基于文献计量的生态系统碳交换研究发展态势分析

张静辉，罗亚勇，2*，常宗强

1. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所奈曼沙漠化研究站，甘肃 兰州 730000；2. 冻土工程国家重点实验室，甘肃 兰州 730000；3. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃 兰州 730000

基于文献计量的生态系统碳交换研究发展态势分析

张静辉1，罗亚勇1，2*，常宗强3

1. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所奈曼沙漠化研究站，甘肃 兰州 730000；2. 冻土工程国家重点实验室，甘肃 兰州 730000；3. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃 兰州 730000

基于Web of Science数据库，利用文献计量学方法分析1977─2014年生态系统碳交换研究的有关文献年际变化和学科分布，重点研究分析2010─2014年相关文献的研究力量以及合作状况。结果表明，（1）生态系统碳交换是一个多学科交叉的研究领域，自1977年出现了第一篇有关生态系统碳交换的论文之后，文献数量除个别年份略有波动之外，整体呈稳步增长趋势。（2）发表生态系统碳交换相关文献较多的前15种出版物中，发文量最多的是Agricultural and Forest Meteorology；Global Change Biology、Agricultural and Forest Meteorology、Journal of Geophysical Research-Biogeosciences和Biogeosciences的论文总被引频次较高，均超过了1 000次。（3）从发文量、总被引次数和高被引论文篇数来看，美国、德国、加拿大和法国等生态系统碳交换研究论文综合影响力较高；Chinese Acad Sci、Max Planck Inst Biogeochem、Harvard Univ和Univ Calif Berkeley等机构的论文综合影响力较高；从篇均被引频次和高被引论文所占比例来看，瑞士、荷兰、比利时、意大利和法国等国的论文质量较高；Univ Calif Berkeley、Harvard Univ和Max Planck Inst Biogeochem等机构的论文质量较高。虽然中国在发文量上排第二位，但在篇均被引频次、高被引论文数及其所占比例等指标上并无优势。（4）国家、机构和作者层面的合作度都呈现波动变化，但变化幅度并不大，呈稳定态。

生态系统碳交换；文献计量；Web of Science数据库

ZHANG Jinghui, LUO Yayong, CHANG Zongqiang. Research on the Ecosystem Carbon Exchange: An Analysis Based on Bibliometrics Method [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(12): 2082-2088.

生态系统碳交换指生态系统与大气间的CO2交换，主要包括植物光合固定碳与生态系统呼吸释放碳两个过程（Luo et al.，2006）。光合作用和呼吸作用是陆地生态系统碳收支中两个最大的碳交换过程，是影响大气CO2浓度的关键生态学过程（Bond et al.，2010），其变化对全球碳循环具有重大影响。生态系统碳交换研究不仅可用于精确测定生态系统的碳收支，而且将有助于改善区域和全球的碳循环模型以及预测生态系统对全球变化的响应和适应（Christina et al.，2014）。20世纪90年代以来，受国际地圈-生物圈计划等的影响，生态系统碳交换对全球变化的响应和反馈研究逐渐受到重视。

文献计量学方法作为一种成熟的方法，已被广泛应用于各个学科（钟伟金，2008；邱均平等，2008；刘潇钖等，2014；魏一鸣等，2013；秦莲霞等，2013），近年来，一些学者也将此方法应用于生态系统的相关领域（贺郝钰等，2014；王金平等，2010；张波等，2011；刘爱原等，2015；吕明权等，2015；李俊等，2014）。但是，从文献计量分析的角度分析生态系统碳交换研究现状的文献较少，因此，本文基于Web of Science网络版数据库，采用文献计量学分析对生态系统碳交换有关文献的年际变化、研究力量和合作状况等进行分析，以期了解生态系统碳交换的研究现状和发展态势，捕捉该领域的研究热点和前沿问题。

1　数据来源

统计数据来源于美国信息科学研究所 ISI的Web of Science网络版数据库，该数据库是ISI建设的SCI、SSCI、A&HCI、CPCI-S和ISSHP五大引文数据库的网络版，涵盖了自然科学、工程技术、社会科学、艺术与人文等领域，是全球最大、涵盖学科最多的综合性学术信息资源数据库，共收录了9300份权威影响力的学术期刊，可以提供科学的学科分类（李俊等，2014）。

在Web of Science数据库中进行检索，检索式为：主题词为“ecosystem carbon exchange”，文献类型为 ARTICLE、PROCEEDINGS PAPER、REVIEW、EDITORIAL MATERIAL和 BOOK CHAPTER（数据库更新时间为2015年3月12日，检索时间为2015年3月13日）。对1977─2014年5464篇文献进行年际变化和学科分布分析，重点分析2010─2014年2300篇文献的研究力量和合作度。

2　结果分析

2.1文献概况

对Web of Science数据库中1977─2014年生态系统碳交换的相关论文进行统计发现，自 1977年出现了第一篇有关生态系统碳交换的文献之后，至1989年年发文量并没有增加，甚至1979─1985年、1987年和1988年并没有相关论文发表；但1990年后论文数量开始显著增加，论文数量除个别年份略有波动之外，整体呈增长趋势（图1）。

图1　1977─2014年生态系统碳交换研究发文量的年际变化Fig. 1 Theinterannual variation of the number of published papers on ecosystem carbon exchange from 1977 to 2014

从学科分布角度来看，生态系统碳交换是一个多学科交叉的研究领域，主要涉及 Environmental Sciences Ecology、Meteorology Atmospheric Sciences、Geology、Agriculture、Forestry、Plant Science、Biodiversity Conservation、 Marine Freshwater Biology、Oceanography、Water Resources、Remote Sensing、Engineering、Science Technology Other Topics、Imaging Science Photographic Technology等。

2.2主要出版物

科技出版物是先进科学技术研究成果得以广泛传播的重要载体，是科技交流的重要平台（张桂枝，2012），分析某领域出版物的分布可以确定该领域的核心出版物，为相关研究人员的文献搜索和管理提供依据（贺郝钰等，2014；丁学东，1992）。2010─2014年Web of Science数据库中发表生态系统碳交换相关文献较多的前 15种出版物依次为：Agricultural and Forest Meteorology、Biogeosciences、Journal of Geophysical Research-Biogeosciences、Global Change Biology、Agriculture Ecosystems & Environment、Remote Sensing of Environment、Plos One、Global Biogeochemical Cycles、Ecosystems、Ecological Modelling、New Phytologist、Plant and Soil、Environmental Research Letters、Oecologia和Biogeochemistry等（图2）。

图2　2010─2014年发表生态系统碳交换相关论文最多的出版物Fig. 2 Journal that have the most publications in theecosystem carbon exchange research from 2010 to 2014

从图2中还可以看出，前15种出版物中，发文量最多的是Agricultural and Forest Meteorology，为188篇；最少的为Biogeochemistry，为27篇。统计这前 15种出版物的总被引频次可以发现， Global Change Biology、Agricultural and Forest Meteorology、Journal of Geophysical Research-Biogeosciences和Biogeosciences的论文总被引频次较高，均超过了1000次；2010─2014年这4种出版物发文总量为637篇，占总发文量的27.70%。由此可见，这4种出版物在生态系统碳交换研究方面具有较大贡献。

2.3研究力量

2.3.1主要研究国家

按照检索到的2010─2014年全部文献的所有作者进行统计，这5年间Web of Science数据库中有关生态系统碳交换研究的发文量前15个国家依次是美国、中国、德国、加拿大、法国、日本、澳大利亚、英国、意大利、瑞典、瑞士、西班牙、荷兰、芬兰和比利时（图3）。从图3中可以看出，美国发文量为967篇，居世界首位，约占全部相关生态系统碳交换论文总量的42.043%，在该研究领域占主导地位；其次是中国（423篇），约占论文总量的18.391%。可见美国在该领域的学术优势非常明显。

图3　2010─2014年各主要国家生态系统碳交换研究发文量变化(发文量前15个国家)Fig. 3 The change of the number of papers of major countries on ecosystem carbon exchange research from 2010 to 2014

在发文量前 15个国家中，美国、德国、加拿大、中国、法国、意大利、瑞士和英国的论文总被引频次均超过了2000次，其中美国、德国和加拿大均超过了3000次，而美国达到了11401次，远远高于德国、加拿大和中国。比利时、瑞士、荷兰、意大利、法国、英国和加拿大的论文篇均被引频次较高，均超过了13次/篇，其中比利时、瑞士、荷兰、意大利和法国的篇均被引频次超过了15次/篇。美国、德国、加拿大、法国、英国、瑞士和意大利的高被引频次论文（被引频次≥30次）均超过了20篇，其中美国、德国和加拿大的高被引频次论文高于30篇，美国达到了85篇，居于首位，远高于第二位的德国（36篇）。从高被引论文所占比例来看，高被引频次论文占全部发文量的 10%以上的国家有荷兰、瑞士、比利时、英国、意大利、法国、德国、瑞典、加拿大和西班牙，其中荷兰、瑞士和比利时占15%以上（表1）。

从发文量、总被引次数和高被引论文篇数来看，美国、德国、加拿大和法国等生态系统碳交换研究论文综合影响力较高；从篇均被引频次和高被引论文所占比例来看，瑞士、荷兰、比利时、意大利和法国等论文质量较高。虽然中国在发文量上排第二位，但在篇均被引频次、高被引论文数及其所占比例等指标上并无优势。

表1　2010─2014年生态系统碳交换发文量前15个国家的发文量和被引频次变化（按发文量排序）Table 1 The change of the number of published papers and citation frequency of the top 15 countries based on the number of published papers from 2010 to 2014 (sequence based on the number of papers)

2.3.2主要研究机构

按照全部作者所在的研究机构进行统计，2010─2014年这5年间Web of Science数据库中生态系统碳交换文献发文量的前 15所研究机构是：Chinese AcadSci、Max Planck Inst Biogeochem、 Harvard Univ、Univ Helsinki、Oregon State Univ、Us Forest Serv、Univ Colorado、Univ Calif Berkeley、Univ British Columbia、Lund Univ、Natl Inst Environm Studies、Univ Antwerp、Oak Ridge Natl Lab、Eth和Univ Wisconsin（图4）

图4　2010─2014年各主要研究机构生态系统碳交换研究发文量变化（发文量前15所机构）Fig. 4 The change of the number of papers of major organization on ecosystem carbon exchange research from 2010 to 2014

在发文量较多的前15所机构中，Chinese AcadSci、Harvard Univ、Univ Calif Berkeley、Max Planck Inst Biogeochem、Us Forest Serv、Oregon State Univ、Univ British Columbia和Univ Colorado发表的论文总被引频次均超过了1000次；Univ Calif Berkeley、Harvard Univ、Max Planck Inst Biogeochem、Us Forest Serv和Univ British Columbia等机构的篇均被引频次较高，均超过了20次/篇；发表高被引频次论文（被引频次≥30次）较多的机构有Max Planck Inst Biogeochem、Harvard Univ、Univ Calif Berkeley、Us Forest Serv、Univ Colorado和 Oak Ridge Natl Lab，均超过了13篇；从高被引频次所占比例来看，Univ Calif Berkeley、Max Planck Inst Biogeochem、Oak Ridge Natl Lab、Harvard Univ和ETH等所发表的高被引频次论文所占比例均超过25%（表2）。

表2　2010─2014年生态系统碳交换发文量前15所机构的发文量和被引频次变化(按发文量排序)Table 2 The change of the number of published papers and citation frequency of the top 15 organization based on the number of published papers from 2010 to 2014(sequence based on the number of papers)

从发文量、总被引次数和高被引论文篇数来看，Chinese AcadSci、Max Planck Inst Biogeochem、Harvard Univ和Univ Calif Berkeley等机构的生态系统碳交换研究论文综合影响力较高；从篇均被引频次和高被引论文所占比例来看，Univ Calif Berkeley、Harvard Univ和Max Planck Inst Biogeochem等机构的论文质量较高。

2.3.3高产作者群

高产作者群是指那些发文量较多，影响较大的作者集合。本文根据普莱斯所提出的计算公式确定高产作者的数量（丁学东，1992）：

其中：M为论文篇数，Nmax为所统计的年限中最高产的作者的发文量，只有发表文献数在M篇以上的作者方可成为高产作者（丁学东，1992）。文中Nmax=44，由式（1）可得，M=6.633≈7。在检索的文献中共有15637位作者，其中发文量在7篇及其以上的有302位。从高产作者群中选取前15位作者分析发现，来自美国的高产作者有6位；加拿大的有3位；瑞士、中国、澳大利亚、法国和意大利各有2、1、1、1和1位（表3）。

表3　生态系统碳交换研究的高产作者Table 3 The most productive authors in the ecosystem carbon exchange research

2.4主要国家、机构和作者的合作情况

随着生态系统碳交换研究的不断深入，该领域的合作关系不断加强。在研究科学合作时，最常用的指标是合作度。本文从作者层面、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作者、机构或国家的平均个数，具体定义如下（魏一鸣等，2013）：

作者合作度：

机构合作度：

国家合作度：

其中：CA、CI、CC分别表示作者合作度、机构合作度和国家合作度；αi、βi和γi分别表示每篇文章的作者数、机构数和国家数；N表示该领域的文章总数。根据公式（2）～（4）的定义，分别计算生态系统碳循环研究领域3个层面的合作度（图5）。从图5中可以看出，国家、机构和作者层面的合作度都呈现波动变化，但变化幅度并不大，呈稳定态。这总体表明2010─2014年这5年间此领域的研究规模以及合作关系变化并不明显。总体来看，国家、机构和作者3个层面的平均合作度分别为1.89、3.99和6.31，即生态系统碳交换研究领域中，平均每篇文章有1.89个国家、3.99个机构和6.31位作者参与合作。

图5　2010─2014年生态系统碳交换研究领域合作度Fig. 5 Collaboration degree in ecosystem carbon exchange research from 2010 to 2014

3　结论

通过对Web of Science网络数据库收录的有关生态系统碳交换研究论文进行文献计量学分析，得到以下主要结论：

（1）生态系统碳交换是一个多学科交叉的研究领域，主要涉及Environmental Sciences Ecology、Meteorology Atmospheric Sciences、Geology、Agriculture和Forestry等；自1977年出现了第一篇有关生态系统碳交换的论文，文献数量除个别年份略有波动之外，整体呈稳步增长趋势。

（2）从发文量、总被引次数和高被引论文篇数来看，美国、德国、加拿大和法国等生态系统碳交换研究论文综合影响力较高；从篇均被引频次和高被引论文所占比例来看，瑞士、荷兰、比利时、意大利和法国等论文质量较高。虽然中国在发文量上排第二位，但在篇均被引频次、高被引论文数及其所占比例等指标上并无优势。

（3）从发文量、总被引次数和高被引论文篇数来 看 ， Chinese AcadSci、 Max Planck Inst Biogeochem、Harvard Univ和Univ Calif Berkeley等机构的生态系统碳交换研究论文综合影响力较高；从篇均被引频次和高被引论文所占比例来看，Univ Calif Berkeley、Harvard Univ和Max Planck Inst Biogeochem等机构的论文质量较高。

（4）国家、机构和作者层面的合作度都呈现波动变化，但变化幅度并不大，呈稳定态。这总体表明2010─2014年这5年间此领域国家、机构和作者之间的合作关系始终比较密切，变化并不明显；国家、机构和作者 3个层面的平均合作度分别为1.89、3.99和6.31，即生态系统碳交换研究领域中，平均每篇文章有 1.89个国家、3.99个机构和 6.31位作者参与合作。

BOND-LAMBERTY B, THOMSONA. 2010. Temperature-associated increases in the global soil respiration record [J]. Nature, 464(7288): 579-582.

CHRISTINA T, CHRISTINE L G, MARISSA S W, et al. 2014. The effect of nitrogen addition on soil organic matter dynamics: a model analysis of the Harvard Forest Chronic Nitrogen Amendment Study and soil carbon response to anthropogenic N deposition [J]. Biogeochemistry, 117(2-3): 431-454.

LUO Y, ZHOU X. 2006. Soil respiration and the environment [M]. San Diego, California: Academic Press/Elsevier.

丁学东. 1992. 文献计量学基础[J]. 北京: 北京大学出版社: 204-209.

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

李俊, 董锁成, 李泽红, 等. 2014. 中国城市化过程中生态环境研究的文献计量分析(英文)[J]. Journal of Resources and Ecology, 3(3): 211-221.

刘爱原, 林荣澄, 郭玉清. 2015. 全球北极底栖生物研究的文献计量分析[J]. 生态学报, 35(9): 2789-2799.

刘潇钖, 代涛, 贾晓峰, 等. 2014. 基于文献计量学的药学前沿领域研究[J]. 中国药业, 23(23): 1-4.

吕明权, 吴胜军, 陈春娣, 等. 2015. 基于文献计量视角的三峡消落带生态系统研究进展[J]. 生态学报, 35(11): 3504-3518.

秦莲霞, 张萌. 2013. “数值天气预报”领域文献计量分析[J]. 气象科技进展, 3(3): 71-72.

邱均平, 苏金燕, 熊尊妍. 2008. 基于文献计量的国内外信息资源管理研究比较分析[J]. 中国图书馆学报, 34(177): 37-45.

陶慧卿, 潘卫, 庄琦. 2008. 从引文分析的角度比较 Google Scholar与Web of Science的优势与不足[J]. 图书馆杂志, 27(12): 29-35.

王金平, 高峰, 张志强, 等. 2010. 国际生态系统研究发展态势文献计量分析[J]. 地球科学进展, 25(10): 1101-1111.

魏一鸣, 米志付, 张皓. 2013. 气候政策建模研究综述: 基于文献计量分析[J]. 地球科学进展, 28(8): 930-938.

张波, 曲建升, 王金平. 2011. 国际生态学研究发展态势文献计量分析[J]. 生态环境学报, 20(4): 786-792.

张桂枝. 2012. 关于提高科技出版物综合质量的几点思考[J]. 天津科技, (2): 95-96.

钟伟金. 2008. 我国医学文献计量研究现状[J]. 广东医学院学报, 26(3): 313-315.

Research on the Ecosystem Carbon Exchange: An Analysis Based on Bibliometrics Method

ZHANG Jinghui1, LUO Yayong1,2*, CHANG Zongqiang3
1. Naiman Desertification Research Station, Cold and Arid Regions of Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000, China；2. State Key laboratory of Frozen Soil Engineering，Lanzhou 730000, China；3. Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China

Based on the online version of Web of Science, the interannual variation and subject distribution on ecosystem carbon exchange published papers from 1977 to 2014 was analysed using the bibliometrics method. The research effort and corporative state from 2010 to 2014 was focused. Result showed that: (1) Theecosystem carbon exchange is a interdisciplinary research field. The first paper on ecosystem carbon exchange appears in 1977. The number of papers showed a trend of steady growth as a whole. (2) In this field, journal with high number of published papers include Agricultural and Forest Meteorology. The cited frequency was more than 1000 in these journals such as Global Change Biology、Agricultural and Forest Meteorology、Journal of Geophysical Research-Biogeosciences and Biogeosciences. (3) According to the number of papers, citation frequency and the number of highly cited papers, the country with higher comprehensive influenceincluded America, Germany, Canada and French in the field; the organization with higher comprehensive influence included Chinese AcadSci, Max Planck Inst Biogeochem, Harvard Univ and Univ Calif Berkeley. According to average citation per paper and the proportion of highly cited papers, the quality of papers is higher in these countries such as Switzerland, Netherlands, Belgium, Italy and French, as well as in these organization such as Univ Calif Berkeley, Harvard Univ and Max Planck Inst Biogeochem. Although China is the second in the number of papers, but it is no advantage on average citation per paper, the number and proportion of highly cited papers. (4) There was a fluctuation variation in the cooperation degree among countries, organizations and authors. It indicates that the research scale is stable state, and the symbiosis is intimate in the field.

ecosystem carbon exchange; bibliometrics; Web of Science

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.12.025

X142; X17

A

1674-5906（2015）12-2082-07

国家自然科学青年基金项目（41201249）；冻土工程国家重点实验室开放基金项目（SKLFSE201203）

张静辉（1983年生），女，助理研究员，硕士，研究方向为生态系统生态学。E-mail: jhzhang@lzb.ac.cn *通信作者：罗亚勇。E-mail: luoyy@lzb.ac.cn

2015-10-27

引用格式：张静辉, 罗亚勇, 常宗强. 基于文献计量的生态系统碳交换研究发展态势分析[J]. 生态环境学报, 2015, 24(12): 2082-2088.