基于文獻(xiàn)計量的生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究發(fā)展態(tài)勢分析

張靜輝，羅亞勇，2*，常宗強(qiáng)

1. 中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所奈曼沙漠化研究站，甘肅 蘭州 730000；2. 凍土工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000；3. 中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅 蘭州 730000

基于文獻(xiàn)計量的生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究發(fā)展態(tài)勢分析

張靜輝1，羅亞勇1，2*，常宗強(qiáng)3

1. 中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所奈曼沙漠化研究站，甘肅 蘭州 730000；2. 凍土工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000；3. 中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅 蘭州 730000

基于Web of Science數(shù)據(jù)庫，利用文獻(xiàn)計量學(xué)方法分析1977─2014年生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究的有關(guān)文獻(xiàn)年際變化和學(xué)科分布，重點(diǎn)研究分析2010─2014年相關(guān)文獻(xiàn)的研究力量以及合作狀況。結(jié)果表明，（1）生態(tài)系統(tǒng)碳交換是一個多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，自1977年出現(xiàn)了第一篇有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)碳交換的論文之后，文獻(xiàn)數(shù)量除個別年份略有波動之外，整體呈穩(wěn)步增長趨勢。（2）發(fā)表生態(tài)系統(tǒng)碳交換相關(guān)文獻(xiàn)較多的前15種出版物中，發(fā)文量最多的是Agricultural and Forest Meteorology；Global Change Biology、Agricultural and Forest Meteorology、Journal of Geophysical Research-Biogeosciences和Biogeosciences的論文總被引頻次較高，均超過了1 000次。（3）從發(fā)文量、總被引次數(shù)和高被引論文篇數(shù)來看，美國、德國、加拿大和法國等生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究論文綜合影響力較高；Chinese Acad Sci、Max Planck Inst Biogeochem、Harvard Univ和Univ Calif Berkeley等機(jī)構(gòu)的論文綜合影響力較高；從篇均被引頻次和高被引論文所占比例來看，瑞士、荷蘭、比利時、意大利和法國等國的論文質(zhì)量較高；Univ Calif Berkeley、Harvard Univ和Max Planck Inst Biogeochem等機(jī)構(gòu)的論文質(zhì)量較高。雖然中國在發(fā)文量上排第二位，但在篇均被引頻次、高被引論文數(shù)及其所占比例等指標(biāo)上并無優(yōu)勢。（4）國家、機(jī)構(gòu)和作者層面的合作度都呈現(xiàn)波動變化，但變化幅度并不大，呈穩(wěn)定態(tài)。

生態(tài)系統(tǒng)碳交換；文獻(xiàn)計量；Web of Science數(shù)據(jù)庫

ZHANG Jinghui, LUO Yayong, CHANG Zongqiang. Research on the Ecosystem Carbon Exchange: An Analysis Based on Bibliometrics Method [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(12): 2082-2088.

生態(tài)系統(tǒng)碳交換指生態(tài)系統(tǒng)與大氣間的CO2交換，主要包括植物光合固定碳與生態(tài)系統(tǒng)呼吸釋放碳兩個過程（Luo et al.，2006）。光合作用和呼吸作用是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支中兩個最大的碳交換過程，是影響大氣CO2濃度的關(guān)鍵生態(tài)學(xué)過程（Bond et al.，2010），其變化對全球碳循環(huán)具有重大影響。生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究不僅可用于精確測定生態(tài)系統(tǒng)的碳收支，而且將有助于改善區(qū)域和全球的碳循環(huán)模型以及預(yù)測生態(tài)系統(tǒng)對全球變化的響應(yīng)和適應(yīng)（Christina et al.，2014）。20世紀(jì)90年代以來，受國際地圈-生物圈計劃等的影響，生態(tài)系統(tǒng)碳交換對全球變化的響應(yīng)和反饋研究逐漸受到重視。

文獻(xiàn)計量學(xué)方法作為一種成熟的方法，已被廣泛應(yīng)用于各個學(xué)科（鐘偉金，2008；邱均平等，2008；劉瀟钖等，2014；魏一鳴等，2013；秦蓮霞等，2013），近年來，一些學(xué)者也將此方法應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)領(lǐng)域（賀郝鈺等，2014；王金平等，2010；張波等，2011；劉愛原等，2015；呂明權(quán)等，2015；李俊等，2014）。但是，從文獻(xiàn)計量分析的角度分析生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究現(xiàn)狀的文獻(xiàn)較少，因此，本文基于Web of Science網(wǎng)絡(luò)版數(shù)據(jù)庫，采用文獻(xiàn)計量學(xué)分析對生態(tài)系統(tǒng)碳交換有關(guān)文獻(xiàn)的年際變化、研究力量和合作狀況等進(jìn)行分析，以期了解生態(tài)系統(tǒng)碳交換的研究現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢，捕捉該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿問題。

1　數(shù)據(jù)來源

統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于美國信息科學(xué)研究所 ISI的Web of Science網(wǎng)絡(luò)版數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫是ISI建設(shè)的SCI、SSCI、A&HCI、CPCI-S和ISSHP五大引文數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)版，涵蓋了自然科學(xué)、工程技術(shù)、社會科學(xué)、藝術(shù)與人文等領(lǐng)域，是全球最大、涵蓋學(xué)科最多的綜合性學(xué)術(shù)信息資源數(shù)據(jù)庫，共收錄了9300份權(quán)威影響力的學(xué)術(shù)期刊，可以提供科學(xué)的學(xué)科分類（李俊等，2014）。

在Web of Science數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索，檢索式為：主題詞為“ecosystem carbon exchange”，文獻(xiàn)類型為 ARTICLE、PROCEEDINGS PAPER、REVIEW、EDITORIAL MATERIAL和 BOOK CHAPTER（數(shù)據(jù)庫更新時間為2015年3月12日，檢索時間為2015年3月13日）。對1977─2014年5464篇文獻(xiàn)進(jìn)行年際變化和學(xué)科分布分析，重點(diǎn)分析2010─2014年2300篇文獻(xiàn)的研究力量和合作度。

2　結(jié)果分析

2.1文獻(xiàn)概況

對Web of Science數(shù)據(jù)庫中1977─2014年生態(tài)系統(tǒng)碳交換的相關(guān)論文進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，自 1977年出現(xiàn)了第一篇有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)碳交換的文獻(xiàn)之后，至1989年年發(fā)文量并沒有增加，甚至1979─1985年、1987年和1988年并沒有相關(guān)論文發(fā)表；但1990年后論文數(shù)量開始顯著增加，論文數(shù)量除個別年份略有波動之外，整體呈增長趨勢（圖1）。

圖1　1977─2014年生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究發(fā)文量的年際變化Fig. 1 Theinterannual variation of the number of published papers on ecosystem carbon exchange from 1977 to 2014

從學(xué)科分布角度來看，生態(tài)系統(tǒng)碳交換是一個多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，主要涉及 Environmental Sciences Ecology、Meteorology Atmospheric Sciences、Geology、Agriculture、Forestry、Plant Science、Biodiversity Conservation、 Marine Freshwater Biology、Oceanography、Water Resources、Remote Sensing、Engineering、Science Technology Other Topics、Imaging Science Photographic Technology等。

2.2主要出版物

科技出版物是先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究成果得以廣泛傳播的重要載體，是科技交流的重要平臺（張桂枝，2012），分析某領(lǐng)域出版物的分布可以確定該領(lǐng)域的核心出版物，為相關(guān)研究人員的文獻(xiàn)搜索和管理提供依據(jù)（賀郝鈺等，2014；丁學(xué)東，1992）。2010─2014年Web of Science數(shù)據(jù)庫中發(fā)表生態(tài)系統(tǒng)碳交換相關(guān)文獻(xiàn)較多的前 15種出版物依次為：Agricultural and Forest Meteorology、Biogeosciences、Journal of Geophysical Research-Biogeosciences、Global Change Biology、Agriculture Ecosystems & Environment、Remote Sensing of Environment、Plos One、Global Biogeochemical Cycles、Ecosystems、Ecological Modelling、New Phytologist、Plant and Soil、Environmental Research Letters、Oecologia和Biogeochemistry等（圖2）。

圖2　2010─2014年發(fā)表生態(tài)系統(tǒng)碳交換相關(guān)論文最多的出版物Fig. 2 Journal that have the most publications in theecosystem carbon exchange research from 2010 to 2014

從圖2中還可以看出，前15種出版物中，發(fā)文量最多的是Agricultural and Forest Meteorology，為188篇；最少的為Biogeochemistry，為27篇。統(tǒng)計這前 15種出版物的總被引頻次可以發(fā)現(xiàn)， Global Change Biology、Agricultural and Forest Meteorology、Journal of Geophysical Research-Biogeosciences和Biogeosciences的論文總被引頻次較高，均超過了1000次；2010─2014年這4種出版物發(fā)文總量為637篇，占總發(fā)文量的27.70%。由此可見，這4種出版物在生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究方面具有較大貢獻(xiàn)。

2.3研究力量

2.3.1主要研究國家

按照檢索到的2010─2014年全部文獻(xiàn)的所有作者進(jìn)行統(tǒng)計，這5年間Web of Science數(shù)據(jù)庫中有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究的發(fā)文量前15個國家依次是美國、中國、德國、加拿大、法國、日本、澳大利亞、英國、意大利、瑞典、瑞士、西班牙、荷蘭、芬蘭和比利時（圖3）。從圖3中可以看出，美國發(fā)文量為967篇，居世界首位，約占全部相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)碳交換論文總量的42.043%，在該研究領(lǐng)域占主導(dǎo)地位；其次是中國（423篇），約占論文總量的18.391%。可見美國在該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)優(yōu)勢非常明顯。

圖3　2010─2014年各主要國家生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究發(fā)文量變化(發(fā)文量前15個國家)Fig. 3 The change of the number of papers of major countries on ecosystem carbon exchange research from 2010 to 2014

在發(fā)文量前 15個國家中，美國、德國、加拿大、中國、法國、意大利、瑞士和英國的論文總被引頻次均超過了2000次，其中美國、德國和加拿大均超過了3000次，而美國達(dá)到了11401次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于德國、加拿大和中國。比利時、瑞士、荷蘭、意大利、法國、英國和加拿大的論文篇均被引頻次較高，均超過了13次/篇，其中比利時、瑞士、荷蘭、意大利和法國的篇均被引頻次超過了15次/篇。美國、德國、加拿大、法國、英國、瑞士和意大利的高被引頻次論文（被引頻次≥30次）均超過了20篇，其中美國、德國和加拿大的高被引頻次論文高于30篇，美國達(dá)到了85篇，居于首位，遠(yuǎn)高于第二位的德國（36篇）。從高被引論文所占比例來看，高被引頻次論文占全部發(fā)文量的 10%以上的國家有荷蘭、瑞士、比利時、英國、意大利、法國、德國、瑞典、加拿大和西班牙，其中荷蘭、瑞士和比利時占15%以上（表1）。

從發(fā)文量、總被引次數(shù)和高被引論文篇數(shù)來看，美國、德國、加拿大和法國等生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究論文綜合影響力較高；從篇均被引頻次和高被引論文所占比例來看，瑞士、荷蘭、比利時、意大利和法國等論文質(zhì)量較高。雖然中國在發(fā)文量上排第二位，但在篇均被引頻次、高被引論文數(shù)及其所占比例等指標(biāo)上并無優(yōu)勢。

表1　2010─2014年生態(tài)系統(tǒng)碳交換發(fā)文量前15個國家的發(fā)文量和被引頻次變化（按發(fā)文量排序）Table 1 The change of the number of published papers and citation frequency of the top 15 countries based on the number of published papers from 2010 to 2014 (sequence based on the number of papers)

2.3.2主要研究機(jī)構(gòu)

按照全部作者所在的研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計，2010─2014年這5年間Web of Science數(shù)據(jù)庫中生態(tài)系統(tǒng)碳交換文獻(xiàn)發(fā)文量的前 15所研究機(jī)構(gòu)是：Chinese AcadSci、Max Planck Inst Biogeochem、 Harvard Univ、Univ Helsinki、Oregon State Univ、Us Forest Serv、Univ Colorado、Univ Calif Berkeley、Univ British Columbia、Lund Univ、Natl Inst Environm Studies、Univ Antwerp、Oak Ridge Natl Lab、Eth和Univ Wisconsin（圖4）

圖4　2010─2014年各主要研究機(jī)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究發(fā)文量變化（發(fā)文量前15所機(jī)構(gòu)）Fig. 4 The change of the number of papers of major organization on ecosystem carbon exchange research from 2010 to 2014

在發(fā)文量較多的前15所機(jī)構(gòu)中，Chinese AcadSci、Harvard Univ、Univ Calif Berkeley、Max Planck Inst Biogeochem、Us Forest Serv、Oregon State Univ、Univ British Columbia和Univ Colorado發(fā)表的論文總被引頻次均超過了1000次；Univ Calif Berkeley、Harvard Univ、Max Planck Inst Biogeochem、Us Forest Serv和Univ British Columbia等機(jī)構(gòu)的篇均被引頻次較高，均超過了20次/篇；發(fā)表高被引頻次論文（被引頻次≥30次）較多的機(jī)構(gòu)有Max Planck Inst Biogeochem、Harvard Univ、Univ Calif Berkeley、Us Forest Serv、Univ Colorado和 Oak Ridge Natl Lab，均超過了13篇；從高被引頻次所占比例來看，Univ Calif Berkeley、Max Planck Inst Biogeochem、Oak Ridge Natl Lab、Harvard Univ和ETH等所發(fā)表的高被引頻次論文所占比例均超過25%（表2）。

表2　2010─2014年生態(tài)系統(tǒng)碳交換發(fā)文量前15所機(jī)構(gòu)的發(fā)文量和被引頻次變化(按發(fā)文量排序)Table 2 The change of the number of published papers and citation frequency of the top 15 organization based on the number of published papers from 2010 to 2014(sequence based on the number of papers)

從發(fā)文量、總被引次數(shù)和高被引論文篇數(shù)來看，Chinese AcadSci、Max Planck Inst Biogeochem、Harvard Univ和Univ Calif Berkeley等機(jī)構(gòu)的生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究論文綜合影響力較高；從篇均被引頻次和高被引論文所占比例來看，Univ Calif Berkeley、Harvard Univ和Max Planck Inst Biogeochem等機(jī)構(gòu)的論文質(zhì)量較高。

2.3.3高產(chǎn)作者群

高產(chǎn)作者群是指那些發(fā)文量較多，影響較大的作者集合。本文根據(jù)普萊斯所提出的計算公式確定高產(chǎn)作者的數(shù)量（丁學(xué)東，1992）：

其中：M為論文篇數(shù)，Nmax為所統(tǒng)計的年限中最高產(chǎn)的作者的發(fā)文量，只有發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)在M篇以上的作者方可成為高產(chǎn)作者（丁學(xué)東，1992）。文中Nmax=44，由式（1）可得，M=6.633≈7。在檢索的文獻(xiàn)中共有15637位作者，其中發(fā)文量在7篇及其以上的有302位。從高產(chǎn)作者群中選取前15位作者分析發(fā)現(xiàn)，來自美國的高產(chǎn)作者有6位；加拿大的有3位；瑞士、中國、澳大利亞、法國和意大利各有2、1、1、1和1位（表3）。

表3　生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究的高產(chǎn)作者Table 3 The most productive authors in the ecosystem carbon exchange research

2.4主要國家、機(jī)構(gòu)和作者的合作情況

隨著生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究的不斷深入，該領(lǐng)域的合作關(guān)系不斷加強(qiáng)。在研究科學(xué)合作時，最常用的指標(biāo)是合作度。本文從作者層面、機(jī)構(gòu)層面和國家層面進(jìn)行分析。它們分別指某領(lǐng)域中文章的作者、機(jī)構(gòu)或國家的平均個數(shù)，具體定義如下（魏一鳴等，2013）：

作者合作度：

機(jī)構(gòu)合作度：

國家合作度：

其中：CA、CI、CC分別表示作者合作度、機(jī)構(gòu)合作度和國家合作度；αi、βi和γi分別表示每篇文章的作者數(shù)、機(jī)構(gòu)數(shù)和國家數(shù)；N表示該領(lǐng)域的文章總數(shù)。根據(jù)公式（2）～（4）的定義，分別計算生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究領(lǐng)域3個層面的合作度（圖5）。從圖5中可以看出，國家、機(jī)構(gòu)和作者層面的合作度都呈現(xiàn)波動變化，但變化幅度并不大，呈穩(wěn)定態(tài)。這總體表明2010─2014年這5年間此領(lǐng)域的研究規(guī)模以及合作關(guān)系變化并不明顯。總體來看，國家、機(jī)構(gòu)和作者3個層面的平均合作度分別為1.89、3.99和6.31，即生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究領(lǐng)域中，平均每篇文章有1.89個國家、3.99個機(jī)構(gòu)和6.31位作者參與合作。

圖5　2010─2014年生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究領(lǐng)域合作度Fig. 5 Collaboration degree in ecosystem carbon exchange research from 2010 to 2014

3　結(jié)論

通過對Web of Science網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫收錄的有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究論文進(jìn)行文獻(xiàn)計量學(xué)分析，得到以下主要結(jié)論：

（1）生態(tài)系統(tǒng)碳交換是一個多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，主要涉及Environmental Sciences Ecology、Meteorology Atmospheric Sciences、Geology、Agriculture和Forestry等；自1977年出現(xiàn)了第一篇有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)碳交換的論文，文獻(xiàn)數(shù)量除個別年份略有波動之外，整體呈穩(wěn)步增長趨勢。

（2）從發(fā)文量、總被引次數(shù)和高被引論文篇數(shù)來看，美國、德國、加拿大和法國等生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究論文綜合影響力較高；從篇均被引頻次和高被引論文所占比例來看，瑞士、荷蘭、比利時、意大利和法國等論文質(zhì)量較高。雖然中國在發(fā)文量上排第二位，但在篇均被引頻次、高被引論文數(shù)及其所占比例等指標(biāo)上并無優(yōu)勢。

（3）從發(fā)文量、總被引次數(shù)和高被引論文篇數(shù)來 看 ， Chinese AcadSci、 Max Planck Inst Biogeochem、Harvard Univ和Univ Calif Berkeley等機(jī)構(gòu)的生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究論文綜合影響力較高；從篇均被引頻次和高被引論文所占比例來看，Univ Calif Berkeley、Harvard Univ和Max Planck Inst Biogeochem等機(jī)構(gòu)的論文質(zhì)量較高。

（4）國家、機(jī)構(gòu)和作者層面的合作度都呈現(xiàn)波動變化，但變化幅度并不大，呈穩(wěn)定態(tài)。這總體表明2010─2014年這5年間此領(lǐng)域國家、機(jī)構(gòu)和作者之間的合作關(guān)系始終比較密切，變化并不明顯；國家、機(jī)構(gòu)和作者 3個層面的平均合作度分別為1.89、3.99和6.31，即生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究領(lǐng)域中，平均每篇文章有 1.89個國家、3.99個機(jī)構(gòu)和 6.31位作者參與合作。

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Research on the Ecosystem Carbon Exchange: An Analysis Based on Bibliometrics Method

ZHANG Jinghui1, LUO Yayong1,2*, CHANG Zongqiang3
1. Naiman Desertification Research Station, Cold and Arid Regions of Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000, China；2. State Key laboratory of Frozen Soil Engineering，Lanzhou 730000, China；3. Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China

Based on the online version of Web of Science, the interannual variation and subject distribution on ecosystem carbon exchange published papers from 1977 to 2014 was analysed using the bibliometrics method. The research effort and corporative state from 2010 to 2014 was focused. Result showed that: (1) Theecosystem carbon exchange is a interdisciplinary research field. The first paper on ecosystem carbon exchange appears in 1977. The number of papers showed a trend of steady growth as a whole. (2) In this field, journal with high number of published papers include Agricultural and Forest Meteorology. The cited frequency was more than 1000 in these journals such as Global Change Biology、Agricultural and Forest Meteorology、Journal of Geophysical Research-Biogeosciences and Biogeosciences. (3) According to the number of papers, citation frequency and the number of highly cited papers, the country with higher comprehensive influenceincluded America, Germany, Canada and French in the field; the organization with higher comprehensive influence included Chinese AcadSci, Max Planck Inst Biogeochem, Harvard Univ and Univ Calif Berkeley. According to average citation per paper and the proportion of highly cited papers, the quality of papers is higher in these countries such as Switzerland, Netherlands, Belgium, Italy and French, as well as in these organization such as Univ Calif Berkeley, Harvard Univ and Max Planck Inst Biogeochem. Although China is the second in the number of papers, but it is no advantage on average citation per paper, the number and proportion of highly cited papers. (4) There was a fluctuation variation in the cooperation degree among countries, organizations and authors. It indicates that the research scale is stable state, and the symbiosis is intimate in the field.

ecosystem carbon exchange; bibliometrics; Web of Science

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.12.025

X142; X17

A

1674-5906（2015）12-2082-07

國家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目（41201249）；凍土工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目（SKLFSE201203）

張靜輝（1983年生），女，助理研究員，碩士，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)。E-mail: jhzhang@lzb.ac.cn *通信作者：羅亞勇。E-mail: luoyy@lzb.ac.cn

2015-10-27

引用格式：張靜輝, 羅亞勇, 常宗強(qiáng). 基于文獻(xiàn)計量的生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究發(fā)展態(tài)勢分析[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2015, 24(12): 2082-2088.