基于學(xué)科知識(shí)圖譜的綠肥研究態(tài)勢(shì)分析

李宇翔 ，鐘菊新 ，2，王 磊 ，蔣云偉 ，賓煥軍 ，陸炳強(qiáng) ，莫永誠(chéng) ，李忠義

（1.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，南寧 530007；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，廣西 桂林 541004；3.廣西壯族自治區(qū)茶葉科學(xué)研究所，廣西 桂林 541004；4.桂林市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究中心，廣西 桂林 541004；5.陽(yáng)朔縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村綜合發(fā)展中心，廣西 桂林 541900）

綠肥是一種最清潔的有機(jī)肥源，種植翻壓綠肥能夠通過(guò)改變土壤環(huán)境，為微生物生長(zhǎng)繁殖提供碳源和氮源而影響土壤微生物的活性，從而改變微生物的群落組成和功能，增加土壤微生物多樣性，影響微生物與土壤環(huán)境間的相互作用［1-3］。此外，綠肥壓青還田在改變土壤化學(xué)及生物學(xué)性狀、促進(jìn)主栽作物的養(yǎng)分供給和保障作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)［4，5］。李子雙等［6］分析了中國(guó)綠肥種質(zhì)資源、綠肥應(yīng)用模式和綠肥效應(yīng)；樊志龍等［7］闡述了綠肥在旱地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的服務(wù)功能；高嵩涓等［8］綜述了稻田綠肥紫云英與稻草共同利用的增產(chǎn)和節(jié)肥效應(yīng)及其植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、土壤微生物學(xué)等相關(guān)作用機(jī)制；曹衛(wèi)東等［4］梳理了中國(guó)綠肥生產(chǎn)與科研的發(fā)展歷程，回顧了各時(shí)期的主要工作和成就，提出了綠肥行業(yè)未來(lái)發(fā)展建議；李忠義等［9］繪制了中國(guó)綠肥研究知識(shí)圖譜，解析綠肥研究的發(fā)展和知識(shí)結(jié)構(gòu)。

文獻(xiàn)計(jì)量分析可在某一學(xué)術(shù)領(lǐng)域內(nèi)系統(tǒng)地評(píng)估科研結(jié)果的相對(duì)重要程度，預(yù)示該領(lǐng)域近一段時(shí)期的發(fā)展方向，表征該項(xiàng)研究的分布情況［10］；科學(xué)知識(shí)圖譜作為科學(xué)計(jì)量學(xué)、信息計(jì)量學(xué)等領(lǐng)域的研究方法，以圖形表達(dá)的方式揭示相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu)關(guān)系與演進(jìn)規(guī)律［11］，繪制的知識(shí)圖譜具有一目了然的優(yōu)勢(shì)特征［12，13］。近年來(lái)，綠肥領(lǐng)域的科學(xué)研究與論文發(fā)表量快速增加，但針對(duì)國(guó)際綠肥研究態(tài)勢(shì)進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量分析和大數(shù)據(jù)可視化的研究還未見(jiàn)報(bào)道。本研究基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)分析方法，借助CiteSpace 和VOSviewer 工具，對(duì) 1985—2020 年 Web of Science 數(shù)據(jù)庫(kù)中有關(guān)綠肥研究的期刊文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，繪制綠肥研究的知識(shí)圖譜，厘清綠肥研究的發(fā)展脈絡(luò)與知識(shí)基礎(chǔ)、研究熱點(diǎn)、主要學(xué)者和知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以期為綠肥研究的深入發(fā)展提供參考。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

Web of Science 數(shù)據(jù)庫(kù)是由美國(guó)科技信息所推出的引文索引數(shù)據(jù)庫(kù)，收錄的文獻(xiàn)覆蓋了全球最重要和最有影響力的研究成果，已成為國(guó)際公認(rèn)進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)計(jì)與科學(xué)評(píng)價(jià)的主要檢索工具［14］。本研究選自 Web of Science 核心合集（SCI、SSCI來(lái)源），檢索時(shí)段為1985—2020 年，檢索條件以主題=“Green manure”進(jìn)行檢索，篩選剔除非該研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)后共得到5 061 篇文獻(xiàn)樣本。

1.2 研究方法

CiteSpace 軟件是美國(guó)德雷塞爾大學(xué)陳超美博士團(tuán)隊(duì)研發(fā)的科研文獻(xiàn)數(shù)據(jù)分析軟件，主要用于科學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)量、分析和識(shí)別，并以可視化的方式探測(cè)學(xué)科研究特征及演變趨勢(shì)［15，16］；VOSviewer 由荷蘭萊頓大學(xué)Van Eck 與Waltman 研究開(kāi)發(fā)，在科研網(wǎng)絡(luò)分析方面具有較好的可視化效果［17］。CiteSpace 獲得的圖譜中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)關(guān)鍵詞，其節(jié)點(diǎn)大小表示該關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次。節(jié)點(diǎn)之間連線的粗細(xì)表示關(guān)鍵詞共現(xiàn)強(qiáng)度的高低，節(jié)點(diǎn)的圓圈層代表年輪，年輪寬度代表中心性的大小，中心性越大則對(duì)其他節(jié)點(diǎn)的影響越強(qiáng)［18，19］。本研究通過(guò) CiteSpace 軟件將綠肥研究的主要學(xué)科、國(guó)家、機(jī)構(gòu)、作者進(jìn)行可視化分析，并通過(guò)VOSviewer 制成綠肥研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)密度圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠肥研究發(fā)文數(shù)量時(shí)間特征

發(fā)文數(shù)量隨時(shí)間變化趨勢(shì)可以從側(cè)面反映研究領(lǐng)域在一段時(shí)間內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r［20］。1985—2020 年，以綠肥為主題的國(guó)際外文期刊論文總數(shù)為5 061 篇，整體呈上升趨勢(shì)。其中，1985—1987 年，每年發(fā)文量?jī)H11 篇，而到2019 年發(fā)文量達(dá)到峰值，為332 篇。1989—1995 年、2002—2011 年、2013—2019 年出現(xiàn)了3 次持續(xù)上升期，這3 個(gè)階段發(fā)文量最高分別突破100、200、300 篇（圖1）。

圖1 1985—2020 年國(guó)際外文期刊綠肥研究論文發(fā)文量

2.2 綠肥研究期刊來(lái)源情況

依據(jù)有關(guān)綠肥研究各論文期刊的文章刊載數(shù)量，獲取刊載論文數(shù)量排名前10 的期刊（表1）。由表 1 可以看出，《Agronomy journal》刊載綠肥研究的論文最多，其次是《Plant and soil》《Indian journal of agricultural sciences》《Agriculture ecosystems & environment》《Indian journal of agronomy》《Biology and fertility of soils》《Communications in soil science and plant analysis》《Communications in soil science and plant analysis》《Nutrient cycling in agroecosystems》《Pesquisa agropecuaria brasileira》《Field crops research》等刊物。其中《Agriculture ecosystems& environment》《Biology and fertility of soils》《Field crops research》等刊物影響因子在4.0 以上，且屬于中國(guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心期刊分區(qū)表中一區(qū)刊物，這類(lèi)期刊上刊載的論文基本代表了綠肥研究領(lǐng)域的重點(diǎn)方向。

表1 綠肥研究文獻(xiàn)主要期刊

2.3 綠肥研究論文學(xué)科共現(xiàn)特征圖譜

統(tǒng)計(jì)綠肥研究論文所歸屬學(xué)科的頻次、首發(fā)年份和中心度，選取排名前8 的學(xué)科見(jiàn)表2。由表2 可以看出，各學(xué)科論文首發(fā)年份集中在1985—1986年，其中，農(nóng)學(xué)學(xué)科的發(fā)文頻次最高，其次為農(nóng)藝學(xué)、土壤科學(xué)。中心度代表其與其他學(xué)科之間的交叉程度，環(huán)境科學(xué)的中心度最高，說(shuō)明環(huán)境科學(xué)與其他學(xué)科有著廣泛的交叉。學(xué)科共現(xiàn)分析可構(gòu)建學(xué)科間的關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，揭示交叉學(xué)科間的內(nèi)在聯(lián)系［21］。綠肥研究論文學(xué)科共現(xiàn)圖譜（圖2）中共有67 個(gè)節(jié)點(diǎn)，表明有67 個(gè)學(xué)科互相交叉滲透，111 條連線代表學(xué)科間的聯(lián)系，其中，農(nóng)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、植物科學(xué)、農(nóng)藝學(xué)、環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)、農(nóng)業(yè)綜合學(xué)科、園藝學(xué)等學(xué)科相互交叉。由表2 和圖2 可知，農(nóng)學(xué)學(xué)科年輪最厚，影響力最強(qiáng)；而環(huán)境科學(xué)的中心度最高，交叉線最多，說(shuō)明其交叉最廣泛。

表2 綠肥研究論文歸屬學(xué)科及頻次統(tǒng)計(jì)

圖2 綠肥研究論文學(xué)科共現(xiàn)特征圖譜

2.4 綠肥主要研究力量分析

2.4.1 主要研究國(guó)家分析 利用Web of Science 分析檢索功能和CiteSpace 軟件，對(duì)5 061 篇有關(guān)綠肥研究文獻(xiàn)進(jìn)行國(guó)家發(fā)文情況統(tǒng)計(jì)（表3）。由表3 可知，發(fā)文排名前10 的國(guó)家分別為美國(guó)、印度、巴西、中國(guó)、加大拿、德國(guó)、意大利、澳大利亞、日本和英國(guó)；其中，中國(guó)發(fā)文量為416 篇，占總發(fā)文量的8%，但首發(fā)年份為1997 年，首發(fā)年份落后于其他國(guó)家。中心度代表該國(guó)家與其他國(guó)家之間的合作密切程度以及對(duì)其他國(guó)家影響力的強(qiáng)弱。從中心度來(lái)看，排名前10 的各國(guó)家中心度均大于0，說(shuō)明其與國(guó)際上其他國(guó)家有一定的合作。繪制綠肥研究國(guó)家共現(xiàn)知識(shí)圖譜（圖3），由圖3 可知，美國(guó)、印度、巴西、中國(guó)雖然占據(jù)主導(dǎo)地位，有著較強(qiáng)的影響力，但4 個(gè)國(guó)家之間連線較少，說(shuō)明這4 個(gè)國(guó)家之間合作不夠密切。

表3 不同國(guó)家綠肥研究論文發(fā)表情況

圖3 綠肥研究國(guó)家共現(xiàn)知識(shí)圖譜

2.4.2 主要研究機(jī)構(gòu)分析 機(jī)構(gòu)共現(xiàn)分析可反映某一領(lǐng)域的核心研究機(jī)構(gòu)及其合作強(qiáng)度。列出綠肥研究發(fā)文量排名前10 的研究機(jī)構(gòu)（表4），并繪制綠肥研究機(jī)構(gòu)的知識(shí)圖譜（圖4）。從頻次來(lái)看，美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究所發(fā)文量最多，頻次為171，其次是加拿大農(nóng)業(yè)與食品學(xué)會(huì)；中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院緊隨其后，頻次分別為71 和65。其他研究機(jī)構(gòu)依次為印度農(nóng)業(yè)研究所、瑞典農(nóng)業(yè)大學(xué)、巴西維科薩聯(lián)邦大學(xué)、巴西圣保羅大學(xué)、印度旁遮普農(nóng)業(yè)大學(xué)、丹麥奧爾胡斯大學(xué)。中心度的大小代表該機(jī)構(gòu)與其他機(jī)構(gòu)之間的合作密切程度以及對(duì)其他機(jī)構(gòu)影響力的強(qiáng)弱。排名前10 的各研究機(jī)構(gòu)中心度均大于0，說(shuō)明其在國(guó)際上與其他機(jī)構(gòu)有一定的合作。

表4 綠肥研究機(jī)構(gòu)論文發(fā)表情況

圖4 綠肥研究機(jī)構(gòu)合作特征圖譜

2.4.3 主要研究作者分析 作者共現(xiàn)分析可以反映出研究領(lǐng)域的核心作者以及他們之間的合作與互引關(guān)系［22］。列出綠肥研究發(fā)文量排名前10 的作者（表5），并繪制研究作者的知識(shí)圖譜（圖5）。由表5 和圖5 可以看出，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院曹衛(wèi)東（Cao Wei-dong）研究員作為中國(guó)綠肥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家，是研究綠肥且發(fā)表論文最多的學(xué)者，并形成了以其為核心的綠肥研究團(tuán)隊(duì)，但該團(tuán)隊(duì)首發(fā)論文年份為2015 年，發(fā)文時(shí)間落后于其他團(tuán)隊(duì)；其次為菲律賓的 Ladha 團(tuán)隊(duì)、巴西的 Neto 團(tuán)隊(duì)、韓國(guó)的 Kim P J 團(tuán)隊(duì)、加拿大的Campbell 團(tuán)隊(duì)、巴西的Junior 團(tuán)隊(duì)、德國(guó)的Canall 團(tuán)隊(duì)、丹麥的Thorupk-Kristensen 團(tuán)隊(duì)、德國(guó)的Becker 團(tuán)隊(duì)、韓國(guó)的Kim S Y 團(tuán)隊(duì)。從中心度來(lái)看，排名前10 的作者中心度均為0，說(shuō)明雖然各作者形成了各自的核心團(tuán)隊(duì)，但缺乏在國(guó)際上的合作。

表5 綠肥研究作者論文發(fā)表情況

圖5 綠肥主要研究作者共現(xiàn)知識(shí)圖譜

2.5 綠肥研究熱點(diǎn)分析

對(duì)文獻(xiàn)關(guān)鍵詞知識(shí)圖譜進(jìn)行研究，可掌握一段時(shí)間內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)集中體現(xiàn)的熱點(diǎn)詞匯，關(guān)鍵詞共現(xiàn)的頻次越高，表明關(guān)鍵詞之間關(guān)聯(lián)度越高，進(jìn)而聚合為某一研究熱點(diǎn)［23，24］。運(yùn)用 VOSviewer 軟件生成綠肥研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)密度（圖6）。由圖6 可以看出綠肥研究熱點(diǎn)情況，圖6 中冷色調(diào)（藍(lán)色）到暖色調(diào)（紅色）代表關(guān)鍵詞共現(xiàn)的頻次越來(lái)越高，即研究熱點(diǎn)的熱度越來(lái)越高［25］。綠肥研究的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞主要為nitrogen（氮）、soil（土壤）、growth（生長(zhǎng)）、management（管理）、yield（產(chǎn)量）、tillage（耕作）、soil organic matter（有機(jī)質(zhì)）、carbon（碳）、manure（肥料）等。因此，根據(jù)熱點(diǎn)關(guān)鍵詞及關(guān)鍵詞共現(xiàn)密度，可以看出綠肥研究集中在綠肥耕作管理、培肥土壤、氮素利用、固碳減排等領(lǐng)域。

圖6 綠肥研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)密度

3 小結(jié)與討論

中國(guó)學(xué)者邱均平［26］指出，科學(xué)文獻(xiàn)的數(shù)量和質(zhì)量是對(duì)科學(xué)技術(shù)水平的一種量度。自2008 年大數(shù)據(jù)概念出現(xiàn)，學(xué)者們以大型分析型數(shù)據(jù)庫(kù)為載體，采用文獻(xiàn)計(jì)量分析法，廣泛開(kāi)展了各學(xué)科領(lǐng)域的文獻(xiàn)計(jì)量應(yīng)用研究，形成了理論研究成果［27］。隨著近年來(lái)綠肥研究的深入，科研工作者日益重視綠肥學(xué)科的發(fā)展。因此，如何把握綠肥的研究進(jìn)展和未來(lái)發(fā)展方向變得越來(lái)越重要，所以相關(guān)文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方面的研究就顯得更加重要。

本研究借助CiteSpace 和VOSviewer 分析軟件，對(duì)1985—2020 年在Web of Science 數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索到的綠肥研究文獻(xiàn)進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)和大數(shù)據(jù)的可視化分析，對(duì)把握該領(lǐng)域的學(xué)科態(tài)勢(shì)和熱點(diǎn)問(wèn)題具有一定的指導(dǎo)意義。在發(fā)文數(shù)量時(shí)間特征方面，以綠肥為主題的期刊論文整體呈上升趨勢(shì)，1989—1995年、2002—2011 年、2013—2019 年出現(xiàn)了 3 次持續(xù)上升期，說(shuō)明綠肥的研究工作越來(lái)越受到全世界科學(xué)家的重視。

在期刊來(lái)源方面，優(yōu)秀期刊主要集中在歐美國(guó)家，這是因?yàn)楫?dāng)前世界主流期刊以英語(yǔ)作為官方語(yǔ)言，而《植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)》《生態(tài)學(xué)報(bào)》《土壤學(xué)報(bào)》等期刊作為中國(guó)的一級(jí)學(xué)報(bào)，刊登了諸多綠肥方面的研究論文［9］，但并沒(méi)有進(jìn)入 Web of Science 索引。目前，刊載綠肥研究論文最多的國(guó)際期刊是《Agronomy journal》，其次是《Plant and soil》《Indian journal of agricultural sciences》，對(duì)于該領(lǐng)域的科研工作者來(lái)說(shuō)，跟蹤上述期刊的綠肥相關(guān)文章，有利于掌握綠肥的研究進(jìn)展。

學(xué)科共現(xiàn)特征圖譜顯示農(nóng)學(xué)、農(nóng)藝學(xué)、土壤科學(xué)等學(xué)科發(fā)文頻次較高，影響力較強(qiáng)，而環(huán)境科學(xué)的交叉最廣泛，表明農(nóng)學(xué)、農(nóng)藝學(xué)、土壤學(xué)科仍然是綠肥的研究熱點(diǎn)領(lǐng)域，但隨著綠肥在增加土壤碳固持、減少溫室氣體凈排放［28，29］等方面的深入研究，環(huán)境科學(xué)已成為研究交叉最廣泛的學(xué)科。

從研究國(guó)家來(lái)看，美國(guó)是綠肥研究的主要力量，推廣綠肥覆蓋是美國(guó)農(nóng)業(yè)部土壤保護(hù)管理計(jì)劃的重要實(shí)施方案；中國(guó)發(fā)文量位居第4，說(shuō)明中國(guó)科研工作者在綠肥研究領(lǐng)域展現(xiàn)了良好的研究態(tài)勢(shì)。從研究機(jī)構(gòu)來(lái)看，美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究所發(fā)文量最多，其次是加拿大農(nóng)業(yè)與食品學(xué)會(huì)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院；從研究作者來(lái)看，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院曹衛(wèi)東研究員是發(fā)表綠肥領(lǐng)域論文最多的學(xué)者，其次為菲律賓的Ladha團(tuán)隊(duì)、巴西的Neto 團(tuán)隊(duì)。近年來(lái)，中國(guó)積極推進(jìn)“質(zhì)量興農(nóng)、綠色興農(nóng)”戰(zhàn)略，而綠肥的生產(chǎn)和應(yīng)用契合國(guó)家“農(nóng)村增綠”的戰(zhàn)略構(gòu)想。尤其是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2008 年設(shè)立綠肥行業(yè)專(zhuān)項(xiàng)，2017 年將綠肥納入現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系之內(nèi)，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院曹衛(wèi)東研究員作為首席科學(xué)家，牽頭組建全國(guó)綠肥科研團(tuán)隊(duì)，圍繞遺傳育種、栽培與土肥、病蟲(chóng)害防控、生產(chǎn)機(jī)械化、產(chǎn)品加工和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)等產(chǎn)業(yè)鏈條，破解限制綠肥生產(chǎn)的瓶頸問(wèn)題，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了技術(shù)支撐，提高了中國(guó)綠肥研究在國(guó)際上的影響力。

在研究熱點(diǎn)方面，綠肥研究集中在綠肥耕作管理、培肥土壤、氮素利用、固碳減排等領(lǐng)域。近年來(lái)，中國(guó)在稻田綠肥紫云英培肥土壤、養(yǎng)分利用及固氮減排等方面取得了顯著成績(jī)。曹衛(wèi)東團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了稻田綠肥紫云英調(diào)控硝化作用及其微生物機(jī)制［30-33］，闡明了紫云英-稻草協(xié)同促進(jìn)水稻增產(chǎn)與土壤提質(zhì)、稻田養(yǎng)分資源高效利用、綠肥調(diào)控稻田土壤甲烷減排等效應(yīng)與作用機(jī)制［34-37］，相關(guān)成果在《Geoderma》《Pedosphere》《Applied soil ecology》《Plant and soil》《European journal of soil biology》等國(guó)際知名刊物發(fā)表，其中，“稻秸-綠肥輕簡(jiǎn)利用及高效節(jié)肥技術(shù)”入選2020 年中國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村重大新技術(shù)。