基于CiteSpace和VOSviewer的农业研究发展浅析

刘彦乔，刘晓军

(1.四川省科学技术信息研究所，成都 610021；2.四川省农业科学院生物技术核技术研究所，成都 610066)

18世纪60年代，工业革命带领诸多传统行业进入蒸汽时代，西方农业机械化推进成果卓越，能量利用效率陡增。20世纪末，互联网、大数据、云计算等信息技术席卷全球产业，现代化农业生产导致我国原本高龄化、传统化农业主体的技术断崖式革新，但低效率、低竞争力的困境未得到根本改善[1]。面对国内外科学技术环境中瞬息万变、极端复杂的竞争与合作，传统行业与新兴行业的碰撞与融合，农业遭遇的挑战是前所未有的。

从全民参与的“脱贫攻坚”到个个击破的“精准脱贫”再到稳打稳健的“乡村振兴“，中国近四十年都在解决8亿人口的贫困难题[2]。每年我国的中央一号文件都是有关农业，在举国重视和共同努力的基础上，中国逐渐走出一条独具特色的农业发展道路。近两年来在新冠肺炎疫情背景下，除了把“饭碗牢牢地端在自己手里”[3]，持续建设美丽乡村，现代乡村等主要任务外，攻克关键核心技术提升农业国际竞争力，分享脱贫经验，助力全球贫困人口脱贫，是中国农业的重要工作。

本文利用CiteSpace和VOSviewer文献可视化软件就2012～2021年农业相关研究中英文文献的共现关键词与术语突现情况、国家与机构合作网络以及文献与期刊共被引网络绘制知识图谱，以此对国内外农业相关研究十年间的整体发展和规律洞察一二，瞄准国内外农业研究态势，归纳提出对策性建议。

1 研究背景与方法

大数据时代，信息技术发展推动科学研究范式转变为数据密集型[4]，农业领域中计算机信息技术等的应用已经历30多年历史，21世纪以来，更是展现出飞速发展和深度融合的态势，智慧农业、农业现代化等逐渐成为热门研究方向[5]。农业相关研究产生的科学数据体量大，增长速度快，涉及面广，但科学数据的共享模式较为单一，共享效率较低，尚未形成协同推进农业领域技术发展的合作网络与共享网络[6]，为了解农业相关研究的发展现状和路径，较为有效的方式则是通过对公开出版文献的数据收集，可视化分析来获得。

农业相关研究文献产出基数大，类型丰富，知网上以“农业”为主题检索2012～2021年10年间的论文数量达87万篇，其中学术期刊61.49万篇，学术论文16.33万篇，还涉及会议、报纸、图书等各类文献载体。英文文献Web of Science(以下简称WoS)门户网站上，以“Agriculture”为主题在WoS核心集合库中检索时间同样设置为2012～2021年，结果为104万余篇。

文章的分析工具选择的是知识图谱可视化软件CiteSpace和VOSviewer，CiteSpace和VOSviewer可将复杂的知识领域，利用数据挖掘、信息处理和知识信息可视化呈现等，揭示某个研究领域动态发展规律和趋势[7]。CiteSpace和VOSviewer在可视化分析时各有侧重，VOSviewer在呈现交叉领域交叉学科之间的关系更加清晰明了，CiteSpace在分析学科研究规律和发展方向有较强的展示能力。针对农业相关研究的出版文献，VOSviewer用于对文献中出现的关键词进行提取分析，叠加年度形成热力分布图，得到2012至2021年中英文文献的研究概览。CiteSpace用于绘制文献的机构、国家合作网络，以及文献共被引分析，突发性探测等，得到中英文文献国家、机构和作者的内部关联情况。

2 文献可视化分析

2.1 文献数据选择与导出

为便于分析，本文中文数据来源选择是CNKI基金数据库,英文数据来源是Web of Science的核心合集库。

在CNKI以“农业”主题(模糊)+“农业”篇名(精确)检索，时间设置为2012-2021年，并选择有基金支持的研究型论文，显示结果为6180篇，全部导出。CiteSpace和VOSviewer是基于Web of Science的文献导出格式进行分析，CNKI的文献目录导出经过CiteSpace的数据格式转换和去除重复后，得到5950篇。

WoS在104万篇中选择最高被引论文和热点论文，得到10078篇文献。导出后同样利用CiteSpace进行去重复筛选，得到6806篇。

2.2 文献发表年度分析

2012～2021年农业相关研究的文献发文量，中文文献呈现不规律波动状态，2014年以前数量产出一直低于200篇，2015～2016年陡然上升，2017年稍微下降后，缓慢上升持续到2019年，后续2年微弱下降。英文文献产出10年间都是呈现上升趋势，且斜率逐年增加，2021年到达数量顶峰，1137篇(图1)。

图1 2012～2021年农业相关研究中英文文献数量分布

2.2 共现关键词与术语突现分析

2.2.1 共现关键词分析 利用VOSviewer对中英文文献进行共现关键词提取分析，得到关键词与年度叠加分布图(图2A、图3A)以及关键词热力分布图像(图2B、图3B)

图2A图、图3A图中关键词颜色由紫渐变到黄，表示年度从远及近，中文文献中“乡村振兴”“小农户”“智慧农业”以及英文文献中“Covid-19(新型冠状病毒)”“machine learning(机器学习)”等关键词呈现黄色，代表着2019年以来作者使用频率最高的词汇。农业相关研究作者共同使用的关键词与信息技术发展、现实世界热点展现出融合态势。

图2B、图3B，中英文文献分别以“农业现代化”“Climate change气候变化”等为热力中心，频次最高的5个关键词和具体频次如表1所示。

图2 2012～2021年农业相关研究中文文献关键词年度与热力分布图像

图3 2012～2021年农业相关研究英文文献关键词年度和热力分布图像

表1 2012～2021年农业相关研究中英文文献共现关键词频率

2.2.2 共现术语突发性分析 共现术语分析是CiteSpace通过提取文献目录中标题、摘要、关键词和辅助关键词的名词性术语、并对术语共同出现、彼此联系等情况进行分析。对中文文献提取名词性术语，并对术语的突发性进行计算得到图4，按照强度排列术语：“乡村振兴”“小农户”“互联网+”是强度最高的突现术语，“乡村振兴”和“小农户”在2019年，“互联网+”在2017年出现引用频率激增，其中“乡村振兴”“小农户”的强度持续到2021年。

图4 2012-2021年农业相关研究术语中文文献突发性探测

英文文献名词性术语突发性表现出图5，“growth performance(生长绩效)”“open access article(开放获取文章)”“microbial biomass(微生物量)”“antioxidant enzymes(抗氧化酶)”等术语突发性最强，影响力持续到2021年的突发性术语则有“growth performance(生长绩效)”“antioxidant enzymes(抗氧化酶)”和“systematic analysis(系统分析)”。

图5 2012-2021年农业相关研究英文文献名词性术语突发性探测

2.3 发文机构与国家合作网络分析

2.3.1 发文机构合作网络分析 中文文献发文机构合作呈现散射网络状(如图6)，其中节点N为640个，连线数E=317，密度(Density)=0.0016。图6中颜色越深的连线表示合作时间越早，按照合作强度，华中农业大学经济管理学院、中国农业大学经济管理学院、中国农业科学院农业经济与发展研究所、中国科学院大学、中国农业科学院地理科学与资源研究所发文量位列前五，并且以这五家机构形成聚集性合作网络。

图6 2012-2021年农业相关研究中文文献合作机构网络

英文文献机构合作网络如图7，节点N为347个，连线数E为3162，密度为0.0527，对比中文文献机构合作，英文文献的机构之间合作更密集频发。其中年轮圈表示机构的发文量，半径越大，发文量则越多。年轮圈从圆心到外颜色变化从紫到红，表示发文年度从2012年至2021年，对应颜色的圆环越粗，表示当年发文量越多。Chinese Acad Sci(中国科学院)、China Agr Univ(中国农业大学)、Chinese Acad Agri Sci(中国农业科学院)、Univ Florida(佛罗里达大学)、Univ Calif Davis(加利福利亚大学戴维斯分校)的发文量最高，我国三家机构处于主要合作网络的外围，且连线较少(图7 方框标注)。

图7 2012-2021年农业相关研究英文文献合作机构网络

2.3.2 国家合作网络分析 国家合作网络通过分析英文文献实现(图8)，节点N为21，连线数量E为127，密度D为0.6048.说明主要有21个国家构成农业相关研究的国家合作网络。同机构合作网络一样，年轮圈的半径大小表示国家文献的发文量，每一圈圆环颜色代表文献发表年度，从紫到红对应2012～2021年，圆环越粗越明显表示该年度发文量越多，圆心距离越近，圆心间连线越多则表示关系越强。结合图8和表2，我国在农业相关研究的英文文献发文量位居第一，其次是美国、德国、英国和澳大利亚，且我国在合作网络中处于较边缘的位置。

图8 2012-2021年农业相关研究英文文献的国家合作网络

表2 2012～2021年英文文献国家发文量

国家合作网络突发性探测(图9)，强度最高的是伊朗，且突发性影响力从2019年持续到2021年，是最近突发性发生的国家。接着是瑞士、美国、瑞典和日本。

图9 2012～2021年农业相关研究英文文献国家合作网络中的突发性发生国家

2.4 文献与期刊共被引网络分析

2.4.1 文献共被引网络分析 英文文献共被引网络呈现较为分散的视图(图10)，节点数N为1029个，连线数E=3997，密度为0.0076。每一块颜色对应年度文献被引情况。由共被引突发性探测可知2010年H. CHARLES J. GODFRAY 等学者在《SCIENCE》杂志上发表的《Food Security: The Challenge of Feeding 9 Billion People(食品安全：喂养90亿人的挑战)》强度最高，紧随其后的是Alexandros Stamatakis 2014年发表在《Bioinformatics》的《RAxML version 8: a tool for phylogenetic analysis and post-analysis of large phylogenies(RAxML 8版本：大型系统发育分析和后期分析工具)》。

图10 2012-2021年农业相关研究英文文献共被引网络初始图

突发性影响力(图11)持续到2021年的有2015年FA. Simão等发表在《Bioinformatics》的《BUSCO: assessing genome assembly and annotation completeness with single-copy orthologs(BUSCO:用单拷贝同源序列评估基因组组装和注释的完整性)》等。

图11 2012-2021年农业相关研究英文文献共被引突发性探测

2.4.2 期刊共被引网络分析 英文文献的发文期刊共被引网络(图12)，节点数为97，连线数为479，密度为0.1029。国际农业相关研究被引证量较高的期刊有97个，图中网络年轮圈的大小表示期刊被引证量，频次最高的为《SCIENCE》(科学杂志，美国)和《P NATL ACAD SCI USA》杂志(美国综合性期刊)(表3)。这些期刊被引证文章按照标题分成不同的聚类(cluster)，有drought tolerance(抗旱)、genome sequence(基因组序列)、ecosystem service(生态系统服务)以及aqueous solution(水溶液[化学])。

图12 2012-2021年农业相关研究英文文献期刊共被引网络

表3 2012-2021年农业相关研究英文文献期刊共被引频次

3 结论与展望

3.1 农业相关研究国内外研究均与时势结合紧密

农业相关研究近十年文献关键词，国内外研究导向与时势结合都很高。我国十九大以来为小农户与农业现代化衔接机制以及扶持小农户发展自身优势，跟进技术，融入市场提供了政策导向[8]，“小农户”等关键词自2019年产生突发性研究增长，成为我国学者研究焦点。“乡村振兴”是继脱贫攻坚和精准脱贫后，我国又一有关“三农”的重大政策决策，“乡村振兴”“乡村振兴战略”自2018年突发性研究数量爆发后，热度和影响力持续至2021年。以及2019年爆发热度至今的“新工科”，新工科是顺应数字时代、信息技术等科学技术普及和发展的产物[9]，标志着传统农业与新技术的结合，促进农业农村迈向现代化进程。

英文文献关键词表现出国外研究则是贴近全球热点问题，譬如“气候变化”“干旱”等对农业相关研究影响较大的自然环境因素，“非生物逆境”也同样受到学者们关注，该词汇指的是干旱、冻害、盐害、冷害、高温、水涝、环境污染等限制作物产量提升的重要因子[10]，也是影响农作物等保持良好或者优良生长的因素。突发性探测显示“生长绩效(效益)”爆发强度最高，国际农业相关研究的文献仍然在最基本的生长性能、产量研究上占据讨论焦点，且突发性从2019年持续到2021年，2019年底新冠肺炎疫情蔓延，各类生产力停滞，2020年农产品贸易却实现逆势增长[11]，可见危机下世界各国对粮食作物的产出效率也有了更高要求。

3.2 农业相关研究我国国际交流合作表现强势

从中文文献合作网络看，合作网络的节点多，密度低，呈现散射状(图6)，国内科学研究资源有限，为形成自身学科领域优势，占领学术高地，各机构难以避免相互竞争。华中农业大学经济管理学院、中国农业大学经济管理学院、中国农业科学院农业经济与发展研究所、中国科学院大学、中国农业科学院地理科学与资源研究所位列前五等是近十年发文量最高的学院和研究机构，从机构性质来看我国农业相关研究的主要力量来自高校。

英文文献的机构合作网络(图7)，从发文量看我国机构占据前三位：分别是中国科学院、中国农业大学和中国农业科学院，但位置几乎都分布在机构合作网络周围，与其他各国机构连线也较少，说明我国农业相关研究主要学术机构中介中心性较低，在国际合作关系中尚未成为重要桥梁，处于边缘位置。由英文文献的机构发文量不难推测，我国国家英文文献发文量也位居第一(表2)，但圆心同样处于合作网络外围。我国近十年英文文献发文量持续攀升(图13)，在国际学术界尚未引起热点关注，也未处于合作网络中心，因此我国近十年农业相关研究英文文献呈现出发文量大，国际合作边缘化的状态。

图13 2012-2021年 农业相关研究英文文献中我国发文量变化

3.3 农业相关研究我国研究国际影响力有待提升

英文文献最高频次引证聚类(图10)phylogenetic contribution(系统发育贡献)、biochar amendment(生物炭修正)、draft genome(基因组草图)、drought tolerance(抗旱)和ecological study(生态研究)会发现与中文文献共现关键词(表1)相似度较低，说明国内学者更专注于解决我国实际问题和困境，与我国农业相关政策战略结合的研究讨论居多，国际研究则侧重于全球性问题和热点，且每年都随着全球性环境或气候等问题变化而倾斜。

我国英文文献发文量居第一，但文献共被引网络中表现并不突出，突发性探测显示(图16)，来自英国牛津大学的.GODFRAY，HJ,和德国研究机构的Alexandros Stamatakis 等研究成果被其他文献引证的频率激增，暂未出现我国学者产出文献的身影。

英文文献期刊共被引网络显示(图12)，农业相关研究国际影响力较高的期刊大部分来自美国、英国等地，美国自独立战争后经济迅猛发展，成为农业出口第一大国，机械化农业，现代化农业蓬勃发展，处于农业相关研究技术领先位置。我国学术期刊较发达国家起点较低，起步较晚，国际影响力尚未形成气候，但我国学者在农业领域的研究近年来势如劈竹，发文量持续攀升，结合作者共被引网络突发性探测(图14)，我国学者在2017、2019年之后被引量明显增加，且持续到2021年，展现出近年我国研究人员在农业领域影响力有提升趋势。

图14 2012-2021年 农业相关研究英文文献作者共被引网络突发性探测

3.4 建议与展望

本研究发现我国农业相关研究方向普遍与本国国情紧密联系，在国际学术界我国学者们研究热情高，机构、作者间合作频繁，发文量位居第一，但国际合作中常处于边缘化地带，有代表性的研究突破尚待增加。

我国农业相关研究投入高，周期长，各类成果产出丰富，实际解决了我国十四亿人的粮食供给，口腹欲得到极大满足，幸福感强烈。但近年来，我国农业竞争力整体有着下降趋势，主要表现为多种农产品国内国外价差转变，农产品和食品发展无法满足居民对其多元、优质的高要求等[12]，为提升我国农业竞争力，要将农业政策支持的理念调整为“进攻就是最好的防御”[13]，结合本研究相关结论，未来研究重点的选择建议应在针对我国农业发展切身痛点的同时，更加不拘泥国内视野，置身全球农业相关研究关键技术突破与变革，参与到适应全球性气候变化、环境污染等问题研究中。