基于國內(nèi)外鹽堿地改良的科技文獻可視化分析

劉嘉斌，田軍倉，2，3*

（1.寧夏大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，寧夏銀川 750021；2.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，寧夏銀川 750021；3.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程研究中心，寧夏銀川 750021）

目前，土壤鹽堿化是當今世界各國所面臨的共同難題，鹽堿地主要是由氣候干旱、土壤排水不暢、地下水位升高以及地形條件、植被和土壤結(jié)構(gòu)等綜合因素造成的。鹽堿地廣泛分布于全球100 多個國家和地區(qū)，據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計，全球鹽堿地面積已達9.5 億hm2[1]，并且在自然和人為等因素影響下，全球鹽堿地面積每年以100 萬～150 萬hm2的速度快速增長[2]，威脅著我國18 億畝耕地紅線。我國鹽堿地總面積約為9 910 萬hm2[3]，僅次于澳大利亞、俄羅斯，位居世界第3 位[4]，廣泛分布于我國東北、華北、西北以及沿海地區(qū)[5]。土壤鹽堿化可能會造成植物生理干旱，從而抑制作物生長，導(dǎo)致作物大面積減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)，嚴重制約著我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，因此鹽堿地改良已經(jīng)迫在眉睫?！吨泄仓醒雵鴦?wù)院關(guān)于做好2022 年全面推進鄉(xiāng)村振興重點工作的意見》中明確指出，要研究制定鹽堿地綜合利用規(guī)劃和實施方案，分類改造鹽堿地。國內(nèi)外學(xué)者對鹽堿地改良進行了大量研究并取得了明顯的改良效果。目前鹽堿地改良主要以水利工程措施為主，物理、化學(xué)、生物措施為輔。不同的鹽堿地改良方法有利有弊，因此對于不同類型的鹽堿地需要因地制宜、合理有效地選擇對應(yīng)的改良方法。充分了解當前國內(nèi)外鹽堿地改良現(xiàn)狀，對今后治理鹽堿地具有重要意義。

1 材料與方法

本文中關(guān)于鹽堿地改良的中文文獻來源于中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫，以“鹽堿地改良”為主題進行檢索，英文文獻主要來源于Web of Science 核心數(shù)據(jù)庫，以“saline-alkali soil improvement”和“saline-alkali soil treatment”為主題檢索。時間檢索范圍均為2012-01-01—2021-12-31，在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫共檢索到844 篇文獻，在Web of Science 數(shù)據(jù)庫共檢索到304篇文獻。

VOSviewer 軟件是荷蘭萊頓大學(xué)的N.J.Van Eck 和L.Waltman 基于共現(xiàn)聚類思想研發(fā)的一款科研軟件[6]，具有數(shù)據(jù)文本挖掘功能，可以從大量科研文獻中提取相關(guān)的信息構(gòu)建作者分析、共現(xiàn)分析、引用分析和作者機構(gòu)合作分析等可視化網(wǎng)絡(luò)圖[7-9]。本文在相關(guān)文獻數(shù)據(jù)搜集之后，采用VOSviewer 軟件進行知識圖譜可視化分析，以便充分了解2012—2021 年國內(nèi)外關(guān)于鹽堿地改良方面的研究進展，為后期鹽堿地改良的研究提供參考。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文量年變化趨勢

對所收集的844 篇中文文獻和304 篇英文文獻進行年發(fā)文量統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如圖1～圖2 所示。中文文獻在近10 年發(fā)文量呈相對穩(wěn)定的上升趨勢，在2020 年發(fā)文量達到最大（106 篇），在2012 年發(fā)文量最?。?2 篇），表明在2012—2021 年國內(nèi)學(xué)者對鹽堿地改良已有較高關(guān)注。而英文文獻在Web of Science 核心數(shù)據(jù)庫中進行檢索，其在10 a 期間發(fā)文量呈快速上升趨勢，在2012 年發(fā)文量僅為7 篇，發(fā)文量較低，而在2021年發(fā)文量達到91 篇（占10 a 總發(fā)文量的29.93%），說明該學(xué)科領(lǐng)域的研究進入快速增長階段。鹽堿地改良的研究在未來仍會是一個比較熱門的方向。

圖1 2012—2021 年中文年發(fā)文量

圖2 2012—2021 年英文年發(fā)文量

2.2 文獻發(fā)表期刊分布

在北京大學(xué)圖書館發(fā)布的《中文核心期刊要目總覽》中的期刊上發(fā)表的中文文獻為186 篇，占中文文獻總量的22.04%。英文文獻在Web of Science 核心數(shù)據(jù)庫中的期刊上發(fā)表。本文對發(fā)文量前10 的核心期刊進行統(tǒng)計，如表1 所示。中文期刊發(fā)文量位列前3 的為《中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報》《灌溉排水學(xué)報》《江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)》，其中《中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報》發(fā)文量最高，復(fù)合影響因子為3.262。英文期刊發(fā)文量位列前3 的為Science of the Total Environment，Scientific Reports，International Journal of Molecular Sciences，出版國家分別為英國、荷蘭、瑞士，其中Science of the Total Environment，Scientific Reports 發(fā)文量較高（均為10篇），且前者為2021 年中國科學(xué)院文獻情報中心發(fā)布的期刊分區(qū)中的2 區(qū)top 期刊。這表明中文期刊發(fā)文量雖明顯高于英文期刊，但相比于英文期刊，中文期刊的質(zhì)量還有待提高。

表1 中、英文核心期刊發(fā)文量統(tǒng)計

2.3 文獻發(fā)文機構(gòu)分布

本文對中、英文文獻發(fā)文量前10 的研究機構(gòu)進行了統(tǒng)計（表2）。在中文文獻發(fā)文量最多的10 所研究機構(gòu)中，西北地區(qū)所屬機構(gòu)5 家，占發(fā)文總量的13.03%。寧夏大學(xué)發(fā)文量為48 篇，為中文發(fā)文量第1的機構(gòu)，之后是山東農(nóng)業(yè)大學(xué)、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)。在英文文獻發(fā)文量最多的10 所研究機構(gòu)中，中國研究機構(gòu)7 家，美國研究機構(gòu)2 家，日本研究機構(gòu)1 家，且7 家中國研究機構(gòu)發(fā)文量占總發(fā)文量的61.19%。綜上所述，中國的研究機構(gòu)已經(jīng)在鹽堿地改良領(lǐng)域進行了大量的研究。

表2 中、英文文獻發(fā)文機構(gòu)統(tǒng)計

2.4 研究主題分析

利用VOSviewer 軟件主題挖掘功能對鹽堿地改良研究領(lǐng)域進行主題詞可視化，將Web of Science數(shù)據(jù)庫文件導(dǎo)入VOSviewer 軟件中，主題詞閾值設(shè)置為10，共檢索到滿足閾值條件的主題詞為153個，然后按軟件系統(tǒng)設(shè)定條件篩選出92 個主題詞，最終得到鹽堿地改良主題可視化分析圖譜，如圖3 所示。圖譜中，不同顏色（灰度）代表主題類別不同，不同大小代表主題出現(xiàn)頻次不同，主題之間的距離代表主題相關(guān)性，距離越近相關(guān)性越強[6，8]。

由圖3可知，stress，tolerance，response，gene，protein，expression，application，land，yield，area，saline alkali soil，nitrogen 等主題標題較大，說明近10 年研究主要集中在鹽脅迫、耐鹽基因、作物產(chǎn)量、鹽堿地利用和氮素含量等方面，并且在早期研究中，將植物基因的改良作為鹽堿地治理與利用的重要手段之一。其中，鹽堿地利用與氮素含量在圖譜上距離較近，表明在鹽堿地治理與利用的過程中也注重土壤氮元素的流失，主要原因為在采用暗管排水治理鹽堿地時，暗管排水不僅可將土壤鹽分排出土壤，同時土壤養(yǎng)分也隨之被排出[10]，會造成肥料浪費以及排水溝水質(zhì)富營養(yǎng)化，威脅生態(tài)環(huán)境。

圖3 主題可視化分析圖譜

2.5 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞凝結(jié)了文章的核心內(nèi)容，通過關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析可以更快地了解當前的研究熱點。本文利用VOSviewer 軟件對文獻關(guān)鍵詞進行共現(xiàn)分析，將中國知網(wǎng)、Web of Science 數(shù)據(jù)庫文件導(dǎo)入VOSviewer軟件中，關(guān)鍵詞閾值設(shè)置為5，共檢索到滿足閾值條件的中文和英文關(guān)鍵詞分別為92 個和30 個，最終得到鹽堿地改良關(guān)鍵詞共現(xiàn)可視化分析圖譜，如圖4～圖5 所示。中文文獻中與鹽堿地改良共現(xiàn)較高的關(guān)鍵詞為鹽堿地、鹽堿地改良、濱海鹽堿地、土壤改良等。英文文獻中與鹽堿地改良共現(xiàn)較高的關(guān)鍵詞為growth，salt tolerance，salt stress，saline-slkali soil，drought 等。各關(guān)鍵詞之間相互關(guān)聯(lián)，通過分析得到中文文獻目前研究熱點主要集中在以下幾個方面。

圖4 基于中文文獻鹽堿地改良關(guān)鍵詞共現(xiàn)可視化分析圖譜

圖5 基于英文文獻鹽堿地改良關(guān)鍵詞共現(xiàn)可視化分析圖譜

（1）暗管排水改良鹽堿地。暗管排水是目前改良鹽堿地應(yīng)用最廣泛的措施，其原理是“鹽隨水來，鹽隨水去”，該措施可以有效快速地降低土壤鹽分。例如，石佳等[11]在暗管排水條件下，以油葵為試驗作物進行田間試驗，結(jié)果表明，暗管排水可以有效降低土壤鹽分，提升水分生產(chǎn)效率。馮根祥等[12]研究了不同暗管埋深對土壤脫鹽效果的影響，試驗結(jié)果表明，暗管埋深0.6 m 時土壤脫鹽效果最佳。

（2）化學(xué)藥劑改良鹽堿地?；瘜W(xué)藥劑主要用于改良重度鹽堿地，其原理主要是利用化學(xué)藥劑與土壤鹽分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，置換出土壤鹽分[13]?；瘜W(xué)藥劑改良雖然見效快，但是易引起化學(xué)污染[14]。例如，杜康瑞等[15]通過田間試驗探究了新型改良劑乙酰化葡萄糖與肥料結(jié)合對鹽堿地改良的效果，結(jié)果表明，該措施可以有效降低土壤pH 并提高玉米產(chǎn)量。屈忠義等[16]通過田間試驗分析了不同化學(xué)改良劑對中度鹽堿地的改良效果，結(jié)果表明，生物炭可以有效降低土壤電導(dǎo)率，促進土壤微生物生長，提高土壤養(yǎng)分。

（3）生物措施改良鹽堿地。生物措施主要包括種植吸鹽、耐鹽植物以及施加耐鹽堿微生物改善作物根系環(huán)境[17]。張艷超等[18]通過膜下滴灌棉花間作試驗可知，種植苜蓿和孜然可以有效抑制土壤鹽分，提高苜蓿和孜然產(chǎn)量。葛漢勤等[19]通過鹽堿地生物改良試驗可知，種植堿蓬可以將土壤鹽分降低38.70%～44.10%，且耐鹽微生物可以明顯促進植物生長。任崴等[20]針對新疆鹽堿地特點，通過研究發(fā)現(xiàn)，將種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)結(jié)合，可以提高土壤有機質(zhì)含量，獲得高額經(jīng)濟效益，創(chuàng)造一個生態(tài)循壞系統(tǒng)。

（4）物理措施改良鹽堿地。物理措施主要以平整土地、灌溉洗鹽、增加地表覆蓋物為主。楊立國[21]的研究結(jié)果表明，鹽堿地鋪砂有明顯的脫鹽效果，砂礫摻入鹽堿土中可以改善土壤結(jié)構(gòu)，減少土壤蒸發(fā)量，提高土壤體積含水率。張玉文等[22]在黏質(zhì)鹽堿土地區(qū)采用秸稈還田方法治理鹽堿地，結(jié)果表明，秸稈還田可改善土壤通氣狀況，抑制表層土壤鹽分，提高土壤養(yǎng)分含量。

外文文獻目前的研究熱點主要集中在以下幾個方面。

（1）植物耐鹽機制。種植耐鹽堿的植物可以有效提高鹽堿地的利用效率，因此提高植物的耐鹽能力是鹽堿地改良的研究重點。Y.Yang 等[23]針對楊樹的鹽分敏感信號進行了研究，結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因PtSOS2楊樹可以有效清除鹽脅迫所產(chǎn)生的活性氧，進而促進樹木生長。X.X.Li 等[24]通過基因轉(zhuǎn)錄確定，LcSAIA1 基因在擬南芥和水稻表達過程中可以提高植株高度和綠化率，提升作物抗鹽能力。R.T.Li 等[25]以根癌農(nóng)桿菌為介質(zhì)，將酵母HAL2 基因?qū)胨局?，結(jié)果表明，HAL2 基因可以提高水稻耐鹽性，減小鹽脅迫下水稻細胞膜的損傷。

（2）土壤元素運移。在鹽堿地治理過程中，時刻伴隨著土壤元素的運移，因此在降鹽堿的同時，也要注意土壤養(yǎng)分的流失。D.X.Yang 等[26]利用三維多相模型研究CO2在鹽水層的運移規(guī)律，結(jié)果表明，土層厚度、寬度以及土壤滲透性是影響CO2運移的重要因素。Q.X.Fang 等[27]采用田間試驗和數(shù)值模擬的方法對自由排水和控制排水進行研究，結(jié)果表明，控制排水可以有效減少氮素流失，提升玉米產(chǎn)量。

2.6 高產(chǎn)作者和高引用文章

本文對所搜集到的中、英文文獻進行作者發(fā)文量的統(tǒng)計，發(fā)文量前10 名作者如表3 所示。在中文文獻中，發(fā)文量前3 的作者分別為寧夏大學(xué)的許興、內(nèi)蒙古民族大學(xué)的范富和張慶國，英文發(fā)文量前3的作者分別為浙江農(nóng)林大學(xué)的柳參奎（Liu Shenkui）、東京大學(xué)的Takano Tetsuo、東北林業(yè)大學(xué)的王月（Wang Yue）。許興等[28-31]主要利用脫硫石膏、化學(xué)改良劑、有機肥和灌溉措施相結(jié)合的手段來治理鹽堿地，結(jié)果表明，這些措施均可有效降低土壤鹽分，提升作物耐鹽能力，進而提高作物產(chǎn)量，并且指出在今后的研究中需要針對不同程度的鹽堿地而設(shè)定不同使用量梯度的改良劑，以達到最優(yōu)的應(yīng)用和推廣價值。柳參奎等主要從事植物耐鹽基因的研究，其研究結(jié)果表明，AtOxR 基因定位在擬南芥細胞內(nèi)，可以加強其耐鹽能力，增加維生素C 含量[32]；在對星星草的研究中發(fā)現(xiàn)，NaCl-158#和NaCl-167#兩種蛋白質(zhì)可以賦予星星草更好的耐鹽性，減輕星星草氧化壓力[33]。

表3 中、英文發(fā)文量作者統(tǒng)計

本文以被引次數(shù)為依據(jù)，篩選出中、英文文獻中被引次數(shù)最高的10 篇文獻，如表4～表5 所示。由表4可知，中文文獻中高被引文章發(fā)表在2012—2017年，主要集中在鹽堿地改良綜述、生物改良、化學(xué)藥劑改良以及暗管排水改良鹽堿地等方面。其中，肖克飚等[34]選用3 種耐鹽植物對寧夏銀北地區(qū)的鹽堿土進行了為期3 年的生物改良研究，田間試驗結(jié)果表明，檉柳、葦狀羊茅、油葵均可有效降低表層0～20 cm 土壤鹽分，提高0～20 cm 土壤有機質(zhì)和微生物含量。胡明芳等[14]主要對新疆鹽堿地現(xiàn)狀、成因以及改良措施進行了概述，并對今后節(jié)水灌溉條件下鹽堿地治理過程中膜下滴灌積鹽等問題進行了展望。于淑會等[35]對暗管排水排鹽技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、治理鹽堿地機理以及農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)進行了概述，并指出今后暗管排水排鹽的研究應(yīng)集中在水鹽運移模型和灌溉制度方面。

表4 中文文獻引用量統(tǒng)計

由表5 可知，英文文獻中高被引文章發(fā)表在2013—2019 年，主要集中在植物耐鹽基因和化學(xué)藥劑方面。其中，P.Yuan 等[36]利用化學(xué)改良劑-生物炭治理鹽堿化土壤，研究表明，生物炭不僅可以改善土壤理化性質(zhì)，還可以調(diào)節(jié)土壤結(jié)構(gòu)，吸收土壤重金屬，改變土壤微生物活性。F.F.Xun 等[37]選用細菌（PGPR）和叢枝菌根真菌（AMF）對被石油污染的鹽堿地進行修復(fù)，試驗結(jié)果表明，石油明顯抑制植物生長，但是在植物接種PGPR 和AMF 之后，可以有效促進株高以及干物質(zhì)的積累，并且增強了植物以及土壤的酶活性。J.X.Lin 等[38]研究在鹽堿脅迫和氮素沉降增加條件下，羊草幼苗與叢枝菌根共生時幼苗根系生長以及光合特性，結(jié)果表明，叢枝菌根可以明顯提高羊草幼苗生根率，提高其光合特性，增強羊草幼苗的耐鹽能力。

表5 英文文獻引用量統(tǒng)計

3 結(jié)論與展望

本文以“鹽堿地改良”為關(guān)鍵詞，使用中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫和Web of Science 核心數(shù)據(jù)庫，以2012—2021 年相關(guān)文獻為數(shù)據(jù)樣本，借助VOSviewer軟件對數(shù)據(jù)樣本年發(fā)文量、期刊分布、機構(gòu)分布、研究主題、關(guān)鍵詞共現(xiàn)以及高產(chǎn)作者和高被引文獻進行可視化分析，最終得出以下結(jié)論與展望。

3.1 結(jié)論

（1）近10 年來，鹽堿地改良相關(guān)文獻的發(fā)文量呈上升趨勢，文獻發(fā)表期刊主要集中在農(nóng)業(yè)和生態(tài)方面，其中《中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報》、Science of the Total Environment 等期刊對研究鹽堿地改良具有重要價值。目前，在Web of Science 數(shù)據(jù)庫中中國的高校和科研機構(gòu)已經(jīng)成為發(fā)文主力軍，東北林業(yè)大學(xué)以77篇發(fā)文量位居榜首，在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中西北地區(qū)高校和科研機構(gòu)是發(fā)文主力軍，寧夏大學(xué)以48 篇發(fā)文量位居榜首，表明我國科研工作者已經(jīng)對鹽堿地改良進行了大量研究，且研究區(qū)域主要集中在我國東北和西北地區(qū)以及沿海地區(qū)。

（2）通過對研究主題、關(guān)鍵詞共現(xiàn)以及高產(chǎn)作者和高被引文獻等分析可知：當前，中文文獻研究熱點主要集中在暗管排水排鹽、化學(xué)藥劑改良、種植耐鹽作物以及物理改良等措施對鹽堿化土壤鹽分運移以及作物生長發(fā)育的影響等方面；而英文文獻研究熱點集中在植物耐鹽基因改良以及土壤元素運移等方面，培育植物耐鹽基因可以從根本上解決植物鹽堿脅迫的危害，并且關(guān)注土壤元素運移可以有效避免土壤養(yǎng)分的流失。

3.2 研究展望

鹽堿地改良在今后仍然是一個比較熱門的研究話題。本文提出以下研究展望：一是需要探究傳統(tǒng)的鹽堿地改良措施對土壤鹽分及其他元素的作用機制，在排鹽降鹽的同時避免土壤養(yǎng)分的流失；二是需要探明植物耐鹽機制，將鹽堿地治理手段提升到基因分子水平，進而提升植物的耐鹽能力。目前對于重度鹽堿地而言，單一的鹽堿地改良措施無法快速有效地降低土壤鹽分，因此探明綜合措施相互作用下的鹽堿地改良效果是今后鹽堿地科學(xué)治理的關(guān)鍵。