基于CiteSpace森林培育学科的研究热点和发展历程

叶学敏，顾菡娇，杜天真，郭韫丽，陈伏生

（1.江西农业大学林学院，南昌 330045；2.江西省森林培育重点实验室，江西农业大学，南昌 330045；3.江西农业大学图书馆，南昌 330045）

进入21 世纪，林业形势和任务发生重大转变，党中央、国务院高度重视林业发展和生态保护，林业迎来空前未有的机遇和挑战[1-2]，林业在生态文明建设以及促进社会、经济可持续发展中发挥不可替代的作用。作为林业建设的核心学科，森林培育学科在科学研究和人才培养等方面对支撑我国林业发展均有极其重要的作用[3]。因此，近20年来森林培育学科是如何不断深化基础理论来适应国家林业发展转型，如何走出一条符合我国国情的创新之路值得探讨和总结。

森林培育学科是营造和培育森林理论和技术的学科，是我国创建最早的林学学科，早期研究对象以人工林为主，研究内容涵盖了良种生产、苗木培育、森林营造、森林抚育、森林主伐更新等[4-5]。可是，缺乏理论指导使得大量林业实践工作停留在表象，对机理机制研究探讨不足。目前森林培育学科研究内容包含两大部分：基本原理和森林培育技术，重点培育对象为人工林和天然林。虽然有基本理论体系的框架，但许多林业上面临的难题现有理论和技术无法回答。如不同人工林的经营方式如何，如何适地适树，天然林如何保护、抚育和经营等。所以，森林培育学面临着加快和拓展其基础理论研究的紧迫任务。现代分子生物学、生态学的发展给森林培育学科理论深化提供了有利条件，如从遗传控制上改变林木的生长潜力及抗性，从生态系统的角度认识森林，理论上解释生产力形成及生物多样性维持机理、密度调控因素、立地因子的划分、地力维护机制、土壤微生物和菌根的功能以及气候变化对森林的影响[6]。以往研究成果中不乏对森林培育研究领域热点的探究，但大多建立在归纳和总结文献资料的基础上，具有较强的主观性。本文尝试利用文献计量方法进行量化分析，基于CiteSpace可视化软件探寻森林培育学科的研究现状，为客观揭示该领域的研究态势提供一种新思路。

学位论文是为获得某种学位而撰写的研究报告或科学论文[7]。硕士学位论文是研究生在基本掌握某个学科系统研究理论后，独立完成的某项科学研究或专门技术的工作总结，是科技创新能力和人才培养质量的有机表现形式。通过归纳和分析森林培育学科的硕士学位论文，可从一个侧面总结森林培育学科的研究进展，通过绘制相关信息知识图谱，可较直观地透视我国森林培育学发展过程、研究热点和未来趋势，并剖析研究重点和薄弱所在，旨在深化森林培育学科研究生教育教学改革、优化学科布局，为研究生培养方案的修订以及学位论文的选题提供参考，更好地支撑新时代林业发展新需求，为国家生态文明建设及“绿水青山就是金山银山”等生态文明思想提供有力的支撑。

1 材料与方法

1.1 数据来源

通过CNKI检索博硕士论文，分别设置“学科专业名称”、“森林培育”为检索条件和检索词，在检索结果中选取硕士论文。该检索结果来源于中国优秀硕士学位论文全文数据库（CMFD），收录了林业高等院校研究生发表的论文，可体现森林培育学科的研究热点和发展过程。

1.2 分析工具及参数设置

基于CiteSpace V（5.3.R1.7.1）信息可视化软件分析森林培育学科的发展历程、研究内容及研究热点[8]。因2018年硕士学位论文收录不完整，参数设定为：时间跨度2000—2017年；时间分段1年；前中后阈值分别为（1，1，10）、（4，3，25）、（4，3，25）；节点强度默认余弦函数；主题聚类词来源选择标题、摘要、作者关键词与关键词累加；分析选择最小生成树算法；视图显示选择静态聚类和合并网络。软件运行完成后，保留关键词聚类时区图谱，利用Excel 2010整理数据得到关键词共现频次表、突显词统计表以及论文数量年度分布图。

1.3 可视化分析

①关键词共现分析：关键词是论文核心主体的高度概括，分析学科内相关文献的高频关键词及其连接关系有助于挖掘该领域的研究内容和热点；②关键词聚类分析：将相同主题研究内容归类，从宏观上解释研究内容的分异规律，聚类的规模越大，聚类中包含的成员数量越大，则编号越小；③研究热点分析：利用突显词（burst）分别从研究树种和研究内容2个方面对学科的研究热点进行归纳和总结，突显词是在某一段时间内被引频次或者共现次数突然增加的词语，突显词的权重体现其在研究领域的重要性和前沿性。

2 结果与分析

2.1 发文数量分析

发文数量是衡量一个研究领域发展历程的重要指标，本研究共检索到2 690篇森林培育硕士学位论文（2000—2017年）。从年度分布来看，虽然每年森林培育学硕士学位论文的发文量有一定起伏，但总体呈逐步增长的趋势（图1）。2000—2010年，学位论文数量呈直线增长，2010年至最高值272 篇。2011—2017年，森林培育学硕士论文数量有所下降，但呈较平稳态势。各机构的发文数量显示我国森林培育硕士论文主要集中在农林高校及科研院所，发文数量前10 的机构分别为北京林业大学、四川农业大学、中南林业科技大学、中国林业科学研究院、福建农林大学、南京林业大学、河北农业大学、东北林业大学、山东农业大学和内蒙古农业大学（表1）。

图1 2000—2017年森林培育学硕士学位论文发文数量Fig.1 The number of silviculture master's degree thesis from 2000 to 2017

表1 2000—2017年森林培育硕士学位论文前20的机构Tab.1 Top 20 prolific institutes of silviculture master's degree thesis from 2000 to 2017

2.2 关键词共现与聚类分析

关键词共现分析结果表明，森林培育学研究的核心内容可以简单概括为基于树种的3类研究类型（生态、遗传育种和植物生理）（表2）。通过研读重要节点所对应的相关文献发现，关键词所包涵的内容是森林培育学科的研究重点，代表某一个研究方向，关键词网络交叉相连，森林培育领域研究视角趋于多元化（图2）。“组织培养”、“生物量”、“生长”、“遗传多样性”、“干旱胁迫”、“光合作用”和“土壤养分”等出现频率较高（表2）。最大聚类0 中发现，研究主题集中在毛竹（Phyllostachys heterocycla）、油茶（Camellia oleifera）、杉 木（Cunninghamia lanceolata）、刺 槐（Robinia pseudoacacia）、木荷（Schima superba）、银杏（Ginkgo biloba）、马尾松（Pinus massoniana）和水曲柳（Fraxinus mandshurica）等主要造林树种的施肥、环境胁迫（干旱、水分）、无性系、苗期生长、生理特性、遗传多样性、基因克隆、生物量、养分含量和光合作用等方面。聚类8、9 体现光合作用、光合生理为森林培育的重要研究方向。总体上，森林培育学科研究涉及植物生理学、林木遗传育种、森林土壤学和生态学，呈现出较强的学科交叉趋势。

关键词聚类分析表明林分类型研究主要以人工林为主，对天然林的研究较为薄弱。此外，我国人工林栽植面积较大的树种杉木、杨树（Populus）、银杏、桉树（Eucalyptus）、毛竹、水曲柳、油茶、核桃（Juglans regia）和栎类（Oaks）是森林培育学的研究重点。聚类4反映出我国北方人工林的研究对象为华北落叶松（Larix principis-rupprechtii）、油 松（Pinus tabuliformis）、樟 子 松（Pinus sylvestrisvar.mongolica）、侧柏（Platycladus orientalis），研究内容偏重于木材材性、营林措施和菌根真菌等；聚类5可见，杨树是森林培育的重点研究树种，其因生长快、易繁殖的特性被作为木本植物研究的模式种；从聚类3可知，银杏为我国森林培育方面重要的研究树种，研究内容系统、深入，涵盖生理特性、无性系选育、碳储量、组学等；聚类10 体现桉树是我国最重要的人工林之一。

表2 关键词共现频次Tab.2 Co-occurrence frequency of keywords

2.3 森林培育学科研究热点

利用突显词分别从树种和内容2个方面对学科的研究热点进行归纳和总结，共检测到19个具有高权重的突显词（表3）。结合截止时间，3个研究方向（碳储量、遗传改良和养分循环）可能为今后的研究热点。

在树种研究方面，毛竹、水曲柳、油茶、杉木和山核桃（Carya cathayensis）是森林培育学的重要树种。但多数树种的研究热点呈单峰型，研究的连续性不强，如毛竹、水曲柳和杉木分别在2009 — 2013年、2003 — 2007年和2003 — 2006年研究较为集中，表明这些树种曾是森林培育学科的研究重点，但突变截止的时间较早，体现出此树种相关主题的研究已趋于成熟，关注度有所下降。此外，研究发现文冠果（Xanthoceras sorbifolium）和栓皮栎（Quercus variabilis）占据重要地位。文冠果是荒漠化防治的优良树种，且具有含油量高的特点，在三北能源林建设中起重要作用。栓皮栎是重要的用材树种，也是森林群落的建群种[9]，目前，我国对栎类树种的重视和关注程度高，已成立“栎树国家创新联盟”，为栎类相关学科的科技创新和产业发展提供条件平台。

表3 森林培育学科突显词统计Tab.3 Statistics of burst in silviculture discipline

2.4 森林培育学科发展历程

结合图1和图2内容，可将森林培育发展历程划分为3个阶段。

第1阶段（2000—2005年）：这一时期的文献数量虽少（图1），但许多成为了森林培育领域研究的关键文献，产生了大量具有高中介中心度的关键词（图2）。图中可见，“生物量”、“遗传多样性”、“组织培养”、“干旱胁迫”、“施肥”、“土壤微生物”和“光合作用”等在图中节点大，连线多，为整个研究网络的中心节点。“银杏”、“马尾松”、“油松”、“杉木”和“落叶松”为森林培育领域中早期的重要研究树种。此阶段研究内容丰富，为随后森林培育领域文献的急剧增加奠定了基本的理论基础和研究方向。

第2阶段（2006—2010年）：这一时期，具有高中介中心度的关键词数量呈缓慢的增加趋势（图2），但文献的数量急剧上升（图1），其中“生物多样性”、“土壤养分”、“光合特性”、“生长规律”、“酶活性”、“凋落物”、“物种多样性”、“ISSR”、“叶绿素荧光”和“生理响应”等关键词均在这一阶段出现，成为学术研究的热点。“油茶”、“毛竹”、“板栗”等经济林树种在此阶段的相关研究也开始增多。森林培育研究进入了发展活跃期。

第3 阶段（2011 — 2017年）：2011年后文献数量增长放缓并逐渐趋于平稳（图1），具有高突现度、高中介中心度的关键词数目较少（图2）。在此阶段新产生的突显词“碳储量”、“产量”、“生理生化”、“抗性生理”、“光合生理”、“土壤理化性质”、“凋落物分解”、“氮沉降”、“土壤微生物”和“土壤酶活性”均在此阶段突变，并具有非常高的突现度，标志着森林培育学研究进入以基础理论研究为核心的发展期。这一阶段还开展了抗旱、抗寒等抗性栽培的生理生化机理研究，从养分循环等方面揭示杉木、杨树、桉树等人工林地力维护机制，从全球气候变化的角度探讨森林生态系统的响应机理等[6,10]。此阶段，森林培育领域基础理论研究进入快速发展期。

图2 森林培育学科硕士学位论文关键词聚类时区图谱Fig.2 Clustering time zone map of keywords in master's thesis of silviculture discipline

3 讨论

3.1 育种技术的提高是森林培育学突破的关键

作为林业生产的物质基础，选育优质、高产、抗逆性强的林木良种是加强生态建设、提高森林质量的保障，是缓解森林资源短缺的有效途径。现代生物工程技术可以克服林木生长周期长、杂合度高、有性繁殖难以保持杂种优势的缺点，可提高遗传改良和繁育效率，实现物种优良基因的快速整合，加快植物育种的进程。植物组织培养以细胞全能性为理论基础，可以使幼芽扩大繁殖和脱毒等。目前，火炬松（Pinus taeda）、辐射松（Pinus radiata）、鹅掌楸（Liriodendron chinense）、挪威云杉（Picea abies）、落叶松（Larix gmelinii）等多种木本已建立了体细胞胚胎再生技术体系[11]，对促进林木植物的良种选育、扩大繁殖以及工厂化高效育苗具有重要意义。此外，遗传多样性保护和种质资源收集、保存与利用为重要研究主题[12]。

3.2 生态学为森林培育学科提供了重要的理论体系

了解全球环境变化（温室气体、氮沉降等）对森林生态系统（森林植物、土壤微生物、森林土壤、土壤酶、土壤养分、凋落物分解）的影响是当前的热点问题，森林与环境是不可分割的一个系统，生态学为研究森林与其环境相互关系提供了重要的理论基础。目前，生态学已广泛地与森林培育学科紧密结合，在森林系统的起源、立地条件与森林生长的相互作用关系、森林系统的功能及其实现基础、森林系统的动态变化规律及森林培育技术对森林最终目标的影响等方面展开研究。近年来研究集中在探究全球气候变化及森林的响应与适应、人工林生产力、大样地群落学和生物多样性[13-15]、运用生态模型预测森林与环境的适应性和交互作用[16]等方面。

3.3 向超宏观和超微观发展、由表征向机理发展

森林培育学科向宏观发展的典型为碳储量研究，生物量是森林生态系统生产力的一个重要体现，它不仅直接与CO2的排放量有关，还与人口的基本生活资源相关[17-18]，估算不同陆地生态系统的生物量可以了解该生态系统在气候变化下的动态变化，计算森林植被的贡献。由原先个体、种群的研究扩大到群落、生态系统的尺度。同时，学科在微观层次也进一步发展，分子生物学技术的突破使得研究微观的林木生长调控过程更为便利，通过遗传改良来提高林木的生长、抗性和生态功能。遗传多样性是生态系统多样性和物种多样性的载体，许多潜在的历史信息（如种群扩张、消亡、分化）都蕴藏在生物的基因中[19]。如今，越来越多的森林培育研究采用分子生物学手段，通过现代分子测序技术挖掘林木基因组的关键基因，培育新品种、良种。此外，养分循环、凋落物分解、森林与环境的适应性研究为地力维护、植被管理和预测环境变化对森林的影响提供了理论的支撑，这些机理性研究在未来可能继续引领森林培育研究的发展方向[20-22]。

3.4 森林培育学科发展与国家林业发展转型

“立以学科，兴以学科，强以学科”是高校的发展宗旨，林业学科的建立与发展体现出科教兴林的价值导向和国家意志[3]。当前，林业发展从追求木材生产、森林资源保护逐步过渡到森林资源多目标经营、可持续发展以及森林生态系统管理[23-24]。这些林业发展变革对森林培育学科发展以及林业高等教育改革是非常重要的标识牌。通过分析近20年来的森林培育学硕士学位论文，笔者认为，森林培育学科的发展在研究理论的深化、创新、交叉和系统化的过程中紧紧围绕生态建设和林业生产实践去适应我国林业发展转型。

由于森林培育学是一门应用型科学，而现代科学最突出的特征是学科交叉。森林培育学科经过长期的学科建设，学科整体研究水平不断提高并趋于成熟，但还存在理论缺乏、实践多于理论等问题，亟需从系统学的角度对生态过程进行定量，学科交叉势在必行。同时，不断深化的生态学、遗传学、土壤学、植物生理学等研究为森林培育学提供了核心的理论依据[25]。进一步将森林培育学理论付之于实践也是所有林业工作者都需要迫切考虑的事情。许多重要树种的研究都与我国实施的生态林业建设工程（天然林保护工程、退耕还林（草）工程、速生丰产林工程、重点防护林建设工程以及能源林工程等）密切相关。例如，杉木、马尾松、毛竹和桉树是我国南方重要的速生丰产林建设树种，水曲柳、杨树是北方防护林、速生丰产林建设树种，而研究热点碳储量、干旱胁迫、氮沉降等也是在为解决我国碳汇测算、生态脆弱区修复和环境污染预测防治等实践问题的基础上发展形成的。通过理论服务实践、实践丰富理论来支撑新时代林业发展新需求，处理好人类、社会与自然的关系。

4 结论与展望

本文从硕士学位论文这个视角分析森林培育学科的研究热点和趋势，从这个侧面初步将森林培育学科发展历程划分为3个阶段，反映出森林培育领域研究内容趋于多元化以及交叉化。森林培育学研究紧密结合生态建设和林业生产实践，同时理论不断深入、创新、交叉和系统化。今后的学科发展应重点关注以下2个方面：

（一）加强森林培育学理论研究。纵观森林培育研究近20年的发展，总体来看还是应用型研究偏多，虽然其中不乏对人工林养分循环及地力维护、人工林高效培育机理、人工林密度效应法则和逆境栽培生理生化等研究[6,26]，但在森林培育相关理论研究中没有形成较为统一的认识和理论体系[27-28]。森林培育学科为应用型学科，需要借助其他学科（如植物学、生理学、遗传学、生态学、水文学和土壤学等）的基础理论研究和先进技术手段来丰富对林木、森林以及森林生态系统的认识，达到深化森林培育学理论研究的目的。

（二）重视森林质量精准提升。若缺乏良好的森林质量，森林的生态、经济和社会价值就无法实现。目前，我国森林资源总量、木材和林产品供应能力明显缺乏，人工林生产力远低于世界平均水平，森林质量提升潜力巨大。因此，应采取合理而有效的育林技术体系[29]，从遗传、立地、密度、植被和地力5个方面进行控制以保持森林长期生产力，通过合理的森林培育技术措施和集约经营手段，精准提升森林质量以应对森林多功能、多目标需求的挑战。