基于知识图谱的核桃研究前沿演进分析

罗明英， 施晓晨， 蒋国伟， 李东丽， 岳丕昌

(1. 新疆农业科学院 农业经济与科技信息研究所， 新疆 乌鲁木齐 830000； 2.约翰霍普金斯大学， 美国马里兰州 巴尔的摩 21218)

基于知识图谱的核桃研究前沿演进分析

罗明英1， 施晓晨2， 蒋国伟1， 李东丽1， 岳丕昌1

(1. 新疆农业科学院 农业经济与科技信息研究所， 新疆 乌鲁木齐 830000； 2.约翰霍普金斯大学， 美国马里兰州 巴尔的摩 21218)

为给我国核桃科研工作提供参考，采用知识图谱分析软件 CiteSpace III结合美国Web of Science数据库文献绘制世界核桃研究的知识图谱，分析世界核桃研究的发展趋势和分布。结果表明：20年来核桃研究前沿热点呈现多学科交叉发展的趋势，研究主题日益丰富。核桃营养价值和药理功效的研究受到极大关注；核桃油相关主题的研究非常活跃；美国、加拿大、土耳其等8国是核桃研究国际间合作最活跃和密切的国家；对我国核桃科研工作重点布局提出了建议。

核桃； 知识图谱； CiteSpace III； 突变词； 研究前沿

核桃(JuglansregiaL)属胡桃科胡桃属植物，是坚果与油料兼用的经济树种，在世界各地广泛种植。核桃在我国发展迅速，目前栽培面积居世界之首。核桃仁含有丰富的蛋白质、磷脂、多种维生素及数量充足、比例适宜的亚油酸和亚麻酸，油脂含量高达60%～70%。核桃油含有多种生物活性物质，除含有较多的亚油酸、α-亚麻酸和维生素E外，还含有神经酸、鳕油酸、EPA、DHA、角鲨烯、褪黑素、黄酮、胡萝卜素等多种微量功效成分[1]。由于核桃具有营养保健及药理功效的成分，相关研究领域非常广泛。如何有效地追踪世界研究前沿的进展和动向，探测和分析核桃学科领域新兴研究趋势，是保障和提高科研工作者适时应对科技发展变化能力的保障和科研决策行为的重要参考，也是我国科研人员和科技管理部门共同关注的课题。

研究前沿代表一个研究领域的思想现状[2]。美国科学家普赖斯最早提出“研究前沿”(Research Front)的概念，并认为某个领域的研究前沿是由科学家积极引用的文章所体现，用以描述该领域的瞬时特征[3]。陈超美等把研究前沿定义为一组突现的动态概念和潜在的研究问题[2-4]。对学科领域的研究前沿进行分析研究可使研究者及时准确地把握学科领域的最新研究动态和主题，并预测学科发展方向和需要进一步研究的热点主题[5]。

知识图谱是以知识域为对象，显示科学知识的发展进程与结构关系的一种图像。其具有“图”和“谱”的双重性质与特征，显示了知识单元或知识群之间网络、结构、互动、交叉、演化或衍生等诸多隐含的复杂关系，而这些复杂的知识关系正孕育着新知识的产生[5]。CiteSpace是基于 Java 语言开发的多元、分时、动态的知识图谱分析软件，是近年来在国际知识图谱分析领域最具特色和影响力的应用软件之一。目前国内关于CiteSpace的实证研究中大部分图谱对高频节点和聚类进行了解读，而对突变术语检测应用的较少[6-7]，特别是有关农作物研究的更少。为此，笔者基于CiteSpace软件，以美国Web of Science数据库收录的核桃研究文献为研究对象，绘制世界核桃研究主题知识图谱，通过对突变词检测分析揭示核桃研究前沿演进和热点领域，并通过对国家、机构合作网络分析核桃研究领域国际合作网络特征，以期对我国核桃科研工作有所助益。

1 资料与方法

1.1 数据来源

利用美国科学情报研究所(ISI)的Web of Science数据库，以walnut进行主题检索，时间跨度选择为 1995—2015年，选择 ARTICLE文献类型，检出文献2 907条。选择包含参考文献的全著录格式下载，数据更新时间为 2015-04-02。

1.2 研究方法

1.2.1 突变词共现网络图谱分析 施引文献中使用的突变词可以体现研究前沿的变化。CiteSpace是通过对突变词语(burst terms)的提取实现对研究前沿的侦测分析，其内嵌的突变检测(burst detection)功能可检测一个学科内研究兴趣突然发生变化的专业术语(突变词语)，从而参考判断研究前沿[8]。基于题目、摘要、标引词和文献记录的标识符提取突变词。将2 907篇文献导入CiteSpace Ⅲ，首先运行CiteSpace Ⅲ提取突变词，然后选择突变词(burst terms)和主题词(terms)作为术语类型和节点类型，设置合适的阈值，时间分区选择“2”，运行得到核桃研究的突变主题共现图谱并以时区形式显示。

1.2.2 研究领域分析 对关键节点进行解读，从而分析识别世界核桃研究的前沿和热点领域。突变词是指频次相对增长率突然增加的词，可能成长为研究前沿或热点的概念，但能否成为研究趋势还需要进一步的检测其能否吸引足够的研究者，是否具有一定的频次增长速度。突变权重越大成为领域内新兴研究趋势的可能性越大；频次越高成为领域研究热点的可能性越大[9]。据此，为了便于分析，选取突变强度≥5的主题词(突变词)进行相关研究领域的分析。

图 1 核桃主题词(突变词)的共现时区图谱

Fig.1 Time-zone view of burst terms of walnut research

1.2.3 合作网络分析 选择Country和Institution作为分析对象，通过对合作网络的分析得到核桃研究各国家和机构间的合作分布和合作强度，从而反映研究力量的布局状况。

2 结果与分析

2.1 核桃研究前沿的演变

图1显示了核桃研究发展的演化脉络、核桃前沿术语频次的大小以及在时区上的变化。其中，节点和字体大小与前沿术语出现频次大小成正比，节点越大表明该术语出现的频次越高。

从表1可见1995—2015年世界核桃研究前沿主题演变和研究者的关注程度。其中，2013—2015年、2009—2010年2个时段涌现了大量的突变词，提示该2个时段研究非常活跃；同时，walnut oil作为突变词在2013—2015年突变率剧增，突变强度(12.7)和频次(26)远高于其他突变术语。说明，当前核桃油相关主题的研究非常活跃，也提示围绕核桃油开发利用是当前核桃研究领域的热点主题。根据突变术语的突变强度和频次分析，世界核桃研究前沿具有以下演变趋势和分布规律。

1) 美国黑核桃、核桃树以及害虫防治的研究。1997—1998年涌现的突变术语有juglans-nigra-1、nigra-1美国黑核桃、walnuttrees核桃树，2001—2002年有cydiapomonella苹果蠹蛾。

2) 核桃抗氧化活性物质作用及消除DPPH自由基能力的研究。2007—2008年涌现gaschromatography气象色谱仪、antioxidant activity抗氧化活性、dipheny-l-picryhydrazylDPPH自由基等突变词。

3) 核桃品种选育、产量、核桃基因遗传多样性的研究。2007—2008年涌现tree species树种，2009—2010年涌现了Persian walnut波斯核桃、walnut cultivars核桃品种、significantly higher显著高于、walnut tree核桃树和walnut genotypes核桃基因型等突变词。

4) 核桃油及核桃蛋白的提取、分离纯化及其功能性质研究。2009—2010年涌现walnut extract核桃提取、Fatty acid compodition脂肪酸、12-h，2011—2012年出现second order二级、dose dependent剂量依赖等突变词，2013—2015年涌现walnut oil核桃油、peroxide value过氧化值、mass spectrometry质谱分析法、fourier transform infrared(FT-IR)傅立叶变换红外线及scanning electron microscopy电子扫描显微镜检测等突变词。

5) 核桃蛋白多元不饱和脂肪酸防治心血管病的研究。2013—2015年涌现的walnut kernels核桃仁、polyunsaturated fatty多元不饱和脂肪及cardiovascular disease冠心病等突变词。

6) 核桃壳制备活性炭的研究。2013—2015年涌现的moisture content含水率、adsorption capacity吸附能力、activated carbons活性碳及contact time接触时间等突变词。

表1 1995—2015年涌现的前沿术语(突变强度≥5)与出现频次

2.2 核桃油的研究领域

亚油酸(Omega-6脂肪酸)和亚麻酸(Omega-3脂肪酸)具有降低血清和肝脏中胆固醇的作用，对人体健康具有重要的意义。核桃油中亚油酸、亚麻酸等不饱和必需脂肪酸总量高达90%左右；同时，核桃油还含有微量功能脂肪酸，如DHA、EPA和神经酸等，这些微量脂肪酸是大脑神经纤维和神经细胞的核心天然成分，可促进神经网络的形成[10]。核桃油营养价值和药理功效的研究与开发受到研究领域的极大关注。

以walnut oil一词在Web of Science数据库中共检出ARTICLE类型文献410篇，其在学科、出版物和国家间的分布情况见表2和表3。从表2可见，研究文献在Food science technology领域分布最多，为39.02%；其次是Chemistry、Nutrition dietetics和Agriculture等领域，分别为31.95%、20.98%和10.98%。从表3可见，410篇研究文献在相关出版物上收录的篇数和在国家间的分布列前10位的国家总计发文为318篇，占总检出文献的77.56%。其中，美国发文最多，为83篇；其次是西班牙、土耳其和伊朗，分别是50篇、45篇和33篇；中国26篇，位列第五。

表2 核桃油研究文献的学科分布

表3 核桃油研究文献在出版物和国家间的分布

2.3 合作网络

图2显示了核桃研究的各级合作网络。

2.3.1 国际合作网络 由国际合作网络(图2-a)可见，按发文频次排序在100以上的国家有美国、中国、土耳其、伊朗、西班牙、法国和意大利。其中，连线最密集的区域就是合作最活跃的区域，作为关键点原图中以紫色边缘显示。这些国家包括美国、加拿大、土耳其、伊朗、法国、西班牙、意大利和巴西(中介中心性≥0.1)，其在核桃合作研究中具有重要作用。中国发文频次为217，中心性为0.09。

2.3.2 研究机构合作网络 研究机构合作连线最密集的且显示为关键点(中介中心性≥0.1)的机构有华盛顿州立大学(Washington State Univ)、美国农业部农业研究服务局(USDA ARS)、西北农林科技大学(Northwest A&FUniv)和德黑兰大学(Univ Tehran)，其在核桃合作研究中具有重要作用(图2-b)。

注：a, 国际合作网络；b, 研究机构合作网络；c, 美国合作网络；d, 中国合作网络。

Note: a, network map of co-authors’ countries; b, network map of co-authors’institutions; c, network map of co-authors’countries based on articles from USA; d, network map of co-authors’ countries based on articles from PRC.

图 2 核桃研究的合作网络图谱

Fig.2 Cooperation network map of walnuts research

2.3.3 美国合作网络 分析由美国发表的1 483条文献数据得到的合作网络(图2-c)显示，与美国开展核桃研究合作的国家主要是中国、意大利、西班牙、英国和伊朗等。

2.3.4 中国合作网络 由中国发表的336条文献数据分析得到的合作网络(图2-d)显示，美国、澳大利亚、德国、加拿大和日本是中国核桃研究的主要合作国家，且显示中国(中心性1.29)为关键点，表示国内核桃研究领域与上述国家均有积极的国际合作关系。

3 结论与展望

利用CiteSpace Ⅲ软件和核桃研究文献对世界核桃研究的演进趋势、前沿热点和国际合作网络进行了知识图谱分析，为了解核桃研究学科的前沿进展、发展脉络和发现潜在的国际合作网络提供了科学依据和参考。从核桃研究前沿演化趋势图谱和突变词检测看，具有以下特征：

1) 由核桃树种及虫害防治演变发展到针对核桃油和核桃蛋白提取、功能活性物质抗氧化活性的研究利用开发。

2) 核桃油营养价值和药理功效的研究与开发已经引起研究领域的极大关注，图谱分析也证实核桃油是当前最为活跃的研究领域之一。

3) 质谱技术、红外光谱技术及电子扫描显微镜检测技术在核桃油及核桃蛋白的提取、分离纯化及其功能性质研究中发挥了重要作用。傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)是近年来发展迅速的检测方法。可以展望，未来傅里叶变换红外光谱法的发展对核桃油将实现快速、简便、准确的品种及质量监控。

4) 核桃医疗保健作用开发和在防治人类疾病中的作用研究给核桃领域的研究发展提供了更多的方向。

5) 核桃壳加工活性炭产品研究也受到广泛关注。

6) 国际间合作最为活跃、合作密切的国家是美国、加拿大、土耳其、伊朗、法国、西班牙、意大利、巴西，中国国际合作程度较上述国家尚有差距。

近年来我国核桃主产省区发展迅猛，产量快速增长。但相比之下我国核桃的出口形势并不乐观，据联合国粮农组织统计数据显示，2011年我国带壳核桃出口2.54万t，只占当年产量的1.53%。因此，为保障我国核桃产业健康发展，应加快我国核桃产品的深度开发利用。值得提出的是，核桃油作为一种特殊的植物油，在国际上已经引起重视，从本文的分析也得以证明。我国未来应加强核桃油的提取、分离纯化及其功能性质立项研究，开发具有我国自主知识产权的技术方法和产品，加强我国与国际研究团队的合作交流，以提高我国核桃产业的国际竞争力。

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(责任编辑： 王 海)

Development of Frontier of Walnuts Research Based on Knowledge Map Analysis

LUO Mingying1， SHI Xiaochen2， JIANG Guowei1， LI Dongli1， YUE Pichang1

(1.InstituteofAgriculturalEconomy&ScienceandTechnologyInformation,XinjiangAcademyofAgriculturalScience,Urumqi,Xinjiang830000,China; 2.JohnsHopkinsUniversity,Baltimore,Maryland21218,USA)

To provide references for walnuts research in China, CiteSpace Ⅲ，a software based on Java platform for mapping knowledge domains was used to draw the knowledge map of walnuts in the world combined with the database of Web of Science, so as to analyze the development trend and distribution of walnuts research in the world. Results: The frontier of walnuts research presented the crossing development trend of various subjects, and the research topics became increasingly abundant. Close attentions were paid to researches on nutritional value and pharmacological effect of walnuts; Walnut oil related topics were extremely active; Eight countries, such as America, Canada and Turkey, were of the most active and closest international cooperation on walnuts research; Suggestions were proposed on the key layout of walnuts research work in China.

walnuts; mapping knowledge domains; CiteSpace Ⅲ; burst terms; research frontier

2015-07-26； 2015-12-30修回

新疆维吾尔自治区公益性科研院所基本科研业务专项(KY2015077)

罗明英(1962-)，女，研究员，从事农业科技信息研究。E-mail:lmy@xaas.ac.cn

1001-3601(2016)03-0138-0160-05

S126

A

农业信息·农业工程·资源环境

Agricultural Information and Technology·Agricultural Engineering·Resource and Environment