玉米莖腐病研究領(lǐng)域可視化分析

王寶寶，夏玉生，王紹新，李中建，丁 鑫，鄭書(shū)海，耿曉彬，許 洛，馮健英*

(1.石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院，河北石家莊 050041；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 作物科學(xué)研究所，北京 100081)

玉米(L.)是中國(guó)種植面積最大的農(nóng)作物，2019年玉米總播種面積約4.128 4×10hm，產(chǎn)量為2.607 7×10kg，無(wú)論種植面積或是產(chǎn)量在農(nóng)作物中均居首位。其中河北省玉米播種面積約3.408 2×10hm，產(chǎn)量為1.986×10kg，分別占全國(guó)的8.26%和7.62%(http：//www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2020/indexch.htm)。玉米莖腐病又稱莖基腐病或青枯病，是世界玉米產(chǎn)區(qū)普遍發(fā)生的一種土傳病害，也是我國(guó)玉米生產(chǎn)中的主要病害之一，在各種植區(qū)均有發(fā)生。我國(guó)莖腐病病原主要為腫囊腐霉()、禾生腐霉()和禾谷鐮孢()。該病害的發(fā)生和流行不僅極大地降低了玉米產(chǎn)量，而且病原真菌產(chǎn)生的毒素影響著食品安全，對(duì)國(guó)家玉米產(chǎn)業(yè)的安全生產(chǎn)以及國(guó)家糧食儲(chǔ)備戰(zhàn)略構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

利用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法分析預(yù)測(cè)學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)已成為各學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢(shì)分析的方法，目前鮮見(jiàn)有從文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的角度對(duì)全球玉米莖腐病研究領(lǐng)域及熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行分析的報(bào)道。世界各國(guó)對(duì)于玉米莖腐病的研究總體規(guī)模十分龐大，但對(duì)于解決玉米莖腐病這個(gè)世界性難題仍有較大的提升空間。因此，了解全球玉米莖腐病研究領(lǐng)域的概況，全面把握玉米莖腐病研究的發(fā)展歷程、主題脈絡(luò)及前沿趨勢(shì)是十分必要的。鑒于此，筆者借助Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)以及中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)，萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)和維普數(shù)據(jù)庫(kù)在1980—2021年間發(fā)表的以玉米莖腐病為主題的相關(guān)文獻(xiàn)，利用Web of Science網(wǎng)頁(yè)分析工具以及文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)軟件CiteSpace，從年度、研究機(jī)構(gòu)、國(guó)家/地區(qū)、研究方向和關(guān)鍵詞共現(xiàn)詞分析等角度，闡述玉米莖腐病領(lǐng)域中相關(guān)研究的發(fā)展態(tài)勢(shì)、熱點(diǎn)問(wèn)題，以期為今后玉米抗莖腐病相關(guān)研究提供情報(bào)支撐與理論基礎(chǔ)，為研究者掌握學(xué)科當(dāng)前發(fā)展程度、科學(xué)地選擇研究方向提供參考。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域發(fā)表文章的數(shù)據(jù)獲?。耗壳埃袊?guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)、萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)、維普數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的中文期刊是國(guó)內(nèi)所有中文數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)量最大、種類最齊全的，因此該研究選擇三大數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)的來(lái)源，時(shí)間跨度為1980—2021年，主題詞為“玉米莖腐病”，同義詞為“玉米青枯病”和“玉米莖基腐病”，檢索條件為“精確”，期刊來(lái)源類別為“核心期刊”“CSSCI”以及“CSCD”，檢索時(shí)間為2021年3月，共檢索出678篇文獻(xiàn)，經(jīng)查重篩選處理對(duì)三大數(shù)據(jù)庫(kù)中重復(fù)的論文以及與主題相關(guān)性不大的論文進(jìn)行人工預(yù)處理，最后確認(rèn)得到具有代表性的研究樣本文獻(xiàn)共計(jì)385篇。

國(guó)際該領(lǐng)域發(fā)表文章的數(shù)據(jù)獲取：Web of Science是基于WEB開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，共包括8 000多種世界范圍內(nèi)最有影響力、高質(zhì)量的期刊。以Web of Science核心期刊上所能檢索到的有關(guān)“玉米莖腐病”的所有文獻(xiàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，具體檢索式為“主題=(“maize stalk rot”or“corn stalk rot”)”，時(shí)間范圍設(shè)置為“1980～2021”，選擇Science Citation Index Expanded(SCI-EXPANDED)以及Social Sciences Citation Index(SSCI)。檢索時(shí)間為2021年3月，共獲取文獻(xiàn)551篇，經(jīng)過(guò)人工排重去除新聞報(bào)道、會(huì)議等篩選后為488篇。題錄保存為其他格式文件，每條題錄包括作者、機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵字及參考文獻(xiàn)等信息。

科學(xué)知識(shí)圖譜是引文分析與數(shù)據(jù)、信息可視化相結(jié)合的產(chǎn)物。它以知識(shí)為對(duì)象，顯示知識(shí)發(fā)展進(jìn)程與結(jié)構(gòu)關(guān)系的一系列圖形，挖掘、分析知識(shí)及知識(shí)之間的相互聯(lián)系。CiteSpace軟件是陳超美教授使用Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的一款信息可視化軟件?？茖W(xué)知識(shí)圖譜著眼于科學(xué)分析中蘊(yùn)含的潛在知識(shí)，并在科學(xué)計(jì)量學(xué)、數(shù)據(jù)和信息可視化中有著重要的用途。它可以提供諸多信息，如作者、機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞等共現(xiàn)分析功能。運(yùn)用CiteSpace軟件將規(guī)范化的題錄載入運(yùn)算，時(shí)間段選擇1980—2021年，時(shí)間切片設(shè)置為1，選擇尋徑網(wǎng)絡(luò)方法，以便降低網(wǎng)絡(luò)密度，提高網(wǎng)絡(luò)的可讀性。利用軟件提供的引文共被引分析和關(guān)鍵詞共現(xiàn)詞分析等功能，選擇不同主題，包括作者、機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵字、作者共被引等幾個(gè)方面，再通過(guò)聚類分析，最后調(diào)整各個(gè)節(jié)點(diǎn)大小，設(shè)置合適閾值后繪制科學(xué)知識(shí)圖譜。

2 結(jié)果與分析

玉米莖腐病領(lǐng)域研究發(fā)表論文的數(shù)量隨時(shí)間遷徙的關(guān)系，可以揭示該領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)、研究重點(diǎn)以及研究進(jìn)程，并可以預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)。

圖1表明玉米莖腐病自我國(guó)報(bào)道以來(lái)，一直是熱點(diǎn)研究問(wèn)題。1981—1988年在中文核心期刊論文數(shù)均為0。1992年以來(lái)年平均發(fā)表中文核心論文數(shù)維持在20篇左右，呈現(xiàn)波浪狀上升趨勢(shì)，玉米莖腐病領(lǐng)域相關(guān)研究將繼續(xù)保持較快的發(fā)展態(tài)勢(shì)，分為萌芽階段(1980—1991年)、波浪形發(fā)展階段(1992—2011年)、近年增長(zhǎng)階段(2012—2020年)3個(gè)階段。

圖1 1980—2021年國(guó)內(nèi)外玉米莖腐病領(lǐng)域論文發(fā)表趨勢(shì)Fig.1 Trend of published papers on maize stalk rot at home and abroad from 1980 to 2021

對(duì)Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)文章數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從中可以看出40年來(lái)，發(fā)文章數(shù)呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì)，這與中文核心期刊論文發(fā)表的趨勢(shì)相似，且近10年來(lái)，年平均發(fā)表SCI論文數(shù)保持在20篇左右，年發(fā)表論文數(shù)增長(zhǎng)迅速。

由表1可知，Web of Science 核心數(shù)據(jù)庫(kù)中發(fā)表文章數(shù)以美國(guó)最多為185篇，占到488篇總文章數(shù)的37.91%；中國(guó)次之，有68篇，占13.93%，但其中文數(shù)據(jù)庫(kù)中的核心文章數(shù)是385篇，說(shuō)明中國(guó)研究者傾向于在中文期刊上發(fā)表論文；SCI中國(guó)文章數(shù)不及美國(guó)的50%，發(fā)展空間較大，中美兩國(guó)發(fā)文占比超過(guò)國(guó)際上該領(lǐng)域發(fā)文的50%，可見(jiàn)兩國(guó)是推動(dòng)該領(lǐng)域?qū)W術(shù)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。兩?guó)對(duì)玉米莖腐病的重視程度均較高，發(fā)表文章前24名的國(guó)家基本都是農(nóng)業(yè)大國(guó)，玉米莖腐病領(lǐng)域的研究在未來(lái)依舊是世界各國(guó)科研工作者重點(diǎn)關(guān)注問(wèn)題。

CiteSpace提供了學(xué)者合作、機(jī)構(gòu)合作與國(guó)家和地區(qū)合作3個(gè)層次的研究，節(jié)點(diǎn)大小代表了作者、機(jī)構(gòu)、國(guó)家或地區(qū)發(fā)表論文的數(shù)量。該研究對(duì)玉米莖腐病文獻(xiàn)進(jìn)行了學(xué)者與機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)分析。從圖2中聚類第6分支以及表2可以看出，國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)以中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)為主，聚類關(guān)鍵詞是禾谷鐮孢，表明國(guó)內(nèi)玉米莖腐病研究以禾谷鐮孢致病菌為主；而美國(guó)、歐洲等地區(qū)以擬輪枝鐮孢以及炭腐病菌的研究為主。國(guó)內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域合作較少、聯(lián)系不緊密，中國(guó)在該領(lǐng)域核心競(jìng)爭(zhēng)力較美國(guó)有一定差距，相關(guān)研究人員應(yīng)著眼于全球玉米莖腐病的研究熱點(diǎn)，結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)展開(kāi)國(guó)際合作，促進(jìn)研究深入發(fā)展。

根據(jù)布拉德福定律(Law of Bradford，也稱文獻(xiàn)分散規(guī)律)，學(xué)科領(lǐng)域論文不規(guī)則的分布在相關(guān)的學(xué)術(shù)期刊中出現(xiàn)的頻率與其發(fā)表期刊的專業(yè)程度呈正相關(guān)。根據(jù)文獻(xiàn)分析顯示，Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中分布在核心區(qū)域的SCI期刊有20余種，其中以 《Plant disease》雜志數(shù)量最多，達(dá)到了40篇；《Maydica》次之，有26篇；《Phytopathology》有25篇；《European journal of plant pathology》有15篇；《Crop science》 有12篇；《Molecular plant microbe interactions》 和 《Theoretical and applied genetics》各有10篇；《Crop protection》有9篇，都是國(guó)際知名期刊。

表1 1980—2021年各國(guó)家在Web of Science 核心數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)表文章比較

在中文核心數(shù)據(jù)庫(kù)中，《玉米科學(xué)》發(fā)文量最大，為37篇；《植物保護(hù)》有25篇；《植物病理學(xué)報(bào)》有23篇；《種子》有22篇；《河南農(nóng)業(yè)科學(xué)》有19篇；《植物保護(hù)學(xué)報(bào)》有14篇；《中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)》有14篇；《作物雜志》有14篇；《植物遺傳資源學(xué)報(bào)》有9篇；《作物學(xué)報(bào)》和《華北農(nóng)學(xué)報(bào)》各有7篇，這11種刊物即為刊載玉米莖腐病研究領(lǐng)域論文中位于核心區(qū)的期刊。

利用CiteSpace的引文共被引分析功能對(duì)1980—2021年間 Web of Science上發(fā)表論文的所有參考文獻(xiàn)進(jìn)行分析。研究方向以植物科學(xué)學(xué)科為主，文章數(shù)接近發(fā)文量的50.00%，有236篇；農(nóng)業(yè)學(xué)科總量也較大，占比38.73%；生物技術(shù)與應(yīng)用微生物學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)分子生物學(xué)、真菌學(xué)、化學(xué)、食品科學(xué)技術(shù)與毒理學(xué)等學(xué)科為該研究領(lǐng)域世界排名TOP10學(xué)科，表明該領(lǐng)域各學(xué)科之間聯(lián)系緊密，跨領(lǐng)域合作將是研究常態(tài)。從數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)間線圖可以看出，擬輪枝鐮孢莖腐病、禾谷鐮孢莖腐病、炭疽莖腐病和細(xì)菌性莖腐病是國(guó)內(nèi)外玉米莖腐病研究領(lǐng)域的主要對(duì)象，鐮孢菌種類多，能導(dǎo)致玉米多種病害的發(fā)生，近年一些新分離鑒定得到的病原菌，如溫帶鐮孢()發(fā)病范圍逐漸變廣。真菌毒素的研究，尤其是其對(duì)動(dòng)物健康的影響等的研究逐步深入，糧食安全問(wèn)題成為國(guó)際間科研工作者共同面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

圖2 1980—2021年Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)者與機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)分析Fig.2 Analysis of cooperation network between scholars and institutions in web of science database from 1980 to 2021

從國(guó)內(nèi)研究來(lái)看，對(duì)中文數(shù)據(jù)庫(kù) 1980—2021年發(fā)表的該領(lǐng)域中文章的關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)詞分析，結(jié)果如圖3所示。通過(guò)中英文數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)鍵詞的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在玉米莖腐病領(lǐng)域國(guó)際、國(guó)內(nèi)發(fā)文研究相關(guān)。根據(jù)文獻(xiàn)分析顯示，Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中分布在核心區(qū)域的SCI期刊有20余種，其中以 《Plant disease》雜志數(shù)量最多，達(dá)到了40篇；《Maydica》次之，有26篇；《Phytopathology》有25篇；《European journal of plant pathology》有15篇；《Crop science》 有12篇；《Molecular plant microbe interactions》 和 《Theoretical and applied genetics》各有10篇；《Crop protection》有9篇，都是國(guó)際知名期刊。

表2 1980—2021年Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)表機(jī)構(gòu)比較

重心存在重合。例如，中文數(shù)據(jù)庫(kù)中的“禾谷鐮孢”“品種選育”“鐮孢菌”“致病性”“抗病材料”等關(guān)鍵詞，可體現(xiàn)出國(guó)內(nèi)外研究步伐基本一致。致病性的研究較為廣泛，尤其是病原菌分離鑒定在近年來(lái)研究報(bào)道較多，其與其他作物，如花生大豆病害間的相互作用關(guān)系也有報(bào)道，莖腐病的防治一直是研究重點(diǎn)問(wèn)題，綜合防治為主，化學(xué)防治是核心，目前主要有生物種衣劑(16頻次)、成膜劑(32頻次)和殺菌劑等，生物防治是目前研究新興熱點(diǎn)，尤其是拮抗菌抑菌的研究頻次共出現(xiàn)59次(表3、4)。玉米莖腐病尋找抗病材料是關(guān)鍵，人工接種進(jìn)行抗病表型鑒定是基本方法，我國(guó)研究機(jī)構(gòu)對(duì)于玉米莖腐病人工接種方法以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)展成為成熟體系。從作者時(shí)間線圖(圖4)可以看出，隨著時(shí)間推移，研究玉米莖腐病的科研人員在20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初達(dá)到最多，在2007年以后逐年減少。發(fā)表文章數(shù)越來(lái)越多，但其主要由少數(shù)科研工作者取得。

3 結(jié)論

該研究利用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)軟件CiteSpace，對(duì)1980—2021年在Web of Science和CNKI、萬(wàn)方、維普數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的以“玉米莖腐病”為主題發(fā)表的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)展開(kāi)了分析，一定程度上反映了玉米莖腐病中相關(guān)研究的發(fā)展方向及熱點(diǎn)。

(1)1980—2021年相關(guān)研究領(lǐng)域發(fā)展迅速，發(fā)文量態(tài)勢(shì)呈波浪形上升，尤其是近年來(lái)發(fā)文量較大，有超過(guò)美國(guó)的發(fā)展勢(shì)頭。中國(guó)的相關(guān)研究成果居世界前列，且中美兩國(guó)發(fā)文占比國(guó)際該領(lǐng)域發(fā)文量的51.84%，但中國(guó)科研人員在該領(lǐng)域的世界頂級(jí)期刊發(fā)文量較少，發(fā)展空間較大。

(2)從國(guó)際該研究領(lǐng)域的發(fā)展方向和熱點(diǎn)上看，共有擬輪枝鐮孢莖腐病、禾谷鐮孢莖腐病、炭疽莖腐病、致病因子、伏馬菌素產(chǎn)生及含量、抗性遺傳、真菌毒素、動(dòng)物健康等幾個(gè)重要熱點(diǎn)問(wèn)題開(kāi)展研究。

表3 1980—2021年國(guó)際間玉米莖腐病領(lǐng)域研究主要高頻關(guān)鍵詞(Web of Science top 24)

表4 1980—2021年我國(guó)玉米莖腐病領(lǐng)域研究主要高頻關(guān)鍵詞(top 24)

圖3 1980—2021年我國(guó)玉米莖腐病領(lǐng)域研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)詞 Fig.3 Key words co-occurrence of corn stalk rot in China from 1980 to 2021

圖4 1980—2021年我國(guó)玉米莖腐病領(lǐng)域研究作者時(shí)間線 Fig.4 Time lines of research authors on corn stalk rot in China from 1980 to 2021

(3)從國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)來(lái)看，鐮孢菌莖腐病相關(guān)研究最受關(guān)注，同時(shí)也圍繞品種選育、致病性、抗病材料、防治等問(wèn)題開(kāi)展了大量研究，我國(guó)研究人員和機(jī)構(gòu)在數(shù)量上占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但各研究機(jī)構(gòu)間在該領(lǐng)域合作事宜較少，應(yīng)注意材料分享，共同合作攻克玉米莖腐病這一世界級(jí)難題。