国际生物土壤结皮研究发展态势文献计量分析

贺郝钰，侯春梅，迟秀丽，黄爱华

(中国科学院国家科学图书馆兰州分馆，中国科学院资源环境科学信息中心，兰州 730000)

国际生物土壤结皮研究发展态势文献计量分析

贺郝钰*，侯春梅，迟秀丽，黄爱华

(中国科学院国家科学图书馆兰州分馆，中国科学院资源环境科学信息中心，兰州 730000)

生物土壤结皮是荒漠生态系统组成和地表景观的重要特征。近年来，各国和各相关研究机构对生物土壤结皮的研究力度不断加大。利用Bibexcel和NetDraw等文献计量工具，对Web of Science数据库中国际生物土壤结皮研究相关文献进行了分析。在对主要国家和机构的发文进行统计分析后发现：美国、德国和西班牙等国的生物土壤结皮研究论文的综合影响力较高；胡安·卡洛斯国王大学和美国地质调查局等机构的论文影响力较大；中国生物土壤结皮研究论文在总量上优势明显，但高质量论文不多；国际生物土壤结皮研究的主要研究热点集中在腾格里沙漠等沙漠地区，氮循环研究和微生物群落研究是研究的重点。

生物土壤结皮；文献计量；Web of Science数据库

生物土壤结皮(Biological Soil Crust，BSC)是由土壤微生物、藻类、地衣和苔藓植物等孢子植物类群与土壤形成的有机复合体，它的形成使土壤表面在物理、化学和生物学特性上均明显不同于松散沙土，具有较强的抗风蚀、水蚀功能，也是干旱荒漠地区植被演替的重要基础[1- 3]。生物土壤结皮是荒漠生态系统组成和地表景观的重要特征，其在干旱半干旱地区生态修复过程中发挥着重要作用。

20世纪90年代以后，生物土壤结皮在荒漠生态恢复中的作用受到了重视[4- 6]，科研人员对其的研究越来越多，文献数量不断增长。本文采用内容挖掘技术，通过文献计量方法对生物土壤结皮研究进行统计分析和内容挖掘，分析该领域的发展现状和态势，捕捉世界范围内该领域的前沿和研究热点。

文献计量方法作为一个成熟的工具已经广泛应用于各个学科，近几年开始有国外学者将此方法应用于生态系统研究领域[7- 8]。

本文采用的分析工具包括Bibexcel和NetDraw专利分析平台。Bibexcel是瑞典科学家佩尔松(persson)开发的文献计量学研究软件，用于帮助用户分析文献数据或者是文本类型格式的数据，实现引文分析。NetDraw软件是由美国肯塔基州立大学Steve Borgatti教授开发的一款社会网络分析软件，它具有直观的图形化显示功能和优秀的开放兼容性，目前已被广泛应用于社会网络分析研究中[9]。

1 生物土壤结皮研究文献总体情况

1.1 年代变化分析

科学文献是记录科研成果的重要形式，对某一学科论文发表年份进行统计就可以从时间上了解该学科的发展历程。在对近30年来生态系统研究相关文献进行统计后发现，于2013年9月12日检索，在1990—2013年的33年中， Web of Science数据库中发表的生物土壤结皮研究论文数量除个别年份略有波动之外，整体呈稳步增长趋势。其中，1990年、1991年、1993年和1995年没有相关文章发表(图1)。

本文主要以Web of Science中检索到的2010—2013年的275篇生物土壤结皮研究文献为分析重点。检索式为：主题词=(“biological soil crust” or “biological soil crusts”)，文献类型为ARTICLE。检索时间为2013年9月12日，下载引文数据，并保存为文本文档，将其作为本文的研究对象。

图1 1990—2013年Web of Science数据库中的生物土壤结皮研究论文的数量变化Fig.1 The change of the number of papers on biological soil crust research based on the Web of Science during 1990—2013

1.2 来源期刊分析

通过对某领域研究论文所在期刊的分布进行分析可以确定该领域的核心期刊，为读者提供相关指导，指导作者投稿，并为该领域研究者对该领域相关文献的搜集和管理提供一定的依据[10]。

2010—2013年中，在Web of Science数据库中收录土壤生物结皮研究相关研究论文较多的10个期刊为：《干旱环境杂志》(JournalofAridEnvironments)、《土壤生物学和土壤生物化学》(SoilBiologyBiochemistry)、《连锁：土壤科学-水文学》(Catena)、《植物和土壤》(PlantandSoil)、《国际土壤科学杂志》(Geoderma)、《欧洲土壤生物学杂志》

(EuropeanJournalofSoilBiology)、《应用土壤生态》(AppliedSoilEcology)、《干旱区研究和管理》(AridLandResearchamdManagement)、《联合会微生物生态学》(FEMSMicrobiologyOgyEcology)和《生态系统》(Ecosystems)，如图2所示。

图2 Web of Science数据库中发表国际生物土壤结皮研究相关论文最多的期刊Fig.2 Jouranl that have the most pubilcations in the biological soil crust research on the Web of Science databases

2 生物土壤结皮国际研究力量分析

2.1 主要研究国家

2.1.1 主要研究国家发文情况

按照全部作者统计，在2010—2013年4年中，Web of Science数据库中生物土壤结皮研究文献发文量前10位的国家是：美国、中国、西班牙、德国、澳大利亚、以色列、加拿大、英国、意大利、南非，如图3。美国发文量居全球之首，总计有106篇生物土壤结皮研究论文有美国的参与，大约占全部论文的38.54%，在该研究领域占据主导地位。

图3 2010—1013年Web of Science数据库中各主要国家生物土壤结皮研究发文量变化(发文量前10位的国家)Fig.3 The change of the number of papers of major countries on biological soil crust research based on the Web of Science batabases during 2010—2013 (top 10 countries based on the number of papers)

在发文量前10的国家中，美国、中国、西班牙和德国的论文总被引频次较高，均超过100次，其中美国和西班牙的论文总被引频次都超过了200次；西班牙、南非、德国、英国、美国和以色列的篇均被引频次较高，篇均被引均大于3.00次/篇；西班牙高被引论文(被引频次≥10)最多，为10篇；从高被引论文所占比例来看，高被引论文占其发文总量超过10%的国家有西班牙、德国、以色列和南非(表1)。从总被引次数、篇均被引频次和高被引论文等指标综合来看，美国、德国和西班牙的生物土壤结皮研究论文的综合影响力较高。

中国虽在发文量指标上有一定的优势：发文量70篇，排在第2位。但在总被引频次、篇均被引频次和高被引论文等重要指标上均处于劣势：总被引频次138次，在10个国家中排在第4位；篇均被引频次为1.97次/篇，在10个国家中仅位列第9位；高被引论文数量2篇，与以色列并列第4位；高被引论文所占比例为2.87%，排在第7位。总体相对来看，我国在2010—2013年被Web of Science数据库收录的土壤生物结皮研究论文的相对平均质量不高，综合影响力不足。

表1 Web of Science数据库中各主要国家生物土壤结皮研究发文量变化(发文量前10位的国家)(按发文量排序)

Table 1 The top 10 countries based on the number fo papers on Biological Soil Crust research in Web of Science batabases (sequence based on the number of papers)

序号No国家Country发文量Documentnumber总被因次数Totalofcited(number)篇均被引频次Averagecitationsperpaper(number/paper)被引频次≥10的论文Citationfrequency≥10(number)被引频次≥10的论文所占比例Citationfrequency≥10(%)1美国1003643．6499．002中国701381．9722．873西班牙472896．151021．284德国391724．41820．515澳大利亚22492．2314．506以色列16543．38212．57加拿大13312．38008意大利9121．33009英国6233．830010南非6305．00116．67

2.1.2 主要研究机构发文情况

按照全部作者统计，2010—2013年Web of Science数据库中生物土壤结皮研究论文发文量较多的10个机构依次是中国科学院(Chinese Academy of Sciences)、胡安·卡洛斯国王大学(Universidad Rey Juan Carlos)、西班牙国家科学研究理事会(Consejo Superior de Investigaciones Cientificas)、美国地质调查局(United States Geological Survey)、加州大学(University of California System)、德阿尔梅里亚大学(Universidad de Almeria)、亚利桑那州立大学(Arizona State University)、耶路撒冷希伯来大学(Hebrew University of Jerusalem)、美国能源部(United States Deparement of Energy DOE)、加州大学河滨分校(University of California Riverside)(图4)。

在这些发文量较多的机构中，胡安·卡洛斯国王大学、美国地质调查局和加州大学等机构的篇均被引频次较高，这些机构发表的论文篇均被引均超过6次/篇；发表高被引论文(被引频次≥10次)最多的机构是胡安·卡洛斯国王大学，有9篇高被引论文;从高被引论文所占比例来看，胡安·卡洛斯国王大学和美国地质调查局的高被引论文所占比例较高，在所发表的论文中，均有超过20%的高被引论文(表2)。

2.1.3 主要国家、机构和作者的合作情况

随着大科学时代的到来，各个科研领域的国际间合作越来越多，生物土壤结皮研究也不例外，呈现出较强的国际合作态势。在研究科学合作时，最常用的指标是合作度。本文从机构层面和国家层面进行分析。它们分别指某领域中文章的机构或国家的平均个数，具体定义如下[11]：

图4 2010—2013年Web of Science数据库中主要研究机构生物土壤结皮研究发文量变化(按发文量排序)Fig.4 The change of the number of papers of major research institutes on biological soil crust research based on the Web of Science databases during 2010—2013 (sequence based on the number of papers)

Table 2 The number of cited times of papers of major institutes on biological soil crust research based on the Web of Science databases during 2010—2013 (sequence based on the number of papers)

序号No机构Institution发文量Documentnumber总被引次数Totalofcited(number)篇均被引频次Averagecitationsperpaper(number/paper)被引频次≥10的论文Citationfrequency≥10(number)被引频次≥5的论文所占比例Citationfrequency≥5(%)1中国科学院551212．223．632胡安·卡洛斯国王大学262198．42934．623西班牙国家科学研究理事会211024．86314．294美国地质调查局201326．60420．005加州大学系统15906．00213．336德阿尔梅里亚大学13614．6917．697亚利桑那州立大学11454．0919．098耶路撒冷希伯来大学11343．0919．099美国能源部9222．440010加州大学河滨分校9242．6700

(1)

(2)

式中：CI，CC分别表示机构合作度、国家合作度；βi,γi分别表示每篇文章的机构数和国家数；N表示该领域的文章总数。根据公式(1)和(2)的定义，分别计算气候政策建模领域2个层面的合作度(图5)。从图3中可以看出，2个层面的合作度都呈现上升趋势，这表明此领域的研究规模不断扩大，合作关系更加密切。总体上看，2个层面的平均合作度为2.55和1.16；即生物土壤结皮研究领域中，平均每篇文献有2.55个机构和1.16个国家。

图5 生物土壤结皮研究领域合作度Fig.5 Collaboration degree in biological soil crust research

3 国际生物土壤结皮研究热点分析

3.1 学科分布

从学科分布角度看，生物土壤结皮研究是一个多学科交叉的领域，主要涉及生态学、环境科学、土壤科学、植物学、地球科学、微生物学、水资源、地球物理、淡水生物学、林学、农学和生物多样性保护(表3)。生物土壤结皮研究论文涉及学科所占的比重见图6。

表3 2010—2013年生态系统研究主要涉及的研究领域

图6 2010—2013年生物土壤结皮研究领域涉及的学科领域Fig.6 The major research areas of biological soil crust research in 2010—2013

3.2 关键词分析

关键词是制作使用索引时，所用到的词汇，通过分析关键词的变化可以全面把握该学科发展的动态过程、特点和规律。通过对某一研究领域高频关键词的分析，可以很好地反映出该领域的研究热点和未来的发展趋势。可以通过分析关键词之间的亲疏关系，进而分析这些词所代表的学科或主体的研究重点[10]。

通过对关键词出现频率的分析，发现出现频次最高的前15个关键词依次是：生物土壤结皮(biological soil crusts)、蓝藻细菌(cyanobacteria)、地衣(Lichens)、腾格里沙漠(Tengger Desert)、气候变化(climate change)、径流(Runoff)、干扰(disturbance)、固氮作用(nitrogen fixation)、沙漠(desert)、光合作用(photosynthesis)、苔藓(Moss)、渗透(infiltration)、科罗拉多高原(Colorado Plateau)、沙丘(sand dune)、旱地(drylands)(图7)。

图7 国际生物土壤结皮研究前15个关键词及出现频次Fig.7 The frequency of the top 15 keywords on international biological soil crust research

为了获得国际生物土壤结皮研究关键词之间的关系及其研究热点，先用excel生成关键词共现矩阵，然后用Ucinet和Netdraw可视化软件进行可视化分析，展现关键词共现网络(图8)，节点代表关键词及共现关系。利用关键词可视化图可以直观地反映该领域的研究热点。

从近4年来Web of Science数据库中发表的生物土壤结皮研究论文的可视化图来看，生物土壤结皮的研究主要集中在腾格里沙漠等沙漠地区，氮循环研究、碳固定研究、初级生产力研究、微生物群落研究等研究是近年来的研究热点。

图8 国际生物土壤结皮关键词共现网络Fig.8 The Network co-occurrence graph of the keywords on international biological soil crust research

4 主要结论

通过文献计量分析，我们发现：

(1)生物土壤结皮是一个多学科交叉的领域。此领域的文献学科分布广泛，主要涉及生态学、环境科学、土壤科学、植物学、地球科学等。

生物土壤结皮研究在20世纪末到21世纪初才开始受到重视，论文量逐年增多，处于稳步发展阶段，该研究领域最高产的期刊是JournalofAridEnvironments。

发达国家在生物土壤结皮研究领域的实力明显强于发展中国家;从总被引频次和高被引论文等指标综合来看，美国、德国和西班牙等国的生物土壤结皮研究论文的综合影响力较高。排名前10的高产机构中，首先，胡安·卡洛斯国王大学和美国地质调查局等机构的论文发文量较多，影响力较大；其次，只有中国科学院来自于发展中国家。

(2)通过对生物土壤结皮文献关键词的词频分析，发现该领域研究主要集中在腾格里沙漠等沙漠地区，氮循环研究、碳固定研究和、微生物群落研究等研究是近年来的研究热点。

中国在生物土壤结皮研究领域有了一定的发展，但要进一步扩大影响要做到：(1)在提升科研成果数量的同时，要注重质量的提升；(2)培养一批长期从事该领域的科研人员、机构，提高在该领域的影响力。

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中国科学院国家科学图书馆青年人才前沿领域基金项目“基于引文的期刊选题依据遴选模式研究——以地学领域为例”(Y200111001)；中国科学院西部之光人才项目

2014- 01- 02;

2014- 02- 18

10.5846/stxb201401020013

*通讯作者Corresponding author.E-mail: hehy@llas.ac.cn

贺郝钰，侯春梅，迟秀丽，黄爱华.国际生物土壤结皮研究发展态势文献计量分析.生态学报,2014,34(4):1035- 1041.