動物學Zoology主題研究發展與趨勢的可視化分析

劉瑩靜，張潤志

（中國科學院 動物研究所，北京 100101）

動物學Zoology主題研究發展與趨勢的可視化分析

劉瑩靜，張潤志

（中國科學院 動物研究所，北京 100101）

以1900～2013年 Web of Science (WOS)收錄的動物學（Zoology）為主題的文獻為數據源，借助WOS 分析功能和CiteSpaceⅡ信息可視化軟件，對數據進行共引、聚類以及突變分析，揭示動物學中Zoology主題研究的優勢國家和地域，追蹤和揭示領域前沿和熱點。結果發現：縱深發展形成了動物系統學和保護生物為基礎的兩個前沿和趨勢， 形成了“中國”、“新物種”等研究熱點，我們應以此為契機，進一步加強與國際的交流合作，將動物進化學和保護生物學有機結合，提出具有創新性及重大影響的新理論，進一步推動我國動物學的前沿領域發展。

動物學；Zoology主題；熱點；前沿；CiteSpaceⅡ

動物學是研究動物體的形態結構和有關生命活動規律的科學，根據對各種特殊矛盾的研究，形成了從分子、細胞、組織、器官、個體、群體、群落、生態系統等多層次的縱向研究體系（張訓蒲 2008），根據研究內容和方法的不同，建立了動物形態學、分類學、生理學、生態學、實驗動物學和保護動物學等不同的橫向分支學科（陳樟福等 1985）。動物學作為生命科學理論體系的最重要組成部分，仍在繼續不斷地形成許多新的分支學科或前沿學科，不斷地發現和解決生命科學的重大理論問題（王祖望等 1995）。

動物學內容廣博深入，支系龐大，本文僅從宏觀意義上就Zoology主題研究進行探討,引入CiteSpaceⅡ軟件，對收錄在Web of Science (WOS)數據庫中的“Zoology”為主題詞的動物學研究成果進行分析總結，以期為揭示Zoology主題研究發展的軌跡、趨勢以及我國在國際相關領域的地位，提供有價值的信息。

1 材料和方法

研究文獻數據來源于美國科學信息研究所(Institute for Scientific Information，ISI)出版的Web of science（WOS）數據庫（截止2013年10月17日）收錄的主題詞為Zoology的1900～2013年研究論文，引文數據庫包括SCI-EXPANDED、CPCI-S、CCREXPANDED、IC，共得到1785條結果。通過對檢索結果進行核對，選取其中1161篇期刊論文文獻作為數據分析的主要依據。

結合W O S分析，利用美國德雷塞爾大學CiteSpaceⅡ軟件（http://cluster.ischool.drexel. edu/～cchen/citespace/download.html）進行分析，節點類型分別選擇Cited Author、Author和Institute、Country、Cited reference、Category、Keyword等，通過作者共被引、作者合作與機構、國家共現網絡、文獻共被引、交叉學科、關鍵詞共現和突變等分析方法，對Zoology主題研究的歷史、動態和發展趨勢進行分析。

2 結果與分析

2.1 學術論文的歷史過程

在整個Zoology主題研究結果報導的110多年的歷史中，很明顯可以分成3個階段（圖1）。第一階段為1900～1929年，WOS發文總量113篇，年均發文量達到3.8篇。第二階段為1930～1989年，在這60年時間里，WOS發文量僅為22篇，年均不足0.5篇，是整體研究的低谷期。第三階段為1990年至2013年10月17日，在這24年中WOS發文總量為1026篇，年均達到42.6篇，最高峰出現在2011年，當年發表論文146篇。1990年以后發表論文數量快速增長，1990～1999年年均12.9篇，2000～2009年年均41.8篇，2010～2012年年均達到139篇，是前10年發表論文數量的3.3倍以上（2013年為統計不完全年）。

研究論文被引情況和發表數量的規律是一致的，只是發文量增長相對于總被引頻次的增長在時間上呈現滯后趨勢。Zoology主題研究論文被引頻次為6995次，1900～1989年的90年間發表論文的年均被引頻次很少，為2.3次/年；1990年以后論文被引用頻次呈快速增加態勢，1990～1999年平均被引頻次為62.4次/年，2000～2009年290次/年，2010～2012年802次/年。總被引頻次高峰出現在發文量最高峰（2011年）的第二年即2012年，達到972次。

從單篇平均被引頻次看，篇均被引頻次為5.49次。1900～1989年90年間發表論文的篇均被引頻次很少，為1.6次；1990年以后論文被引用頻次呈快速增加態勢，1990～1999年篇均被引頻次為4.8次，2000～2009年為6.9次，2010～2012年為5.8次。h指數為33，表明每篇被引用了至少33次的論文總共有33篇。

圖1 相關研究論文發表與被引情況

2.2 重要人物及優勢地域分析

2.2.1 高產出作者分析

WOS作者發文量分析中，去掉匿名作者（47篇），共有261人發表相關研究論文1227篇（含113篇合著論文）。（表1）

表1 高產出作者

排在第1位的是Qiao GX（喬格俠，中國科學院動物研究所，主要研究半翅目蚜蟲類的系統分類、系統發育）；第2位是Huang DW（黃大衛，中國科學院動物研究所，主要開展昆蟲綱膜翅目小蜂總科分類及榕樹與榕小蜂共生體系的研究）；第3位是Zhou HZ（周紅章，中國科學院動物研究所，主要研究鞘翅目重要類群的系統分類學和生物多樣性）；第4～10位分別是Li SQ（李樞強，中國科學院動物研究所，研究方向為無脊椎動物生物多樣性的特點和多樣性的形成機制）、Ashworth JH（英國愛丁堡大學，研究領域為動物細胞及微生物學）、Zhang GX（張廣學，中國科學院動物研究所，主要研究蚜蟲系統分類、系統發生演化理論和害蟲綜合治理）、Zheng ZM（鄭哲民，陜西師范大學，主要進行昆蟲分類，蝗蟲生態及防治研究）、Zhang YZ（張彥周，中國科學院動物研究所，方向為中國跳小蜂分類與系統學研究和寄生蜂與寄主之間的協同進化）、Dubois A（法國自然歷史博物館，研究方向為爬行動物和兩棲動物的分類及系統進化）、Zhang RZ（張潤志，中國科學院動物研究所，研究方向為鞘翅目象蟲總科系統分類及外來種昆蟲的鑒定、預警與檢疫）。前十位作者平均發表Zoology主題論文16篇，占總數的近1/8，是國際Zoology主題論文發表的主要貢獻者。

2.2.2 重要歷史人物分析

圖2 重要人物及優勢地域

在CitespaceⅡ軟件作者共被引分析中，共被引頻次越高，作者的學術相關性越強，節點越大，表明作者在該領域的影響力越突出（White 2003）。（圖2）圖2a顯示，德國科學家麥爾（Mayr E）節點最大，是Zoology為主題的宏觀動物學研究領域共被引頻次最高的作者，他與被引率第四位的美國動物學家辛普森（Simpson GG）提出的進化系統學理論得到較高關注，該理論運用同源相似性比較的特征分析法對種群、物種進行分類，是動物學發展史上的重要事件，形成了動物系統學的三大理論之一；英國生物學家查爾斯·羅伯特·達爾文（Darwin C）共被引作者分析被引頻次位于第二，他在1859年發表的《物種起源》（The origin of species）（Darwin 1859），闡述了生物進化思想，論證了現存各種生物是由一個或幾個原始類型逐漸進化而來的，揭示出各種生物之間的親緣關系，證明了自然選擇是生物進化的真正動因，摧毀了唯心的“神造論”和“物種不變論”，奠定了進化論的理論基礎。作者共被引率位于第三位的是法國動物學家努利（Remaudiere G），他在昆蟲病原真菌的分類和特異性等方面的研究得到了很高關注。英國自然歷史博物館的昆蟲學家諾伊斯（Noyes JS）排在第五位，主要開展膜翅目小蜂科分類及生物多樣性等研究。

2.2.3 學科帶頭人與優勢機構分析

表2 機構發文數量

CiteSpaceⅡ軟件可通過“年輪”的厚度和顏色形象地表示各地域的發文數量及時間。每一個節點代表一個國家、機構或個人，節點越大，表示發文量越多、影響越大。

本文利用機構與合著者知識圖譜分析，來進一步了解Zoology為主題的宏觀動物學研究領域的學科帶頭人和研究團隊的分布狀況。

圖2b顯示，相關動物學研究領域的國際合著機構有1048個節點，535條連線。合著最多的機構中國科學院發文量158篇（表2），占全球的14%，領先于第二位的加利福尼亞大學，以及哈佛大學和英國國家自然歷史博物館等國際著名機構。不同的合著聚類形成不同的合著頻次，在Zoology主題研究中，發文量最多的作者是中科院動物研究所的喬格俠研究員（31篇），進行半翅目蚜科不同屬種不同方法的系統研究，形成了3次不同的高頻合著；發文量第二位的黃大衛研究員（21篇），通過對膜翅目小蜂科不同小蜂屬種的分類鑒定，以及小蜂與榕樹系統的關系研究，形成了動物學Zoology主題研究領域2次不同的高頻合作。

2.2.4 優勢國家分析

圖2c連線表示國與國之間的合著聯系，連線越多，表示國際合作越多。國家共現網絡有82個國家、69條線，主要形成了2個相對明顯的Zoology主題研究國際合作的聚類。首先是以美國為中心的研究合作網絡，合作發文285篇，另一個是中國以Zoology為主題的宏觀動物學研究網絡，合作發文238篇，表明中國和美國已成為Zoology主題研究領域最重要的兩個國家。節點的中心性對于衡量節點在社會網絡中不同位置的重要性提供了一種方法（Chen 2006），中心性最高的是美國為0.28（表3），與發文量較高的英國、德國、加拿大、日本等多個國家都有密切的合作，形成了明顯的國際合作網絡。中國以Zoology為主題的宏觀動物學研究被WOS收錄文獻最早從1997年開始，與美國相差近一個世紀，經過16年的發展，我國發文數量目前已位居世界第二，成為全球主要研究國之一，但國際合作中心性顯示僅為0，表明我國相關Zoology主題研究合作多集中在本土，我國與國際合作聯合發文數量少或不占據主導作用，由于學科的縱深發展與相互滲透，我國要在國際社會網絡中形成核心地位，需進一步加強國際合作。

表3 優勢國家分布統計

2.3 學科基礎、熱點與前沿分析

2.3.1 基礎分析

知識基礎分為兩類，一類是早期奠基性文獻，另一類是共被引頻次和中心性比較高的關鍵文獻（支鳳隱等 2013）。對Zoology為主題的宏觀動物學研究領域的知識基礎進行分析，得出512篇被引參考文獻（WOS論文引用文獻的延伸），不同的參考文獻對應相應的主題（圖3a），這些參考文獻形成了動物學研究的理論基礎。被引年代最早的奠定性文獻是1775 年Fabricius JC發表的SYSTEMA ENTOMOLOGICA，關于昆蟲系統學中昆蟲屬種姊妹群觀察與描記的專著（Fabricius 1775），這部專著歷經近250年仍被引用，這在其他學科中是少有的。文獻中關注度高、共被引頻次位于前三位的分別是Altman J于1974年在BEHAVIOUR發表的“行為觀察研究：抽樣方法”研究論文（Altman 1974）、1994年由Andersson M撰寫普林斯頓大學出版的SEXUAL SELECTION專著（Andersson 1994），以及Remaudiere G撰寫法國農業研究所1997年出版發行的專著CATALOGUE WORLDS APH（Remaudiere 1997），它們已經成為動物學研究高被引用率的經典文獻。

2.3.2 相關學科分析

21世紀動物學發展不斷拓展延伸，除系統動物學和動物地理學、動物形態學、動物生理學、動物生態學、動物行為學、保護生物學和發育生物學組成了動物學的基礎學科外，形成了并仍在繼續不斷地形成許多新的分支學科，不同層次和同一層次之間又有許多交叉學科（宋大祥 1996）。圖3b和表4顯示，與Zoology為主題的宏觀動物學聯系最密切的有科學與技術學（160頻次）、綜合科學（158頻次）、昆蟲學（104頻次）、生物學（102頻次）、生命科學和生物醫學（102頻次）、環境科學與生態學（61頻次）、生態學（50頻次）、科學史與科學哲學（41頻次）、海洋與淡水生物學（39頻次）等由223條線相互聯系的121個學科。

表4 學科交叉相關性分析

從Zoology主題研究相關學科中心性來看（表5），計算機科學是聯系各學科的重要技術手段和方法，中心性最高為0.35；動物學科中心性0.13，其學科網絡地位等同于物理學，在生命科學和醫學之后，高于數學、環境科學、發育科學、地球科學、管理學、農學、考古、社會科學、建筑學、生理學和生態學等學科，表明動物學在各學科研究網絡聯系中占據突出位置、具有重要作用，進一步證實宋大祥院士提出的觀點，即從學科的范疇來看，動物學（Zoology）與幾乎所有生命和非生命科學中的領域都有聯系；從對人類生存和生活的關系來看，動物學又是解決環境、資源、疾病預防和治療中許多問題的基礎，人類的進步有賴于動物學的不斷發展（宋大祥 1995）。

表5 交叉學科中心性分析

2.3.3 研究熱點分析

表6 熱點詞匯

利用文獻中的高頻關鍵詞來確定某一領域的研究熱點，圖譜中每個方形的節點代表一個研究主題，節點越大，表示出現的頻次越高，受關注的程度越大。圖3c顯示Zoology主題研究涉及800個研究主題、2445條連線，節點最大、出現頻次最高的是“新物種”（112）和“中國”（100），進一步說明我國地大物博，生物多樣性十分豐富，我國新物種的分類和鑒定是動物學研究的一項十分重要的工作，也是全世界Zoology主題研究領域的熱點。但熱點并不完全等于前沿，關于動物分類的研究，發達國家已經持續200多年，動物資源的家底已基本摸清。而我國的動物分類僅僅有幾十年的歷史，未知的種類遠遠大于已知種類，有些動物物種可能在我們尚未認識之前已經滅絕。

因此，加快動物資源的調查，以“只爭朝夕”的精神搶在許多物種滅絕之前加以認識、保護和利用，是當前我國宏觀動物學家面臨的一項緊迫任務（王祖望等 1995）。

除“動物學”之外，“進化、“分類”、“行為”、“保護”、“生態”、“雌雄淘汰”、“形態學”、“物種形成”、“系統發育”、“鳥類”、“甲蟲”、“蚜蟲”、“動物聲學”、“生物學”、“生物多樣性”等都是Zoology主題研究領域的熱點問題（表6）。這也進一步驗證了王祖望和黃大衛研究員1995年提出的“宏觀動物學家在大空間、時間尺度上研究動物生命現象，不僅記述和分析各式各樣的生命多樣性等，而且探索多樣性的發生、發展過程和進化趨勢”（王祖望等 1995）。

2.3.4 前沿趨勢分析

一組突現的動態概念和潛在的研究問題往往形成一個學科領域的前沿問題。CiteSpace軟件通過膨脹詞探測(burstdetection)技術和算法，考察詞頻的時間分布，將其中頻次變化率高的詞(burstterm)從大量的主題詞中探測出來，依靠詞頻的變動趨勢，而不僅僅是頻次的高低（侯海燕等 2006），來確定Zoology主題研究的前沿領域。CiteSpace可以生成強調研究前沿和知識基礎間的順時模式時區視圖（劉則淵等 2008），根據節點首次被引用的時間，節點被放在不同的時區中，所放位置的高度依次增加（楊國立 2008）。同節點一樣，前沿術語的大小是根據其在網絡中的中心性大小來決定的。我們在Zoology為主題的宏觀動物學研究前沿分析中發現，1900～1989年未探測到突變詞，表明在這90年間沒有檢測到一個相關研究興趣的突然增長；1990～2013年探測到797個突變專業術語，由圖3d以及數據表7可以看出，中心度大于0.05的主題詞有18個，根據時區分布、突變頻次和中心度大小來分析相關Zoology主題研究前沿的演化趨勢和歷程，大致可以分為2個階段。

表7 前沿領域關鍵詞（不同時間階段按中心性排序）

第一階段，二十世紀90年代，Zoology為主題的動物系統學研究的高突變增長。1992年提出的evolution（進化）和taxonomy（分類）主題詞，中心度最高達到了0.22和0.17，突變頻次也達到了74和72，這表明動物進化與分類學研究在現代Zoology主題研究領域既是研究熱點也是研究前沿和趨勢，動物進化是動物學最基本的核心概念，動物進化論現在比過去任何時候都更深刻地對動物學理論和實踐產生著重大影響（王祖望等 1995），也再次強調了動物分類是動物科學基礎的基礎，動物學的全部研究工作均離不開對研究對象物種的正確鑒定（徐劍 1999）。除此之外，中心度較高的前沿領域主題詞還包括關于phylogeny（系統發育）、systematics（系統學）、history（歷史演進）的研究方法和評價；new species（新物種）、new genus（新屬）分類理論的改進；birds（鳥類）、hymenoptera（膜翅目）、metazoa（后生動物）等類群的研究。進一步驗證了宋大祥院士1996年提出的宏觀動物學主攻方向：將繼續重視分類區系研究，評價生物間和動物界各門的親緣關系，進化過程中大規模變化、形成的問題，多樣性和同一性動物的分布格局和進化過程分類理論的深化和改進（宋大祥 1996）。

第二階段，二十一世紀初，保護生物學的發展階段。2001～2002年提出包括biology（生物學）、ecology（生態學）和biodiversity（生物多樣性）以及2011年提出的competition（競爭）等保護生物學領域的主題詞，中心度較高，形成了在中心度和突變頻次上僅次于動物系統學研究的前沿領域。保護生物學是迫于環境惡化、物種滅絕加速而產生的一門學科交叉的綜合性新興學科，1978年由生態學家米切爾·蘇勒(MichelSoule)首次提出。保護生物學將純科學與管理相結合，論述全世界生物多樣性面臨嚴重危機及如何保護生物多樣性（張恒慶 2009），基本過程包含拯救生物多樣性，研究生物多樣性以及合理利用生物多樣性。它的概念己經從單一物種的保護發展到整個自然生態環境的保護和生物多樣性的保護。因此它需要動物分類學家鑒定需保護的分類單元，需要種群生態學家估測種群滅絕風險，需要資源管理專家制定保護計劃等（陳道海 1999）。野生動物類群作為生態系統中的最基本、最活躍、對環境變化敏感的部分，保護生物學已成為了Zoology主題研究的焦點與前沿之一。

圖3 學科基礎、熱點與前沿分析

3 討論

動物學作為一門基礎學科，它與各學科都有密切的聯系和交叉，在各學科研究網絡聯系中具有重要的作用和位置。Zoology為主題的宏觀動物學形成了動物系統學和保護生物為基礎的兩個前沿領域和趨勢，這兩個前沿分支學科從不同層面和不同角度進行交叉，以不同的方法和手段研究和解決動物學研究乃至全球的重大問題。我國宏觀動物學的發展，一方面由于學科的專屬性，亟需培育我國本土的優秀動物學專家，另一方面由于動物學科向其他學科的快速滲透及分支學科的發展，我國需要在國際社會網絡中形成主導和中心地位，引領國際動物學的發展，這是我國動物學發展的方向也是目前面臨的最大挑戰。挑戰與機遇并存，隨著國內科技與經濟的快速發展，我國Zoology主題研究已在國際動物學研究領域形成了明顯的聚類優勢，形成了以“中國”、“新物種”為熱點的國際研究潮流，我們應該把握形勢、以此為契機，進一步加強與國際的交流合作，將動物進化學和保護生物學有機結合，著重創造我國本土的新方法和技術，提出具有創新性及重大影響的新理論，進一步推動我國動物學的前沿領域發展，打造我國在國際動物學研究網絡中的核心地位。

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（責任編輯：張 萌）

Development and Trend of Zoological Researches with 'Zoology' Subject-Based on Visualization Analysis of Web of Science

LIU Yingjing，ZHANG Runzhi
(Institute of Zoology，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101)

Based on the literatures with "Zoology" subject that published in the Web of Science (WOS) from 1900 to 2013, we identified primary research centers, representative authors and major focuses for 'zoology'

subject by co-citation analysis, clustering analysis and burst analysis using the visualizing pattern and trends analysis in software CiteSpaceⅡ and the analysis function of WOS. These results may help us trace and reveal current and future fronts and hotspots. Depth development of it formed the systematic and conservation biology two fronts and trends, and the hot spots of 'China', 'new species'. We should grasp the situation and take this opportunity to further strengthen communication and cooperation with the international, and combine the research fields of zoological system evolution and conservation biology, in order to further promote the development of China's zoology frontier, and build core position in international zoological research network.

Zoology；Zoology subject；Hot research topics；Research fronts；CiteSpaceⅡ

Q95;TP391

A

10.3969/j.issn1003-8256.2015.02.011

國家自然科學基金項目（NO.Y311711135）

劉瑩靜（1979-），女，河北承德人，工程師，研究方向：動物學及學科分析；張潤志（1965-），男，北京人，研究員，博士生導師，重點實驗室主任，研究方向：動物學研究。