基于文獻(xiàn)計(jì)量的秸稈還田研究態(tài)勢(shì)分析

馬彪，楊瑩博，年麗麗，張曉寧，劉學(xué)錄

（1甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，蘭州 730070；2甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，蘭州 730070）

0 引言

中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，其農(nóng)業(yè)發(fā)展主要經(jīng)歷了原始農(nóng)業(yè)、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)3個(gè)重要階段，隨著每個(gè)階段農(nóng)作物的產(chǎn)量增加，秸稈產(chǎn)量增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)2020年國(guó)內(nèi)秸稈產(chǎn)量將近8.0 億t。美國(guó)是農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)，其耕地占世界耕地總面積的13%，也是秸稈產(chǎn)出的大國(guó)，此外，還有巴西、加拿大等國(guó)家。大量的秸稈資源如何高效利用，關(guān)系到農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，涉及到農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)利用等問(wèn)題，因此，近年來(lái)作物秸稈利用受到全世界普遍的關(guān)注，如中國(guó)2019 年發(fā)布的《農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳關(guān)于全面做好秸稈綜合利用工作的通知》、美國(guó)制定的《稻草減量焚燒法案》、加拿大制定的《作物秸稈和牧草焚燒法規(guī)》等政策。

與秸稈做能源、飼料、工業(yè)原料、栽培食用菌、建筑材料等相比[1]，還田能夠消耗大量秸稈資源，以與有機(jī)肥結(jié)合等方式埋藏在田地里，能夠促進(jìn)作物生長(zhǎng)，發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)，得到科學(xué)界的關(guān)注。1992 年魏廷舉等[2]的研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田能夠提高土壤的肥力。1993 年薛堅(jiān)等[3]在《土壤肥料》上發(fā)表了《秸稈直接還田的定位研究》，長(zhǎng)達(dá)7 年的秸稈還田實(shí)驗(yàn)表明，隨著秸稈還田年限的加長(zhǎng)培肥與增產(chǎn)效果明顯增強(qiáng)。2000 年王振忠等[4]4年的秸稈還田與土壤培肥效應(yīng)的研究表明，秸稈和化肥處理混合使用，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀均有明顯的提高。2002年李紅等[5]的池栽定位實(shí)驗(yàn)研究表明，連續(xù)多年小麥、玉米秸稈還田提高土壤對(duì)水分保蓄能力，增加了土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀的含量。2018 年，朱興娟等[6]以東北黑土區(qū)春玉米種植體系為研究對(duì)象進(jìn)行連續(xù)4年的田間定位實(shí)驗(yàn)，利用15N示蹤技術(shù)結(jié)合淹水培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究了秸稈和秸稈炭對(duì)土壤肥力和氮素礦化的影響，結(jié)果顯示，玉米秸稈和秸稈炭還田均能夠顯著提高土壤肥力，可協(xié)同提高土壤氮素礦化水平。

從1992 年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)對(duì)秸稈還田領(lǐng)域研究未間斷，文章數(shù)量較多，然而國(guó)外研究相對(duì)較晚，發(fā)文數(shù)量較少，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展長(zhǎng)期的大田實(shí)驗(yàn)研究較多，但基于文獻(xiàn)計(jì)量的角度對(duì)秸稈還田領(lǐng)域進(jìn)行研究熱點(diǎn)和趨勢(shì)的系統(tǒng)分析較少。筆者檢索了Web of Science(WOS)核心數(shù)據(jù)庫(kù)和CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中2001—2020年秸稈還田相關(guān)文獻(xiàn)，通過(guò)文獻(xiàn)計(jì)量的方法對(duì)大量的文獻(xiàn)進(jìn)行定量和定性相結(jié)合的綜述，使用CiteSpace和VOSviewer軟件進(jìn)行可視化分析，探討秸稈還田的研究趨勢(shì)和熱點(diǎn)前沿。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)和Web of Science(WOS)核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索時(shí)間為2001—2020年。在CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中，將檢索主題設(shè)為“秸稈還田”，來(lái)源類(lèi)別選擇北大核心、中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)(CSCD)，通過(guò)檢索得到3437 篇文獻(xiàn)。在WOS 數(shù)據(jù)庫(kù)中，將檢索條件設(shè)為T(mén)opic=Straw returning，文獻(xiàn)類(lèi)型設(shè)為Article，語(yǔ)種設(shè)為English進(jìn)行高級(jí)檢索，得到921篇文獻(xiàn)。剔除出沒(méi)有作者的文獻(xiàn)、會(huì)議論文等，并進(jìn)行去重，最終得到有效中文文獻(xiàn)3213篇、英文文獻(xiàn)891篇。

1.2 研究方法

借助CNKI 和WOS 數(shù)據(jù)庫(kù)自帶的可視化分析工具，對(duì)發(fā)文趨勢(shì)、研究學(xué)科、承載期刊、重要國(guó)家、機(jī)構(gòu)、作者等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，了解秸稈還田研究領(lǐng)域的一般信息。將下載的文獻(xiàn)導(dǎo)入CiteSpace 和VOSviewer 軟件進(jìn)行可視化分析，得到共被引文獻(xiàn)時(shí)區(qū)圖，國(guó)家、作者合作共線圖譜，關(guān)鍵詞共現(xiàn)密度圖及突顯強(qiáng)度等。通過(guò)分析獲得秸稈還田領(lǐng)域的研究態(tài)勢(shì)、中堅(jiān)力量、基礎(chǔ)知識(shí)識(shí)別及研究熱點(diǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 關(guān)于秸稈還田的態(tài)勢(shì)分析

2.1.1 發(fā)文量分析發(fā)文量隨時(shí)間推移的趨勢(shì)圖反映了研究領(lǐng)域的變化趨勢(shì)，是該研究領(lǐng)域演化的重要指標(biāo)。在CNKI 數(shù)據(jù)庫(kù)中，2001—2020 年文獻(xiàn)數(shù)量經(jīng)歷了緩慢增長(zhǎng)—快速增長(zhǎng)—平穩(wěn)增長(zhǎng)—波動(dòng)增長(zhǎng)4個(gè)階段（圖1）。在2006年之前，發(fā)文量均低于100篇，研究相對(duì)較少，處于基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)和理論探索階段；2007—2010年呈現(xiàn)快速增加趨勢(shì)；2011—2016年基礎(chǔ)理論知識(shí)學(xué)習(xí)完成，在前人的研究基礎(chǔ)上不斷突破，出現(xiàn)大量的研究性文獻(xiàn)，進(jìn)入了平穩(wěn)期；2017—2020 年發(fā)文量處于波動(dòng)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，2019年突破了300篇。在WOS數(shù)據(jù)庫(kù)中，2010 年之前沒(méi)有檢索到有關(guān)秸稈還田的文章，可見(jiàn)國(guó)外研究起步較晚；2010—2012 年現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)得到推廣，引起了國(guó)外研究者的關(guān)注，文獻(xiàn)數(shù)量呈波動(dòng)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)；2013—2016 年文獻(xiàn)數(shù)量平穩(wěn)增加，進(jìn)入發(fā)展階段；2017—2020 年發(fā)文數(shù)量快速增加，2019 年文章數(shù)高達(dá)160篇。

圖1 2001—2020年秸稈還田的年發(fā)表文獻(xiàn)量

2.1.2 文獻(xiàn)來(lái)源的學(xué)科分析學(xué)科既是一類(lèi)知識(shí)領(lǐng)域的邊界，也是一類(lèi)知識(shí)的聚集家園。與秸稈還田相關(guān)的學(xué)科類(lèi)別主要有農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科（1863 篇，占總數(shù)的32.64%）、農(nóng)藝學(xué)（1739 篇，30.47%）、農(nóng)作物（1189 篇，20.83%），發(fā)文量總數(shù)均超過(guò)1000篇；其次是環(huán)境科學(xué)與資源利用（205 篇，3.59%）、農(nóng)業(yè)工程（184 篇，3.22%）、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)（167 篇，2.93%）、生物學(xué)（134 篇，2.35%），發(fā)文量總數(shù)高于100篇（表1）。分析各類(lèi)學(xué)科發(fā)文量趨勢(shì)，可劃分2001—2010 年和2011—2020 年2個(gè)階段。后一階段發(fā)文量較前一階段幾乎呈倍數(shù)增加，如農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)和農(nóng)作物學(xué)領(lǐng)域發(fā)文量增加了約3.5倍，環(huán)境科學(xué)與資源利用增加了約6.5倍，生物學(xué)領(lǐng)域文章數(shù)量增加了約10倍。

表1 CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中秸稈還田研究發(fā)文量前10位的學(xué)科類(lèi)別

2.1.3 主要期刊發(fā)文數(shù)量及平均被引頻次分析由表2可知，《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》、《植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)》、《中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)》、《中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)》、《應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)》發(fā)文量均大于100 篇，是秸稈還田領(lǐng)域的中文文獻(xiàn)主要承載期刊，發(fā)文量、總被引頻次、篇均被引頻次最高的是《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》，但其H指數(shù)小于《植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)》H指數(shù)，H指數(shù)越高表明學(xué)術(shù)影響力越大，《中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)》發(fā)文量排第3 位，但總被引頻次、平均被引頻次、H指數(shù)均小于其他4 本期刊。WOS 數(shù)據(jù)庫(kù)中《印度農(nóng)業(yè)科學(xué)雜志》發(fā)文量最多（42篇），但總被引次數(shù)、篇均被引次數(shù)、H指數(shù)遠(yuǎn)低于其他4本期刊，《土壤耕作研究》總被引頻次和平均被引頻次位居第一，《總環(huán)境科學(xué)》H指數(shù)最大。

表2 CNKI和WOS數(shù)據(jù)庫(kù)載文量前5位的期刊

2.2 關(guān)于秸稈還田的主要研究力量分析

2.2.1 主要國(guó)家和機(jī)構(gòu)發(fā)文量及被引頻次分析由表3可知，中國(guó)、印度、美國(guó)發(fā)文量均高于100篇，澳大利亞發(fā)文量為34 篇，德國(guó)、加拿大、巴西、英國(guó)、巴基斯坦、丹麥文章數(shù)量均低于30篇。長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)在秸稈還田研究領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，其H指數(shù)最高。印度發(fā)文量排名第二，但篇均被引頻次最低，H指數(shù)也相對(duì)較小。德國(guó)總文章數(shù)量只有28篇，但其篇均被引頻次卻最高，遠(yuǎn)超印度。

表3 WOS數(shù)據(jù)庫(kù)中發(fā)文量前10位的國(guó)家

由表4 可知，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)作為國(guó)內(nèi)在秸稈還田領(lǐng)域的核心研究機(jī)構(gòu)，發(fā)文量高達(dá)209篇，總被引頻次13177 次，篇均被引頻次63.05 次，H指數(shù)為55 穩(wěn)居第一，發(fā)文量其次的是西北農(nóng)林科技大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院及中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，均高于130篇，總被引頻次超過(guò)5000次，H指數(shù)均大于40，也是國(guó)內(nèi)的主要研究機(jī)構(gòu)，具有一定的影響力。中國(guó)科學(xué)院在國(guó)外有著超強(qiáng)的影響力，其發(fā)文量高達(dá)151篇，總被引頻次4409次，H指數(shù)為37。印度農(nóng)業(yè)研究理事會(huì)發(fā)文量為71篇，但總被引頻次、H指數(shù)相對(duì)較小。

表4 秸稈還田發(fā)文量前5位的機(jī)構(gòu)

2.2.2 主要國(guó)家及作者合作圖譜分析分析研究國(guó)家的分布及合作關(guān)系，有助于了解國(guó)際學(xué)術(shù)界對(duì)秸稈還田領(lǐng)域研究的重視和認(rèn)同程度，有利于加強(qiáng)不同研究國(guó)家之間的交流與合作。從圖2 可以看出，不同節(jié)點(diǎn)之間線條連接緊密，呈現(xiàn)出了巨大的網(wǎng)絡(luò)圖譜，圖譜節(jié)點(diǎn)代表國(guó)家，這些國(guó)家主要以亞洲和歐洲的國(guó)家為主，還包括北美洲的美國(guó)和加拿大、南美洲的巴西、大洋洲的澳大利亞。其中，以中國(guó)為核心向周?chē)饾u擴(kuò)散，印度、美國(guó)等在國(guó)際上也具有一定的影響力。

圖2 國(guó)家合作網(wǎng)絡(luò)圖譜

對(duì)國(guó)內(nèi)外研究人員作了共線圖譜分析，通過(guò)其團(tuán)隊(duì)合作情況，可以找到該領(lǐng)域內(nèi)的中堅(jiān)力量及其研究的重點(diǎn)方向。圖3 將CNKI 中作者合作圖譜調(diào)成一個(gè)似橢圓的形狀，橢圓內(nèi)部節(jié)點(diǎn)連線密集，作者合作關(guān)系緊密，如魯劍魏團(tuán)隊(duì)通過(guò)研究人員王靜和武際與甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)張仁陟研究團(tuán)隊(duì)建立合作關(guān)系，從橢圓左上角到右下角的韓上-王慧-高洪軍-趙建寧形成了一條向外擴(kuò)散的合作長(zhǎng)鏈。橢圓邊界節(jié)點(diǎn)連線松散，如陳阜-張海林-唐海明-肖小平-李超形成了一條單一的合作鏈條，寧堂原與李增嘉、朱利群與卞新民、鄭建初與陳留根等團(tuán)隊(duì)合作少。

圖3 中國(guó)作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜

由圖4可知，國(guó)外作者合作圖譜呈現(xiàn)出總體分散、局部集中的特點(diǎn)。不同團(tuán)隊(duì)之間合作關(guān)系較弱，如影響力較大的Li Yong、Xu Minggang 以及Zhang Fusuo與其他團(tuán)隊(duì)連線少，部分學(xué)術(shù)研究團(tuán)隊(duì)內(nèi)部人員合作關(guān)系密切，如Wang Cheng-Wu Weixiang-Yi Qianqian-Nan Qiong、Li Zengjia- Sun Kai- Li Geng- Liu Zhen 等局部線條連接緊密。

圖4 國(guó)際作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜

2.3 相關(guān)研究知識(shí)基礎(chǔ)的識(shí)別及演變趨勢(shì)分析

2.3.1 知識(shí)基礎(chǔ)分析共被引參考文獻(xiàn)有著相關(guān)的研究主題，時(shí)區(qū)圖中被引頻次較高的參考文獻(xiàn)是秸稈還田研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)挖掘之地。圖5的顏色軸由紫色到黃色代表著時(shí)間的推移，圖中節(jié)點(diǎn)的大小代表著參考文獻(xiàn)被引的頻次，節(jié)點(diǎn)之間的連線顏色代表著首次被引的時(shí)間。為進(jìn)一步顯示被引頻次較高的文章如何影響秸稈還田領(lǐng)域的發(fā)展，表5 按引用次數(shù)由高到低列出了前10名。其中，有5篇是關(guān)于秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)碳影響的研究，2 篇關(guān)于微生物群落的變化，1 篇關(guān)于秸稈生物炭的穩(wěn)定性研究，1 篇探究黑碳降解性對(duì)水稻土的碳周轉(zhuǎn)和微量氣體排放量的影響，1 篇關(guān)于秸稈還田對(duì)農(nóng)業(yè)土壤氧化亞氮排放的影響。這些文章為后續(xù)秸稈還田領(lǐng)域研究做了基礎(chǔ)知識(shí)鋪墊。共被引頻次較高的2 篇文獻(xiàn)分別是2013 年Crombie Kyle等[7]用3種方法測(cè)定熱解條件對(duì)生物炭穩(wěn)定性的影響，其中一種原材料為麥秸，表明麥秸具有制備生物炭的潛能；Knoblauch Christian 等[8]將稻谷的殘?jiān)鼰钩珊谔紝?duì)稻田進(jìn)行改良，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，燒焦的黑碳能減少稻田溫室氣體的排放。

表5 WOS數(shù)據(jù)庫(kù)中被引頻次前10位的文獻(xiàn)

圖5 共被引文獻(xiàn)時(shí)區(qū)圖

2.3.2 演變趨勢(shì)分析關(guān)鍵詞權(quán)重體現(xiàn)了關(guān)鍵詞的重要性，權(quán)重越大表明重要性越強(qiáng)。圖6展示了基于CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)鍵詞每5 年權(quán)重的演變，圖中字體的大小代表了權(quán)重的大小。由圖可知，土壤、秸稈貫穿了整個(gè)演變階段，權(quán)重始終較大。2001—2005 年，農(nóng)業(yè)、養(yǎng)分、農(nóng)機(jī)的字號(hào)較大。2006—2010年，耕作、肥力、生態(tài)環(huán)境等相繼出現(xiàn)。2011—2015 年，排放更突出，玉米、CO2、吸收次之。2016—2020年，微生物、技術(shù)、群落的出現(xiàn)頻次高，同時(shí)出現(xiàn)礦化、氮素等新詞。

圖6 2001—2020年秸稈還田熱詞權(quán)重圖

2.4 關(guān)于秸稈還田的研究熱點(diǎn)和可視化分析

2.4.1 關(guān)鍵詞密度分析關(guān)鍵詞共現(xiàn)密度分析有助于發(fā)現(xiàn)秸稈還田相關(guān)研究分布情況及熱點(diǎn)。圖7 是根據(jù)VOSviewer軟件導(dǎo)出的聚類(lèi)視圖，通過(guò)合并、凝練相似相似的聚類(lèi)，將國(guó)內(nèi)近20年對(duì)秸稈還田研究歸納為農(nóng)作物產(chǎn)量、土壤肥力、保護(hù)性耕作及長(zhǎng)期施肥4個(gè)聚類(lèi)群，其中秸稈還田對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量影響是一直以來(lái)的研究熱點(diǎn)。用同樣的方法得到WOS 數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)密度視圖（圖8），關(guān)鍵詞明顯聚成3 類(lèi)，歸納為作物產(chǎn)量、土壤有機(jī)碳、經(jīng)濟(jì)效益。值得注意的是秸稈還田對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的影響在國(guó)內(nèi)外一直以來(lái)備受關(guān)注。

圖7 CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)密度視圖

圖8 WOS數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)密度視圖

2.4.2 關(guān)鍵次突現(xiàn)分析關(guān)鍵詞突現(xiàn)是指關(guān)鍵詞在一定時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)明顯增加，表明這段時(shí)間內(nèi)對(duì)其關(guān)注度增高，因此，能夠判斷某個(gè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿。筆者按關(guān)鍵次突現(xiàn)的時(shí)間段進(jìn)行篩選，同時(shí)整理每個(gè)時(shí)間段主要關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率。由表6 可知，在CNKI 中，2001—2009 年突現(xiàn)強(qiáng)度最大的是保護(hù)性耕作，出現(xiàn)頻率也相對(duì)較大，農(nóng)業(yè)工程突現(xiàn)強(qiáng)度次之，除以秸稈還田為檢索主題頻率最大外，還有土壤養(yǎng)分、冬小麥、土壤肥力；2010—2015 年突現(xiàn)強(qiáng)度較大的有土壤溫度、玉米秸稈還田、有機(jī)肥等，出現(xiàn)頻率較大的依次為有機(jī)肥、溫室氣體、生物炭；2016—2020年土壤團(tuán)聚體(5.68)、高通量測(cè)序(5.5)、稻麥輪作(4.82)突現(xiàn)性強(qiáng)，同時(shí)，衍生出一些關(guān)鍵詞，如技術(shù)采納、化肥減釋、微生物群落結(jié)構(gòu)等。WOS數(shù)據(jù)庫(kù)中，2010—2013年經(jīng)濟(jì)學(xué)突現(xiàn)度最強(qiáng)，土壤有機(jī)質(zhì)次之；2014—2016 年生產(chǎn)力突現(xiàn)強(qiáng)度度高達(dá)3.94；2018—2020 年出現(xiàn)了一些新的關(guān)鍵詞，如能源、甲基汞等，管理、氮、產(chǎn)量、土壤、碳出現(xiàn)頻次均大于100次。

表6 關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)共現(xiàn)主要信息表

3 討論

分析發(fā)現(xiàn)，秸稈還田在國(guó)內(nèi)的文獻(xiàn)數(shù)量呈緩慢增長(zhǎng)—快速增長(zhǎng)—平穩(wěn)增長(zhǎng)—波動(dòng)增長(zhǎng)4 個(gè)階段，國(guó)外在2010年之前未檢索到相關(guān)文獻(xiàn)，2010—2020年呈波動(dòng)增長(zhǎng)—平穩(wěn)增長(zhǎng)—快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，可見(jiàn)國(guó)外研究相對(duì)國(guó)內(nèi)較遲，但增長(zhǎng)速度較快，2019—2020 年國(guó)內(nèi)外發(fā)文量均達(dá)到高峰。農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)、農(nóng)藝學(xué)、農(nóng)作物等是文獻(xiàn)的主要來(lái)源，說(shuō)明秸稈還田是一個(gè)跨多學(xué)科的領(lǐng)域，《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》、《植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)》、《中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)》等承載大量的國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)，《印度農(nóng)業(yè)科學(xué)雜志》和《總環(huán)境科學(xué)》是外文文獻(xiàn)的主要收納期刊。2001 年以來(lái)，國(guó)際對(duì)秸稈還田的關(guān)注度增加，以亞洲的中國(guó)、印度為首，與美國(guó)、澳大利亞、德國(guó)等國(guó)家建立學(xué)術(shù)交流會(huì)，促進(jìn)學(xué)術(shù)交流，同時(shí)，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院等科研機(jī)構(gòu)對(duì)秸稈還田研究較多，在國(guó)際上有一定影響力，魯劍巍、李小坤、陳阜、張仁陟、Li Yong、Xu Minggang 等研究人員及帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)是研究領(lǐng)域的中堅(jiān)力量。

通過(guò)共被引文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，國(guó)外目前主要集中于秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)碳影響的研究。2011年，Lou Y L等[9]通過(guò)長(zhǎng)達(dá)12年的田間實(shí)驗(yàn)研究了秸稈還田對(duì)化肥固存土壤有機(jī)碳的影響，結(jié)果表明，一定的秸稈還田方式能提高表土中化學(xué)施肥固碳效率。2014 年，Kirkby Clive A等[10]研究結(jié)果顯示，秸稈還田能增加土壤碳固存以恢復(fù)肥力，同時(shí)，對(duì)緩解氣候變化的全球戰(zhàn)略具有重要意義；He Y T等[11]研究表明，秸稈還田不僅影響土壤有機(jī)碳，也會(huì)影響土壤中全氮、微生物生物量碳和氮變化。2018年，Zhao Y C等[12]研究表明，秸稈還田對(duì)有機(jī)碳的封存有巨大貢獻(xiàn)，接著Dai W 等[13]對(duì)中國(guó)亞熱帶稻田小麥秸稈摻入對(duì)土壤有機(jī)碳含量的影響做了探究，研究結(jié)果表明，小麥秸稈與高比例的氮、磷和鉀肥混合使用，對(duì)水稻土的有機(jī)碳儲(chǔ)量和更高的土壤質(zhì)量具有積極影響。

分析演變趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，秸稈還田研究領(lǐng)域主要經(jīng)歷了機(jī)械化農(nóng)業(yè)—土壤肥力—溫室氣體排放—秸稈還田技術(shù)4個(gè)發(fā)展階段，秸稈還田直接作用于田地，所以土壤一詞權(quán)重最大，貫穿整個(gè)演替階段。第一階段為2001—2005年，農(nóng)機(jī)、農(nóng)業(yè)、機(jī)械化等詞的出現(xiàn)標(biāo)志著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的到來(lái)，使作物單產(chǎn)增加，可再生資源秸稈數(shù)量龐大，與此同時(shí)，出現(xiàn)了秸稈焚燒、亂堆亂扔等現(xiàn)象，導(dǎo)致環(huán)境惡化，引起了學(xué)界的關(guān)注。早在2001 年魏冰陽(yáng)和藺公振[14]就提出農(nóng)機(jī)作業(yè)能實(shí)現(xiàn)少勞多得的生產(chǎn)模式，即生產(chǎn)效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度輕，而產(chǎn)能保持增加，同時(shí)提出玉米秸稈還田減少了焚燒秸稈的現(xiàn)象，減輕環(huán)境污染。隨著秸稈還田概念的提出和發(fā)展，對(duì)影響土壤肥力有了更深的研究，進(jìn)入了第二階段。宮亮等[15]2008年對(duì)玉米秸稈還田影響土壤肥力做了連續(xù)3年的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，與無(wú)機(jī)肥搭配的玉米秸稈能增加土壤有機(jī)質(zhì)，在等碳量的條件下，玉米秸稈對(duì)保持和提高土壤有機(jī)質(zhì)含量的效果好于豬糞肥。同年，周波等[16]研究表明，長(zhǎng)期秸稈還田能改善土壤的通氣狀況，協(xié)調(diào)土壤水肥氣熱等肥力因素，為植物根系生長(zhǎng)提供適宜環(huán)境。第三階段為2011—2015年，排放、溫室、吸收、通量等詞出現(xiàn)頻率較多，說(shuō)明研究者開(kāi)始將秸稈還田與溫室氣體聯(lián)系起來(lái)研究。有研究表明，合理的秸稈留茬還田后，對(duì)甲烷吸收通量增加[17]。2013 年張賀等[18]研究了有機(jī)肥與化肥配施、秸稈還田以及不同耕作方式對(duì)華北平原冬小麥田地土壤CO2和N2O排放影響，結(jié)果表明，秸稈還田對(duì)N2O的排放通量無(wú)顯著影響；2015年張冉等[19]基于Meta分析了中國(guó)農(nóng)田秸稈還田對(duì)土壤N2O排放的影響，分析結(jié)果表明，在不同區(qū)域秸稈還田對(duì)土壤N2O排放有差異，所以，要綜合考慮土壤類(lèi)型、種植方式、土壤水肥氣熱等因素，因地制宜進(jìn)行秸稈還田措施。2016—2020年秸稈技術(shù)成了關(guān)注的焦點(diǎn)。蔡紅光等[20]研究結(jié)果表明，全量深翻還田耕種技術(shù)能減輕土壤肥力退化問(wèn)題，提高作物產(chǎn)量，同時(shí)，李一與王秋兵[21]提到的還田技術(shù)有秸稈粉碎翻耕或旋耕、秸稈粉碎旋耕混埋還田、過(guò)腹還田與堆漚還田等，需因地制宜，不同區(qū)域采用不同秸稈不同方式進(jìn)行還田，如長(zhǎng)江中下游地區(qū)應(yīng)推廣玉米秸稈腐熟還田技術(shù)。

聚類(lèi)分析表明，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)秸稈還田領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)主要有4個(gè)方面。（1）還田秸稈對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量變化的影響。秸稈還田改變了土壤的理化性質(zhì)，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量。產(chǎn)量在一定程度上反映了種植技術(shù)下作物的營(yíng)養(yǎng)及品質(zhì)。Dong D等[22]研究數(shù)據(jù)顯示，添加稻草為原料的生物炭能減少稻田CH4的排放，同時(shí)在2010、2011年顯著提高了水稻產(chǎn)量13.5%、6.1%。翟明振等[23]發(fā)現(xiàn)，秸稈全量還田（鹽堿地土壤）先淺旋耕后再深松的方式可提高玉米產(chǎn)量。有研究提到，免耕+秸稈還田與翻耕+秸稈還田處理能改善抽穗期水稻上三葉的氮素水平，進(jìn)而提高了水稻產(chǎn)量[24]。（2）長(zhǎng)期施肥與秸稈還田聯(lián)合效應(yīng)研究。施肥是提高作物產(chǎn)量和土壤肥力重要的農(nóng)田管理措施[25]，不同的施肥模式能改變土壤養(yǎng)分。陳春蘭等[26]研究表明，長(zhǎng)期高量化肥使用造成氮素向土壤深處遷移，減量施肥與秸稈還田措施結(jié)合有利于保持紅壤水稻土碳氮可持續(xù)變化。（3）秸稈還田與肥料配施對(duì)土壤肥力的影響。不同水平的施肥與秸稈搭配還田，影響土壤有機(jī)碳、土壤微生物、酶活性、土壤通透性等，從而改變土壤肥力。季詩(shī)域等[27]研究顯示，秸稈和化肥高水平還田（秸稈7496 kg/hm2，化肥為常規(guī)施肥量的100%）能維持較高的土壤肥力，促進(jìn)小麥增產(chǎn)。劉明等[28]發(fā)現(xiàn)，秸稈還田和施肥可顯著提高土壤肥力（有效磷、堿解氮、總氮和有機(jī)質(zhì)含量）和土壤酶活性。（4）秸稈還田免耕技術(shù)與土壤質(zhì)量研究。保護(hù)性耕作能維持土壤質(zhì)量，在免耕的基礎(chǔ)上進(jìn)行秸稈覆蓋有助于形成良好的土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤入滲，減少土壤侵蝕[29]。殷志遙等[30]在湖北省選取了3個(gè)稻-油輪作實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)對(duì)各土層的理化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，認(rèn)為在免耕+秸稈還田管理措施下各土層綜合肥力系數(shù)較大，能提高土壤肥力。

國(guó)外主要集中于作物生產(chǎn)量、土壤有機(jī)碳、經(jīng)濟(jì)效益3 個(gè)方面的研究。（1）秸稈還田耕作方式與保產(chǎn)量、低排放（溫室氣體）的研究。較高的CO2排放量和較低的作物生產(chǎn)力成為干旱內(nèi)陸地區(qū)棘手的問(wèn)題，阻礙農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。Gou Z W 等[31]的研究結(jié)果表明，與常規(guī)耕作相比，殘膜覆蓋結(jié)合秸稈還田顯著降低了CO2排放量。He H[32]以中國(guó)東部亞熱帶地區(qū)低地圩田作為實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，比較不同耕作方式（常規(guī)耕作、優(yōu)化施肥、優(yōu)化施肥+免耕、優(yōu)化施肥+秸稈還田）下作物的產(chǎn)量及CH4的排放量，綜合研究結(jié)果表明，優(yōu)化施肥是實(shí)現(xiàn)保產(chǎn)量、低排放的最佳途徑。分析以上2 種研究結(jié)果的差異，主要是選取的研究區(qū)域位置不同，說(shuō)明實(shí)施因地制宜的農(nóng)田管理措施是關(guān)鍵。（2）不同耕作方式下秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)碳影響。為解決遼南地區(qū)探究秸稈分解率低、土壤肥力降低的問(wèn)題，Wang X 等[33]在不同耕作模式下（免耕模式、深松+深旋耕模式、旋耕模式）基于秸稈的分解比例加入分解劑，1年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，旋耕模式+分解劑的耕作方式對(duì)秸稈分解效果好，土壤有機(jī)碳明顯增加，土壤肥力提高。（3）適宜的秸稈還田方式產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益研究。Xia L L 等[34]對(duì)中國(guó)稻麥種植系統(tǒng)下長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)全球變暖潛勢(shì)和經(jīng)濟(jì)效益的影響評(píng)估中提到，稻麥系統(tǒng)中長(zhǎng)期將秸稈直接摻入會(huì)使氣候惡化，因此，應(yīng)鼓勵(lì)實(shí)施合理方式摻秸還田，例如在有氧條件下堆肥秸稈。

通過(guò)前沿分析，未來(lái)研究主要聚焦3 個(gè)方面。（1）秸稈還田技術(shù)創(chuàng)新。國(guó)內(nèi)外雖在切碎旋耕（翻埋）還田、留高茬麥套稻全量還田、溝埋還田、覆蓋還田及秸稈腐熟還田等還田技術(shù)方面取得了一定成就[35]，但面對(duì)大量的秸稈，如何保持低成本、高效率、無(wú)污染成為難題，技術(shù)創(chuàng)新是關(guān)鍵，需打破傳統(tǒng)方式，與科技結(jié)合創(chuàng)新技術(shù)。（2）因地制宜的還田管理措施。大尺度下土壤的類(lèi)型、質(zhì)量等有差異，因此，應(yīng)以地域?yàn)閱卧?，根?jù)不同的土壤類(lèi)型，采取適當(dāng)?shù)霓r(nóng)田管理方式進(jìn)行還田，如西北地區(qū)主要采用翻壓覆蓋的方式還田。（3）秸稈還田的經(jīng)濟(jì)效益。政府積極投入到現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，在社會(huì)效益、生態(tài)效益的支持下為鄉(xiāng)村建設(shè)打造經(jīng)濟(jì)效益，而合理的秸稈還田模式能帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益不容小覷，如李春喜等[36]研究表明，有機(jī)物料（豬糞+秸稈還田）不但可以增加土壤肥力、提高作物產(chǎn)量，而且可以提高經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

秸稈還田研究是一個(gè)以農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)、農(nóng)藝學(xué)為主的跨多學(xué)科的領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)的《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》與國(guó)外《印度農(nóng)業(yè)科學(xué)雜志》是其主要承載期刊。國(guó)際上相關(guān)領(lǐng)域研究與中國(guó)相比起步較晚，但增長(zhǎng)速度較快，總體上都呈增加趨勢(shì)，中國(guó)、印度、美國(guó)是秸稈還田領(lǐng)域研究的主導(dǎo)國(guó)家，不同科研機(jī)構(gòu)之間發(fā)文量也有一定的差異，中國(guó)科學(xué)院在國(guó)際上影響力相當(dāng)大，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、西北農(nóng)林科技大等高等院校在國(guó)內(nèi)具有一定的研究潛質(zhì)，魯劍巍、陳阜、Ping H E 等研究團(tuán)隊(duì)是秸稈還田研究的中堅(jiān)力量。國(guó)外目前主要集中于秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)碳、作物生產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益的研究，國(guó)內(nèi)秸稈還田研究領(lǐng)域主要經(jīng)歷了機(jī)械化農(nóng)業(yè)—土壤肥力—溫室氣體排放—秸稈還田技術(shù)4 個(gè)演替階段，研究熱點(diǎn)主要是以農(nóng)作物產(chǎn)量的變化為中心，細(xì)化到長(zhǎng)期施肥與秸稈還田聯(lián)合效應(yīng)、土壤肥力、耕作模式的研究。未來(lái)研究可能聚焦于技術(shù)創(chuàng)新、因地制宜農(nóng)田管理措施、經(jīng)濟(jì)效益3個(gè)方面。