生物学是研究生物结构、功能、发生发展规律以及生物与周围环境关系的科学。作为生命科学的重要基础,生物学研究在探索生命奥秘、解决人类经济社会领域相关重大问题中发挥了关键与核心作用。为了准确了解我国生物学的发展现状和潜力,绘制生物学发展“地貌图”,有必要对中国及世界主要国家的生物学研究发展现状进行全面梳理和评估,为制定中国生物学发展战略提供参考。

本文从科研产出的角度,以2004–2013年科睿唯安（Clarivate Analytics）的Web of Science（缩写WoS）数据库论文（简称SCI论文）作为样本,对中国与世界主要国家生物学的学科规模、学术影响力、高被引论文、国际合作、分支学科布局等方面展开评估,从一个侧面展示中国与世界的生物学发展态势。

论文是科研的主要产出形式,论文数量可以大体揭示出一个国家科学研究的规模。

美国是生物学SCI论文的产出大国,产出规模远远领先于其他国家：2004年,美国生物学论文数量为76 570篇,是第2名英国的4倍多;2013年,美国论文数量增长到82 799篇,远超第2名中国（33 112篇）及其他论文产出大国。从论文所占世界份额的角度分析,2004–2008年,美国论文数量占世界生物学论文总量的36.9%;2009–2013年,尽管其论文世界份额呈小幅下降,但依然占有三分之一。同期,其他国家的该份额均未超过10%(见图1和表1）。

2004–2013年间,中国生物学SCI论文产出规模增长迅速：论文数量由2004年的5 786篇增加到2013年的33 112篇,增长了4.7倍,世界排名也取得了长足进步,由第10名提升至第2名,前进了8个位次。相较于前一个5年期,后一个5年期中国论文的世界份额实现了翻番,由2004–2008年的4.7%上升到2009–2013年的9.7%(见图1和表1）。

论文发表后的被引频次是评价学术成果影响力的基本指标,国家的被引频次总数可以从一定程度上反映国家的整体学术影响力水平。

美国生物学SCI论文的学术影响力总量远超其他国家：2004–2008年和2009–2013年两个5年期,美国的引文世界份额分别为48.7%和46.2%,几乎占据了世界引文总量的“半壁江山”。除美国外,英国和德国在论文学术影响力方面也表现出色,他们在前后两个5年期的引文世界份额都在10%以上,分别位列世界引文排行榜的第2和第3名。

2004–2013年,与自身的发展基础相比,中国生物学SCI论文的整体学术影响力有较大提升：前后2个5年期相比,引文的世界份额由3.2%上升至6.8%,世界排名由第11位上升至第4位,引文份额的增量和排名的进步在TOP20国家中最为显著（见表2）。

国家的总被引频次反映国家整体上的学术影响力,受国家发表论文规模的影响较大。篇均引文指标描述了每篇论文的平均被引频次,因此可以消除论文数量对被引频次总量的影响,揭示论文的平均影响力。

图2中主要国家的篇均引文对比数据表明,2009–2013年,主要科技强国（如英国、美国、德国等）的生物学SCI论文篇均引文都超过了10,而中国的该指标得分仅为6.9,不仅远低于上述科技强国,也未达到世界基准线（9.8）。对比中国的总被引频次与篇均引文指标的世界排名可以看出,中国的总被引频次在2009–2013年位列世界第4位,而篇均引文排名第10。篇均引文排名落后于总被引频次的现象表明：中国的生物学SCI论文的总体影响力很大程度上依赖于大规模的论文产出,论文的相对影响力尚显不足,仍有进一步提升的空间。

在文献计量研究中,将发表之后未被引用的论文称为零被引论文,反之,被引用过的论文称为非零被引论文。引用率即非零被引论文量占整体论文量的比例。国家引用率描述了该国论文发表之后被引用的论文份额。

图2同时列出了TOP10国家论文引用率的数据。可以看出,除中国外,其余TOP10国家的论文引用率均高于世界基线（84%）,英国、美国、德国的SCI论文中,接近90%的论文获得过引用。中国的引用率为80.5%,落后上述3个国家10个百分点左右,同时也低于世界基准线。对引用率的分析表明,中国论文受到同行关注的程度依然低于其他科技强国,学术影响力仍需进一步提高。

本文中生物学的学科地位限定在国家层面,指对某国而言,生物学在其国家整体学科体系中的位置。文献计量研究中,某学科的论文数量占本国全部论文总量的份额可以从产出规模的角度揭示出该学科的学科地位。本节将各国生物学SCI论文数量占该国SCI论文总量的份额作为测度该国生物学学科地位的指标。

图3列出了2004年和2013年主要国家生物学SCI论文的本国份额：从2013年的数据看,除中国之外,TOP10国家的本国份额都在20%以上。其中美国的占比最高,本国份额达到25.1%。中国生物学SCI论文的本国份额仅为15.3%,落后美国约10个百分点,与除美国外的其他TOP10国家相比也有一定差距,揭示出中国的生物学SCI论文在整个学科体系中的位置较之世界生物学研究强国处于相对弱势。

尽管在与其他国家的横向对比中,中国生物学在本国学科体系中的地位仍有待提高,但与自身基础相比,中国生物学研究在2004–2013年取得了长足进步：SCI论文的本国份额从10.4%上升到15.3%,增加了约5个百分点。这表明经过10年的发展,生物学在中国学科体系中的地位呈现明显的上升态势（见图3）。

与中国生物学学科地位不断上升的态势有所不同,其他TOP10国家在2013年均表现出下降趋势,即2013年生物学论文本国份额低于2004年。以美国为例,2004年其生物学论文的本国份额为28.6%,2013年这一份额下降至25.1%。对于某一国家而言,不同学科SCI论文的本国份额是此消彼长的,即生物学学科地位下降的同时,其他学科的学科地位在上升。进一步的数据分析表明生物学、化学和医学领域学科地位的变化可能存在规律性（见表3）：TOP10国家在生物学领域论文本国份额下降的同期,化学领域的本国份额也在下降,而医学领域则是上升幅度最大的学科,并且成为国家整个学科体系中最大的板块。中国生物学领域论文本国份额上升的同时,化学和医学分别是下降和上升幅度最大的学科。由于化学、生物学、医学三者研究内容的内在关联,它们之间似表现出此消彼长的特征,这可能与学科体系发展的内在规律和各国科技所处发展阶段有关。由于研究内容的相互关联,这三个学科可能存在彼此助推和知识转移的关系。在国家学科体系构建和形成的早期,化学学科地位相对最强,接下来向生物学转移,然后向医学推进。对于科技强国而言,在经历了化学和生物学的研究积累的基础上,目前已进入医学强势阶段。而中国在经历了化学主导的阶段之后,生物学研究正在崛起。

随着我国科研成果数量剧增,科研成果的质量受到更多的关注。科学的发展不仅有赖于各学科大量知识的涌现,而且取决于为数不多的重要成果的巨大推动作用。除少部分超越同时代的同行认知范围的研究工作外,绝大多数重要成果在发表后便能获得较高的同行关注,在文献计量指标上反映为较高的被引频次,因此科研评价中常用被引频次来测度与评价成果的重要性。本文以被引频次居于前5%的SCI论文作为高被引论文的分析依据,以分析各国生物学高水平科研成果的产出能力。

表4列出了2004–2013年TOP20国家/地区5%高被引论文的数量及世界份额。数据表明：中国高被引论文数量从2004年的139篇增加到2013年的1 303篇,增长了8.4倍。前后2个5年期相比,中国高被引论文的世界份额从2.1%上升到6.0%,世界排名也前进了8位。这说明中国生物学高被引SCI论文产出规模取得长足进步。

尽管中国生物学高被引论文数量增加迅速,我们也应认识到,高被引论文数量的突飞猛进在很大程度上得益于中国生物学论文总量的攀升。因此,本研究引入了高被引论文的本国份额指标,即在本国生物学全部论文总集合中高被引论文所占的比例,用以描述高被引论文的本国产出效率。产出效率越高,说明国家以相对较少的论文产出了相对较多的高被引论文。由于高被引论文的遴选阈值为5.0%,因此5.0%可视为世界平均水平或基准线。

图4的数据揭示出：中国在高被引论文数量快速增长的同时,高被引论文的本国份额也稳步上涨,由2004年的2.4%上升到2013年的3.9%,表明中国高被引论文的产出效率取得了显著提升。但是,与美国相比,中国的产出效率仍有一定差距。2013年,美国高被引论文的本国份额为9.0%,中国3.9%的数值不仅落后于美国,也低于世界基准线（5.0%）。

在科技发展日趋国际化的今天,国际合作已成为国家科技发展战略中的重要组成部分。无论是发达国家要保持在科学前沿领域的领先地位,还是发展中国家在原本较落后的起点上实现局部突破、跨越式发展,都有必要通过国际合作在全球范围内整合资源,以求有效提升本国自主创新的研究能力,同时解决能源短缺、气候变化、疾病流行等人类共同面临的重大挑战。本文基于SCI论文分析各国的国际合作,同时挖掘本国自主研究的特征,希望能够为决策者制定有效的国际合作政策提供参考。

在文献计量研究中,国际合作论文是指署名国家超过一个的论文,自主研究论文指署名国家只有一个的论文。

2009–2013年,在生物学SCI论文总量不断增多的基础上（见表1）,世界各国国际合作论文的数量均持续上升（见表5）。但是,从不同国家国际合作论文与自主研究论文本国相对份额的角度看,各国的表现不尽相同：美国、日本及新兴科技国家（中国、巴西、印度、韩国等）自主研究论文份额超过了65%,揭示出这些国家自主研究占主导地位;而绝大多数科技强国,自主研究和国际合作的论文份额差异不大,两种研究模式的地位相当。

比较前后两个5年期TOP20国家/地区国际合作与自主研究份额的变化可以看出（见表5）,科技发达国家的国际合作论文份额增加了5个百分点以上,表明科技发达国家更多地参与了国际合作。然而,新兴科技国家的国际合作份额提升幅度较小,俄罗斯、中国甚至表现为下降趋势。以中国为例,前后两个5年期相比,中国国际合作论文的相对份额从33.7%下降到30.7%。

以往的文献计量统计表明²：与全部SCI论文相比,高被引论文在更大程度上依赖于国际合作。生物学领域高被引论文的数据与此结论吻合（见表6）。2009–2013年,除美国之外,其他TOP20国家/地区高被引论文的国际合作率均高于50%,揭示出这些国家的高被引论文主要源于国际合作研究。美国是TOP20国家/地区中唯一高被引论文国际合作率（41.8%）低于自主研究率的国家,这说明美国的重要成果更多源于自主研究。

比较前后两个5年期高被引论文的国际合作数据（见表6）可见：除中国之外,其他TOP20国家的国际合作份额均表现出上升态势。中国可能受到整体国际合作论文份额下降的影响,高被引国际合作论文的份额从2004–2008年的60.2%减少到2009–2013年的56.4%。

以上从国际合作论文数量占本国论文份额的视角,揭示了各国生物学研究的国际合作强度。本文在构建全球各国国际合作关联数据的基础上,绘制了国际合作网络图（见图5）,旨在描述各国在生物学国际合作研究中的广泛程度。同时,本文引入社会网络分析中整体网络的接近中心度指标（见文本框1,表7）,从而从定量的角度更为精细地揭示各国在整体国际合作网络中合作的广泛程度,评估不同国家在合作网络的中心地位。某国的中心度指标越高,表明该国直接或间接合作的国家的数量越多,在合作网络中发挥的引导和编织作用就越大。图5相应的测度和描述指标解释如文本框1所示。

文本框1 接近中心度指标描述

接近中心度是测度整体网络中节点位置的指标,用于揭示节点在国际合作网络中的核心或边缘位置,其得分越高代表节点越处于合作网络的核心位置。国家在国际合作网络的接近中心度CCj计算公式如下：

\[CC_j=\frac {m-1}{\sum_{k=1}
{m}{d_{jk}}} \]

其中j代表国际合作网络中的国家,k代表i学科形成的国际合作网络的任意国家,k=(1,2,3...m),m国际合作网络中所包含国家总数。m–1是指该国际合作网络的最小可能的绝对接近中心度,也即规模为m的星型网络中核心结点的绝对接近中心度,也即核心结点到其他所有结点的最短距离之和,其数值即为m–1。d_jk是指在i学科的国际合作网络中j国和k国之间的最短路径（测地线）距离。

对比2004年和2013年两个合作网络图可以看出,生物学国际合作网络呈现出日趋紧密的特征,合作网络的密度明显增强。这表明越来越多的国家更为频繁地参与到生物学研究的国际合作中来。

分析不同国家在国际合作网络中的地位可以看出：在2004年的国际合作网络图中,美国位于绝对的中心位置,合作中心度达到最大值1.0。由于合作连线的阈值为70,表明每一个国家都与美国有过至少70篇论文的合作。2013年,美国的合作网络中心度小幅下降到0.953,但依然处于网络的中心合作圈,是世界各国参与国际合作的主要伙伴（见表7）。

中国在2004年国际合作网络的中心度为0.563,位列世界中心度排行榜的第15位。2013年,这一得分增加至0.629,排名前进至第11位。合作网络的中心度指标可以揭示国家在国际合作网络中的地位,进而反映出国家在网络中的合作广泛程度,数据分析表明：随着生物学研究规模及影响力的扩大,中国在国际合作网络中的位置也在逐步向中心靠近,国际合作研究的广泛程度有所加强。

根据研究对象、研究内容等方面的差异,可以将生物学领域划分为11个分支学科。对于各国而言,生物学领域11个分支学科的发展水平既体现了国家经济社会发展的需求,也折射出其相关分支学科研究的基础和水平。本节将对主要国家生物学11个分支学科的布局进行分析,旨在对比不同国家分支学科层面的结构特点。

科研产出规模是反映学科发展态势的基本特征。在文献计量研究中,论文数量经常被用于描述或评价领域的产出规模。科研产出规模的大小主要取决于其研究对象和研究内容的广泛程度,而产出规模的发展速度可以在一定程度上反映出领域所处的发展阶段、发展水平、研究队伍建设等信息。表8列出了生物学11个分支学科2004–2013年间SCI论文数据,作为分析生物学分支学科产出规模的主要依据。

表8的数据揭示出,生物物理、生物化学与分子生物学是生物学领域产出规模最大的分支学科,2004–2013年的论文总数达到63.7万篇,远远超过生物学其他分支学科。微生物学和神经科学的10年论文数也分别达到了40.9万篇和31.7万篇,位居生物学各分支学科的第2和第3名。发育生物学与生殖生物学的产出规模最小,10年的论文数为7.8万篇。

从论文数量变化的角度分析,2004–2013年,生态学的论文增长速度最快,年均增长率为5.2%,显示出该学科蓬勃发展的态势;微生物学的年均增长率紧随其后,为4.6%;免疫学、发育生物学与生殖生物学的论文增长率较低,分别为1.4%和0.8%（见表8）。

由于研究基础和国家需求的差异,各国在不同分支学科的表现会有所不同。本节聚焦于中国在各分支学科层面发展水平的分析,主要从产出规模、影响力、高被引论文三个维度揭示中国各分支学科的进步与差距。

从论文产出角度分析可以看出（见表9）,与2004–2008年相比,中国2009–2013年大多数分支学科论文的数量有了长足进步,在各分支学科的世界份额及排名也在不断提升。2009–2013年,微生物学、植物学、生物物理、生物化学与分子生物学、细胞生物学4个分支学科的论文数量位居世界第2位。从分支学科的世界份额看,植物学的表现在各分支学科中最为突出,取得了15.7%的世界份额。各分支学科相比而言,生态学、生理学的世界份额和排名居于低位。2009–2013年,这两个分支学科的世界排名均为第7位,世界份额为6%。

从学术影响力总量的角度分析（见表10）,前后两个5年期相比,中国各分支学科也取得了快速进步。从世界排名看,2009–2013年,除生态学排名第11位之外,其他学科的排名均跻身前10位。植物学和微生物学的表现尤为突出,分列世界排行榜第2、3位。从引文的世界份额看,植物学的份额达到了14.10%,居各分支学科之首。比较中国各分支学科的论文和引文世界排名可以看出,除植物学之外,其他分支学科的引文排名均落后于相应的论文排名。这说明各分支学科产出规模水平高于学术影响力水平。

由于引文总量与论文总量的关联性,篇均引文指标可以消除产出规模总量对引文总量的正向影响。对于不同的分支学科,由于其研究规模的差异,其篇均引文的世界基准线不同,其篇均引文不具有可比性;对于发表年份不同的论文,由于引文时间窗不一致,其篇均引文同样不具有可比性,因此本报告设计了相对篇均引文指标定义如下（见文本框2）。

图6列出了中国各分支学科的相对篇均引文指标。2004–2013年间,比较前后两个5年期的中国各分支学科的相对篇均引文可以看出：中国各分支学科的相对篇均引文均小于1,说明各分支学科的篇均影响力均低于世界基线。从2009–2013年的数据看,植物学的篇均引文指标最接近世界基线（相对篇均引文为0.90）,论文篇均影响力接近世界平均水平。细胞生物学的篇均引文离基准线最远（相对篇均引文为0.53）。从发展的视角看,前后两个5年期相比,中国有6个学科的篇均影响力在不断提升。其中,植物学、动物学的提升幅度最大。

从高被引论文产出的表现来看,中国在各分支学科产出规模持续扩大的同时,其高被引论文的数量及世界份额也呈现增长态势。前后两个5年期相比,全部分支学科的高被引论文数量均快速增加,世界排名分别提升了3~8个位次,世界份额也有不同程度的上升。2009–2013年,植物学不仅在论文、引文指标表现突出,其高影响力成果的世界份额也列各分支学科之首（13%）。相对于其他分支学科,生物物理、生物化学与分子生物学在2004–2008年具备较好的发展基础,世界份额居于各分支学科之首（6.9%）,列世界第4位。从发展的视角看,该分支学科发展态势平稳,2009–2013年世界份额8.2%,仍列世界第4位（见表11）。

文本框2 相对篇均引文指标定义

相对篇均引文RCPP_{i jt}计算公式如下：

\[RCPP_{ijt}=\frac {CPP_{ijt}}{CPP_{iwt}} \]

其中i代表分支学科,j代表国家,t代表年,CPP_{i jt} 为j国分支学科i在t年的篇均引文,CPP_{i wt}为t年世界分支学科i的篇均引文。

高被引论文占本国论文的份额可以从一定程度上体现各学科高被引论文的产出效率。前后两个5年期相比,除生物物理、生物化学与分子生物学外,中国各分支学科的本国份额均有所上升。2009–2013年,比较中国各分支学科本国份额与世界基准线的差距可以看出,中国各分支学科的本国份额均低于世界基线,说明中国高被引论文的产出效率有提高的空间。其中,动物学、植物学具有较高的高被引论文本国份额,分别为4.7%和4.4%,接近高被引论文的世界基准线（5%）（见图7）。

综上所述,中国生物学各分支学科的产出力、影响力相关指标的得分及世界排名都取得了不同程度的进步。比较各分支学科的上述若干指标可以看出,绝大多数分支学科的引文指标世界排名和高被引论文指标世界排名均落后于论文排名,表明各分支学科的影响力发展滞后于研究规模的扩张。

在各分支学科的横向对比中发现,中国植物学和微生物学的论文、引文世界排名都进入世界前3位,高被引论文排名第4,是生物学的优势学科。生态学、免疫学、神经科学、生理学等几个学科的各项指标排名和得分处于相对落后地位,但10年间进步显著。如：在世界细胞生物学的年均2.3%的论文增长率的背景下,中国该学科取得了26.3%的高增长率;生态学的引文世界排名前进了9个位次,高被引论文世界排名前进了8个位次。这些学科未来的发展前景值得期待。

分支学科结构系指在整个生物学学科体系中各分支学科的构成。由于各国社会经济发展需求和相关研究发展水平的差异,不同国家在各分支学科表现出不同的发展水平。因此,各国生物学分支学科的结构是在宏观科技决策调控和微观学科发展水平双力制衡下形成的特质化格局。在文献计量研究中,SCI论文数量是考察学科结构最为基础的指标。由于不同分支学科研究体量的差异,各分支学科之间很难直接对比分析,因此在描述学科结构时可以用该学科的世界总量进行归一化处理（世界份额）,从而使各学科在整个国家体系中的分布具有可比性。表12给出了主要国家在生物学领域各分支学科的SCI论文数据和世界份额,雷达图（见图8）可以直观地看出主要科技国家的分支学科结构各具特色。

从2013年主要国家各分支学科的SCI论文数量和世界份额来看（见表12）,美国在各分支学科居于领军地位：11个分支学科中有10个分支学科论文的产出数量都超过世界论文总量的四分之一。免疫学、生理学、神经科学表现尤为突出,3个学科的论文世界份额均接近40%。相比而言,美国在植物学、微生物学的领先优势略弱,在这2个领域发表的SCI论文世界份额分别为19.2%和27.5%。

中国在植物学的优势比较明显,论文总数占世界份额为18.5%,接近美国（19.2%）。此外,微生物学、生物物理、生物化学与分子生物学和细胞生物学的论文份额也超过了15%,是中国论文数量较多的分支学科。生态学是中国发表论文最少的生物学分支学科,论文份额仅为7.0%。从学科结构的角度分析,中国与印度的分支学科结构侧重于植物学、微生物学和生物物理、生物化学与分子生物学,而生态学、生理学、动物学则相对较弱（见图8和表12）;美国在免疫学、生理学和神经科学方面格局更占优势。英国和法国的分支学科结构相对侧重于生态学。

雷达图直观地展现了主要科技国家生物学领域分支学科结构上有所不同,为量化地比较结构差异,本文以国家在各分支学科的论文数量为依据,形成描述国家分支学科结构的数学表达（向量）,进而计算了国家向量之间的相似度（COSINE相似度计算）。

表13列出了主要国家生物学领域分支学科结构相似度的数值。相似度数值越大,则相关国家学科结构的相似程度越高。从表13的相似度数据可以看出：传统科技强国之间学科结构的相似度较高,而它们与新兴国家的相似度则相对较低。例如：美国、英国、德国、日本、法国和意大利等国家生物学领域分支学科结构的相似度数值范围为0.942~0.991。同期,传统科技强国与中国等新兴科技国家的相似度数值范围为0.657~0.943。这说明科技强国在生物学领域具有较高同质性的分支学科体系,而它们的学科体系与新兴科技国家具有较大差异。

与科技强国相比,新兴科技国家之间的生物学分支学科结构差异较大。表13的数据揭示出：中国与韩国、印度的结构最为相似,相似度达到了0.968和0.962。中国与南非的学科结构最不相似（0.705）。

上述定量数据揭示出：科技强国的学科结构具有较高相似度,新兴科技国家的学科结构存在较大差异,科技强国与新兴科技国家之间的学科结构显著不同。这揭示出国家的学科结构特征与其科技发展水平可能存在某种关联。

学科结构的相似性计算反映了各国具有相对优势和劣势分支学科的结构同质性,由于优势、劣势分支学科发展的不同步,可能对生物学分支学科整体结构的均衡性产生影响。学科结构的均衡指在生物学内部各分支学科的发展水平较为接近,不均衡指各分支学科的发展水平参差不齐。本小节引入经济学领域测度分布均衡程度的基尼系数算法,设计了学科均衡指数（见文本框3）,对新兴科技国家与科技强国的学科结构均衡性进行分析。学科均衡指数得分越低,表明学科结构越趋于均衡;反之,均衡指数得分越高,表明学科结构的偏振性越强,均衡性越差。

雷达图直观地展现了主要科技国家生物学领域分支学科结构上有所不同,为量化地比较结构差异,本文以国家在各分支学科的论文数量为依据,形成描述国家分支学科结构的数学表达（向量）,进而计算了国家向量之间的相似度（COSINE相似度计算）。

表13列出了主要国家生物学领域分支学科结构相似度的数值。相似度数值越大,则相关国家学科结构的相似程度越高。从表13的相似度数据可以看出：传统科技强国之间学科结构的相似度较高,而它们与新兴国家的相似度则相对较低。例如：美国、英国、德国、日本、法国和意大利等国家生物学领域分支学科结构的相似度数值范围为0.942~0.991。同期,传统科技强国与中国等新兴科技国家的相似度数值范围为0.657~0.943。这说明科技强国在生物学领域具有较高同质性的分支学科体系,而它们的学科体系与新兴科技国家具有较大差异。

与科技强国相比,新兴科技国家之间的生物学分支学科结构差异较大。表13的数据揭示出：中国与韩国、印度的结构最为相似,相似度达到了0.968和0.962。中国与南非的学科结构最不相似（0.705）。

上述定量数据揭示出：科技强国的学科结构具有较高相似度,新兴科技国家的学科结构存在较大差异,科技强国与新兴科技国家之间的学科结构显著不同。这揭示出国家的学科结构特征与其科技发展水平可能存在某种关联。

学科结构的相似性计算反映了各国具有相对优势和劣势分支学科的结构同质性,由于优势、劣势分支学科发展的不同步,可能对生物学分支学科整体结构的均衡性产生影响。学科结构的均衡指在生物学内部各分支学科的发展水平较为接近,不均衡指各分支学科的发展水平参差不齐。本小节引入经济学领域测度分布均衡程度的基尼系数算法,设计了学科均衡指数（见文本框3）,对新兴科技国家与科技强国的学科结构均衡性进行分析。学科均衡指数得分越低,表明学科结构越趋于均衡;反之,均衡指数得分越高,表明学科结构的偏振性越强,均衡性越差。

文本框3 学科均衡指数定义

生物学学科结构的均衡指数G_j计算公式如下：

\[G_j=1-\frac {1}{n}(2\sum_{i=1}
{n-1} W_{ij}+1) \ \]

其中i代表分支学科,n代表分支学科数量,j代表国家,W_ij为将j国各分支学科SCI论文的世界份额按升序排列后,第i个分支学科的累积世界份额的归一化值,该归一化值等于j个国家第i个分支学科的累积世界份额除以j国n个分支学科的世界份额总和。

表14显示出传统科技强国的学科均衡指数明显低于新兴科技国家。美国、法国和德国的学科均衡指数得分在0.10以下,意大利得分为0.14;新兴科技国家的得分区间在0.18~0.42。南非的得分最高,为0.42,学科结构偏振性最强。中国的学科均衡指数在新兴科技国家中最低（0.18）。

学科均衡指数的相关数据表明,相对于新兴科技国家,传统科技强国的生物学学科结构更为均衡,即各分支学科发展水平趋于接近;而新兴科技国家的分支学科发展水平相对不平衡。结论提示我们,学科结构均衡程度可能与学科发展水平存在相关关系。均衡的分支学科布局是提升领域整体水平的必要基础。由于科学发展的不确定性和分支学科发展的相互依赖性,科学体系的整体发展往往会受到弱势分支学科的制约。非均衡的学科发展态势会影响到学科体系的可持续性。反过来,雄厚的科研基础和高水平的科研工作又有利于促进学科结构协调均衡发展。

由于学科结构的形成受多种因素影响,而各国又有着不同的国情和科学基础,因此,对于不同的学科结构以及学科结构的均衡程度很难给出孰优孰劣的评判标准。但是分析不同科技发展水平国家学科结构的差异及原因,对于调整和优化本国学科布局是一个重要的参考依据。

科学研究是人类社会最复杂的智力活动之一,无论是定性判断还是定量分析都难以全面和准确勾勒学科发展的全貌。本文以SCI论文数据为依据,用定量方法描绘了2004–2013年中国与世界生物学发展态势的若干特征。虽然定量指标不可能全面洞悉学科发展的微观细节,但是以海量数据为基础的分析却可以在一定程度上揭示学科发展的宏观轮廓。

生物学的文献计量分析表明,中国生物学SCI论文在2004–2013年迅速增加,与2004年相比,2013年增长了4.8倍,世界排名由第10名升至第2名。从生物学在中国学科体系中的地位看,中国生物学处于上升态势。2013年生物学论文占中国SCI论文总量的份额比2004年增加了约5个百分点,揭示出中国生物学在学科体系中的地位在提高;在高被引论文的产出方面,中国的产出效率仍有提升空间。2004–2013年,中国生物学高被引SCI论文的数量增长了8.4倍。从中国高被引论文的本国份额看,中国从2.4%提升到3.9%,但仍低于世界5%的基准线。从分支学科的分布格局看,新兴科技国家的分支学科结构各不相同,中国在植物学方面具有显著的产出优势。整体而言,新兴科技国家的分支学科体系各不相同,而科技强国的分支学科结构则具有较高同质性。此外,学科均衡指数的结论揭示出,相对于新兴科技国家,传统科技强国的分支学科结构更为均衡,即各分支学科发展水平趋于接近;而新兴科技国家则分支学科发展水平相对不平衡。

回顾过去,展望未来,世界生物学需要中国的贡献,中国生物学需要在与世界的交流中进一步前行。祝愿中国科学家在发现与创造的征程上不断开拓进取,推动中国成为生物学强国,为建设创新型国家做出贡献！