基于文献计量的凋落物研究现状及热点分析

张 俊,张 华,常 畅,孙翠洋,王效苇,苑知言

辽宁师范大学地理科学学院, 大连 116029

凋落物是森林生态系统3个垂直结构中的重要功能层之一,凋落物层作为森林生态系统的重要层次,在增加土壤有机质、改善土壤理化性质、防止雨滴溅击,减少土壤结构破坏程度、防止地表水土流失等方面发挥重要作用[1]。曾丹娟等[2]对北部湾经济区的凋落物及其林下土壤持水性能进行分析；李良等[3]对不同林龄华北落叶松人工林凋落物储量及持水特性进行研究；缪晓乐等[4]不同年龄橡胶树凋落物碳归还量及年释放量进行了对比。

文献计量是一种基于数理统计的定量分析方法,它以科学文献的外部特征为研究对象,研究文献的分布结构、数量关系、变化规律和定量管理,进而探讨科学技术的某些结构、特征、规律[5- 6]。文献计量学所涉及的学科很广泛,如曹永强等[7]将其用于近20年我国的空气污染研究；Costanza等[8]运用文献计量法研究了国际生态系统服务的作者结构体系以及合作体系； Tancoigne等[9]采用文献计量的方法对农业科学中的生态系统服务方面进行了定量研究；王宏伟等[10]将文献计量的方法运用到国内山洪灾害的研究；钟赛香[6]等基于73种人文地理类期刊,对国际人文地理学的发展特点和规律进行了探究；李秋云等[11]将文献计量的方法扩展到旅游地理学的研究中；王耕等[12]通过Bibexcel、Ucinet、和Netdraw等软件对国内外珊瑚礁的研究现状及热点进行阐述等等。文献计量因其客观性、试用广泛性、定量化研究、宏观性等优势,已经越来越成为国内外学者亲睐的文献分析方法和期刊特定信息获取途径[13- 15]。纵观已有的研究成果,多为气象、生态、地质、灾害、旅游、生态等方面的研究,对特定学科内某一指标的研究鲜见报道,本文选取生态学中起关键作用的凋落物作为研究对象,就国内外文献分析其现状特征及热点,以期为森林生态系统的可持续发展、土壤元素之间的相关性和归还规律、低产森林群落的恢复,特别是为未来凋落物的研究方向提供指导依据。

1 数据来源及研究方法

1.1 数据来源

国内方面,本文以中国期刊全文数据库(CNKI)中“凋落物”有关的文献作为数据源,搜索年份为1963—2019年(包含2019年),筛选出5705篇相关的文献；在国际方面,本文以Web of Science数据库中的核心集合为基础数据源,以“litter”作为检索词,文献类型为 “article”,搜索年份为1953—2019年(包含2019年),并在检索结果中手动筛选出于凋落物相关的文献,得出2660条符合研究内容的结果。

1.2 研究方法

将所筛选出的5705篇国内文献和2660篇外文文献导入到Bibexcel中,导出文献中的高频关键词、年份、作者信息等。国内期刊论文选取关键词频率大于46的高频关键词共计72个,国际上选取关键词频率大于11的高频关键词共计42个。运用Bibexcel将外文期刊中导出的42个高频关键词生成42×42的共词矩阵；将国内期刊中导出的72个高频关键词生成72×72的共词矩阵,在Ucinet中生成##d文件,然后在Netdraw中做出国内与国际期刊文献中枯落物研究的高频关键词的共项网络化视图。最后在SPSS中分析得出系统聚类分析树状图,对所选取的高频关键词进行聚类分析。

2 结果分析

2.1 凋落物相关期刊论文发文量分析

图1 国内有关凋落物的文献发文量各年份分布数目Fig.1 Number of publications of domestic literature on litter in each year

在CNKI中检索出的5705篇以“凋落物”为关键词的论文发文量如图1所示。从图1可以看出,随着年份的推移,发文量大体上呈上升趋势,尤其在2000年以后呈加速增长趋势。关于凋落物的研究大致可分为4个阶段,第一阶段(1963—1993年)初步探索阶段,论文数量较少,说明这段时间国内学术界对凋落物的生态价值不够重视；第二阶段(1994—2000)萌芽发展阶段,相较于第一阶段,论文数量有所增加,这主要与我国1994年正式接入互联网,开始大规模的发展网络技术,对凋落物的研究有一定的推动作用,在此期间发文量也有所回落,可能与研究时间尚短,研究经验尚浅有关；第三阶段(2001—2011年)波动增长阶段,发文量快速增长,但在有些年份有所回落,这可能与国家政策和社会经济因素有关；第四阶段(2012—2019)稳步发展阶段,发文量与前一阶段相比有所增加,波动不大,这与国内科研环境稳定,创新能力的提高有密切关系。但在2018和2019年发文量明显下降,这可能与网络登刊以及筛选的文献日期限制有关。

在Web of Science 数据库中筛选出的2660篇以“litter”为关键词的论文发文量如图2所示。从图2可以看出,除个别年份有所下降外,发文量整体上呈上升趋势。研究结果可大致分为三个阶段,第一阶段为1953—1990年,期刊论文发文量稀少。国际上对凋落物的研究处于萌芽阶段；第二阶段为1991—2008年,凋落物期刊论文呈波动增长阶段,这主要是国际上开始大规模的发展网络技术,对凋落物的研究有一定的推动作用,在此期间发文量也有所回落,可能与国际关系变动以及国际经济发展有关；第三阶段为2009—2019年,期刊论文发文量呈稳步增长态势,这与国际上名校之间的人才交流和专业性科研人员的递增有密切关系。但在2019年发文量显著下降,这与检索时间限制到2019年3月和网站登刊时间有关。

就国际和国内对凋落物的研究来看,国际上开始的时间较早,国内的研究滞后10年左右,但国内的发文量和速度增长速度要明显高于国际上；两者都在21世纪开始趋于成熟稳定发展。

图2 国际上有关凋落物的文献发文量各年份分布数目Fig.2 Number of documents published in the world on litter in each year

2.2 高频关键词分析

关键词作为期刊论文和学位论文中的重要部分,是对文章研究内容的高度提炼和总结,对于文章的总体把握至关重要,在一定程度上可以代表该研究领域的研究方向的热点问题[12,16]。运用Bibexcel工具从CNKI中导出的高频关键词结果如表1所示和从Web of Science 基础数据库中导出的高频关键词如表2所示。由表1可以看出国内关于凋落物的研究中,凋落物是出现最多的关键词,它是学科研究方向的核心部分,生物量、凋落物分解、土壤呼吸、人工林、碳储量、杉木为次级高频关键词,由此可以看出国内的研究更加倾向与凋落物与乔冠层之间的联系以及土壤通气能力的研究,主要涉及到森林生态系统的平衡发展；从表2可以看出国际上关于凋落物的研究中出现频率最多的关键词为Litter(凋落物)、Decomposition(分解)、Animals(动物)、Nitrogen(氮)、Soil(土壤)、poultry(家禽)、Carbon(碳)、Female(雌性)、Climate change(气候变化) Marine debris(海洋污染)等。由此可以推测国际上凋落物研究的热点更加侧重凋落物分解与元素含量之间的关系、动物和微生物对凋落物分解的影响以及对气候的影响,这与当今全球气候异常以及环境污染密切相关。

2.3 高频关键词的共现网络化可视分析

共现网络化分析是文献计量方法的一种,通过对某个研究领域筛选的高频关键词在同一篇论文中出现的次数来判断该领域中高频关键词之间的关系[11,15- 16]。为了更加深入的分析高频关键词之间的内在关系,本文运用Bibexcel软件将国内文献中导出的72个高频关键词生成72×72的共词矩阵；国内文献导出的42个高频关键词生成42×42的共词矩阵,再将其分别导入Ucinet软件中生成##d文件,再用Netdraw小工具制作出国内外高频词共现网络化可视图如图3和图4所示。网络化可视图中一个节点代表一个高频关键词,节点大小代表关键词在文献中出现的频率高低和与其他关键词之间的联系疏密程度。一般来说,两节点之间的连线越粗,说明两关键词之间的联系越紧密[16]。

表1 国内1963—2019年高频关键词及其词频

表2 国际上1953—2019年高频关键词及其词频

就国内来看,从图3中可以看出,节点较大的高频关键词有凋落物、凋落物分解、生物量、人工林、土壤养分、氮沉降等,表明这些词与其他关键词之间的共现程度较高,成为凋落物的研究热点具有一定的科学依据。另外72个高频关键词之间都有线条的连接,虽然线条粗细不一,但从一定程度上可以说这些关键词之间都有或多或少的联系,共同构造出凋落物研究的科学体系；国际上,由图4可以看出,Litter(凋落物)、Temperature(温度)、Animals(动物)、Decomposition(分解)、Environmental Monitoring(环境监测)、Bacteria(菌)、Nitrogen(氮)等关键词与文献中其他关键词之间的共现机会较多,但由于筛选国际的相关文献较少,因此共现次数较多的关键词也可能与研究热点有所偏差,Litter(凋落物)、Temperature(温度)、soil(土壤)之间的连线较粗,说明这些词在研究领域的联系紧密,互相影响程度较高。

图3 国内枯落物研究高频关键词共现网络可视化图Fig.3 Domestic litter research high frequency keyword co-occurrence network visualization

图4 国际枯落物研究高频关键词共现网络可视化图Fig.4 International litter research high frequency keyword co-occurrence network visualization

2.4 高频关键词的聚类分析

图5 国内高频关键词系统聚类分析树状图 Fig.5 Domestic high frequency keyword system clustering analysis tree

图6 国际高频关键词系统聚类分析树状图 Fig.6 International high frequency keyword system clustering analysis tree

聚类分析是根据“物以类聚”的基本思想,将m个变量因子各自看为一类,再按照所选取的方法计算聚类统计量,将关系词义相近或者关系密切的划分为一类[16- 17],由此来判断所选取的变量因子中每个个体因子之间的亲疏程度[18- 19]。本文以国内外文献中选取的高频关键词所做出的矩阵为基础,运用SPSS软件中的聚类分析方法进行聚类分析,导出聚类树状图,如图5和图6所示,再将高频关键词划分为5个群集,如表3和表4所示。

通过对国内凋落物高频关键词的聚类群体划分,从表3中可以看出,群集1涵盖了国内凋落物研究领域的许多方面,主要以特定森林类型、分解因子、土壤理化性质的研究,例如常绿阔叶林、杉木林、凋落物量、酶活性、土壤(微生物、动物、有机碳、酶活性)等。另外,还涉及到一些养分方面的影响因素,如养分动态、养分归还,营养元素等；群集2中主要侧重凋落物分解的应用；群集3和4主要研究不同森林类型中的碳储量因子的养分之间的关系；群集5主要涉及到土壤通透性的因子,如土壤(温度、呼吸气体),这些对于农业类型的选址以及农作物的产量运用有至关重要的作用。

在国际上,由表4可以看出,群集1着重研究枯落物随着时间和季节因素的改变对环境的影响；群集2主要研究土壤动物、水与凋落物之间的联系,这和土质的好坏以及凋落物的分解快慢有密切的关系；群集3侧重于研究各化学元素与凋落物生物量之间的关系,例如Carbon(碳)、Nitrogen(氮)、Phosphorus(磷)、Biomass(生物量),这与土壤的污染程度直接相关；群集4中囊括的高频关键词最多,主要是研究凋落物的分解与土壤有机质、营养归还以及气候变化、环境污染之间的关系,这也是当前世界面临的主要问题,因此在很大程度上可以把群集4的研究内容作为该研究领域的热点；群集5是对世界特定区域的生态系统的研究,例如China(中国)、Ecosystem(生态系统)。

从国际和国内高频关键词所划分的5个群集来看,两者对于凋落物的研究有相近的部分,如国内外研究都涉及到凋落物的分解方面,以及化学元素与凋落物、土壤质地的影响。但二者不同的是国内侧重于研究森林生态系统内部的各因子之间的联系,而国际上着重上研究凋落物的分解、土壤营养元素归还以及化学元素转变,所带来的气候改变和对环境的污染程度。由此可以得出,国际上对于枯落物特性研究所引起的气候改变和环境污染的重视程度要高于国内,我国应该倾向与对气候、环境等方面的研究,尽可能的减少气候异常现象和环境污染程度。

3 结论

(1)就文献发文量来看,国内对凋落物的研究大体划分为四个阶段：初步探索阶段1963—1993年、萌芽发展阶段1994—2000年、波动增长阶段2001—2011年、稳步发展阶段2012—2019年；国际上对凋落物的研究可以分为三个阶段：1953—1990年,期刊发文量较少,第二阶段为1991—2008年,凋落物期刊论文呈波动增长,但增长速度缓慢,第三阶段为2009—2019年,期刊论文发文量呈加速增长,数量明显增多。无论国际上还是国内发文量都是2000年以后开始迅猛增长,这与社会经济的发展和国家对科研的重视程度有关。

(2)从高频关键词以及聚类分析的结果来看,国内有关凋落物的研究中出现频率比较高的关键词有生物量、凋落物分解、土壤呼吸、人工林、碳储量、杉木等,可以看出国内的凋落物研究以特定森林类型、分解因子、土壤理化性质以及森林生态系统内部的各因子之间的联系为主；国际上对于凋落物的研究中出现频率最多的关键词为Litter(凋落物)、Decomposition(分解)、Animals(动物)、Nitrogen(氮)、Soil(土壤)、poultry(家禽)、Carbon(碳)、Female(雌性)、Climate change(气候变化) Marine debris(海洋污染)等,说明国外更偏向于把研究凋落物的分解、土壤营养元素归还以及化学元素转变,所带来的气候改变和对环境的污染程度作为该领域研究热点,并且更加注重生态环境对人类生存环境的影响,这有助于改善当前的植物生境和人类居住环境,更好的促成两者和谐可持续发展。

表3 国内凋落物研究高频关键词聚类群体划分

表4 国际凋落物研究高频关键词聚类群体划分

(3)从高频关键词网络化可视图中可以看出,国内研究中的关键词：凋落物、凋落物分解、生物量、人工林、土壤养分、氮沉降等词汇,表明这些高频词与其他所筛选的词汇共现机会较多,理论上可以作为该领域当前的主要研究热点和以后延伸发展的方向。

综上所述,对于凋落物的研究在国内外已经广泛开展,但国内外对其研究的侧重方向有所不同,国际上更加能考虑到生态因子对人类生存环境的影响,而国内在这方面的重视程度较低,这也是当前国内亟需解决的难题,对凋落物主导的生态系统的研究,以及与人类密切相关的气候、环境等因子的联系方面已经迫在眉睫,国内该领域在未来的研究中应该有所倾向。本文存在的不足：在文献检索方面,国内外均以凋落物(litter)一词作为关键词,但是 “litter”的本身含义较多,筛选时难免会有所遗漏或者错选,另外对于高频关键词的聚类划分中,因研究主题的多样性,所以没有固定的划分标准,因此划分中作者主观因素的掺杂会影响研究结果,在以后的研究中可多选取几种划分结果进行比对,选取最适合的划分标准,得出较为科学的结论。