基于知识图谱分析的黑水虻研究热点与展望

孙一然，李雅婷，李锦铭，陈国忠，赵 英，张 雪，李冬丽

（1.鲁东大学资源与环境工程学院，山东烟台 264025；2.鲁东大学生命科学学院，山东烟台 264025）

黑水虻（Hermetia illucens L.）为双翅目水虻科扁角水虻属昆虫，以餐厨垃圾（Li 等，2022）和畜禽粪便（Newton 等，2005）等有机废弃物为食，幼虫阶段表现出卓越的生态功能，转化后得到的虫体营养价值丰富，可作为高品质蛋白饲料或高值生物柴油（Kim 等，2021）；得到的虫粪沙可作为有机肥或土壤调理剂施加于农田（张志剑等，2020）。因其生长迅速、营养丰富、食谱广泛等优点，目前已应用于蛋白昆虫饲养、废弃物资源化处理等领域，且具备较高的开发潜力。

文献计量分析最早由Pritchard（1969）提出，用于分析科学研究文献，客观揭示重要主题和热点问题。当前具有典型代表的可视化软件包括Citespace 与VOSviewer。其中，CiteSpace 作为可视化科学文献引用网络的强大工具，为文献计量分析发展研究趋势创造条件；而VOSviewer 能直观了解研究领域，结合多维度可视化展示关键词理解科研文献。

目前，对黑水虻领域的研究型论文和综述成果不断增多，而对其进行的文献计量分析仅局限于Web of Science（Liu 等，2023）、CNKI（郎慧林等，2023）和佰腾（赵晨晖等，2022 ；李天昊等，2017）等单一数据库或单一可视化软件的研究，或检索数据仍停留在5 年前（李天昊等，2017）。基于现状，本文借助VOSviewer、CiteSpace、SCImago Graphica 可视化软件，以Web of Science和CNKI 为核心资源数据库进行文献计量学定量分析，拟以图形化的方式展现该领域的复杂网络关系，涵盖该领域2010—2022 年以来的发文属性及前沿热点内容，在探讨了该领域丰硕研究成果的基础上旨在为将来学者的研究提供参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源 以Web of Science 核心合集数据库（WoSCC）和中国知网（CNKI）数据库作为数据来源，检索时间为2023 年7 月5 日，检索时间段为2010 年1 月1 日至2022 年12 月31 日，分析2010—2022 年有关于黑水虻领域的文献。主题词Topic=“ Black soldier fly” or “ Hermetia illucens L.”为检索式，最终检索出的文献数量为1300 篇。CNKI 数据库采用高级检索的方式，以“黑水虻”or “亮斑扁角水虻”为篇名，勾选“中英文拓展”选项，共检索到727 篇。

1.2 分析方法 采用文献计量法，基于WoSCC和CNKI 数据库利用Citespace 6.2.R4 可视化分析黑水虻领域的研究机构/ 作者及发展趋势的知识图谱；利用VOSviewer 软件进行黑水虻关键词的研究热点聚类分析，同时借助数据可视化软件SCImago Graphica 进行国家间科研力量分布分析。利用Origin2021 软件对检索文件进行发文量分析，图1 总结了对黑水虻领域进行分析的基本路线。

图1 黑水虻领域文献计量分析的基本路线

2 结果与分析

2.1 发文分析 发文量能反映领域内学术研究的动态变化及发展趋势，同时也反映某时段内该领域的研究热点（翟纡润等，2022）。第一篇关于黑水虻的报道是Copello 于1926 年发表于《Revista de la Sociedad Entomológica Argentina》的文章，详细介绍了黑水虻的习性和生物学性状，直到21 世纪相关研究开始呈现指数增长。如图2 可知，2016 年以前关于黑水虻研究处于起步阶段，中英文发文量均＜20 篇，自2016 年起发文量呈现分水岭式走向，WoSCC 核心数据库中英文发文量呈快速增长态势，在2022 年达到最高峰363篇；CNKI 数据库中，中文发文数量出现突发性增长，后呈现平稳增长态势，2022 年达到132 篇。由此可见，自2016 年以来，黑水虻相关研究得到国内外的重点关注，发文数量逐年提升。

图2 2010—2022 年在WoSCC 和CNKI 数据库中与黑水虻相关论文发文量

2.2 国家间科研力量分布 国家发文量可以反映各国家在黑水虻应用领域的科技实力，进一步探索国际各国在该领域的合作关系（赵珂艺等，2023）。由图3 可知，检索共得到36 个国家发表了与黑水虻相关研究的文章。其中美国和中国发文量位居前列；从合作关系看，美国分别与中国、埃及、巴基斯坦的合作关系最为密切，与意大利、加拿大等国家也建立了联系，其余国家间的合作根据连线的深浅呈零星状分布。

图3 2010—2022 年黑水虻领域文章产出国之间的合作

2.3 研究机构/ 作者的分布与合作 研究机构的分布与合作能反映出近年来该领域主要团体机构的科研实力及影响力（康飞等，2021）。如图4A和4B 所示，机构字号及所在椭圆越大，表明该机构发文量越多，连线越粗表明合作关系越密切。得克萨斯农工大学与其他机构的连线最多，联系广泛，与华中农业大学合作最密切。值得注意的是，在图4B 中华中农业大学与广州无两生物科技有限公司等国内机构合作，表明除高校和科研院所外，实体企业也逐渐进入黑水虻领域进行深度研究。

图4 2010—2022 年WoSCC 和CNKI 数据库机构和作者的合作关系

图5 2010-2022 年基于WoSCC 数据库（A）和CNKI 数据库（B）的关键词聚类分析

通过对国内外发文学者的图谱分析，利于辨识影响力较大、较权威的科研人员。由图4C 和4D 可知，在国际学者中，Tomberlin Jeffery K 的发文量最高，表明其在黑水虻研究领域更为权威。中国学者中，喻子牛教授是国内黑水虻研究的先驱者。合作关系图中国内研究团队大致分为4 个集群，包括华中农业大学喻子牛、郑龙玉、蔡珉敏在内的张吉斌教授领衔团队；李楚君、朱剑锋、胡斌在内的胡文峰教授集群、黄燕华、王国霞、胡俊茹、莫文艳作者集群以及安新城、喻国辉、夏嫱、廖业、陈远凤在内的作者集群，集群内部联系密切。喻国辉作者集群、张吉斌教授团队所代表的圆圈呈深色，说明其在2010—2017 年产出较多，是国内早期开始研究黑水虻的领导者；而胡文峰作者集群、黄燕华作者集群呈浅色，说明其在2018—2022 年为国内黑水虻研究领域后起之秀。

2.4 研究热点分析 关键词是对文章主题的高度概括与集合（陈悦等，2015），利用VOSviewer软件对关键词进行聚类特征分析，可为该领域主要研究内容及发展趋势提供参考。利用中英文数据库分别绘制关键词聚类分析图，通过综合分析得出黑水虻领域的关键热点：英文①、⑤类集群的Amino-acids、Larvae meal、Chitosan 及中文①、⑥、⑧类集群中的昆虫蛋白、血清生化指标、鱼粉等关键词表明首要关注黑水虻虫体作为高蛋白原料应用于动物饲料和水产养殖研究。英文②类集群的Heavy metal、gut microbiota、Antimicrobial peptide 及中文④类集群的产业化养殖、抗菌活性、重金属迁移等关键词说明主要关注黑水虻体内肠道微生态及基质中重金属在幼虫体内迁移转化研究。英文③类集群Animal manure、Frass、Composting 及中文⑤类集群离散元、有机肥等关键词表明这一层级主要聚焦黑水虻生物转化有机废弃物及产生的副产物的利用效果。英文④类集群的Propagate、Temperature、Life history 及中文⑦类集群的碳氮比等关键词表明主要关注黑水虻生活史及幼虫生长影响。英文⑥类集群的Biodiesel、Biofuel 及中文⑥类集群的黑水虻油等关键词表明这一层级关注利用黑水虻转化生物柴油的研究。

3 总结与展望

当前，国内外在黑水虻领域的研究已处于发展阶段，把控好未来发展方向有利于推进其蓬勃发展。综合以上研究结果及水虻与微生物研究与应用国际研讨会的主旨，前沿方向主要聚焦在以下方面：

（1）加强黑水虻品种选育和改良提高研究。张吉斌教授提出要着力培育优质黑水虻品系，建立成熟的水虻微生物共生平台，利用功能微生物提高黑水虻全产业链效率。

（2）加强水虻及微生物对城市及农村有机垃圾的高效降解研究及应用。浙江苏省农业科学院叶小梅研究员关注了在生产规模下黑水虻幼虫转化鸡粪过程中氨气和温室气体排放特征的研究。

（3）加速水虻行业的机械化、智能化及信息化建设。刘玉升教授认为，以水虻为中心的多昆虫协同产业离不开机械化工业的辅助加持。

（4）关注水虻在畜禽蛋白质的饲料安全及产品多元化发展。解绶启教授指出，黑水虻作为优质的昆虫蛋白来源，在水产养殖饲料原料开发方面具有很强的应用潜力。黄燕华教授团队利用多种动物模型进行安全性评价试验，表明黑水虻幼虫可作为畜禽饲料和水产饲料。

研究结果及研讨会召开促进了水虻产业的交流与合作，为实现环境优美、生活幸福的美好愿景提供积极生态价值。