謝子揚，江 藍，朱 靜，李長順，鄧慧穎，劉金福，何中聲

（1福建農林大學林學院，福州 350002；2福建農林大學海峽自然保護區(qū)研究中心，福州 350002；3生態(tài)與資源統(tǒng)計福建省高校重點實驗室，福州 350002；4福建省氣象服務中心，福州 350001；5福建農林大學圖書館，福州 350002）

0 引言

空氣負離子是帶有負電荷的氣體分子和輕離子團總稱，最早發(fā)現(xiàn)于19世紀末[1-2]。根據(jù)獲取電子能力不同，大多數(shù)電子被氧氣所獲得，形成負氧離子，因而空氣負離子也稱為空氣負（氧）離子[3]?？諝庳摚ㄑ酰╇x子具有凈化空氣作用，是衡量空氣質量的重要指標[4]。空氣負氧離子又被稱為“空氣維生素”和“大氣長壽素”，對身體健康保護和疾病預防具有重要功效[5-6]。森林中蘊含大量負（氧）離子，空氣負（氧）離子濃度是森林康養(yǎng)旅游評價、森林環(huán)境評價的重要指標之一[7]。關于空氣負（氧）離子的研究涉及眾多學科，國內外學者陸續(xù)發(fā)表了相關領域文獻綜述，對其產(chǎn)生機理、影響因素和實際應用等方面研究進行回顧[4,8]，但鮮有對其文獻進行科學計量和可視化分析。

知識圖譜是在信息科技推動下衍生和發(fā)展出來用于構建復雜知識網(wǎng)絡的研究方法，已成為科學計量學研究熱點[9]。運用知識圖譜可以將大量文獻數(shù)據(jù)信息轉換成可視化圖像，對某一學科的核心框架、發(fā)展歷史和前沿熱點進行梳理和展示[10-11]。近年來森林康養(yǎng)和森林環(huán)境評價的知識圖譜文章較多，而空氣負（氧）離子作為前兩者的重要組成部分尚未進行知識圖譜分析。為此，基于知識圖譜分析方法，對空氣負（氧）離子相關文獻的索引關鍵詞、被引情況、作者信息、發(fā)表時間等數(shù)據(jù)進行挖掘與可視化處理[12-13]，歸納、梳理其發(fā)展規(guī)律和前沿熱點，為后續(xù)研究提供理論參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

Web of Science簡稱WOS，是美國科學信息研究所（ISI）發(fā)的文獻數(shù)據(jù)檢索庫，收錄超過8700種學術期刊，擁有全球數(shù)量最多和最有影響力的學術信息資源[14]。以WOS庫為數(shù)據(jù)源，以“air negative oxygen ion”為檢索關鍵詞，文獻類型為“article”，獲取2002—2019年發(fā)表相關文獻數(shù)據(jù)共285篇全記錄文本格式（檢索時間為2020年4月6日）。R軟件bibliometrix包提供了基于科學文獻計量學和可視化展示工具，廣泛應用于文獻計量研究[15]。其中h指數(shù)是衡量學者出版物的產(chǎn)出情況和引文影響力的計量指標，指一個學者至多有h篇論文分別被引用h次[16]。g指數(shù)作為h指數(shù)改進指數(shù)，是反映高被引頻次論文的評價指標，指作者論文按照被引頻次從高到低排序，將排序序號平方，當平方等于累計被引次數(shù)時，該序號為g指數(shù)[17]。m指數(shù)作為h指數(shù)的改進指數(shù)，指將h篇論文的引文，按照被引用數(shù)降序排列，選擇中位數(shù)為m指數(shù)[18]。關鍵詞共現(xiàn)分析是指利用文獻集中詞匯對或名詞短語共同出現(xiàn)的情況，描述文獻集所代表學科中各主題間組成結構和關系方法，對某一領域熱點內容、學科與領域發(fā)展歷程具有重要意義[19]。研究主要統(tǒng)計2002—2019年WOS庫空氣負（氧）離子文獻發(fā)表文獻來源、高產(chǎn)作者h指數(shù)、論文合作的國家（地區(qū)）和關鍵詞耦合關系等。

2 結果與分析

2.1 空氣負（氧）離子文獻基本情況

檢索2002—2019年發(fā)表相關文獻共285篇，包括251篇期刊文章、24篇會議文章和10篇文獻綜述。涉及1254位作者，作者總計出現(xiàn)1388人次；獨立作者文獻數(shù)10篇，文獻篇均作者數(shù)4.4個。文獻篇均被引頻次3.076次。自2002年以來，除2005、2009年出現(xiàn)波動，文獻發(fā)表數(shù)目逐年遞增（表1），年增長率7.08%，2019年發(fā)表文獻數(shù)最高為32篇?？諝庳摚ㄑ酰╇x子文獻總被引次數(shù)在2002—2019年大致呈先增加后減小的趨勢，其中2009、2010和2012年達到峰值，文章篇均被引頻次于2005和2009年達到峰值后呈波動下降趨勢。

表1 2002—2019年WOS空氣負（氧）離子文獻發(fā)表數(shù)和被引用情況

2.2 空氣負（氧）離子文章高產(chǎn)作者、高被引論文及h指數(shù)

2002年以來，WOS庫收錄的空氣負（氧）離子文獻逐漸增多，出現(xiàn)許多高產(chǎn)論文作者?？偙灰l次表示作者所有文獻被引頻次總和。對比前10名高產(chǎn)作者數(shù)據(jù)（表2），從2008年開始，Bychkov累計發(fā)表文章5篇，h指數(shù)2，與h指數(shù)相關的g指數(shù)和m指數(shù)分別為3和0.15，文章總被引頻次為10，該作者文章發(fā)表日期（被引頻次）分別為 2017(1)、2015(2)、2011(1)和 2008(6)，發(fā)表日期越早，被引頻次越多。Bychkov發(fā)表的5篇文章IF影響因子偏低，文章被引頻次低可能與發(fā)表時間較晚及其他學者偏向引用影響因子更高、被引用頻次高的期刊有關。2002—2006年，Kondrashova、Sirota和Tikhonov均發(fā)表了4篇文獻。2007—2019年有7名作者陸續(xù)發(fā)表了文獻，其中Kim于2016年發(fā)表文章數(shù)較多且文章被引頻次也較高。同時，也應認識到h指數(shù)和總被引頻次還有待進一步提高，這也與該領域國際上研究熱度不高、研究方向較多，導致該領域研究的相關度不高有關。

表2 空氣負（氧）離子文章前10名高產(chǎn)作者、h指數(shù)及總被引頻次

空氣負（氧）離子前10名優(yōu)勢作者及發(fā)文數(shù)（表3）表明，優(yōu)勢度因子表示在合作文章中作者為第一作者的頻率，通過優(yōu)勢度因子排序確定優(yōu)勢作者。Belhi、Tikhonov和Sun作者優(yōu)勢排序分列前3位。前10名優(yōu)勢作者文章全部為合作文章，未出現(xiàn)獨作文章。作者優(yōu)勢度排序最低的Bychkov發(fā)文數(shù)最多。

表3 空氣負（氧）離子文章前10名優(yōu)勢作者及發(fā)文數(shù)

WOS庫中空氣負（氧）離子前10名高被引用文章未出現(xiàn)2014年后的文獻（表4），表明2014年及以前發(fā)表文章影響力較高，近年發(fā)表的本領域影響力突出文章較少。2012年Christensen在《Journal of the Electrochemical Society》上發(fā)表的論文8年內總被引768次，年均被引85.3次，該作者發(fā)表文章的總被引頻次排名第1。此外，空氣負（氧）離子前10名高頻引用文獻中作者Wagner、Laoire、Gallagher、Liu、Radin發(fā)表的論文總被引頻次在200以上。少數(shù)作者已發(fā)表文獻的總被引頻次極高，而多數(shù)作者文獻的總被引頻次較少。

表4 空氣負（氧）離子前10名高被引用文章詳細情況

歷史文獻直接被引用圖由Garfield提出，用來表示文獻收集產(chǎn)生相關性最高的直接引用時間順序網(wǎng)絡圖[20-21]，從歷史文獻直接被引用圖看（圖1），2002—2013年直接被引用文獻較為集中，2014年及以后發(fā)表的文獻中直接被引數(shù)量較少，且作者更偏好引用2014年以前文獻。

圖1 2002—2019年歷史文獻直接被引網(wǎng)絡圖譜

2.3 空氣負（氧）離子文章作者國家和地區(qū)分析

空氣負（氧）離子文章發(fā)表數(shù)量前10名國家或地區(qū)見表5。SCP指數(shù)(single country publications)反映單一國家或地區(qū)發(fā)表文章數(shù)量；MCP指數(shù)(multiple country publications)反映多國家或地區(qū)發(fā)表文章數(shù)量；MCPRatio指數(shù)(multiple country publications ratio)反映多國家或地區(qū)文章數(shù)比例，該指數(shù)越高該國文章國際化程度越高。中國作者發(fā)文55篇，發(fā)表頻度為0.197，與其他國家和地區(qū)合作發(fā)文15篇，合作比例為0.273，文章篇均被引頻次15.47。美國、俄羅斯、德國文章發(fā)表數(shù)緊隨其后。從空氣負（氧）離子文章高產(chǎn)國家發(fā)文數(shù)可以看出，SCP指數(shù)遠高于MCP指數(shù)，多國合作發(fā)表文章比例較小。中國、美國、英國、俄羅斯、德國與其他國家合作發(fā)表文章數(shù)量較多，波蘭、英國、中國和印度發(fā)表多國家合作文章比例最高。

表5 空氣負（氧）離子文章發(fā)表數(shù)量前10名國家或地區(qū)

2.4 空氣負（氧）離子文獻期刊來源

空氣負（氧）離子發(fā)表前10名文獻來源及影響因子(IF)見表6，參考2019年《2018年JCR期刊引用報告》，WOS庫中空氣負（氧）離子論文發(fā)表數(shù)量前10名來源期刊IF平均值為3.205。其中發(fā)表在《Journal of Physics D:Applied Physics》(IF2.829)期刊上12篇，其余期刊文章數(shù)均在10篇以下。參考《中科院SCI期刊分區(qū)》（2019年12月基礎版），期刊的大類學科主要為物理、工程技術和化學等學科，其中《Journal of Materials Chemistry A》的IF影響因子為10.733，遠高于其他期刊；《Plasma Sources Science&Technology》和《International Journal of Hydrogen Energy》期刊影響因子均超過4。

表6 空氣負（氧）離子文獻發(fā)表數(shù)量前10名文獻期刊來源及影響因子

2.5 空氣負（氧）離子文章高頻關鍵詞分析

空氣負（氧）離子論文前10名關鍵詞分析見表7。作者關鍵詞(author keywords)指由作者提供的關鍵詞?？諝庳摚ㄑ酰╇x子文獻作者關鍵詞中corona discharge（電暈放電）出現(xiàn)頻次最高，其次是oxygen（氧）、ozone（臭氧）、air（空氣）、hydrogen（氫）、plasma（等離子體）等。索引關鍵詞(keywords plus)可以增加文章在相關專題下的命中率，加快論文的查詢速度，可用計算機自動編制，檢索也較方便。索引關鍵詞中oxygen（氧氣）出現(xiàn)頻次最高，共出現(xiàn)49次，其次是air（空氣）、performance（性能）、nitrogen（氮）、discharge（放電）和plasma（等離子體）等。

表7 空氣負（氧）離子文章前10名高頻關鍵詞分析

根據(jù)索引關鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡分析（圖2），與oxygen（氧）相關研究集中在air（空氣）、discharge（放電）、negative ions（負離子）、chemistry（化學）和plasma（等離子體）等方向；與performance（性能）相關研究集中在air batteries（空氣電池）、cathode（負電極）、oxide（氧化物）、oxygen reduction（氧化還原）和complexes（絡合物）等方面；與nitrogen（氮）相關研究集中在crosssections（交叉區(qū)域）、simulation（仿真）和 temperature（溫度）領域。

圖2 空氣負（氧）離子文章文獻索引關鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡分析

關鍵詞時間演變與出現(xiàn)頻率分析從時間、關鍵詞出現(xiàn)頻率2個維度反映其研究方向的演變（圖3）。2002—2010年glow-discharge（輝光放電）、superoxidedismutase（超氧化物歧化酶）、superoxide（超氧化物）和system（系統(tǒng)）等關鍵詞出現(xiàn)頻率最高；2011—2015年oxygen（氧）、air（空氣）、plasma（等離子體）、reduction（還原）、water（水）和oxidation（氧化）等關鍵詞出現(xiàn)頻率最高；2016—2019年 performance（性能）、oxide（氧化物）、batteries（電池）、diffusion（擴散）和graphene（石墨烯）等關鍵詞出現(xiàn)頻率最高（圖3）。2002—2019年頻率最高的關鍵詞oxygen（氧）和air（空氣）分別出現(xiàn)在2013和2015年。與氧元素相關關鍵詞出現(xiàn)的頻率較高，如超氧化物歧化酶(2004)、二氧化硫(2007)、超氧化物 (2008)、氧化作用 (2011)、氧 (2013)和氧化物(2017)。涉及氧元素的物化反應是主導方向，自2003年關注放電反應、醫(yī)療應用等，而等離子體、電池、石墨烯等新能源、新材料的應用是近年來該領域研究熱點。

圖3 關鍵詞時間演變與出現(xiàn)頻率分析

3 結論

（1）2002—2019年空氣負（氧）離子文獻發(fā)表數(shù)量逐年遞增，中國作者發(fā)文量、文章總被引頻次及合作比例排名靠前，表明中國作者發(fā)表論文國際化程度較高，但文章篇均被引頻次低于美國，有待進一步提高。

（2）空氣負（氧）離子文獻總被引頻次與篇均被引頻次大致呈先升高后降低趨勢，期間出現(xiàn)許多高產(chǎn)作者，而其文章總被引頻次遠低于文章總被引前10作者發(fā)文的總被引頻次。

（3）空氣負（氧）離子來源前10名文獻期刊IF因子在1.267～10.733，大類學科以物理、工程技術和化學為主。在空氣負（氧）離子文獻索引關鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡研究中，與氧有關的研究主要圍繞空氣、放電、負離子、化學、等離子體、大氣壓強、混合物和電離等關鍵詞；與性能有關的研究主要圍繞空氣電池、負電極、氧化物、氧化還原、絡合物、穩(wěn)定作用、水和模型等關鍵詞；與氮有關的研究主要圍繞交叉區(qū)域、仿真、溫度等關鍵詞。氧和空氣是2013、2015年出現(xiàn)頻率最高的關鍵詞。涉及氧元素的物化反應是該領域主導方向，關于等離子體、電池和石墨烯等新能源、新材料的應用是近年來該領域研究的熱點內容。

4 討論

空氣負（氧）離子文獻被引用頻次大致呈先升高再降低趨勢，原因包括：（1）論文發(fā)表日期距離統(tǒng)計截止時間較近；（2）近年來發(fā)表的文章影響力有待驗證；（3）該領域研究方向較多、部分研究結論存在分歧現(xiàn)象[22]。

空氣負（氧）離子文獻在國籍來源中，中國作者發(fā)表文章數(shù)量最多，與其他國家或地區(qū)合作發(fā)文數(shù)量較多，表明中國在該領域國際化程度較高。基于Web of Science結合中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫“空氣負（氧）離子”為檢索對象的文章分析，中外學者的研究方向有所不同。國外研究主要集中在化學、工業(yè)、醫(yī)療等方面，其中在等離子體、鋰空氣電池和石墨烯等新材料、新能源領域應用是近年來研究熱點。中國作者偏向研究空氣負（氧）離子與環(huán)境因子、森林康養(yǎng)的關系，原因可能為：（1）國外對負（氧）離子與森林關系研究起步較早，目前更注重空氣負（氧）離子應用；（2）國內經(jīng)濟快速發(fā)展導致城市空氣污染增多，與空氣負（氧）離子有關的森林康養(yǎng)產(chǎn)業(yè)可以滿足人民日益增長的健康和旅游需求。森林康養(yǎng)又稱森林療養(yǎng)(forestry therapy)，最早由“森林浴”一詞發(fā)展而來[23]。負（氧）離子具有促進人體新陳代謝、改善心腦血管疾病、治療慢性抑郁癥、殺菌和除塵等功效[24-29]。由于森林及相關地區(qū)蘊含大量負氧離子[30-31]，中國于2008年將空氣負（氧）離子濃度納入森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估的指標[32]。鑒于上述原因，對森林康養(yǎng)、環(huán)境因子與空氣負（氧）離子關系的研究是國內負氧離子領域探討的熱點方向。

目前空氣負（氧）離子研究的理論框架、物化反應原理具有豐富研究成果，結合與其他因子耦合關系模型，綜合前文分析結果，對未來研究提出以下建議：（1）目前對環(huán)境因子與負（氧）離子耦合關系研究主要集中在短期觀測數(shù)據(jù)，但其他影響因素較復雜，相關模型較簡單，結果代表性低，建議關注空氣負（氧）離子與環(huán)境因子長時間序列耦合關系的復雜模型；（2）空氣負（氧）離子在新材料、新能源、醫(yī)療領域的應用在國外研究較多，國內相關研究較少，建議增加相關研究。