中国生物多样性研究文献计量分析

严陶韬,薛建辉,3,*

1 南京林业大学南方现代林业协同创新中心, 南京 210037 2 南京林业大学生物与环境学院, 南京 210037 3 江苏省中国科学院植物研究所, 南京 210014

生物多样性是人类社会可持续发展的生存支持系统[1],具有经济效益、生态效益和社会效益高度统一的表现形式[2]。近年来,不断加剧的人类活动,对生物多样性造成了严重破坏。已有研究表明,人类活动是引起生物多样性变化的首要驱动因子,且造成地球上的物种以前所未有的速度丧失[3]。中国是生物多样性大国,是全球生物多样性最丰富的国家之一[4]。同时,作为世界上人口最多的农业大国和发展中国家,中国对生物多样性具有很强的依赖性[5]。中国还是近30年来经济发展速度最快的国家之一,这在很大程度上加剧了人口对环境特别是生物多样性的压力[6]。目前,中国在生物多样性的保护和研究方面已做了大量的工作,但面临的形势依然严峻[7],迫切需要加强生物多样性的保护和研究。

在过去的几十年间,中国开展了就地保护和迁地保护等行动,实施了林业生态工程、生态建设和环境保护示范工程和生物资源可持续利用工程等措施,发布了《中国生物多样性保护行动计划》和《中国生物多样性保护战略与行动计划(2011—2030)》等规划,并颁布实施了多部涉及生物多样性保护的法律法规。此外,作为最早加入《生物多样性公约》的国家之一,中国制定并实施了《联合国生物多样性十年中国行动方案》[8]。意义重大的《生物多样性公约》第十五次缔约方大会将于2021年由中国承办[9- 10]。近十年间,中国生物多样性科研学术领域做了大量的工作[11],发表了大量的论文论著。面对中国生物多样性研究领域的海量文献,采用系统和精确的文献计量方法,进行定量和定性相结合的可视化描述,可以对该领域进行更加精准和全面的分析。本文以Web of Science(WOS)核心合集中Science Citation Index Expanded(SCI-E)数据库和中国知网CNKI数据库为数据源,检索2009—2018年期间中国有关生物多样性论文文献,基于文献的各种数量特征,借助计量分析,揭示中国生物多样性研究现状,了解中国生物多样性研究的国内外影响力,为中国生物多样性未来的研究工作提供一定的借鉴与参考。以期促进生物多样性的深入研究并为相关领域学者凝练研究动向和科学问题等提供参考信息。

1 研究方法

1.1 数据来源

外文文献数据来源于科睿唯安(Clarivate Analytics)WOS(Web of Science)核心合集中的SCI-E(Science Citation Index Expanded)数据库,中文文献数据来源于中国知网CNKI提供的中国学术期刊全文数据库,检索日期为2019年12月12日。SCI-E数据库使用“高级检索”中的“研究方向”标识,检索2009—2018年中国生物多样性研究领域的相关文献,研究方向设置为“Biodiversity & Conservation”；CNKI数据库使用期刊“专业检索”中的“主题”标识,检索2009—2018年该领域的相关文献,具体设置如下:“主题SU=(‘生物多样性’+‘物种多样性’+‘物种丰富度’+‘遗传多样性’+‘遗传资源’+‘生态系统多样性’+‘景观多样性’+‘生物入侵’+‘入侵物种’+‘濒危物种’+‘新物种’+‘群落’+‘种群’+‘保护生物学’+‘生物地理学’+‘分类学’+‘系统发育学’)”。查阅检索到的WOS文献和CNKI文献的标题与摘要,判断文献研究内容是否与中国生物多样性研究领域相关,剔除不相关文献[12]。

1.2 分析方法

对发表年份、期刊、作者、作者所属机构、国家(地区)和关键词等文献题录信息进行筛选与提取。利用WOS和CNKI数据库的文献计量功能分析中国生物多样性研究领域发文量、主要作者、主要研究机构和主要期刊等指标。运用CiteSpace文献计量可视化软件分别挖掘分析WOS和CNKI数据库检索的文献,统计文献题录信息中各个类别出现的频次,从而获得文献的分布结构、数量关系和变化规律等信息[13]。通过CiteSpace可视化软件,分析文献的作者合作、机构合作和国家合作,可以识别出中国生物多样性研究领域的主要研究力量。同时,CiteSpace软件可基于关联强度或相似度对文献关键词进行聚类分析,具有很强的图谱呈现能力[14]。分析关键词聚类情况,可以反映出中国生物多样性领域的研究热点。

将WOS检索的文献数据保存为文本格式,再导入CiteSpace中进行分析;CNKI检索的文献数据保存为Refworks格式,通过CiteSpace将数据转换处理。在CiteSpace中绘制作者间、机构间、国家间的合作图谱,图谱中发文量由节点同心圆大小表示,并用节点同心圆之间的距离表示不同作者、机构、国家间合作关系的强弱;利用文献关键词的共现频率绘制关键词聚类知识图谱,图谱中一个节点代表一个关键词,节点同心圆的大小代表关键词的出现频次,越大说明该关键词出现的次数越多;同心圆颜色代表时间,粗细代表频率;节点之间距离代表关键词共现频率的高低,距离越近,共现频率越高[15]。中介中心性是指经过网络中某一点并连接两个节点的最短路径占这两个节点之间的最短路径线总数之比。中介中心性大于0.1,则该节点为网络中的关键节点[13]。例如,作者合作共现网络中的节点中介中心性可以反映该作者在学科知识发展中的关键性和影响力,体现了该作者在网络结构中的重要地位。中介中心性大于0.1的作者即为网络结构中的核心作者。

图1 2009—2018年中国生物多样性研究文献的年度分布 Fig.1 The number of publications related to biodiversity in China from 2009 to 2018

2 结果与分析

2.1 年度发文量与被引频次分析

由图1可知,2009—2018年CNKI数据库收录生物多样性与保护生物学研究文献13365篇,WOS数据库收录相关文献3670篇;CNKI年度发文量在1140—1493篇之间,年度发文量维持在1100篇以上,且高于同期WOS年度发文量;WOS年度发文量在166—809篇之间,且在2011年之后呈逐步上升趋势,2011年度WOS发文量占文献总量的10.01%,2018年度WOS发文量增长为文献总量的41.51%;2009—2018年,年度发文总量在1548—1949篇之间,整体呈上升趋势。

被引频次最高的论文题为“TRY-a global database of plant traits”,该文在2011年发表于GlobalChangeBiology。该文发布了全球植物性状数据库(TRY)。物种的功能性状是生物多样性研究的数据基础,以TRY为代表的生物多样性信息学极大地促进了生物多样性研究与保护等领域的发展。TRY于2007年创建,此文的正式发表标志着平台数据标准化的完成。TRY目前共收集性状记录690余万个,个体记录内容260余万个。该数据库有12000余个测量点,测量范围遍及全球[16]。北京大学生态研究中心教授方精云院士作为中国学者参与完成了该论文[17]。

WOS文献被引频次排第二、第三的论文第一作者均为中国学者,排名第二的论文由中国科学院昆明植物研究所许建初团队于2009年发表在ConservationBiology上,该文研究了喜马拉雅冰川融化对水体、生物多样性及生境的影响[18]。排名第三的论文由中国科学院植物研究所白永飞团队于2010年发表在GlobalChangeBiology上,该文研究了施氮对内蒙古草原生物多样性与生态系统功能的影响[19]。被引排第四、第五的论文,研究内容分别为全球爬行动物的保护现状[20]、气温变暖增强了蓝藻在浅水湖泊的优势地位[21],被引频次均在300以上。

表1 WOS和CNKI数据库中被引频次前5的文献

CNKI文献被引频次最高的论文由北京大学生态研究中心方精云院士团队于2009年发表在“生物多样性”上,被引频次高达502,该文在定义了植物群落清查有关概念的基础上,论述了样地设置原则与群落清查技术指标,介绍了大样地调查主要步骤,发布了植物群落清查技术规范[22]。被引排第二到第五的论文研究内容分别为景观生态学发展与生物多样性保护[23]、基于DNA分子标记的植物分类与鉴定技术[24]、群落构建理论与生物多样性维持[25]、不同植被类型C∶N∶P化学计量特征[26],被引频次均在200以上。

2.2 作者及其合作关系

2.2.1WOS文献作者及其合作关系

由表2可知,2009—2018年WOS文献数量前十的作者有北京大学生态研究中心朴世龙教授(Piao SL)、美国北亚利桑那大学生态系统研究中心骆亦其教授(Luo YQ)、中国水产科学研究院黄海水产研究所陈松林研究员(Chen SL)和北京大学生态研究中心方精云教授(Fang JY)等,发文篇数范围在17—36之间,被引频次范围在73—2293之间,篇均被引频次范围在3.73—63.69之间,中介中心性范围在0.01—0.46之间。

中介中心性由CiteSpace计算生成,中介中心性可以识别网络中高度连接的节点,反映该作者的论文在学科领域知识发展过程中的关键性和影响力[27],体现网络结构中论文的重要性[14,28]。CiteSpace生成的图2中,节点同心圆的大小反映文献数量的多少,节点同心圆大且中介中心性高的作者,是2009—2018年基于WOS文献的生物多样性研究领域核心作者,核心作者对促进学科发展、拓宽研究领域起到决定性作用[29]。

表2 WOS文献发文数量排名前10的作者情况

朴世龙教授(Piao SL,论文篇数36,被引频次2293,篇均被引频次63.69,中介中心性0.46)、骆亦其教授(Luo YQ,论文篇数28,被引频次1156,篇均被引频次41.29,中介中心性0.2)和唐志尧教授(Tang ZY,论文篇数18,被引频次394,篇均被引频次21.89,中介中心性0.38)节点同心圆大(图2)、中介中心高(表2),是基于WOS文献的中国生物多样性研究领域核心作者。同时,由图2以及相关论文可知,北京大学生态研究中心朴世龙教授与法国环境与气候科学实验室Philippe Ciais教授(Ciais P)存在合作关系,北京大学生态研究中心唐志尧教授与方精云教授存在合作关系。

图2 WOS文献涉及的作者及其合作关系Fig.2 The author cooperative relationships of publications in WOS

2.2.2CNKI文献作者及其合作关系

由表3可知,2009—2018年CNKI收录论文数量前十的作者有西北农林科技大学林学院王得祥教授、山西师范大学生命科学学院毕润成教授、中国科学院植物研究所马克平研究员和北京林业大学林学院赵秀海教授等,发文篇数范围在40—61之间,被引频次范围在489—1332之间,篇均被引频次范围在10.84—23.77之间,中介中心性范围在0—0.05之间。

王得祥教授(论文篇数61,被引频次1332,篇均被引频次21.84)、马克平研究员(论文篇数55,被引频次1193,篇均被引频次21.69)和张文辉教授(论文篇数53,被引频次1260,篇均被引频次23.77)节点同心圆大(图3)、被引频次与篇均被引频次均较高(表3),是基于CNKI收录论文的中国生物多样性研究领域主要作者。同时,由图3以及相关论文可知,中国科学院植物研究所马克平研究员与中国科学院动物研究所蒋志刚研究员存在合作关系。

表3 CNKI文献排名前10的作者发文

2.3 研究机构、国家及其合作关系

2.3.1主要研究机构及其合作关系

2009—2018年中国生物多样性研究领域WOS文献数量排名前十的机构有中国科学院(CHINESE ACADEMY OF SCIENCES)、中国科学院大学(UNIVERSITY OF CHINESE ACADEMY OF SCIENCES)、北京师范大学(BEIJING NORMAL UNIVERSITY)和北京大学(PEKING UNIVERSITY)等(表4),发文篇数范围在80—1223之间,被引频次范围在454—24174之间,篇均被引频次范围在4.88—35.97之间,中介中心性范围在0.01—0.26之间。其中,发文量最高的机构为中国科学院,占文献总数的33.32%。

图3 CNKI文献涉及的作者及其合作关系Fig.3 The author cooperative relationships of publications in CNKI

表4 WOS文献发文量前10位的研究机构

中国科学院、中国科学院大学、北京师范大学和北京大学WOS文献数量均高于200篇、被引频次与篇均被引频次均较高,节点同心圆大(图4),是2009—2018年基于WOS文献的中国生物多样性研究领域主要机构。此外,在该领域的主要研究机构中,北京大学中介中心性大于0.1,是基于WOS文献的该领域的核心研究机构。由图4以及相关论文可知,中国科学院所属研究机构与其他机构合作交流频繁,合作机构包括南京农业大学、云南大学、兰州大学以及密西根州立大学等。此外,北京大学与北京师范大学存在密切合作关系。

图4 WOS文献来源机构分布及其合作关系Fig.4 Distribution of publications source institutions in WOS and their cooperative relationships

2009—2018年中国生物多样性研究领域CNKI收录论文数量排名前十的机构有中国科学院大学(中国科学院研究生院)、北京林业大学、西北农林科技大学、上海海洋大学和中国科学院植物研究所等(表5),发文篇数范围在258—1070之间,被引频次范围在1406—13965之间,篇均被引频次范围在5.45—18.24之间,中介中心性范围在0.03—0.79之间。其中,发文量最高的机构为中国科学院大学(中国科学院研究生院),达1070篇。

中国科学院大学(中国科学院研究生院)、北京林业大学、西北农林科技大学、上海海洋大学和中国科学院植物研究所CNKI收录论文数量均高于280、被引频次总数均高于3500、篇均被引频次均高于10、中介中心性均不低于0.1,节点同心圆大(图5)、中介中心性高(表5),是2009—2018年基于CNKI收录论文的生物多样性研究领域核心机构。此外,在该领域的主要研究机构中,中国科学院所属的中国科学院植物研究所篇均被引频次与中介中心性最高,是基于CNKI收录论文的中国生物多样性研究领域最具影响力的核心研究机构。由图5以及相关论文可知,中国科学院所属研究机构之间合作交流频繁。

2.3.2WOS文献涉及的国家及其合作关系

根据WOS检索结果,2009—2018年在生物多样性研究领域,与中国合作的国家或地区共有106个,合作文献数量排名前十的国家有美国(USA)、英国(ENGLAND)、澳大利亚(AUSTRALIA)、加拿大(CANADA)、德国(GERMANY)、日本(JAPAN)、法国(FRANCE)、荷兰(NETHERLANDS)、丹麦(DENMARK)和意大利(ITALY)(表6和图6),其中,中国与美国的合作文献数量最多,占文献总数的19.95%,其他合作文献数量超过文献总数5%的国家有英国、澳大利亚和加拿大。

表5 CNKI文献发文量前10位的研究机构

图5 CNKI文献来源机构分布及其合作关系Fig.5 Distribution of publications source institutions in CNKI and their cooperative relationships

表6 WOS文献排名前10位的合作国家或地区

图6 WOS文献作者的国家分布及其合作关系 Fig.6 Distribution and cooperation of authors′ countries based on WOS

2.4 期刊分布情况分析

2.4.1WOS文献的期刊分析

2009—2018年生物多样性研究领域WOS文献来源于64种期刊。表7所示为载文量前十的期刊,其中EcologicalIndicators、ConservationGeneticsResources和GlobalChangeBiology文献数量共占文献总数的50.85%,为该领域WOS文献的主要来源期刊;GlobalChangeBiology总被引频次(18986)、篇均被引频次(52.3)和影响因子(8.65)均为最高,为该领域的顶级期刊.ConservationGeneticsResources篇均被引频次与影响因子最低,分别为2.07、0.55,但其载文量排第二,达626篇,占文献总数的17.06%。

2.4.2CNKI文献的期刊分析

2009—2018年CNKI收录论文载文量前十的期刊情况见表8,排名前十的期刊共刊载文献4369篇,占文献总量的32.69%;文献数量、总引用次数及影响因子最高的期刊为《生态学报》,此外,载文量较高的期刊还有《生态学杂志》和《生物多样性》,《生物多样性》与《生态学杂志》刊载文献的总被引频次分列第二与第三。综上所述,《生态学报》在生物多样性研究领域的综合影响力最高,是刊发生物多样性研究论文的核心期刊。此外,《植物生态学报》载文量不高,仅为230篇,但其篇均被引频次最高,达25.61,且影响因子较高,排第三位,表明此期刊所载文献的被引价值平均较高,在该领域具有较大影响力。

2.5 关键词分析

2.5.1WOS文献的关键词分析

关键词是作者对论文主要内容的精炼概括。CiteSpace绘制的论文关键词聚类知识图谱,展现了关键词间的相互关联,并从文献计量学角度确定了热点研究领域。

WOS文献出现频次不低于5的关键词共有158个,除关键词China(中国,562次)外,出现频次前五的关键词依次为:climate change(气候变化,352次)、conservation(保护,323次)、biodiversity(生物多样性,286次)、microsatellite(微卫星,278次)和diversity(多样性,227次)。对2009—2018年WOS文献进行关键词聚类分析,生成的知识图谱中共有14个聚类(图7),其中,聚类4、聚类6和聚类12主要关注基于物种丰富度分析的生物多样性研究,聚类2与聚类5主要关注基于微卫星分子标记技术的物种遗传多样性研究,聚类9与聚类13主要关注生物多样性研究,聚类0与聚类10主要关注有机质、有机碳等土壤理化性质与物种多样性的关系研究,聚类1主要关注种群空间分布格局研究,聚类3主要关注环境因子变化对植物群落气体交换参数等光合特性的影响研究,聚类7主要关注土壤盐碱化对物种多样性的影响研究,聚类8主要关注基于叶绿体基因组测序的植物物种系统发育学研究,聚类11主要关注珍稀濒危物种优先保护评价研究。以上聚类构成了基于WOS文献的生物多样性热点研究领域。

表7 载文量前10的外文期刊及其影响因子

表8 载文量前10的中文期刊及其影响因子

图7 WOS文献关键词聚类知识图谱 Fig.7 The keyword clustering knowledge map of literatures in WOS

2.5.2CNKI文献的关键词分析

CNKI文献出现频次不低于5的关键词共有291个,出现频次前五的关键词依次为:群落结构(1240次)、物种多样性(1206次)、生物多样性(859次)、遗传多样性(853次)、多样性(685次)。对2009—2018年CNKI收录论文进行关键词聚类分析,生成的知识图谱中共有18个聚类(图8),其中,聚类0主要关注基于ISSR技术的物种遗传多样性研究,聚类1主要关注群落物种多样性及种群空间分布格局研究,聚类2主要关注群落结构研究,聚类3主要关注物种丰富度研究,聚类4主要关注森林生态系统研究,聚类5主要关注环境因子与群落物种多样性的关系研究,聚类6主要关注基于生物量的群落结构特征与生长状况研究,聚类7主要关注广西地区生物多样性研究,聚类8主要关注保护生物学研究,聚类9主要关注植物群落物种多样性研究,聚类10主要关注种群遗传分化研究,聚类11主要关注种群的生态位宽度研究,聚类12主要关注种群年龄结构研究,聚类13主要关注鱼类群落结构及多样性研究,聚类14主要关注分类学研究,聚类15主要关注喀斯特地区生物多样性研究,聚类16主要关注生物多样性研究,聚类17主要关注种间关系研究。以上聚类构成了基于CNKI收录论文的生物多样性热点研究领域。

3 结论与讨论

本文运用文献计量学方法,借助CiteSpace文献可视化软件,分别以Web of Science提供的SCI-E数据库与CNKI提供的中国学术期刊全文数据库中2009—2018年中国生物多样性研究领域文献数据为研究对象,从年度发文量与文献被引频次、文献作者及其合作关系、文献研究机构、文献涉及国家及其合作关系、文献来源期刊分布以及研究热点等方面对文献数据进行分析,得到以下结论:

(1)2009—2018年中国生物多样性研究领域年度发文总量以及WOS年度发文量总体呈上升趋势,特别是2011年以后,WOS年度发文量呈逐步上升趋势,而CNKI年度发文量呈下降趋势;此外,与中国有合作文献的国家(地区)共有106个,上述结果表明,近十年间中国生物多样性研究领域学者注重加强国际合作与交流,提升了该研究领域的国际影响力。

图8 CNKI文献关键词聚类知识图谱Fig.8 The keyword clustering knowledge map of literatures in CNKI

(2)WOS文献与CNKI文献被引频次最高的论文关注内容均为植物研究,“全球植物性状数据库”与“植物群落清查技术”奠定了近十年间中国植物多样性的研究基础。

(3)朴世龙教授、骆亦其教授和唐志尧教授等是基于WOS文献的生物多样性研究领域核心作者;王得祥教授、马克平研究员和张文辉教授等基于CNKI文献的生物多样性研究领域主要作者。他们对促进生物多样性学科发展、拓宽生物多样性研究领域起到决定性作用。

(4)中国科学院所属的相关科研机构是近十年间基于WOS文献与CNKI文献的中国生物多样性研究领域的核心机构,在该领域做出了较高的科研贡献。

(5)分析载文期刊情况,相关领域的国内卓越期刊生态学报在该领域出版了最多的CNKI文献。同时,相关领域的国际顶级期刊GlobalChangeBiology出版了较多的WOS文献,这在一定程度上反映了近十年间中国生物多样性研究领域出现了具有较高影响力的学术成果。

(6)通过关键词共现和知识图谱绘制发现:基于WOS文献的研究热点为气候、土壤等环境因子变化对物种多样性的影响研究以及基于微卫星分子标记技术的物种遗传多样性研究;基于CNKI文献的研究热点为环境因子与群落结构的关系研究。

根据文献计量分析的结果也发现,中国生物多样性研究对象主要集中在植物,对动物、大型真菌等物种多样性研究相对较少。中国陆生高等植物记录共有34383种[30],占世界总数的10%左右,高等植物种数世界排名位列第三,排名第一的巴西与排名第二的哥伦比亚均为南半球国家,因此,中国是北半球植物种类最丰富的国家。此外,根据中国科学院和生态环境部(原环境保护部)于2015年联合发布的《中国生物物种名录2015版》和《中国生物多样性红色名录》,中国共记录陆生脊椎动物2914种,两栖类408种,爬行类461种,鸟类1372种,哺乳类673种,中国是世界鸟类种数最为丰富的国家之一,并且哺乳动物种数世界第一[31]。中国是菌物资源大国,菌物多样性也十分丰富,已知大型真菌有9302种[32]。建议相关学者以及研究机构加强对陆生脊椎动物多样性和大型真菌多样性的研究。此外,我国海域面积约有300万km2,海洋生物多样性丰富,且物种数量位居世界前列[33]。近十年来,我国对深海生物进行了一系列的调查采样,海洋生物多样性研究已拓展至深海。然而,仍有大量未知的生物物种有待探测[34]。海洋生物多样性研究与科学前沿和国家重大需求密切关联,该领域研究亟需加强。

本研究运用CiteSpace对大量文献数据进行可视化分析处理,实现穿透性文献信息潜在知识脉络分析,探索数据之间的隐藏规律[35],但受限于提取信息及分析算法,一定程度上会影响CiteSpace运算结果的精确性。此外,限于篇幅,本文缺乏国际生物多样性研究工作的相关分析,未来可以对基于国际生物多样性研究领域的文献进行分析,探讨上述领域的研究现状与热点,并与中国生物多样性研究工作相比较,以便明确中国在生物多样性研究方面的优势及存在问题。

生物丰富而多样是美丽中国的应有之义,是实现绿水青山的重要前提[31]。中国正处在生态文明建设的关键时期,生物多样性研究与生态文明建设紧密相关,没有绿水青山、缺乏生物多样性的文明不是真正意义上的生态文明[11]。