基于CiteSpace方法的近30年耕作侵蝕學(xué)科動(dòng)態(tài)可視化分析

袁正蓉, 巨 莉, 李富程

(1.西南科技大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 四川 綿陽 621010; 2.四川省水利科學(xué)研究院, 成都 610072)

耕作侵蝕是指在坡地景觀內(nèi)耕作位移的變化導(dǎo)致凈余土壤的重新分配[1-2]。耕作侵蝕研究最早可追溯到20世紀(jì)30年代[3]，但就侵蝕過程來講是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。Nichols和Reed、Mech和Free、Chase最早描述了坡耕地犁耕對(duì)土壤向下坡移動(dòng)的影響[4]。20世紀(jì)50年代到80年代，耕作侵蝕并未引起廣泛關(guān)注，只有極少研究關(guān)注耕作侵蝕。直到20世紀(jì)90年代，關(guān)于耕作侵蝕系統(tǒng)地定量化研究才開始出現(xiàn)。Lindstrom等[1,5]對(duì)土壤位移進(jìn)行了全面評(píng)估，指出耕作導(dǎo)致農(nóng)田土壤從凸坡傳輸?shù)桨计碌倪^程是非常顯著的，這些研究激發(fā)了研究者對(duì)耕作侵蝕的研究興趣。許多地區(qū)已將耕作侵蝕鑒明為景觀內(nèi)土壤再分配的重要過程，研究顯示美國(guó)明尼蘇達(dá)州凸坡部位耕作侵蝕達(dá)30 t/hm2/a[1]；哥斯達(dá)黎加耕作侵蝕達(dá)250 t/(hm2·a)[6]，其他地區(qū)，如加拿大為54 t/(hm2·a)[7]；老撾為4.6～11 t/(hm2·a)[8]，中國(guó)紫色土區(qū)為48～150 t/(hm2·a)[9]。近30 a，在耕作侵蝕過程與機(jī)制、耕作侵蝕的環(huán)境效應(yīng)、耕作侵蝕與其他侵蝕的耦合作用、耕作侵蝕防治技術(shù)等方面已積累大量的研究成果，耕作侵蝕已成為水土保持學(xué)的一個(gè)重要研究方向[10-11]。

文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)是通過文獻(xiàn)體系和文獻(xiàn)計(jì)量特征評(píng)價(jià)某領(lǐng)域科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及水平，被廣泛用于文獻(xiàn)情報(bào)分析[12-13]。CiteSpace是美籍華裔陳超美教授開發(fā)的一款用于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘和可視化的軟件。該軟件可通過對(duì)主題、關(guān)鍵詞、作者、機(jī)構(gòu)等進(jìn)行聚類分析、網(wǎng)絡(luò)圖譜分析等挖掘其隱含信息，定量且直觀地梳理研究現(xiàn)狀、顯示學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)和動(dòng)向。運(yùn)用可視化工具對(duì)某學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量分析已成為學(xué)術(shù)研究的一大熱點(diǎn)。我國(guó)學(xué)者已在黃土區(qū)、紫色土區(qū)、黑土區(qū)、喀斯特區(qū)等區(qū)域開展了一系列耕作侵蝕研究，但缺乏對(duì)耕作侵蝕學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)研究。本文采用CiteSpace對(duì)耕作侵蝕研究進(jìn)展進(jìn)行可視化分析，系統(tǒng)分析近30 a耕作侵蝕學(xué)科的發(fā)展脈絡(luò)與進(jìn)程，界定耕作侵蝕研究的發(fā)展階段，理清現(xiàn)階段耕作侵蝕研究的重要方向，旨在促進(jìn)我國(guó)耕作侵蝕學(xué)科發(fā)展，引起相關(guān)管理部門和學(xué)者對(duì)耕作侵蝕研究的重視，強(qiáng)化耕作侵蝕研究對(duì)坡耕地水土保持、土壤質(zhì)量提升和高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的支撐力度。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

采用CiteSpace(5.6.R5)文獻(xiàn)計(jì)量軟件進(jìn)行分析。通過中介中心性、文獻(xiàn)的爆發(fā)性、引文年輪以及被引頻次等指標(biāo)以圖譜的形式直觀展示耕作侵蝕學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)。其中，中介中心性(Centrality)是體現(xiàn)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中重要性的指標(biāo)，具有高中介中心性的節(jié)點(diǎn)通常是鏈接兩個(gè)不同領(lǐng)域的關(guān)鍵樞紐，也稱其為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，圖譜中玫紅色圓圈的厚薄表示其值的大?。晃墨I(xiàn)的爆發(fā)性(Burstness)常通過突發(fā)性探測(cè)值來表示，高突發(fā)性值的關(guān)鍵詞的出現(xiàn)表示某時(shí)期的學(xué)者發(fā)現(xiàn)了新的研究領(lǐng)域和研究視角，進(jìn)而評(píng)判該關(guān)鍵詞處于一定時(shí)期的研究前沿，是評(píng)判最活躍的研究領(lǐng)域的指標(biāo)，圖譜中紅色圓圈的大小表示突發(fā)性探測(cè)值的高低；引文年輪即圖譜的節(jié)點(diǎn)，代表著某篇文章的引文歷史，年輪的整體大小反映論文被引用的次數(shù)，年輪的顏色代表相應(yīng)的引文時(shí)間；在關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)表示一個(gè)關(guān)鍵詞，節(jié)點(diǎn)大小表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次，節(jié)點(diǎn)之間連線的粗細(xì)代表關(guān)鍵詞共現(xiàn)強(qiáng)度的高低，彼此間相鄰的關(guān)鍵詞表示他們經(jīng)常出現(xiàn)在相同的文章中[13-14]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源于美國(guó)科學(xué)情報(bào)所出版的Web of Science數(shù)據(jù)庫，檢索格式設(shè)定為：TS=(“tillage erosion”)，文獻(xiàn)類型設(shè)定為Article，文獻(xiàn)時(shí)間跨度選擇為1990—2020年、文獻(xiàn)檢索結(jié)果顯示共有306篇相關(guān)文獻(xiàn)。對(duì)檢索的文獻(xiàn)中發(fā)文量靠前的期刊進(jìn)行單獨(dú)檢索，Soil & Tillage Research(61篇)、Catena(29篇)、Geomorphology(17篇)、Earth Surface Processes and Landforms(16篇)、Journal of Soil and Water Conservation(16篇)。本文文獻(xiàn)檢索的截止時(shí)間為2020年8月27日。

2 結(jié)果與分析

2.1 國(guó)家和作者共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析

國(guó)家共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析的結(jié)果見表1，比利時(shí)和美國(guó)的耕作侵蝕研究起步較早且被引頻次較高，德國(guó)在該領(lǐng)域的研究起步較晚但其成果被廣泛引用，中國(guó)的耕作侵蝕研究起步相對(duì)較晚但近年來發(fā)文量較多。在中介中心性方面，德國(guó)擁有最高的中介中心性(0.50)，中國(guó)中介中心性相對(duì)較低(0.02)。在爆發(fā)性方面，中國(guó)擁有最高的爆發(fā)值(6.91)，其次是加拿大(6.53)和德國(guó)(5.52)。在時(shí)間方面，早期成果以比利時(shí)、美國(guó)居多，但現(xiàn)階段主要集中于中國(guó)、德國(guó)、西班牙和比利時(shí)。在合作關(guān)系方面，中國(guó)與加拿大和英國(guó)的連線較粗，其合作關(guān)系較為緊密。

表1 耕作侵蝕研究文獻(xiàn)被引頻次前十位國(guó)家

作者共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析可用來識(shí)別和分析研究領(lǐng)域中核心人物及研究人員之間的合作互引關(guān)系。耕作侵蝕研究的作者共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析圖譜包含55個(gè)節(jié)點(diǎn)和97條連線，節(jié)點(diǎn)大小顯示文章被引頻次前5的研究團(tuán)隊(duì)分別是以Poesen，Govers、張建輝、Lobb，Quine為核心的研究團(tuán)隊(duì)，且主要研究團(tuán)隊(duì)之間存在著不同緊密程度的合作關(guān)系。Lobb的節(jié)點(diǎn)具有最寬的玫紅色外圈，即具有最高的中介中心性，表明Lobb的文章被其他研究者廣泛引用，同時(shí)Quine作為耕作侵蝕研究領(lǐng)域較早的研究者，其文章也被大家廣泛引用。以張建輝為核心的研究團(tuán)隊(duì)具有最高的爆發(fā)值(9.29)，是現(xiàn)階段該領(lǐng)域主要的研究團(tuán)隊(duì)，其研究區(qū)域主要分布于中國(guó)西南地區(qū)。

2.2 學(xué)科和期刊共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析

耕作侵蝕在Agriculture和Soil Science學(xué)科中的被引頻次分別為197，177，但其中介中心性較低，分別為0.23，0.07(表2)，顯示出文獻(xiàn)多在學(xué)科內(nèi)部引用，對(duì)其余學(xué)科貢獻(xiàn)較少。在所有學(xué)科中均未發(fā)現(xiàn)爆發(fā)點(diǎn)，但在Environmental science & Ecology和Agriculture學(xué)科中擁有較高的文獻(xiàn)半衰期，分別為19，17，表明該學(xué)科中擁有耕作侵蝕研究的經(jīng)典文章。此外，在Geosciences, Multidisciplinary學(xué)科中有最高中介中心性(0.56)，表明該學(xué)科中耕作侵蝕的相關(guān)文章被其余學(xué)科廣泛引用，是耕作侵蝕研究中各學(xué)科的關(guān)鍵樞紐。

表2 耕作侵蝕領(lǐng)域文章被引頻次排名前五學(xué)科

在Web of Science數(shù)據(jù)庫中共檢索到66個(gè)期刊發(fā)表耕作侵蝕相關(guān)的文章，其中發(fā)文量在3篇及以上的期刊有21個(gè)，共發(fā)表耕作侵蝕相關(guān)文獻(xiàn)224篇，占檢索總數(shù)的73.20%。期刊共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果見表3，被引頻次排名前五的期刊分別為Soil & Tillage Research，Catena，Geomorphology，European Journal of Soil Science和Journal of Soil and Water Conservation，各期刊的側(cè)重點(diǎn)存在差異。

表3 被引頻次排名前五的期刊信息

2.3 引文共被引分析

共引文獻(xiàn)的爆發(fā)值和∑值在一定程度上可以反映某篇文獻(xiàn)在研究發(fā)展過程中的重要性。耕作侵蝕引文共被引高頻次爆發(fā)點(diǎn)信息見表4。爆發(fā)值大于10的文章共有6篇，爆發(fā)值最高的文獻(xiàn)是Govers等1994年發(fā)表于European Journal of Soil Science[15]，其在耕作侵蝕領(lǐng)域關(guān)注度最高，該研究鑒明了耕作在土壤再分配中的作用，提出擴(kuò)散模型(Q=k·S)，廣泛用于土壤位移和耕作侵蝕預(yù)測(cè)，也成為后續(xù)開發(fā)計(jì)算機(jī)模型的基礎(chǔ)?！浦底罡叩奈墨I(xiàn)是張建輝等2006年發(fā)表于Global Change Biology[16]，其在耕作侵蝕領(lǐng)域具有重要地位，揭示了耕作侵蝕和水力侵蝕在土壤再分配過程與機(jī)制的差異，指出耕作侵蝕是短坡梯地主導(dǎo)土壤侵蝕過程，而水蝕是長(zhǎng)坡景觀主導(dǎo)土壤侵蝕過程，這種不同的土壤再分配模式造成了C/N比分布格局上的差異。我國(guó)學(xué)者張建輝團(tuán)隊(duì)多篇文獻(xiàn)擁有較高的爆發(fā)值和∑值，表明該團(tuán)隊(duì)的研究對(duì)耕作侵蝕過程與機(jī)理的認(rèn)識(shí)做出重要貢獻(xiàn)。

表4 引文共被引高頻次爆發(fā)點(diǎn)信息

2.4 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析表明，關(guān)鍵詞“tillage erosion”、“soil redistribution”、“soil translocation”節(jié)點(diǎn)相對(duì)較大，表明耕作侵蝕、土壤再分配、土壤位移在耕作侵蝕領(lǐng)域作為關(guān)鍵詞使用最頻繁。關(guān)鍵詞Cs-137中介中心性最高，且與關(guān)鍵詞“water erosion”關(guān)聯(lián)程度高，表明Cs-137核素示蹤技術(shù)是研究耕作侵蝕和水蝕對(duì)總侵蝕貢獻(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵詞“soil organic carbon”的爆發(fā)值最高，表明土壤有機(jī)碳分布與動(dòng)態(tài)對(duì)耕作侵蝕的響應(yīng)關(guān)注度較高。關(guān)鍵詞“crop yield”、“l(fā)and use”、“soil-landscape variability”、“runoff”等分布于時(shí)間軸后段，是耕作侵蝕研究新的關(guān)注點(diǎn)，表明耕作侵蝕與糧食安全、耕作侵蝕與土地利用、耕作侵蝕對(duì)土壤景觀變異性和水文過程變化的影響是現(xiàn)階段研究的重要方向(表5)。

1990—2000年(32篇)，2001—2010年(122篇)，2011—2020年(152篇)期間發(fā)表的耕作侵蝕相關(guān)文獻(xiàn)分別占總文獻(xiàn)量的10.16%，39.87%，49.67%，可以看出耕作侵蝕研究呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢(shì)。耕作侵蝕研究1990—2020年前10位高頻關(guān)鍵詞見表5。1990—2000年，“soil translocation”、“tillage erosion rate”、“model”關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次較高，顯示出該階段研究集中于耕作位移與耕作侵蝕定量化研究與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆?gòu)建；2001—2010年，“soil redistribution”、“water erosion”、“pattern”等關(guān)鍵詞顯示出該階段研究主要關(guān)注耕作侵蝕模型、耕作侵蝕與水蝕在土壤再分配中的作用及模式；2010—2020年，“water erosion”、“soil organic carbon”等高頻關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率明顯增長(zhǎng)，顯示出該階段研究重心逐漸轉(zhuǎn)移到耕作侵蝕與水蝕的耦合作用機(jī)制、耕作侵蝕對(duì)土壤有機(jī)碳分布的影響。

表5 耕作侵蝕研究1990-2020年前10位高頻關(guān)鍵詞

3 結(jié)論與展望

耕作侵蝕作為新興的土壤侵蝕研究領(lǐng)域，在最近30 a呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢(shì)。比利時(shí)和美國(guó)的耕作侵蝕研究起步較早且被引頻次較高，中國(guó)的耕作侵蝕研究起步相對(duì)較晚但處于現(xiàn)階段該研究的前沿。以Govers，Poesen，Lobb，Zhang，Qunie為核心的科研團(tuán)隊(duì)對(duì)耕作侵蝕學(xué)科發(fā)展具有突出貢獻(xiàn)。我國(guó)學(xué)者張建輝團(tuán)隊(duì)多篇文獻(xiàn)擁有較高的爆發(fā)值和∑值，該團(tuán)隊(duì)的研究對(duì)耕作侵蝕過程與機(jī)理的認(rèn)識(shí)做出重要貢獻(xiàn)?，F(xiàn)階段耕作侵蝕研究的重要方向主要包括耕作侵蝕與糧食安全、耕作侵蝕與土地利用、耕作侵蝕對(duì)土壤景觀變異性和水文過程變化的影響。根據(jù)水土保持科學(xué)與技術(shù)對(duì)耕作侵蝕學(xué)科的需求，我國(guó)未來需要重點(diǎn)突破不同耕作機(jī)具的土壤再分配過程與模擬、不同土壤侵蝕類型區(qū)的耕作侵蝕過程與機(jī)理、耕作侵蝕與其他侵蝕的互作過程與機(jī)制、水土保持耕作的技術(shù)模式與原理。