基于WoS和CiteSpace的綠色生態農業研究可視化分析

郭董菊,錢小鴻,楊勝英

(浙江科技學院 信息與電子工程學院, 杭州 310023)

進入21世紀以來,我國常年粗放式的農業發展方式帶來了一系列問題,環境污染與生態破壞日趨嚴重,給人們的生產生活和身體健康帶來了嚴重的影響和危害[1]。在此背景下,我國迫切需要實現農業綠色化轉型。如今,資源的使用量和持有量日益矛盾,加強綠色農業發展具有重大意義[2]。農業是產業之基,關系到全國人民的生活,基于此背景,中國實現農業綠色化轉型勢在必行[3]。綠色生態農業的發展受到諸多研究者的持續關注,由于個人研究背景和研究專長的不同,其研究成果大多呈現碎片化的特點,在深入研究該領域內部知識結構和演化脈絡上存在一定的局限性。

因此,本研究通過CiteSpace6.1.R2[4]和Web of Sciecne數據庫對2003—2022年綠色生態農業領域的相關文獻進行計量統計和可視化分析,從文獻特征趨勢、研究內容和前沿等方面展開討論,旨在呈現該領域的研究脈絡和知識架構,對該領域的研究內容做歸納總結,以便清晰、準確地展示綠色農業生態領域的研究動態和趨勢,為后續深入研究該領域提供參考。

1 數據來源與分析方法

1.1 數據來源

本研究所有樣本數據均來源于Web of Sciecne(以下簡稱WoS)核心合集數據庫,在檢索時以“ecological agriculture(生態農業)”或“green agriculture(綠色農業)”為主題詞進行檢索,共檢索到13 474條結果,國家/地區選擇“中國”,文獻類型選擇“論文”或“綜述論文”后,文獻檢索時間跨度為2003—2022年。對檢索結果進行篩查、去除重復后,共得到2 582條文獻信息,檢索時間為2022年8月13日。將其全記錄與引用的參考文獻以純文本格式導出,并導入CiteSpace6.1.R2軟件中。

1.2 分析方法

本研究所采用的數據統計和分析工具為WPS軟件和CiteSpace6.1.R2軟件。采用WPS軟件對2003—2022年綠色生態農業研究領域的發文數量及時間分布、發文出版物進行了計量統計分析。采用CiteSpace6.1.R2軟件對該領域的相關文獻進行可視化分析,該軟件是由陳超美教授團隊開發的可視化分析工具,可以把大量的文獻數據轉換為可視化知識圖譜,使人們更加直接地發現隱藏在大量數據中的信息和難以察覺的關聯關系,具有便捷、高效的特點[5-6],基于此,本研究應用CiteSpace6.1.R2軟件繪制可視化知識圖譜,對綠色生態農業研究領域的成果進行整理分析,梳理出國內在此方面的研究現狀和未來趨勢。

1.3 數據處理

本研究主要采用知識圖譜分析、聚類分析等方法對文獻進行定量分析。首先將下載好的數據文件名稱改為以“download_”開頭的格式,并將數據導入CiteSpace6.1.R2軟件中,然后在“Node Types”中分別選擇Author、Institution和Keyword進行分析,以得到相應的可視化圖譜。為了梳理綠色生態農業領域研究的基本現狀,用文獻計量學方法,對導入的2 582篇文獻從每年發表的文章數量、期刊、機構、作者和研究內容五個維度進行分析;通過發文年度分析、作者分析、期刊和機構發文情況分析,厘清綠色生態農業領域研究的演進脈絡;通過對關鍵詞分析,揭示綠色生態農業領域研究的熱點和趨勢。

2 研究現狀分析

2.1 年度發文量分析

通過統計圖表可以直觀看出該領域年度發文量情況。由圖1可知,中國綠色生態農業領域研究在2003—2022年期間總體發展迅速,并且發文量呈現逐年遞增的趨勢。圖1中藍色線代表總發文量(論文+綜述論文),橙色線代表論文發文量?？偘l文量大致分為三個階段:第一階段2003—2008年為萌芽期,在2003年僅發文一篇,為綠色生態農業領域研究打下了基礎,是綠色生態農業領域研究的始祖文章,隨后的五年間沒有發文量,可見綠色生態農業領域還沒有引起人們的關注;第二階段2009—2015年為發文量平穩增長期,研究者們開始漸漸地關注到了綠色生態農業領域,這期間論文數量隨著總發文量的增長而相應地增長,年均發文增長量為11.3篇;第三階段2016—2021年為快速增長期(剔除2022年不完整的一年),年均發文增長量為93.6篇,由此可見,研究者們對綠色生態農業領域關注度不斷增強且形成了一定的規模。

圖1 中國綠色生態農業領域相關文獻發表情況(2003—2022年)Fig.1 Literature publication of green ecological agriculture in China (2003-2022)

2.2 出版物統計

從出版物統計來看,2 582篇綠色生態農業領域相關論文出版在201種期刊上。其中出版文獻數量最多的10種出版物見表1。這10種期刊的刊登論文數量一共為745篇,占論文總數的28.85%。其中,排名前3的期刊SUSTAINABILITY(《可持續發展》)、SCIENCEOFTHETOTALENVIRONMENT(《總體環境科學》)和JOURNALOFCLEANERPRODUCTION(《清潔生產雜志》)發文量都在100篇以上,分別為153篇、127篇和102篇。通過查找期刊的大類學科可以發現,排名前10的期刊中,有7家期刊屬于環境科學與生態學。由此可以看出,大部分研究者熱衷于研究環境科學與生態學,為目前研究者的研究方向提供了一定的借鑒。

表1 2003—2022年發文量排名前10的出版物統計Table 1 Statistics of top 10 publications by publication volume from 2003 to 2022

2.3 發文機構分析

研究機構發表的論文數量及機構之間的合作關系可以反映出該領域的學術影響力,利用CiteSpace可視化軟件對2 582篇文獻進行機構發文量分析,在軟件中選擇節點類型為Institution,時間切片選擇1,Pruning選擇“Pathfinder”和“Pruning sliced networks”,其余默認,運行后得到機構合作分析圖譜,如圖2所示。由圖2可知,N(網絡節點數量)=500,E(連線數量)=1 285,網絡密度為0.010 3,這表明共有500個研究機構,生成了1 285條有節點的連線,網絡密度值為0.010 3,表明該領域眾多研究機構都產生了相應的合作關系,受到了學術界的廣泛關注,但機構間學術交流還有待加強。前五名的機構分別為Chinese Academy of Sciences(中國科學院)、University of Chinese Academy of Sciences(中國科學院大學)、China Agricultural University(中國農業大學)、Beijing Normal University(北京師范大學)和University of Michigan(密歇根大學),前五名機構的發文量均在100篇以上,占總發文數的44.3%,其中Chinese Academy of Sciences(中國科學院)這個機構的發文量為539篇,位居第一,可見該機構研究者的研究成果對該領域的研究起到了主導作用。

圖2 有關綠色生態農業發展研究的機構合作分析圖譜Fig.2 Analysis map of institutional cooperation on green ecological agriculture development research

2.4 作者合作分析

通過分析文獻的作者可以了解每位研究者的產出情況和貢獻程度,將WoS數據庫中的文獻導入CiteSpace6.1.R2可視化分析軟件中。節點類型選擇Author,時間切片選擇1,Pruning選擇“Pathfinder”和“Pruning sliced networks”,其余默認。運行后得到圖3作者合作分析圖譜,其中N=498,E=1 724,網絡密度為0.013 9。由圖3可知,在綠色生態農業發展領域,Wang J、Li Y、Zhang Y和Wang X等研究者發文量較高,均為100篇以上,其次為Liu Y、Wang J、Li X和Zhang J,發文量均為80篇以上,其中Wang Y和Li Y兩位研究者發文量均為120篇,對綠色生態農業研究領域的貢獻最大,影響力也比較深遠。

圖3 有關綠色生態農業發展研究的作者合作分析圖譜Fig.3 Co-analysis map of authors on green ecological agriculture development research

3 研究內容與發展趨勢分析

3.1 關鍵詞共現分析

對文獻中的關鍵詞進行統計分析可以概括該領域的研究熱點[7],論文中的關鍵詞是對研究內容的高度濃縮和概括,把WoS數據庫中的文獻導入CiteSpace6.1.R2軟件中,節點類型選擇Keyword,時間切片設置為1,閾值設置為T50,Pruning選擇“Pathfinder”和“Pruning sliced networks”,其余默認。運行得到N=534、E=1 908、網絡密度為0.013 4的關鍵詞共現圖譜,如圖4所示。圖4中的節點的大小與關鍵詞出現的頻次成正比,線條的多少與關鍵詞間的緊密程度成正比。agriculture(農業)、impact(影響)、management(管理)和climate change(氣候變化)4個關鍵詞出現的頻次均在200次以上,以綠色農業和生態農業作為論文數據的檢索詞,農業的詞頻出現最高在情理之中。system(系統)、model(模式)、land use(土地使用)和ecosystem service(生態系統服務)4個關鍵詞出現的頻次均在120次以上。從這些高頻詞可以看出,近20年來中國綠色生態農業領域的研究側重農業管理,重視發展農業與環境之間的和諧關系。

圖4 有關綠色生態農業領域的關鍵詞共現圖譜Fig.4 Co-occurrence map of keywords related to the field of green ecological agriculture

基于綠色生態農業領域的關鍵詞共現圖譜,為了進一步了解關鍵詞的頻次和中心性[8],本研究統計了排名前20的中心性關鍵詞,結果見表2。由表2可知,在所有關鍵詞中,中心性最高的是soil(土壤),中心性為0.11,這表明土壤與其他關鍵詞之間的關系最為緊密,其次是accumulation(堆積物)、system(系統)、heavy metal(重金屬)和maize(玉米),其中心性分別是0.09、0.09、0.07、0.07,與其他關鍵詞的緊密程度略遜一籌。關鍵詞“堆積物”的頻次排名較低,但是中心性卻排名較高,說明“堆積物”不是該領域的研究熱點,但卻是該領域多樣化的研究中心。

表2 中心性排名前20的關鍵詞Table 2 Top 20 words for keyword centrality

通過對關鍵詞中心性和頻次進行統計分析,發現研究涉及的領域不全面。目前涉及土壤研究[9]、堆積物研究[10-11]、重金屬研究[12-13]等方面,研究者們還對綠色生態農業的影響[14-15]、管理[16]和氣候變化[17]等問題進行了探討。結合表2可以發現,熱點關鍵詞主要集中在概念界定(系統[18]、生態風險[19]、管理、生物多樣性[20]、流域[21]、農業[22-23]、生物[24-25]、群落結構[26]),研究方法(消費[27]、模式[28]),研究內容(土壤、堆積物、重金屬、玉米[29]、水[30-31]、中國[32])和研究結果(挑戰[33]、質量[34]、持續性[35]、產量[36])四大研究熱點主題。

3.2 關鍵詞聚類分析

為了了解綠色生態農業發展研究的類別,在分析了關鍵詞共現圖譜的基礎上,對關鍵詞進行聚類分析,采用LLR算法(對數似然率算法)進行計算,結果見圖5。一般而言,聚類結構顯著的指標是聚類模塊值Q大于0.3;聚類合理的指標是聚類平均輪廓值S大于0.5,聚類令人信服的指標是聚類平均輪廓值S大于0.7[37]。圖5中的Q=0.791 1>0.3,S=0.908 5>0.7,可以認為圖5中的關鍵詞聚類圖譜是顯著且有一定說服力的。

圖5 有關綠色生態農業發展研究的關鍵詞聚類圖譜Fig.5 Keywords clustering map on green ecological agriculture development research

綠色生態農業領域研究關鍵詞聚類的具體信息見表3,順序是從0到13,聚類是由多個緊密相關的關鍵詞組成的集合。聚類的大小代表著聚類中所含的文獻數量,如聚類0“ecosystem services(生態系統服務[38])”的聚類大小為78,表示該聚類中包含了78條相關的文獻信息,是所有聚類中包含文獻信息最多的聚類,表明在綠色生態農業發展研究領域研究生態系統服務的文獻最多,同其他關鍵詞的聯系最密切。緊接著為聚類1“land use change(土地利用變化[39])”、聚類2“heavy metals(重金屬[40])”、聚類3“sustainable agriculture(可持續農業[41])”,聚類大小分別為70、67、57。同質性數值越大,代表聚類成員的相似性越高,如聚類12“spectral analysis(光譜分析法[42])”的同質性為0.979,為所有聚類中同質性指標最高的聚類,該聚類中的文獻信息具有較高的相似性。從表3可知,平均引用年份為2018年的聚類5“paddy field(稻田[43])”和聚類7“ecological engineering(生態工程[44])”時間距離當今最近,是近幾年綠色生態農業領域的研究熱點。

表3 綠色生態農業領域研究關鍵詞聚類信息表Table 3 Keywords cluster information table in the field of green ecological agriculture research

3.3 關鍵詞突現分析

通過關鍵詞突顯分析可以對某個領域的研究前沿和最新動態進行識別和探索,關鍵詞突顯在關鍵詞出現的基礎上,依據關鍵詞出現次數的增長率確定熱點詞匯,這些熱點詞匯與時間的關聯特點通常被視為某個領域的研究前沿[45]。圖6是2003—2022年排名前20的綠色生態農業關鍵詞突現圖譜,從圖中可以看出,在排名前20的突現關鍵詞中出現最早的是“sustainability(可持續性[46])”“management(管理[47])”“conservation(保護[48])”和“trend(趨勢[49])”,說明研究者們在研究初期更傾向于關注這幾個方面的研究?！皊ustainability(可持續性)”和“virtual water(虛擬水[50])”這兩個關鍵詞的突現強度均超過了5,說明在此期間,更多的研究者關注綠色生態農業領域這些方面的研究?！皊urface sediment(表面沉積物[51])”“environmental kuznets curve(環境庫茲涅茨曲線[52])”“sector(區域[53])”“security(安全性[54])”和“waste(浪費[55])”都是近2年來出現的突現詞,說明這些方面會成為未來綠色生態農業的研究前沿和熱點趨勢。

圖6 2003—2022年排名前20的綠色生態農業關鍵詞突現圖譜Fig.6 Emergence map of top 20 keywords of green ecological agriculture from 2003 to 2022

4 結論與展望

4.1 結 論

本研究以綠色生態農業領域研究的2 582篇文獻為研究樣本,數據來源為WoS數據庫,通過CiteSpace6.1.R2和WPS軟件進行可視化研究和計量分析,分析了綠色生態農業領域研究的基本現狀、演進脈絡、研究熱點和趨勢,得出以下結論:

1) 從年度發文量來看,綠色生態農業領域研究發表的文章數量呈增長態勢。大致分為三個階段:第一個階段(2003—2008年)為研究的萌芽期,關于綠色生態農業發展的研究內容較少;第二個階段(2009—2015年)為平穩增長期,這個時期研究者們的發文量呈現逐年遞增的趨勢,可以看出,研究者們的研究重心開始向此領域靠攏;第三個階段(2016—2022年)為快速增長時期,研究者們對該領域的關注度逐年增強,有越來越多的研究者加入進來。由此可以推測出,我國在2003年開始關注綠色生態農業研究領域,自2009年開始有了初步的發展,之后的十幾年間,研究者在此領域有了更深的建樹,為后續研究者研究此領域提供了良好的理論基礎和實際指導意義。

2) 從出版期刊來看,2582篇綠色生態農業領域的相關論文出版在201種期刊上,刊文量排名前三的期刊分別是SUSTAINABILITY(《可持續發展》)、SCIENCEOFTHETOTALENVIRONMENT(《總體環境科學》)和JOURNALOFCLEANERPRODUCTION(《清潔生產雜志》),刊文量都在100篇以上。從期刊大類來看,大部分研究者熱衷于研究環境科學與生態學。

3) 在發文機構和作者當中,以中國科學院的研究者為核心,展開相關的合作研究,大多是研究所與高等院校之間的合作,而其他機構研究者之間聯系較少,今后應該加強其他機構研究者之間的交流和合作。

4) 從高頻關鍵詞共現方面來看,生態系統、模式、土地使用和生態系統服務受到研究者們的高度關注。從關鍵詞聚類方面來看,稻田和生態工程是近幾年綠色生態農業領域研究的熱點。從關鍵詞突現方面來看,未來的研究前沿熱點集中在表面沉積物、生態環境的安全性和土地浪費等方面。國內綠色生態農業領域已經形成了較為完整的發展體系,從熱點關鍵詞開始,逐漸深入整體的發展模式中,重視生態系統、生態環境和生態工程的相互關系,為后續綠色生態農業領域的全面發展打下了堅實的基礎?，F階段綠色生態農業領域研究更注重其帶來的生態效益和經濟效益,而這也將成為目前綠色生態農業領域的研究前沿。

4.2 展 望

就研究力量而言,為了促進中國綠色生態農業領域的發展,該領域的研究機構、研究者間的學術交流有待加強。就研究范圍而言,綠色生態農業領域研究范圍較廣,由于本研究以外文文獻為主,因此后續的研究可針對國內數據庫的綠色生態農業領域相關文獻進行分析,不斷深入,增強綠色生態農業領域研究的前瞻性,拓寬綠色生態農業領域研究的思路和方法,為綠色生態農業領域研究提供理論支撐和實踐依據。