基于CiteSpace的氮沉降知识图谱计量分析

程智超，王文浩，李梦莎，隋 心，尹伟平，李国富

（1黑龙江大学生命科学学院/黑龙江省寒地生态修复与资源利用重点实验室，哈尔滨 150080；2黑龙江省科学院自然与生态研究所，哈尔滨 150040；3黑龙江中央站黑嘴松鸡国家级自然保护区服务中心，黑龙江 嫩江 161400）

0 引言

氮沉降是氮元素以各种形式在海洋以及地面上沉降的过程，氨基、氮基等都是氮元素在沉降过程中的存在形式[1]。干沉降和湿沉降是氮元素2种沉降方式，前一种方式是指大气中的氮元素以降尘的形式回到陆地，后一种方式主要是氮元素随着雨水返回到海洋[2-5]。大气氮沉降已经成为重大的全球气候变化问题，而中国目前已经成为受氮沉降影响严重的地区。近年大量的氮元素沉降造成了土壤酸化的加剧[3]，改变了生态环境的功能[5]，生态的多样性也因此受到威胁。近年来，国内外学者逐渐将目光转移到氮沉降对于生态环境的影响方面，然而当前缺乏对此领域内的研究热点及趋势进行可视化的计量分析，并且对于该领域的研究深度预测分析较少，无法为氮沉降的研究提供比较明确的方向[6]。

在对某一领域的知识进行研究时常使用科学知识图谱，在收集大量的文献数据的基础上，对数据进行处理分析，并通过图像来展示领域内知识的发展历程以及相应的结构关系。图像能够很好地揭示不同的知识群以及知识单元之间的关系，例如知识结构、知识网络、演化过程、衍生知识、知识交叉以及互动等。知识图谱是指在对某一领域的知识文献进行研究时，首先设置适当的检索条件对文献数据进行检索，然后通过数据分析，研究文献、关键词、学者等几个重要指标的情况，分析它们的相似性以及差异，分析领域内的知识研究热点以及分布，进而获得目标领域内知识研究的特点及规律[7-10]。

在进行科学知识图谱分析时，CiteSpace是非常重要的一种工具，国内常使用这一软件对目标领域内的知识进行可视化研究[11-13]。这些文献计量研究局限于单一因素的影响，导致覆盖面较为狭窄。笔者以“氮沉降”为主题词，对发文作者、研究机构、关键词、基金进行可视化分析，得出相关结论，以反映氮沉降研究领域的研究进展以及发展趋势。

1 资料与方法

Cite Space的工作原理[14]是，对目标领域内的文献数据进行处理，得到领域内知识研究发展的过程、路径以及拐点，并对不同内容的相关性进行分析，进而对领域内的知识发展进行预测，以促进领域相关研究，整个过程的实现使用了寻径网络算法并运用了共引分析理论[15-16]。本研究所用数据来源于中国知网(CNKI)，以“氮沉降”为主题词进行检索，检索类别为核心期刊和CSSCI，同时为了排除不相关文献的干扰，保证查准率和查全率，对检索结果进行筛查，识别剔除公告、通知等不相关文献。经过检索共收集到754篇文献，对收集到的数据进行处理，保存为download_ectomycorrhiza.txt文件，设置时间段为2009—2019年，将文献检索的日期设定为2020年2月17日。进行相应的处理之后，把数据导入到软件中并使用相应的模块进行处理，获得能够分析的数据形式，在进行处理分析时，以关键词、机构和作者作为节点，依据节点生成相应的知识图谱。

2 结果与分析

2.1 发文研究时段及其特点分析

2016年之前年均发文量不足100篇，2017年发文数量达到了最高，为101篇（图1）。2009—2014年为快速增长期，除2010年略有下降外，年均发文数量整体呈上升趋势，说明此期间氮沉降研究逐渐成为热点。但在2014—2017年增长缓慢，说明此期间氮沉降研究领域逐渐趋于稳定，预计2020年发文量与2019年发文量接近。

图1 2009—2019年“氮沉降”研究领域论文发表数量

2.2 关键词分析

对文献数据的关键词进行统计分析，将出现频次比较高的关键词进行统计，得到结果如表1所示。通常来讲，关键词的频率能够在一定程度上反映领域内研究的热点，出现频次高的关键词即为氮沉降领域内的研究热点[17]。经统计发现，国内氮沉降研究关注热点是氮沉降(399)、大气氮沉降(53)、土壤呼吸(49)、氮添加(47)、湿沉降(32)等。10年来，在氮沉降领域内，土壤微生物、凋落物分解和酶活性是新出现的研究热点。总体而言，氮沉降研究的内容较为丰富，主要集中在土壤微生物多样性、土壤呼吸及土壤磷循环方面。

图2 关键词共现图谱

基于关键词的知识图谱（图2）中有588条连线，梳理出外生菌根研究的一个主要方向为氮沉降—土壤微生物—生物量—土壤酶—酶活性—土壤养分—土壤—养分。还识别出了2个研究主题，（1）氮沉降和土壤，通过研究氮沉降对土壤的影响，提高对土壤养分的促进作用；（2）氮沉降和生态系统，研究氮沉降对生态环境的作用，进而提出有针对性的措施来保护生态环境。时间演化分析是以年份为划分单位进行关键词分析，得出动态变化过程[18-19]。经过研究，氮沉降的研究主要可以大致分为3个时间段，如表1。

2.3 研究机构分析

CNKI数据库结果显示，国内发表氮沉降研究相关论文15篇及以上的研究机构有11个，其中最为主要的研究机构是高校，其次为各大科研院所。图3为研究机构的图谱，图中节点越大代表发表文献的频率越高[20]，观察图谱可发现，中国科学院大学呈现节点最大，所以该机构是发文数量最多的研究机构。图中共有113个网络连接、118个节点，通过计算其网络密度为0.0138，说明氮沉降研究机构之间的相互联系较小，需要进一步加强各科研机构之间的交流与合作。由表2可知，氮沉降研究领域发文次数最多的是中国科学院大学，共80次；其次是中国科学院研究生院和中国科学院沈阳应用生态研究所，分别出现33次和24次。此外，这一研究领域的机构占半数的是农业及农林类高校及科研单位，基于专业优势，这些单位是氮沉降研究比较活跃的机构，属于国内该领域发文的领军团体。

2.4 发文作者分析

对发表文献的作者进行共现分析是研究“氮沉降”领域研究现状一个非常重要的办法，这个方法能够很好地体现出某一领域内核心作者对于该领域研究的重要性程度[21]。研究领域内的作者图谱如图4，图谱共有338个节点、919个连接，计算网络密度为0.0161。图中节点大表明作者发表文献的数量多，涂利华是发文数量最多的作者（27次），其次是樊后保、胡庭兴、刘文飞、刘学军等，有20位作者发文次数在11次以上。就作者的分布情况而言，呈现出小范围集中、整体分散的特点，表明发文作者主要在研究机构或者高校集中，并且不同的机构之间很少进行交流和合作。

表1 基于时区视图的关键词变化及研究热点趋势特点

图3 2009—2019年氮沉降研究机构知识图谱

表2 2009—2019年氮沉降领域发文数量15次以上的研究机构

由表3可以发现，作者群之间的相互关联不够紧密，学术交流不强，不利于氮沉降研究领域的可持续发展。5人的发文数量在20篇以上，根据计算得出前10位作者发文次数占所有作者发文总数的25.06%，前5位作者的文献发表总数在所有文献发表数量中占到的比例达到了15.64%。说明在氮沉降领域，研究学者具有比较高的集中度，特别是核心作者在领域内的研究体现出比较明显的关键性作用。其中，涂利华在氮沉降领域内是一名非常重要的学者，对于氮沉降研究做出了十分重要的贡献[22]。

2.5 发文期刊分析

图4 1979—2018年氮沉降主要研究学者图谱

表3 1979—2018年氮沉降领域发文量前20名作者及所在机构

由表4可知，《生态学报》、《生态学杂志》和《应用生态学报》在文献刊登数量方面排在前3位，刊登文献数量分别为120、59、58次。此外，对期刊的影响因子进行分析可以发现，在14个刊登超过10篇有关氮沉降文献的期刊中，影响因子超过3.0有3个，影响因子2.0～3.0的期刊有6个，其中排名前三的期刊影响因子分别达到了3.763、3.325和3.429，这3个期刊上的论文基本代表了近年来氮沉降研究领域的热点及重点。上述期刊主要集中在环境和生态学领域，是领域内的专业性期刊，然而对文献发表量低于10篇的期刊进行分析，发现除了环境和生态学外，还有其他很多领域的期刊对氮沉降有研究，涉及到的领域非常广泛，表明氮沉降引起了越来越多学者的关注。

表4 2009—2019年氮沉降刊载文章10篇以上的期刊

2.6 发文基金分析

表5显示，文章发表选用项目基金数量最多的是国家自然科学基金，为523篇，占全部数量的69.36%。排在第二、三位的是国家重点研究发展规划（“973计划”）和国家科技攻关计划，分别为98篇和54篇。20世纪80年代初，中国科学院89位院士为了推动中国的科技体制改革，打破传统的科研经费拨款方式，提出了建立国家自然科学基金，该基金对于促进基础学科建设、培养优秀科研人才、推动中国自然科学基础研究的发展发挥了不可替代的作用。

3 结论

当前已有部分学者对于氮沉降的研究现状进行了研究，并对国内外研究文献进行了综述，为帮助学者们更好地抓住氮沉降领域的研究热点和趋势起到非常显著的作用[23-24]。总体来看，当前对于氮沉降的研究主要集中在以下方面：（1）以森林生态系统为研究对象，研究其固氮作用受到氮沉降的影响机制，并有针对性地提出了改善植物生长状态的措施[24-25]；（2）腐殖质物质分解速率以及土壤碳的累计速率受氮沉降的影响[26-28]。笔者通过CNKI数据库对氮沉降进行检索，基于文献计量学观点及CiteSpace，对氮沉降的文献数量、年代分布、出版刊物、研究内容及热点等做了全面的计量比较分析。研究结果显示，数据库收录的国内2009—2019年氮沉降研究论文整体呈上升趋势，特别是从2013年之后，是氮沉降研究的快速发展阶段。文献计量分析的关键词共现分析显示，氮沉降的研究内容主要集中在2个方面，即氮沉降对生态系统的影响、氮沉降的自身功能。中国科学院大学、中国科学院研究生院、中国科学院沈阳应用生态研究所是最主要的研究机构，其有着先进的技术力量和雄厚的资金支持。经过多年发展，虽然氮沉降研究领域的作者群初具规模，但仍欠缺长期稳定深入研究的科研团队，高产活跃作者群不够聚集，核心作者数量及所发论文质量有待提高，而国际合作是提高科研成果产出水平的有效途径。

表5 2009—2019年氮沉降研究项目支持基金排名前10位的名称

4 讨论

本研究虽然基于CNKI数据库可以很好地了解中国范围内科学家对氮沉降的研究趋势，但是作为科研工作者，还有大量的研究并未收录到CNKI数据库中，因此这可能会导致不能准确了解国内科研工作者对于氮沉降的研究趋势，因此进一步采用整合Web of Science数据库和CNKI数据库对氮沉降的研究态势进行分析，以期获得更加准确的结果。而且本研究发现，检索词或者检索式对于文章的结果影响是十分重要的，本研究检索式采用（氮沉降），这可能会导致文献数量过多，使得结果出现偏差。这就需要在进一步分析结果的时候，需要对文献内容进行进一步的筛选，从而使结果更加准确。