基于知識圖譜分析的黑水虻研究熱點與展望

孫一然，李雅婷，李錦銘，陳國忠，趙 英，張 雪，李冬麗

（1.魯東大學資源與環境工程學院，山東煙臺 264025；2.魯東大學生命科學學院，山東煙臺 264025）

黑水虻（Hermetia illucens L.）為雙翅目水虻科扁角水虻屬昆蟲，以餐廚垃圾（Li 等，2022）和畜禽糞便（Newton 等，2005）等有機廢棄物為食，幼蟲階段表現出卓越的生態功能，轉化后得到的蟲體營養價值豐富，可作為高品質蛋白飼料或高值生物柴油（Kim 等，2021）；得到的蟲糞沙可作為有機肥或土壤調理劑施加于農田（張志劍等，2020）。因其生長迅速、營養豐富、食譜廣泛等優點，目前已應用于蛋白昆蟲飼養、廢棄物資源化處理等領域，且具備較高的開發潛力。

文獻計量分析最早由Pritchard（1969）提出，用于分析科學研究文獻，客觀揭示重要主題和熱點問題。當前具有典型代表的可視化軟件包括Citespace 與VOSviewer。其中，CiteSpace 作為可視化科學文獻引用網絡的強大工具，為文獻計量分析發展研究趨勢創造條件；而VOSviewer 能直觀了解研究領域，結合多維度可視化展示關鍵詞理解科研文獻。

目前，對黑水虻領域的研究型論文和綜述成果不斷增多，而對其進行的文獻計量分析僅局限于Web of Science（Liu 等，2023）、CNKI（郎慧林等，2023）和佰騰（趙晨暉等，2022 ；李天昊等，2017）等單一數據庫或單一可視化軟件的研究，或檢索數據仍停留在5 年前（李天昊等，2017）。基于現狀，本文借助VOSviewer、CiteSpace、SCImago Graphica 可視化軟件，以Web of Science和CNKI 為核心資源數據庫進行文獻計量學定量分析，擬以圖形化的方式展現該領域的復雜網絡關系，涵蓋該領域2010—2022 年以來的發文屬性及前沿熱點內容，在探討了該領域豐碩研究成果的基礎上旨在為將來學者的研究提供參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源 以Web of Science 核心合集數據庫（WoSCC）和中國知網（CNKI）數據庫作為數據來源，檢索時間為2023 年7 月5 日，檢索時間段為2010 年1 月1 日至2022 年12 月31 日，分析2010—2022 年有關于黑水虻領域的文獻。主題詞Topic=“ Black soldier fly” or “ Hermetia illucens L.”為檢索式，最終檢索出的文獻數量為1300 篇。CNKI 數據庫采用高級檢索的方式，以“黑水虻”or “亮斑扁角水虻”為篇名，勾選“中英文拓展”選項，共檢索到727 篇。

1.2 分析方法 采用文獻計量法，基于WoSCC和CNKI 數據庫利用Citespace 6.2.R4 可視化分析黑水虻領域的研究機構/ 作者及發展趨勢的知識圖譜；利用VOSviewer 軟件進行黑水虻關鍵詞的研究熱點聚類分析，同時借助數據可視化軟件SCImago Graphica 進行國家間科研力量分布分析。利用Origin2021 軟件對檢索文件進行發文量分析，圖1 總結了對黑水虻領域進行分析的基本路線。

圖1 黑水虻領域文獻計量分析的基本路線

2 結果與分析

2.1 發文分析 發文量能反映領域內學術研究的動態變化及發展趨勢，同時也反映某時段內該領域的研究熱點（翟紆潤等，2022）。第一篇關于黑水虻的報道是Copello 于1926 年發表于《Revista de la Sociedad Entomológica Argentina》的文章，詳細介紹了黑水虻的習性和生物學性狀，直到21 世紀相關研究開始呈現指數增長。如圖2 可知，2016 年以前關于黑水虻研究處于起步階段，中英文發文量均＜20 篇，自2016 年起發文量呈現分水嶺式走向，WoSCC 核心數據庫中英文發文量呈快速增長態勢，在2022 年達到最高峰363篇；CNKI 數據庫中，中文發文數量出現突發性增長，后呈現平穩增長態勢，2022 年達到132 篇。由此可見，自2016 年以來，黑水虻相關研究得到國內外的重點關注，發文數量逐年提升。

圖2 2010—2022 年在WoSCC 和CNKI 數據庫中與黑水虻相關論文發文量

2.2 國家間科研力量分布 國家發文量可以反映各國家在黑水虻應用領域的科技實力，進一步探索國際各國在該領域的合作關系（趙珂藝等，2023）。由圖3 可知，檢索共得到36 個國家發表了與黑水虻相關研究的文章。其中美國和中國發文量位居前列；從合作關系看，美國分別與中國、埃及、巴基斯坦的合作關系最為密切，與意大利、加拿大等國家也建立了聯系，其余國家間的合作根據連線的深淺呈零星狀分布。

圖3 2010—2022 年黑水虻領域文章產出國之間的合作

2.3 研究機構/ 作者的分布與合作 研究機構的分布與合作能反映出近年來該領域主要團體機構的科研實力及影響力（康飛等，2021）。如圖4A和4B 所示，機構字號及所在橢圓越大，表明該機構發文量越多，連線越粗表明合作關系越密切。得克薩斯農工大學與其他機構的連線最多，聯系廣泛，與華中農業大學合作最密切。值得注意的是，在圖4B 中華中農業大學與廣州無兩生物科技有限公司等國內機構合作，表明除高校和科研院所外，實體企業也逐漸進入黑水虻領域進行深度研究。

圖4 2010—2022 年WoSCC 和CNKI 數據庫機構和作者的合作關系

圖5 2010-2022 年基于WoSCC 數據庫（A）和CNKI 數據庫（B）的關鍵詞聚類分析

通過對國內外發文學者的圖譜分析，利于辨識影響力較大、較權威的科研人員。由圖4C 和4D 可知，在國際學者中，Tomberlin Jeffery K 的發文量最高，表明其在黑水虻研究領域更為權威。中國學者中，喻子牛教授是國內黑水虻研究的先驅者。合作關系圖中國內研究團隊大致分為4 個集群，包括華中農業大學喻子牛、鄭龍玉、蔡珉敏在內的張吉斌教授領銜團隊；李楚君、朱劍鋒、胡斌在內的胡文峰教授集群、黃燕華、王國霞、胡俊茹、莫文艷作者集群以及安新城、喻國輝、夏嬙、廖業、陳遠鳳在內的作者集群，集群內部聯系密切。喻國輝作者集群、張吉斌教授團隊所代表的圓圈呈深色，說明其在2010—2017 年產出較多，是國內早期開始研究黑水虻的領導者；而胡文峰作者集群、黃燕華作者集群呈淺色，說明其在2018—2022 年為國內黑水虻研究領域后起之秀。

2.4 研究熱點分析 關鍵詞是對文章主題的高度概括與集合（陳悅等，2015），利用VOSviewer軟件對關鍵詞進行聚類特征分析，可為該領域主要研究內容及發展趨勢提供參考。利用中英文數據庫分別繪制關鍵詞聚類分析圖，通過綜合分析得出黑水虻領域的關鍵熱點：英文①、⑤類集群的Amino-acids、Larvae meal、Chitosan 及中文①、⑥、⑧類集群中的昆蟲蛋白、血清生化指標、魚粉等關鍵詞表明首要關注黑水虻蟲體作為高蛋白原料應用于動物飼料和水產養殖研究。英文②類集群的Heavy metal、gut microbiota、Antimicrobial peptide 及中文④類集群的產業化養殖、抗菌活性、重金屬遷移等關鍵詞說明主要關注黑水虻體內腸道微生態及基質中重金屬在幼蟲體內遷移轉化研究。英文③類集群Animal manure、Frass、Composting 及中文⑤類集群離散元、有機肥等關鍵詞表明這一層級主要聚焦黑水虻生物轉化有機廢棄物及產生的副產物的利用效果。英文④類集群的Propagate、Temperature、Life history 及中文⑦類集群的碳氮比等關鍵詞表明主要關注黑水虻生活史及幼蟲生長影響。英文⑥類集群的Biodiesel、Biofuel 及中文⑥類集群的黑水虻油等關鍵詞表明這一層級關注利用黑水虻轉化生物柴油的研究。

3 總結與展望

當前，國內外在黑水虻領域的研究已處于發展階段，把控好未來發展方向有利于推進其蓬勃發展。綜合以上研究結果及水虻與微生物研究與應用國際研討會的主旨，前沿方向主要聚焦在以下方面：

（1）加強黑水虻品種選育和改良提高研究。張吉斌教授提出要著力培育優質黑水虻品系，建立成熟的水虻微生物共生平臺，利用功能微生物提高黑水虻全產業鏈效率。

（2）加強水虻及微生物對城市及農村有機垃圾的高效降解研究及應用。浙江蘇省農業科學院葉小梅研究員關注了在生產規模下黑水虻幼蟲轉化雞糞過程中氨氣和溫室氣體排放特征的研究。

（3）加速水虻行業的機械化、智能化及信息化建設。劉玉升教授認為，以水虻為中心的多昆蟲協同產業離不開機械化工業的輔助加持。

（4）關注水虻在畜禽蛋白質的飼料安全及產品多元化發展。解綬啟教授指出，黑水虻作為優質的昆蟲蛋白來源，在水產養殖飼料原料開發方面具有很強的應用潛力。黃燕華教授團隊利用多種動物模型進行安全性評價試驗，表明黑水虻幼蟲可作為畜禽飼料和水產飼料。

研究結果及研討會召開促進了水虻產業的交流與合作，為實現環境優美、生活幸福的美好愿景提供積極生態價值。