基于web of science的国际凋落物分解研究进展

张中发，王微

（1.重庆文理学院·园林与生命科学学院/特色植物研究院，重庆永川402160；2.重庆文理学院·微生物生态学研究所，重庆永川402160）

凋落物是由植物地上组分产生并以枯枝落叶的形式归还于地表的有机质的总和[1]。凋落物分解作为全球碳收支的一个重要组成部分，是陆地生态系统物质循环和能量流动的关键环节[2-3]，其分解过程又与全球环境变化密切联系[4-5]，因而对其相关研究日益受到国内外学者的重视。文献计量学是基于文献的数量及文献之间的关系对科学领域进行定量评估[6]。目前，文献计量分析在生态学研究中已得到较为广泛的运用，如全球生物多样性[7]、生态修复[8]、外来生物入侵[9]、生态系统服务功能[10-11]、保护生物学与生态学关系[12]等研究领域均有相关文献计量的报道，而对凋落物的研究鲜见报道[13-14]。本文以Web of Science作为数据来源对凋落物分解的研究进行文献计量分析，旨在直观、清晰地展示该领域的研究概况、热点趋势，以期为未来凋落物相关研究提供参考与建议。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本文以Web of Science核心合集数据库（SCIEXPENDED，SSSCI，A&HCL，CPCI-S，CPCI-SSH，ESCI）作为数据来源，检索策略为：“TS=plant litter*AND TS=decomposition*”，文献类型选择“Article”，语种选择“English”，时间跨度为1980－2019年，共检索出5 668篇论文。选择全记录与参考文献（包括作者、机构、期刊、参考文献、摘要、关键词等），以文本文件的形式将论文数据导出。数据最后更新时间为2019年11月5日。

1.2 数据处理

CiteSpace是由美国德雷塞尔大学陈超美教授开发，用于发掘、分析与进行科研文献可视化的可视化软件，以知识图谱的形式呈现特定学科领域内的知识单元之间网络、结构、互动、交叉、演化或衍生等诸多隐含的复杂关系[15-16]。

运行CiteSpace5.5.R2对所选文献进行去重处理，得到5 661篇论文，其中Article 5 451篇、Data Paper 3篇、Proceedings Paper 193篇、Early Access 14篇。在CiteSpace主界面进行参数设置，根据不同的研究内容，选择1 a、40 a作为时间切片，分别以作者（Author）、机构（Institution）、关键词（Keywords）、学科领域（Category）、文献共被引（Cited Reference）作为节点。选择Top N或Top N%作为切割方法，表示提取每个切片内的前N或前N%的对象。可以选择寻径算法（Pathfinder）进行裁剪，其它设置为CiteSpace默认选项。利用Excel2013进行数据统计，CiteSpace与网络可视化分析软件Gephi0.9.2绘制知识图谱[17]，辅助文本可视化软件carrot20.0.0.QUALIFIER进行术语挖掘[18-19]。

2 结果与分析

2.1 论文发表趋势

1980－2019年期间凋落物分解研究领域的论文数量整体呈现上升趋势（图1）。根据论文数量增长的速度，可分为3个阶段，第1阶段（1980－1990年）的论文数量稀少，国际上对于凋落物分解的研究处于萌芽阶段；第2阶段（1991－2006年）的发文量呈波动增长；第3阶段（2007－2019年）的发文量呈稳步增加态势，这与国际机构之间的人才交流和专业性科研人员的递增有密切关系。

2.2 发表期刊分布

迄今为止，共有625种期刊发表过有关凋落物分解的论文。发文量前10的期刊中（图2），《Soil Biology and Biochemistry》《Plant and Soil》和《Global Change Biology》均被中国科学院SCI期刊分区列为I区期刊，在凋落物分解的研究中具有较高的学术影响力，其余杂志均为II或III区期刊。

图1 1980－2019年的年度发文量Fig.1 The annual number of literature publications from 1980 to 2019

图2 发文量前10的期刊Fig.2 Top 10 journals based on literature publications

2.3 研究力量及合作关系

2.3.1 研究机构分布与合作全球范围内共有3 434所机构参与了凋落物分解的研究。在发文量前10的机构中，发文量最高的是中国科学院，其发文量达393篇，占文献总数的6.94%，其次是瑞典农业科学大学和阿姆斯特丹自由大学（表1）。同时，中国科学院、中国科学院大学、明尼苏达大学以及赫尔辛基大学等机构的近3 a发文量均占各自发文量的25%以上，呈现出稳定增长态势。其中中国科学院大学近3 a发文量达63篇，占自身文献总数的63%，可以看出我国以中国科学院及其直属高校为代表的研究机构近些年在凋落物分解的研究上发展非常迅速。由发文量前50的机构形成国际合作图谱（图3），节点越大则合作越频繁，节点之间连线越粗则合作越密切。由图可知，机构之间形成复杂的合作网络，如中国科学院（Chinese Acad Sci）和中国科学院大学（Univ Chinese Acad Sci）之间的合作，德国综合生物多样性研究中心（German Ctr Integrat Biodivers Res iDiv）和德国莱比锡大学（Univ Leizig）之间的合作非常密切，但发文量前10的机构之间的合作不明显，表明基于全球模式下的国际机构合作有待加强。

表1 发文量前10的机构Tab.1 Top 10 institutions based on literature publications

2.3.2 作者分布与合作网络

在1980－2019年期间，共有16 764名作者参与到凋落物分解的研究，基于普赖斯公式[20]，有129名高产作者。筛选出发文量前100的作者绘制合作网络图谱（图4）。节点越大则发文量越多，节点之间连线越粗则合作越密切，红色节点为发文量前10的作者。其中，Wardle DA、Cornelissen JHC和Aerts R发文量居前三位，在凋落物分解研究中占据核心位置，与其它高发文量作者的共同参与形成了目前的研究格局。中国学者杨万勤（Yang WQ）与吴福忠（Wu FZ）合作密切且发文量多，但偏离最大子网络结构的核心位置。

2.4 学科门类与研究热点

2.4.1 学科门类

根据Web of Science的学科分类，凋落物分解的研究共涉及77门学科，以Pathfinder算法绘制出学科间关系图谱（图5）。其中，节点越大则文献出版量越高，节点之间连线越粗则共现性越强，红色节点为发文量前10的学科领域。由图可看出Environmental Sciences Ecology（生态环境科学）位于图谱中心，是凋落物分解研究领域的主要学科。随着研究逐渐深入，形成了多学科交叉的局面，主要从Environmental Sciences Ecology（生态环境科学）拓展到Ecology（生态学）、Plant Science（植物科学）、Agronomy（农艺学）、Agriculture（农学）、Soil Science（土壤科学）、Environmental science（环境科学）等，而Zoology（动物学）与Geochemistry Geophysics（地球化学地球物理）为孤立的节点且节点较小，表明凋落物分解的研究在该学科发展较弱。

图5 凋落物分解研究中涉及的学科Fig.5 Categories involved in the litter decomposition

2.4.2 关键词分析

高频关键词可以在一定程度上反映研究热点[21]，通过对1980－1989年、1990－1999年、2000－2004年、2005－2009年、2010－2014年和2015－2019年等6个时间区间内高频关键词的挖掘反映出研究热点的变化趋势。凋落物分解研究的深入导致研究方向的递增，表现为发文量与高频关键词的递增（见表2）。1980-2019期间内，leaf litter（凋落叶）、decomposition（分解）、carbon（碳）、nitrogen（氮）等高频词的持续出现反映出碳、氮元素变化一直在植物凋落物分解研究当中占据关键位置。其中2015－2019年期间，microbial community（微生物群落）、climate change（气候变化）、enzyme activity（酶活性）、soil organic matter（土壤有机质）、biodiversity（生物多样性）、terrestrial ecosystem（陆地生态系统）、lignin（木质素）等高频关键词的突现反映出凋落物分解中的微生物作用及酶学机制逐渐受到关注，森林凋落物的分解与土壤有机质、营养归还以及气候变化之间的关系也是该领域的热点。

引文突现（citation bursts）反映突现点的突现强度及持续时间[22]，具有引文突现的关键词可以一定程度反映未来的研究趋势。利用CiteSpace对引文突现进行探测，结果见表3，可以将最新的突现词归为4类研究主题：1）凋落物分解中的微生物作用，包括microbial community（微生物群落）、soil microbial community（土壤微生物群落）、fungal community（真菌群落）、ectomycorrhizal fungi（外生菌根真菌）、enzyme activity（酶活性）等；2）凋落物分解的化学计量特征，包括sequestration（固定）、stabilization（稳定）、carbon storage（碳储存）、stoichiometry（化学计量）、soil organic carbon（土壤有机碳）等；3）不同森林生态系统凋落物多样性对分解的影响，包括functional trait（功能性状）、trait（性状）、home field advantage（主场效应）、community composition（群落组成）、biodiversity（生物多样性）、deciduous forest（落叶林）、temperate forest（温带森林）等；4）全球变化背景下的凋落物分解研究，包括drought（干旱）、temperature sensitivity（温度敏感性）、photodegradation（光降解）、global pattern（全球模式）、climate change（气候变化）等。当然，这些主题之间并非独立，而是相互联系，综合呈现。

表2 不同时间段区间内高频关键词Tab.2 High frequent keywords of different time spans

表3 最新的突现词Tab.3 The latest keywords with citation bursts

2.4.3 术语分析

术语可以在一定程度上反映研究的热点[23]。基于1980－2019年期间凋落物分解的研究论文及其引文绘制出引文共被引图谱（图6），其中节点为引文年轮（Tree Ring History），年轮的颜色表示对应的引文时间，年轮的厚度表示对应引文时间内被引用的次数。由图6所示，#0 litter decomposition与#1 plant trait集中了大部分高被引次数的文章。#0 litter decomposition的同质性更高，达到0.908（最大为1.00，见表4），表明该聚类的成员在研究上具有较大的相似性，同时由于#0 litter decomposition的平均年份（Mean Year）较为趋前，反映该聚类大部分文章在最近被发表而具有一定的前沿性，因而#0 litter decomposition可以反映出目前凋落物分解整体的研究态势及热点。通过辅助文本可视化软件carrot2进一步对#0 litter decomposition所有成员所含的题目及摘要进行术语分析，将聚类成员的详细研究内容以泡沫树（Foam Tree）形式呈现（见图7），其中，位于泡沫树中间的术语共现次数更高。由图7可知，#0 litter decomposition研究方向广泛，研究内容与突现词分析结果基本一致，涉及生物多样性对凋落物分解的影响、分解过程中的微生物作用、影响分解的重要化学元素及组分（碳、氮、木质素）、森林生态系统的凋落物分解等，这些研究方向逐渐交织，形成目前的凋落物研究网络。

图6 文献共被引聚类图谱Fig.6 Cluster map based on co-cited references

3 讨论与结论

本文基于Web of Science核心数据库检索了1980－2019年期间有关凋落物分解研究的文献，利用文献计量学的方法分析了该领域的研究现状、热点及趋势等重要信息。

在期刊方面，以《Soil Biology and Biochemistry》与《Plant and Soil》为代表的期刊在凋落物分解研究领域处于核心位置地位，其中《Soil Biology and Biochemistry》是刊登凋落物分解文献最多的期刊，占文献总数的8.23%，而《Global Change Biology》是凋落物分解研究发文量前10的期刊中影响因子最高的期刊。在研究机构方面，形成了以中国科学院和瑞典农业科学大学为主导的研究力量，但机构间在国际合作上有待进一步加强。在作者方面，形成了以Cornelissen JHC、Wardle DA与Aerts R为代表的学术格局，其中Cornelissen JHC是发文量前10位的作者合作网络的中心，多数作者间保持着较为密切的合作关系。总的来看，欧美部分国家及其机构和学者的研究成果在全球范围内影响较大，在该领域中占据主导地位。

表4 文献共被引中主要的聚类Tab.4 Major clusters of co-cited references

图7 基于术语的泡沫树可视化结果Fig.7 Foam tree visualization based on lingoes

自1980年以来，国际凋落物分解的研究整体呈现快速上升趋势，经历了萌芽、波动增长和稳步加速增长这三个阶段，这与社会经济的发展和各国对科研的重视程度相关。伴随着高频词的递增，凋落物分解研究正逐步深入，涉及多个学科，从Environmental Sciences Ecology（生态环境科学）逐渐扩展到Ecology（生态学）、Plant Science（植物科学）、Agriculture（农学）等多学科，并且持续作为生态学研究的热点话题。根据关键词和术语分析结果表明，凋落物分解的研究从最初的质量损失、氮元素动态逐渐扩展到微生物、植物群落、环境与凋落物相互关联的复杂网络。当前的研究热点和以后延伸的方向主要有：1）凋落物分解中的微生物作用受到越来越广泛的关注，已在微生物群落、微生物多样性、特定微生物类群、酶活性等方面开展了研究，但对凋落物分解的微生物控制机制还有待深入，未来应加强不同环境条件下凋落物多样性与土壤微生物、凋落物内微生物相互关系的研究，结合多种途径和方法深入研究凋落物分解速率与微生物群落功能的关系；2）利用生态化学计量学研究凋落物分解过程中重要元素释放、固定、储存等地球化学循环目前已在许多国家、地区开展相关研究，未来将进一步以“植物－凋落物－土壤”作为一个整体，系统研究不同生态系统类型各元素的生物地球化学循环过程及调控机理；3）氮沉降和气候变化对凋落物分解的影响是当前研究热点之一，特别是气候变暖背景下凋落物分解的温度敏感性以及特定生态系统水分因子对凋落物分解的影响，今后应深入加强国际间的合作，在跨区域、长时间大尺度上深入探讨凋落物分解过程对气候变化响应的全球格局。

本文从文献计量学的角度并利用CiteSpace、carrot2等软件分析了凋落物分解的论文时间分布、发文期刊、研究力量和合作关系、学科门类等分布特征，并通过关键词和术语分析了目前的研究热点和趋势，但由于论文检索不全、切割方法、专业水平等原因存在可能会对分析结果的准确性造成一定影响。