基于文獻計量的果園生草栽培技術研究進展

沈良英 蔣紅明 黎梅杰 余 超 蔡 明 羅富成 薛世明 黃必志

(1.云南農業大學 動物科學技術學院，昆明 650201； 2. 云南省草地動物科學研究院，昆明 650212)

果園生草指在果樹株行距之間播種禾本科/豆科植物或在果園株行間選留原生雜草，使其完全覆蓋地表蓄水保墑，充分利用光照和水熱資源，提高土地復種指數，達到果草互補的效果[1]。果園生草也是一種果園土壤管理模式，具有改善果園小氣候、保護生態環境、提高果樹產量和品質等作用，現已在梨(Pyruspyrifolia)[2]、柑橘(CitrusreticulitaBlanco)[3]、橄欖(Oleaeuropaea)[4]和葡萄(Pyruspyrifolia)[5]等果園中得到廣泛應用。果園生草栽培技術關乎著果業可持續發展以及果樹生態、經濟和社會效益[6]。

隨著土壤管理模式和現代果園不斷優化發展[7-8]，國內外學者圍繞果園生草對土壤水分[9-11]、土壤侵蝕[12-16]、土壤微生物群落結構[17-19]和果樹產量[20-21]等的影響開展了大量研究。果園種草取得良好成效的同時，也存在一些負面影響，如草果競爭[22]、雜草競爭[23-24]和養分競爭[25-27]等一系列問題。國內學者的研究方向主要集中于土壤特性[28]、水肥效應[29]、栽培管理[30]和生態響應[31]，但對國內外的果園生草文獻計量研究較少且缺少系統性的總結。果園生草有許多交叉和新興研究領域，需要對生草技術有足夠且深入的認識，目前仍難以在短期內建立較為完善且被普遍接受的知識架構。此外，不同研究由于關注的學科問題和側重點存在差異，對果園生草的研究熱點尚存在認識上的統一和缺失。

文獻計量分析可以直觀清晰地展現出知識框架和研究熱點，使文獻數據可視化，避免主觀性歸納總結，已多次應用到草學[32-34]和果業[35-37]等研究領域。HistCite、SATI、COOC、Scientometrics Tools和RStudio(Bibliometrics和Metafor)等文獻計量軟件繁多，各有特點；Scopus和Pubmed等文獻數據庫資源日益完善；而中國知網(CNKI)和Web of Science(WOS)核心合集數據庫由于題錄信息完整、文獻覆蓋范圍廣、公信力和國際權威性強，備受學術界所推崇。因此，本研究使用認可度較高的VOSviewer(V1.6.15)、CiteSpace(V5.8.R3)和RStudio(V4.2.0)軟件，對中國知網和Web of Science核心合集數據庫中相關文獻進行計量分析，從多個切入點探究國內外果園生草的研究基礎、發展現狀和前沿趨勢，對果園生草的研究熱點進行持續追蹤，旨在為果園生草研究過程中更好地研判學科動態和研究前沿提供參考和支持。

1 材料與方法

1.1 數據來源

為保證數據的廣泛性和可行性，選用權威數據庫Web of Science核心合集中的SSCI、SCI-Expanded、A&HCI、CPCI-S、CPCI-SSH和ESCI六大引文索引作為數據來源。檢索式為：TS=(interplant* OR includ* OR grow* OR cover* OR introduc* OR cultivat* OR plant* OR manag*) AND TS=(grass OR forage grass OR pasture OR grazing OR herbage OR sward OR cover crop* OR grass species OR living grass mulching) AND TS=(orchard OR garden)，文獻類型為“Article”“Review”，語種為“English”，用WOS文獻信息管理中的“全記錄與引用的參考文獻”格式導出數據，最終得到有效樣本文獻2 686篇。中文文獻數據來自CNKI數據庫，檢索式為：主題=(‘果園’) AND主題=(‘種草’+‘生草’+‘植草’+‘養草’) OR主題=(‘生草栽培’+‘生草覆蓋’+‘行間生草’)。對數據進行核對，剔除會議、科技成果和無作者信息等不相符的文獻，最終得到中文有效文獻2 317篇，以CNKI的RefWorks格式導出。WOS和CNKI檢索的時間跨度為1990—2022年，文獻檢索時間為2022-05-25。

1.2 研究方法

借助可視化軟件VOSviewer和CiteSpace，對近32年關于果園生草的文獻進行文獻計量與圖譜分析。將CNKI和WOS數據庫導出的文件命名為“download(1).txt”導入CiteSpace后，時間設定為1990-01-01—2022-12-31，以1年為時間分割成32個分段。在每個時間分段內，參數關系強度用Cosine算法(式(1))，參數閥值設置采用g-index方法(式(2))。文獻數量較多，形成的關鍵詞節點繁多，為呈現更為清晰的可視化圖譜，采用最小生成樹算法(MST)簡化復雜網絡，突出分析重點，并采用中心度(Betweenness centrality)衡量一個節點在網絡中的重要性(式(3))。

(1)

式中：Cij為i和j共現次數；Si為i出現的頻次；Sj為j出現的頻次。

(2)

式中：g為衡量某位研究者作為一個獨立個體的研究成果影響(包括數量和質量的影響)；Ci為i出現次數；K為規模因子，取值25。

(3)

采用RStudio對發文量進行文獻產出時序分析來揭示發文量特征；采用CNKI和WOS數據庫網頁在線功能統計果園生草學科分布、高被引機構、期刊發文量和高被引文獻來闡述研究現狀特征；采用CiteSpace軟件對研究機構合作關系進行共現分析、對施引文獻進行主題基礎分析、對主題進行階段演化分析和對突現詞進行前沿趨勢分析，來表征果園生草的主題脈絡、研究熱點和前沿趨勢；采用VOSviewer軟件對國家合作、文獻關鍵詞聚類和共現網絡進行分析，揭示果園生草的研究機構分布與合作關系及研究基礎。

2 結果與分析

2.1 總體概況

2.1.1文獻產出時序分析

CNKI和WOS數據庫發文量整體上呈現“初期平穩增長，后期快速增長”的波動趨勢。我國對果園生草研究的文獻數量在2018以后呈現下降趨勢，而國際上的研究則呈指數型增長(圖1)。

圖1 1990—2022年果園生草發文量變化趨勢Fig.1 The change trend in the number of publications of IGIO from 1990 to 2022

2.1.2學科類型分析

根據CNKI和WOS數據庫的學科體系劃分，果園生草可以劃分為多個研究領域。國外果園生草主要的研究領域是環境學和生態學，其次為植物學、農藝學和土壤學；國內果園生草主要集中于園藝研究領域，農藝學、農作物、農業基礎科學和植物保護是國內果園生草的重點研究領域(表1)。可見，果園生草這一主題受到了多學科的關注，體現了多學科交叉、多領域共建和多方向融合的特點。

表1 果園生草研究領域五大學科分布Table 1 Top five disciplines distribution of IGIO

2.1.3機構發文量及合作分析

從機構發文量可以看出(表2)，CNKI數據庫發文量前三的機構分別為西北農林科技大學、山東農業大學和華中農業大學，而WOS數據庫中發文量靠前的機構分別為CSIC、USDA ARS、INRA和中國科學院。說明國內機構發表文章的學術成果較多。從圖2可以看出，果園生草研究機構分布不均勻，其中，中國科學院和西北農林科技大學作為國內自然科學方向的學術機構開展了眾多相關研究，在國內外具有一定的影響力。

表2 CNKI和WOS數據庫中共被引強度前10的機構Table 2 Top 10 institutions according to the citation counts based on the CNKI and WOS database

表2(續)

節點圓圈大小表示出現頻率，節點連線粗細表示關聯性強弱。下同。 The size of the node circle represents the frequency, and the thickness of the node line indicates the strength of the correlation. The same below.圖2 CNKI和WOS數據庫中果園生草研究的主要機構圖譜Fig.2 Visualization map of institutions of IGIO based on CNKI and WOS database

2.1.4國家合作及關系分析

果園生草相關發文量排名前3的國家依次是美國(742篇)、西班牙(279篇)和中國(265篇)。我國在WOS的發文量排名相對高于其他國家，體現出國內果園生草研究具有實質性進展。顏色漸變圖例顯示為暖綠色，說明我國果園生草的研究成果不斷更新且與時俱進。圖3中節點連線的粗細反映了國際合作密切程度，線條越粗表示合作越密切。可以看出在果園生草領域，中國和美國及澳大利亞等國有密切交流，且與美國聯系最為密切；美國與澳大利亞、德國、巴西和法國等國家合作密切，且與中國和澳大利亞合作較多。

圖3 國家間合作研究果園生草的網絡分析Fig.3 Network analysis of IGIO research cooperation among countries

2.1.5期刊高被引分析

對果園生草的文獻期刊進行統計分析，有助于學者們選擇該領域的重點期刊進行文獻查閱和分享研究成果(表3)。從文獻總數來看，《果農之友》(129篇)、《西北農林科技大學(自然科學版)》(90篇)和AgricultureEcosystems&Environment(78篇)載文量較多。從平均被引次數上看，國際期刊JournalofEcology、PlosOne和ScienceoftheTotalEnvironment等引用頻次較多；國內期刊《西北農林科技大學(自然科學版)》《落葉果樹》《北方果樹》等學術引用較多。

表3 1990—2022年文獻發表量前10的期刊Table 3 The performance of the top 10 most productive journals from 1990 to 2022

2.1.6文獻被引分析

對CNKI數據庫的施引文獻進行高被引分析，高被引文獻可說明其學術成果的質量以及同行的認可程度。該領域單篇文獻被引次數最多的作者為張義，高被引文獻數量較多的作者為西北農林科技大學的李會科和趙政陽，主要研究區域為渭北地區，研究的果園類型主要為渭北蘋果園(表4)。在果園土壤研究方面主要涉及土壤理化性狀、土壤化學計量特性和土壤水分，以及果園生草對果園小氣候和果實產量的改善效果。

表4 CNKI數據庫中高被引強度前15的文獻Table 4 Top 15 authors according to the citation counts in the CNKI database

對WOS數據庫被引文獻進行耦合共被引分析，通過高被引與高中介中心性的被引文獻來探究該領域核心知識基礎。果園生草研究領域的共被引網絡由539個節點和676個連接組成，密度為0.004 7(圖4(a))。節點的大小表示文獻重要程度，節點的名稱是文章的第一作者和發表年份。節點代表被引文獻，節點大小代表文獻的重要性，節點上的標簽是文章的第一作者和發表年份[51]。圖中有2個關聯性較大的節點，說明這2篇文章被引次數較多，影響力較大。這2篇文章的作者分別為Keesstra S.和Palese A. M.，被引頻次最高的是Keesstra S.于2016年發表在ScienceoftheTotalEnvironment，該文通過模擬降雨試驗和土壤分析，研究了不同農用地管理策略對土壤容重、土壤有機質、土壤水分、土壤侵蝕和土壤徑流量的影響。

在文獻共被引網絡圖譜的基礎上，使用對數似然率算法(LLR)生成了8個顯著的共被引聚類，#5、#7和#9輪廓值太小沒有顯示出來，可忽略不計(圖4(b))。因此，根據共被引文獻，可將果園生草劃分為8個研究類別和3個研究基礎方向：土壤侵蝕[2]和覆草回收利用[18-19]是該領域主要研究基礎，生草覆蓋實踐[54]、橄欖園生草覆蓋、有機蘋果園多年生花帶設計[55]和低頻高強度模擬降雨[56]是該領域的主要基礎方法和手段，旱作橄欖園[57]和生物防治[58]是該領域較常出現的基礎內容。

圖4 WOS數據庫中果園生草的研究文獻共被引網絡分析及聚類分析的知識圖譜Fig.4 Clustering knowledge map of literature co-citated network analysis and cluster analysis on IGIO in the WOS database

2.2 研究主題演變分析

文獻關鍵詞聚類分析可表明每個階段知識主題的變化。本研究通過文獻關鍵詞的聚類分析得到16個聚類，模塊值Q=0.600，平均輪廓值S=0.844，表明聚類結果是顯著且可靠的。采用LLR對關鍵詞進行聚類分析，得到引文數量≥45的10個聚類群組(這些群組的輪廓值S大多位于0.800～0.900，同質性較高，表明聚類效果較為理想(表5)。

為了闡明我國不同時期的果園生草的研究重點，對關鍵詞進行聚類分析(圖5)。時線圖將聚類包含的關鍵詞按時間順序從左到右依次展現，最右側標注的關鍵詞是聚類標簽，表明了在不同時間段內，果園生草持續受到關注的研究主題。我國果園生草研究領域時間跨度大，覆蓋范圍廣，主題具有時序性。依據主題持續時間長度可劃分為3個階段：第一階段(1990—2000年)生成期，第二階段(2001—2017年)轉折期，第三階段(2018年以后)成熟期。第一階段研究熱點為果園適宜草種的選擇，尚處于果園生草探索階段，由“小冠花(CoronillavariaL.)”、“黑麥草(Loliumperenne)”、“寬葉雀稗(PaspalumwettsteiniiHack.)”、“百喜草(PaspalumnotatumFlugge)”、“馬唐(Digitariasanguinalis(L.) Scop.)”、“百脈根(LotuscorniculatusLinn.)”、“扁莖黃芪(Astragaluscomplanatus)”、“白三葉(Triffoliumrepens)”和“紫花苜蓿(MedicagosativaL.)”等術語可以發現少耕防治土壤侵蝕同時選擇優良牧草是這一時期的研究熱點。第二階段研究熱點為果園雜草病蟲害防除，由圖5中的“昆蟲天敵”、“防治害蟲”、“蚧殼蟲(Coccoidea)”、“潛葉蛾(Leucoptereiasp.)”、“小花蝽(OriussimilisZheng)”、“卷葉蟲(DiaphaniapyloalisWalker)”和“食葉害蟲”等術語可以看出這一階段更加注重不同生草方式對果園主要害蟲及天敵的影響。第三階段研究熱點為果園管理，由關鍵詞“種植布局”“矮砧密植”“間作寬行”“生草品種”“植草模式”表明近年來更加注重果園綜合效益。

表5 CNKI數據庫中果園生草文獻關鍵詞10個主要聚類群組Table 5 Ten principal clusters of document co-citation network in the CNKI database

十字架表示關鍵詞節點，十字架的大小反映了該關鍵詞在文獻樣本中出現的次數；不同顏色深淺的十字架代表不同年份的出現情況，十字架越大，代表該關鍵詞在該年出現的次數越多。2個節點之間的連線表示這2個關鍵詞同時出現在一篇文獻中；節點和連線的顏色與圖上方的時間軸相對應。 The cross represents a keyword node. The size of the cross reflects the number of times the keyword appears in the literature sample. The crosses with different shades of color represent the occurrences in different years. The larger the cross, the more times the keyword appears in that year. A line between two nodes indicates that the two keywords appear in a document at the same time; The color of the node and the line corresponds to the time axis above the graph.圖5 CNKI數據庫中果園生草高頻關鍵詞時線圖Fig.5 Timeline diagram of high-frequency keywords of IGIO in the CNKI database

2.3 研究熱點分析

關鍵詞是描述文獻中重要主題的標志詞，可以直接反映該主題的研究成果和研究熱點，高頻關鍵詞可以被認為是該領域的研究熱點[29]。圓圈節點顯示主要的關鍵詞，圓圈大小反映關鍵詞出現的次數，關鍵詞共現的頻次與顯示節點的大小直接成線性相關，連線表示關鍵詞共現的頻次，相同的顏色表示相同的簇。由圖6(a)和(b)所示，通過合并、概括和凝練相近的研究主題，國內外果園生草的研究方向主要集中在果園草種選擇、病蟲害防除、土壤理化特性、果樹提質增效和果園生態效應等方面。

圓圈節點顯示主要的關鍵詞，圓圈大小反映關鍵詞出現的次數，連線表示關鍵詞共現的頻次，相同的顏色表示相同的簇。 The circle node displays the main keywords, the size of the circle reflects the number of occurrences of the keyword, the connecting line represents the frequency of keyword co-occurrence, and the same color represents the same cluster.圖6 CNKI和WOS數據庫中關鍵詞共現網絡圖Fig.6 Keyword co-occurrence network in the CNKI and WOS database

2.4 研究前沿趨勢分析

突現詞(Burst terms)是指在較短時間內出現頻次變化較大的詞匯，即發表文獻中驟增的關鍵術語，適合表征各階段研究前沿及發展趨勢。利用CiteSpace突現監測功能分析CNKI文獻，得到果園生草栽培技術重點突現關鍵術語，并由此確定果園生草栽培研究的前沿領域。在果園生草突現詞中(表6)，突現強度最高達12.40，最低為4.28。根據突現詞及時間分布特點，可劃分為3個階段：第一階段(1990—2000年)突現詞變化率最高的分別是“小冠花”“生草法”“山地果園”，第二階段(2001—2017年)突現詞“果園種草”“白三葉”“牧草”的影響時間長達5～8年，第三階段(2018年以后)突現詞“自然生草”“果實品質”的影響持續至今。

3 討 論

本研究以近32年果園生草相關論文為研究基礎同時運用Citespace、Vosviewer和Rstudio可視化圖譜軟件，通過文獻計量方法，從年發文量、學科類型、機構合作、期刊高被引和研究主題演變等層面進行多維尺度數據統計分析，系統闡述了國內外果園生草的主題脈絡演變、研究進展和前沿方向，回顧了過去果園生草各階段研究重點，探索了當下果園生草前沿熱點。需要注意的是，文獻產出方面，1990—2000年為我國草類資源開發利用的初步探索階段，國內果園生草的生產實踐相較于國外，實際應用及總結較少，果園生草相關文獻欠缺，而當前果園種草不斷出現規模化和專業化，研究熱度與日俱增，但研究人員的學術關注度不足，國內部分期刊的影響力低甚至無影響因子，使得較多高被引文獻集中于國外期刊；合作研究方面，今后需要加強不同研究單位、不同團隊和不同作者之間的交叉學科優勢耦合力度；共被引分析方面，因CNKI數據庫導出的文獻題錄不包含參考文獻信息，受CNKI數據庫不支持利用文獻共被引的限制，CiteSpace無法實現對CNKI中的文獻進行文獻共被引和作者共被引分析，本研究對這一主題領域的分析還有所欠缺，故只對WOS數據庫文獻進行共被引分析；研究熱點方面，由于SCI、SCIE和SSCI數據庫文獻在1990年后才開始設置關鍵詞字段，而文獻計量是通過選用關鍵詞等名詞性術語來探索研究主題和前沿熱點的方法，關鍵詞字段一旦缺失便會影響文獻計量統計的準確性和完整性；文獻計量方法方面，一方面可能會因個人所選數據庫類型、檢索方式、檢索關鍵詞、檢索表達式、篩選條件、檢索時間和閾值設定等因素的差異而影響檢索結果，另一方面數據庫被引頻次和發文量不斷更新可能會影響文獻計量的時效性，因此本研究只能客觀的評價某特定時期段的研究熱點。

表6 CNKI數據庫中果園生草研究突發性關鍵詞Table 6 Keywords with the citation bursts in IGIO research of the CNKI database

年發文量是文獻量度最基本的指標，可以判斷某一研究領域的熱度變化；文獻時序可清晰地體現學術界對某一研究領域的重視程度，發文量越多，表明該領域的研究活躍度越高[59]。根據發文量和文獻時序的特征，再結合果園生草研究的相關背景，可將研究劃分為3個階段并對各階段研究熱點進行闡述：在我國果園生草栽培研究第一階段(1990—2000年)中，突現詞“小冠花”“生草法”“山地果園”等術語較早出現。這是由于大部分果園主要分布于丘陵山地，其中，果園種植面積較大且國內生草實踐多集中于陜西渭北黃土高原，該地區80%以上的蘋果園為旱作雨養果園，果樹生長依賴于有限的降水資源[60]。加之這一時期為國內草類資源開發利用初級階段，主要以提高飼草產量和草地建植為主，提倡采用草田輪作、留茬少耕或免耕和有機農業等耕作措施，且大量研究表明小冠花為渭北黃土高原果園生草復合系統中主要草種之一，因此該階段研究重點基本上與主題演化路徑中的第一階段相對應。這與寇建村等[1]對早期果園生草的總結相一致。在果園生草栽培研究第二階段(2001—2017年)中，突現詞“果園種草”“白三葉”“牧草”持續時間較長。這是由于在良好的果園生草模式下，植物根系分泌物使土壤微生物中的優勢種的數量不斷提高，有效減少了害蟲種群的數量[61-63]，提高了農業資源利用率，起到節肥、節飼和節藥的效果，同時在水果生產、氣候調節、土壤氮有效性、水分調節及促進果園生態系統服務方面具有改善作用[64-65]。“白三葉”在滿足其生長條件時，土壤根系較淺，匍匐莖生長快，大多形成單一群落易與周圍其它植物競爭空間、營養和水分等資源，對雜草具有防控作用，故而在果園種草中應用較為廣泛。此外，隨著人們生態文明建設意識的提高，在生態系統脆弱和水資源匱乏的黃土高原進行果園生草，有可能成為指導生態恢復的新模式[66-67]。該階段研究重點在果園生草提質增效的同時也更加注重雜草防控，這與樊文霞等[24]對果園生草的結論一致。第三階段(2018年以后)突現詞“自然生草”“果實品質”在該時期突現強度較大。這是由于在人工管理的前提下，對果園土壤酸堿性進行人為干預，能改變土壤酶活性和微生物群落結構，提高土壤質量和規避果園部分負面影響[68-71]。在果園不同培肥模式下，自然生草可以提高土壤特性與綜合肥力，進而促進果樹生長并改善果實質量[45,72]。因此，“自然生草”和“果實品質”將會成為今后果園生草持續關注的熱點之一。

4 總結和展望

果園生草文獻數量整體上逐年增加，其研究歷程主要分為萌芽初期、轉折過渡和探索發展3個階段，各階段研究重點與所處時期背景密切相關。研究熱點可概括為：①1990—2000年，以果園草種選擇和開發利用草類資源研究為主；②2001—2017年，逐漸注重果園種草的生態、環境和社會服務效益；③2018年以后，生草方式和提質增效是主要的研究方向。我國果園生草技術發展應在借鑒美國、新西蘭和澳大利亞等發達國家的果園先進管理模式和生草實踐案例的同時，緊密結合我國基本國情，加大國際和國內合作，發展適宜的林草復合草地農業模式。這對于我國林果業的結構優化和效益提升，乃至推動生態文明建設和踐行“綠水青山就是金山銀山”等發展理念，都具有重要作用。今后的研究重點主要是在不同地域、不同土壤類型和不同氣候條件下篩選出適宜與不同果樹耦合的優勢草種，不斷調整和完善適宜的果園生草耦合模式，充分發揮其在生態和生產中的綜合效益。