基于文献计量的果园生草栽培技术研究进展

沈良英 蒋红明 黎梅杰 余 超 蔡 明 罗富成 薛世明 黄必志

(1.云南农业大学 动物科学技术学院，昆明 650201； 2. 云南省草地动物科学研究院，昆明 650212)

果园生草指在果树株行距之间播种禾本科/豆科植物或在果园株行间选留原生杂草，使其完全覆盖地表蓄水保墒，充分利用光照和水热资源，提高土地复种指数，达到果草互补的效果[1]。果园生草也是一种果园土壤管理模式，具有改善果园小气候、保护生态环境、提高果树产量和品质等作用，现已在梨(Pyruspyrifolia)[2]、柑橘(CitrusreticulitaBlanco)[3]、橄榄(Oleaeuropaea)[4]和葡萄(Pyruspyrifolia)[5]等果园中得到广泛应用。果园生草栽培技术关乎着果业可持续发展以及果树生态、经济和社会效益[6]。

随着土壤管理模式和现代果园不断优化发展[7-8]，国内外学者围绕果园生草对土壤水分[9-11]、土壤侵蚀[12-16]、土壤微生物群落结构[17-19]和果树产量[20-21]等的影响开展了大量研究。果园种草取得良好成效的同时，也存在一些负面影响，如草果竞争[22]、杂草竞争[23-24]和养分竞争[25-27]等一系列问题。国内学者的研究方向主要集中于土壤特性[28]、水肥效应[29]、栽培管理[30]和生态响应[31]，但对国内外的果园生草文献计量研究较少且缺少系统性的总结。果园生草有许多交叉和新兴研究领域，需要对生草技术有足够且深入的认识，目前仍难以在短期内建立较为完善且被普遍接受的知识架构。此外，不同研究由于关注的学科问题和侧重点存在差异，对果园生草的研究热点尚存在认识上的统一和缺失。

文献计量分析可以直观清晰地展现出知识框架和研究热点，使文献数据可视化，避免主观性归纳总结，已多次应用到草学[32-34]和果业[35-37]等研究领域。HistCite、SATI、COOC、Scientometrics Tools和RStudio(Bibliometrics和Metafor)等文献计量软件繁多，各有特点；Scopus和Pubmed等文献数据库资源日益完善；而中国知网(CNKI)和Web of Science(WOS)核心合集数据库由于题录信息完整、文献覆盖范围广、公信力和国际权威性强，备受学术界所推崇。因此，本研究使用认可度较高的VOSviewer(V1.6.15)、CiteSpace(V5.8.R3)和RStudio(V4.2.0)软件，对中国知网和Web of Science核心合集数据库中相关文献进行计量分析，从多个切入点探究国内外果园生草的研究基础、发展现状和前沿趋势，对果园生草的研究热点进行持续追踪，旨在为果园生草研究过程中更好地研判学科动态和研究前沿提供参考和支持。

1 材料与方法

1.1 数据来源

为保证数据的广泛性和可行性，选用权威数据库Web of Science核心合集中的SSCI、SCI-Expanded、A&HCI、CPCI-S、CPCI-SSH和ESCI六大引文索引作为数据来源。检索式为：TS=(interplant* OR includ* OR grow* OR cover* OR introduc* OR cultivat* OR plant* OR manag*) AND TS=(grass OR forage grass OR pasture OR grazing OR herbage OR sward OR cover crop* OR grass species OR living grass mulching) AND TS=(orchard OR garden)，文献类型为“Article”“Review”，语种为“English”，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，最终得到有效样本文献2 686篇。中文文献数据来自CNKI数据库，检索式为：主题=(‘果园’) AND主题=(‘种草’+‘生草’+‘植草’+‘养草’) OR主题=(‘生草栽培’+‘生草覆盖’+‘行间生草’)。对数据进行核对，剔除会议、科技成果和无作者信息等不相符的文献，最终得到中文有效文献2 317篇，以CNKI的RefWorks格式导出。WOS和CNKI检索的时间跨度为1990—2022年，文献检索时间为2022-05-25。

1.2 研究方法

借助可视化软件VOSviewer和CiteSpace，对近32年关于果园生草的文献进行文献计量与图谱分析。将CNKI和WOS数据库导出的文件命名为“download(1).txt”导入CiteSpace后，时间设定为1990-01-01—2022-12-31，以1年为时间分割成32个分段。在每个时间分段内，参数关系强度用Cosine算法(式(1))，参数阀值设置采用g-index方法(式(2))。文献数量较多，形成的关键词节点繁多，为呈现更为清晰的可视化图谱，采用最小生成树算法(MST)简化复杂网络，突出分析重点，并采用中心度(Betweenness centrality)衡量一个节点在网络中的重要性(式(3))。

(1)

式中：Cij为i和j共现次数；Si为i出现的频次；Sj为j出现的频次。

(2)

式中：g为衡量某位研究者作为一个独立个体的研究成果影响(包括数量和质量的影响)；Ci为i出现次数；K为规模因子，取值25。

(3)

采用RStudio对发文量进行文献产出时序分析来揭示发文量特征；采用CNKI和WOS数据库网页在线功能统计果园生草学科分布、高被引机构、期刊发文量和高被引文献来阐述研究现状特征；采用CiteSpace软件对研究机构合作关系进行共现分析、对施引文献进行主题基础分析、对主题进行阶段演化分析和对突现词进行前沿趋势分析，来表征果园生草的主题脉络、研究热点和前沿趋势；采用VOSviewer软件对国家合作、文献关键词聚类和共现网络进行分析，揭示果园生草的研究机构分布与合作关系及研究基础。

2 结果与分析

2.1 总体概况

2.1.1文献产出时序分析

CNKI和WOS数据库发文量整体上呈现“初期平稳增长，后期快速增长”的波动趋势。我国对果园生草研究的文献数量在2018以后呈现下降趋势，而国际上的研究则呈指数型增长(图1)。

图1 1990—2022年果园生草发文量变化趋势Fig.1 The change trend in the number of publications of IGIO from 1990 to 2022

2.1.2学科类型分析

根据CNKI和WOS数据库的学科体系划分，果园生草可以划分为多个研究领域。国外果园生草主要的研究领域是环境学和生态学，其次为植物学、农艺学和土壤学；国内果园生草主要集中于园艺研究领域，农艺学、农作物、农业基础科学和植物保护是国内果园生草的重点研究领域(表1)。可见，果园生草这一主题受到了多学科的关注，体现了多学科交叉、多领域共建和多方向融合的特点。

表1 果园生草研究领域五大学科分布Table 1 Top five disciplines distribution of IGIO

2.1.3机构发文量及合作分析

从机构发文量可以看出(表2)，CNKI数据库发文量前三的机构分别为西北农林科技大学、山东农业大学和华中农业大学，而WOS数据库中发文量靠前的机构分别为CSIC、USDA ARS、INRA和中国科学院。说明国内机构发表文章的学术成果较多。从图2可以看出，果园生草研究机构分布不均匀，其中，中国科学院和西北农林科技大学作为国内自然科学方向的学术机构开展了众多相关研究，在国内外具有一定的影响力。

表2 CNKI和WOS数据库中共被引强度前10的机构Table 2 Top 10 institutions according to the citation counts based on the CNKI and WOS database

表2(续)

节点圆圈大小表示出现频率，节点连线粗细表示关联性强弱。下同。 The size of the node circle represents the frequency, and the thickness of the node line indicates the strength of the correlation. The same below.图2 CNKI和WOS数据库中果园生草研究的主要机构图谱Fig.2 Visualization map of institutions of IGIO based on CNKI and WOS database

2.1.4国家合作及关系分析

果园生草相关发文量排名前3的国家依次是美国(742篇)、西班牙(279篇)和中国(265篇)。我国在WOS的发文量排名相对高于其他国家，体现出国内果园生草研究具有实质性进展。颜色渐变图例显示为暖绿色，说明我国果园生草的研究成果不断更新且与时俱进。图3中节点连线的粗细反映了国际合作密切程度，线条越粗表示合作越密切。可以看出在果园生草领域，中国和美国及澳大利亚等国有密切交流，且与美国联系最为密切；美国与澳大利亚、德国、巴西和法国等国家合作密切，且与中国和澳大利亚合作较多。

图3 国家间合作研究果园生草的网络分析Fig.3 Network analysis of IGIO research cooperation among countries

2.1.5期刊高被引分析

对果园生草的文献期刊进行统计分析，有助于学者们选择该领域的重点期刊进行文献查阅和分享研究成果(表3)。从文献总数来看，《果农之友》(129篇)、《西北农林科技大学(自然科学版)》(90篇)和AgricultureEcosystems&Environment(78篇)载文量较多。从平均被引次数上看，国际期刊JournalofEcology、PlosOne和ScienceoftheTotalEnvironment等引用频次较多；国内期刊《西北农林科技大学(自然科学版)》《落叶果树》《北方果树》等学术引用较多。

表3 1990—2022年文献发表量前10的期刊Table 3 The performance of the top 10 most productive journals from 1990 to 2022

2.1.6文献被引分析

对CNKI数据库的施引文献进行高被引分析，高被引文献可说明其学术成果的质量以及同行的认可程度。该领域单篇文献被引次数最多的作者为张义，高被引文献数量较多的作者为西北农林科技大学的李会科和赵政阳，主要研究区域为渭北地区，研究的果园类型主要为渭北苹果园(表4)。在果园土壤研究方面主要涉及土壤理化性状、土壤化学计量特性和土壤水分，以及果园生草对果园小气候和果实产量的改善效果。

表4 CNKI数据库中高被引强度前15的文献Table 4 Top 15 authors according to the citation counts in the CNKI database

对WOS数据库被引文献进行耦合共被引分析，通过高被引与高中介中心性的被引文献来探究该领域核心知识基础。果园生草研究领域的共被引网络由539个节点和676个连接组成，密度为0.004 7(图4(a))。节点的大小表示文献重要程度，节点的名称是文章的第一作者和发表年份。节点代表被引文献，节点大小代表文献的重要性，节点上的标签是文章的第一作者和发表年份[51]。图中有2个关联性较大的节点，说明这2篇文章被引次数较多，影响力较大。这2篇文章的作者分别为Keesstra S.和Palese A. M.，被引频次最高的是Keesstra S.于2016年发表在ScienceoftheTotalEnvironment，该文通过模拟降雨试验和土壤分析，研究了不同农用地管理策略对土壤容重、土壤有机质、土壤水分、土壤侵蚀和土壤径流量的影响。

在文献共被引网络图谱的基础上，使用对数似然率算法(LLR)生成了8个显著的共被引聚类，#5、#7和#9轮廓值太小没有显示出来，可忽略不计(图4(b))。因此，根据共被引文献，可将果园生草划分为8个研究类别和3个研究基础方向：土壤侵蚀[2]和覆草回收利用[18-19]是该领域主要研究基础，生草覆盖实践[54]、橄榄园生草覆盖、有机苹果园多年生花带设计[55]和低频高强度模拟降雨[56]是该领域的主要基础方法和手段，旱作橄榄园[57]和生物防治[58]是该领域较常出现的基础内容。

图4 WOS数据库中果园生草的研究文献共被引网络分析及聚类分析的知识图谱Fig.4 Clustering knowledge map of literature co-citated network analysis and cluster analysis on IGIO in the WOS database

2.2 研究主题演变分析

文献关键词聚类分析可表明每个阶段知识主题的变化。本研究通过文献关键词的聚类分析得到16个聚类，模块值Q=0.600，平均轮廓值S=0.844，表明聚类结果是显著且可靠的。采用LLR对关键词进行聚类分析，得到引文数量≥45的10个聚类群组(这些群组的轮廓值S大多位于0.800～0.900，同质性较高，表明聚类效果较为理想(表5)。

为了阐明我国不同时期的果园生草的研究重点，对关键词进行聚类分析(图5)。时线图将聚类包含的关键词按时间顺序从左到右依次展现，最右侧标注的关键词是聚类标签，表明了在不同时间段内，果园生草持续受到关注的研究主题。我国果园生草研究领域时间跨度大，覆盖范围广，主题具有时序性。依据主题持续时间长度可划分为3个阶段：第一阶段(1990—2000年)生成期，第二阶段(2001—2017年)转折期，第三阶段(2018年以后)成熟期。第一阶段研究热点为果园适宜草种的选择，尚处于果园生草探索阶段，由“小冠花(CoronillavariaL.)”、“黑麦草(Loliumperenne)”、“宽叶雀稗(PaspalumwettsteiniiHack.)”、“百喜草(PaspalumnotatumFlugge)”、“马唐(Digitariasanguinalis(L.) Scop.)”、“百脉根(LotuscorniculatusLinn.)”、“扁茎黄芪(Astragaluscomplanatus)”、“白三叶(Triffoliumrepens)”和“紫花苜蓿(MedicagosativaL.)”等术语可以发现少耕防治土壤侵蚀同时选择优良牧草是这一时期的研究热点。第二阶段研究热点为果园杂草病虫害防除，由图5中的“昆虫天敌”、“防治害虫”、“蚧壳虫(Coccoidea)”、“潜叶蛾(Leucoptereiasp.)”、“小花蝽(OriussimilisZheng)”、“卷叶虫(DiaphaniapyloalisWalker)”和“食叶害虫”等术语可以看出这一阶段更加注重不同生草方式对果园主要害虫及天敌的影响。第三阶段研究热点为果园管理，由关键词“种植布局”“矮砧密植”“间作宽行”“生草品种”“植草模式”表明近年来更加注重果园综合效益。

表5 CNKI数据库中果园生草文献关键词10个主要聚类群组Table 5 Ten principal clusters of document co-citation network in the CNKI database

十字架表示关键词节点，十字架的大小反映了该关键词在文献样本中出现的次数；不同颜色深浅的十字架代表不同年份的出现情况，十字架越大，代表该关键词在该年出现的次数越多。2个节点之间的连线表示这2个关键词同时出现在一篇文献中；节点和连线的颜色与图上方的时间轴相对应。 The cross represents a keyword node. The size of the cross reflects the number of times the keyword appears in the literature sample. The crosses with different shades of color represent the occurrences in different years. The larger the cross, the more times the keyword appears in that year. A line between two nodes indicates that the two keywords appear in a document at the same time; The color of the node and the line corresponds to the time axis above the graph.图5 CNKI数据库中果园生草高频关键词时线图Fig.5 Timeline diagram of high-frequency keywords of IGIO in the CNKI database

2.3 研究热点分析

关键词是描述文献中重要主题的标志词，可以直接反映该主题的研究成果和研究热点，高频关键词可以被认为是该领域的研究热点[29]。圆圈节点显示主要的关键词，圆圈大小反映关键词出现的次数，关键词共现的频次与显示节点的大小直接成线性相关，连线表示关键词共现的频次，相同的颜色表示相同的簇。由图6(a)和(b)所示，通过合并、概括和凝练相近的研究主题，国内外果园生草的研究方向主要集中在果园草种选择、病虫害防除、土壤理化特性、果树提质增效和果园生态效应等方面。

圆圈节点显示主要的关键词，圆圈大小反映关键词出现的次数，连线表示关键词共现的频次，相同的颜色表示相同的簇。 The circle node displays the main keywords, the size of the circle reflects the number of occurrences of the keyword, the connecting line represents the frequency of keyword co-occurrence, and the same color represents the same cluster.图6 CNKI和WOS数据库中关键词共现网络图Fig.6 Keyword co-occurrence network in the CNKI and WOS database

2.4 研究前沿趋势分析

突现词(Burst terms)是指在较短时间内出现频次变化较大的词汇，即发表文献中骤增的关键术语，适合表征各阶段研究前沿及发展趋势。利用CiteSpace突现监测功能分析CNKI文献，得到果园生草栽培技术重点突现关键术语，并由此确定果园生草栽培研究的前沿领域。在果园生草突现词中(表6)，突现强度最高达12.40，最低为4.28。根据突现词及时间分布特点，可划分为3个阶段：第一阶段(1990—2000年)突现词变化率最高的分别是“小冠花”“生草法”“山地果园”，第二阶段(2001—2017年)突现词“果园种草”“白三叶”“牧草”的影响时间长达5～8年，第三阶段(2018年以后)突现词“自然生草”“果实品质”的影响持续至今。

3 讨 论

本研究以近32年果园生草相关论文为研究基础同时运用Citespace、Vosviewer和Rstudio可视化图谱软件，通过文献计量方法，从年发文量、学科类型、机构合作、期刊高被引和研究主题演变等层面进行多维尺度数据统计分析，系统阐述了国内外果园生草的主题脉络演变、研究进展和前沿方向，回顾了过去果园生草各阶段研究重点，探索了当下果园生草前沿热点。需要注意的是，文献产出方面，1990—2000年为我国草类资源开发利用的初步探索阶段，国内果园生草的生产实践相较于国外，实际应用及总结较少，果园生草相关文献欠缺，而当前果园种草不断出现规模化和专业化，研究热度与日俱增，但研究人员的学术关注度不足，国内部分期刊的影响力低甚至无影响因子，使得较多高被引文献集中于国外期刊；合作研究方面，今后需要加强不同研究单位、不同团队和不同作者之间的交叉学科优势耦合力度；共被引分析方面，因CNKI数据库导出的文献题录不包含参考文献信息，受CNKI数据库不支持利用文献共被引的限制，CiteSpace无法实现对CNKI中的文献进行文献共被引和作者共被引分析，本研究对这一主题领域的分析还有所欠缺，故只对WOS数据库文献进行共被引分析；研究热点方面，由于SCI、SCIE和SSCI数据库文献在1990年后才开始设置关键词字段，而文献计量是通过选用关键词等名词性术语来探索研究主题和前沿热点的方法，关键词字段一旦缺失便会影响文献计量统计的准确性和完整性；文献计量方法方面，一方面可能会因个人所选数据库类型、检索方式、检索关键词、检索表达式、筛选条件、检索时间和阈值设定等因素的差异而影响检索结果，另一方面数据库被引频次和发文量不断更新可能会影响文献计量的时效性，因此本研究只能客观的评价某特定时期段的研究热点。

表6 CNKI数据库中果园生草研究突发性关键词Table 6 Keywords with the citation bursts in IGIO research of the CNKI database

年发文量是文献量度最基本的指标，可以判断某一研究领域的热度变化；文献时序可清晰地体现学术界对某一研究领域的重视程度，发文量越多，表明该领域的研究活跃度越高[59]。根据发文量和文献时序的特征，再结合果园生草研究的相关背景，可将研究划分为3个阶段并对各阶段研究热点进行阐述：在我国果园生草栽培研究第一阶段(1990—2000年)中，突现词“小冠花”“生草法”“山地果园”等术语较早出现。这是由于大部分果园主要分布于丘陵山地，其中，果园种植面积较大且国内生草实践多集中于陕西渭北黄土高原，该地区80%以上的苹果园为旱作雨养果园，果树生长依赖于有限的降水资源[60]。加之这一时期为国内草类资源开发利用初级阶段，主要以提高饲草产量和草地建植为主，提倡采用草田轮作、留茬少耕或免耕和有机农业等耕作措施，且大量研究表明小冠花为渭北黄土高原果园生草复合系统中主要草种之一，因此该阶段研究重点基本上与主题演化路径中的第一阶段相对应。这与寇建村等[1]对早期果园生草的总结相一致。在果园生草栽培研究第二阶段(2001—2017年)中，突现词“果园种草”“白三叶”“牧草”持续时间较长。这是由于在良好的果园生草模式下，植物根系分泌物使土壤微生物中的优势种的数量不断提高，有效减少了害虫种群的数量[61-63]，提高了农业资源利用率，起到节肥、节饲和节药的效果，同时在水果生产、气候调节、土壤氮有效性、水分调节及促进果园生态系统服务方面具有改善作用[64-65]。“白三叶”在满足其生长条件时，土壤根系较浅，匍匐茎生长快，大多形成单一群落易与周围其它植物竞争空间、营养和水分等资源，对杂草具有防控作用，故而在果园种草中应用较为广泛。此外，随着人们生态文明建设意识的提高，在生态系统脆弱和水资源匮乏的黄土高原进行果园生草，有可能成为指导生态恢复的新模式[66-67]。该阶段研究重点在果园生草提质增效的同时也更加注重杂草防控，这与樊文霞等[24]对果园生草的结论一致。第三阶段(2018年以后)突现词“自然生草”“果实品质”在该时期突现强度较大。这是由于在人工管理的前提下，对果园土壤酸碱性进行人为干预，能改变土壤酶活性和微生物群落结构，提高土壤质量和规避果园部分负面影响[68-71]。在果园不同培肥模式下，自然生草可以提高土壤特性与综合肥力，进而促进果树生长并改善果实质量[45,72]。因此，“自然生草”和“果实品质”将会成为今后果园生草持续关注的热点之一。

4 总结和展望

果园生草文献数量整体上逐年增加，其研究历程主要分为萌芽初期、转折过渡和探索发展3个阶段，各阶段研究重点与所处时期背景密切相关。研究热点可概括为：①1990—2000年，以果园草种选择和开发利用草类资源研究为主；②2001—2017年，逐渐注重果园种草的生态、环境和社会服务效益；③2018年以后，生草方式和提质增效是主要的研究方向。我国果园生草技术发展应在借鉴美国、新西兰和澳大利亚等发达国家的果园先进管理模式和生草实践案例的同时，紧密结合我国基本国情，加大国际和国内合作，发展适宜的林草复合草地农业模式。这对于我国林果业的结构优化和效益提升，乃至推动生态文明建设和践行“绿水青山就是金山银山”等发展理念，都具有重要作用。今后的研究重点主要是在不同地域、不同土壤类型和不同气候条件下筛选出适宜与不同果树耦合的优势草种，不断调整和完善适宜的果园生草耦合模式，充分发挥其在生态和生产中的综合效益。