基于CiteSpace 的荒漠草原群落多样性文献计量学分析

杨 鼎，张璞进，刘欣超，闫晓红，常 虹，伊风艳

（1.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；2.农业农村部草食家畜健康养殖与畜产品品质调控重点实验室/内蒙古自治区草食动物营养科学重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010031；3.中国农业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特 010010）

荒漠草原是草原向荒漠过渡的旱生化草地生态系统，处于半干旱与干旱区的边缘地带［1-2］，是亚洲中部特有的、最具旱生性的草地类型，也是易受气候变化和人类活动共同影响的脆弱生态带［3-4］，主要由旱生丛生小禾草组成，常混生大量旱生小半灌木，并在群落中形成稳定的优势层片。 荒漠草原植物群落的种类组成、群落类型及其结构和功能的独特性显示出了该生态系统的脆弱性，进而导致其对气候变化十分敏感［5］。 随着全球气候变暖，降水格局变化使荒漠草原生态系统的稳定和安全更加受到威胁［6］。 近几十年来，荒漠草原的生物多样性正以前所未有的速度丧失，生态功能下降，荒漠化形势严重，已对经济、社会、农业生产的可持续发展构成威胁［7］。 伴随着全球变暖等环境问题发生，对荒漠草原生态系统的保护与利用，已经成为影响当地生态保护和经济发展的重要课题［8］。

群落多样性是指生物群落在组成、结构、功能和动态方面表现出的丰富多彩的差异［9］。 群落的生态特性、 种内种间的相互关系以及生物与环境的相互作用等综合作用形成了群落分布格局，群落分布格局是组成群落的个体在其生活空间中的布局或位置状态［10］。 影响荒漠草原群落的因素众多，气候、植物、微生物［11］、动物［12-13］以及人类生产活动（如光伏电站［14］）都是重要的影响因素［15］。 鉴于此，国内外学者从植物种间关系［16-18］、凋落物分解［19-20］、外源物添加［9，21］、围封［22-23］以及放牧管理［24-25］等方面为切入点， 对荒漠草原群落多样性开展了大量的研究。

文献计量分析是科学文献在其各自研究领域中影响的定量度量［26］， 是运用数学和统计学的方法，以文献体系和文献计量特征为研究对象来定量分析文献情报，从多维度客观定量地梳理学科的研究概况、发展动态及发展趋势，挖掘研究热点［27］。目前，通过文献计量方法分析不同领域研究情况和发展趋势是一种有效的途径和方法，已广泛应用于各个学科。 本文采用文献计量学分析软件CiteSpace（6.1.R3）［28］，对Web of Science（以下简称WOS）核心数据集1991 年1 月至2022 年12 月收录的荒漠草原群落多样性研究相关文献进行归纳分类，从各年度发表论文数量、论文引用情况、论文作者、论文发表单位、发表期刊等方面进行可视化分析，较系统地揭示目前世界范围内在荒漠草原群落多样性这一领域的研究现状及动态，对把握其未来研究方向具有一定的指导意义。

1 数据来源

英文文献以Web of Science （以下简称WOS）核心数据集发表的自然科学引文索引（Science Citation Index Expanded）为文献来源，采用高级检索方式多次检索对比。 设计检索式为“TS=（（desertgrassland or desert steppe)and （diversity））”，时间区间为1991 年1 月1 日至2022 年12 月31 日，文献类型选择“Article”。

2 分析方法

CiteSpace 是一款基于Java 语言开发的文献计量学可视化软件，其理论基础为共引分析理论（cocitation）和寻径网络算法（path-finder）等，通过对特定领域文献引文分析并绘制CiteSpace 知识图谱，将该领域的演进历程集中展现在一幅引文网络图谱上，并能标识出引文节点文献、共引聚类表征研究热点等信息［29］。

剔除通过WOS 检索到的文献中的重复文献、会议论文、学位论文，以“plain text file”格式导出。并通过CiteSpace 6.1.R3 对文献数据进行数据格式转化及可视化分析；文献分析内容包括：①文献发表数量随年度变化趋势、期刊、作者的文献发表数量；②通过被引文献合作图谱，发现研究领域国家、研究机构、学者的社会关系，进而评价期刊、国家、研究机构和作者的学术影响力。 ③关键词共现图谱。 一般认为，两个关键词在同一篇文章中出现的次数越多，则代表这对关键词关系越紧密（远近距离越短）。 统计一组文献的关键词两两之间在同一篇文献出现的频率，可以形成由这些词对关联组成的共现网络，网络节点之间的远近反映主题（关键词）内容的亲疏关系，被称为共现分析［30］。通过关键词共现图谱，分析研究热点，突出关键节点及重要连接；并通过突现词（burst term）分析研究热点的演变［29］。 中心性（centrality），亦称中介中心性，体现该指标的重要性及与其他节点联系的紧密性，高中介中心性的节点通常是连接不同热点之间的关键枢纽［31］，可被看作是该研究领域的关键点、转折点、触发点［28］。

3 结果与分析

3.1 文献发表数量随年度变化趋势及与期刊背景分析

通过WOS 对荒漠草原群落多样性研究领域1991 年1 月—2022 年12 月英文文献进行数据采集，共采集发表论文1 122 篇，对年发文量进行数据分析，结果显示：该领域文献的年发文量整体呈上升趋势（见图1）。2016—2021 年文献发文量呈现激增趋势， 仅2021 年的发文量即为131 篇， 接近2016 年发文量（44 篇）的3 倍，由此说明荒漠草原群落多样性的研究越来越受到国内外学者的广泛关注。 其中期刊Journal of Arid Environments 发文数量为76 篇，是发文量最多的期刊（见图2）。

图1 1991—2022 年论文发表量变化趋势

图2 发表论文数量前5 名期刊

此外， 对研究作者发文数量进行统计分析得出：韩国栋教授团队发文量位列第一，为21 篇；其次为Scott L.Collins，发文量为15 篇；位居第三、第四和第五的分别为张宪洲、左小安、武建双，发文数量均为10 篇（见图3）。

图3 发文数量最多的前5 名作者

3.2 国家、研究机构被引分析

3.2.1 国家

应用CiteSpace（6.1.R3），以国家为节点，进行国家发文被引量共现分析，分析得到英文发文被引次数排名前5 位的国家，分别为中国、美国、德国、澳大利亚和俄罗斯。对引用量和中心性进行分析发现，发文引用次数最多、中心性最高的国家都为中国，引用量和中心性分别为446 和0.34，其次是美国，引用量和中心性分别为365 和0.22，第三是德国，引用量为59，中心性为0.14，由此说明我国在该领域研究水平已经达到世界领先水平（见表1）。

表1 英文文献引用次数排名前5 名的国家

3.2.2 发文研究机构分析

发文机构合作图谱中圆形节点代表研究机构，节点圆面积大小与该机构发表的文献引用数量成正比， 各节点间的连线表示合作发表论文情况，连线长度与合作关系紧密程度成反比。 分析结果显示，全球总计322 个发文研究机构，累计发文被引次数前5 名的机构分别为中国科学院、中国科学院大学、新墨西哥大学、内蒙古农业大学以及宁夏大学。 中国科学院因具有213 次的引用量、最大节点圆面积和0.56 的中心性，影响力居世界首位，其次是中国科学院大学。 前沿研究机构中，国内研究机构节点间位置紧凑且距离较近，说明国内研究合作紧密，但与国外机构研究合作较少，与国外机构节点间距离较远，形成明显的国内、国外界限（见图4）。 总体来说，我国在该领域的研究规模和水平居世界领先水平，今后需加大国际合作，以进一步提升国际影响力。

图4 发文被引次数最多的前5 名机构

通过CiteSpace 软件将作者、 研究机构与被引文献同时进行可视化共现分析，分别得到各研究机构、研究团队的优势研究领域（见图5）。 图5 呈现了以研究领域节点为中心，围绕着若干相关研究机构和研究团队（作者）卫星节点。其中距离研究领域节点越近、节点面积最大的卫星节点，可作为该热点领域的优势研究机构或研究团队。 由图5 可知，每一个研究机构的重点研究方向众多， 且不尽相同，但也有重合。中国科学院研究内容广泛，以奇瓦瓦沙漠 （#1-Chihuahuan Desert）、 青藏高原北部(#4-northern Tibetan plateau)、土壤表层优势古细菌（#5-dominant topsoil archaea）、植物群落类型（#8-plant community type）为主要研究内容，代表团队为左小安团队；内蒙古农业大学主要以气候变化下氮沉降对荒漠草原群落多样性影响为主要研究内容，代表团队为韩国栋团队；新墨西哥大学则主要以荒漠草原群落结构长期动态变化为主要研究内容（见图5）。

图5 研究机构/团队重点研究领域聚类分析

3.3 关键词热点分析

3.3.1 共现分析

关键词高度概括了文献核心内容， 因此高频关键词可以显示出某一研究领域的热点研究领域、研究方向和研究热点。 应用CiteSpace 提取文献关键词，得到1991 年1 月—2022 年12 月年英文文献被引次数排名前10 名的关键词， 分别为：①多样性（Diversity）；②草原（Grassland）；③植被（Vegetation）； ④模式 （Pattern）； ⑤生物多样性（Biodiversity）； ⑥群 落 （Community）； ⑦沙 漠（Desert）；⑧气候变化（Climate change）；⑨物种丰度（Species Richess）；⑩生态系统（Ecosystem）。 其中被引次数最多的关键词是多样性（Diversity）（见图6）。

图6 英文文献关键词被引频率前10 名

3.3.2 聚类分析

对文献关键词进行聚类分析，可以归类相近的关键词，把握研究热点和方向。应用CiteSpace 关键词聚类分析，根据出现频率和重要性，得到1991 年1 月—2022 年12 月文献关键词聚类10 个，它们分别是：修复（Restoration）、奇瓦瓦沙漠（Chihuahuan Desert）、 蒿属草原（Sagebrush Steppe）、 物种丰度（Abundance）、微生物多样性（Microbial Diversity）、生物多样性（Biodiversity）、分类学（Taxonomy）、气候变化（Climate Change）、灌丛荒漠 化（Shrub Encroachment）、土体扰动（Soil Disturbance）。

在每个聚类关键词下分多个次级聚类关键词，其中2020—2022 年间被引次数最高的次级关键词有“微生物多样性”大类下的土壤微生物群落（Soil Microbial Community，被引13 次），和“气候变化”大类下的氮添加（Nitrogen Addition，被引13 次）等。关键词聚类分析体现出该研究领域是以全球气候变暖背景下对荒漠草原进行修复，研究荒漠草原群落多样性对人为干预的响应机制为目前的主要研究内容。

4 讨论

CiteSpace 是一款基于Java 语言编写的文献计量学的可视化文献分析软件，能够分析和显示一个主题或一个学科在一定时期发展的趋势与动向，形成若干研究前沿领域的演进历程［29］。该软件已经广泛应用于草原生态研究领域文献计量分析，比如中国草地退化评价指标体系研究［32］、草地生物量遥感监测［33］和草原碳汇研究等［34］，对了解草原生态研究学术环境，把握研究热点起到了积极促进作用。 鉴于该软件具有以上优点， 本研究应用CiteSpace 分析近30 年WOS 数据库荒漠草原群落多样性相关文献信息，了解该学科历史发展进程，梳理研究机构社会关系，基于关键词聚类分析讨论研究热点和未来发展方向。

4.1 学科历史发展和研究机构社会关系

通过对近30 年国外公开发表的文献进行梳理发现，荒漠草原群落多样性相关研究发文量呈增长态势。 究其原因，是气候变化联合声明的发表以及气候变暖导致的自然灾害等引起的， 尤其是2015年的厄尔尼诺现象［35］，使全球气候变化受关注程度达到前所未有的高度， 以至于2016—2021 年荒漠草原群落多样性研究在全球范围内处在一个飞速发展阶段。我国在荒漠草原群落多样性研究领域发表论文在数量上和质量上都处于世界领先水平，这得益于我国拥有广袤的荒漠草原国土面积。大部分荒漠草原集中于西藏、宁夏、新疆和内蒙古中西部等地区，而分布在以上地区的研究机构和高校通过多年来的潜心研究，在荒漠草原多样性研究上取得了瞩目的成绩。机构被引共现分析体现机构合作关系紧密程度，而机构合作具有明显国界性。 我国以中国科学院为主体，围绕以中国科学院大学、内蒙古农业大学和宁夏大学等研究机构；国外则以美国的新墨西哥大学为主要研究机构，我国的国际合作较少（见图4）。 以荒漠草原为研究对象，决定了研究机构具有地域性的特点。 通过CiteSpace 软件将国家、作者、机构和关键词4 个元素同时进行被引共现分析， 发现研究活跃的机构都是因地制宜，就地取材，以所在区域丰富的荒漠草原地理资源作为主要研究对象并取得了成绩。

4.2 基于文献计量学分析结果的荒漠草原群落多样性研究热点及其影响因素

草原是地球上最主要的生物群落之一，各类型草原共占陆地面积的40%［36］。荒漠草原生态系统由植物、动物、昆虫和微生物构成，其中又以地上的植物群落和地下的土壤微生物群落较有代表性，是主要的群落多样性研究对象。本文基于文献计量学分析发现， 荒漠草原群落多样性研究在被引次数前10 名的关键词中，多样性（Diversity）排在首位，是目前群落多样性研究的热点。 除此之外，还有生物多样性（Biodiversity）、群落（Community）、物种丰度（Species Riches）和生态系统（Ecosystem）这些关键词。 由于荒漠草原是草原向荒漠过渡的一类草原，是草原植被中最干旱的一类草原。在全球变暖的严峻形势下，近年来（2020—2022 年）荒漠草原群落多样性的研究，还是以荒漠草原（Desert Steppe）和高山草地（Alpine Grassland）为热点，体现出地域性特点。

根据关键词被引共现分析和聚类分析，得到关键词被引量次数和聚类分析排名，其中多样性（Diversity）被引次数排名第1。不同的多样性指标和不同的空间尺度，以及人类的生产活动如放牧等影响因素，导致荒漠草原植物物种多样性与生产力的关系尚无共识。首先草地生态系统植物多样性与生物量的关系既取决于生物多样性指数的类型(或维度)，也取决于采样的空间尺度，在草地恢复和保护过程中仅提高物种丰富度是不够的，还需要降低物种均匀度以更充分地促进生产力［37］。 此外，降水格局的变化会影响荒漠草原的群落结构和生态系统功能，沿自然梯度的降水变化可以很好地解释物种丰富度和地上植物生物量（AGB），并在灌草为主的群落中诱导它们之间的正相关关系［37］。

在对2020—2022 年的关键词聚类分析中，土壤微生物群落的被引次数处于前2 位，达到13 次。作为植物土壤营养代谢的关键参与者，土壤微生物群落是荒漠草原群落多样性研究的重要组成部分。土壤生态环境中包含有植物凋落物，生活着植物种子、根系，以及动物和微生物，各成分间存在着能量和物质的交换。 而纬度、气候和植被类型是影响土壤微生物分布的关键因素。比如土壤线虫在全球范围内呈现出沿纬度的大规模分布格局，其中荒漠草原土壤线虫种类较少［38］。气候变暖可以通过改变干旱地区的土壤线虫群落来改变生态系统功能［39］。植物群落、非生物和空间因素共同决定了土壤微生物多样性。 有研究表明，植物功能性状在调节土壤细菌α 多样性方面优于植物α 多样性［40］。 凋落物组成与土壤水分对土壤微生物具有交互作用，两者对生态系统功能具有重要的调节作用［41］。 此外，降水格局的变化会影响荒漠草原群落结构和生态系统功能［37］；Jiao 等［42］研究发现，干旱是影响真菌丰富度、β-多样性和物种共生模式的最重要环境因子，增加干旱强度可能会降低真菌的丰富度和网络复杂性。

由气候变化导致的氮添加， 在2020—2022 年的关键词聚类分析中，被引次数处于前2 位，也达到13 次。气候变化同时也是2016 年以来荒漠草原群落多样性成为热点的主要贡献者［43］。全球变暖和氮沉降的增加共同影响生态系统的结构与功能。长期的增温和氮素添加试验（模拟氮沉降）对植物群落稳定性有显著的负向影响［44］。氮的增加导致群落稳定性下降，主要原因是优势种和普通种的稳定性下降，以及非同步种群动态下降［44］。 Liu 等［45］在长期对土壤进行氮素添加试验（模拟氮沉降）后发现，细菌群落对低水平氮输入具有一定抵抗力，但随着氮增加达到一定阈值，继续输入氮会降低细菌群落多样性。 Wu 等［46］发现氮素添加（模拟氮沉降）不仅提高了地上生物量、 凋落物生物量和根系生物量，而且上调草原植物真菌相互作用，可能会加强植物和真菌群落之间的关系。

5 结论

1991—2022 年国际荒漠草原群落多样性相关研究发文数量呈增长态势，且已经成为国际气候变化研究的热点。我国在该研究领域发表论文数量上和质量上都处于领先水平，今后需加强国际合作研究以提升学术影响力。 关键词聚类分析表明，全球气候变暖背景下对荒漠草原进行修复，研究荒漠草原群落多样性对人为干预的响应机制是目前的主要研究内容。探索荒漠草原植物多样性的影响因素和全球气候变化对荒漠草原生物多样性的影响是今后该研究领域的热点研究方向。