文献计量视角下国内外水稻研究领域发展态势分析

于 超，孙 媛，罗建军，吕启明，周 超，成 平，周建群，潘 俊

（1.湖南省农业信息与工程研究所，湖南 长沙 410125；2.中国农业科学院农业信息研究所，国家新闻出版署农业融合出版知识挖掘与知识服务重点实验室，北京 100081；3.湖南杂交水稻研究中心，杂交水稻全国重点实验室，湖南 长沙 410125）

水稻是全球重要的粮食作物之一，约60%的人口以稻米为主粮[1]。近年来，随着人们生活水平的提高，对水稻优质高效、绿色新品种培育需求迫切，因此，在提高单产的同时，培育优质、高产、多抗、广适、少施肥、少打药的绿色轻简化突破性水稻新品种成为发展方向。各国科研人员从多角度对水稻进行了大量研究，相关文献逐年增多，开展水稻领域的全球文献分析，将有助于学者们全面了解全球水稻研究现状、研究热点、研究前沿及发展态势。

文献计量学是以文献信息体系和文献计量特征为研究对象， 采用数学、统计学等计量方法，定量分析一切知识载体的交叉学科。目前文献计量学已广泛应用于各学科分析。例如：崔梦倩等[2]对土壤砷进行了文献计量学分析；Cui 等[3]利用文献计量学分析方法综述了植物对高温和干旱反应的研究进展；江彬彬[4]利用文献计量法对全球金融科技领域研究进行了态势分析；林冀鲁等[5]采用文献计量学研究方法，基于VOSviewer 和Cite Space 系统的可视化图谱技术对近20 a 中医药治疗缺血性视神经病变（ION）的相关文献进行分析；周飞丽等[6]采用文献计量学方法运用COOC、VOSviewer 等工具对药用植物两面针的研究发展态势进行了分析。

其中，关于水稻研究领域态势分析的中文文献不多。邬亚文等[7]基于Scopus 数据库分析了1998—2009 年国内外水稻研究发展态势，结果表明中国的水稻文献总量大幅度上升，但美国和英国的研究质量较高，亚洲只有日本略高于世界平均水平，中国和印度低于世界平均水平，日本、中国和美国的高产活跃作者较多，浙江大学、日本农业生物资源研究所和美国康奈尔大学等机构的水稻研究论文影响较大，主要研究热点是分子生物学；李楠等[8]基于Web of Science 数据库利用SATI 分析工具对基于水稻基因组学的研究趋势和研究热点进行分析，结果表明美国、中国、日本在水稻基因组学研究领域处于优势地位，研究热点为功能基因组学、比较基因组学；魏一品等[9]从发文量、被引频次、JCR期刊影响因子、综合影响力等方面分析了2005—2015 年全球主要水稻研究机构的国际学术影响力，结果表明该时间段内有1/3 的水稻研究论文产自中国，并长期稳居第一，而且被引频次多的高水平论文、基于综合影响力指标I3 的高影响力论文、基于多个期刊影响力的高影响力期刊论文，均排在世界首位，中国水稻研究机构在植物科学、生物化学与分子生物学、环境科学等领域的表现突出；王麒等[10]以Web of Science 数据为基础，分析了1999—2018年水稻研究领域的发展态势，发现发文量位居世界前5 的中国、美国、印度、日本、韩国的总体发文量逐年上升，世界前5 的发文机构中中国占4 席，主要研究热点集中在水稻基因组学、抗性、品质等方面；李荣等[11]以2011—2021 年中国知网数据为基础，对我国水稻育种领域的研究机构、研究人员和研究团队等情况进行可视化分析，结果表明我国水稻育种机构之间合作程度不高，高产、抗稻瘟病、高品质、分子标记、褐飞虱、超级稻是水稻育种领域的研究热点；张爱霞等[12]基于Web of Science 数据库运用Excel、Cite Space 及Incites 分析工具对水稻育种领域的文献进行多维度分析，结果表明，中国农业科学院发文量最多，国际水稻研究所的国际影响力最大，国家以及主要研究机构之间的科研合作也较为密切，钱前、李家洋和韩斌的文献总被引频次居前列，主要研究热点和前沿涵盖遗传多样性、基因编辑、产量和品质性状、病虫害、非生物胁迫、雄性不育等多个方面。

笔者基于文献计量法，运用VOSviewer 和Cite Space 及Derwent Data Analyze 分析工具从发文趋势、来源国家（地区）、学科分布、发文机构、高发文期刊、影响因子、关键词聚类和文献共被引等多维度对2018—2022 年全球水稻研究态势进行可视化分析，以期为国内外水稻领域科研工作者提供参考，促进水稻领域科技创新工作的可持续发展。

1 数据来源与分析方法

1.1 数据来源

根据水稻研究领域中各技术分类确定检索需要的中、英文关键词，分别在 Web of Science 核心合集数据库和中国知网数据库进行检索及数据下载。检索出版跨度为2018—2022 年，检索式涵盖“水稻生物学”“水稻遗传育种”“杂种优势固定”“水稻绿色高效生产”4 个方向。数据下载时间为 2023 年 7 月23 日。中文检索式即英文检索式翻译而成。在 Web of Science 核心合集数据库检索下载得到：水稻生物学文献19 066 篇，水稻遗传育种文献30 446 篇，杂种优势固定文献16 814 篇，水稻绿色高效生产文献12 919 篇，共计79 245 篇，进一步筛选去重后获得59 747 篇外文文献。在中国知网数据库检索下载得到24 434 篇中文文献。

1.2 分析方法

以筛选到的文献为研究对象，运用VOSviewer和Cite Space 可视化分析软件[13]与Derwent Data Analyze 文本挖掘工具对所检索文献的发文趋势、来源国家（地区）、学科分布、机构分析、高发文期刊、影响因子、基金资助、关键词聚类和文献共被引等进行多维度可视化分析，得到水稻研究领域近5 a 来的统计数据和可视化共现聚类图谱，对全球水稻研究领域近5 a 来的研究趋势进行可视化分析。

2 近5 a 水稻领域的研究态势分析

2.1 外文文献发文态势

2018—2022 年5 a 间全球水稻领域产出外文文献59 747 篇，中国有着绝对的优势，共发文25 944篇，全部作者、第一作者、通信作者发文量均排名第一，表明我国水稻领域的研究受到广泛重视，发文量逐年持续上升；美国发文10 090 篇，全部作者、第一作者和通信作者发文均排名第二，也是该领域研究比较先进的国家；印度发文6 936 篇，全部作者、第一作者和通信作者发文均排名第三；巴西发文3 206 篇，全部作者、第一作者、通信作者发文量均排名第四，在该领域的研究中也占有一席之地。

水稻外文文献主要集中在植物科学（17 232篇）、环境科学（9 435 篇）、农艺学（9 029 篇）、食品科学与技术（4 462 篇）、分子化学与分子生物学（4 154 篇）等学科，此外还有较多文献分布于微生物学、土壤学及多学科、跨学科类别。

全球水稻领域发文量最高的机构是中国科学院，共发文 4 013 篇，其第一作者和通信作者发文量排名也是第一，第一作者发文1 977 篇，是该领域实力雄厚的科研机构；排名第二的是中国农业科学院，共发文3 330 篇，其第一作者和通信作者发文量均排名第二，第一作者发文1 588 篇；虽然浙江大学发文量排名第8，发文1 441 篇，但第一作者和通信作者发文量均排名第三，第一作者发文1 290 篇。

收录该领域论文最多的期刊是《Frontiers in Plant Science》，2018—2022 年收录2 120 篇，该刊最新影响因子为5.415；排名第二的是《Agronomy Basel》，收录相关论文1 434 篇，该刊最新影响因子为3.635；排名第三的是《Science of the Total Environment》，收录相关论文1 048 篇，该刊最新影响因子为9.684。

从全球范围来看，水稻领域研究主要的资助来源为国家级的机构与项目，中国国家自然科学基金（NSCF）资助的研究论文有16 001 篇，排名第一；中国国家重点研发计划资助的有4 035 篇，排名第二；美国国家科学基金（NSF）资助的有1 755 篇，排名第三。全球水稻外文文献绝大部分为研究论文，有55 082 篇，其次是综述论文4 144 篇，语言类型以英语为主。

2.2 中文文献发文态势

2018—2022 年，我国共发表该领域相关中文论文24 434 篇，2018 年发文量最多，为5 440 篇；2022 年发文量为4 089 篇，发文量总体呈逐年降低趋势。我国水稻领域的论文大部分属于农作物学科，共有论文 15 672 篇，其次是植物保护，发文 4 167 篇，农业基础科学（2 339 篇）、农艺学（1 762 篇）等学科的发文量也较高。

水稻领域中文文献全部作者发文量和第一作者发文量最高的是湖南农业大学，共发表中文论文720篇，其中第一作者论文600 篇；全部作者发文量和第一作者发文量排名第二的是中国科学院，共发表论文624 篇，第一作者发文量417 篇；排名第三的是中国农业科学院，共发表论文523 篇，第一作者发文量307 篇。

中国水稻领域中文文献全部作者发文量和第一作者发文量最高的是湖南农业大学，共发表中文论文720 篇，其中第一作者论文600 篇；全部作者发文量和第一作者发文量排名第二的是中国科学院，共发表论文624 篇，第一作者发文量417 篇；排名第三的是中国农业科学院，共发表论文523 篇，第一作者发文量307 篇。

收录我国该领域文献最多的是《杂交水稻》，收录相关论文806 篇，该刊 2022 年影响因子是0.49；其次是《分子植物育种》，收录相关论文448 篇，该刊 2022 年影响因子是0.859；排名第三的是《安徽农业科学》，收录相关论文 301 篇。

我国水稻领域研究的基金资助来源机构和项目均为国家级、省部级，国家自然科学基金支持的文献有3 198 篇，国家重点研发计划支持的文献有2 883 篇，现代农业产业技术体系建设专项资金支持的文献有1 052 篇，国家科技支撑计划支持的文献有331 篇，湖南省自然科学基金支持的文献有194 篇。

2.3 发文国家（地区）可视化分析

利用可视化分析软件VOSviewer 对全球水稻研究领域国家（地区）间合作共现关系进行可视化分析，绘图时限制最大共同作者论文数上限为 25 篇，最小发文数为100 篇，一共筛选出30 个国家，以保证国家（地区）影响力的可靠性和合作共现关系的客观性。结果如图1 所示，中国、美国、印度、日本、德国、巴西、澳大利亚和巴基斯坦等国家的发文量较多；同时，他们彼此间合作也较为紧密，尤其是中国、美国、印度与巴西之间的水稻研究合作较为密切，具体体现在合作发文量、学者间紧密沟通交流等方面。因此，要实现我国水稻领域研究成果“覆盖全球”的目标，今后应注重加强与更多国家的合作和交流，共同推动全球水稻领域研究的发展。

图1 WoS 数据库水稻研究领域主要发文国家（地区）合作共现图

2.4 发文机构可视化分析

研究机构是支撑学科发展的重要平台和载体，其发文情况是衡量学术研究水平的重要指标，在一定程度上反映研究机构的科研实力，同时也可以揭示机构之间的知识流动。在文献检索中，发文机构名称存在缩写或者变更可能会导致同一单位名称表述前后不一致引起分析结果不准确，因此，在运用VOSviewer 软件进行共现分析前，对数据进行了清洗、整理，得到在水稻研究领域高产发文的研究机构分布图。如图2 所示，全球水稻领域的研究机构基本以国家及各省区农业科研院所为主，农业类高等院校为辅，主要局限于农业类高等院校与农业科研院所相互之间的合作，国内与国外机构的合作交流还不够密切。国内主要形成了以中国科学院、中国农业科学院、华中农业大学、南京农业大学、中国农业大学、浙江大学、华南农业大学、扬州大学、中国水稻研究所、湖南农业大学等机构为主的研究网络，国外主要形成以美国农业部、费萨尔巴德农业大学、国际水稻研究所、日本东京大学、西澳大学、佛罗里达大学、加州大学戴维斯分校等机构为主的研究网络。因此，国内学者应加强与国际机构间的合作，引进水稻种质资源，推动品种改良，为全球水稻可持续发展提供“中国支撑”。

图2 WoS 数据库水稻研究领域主要发文机构合作共现图

2.5 作者可视化分析与研究团队识别

作者知识图谱能直观展示识别某研究领域有影响力的研究者或研究团队，也可以反映作者在相关领域某个时间段内的研究热点和研究趋势。如图3所示，在水稻研究领域，基本形成了国内以QIAN Q、HU J、ZHU L、GUO L B、REN D Y、GAO Z Y、ZENG D L、ZHANG G H，国外以MUHAMMAD R、SHAFAQAT A 等为核心的多组团分散型研究网络格局，在作者共现网中可以看出中国水稻研究所和南京农业大学水稻研究团队较为突出。

图3 WoS 数据库水稻研究领域作者共现图

2.6 高发文出版物、高被引文献分析

由表1 可知，收录水稻研究领域论文最多的期刊是《Frontiers in Plant Science》，2018—2022 年收录该领域论文2 120 篇，该刊最新影响因子（统计均截止2023 年6 月）为 5.415；排名第二的是《Agronomy Basel》收录相关论文1 434 篇，该刊最新影响因子为3.635 ；排名第三的是《Science of the Total Environment》收录相关论文1 048 篇，该刊最新影响因子为9.684，为 TOP10 出版物中影响因子最高的期刊。表2 展示的是水稻研究领域外文文献被引次数TOP10 的文献，其中排名第1 和第2 的文献交叉引用次数超过了1 200 次。

表1 水稻研究领域外文文献发文量 TOP10 出版物

表2 水稻研究领域外文文献被引次数TOP10

2.7 研究热点分析

利用Cite Space 软件[13]对全球水稻的学科研究前沿进行自动聚类和共被引分析。知识基础是由共被引文献集合组成的，而研究前沿是由引用这些知识基础的施引文献集合组成的；同理，在Cite Space中，一个学科的研究前沿表现为涌现的施引文献群组，因此在数据库检索到的文献数据相对于它们引用的参考文献来说即为研究前沿。Cite Space 依据网络结构和聚类的清晰度提出了模块值（简称 Q 值）和平均轮廓值（silhouette，简称 S 值）2 个指标，它可作为评判图谱绘制效果的依据。Q 值一般在区间[0，1)内，Q ＞0.3 说明划分出来的社团结构是显著的。该研究选择了时间线图以及可显示节点信息量最多的年轮表示法，结果如图4 所示。全球水稻研究领域在2018—2022 年高被引论文形成的聚类中，显著度较高的聚类有 10 个， 分别为cadmium（镉）、genome editing（基因组编辑）、 silicon（硅）、biochar（生物炭）、brown planthopper （褐飞虱）、domestication（驯化）、grain size（籽粒大小/粒型）、salt stree（耐盐性）、fertilization（施肥、受精）、CRISPR/Cas9（一种基因编辑技术）等。

图4 2018—2022 年水稻领域研究文献共被引时间线谱图

由图5 可知，2020—2022 年的研究前沿主要集中在“有机施肥（organnic fertilization）”“无机砷（inorganic arsenic）”“ 覆 盖 作 物（cover crop）”等方向上；2018—2019 年的研究前沿主要集中在“空气污染（air pollution）”“连续萃取（sequential extraction）”“单 核 苷 酸 多 态 性（single nucleotide polymorphisms）”“炭储量（carbon storage）”等方向上。2019—2020 年的研究前沿主要集中在“育性恢复（fertility restoration）”“土壤氮（soil nitrogen）”“叶绿体（chloroplasts）”等方向上。由此可知，近5 a 来，水稻研究领域重点关注于产量提升、水稻重金属低积累、多抗等领域。

图5 2018—2022 年WoS 中水稻研究领域突现词图谱

由图6 可知，2018—2022 年间全球水稻领域形成了5 个聚类：聚类1 为红色，重要的热点词有rice（水稻）、expression（表达）、 identification（鉴定）、tolerance（耐受）、resistance（抗性）、drought stress（干旱胁迫）、evolution（进化）、gene（基因）、Arabidopsis（拟南芥）等；聚类2 为绿色，重要的热点词有 growth（生长）、wheat（小麦）、yield（产量）、grain-yield（粮食产量）、soil（土壤）、fertilization（施肥，受精）、nitrogen（氮素）、responses（反应）等；聚类3 为紫色，重要的热点词有 photosynthesis（光合作用）、salinity（盐度）等；聚类4 为黄色，重要的热点词有 accumulation（累积）、cadmium（镉）、water（水）、heavy-metals（重金属）、plants（植物）、biochar（生物炭）等；聚类5 为蓝色，重要的热点词有 qualiity（品质）、temperature（温度）、biomass（生物量）、rice straw（稻草）、rice husk（稻壳）、performance（性能）等。

图6 2018—2022 年基于关键词共现的水稻领域研究热点聚类

3 小结与讨论

以全球水稻领域外文及国内中文文献数据为基础，利用文献计量法对该领域国内外研究现状、发展态势进行了分析，包括整体发展趋势、主要发文国家（地区）、重点研究机构、出版物分布、基金资助来源、文献类型等，基于文本聚类、共被引等算法挖掘了该领域的研究前沿、研究热点。

（1）国内外对水稻领域的研究一直有着较高的关注度，全球水稻领域发文量一直处于上升趋势，中国在水稻领域研究有着绝对的优势并且文献影响力逐渐提升，美国、印度在该领域也有较多的研究成果；中国科学院常年发文量排第一，中国农业科学院也具有较强的实力；外文文献发文量排名前3的 期 刊 是《Frontiers in Plant Science》《Agronomy Basel》《Science of the Total Environment》；高 被 引前3 的文献为《Shifting the limits wheat research and breeding using a fully annotated reference genome》《The global burden of pathogens and pests on major food crop》《Genomic variation in 3010 diverse accessions of Asian cultivated rice》；水稻研究领域多涉及植物、环境、农艺、食品科学、分子生物、土壤以及应用微生物学等学科。

（2）通过对国内中文文献分析得知：近几年随着水稻领域学科研究的发展、研究论文质量的提升，我国国内文献的发文量从 2018 年的5 440 篇降至 2022 年的4 089 篇，发文量总体呈降低趋势。发文机构大多都是农业类高校和科研机构，扬州大学、长江大学、中国科学院大学以及浙江大学等非农业类科研院所与综合性高校也开展了相关研究且成果丰硕，可见我国对水稻的重视程度很高。收录我国该领域文献最多的是《杂交水稻》，其次是《分子植物育种》，并列第三的是《安徽农业科学》，TOP 20的期刊中影响因子最高的是《环境科学》，2022 年影响因子为3.648，收录该领域论文153 篇。

（3）研究利用Cite Space 软件对全球水稻的学科研究前沿进行自动聚类和共被引分析，获得2018—2022 年全球水稻领域研究前沿为：cadmium（镉）、genome editing（基因组编辑）、silicon（硅）、biochar（生物炭）、brown planthopper（褐飞虱）、domestication（驯化）、grain size（籽粒大小/粒型）、salt stree（耐盐性）、fertilization（施肥、受精）、CRISPR/Cas9（一种基因编辑技术）；基于 VOSviewer 软件关键词共现聚类图筛选出2018—2022 年全球水稻的研究热点为：rice、growth、yeild、expression、quality、fertilization、Arabidopsis、nitrogen、identification、soil。

习近平总书记强调，要加强农业与科技融合，加强农业科技创新，科研人员要把论文写在大地上，让农民用最好的技术种出最好的粮食，要围绕保障粮食安全和重要农产品供给集中攻关，实现种业科技自立自强、种源自主可控，用自己的种子保障我国粮食安全[14]。水稻种业的发展趋势主要体现在提高单产、改良品质的目标以及充分利用分子标记、基因编辑、全基因组等现代生物技术手段上，培育优质、高产、多抗、广适、少施肥、少打药、耐瘠薄的绿色轻简化突破性水稻新品种，建立高效水稻基因型与表型的精准鉴定平台与鉴定规程，创制一批集高产、优质、多抗、广适、重金属低积累、水肥高效利用的种质资源[15]。

全球都在密切关注水稻种业的发展趋势，了解全球以及国内水稻研究领域的现状与热点对未来的水稻研究具有重要的现实指导意义。文献计量学是分析文献特征和发展趋势的有效方法，对于提高研究效率有一定的帮助。然而，在文献研究的数据形式上还需要拓宽，缺少一些关于水稻研究领域的专利、技术标准、人才培养、申请项目之类具有团队竞争力的评价分析和基于相关模型[16]对水稻特定研究方向的潜力分析，故今后将进一步拓宽学科知识服务边界，以期为水稻全领域发展提供更多的知识服务。