基于CiteSpace的氮沉降知識圖譜計量分析

程智超，王文浩，李夢莎，隋 心，尹偉平，李國富

（1黑龍江大學生命科學學院/黑龍江省寒地生態修復與資源利用重點實驗室，哈爾濱 150080；2黑龍江省科學院自然與生態研究所，哈爾濱 150040；3黑龍江中央站黑嘴松雞國家級自然保護區服務中心，黑龍江 嫩江 161400）

0 引言

氮沉降是氮元素以各種形式在海洋以及地面上沉降的過程，氨基、氮基等都是氮元素在沉降過程中的存在形式[1]。干沉降和濕沉降是氮元素2種沉降方式，前一種方式是指大氣中的氮元素以降塵的形式回到陸地，后一種方式主要是氮元素隨著雨水返回到海洋[2-5]。大氣氮沉降已經成為重大的全球氣候變化問題，而中國目前已經成為受氮沉降影響嚴重的地區。近年大量的氮元素沉降造成了土壤酸化的加劇[3]，改變了生態環境的功能[5]，生態的多樣性也因此受到威脅。近年來，國內外學者逐漸將目光轉移到氮沉降對于生態環境的影響方面，然而當前缺乏對此領域內的研究熱點及趨勢進行可視化的計量分析，并且對于該領域的研究深度預測分析較少，無法為氮沉降的研究提供比較明確的方向[6]。

在對某一領域的知識進行研究時常使用科學知識圖譜，在收集大量的文獻數據的基礎上，對數據進行處理分析，并通過圖像來展示領域內知識的發展歷程以及相應的結構關系。圖像能夠很好地揭示不同的知識群以及知識單元之間的關系，例如知識結構、知識網絡、演化過程、衍生知識、知識交叉以及互動等。知識圖譜是指在對某一領域的知識文獻進行研究時，首先設置適當的檢索條件對文獻數據進行檢索，然后通過數據分析，研究文獻、關鍵詞、學者等幾個重要指標的情況，分析它們的相似性以及差異，分析領域內的知識研究熱點以及分布，進而獲得目標領域內知識研究的特點及規律[7-10]。

在進行科學知識圖譜分析時，CiteSpace是非常重要的一種工具，國內常使用這一軟件對目標領域內的知識進行可視化研究[11-13]。這些文獻計量研究局限于單一因素的影響，導致覆蓋面較為狹窄。筆者以“氮沉降”為主題詞，對發文作者、研究機構、關鍵詞、基金進行可視化分析，得出相關結論，以反映氮沉降研究領域的研究進展以及發展趨勢。

1 資料與方法

Cite Space的工作原理[14]是，對目標領域內的文獻數據進行處理，得到領域內知識研究發展的過程、路徑以及拐點，并對不同內容的相關性進行分析，進而對領域內的知識發展進行預測，以促進領域相關研究，整個過程的實現使用了尋徑網絡算法并運用了共引分析理論[15-16]。本研究所用數據來源于中國知網(CNKI)，以“氮沉降”為主題詞進行檢索，檢索類別為核心期刊和CSSCI，同時為了排除不相關文獻的干擾，保證查準率和查全率，對檢索結果進行篩查，識別剔除公告、通知等不相關文獻。經過檢索共收集到754篇文獻，對收集到的數據進行處理，保存為download_ectomycorrhiza.txt文件，設置時間段為2009—2019年，將文獻檢索的日期設定為2020年2月17日。進行相應的處理之后，把數據導入到軟件中并使用相應的模塊進行處理，獲得能夠分析的數據形式，在進行處理分析時，以關鍵詞、機構和作者作為節點，依據節點生成相應的知識圖譜。

2 結果與分析

2.1 發文研究時段及其特點分析

2016年之前年均發文量不足100篇，2017年發文數量達到了最高，為101篇（圖1）。2009—2014年為快速增長期，除2010年略有下降外，年均發文數量整體呈上升趨勢，說明此期間氮沉降研究逐漸成為熱點。但在2014—2017年增長緩慢，說明此期間氮沉降研究領域逐漸趨于穩定，預計2020年發文量與2019年發文量接近。

圖1 2009—2019年“氮沉降”研究領域論文發表數量

2.2 關鍵詞分析

對文獻數據的關鍵詞進行統計分析，將出現頻次比較高的關鍵詞進行統計，得到結果如表1所示。通常來講，關鍵詞的頻率能夠在一定程度上反映領域內研究的熱點，出現頻次高的關鍵詞即為氮沉降領域內的研究熱點[17]。經統計發現，國內氮沉降研究關注熱點是氮沉降(399)、大氣氮沉降(53)、土壤呼吸(49)、氮添加(47)、濕沉降(32)等。10年來，在氮沉降領域內，土壤微生物、凋落物分解和酶活性是新出現的研究熱點。總體而言，氮沉降研究的內容較為豐富，主要集中在土壤微生物多樣性、土壤呼吸及土壤磷循環方面。

圖2 關鍵詞共現圖譜

基于關鍵詞的知識圖譜（圖2）中有588條連線，梳理出外生菌根研究的一個主要方向為氮沉降—土壤微生物—生物量—土壤酶—酶活性—土壤養分—土壤—養分。還識別出了2個研究主題，（1）氮沉降和土壤，通過研究氮沉降對土壤的影響，提高對土壤養分的促進作用；（2）氮沉降和生態系統，研究氮沉降對生態環境的作用，進而提出有針對性的措施來保護生態環境。時間演化分析是以年份為劃分單位進行關鍵詞分析，得出動態變化過程[18-19]。經過研究，氮沉降的研究主要可以大致分為3個時間段，如表1。

2.3 研究機構分析

CNKI數據庫結果顯示，國內發表氮沉降研究相關論文15篇及以上的研究機構有11個，其中最為主要的研究機構是高校，其次為各大科研院所。圖3為研究機構的圖譜，圖中節點越大代表發表文獻的頻率越高[20]，觀察圖譜可發現，中國科學院大學呈現節點最大，所以該機構是發文數量最多的研究機構。圖中共有113個網絡連接、118個節點，通過計算其網絡密度為0.0138，說明氮沉降研究機構之間的相互聯系較小，需要進一步加強各科研機構之間的交流與合作。由表2可知，氮沉降研究領域發文次數最多的是中國科學院大學，共80次；其次是中國科學院研究生院和中國科學院沈陽應用生態研究所，分別出現33次和24次。此外，這一研究領域的機構占半數的是農業及農林類高校及科研單位，基于專業優勢，這些單位是氮沉降研究比較活躍的機構，屬于國內該領域發文的領軍團體。

2.4 發文作者分析

對發表文獻的作者進行共現分析是研究“氮沉降”領域研究現狀一個非常重要的辦法，這個方法能夠很好地體現出某一領域內核心作者對于該領域研究的重要性程度[21]。研究領域內的作者圖譜如圖4，圖譜共有338個節點、919個連接，計算網絡密度為0.0161。圖中節點大表明作者發表文獻的數量多，涂利華是發文數量最多的作者（27次），其次是樊后保、胡庭興、劉文飛、劉學軍等，有20位作者發文次數在11次以上。就作者的分布情況而言，呈現出小范圍集中、整體分散的特點，表明發文作者主要在研究機構或者高校集中，并且不同的機構之間很少進行交流和合作。

表1 基于時區視圖的關鍵詞變化及研究熱點趨勢特點

圖3 2009—2019年氮沉降研究機構知識圖譜

表2 2009—2019年氮沉降領域發文數量15次以上的研究機構

由表3可以發現，作者群之間的相互關聯不夠緊密，學術交流不強，不利于氮沉降研究領域的可持續發展。5人的發文數量在20篇以上，根據計算得出前10位作者發文次數占所有作者發文總數的25.06%，前5位作者的文獻發表總數在所有文獻發表數量中占到的比例達到了15.64%。說明在氮沉降領域，研究學者具有比較高的集中度，特別是核心作者在領域內的研究體現出比較明顯的關鍵性作用。其中，涂利華在氮沉降領域內是一名非常重要的學者，對于氮沉降研究做出了十分重要的貢獻[22]。

2.5 發文期刊分析

圖4 1979—2018年氮沉降主要研究學者圖譜

表3 1979—2018年氮沉降領域發文量前20名作者及所在機構

由表4可知，《生態學報》、《生態學雜志》和《應用生態學報》在文獻刊登數量方面排在前3位，刊登文獻數量分別為120、59、58次。此外，對期刊的影響因子進行分析可以發現，在14個刊登超過10篇有關氮沉降文獻的期刊中，影響因子超過3.0有3個，影響因子2.0～3.0的期刊有6個，其中排名前三的期刊影響因子分別達到了3.763、3.325和3.429，這3個期刊上的論文基本代表了近年來氮沉降研究領域的熱點及重點。上述期刊主要集中在環境和生態學領域，是領域內的專業性期刊，然而對文獻發表量低于10篇的期刊進行分析，發現除了環境和生態學外，還有其他很多領域的期刊對氮沉降有研究，涉及到的領域非常廣泛，表明氮沉降引起了越來越多學者的關注。

表4 2009—2019年氮沉降刊載文章10篇以上的期刊

2.6 發文基金分析

表5顯示，文章發表選用項目基金數量最多的是國家自然科學基金，為523篇，占全部數量的69.36%。排在第二、三位的是國家重點研究發展規劃（“973計劃”）和國家科技攻關計劃，分別為98篇和54篇。20世紀80年代初，中國科學院89位院士為了推動中國的科技體制改革，打破傳統的科研經費撥款方式，提出了建立國家自然科學基金，該基金對于促進基礎學科建設、培養優秀科研人才、推動中國自然科學基礎研究的發展發揮了不可替代的作用。

3 結論

當前已有部分學者對于氮沉降的研究現狀進行了研究，并對國內外研究文獻進行了綜述，為幫助學者們更好地抓住氮沉降領域的研究熱點和趨勢起到非常顯著的作用[23-24]。總體來看，當前對于氮沉降的研究主要集中在以下方面：（1）以森林生態系統為研究對象，研究其固氮作用受到氮沉降的影響機制，并有針對性地提出了改善植物生長狀態的措施[24-25]；（2）腐殖質物質分解速率以及土壤碳的累計速率受氮沉降的影響[26-28]。筆者通過CNKI數據庫對氮沉降進行檢索，基于文獻計量學觀點及CiteSpace，對氮沉降的文獻數量、年代分布、出版刊物、研究內容及熱點等做了全面的計量比較分析。研究結果顯示，數據庫收錄的國內2009—2019年氮沉降研究論文整體呈上升趨勢，特別是從2013年之后，是氮沉降研究的快速發展階段。文獻計量分析的關鍵詞共現分析顯示，氮沉降的研究內容主要集中在2個方面，即氮沉降對生態系統的影響、氮沉降的自身功能。中國科學院大學、中國科學院研究生院、中國科學院沈陽應用生態研究所是最主要的研究機構，其有著先進的技術力量和雄厚的資金支持。經過多年發展，雖然氮沉降研究領域的作者群初具規模，但仍欠缺長期穩定深入研究的科研團隊，高產活躍作者群不夠聚集，核心作者數量及所發論文質量有待提高，而國際合作是提高科研成果產出水平的有效途徑。

表5 2009—2019年氮沉降研究項目支持基金排名前10位的名稱

4 討論

本研究雖然基于CNKI數據庫可以很好地了解中國范圍內科學家對氮沉降的研究趨勢，但是作為科研工作者，還有大量的研究并未收錄到CNKI數據庫中，因此這可能會導致不能準確了解國內科研工作者對于氮沉降的研究趨勢，因此進一步采用整合Web of Science數據庫和CNKI數據庫對氮沉降的研究態勢進行分析，以期獲得更加準確的結果。而且本研究發現，檢索詞或者檢索式對于文章的結果影響是十分重要的，本研究檢索式采用（氮沉降），這可能會導致文獻數量過多，使得結果出現偏差。這就需要在進一步分析結果的時候，需要對文獻內容進行進一步的篩選，從而使結果更加準確。