中国荒漠草原的研究态势与热点分析#——基于文献计量研究

陈 林,曹萌豪,宋乃平,*,李学斌,邱开阳,庞丹波

1 宁夏大学生态环境学院,银川 750021 2 西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室(宁夏大学),银川 750021 3 西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地(宁夏大学),银川 750021 4 宁夏大学农学院,银川 750021

全球草地面积为3.50—5.25×109hm2,覆盖约26.0%—40.5%的陆地面积[1],是陆地上分布最广的生态系统类型之一[2],占干旱-半干旱区总面积的88%,养育了25%的世界人口[3]。草地不仅提供饲草饲料支撑畜牧业生产,在防风固沙、水土保持、水源涵养以及生物多样性保护中也扮演着重要角色[1],还对全球碳循环和气候调节起着重要作用[4]。

我国草地主要分布在干旱-半干旱地区[5],从东北平原经内蒙古高原、鄂尔多斯高原、黄土高原直达青藏高原的南缘,绵延4500多公里,南北跨越23个纬度,是欧亚中高纬度草地生态系统的重要组成部分[6]。其中天然草地总面积为4.0×108hm2,占国土面积的41.7%[7],是耕地面积的3.2倍、森地面积的2.5倍[8]。北方草地总面积约3.0×108hm2[9],是我国重要的绿色生态屏障,也是黄河、长江、澜沧江、滦河等江河的发源地和水源涵养区,对保障我国粮食安全、生态保护、提升生态系统服务和生态系统稳定性具有极其重要的作用[3, 10]。

荒漠草原是草原的重要组成部分,面积占草地总面积的8.1%[1],地处典型草原向荒漠的过渡带,物种多样性和潜在生产力最低[1, 11],被认为是草原的极限状态。根据中国草地分类系统,我国荒漠草原主要分布于温性草原和高寒草原两个类型中,分别为温性荒漠草原和高寒荒漠草原[12]。其中温性荒漠草原在内蒙古中西部、宁夏中北部相对集中分布,在甘肃西部和新疆全境零星分布,高寒荒漠草原则主要在西藏北部、青海东部分布(图1)。荒漠草原生态系统脆弱,无论是植物生长,还是土壤生态学过程,都受到水分条件的限制[13],其生产力具有很大的季节和年际变化[14],因此气候变化对荒漠草原生态系统的影响尤为突出[15- 16]。

图1 中国草地类型及其分布[3]Fig.1 Grassland types and their distribution in China

文献计量学是图书情报学的分支学科[17],借助文献的各种数量特征,采用数学与统计学的方法来描述、评价和预测科学技术或研究领域现状与发展趋势,可以测度科学规模和科学生产力等方面的差异[18],已在多个领域得到了很好应用[19- 23],因其客观性、试用广泛性、定量化研究、宏观性等优势,成为了国内外学者青睐的文献分析方法和期刊特定信息获取途径[24]。

目前,关于我国荒漠草原的研究,国内外发表了大量的科技文献,然而尚未有应用文献计量学的方法来全面分析其研究态势与热点的报道。因此,本文以Web of Science(WoS)核心合集中的Science Citation Index Expanded (SCIE)数据库和中国知网(CNKI)为数据源,检索了1985—2020年间有关荒漠草原的研究论文,并对其进行了文献计量分析,以期揭示36年来荒漠草原的研究领域及其发展态势,旨在推动相关学者开展深入研究,为荒漠草原的生态恢复和未来发展提供参考。

1 研究方法

1.1 数据来源

科学论文是科学研究成果最主要的载体之一,因其时效性、专业性等特点能够及时全面反映各个学科的前言与进展,是最具普遍意义的科学产出形式[20]和研究视角[25]。中国知网(CNKI)数据库是收录文献数量最多、学科覆盖面最全的中文数据库[26]。本文以“荒漠草原”为“主题”进行“精确”检索中文文献,检索时间跨度设置为1985—2020年,文献类型为：学术期刊、学位论文,不包括会议、报纸、年鉴、图书等其他类型。逐条对检索结果进行检查,取消无效或重复类的记录,共检索文献3147篇,其中期刊发表2351篇、博士学位论文188篇、硕士学位论文608篇。

美国科学信息研究所的科学引文索引扩展版(SCIE)数据库收录了世界各学科领域内最优秀的科技期刊,其收录引文能及时反映科学前沿的发展动态[21]。Web of Science核心合集中的Science Citation Index Expanded (SCIE)数据库(WoS),采用高级检索方式(TS="desert steppe", AND ALL= China)对1985—2020年间发表的研究论文进行检索,文献类型为：Articles, Proceedings Papers, Reviews,不包括Early Access, Editorial Material, Data Paper, Meeting Abstract等类型。共检索出504篇。

以上数据的检索时间为2021年2月3日。经细致筛选后,将CNKI和WoS数据库中所获得研究成果的题目、作者、关键词、出版期刊、研究机构、被引用次数、机构发文量等信息为数据源进行相关分析。

1.2 数据分析与制图

VOSviewer软件是荷兰莱顿大学Eck等基于VOS可视化技术,专门开发的一款分析文献知识单元的可视化工具[27],其突出的优点是图形展示能力强,非常适合分析大规模样本数据[28],可绘制作者及其合作关系、关键词(本文采用作者写明的关键词)共现网络可视图。

共词分析是用来统计一对关键词同时出现在同一篇文献中的次数,用于反映词组之间的关联程度。BibExcel软件是一款用于数据清洗与文献计量的软件,具有强大的知识单元共现分析能力[29]。本文将研究机构及其合作关系提取、去重得到共现次数、关系矩阵后,采用VOSviewer绘制共现网络图。

年度发文量、高被引论文、高发文量作者、高发文量期刊等统计和绘图均在Excel 2019中进行。

2 结果

2.1 发文量分析

1985—2020年间,围绕中国荒漠草原共发表论文3651篇,年均发表101.42篇。其中,中文论文3147篇,SCI收录论文504篇(图2)。2000年前,发文量相对较少,其中检索到的SCI仅收录了5篇,年均发表22.81篇,呈缓慢增长的趋势。2000年后发文量开始大幅增加,年均发表164.40篇,虽然2017年和2018年中文论文出现了减少(发文量分别为229篇和225篇),但总体呈上升趋势；这一期间SCI收录的论文数据是逐年递增的,2018—2020年有较大的增幅,年平均发SCI收录论文71篇(图3)。

图2 主题为荒漠草原的中、英文论文发表量Fig.2 Number of published about desert steppe′s Chinese and English papers

图3 主题为荒漠草原的中、英文论文年发表量Fig.3 Number of published about desert steppe′s Chinese and English papers per year

2.2 发文来源分析

3147篇中文论文来源于451种期刊/大学,出版量前10位的期刊/大学发文量之和为1038篇,占中文论文总数的32.98%。出版论文数量较多的大学是内蒙古农业大学(203篇),其次是宁夏大学(89篇)和内蒙古大学(88篇),占中文论文总数的12.07%；期刊发表中文量较多的是《中国草地学报》、《生态学报》和《草原与草业》(表1),占中文论文总数的10.55%,要高于其他期刊的刊出量,是荒漠草原研究成果的重要载体。

504篇英文论文刊出在189种期刊。出版量前10位的期刊发文量之和为128篇,占英文论文总数的25.40%。在专业性较强的RangelandJournal和综合性期刊PLoSOne发文量相对较多。

表1 主题为荒漠草原中、英文论文发表量Top 10来源及其类型

2.3 发文被引分析

从被引频次来看,3651篇论文共被引频次为50793次,篇均被引13.91。其中,中文论文共被引频次为40896次,篇均被引频次为13.00；英文论文共被引频次为9897次,篇均被引频次19.64。中文论文被引频次最高的是谢高地等2001年在《自然资源学报》发表的“中国自然草地生态系统服务价值”,被引频次高达1571次；而英文论文被引频次最高的是Cao等2009年在JournalofAppliedEcology发表的“Impact of China′s Grain for Green Project on the landscape of vulnerable arid and semi-arid agricultural regions: a case study in northern Shaanxi Province”,被引频次为246次(表2)。中、英文论文被引频次Top 10的论文发表时间最早的是张新时院士于1994年发表在《植物生态学报》的“毛乌素沙地的生态背景及其草地建设的原则与优化模式”；最迟的是Zhou等2017年发表在GlobalChangeBiology上利用Meta分析研究放牧强度影响草地生态系统地下碳氮循环的论文。可以看出,基于实际调查的评价方法和理论创新研究一直备受关注；而近些年利用荟萃分析方法开展相关领域研究得到了众多学者的认可。

表2 主题为荒漠草原中、英文论文中被引频次Top 10的论文

2.4 主要作者及其合作关系

3147篇中文论文共有4770名作者参与,篇均作者1.52名；504篇英文论文共有2110名作者参与,篇均作者4.19名。发表论文最多的作者是韩国栋,共发文149篇,其中中文论文123篇,占中文发文量的3.91%,英文论文26篇,占英文发文量的5.16%；其次是宋乃平,共发文80篇,其中发表中文论文74篇,占中文发文量的2.35%,发表英文论文6篇,占英文发文量的1.19%(表3)。

由作者合作关系网络图可以看出(图4),作者间的发文合作离散程度较高,主要以同一单位的研究团队为主,不同单位、不同团队交流合作都较少,甚至出现了同一单位不同团队间的完全离散。其中,韩国栋和周广胜位于英文论文作者合作网络密集区域的中心；韩国栋、宋乃平和卫智军则位于中文论文作者合作网络密集区域的中心。

2.5 主要研究机构及其合作关系

3147篇中文论文由634个机构发表,504篇英文论文则来自432个相关研究机构。中文发文量最多的是内蒙古农业大学,共发表587篇,其次是宁夏大学(414篇),两所单位合计贡献了中文总发文量的31.81%。而中国科学院则贡献了英文总发文量的51.39%(259篇),远高于其他机构的英文发文量。从总发文量(中文和英文发文量之和)来看,内蒙古农业大学以636篇居于榜首,占发文总量的17.42%,其次是宁夏大学和兰州大学,分别发表了441篇和189篇,占发文总量的12.08%和5.18%(表4)。

表3 主题为荒漠草原中、英文论文发表量Top 10作者

表4 主题为荒漠草原中、英文论文发表量Top 10研究机构

图4 主题为荒漠草原中、英文论文作者合作关系网络图Fig.4 Cooperative relationships among the authors of desert steppe′s Chinese and English papers

从主要发文机构间的合作关系图(图5)可知,中文论文中,与其他机构开展合作较多的是宁夏大学(西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室和农学院)、其次是内蒙古农业大学生态环境学院、中国农业科学院草原研究所。而发表英文论文机构中,中国科学院的英文发文量最高,与其他机构开展合作研究的数量也是最多的,居于研究机构合作网络密集区域的中心,主要由中国科学院植物研究所和中国科学院地理科学与资源研究所与其他机构的合作较多；其次是内蒙古农业大学、兰州大学与相关机构的合作较为密切。国外与国内机构合作排名前三的是Agriculture and Agri-Food Canada(加拿大农业与农业食品部)、Baylor University(美国贝勒大学)和Free University of Berlin(德国柏林自由大学)。

总体来看,中文论文研究机构的离散程度较高,多呈单线合作(两个机构间合作),且很少有国外机构的合作；英文论文的发文机构间合作呈现网络化,说明多机构间的合作较多,且国外机构间的参与合作关系较密切。

图5 主题为荒漠草原中、英文论文主要研究机构间合作关系图Fig.5 Cooperative relationships among the major research institutions of desert steppe′s Chinese and English papers

2.6 关键词分析

根据关键词共现网络关系(图6)可知,中文论文中出现频次最多的前10个关键词分别是：荒漠草原、气候变化、生物量、放牧强度、内蒙古、载畜率、草地类型、短花针茅、群落特征、植被指数。英文论文中出现频次最多的前10个关键词分别是：Desert Steppe、Climate Change、Inner Mongolia、Precipitation、Grassland、Vegetation、Grazing、Tibetan Plateau、Holocene、Pollen。这些高频的关键词可以反映出荒漠草原的研究态势与热点领域,从不同颜色的聚类结果可以看出,中文论文中荒漠草原的研究内容可分为四个主要聚类：以放牧为主要影响因素的植被-土壤对干扰的响应、以大尺度遥感为主要研究手段的植被指数对气候变化的响应、以孢粉记录为研究方法的历史时期植被变化特征和以生产力为主要目标的环境影响因素分析；英文论文的聚类结果相对较多,但和中文论文关注的研究内容相似,主要聚焦于人类活动(主要是放牧活动)和气候变化(降雨和温度)对荒漠草原植被-土壤系统的影响、荒漠草原植被生产力及其影响因素、利用孢粉研究植被和环境变迁等方面。此外,从研究的区域来看,中文论文研究焦点区域是内蒙古和宁夏的温性荒漠草原,而英文论文对青藏高原高寒荒漠草原的研究相对较多。

图6 主题为荒漠草原中、英文论文关键词共现网络图Fig.6 Co-occurrence network map of keywords from desert steppe′s Chinese and English papers

3 讨论及展望

科研产出是科学发展的体现形式之一,而科研产出又可以从数量规模和学术影响2个方面加以测度和分析[30]。2000年为界可以划分出缓慢增长(2000年前)和快速增长(2000年后)两个阶段,可能与我国为了有效治理退化草地,从2000年起实施了一系列退化草地治理工程[31],如京津风沙源治理工程、退牧还草、退耕还林、草原生态保护奖励补助政策等,相关学者们开始关注并持续开展相关研究有关。而且荒漠草原的研究主要发表在中文期刊上,中文论文的数量是英文论文的6倍多。以高寒和温性荒漠草原两个大的分区为主题的研究,年均论文发表量达到了101.42篇,数量已不算少。但从学术影响方面来看,中文论文的被引频次不高与发文期刊质量偏低有关,虽然在《中国科学》、《科学通报》、《生态学报》等国内较好的专业期刊上有相关论文,但发文比重还较小,而发表的英文论文同样在高质量、高影响力、高认可度的顶级期刊上发声较少,论文的整体质量偏低,甚至部分成果是重复性研究,创新性的成果偏少。目前判定基础科研水平的焦点早已不是论文数量,而是以突破性、原创性、具有科学价值和实际应用价值论文的影响力。因此,提高论文质量,增加高质量期刊和高质量论文的数量和比例,是扩大研究成果影响力的途径之一。

在学科紧密相关、信息资源相融、科技创新驱动、科研项目日趋复杂的大背景下,科研合作成为一种符合主流的发展趋势,促进了不同学科知识的流动和融合[32]。现代科学已经进入大科学时代,大科学的增长不仅表现在科研规模的扩大,还体现在越来越多来自不同研究机构间科学合作关系的建立[33]。科学合作可让不同的知识实现集成,通过科学合作可以提高研究的质量,这也是加快知识扩散的一种重要方式。随着交流方式的改进,信息沟通的流畅,研究机构之间的科研合作逐渐频繁,研究机构“孤岛”现象几乎没有了。从主要作者及其合作关系网络图(图4)可以发现,代表性高产学者发挥了“领头羊”作用,其学术成就和科研队伍对荒漠草原研究贡献量较大,也为青年骨干的快速成长和培养年轻研究人员提供了良好的条件,产生了“滚雪球”效应。从主要研究机构及其合作关系可以看出,中文论文机构合作网络的内蒙古农业大学和宁夏大学,英文论文中的中国科学院、内蒙古农业大学、兰州大学等具有中心性,均在网络中起到核心作用,说明这些研究机构在荒漠草原的研究中发挥着中流砥柱作用。虽然不同机构间的合作对荒漠草原研究领域的发展有推动作用,但高产机构与低产机构的“贫富”差距逐年增大,分散程度较高,主要集中在荒漠草原所属或临近的地区,除中国科学院、中国农业科学院等少数几个单位开展了相关研究外,其他地区的研究机构很少涉及,这也体现了荒漠草原研究的地域性特征,与地理距离会阻碍创新合作[34]和科研主导力扩散[32]的结论相一致。因此,研究机构间的相互合作还有待进一步的提升,后期应注重建立研究院间、研究院-高校、研究院-地方、高校-地方、国内-国外、跨学科等的多元化合作互惠机制。本文揭示了研究荒漠草原的科研机构网络拓扑特征,但未能涉及到系统地探讨研究机构间相互合作的多维邻近性及其影响因素,这将是下一步分析工作的重点。

过去容易被人们忽略的小草,其在草牧业乃至国民经济中的重要作用和地位逐渐被认识和重视[10]。荒漠草原为主题的研究主要集中在人类活动(主要是放牧活动)和气候变化(降雨和温度)对植被-土壤的影响、植被生产力及其影响因素、利用孢粉研究植被和环境变迁等方面,可以看出这些研究热点是荒漠草原面临的关键问题,学者们围绕当地生态、生产、生计发展过程中遇到的问题,开展了众多的研究,也得到了很多好的成果和结论[3]。但很少涉及到大尺度的历史及区域因素对植被和土壤的影响,特别是荒漠草原具有典型的空间过渡性和时间脆弱性,后续研究应加强人类活动和气候条件相互作用对荒漠草原植物群落结构进化过程以及地上与地下生态过程耦联关系等方面的分析和探讨。此外,除了持续关注荒漠草原植物基础生物学的研究,还可以从多尺度、多维度应用多学科知识、多技术手段,进一步完善和扩展研究微生物多样性、动物多样性以及与植物多样性间的相互反馈作用,加强不同营养级之间的内在机理探索。未来还应进一步推动国内外研究机构和人员之间的交流与合作,深度挖掘荒漠草原基础数据,以促进高影响力、高质量成果的产出,实现科研成果量变与质变并举、基础研究与实际应用并重,从而为该地区科学布局重要生态系统保护和修复重大工程,提高生产供给能力和保障生态功能发挥提供科学依据。