基于CiteSpace和HistCite的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)特征與研究熱點(diǎn)分析

張珂, 厲萌萌, 何明珠

基于CiteSpace和HistCite的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)特征與研究熱點(diǎn)分析

張珂1, 2, 3, *, 厲萌萌1, 何明珠4

1. 鄭州輕工業(yè)大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院, 鄭州 450000 2. 中國(guó)輕工業(yè)污染治理與資源化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 鄭州 450000 3. 環(huán)境污染治理與生態(tài)修復(fù)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心, 鄭州 450000 4 .中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院, 蘭州 730000

利用CiteSpace 和 HistCite 文獻(xiàn)計(jì)量方法, 對(duì) CNKI 和 Web of Science核心數(shù)據(jù)庫(kù)中2000—2019年發(fā)表的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行探究, 以期明確該領(lǐng)域研究變化特征與趨勢(shì), 為進(jìn)一步把握發(fā)展方向和創(chuàng)新研究方法提供參考。結(jié)果表明: 1)自2000年起, 根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)量的分析, 國(guó)內(nèi)外對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究都經(jīng)歷了初期、發(fā)展和快速發(fā)展三個(gè)階段, 但我國(guó)對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究起步較晚。在國(guó)際上, 美國(guó)發(fā)文量居第一位, 我國(guó)發(fā)文量居第二位, 但我國(guó)文章篇均被引次數(shù)在發(fā)文量前十的國(guó)家中居末位, 且在國(guó)際合作中, 我國(guó)與除美國(guó)外其他國(guó)家間的合作較弱; 2)根據(jù)我國(guó)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究中被引次數(shù)前十的文章分析, 綜述類文章對(duì)我國(guó)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展起到了主要的推動(dòng)作用; 3)國(guó)際上對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)的發(fā)展趨勢(shì)大致為植物、土壤、土壤酶、土壤微生物、植物-微生物-土壤綜合體。我國(guó)對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究發(fā)展趨勢(shì)與國(guó)際上具有一致性, 但研究時(shí)間有一定的滯后性。綜上, 在發(fā)表綜述類文章讓學(xué)者了解本領(lǐng)域發(fā)展全貌的基礎(chǔ)上, 進(jìn)一步加強(qiáng)國(guó)際合作、發(fā)表高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文可以作為提高我國(guó)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究國(guó)際地位的重要方法。此外, 在精準(zhǔn)把握研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)的基礎(chǔ)上, 積極探索新的研究重點(diǎn)、創(chuàng)新研究方法對(duì)我國(guó)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展也至關(guān)重要。

生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué); 文獻(xiàn)特征; 研究熱點(diǎn); Web of Science; CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)

0 前言

生態(tài)學(xué)是研究有機(jī)體與其周圍環(huán)境(包括非生物環(huán)境和生物環(huán)境)相互關(guān)系的科學(xué), 具有高度的綜合性、交叉性、復(fù)雜性和多尺度的特點(diǎn)。隨著生態(tài)學(xué)不斷的深化發(fā)展, 不同領(lǐng)域生態(tài)學(xué)研究面臨著系統(tǒng)化的困難[1–3]。生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)從分子到全球尺度, 以生物體在生態(tài)相互作用過(guò)程中多種化學(xué)元素(主要是碳(C)、氮(N)、磷(P))平衡對(duì)生態(tài)交互作用為切入點(diǎn), 為生態(tài)學(xué)系統(tǒng)化研究提供了新思路, 也成為當(dāng)前生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)[4]。

1862年李比希提出的最小量定律(Liebig’s law of the minimum)認(rèn)為有機(jī)體受到與需求量相比供應(yīng)量最小資源的限制, 該理論揭示了生物體的元素組成平衡對(duì)生物體生長(zhǎng)的重要性, 這也是化學(xué)計(jì)量學(xué)理論在生態(tài)學(xué)上可以追溯到的早期應(yīng)用[5]。1986年, Reiners[6]提出了結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)和生態(tài)學(xué)的理論模型, 使化學(xué)計(jì)量學(xué)與生態(tài)學(xué)有機(jī)結(jié)合了起來(lái)。但是, 該理論模型中存在一些并非完全正確的公理, 因此, Sterner和Elser[7]對(duì)該理論模型進(jìn)行了修正并于2002年出版了《生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué): 從分子到生物圈的元素生物學(xué)》一書, 在該書中生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的概念及理論被正式確立。

生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)早期主要被應(yīng)用于水生生態(tài)系統(tǒng)中, 利用化學(xué)計(jì)量學(xué)原理研究水體養(yǎng)分限制和養(yǎng)分循環(huán)[8–10]。隨著近年來(lái)的發(fā)展, 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)已廣泛應(yīng)用于陸地生態(tài)系統(tǒng), 成為生態(tài)學(xué)、植物學(xué)與土壤化學(xué)研究領(lǐng)域的新方向。其中, 植物N:P已經(jīng)被證明對(duì)研究N限制到P限制的轉(zhuǎn)變具有指示作用[11–12]。基于對(duì)溫帶和高緯度地區(qū)天然及人工植被系統(tǒng)的研究, Güsewell[13]發(fā)現(xiàn), 在植被水平上, 植物N:P常與生物量生產(chǎn)呈負(fù)相關(guān), 且在短期施肥實(shí)驗(yàn)中, N:P<10和N:P>20通?？梢灾甘旧锪可a(chǎn)受N限制和P限制。Reich和Oleksyn[14]對(duì)全球452個(gè)樣點(diǎn)1280種植物葉片N、P特征的研究發(fā)現(xiàn), 由于熱帶地區(qū)土壤主要受P限制, 而溫帶和高緯度地區(qū)土壤主要受N限制, 導(dǎo)致葉片N:P隨著溫度的增加而增加, 且越接近赤道, N:P越高。在我國(guó), Zhang等[15]于2003年首次對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)進(jìn)行綜述研究, 一方面說(shuō)明了研究N:P化學(xué)計(jì)量特征的重要性, 另一方面從分子生物學(xué)角度分析了應(yīng)用N:P化學(xué)計(jì)量學(xué)的可行性, 并指出了N:P化學(xué)計(jì)量學(xué)研究的應(yīng)用前景和存在的缺陷。2005年, 曾德慧和陳廣生[5]概述了生態(tài)化學(xué)計(jì)量的概念、歷史起源和基本理論, 重點(diǎn)介紹了生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)理論在消費(fèi)者驅(qū)動(dòng)的養(yǎng)分循環(huán)、限制性養(yǎng)分元素判別以及全球C、N、P循環(huán)等方面的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)我國(guó)127個(gè)樣點(diǎn)753種植物葉片N、P特征的分析, Han等[16]發(fā)現(xiàn)可能由于P在我國(guó)土壤中的短缺, 導(dǎo)致我國(guó)植物區(qū)系植物葉片N:P高于全球平均值。2008年, 王紹強(qiáng)和于貴瑞[17]重點(diǎn)從土壤C、N、P化學(xué)計(jì)量比的分布特征、指示作用、對(duì)碳固定的影響, 以及人類活動(dòng)對(duì)C:N:P比的影響等方面探討了C:N:P比在養(yǎng)分限制、生物地球化學(xué)循環(huán)、森林演替與退化等領(lǐng)域中的應(yīng)用。此后, 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)受到我國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注, 并被應(yīng)用到不同的生態(tài)系統(tǒng)中[18–22]。但是, 目前利用文獻(xiàn)計(jì)量法對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展進(jìn)程及研究熱點(diǎn)進(jìn)行論述的文章還未見報(bào)道。

文獻(xiàn)計(jì)量法是一種以文獻(xiàn)外部特征為研究對(duì)象, 從文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間、刊載來(lái)源、被引次數(shù)等方面進(jìn)行計(jì)量, 采用數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來(lái)描述、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)某一領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)的研究方法[23]。文獻(xiàn)計(jì)量法作為一個(gè)成熟的工具已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)學(xué)科, 近幾年開始有學(xué)者將此方法應(yīng)用于生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域[24–25]。本文從文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的角度出發(fā), 采用CiteSpace和HistCite 2種科學(xué)計(jì)量軟件, 對(duì)Web of Science(WOS)核心數(shù)據(jù)庫(kù)和中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫(kù)中的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究文獻(xiàn)進(jìn)行圖譜量化[26–27]。同時(shí), 結(jié)合典型文獻(xiàn)閱讀, 分析了生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展歷程、研究重點(diǎn)及熱點(diǎn), 以期為了解生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究現(xiàn)狀, 掌握生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn), 從而更精準(zhǔn)地把握未來(lái)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究方向提供理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源于WOS核心數(shù)據(jù)庫(kù)和中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫(kù), 檢索日期自2000年1月1日至2019年12月31日。在WOS核心數(shù)據(jù)庫(kù)中, 以“ecological stoichiometry” or “carbon nitrogen phosphorus stoichiometry” or“ nitrogen phosphorus stoichiometry”為主題詞, 檢索到關(guān)于生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究的論文共2853篇。在CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中, 以“生態(tài)化學(xué)計(jì)量”或含“碳氮磷化學(xué)計(jì)量”或含“氮磷化學(xué)計(jì)量”為主題詞進(jìn)行檢索, 結(jié)合人工篩選, 得到文獻(xiàn)1262篇。

1.2 研究方法

本文利用CiteSpace和HistCite軟件對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量和可視化分析。CiteSpace是由美國(guó)Drexel大學(xué)陳美超博士團(tuán)隊(duì)基于Java程序設(shè)計(jì)開發(fā)的一款專門用于學(xué)術(shù)文獻(xiàn)分析的軟件。該軟件主要是通過(guò)大量直觀圖譜的可視化展現(xiàn)分析某一研究領(lǐng)域的演進(jìn)歷程、研究熱點(diǎn)及前沿, 從而使研究人員可從科學(xué)文獻(xiàn)中識(shí)別并發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域的發(fā)展新趨勢(shì)和新動(dòng)態(tài)[28]。HistCite是由尤金·加菲爾德博士和 MG 科學(xué)出版公司共同開發(fā)的一款引文編年可視化程序, 主要針對(duì)某一領(lǐng)域研究文獻(xiàn)發(fā)表的時(shí)間、作者、國(guó)家、研究機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞、被引用頻次等指標(biāo)進(jìn)行分析[29]。本文借助HistCite 對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)領(lǐng)域研究文獻(xiàn)發(fā)表的時(shí)間、期刊來(lái)源、國(guó)家等指標(biāo)進(jìn)行分析, 利用CiteSpace共現(xiàn)圖譜分析生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和研究熱點(diǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 WOS 核心數(shù)據(jù)庫(kù)中生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)文獻(xiàn)特征

2.1.1 年文獻(xiàn)分布特征

為了更好的了解目前國(guó)際上對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)領(lǐng)域研究?jī)?nèi)容的特征的變化趨勢(shì), 首先利用 HistCite 對(duì) WOS 核心數(shù)據(jù)庫(kù)中收集到的2853篇文獻(xiàn)進(jìn)行年文獻(xiàn)數(shù)量變化的分析, 結(jié)果如圖1所示。由圖1可見, 自2002年以來(lái), 文獻(xiàn)數(shù)量整體表現(xiàn)為明顯的上升趨勢(shì)。根據(jù)年文獻(xiàn)量及年際間文獻(xiàn)量變化情況可總結(jié)出3個(gè)明顯的階段性特征: 1)2002—2009年, 為生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究的初始階段。受2002年《生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué): 從分子到生物圈的元素生物學(xué)》一書發(fā)表的影響, 2002—2003年發(fā)表文獻(xiàn)的年增長(zhǎng)量為39篇, 2003—2009年, 文獻(xiàn)量仍呈增長(zhǎng)趨勢(shì), 年均量為68篇/年, 但是增長(zhǎng)速度緩慢, 年均增長(zhǎng)量?jī)H為7篇/年。2)2010—2017年, 為生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究的發(fā)展階段。發(fā)文量共計(jì)1321篇, 文獻(xiàn)量逐年增加, 呈明顯的上升趨勢(shì), 年均量為189篇/年, 年均增長(zhǎng)量為18篇/年, 表明生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)已受到各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。3)2017—2019年, 為生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究迅速發(fā)展階段。文獻(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)仍持續(xù)上升, 年均量為350篇/年, 年均增長(zhǎng)量為40篇/年, 該階段總發(fā)文量占2002—2019年生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究總發(fā)文量的36.97%。

2.1.2 熱點(diǎn)期刊分析

由圖2可知, WOS核心數(shù)據(jù)庫(kù)中, 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究論文排名前十的期刊為: 《Freshwater Biology》、《Ecology》、《Plant and Soil》、《Soil Biology & Biochemistry》、《Biogeochemistry》、《Limnology and Oceanography》、《Ecology Letters》、《Oikos》、《Plos One》、《Oecologia》。其中, 總被引次數(shù)較多的期刊有: 《Ecology Letters》(2498次)、《Ecology》(1673次)、《Oikos》(1062次)、《Fresearch Biology》(904次)。而且, 排名前十的期刊的被引次數(shù)占檢索到的2853篇文獻(xiàn)總被引次數(shù)的46.6%, 說(shuō)明這些期刊在生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究進(jìn)展中發(fā)揮著重要作用。

2.1.3 地域分布特征

對(duì)不同國(guó)家生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究領(lǐng)域的發(fā)文量的研究見表1, 發(fā)文量前10的國(guó)家分別為美國(guó)、中國(guó)、德國(guó)、加拿大、英國(guó)、澳大利亞、西班牙、法國(guó)、荷蘭和瑞典。美國(guó)的發(fā)文量居全球之首, 為1183篇, 占檢索到的總論文數(shù)量的41.47%。中國(guó)的發(fā)文量位居第二, 為771篇, 占檢索到的總論文數(shù)量的27.02%。在發(fā)文量前10的國(guó)家中, 美國(guó)、中國(guó)、德國(guó)、加拿大和英國(guó)的總被引次數(shù)較多, 均超過(guò)8000次, 其中美國(guó)的總被引頻次最高為48573次, 遙遙領(lǐng)先于其它國(guó)家。美國(guó)、德國(guó)、加拿大、英國(guó)、澳大利亞的篇均被引次數(shù)較多, 均超過(guò)35次。從發(fā)文量、總被引次數(shù)以及篇均被引次數(shù)綜合分析, 美國(guó), 英國(guó)、德國(guó)和加拿大在生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究領(lǐng)域的影響力較大。中國(guó)在發(fā)文量上排名第二, 總被引次數(shù)位居第三, 但篇均被引次數(shù)在排名前十的國(guó)家中排末位, 一方面表明了我國(guó)在生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究中發(fā)文量較多, 另一方面反映出我國(guó)在生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)領(lǐng)域的國(guó)際影響力相對(duì)較弱。

圖1 2002—2019年 WOS 核心數(shù)據(jù)庫(kù)中生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)領(lǐng)域年文獻(xiàn)數(shù)量及其年際間變化量

Figure 1 The number of annual total papers and its changes of ecological stoichiometry based on WOS during 2002-2019

圖2 WOS核心數(shù)據(jù)庫(kù)中生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究載文量前10的期刊及被引次數(shù)

Figure 2 Top 10 journals and total cited times in ecological stoichiometry research in WOS

表1 WOS核心數(shù)據(jù)庫(kù)中各主要國(guó)家生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究發(fā)文現(xiàn)狀

2.1.4 國(guó)際合作特征

圖3展示了利用CiteSpace所分析的發(fā)文量前10的國(guó)家合作研究情況, 圖中圓圈的大小表示發(fā)文的數(shù)量, 連線代表國(guó)家之間的合作關(guān)系。由圖3可知, 主要研究國(guó)家之間既有密切的合作, 也有獨(dú)立的研究。美國(guó)不僅在發(fā)文量上占據(jù)優(yōu)勢(shì), 而且與其他國(guó)家的合作也較為密切。其中, 美國(guó)與德國(guó)、法國(guó)、澳大利亞、英國(guó)、中國(guó)等合作較為密切。中國(guó)的發(fā)文量?jī)H次于美國(guó), 相對(duì)于其它國(guó)家, 中國(guó)與美國(guó)的合作最為密切, 但與其它國(guó)家的合作較弱。圓圈中間顏色越深代表中介中心性越大, 中介中心性越大對(duì)合作網(wǎng)絡(luò)的形成和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性貢獻(xiàn)越大。由CiteSpace分析可知, 美國(guó)的中介中心性最高(0.35), 其次是德國(guó)(0.32)和法國(guó)(0.28), 中國(guó)位于第四位。由此表明, 進(jìn)一步加強(qiáng)國(guó)際合作, 是提高我國(guó)在生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)領(lǐng)域國(guó)際影響力的方法之一。

圖3 WOS 核心數(shù)據(jù)庫(kù)中生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究國(guó)家合作網(wǎng)絡(luò)圖

Figure 3 Collaborative networks among countries of ecological stoichiometry research on WOS

2.2 CNKI中生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)文獻(xiàn)總體特征

2.2.1 年文獻(xiàn)分布特征

對(duì) CNKI 數(shù)據(jù)庫(kù)檢索到的1262 篇文獻(xiàn)分析見圖4。由圖4可知, 我國(guó)對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究也呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì), 與國(guó)際研究變化趨勢(shì)相似, 但又有不同之處。根據(jù)年文獻(xiàn)量及年際間文獻(xiàn)量變化, 我國(guó)對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究也存在3個(gè)明顯的階段性特征: 1)2003—2009年, 為初始階段。自2003年張麗霞等在植物學(xué)報(bào)發(fā)表的英文綜述《Appli-cation of N:P Stoichiometry to Ecology Studies》為起點(diǎn), 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)理論首次被引入我國(guó)。但此后, 很長(zhǎng)一段時(shí)間, 我國(guó)學(xué)者對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究關(guān)注較少, 主要表現(xiàn)為自2005年至2009年, 總發(fā)文量為18篇, 年均發(fā)文量約為4篇。2)2010—2012年, 為緩慢增長(zhǎng)階段。在該階段, 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)受到了我國(guó)學(xué)者一定的關(guān)注, 總發(fā)文量為59篇, 年均發(fā)文量約為20篇, 是初始階段的5倍。3)2013—2019年, 為快速發(fā)展階段。年均發(fā)文量為169篇, 是緩慢發(fā)展階段的8倍, 年均增長(zhǎng)量為29.57篇/年。以上結(jié)果表明, 我國(guó)對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究起步較晚, 但發(fā)展較快。

2.2.2 熱點(diǎn)期刊及經(jīng)費(fèi)來(lái)源分析

本研究中所檢索到的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究的文獻(xiàn)主要發(fā)表在生態(tài)學(xué)報(bào)、植物生態(tài)學(xué)報(bào)、生態(tài)學(xué)雜志、應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)、應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)、草業(yè)學(xué)報(bào)和水土保持學(xué)報(bào)等期刊上(圖5)。其中, 在生態(tài)學(xué)報(bào)上的發(fā)文量為102篇, 遠(yuǎn)高于其它期刊(圖5)。

對(duì)1262篇文獻(xiàn)的經(jīng)費(fèi)分析見圖6, 由圖6可知, 經(jīng)費(fèi)主要來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金, 占總經(jīng)費(fèi)的41.23%。其它經(jīng)費(fèi)來(lái)源主要有國(guó)家科技支撐計(jì)劃、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973計(jì)劃)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃和中央級(jí)科研院所科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)資金項(xiàng)目等。

3 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究熱點(diǎn)進(jìn)展分析

3.1 國(guó)際生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究熱點(diǎn)進(jìn)展分析

由圖7可見, 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究的發(fā)展呈現(xiàn)明顯的時(shí)間變化特征, 主要概況為兩個(gè)方面, 即: 起始發(fā)展階段和研究擴(kuò)增階段。

圖4 2003—2019 年 CNKI 數(shù)據(jù)庫(kù)中生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)領(lǐng)域年文獻(xiàn)數(shù)量及其年際間變化量

Figure 4 The number of annual total papers and its changes of ecological stoichiometry based on CNKI during 2003-2019

圖5 CNKI 數(shù)據(jù)庫(kù)中生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)載文量前 10 的期刊

Figure 5 Top 10 journals in ecological stoichiometry research on the CNKI

(1)起始發(fā)展階段(2000—2007年): 該階段中, 對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)理論的研究和應(yīng)用由水生生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展到陸地生態(tài)系統(tǒng)。2000年, Elser等[4,8]論證了生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)可以將基因到生態(tài)系統(tǒng)、微生物到多細(xì)胞動(dòng)物、海洋到荒漠的研究有機(jī)結(jié)合起來(lái)的觀點(diǎn), 并提出了生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的養(yǎng)分限制理論在水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)中均普遍存在的觀點(diǎn)。2002年, 由Sterner和Elser[7]主編的《生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué): 從分子到生物圈的元素生物學(xué)》一書的發(fā)表, 確定了生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的概念及相關(guān)理論, 并成為生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展的重要支柱。2003年, 生長(zhǎng)速率與C:N:P化學(xué)及特征的耦合關(guān)系在微生物、昆蟲和甲殼類動(dòng)物中被驗(yàn)證[30]。2004年, Güsewell[13]通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)確定了植被水平上N:P的大小與養(yǎng)分元素限制的關(guān)系; Reich和Oleksyn[14]對(duì)全球尺度上植物葉片與環(huán)境因子的關(guān)系進(jìn)行了分析。自此, 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)被廣泛的應(yīng)用到陸地生態(tài)系統(tǒng)植物葉片的研究中。2007年, Cleveand等[31]基于全球尺度, 研究了土壤及土壤微生物C:N:P化學(xué)計(jì)量特征, 進(jìn)一步拓展了生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的應(yīng)用并推動(dòng)了生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展, 該文章的引用次數(shù)達(dá)1040次。

圖6 我國(guó)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究經(jīng)費(fèi)來(lái)源

Figure 6 Funding sources of Chinese ecological stoichiometry research

(2)研究擴(kuò)增階段(2008—2019年): 在該階段初期, 研究不同區(qū)域水平上植物葉片化學(xué)計(jì)量特征及其與環(huán)境因素的關(guān)系成為研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。其中, 2008年, He等[32]通過(guò)對(duì)中國(guó)草地生物群落中213種植物進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查, 研究了植物葉片C和N的變化規(guī)律。此后, Elser等[33]將N沉降作為重要的環(huán)境因子在水生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)中被研究、Sinsabaugh等[34]研究了土壤和沉積物的酶的化學(xué)計(jì)量特征、Manzoni等[35]研究了凋落物中的C、N、P化學(xué)計(jì)量特征、Han等[36]進(jìn)一步研究了我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)中11種礦質(zhì)元素的化學(xué)計(jì)量特征、Xu等[37]研究了全球尺度上土壤微生物生物量C、N、P化學(xué)計(jì)量特征、Zechmeister-Boltenstern等[38]利用生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)將植物—微生物—土壤作為整體進(jìn)行了研究。由此可以看出, 隨著研究的深入, 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究方向在不斷的擴(kuò)展, 同時(shí), 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)作為研究各有機(jī)體間關(guān)系的連接作用得到驗(yàn)證。

3.2 國(guó)內(nèi)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究熱點(diǎn)進(jìn)展分析

被引頻次代表論文的研究結(jié)果和觀點(diǎn)被研究領(lǐng)域內(nèi)其它學(xué)者認(rèn)可的程度, 高被引頻次能夠客觀地反映該論文的學(xué)術(shù)影響力以及在學(xué)術(shù)交流中的作用和地位, 當(dāng)前高被引論文成為國(guó)際上普遍采用的科研水平的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[39]。表2列出了在CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)于生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)主題研究被引頻次前10的文獻(xiàn)[17,5,40–47], 從表2可以看出, 被引用次數(shù)高的前四篇文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間在2013年之前, 且綜述類文章占到60%, 說(shuō)明在我國(guó)對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究的綜述類文章為我國(guó)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。另外, 從表2中可見, 對(duì)森林和濕地的研究屬于我國(guó)對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)早期研究的主要生態(tài)類型。

通過(guò) CiteSpace 的時(shí)區(qū)視圖可以觀察研究?jī)?nèi)容的變遷及不同時(shí)段內(nèi)的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。時(shí)區(qū)視圖中, 節(jié)點(diǎn)所在的年份代表該節(jié)點(diǎn)所代表的關(guān)鍵詞第一次出現(xiàn)的年份, 當(dāng)后來(lái)的年份又出現(xiàn)了該關(guān)鍵詞時(shí), 該關(guān)鍵詞會(huì)在首次出現(xiàn)的位置多加一圈, 所以節(jié)點(diǎn)越大, 則該關(guān)鍵詞被研究的次數(shù)越多。由圖8可知, 我國(guó)對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究熱點(diǎn)主要集中于對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)中, 所研究的生態(tài)系統(tǒng)類型從森林向黃土高原、人工林變化; 研究?jī)?nèi)容的重點(diǎn)變化趨勢(shì)為養(yǎng)分限制、養(yǎng)分利用效率、內(nèi)穩(wěn)性、施肥及環(huán)境因子變化; 研究主體的重點(diǎn)發(fā)展順序?yàn)? 植物、土壤、微生物, 這與國(guó)際研究具有一致性, 但研究時(shí)間有一定的滯后性。

注: 圖中共有節(jié)點(diǎn)數(shù) 1088 個(gè), 節(jié)點(diǎn)連線 6608 條; 節(jié)點(diǎn)表示高頻共被引文獻(xiàn), 根據(jù)文獻(xiàn)作者及年份以黑色文字標(biāo)簽標(biāo)注, 節(jié)點(diǎn)越大表示文章的共被引頻次越高, 影響力越大; 節(jié)點(diǎn)連線表示節(jié)點(diǎn)之間相互聯(lián)系; 節(jié)點(diǎn)和連線顏色從紫色到黃色的變化表示對(duì)應(yīng)的 2000—2019 年的時(shí)間演變。

Figure 7 Co-citation papers of ecological stoichiometry on the WOS

表2 CNKI 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)主題被引頻次前10的文獻(xiàn)

4 結(jié)論及展望

4.1 結(jié)論

(1)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究自2000年以來(lái)得到迅速發(fā)展, 受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。雖然我國(guó)對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究起步稍晚, 但發(fā)展較快。我國(guó)在國(guó)際上的發(fā)文量位居第二, 但篇均被引次數(shù)在排名前十的國(guó)家中居末位, 反映出我國(guó)在生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)領(lǐng)域的國(guó)際影響力相對(duì)較弱。在國(guó)際間合作關(guān)系上, 我國(guó)與美國(guó)的合作最為密切, 與其它國(guó)家的合作較弱, 因此, 加強(qiáng)國(guó)際間的合作可以作為提高我國(guó)在國(guó)際上的影響力的方法之一。

注: 圖中共有節(jié)點(diǎn)數(shù)453個(gè), 節(jié)點(diǎn)連線1842 條; 節(jié)點(diǎn)表示高頻關(guān)鍵詞, 節(jié)點(diǎn)越大表示該關(guān)鍵詞被研究的頻次越高; 節(jié)點(diǎn)連線表示節(jié)點(diǎn)之間相互聯(lián)系; 節(jié)點(diǎn)和連線顏色從紫色到橘黃色再到黃色的變化表示對(duì)應(yīng)的2005—2019 年的時(shí)間演變。

Figure 8 Evolution map of ecological stoichiometry research keywords

(2)綜述類文章對(duì)我國(guó)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展起到了主要的推動(dòng)作用, 說(shuō)明整體把握生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的概念及相關(guān)理論對(duì)推動(dòng)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究具有重要作用。

(3)國(guó)際上對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究熱點(diǎn)的變化趨勢(shì)主要表現(xiàn)為: 1)由水生生態(tài)系統(tǒng)向陸地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展; 2)在陸地生態(tài)系統(tǒng)中, 研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)的發(fā)展趨勢(shì)大致為植物、土壤、土壤酶、土壤微生物、植物—微生物—土壤綜合體。國(guó)內(nèi)對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)的發(fā)展趨勢(shì)與國(guó)際研究趨勢(shì)大體一致, 但研究時(shí)間相對(duì)滯后。因此, 在精準(zhǔn)把握研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)的基礎(chǔ)上, 積極探索新的研究重點(diǎn)、創(chuàng)新研究方法對(duì)我國(guó)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展也至關(guān)重要。

4.2 展望

盡管生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)已受到了科學(xué)家的廣泛關(guān)注, 并在不同的生態(tài)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ街械玫搅撕芎玫陌l(fā)展。但是, 針對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究還有很多的不足, 例如: 生態(tài)化學(xué)計(jì)量?jī)?nèi)穩(wěn)性指數(shù)的高低與物種的生態(tài)策略和適應(yīng)性有關(guān), 能夠反映生物對(duì)環(huán)境變化的生理和生化的適應(yīng), 目前, 針對(duì)生態(tài)化學(xué)計(jì)量?jī)?nèi)穩(wěn)性的研究還十分有限[44]。在全球變化背景下, 如大氣氮沉降、CO2濃度、降雨格局的改變等因素將對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)循環(huán)造成極大的改變, 勢(shì)必會(huì)影響元素化學(xué)計(jì)量關(guān)系。因此, 利用生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)理論, 如養(yǎng)分限制判斷依據(jù)、內(nèi)穩(wěn)性指數(shù)及生長(zhǎng)速率假說(shuō)等, 并結(jié)合示蹤元素循環(huán)的同位素技術(shù)來(lái)理解和探索生態(tài)系統(tǒng)地球化學(xué)循環(huán)復(fù)雜的耦合過(guò)程以及物種的響應(yīng)及適應(yīng)機(jī)制將可以作為以后研究的創(chuàng)新點(diǎn)。

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[45] 楊惠敏, 王冬梅. 草-環(huán)境系統(tǒng)植物碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)及其對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)研究進(jìn)展[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2011, 20(02): 244–252.

[46] 王維奇, 徐玲琳, 曾從盛, 等. 河口濕地植物活體-枯落物-土壤的碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31(23): 134–139.

[47] 朱秋蓮, 邢肖毅, 張宏, 等. 黃土丘陵溝壑區(qū)不同植被區(qū)土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33(15): 4674–4682.

Analysis of the literature characteristics and research hotspots of ecological chemometrics at home and abroad based on CiteSpace and HistCite

ZHANG Ke1, 2, 3, *, LI Mengmeng1, HE Mingzhu4

1. School of Material and Chemical Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450000, China 2. Key Laboratory of Pollution Treatment and Resource, China National Light Industry, Zhengzhou 450000, China 3. Collaborative Innovation Center of Environmental Pollution Control and Ecological Restoration, Henan Province, Zhengzhou 450000, China 4. Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, CAS, Lanzhou730000, China

To clarify the research variation characteristics and trends in ecological stoichiometry and provide reference for further development and innovation, CiteSpace and HistCite were used to explore literature in the field of ecological stoichiometry published in CNKI and Web of Science from 2000 to 2019. Results shown that since 2000, based on the number of articles, the development trends of researches on ecological stoichiometry by domestic and overseas have been similar and both of them have experienced three periods, including initial stage, development period, and rapid expansion period. Internationally, the number of articles of American and China ranked first and second, respectively. However, the average of citations per article of China was in the bottom among the top ten. Meanwhile, the cooperation between China and other countries, except for American, was relatively weaker. According to the top 10 cited articles of ecological stoichiometry from CNKI database, review articles made great contribution to the development of ecological stoichiometry in China. Internationally, the development trends of research emphases and hotspots were plant, soil, soil enzyme, soil microorganism, the complex of plant, microorganism, and soil. The development of ecological stoichiometry in China was similar with international trend; however, China started relatively late. In conclusion, on the basis of publishing review articles to make scholars have a clear knowledge of the overall development of ecological stoichiometry, it is necessary to improve international status of research on ecological stoichiometry in China by further strengthening international cooperation and publishing high-quality academic papers. Besides, based on the precision of research emphases and hotspots, to develop ecological stoichiometry in China, it is also crucial to positively explore new research emphases and innovate research methods.

ecological stoichiometry; literature features; research hotspots; Web of Science; CNKI

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.05.024

Q149

A

1008-8873(2021)05-195-11

2020-04-01;

2020-04-26基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(418011086); 鄭州輕工業(yè)學(xué)院2017年度博士科研啟動(dòng)費(fèi)(2017BSJJ038)

張珂(1988—), 女, 河南泌陽(yáng)人, 博士, 講師, 主要從事生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)和恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究, E-mail: zkecology@163.com

通信作者:張珂, 女, 博士, 講師, 主要從事生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)和恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究, E-mail: zkecology@163.com

張珂, 厲萌萌, 何明珠. 基于CiteSpace和HistCite的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)特征與研究熱點(diǎn)分析[J]. 生態(tài)科學(xué), 2021, 40(5): 195–205.

ZHANG Ke, LI Mengmeng, HE Mingzhu. Analysis of the literature characteristics and research hotspots of ecological chemometrics at home and abroad based on CiteSpace and HistCite[J]. Ecological Science, 2021, 40(5): 195–205.