基于CiteSpace竹子功能性状研究的可视化分析_胡德越.pdf

竹子学报，（）：收稿日期：基金项目：国家自然科学基金（）；聊城大学博士科研启动基金（）；横向课题（）作者简介：胡德越，硕士研究生，从事景观生态方向研究。：。通讯作者：赵红霞，讲师，博士，从事园林规划设计、园林植物与微气候等研究。：基于 竹子功能性状研究的可视化分析胡德越，李 丹，张忠峰，李 霞，张仲超，路兴慧，赵红霞（聊城大学 农学与农业工程学院，山东 聊城；山东农业工程学院 创新创业学院，山东 济南；山东兴润园林生态股份有限公司，山东 肥城）摘 要 植物功能性状体现植物与环境的密切关系，能够对不同环境作出相应的影响或响应。以中国知网作为数据来源，利用 对竹子功能性状的研究进展、热点和趋势以及主要力量进行可视化分析。结果显示，研究力量以中国林业科学研究院、国际竹藤中心和南方各大林业高校为主，团队内部交流较为密切，但团队之间合作较少，跨地域、机构合作有待加强。关键词中观赏竹、生物量、毛竹林、竹纤维、土壤养分、干旱胁迫等中心性较高，应该重点关注；研究热点主要集中于光合作用、根际土壤养分以及抗逆性。竹子功能性状领域的研究方法已经趋于完善，随着全球气候变化日益严峻，通过竹子功能性状反应所处气候的变化以及群落生态系统功能可能是未来该领域的热点。关键词；功能性状；竹子；可视化分析；热点 ，（，；，；，），（），（），；植物功能性状体现了植物与环境的密切关系，是植物与环境因子相互作用的结果，不仅影响生态系统，还能做出相应的反馈。植物的功能性状之间也可以相互影响和协同来体现对环境的适应程度。功能性状揭示了植物在生态系统功能方面的生态指示作用，与生态系统过程和功能密不可分。植物功能性状与植物体新陈代谢的特定阶段以及生态系统的特定功能关系密切，研究范围已经从个体延伸到生态系统多个层次，拓展到生态学的多个领域，并且成为生态学研究的热点。是由美国德雷塞尔大学（）陈超美教授开发，对文献进行深入挖掘、分析和可视化的分析软件。该软件综合了信息可视化方法、文献计量方法和数据挖掘算法，兼具“图、谱”的特征，侧重于分析学科研究前沿热点、主题演化趋势、以及探测知识基础之间的关系，可以从分时、动态、多元等多个视角对文献进行分析。竹子是禾本科竹亚科植物，世界范围内约有 属 种。我国竹子资源丰富，种类繁多，分布广泛，是名符其实的“竹子王国”。竹子具有繁殖迅速、生长期短、观赏性高、生态效益优良等特点，并且能够通过构型的系统演化对多样的环境作出响应。目前，竹子功能性状领域的发文量日益增多，但是鲜见竹子功能性状宏观综述统计的报道。使用 对竹子功能性状相关文献的作者、机构、关键词进行分析，了解国内的发展趋势、研究趋势和热点等内容，为后续竹子功能性状领域的研究提供参考。数据来源及分析方法 数据收集植物功能性状分类方法很多，该文按照地上性状和地下性状以及软性状和硬性状来确定主题词。以中国知网（）数据库数据为来源，输入检索条件：（主题）竹（主题）地上（主题）地下（主题）根（主题）叶（主题）光合；总库：中文；时间跨度为 年，人工去除明显不相关、报纸、会议通知、声明等，以 格式从知网导出。经过 软件进一步去重，最终纳入 条。数据处理将经过筛选的文献，导入 ，设置参数时间分段为 年，采用 分区法；节点类型（）：作者（）、机构（）、关键词（）。在知识图谱中，节点的大小代表它的出现频次，节点间的连线粗细表示它的联系程度。结果与分析 发文量分析年文献发表数量随着时间的变化总体呈递增趋势（图），年间，竹子功能性状研究经历平稳发展快速增长波动增长 个阶段。由图 可知，年之前国内对该领域的关注度相对较弱，年均发文数量在 篇以下，研究内容主要集中在光合作用方面，尚处于起步阶段；年关注度快速上升，在不断探索中拓展了竹子功能性状领域的研究范围，发文量呈持续增加态势，为该领域的后续研究奠定了基础；年处于波动增长阶段，该阶段出现大量文献，这表明该研究领域已得到国内研究学者的广泛关注，研究内容和方法趋向成熟。预测未来竹子功能性状领域的研究热度将持续下去。发文作者分析国内发文作者分析图谱共有节点 个，连接 个，网络密度为 （图）。发文较多的是陈双林，频次为 次，郭子武频次为 次，范少辉频次为 次，郑郁善频次为 次，刘广路频次为 次，发文 竹子学报第 卷图 年竹子功能性状相关研究年发文量折线图 量在 篇以上的有李迎春、丁雨龙、杨清平、荣俊冬，还有 位作者发文量在 篇以上。近几年国内主要针对竹子功能性状研究的团队有 个，分别为中国林业科学研究院、国际竹藤中心、福建农林大学的研究团队。其中，陈双林主要侧重竹子的培育生产方面的研究，如人工促进栽培措施对小佛肚竹（）秆形变异的影响研究、现代竹业栽培的土壤生态管理；范少辉研究毛竹（）向杉木（）林扩展对土壤养分含量及计量比的影响、不同密度毛竹林土壤质量综合评价；郑郁善研究竹林栽培与生态，如杉木毛竹混交林的毛竹地下鞭根结构特征研究、沿海沙地小叶龙竹（）林凋落物分解及养分归还动态。从图中可以看出，团队内部之间交流较多，但团队之间合作较少，这种情况不利于竹子功能性状研究领域的协同创新和持续发展。图 作者合作图谱 主要研究机构分析研究机构可以了解国内竹子功能性状研究的主要力量，有益于机构之间的合作交流。由图 可知，中国林业科学研究院是中国竹子功能性状研究领域的带头力量，在竹子功能性状领域方面研究比较成熟。从地域上看，发文量较多的研究机构主要集中在南方，这应该与南方竹子的种类和数量较多有关。第 卷第 期胡德越等：基于 竹子功能性状研究的可视化分析 图 发文量前 的机构 关键词分析 关键词共现分析 分析关键词有助于挖掘该领域的研究热点及核心内容。由 分析得出竹子功能性状领域关键词图谱共有节点 个，连接 个，网络密度为 （图）。最大关键节点为“毛竹林”，研究内容为“生物量”“土壤养分”“净光合速率”“碳储量”等；其次节点为“生物量”，研究内容包括“毛竹林”“光合作用”“土壤养分”“丛生竹”“净光合速率”等。根据图，研究主要集中在 个方面：（）竹类植物光合特性一直备受关注，通过光合作用实现有机物质的合成、能量储存及转化。同一竹种光合作用效率、光合生产能力以及光保护等生理过程产生差异可能与环境异质性有关；对不同类型竹种光合特性比较研究表明不同竹种净光合速率之间存在着显著差异，蒸腾速率、气孔导度与净光合速率关系最为密切；竹种净光合速率与叶面温度、胞间 浓度、空气湿度、的浓度、光合有效辐射强度等生理生态因子之间存在着一定的相关性；（）地下鞭根系统是竹林生长发育的基础，吸收运输矿物营养、水分的同时，通过竹鞭在竹株之间的横向运输来维持养分的平衡。与毛竹林中的细根相比，毛竹阔叶树混交林中的毛竹细根分布更趋向于上层土壤，且比根长、根系生物量密度也明显增加；在实现种群扩张时，毛竹细根性状会对不同的环境作出响应，具有明显的可塑性，且 细根的资源利用能力比 细根更强，说明细根对于毛竹的生长非常重要。（）水分胁迫会诱导植物体内进行各种生理生化反应，限制光合作用，呼吸紊乱，导致代谢过程异常，以致植物受害。随着水分胁迫程度加强，毛竹幼苗的净光合速率、蒸腾作用下降明显，同时叶绿素 和叶绿素 含量也明显下降，说明各生理指标之间存在着一定相关性。多效唑可提高干旱胁迫下毛竹实生苗的根系活力和光合速率，减少干旱胁迫的危害。在网络图谱中，中心性是评价节点重要性的指标，尤其是高于 的节点，属于关键节点，起着枢纽的作用。具有高中心性的关键词依次为观赏竹（）、生物量（）、毛竹林（）、竹纤维（）、土壤养分（）、干旱胁迫（），学者应该重点关注。竹子叶功能性状、根际土壤以及抗逆性研究相关关键词，出现频次都相对较高，这说明竹子功能性状的个体研究已比较完善，且已经受到了科研人员的广泛关注。而毛竹林频次相对于其他竹种频次高的主要原因在于毛竹在我国分布最广，经济、生态和社会效益俱佳，生长快、产量高、用途广、再生能力强，在竹产业中地位尤为重要。随着竹产业的逐步发展，社会对于竹材（笋）的需求逐步扩大，观赏竹也越来越多地应用到城市绿化中，越来越多的竹种进入到学者研究的视线中，未来对于竹子功能性状的研究将会更加细致完善。关键词聚类分析 基于关键词共现分析，利用 算法提取关键词标签进行聚类分析，关键词聚类图谱中包括 个节点，条连线，得到 个聚类标签。分析得到聚类模块性指数 值（）为 ，聚类轮廓性指数 值（）为 ，依据评判原则说明此聚类结构显著，聚类效果明显合理。关键词聚类图谱中有多个聚类重叠，说明聚类间联系紧密，即竹子功能性状相关研究虽然有差异，但主题集中。排名前 的聚类模块包含的关键词见表。关键词突现分析 关键词突现分析是通过筛选不同时间段频数显著增加的关键词，进而了解该时间段较为热点的研究，分析该领域研究热点的演变（表）。共有 个关键词，按关键词首次出现时间顺序排序，结合年发文量分析，将竹子功能性状研究按时间顺序分为 个阶段：（）起步阶段（年），出现 竹子学报第 卷图 关键词共现图谱 表 关键词聚类 聚类标签 参数聚类轮廓主要关键词（）叶绿素荧光叶绿素荧光；光合作用；光合特性；观赏竹；低温胁迫 毛竹林毛竹林；生物量；多样性；土壤肥力；含水率 土壤呼吸土壤呼吸；土壤养分；土壤有机碳；凋落物；地表稻草覆盖 光合色素光合色素；抗氧化系统；膜脂过氧化；四季竹（）；抗氧化酶 梁山慈竹（）梁山慈竹；丛生竹；生态系统；撑绿竹（）；差异表达基因 竹纤维竹纤维；竹炭纤维；功能化；纤维制备；吉林化纤 竹类植物竹类植物；克隆整合；紫耳箭竹（）；多效唑；化感作用 散生竹散生竹；单轴型；地下茎；形态特征；生长特性 光合作用光合速率；丙二醛；光照强度；盐分胁迫；缺苞箭竹（）个突现词，平均时间跨度为 ，平均突现性为 ，该阶段突现关键词持续时间较长，其中以郑郁善为核心的研究团队研究发现，毛竹杉木混交林能改善土壤的理化性质，提高土壤肥力，具有经济生态效益，且合理的混交林结构才能充分发挥其优越性，为后续的研究与发展奠定了基础。（）快速发展阶段（年），出现 个突现词，平均时间跨度为 ，平均突现性为 ，该阶段突现关键词中突现性最强的且持续时间最长的是竹炭纤维，用竹炭纤维制成的织物可以吸附各种异味以及甲醛等，该纤维的面世扩大了竹材的使用途径，是造成这个阶段竹子功能性状文献大量增加的主要原因之一。（）缓慢增长阶段（年），出现 个突现词，平均时间跨度为 ，平均突现性为 。该阶段持续关注“转录组”“基因表达”“表达分析”等方面的研究，这是因为植物通过细胞的定向分化与伸展，最后形成由细胞壁所包被的完美形态，细胞形态的变化对于生物与非生物信号的应答也起着非常重要的作用。对于竹类植物速生的特性研究表明竹子速生过程中形态的变化与细胞的分裂、伸展密切相关，同时与内源激素的平衡调节、功能蛋白的表达量有关。这个阶段以高志民为核心的研究团队做了大量的研究，发现 基因及其家族成员在细胞生长发育过程中的作用机制，验证其功能，从分子水平揭示了竹子的速生机制，该阶段的研究内容更加具有针对性和创新性。第 卷第 期胡德越等：基于 竹子功能性状研究的可视化分析 表 关键词突现信息 关键词突现性开始结束关键词突现性开始结束混交林 膜脂过氧化 叶面积指数 单轴型 竹炭纤维 小蓬竹（）保健功能 化学成分 缺苞箭竹 竹纤维 节肢动物群落 低温胁迫 针织物 毛竹林 光合作用 重金属 铺地竹（）产品设计 生长规律 常绿阔叶林 生物学特性 转录组 生理指标 氮沉降 水源涵养 基因表达 原核表达 快速生长 立地条件 地被竹 基因克隆 净光合速率 四季竹 环境因子 抗氧化酶 叶绿素荧光 土壤呼吸 毛竹扩张 孝顺竹（）竹类植物 光合色素 光合特性 叶绿素荧光参数 化学计量 反射光谱 表达分析 碳储量 带状采伐 散生竹 关键词时区分析 时区图能年够动态观察研究热点的演化趋势，进而对未来的发展作出合理地预测。基于关键词共现分析，绘制关键词时区分析知识图谱（图），可直观地反映出竹子功能性状领域 热点的演变趋势。对竹子光合作用以及根际土壤的研究始终是热点方向，如 年出现的关键词光合作用、土壤养分、土壤微生物、混交林、毛竹林、叶面积指数，年的光合特性、叶绿素含量、光合速率，年的叶绿素、净光合速率、地下茎，年的土壤有机碳，年的叶绿素荧光、土壤肥力，年的日变化，年的土壤呼吸，年的叶绿素荧光参数、光合生理、光合色素、根系活力。从 年出现的关键词缺苞箭竹开始，扩大了竹子功能性状研究的种类，毛竹不再是该领域的唯一研究热点竹种。年关键词干旱胁迫的出现，标志抗逆性的研究兴起。年这个阶段关键词的数量大幅度下降，说明该领域的关键词经过一段时间的爆发之后，创新性的研究热点开始减少。结论与展望该文借助 软件，对 年中国知网中关于竹子功能性状研究的 篇文献进行知识图谱分析。结果表明：（）年发文量研究领域整体呈持续上升的趋势，经过平稳发展快速增长波动增长 个阶段的发展，研究内容愈加规范化和系统化，研究方法更具针对性和创新性。（）研究力量主要集中于各大林业高校，存在团队内部合作密切、团队之间鲜有合作的现象。（）关键词分析显示，研究竹种从以毛竹为主，到缺苞箭竹、四季竹、小蓬竹、地被竹、梁山慈竹以及美丽箬竹（），竹种发生巨大变化，经济生产不再是研究的唯一动力，景观营造、生态修复的竹种陆续进入学者的研究视线之中。竹子学报第 卷图 关键词时区图 综上所述，对近 间竹子功能性状领域的文献进行可视化分析得出，竹子功能性状领域研究方法比较完善，学者们从各个角度研究竹子功能性状对环境的响应以及影响。未来，对竹子培育栽植、地下鞭根系统、生态修复方面的研究仍然尤为重要。预测随着全球气候变化日益严峻，通过不同竹子功能性状反应所处气候的变化以及群落和生态系统功能可能是未来该领域的热点。参考文献 ，：，（）：，（）：孟婷婷，倪健，王国宏 植物功能性状与环境和生态系统功能 植物生态学报，（）：刘晓娟，马克平 植物功能性状研究进展 中国科学：生命科学，（）：雷羚洁，孔德良，李晓明，等 植物功能性状、功能多样性与生态系统功能：进展与展望 生物多样性，（）：张灿灿，孙才志 基于 的水足迹文献计量分析 生态学报，（）：陈悦，陈超美，刘则渊，等 知识图谱的方法论功能 科学学研究，（）：张增可，王齐，吴雅华，等 基于 植物功能性状的研究进展 生态学报，（）：童亮，李平衡，周国模，等 竹林鞭根系统研究综述 浙江农林大学学报，（）：高贵宾，吴志庄，潘雁红，等 异质环境条件下美丽箬竹的形态可塑性 安徽农业大学学报，（）：陈双林，杨清平，郭子武 人工促进栽培措施对小佛肚竹秆形变异的影响研究 林业科学研究，（）：陈双林，萧江华 现代竹业栽培的土壤生态管理 林业科学研究，（）：范少辉，申景昕，刘广路，等 毛竹向杉木林扩展对土壤养分含量及计量比的影响 西北植物学报，（）：范少辉，赵建诚，苏文会，等 不同密度毛竹林土壤质量综合评价 林业科学，（）：郑郁善，王舒凤 杉木毛竹混交林的毛竹地下鞭根结构特征研究 林业科学，（）：郑郁善，荣俊冬，陈礼光，等 沿海沙地小叶龙竹林凋落物分解及养分归还动态 福建农林大学学报（自然科学版），（）：姜卓希，杨婷，王雨，等 基于 知识图谱的中医药防治痛风病研究可视化分析 世界中医药，（）：高贵宾，钟浩，吴志庄，等 美丽箬竹光合和荧光特性对异质环境的响应 生态科学，（）：第 卷第 期胡德越等：基于 竹子功能性状研究的可视化分析 吴志庄，杜旭华，熊德礼，等 不同类型竹种光合特性的比较研究 生态环境学报，（）：黄真娟，江洪 安吉毛竹春秋季光合特性及碳同化量 福建林业科技，（）：周本智，傅懋毅 竹林地下鞭根系统研究进展 林业科学研究，（）：刘骏，杨清培，宋庆妮，等 毛竹种群向常绿阔叶林扩张的细根策略 植物生态学报，（）：刘广路，刘希珍，李雁冰，等 毛竹向撂荒地扩展过程中细根性状变化特征 热带作物学报，（）：吴志华，曾富华，马生健，等 水分胁迫下植物活性氧代谢研究进展（综述）亚热带植物科学，（）：应叶青，郭璟，魏建芬，等 干旱胁迫对毛竹幼苗生理特性的影响 生态学杂志，（）：杨丽芝，潘春霞，邵珊璐，等 多效唑和干旱胁迫对毛竹实生苗活力、光合能力及非结构性碳水化合物的影响 生态学报，（）：杨校生，吴良如，李正才，等 毛竹林经济和生态公益价值综合评价 以浙江省湖州市为例 竹子研究汇刊，（）：吴伟光，曹先磊 毛竹林经营投入产出关系与经营效益分析 南京林业大学学报（自然科学版），（）：郑郁善，陈礼光，洪伟 毛竹杉木混交林生产力和土壤性状研究 林业科学，（）：，（）：方楷，杨光耀，杨清培，等 毛竹成竹过程中内源激素动态变化 江西农业大学学报，（）：，（）：高志民，陈颖，胡陶，等 绿竹 基因的分子特征及其表达分析 热带亚热带植物学报，（）：竹子学报第 卷