基于2012—2021年英文文獻計量學的森林幼苗更新研究進展分析

摘 要：

森林更新是維持森林群落結構穩定的重要生態學過程。幼苗更新是森林更新方式之一，也是林木生長過程中極為重要的階段，是森林群落演替的關鍵環節，了解木本植物幼苗更新研究進展有助于理解森林群落的更新與演替機制。本文對2012—2021年Web of Science核心合集數據庫3598篇文獻進行了可視化分析。通過構建科學知識圖譜，梳理出森林幼苗更新研究文獻的變化、作者與機構的合作關系以及熱點關鍵詞。研究結果從收錄論文的角度，定量、客觀地描述了 2012—2021年森林幼苗更新的研究狀況及研究熱點，直觀地反映森林幼苗更新研究中網絡、結構、交叉等知識群之間的復雜關系，闡明了森林幼苗研究的現狀和發展趨勢，為促進木本植物幼苗更新深入研究及相關領域學者凝練研究動向和科學問題等提供參考信息。

關鍵詞：

天然更新；CiteSpace；生態恢復；幼苗

中圖分類號：G353.1;S718.54

文獻標識碼：A

文章編號：1008－0457（2024）04－0023－08

國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2024.04.004

森林更新是森林資源再生產的生物學動態過程［1］。在這個復雜過程中，以木本樹木為主的植物群落在時間和空間上不斷延續、發展或發生演替，對未來森林群落的結構及其多樣性產生深遠的影響 ［2-4］。一般來說，天然更新是森林生態恢復和森林更新的主要途徑［5］，其能在維持森林群穩定的前提下達到種群繁衍的目的［6］。森林天然更新的主要方式分為有性繁殖（種子更新）和無性繁殖（萌生更新）［7］，而產生天然更新的必要條件是足量的具有生命力的種子和有利于種子萌發、幼苗生長的環境條件［8］。無論是種子更新還是萌生更新都要經過幼苗階段。因此，木本植物幼苗是森林演替與更新恢復的關鍵［9-10］，木本植物幼苗在生長過程中極為脆弱且生長要求高［11］，許多森林都出現“只見大樹不見幼苗”的現象［12］。因此，了解木本植物幼苗更新研究進展有助于理解森林生態系統的更新與演替機制［9-10，13］。目前國內學者對對森林幼苗更新的研究大多集中在不同目標樹種天然更新影響機制［14-18］，人為促進天然更新技術［19-21］，物種種群空間分布格局［22-23］，林分結構和森林管理［24］，物種多樣性［25］，影響幼苗和種子天然更新機制等方面［26-30］。基于木本植物幼苗更新對森林生態恢復的重要性，本文將進一步對森林幼苗更新領域的研究熱點以及未來發展趨勢進行有效梳理。

由于對數據和信息可視化不斷發展的需求，2003年，美國國家科學院提出了知識領域映射的概念。它描述了一個新發展的跨學科科學領域，旨在繪制、挖掘、分析、排序、導航和顯示知識的過程［31］。 Fang等［32］利用這一概念開發了CiteSpace，這是一個為大量出版物提供文獻計量分析方法的工具，并且可以將其圖表化。使用CiteSpace有助于相關領域研究者梳理研究歷史，了解研究熱點及未來發展趨勢［33-34］。

本研究以文獻計量學為理論基礎，利用CiteSpace對2012—2021年的森林幼苗更新文獻進行定量分析，目的是了解森林幼苗更新的研究概況，掌握近十年研究熱點，分析未來研究趨勢。本研究旨在填補森林幼苗更新研究綜述缺失的空白，為進一步研究提供理論參考并指明方向。

1 數據來源與方法

1.1 數據來源

本文使用數據來源于Web of Science核心集數據庫，以“seedling”或“sprout regeneration”或“sprout regenerate”或“sprout recruit”或“sprout recruitment”為主題詞進行文獻檢索，搜索日期為2012—2021年，文獻類型選擇“article”，文獻語言選擇“english”。為了確保數據精確性以“forestry”方向進行精煉搜索出3673篇文獻，在進行篩重后最終保留3598篇文獻。

1.2 分析方法

CiteSpace可根據網絡的整體結構特性計算模塊化Q（Modularity Q）和平均輪廓的值。Modularity Q描述了集群的劃分質量，取值為 0～1。如果該值高于 0.3，則可以認為網絡結構是顯著的 ［35］。本研究運用CiteSpace 5.8 R3軟件對目標文獻進行分析，時間區間設為2012—2021年，Node Type選擇為Reference，閥值設置為TOP 10 Perslice，選取最短路徑（Pathfinder） 算法，分別得到作者合作網絡圖、國家合作網絡圖、高被引文獻圖以及關鍵詞共現分析結果。

2 結果與分析

利用CiteSpace分析可得出森林幼苗更新研究方向可視化進程圖，圖中的節點和鏈接是可視化映射中的構建塊。節點代表分析對象（例如類別、被引用作者、被引用期刊、被引用參考文獻和關鍵詞），節點之間的連線描述這些節點之間的相互關系［33］。每一個節點都是由不同顏色的同心圓組合而成。圓環越大的節點表明它們具有較高的中心性，可以被識別為樞軸點［35］。

2.1 發文量的分析

文獻數量的變化反映了某一領域的進展情況。通過繪制森林幼苗更新領域2012—2021年發文量的條形圖（圖1）可直觀地反映該領域發文量的變化趨勢。結果表明，論文數量總體呈上升趨勢，由2012年的308篇增長至2021年的441篇，有關森林幼苗更新的文獻數量一直在穩步增長。

2.2 合作網絡分析

2.2.1 國家合作網絡分析

使用CiteSpace對2012—2021年全球森林幼苗更新領域發文國家進行分析，閾值選擇以TOP 10為閥值，得到國家合作圖譜（圖2），該圖譜有16個節點，89條連接，網絡密度為0.741 7。節點圈層顏色表示該節點所代表的國家不同時間發文量；連接線條的數量越多表明國家之間的合作越密切。從圖2可以看出，發文數量最多的國家是美國（952篇），其次高發文量的學者主要來自巴西（468篇）、中國（350篇）、加拿大（335篇）和西班牙（281篇），這5個國家的中心介質都超過了0.1，反映了這5個國家在該領域具有重要性和影響力，其中美國目前是在森林幼苗更新領域研究最多的國家。

2.2.2 作者合作網絡分析

運用CiteSpace對文獻數據的作者進行分析，可以得到作者合作圖譜（圖3），該圖譜有336個節點，179條連接，網絡密度為0.003 2。從圖3可以看出，發文數量最多的三位作者分別是Jacobs（33篇）、Dey（22篇）和Thiffault（22篇）。其中Jacobs團隊在此領域主要研究不同立地條件下森林幼苗更新與生態恢復的理論［39-41］和木本植物幼苗生長的影響機制研究理論［42-48］。

2.3 關鍵詞分析

關鍵詞是文獻內容和主題的本質。本文對森林幼苗更新領域相關文獻進行了關鍵詞的共現分析、聚類分析和突現分析。關鍵詞共現分析、關鍵詞聚類分析和關鍵詞突現分析是檢測熱點話題和特定研究領域研究前沿的有效方法，突現分析可以衡量研究領域內學術關注度的變化，從而把握研究動態和發展趨勢［42］。

2.3.1 關鍵詞共現分析

利用CiteSpace進行關鍵詞共現分析結果如圖4所示。關鍵詞共現圖譜中，包含17個節點和53條連線，網絡的密度為0.389 3，每個節點代表不同關鍵詞，關鍵詞出現的頻次和節點大小呈正比，關鍵詞之間的共現程度高（圖4）。關鍵詞共現圖譜中看出“growth”（870次）、“forest”（619次）、“seedling”（491次）、“regeneration”（405次）、“dynamics”（378次）這5個詞匯的使用率最靠前。

2.3.2 關鍵詞聚類分析

利用CiteSpace進行關鍵詞聚類分析（圖5），圖譜中包含526個節點、2619條連線，網絡的密度為0.378 3，再將數據導出生成高頻關鍵詞聚類信息表格（表1）。分析聚類情況可知，近十年森林幼苗更新研究領域前八的熱點分別是：#0 Photosynthesis（光合作用）、#1 Boreal fores（北方針葉林）、#2 Herbivory（植食性）、#3 Susceptibility（敏感性）、#4 Gap（間隙）、#5 Density dependence（密度制約）、#6 Facilitation（促進）、#7 Fire（火）。根據聚類圖譜結合高頻關鍵詞聚類表發現：

#0 Photosynthesis（光合作用）聚類：主要研究方向是不同脅迫條件下幼苗的光合特性和不同光環境對幼苗生長的影響。

#1 Boreal fores（北方針葉林）聚類：主要研究方向是北方針葉林的森林幼苗更新。

#2 Herbivory（植食性）聚類：主要研究方向是植食性動物對幼苗更新的影響。

#3 Susceptibility（敏感性）聚類：主要研究方向是不同樹種幼苗更新階段對外界環境的抗性。

#4 Gap（林窗）聚類：主要研究方向為在不同森林林窗下的幼苗更新。

#5 Density dependence（密度制約）聚類：主要研究方向是在不同的群落結構中密度依賴性與幼苗存活之間的關系。

#6 Facilitation（促進）聚類：主要研究方向是物種間的有效競爭能快速促進森林生態恢復。

#7 Fire（火）聚類：主要研究方向是森林火災后的生態修復；森林火災后不同人為干擾條件下的幼苗更新。

2.3.3 關鍵詞突現分析

利用CiteSpace進行關鍵詞聚類突現，得出17個突現性的關鍵詞（圖6），結果表明，突現時間最長的關鍵詞是“rain forest” ，說明在2012—2018年之間森林幼苗更新領域內的學者致力于研究熱帶雨林內的木本植物幼苗更新；突現性最強的是“forest management”，說明在2012—2021年森林幼苗更新研究領域學術關注度最高的是“forest management”方向；突現時間距離現在最近的是“forest management”、“nitrogen”，說明目前該領域內的研究方向和發展趨勢是對森林經營與森林幼苗更新的關系以及幼苗更新過程中氮對其的影響研究。

2.4 文獻共被引分析

共被引用是指兩個較早的文獻被后來的文獻一起引用的頻率［49］。通過CiteSpace分析最后得到82個節點、115條連線的文獻共被引圖譜。

根據共被引圖譜（圖7）導出數據并選取出被引頻率最高的前三篇文獻（表2）。Bates等［48］優化了R的線性混合模型，得出可以在森林幼苗更新研究領域的數據計算時使用的 lme4 包lmer 函數，來確定線性混合效應模型中參數的最大似然或限制最大似然估計。Grossnickle等［49］提出了幼苗生存和成功的森林恢復涉及的造林實踐。Lenth等［50］研究得出最小二乘均值是來自線性模型的預測，或是其平均值，可以應用森林幼苗更新領域數據計算。

3 結論與展望

森林幼苗更新在森林生態恢復中有著重要的意義。本研究利用CiteSpace軟件分析了該領域內的研究現狀和演變趨勢并得出以下結論：

森林幼苗更新相關研究論文數量總體呈上升趨勢，說明了森林幼苗更新研究越來越被重視。目前美國處于發文量領先地位，發文量最多并且與其他國家的合作最密切，其次是巴西和中國。

在森林幼苗更新領域形成了Jacobs、Dey、Nenlson等核心團隊。其中Jacobs的團隊在該領域中發文量最多，他們團隊主要研究森林幼苗更新與生態恢復理論，這些作者在該領域具有較大的影響力，推進了該領域的研究。

森林幼苗更新研究領域內近十年的主要關注的是不同脅迫條件下幼苗的光合特性和不同光環境對幼苗生長的影響；北方針葉林的森林幼苗更新；植食性動物對幼苗更新的影響；不同樹種幼苗更新階段對外界環境的抗性；不同森林林窗下的幼苗更新；在不同的群落結構中密度依賴性與幼苗存活之間的關系；物種間競爭能快速促進森林生態恢復；森林火災后的生態修復；森林火災后不同人為干擾條件下的幼苗更新。

森林更新領域高被引前三的文章有兩篇關于計算模型。模型的優化為森林幼苗更新研究提供了重要的技術支撐，幼苗更新研究領域的數據處理離不開數學模型與計算機技術的支持，該項技術促進了幼苗更新領域的研究。

根據當前結論，從中發現對于幼苗更新的研究仍存在許多未解決的問題，例如，幼苗更新的生態功能及其對生態系統健康的影響；不同環境因素對幼苗更新的影響及其作用機制；幼苗更新的影響因素及其與地上環境和土壤環境的相互作用。幼苗更新的生態恢復及其在生態系統管理中的應用。因此，未來研究應重點關注以下幾個方面：

不同木本植物幼苗種類和生長條件下的生物交互作用更新模式，并探討其對植物群落結構和功能的影響。當前地上環境對木本植物幼苗更新影響研究已較為明確，但是對幼苗-土壤反饋所形成的生物交互作用更新模式研究不夠完善，需要進一步探究其作用機制和影響效果。

環境變化對幼苗更新的影響，以及植物如何適應和應對環境變化。隨著全球氣候變化加劇，環境因素如溫度、降雨等對植物幼苗更新的影響越來越顯著。這些環境因素的變化可能會影響幼苗的生長速度、適應性和抗病能力。

幼苗更新的生態功能，包括對土壤微生物多樣性的影響、對土壤多功能性的貢獻等。幼苗更新是植物生態系統中的重要環節，對于維持生態平衡和生態服務功能具有重要意義。

加強跨學科合作。幼苗更新涉及植物學、土壤學、環境科學等多個學科的領域。未來的研究需要加強跨學科的合作，綜合運用多學科的知識和最新的科技，如遙感技術、GIS、大數據等來研究和監測幼苗更新，提高研究的精確度和效率。

（責任編輯：段麗麗 嚴秀芳 胡吉鳳 于慧梅）

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Based on the 2012—2021 English Literature Metrology Analysis of the Forest Seedling Research Progress Update

Yan Xiyu1，Zhang Guangqi1，2*，Zang Lipeng1，2，Liu Qinfu1，2，Chen Danmei1，2，Sui Mingzhen1，2

（1.Forestry College/Forest Ecology Research Center， Guizhou University，Guiyang 550025， Guizhou， China；2.Guizhou Libo Obvervation and Research Station for Karst Forest Ecosystem，National Forestry and Grassland Administration，Libo 558400， Guizhou， Chnia）

Abstract：

Forest renewal is an important ecological process to maintain the stability of forest community structure. Seedling regeneration is one of the ways of forest renewal， and also an extremely important stage in the forest growth process. It is the key link of forest community succession. Understanding the research progress of woody plant seedling regeneration is helpful to understand the mechanism of forest community renewal and succession. In this paper， 3598 articles in the Web of Science core collection database from 2012 to 2021 were visually analyzed. By constructing scientific knowledge map， tease out the change of the forest seedling update research literature， the author and institutions and hot keywords results from the perspective of included paper， quantitative， objective and scientifically described the 2012—2021 forest seedlings update research status and research hotspot， intuitively reflect the forest seedlings update research network， structure， cross and the complex relationship between knowledge group， illustrates the present situation and development trend of forest seedlings， to promote woody plant seedlings update further research， and related scholars concise research trend and scientific problems to provide reference information.

Keywords：

natural regeneration；CiteSpace；ecological restoration；seedling