基于文献计量分析的披碱草属植物研究进展

李 进，陈仕勇，李世丹，陈有军，周青平

（1.西南民族大学青藏高原研究院，四川 成都 610041；2.西南民族大学畜牧兽医学院，四川 成都 610041）

披碱草属(Elymus) 是禾本科(Poaceae) 小麦族(Triticeae)中重要的多年生草本。该属植物不仅具有较高的饲用价值，如优质高寒牧草老芒麦(E.sibiricus)、垂穗披碱草(E.nutans)、短芒披碱草(E.breviaristatus)等[1]，还具有丰富的抗旱、耐盐碱、抗病虫等基因资源，是麦类作物遗传改良重要的基因库[2]。我国是该属植物主要的分布区之一，主要分布在我国的西北、华北、东北、西南等地，尤其在青藏高原地区具有丰富的披碱草属资源和多样性[3]。近年来，随着草原畜牧业快速发展，草畜矛盾日益尖锐，使草地生态受到严重的破坏，披碱草属牧草资源的收集、保存利用等相关的研究对草地生态保护和畜牧业的可持续发展起到重要作用。

随着科技迅速发展，研究成果日益增多，使相关研究文献的数量逐年增加，传统的阅读方式难以对庞大的数据进行整理与归类。20 世纪60年代开始，文献计量学被引入到科技评价中[4]，文献计量学是一种基于数理统计的文献分析和信息挖掘方法[5]，可用于分析学科的研究概况、发展动态及发展趋势[6]。信息可视化技术是用于科学计量学、知识计量学领域的一种重要方法，已多次应用到植物研究领域中并对其发展历程、研究现状、前沿热点等进行归纳分析[7-8]。王传旗等[9]对披碱草属模式物种老芒麦的相关文献进行了计量学分析，研究对象为665 篇CNKI 数据库收录的文献，但目前尚未见对国内外披碱草属植物研究的相关分析和系统梳理。本研究采用VOSviewer 和CiteSpace 软件，对CNKI 数据库和Web of Science (WOS)核心合集数据库中相关的文献进行梳理，从多个角度揭示披碱草属植物研究领域的基础背景，以及领域的研究现状与发展趋势，期望为今后披碱草属植物相关的研究提供具有重要的参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

外文文献数据来自WOS 核心合集数据库，检索标题为“Elymus”，文献类型为“article”、“review”，语种为“English”，检索的时间跨度自1985 − 2020年，用WOS 文献信息管理中的“全记录与引用的参考文献”格式导出数据；中文文献数据来自CNKI 数据库，检索主题为“披碱草”，时间跨度自1980 −2020年。为保证文献信息的准确性，在检索结果中对数据进行核对，剔除会议、科技成果、无作者信息等不相符的文献，以CNKI 中的RefWorks 格式导出，文献的检索时间为2021年2月20日。

1.2 分析方法

本研究采用可视化分析软件VOSviewer (V1.6.15)对披碱草属植物的相关国内外研究文献进行作者、研究机构、国际合作关系进行分析，并基于共引、耦合和合著等关系对研究人员、机构、关键词和出版物等构建网络，评估该领域的研究方向和热点[10]。采用文献可视化分析软件CiteSpace (V5.6.R5)进行研究热点时序分析和关键词突变检测，构建研究热点趋势的知识图谱[11]。

2 结果分析

2.1 文献数量与高频被引文献分析

从文献数量上看，1980 − 2020年，WOS 所有数据库中关于披碱草属的研究文献329 篇，其中核心合集收录228 篇，CNKI 数据库中的相关文献为1 334篇。从发文时间上看，在WOS 数据库中，1980 − 2007年期间文献较少，年均发文量仅2.5 篇，且均未被核心合集收录；2008 − 2020年，文章数量虽呈增长趋势，年均发文量为20 篇。在CNKI 数据库中，1980 −1999年我国的发文量变化较小，年均发文量为9.7 篇，处于披碱草属植物研究的初期发展阶段；2000 − 2008年间该研究领域的发文量迅速增加，从2000年论文数17 篇增长至2008年论文数82 篇，年均发文量41.3 篇；2009 − 2020年论文数处于相对平稳，具有小的波动阶段，且一直处于较高水平，年均发文量为60.1 篇(图1)。分别对WOS 和CNKI 数据库中被引频次最高的5 篇文献进行分析(表1)，其中WOS数据库中高被引文献研究领域主要为披碱草属的系统发育、土壤改良以及栽培等方面，5 篇文献的第一单位包括中国、美国和加拿大。CNKI 数据库中高被引文献的研究方向主要为披碱草属的生理生态、系统发育和遗传多样性等。

表1 披碱草属植物研究排名前5 的高被引次数文献Table 1 Top 5 of references with high citation for Elymus

图1 1980 − 2020年披碱草属植物相关研究发文量Figure 1 Number of published articles on Elymus during the years of 1980 − 2020

2.2 主要作者及合作关系

在WOS 数据库中228 篇文献作者共612 位，其中发文量排名靠前的作者包括ZHOU Y H (周永红)、WANG Y R (王彦荣)、SUN G L (孙根楼)、XIE W G (谢文刚)、FU J J (付娟娟)、HU T M (呼天明)、ZHANG H Q (张海琴)、MA X (马啸)。由作者合作关系图(图2)可以看出，披碱草属植物研究文献的作者形成几个较为明显的研究群体，且以我国学者居多。

图2 WOS 文献涉及的作者及合作关系Figure 2 The author cooperative relationships of publication in WOS

在CNKI 数据库中，1 394 篇相关文献共有2 322位作者。由作者合作关系图(图3)可以看出，以苗彦军、马玉寿、胡夏嵩、云锦凤、张新全、周永红、严学兵、周青平等发文量较多的作者为中心，可将该研究领域的作者划分为多个核心作者群。同一个作者群中研究人员往往来自于同一机构，各作者群内部交流密切，但作者群之间并没有出现大规模的合作网络，且部分呈碎片化分布，这也说明国内学者间合作研究的相对较少。此外，汇总统计了WOS和CNKI 两个数据库中累计发文量排名靠前的作者。其中发文量30 篇以上的作者有四川农业大学的周永红(41 篇)、内蒙古农业大学云锦凤(37 篇)、西藏农牧学院苗彦军(34 篇)、青海畜牧兽医科学院马玉寿(33 篇)、四川农业大学张新全(33 篇)、马啸(33 篇)、内蒙古农业大学李造哲(32 篇) 和于卓(30 篇)。

图3 CNKI 文献涉及的作者及合作关系Figure 3 The author cooperative relationships of the publications in the CNKI

2.3 研究机构及国家合作关系

2.3.1 研究机构

本研究统计了WOS 数据库中发文量前10 的研究机构(表2)，其中我国机构有5 所，加拿大2 所，美国2 所，瑞典1 所。其中发文量最多的是兰州大学(共43 篇)，其次是四川农业大学(28 篇) 和加拿大的圣玛丽大学(17 篇)等。从总被引次数来看，兰州大学(385 次)、四川农业大学(241 次)和美国农业部(233 次)具有较高的国际影响力。从平均被引次数来看，美国农业部(16.6 次)、圣玛丽大学(13.2次)和中国科学院(10.7 次)排名较前。

表2 WOS 文献发文量前10 位的研究机构Table 2 List of the top 10 most active institutions related to publications in the WOS

统计了CNKI 数据库中发文量前10 的研究机构(表3)，发文量最多的机构为内蒙古农业大学(124 篇)，其次是兰州大学(111 篇)和四川农业大学(87 篇)。总被引次数较高的国内研究机构为兰州大学(1 794 次)、中国科学院(1 606 次)、甘肃农业大学(1 567 次)。中国科学院在平均被引次数方面以19.6 次位居榜首，其次是甘肃农业大学(18.7 次)和兰州大学(16.2 次)。

表3 CNKI 文献发文量前10 位的研究机构Table 3 List of the top 10 most active institutions related to publications in the CNKI

2.3.2 国家合作关系

从WOS 核心合集数据库中检索到的文献共来自于36 个国家(图4)，发文量前3 的国家依次是中国(129 篇)、美国(34 篇)、加拿大(30 篇)，占WOS 数据库中总发文量的84.6%。我国在披碱草属研究领域的发文量明显高于其他国家，占全球发文量的56.6%，体现出我国学者在该领域的研究具有重要影响力。图4 中各个国家之间连线的粗细可反映国家间合作密切程度，连线越粗表示合作越密切，反之相反。由此可以看出，中国与美国、加拿大、澳大利亚、日本等多个国家有密切交流，瑞典与挪威、比利时与法国、荷兰与德国合作密切。

图4 WOS 文献来源机构分布及其合作关系Figure 4 Distribution of publication source institutions in the WOS and their cooperative relationships

2.4 发文期刊

对披碱草属植物领域研究文献的刊载期刊进行统计分析，以确定该领域的核心期刊，有助于研究人员选择重点期刊进行文献查阅和研究成果发表。WOS 数据库中，从文献总数来看，Biochemical Systematics and Ecology、PLoS One 和Genome 载文量较高。但从平均被引次数上看，Molecular Phylogenetics and Evolution 以30.8 的平均被引次数远高于其他期刊排名第1，Scientific Reports 和Weed Research 分别以17.8、14.3 的平均被引次数位列第2、3 名。在CNKI 数据库中，刊载发文量排名第1 的是《草业科学》，目前累计刊登披碱草属植物相关文献96 篇；《中国草地学报》发文量为94 篇，排名第2 位；《草地学报》发文量为65 篇，排名第3。从总被引次数来看，排名靠前的依次是《中国草地学报》、《草业学报》和《草业科学》。从平均被引次数来看，《草业学报》以较大的优势(26.4 次)位列榜首，其次是《西北植物学报》(23.2 次)和《中国草地学报》(16.7 次)。

2.5 关键词热点分析

关键词是描述文章关键主题内容的词汇，可直接反映研究成果的核心内容，表述研究论文的主题，频次较高的关键词在一定程度上可以看作是该领域的研究热点[12]。本研究利用VOSviewer 中的关键词聚类功能，得到CNKI 和WOS 数据库中有关披碱草属植物研究领域的关键词分布知识图谱(图5)。不同颜色代表不同的聚类突出频次靠前的关键词表示所发表的文献普遍关注的重点，包括“垂穗披碱草”(E.nutans)、“披碱草”(E.dahuricus)、“老芒麦”(E.sibiricus)、“抗旱性”(drought resistance)、“多样性”(diversity)、“生长”(growth)、“竞争”(competition)等，这也表明披碱草属植物研究领域重点的方向包括披碱草属物种系统发育关系、抗逆性、种质遗传多样性、环境互作等方面。

图5 关键词共现网络Figure 5 Keyword co-occurrence network

2.6 研究前沿趋势分析

研究前沿是指临时形成的某个研究课题及其基础研究问题的概念组合，通过对研究前沿趋势分析，能够把握研究变化动态，预测未来研究动向[13]。因此，本研究利用CiteSpace 中的突变词探测技术，对CNKI 数据库和WOS 数据库中相关研究文献进行整合时序分析，得到研究前沿时区视图(图6)和突增关键词图(图7)。

图6 研究前沿时区图Figure 6 The zone view of research frontiers

图7 披碱草属植物研究引用频次突增关键词Figure 7 Keywords with the strongest citation bursts of Elymus

研究前沿时区视图是依据前沿热点的交互关系

和演进路径设计的，是CiteSpace 软件的独特功能，经过287 次迭代后，分析得到317 个节点(nodes)，530 条连线(links)，根据时间关系，高频次关键词依次为披碱草属、垂穗披碱草、老芒麦、鹅观草属(Roegneria)、亲缘关系、种子萌发、青藏高原等。由此可以看出，披碱草属的研究分别集中在栽培管理、系统发育关系、种质资源综合评价、逆境生理生态等研究领域。此外，2005−2014年出现了较多的关键词节点，由此可看出这段时间内披碱草属研究领域出现热度高、多元化等特点。

突变词是指某些年份发表文献中骤增的专业术语，适合表征研究前沿及发展趋势，通过CiteSpace导出文献18 个重点突变关键词发现，最早兴起的热点为“披碱草属”、“垂穗披碱草”和“老芒麦”，说明垂穗披碱草和老芒麦是披碱草属植物研究的重点和代表物种。另外“产草量”突现时间较早，说明在该属植物领域的早起研究中，主要以牧草产量测试等生产试验为主。而“青藏高原”和“植被恢复”成为了近年来的研究热点，说明披碱草属乡土草种在青藏高原生态建设中发挥着越来越重要的作用。

为进一步了解披碱草属中代表性物种的研究前沿等信息，本研究对其模式物种老芒麦相关的文献进行了分析。由于此前已有基于CNKI 数据库的老芒麦文献计量学方面的分析[9]，本研究对其WOS 核心合集数据库中的研究前沿进行补充分析(图8)。结果表明，WOS 数据库中相关文献出现相对较晚，关键词节点较少，且突现关键词存在差异，如Population structure (群体结构)、EST-SSR、Chloroplast genome (叶绿体基因组)、Linkage map (连锁图谱)、Seed shattering (种子落粒)、Transcriptome (转录组)等关键词仅在WOS 数据库中被检测到。发表在WOS数据库中的文献大多涉及分子生物学、生物信息学等研究。

图8 WOS 数据库中老芒麦研究前沿时区图Figure 8 The zone view of Elymus sibiricus research frontiers in the WOS database

3 讨论

披碱草属植物资源是我国重要的乡土草种质资源，在我国北方及青藏高原地区具有广泛的分布，是高寒牧草的代表种类。随着国家加大对草原生态及草地畜牧业的建设力度，对乡土草种资源挖掘和利用也逐渐重视，其研究的发文数量也经历了从少到多并维持在一个稳定的水平。但横向对比发现，其总发文量与燕麦(Avena sativa)[8]等牧草相比，还是相对较少，这与披碱草属牧草分布及应用的范围具有一定的区域性有关。所以与之相关联地区的一些研究结构也成为我国披碱草属植物研究的主要力量，如内蒙古农业大学、兰州大学、四川农业大学、甘肃农业大学、中国科学院及青海大学等研究机构。这些机构及学者团队都是长期从事披碱草属相关资源研究，其内部交流密切，形成对应的核心作者群体。比如发文量排名前两位的团队，四川农业大学小麦研究所周永红教授为核心的作者群，长期以来开展小麦族种质资源生物系统发育关系研究，包括披碱草属、鹅观草属、赖草属(Leymus)、仲彬草属(Kengyilia)等多年生禾草，借助细胞遗传学、分子生物学等多种手段对披碱草属物种的遗传多样性、披碱草属与其近缘物种的分类和系统演化关系等[14-16]方面开展了大量的研究工作。内蒙古农业大学云锦凤教授为核心的作者群主要开展披碱草属物种的远缘杂交相关研究，如加拿大披碱草(Elymus canadensis)与老芒麦、披碱草、圆柱披碱草(Elymus cylindricus)等进行远缘杂交试验，其团队取得的一系列成果填补了国内禾本科牧草远缘杂交的空白[17]。从国际水平来看，WOS 数据库中发文量前10 的研究机构中有一半来自中国，其余来自美国、加拿大及瑞典。无论是发文量还是国家合作关系上，中国在披碱草属植物领域的研究均处于领先水平，具有重要国际影响力。但是我们也看到目前发表的期刊的影响因子及分区等影响力相对还偏低，也表明披碱草属植物资源的研究深度有待进一步加强。

目前，关于披碱草属植物的研究方向主要集中在种属关系及系统演化[18-19]、种质资源多样性的综合评价[20-21]、抗逆评价及抗性机制[22]、丰产栽培技术[23]、退化生态系统植被恢复[24]等方面。从文献关键词与研究前沿时区图显示，垂穗披碱草和老芒麦在关键词中具有较高的出现频次，作为披碱草属代表的两个种，其在国内外具有相对较高的研究热度和一定的研究深度，如在老芒麦的落粒性评价及基因挖掘[25-26]、垂穗披碱草抗寒性评价及抗寒机制解析[27]。此外，基于转录组或全基因组测序数据，开发了大量的垂穗披碱草和老芒麦的EST-SSR 遗传标记，这些标记在其物种的遗传多样性分析、遗传图谱构建及农艺性状候选基因挖掘等方面得到了很好的应用[28-30]。

同时，青藏高原与植被恢复也已成为近几年的研究热点，这也与生态文明建设的国家战略高度吻合。目前披碱草属植物在我国草原生态建设中发挥了越来越重要的作用，特别是作为青藏高原地区生态建设的当家草种。如陈桂琛等[31]研究发现垂穗披碱草在青藏铁路取土场的植被恢复过程中有较好的适应性。Feng 等[24]研究揭示了垂穗披碱草在青藏高原重度退化高寒草甸植被恢复中具有显著的效果，其能够有效地增加植被盖度和改善土壤质量。披碱草属植物资源如何更好地服务于我国北方以及青藏高原草原生态建设将是其研究的重要方向，包括野生资源的评价及生态草品种的培育、生态适应性机制及抗性基因资源的深入挖掘、特殊生境下的栽培技术等方面。

4 结论

近年来，国内外披碱草属植物相关研究处于活跃的态势，论文发表量维持在较高水平，我国在披碱草属植物领域的研究具有较高的影响力。内蒙古农业大学、兰州大学、四川农业大学、甘肃农业大学、中国科学院及青海大学等作为国内披碱草属相关研究的主要研究机构，在披碱草属种质多样性评价、种属关系及系统演化、抗逆性评价、植被恢复等方面开展了大量卓有成效的工作。研究前沿趋势及关键词突发性检测发现“Species richness”、“青藏高原”和“植被恢复”等关键词的研究是其近年来的研究热点，围绕生态建设及相关研究将是披碱草属植物研究的重点方向。