基于文獻(xiàn)計(jì)量的凋落物研究現(xiàn)狀及熱點(diǎn)分析

張 俊,張 華,常 暢,孫翠洋,王效葦,苑知言

遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 大連 116029

凋落物是森林生態(tài)系統(tǒng)3個垂直結(jié)構(gòu)中的重要功能層之一,凋落物層作為森林生態(tài)系統(tǒng)的重要層次,在增加土壤有機(jī)質(zhì)、改善土壤理化性質(zhì)、防止雨滴濺擊,減少土壤結(jié)構(gòu)破壞程度、防止地表水土流失等方面發(fā)揮重要作用[1]。曾丹娟等[2]對北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)的凋落物及其林下土壤持水性能進(jìn)行分析；李良等[3]對不同林齡華北落葉松人工林凋落物儲量及持水特性進(jìn)行研究；繆曉樂等[4]不同年齡橡膠樹凋落物碳?xì)w還量及年釋放量進(jìn)行了對比。

文獻(xiàn)計(jì)量是一種基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的定量分析方法,它以科學(xué)文獻(xiàn)的外部特征為研究對象,研究文獻(xiàn)的分布結(jié)構(gòu)、數(shù)量關(guān)系、變化規(guī)律和定量管理,進(jìn)而探討科學(xué)技術(shù)的某些結(jié)構(gòu)、特征、規(guī)律[5- 6]。文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)所涉及的學(xué)科很廣泛,如曹永強(qiáng)等[7]將其用于近20年我國的空氣污染研究；Costanza等[8]運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量法研究了國際生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的作者結(jié)構(gòu)體系以及合作體系； Tancoigne等[9]采用文獻(xiàn)計(jì)量的方法對農(nóng)業(yè)科學(xué)中的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面進(jìn)行了定量研究；王宏偉等[10]將文獻(xiàn)計(jì)量的方法運(yùn)用到國內(nèi)山洪災(zāi)害的研究；鐘賽香[6]等基于73種人文地理類期刊,對國際人文地理學(xué)的發(fā)展特點(diǎn)和規(guī)律進(jìn)行了探究；李秋云等[11]將文獻(xiàn)計(jì)量的方法擴(kuò)展到旅游地理學(xué)的研究中；王耕等[12]通過Bibexcel、Ucinet、和Netdraw等軟件對國內(nèi)外珊瑚礁的研究現(xiàn)狀及熱點(diǎn)進(jìn)行闡述等等。文獻(xiàn)計(jì)量因其客觀性、試用廣泛性、定量化研究、宏觀性等優(yōu)勢,已經(jīng)越來越成為國內(nèi)外學(xué)者親睞的文獻(xiàn)分析方法和期刊特定信息獲取途徑[13- 15]。縱觀已有的研究成果,多為氣象、生態(tài)、地質(zhì)、災(zāi)害、旅游、生態(tài)等方面的研究,對特定學(xué)科內(nèi)某一指標(biāo)的研究鮮見報(bào)道,本文選取生態(tài)學(xué)中起關(guān)鍵作用的凋落物作為研究對象,就國內(nèi)外文獻(xiàn)分析其現(xiàn)狀特征及熱點(diǎn),以期為森林生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展、土壤元素之間的相關(guān)性和歸還規(guī)律、低產(chǎn)森林群落的恢復(fù),特別是為未來凋落物的研究方向提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

國內(nèi)方面,本文以中國期刊全文數(shù)據(jù)庫(CNKI)中“凋落物”有關(guān)的文獻(xiàn)作為數(shù)據(jù)源,搜索年份為1963—2019年(包含2019年),篩選出5705篇相關(guān)的文獻(xiàn)；在國際方面,本文以Web of Science數(shù)據(jù)庫中的核心集合為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源,以“l(fā)itter”作為檢索詞,文獻(xiàn)類型為 “article”,搜索年份為1953—2019年(包含2019年),并在檢索結(jié)果中手動篩選出于凋落物相關(guān)的文獻(xiàn),得出2660條符合研究內(nèi)容的結(jié)果。

1.2 研究方法

將所篩選出的5705篇國內(nèi)文獻(xiàn)和2660篇外文文獻(xiàn)導(dǎo)入到Bibexcel中,導(dǎo)出文獻(xiàn)中的高頻關(guān)鍵詞、年份、作者信息等。國內(nèi)期刊論文選取關(guān)鍵詞頻率大于46的高頻關(guān)鍵詞共計(jì)72個,國際上選取關(guān)鍵詞頻率大于11的高頻關(guān)鍵詞共計(jì)42個。運(yùn)用Bibexcel將外文期刊中導(dǎo)出的42個高頻關(guān)鍵詞生成42×42的共詞矩陣；將國內(nèi)期刊中導(dǎo)出的72個高頻關(guān)鍵詞生成72×72的共詞矩陣,在Ucinet中生成##d文件,然后在Netdraw中做出國內(nèi)與國際期刊文獻(xiàn)中枯落物研究的高頻關(guān)鍵詞的共項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)化視圖。最后在SPSS中分析得出系統(tǒng)聚類分析樹狀圖,對所選取的高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果分析

2.1 凋落物相關(guān)期刊論文發(fā)文量分析

圖1 國內(nèi)有關(guān)凋落物的文獻(xiàn)發(fā)文量各年份分布數(shù)目Fig.1 Number of publications of domestic literature on litter in each year

在CNKI中檢索出的5705篇以“凋落物”為關(guān)鍵詞的論文發(fā)文量如圖1所示。從圖1可以看出,隨著年份的推移,發(fā)文量大體上呈上升趨勢,尤其在2000年以后呈加速增長趨勢。關(guān)于凋落物的研究大致可分為4個階段,第一階段(1963—1993年)初步探索階段,論文數(shù)量較少,說明這段時間國內(nèi)學(xué)術(shù)界對凋落物的生態(tài)價(jià)值不夠重視；第二階段(1994—2000)萌芽發(fā)展階段,相較于第一階段,論文數(shù)量有所增加,這主要與我國1994年正式接入互聯(lián)網(wǎng),開始大規(guī)模的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)技術(shù),對凋落物的研究有一定的推動作用,在此期間發(fā)文量也有所回落,可能與研究時間尚短,研究經(jīng)驗(yàn)尚淺有關(guān)；第三階段(2001—2011年)波動增長階段,發(fā)文量快速增長,但在有些年份有所回落,這可能與國家政策和社會經(jīng)濟(jì)因素有關(guān)；第四階段(2012—2019)穩(wěn)步發(fā)展階段,發(fā)文量與前一階段相比有所增加,波動不大,這與國內(nèi)科研環(huán)境穩(wěn)定,創(chuàng)新能力的提高有密切關(guān)系。但在2018和2019年發(fā)文量明顯下降,這可能與網(wǎng)絡(luò)登刊以及篩選的文獻(xiàn)日期限制有關(guān)。

在Web of Science 數(shù)據(jù)庫中篩選出的2660篇以“l(fā)itter”為關(guān)鍵詞的論文發(fā)文量如圖2所示。從圖2可以看出,除個別年份有所下降外,發(fā)文量整體上呈上升趨勢。研究結(jié)果可大致分為三個階段,第一階段為1953—1990年,期刊論文發(fā)文量稀少。國際上對凋落物的研究處于萌芽階段；第二階段為1991—2008年,凋落物期刊論文呈波動增長階段,這主要是國際上開始大規(guī)模的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)技術(shù),對凋落物的研究有一定的推動作用,在此期間發(fā)文量也有所回落,可能與國際關(guān)系變動以及國際經(jīng)濟(jì)發(fā)展有關(guān)；第三階段為2009—2019年,期刊論文發(fā)文量呈穩(wěn)步增長態(tài)勢,這與國際上名校之間的人才交流和專業(yè)性科研人員的遞增有密切關(guān)系。但在2019年發(fā)文量顯著下降,這與檢索時間限制到2019年3月和網(wǎng)站登刊時間有關(guān)。

就國際和國內(nèi)對凋落物的研究來看,國際上開始的時間較早,國內(nèi)的研究滯后10年左右,但國內(nèi)的發(fā)文量和速度增長速度要明顯高于國際上；兩者都在21世紀(jì)開始趨于成熟穩(wěn)定發(fā)展。

圖2 國際上有關(guān)凋落物的文獻(xiàn)發(fā)文量各年份分布數(shù)目Fig.2 Number of documents published in the world on litter in each year

2.2 高頻關(guān)鍵詞分析

關(guān)鍵詞作為期刊論文和學(xué)位論文中的重要部分,是對文章研究內(nèi)容的高度提煉和總結(jié),對于文章的總體把握至關(guān)重要,在一定程度上可以代表該研究領(lǐng)域的研究方向的熱點(diǎn)問題[12,16]。運(yùn)用Bibexcel工具從CNKI中導(dǎo)出的高頻關(guān)鍵詞結(jié)果如表1所示和從Web of Science 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出的高頻關(guān)鍵詞如表2所示。由表1可以看出國內(nèi)關(guān)于凋落物的研究中,凋落物是出現(xiàn)最多的關(guān)鍵詞,它是學(xué)科研究方向的核心部分,生物量、凋落物分解、土壤呼吸、人工林、碳儲量、杉木為次級高頻關(guān)鍵詞,由此可以看出國內(nèi)的研究更加傾向與凋落物與喬冠層之間的聯(lián)系以及土壤通氣能力的研究,主要涉及到森林生態(tài)系統(tǒng)的平衡發(fā)展；從表2可以看出國際上關(guān)于凋落物的研究中出現(xiàn)頻率最多的關(guān)鍵詞為Litter(凋落物)、Decomposition(分解)、Animals(動物)、Nitrogen(氮)、Soil(土壤)、poultry(家禽)、Carbon(碳)、Female(雌性)、Climate change(氣候變化) Marine debris(海洋污染)等。由此可以推測國際上凋落物研究的熱點(diǎn)更加側(cè)重凋落物分解與元素含量之間的關(guān)系、動物和微生物對凋落物分解的影響以及對氣候的影響,這與當(dāng)今全球氣候異常以及環(huán)境污染密切相關(guān)。

2.3 高頻關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化可視分析

共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化分析是文獻(xiàn)計(jì)量方法的一種,通過對某個研究領(lǐng)域篩選的高頻關(guān)鍵詞在同一篇論文中出現(xiàn)的次數(shù)來判斷該領(lǐng)域中高頻關(guān)鍵詞之間的關(guān)系[11,15- 16]。為了更加深入的分析高頻關(guān)鍵詞之間的內(nèi)在關(guān)系,本文運(yùn)用Bibexcel軟件將國內(nèi)文獻(xiàn)中導(dǎo)出的72個高頻關(guān)鍵詞生成72×72的共詞矩陣；國內(nèi)文獻(xiàn)導(dǎo)出的42個高頻關(guān)鍵詞生成42×42的共詞矩陣,再將其分別導(dǎo)入U(xiǎn)cinet軟件中生成##d文件,再用Netdraw小工具制作出國內(nèi)外高頻詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化可視圖如圖3和圖4所示。網(wǎng)絡(luò)化可視圖中一個節(jié)點(diǎn)代表一個高頻關(guān)鍵詞,節(jié)點(diǎn)大小代表關(guān)鍵詞在文獻(xiàn)中出現(xiàn)的頻率高低和與其他關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系疏密程度。一般來說,兩節(jié)點(diǎn)之間的連線越粗,說明兩關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系越緊密[16]。

表1 國內(nèi)1963—2019年高頻關(guān)鍵詞及其詞頻

表2 國際上1953—2019年高頻關(guān)鍵詞及其詞頻

就國內(nèi)來看,從圖3中可以看出,節(jié)點(diǎn)較大的高頻關(guān)鍵詞有凋落物、凋落物分解、生物量、人工林、土壤養(yǎng)分、氮沉降等,表明這些詞與其他關(guān)鍵詞之間的共現(xiàn)程度較高,成為凋落物的研究熱點(diǎn)具有一定的科學(xué)依據(jù)。另外72個高頻關(guān)鍵詞之間都有線條的連接,雖然線條粗細(xì)不一,但從一定程度上可以說這些關(guān)鍵詞之間都有或多或少的聯(lián)系,共同構(gòu)造出凋落物研究的科學(xué)體系；國際上,由圖4可以看出,Litter(凋落物)、Temperature(溫度)、Animals(動物)、Decomposition(分解)、Environmental Monitoring(環(huán)境監(jiān)測)、Bacteria(菌)、Nitrogen(氮)等關(guān)鍵詞與文獻(xiàn)中其他關(guān)鍵詞之間的共現(xiàn)機(jī)會較多,但由于篩選國際的相關(guān)文獻(xiàn)較少,因此共現(xiàn)次數(shù)較多的關(guān)鍵詞也可能與研究熱點(diǎn)有所偏差,Litter(凋落物)、Temperature(溫度)、soil(土壤)之間的連線較粗,說明這些詞在研究領(lǐng)域的聯(lián)系緊密,互相影響程度較高。

圖3 國內(nèi)枯落物研究高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視化圖Fig.3 Domestic litter research high frequency keyword co-occurrence network visualization

圖4 國際枯落物研究高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視化圖Fig.4 International litter research high frequency keyword co-occurrence network visualization

2.4 高頻關(guān)鍵詞的聚類分析

圖5 國內(nèi)高頻關(guān)鍵詞系統(tǒng)聚類分析樹狀圖 Fig.5 Domestic high frequency keyword system clustering analysis tree

圖6 國際高頻關(guān)鍵詞系統(tǒng)聚類分析樹狀圖 Fig.6 International high frequency keyword system clustering analysis tree

聚類分析是根據(jù)“物以類聚”的基本思想,將m個變量因子各自看為一類,再按照所選取的方法計(jì)算聚類統(tǒng)計(jì)量,將關(guān)系詞義相近或者關(guān)系密切的劃分為一類[16- 17],由此來判斷所選取的變量因子中每個個體因子之間的親疏程度[18- 19]。本文以國內(nèi)外文獻(xiàn)中選取的高頻關(guān)鍵詞所做出的矩陣為基礎(chǔ),運(yùn)用SPSS軟件中的聚類分析方法進(jìn)行聚類分析,導(dǎo)出聚類樹狀圖,如圖5和圖6所示,再將高頻關(guān)鍵詞劃分為5個群集,如表3和表4所示。

通過對國內(nèi)凋落物高頻關(guān)鍵詞的聚類群體劃分,從表3中可以看出,群集1涵蓋了國內(nèi)凋落物研究領(lǐng)域的許多方面,主要以特定森林類型、分解因子、土壤理化性質(zhì)的研究,例如常綠闊葉林、杉木林、凋落物量、酶活性、土壤(微生物、動物、有機(jī)碳、酶活性)等。另外,還涉及到一些養(yǎng)分方面的影響因素,如養(yǎng)分動態(tài)、養(yǎng)分歸還,營養(yǎng)元素等；群集2中主要側(cè)重凋落物分解的應(yīng)用；群集3和4主要研究不同森林類型中的碳儲量因子的養(yǎng)分之間的關(guān)系；群集5主要涉及到土壤通透性的因子,如土壤(溫度、呼吸氣體),這些對于農(nóng)業(yè)類型的選址以及農(nóng)作物的產(chǎn)量運(yùn)用有至關(guān)重要的作用。

在國際上,由表4可以看出,群集1著重研究枯落物隨著時間和季節(jié)因素的改變對環(huán)境的影響；群集2主要研究土壤動物、水與凋落物之間的聯(lián)系,這和土質(zhì)的好壞以及凋落物的分解快慢有密切的關(guān)系；群集3側(cè)重于研究各化學(xué)元素與凋落物生物量之間的關(guān)系,例如Carbon(碳)、Nitrogen(氮)、Phosphorus(磷)、Biomass(生物量),這與土壤的污染程度直接相關(guān)；群集4中囊括的高頻關(guān)鍵詞最多,主要是研究凋落物的分解與土壤有機(jī)質(zhì)、營養(yǎng)歸還以及氣候變化、環(huán)境污染之間的關(guān)系,這也是當(dāng)前世界面臨的主要問題,因此在很大程度上可以把群集4的研究內(nèi)容作為該研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)；群集5是對世界特定區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)的研究,例如China(中國)、Ecosystem(生態(tài)系統(tǒng))。

從國際和國內(nèi)高頻關(guān)鍵詞所劃分的5個群集來看,兩者對于凋落物的研究有相近的部分,如國內(nèi)外研究都涉及到凋落物的分解方面,以及化學(xué)元素與凋落物、土壤質(zhì)地的影響。但二者不同的是國內(nèi)側(cè)重于研究森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的各因子之間的聯(lián)系,而國際上著重上研究凋落物的分解、土壤營養(yǎng)元素歸還以及化學(xué)元素轉(zhuǎn)變,所帶來的氣候改變和對環(huán)境的污染程度。由此可以得出,國際上對于枯落物特性研究所引起的氣候改變和環(huán)境污染的重視程度要高于國內(nèi),我國應(yīng)該傾向與對氣候、環(huán)境等方面的研究,盡可能的減少氣候異常現(xiàn)象和環(huán)境污染程度。

3 結(jié)論

(1)就文獻(xiàn)發(fā)文量來看,國內(nèi)對凋落物的研究大體劃分為四個階段：初步探索階段1963—1993年、萌芽發(fā)展階段1994—2000年、波動增長階段2001—2011年、穩(wěn)步發(fā)展階段2012—2019年；國際上對凋落物的研究可以分為三個階段：1953—1990年,期刊發(fā)文量較少,第二階段為1991—2008年,凋落物期刊論文呈波動增長,但增長速度緩慢,第三階段為2009—2019年,期刊論文發(fā)文量呈加速增長,數(shù)量明顯增多。無論國際上還是國內(nèi)發(fā)文量都是2000年以后開始迅猛增長,這與社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國家對科研的重視程度有關(guān)。

(2)從高頻關(guān)鍵詞以及聚類分析的結(jié)果來看,國內(nèi)有關(guān)凋落物的研究中出現(xiàn)頻率比較高的關(guān)鍵詞有生物量、凋落物分解、土壤呼吸、人工林、碳儲量、杉木等,可以看出國內(nèi)的凋落物研究以特定森林類型、分解因子、土壤理化性質(zhì)以及森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的各因子之間的聯(lián)系為主；國際上對于凋落物的研究中出現(xiàn)頻率最多的關(guān)鍵詞為Litter(凋落物)、Decomposition(分解)、Animals(動物)、Nitrogen(氮)、Soil(土壤)、poultry(家禽)、Carbon(碳)、Female(雌性)、Climate change(氣候變化) Marine debris(海洋污染)等,說明國外更偏向于把研究凋落物的分解、土壤營養(yǎng)元素歸還以及化學(xué)元素轉(zhuǎn)變,所帶來的氣候改變和對環(huán)境的污染程度作為該領(lǐng)域研究熱點(diǎn),并且更加注重生態(tài)環(huán)境對人類生存環(huán)境的影響,這有助于改善當(dāng)前的植物生境和人類居住環(huán)境,更好的促成兩者和諧可持續(xù)發(fā)展。

表3 國內(nèi)凋落物研究高頻關(guān)鍵詞聚類群體劃分

表4 國際凋落物研究高頻關(guān)鍵詞聚類群體劃分

(3)從高頻關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)化可視圖中可以看出,國內(nèi)研究中的關(guān)鍵詞：凋落物、凋落物分解、生物量、人工林、土壤養(yǎng)分、氮沉降等詞匯,表明這些高頻詞與其他所篩選的詞匯共現(xiàn)機(jī)會較多,理論上可以作為該領(lǐng)域當(dāng)前的主要研究熱點(diǎn)和以后延伸發(fā)展的方向。

綜上所述,對于凋落物的研究在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛開展,但國內(nèi)外對其研究的側(cè)重方向有所不同,國際上更加能考慮到生態(tài)因子對人類生存環(huán)境的影響,而國內(nèi)在這方面的重視程度較低,這也是當(dāng)前國內(nèi)亟需解決的難題,對凋落物主導(dǎo)的生態(tài)系統(tǒng)的研究,以及與人類密切相關(guān)的氣候、環(huán)境等因子的聯(lián)系方面已經(jīng)迫在眉睫,國內(nèi)該領(lǐng)域在未來的研究中應(yīng)該有所傾向。本文存在的不足：在文獻(xiàn)檢索方面,國內(nèi)外均以凋落物(litter)一詞作為關(guān)鍵詞,但是 “l(fā)itter”的本身含義較多,篩選時難免會有所遺漏或者錯選,另外對于高頻關(guān)鍵詞的聚類劃分中,因研究主題的多樣性,所以沒有固定的劃分標(biāo)準(zhǔn),因此劃分中作者主觀因素的摻雜會影響研究結(jié)果,在以后的研究中可多選取幾種劃分結(jié)果進(jìn)行比對,選取最適合的劃分標(biāo)準(zhǔn),得出較為科學(xué)的結(jié)論。