我国黑水虻研究现状与展望——基于CiteSpace的可视化分析

■ 温培华

（1.广西工商职业技术学院，广西南宁 530000；2.华南理工大学，广东广州510000）

黑水虻——学名亮斑扁角水虻（Hermetia illucensL）[1]，是一种腐蚀性昆虫，隶属双翅目扁角水虻属，成虫体型中等，飞行能力好、寿命短，幼虫的体型比成虫肥胖，在自然界中通常以动物尸体和粪便等短生性资源作为食物来源，并能生产高价值的动物蛋白饲料，它们主要生活在潮湿腐烂的树叶、土壤和石头下。其幼虫被称为“凤凰虫”，是一种资源昆虫。最初起源于美国，近年来引进中国，广泛分布于广东、云南、湖南、湖北、山东、河南等地。黑水虻通常以禽畜粪便和厨余垃圾为食，并能生产出优质的动物蛋白饲料[2]，因其具有繁殖快、转化率高、易于饲养和管理、饲养成本低等特点，被广泛应用于处理鸡粪、猪粪和餐厨垃圾等有机废弃物，实现无害化处理和资源化利用[3]。现在的技术尚未能实现垃圾资源生态化利用，如何科学、无害地处理这些垃圾污染问题，已成为困扰城市管理和建设的一大难题。黑水虻的出现，解决了这一难题。专家发现其能够在农村的禽畜粪便中繁殖[4]，并在与家蝇的竞争中有极大的生存优势，因此黑水虻被农业专家和研究昆虫学者视为家蝇的替代昆虫，通过黑水虻自身的生物转化作用，减轻禽畜粪便污染源对环境的影响。

1 数据来源与分析方法

1.1 数据来源

文章使用的数据和文献来自于知网数据库和国内机构，搜索关键词为“黑水虻”，搜索的时间范围设置为2000—2023 年，通过对已有文献的整理与归纳，筛选出有效文献共670篇。

1.2 分析方法

使用CiteSpace 可视化分析方法对黑水虻的相关文献的发文量、作者、研究机构、关键词进行可视化分析，绘制发文量统计图、作者及机构合作网络图谱、关键词共现网络图谱、关键词频次及中心性统计表、关键词突现词图谱、关键词聚类分析图、关键词聚类时间线图，并得出科学的、客观的分析结论，对黑水虻的研究现状进行归纳总结，理清历年黑水虻研究的发展脉络，为后续的深入探索提供科学有效的依据，并讨论黑水虻未来的发展趋势。

2 数据统计与分析

2.1 发文量统计分析

根据期刊发文量的统计结果进行整理筛选后，可以得到不同年份每年的文献发表数量（图1），由图1可以看出发文量总体呈增长趋势。一共可分为三个阶段，第一阶段：2007—2015 年，专家对黑水虻的关注度并不是很高，因此发文量较少；第二阶段：2016—2022年，呈上升趋势，2022年更是达到388篇，说明黑水虻已经受到了广泛的关注；第三阶段：2023年至今，前3 个月发文量就高达61 篇，未来关于黑水虻研究领域还在不断的吸引专家学者们进行更深入的研究。

图1 2007—2023年黑水虻发文量统计

2.2 作者共现分析

为了了解国内研究人员的相互合作关系，利用CiteSpace 制作出文献作者的网络图谱[5]。图谱中的节点数量和大小反映了作者之间的共现频次，而连线数量则表示作者之间的合作关系。如图2 所示，该图谱共有427个节点、984条连线，网络密度为0.010 8[6]，这表明研究人员之间的合作较为密切，在作者共现图2 和表1 发文量作者列表中可以看出，黄燕华、夏嫱、胡文锋、王国霞、喻国辉等人发表的文章数量较多，由此可见，我国关于黑水虻研究领域作者间的合作总体较多，说明在研究该领域的同时，各学者之间的交流与合作也得到了相应的重视。

表1 黑水虻发文量最多作者列表（发文量≥10篇）

图2 作者合作网络图谱

2.3 研究机构合作网络分析

对中文文献和国内机构中在2000—2023 年间研究黑水虻领域的有关机构合作关系图谱进行分析[7]，可以了解到黑水虻研究领域中各机构的研究现状与合作关系。从发文机构共现图（图3）中可以得知，黑水虻研究领域在国内外高等院校占绝大多数，包括有国内的华南农业大学、广东省昆虫研究所[8]；国外的Department（部门）和Laboratory（实验室），主要有德国的食品研究所、俄罗斯圣匹德堡国立农业大学、伊朗阿瓦士大学、南非的营养中心、卢旺达食品科学技术协、美国Enviro Flight 公司等，从二级机构来看，主要集中在农业类专业，从机构共现来看，共有311 个节点，节点之间有183条连线，网络密度为0.003 8，由此可见，研究机构间的合作强度不大，并未形成较广泛、紧密的合作网络，此外，从地域分布上看，国内机构合作仅集中在西北地区[9]，国外基本没有形成合作群体。

图3 研究机构合作网络图谱

对黑水虻研究领域相关文献发文量在10 篇及以上的机构进行分析。如表2 所示，可以直观地了解到该研究领域发文量较多的机构有研究所[10]、实验室和与该研究领域有关的专业类高校，其中，国外的Department（部门）的发文量遥遥领先，国内的则是广东省农业科学院动物科学研究所排名较前[11]，除此之外，国内的机构合作较为密切的西北地区群体包括有华南农业大学食品学院[12]、广东省昆虫研究所、广东省农业科学院动物科学研究所、珠海市农业科学研究中心、遵义医学院珠海校区、华南农业大学动物科学学院等[13]，在机构之间的合作当中起到一定的桥梁作用。

表2 黑水虻发文量最多的研究机构列表（发文量≥10篇）

2.4 关键词共现网络分析

在Citespace软件分析中，通常用关键词共现图谱来表示关键词之间的关系，共现图谱中的连线次数反映的是关键词热度，节点圆圈反映其关键词出现的频次及中心度，频次越高代表关键词越大、中心度越高以及影响力越强。绘制以关键词为节点的关键词共现网络图谱见图4。以调节面板中的“By Degree（频次）”作为分析重点，最终得到的关键词共现图谱节点数量为440 个，连接线1 151 条，可以看出图谱中“黑水虻”作为关键词出现的频次最高，除此之外“餐厨垃圾”[14]、“畜禽粪便”[15]、“生长性能”[16]、“黑水虻幼虫”[17]等都是高频次关键词，并且这些都是本次研究的主要对象。

图4 关键词共现网络图谱

2.5 关键词频次及中心性统计

表3 的统计表中报告的是出现频次大于或等于10 篇的关键词，我们可以从图4 中看出关键词的频次与中心性的关系[18]，频次高的关键词一般中心性也高。由表3 可见，黑水虻在2013 年出现的频次最高，从2013 年开始，黑水虻已经逐渐出现在人们的生活中，同时吸引了广大的养殖专家和科学家深入研究，其次，2014—2018 年，人们在黑水虻的身上看到了优势，餐厨垃圾、生长性能、禽畜粪便、黑水虻幼虫粉等关键词开始出现，黑水虻通常以厨余垃圾和禽畜粪便为食，并能将其转化为自身物质，如蛋白质[19]。因此，黑水虻可以减少垃圾和禽畜粪便造成的严重污染问题。2019—2023年，人们发现将黑水虻的幼虫加工成动物蛋白饲料添加剂[20]，可以直接用于饲养鸡、鱼、虾和黄鳝等动物[21]。同时研究发现黑水虻幼虫粉有着较高的营养价值[22]，于是许多养殖者将虫粉作为家禽和水产养殖的饲料原料。

表3 2000—2023年黑水虻关键词频次及中心性统计

2.6 关键词突现分析

突现词可以很好地了解到黑水虻领域多年来的研究动态[23]，并预测该领域未来的发展趋势。“Year”表示的是该突现词第一次出现的年份；“Begin”和“End”表示该突现词开始和终止的年份；“Strength”表示的是该词的突现强度，突现词的强度越高表示学术界对其的关注度越高；红色线条表示突现词所处在的年份。通过图5可以看出，CiteSpace软件一共提取检测出25个突现词。从关键词突现的结果来看，“含水量”的突现时间相对其他的关键词来说是较长的，从突现的强度来看，“黑水虻”和“粪污处理”突现强度最高[24]。

图5 黑水虻研究领域突现词图谱

2.7 关键词聚类分析

作为数据挖掘技术其中之一的关键词聚类分析，可以对特定领域中的关键词进行探索，为了深入研究黑水虻领域不同时期的结构特点，利用CiteSpace 对黑水虻的关键词进行聚类分析，得到关键词聚类分析图（见图6）。在关键词聚类分析图中，对于所生成的聚类网络稳定度可以用模块值（Q 值）来衡量[25]，在图6 中可以看出，Q 值为0.866 1＞0.3，说明此聚类结构显著，效果较好；聚类的清晰度则是通过平均轮廓值（S值）来衡量[26]，从图6 中可以看出S 值为0.978 6＞0.7，说明此聚类结构是令人信服的，是高效的。图6 中的主要聚类结构分别是：#0 生长周期[27]、#1 血清生化指标[28]、#2 黑 水 虻 幼 虫[29]、#3 餐 厨 垃 圾[29]、#4 生 长 性能[30]、#5 参数标定[31]、#6hct-8 细胞[32]、#7 生长发育[33]、#8营养价值[34]、#9生物处理、#10畜禽粪便。

图6 关键词聚类分析

将图6 转化为图7 的Timeline 视图（即关键词聚类时间线图）。关键词聚类时间线图是对聚类结构之间的关系强度进行展开描述，同一个聚类结构中的关键词按时间的先后顺序出现在同一条直线上，可以直观地反映出黑水虻研究领域的发展趋势。在图7 中，最顶层为时间轴，时间递进为从左到右，从上到下表示聚类规模由大到小，聚类规模越大说明越重要，每一条水平线放置着相同聚类，通过时间轴的演进可以看到某一聚类的研究和演进过程，图7 中关键词的连线重点表示该关键词在某聚类中持续到了某一年，关键词出现的次数越多，则该节点越大。从图7 的时间线图中可以看出，黑水虻的研究领域的聚类关键词主要是：生长周期、血清生化指标、黑水虻幼虫、餐厨垃圾、生长性能、参数标定、hct-8 细胞、生长发育、营养价值、生物处理、畜禽粪便。在时间线图中，抑菌活性[35]、抗菌肽、资源化、生物处理[36]、环境昆虫[37]、生长是出现的最早的，随后黑水虻被人们所关注，便展开黑水虻的产业化研究。

图7 关键词聚类时间线

3 研究总结和展望

3.1 研究总结

自“黑水虻”首次出现在学术界以来，就引起了研究学者的广泛关注，随着经济的不断发展，国家越来越重视环境问题，尤其是生活垃圾和动物粪便造成的污染破坏，而黑水虻作为一种应用前景十分广阔的资源昆虫，它能够以禽畜粪便、厨余垃圾等有机废弃物为食，并能将其有效的转化为昆虫蛋白质[38]，还能有效的消化和分解粪便中的有害病菌[39]，从而减少对环境的危害。同时，黑水虻具有繁殖快、转化率高、易于饲养和管理、饲养成本低等特点，可为社会带来巨大的经济效益。根据对相关文献的可视化分析，结果显示有以下五个方面：

3.1.1 从研究阶段分析

2016—2022 年我国黑水虻研究领域发文量总体呈持续增长态势，结合高频关键词、聚类时区分布和国家政策实施动态分析[40]，可以将黑水虻研究领域分为3 个阶段：第一阶段：2007—2015 年为萌芽期，这一阶段黑水虻普及度并不高，因此发文量较少；第二阶段：2016—2022年为起步期，总体呈上升趋势，研究的学者较多，说明黑水虻已经得到了广泛的关注，也有更多的专家学者发现了黑水虻身上存在的经济效益和市场价值；第三阶段：2023 年刚开始的时候发文量比第二阶段的最高时期下降了较多，相信将来会有更多的学者对黑水虻领域有更深层的研究。

3.1.2 从发文作者合作网络分析

黑水虻研究领域的高产作者群基本形成，主要有胡文锋、黄燕华、夏嫱这3 个群体，在该研究领域的影响力也较高，同时从作者合作网络图谱可以看出，我国关于黑水虻研究领域作者之间的合作总体较密切，说明在研究该领域的同时，各学者之间的交流与合作也得到了相应的重视。

3.1.3 从发文机构合作网络分析

该领域在高等院校占绝大多数，且主要为农业类二级学院；从地域分布来看，集中在西北部的较多，目前暂时只形成一个小群体；从合作关系看，各研究机构间合作关系除分布在西北地区的群体较为紧密外[41]，其余研究机构基本都是个体研究较多；从发文量看，有Department（部门）、College（学院）、School（学校）、广东省农业科学院动物科学研究所等核心研究机构，综上，关于黑水虻研究领域各机构间的合作未来仍有待加强。

3.1.4 从关键词共现图和聚类结果分析

可以判断黑水虻的研究领域主要包括有黑水虻幼虫、产业化养殖、餐厨垃圾等方向，其中黑水虻幼虫是目前学者探讨较多的内容，发表的许多文献大多也都是围绕“黑水虻幼虫”来进行研究分析。

3.1.5 从黑水虻应用方向分析

从发文量看，主要集中在环境科学与资源利用（188 篇）、畜牧与动物医学（128 篇）、农业基础科学（109篇）、水产和渔业（89篇）。

3.1.5.1 环境科学与资源利用

该领域主要研究黑水虻在厨余垃圾、动物粪便、淤泥、家禽动物饲料方面的运用，同时针对黑水虻的养殖设备（清洗机、烘干机、温控系统等），养殖技术（孵化、饲料配比、温度、湿度、光照等），生态环保经济性也是专家学者关注的焦点。

3.1.5.2 畜牧与动物医学

首先，该领域近年来主要研究黑水虻在家禽养殖方面和牧草等种植业过程中降低畜禽粪便污染的应用研究，促进以黑水虻为中介的低碳畜牧业发展；其次，动物医学方面的研究集中在黑水虻抗菌肽、微量元素对肿瘤的治疗作用，目前该研究尚处于实验室阶段。

3.1.5.3 农业基础科学

该领域主要研究黑水虻分解有机废弃物以及在有害物质和温室气体控制，微生物发酵、酶法降解或多种技术组合等对黑水虻转化效果的影响。农业基础科学对黑水虻的研究进展快速，对离散元仿真模型有进一步的阐述。

3.1.5.4 水产和渔业

该领域主要研究黑水虻幼虫产品（虫浆、幼虫粉、脱脂粉、虫油等）替代鱼粉、豆油和饲料添加对鱼、虾、蟹、乌龟、鳖、蛙、鲲等水产动物生长率、形体指标成分影响以及对消化酶、血清、抗氧化免疫能力、肠道（肝脏）的影响。黑水虻幼虫产品在水产动物上的研究主要为不同产品不同配比对不同水产动物生长性能的影响， 并且已取得一定阶段的成果。

3.2 展望

通过对黑水虻的研究和可视化的数据分析，黑水虻未来的研究方向可侧重以下四个方面。

3.2.1 黑水虻抗菌肽的推广应用[42]

黑水虻抗菌肽的热稳定性较好[43]，能耐受饲料生产的温度。因此黑水虻抗菌肽作为饲料添加剂具有极高的推广价值[44]。黑水虻体内抗菌肽的产生可以减少基质病原菌的数量[45]，然而，无论是黑水虻本身还是黑水虻抗菌肽作为饲料添加剂，其应用的安全性仍需充分考虑。

3.2.2 黑水虻资源产业化的运用

黑水虻资源产业化是一种集自动化[46]、机械化[47]、规模化和标准化于一体的，不受季节影响的高效养殖模式[48]。随着人们对黑水虻相关产品需求的增加和对黑水虻产品质量要求的提高，黑水虻资源产业化将成为黑水虻行业发展的必由之路，未来需要不断加大研发投入，逐步建立完整的黑水虻繁育[49]、环境控制、防病防疫等技术体系，使黑水虻全产业链标准化，从而为后续有机废弃物的规模化处理、黑水虻产品的开发和深加工以及市场的大规模推广奠定了基础。

3.2.3 黑水虻养殖技术的升级应用

黑水虻在处理动物家禽等粪便后，采用离散元仿真的技术方法，利用物理实验和仿真软件进行响应面的分析，得到最优的参数，为分离的机械设计提供数据支撑。黑水虻养殖通过数字化转型升级，为“公司+基地+农户”的产业养殖模式提供智力支持。

3.2.4 黑水虻幼虫饲料的开发应用

黑水虻幼虫富含禽畜生长所需要的营养物质，可完全或部分替代鱼粉或豆粕作为饲料配置。大量研究表明，可以在水产动物饲料中用一定比例的黑水虻幼虫粉代替鱼粉，促进水产动物的生长，提高其肉质和免疫力；饲料中除了添加黑水虻虫干粉外，黑水虻油也可以代替豆油添加到饲料中，对鱼的生长性能、饲料利用率和抗氧化性能均无显著影响。黑水虻幼虫可以替代鱼粉或豆粕用于禽畜养殖，现阶段中小规模的养殖场使用黑水虻幼虫作为饲料较多，大型养殖企业使用较少。

总之，黑水虻养殖产业预期显现出较大的社会效益和经济效益，它具备无公害高生产潜力，生产成本低蛋白质含量高，具有广阔的市场和产业化前景。利用黑水虻还可以建立循环型生态农庄、环保示范区、昆虫展厅等，推动畜牧、医药生物等行业的发展，也为城市和乡村的有机物垃圾、粪便污染等现实问题提供解决方案。黑水虻的产业化过程中对于发展农村经济、提高农民收入、倡导农民低碳生活等具有重要的社会意义。