賀郝鈺，侯春梅，遲秀麗，黃愛華

(中國科學(xué)院國家科學(xué)圖書館蘭州分館，中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)信息中心，蘭州 730000)

國際生物土壤結(jié)皮研究發(fā)展態(tài)勢(shì)文獻(xiàn)計(jì)量分析

賀郝鈺*，侯春梅，遲秀麗，黃愛華

(中國科學(xué)院國家科學(xué)圖書館蘭州分館，中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)信息中心，蘭州 730000)

生物土壤結(jié)皮是荒漠生態(tài)系統(tǒng)組成和地表景觀的重要特征。近年來，各國和各相關(guān)研究機(jī)構(gòu)對(duì)生物土壤結(jié)皮的研究力度不斷加大。利用Bibexcel和NetDraw等文獻(xiàn)計(jì)量工具，對(duì)Web of Science數(shù)據(jù)庫中國際生物土壤結(jié)皮研究相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了分析。在對(duì)主要國家和機(jī)構(gòu)的發(fā)文進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后發(fā)現(xiàn)：美國、德國和西班牙等國的生物土壤結(jié)皮研究論文的綜合影響力較高；胡安·卡洛斯國王大學(xué)和美國地質(zhì)調(diào)查局等機(jī)構(gòu)的論文影響力較大；中國生物土壤結(jié)皮研究論文在總量上優(yōu)勢(shì)明顯，但高質(zhì)量論文不多；國際生物土壤結(jié)皮研究的主要研究熱點(diǎn)集中在騰格里沙漠等沙漠地區(qū)，氮循環(huán)研究和微生物群落研究是研究的重點(diǎn)。

生物土壤結(jié)皮；文獻(xiàn)計(jì)量；Web of Science數(shù)據(jù)庫

生物土壤結(jié)皮(Biological Soil Crust，BSC)是由土壤微生物、藻類、地衣和苔蘚植物等孢子植物類群與土壤形成的有機(jī)復(fù)合體，它的形成使土壤表面在物理、化學(xué)和生物學(xué)特性上均明顯不同于松散沙土，具有較強(qiáng)的抗風(fēng)蝕、水蝕功能，也是干旱荒漠地區(qū)植被演替的重要基礎(chǔ)[1- 3]。生物土壤結(jié)皮是荒漠生態(tài)系統(tǒng)組成和地表景觀的重要特征，其在干旱半干旱地區(qū)生態(tài)修復(fù)過程中發(fā)揮著重要作用。

20世紀(jì)90年代以后，生物土壤結(jié)皮在荒漠生態(tài)恢復(fù)中的作用受到了重視[4- 6]，科研人員對(duì)其的研究越來越多，文獻(xiàn)數(shù)量不斷增長。本文采用內(nèi)容挖掘技術(shù)，通過文獻(xiàn)計(jì)量方法對(duì)生物土壤結(jié)皮研究進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和內(nèi)容挖掘，分析該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和態(tài)勢(shì)，捕捉世界范圍內(nèi)該領(lǐng)域的前沿和研究熱點(diǎn)。

文獻(xiàn)計(jì)量方法作為一個(gè)成熟的工具已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)學(xué)科，近幾年開始有國外學(xué)者將此方法應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)研究領(lǐng)域[7- 8]。

本文采用的分析工具包括Bibexcel和NetDraw專利分析平臺(tái)。Bibexcel是瑞典科學(xué)家佩爾松(persson)開發(fā)的文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)研究軟件，用于幫助用戶分析文獻(xiàn)數(shù)據(jù)或者是文本類型格式的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)引文分析。NetDraw軟件是由美國肯塔基州立大學(xué)Steve Borgatti教授開發(fā)的一款社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析軟件，它具有直觀的圖形化顯示功能和優(yōu)秀的開放兼容性，目前已被廣泛應(yīng)用于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析研究中[9]。

1 生物土壤結(jié)皮研究文獻(xiàn)總體情況

1.1 年代變化分析

科學(xué)文獻(xiàn)是記錄科研成果的重要形式，對(duì)某一學(xué)科論文發(fā)表年份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)就可以從時(shí)間上了解該學(xué)科的發(fā)展歷程。在對(duì)近30年來生態(tài)系統(tǒng)研究相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，于2013年9月12日檢索，在1990—2013年的33年中， Web of Science數(shù)據(jù)庫中發(fā)表的生物土壤結(jié)皮研究論文數(shù)量除個(gè)別年份略有波動(dòng)之外，整體呈穩(wěn)步增長趨勢(shì)。其中，1990年、1991年、1993年和1995年沒有相關(guān)文章發(fā)表(圖1)。

本文主要以Web of Science中檢索到的2010—2013年的275篇生物土壤結(jié)皮研究文獻(xiàn)為分析重點(diǎn)。檢索式為：主題詞=(“biological soil crust” or “biological soil crusts”)，文獻(xiàn)類型為ARTICLE。檢索時(shí)間為2013年9月12日，下載引文數(shù)據(jù)，并保存為文本文檔，將其作為本文的研究對(duì)象。

圖1 1990—2013年Web of Science數(shù)據(jù)庫中的生物土壤結(jié)皮研究論文的數(shù)量變化Fig.1 The change of the number of papers on biological soil crust research based on the Web of Science during 1990—2013

1.2 來源期刊分析

通過對(duì)某領(lǐng)域研究論文所在期刊的分布進(jìn)行分析可以確定該領(lǐng)域的核心期刊，為讀者提供相關(guān)指導(dǎo)，指導(dǎo)作者投稿，并為該領(lǐng)域研究者對(duì)該領(lǐng)域相關(guān)文獻(xiàn)的搜集和管理提供一定的依據(jù)[10]。

2010—2013年中，在Web of Science數(shù)據(jù)庫中收錄土壤生物結(jié)皮研究相關(guān)研究論文較多的10個(gè)期刊為：《干旱環(huán)境雜志》(JournalofAridEnvironments)、《土壤生物學(xué)和土壤生物化學(xué)》(SoilBiologyBiochemistry)、《連鎖：土壤科學(xué)-水文學(xué)》(Catena)、《植物和土壤》(PlantandSoil)、《國際土壤科學(xué)雜志》(Geoderma)、《歐洲土壤生物學(xué)雜志》

(EuropeanJournalofSoilBiology)、《應(yīng)用土壤生態(tài)》(AppliedSoilEcology)、《干旱區(qū)研究和管理》(AridLandResearchamdManagement)、《聯(lián)合會(huì)微生物生態(tài)學(xué)》(FEMSMicrobiologyOgyEcology)和《生態(tài)系統(tǒng)》(Ecosystems)，如圖2所示。

圖2 Web of Science數(shù)據(jù)庫中發(fā)表國際生物土壤結(jié)皮研究相關(guān)論文最多的期刊Fig.2 Jouranl that have the most pubilcations in the biological soil crust research on the Web of Science databases

2 生物土壤結(jié)皮國際研究力量分析

2.1 主要研究國家

2.1.1 主要研究國家發(fā)文情況

按照全部作者統(tǒng)計(jì)，在2010—2013年4年中，Web of Science數(shù)據(jù)庫中生物土壤結(jié)皮研究文獻(xiàn)發(fā)文量前10位的國家是：美國、中國、西班牙、德國、澳大利亞、以色列、加拿大、英國、意大利、南非，如圖3。美國發(fā)文量居全球之首，總計(jì)有106篇生物土壤結(jié)皮研究論文有美國的參與，大約占全部論文的38.54%，在該研究領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。

圖3 2010—1013年Web of Science數(shù)據(jù)庫中各主要國家生物土壤結(jié)皮研究發(fā)文量變化(發(fā)文量前10位的國家)Fig.3 The change of the number of papers of major countries on biological soil crust research based on the Web of Science batabases during 2010—2013 (top 10 countries based on the number of papers)

在發(fā)文量前10的國家中，美國、中國、西班牙和德國的論文總被引頻次較高，均超過100次，其中美國和西班牙的論文總被引頻次都超過了200次；西班牙、南非、德國、英國、美國和以色列的篇均被引頻次較高，篇均被引均大于3.00次/篇；西班牙高被引論文(被引頻次≥10)最多，為10篇；從高被引論文所占比例來看，高被引論文占其發(fā)文總量超過10%的國家有西班牙、德國、以色列和南非(表1)。從總被引次數(shù)、篇均被引頻次和高被引論文等指標(biāo)綜合來看，美國、德國和西班牙的生物土壤結(jié)皮研究論文的綜合影響力較高。

中國雖在發(fā)文量指標(biāo)上有一定的優(yōu)勢(shì)：發(fā)文量70篇，排在第2位。但在總被引頻次、篇均被引頻次和高被引論文等重要指標(biāo)上均處于劣勢(shì)：總被引頻次138次，在10個(gè)國家中排在第4位；篇均被引頻次為1.97次/篇，在10個(gè)國家中僅位列第9位；高被引論文數(shù)量2篇，與以色列并列第4位；高被引論文所占比例為2.87%，排在第7位。總體相對(duì)來看，我國在2010—2013年被Web of Science數(shù)據(jù)庫收錄的土壤生物結(jié)皮研究論文的相對(duì)平均質(zhì)量不高，綜合影響力不足。

表1 Web of Science數(shù)據(jù)庫中各主要國家生物土壤結(jié)皮研究發(fā)文量變化(發(fā)文量前10位的國家)(按發(fā)文量排序)

Table 1 The top 10 countries based on the number fo papers on Biological Soil Crust research in Web of Science batabases (sequence based on the number of papers)

序號(hào)No國家Country發(fā)文量Documentnumber總被因次數(shù)Totalofcited(number)篇均被引頻次Averagecitationsperpaper(number/paper)被引頻次≥10的論文Citationfrequency≥10(number)被引頻次≥10的論文所占比例Citationfrequency≥10(%)1美國1003643．6499．002中國701381．9722．873西班牙472896．151021．284德國391724．41820．515澳大利亞22492．2314．506以色列16543．38212．57加拿大13312．38008意大利9121．33009英國6233．830010南非6305．00116．67

2.1.2 主要研究機(jī)構(gòu)發(fā)文情況

按照全部作者統(tǒng)計(jì)，2010—2013年Web of Science數(shù)據(jù)庫中生物土壤結(jié)皮研究論文發(fā)文量較多的10個(gè)機(jī)構(gòu)依次是中國科學(xué)院(Chinese Academy of Sciences)、胡安·卡洛斯國王大學(xué)(Universidad Rey Juan Carlos)、西班牙國家科學(xué)研究理事會(huì)(Consejo Superior de Investigaciones Cientificas)、美國地質(zhì)調(diào)查局(United States Geological Survey)、加州大學(xué)(University of California System)、德阿爾梅里亞大學(xué)(Universidad de Almeria)、亞利桑那州立大學(xué)(Arizona State University)、耶路撒冷希伯來大學(xué)(Hebrew University of Jerusalem)、美國能源部(United States Deparement of Energy DOE)、加州大學(xué)河濱分校(University of California Riverside)(圖4)。

在這些發(fā)文量較多的機(jī)構(gòu)中，胡安·卡洛斯國王大學(xué)、美國地質(zhì)調(diào)查局和加州大學(xué)等機(jī)構(gòu)的篇均被引頻次較高，這些機(jī)構(gòu)發(fā)表的論文篇均被引均超過6次/篇；發(fā)表高被引論文(被引頻次≥10次)最多的機(jī)構(gòu)是胡安·卡洛斯國王大學(xué)，有9篇高被引論文;從高被引論文所占比例來看，胡安·卡洛斯國王大學(xué)和美國地質(zhì)調(diào)查局的高被引論文所占比例較高，在所發(fā)表的論文中，均有超過20%的高被引論文(表2)。

2.1.3 主要國家、機(jī)構(gòu)和作者的合作情況

隨著大科學(xué)時(shí)代的到來，各個(gè)科研領(lǐng)域的國際間合作越來越多，生物土壤結(jié)皮研究也不例外，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的國際合作態(tài)勢(shì)。在研究科學(xué)合作時(shí)，最常用的指標(biāo)是合作度。本文從機(jī)構(gòu)層面和國家層面進(jìn)行分析。它們分別指某領(lǐng)域中文章的機(jī)構(gòu)或國家的平均個(gè)數(shù)，具體定義如下[11]：

圖4 2010—2013年Web of Science數(shù)據(jù)庫中主要研究機(jī)構(gòu)生物土壤結(jié)皮研究發(fā)文量變化(按發(fā)文量排序)Fig.4 The change of the number of papers of major research institutes on biological soil crust research based on the Web of Science databases during 2010—2013 (sequence based on the number of papers)

Table 2 The number of cited times of papers of major institutes on biological soil crust research based on the Web of Science databases during 2010—2013 (sequence based on the number of papers)

序號(hào)No機(jī)構(gòu)Institution發(fā)文量Documentnumber總被引次數(shù)Totalofcited(number)篇均被引頻次Averagecitationsperpaper(number/paper)被引頻次≥10的論文Citationfrequency≥10(number)被引頻次≥5的論文所占比例Citationfrequency≥5(%)1中國科學(xué)院551212．223．632胡安·卡洛斯國王大學(xué)262198．42934．623西班牙國家科學(xué)研究理事會(huì)211024．86314．294美國地質(zhì)調(diào)查局201326．60420．005加州大學(xué)系統(tǒng)15906．00213．336德阿爾梅里亞大學(xué)13614．6917．697亞利桑那州立大學(xué)11454．0919．098耶路撒冷希伯來大學(xué)11343．0919．099美國能源部9222．440010加州大學(xué)河濱分校9242．6700

(1)

(2)

式中：CI，CC分別表示機(jī)構(gòu)合作度、國家合作度；βi,γi分別表示每篇文章的機(jī)構(gòu)數(shù)和國家數(shù)；N表示該領(lǐng)域的文章總數(shù)。根據(jù)公式(1)和(2)的定義，分別計(jì)算氣候政策建模領(lǐng)域2個(gè)層面的合作度(圖5)。從圖3中可以看出，2個(gè)層面的合作度都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這表明此領(lǐng)域的研究規(guī)模不斷擴(kuò)大，合作關(guān)系更加密切?？傮w上看，2個(gè)層面的平均合作度為2.55和1.16；即生物土壤結(jié)皮研究領(lǐng)域中，平均每篇文獻(xiàn)有2.55個(gè)機(jī)構(gòu)和1.16個(gè)國家。

圖5 生物土壤結(jié)皮研究領(lǐng)域合作度Fig.5 Collaboration degree in biological soil crust research

3 國際生物土壤結(jié)皮研究熱點(diǎn)分析

3.1 學(xué)科分布

從學(xué)科分布角度看，生物土壤結(jié)皮研究是一個(gè)多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，主要涉及生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、土壤科學(xué)、植物學(xué)、地球科學(xué)、微生物學(xué)、水資源、地球物理、淡水生物學(xué)、林學(xué)、農(nóng)學(xué)和生物多樣性保護(hù)(表3)。生物土壤結(jié)皮研究論文涉及學(xué)科所占的比重見圖6。

表3 2010—2013年生態(tài)系統(tǒng)研究主要涉及的研究領(lǐng)域

圖6 2010—2013年生物土壤結(jié)皮研究領(lǐng)域涉及的學(xué)科領(lǐng)域Fig.6 The major research areas of biological soil crust research in 2010—2013

3.2 關(guān)鍵詞分析

關(guān)鍵詞是制作使用索引時(shí)，所用到的詞匯，通過分析關(guān)鍵詞的變化可以全面把握該學(xué)科發(fā)展的動(dòng)態(tài)過程、特點(diǎn)和規(guī)律。通過對(duì)某一研究領(lǐng)域高頻關(guān)鍵詞的分析，可以很好地反映出該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和未來的發(fā)展趨勢(shì)?？梢酝ㄟ^分析關(guān)鍵詞之間的親疏關(guān)系，進(jìn)而分析這些詞所代表的學(xué)科或主體的研究重點(diǎn)[10]。

通過對(duì)關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率的分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)頻次最高的前15個(gè)關(guān)鍵詞依次是：生物土壤結(jié)皮(biological soil crusts)、藍(lán)藻細(xì)菌(cyanobacteria)、地衣(Lichens)、騰格里沙漠(Tengger Desert)、氣候變化(climate change)、徑流(Runoff)、干擾(disturbance)、固氮作用(nitrogen fixation)、沙漠(desert)、光合作用(photosynthesis)、苔蘚(Moss)、滲透(infiltration)、科羅拉多高原(Colorado Plateau)、沙丘(sand dune)、旱地(drylands)(圖7)。

圖7 國際生物土壤結(jié)皮研究前15個(gè)關(guān)鍵詞及出現(xiàn)頻次Fig.7 The frequency of the top 15 keywords on international biological soil crust research

為了獲得國際生物土壤結(jié)皮研究關(guān)鍵詞之間的關(guān)系及其研究熱點(diǎn)，先用excel生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)矩陣，然后用Ucinet和Netdraw可視化軟件進(jìn)行可視化分析，展現(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)(圖8)，節(jié)點(diǎn)代表關(guān)鍵詞及共現(xiàn)關(guān)系。利用關(guān)鍵詞可視化圖可以直觀地反映該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

從近4年來Web of Science數(shù)據(jù)庫中發(fā)表的生物土壤結(jié)皮研究論文的可視化圖來看，生物土壤結(jié)皮的研究主要集中在騰格里沙漠等沙漠地區(qū)，氮循環(huán)研究、碳固定研究、初級(jí)生產(chǎn)力研究、微生物群落研究等研究是近年來的研究熱點(diǎn)。

圖8 國際生物土壤結(jié)皮關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)Fig.8 The Network co-occurrence graph of the keywords on international biological soil crust research

4 主要結(jié)論

通過文獻(xiàn)計(jì)量分析，我們發(fā)現(xiàn)：

(1)生物土壤結(jié)皮是一個(gè)多學(xué)科交叉的領(lǐng)域。此領(lǐng)域的文獻(xiàn)學(xué)科分布廣泛，主要涉及生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、土壤科學(xué)、植物學(xué)、地球科學(xué)等。

生物土壤結(jié)皮研究在20世紀(jì)末到21世紀(jì)初才開始受到重視，論文量逐年增多，處于穩(wěn)步發(fā)展階段，該研究領(lǐng)域最高產(chǎn)的期刊是JournalofAridEnvironments。

發(fā)達(dá)國家在生物土壤結(jié)皮研究領(lǐng)域的實(shí)力明顯強(qiáng)于發(fā)展中國家;從總被引頻次和高被引論文等指標(biāo)綜合來看，美國、德國和西班牙等國的生物土壤結(jié)皮研究論文的綜合影響力較高。排名前10的高產(chǎn)機(jī)構(gòu)中，首先，胡安·卡洛斯國王大學(xué)和美國地質(zhì)調(diào)查局等機(jī)構(gòu)的論文發(fā)文量較多，影響力較大；其次，只有中國科學(xué)院來自于發(fā)展中國家。

(2)通過對(duì)生物土壤結(jié)皮文獻(xiàn)關(guān)鍵詞的詞頻分析，發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域研究主要集中在騰格里沙漠等沙漠地區(qū)，氮循環(huán)研究、碳固定研究和、微生物群落研究等研究是近年來的研究熱點(diǎn)。

中國在生物土壤結(jié)皮研究領(lǐng)域有了一定的發(fā)展，但要進(jìn)一步擴(kuò)大影響要做到：(1)在提升科研成果數(shù)量的同時(shí)，要注重質(zhì)量的提升；(2)培養(yǎng)一批長期從事該領(lǐng)域的科研人員、機(jī)構(gòu)，提高在該領(lǐng)域的影響力。

[1] West N E. Structure and function of microphytic soil crusts in wildland ecosystems of arid to semi-arid regions. Advances in Ecological Research, 1990, 20: 179- 223.

[2] Eldridge D J, Greene R S B. Microbiotic soil crusts: A view of their roles in soil and ecological processes in the rangelands of Australia. Australian Journal of Soil Research, 1994, 32: 389- 415.

[3] Li X R, Zhang Y M, Zhao Y G.A study of biological soil crusts: Recent development, trend and prospect. Advances in Earth Science, 2009,24(1)：11- 24.

[4] Li X R, Zhou H Y, Wang X P. The effects of sand stabilization and revegetation on cryptogam species diversity and soil fertility in Tengger Desert, Northern China. Plant and Soil, 2003, 251: 237- 245.

[5] Li X R, Chen Y W, Yang L W. Cryptogam diversity and formation of soil crusts in temperate Desert. Annals of Arid Zone, 2004, 43: 335- 353.

[6] Zhang Y M. The spatial distribution patterns of biological soil crusts in the Gurbantunggut Desert, Northern Xinjiang, China. Journal of Arid Environments, 2007, 68: 599- 610.

[7] Zhang Y M, Zhao S D. The condition and trends of the world′s ecosystem services. Advances in Earth Science, 2007,22(4):403- 409.

[8] Feng H R,Fang S. Research on the application of Thomson Data Analyzer to analyses the patent intelligence of scientific institutions. Information Science, 2008,26(12):1833- 1843.

[9] Wang Y F, Xia D H, Yan R M. Social network analysis and analysis of case of application of visualization tool NetDraw. Modern Educational Technology, 2008,18(4):85- 89.

[10] Qiu J P, Wang M Z.The analysis of the digital library research paper in China from the years of 1999 to 2008.Jouranl of Intelltgence, 2010，29(2)：1- 5.

[11] Wei Y M, Mi Z F, Zhang H. Review on climate policy modeling: An analysis based on bibliometrics method. Advances in Earth Science, 2013，28( 8) : 930- 938．

參考文獻(xiàn):

[3] 李新榮， 張?jiān)鳎?趙允格. 生物土壤結(jié)皮研究：進(jìn)展、前沿與展望.地球科學(xué)進(jìn)展，2009,24(1)：11- 24.

[7] 張永民,趙士洞.全球生態(tài)系統(tǒng)的狀況與趨勢(shì). 地球科學(xué)展,2007,22(4):403- 409.

[8] 馮浩然,方曙.Thomson Data Analyzer在機(jī)構(gòu)專利情報(bào)分析中的應(yīng)用研究.情報(bào)學(xué),2008,26(12):1833- 1843.

[9] 王運(yùn)鋒,夏德宏,顏堯妹. 社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析與可視化工具NetDraw的應(yīng)用案例分析.現(xiàn)代教育技術(shù),2008,18(4):85- 89.

[10] 邱均平，王明芝.1999—2008年國內(nèi)數(shù)值圖書館研究論文的計(jì)量分析.情報(bào)雜志，2010，29(2)：1- 5.

[11] 魏一鳴，米志付，張皓．氣候政策建模研究綜述: 基于文獻(xiàn)計(jì)量分析．地球科學(xué)進(jìn)展，2013，28( 8) : 930- 938．

中國科學(xué)院國家科學(xué)圖書館青年人才前沿領(lǐng)域基金項(xiàng)目“基于引文的期刊選題依據(jù)遴選模式研究——以地學(xué)領(lǐng)域?yàn)槔?Y200111001)；中國科學(xué)院西部之光人才項(xiàng)目

2014- 01- 02;

2014- 02- 18

10.5846/stxb201401020013

*通訊作者Corresponding author.E-mail: hehy@llas.ac.cn

賀郝鈺，侯春梅，遲秀麗，黃愛華.國際生物土壤結(jié)皮研究發(fā)展態(tài)勢(shì)文獻(xiàn)計(jì)量分析.生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(4):1035- 1041.