]。農業相關研究產生的科學數據體量大，增長速度快，涉及面廣，但科學數據的共享模式較為單一，共享效率較低，尚未形成協同推進農業領域技術發展的合作網絡與共享網絡[6]，為了解農業相關研究的發展現狀和路徑，較為有效的方式則是通過對公開出版文獻的數據收集，可視化分析來獲得。

農業相關研究文獻產出基數大，類型豐富，知網上以“農業”為主題檢索2012～2021年10年間的論文數量達87萬篇，其中學術期刊61.49萬篇，學術論文16.33萬篇，還涉及會議、報紙、圖書等各類文獻載體。英文文獻Web of Science(以下簡稱WoS)門戶網站上，以“Agriculture”為主題在WoS核心集合庫中檢索時間同樣設置為2012～2021年，結果為104萬余篇。

文章的分析工具選擇的是知識圖譜可視化軟件CiteSpace和VOSviewer，CiteSpace和VOSviewer可將復雜的知識領域，利用數據挖掘、信息處理和知識信息可視化呈現等，揭示某個研究領域動態發展規律和趨勢[7]。CiteSpace和VOSviewer在可視化分析時各有側重，VOSviewer在呈現交叉領域交叉學科之間的關系更加清晰明了，CiteSpace在分析學科研究規律和發展方向有較強的展示能力。針對農業相關研究的出版文獻，VOSviewer用于對文獻中出現的關鍵詞進行提取分析，疊加年度形成熱力分布圖，得到2012至2021年中英文文獻的研究概覽。CiteSpace用于繪制文獻的機構、國家合作網絡，以及文獻共被引分析，突發性探測等，得到中英文文獻國家、機構和作者的內部關聯情況。

2 文獻可視化分析

2.1 文獻數據選擇與導出

為便于分析，本文中文數據來源選擇是CNKI基金數據庫,英文數據來源是Web of Science的核心合集庫。

在CNKI以“農業”主題(模糊)+“農業”篇名(精確)檢索，時間設置為2012-2021年，并選擇有基金支持的研究型論文，顯示結果為6180篇，全部導出。CiteSpace和VOSviewer是基于Web of Science的文獻導出格式進行分析，CNKI的文獻目錄導出經過CiteSpace的數據格式轉換和去除重復后，得到5950篇。

WoS在104萬篇中選擇最高被引論文和熱點論文，得到10078篇文獻。導出后同樣利用CiteSpace進行去重復篩選，得到6806篇。

2.2 文獻發表年度分析

2012～2021年農業相關研究的文獻發文量，中文文獻呈現不規律波動狀態，2014年以前數量產出一直低于200篇，2015～2016年陡然上升，2017年稍微下降后，緩慢上升持續到2019年，后續2年微弱下降。英文文獻產出10年間都是呈現上升趨勢，且斜率逐年增加，2021年到達數量頂峰，1137篇(圖1)。

圖1 2012～2021年農業相關研究中英文文獻數量分布

2.2 共現關鍵詞與術語突現分析

2.2.1 共現關鍵詞分析 利用VOSviewer對中英文文獻進行共現關鍵詞提取分析，得到關鍵詞與年度疊加分布圖(圖2A、圖3A)以及關鍵詞熱力分布圖像(圖2B、圖3B)

圖2A圖、圖3A圖中關鍵詞顏色由紫漸變到黃，表示年度從遠及近，中文文獻中“鄉村振興”“小農戶”“智慧農業”以及英文文獻中“Covid-19(新型冠狀病毒)”“machine learning(機器學習)”等關鍵詞呈現黃色，代表著2019年以來作者使用頻率最高的詞匯。農業相關研究作者共同使用的關鍵詞與信息技術發展、現實世界熱點展現出融合態勢。

圖2B、圖3B，中英文文獻分別以“農業現代化”“Climate change氣候變化”等為熱力中心，頻次最高的5個關鍵詞和具體頻次如表1所示。

圖2 2012～2021年農業相關研究中文文獻關鍵詞年度與熱力分布圖像

圖3 2012～2021年農業相關研究英文文獻關鍵詞年度和熱力分布圖像

表1 2012～2021年農業相關研究中英文文獻共現關鍵詞頻率

2.2.2 共現術語突發性分析 共現術語分析是CiteSpace通過提取文獻目錄中標題、摘要、關鍵詞和輔助關鍵詞的名詞性術語、并對術語共同出現、彼此聯系等情況進行分析。對中文文獻提取名詞性術語，并對術語的突發性進行計算得到圖4，按照強度排列術語：“鄉村振興”“小農戶”“互聯網+”是強度最高的突現術語，“鄉村振興”和“小農戶”在2019年，“互聯網+”在2017年出現引用頻率激增，其中“鄉村振興”“小農戶”的強度持續到2021年。

圖4 2012-2021年農業相關研究術語中文文獻突發性探測

英文文獻名詞性術語突發性表現出圖5，“growth performance(生長績效)”“open access article(開放獲取文章)”“microbial biomass(微生物量)”“antioxidant enzymes(抗氧化酶)”等術語突發性最強，影響力持續到2021年的突發性術語則有“growth performance(生長績效)”“antioxidant enzymes(抗氧化酶)”和“systematic analysis(系統分析)”。

圖5 2012-2021年農業相關研究英文文獻名詞性術語突發性探測

2.3 發文機構與國家合作網絡分析

2.3.1 發文機構合作網絡分析 中文文獻發文機構合作呈現散射網絡狀(如圖6)，其中節點N為640個，連線數E=317，密度(Density)=0.0016。圖6中顏色越深的連線表示合作時間越早，按照合作強度，華中農業大學經濟管理學院、中國農業大學經濟管理學院、中國農業科學院農業經濟與發展研究所、中國科學院大學、中國農業科學院地理科學與資源研究所發文量位列前五，并且以這五家機構形成聚集性合作網絡。

圖6 2012-2021年農業相關研究中文文獻合作機構網絡

英文文獻機構合作網絡如圖7，節點N為347個，連線數E為3162，密度為0.0527，對比中文文獻機構合作，英文文獻的機構之間合作更密集頻發。其中年輪圈表示機構的發文量，半徑越大，發文量則越多。年輪圈從圓心到外顏色變化從紫到紅，表示發文年度從2012年至2021年，對應顏色的圓環越粗，表示當年發文量越多。Chinese Acad Sci(中國科學院)、China Agr Univ(中國農業大學)、Chinese Acad Agri Sci(中國農業科學院)、Univ Florida(佛羅里達大學)、Univ Calif Davis(加利福利亞大學戴維斯分校)的發文量最高，我國三家機構處于主要合作網絡的外圍，且連線較少(圖7 方框標注)。

圖7 2012-2021年農業相關研究英文文獻合作機構網絡

2.3.2 國家合作網絡分析 國家合作網絡通過分析英文文獻實現(圖8)，節點N為21，連線數量E為127，密度D為0.6048.說明主要有21個國家構成農業相關研究的國家合作網絡。同機構合作網絡一樣，年輪圈的半徑大小表示國家文獻的發文量，每一圈圓環顏色代表文獻發表年度，從紫到紅對應2012～2021年，圓環越粗越明顯表示該年度發文量越多，圓心距離越近，圓心間連線越多則表示關系越強。結合圖8和表2，我國在農業相關研究的英文文獻發文量位居第一，其次是美國、德國、英國和澳大利亞，且我國在合作網絡中處于較邊緣的位置。

圖8 2012-2021年農業相關研究英文文獻的國家合作網絡

表2 2012～2021年英文文獻國家發文量

國家合作網絡突發性探測(圖9)，強度最高的是伊朗，且突發性影響力從2019年持續到2021年，是最近突發性發生的國家。接著是瑞士、美國、瑞典和日本。

圖9 2012～2021年農業相關研究英文文獻國家合作網絡中的突發性發生國家

2.4 文獻與期刊共被引網絡分析

2.4.1 文獻共被引網絡分析 英文文獻共被引網絡呈現較為分散的視圖(圖10)，節點數N為1029個，連線數E=3997，密度為0.0076。每一塊顏色對應年度文獻被引情況。由共被引突發性探測可知2010年H. CHARLES J. GODFRAY 等學者在《SCIENCE》雜志上發表的《Food Security: The Challenge of Feeding 9 Billion People(食品安全：喂養90億人的挑戰)》強度最高，緊隨其后的是Alexandros Stamatakis 2014年發表在《Bioinformatics》的《RAxML version 8: a tool for phylogenetic analysis and post-analysis of large phylogenies(RAxML 8版本：大型系統發育分析和后期分析工具)》。

圖10 2012-2021年農業相關研究英文文獻共被引網絡初始圖

突發性影響力(圖11)持續到2021年的有2015年FA. Sim?o等發表在《Bioinformatics》的《BUSCO: assessing genome assembly and annotation completeness with single-copy orthologs(BUSCO:用單拷貝同源序列評估基因組組裝和注釋的完整性)》等。

圖11 2012-2021年農業相關研究英文文獻共被引突發性探測

2.4.2 期刊共被引網絡分析 英文文獻的發文期刊共被引網絡(圖12)，節點數為97，連線數為479，密度為0.1029。國際農業相關研究被引證量較高的期刊有97個，圖中網絡年輪圈的大小表示期刊被引證量，頻次最高的為《SCIENCE》(科學雜志，美國)和《P NATL ACAD SCI USA》雜志(美國綜合性期刊)(表3)。這些期刊被引證文章按照標題分成不同的聚類(cluster)，有drought tolerance(抗旱)、genome sequence(基因組序列)、ecosystem service(生態系統服務)以及aqueous solution(水溶液[化學])。

圖12 2012-2021年農業相關研究英文文獻期刊共被引網絡

表3 2012-2021年農業相關研究英文文獻期刊共被引頻次

3 結論與展望

3.1 農業相關研究國內外研究均與時勢結合緊密

農業相關研究近十年文獻關鍵詞，國內外研究導向與時勢結合都很高。我國十九大以來為小農戶與農業現代化銜接機制以及扶持小農戶發展自身優勢，跟進技術，融入市場提供了政策導向[8]，“小農戶”等關鍵詞自2019年產生突發性研究增長，成為我國學者研究焦點。“鄉村振興”是繼脫貧攻堅和精準脫貧后，我國又一有關“三農”的重大政策決策，“鄉村振興”“鄉村振興戰略”自2018年突發性研究數量爆發后，熱度和影響力持續至2021年。以及2019年爆發熱度至今的“新工科”，新工科是順應數字時代、信息技術等科學技術普及和發展的產物[9]，標志著傳統農業與新技術的結合，促進農業農村邁向現代化進程。

英文文獻關鍵詞表現出國外研究則是貼近全球熱點問題，譬如“氣候變化”“干旱”等對農業相關研究影響較大的自然環境因素，“非生物逆境”也同樣受到學者們關注，該詞匯指的是干旱、凍害、鹽害、冷害、高溫、水澇、環境污染等限制作物產量提升的重要因子[10]，也是影響農作物等保持良好或者優良生長的因素。突發性探測顯示“生長績效(效益)”爆發強度最高，國際農業相關研究的文獻仍然在最基本的生長性能、產量研究上占據討論焦點，且突發性從2019年持續到2021年，2019年底新冠肺炎疫情蔓延，各類生產力停滯，2020年農產品貿易卻實現逆勢增長[11]，可見危機下世界各國對糧食作物的產出效率也有了更高要求。

3.2 農業相關研究我國國際交流合作表現強勢

從中文文獻合作網絡看，合作網絡的節點多，密度低，呈現散射狀(圖6)，國內科學研究資源有限，為形成自身學科領域優勢，占領學術高地，各機構難以避免相互競爭。華中農業大學經濟管理學院、中國農業大學經濟管理學院、中國農業科學院農業經濟與發展研究所、中國科學院大學、中國農業科學院地理科學與資源研究所位列前五等是近十年發文量最高的學院和研究機構，從機構性質來看我國農業相關研究的主要力量來自高校。

英文文獻的機構合作網絡(圖7)，從發文量看我國機構占據前三位：分別是中國科學院、中國農業大學和中國農業科學院，但位置幾乎都分布在機構合作網絡周圍，與其他各國機構連線也較少，說明我國農業相關研究主要學術機構中介中心性較低，在國際合作關系中尚未成為重要橋梁，處于邊緣位置。由英文文獻的機構發文量不難推測，我國國家英文文獻發文量也位居第一(表2)，但圓心同樣處于合作網絡外圍。我國近十年英文文獻發文量持續攀升(圖13)，在國際學術界尚未引起熱點關注，也未處于合作網絡中心，因此我國近十年農業相關研究英文文獻呈現出發文量大，國際合作邊緣化的狀態。

圖13 2012-2021年 農業相關研究英文文獻中我國發文量變化

3.3 農業相關研究我國研究國際影響力有待提升

英文文獻最高頻次引證聚類(圖10)phylogenetic contribution(系統發育貢獻)、biochar amendment(生物炭修正)、draft genome(基因組草圖)、drought tolerance(抗旱)和ecological study(生態研究)會發現與中文文獻共現關鍵詞(表1)相似度較低，說明國內學者更專注于解決我國實際問題和困境，與我國農業相關政策戰略結合的研究討論居多，國際研究則側重于全球性問題和熱點，且每年都隨著全球性環境或氣候等問題變化而傾斜。

我國英文文獻發文量居第一，但文獻共被引網絡中表現并不突出，突發性探測顯示(圖16)，來自英國牛津大學的.GODFRAY，HJ,和德國研究機構的Alexandros Stamatakis 等研究成果被其他文獻引證的頻率激增，暫未出現我國學者產出文獻的身影。

英文文獻期刊共被引網絡顯示(圖12)，農業相關研究國際影響力較高的期刊大部分來自美國、英國等地，美國自獨立戰爭后經濟迅猛發展，成為農業出口第一大國，機械化農業，現代化農業蓬勃發展，處于農業相關研究技術領先位置。我國學術期刊較發達國家起點較低，起步較晚，國際影響力尚未形成氣候，但我國學者在農業領域的研究近年來勢如劈竹，發文量持續攀升，結合作者共被引網絡突發性探測(圖14)，我國學者在2017、2019年之后被引量明顯增加，且持續到2021年，展現出近年我國研究人員在農業領域影響力有提升趨勢。

圖14 2012-2021年 農業相關研究英文文獻作者共被引網絡突發性探測

3.4 建議與展望

本研究發現我國農業相關研究方向普遍與本國國情緊密聯系，在國際學術界我國學者們研究熱情高，機構、作者間合作頻繁，發文量位居第一，但國際合作中常處于邊緣化地帶，有代表性的研究突破尚待增加。

我國農業相關研究投入高，周期長，各類成果產出豐富，實際解決了我國十四億人的糧食供給，口腹欲得到極大滿足，幸福感強烈。但近年來，我國農業競爭力整體有著下降趨勢，主要表現為多種農產品國內國外價差轉變，農產品和食品發展無法滿足居民對其多元、優質的高要求等[12]，為提升我國農業競爭力，要將農業政策支持的理念調整為“進攻就是最好的防御”[13]，結合本研究相關結論，未來研究重點的選擇建議應在針對我國農業發展切身痛點的同時，更加不拘泥國內視野，置身全球農業相關研究關鍵技術突破與變革，參與到適應全球性氣候變化、環境污染等問題研究中。