基于CNKI数据库的植物与昆虫关系研究文献计量分析

孙晓杰，邹怡，郭晨辉

1. 太原师范学院，山西 晋中 030619；2. 西交利物浦大学，江苏 苏州 215123；3. 山西省生态环境监测和应急保障中心，山西 太原 030027

研究植物与昆虫相互关系一直是生态学领域的重要问题，也是现今学科交叉领域中一个活跃的部分（钦俊德，1987）1-2。植物与昆虫是陆地生物群落中最为重要的组成部分，从化石的证据来推断，它们至少在3亿多年前就已经生活在一起，在不同地域建立起密切的生物群落（张红玉，2005）。植物与昆虫关系的研究历史较长，早在两百多年前，传粉昆虫与花作为植物与昆虫关系的范例引起了人们的普遍关注，达尔文认识到被子植物能够在白垩纪晚期发展起来是与昆虫传粉活动密不可分的（张红玉，2005；李敏等，2018355-357）。近一个半世纪前，荷兰学者Kirby et al.（1863）描述了植食性昆虫与寄主植物的关系；法国学者 Fabre在1886年开展的实验结果显示，昆虫具有植物学本性，一定的昆虫种类选择特定的植物作为食物（陈筱卿，2017）；德国学者Stahl et al.（1888）发现植物具有化学抗虫性，能够抵抗昆虫的啃食。关于植物与昆虫相互作用机制的研究始于 20世纪初，但在很长一段时间内只引起了少数生物学家的关注，直至半个多世纪之前，动物学家才开始对昆虫和植物关系进行因果分析，一些新的机制和理论逐渐被发现（钦俊德，1995；李敏等，20181）。

同时期相比，虽然中国人民很早在生产实践和对自然界的观察中已注意到了植物与昆虫的密切关系（钦俊德，1987）2-4，但系统的研究起步较晚，开始于20世纪20年代初（陈世骧等，1959）。自新中国成立以来，昆虫学得到了迅速发展，植物与昆虫关系的研究也有了显著进展，相关学科如森林昆虫学、农业昆虫学、昆虫生态学等内容得到积淀与充实（陈世骧等，1959）。植物与昆虫的关系错综复杂，两者的相互作用是在多重因素共同影响下产生的，相关研究已涉及到生物学领域的各个方面，有关研究资料日益增多，发表的论文以每年千篇的数量增加，对此需要加以汇集整理使其系统化。目前虽然中国学者倾向于将相关论文发表在国外期刊上，但自始至终国内期刊仍是本领域科研成果的主阵地。随着国内期刊开展植物与昆虫关系的研究日益增多，系统梳理本领域国内期刊论文是极其必要的，这将有助于中国学者认识现有知识框架及开拓新的研究方向。

本文借助Citespace文献计量软件及CNKI的网页检索功能，对 1953—2020年发表在国内期刊中的植物与昆虫关系论文研究成果进行可视化分析和其他表征分析，以期把握国内期刊发表植物与昆虫关系研究成果的最新动态，厘清和总结植物与昆虫关系这一领域在国内期刊的研究进展、热点和不足，为本领域的进一步发展提供参考，同时为推动中国学者将本领域的科研成果发表在国内期刊上，提高国内期刊质量和影响力奠定基础。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

中国知网（CNKI）是目前全国收录核心期刊最多、收录年限最长、使用次数最频，并在国内具有极高代表性的综合性学术信息资源库（蒋鸿标，2015）。本研究基于CNKI中的核心合集数据库，选择1953—2020年，检索截止时间为2021年1月15日的文献作为数据源，使用高级检索，检索主题包括“昆虫”、“害虫”、“动物”、“植物”、“植被”、“农作物”，勾选同义词扩展后对检索到的结果进行文献标题和摘要查阅，去除报告、会议及不相关文献（钦俊德，1987）12-35等记录后，共计获取1747条有效记录。

1.2 研究方法

所搜集的有效文献以Refworks和Excel格式导出后，使用 Origion（2016）、CiteSpace（5.7.R5）和VOSviewer（Version 1.6.16）软件对学术论文的发表时间、期刊、关键词进行综合分析和可视化处理，直观地掌握植物与昆虫关系研究在国内期刊中的年度发文量、期刊分布、关键词时间动态、研究热点时间变化、关键词突现性，获取植物与昆虫关系领域在国内期刊中的研究现状、研究热点及研究不足。

2 结果与分析

2.1 年度发文量

由CNKI搜集到的研究植物与昆虫关系的有效论文共1747篇，论文发表时间始于1953年，由年度发文量统计得到图 1。文献发文量的变化是衡量该领域研究进展的重要指标（刘光阳，2017），由图1可知，在国内期刊中关于植物与昆虫关系研究的发文数量呈上升趋势，趋势大致分为4个重要阶段：起步期（1953—1979年），增长期（1980—2012年），衰减期（2013—2016年）及恢复期（2017—2020年）。

图1 1953—2020年间的年度发文数量Figure 1 Changes of the numbers of publications between 1953 and 2020

在 1953—1979年间，植物与昆虫关系的研究较为零散，统计发表论文 22篇，年均发文数量不足5篇，本领域研究的关注度较弱，属于起步阶段。1980—2012年发文量逐渐增加，共发表论文 1034篇，占总量的 59.19%。该阶段论文发表数量经过20年的缓慢增长后，于2000年开始出现快速增长，2012年发表101篇，达到最高峰。这一时期内植物与昆虫关系研究有了突飞猛进的发展，表明本研究领域已引起国内学者的广泛关注，知识领域与研究视野得到了拓宽和深入。2013—2016年，论文发表数量显著下降，共发表论文315篇。2017—2020年发文量再次恢复到增长期的峰值水平，4年共发表376篇论文，年均发文量高达94篇，由此推测，随着研究的不断深入，植物与昆虫关系将向成熟的领域发展。

2.2 文献期刊分布分析

对 1747篇论文的所属期刊进行分析，结果见图2。发表文献数量≥10篇的期刊有38种，占总期刊364种的10.44%，38种期刊共发表988篇植物与昆虫关系研究文献，占总数量的56.55%；发表文献数量<10篇的期刊共有 326种，占总期刊数的89.56%，326种期刊发文总量仅为759篇，占总数的43.45%。收录该研究领域的论文数量≥30篇的9种期刊，按发文篇数依次递减排序为：《应用昆虫学报》>《昆虫学报》>《环境昆虫学报》>《生态学报》>《生态学杂志》>《植物保护》>《安徽农业科学》>《应用生态学报》>《植物保护学报》。目前，国内期刊发表的植物与昆虫关系研究论文集中在少数期刊上发表，并偏向于发表在昆虫领域研究的期刊上，表明国内该领域的学者大多是以昆虫为主体开展相关研究。

图2 植物与昆虫关系研究成果刊载期刊分布Figure 2 Distribution of journals published in research on the relationships between plants and insects

2.3 关键词时间动态分析

为了描绘国内期刊发表的植物与昆虫关系研究内容随时间的变化关系，分析本领域研究的发展脉络，在关键词共线图的基础上，采用 CiteSpace软件中的“Timezone”功能生成关键词时区分布视图（图3）。由图3可知，出现频数较高的关键词有寄主植物（133次）、植食性昆虫（67次）、昆虫（60次）、行为反应（59次）、传粉昆虫（58次）、棉铃虫和植物挥发物（45次）。

图3 关键词时区分布视图Figure 3 The timezone view of keywords

基于CNKI数据库的植物与昆虫关系研究早期主要集中在“寄主植物”、“植食性昆虫”和“传粉昆虫”方面，并且这3方面的研究内容得到持续发展，为本领域的研究奠定了基础。在 1993—2013年间，植物与昆虫关系的研究得到了全面、快速的发展，各关键词关联较为紧密，构成了植物与昆虫关系领域的理论内核，包括：针对棉铃虫和小菜蛾、烟粉虱和西花蓟马等农业害虫开展专项研究，通过开展生物防治、植物抗虫性、提取植物挥发物等研究来解决害虫侵害问题。土地利用变化导致的植被环境的变化引起的昆虫多样性降低和群落结构的改变，以及维持群落动态平衡及维护昆虫的捕食和传粉功能得到广泛关注。使用物理或化学的方法分析昆虫和植物体中挥发物质、解毒酶、乙酰胆碱酯酶、消化酶等的变化，用以研究植物如何抵御害虫侵害及昆虫如何专性选择寄生或取食的植物类群，成为目前研究的热点问题。2014—2020年间，国内期刊发表的论文中具有较高影响力的研究成果偏少，研究领域内的新兴研究方向发展较为缓慢，研究内容以原有方向为主。

总体而言，随着实验技术的不断发展，该领域的研究也在不断扩展和深入，从记录传粉、植食性昆虫和寄主植物种类数量和分布特点到分析昆虫和植物体生理生化结构，从分析植物与昆虫的相互影响到系统研究二者相互作用的机制，从宏观分析区域昆虫多样性与植物种类互作的生态关系，转向微观研究植物与昆虫互作的物化机理，利用物理、化学、基因组学和统计学的方法综合研究植物与昆虫的相互作用，也将理论研究结果运用到生物防治和植物受粉等生产实践上。

2.4 研究热点与发展变化分析

2.4.1 植物与昆虫关系研究热点

由于关键词之间并非独立呈现，通常会存在一定的相关性。通 CiteSpace软件对 1953—2020年CNKI收录昆虫与植物关系研究论文的关键词进行聚类分析，剔除图谱中的小聚类模块并做相应调整，用LLR算法计算，进行时间轴聚类分析，得出该领域的研究热点时间轴（图4）。

图4 植物与昆虫关系研究热点时间轴Figure 4 Relationships between plants and insects research frontier analysis

由图4可知，国内期刊发表的植物与昆虫关系研究内容被分成10类研究热点问题：聚类0（#0）主要关注昆虫的取食行为，研究不同理化处理后的植物对农林害虫等植食性昆虫取食行为的影响，此类研究起步较晚平均时间为 2010年，属于快速增长期所开展的研究，是植物与昆虫关系领域重要的研究方向，具有稳定的应用研究前景。聚类1（#1）的研究主要关注访花昆虫，该类研究时间较长，具有较多的研究方向，自 1958年（B.B.波波夫等，1958）至今，学者在昆虫的传粉功能、传粉昆虫和植物的协同进化、农业景观对传粉昆虫群落的影响等方面开展了植物与访花昆虫关系的研究，结合研究热点时间轴图谱来看，此聚类有较多中心程度突出的节点，出现在整个研究历程中，反映出国内学者围绕访花昆虫这一主题在植物与昆虫关系领域中开展了广泛的研究。聚类 2（#2）主要关注植物化学成分与昆虫趋性选择、寄主搜寻行为、防御反应、触角电位等的作用关系，属于植物与昆虫关系领域研究增长期开展的方向，聚类涉及到的关键内容比较清晰。聚类 3（#3）与聚类 6（#6）的研究较早，是起步期的主要方向。随着植物与昆虫关系研究的不断深入，在寄主植物和植食性昆虫方面的研究越来越细化，到发展期之后随着新的实验手段和研究方法的出现，对二者概括性的研究成果逐渐减少，对详细问题进行的研究较多，#3和#6在发展期出现了较多的突现点。聚类 4（#4）和聚类 5（#5）主要研究入侵植物（如豚草和飞机草）对昆虫生理和群落稳定性产生的影响，相关内容主要和恢复生态学有关，旨要为生态管理提供建议，两类研究在2000年后关注度逐渐减少。聚类7（#7）主要关注昆虫取食导致的机械损伤诱导的植物防御反应。聚类 8（#8）和聚类 9（#9）的研究起步较晚，目前聚类程度较低，但基因工程和生态控制已经成为较为关键和标志性的研究方向。

2.4.2 植物与昆虫关系研究的发展变化

关键词的突现分析，可以反映阶段内研究者所关注的研究热点和发展趋势（Wu et al.，2020）。通过CiteSpace软件中自带的Burstness分析功能，对植物与昆虫关系研究领域相关论文的关键词进行突现探测，得到关键词突现图谱（图5）。图中突现部分用红色符号“┅”表示，Strength代表18个使用频次较高关键词突变的强度，强度越高表示关键词在其研究领域相应的时间区间内影响越大（李杰等，2017）。依据图 5分析，突现时间较早的词是“植食性昆虫”，在开展本领域研究的早期阶段，植物与植食性昆虫相互作用受到较多关注，以解决植物虫害等问题；中期阶段，关键词“繁育系统”和“西花蓟马”突现强度较高，植物的繁育系统和入侵物种西花蓟马逐渐成为研究的前沿方向，这一时期开展了丰富的植物与昆虫的协同进化、物种适应性及传粉者种类和访花频率对植物传粉的影响等进化生物学方面的研究工作。同时，为防控西花蓟马对农作物的危害，全面系统研究了西花蓟马全球性入侵生物学和生态学。突现时间较近的关键词包括“保护酶”、“植物挥发物”、“营养物质”和“访花行为”，近年来较为关注的研究为分析植物挥发物、营养物质和次级代谢产物等对昆虫体内保护酶、解毒酶及访花行为等生理生化过程的影响。由此判断，随着科学技术的不断发展，该领域的研究也在不断深入，目前国内期刊发表了较多关于植物与昆虫相互作用机制的研究成果。同时，跟随当下出现的一些生态问题也会具有较多针对性的研究，如棉铃虫、烟粉虱和西花蓟马等植食性昆虫爆发后对农作物的影响；随着农业集约化经营，土地利用变化导致的访花昆虫行为变化对农作物授粉的影响等。

图5 植物与昆虫关系研究领域关键词突现图谱Figure 5 Keywords with the strongest citation bursts of the researches of relationships between plants and insects

3 讨论与结论

3.1 讨论

通过年度发文量统计分析，国内期刊在植物与昆虫关系领域中发文数量总体呈上升趋势，经历了起步期、增长期、衰减期及恢复期4个阶段。起步期阶段发文总量较少，相关研究主要依靠试验方法来分析植物与昆虫相互作用现象的物理和化学机制（钦俊德，1987）6-10，利用电生理技术和微量化学分析技术研究植物次生代谢产物与昆虫激素及细胞酶的相互影响（何静波等，1980；管致和，1980；谢麟阁，1983），相关知识的积累为后续扩大研究奠定了基础。增长期阶段有关植物与昆虫关系的研究工作大量增加，由于分子生物学的迅速发展，对于植物与昆虫的相互作用分析着眼于细胞和分子水平的机理（钦俊德，1995），针对虫害诱导的植物防御反应、挥发物质诱发昆虫的传粉行为、运用基因工程技术提高植物的抗虫性性等方面开展了大量研究（娄永根等，2000；杜家纬，2001；王继磊等，2010）。衰减期阶段发文量明显减少，分析原因认为，经过 30多年的深入探索，植物与昆虫关系的研究已进入了一个相对较高的层面，提高了后续研究的门槛，学者囿于研究问题、研究对象、研究方法等原因，减少了对本领域的研究，转至开展植物或昆虫个体性状和行为等方面的研究；或受限于出版社重视发表论文的质量，严格把关刊文数量，总体导致发文量下降。恢复期阶段年平均发文量回归到增长期水平，在原有研究基础上，学者对区域尺度下植被环境影响昆虫生理生态程度展开了较多的探讨，分析了气候变化和土地利用方式的改变对访花昆虫、植食性昆虫和捕食性昆虫等的生物学特性、活动规律、行为反应、种群动态等的影响（吴昊等，2019；杨云鹤等，2019；陈燕婷等，2020；黄未末等，2020；施雨含等，2021），相关研究将会成为未来的重要方向，研究成果对揭示全球变化条件下植物与昆虫之间的相互作用机制，完善和丰富植物与昆虫关系理论具有重要的意义。

国内期刊发表了较多关于植物与植食性昆虫的相互作用的研究成果（王静静等，2021；钟志伟等，2021)，但相比于此，针对植物与传粉昆虫互作的研究还较为匮乏。传粉昆虫的研究在中国虽已取得了长足发展，但由于传粉昆虫资源调查工作力度不够，对其生物学和生态学缺乏系统研究（钟志伟等，2021）。国内期刊发表了较多植物花的特征与传粉昆虫行为关系的内容，传粉昆虫的研究类群多为膜翅目如蜂类，相关研究多在野外开展，研究方法以观察法或录像记录法为主，室内实验研究数量较少。分析原因认为，一方面是由于植物花的复杂结构及其较大的变异程度、气味、开花样式、开花时间和雌雄异熟，同时昆虫的外部结构、内部系统和微观结构等因素均会为研究植物与传粉昆虫的关系增大难度（官昭瑛等，2005；龚燕兵等，2007）。另一方面，长期的野外观察和记录需要大量时间、精力和足够的资金来支持，在许多时候难以兼顾。

虽然本领域约30%的研究成果发表在以昆虫命名的杂志上（图2），但词频共现分析统计显示频次最多的关键词是寄主植物（图3）。绝大多数种类的昆虫以植物作为寄主，很多农业作物是昆虫取食和产卵的对象，农业害虫造成的农作物生长缓慢或植株枯死成为制约农业发展的重要因子（吴孔明等，2009），鉴于化学农药带来的抗药性、环境污染等问题，生物防治研究成为农业害虫防治中的重要研究课题。学者们围绕农作物为主的寄主植物开展了大量研究，构成“寄主植物”一词成为频次最多的关键词，同时“棉花”、“水稻”、“玉米”、“菜豆”等农作物也成为高频关键词，通过利用植物防御酶、次级代谢产物、抗虫基因等来抵御植食性昆虫，如棉铃虫、烟粉虱和蝗虫等农业害虫。目前中国从事农业昆虫研究的人员约有 5000人，农业昆虫学家们通过系统阐明害虫灾变机制、建立早期监测预警体系和基于农业防治和生物防治等方法的持续治理理论技术体系，在农业害虫生物防治方面取得了具有重要影响的科研成果，发表了大量的研究论文（吴孔明，2010；陆宴辉等，2017）。

关键词作为学术论文研究热点的高度概括，是论文的核心和精髓，指示着学科领域的研究热点，依据关键词时区分布视图可以了解不同时期研究热点变化。通过对CNKI收录文献的关键词进行时间动态分析（图3），了解到植物与昆虫关系研究是在对寄主植物、植食性昆虫和传粉昆虫相关研究的基础上发展起来的，之后经过大约5年（1987—1992年）时间的知识累积和整合（赵善欢等，1985；丁岩钦，1993；王琛柱等，1993；王启坤，1993），以及研究技术和方法的提升（管致和，1992），于1993年开始出现大量的突现词和高频词，表明分析植物与昆虫关系成为生物学领域中的研究热点，研究对象和实验技术与方法层出不尽，研究方向不断扩展。在2000—2012年间的快速发展阶段，“行为反应”和“植物挥发物”突现性较大，是该阶段植物与昆虫关系研究的主要方向，基于早期对“昆虫”、“植物次生物质”、“触角点位”、“抗虫性”等多方面的分析，为开展植物挥发物对昆虫行为影响的实验研究（肖春等，2000；李继泉等，2003）及后续深入剖析植物与昆虫相互作用奠定了理论基础（李典谟等，1996）。自2012年后发文量明显降低，虽然在最近3年（2017—2020）发文量有所回升，但未出现突现性较强的关键词节点。近年来，随着社会经济发展理念及国家战略对生态学相关领域研究的多方位导向（于贵瑞等，2021），开展的植物与昆虫关系研究方向也较为分散，本研究领域的关键词在不断变化，导致关键词的频次均比较少，因此新兴热点研究方向还需要更为深入的探索。除此之外，由于过度推崇SCI/SSCI论文地位，导致科研工作者发表中文权威核心期刊论文的意愿降低（蔡基刚，2021），具有重要影响的研究成果或高频关键词未纳入到依据CNKI为数据库分析出来的关键词时区分布视图中。

随着学者们在植物与昆虫关系领域中开展越来越多的研究，研究方向上出现了较多的转变，相应地本领域的研究热点也不断变化。生物学家最早在植食性昆虫对寄主植物的识别过程和选择机制方面开展了科学性研究，后续植物与昆虫关系研究开始受到农学家、昆虫学家、生态学家等的关注，在农作物与植食性昆虫的抗性作用、寄主植物对昆虫行为的影响、昆虫取食作用与植物多样性的关系等方面进行了分析，较多新的机制逐渐被探索出来（李敏等，2018）1-346。植物与昆虫关系的研究涉及到生物学领域的各个方面，伴随着生物学的快速发展，尤其是在生物化学和进化生物学方面，同时分子生物学技术进步推动学者们更深入的理解到植物与昆虫的关系，可以在基因层面追踪植物与昆虫相互作用的机制（戴华国等，2002；徐丽萍等，2018）。植物与昆虫的关系是极其复杂的，虽然已开展较多的研究，但仍是生物学的前沿研究领域。目前在植食性昆虫对农作物的虫害作用方面已经获得较多研究成果和经济效益，如基因工程在抗虫植物的应用以及对害虫实施生态控制等，相比于此，对于植物与传粉昆虫作用关系的研究还主要以分析植物访花昆虫行为为主，在此方向上需要深入关注。根据对CNKI数据库收录的文献分析，有关外界环境如气候环境、土壤环境、水质环境等因素对植物与昆虫关系影响研究的论文相对较少，环境变化会引起动植物生理生化反应，必将会影响动植物的相互作用，发表与此有关的核心论文将对国内学者开展中国动植物应对全球变化的策略以及保护生物多样性研究等具有重要推动作用。

3.2 结论

本研究基于CNKI数据库，应用文献计量学方法对植物与昆虫关系这一领域在国内期刊发表的论文进行统计分析，由于本文检索主题词的设定，文献信息收集时可能会遗漏以植物或昆虫属、种名发表的文章。但是，本研究可以呈现植物与昆虫关系领域的研究成果在国内期刊发表的基本现状和动态。从分析结果可以得出国内期刊中关于植物与昆虫关系研究的发文数量呈上升趋势，趋势大致分为起步期、增长期、衰减期和恢复期4个阶段；CNKI收录的植物和昆虫关系研究成果集中发表在昆虫学领域的期刊上，关键词出现频率最高的是“寄主植物”，说明寄主植物与昆虫的相互作用是昆虫学领域投入较多精力的研究内容；国内期刊对植物与昆虫关系研究热点主要集中在植物对昆虫取食行为的影响、植物与访花昆虫的相互作用、植物和昆虫相互作用过程中诱导的动植物行为变化及组织结构的生理生化反应；近些年的关键词突现性较低，创新性和突破性的研究热点较少，随着科学技术的快速发展，基因工程和生态控制已成为较为关键和标志性的研究方向；目前，国内期刊发表植物挥发物、营养物质、保护酶及昆虫的访花行为等方面的研究成果较少，相关论文有待国内学者增加。