基于文献计量分析的喀斯特植被生态学研究态势

王俊丽,张忠华,胡 刚,*,付瑞玉,周元慧,陶旺兰

1 南宁师范大学北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室, 南宁 530001 2 南宁师范大学广西西江流域生态环境与一体化发展协同创新中心, 南宁 530001 3 南宁师范大学地理科学与规划学院, 南宁 530001

文献计量是一种基于数理统计的定量分析方法,以科学文献的外部特征为对象,分析文献的分布结构、数量关系和变化规律,从而客观定量地反映学科或某领域的整体布局、研究热点、前沿动态和发展趋势,广泛应用于学术水平评价、文献规律研究以及研究趋势分析等方面[21]。有学者通过运用文献计量分析方法对全球生物多样性研究[22]、生态网络分析[23]、生态恢复研究[24]、外来生物入侵的危害与风险评估[25]等生态学相关领域的研究趋势与热点进行了较为客观的评述。为分析国际和国内喀斯特植被生态学的研究态势,本研究运用文献计量分析方法对1990—2017年间Web of Science(WoS)和CNKI数据库中喀斯特植被生态学相关文献进行较为全面的分析,借助文献的各种数量特征和可视化解析,试图揭示国际和国内该研究领域的发展历程、研究趋势和热点等,以期促进喀斯特植被生态学的深入研究并为相关领域学者凝练研究动向和科学问题等提供参考信息。

1 研究方法

1.1 数据来源

外文文献数据来源于科睿唯安(Clarivate Analytics)WoS核心合集中的SCI-E (Science Citation Index Expanded)数据库,中文文献数据来源于中国知网CNKI提供的中国学术期刊数据库。采用主题检索1990—2017年与喀斯特植被生态学相关的文献,WoS数据库使用的主题检索词包括“Karst”、“Limestone”、“Vegetation”、“Plant”、Community”、“Forest”,CNKI数据库使用的主题检索词包括“喀斯特”、“岩溶”、“石灰岩”、“植被”、“植物”、“群落”、“森林”。为准确获得与喀斯特植被生态学研究相关的文献,查阅每篇检索到的文献标题和摘要,判断是否与该领域的研究方向相符,剔除不相符的文献。

1.2 分析方法

提取经过筛选后的文献题录信息,包括发表年份、作者、期刊名、作者所属国家和机构,关键词等。作者的发文量和被引用次数利用WoS和CNKI数据库自带的文献计量分析功能获取,期刊的重要性及影响力用载文量、总引用频次和影响因子进行综合衡量,其中WoS收录期刊的影响因子来源于科睿唯安2018年6月发布的《期刊引用报告》(Journal Citation Reports)。采用文献计量可视化分析软件VOSviewer[26]分别对WoS和CNKI数据库检索的文献进行定量分析,统计每一项信息中各个类别出现的频次,从而获得文献的分布结构、数量关系、变化规律等信息。VOSviewer软件可基于关联强度或相似度对文献、作者、机构、国家、关键词等进行聚类共现可视化分析,具有很强的图形呈现能力,其图形的颜色、大小,线段的粗细等可展现文献间知识流动和转移,反映的是文献间的相似性、亲密性和引证关系[27]。将WoS检索的文献数据保存为文本格式(.txt),再导入VOSviewer中进行分析；CNKI检索的文献数据保存为EndNote格式(.enw),再利用EndNote转换成VOSviewer可读的RIS格式。在VOSviewer中绘制作者间、机构间、国家间的合作网络图,图中发文量由节点圆圈大小表示,并用节点间连线的粗细代表不同作者、不同机构、不同国家间合作关系的强弱；利用文献关键词的共现频率绘制关键词网络图,共现网络图中一个节点代表一个关键词,其出现的频次在图中由节点圆圈大小表示,节点之间连线的粗细来表现关键词之间联系的强弱。

2 结果与分析

2.1 年度发文量与被引频次分析

图1 1990—2017年喀斯特植被生态学研究文献的年代分布 Fig.1 The number of publications related to karst vegetation ecology published from 1990 to 2017

1990—2017年间WoS数据库中属于喀斯特植被生态学研究的文献457篇,CNKI中的文献1256篇。由图1的年度发文量分析可知,1990—2010年间WoS的发文量变化较小,年均发文量仅4.3篇,表明国际喀斯特植被生态学研究仍处于初期发展阶段；2011—2017年间年均发文量达52.3篇,尤其在近3年发文量持续迅速增长,2017年达111篇,表明该领域研究进入了快速发展阶段。CNKI的文献从1990—2006年间年均发文量6.9篇,2007—2017年间年均发文迅速增长至103.5篇,但近3年发文量逐步下降。综合WoS和CNKI文献总量,表明28年间文献数量整体呈现波动增长趋势,2006年后发文量增长迅速,从年均10.4篇增长到139.7篇。

分析WoS和CNKI中被引频次前5的文献(表1),表明WoS高被引文献多关注喀斯特植物的适应策略分析,研究内容涉及喀斯特植物的水分生理与适应性以及森林植被恢复,其中被引频次排名第一和第五的文献均出自我国学者,体现了我国学者在该领域较强的影响力。CNKI文献被引频次高的前5篇论文均涉及喀斯特退化植被的恢复研究,成果集中分布在2000—2007年间,说明喀斯特生态系统退化与植被修复是国内学者持续关注的核心研究内容。

表1 WoS和CNKI数据库中被引频次前5的文献

2.2 作者及其合作关系

2.2.1WoS文献作者及其合作关系

列车用排障器静动态特性分析及结构改进 陶长焱，李文泰，米承继，周陶乐，肖文涛，贺 明，徐军伟4(51)

WoS 数据库中457篇文献共有作者1500位,其中发文量前10的作者均为我国学者(表2)。除来自广西师范学院的Zhang ZH(张忠华)外,Wang KL(王克林)、Wang SJ(王世杰)、Liu YG(刘玉国)、Li DJ(李德军)、Song TQ(宋同清)等学者均来自中国科学院。由作者合作关系(图2)可知,以学者Wang KL为核心的作者群包括Song TQ、Li DJ 、He XY、Zeng FP等,以学者Wang SJ为核心的合作紧密的学者有Liu YG、Guo K、Liu CC等,上述结果表明喀斯特植被生态学研究文献的作者形成了较明显的核心作者群,且以我国学者居多,国外学者在该领域的研究力量相对薄弱且合作关系较分散,我国学者与国外学者间的合作关系较少。

表2 WoS文献排名前10的作者发文情况

图2 WoS文献涉及的作者及其合作关系Fig.2 The author cooperative relationships of publications in WoS

2.2.2CNKI文献作者及其合作关系

CNKI数据库中的1256篇文献共包括2290位作者,其中发文量前10的作者包括王克林、喻理飞、曾馥平和王世杰等(表3)。由作者合作关系图(图3)可知,以王克林、喻理飞、王世杰、熊康宁为中心可将该领域学者大体分为4个核心作者群,不同作者群之间也存在较为密切的合作关系,其中王克林及其与其他作者之间的合作性很强,累计发文量较高。

2.3 研究机构、国家及其合作关系

2.3.1研究机构及其合作关系

WoS文献来源于全球556所研究机构,其中属于我国的有114所。表4统计的排名前10机构中,中国机构有7所,斯洛文尼有2所、克罗地亚有1所,国际上发文量排名前三的机构分别是中国科学院(167篇)、中国科学院大学(35篇)、卢布尔雅那大学(16篇)。表5列出CNKI文献发文量最多的前10所机构,其中发文量最多的是贵州师范大学(219篇),其次是贵州大学(155篇)、中国科学院亚热带农业生态研究所(100篇)。由WoS文献中机构之间合作关系图(图4)可知,中国科学院与贵州大学、贵州师范大学等合作较密切,但与卢布尔雅那大学、斯洛文尼亚林业研究所等国际上发文量较多的机构间合作较少。综合各机构发文量及其合作强度分析可知,我国研究机构在该领域的研究成果和国际影响力十分突出。

表3 CNKI文献排名前10的作者发文

图3 CNKI文献涉及的全部作者及其合作关系分布Fig.3 Distribution of total authors and their cooperative relationships of publications in CNKI

表4 WoS文献发文量前10位的研究机构

表5 CNKI文献发文量前10位的研究机构

图4 WoS文献来源机构分布及其合作关系 Fig.4 Distribution of publications source institutions in WoS and their cooperative relationships

2.3.2WoS文献涉及的国家及其合作关系

检索的457篇文献共来自60个国家(图5),发文量最多的是中国(230篇),其次是美国(74篇)、斯洛文尼亚(27篇)、克罗地亚(22篇)等国,我国学者发文量分别是上述国家的3.1倍、8.5倍和10.5倍。我国学者在该领域的发文量占总发文量的50.33%,远高于其他国家,这体现出我国学者在该领域突出的科研实力和国际影响力。由国家间的合作关系图(图6)可知,中国的发文量居榜首,并与美国、加拿大、日本、德国等有合作关系；美国名列第二,与越南、墨西哥、德国等有合作关系；斯洛文尼亚与克罗地亚、奥地利等国合作密切。

2.4 期刊及其合作关系分析

2.4.1WoS文献的期刊分析

WoS文献中共涉及254种期刊。载文量前10的期刊如表6所示,其中EnvironmentalEarthSciences、PlantandSoil、ScientificReports为该领域文献的主要载体。影响因子最高的期刊为ScienceoftheTotalEnvironment,其影响因子为4.610,其次是ScientificReports和JournalofHydrology,影响因子分别为4.122和3.727。影响因子最低的期刊为EnvironmentalEarthSciences,其影响因子为1.435,但该期刊也是载文量最多的。总引用次数最高的期刊是ForestEcologyandManagement、其次是EnvironmentalEarthSciences和PlantandSoil。

图5 WoS文献作者的国家分布Fig.5 Global geographical distribution of publications in WoS based on authors′ countries of affiliations

图6 作者的国家或地区间合作关系网络Fig.6 Social networks of cooperation between authors′ countries or territories

2.4.2CNKI文献的期刊分析

CNKI文献中共涉及289种期刊,载文量前10的期刊如表7所示,共载文献352篇,占总文献数量的28.03%；其中《生态学报》的文献数量和总引用次数均居首位,此外,《中国岩溶》和《贵州农业科学》的载文量也较高,《中国岩溶》和《南京林业大学学报 (自然科学版)》所载文献的总被引用次数分列第二和第三。上述结果表明,《生态学报》在该领域的综合影响力最高,是喀斯特植被生态学研究文献的主要刊发期刊。此外,值得注意的是,部分期刊虽载文量不高,但论文总被引用次数较高,如,《植物生态学报》的载文量只有19篇,但总被引达853次,仅次于《生态学报》,说明其刊载的文献具有较高的被引价值,在该领域的影响力较大。

表6 载文量前10的外文期刊及其影响因子

表7 载文量前10的中文期刊及其影响因子

2.5 关键词分析

2.5.1WoS文献的关键词分析

WoS文献共有616个关键词,刊载频次居前3位的关键词依次是：Karst(72次)、China(41次)和Vegetation(40次)。由关键词共现网络图(图7)可知,出现3次以上的关键词被认为3个集群,绿色区域是与喀斯特、石漠化、地下水、洞穴、植物、土壤等密切相关的关键词,占关键词总被标引频次的46.43%；红色、粉色区域是表示与植被生态学、生物多样性、保护等密切相关的关键词,占关键词总被标引频次的25.27%；蓝色区域是与物种分布、物种进化等研究密切相关的关键词,占关键词总被标引频次的28.3%。由此可见,在国际喀斯特植被生态学研究领域,核心关键词群相对集中在喀斯特、中国、植被、多样性等方面。

2.5.2CNKI文献的关键词分析

CNKI文献共2514个关键词,刊载频次为5400次,篇均关键词4.29个,刊载频次居前3位的关键词依次是：喀斯特(588次)、石漠化(108次)、植被恢复(85次)。由刊载3篇及以上关键词共现网络图(图8)将关键词分为4个集群,红色区域以喀斯特、土壤、小生境等为主要关键词,占关键词总被标引频次19.18%；蓝色区域集中表示与植被生态、喀斯特森林等关系密切的关键词,占关键词总被标引频次11.94%；绿色区域以石漠化、贵州、石漠化治理、生态重建为核心的关键词,占关键词总被标引频次7.69%；粉色区域以土壤有机碳、空间变异等为关键词,占关键词总被标引频次6.81%。由此可见,CNKI文献较多关注喀斯特石漠化与植被恢复、喀斯特森林植被等方面研究。

图7 WoS文献中出现3次以上关键词的共现网络图Fig.7 The occurrence network map of keywords published more than 3 times of publications in WoS

图8 CNKI文献中出现3以上关键词的共现网络图 Fig.8 The occurrence network map of keywords published more than 3 times of publications in CNKI

3 讨论

文献是科研活动主要成果产出形式,某研究领域发文量的年际动态可表征该领域的发展速度和研究规模变化[28]。由WoS和CNKI的文献发文总量变化,表明1990—2017年间喀斯特植被生态学领域的文献发文量呈现波动增长趋势,且在2006年后步入了快速发展阶段。对比WoS和CNKI的发文量变化,可知CNKI文献量在2006年前增长缓慢,之后迅速增长；而WoS文献量在2010年前增长缓慢,2011年后迅速增长。此外,近3年CNKI收录的该领域文献量逐步下降,相反WoS文献却持续快速增长。上述结果表明,28年间国内外学者对喀斯特植被生态学相关研究的关注度逐渐增加,特别是近10年科研投入的增加致使发文量持续迅速增长。此外,伴随科研实力的增强,我国学者逐步重视科研成果的前沿性和创新性以及在国际同行间展示和交流最新的研究成果,因而近3年在WoS中被SCI-E数据库收录的文献快速增长,相反CNKI中的文献量反而逐步减少。依据发文量变化趋势,可以预见喀斯特植被生态学是处于快速发展的研究领域,未来一段时间发文量,特别是被SCI-E数据库收录的文献数量会持续较快增长。

由WoS数据库检索到的457篇关于喀斯特植被生态学的研究文献来自全球60个国家556所机构1500位学者。我国学者在该领域的发文量遥居全球榜首,并且发文量前10的作者均为我国学者,发文量前10的研究机构也多来自我国。综合WoS和CNKI文献作者分析结果,表明该领域研究中具有较强影响力的作者包括王克林、王世杰、喻理飞等学者,他们在发文量及其与其他学者的合作强度方面均居领先地位,这也说明我国在该研究领域中占有重要地位,在国际上形成具有代表性和突出影响力的多个研究群体。例如,以王克林为核心的作者群围绕我国西南喀斯特退化生态系统适应性修复与生态系统服务功能提升,在喀斯特区域生态恢复评估[29-30]、植被演替动态及其驱动机制[31]、喀斯特土壤结构与性质[14,32]等方面开展了丰富的研究工作并取得大量成果；以王世杰为核心的作者群侧重喀斯特植被系统的碳、水循环[33-34]、石漠化区域生态修复[35]等方面的深入研究；以喻理飞为核心的作者群较早开展了喀斯特植被恢复评价和修复技术[15,36]、群落结构与树木生理[37]等方面研究工作。国外学者对喀斯特植被也开展了较多研究工作,特别是在波多黎各[19]、斯洛伐克[20]、斯洛文尼亚[38]、多米尼加[39]、墨西哥[18]等喀斯特地貌分布相对广泛的国家或地区,而泰国、越南、马兰西亚、土耳其等国虽有喀斯特地貌分布,但迄今未见或极少见有与喀斯特植被生态学相关的研究成果。总的来看,受国家间喀斯特地貌分布面积差异以及科研力量强弱等因素影响,国外学者近几年在该领域的成果产出相对较少,且多在群落组成和植被分布格局等层面开展基础性研究工作,作者间未形成明显的合作研究群体。上述结果充分表明我国学者在喀斯特植被生态学方面的研究非常活跃,是全球该领域前沿动向和发展趋势的引领者,这与我国近年来在喀斯特相关研究领域的科研经费投入以及加快人才培养等因素密切相关。

EnvironmentalEarthSciences、PlantandSoil、ScientificReports等是WoS数据库中喀斯特植被生态学领域外文文献的主要载体期刊,而CNKI中的文献多发表在《生态学报》、《中国岩溶》、《贵州农业科学》等中文期刊中。值得注意的是,在该领域成果发表的众多学术期刊中,很少有成果发表在我国出版的国际化学术期刊中。建议我国学术期刊加快国际化步伐,重视和鼓励国内外学者,特别是有国际影响力的学者在我国主导的国际学术刊物上发表论文。此外,WoS数据库中喀斯特植被生态学方面文献较多,但几乎没有成果发表在Nature、Science、EcologyLetters、GlobalChangeBiology等高影响因子的国际知名学术刊物中。顶级学术刊物对研究成果的原创性、新颖性和突破性要求更高,因而建议国内外学者间加强合作,优势互补,以全球变化研究、重要科学假说等为切入点在局域、区域和全球等尺度上围绕喀斯特植被动态及其预测、植物-动物-微生物间互作关系、喀斯特植物进化与系统发育等开展前瞻性和开创性研究,进一步提升科研成果的“质”。

关键词为高度概括性词组,可直观反映研究主题与内容,揭示某领域研究内容、成果、特征之间的联系,并体现研究进展和热点问题变化[40]。综合WoS、CNKI文献关键词分析结果,出现频度最高的关键词是“喀斯特”、“植被”和“石漠化”,表明喀斯特石漠化的植被恢复与重建一直是该领域研究的核心内容。中国是为数不多以国家名称出现的关键词,充分显示出我国在该领域研究占有重要的地位。除上述3个常见关键词外,“物种多样性”、“干扰”、“更新”、“群落结构”等关键词常出现在较早期的文献中[15-16,38],而近年来“空间分布格局”、“生态化学计量”、“有机碳”、“土壤微生物”、“遥感”等在文献中出现频率逐渐增加[29,33,41-43],这表明早期的研究侧重喀斯特植物群落物种组成和更新动态的描述,研究内容相对局限,而近些年的研究在多个维度开展,既有关注微观维度的植物-土壤微生物关系[43],又有宏观维度的遥感监测植被动态[29],同时注重生态系统的元素平衡和稳定性关系[42]以及利用复杂数量分析方法量化群落结构特征[41],因而,近些年喀斯特植被生态学研究的内容在深度和广度上均有明显扩展。

通过分析1990—2017年间WoS和CNKI数据库中收录的有关喀斯特植被生态学研究的文献信息,本文从文献计量学视角较全面地揭示了该领域的研究发展历程、研究热点和趋势变化。虽然国内外学者在喀斯特植被生态学领域已取得较多成果,但与全球地带性的热带森林、草地等植被类型相比,对非地带性的“石上”植被的研究关注度和生态规律的掌握程度还甚为滞后,迄今对喀斯特生境下植被结构和动态的过程与机理的理解还知之甚少,诸多基于地带性植被研究所提出的理论、假设或模型,如分析群落构建过程的生态位理论[44]和中性理论[45],解释植被地理格局的代谢理论[46]和多度-适应性假说[47],预测植被动态的iLand模型[48]和LANDIS模型[49]等,它们是否适用于解释非地带性的喀斯特植被的分布、结构与动态？对此至今仍然存疑。为促进喀斯特植被生态学研究的发展,建议国内外学者以及机构间加强合作,建立全球的喀斯特植被监测网络,长期观测并对比分析不同区域或类型喀斯特植被的动态过程和生态功能演变机理。此外,未来喀斯特植被生态学应该充分整合从分子生态学到宏生态学的研究手段(如DNA条形码、控制实验、稳定同位素、数学模型、遥感、大数据等),注重多尺度的整合与多领域的交叉,构建适用于喀斯特生境的植被格局、过程与动态的生态理论、假说或模型,在喀斯特地区植物多样性的形成及其维持机制、进化过程与群落生态过程及其之间的关系、生态化学计量计量特征与生态功能的关系、地上与地下生态过程的耦联关系、植被对气候变化的响应与适应、退化植被的适应性修复等方面持续开展深入研究。