曹 露，王澤昭，董剛輝，王雅晶，郭 剛，王雅春*

(1.中國農業(yè)大學動物科技學院，北京 100193；2.寧夏大學農學院，銀川 750021；3.北京首農畜牧發(fā)展有限公司，北京 100076)

奶牛溫度應激研究知識圖譜分析

曹 露1，王澤昭2，董剛輝3，王雅晶1，郭 剛3，王雅春1*

(1.中國農業(yè)大學動物科技學院，北京 100193；2.寧夏大學農學院，銀川 750021；3.北京首農畜牧發(fā)展有限公司，北京 100076)

本文基于Web of Science檢索平臺，利用CiteSpace軟件對國際上奶牛溫度應激研究領域的2 382篇文獻進行知識圖譜分析，旨在更好地展示各種重點文獻、有重要貢獻的作者和機構的研究成果，并深入剖析本研究領域當前研究現(xiàn)狀、研究熱點、未來趨勢和存在的問題。在奶牛溫度應激研究領域中，本文作為試驗性論文和綜述性論文的一種補充文獻，幫助讀者宏觀地了解本領域的研究現(xiàn)狀及知識結構，快速定位首要關注點和重點文獻。

奶牛；溫度應激；知識圖譜；CiteSpace

奶牛大都耐寒怕熱，以荷斯坦牛為例，其舒適溫度為0～20 ℃，當環(huán)境溫度超出-5～26 ℃時，就會出現(xiàn)明顯的生理、行為和生產性能方面的應激反應[1]。在中國黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古、山西、新疆、甘肅等地的全部或部分地區(qū)是冬季冷應激比較嚴重的地區(qū)，而重慶、湖北、安徽、江蘇、華北等地的全部或部分地區(qū)又是夏季熱應激比較突出的地區(qū)[2]。

文獻計量學是圖書館學研究方法之一，它從數(shù)量角度出發(fā)，利用數(shù)學、統(tǒng)計學方法揭示文獻信息的數(shù)量關系、分布和變化規(guī)律?？茖W文獻知識圖譜分析技術是在文獻計量學基礎上發(fā)展起來的一種文獻分析技術，其特色是繪制科學知識圖譜，可視化顯示知識資源及其關聯(lián)?？茖W文獻可視化功能的軟件很多，本文所用軟件是CiteSpace，一款可以免費使用的JAVA應用。該軟件利用引文分析、共被引分析、共同作者分析、詞頻分析、社會網絡分析等基本方法，可以找出某知識領域發(fā)展的關鍵點和轉折點，提供各種能夠幫助認識理解該領域的形式和方法，例如提煉快速發(fā)展的研究熱點，引用熱點，將復雜知識網絡簡化聚類，自動生成緊扣領域主題的聚類標簽、地理定位作者和國際合作地區(qū)。CiteSpace的主要數(shù)據(jù)來源是Web of Science系列數(shù)據(jù)庫文獻檢索平臺，通過主題搜索和下載搜索記錄(全記錄和參考文獻)來獲得供其分析的原始數(shù)據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究工具

1.1 數(shù)據(jù)來源

為了解國際上奶牛溫度應激的總體研究情況，本文對該領域近幾十年的相關文獻進行了知識圖譜分析。所搜集的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來自美國湯森路透公司開發(fā)的Web of Science(WoS)專業(yè)信息檢索平臺中的核心合集。以(Thermal stress or temperature stress or heat stress or cold stress or heat shock or cold shock) and(Cattle or dairy cattle or cow or Holstein or bovine))為檢索式進行主題檢索，時間為1970-2014年，文獻類型指定為論文(Article) 或綜述(Review)，最后共搜索到2 832條文獻數(shù)據(jù)。據(jù)WoS的引文分析報告：2 832篇所選文獻的參考文獻總計36 814篇，被引頻次總計62 590次。下載每條文獻數(shù)據(jù)的全記錄與引用的參考文獻留待后續(xù)分析，數(shù)據(jù)的最后更新時間為2014年11月14日。

1.2 研究工具

本研究運用文獻計量學的方法，以公開發(fā)表的國際奶牛溫度應激研究領域相關科學文獻為原材料，利用計算機軟件繪制知識圖譜，分析該領域研究現(xiàn)狀、研究熱點和研究趨勢。選擇的軟件是由美國德雷賽爾大學信息科學與技術學院陳超美博士與大連理工大學WISE實驗室聯(lián)合開發(fā)的科學文獻分析工具——CiteSpace軟件。該軟件需要在JAVA平臺上才能運行。其設計是基于引文分析理論(引文分析方法的數(shù)學基礎是概率論與數(shù)理統(tǒng)計)。

2 國際奶牛溫度應激研究情況

2.1 國際發(fā)文情況

圖1展示了1971-2014年(2014年為不完全統(tǒng)計，數(shù)據(jù)的最后更新時間為2014年11月14日)WoS核心合集中收錄的與奶牛溫度應激相關的2 832篇文章，可以看出該領域國際年發(fā)文量總體呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，尤其是1990年以后，增長的趨勢更加明顯。WoS搜索結果顯示該領域的第1篇文獻“ A comparison of the effects of starvation and thermal stress on the acid-base balance of dairy cattle” 收錄于1954年。直到1970年的17年間共發(fā)表了11篇文獻，年發(fā)文量均不超過3篇，被引頻次均不超過91次。由于年代相對久遠且被引頻次不高，故后續(xù)分析中略去這11篇文獻。

2.2 CiteSpace分析結果

為了解奶牛溫度應激研究領域文獻的引用情況，本文以2 832條文獻數(shù)據(jù)為基礎，通過CiteSpace軟件選取這些文獻的參考文獻作為分析對象，利用文獻計量學的相關理論和算法，得到該領域的文獻共被引網絡知識圖譜和其他基于共被引網絡得到的分析結果。

國際奶牛溫度應激研究領域的文獻共被引網絡知識圖譜(圖2)。由336篇重要的被引文獻以及這些文獻之間的1 244條連線組成，是當前國際上進行奶牛溫度應激研究最重要的知識基礎，它投射的是各階段研究前沿中的知識和概念在科學文獻中的吸收利用情況[3]。圖2中每個節(jié)點代表1篇參考文獻。以節(jié)點為中心向外擴展形成許多同心圓，形同樹的年輪，謂之“引文年輪”，代表著這篇文獻的被引歷史。引文年輪的最大半徑顯示了該文獻發(fā)表至今總被引頻次的高低，引文年輪里不同的顏色代表相應的引用時間(每種顏色所指時間顯示在該圖最上方的彩色橫條中，從左到右依次代表1960-1970年、1971-1981年、1982-1993年、1993-2003年、2004年至今)，不同顏色的年輪厚度與對應時間段內的被引頻次成正比。有些引文年輪最外層被有紫色環(huán)，表明該文獻在整個知識領域中往往承擔著連接不同發(fā)展階段的作用，其厚度大小表示該節(jié)點的中介中心性強弱(分值為0～1呈正態(tài)分布，反映文獻在某知識領域的“改革潛力”)，紫色環(huán)越厚，文獻中心性越強。圖中引文年輪中心部位為紅色者，說明該文獻在某段時間內被高度引用，引文突發(fā)性即為衡量這種“被引熱”程度的指標，是追蹤領域內研究熱點發(fā)展的有用切入點[4]。節(jié)點之間存在連線，說明這兩篇參考文獻存在同時被引用的情況，二者之間在內容上有一定關聯(lián)。

2.2.1 文獻被引頻次分析 圖2黑色字體(作者+發(fā)表年)突出顯示了被引頻次排名前5的文獻，其引文年輪在圖中拓展得最大，從被引頻次角度看是奶牛溫度應激研究領域中影響最大的文獻。表1列出了5篇文獻各自的詳細信息。

引用頻次第1的是題為“熱應激對奶牛生產性能的影響(Effect of heat-stress on production in dairy cattle)[5]”的綜述，論述了未來在濕熱氣候條件下維持奶牛生產性能的策略要從提高設備降溫能力、改進營養(yǎng)配方、耐熱奶牛品種選育等方面綜合著手。引用頻次第2的是篇會議論文“Heat stress interaction with shade and cooling[6]”，該研究認為熱應激對奶牛產奶量和繁殖效率的不良影響可通過涼棚、通風、噴淋和風扇等人工降溫系統(tǒng)來緩解，且配備降溫系統(tǒng)之前需衡量其經濟效益。第3篇文章“T4噬菌體頭部聚合過程中結構蛋白的裂解(Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4)[7]”發(fā)表在Nature上，年代相對久遠，其研究內容極可能對此后分子水平上的熱應激研究有重要啟發(fā)，讀者可以通過閱讀此文來進一步關注。第4篇文章“α晶體蛋白作為分子伴侶(a-Crystalline can function as a molecular chaperone)[8]”，提出一種與小熱休克蛋白家族有關的物質——α晶體蛋白，它存在于多種細胞和器官中，在應激條件下出現(xiàn)過表達，并能通過抑制多種蛋白酶的熱聚合影響蛋白質的生物學功能。第5篇高被引文獻“Heat stress in lactating dairy cows：a review[9]”)也是一篇綜述，從奶牛熱應激概況、適溫區(qū)、產熱(維持凈能/熱增耗/環(huán)境)、散熱(輻射/蒸發(fā)/對流/傳導)、熱應激反應(飲水量/采食量/流汗/直腸溫度/血氣指標/呼吸率/心率等生理反應，礦物質代謝/水分代謝/養(yǎng)分消化率等代謝反應，產奶性能/健康狀況/繁殖性能等生產反應)等方面綜合討論了高產奶牛的熱應激問題。

圖1 奶牛溫度應激研究國際年發(fā)文量Fig.1 The number of international literature published annually on thermal stress of dairy cattle

圖2 國際奶牛溫度應激研究領域文獻共被引網絡知識圖譜Fig.2 Co-citation network knowledge map of international research on thermal stress of dairy cattle

表1 被引頻次前5的參考文獻

Table 1 Five most cited references

題目Title被引頻次Citationfrequency作者Author來源出版物Publication時間YearEffectsofheat?stressonproductionindairycattle204J．W．West[5]JDairySci2003Heatstressinteractionwithshadeandcooling181D．V．Armstrong[6]JDairySci1994CleavageofstructuralproteinsduringtheassemblyoftheheadofbacteriophageT4169U．K．Laemmli[7]Nature1970a?Crystallincanfunctionasamolecularchaperone133J．Horwitz[8]PNAS1992Heatstressinlactatingdairycows：areview130C．T．Kadzere等[9]LivestProdSci2002

2.2.2 文獻引文突發(fā)性分析 引文突發(fā)性(Citation bursts)考慮兩個方面：突發(fā)強度和突發(fā)狀態(tài)維持的時間。本文利用CiteSpace提取了奶牛溫度應激研究領域引文突發(fā)性前9的文獻。按其發(fā)表時間先后進行簡要分析。第1篇“牛熱應激動態(tài)反應(Dynamic responses of cattle to thermal heat loads)[10]”探索牛在熱應激時溫度調節(jié)反應的動態(tài)變化，側重于分析體溫、呼吸頻率、采食量等生理和行為學指標。第2篇“熱應激對集約化管理下反芻家畜的影響(Effects of heat stress on the welfare of extensively managed domestic ruminants)[11]”是篇綜述，討論了生理(流汗、喘氣)、激素(皮質醇、甲狀腺活動)、行為學等方面的熱應激溫度調節(jié)反應，并認為水分流失、營養(yǎng)失衡、營養(yǎng)不良等因素可能加劇熱應激影響，提出體溫升高可被看成是反芻動物對熱應激從心理厭惡過渡到生理受損的表現(xiàn)。第3篇是美國NRC編寫的《第7版奶牛營養(yǎng)需要》。第4、5篇分別是前述的第5、第1高被引文獻。第6篇“美國畜牧業(yè)熱應激經濟損失(Economic losses from heat stress by US livestock industries)[12]”，該綜述計算了不同熱應激強度下美國各州、各畜種的熱應激經濟損失，保守估計全美畜禽產業(yè)每年熱應激經濟損失為24億美元，奶業(yè)以8.97億美元位居各畜種之首。第7篇“溫濕指數(shù)作為熱應激產奶損失的指標(Temperature-humidity indices as indicators of milk production losses due to heat stress)[13]”認為不同地區(qū)的溫濕指數(shù)和熱應激閾值不同，權重分配不同的溫濕指數(shù)檢測熱應激的能力也有所不同。濕度權重越大的指數(shù)更適用于氣候潮濕的地區(qū)；在濕度未高到讓蒸發(fā)散熱失效的地區(qū)，環(huán)境溫度權重越大的指數(shù)越適用。THI指數(shù)現(xiàn)在普遍用于衡量環(huán)境熱應激程度。第8篇“熱應激和營養(yǎng)水平對荷斯坦泌乳牛生產、代謝以及生長激素的影響(Effects of heat stress and plane of nutrition on lactating holstein cows：production，metabolism，and aspects of circulating somatotropin)[14]”研究了熱應激導致產奶量減少的機制，分析結果顯示采食量減少僅能解釋35%的產奶量下降變異，生長軸(Somatotropic axis)的輕微變化也能解釋一小部分的變異，并提出熱應激能抑制機體啟動儲備葡萄糖——在采食量不足時被啟動，以阻止產奶量的大幅下降——這一假設。第9篇“Effects of heat stress on energetic metabolism in lactating holstein cows[15]”與第8篇文獻來自同一個研究團隊，是篇研究性論文，其試驗結果表明，采食量下降能解釋50%的熱應激產奶量下降變異，體內葡萄糖和脂類的后吸收平衡可解釋余下的變異。這9篇文獻至今仍被高度引用，可在一定程度上反應本領域當下的研究熱點和研究趨勢。

2.2.3 文獻Sigma值分析 高Sigma值文獻通常有創(chuàng)新的內容，能在領域的知識結構上起到“啟發(fā)后人”的關鍵作用，其關注點可能成為新的研究趨勢。表2列出了Sigma值前5的文獻，其中的第1、2、5篇2.2.1和2.2.2已經論述。Sigma值為2.86的第3篇文獻[16]是以討論熱應激的營養(yǎng)應對策略為主的綜述。第4篇文獻[17]的試驗結果表明，熱應激會損害牛的卵泡發(fā)育，影響第一波優(yōu)勢卵泡和排卵前卵泡的優(yōu)勢發(fā)育。

2.2.4 高產作者分析 本文利用CiteSpace繪制出作者合作網絡圖譜，圖3為該圖譜的主要部分，圖中節(jié)點代表作者，節(jié)點圓大小代表發(fā)文量多少，連線代表作者之間存在合作關系(為某篇文獻的共同作者)，共有195位作者和122次合作關系被抽提出。篩選出發(fā)文量前10的作者及其文獻數(shù)制成表3，根據(jù)CiteSpace的統(tǒng)計結果各自的發(fā)文量從14～59篇不等。高產作者對該領域的研究有相對較大的貢獻，對本領域感興趣的讀者可憑此追蹤這些研究人員的其他研究成果，有利于更充分地認識和開展研究工作。

表2 Sigma值前5的參考文獻

Table 2 5 references with the highest sigma

Sigma被引頻次Citationfrequency時間Year題目Title4．99642007[13]Temperature?humidityindicesasindicatorsofmilkproductionlossesduetoheatstress3．511691970[7]CleavageofstructuralproteinsduringtheassemblyoftheheadofbacteriophageT42．861091981[16]Heat?stressasitaffectsanimalproduction2．71911995[17]Effectofheat?stressonfolliculardevelopmentduringtheestrous?cycleinlactatingdairy?cattle2．17532009[14]EffectsofheatstressandplaneofnutritiononlactatingHolsteincows：Production，metabolism，andaspectsofcirculatingsomatotropin

表3 高產作者及其文獻數(shù)

Table 3 10 authors with the most publications

序號No．文獻數(shù)Publications作者Author序號No．文獻數(shù)Publications作者Author159P．J．Hansen616C．M．Brophy244J．B．Gaughan716W．W．Thatcher318T．L．Mader816F．LopezGatius417I．Misztal915J．H．Weniger516L．H．Baumgard1014G．E．Dahl

2.2.5 主要研究機構分析 CiteSpace 生成的主要機構知識圖譜中，共篩選出254個機構以及機構之間的55條連線，說明國際上研究奶牛溫度應激的機構很多，且機構之間存在一定的合作關系，如表4所示。目前奶牛溫度應激發(fā)文量最高的前10 個研究機構分別位于美國、以色列、意大利、印度。根據(jù)SCI 數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計結果，在奶牛溫度應激研究領域內，這10 個機構的論文產出量之和占全部文獻(2 382篇)的21.96%。地理位置上這些高產機構都位于氣候較熱的地區(qū)，受到熱應激的嚴重影響。在10 個研究機構中有7 所是大學。

3 討 論

Web of Science檢索結果的學科分類情況顯示，國際奶牛溫度應激研究涉及的學科多而廣泛。在2 832篇原始基礎文獻中，與奶牛直接相關的文獻占61.3%，又因為肉牛和奶牛的生理結構基本相同，可以認為原始文獻定位基本準確。此外，與冷應激相關的文獻約占7.5%，熱應激仍是該領域關注主體，與奶牛的調溫生理特性和全球奶業(yè)受熱應激影響更大的實際相符。

圖3 CiteSpace作者合作網絡知識圖譜Fig.3 Co-author network knowledge map of international research on thermal stress of dairy cattle

通過被引頻次、突發(fā)性和Sigma值3個衡量指標篩選出14篇重點文獻。其中包括8篇研究性論文，內容涉及熱應激反應的行為學、激素水平、分子水平，生理指標的變動，經濟損失的計算，溫濕度指數(shù)的適用，產奶量變異的解釋，對卵泡發(fā)育的影響機理等方面研究。4篇綜述從環(huán)境溫度、行為學(飲水、采食、流汗、喘氣)、生理生化指標(體溫、血氣指標、激素)、代謝、生產性能等方面論述了熱應激反應，總結了畜舍與設備、營養(yǎng)、遺傳方面的熱應激應對策略。其中兩篇綜述[5，9]既是高被引文獻，又是高突發(fā)性文獻，表明這兩篇綜述涵蓋了本研究領域的許多基礎知識點，經時不衰。兩篇研究性論文[13-14]既是高突發(fā)性文章，又是高Sigma文章。

王雅晶等對奶牛遺傳、繁殖、營養(yǎng)等研究領域進行了知識圖譜分析[3，18-19]，這些方面的研究強度和深度與本文的奶牛溫度應激研究領域的知識圖譜分析結果相比(圖4，溫度應激領域年度發(fā)文量數(shù)據(jù)來自Web of Science)，可以看出奶牛溫度應激研究尚處于淺層研究，強度和深度都還有待提高，深層研究如熱應激發(fā)生機制、遺傳基礎等涉及不多或尚無一致結論；該領域主流研究的關注點還比較分散，其中對遺傳機制相關的研究起步較晚、涉及較少，在2 832篇文獻中，與遺傳相關的僅有198篇，約占7%，可見從遺傳角度對奶牛熱應激進行研究還有廣闊的探索空間。

表4 奶牛溫度應激主要研究機構

Table 4 Ten institutions with the most publications

序號No．機構名稱Institutions頻次Publications1美國佛羅里達大學FloridaUniversity1662美國農業(yè)部農業(yè)研究局NationalAgricultureResearchService513美國喬治亞大學GeorgiaUniversity384以色列希伯萊大學JerusalemHebrewUniversity385美國內布拉斯加大學NebraskaUniversuty346以色列國家農業(yè)研究中心AgricultureRsearchOrganizationVolcaniCenter347美國加州大學戴維斯分校UniversityofCalifornia?Davis318印度國家乳品研究中心NationalDairyResearchInstitute，India299美國密蘇里大學MissouriUniversity2810意大利托斯卡納大學TusciaUniversity26

圖4 奶牛各研究領域年度發(fā)文量Fig.4 The annual numbers of publications on different research fields about dairy cattle

4 結 論

本文利用CiteSpace科學文獻知識圖譜分析軟件，選取國際奶牛溫度應激研究領域的2 382篇文獻為原始數(shù)據(jù)，以引文分析的方法提煉出該領域內5篇被引頻次最高的文獻，9篇突發(fā)性強且時序最近的文獻，5篇Sigma值最高的文獻以及高產作者和高產機構。讀者可以通過這些角度了解該領域的發(fā)展和關注熱點，尋找研究靈感。奶牛溫度應激涉及多個學科，主流研究方向集中于熱應激，冷應激僅占7.5%。當前該領域研究強度和深度還有待提高，從遺傳方面進行研究還有廣闊的探索空間。

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(編輯 程金華)

Knowledge Mapping Analysis on Thermal Stress Research of Dairy Cattle

CAO Lu1，WANG Ze-zhao2，DONG Gang-hui3，WANG Ya-jing1，GUO Gang3，WANG Ya-chun1*

(1.CollegeofAnimalScienceandTechnology，ChinaAgriculturalUniversity，Beijing100193，China； 2.SchoolofAgriculture，NingxiaUniversity，Yinchuan750021，China； 3.BeijingSunlonLivestockDevelopmentCo.Ltd.，Beijing100076，China)

Based on Web of Science，this paper used CiteSpace software to perform knowledge mapping analysis on 2 382 international scientific literature on thermal stress of dairy cattle，to show the current research situation and focus the future trend and the existing problems，important papers，authors and institutions in the field.This paper can be considered as a supplement for the experimental papers and review papers in the related area，helping readers to understand the research situation and knowledge structure，then quickly position primary focus and key literature.

dairy cattle；thermal stress；knowledge mapping；CiteSpace

10.11843/j.issn.0366-6964.2015.09.002

2015-02-02

長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃(IRT1191)；國家自然科學基金(31172191)；現(xiàn)代農業(yè)(奶牛)產業(yè)技術體系建設專項資金(CARS-37)；“十二五”科技支撐計劃(2011BAD28B02；2012BAD12B06)；奶?？篃釕ぞC合措施研究(北京市科委項目)

曹 露(1991-)，女，重慶人，碩士，主要從事奶牛遺傳育種研究，E-mail：grace1991524@163.com

*通信作者：王雅春，E-mail：cowinfo@qq.com

S823.9+1

A

0366-6964(2015)09-1489-07