國際生物土壤結皮研究發展態勢文獻計量分析

賀郝鈺，侯春梅，遲秀麗，黃愛華

(中國科學院國家科學圖書館蘭州分館，中國科學院資源環境科學信息中心，蘭州 730000)

國際生物土壤結皮研究發展態勢文獻計量分析

賀郝鈺*，侯春梅，遲秀麗，黃愛華

(中國科學院國家科學圖書館蘭州分館，中國科學院資源環境科學信息中心，蘭州 730000)

生物土壤結皮是荒漠生態系統組成和地表景觀的重要特征。近年來，各國和各相關研究機構對生物土壤結皮的研究力度不斷加大。利用Bibexcel和NetDraw等文獻計量工具，對Web of Science數據庫中國際生物土壤結皮研究相關文獻進行了分析。在對主要國家和機構的發文進行統計分析后發現：美國、德國和西班牙等國的生物土壤結皮研究論文的綜合影響力較高；胡安·卡洛斯國王大學和美國地質調查局等機構的論文影響力較大；中國生物土壤結皮研究論文在總量上優勢明顯，但高質量論文不多；國際生物土壤結皮研究的主要研究熱點集中在騰格里沙漠等沙漠地區，氮循環研究和微生物群落研究是研究的重點。

生物土壤結皮；文獻計量；Web of Science數據庫

生物土壤結皮(Biological Soil Crust，BSC)是由土壤微生物、藻類、地衣和苔蘚植物等孢子植物類群與土壤形成的有機復合體，它的形成使土壤表面在物理、化學和生物學特性上均明顯不同于松散沙土，具有較強的抗風蝕、水蝕功能，也是干旱荒漠地區植被演替的重要基礎[1- 3]。生物土壤結皮是荒漠生態系統組成和地表景觀的重要特征，其在干旱半干旱地區生態修復過程中發揮著重要作用。

20世紀90年代以后，生物土壤結皮在荒漠生態恢復中的作用受到了重視[4- 6]，科研人員對其的研究越來越多，文獻數量不斷增長。本文采用內容挖掘技術，通過文獻計量方法對生物土壤結皮研究進行統計分析和內容挖掘，分析該領域的發展現狀和態勢，捕捉世界范圍內該領域的前沿和研究熱點。

文獻計量方法作為一個成熟的工具已經廣泛應用于各個學科，近幾年開始有國外學者將此方法應用于生態系統研究領域[7- 8]。

本文采用的分析工具包括Bibexcel和NetDraw專利分析平臺。Bibexcel是瑞典科學家佩爾松(persson)開發的文獻計量學研究軟件，用于幫助用戶分析文獻數據或者是文本類型格式的數據，實現引文分析。NetDraw軟件是由美國肯塔基州立大學Steve Borgatti教授開發的一款社會網絡分析軟件，它具有直觀的圖形化顯示功能和優秀的開放兼容性，目前已被廣泛應用于社會網絡分析研究中[9]。

1 生物土壤結皮研究文獻總體情況

1.1 年代變化分析

科學文獻是記錄科研成果的重要形式，對某一學科論文發表年份進行統計就可以從時間上了解該學科的發展歷程。在對近30年來生態系統研究相關文獻進行統計后發現，于2013年9月12日檢索，在1990—2013年的33年中， Web of Science數據庫中發表的生物土壤結皮研究論文數量除個別年份略有波動之外，整體呈穩步增長趨勢。其中，1990年、1991年、1993年和1995年沒有相關文章發表(圖1)。

本文主要以Web of Science中檢索到的2010—2013年的275篇生物土壤結皮研究文獻為分析重點。檢索式為：主題詞=(“biological soil crust” or “biological soil crusts”)，文獻類型為ARTICLE。檢索時間為2013年9月12日，下載引文數據，并保存為文本文檔，將其作為本文的研究對象。

圖1 1990—2013年Web of Science數據庫中的生物土壤結皮研究論文的數量變化Fig.1 The change of the number of papers on biological soil crust research based on the Web of Science during 1990—2013

1.2 來源期刊分析

通過對某領域研究論文所在期刊的分布進行分析可以確定該領域的核心期刊，為讀者提供相關指導，指導作者投稿，并為該領域研究者對該領域相關文獻的搜集和管理提供一定的依據[10]。

2010—2013年中，在Web of Science數據庫中收錄土壤生物結皮研究相關研究論文較多的10個期刊為：《干旱環境雜志》(JournalofAridEnvironments)、《土壤生物學和土壤生物化學》(SoilBiologyBiochemistry)、《連鎖：土壤科學-水文學》(Catena)、《植物和土壤》(PlantandSoil)、《國際土壤科學雜志》(Geoderma)、《歐洲土壤生物學雜志》

(EuropeanJournalofSoilBiology)、《應用土壤生態》(AppliedSoilEcology)、《干旱區研究和管理》(AridLandResearchamdManagement)、《聯合會微生物生態學》(FEMSMicrobiologyOgyEcology)和《生態系統》(Ecosystems)，如圖2所示。

圖2 Web of Science數據庫中發表國際生物土壤結皮研究相關論文最多的期刊Fig.2 Jouranl that have the most pubilcations in the biological soil crust research on the Web of Science databases

2 生物土壤結皮國際研究力量分析

2.1 主要研究國家

2.1.1 主要研究國家發文情況

按照全部作者統計，在2010—2013年4年中，Web of Science數據庫中生物土壤結皮研究文獻發文量前10位的國家是：美國、中國、西班牙、德國、澳大利亞、以色列、加拿大、英國、意大利、南非，如圖3。美國發文量居全球之首，總計有106篇生物土壤結皮研究論文有美國的參與，大約占全部論文的38.54%，在該研究領域占據主導地位。

圖3 2010—1013年Web of Science數據庫中各主要國家生物土壤結皮研究發文量變化(發文量前10位的國家)Fig.3 The change of the number of papers of major countries on biological soil crust research based on the Web of Science batabases during 2010—2013 (top 10 countries based on the number of papers)

在發文量前10的國家中，美國、中國、西班牙和德國的論文總被引頻次較高，均超過100次，其中美國和西班牙的論文總被引頻次都超過了200次；西班牙、南非、德國、英國、美國和以色列的篇均被引頻次較高，篇均被引均大于3.00次/篇；西班牙高被引論文(被引頻次≥10)最多，為10篇；從高被引論文所占比例來看，高被引論文占其發文總量超過10%的國家有西班牙、德國、以色列和南非(表1)。從總被引次數、篇均被引頻次和高被引論文等指標綜合來看，美國、德國和西班牙的生物土壤結皮研究論文的綜合影響力較高。

中國雖在發文量指標上有一定的優勢：發文量70篇，排在第2位。但在總被引頻次、篇均被引頻次和高被引論文等重要指標上均處于劣勢：總被引頻次138次，在10個國家中排在第4位；篇均被引頻次為1.97次/篇，在10個國家中僅位列第9位；高被引論文數量2篇，與以色列并列第4位；高被引論文所占比例為2.87%，排在第7位。總體相對來看，我國在2010—2013年被Web of Science數據庫收錄的土壤生物結皮研究論文的相對平均質量不高，綜合影響力不足。

表1 Web of Science數據庫中各主要國家生物土壤結皮研究發文量變化(發文量前10位的國家)(按發文量排序)

Table 1 The top 10 countries based on the number fo papers on Biological Soil Crust research in Web of Science batabases (sequence based on the number of papers)

序號No國家Country發文量Documentnumber總被因次數Totalofcited(number)篇均被引頻次Averagecitationsperpaper(number/paper)被引頻次≥10的論文Citationfrequency≥10(number)被引頻次≥10的論文所占比例Citationfrequency≥10(%)1美國1003643．6499．002中國701381．9722．873西班牙472896．151021．284德國391724．41820．515澳大利亞22492．2314．506以色列16543．38212．57加拿大13312．38008意大利9121．33009英國6233．830010南非6305．00116．67

2.1.2 主要研究機構發文情況

按照全部作者統計，2010—2013年Web of Science數據庫中生物土壤結皮研究論文發文量較多的10個機構依次是中國科學院(Chinese Academy of Sciences)、胡安·卡洛斯國王大學(Universidad Rey Juan Carlos)、西班牙國家科學研究理事會(Consejo Superior de Investigaciones Cientificas)、美國地質調查局(United States Geological Survey)、加州大學(University of California System)、德阿爾梅里亞大學(Universidad de Almeria)、亞利桑那州立大學(Arizona State University)、耶路撒冷希伯來大學(Hebrew University of Jerusalem)、美國能源部(United States Deparement of Energy DOE)、加州大學河濱分校(University of California Riverside)(圖4)。

在這些發文量較多的機構中，胡安·卡洛斯國王大學、美國地質調查局和加州大學等機構的篇均被引頻次較高，這些機構發表的論文篇均被引均超過6次/篇；發表高被引論文(被引頻次≥10次)最多的機構是胡安·卡洛斯國王大學，有9篇高被引論文;從高被引論文所占比例來看，胡安·卡洛斯國王大學和美國地質調查局的高被引論文所占比例較高，在所發表的論文中，均有超過20%的高被引論文(表2)。

2.1.3 主要國家、機構和作者的合作情況

隨著大科學時代的到來，各個科研領域的國際間合作越來越多，生物土壤結皮研究也不例外，呈現出較強的國際合作態勢。在研究科學合作時，最常用的指標是合作度。本文從機構層面和國家層面進行分析。它們分別指某領域中文章的機構或國家的平均個數，具體定義如下[11]：

圖4 2010—2013年Web of Science數據庫中主要研究機構生物土壤結皮研究發文量變化(按發文量排序)Fig.4 The change of the number of papers of major research institutes on biological soil crust research based on the Web of Science databases during 2010—2013 (sequence based on the number of papers)

Table 2 The number of cited times of papers of major institutes on biological soil crust research based on the Web of Science databases during 2010—2013 (sequence based on the number of papers)

序號No機構Institution發文量Documentnumber總被引次數Totalofcited(number)篇均被引頻次Averagecitationsperpaper(number/paper)被引頻次≥10的論文Citationfrequency≥10(number)被引頻次≥5的論文所占比例Citationfrequency≥5(%)1中國科學院551212．223．632胡安·卡洛斯國王大學262198．42934．623西班牙國家科學研究理事會211024．86314．294美國地質調查局201326．60420．005加州大學系統15906．00213．336德阿爾梅里亞大學13614．6917．697亞利桑那州立大學11454．0919．098耶路撒冷希伯來大學11343．0919．099美國能源部9222．440010加州大學河濱分校9242．6700

(1)

(2)

式中：CI，CC分別表示機構合作度、國家合作度；βi,γi分別表示每篇文章的機構數和國家數；N表示該領域的文章總數。根據公式(1)和(2)的定義，分別計算氣候政策建模領域2個層面的合作度(圖5)。從圖3中可以看出，2個層面的合作度都呈現上升趨勢，這表明此領域的研究規模不斷擴大，合作關系更加密切?？傮w上看，2個層面的平均合作度為2.55和1.16；即生物土壤結皮研究領域中，平均每篇文獻有2.55個機構和1.16個國家。

圖5 生物土壤結皮研究領域合作度Fig.5 Collaboration degree in biological soil crust research

3 國際生物土壤結皮研究熱點分析

3.1 學科分布

從學科分布角度看，生物土壤結皮研究是一個多學科交叉的領域，主要涉及生態學、環境科學、土壤科學、植物學、地球科學、微生物學、水資源、地球物理、淡水生物學、林學、農學和生物多樣性保護(表3)。生物土壤結皮研究論文涉及學科所占的比重見圖6。

表3 2010—2013年生態系統研究主要涉及的研究領域

圖6 2010—2013年生物土壤結皮研究領域涉及的學科領域Fig.6 The major research areas of biological soil crust research in 2010—2013

3.2 關鍵詞分析

關鍵詞是制作使用索引時，所用到的詞匯，通過分析關鍵詞的變化可以全面把握該學科發展的動態過程、特點和規律。通過對某一研究領域高頻關鍵詞的分析，可以很好地反映出該領域的研究熱點和未來的發展趨勢?？梢酝ㄟ^分析關鍵詞之間的親疏關系，進而分析這些詞所代表的學科或主體的研究重點[10]。

通過對關鍵詞出現頻率的分析，發現出現頻次最高的前15個關鍵詞依次是：生物土壤結皮(biological soil crusts)、藍藻細菌(cyanobacteria)、地衣(Lichens)、騰格里沙漠(Tengger Desert)、氣候變化(climate change)、徑流(Runoff)、干擾(disturbance)、固氮作用(nitrogen fixation)、沙漠(desert)、光合作用(photosynthesis)、苔蘚(Moss)、滲透(infiltration)、科羅拉多高原(Colorado Plateau)、沙丘(sand dune)、旱地(drylands)(圖7)。

圖7 國際生物土壤結皮研究前15個關鍵詞及出現頻次Fig.7 The frequency of the top 15 keywords on international biological soil crust research

為了獲得國際生物土壤結皮研究關鍵詞之間的關系及其研究熱點，先用excel生成關鍵詞共現矩陣，然后用Ucinet和Netdraw可視化軟件進行可視化分析，展現關鍵詞共現網絡(圖8)，節點代表關鍵詞及共現關系。利用關鍵詞可視化圖可以直觀地反映該領域的研究熱點。

從近4年來Web of Science數據庫中發表的生物土壤結皮研究論文的可視化圖來看，生物土壤結皮的研究主要集中在騰格里沙漠等沙漠地區，氮循環研究、碳固定研究、初級生產力研究、微生物群落研究等研究是近年來的研究熱點。

圖8 國際生物土壤結皮關鍵詞共現網絡Fig.8 The Network co-occurrence graph of the keywords on international biological soil crust research

4 主要結論

通過文獻計量分析，我們發現：

(1)生物土壤結皮是一個多學科交叉的領域。此領域的文獻學科分布廣泛，主要涉及生態學、環境科學、土壤科學、植物學、地球科學等。

生物土壤結皮研究在20世紀末到21世紀初才開始受到重視，論文量逐年增多，處于穩步發展階段，該研究領域最高產的期刊是JournalofAridEnvironments。

發達國家在生物土壤結皮研究領域的實力明顯強于發展中國家;從總被引頻次和高被引論文等指標綜合來看，美國、德國和西班牙等國的生物土壤結皮研究論文的綜合影響力較高。排名前10的高產機構中，首先，胡安·卡洛斯國王大學和美國地質調查局等機構的論文發文量較多，影響力較大；其次，只有中國科學院來自于發展中國家。

(2)通過對生物土壤結皮文獻關鍵詞的詞頻分析，發現該領域研究主要集中在騰格里沙漠等沙漠地區，氮循環研究、碳固定研究和、微生物群落研究等研究是近年來的研究熱點。

中國在生物土壤結皮研究領域有了一定的發展，但要進一步擴大影響要做到：(1)在提升科研成果數量的同時，要注重質量的提升；(2)培養一批長期從事該領域的科研人員、機構，提高在該領域的影響力。

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中國科學院國家科學圖書館青年人才前沿領域基金項目“基于引文的期刊選題依據遴選模式研究——以地學領域為例”(Y200111001)；中國科學院西部之光人才項目

2014- 01- 02;

2014- 02- 18

10.5846/stxb201401020013

*通訊作者Corresponding author.E-mail: hehy@llas.ac.cn

賀郝鈺，侯春梅，遲秀麗，黃愛華.國際生物土壤結皮研究發展態勢文獻計量分析.生態學報,2014,34(4):1035- 1041.