林窗研究的知识图谱

何汉荣， 朱 静， 牛牧文， 邓慧颖， 邹 武，谢子扬， 刘金福，3， 何中声∗

(1.生态与资源统计福建省高校重点实验室， 福建 福州 350002；2.福建农林大学计算机与信息学院， 福建 福州 350002； 3.福建农林大学林学院，福建 福州 350002； 4.福建农林大学图书馆， 福建 福州 350002)

林窗(canopy gap)，又称林隙，是森林中单株或多株林冠层的树木受到自然(如风、雨、病虫害等因素)或人为干扰等影响形成的森林空隙的现象(Reiset al，2002)，是森林植物更新和演替的关键驱动力(Muscoloet al，2014)。 林窗形成对维持森林生物多样性(Prescott，2022)、促进森林养分循环(Frolkinget al，2009)，维持区域和全球森林碳收支平衡等(Runkle，1981)发挥重要作用。 自Watt(1947)首次提出林窗概念以来，林窗研究主要集中于林窗动态与竞争(Liénardet al，2016)、生物多样性维持(Parnellet al，2009)、幼苗填充和林窗微环境(Heet al，2019)及树种的响应(Stanet al，2010)等方面。 自20 世纪90 年代以来，我国林窗研究迅猛发展，主要集中于林窗大小和识别(Chenet al，2023；Huet al，2009)、群落结构特征(江蓝等，2022)、生物多样性组成(Wanget al，2021)和林窗模型(霍常富等，2009)等方面，阐述了林窗在森林更新及生态系统功能中的重要价值，但鲜少对其文献进行科学计量和可视化分析。

知识图谱，将计量学引文分析(Linnenlueckeet al，2019)和共词分析(Zhaoet al，2021)等方法结合，根据可视化图谱展示学科的核心结构、发展历史、前沿领域以及整体知识架构，揭示了知识的演变过程(谢子扬等，2021)。 利用知识图谱可将大量文献转化成可视化图像，明确描述文献之间的联系，且以结构化的方式进行展示，是目前文献计量学研究热点(Yanet al，2016)。 近年来，林窗与其他学科交叉研究逐渐增多，但缺乏对林窗发展态势及学科领域的综合分析。 为此，本文基于R 软件“Bibliometrix”包整合2002—2022 年林窗研究文献，对年度发文数量、文献来源、发文作者和文献关键词进行可视化，梳理林窗研究热点及发展趋势，从多个维度反映林窗研究的发展态势，旨在为林窗后续研究提供理论参考。

1 数据来源与研究

Web of Science(WOS)，是一个拥有全球数量最多、最有影响力学术信息资源的引文数据库(Leydesdorffet al，2013)。 以WOS 库核心合集为数据源，以“Forest near/2 gap∗”和“Canopy near/2 gap∗”为检索关键词，文献类型为“article”。

R 软件中“Bibliometrix”包可用于全流程科学文献计量及可视化展示(Ariaet al，2017)，具有数据收集、数据分析和数据可视化3 个主要功能，且通过文献检索和引文情况进行文献统计、网络分析及知识图谱绘制等(Guleriaet al，2021)。 其中h指数是客观评价作者学术论文影响力大小及其重要论文产出数量的计量指标，即一个作者h指数为h时，表示至多有h篇论文分别被引用h次(Bar-Ilan，2008)。g指数作为h指数的改进指数，是一个作者论文按照被引量从高到低排序，将排序序号平方，当序号平方等于累计被引次数时，该序号为g指数(van Ecket al，2008)。m指数是将h篇论文的引文，按照被引用数降序排列，选择中位数为m指数(黄崇亚，2012)。 关键词共现分析是利用文献集中词汇对或名词短语共同出现的情况，确定文献集所代表学科中各主题之间关系的方法，并通过关键词共现特征揭示对应文献之间的关系和研究交叉点，对某一领域热点内容、学科与领域发展具有重要意义(李中国等，2015)。 历史文献直接被引用图由Garfield(1955，1972)提出，用来表示文献收集产生相关性最高的直接引用时间顺序网络图。 SCP 指数(single country publications)反映单一国家或地区发表文献数量；MCP 指数(multiple country publications)反映多国家或地区发表文献数量；MCP Ratio 指数(multiple country publications ratio)反映多国家或地区文献数比例，该指数越高表示该国文献国际化程度越高。

2 结果与分析

2.1 林窗文献基本情况

经检索获取2002—2022 年发表相关文献共计2620 篇，去除发表年份缺失及重复数据，共有2553 篇文献(表1)，涉及6925 位作者，作者总计出现10360 人次；独立作者文献数149 篇，文献篇均作者数4.07 个，文献篇均被引次数为20.6 次。 自2002 年以来，文献发表数量总体呈逐年递增趋势，年平均增长率为2.82%，2021 年发表文献数最高，为176 篇。 林窗文献总被引次数和篇均被引次数在2002—2022 年总体呈下降趋势，2022 年的篇均被引次数为2.0，总被引次数为314。

表1 2002—2022 年林窗文献发表数和被引用情况Table 1 Number of articles published and cited on canopy gap between 2002 and 2022

2.2 林窗文献的高产作者、高被引论文及h 指数

2002—2022 年，WOS 库收录林窗文献逐渐增多，较多作者呈高产现象。 总被引次数表示作者所有文献被引用次数的总和。 对比前10 名高产作者统计数据(表2)，2002—2022 年，H Bugmann累计发表文献30 篇，h指数16，与h指数相关的g指数和m指数分别为26 和0.761，文献总被引次数为715，且g指数均高于其它作者。h数指数排名第2 的G Asner 和J W Dalling 作者总被引次数较高，分别为1210、1201。 我国作者J J Zhu(朱教君)、W Q Yang(杨万勤)、B Tan(谭波)和F Z Wu(吴福忠)发表的论文数量和m指数均较高，h指数、g指数和总被引次数呈上升趋势，后续具有较大的发展空间。

表2 林窗文献前10 名高产作者、h 指数及总被引数Table 2 Top 10 high-yield authors， h index， and total citations of canopy gap articles

优势度因子表示在合作文献中作者为第一作者的频率，通过优势度因子排序确定优势作者。 林窗前10 名优势作者及发表文献数见表3，J L Hart 的优势度因子最高，为0.54。 前10名优势作者的文献均为合作文献，未出现独作文献，J L Hart 和G Asner 2 位学者合作第一作者篇数(7 篇)均高于其它作者。

表3 林窗文献前10 名优势作者及发文数Table 3 Top 10 dominant authors and number of articles published on canopy gap

由表4 可以看出，WOS 库中林窗前10 名高被引用文献集中在2016 年及以前，近年发表的有关林窗研究的文献，影响力突出的较少。 2016 年X L Liang在ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing上发表的论文总被引295 次，年平均被引36.88 次，该文献综述了陆地激光扫描在森林清查和冠层监测中的应用进展(Lianget al，2016)。 J C White 发表的文献年平均被引次数为32.25，文献综述了数字航空测量与激光扫描技术的结合将会在未来10 年对森林清查和森林结构分析产生重要影响(Whiteet al，2016)。 此外，林窗前10 名高被引用文献的总被引次数均高于200，且年均被引次数在2016 年前呈逐年增加趋势。

表4 林窗前10 名高被引用文献Table 4 Top 10 highly-cited articles in canopy gap

将林窗研究文献按时间顺序排列，绘制直接被引用网络矩阵(图1)，按时间顺序排列的直接被引用前20 名文献中，大部分集中在2002—2008 年，2008 年被引次数最高，2014 年以后发表的文献直接被引次数相对较少。

图1 2002—2022 年历史文献直接被引网络图谱Figure 1 Network atlas of the historical articles directly cited between 2002 and 2022

2.3 林窗文献作者的国家和地区分析

林窗文献发表数量前10 名国家和地区见表5。 基于SCP 和MCP 指数分析各国林窗研究领域产出及影响力。 美国作者发文740 篇，发表频度为29.13%，与其他国家和地区合作发文149 篇，合作比例为0.201，文献篇均被引次数25.86。 中国、加拿大和日本文献发表数紧随其后。 英国发表文献篇均被引数最高，为35.96 次。 美国林窗文献发表数量SCP 指数、MCP 指数最高，表明其林窗领域活跃度较高，中国林窗文献发表频度为11.02%，文献发表篇数位居第二，而总被引次数以及篇均被引次数相对较少。

表5 林窗文献发表数量前10 名国家和地区Table 5 Top 10 countries and regions contributing to the most published articles of canopy gap

2.4 林窗文献期刊来源

林窗文献发表前10 名文献来源及影响因子(IF)见表6。 参考«中国科学院文献情报中心期刊分区表»(2020 年基础版)，前10 名文献来源期刊的大类学科主要为农林科学、工程技术、环境科学与生态学等学科，以农林科学居多，其中Remote Sensing of Environment的影响因子为9.156，远高于其他期刊；Agriculture and Forest Meteorology、Remote Sensing和Journal of Ecology的影响因子均超过4。Forest Ecology and Management文献数最高，为322 篇，且远多于其他期刊，期刊分区集中在Q1 与Q2。

表6 林窗文献发表数量前10 名文献期刊来源及影响因子、中科院分区Table 6 Source of the top 10 articles published on canopy gap and their influential factors，and the division of the Chinese Academy of Sciences

2.5 林窗文献高频关键词分析

由表7 可以看出，林窗文献前10 名学科目录中，Forestry(林学)出现频次最高(1095 次)，其次是Environment Sciences ＆ Ecology(环境科学与生态学)(1032 次)、Plant Sciences(植物科学)(368 次)、Remote Sensing(遥感)(190 次)、Imaging Science ＆ Photographic Technology (成像科学与摄影技术)(164 次)和Agriculture(农学)(149 次)等。 关键词是对表述论文的中心内容有实质意义的词汇，关键词中growth(生长)出现频次最高，共出现476 次，其次是dynamics(动态)(475 次)、canopy gaps(冠层林窗)(444 次)、regeneration(更新)(367 次)、patterns(格局)(312 次)和disturbance(干扰)(298 次)等。

表7 林窗文献前10 名高频关键词分析Table 7 Analysis of the top 10 high-frequency keywords in articles on canopy gap

根据索引关键词共现网络分析(图2)，分别以canopy gaps(冠层林窗)、canopy(林冠层)、rain-forest(雨林)、light(光照)为核心划分4 个集群。 与canopy gaps 相关性高的关键词包括dynamics(动态)、vegetation(植被)、recruitment(填补)、patterns(格局)和disturbance(干扰)；与canopy 相关性高的关键词包括model(模型)、leaf-area index(叶面积指数)和forests(森林)；与rain-forest 相关性高的关键词包括diversity(多样性)、ecology(生态学)和management(管理)；与light 相关性高的关键词包括gaps(林窗)、competition(竞争)和establishment(定殖)。

图2 林窗文献索引关键词共现网络分析Figure 2 Co-occurrence network analysis of key words in the article index of canopy gap

关键词时间演变与出现频率分析是从时间和关键词出现频率2 个维度来反映其研究主题的演变(图3)。 2009 年establishment(定殖)关键词出现频率较高；2010 年tree(树木)和dispersal(扩散)等关键词出现频率最高；2011 年light(光照)和rain-forest(雨林)等关键词出现频率最高；2012 年canopy gaps(冠层林窗)、patterns(格局)和disturbance(干扰)等关键词出现频率最高，其中canopy gaps(冠层林窗)出现频次在400 以上；2013 年growth(生长)、regeneration(更新) 和vegetation(植被) 等关键词出现频率最高，其中growth(生长) 和regeneration(更新)出现频次在400 以上；2014 年dynamics(动态)和forest(森林)等关键词出现频率最高，其中dynamics(动态)出现频次在400 以上。 2002—2022 年出现频率最高的关键词包括patterns(格局)、growth(生长)、dynamics(动态)和regeneration(更新)，且集中在2012—2014年。 结合林窗文献索引关键词共现网络分析(图2)，从时间维度分析，以canopy gaps(冠层林窗)为中心的集群的关键词主要出现在2012 年后，从关键词出现频率维度分析，以canopy gaps(冠层林窗)为中心的集群出现频率明显高于其他3 个集群。

图3 关键词的时间演变与出现频率分析Figure 3 Time evolution and frequency analysis of keywords

3 讨论

h指数是客观评价作者学术论文影响力大小和其重要论文产出数量的计量指标。 在开展林窗相关研究时，可关注高h指数的文献。 由于2014 年来发表文章的日期距离统计截止时间较近，其影响力、相关性仍有待验证。 2003—2022 年，H Bugmann 累计发表文献30 篇，h指数16；我国作者发表林窗研究领域高h指数文献集中在2014 年及之前。 中国林窗文献发表频度达11.02%，文献发表数量位居第二，但总被引次数及篇均被引次数均较少，可能与中国开展林窗研究起步较晚有关。 随着林窗研究的快速发展，我国作者h指数、被引次数逐年增加，我国学者的林窗研究在国际上将受到更多关注。

从时间维度分析上看，以light(光照)和rain-forest(雨林)为中心的集群关键词主要出现在2011 年后，以canopy gaps(冠层林窗)为中心的集群关键词主要出现在2012 年后，以forest(森林)为集群的关键词主要出现在2014 年后。 由于各区域森林时空尺度的干扰方式存在差异，导致不同森林类型林窗面积划分方法各异，一定程度上影响了林窗含义的拓展，导致研究结果存在差异。 林窗领域的研究可根据关键词分析预测未来研究趋势，通过不同学科交叉和研究方法的应用，逐步解决林窗领域遇到的关键科学问题。

4 结论与展望

(1)2002—2022 年林窗文献发表数量总体上呈逐年递增趋势，中国作者发表论文数量和m指数排名靠前，但高h指数作者、高优势度作者以及高被引论文作者与国外相比数量较少。我国林窗研究者学术论文影响力大小和其重要论文产出数量有待提高，中国作者m指数靠前说明文章被引次数较为均衡，但缺少突出高被引文章，凝练科学问题提升林窗研究的质量仍是努力的方向。

(2)林窗文献总被引次数和篇均被引次数在2002—2022 年总体呈下降趋势。 英国发表林窗文献篇均被引数最高，为35.96 次。 美国林窗文献发表数量SCP 指数、MCP 指数最高，中国林窗文献发表频度为11.02%，文献发表数位居第二，但总被引次数以及篇均被引次数较少，有待进一步提高。 中国林窗研究领域起步较晚，被引次数较少，但文献发表数量居于前列，说明我国林窗研究水平正在稳步提升。

(3)林窗来源前10 名文献期刊影响因子在1.719～9.156，大类学科以农林科学、工程技术、环境科学与生态学为主，Forest Ecology and Management发表的文献篇数最高，且远多于其他期刊，林窗中growth(生长)、dynamics(动态)、regeneration(更新)为出现频率最高的关键词，均集中出现在2014 年前。 林窗是林学、植物科学、环境科学与生态学等学科的研究热点领域，通过关键词演变与高被引高产出期刊，深入了解林窗研究领域发展态势，可为未来林窗研究奠定发展方向。

鉴于当前林窗研究的理论框架和分析结果，未来建议关注:探讨林窗干扰下地上和地下部分生物多样性和生态系统功能，深入研究林窗干扰对生态系统的影响过程与机制；基于长时间尺度明确林窗更新和群落演替的过程与驱动力，特别是通过长期监测去解析林窗形成到郁闭的更新机制，预测未来森林群落组成和演替方向；融合近地面遥感、深度学习和大数据等新一代信息化技术，推动林窗多尺度、多要素、多过程监测的智慧化，构建森林动态三维结构信息化监测平台。