基于文獻(xiàn)計(jì)量的土壤溶質(zhì)運(yùn)移可視化分析

陳繼虹，賈振江，李王成,2,3*，王潔，穆敏，牛宵宵，呂航

基于文獻(xiàn)計(jì)量的土壤溶質(zhì)運(yùn)移可視化分析

陳繼虹1，賈振江1，李王成1,2,3*，王潔1，穆敏1，牛宵宵1，呂航1

（1.寧夏大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；2.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，銀川 750021；3.省部共建西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750021）

【目的】系統(tǒng)分析國(guó)內(nèi)外土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，探究其研究熱點(diǎn)與未來發(fā)展趨勢(shì)?！痉椒ā炕赪eb of Science核心數(shù)據(jù)庫（WoS）和中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫（CNKI），借助CiteSpace和VOSviewer可視化軟件，從發(fā)文數(shù)量、發(fā)文國(guó)家、發(fā)文機(jī)構(gòu)、文獻(xiàn)來源、學(xué)科分布和關(guān)鍵詞著手，對(duì)2003—2022年國(guó)內(nèi)外土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究進(jìn)行可視化分析?！窘Y(jié)果】①國(guó)內(nèi)外土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究總體呈上升趨勢(shì)，且英文的發(fā)文數(shù)量多于中文。其中，中國(guó)和美國(guó)在該領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。②在發(fā)文量前10的機(jī)構(gòu)中，中國(guó)僅有中國(guó)科學(xué)院，美國(guó)則有4家。此外，國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)間的合作較為松散，而全球相關(guān)機(jī)構(gòu)間的國(guó)際合作較為緊密。③該領(lǐng)域刊出的主要英文期刊有《Journal of Hydrology》《Vadose Zone Journal》《Water Resources Research》，主要中文期刊則為《灌溉排水學(xué)報(bào)》《水土保持學(xué)報(bào)》《節(jié)水灌溉》。④土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究主要聚焦環(huán)境科學(xué)、水資源學(xué)和農(nóng)業(yè)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域，且各學(xué)科間的知識(shí)內(nèi)容具有交互性。⑤國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域研究的主要關(guān)鍵詞為“重金屬”、“水鹽運(yùn)移”和“重金屬遷移”，國(guó)外則為“solute transport”、“transport”和“water”?！窘Y(jié)論】土壤溶質(zhì)運(yùn)移仍然是未來的研究熱點(diǎn)，今后可從以下幾點(diǎn)入手：生態(tài)系統(tǒng)中重金屬或污染物的遷移轉(zhuǎn)化；土壤溶質(zhì)運(yùn)移的尺度效應(yīng)；農(nóng)田灌排和耕作模式下的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)；考慮多因素影響的土壤溶質(zhì)運(yùn)移和作物生長(zhǎng)耦合模型建立；土壤改良劑的篩選和集成應(yīng)用示范。

土壤溶質(zhì)運(yùn)移；VOSviewer；CiteSpace；研究進(jìn)展；知識(shí)圖譜

0 引言

【研究意義】土壤溶質(zhì)運(yùn)移是指溶解于土壤水溶液中的物質(zhì)（污染物、可溶性鹽類、農(nóng)藥、肥料等）隨土壤水分運(yùn)動(dòng)而遷移的過程[1]。土壤溶質(zhì)運(yùn)移作為土壤圈中重要的物質(zhì)循環(huán)過程，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康至關(guān)重要。一方面，土壤溶質(zhì)運(yùn)移可為植物根系輸送養(yǎng)分，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育[2]；另一方面，人類活動(dòng)排放的生活污水和工業(yè)廢水等經(jīng)由土壤運(yùn)移至地下水層，對(duì)土壤健康和地下水安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅[3]。因此，土壤溶質(zhì)運(yùn)移在近幾十年間一直都是農(nóng)業(yè)學(xué)、土壤學(xué)、水文學(xué)和生態(tài)學(xué)等學(xué)科的研究熱點(diǎn)[4]?！狙芯窟M(jìn)展】目前，國(guó)內(nèi)外土壤溶質(zhì)運(yùn)移的研究主要集中在模擬試驗(yàn)開展[5-6]、重金屬或污染物的遷移轉(zhuǎn)化[7-9]、土壤水分運(yùn)動(dòng)[10-11]和鹽分運(yùn)移[12-13]、模型參數(shù)的優(yōu)化求解方法[14]或數(shù)值模擬[15-16]等方面。20世紀(jì)60年代初，Nielson等[17]和Biggar等[18]共同提出了易混合置換理論，系統(tǒng)地闡述了土壤溶質(zhì)運(yùn)移過程中對(duì)流、擴(kuò)散和彌散效應(yīng)的耦合作用，并建立了對(duì)流-彌散方程（CDE方程），在土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究歷程中具有里程碑意義。在此之后，為了進(jìn)一步修正CDE方程，進(jìn)而提高理論模擬精度，土壤溶質(zhì)運(yùn)移的兩區(qū)模型應(yīng)運(yùn)而生[19]。而為了考慮土壤中不動(dòng)水體的存在并合理描述土壤優(yōu)先流過程，更多的學(xué)者則在兩區(qū)模型的基礎(chǔ)上提出了多種優(yōu)先流模型[20]。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究經(jīng)歷了從理論研究到模型模擬、從基礎(chǔ)試驗(yàn)到田間尺度[21]、從宏觀效應(yīng)到微觀孔隙[22]的逐步完善，并在CDE方程的基礎(chǔ)上發(fā)展出眾多的模型軟件，如HYDRUS模型[23-24]、SWAP模型[25]和WAVE模型[26]等，這極大地推動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究?！厩腥朦c(diǎn)】近年來，諸多學(xué)者已在土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域開展了大量理論與試驗(yàn)研究工作，但關(guān)于其的系統(tǒng)梳理和可視化分析鮮有報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】鑒于此，本文基于Web of Science核心數(shù)據(jù)庫（WoS）和中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫（CNKI），通過CiteSpace[27]和VOSviewer[28]軟件，對(duì)2003—2022年國(guó)內(nèi)外土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域的發(fā)文數(shù)量、發(fā)文國(guó)家、研究機(jī)構(gòu)、學(xué)科分布以及關(guān)鍵詞聚類等內(nèi)容進(jìn)行計(jì)量統(tǒng)計(jì)分析，并探討其研究熱點(diǎn)、研究前沿和未來發(fā)展趨勢(shì)，旨在全面了解溶質(zhì)在土壤-地下水-生物體系的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，以期為土壤健康調(diào)節(jié)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供借鑒和啟迪。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

英文文獻(xiàn)選取自Web of Science核心數(shù)據(jù)庫（WoS），引文索引設(shè)為“SCI--EXPANDED--1999--至今”，以“TS=（Soil solute transport OR Organic matter and Water pollutants and Relocation OR Agricultural fertilizers and Relocation OR Soil heavy metals and Relocation OR Soil water-salt transport OR Groundwater and Pollutant transport）”為主題詞進(jìn)行檢索。時(shí)間設(shè)置為2003年1月1日—2022年12月31日，檢索結(jié)果為5 034篇。為提高檢索精度，篩選數(shù)據(jù)類型為“Article”和“Review”，語種選擇“English”，最終獲到4 958篇文獻(xiàn)。中文文獻(xiàn)則取自于中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫（CNKI），利用高級(jí)檢索功能以“土壤溶質(zhì)運(yùn)移+反應(yīng)性溶質(zhì)運(yùn)移+物質(zhì)遷移”或“有機(jī)物+水體污染物+化學(xué)物質(zhì)+遷移”或“農(nóng)業(yè)肥料+遷移”或“土壤重金屬+遷移”或“土壤水鹽運(yùn)移”或“地下水+污染物運(yùn)移”為主題進(jìn)行檢索，時(shí)間范圍為2003年1月1日—2022年12月31日，檢索范圍設(shè)為“總庫”，篩選數(shù)據(jù)類型為“學(xué)術(shù)期刊”和“學(xué)位論文”，共檢索到2 787篇文獻(xiàn)。

1.2 研究方法

CiteSpace軟件在揭示學(xué)科動(dòng)態(tài)發(fā)展規(guī)律和研究前沿方面具有顯著優(yōu)勢(shì)；VOSviewer軟件則更善于處理大規(guī)模數(shù)據(jù)。同時(shí)，二者均具備提供研究機(jī)構(gòu)合作分析和關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析等功能[27-28]。因此，本文基于上述兩款軟件繪制土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究領(lǐng)域的發(fā)文機(jī)構(gòu)合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)和關(guān)鍵詞聚類圖譜，同時(shí)結(jié)合關(guān)鍵詞突發(fā)性檢測(cè)，旨在對(duì)當(dāng)前研究進(jìn)行系統(tǒng)歸類并從中尋求當(dāng)前研究熱點(diǎn)和未來發(fā)展趨勢(shì)。此外，年度發(fā)文量、發(fā)文國(guó)家、發(fā)文機(jī)構(gòu)、文獻(xiàn)來源、學(xué)科分布和高頻關(guān)鍵詞分布等則借助Microsoft Excel 2016進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 統(tǒng)計(jì)結(jié)果和數(shù)據(jù)分析

2.1.1 發(fā)文數(shù)量分析

對(duì)WoS核心數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫中檢索出的文獻(xiàn)進(jìn)行發(fā)表情況和發(fā)文趨勢(shì)分析（圖1）。在2003—2022年，國(guó)內(nèi)外土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域的發(fā)文數(shù)量總體均呈逐步上升趨勢(shì)。這表明，近年來學(xué)者們對(duì)土壤溶質(zhì)運(yùn)移的研究與關(guān)注更加深入和突出。然而，相較于中文文獻(xiàn)，英文文獻(xiàn)的發(fā)文數(shù)量始終處于領(lǐng)先位置，這可能與該領(lǐng)域研究在國(guó)際上深厚的理論基礎(chǔ)和起步較早的優(yōu)先條件等密切相關(guān)。盡管如此，進(jìn)一步對(duì)二者的發(fā)文數(shù)量進(jìn)行線性擬合不難發(fā)現(xiàn)，中文文獻(xiàn)的增長(zhǎng)率（=11.23）明顯高于英文文獻(xiàn)（=9.26），這表明，我國(guó)土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究正處于迅速發(fā)展階段。

圖1 2003—2022年土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域WoS核心數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫年度文獻(xiàn)分布和發(fā)文趨勢(shì)

2.1.2 發(fā)文國(guó)家分析

SCI的檢索結(jié)果能夠客觀地評(píng)價(jià)個(gè)人乃至整個(gè)國(guó)家或地區(qū)的科研成果和水平[29]。如圖2（a）所示，在2003—2022年，在土壤溶質(zhì)運(yùn)移方面發(fā)文總量排名前5的國(guó)家依次為：美國(guó)（1 489篇）、中國(guó)（991篇）、德國(guó)（608篇）、法國(guó)（317篇）和加拿大（313篇）?？梢姡袊?guó)和美國(guó)在該領(lǐng)域的研究占據(jù)主導(dǎo)地位。而從各個(gè)國(guó)家的發(fā)文趨勢(shì)來看（圖2（b）），美國(guó)在土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域研究基礎(chǔ)深厚，發(fā)文數(shù)量亦占優(yōu)；中國(guó)雖起步較晚，但發(fā)文量呈逐年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，特別是2018年《土壤污染防治法》的出臺(tái)，使我國(guó)的土壤污染防治工作邁向了新征程，亦有效推動(dòng)了科研人員對(duì)土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究的積極性，這使得中國(guó)在該領(lǐng)域的發(fā)文數(shù)量在2018年首次超過美國(guó)并在之后常年保持領(lǐng)先地位。至2022年時(shí)，中國(guó)的年度發(fā)文數(shù)量已達(dá)156篇，占比44.83%；美國(guó)則為69篇，僅占比19.83%。此外，德國(guó)、法國(guó)和加拿大在此期間的排名雖有變動(dòng)，但仍可居前5。

圖3全面展現(xiàn)了各個(gè)國(guó)家之間的發(fā)文數(shù)量、合作關(guān)系及其文章影響力。其中，節(jié)點(diǎn)大小代表文章數(shù)量，連線表示合作關(guān)系，紫色外圈則表示該國(guó)家的中介中心性值大于0.1，并可表征其在土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域的國(guó)際影響力[30]。由表1可知，美國(guó)的中介中心性最高（0.31），盡管中國(guó)近幾年的發(fā)文數(shù)量劇增，但中介中心性仍小于德國(guó)和法國(guó)，這充分表明，我國(guó)在土壤溶質(zhì)運(yùn)移方面的研究雖較為活躍，但所發(fā)文章的國(guó)際影響力有待提高，研究成果的創(chuàng)新性仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。

圖2 2003—2022年土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域主要發(fā)文國(guó)家的SCI論文數(shù)量分布

圖3 2003—2022年土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域主要發(fā)文國(guó)家影響力

2.1.3 發(fā)文機(jī)構(gòu)分析

WoS核心數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫中土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)的合作網(wǎng)絡(luò)關(guān)系見圖4。全球涉及層面的研究機(jī)構(gòu)共有3 607所，通過調(diào)整“Minimum number of documents of an organization=10”閾值，最終篩選出244所機(jī)構(gòu)（圖4（a））。其中，排名前5的發(fā)文機(jī)構(gòu)分別是University of California（264篇）、Helmholtz Association（229篇）、Chinese Academy of Sciences（218篇）、United States Department of Agriculture（159篇）以及Centre National De La Recherche Scientifique（157篇）。而在發(fā)文量前10的研究機(jī)構(gòu)中，中國(guó)只有中國(guó)科學(xué)院1家，美國(guó)則有4家，分別為加利福尼亞大學(xué)、美國(guó)農(nóng)業(yè)部、美國(guó)能源部和加利福尼亞大學(xué)河濱分校。同時(shí)不難看出，該領(lǐng)域的國(guó)際合作較為緊密，極大促進(jìn)了相關(guān)學(xué)科的建設(shè)和發(fā)展。

表1 主要發(fā)文國(guó)家的中介中心性

圖4 2003—2022年土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域WoS核心數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫發(fā)文機(jī)構(gòu)知識(shí)圖譜

國(guó)內(nèi)涉及土壤溶質(zhì)運(yùn)移方向的研究機(jī)構(gòu)共有2 346所，通過調(diào)整“Minimum number of documents of an organization=3”閾值，最終篩選出287所機(jī)構(gòu)（圖4（b））。其中，該領(lǐng)域的主要研究機(jī)構(gòu)為西安理工大學(xué)、石河子大學(xué)、新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)和內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)。其余發(fā)文機(jī)構(gòu)則是在主要核心機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上延伸開展而來，且各機(jī)構(gòu)間聯(lián)系薄弱、合作松散。

2.1.4 文獻(xiàn)來源分析

對(duì)WoS核心數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫納入的文獻(xiàn)進(jìn)行出版來源分析，見圖5。整體來看，國(guó)內(nèi)期刊的發(fā)文數(shù)量遠(yuǎn)少于國(guó)外。其中，英文文獻(xiàn)發(fā)文量排名前3的期刊分別是《Journal of Hydrology》（影響因子/JCR分區(qū)：6.708/Q1）、《Vadose Zone Journal》（影響因子/JCR分區(qū)：2.945/Q3）和《Water Resources Research》（影響因子/JCR分區(qū)：6.159/Q1）；相應(yīng)的中文期刊則是《灌溉排水學(xué)報(bào)》《水土保持學(xué)報(bào)》和《節(jié)水灌溉》。可見，該領(lǐng)域的研究成果具有影響力和權(quán)威性。

圖5 2003—2022年土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域WoS核心數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫中發(fā)文量排名前10的期刊

2.1.5 學(xué)科分布分析

WoS核心數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫中該領(lǐng)域的學(xué)科分布見圖6。由圖6可看出，土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究涉及的學(xué)科較為廣泛，且各學(xué)科間的交互性較強(qiáng)。其中，英文文獻(xiàn)涉及最多的學(xué)科為環(huán)境科學(xué)生態(tài)學(xué)、水資源學(xué)和農(nóng)業(yè)學(xué)，分別占比44.63%、43.14%和25.72%；而中文文獻(xiàn)方面則是以環(huán)境科學(xué)與資源利用學(xué)以及農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)為主，分別占比56.73%和22.93%。

注 由于統(tǒng)計(jì)和計(jì)算過程中不同學(xué)科存在交叉，故其論文占比總和不等于100%。

2.2 國(guó)內(nèi)外的熱點(diǎn)和前沿分析

2.2.1 國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)知識(shí)圖譜

研究熱點(diǎn)是指在某個(gè)時(shí)段里關(guān)聯(lián)密切且數(shù)量眾多的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)所探討的學(xué)問或?qū)ｎ}[31]，而頻次較高的關(guān)鍵詞則可在一定程度上被視為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[32]。WoS核心數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫中該領(lǐng)域的高頻關(guān)鍵詞分布見圖7。其中，英文文獻(xiàn)中的主要高頻關(guān)鍵詞為“solute transport”、“transport”和“water”，側(cè)重于土壤和水流層面的試驗(yàn)及模型研究。而中文文獻(xiàn)中的高頻關(guān)鍵詞則主要是“重金屬”、“水鹽運(yùn)移”、“重金屬遷移”，更注重于土壤鹽漬化和重金屬污染等生態(tài)環(huán)境問題。

利用VOSviewer軟件分別對(duì)WoS核心數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫中經(jīng)閾值篩選后的關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類分析（圖8），圖中節(jié)點(diǎn)的大小表示關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次的高低，節(jié)點(diǎn)間的連線多少則表示關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系緊密程度。

外文文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞主要分為4類：聚類1主要包括土壤溶質(zhì)運(yùn)移的運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)移規(guī)律和數(shù)值模擬；聚類2主要體現(xiàn)在農(nóng)田灌溉方式對(duì)根區(qū)土壤水鹽動(dòng)態(tài)以及作物產(chǎn)量效應(yīng)的影響研究；聚類3主要為流域尺度上的土壤溶質(zhì)遷移、周轉(zhuǎn)過程及其根源追溯；聚類4則主要是土壤中污染物的遷移、吸附和富集。

中文文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞則主要分為3類：聚類1主要包括土壤或土壤-植物系統(tǒng)中的重金屬遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；聚類2主要為土壤-地下水系統(tǒng)中的污染物遷移數(shù)值模擬及其預(yù)測(cè)；聚類3則主要是灌溉水質(zhì)、灌排方式或覆蓋條件對(duì)土壤水鹽或水氮的運(yùn)移規(guī)律及其合理調(diào)控。

圖7 2003—2022年土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域WoS核心數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫中高頻關(guān)鍵詞分布

圖8 2003—2022年土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域WoS核心數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫中關(guān)鍵詞聚類視圖

2.2.2 國(guó)內(nèi)外研究前沿及發(fā)展趨勢(shì)

突變?cè)~是指短時(shí)間內(nèi)使用頻率驟增的關(guān)鍵詞，是了解和發(fā)現(xiàn)相關(guān)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)和學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)的有效途徑[33]。突現(xiàn)強(qiáng)度則表示該研究領(lǐng)域中某一關(guān)鍵詞在其突現(xiàn)時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)頻次的權(quán)重。一般的，以突現(xiàn)強(qiáng)度高且突現(xiàn)年份近的關(guān)鍵詞作為該領(lǐng)域的研究前沿[34]。由于國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)中引用頻次突增的關(guān)鍵詞較多，本文按照突現(xiàn)起始年份進(jìn)行排序，并最終選取排名前10的突變關(guān)鍵詞，分別見表2和表3。

由表2可知，中文文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞的突現(xiàn)狀況是從理論分析到實(shí)際應(yīng)用的漸進(jìn)過程，現(xiàn)在的研究態(tài)勢(shì)對(duì)緩解土壤污染和次生鹽堿化等生態(tài)問題提供了全新的調(diào)控思路。21世紀(jì)初期，國(guó)內(nèi)學(xué)者主要通過物理模擬試驗(yàn)探討土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律和污染物遷移特征，并通過建立數(shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。到2010年左右，為進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)用水效率，發(fā)展綠色高效的農(nóng)業(yè)節(jié)水模式，節(jié)水灌溉方式開始備受矚目，其中，“膜下滴灌”技術(shù)由于其增溫保墑、抑鹽壓堿等的生態(tài)功效而倍受推崇和發(fā)展[35-36]，其在2009—2012年間的突現(xiàn)強(qiáng)度高達(dá)6.13。在此之后，土壤溶質(zhì)運(yùn)移的理論研究與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合愈加緊密，學(xué)者們主要關(guān)注不同灌溉方式或灌溉定額以及水肥耦合等條件下的土壤水鹽運(yùn)移特性和作物產(chǎn)量效應(yīng)。近年來，在氣候變化和土地退化背景下，土壤改良劑，特別是“生物炭”在土壤修復(fù)[37-39]和微生境健康調(diào)控[40]方面有著優(yōu)良的應(yīng)用前景，其在2018—2022年間的突現(xiàn)強(qiáng)度升至極值（6.82）。

表2 中文文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞的突發(fā)性檢測(cè)結(jié)果（按突現(xiàn)起始年份排序）

注 研究時(shí)段為2003—2022年，每條線段代表1年。其中，紅線表示突現(xiàn)年份，黑線則表示普通年份，下同。

表3 英文文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞的突發(fā)性檢測(cè)結(jié)果（按突現(xiàn)起始年份排序）

而在外文文獻(xiàn)中，“非飽和流”、“土柱”和“氯化物”在21世紀(jì)初期具有較高的突現(xiàn)強(qiáng)度。這是因?yàn)閲?guó)外在土壤溶質(zhì)運(yùn)移方面的研究起步較早且有著長(zhǎng)期的積累。早在1805年，F(xiàn)ick就提出分子擴(kuò)散定律[41]；而國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)70年代末才開啟以石元春[42]和賈大林等[43]為代表的土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究進(jìn)程。近年來，“流域”尺度、“氣候變化”和“侵蝕”等關(guān)鍵詞的爆發(fā)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。特別的是，“侵蝕”在2009—2012年間的突現(xiàn)強(qiáng)度最為明顯（11.76）。極端氣候頻發(fā)（干旱、洪澇、高溫等）和人類活動(dòng)擾動(dòng)加劇土壤侵蝕的發(fā)生[44]，而侵蝕和土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究各有側(cè)重而又彼此聯(lián)系。侵蝕則主要通過影響土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)過程進(jìn)而改變其溶質(zhì)運(yùn)移動(dòng)態(tài)[45]。這表明，現(xiàn)階段國(guó)外在該領(lǐng)域的研究不僅局限于表觀層面的土壤溶質(zhì)運(yùn)移探析，而是逐漸拓展至全球尺度的土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)。

3 討論

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域已取得豐碩成果，相關(guān)的理論方法與模型預(yù)測(cè)逐漸完善，研究方法與研究深度不斷提升。然而，土壤圈作為地圈-生物圈系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，當(dāng)前土壤環(huán)境現(xiàn)狀不容樂觀，整個(gè)地球生態(tài)系統(tǒng)也將受到深刻影響。在此背景下，今后的研究應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：

1）生態(tài)系統(tǒng)中重金屬或污染物的遷移轉(zhuǎn)化。隨著工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，廢棄物的隨意填埋或焚燒、污染物的不合理排放等人類活動(dòng)致使大氣、土壤、地下水和植物系統(tǒng)中的重金屬或污染物富集或超標(biāo)[46]。其中，土壤中的重金屬污染源主要有農(nóng)藥或肥料殘留、工業(yè)廢水排放以及大氣沉降等[47]。由于重金屬進(jìn)入土壤后會(huì)發(fā)生吸附-解吸[48]和離子交換[49]等過程，進(jìn)而對(duì)其的遷移轉(zhuǎn)化過程形成阻滯效應(yīng)，長(zhǎng)此以往致使重金屬在土壤中高度富集。因此，植物根系在吸收重金屬后，其產(chǎn)量和品質(zhì)顯著降低，并對(duì)人體健康構(gòu)成潛在威脅[50-51]；此外，水體中的重金屬則主要經(jīng)由地表徑流等方式匯集，并通過發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)逐漸在沉積物中累積。然而，當(dāng)前的研究主要聚焦單一化的重金屬遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理，而關(guān)于多源污染物和多維界面的復(fù)雜污染過程還有待深入開展[52]。因此，還需進(jìn)一步探明復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中的重金屬遷移轉(zhuǎn)化路徑，構(gòu)建、優(yōu)化和完善相關(guān)理論模型，并建立基于多介質(zhì)界面污染過程的土-氣-水-生綜合調(diào)控模式，以期為土壤或水體的重金屬污染防治提供理論和技術(shù)支撐。

2）土壤溶質(zhì)運(yùn)移的尺度效應(yīng)。土壤環(huán)境在物理、化學(xué)及人類活動(dòng)等諸多因素的共同作用下往往呈現(xiàn)出高度的空間異質(zhì)性以及明顯的尺度效應(yīng)[53-54]。在空間尺度上，土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究是了解和解決某一地區(qū)的污染情況和鹽漬化程度的關(guān)鍵；在剖面尺度上，地下水-土壤系統(tǒng)中的地下水運(yùn)動(dòng)和土壤的垂向空間異質(zhì)性極大影響了溶質(zhì)在土壤剖面中的分布[55-56]。然而，目前的研究多集中于干旱、半干旱的內(nèi)陸地區(qū)[57-58]，而針對(duì)瀕海地區(qū)的研究還有待加強(qiáng)。盡管如此，但當(dāng)前的研究對(duì)象多為單一變量，而針對(duì)多種環(huán)境因子（地下水埋深、地表覆蓋度、灌溉水礦化度等）下的土壤溶質(zhì)運(yùn)移機(jī)制，同時(shí)，考慮宏觀到微觀的多尺度結(jié)合仍需進(jìn)一步地深入探究。

3）集成考慮生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的農(nóng)田灌排和耕作模式。不合理的農(nóng)田灌溉和耕作會(huì)導(dǎo)致土壤退化，特別是土壤次生鹽堿化的發(fā)生，進(jìn)而引起作物產(chǎn)量和品質(zhì)的下降，最終打破農(nóng)田的生態(tài)環(huán)境平衡。因此，在水資源短缺的情況下，建立節(jié)水灌溉和土壤改良的灌排制度，構(gòu)建區(qū)域水資源-土壤-作物-生態(tài)協(xié)同發(fā)展的調(diào)控體系，對(duì)綠色、低碳、有機(jī)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展尤為關(guān)鍵。

4）開發(fā)建立集多影響因素的土壤溶質(zhì)運(yùn)移和作物生長(zhǎng)耦合模型。溶質(zhì)運(yùn)移是影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素，尤其在鹽漬化較為嚴(yán)重的地區(qū)，土壤水鹽運(yùn)動(dòng)研究是鹽堿改良和增產(chǎn)提效的基礎(chǔ)和前提。目前，現(xiàn)有的土壤溶質(zhì)運(yùn)移與作物生長(zhǎng)耦合模型主要有SWAP-EPIC、HYDRUS-EPIC等，但其對(duì)土壤鹽分脅迫的響應(yīng)效果不佳[59]。由于作物生長(zhǎng)發(fā)育過程的復(fù)雜性，特別是受氣象因子、土壤特性、微生物環(huán)境以及田間管理措施等的多重影響，模型耦合結(jié)果尚存在不確定性和不穩(wěn)定性。隨著全球氣候變暖和極端氣候事件的頻發(fā)，作物的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量品質(zhì)經(jīng)受巨大挑戰(zhàn)和考驗(yàn)[60]。因此未來應(yīng)重點(diǎn)結(jié)合農(nóng)業(yè)氣象因子的動(dòng)態(tài)檢測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，建立基于土壤溶質(zhì)運(yùn)移響應(yīng)的作物生長(zhǎng)模型，構(gòu)建集作物生長(zhǎng)、氣象預(yù)報(bào)、土壤水鹽調(diào)控和遙感監(jiān)測(cè)為一體的預(yù)測(cè)預(yù)警模式。

5）土壤改良劑的篩選和集成應(yīng)用示范。隨著“土十條”的頒布，我國(guó)的土壤環(huán)境治理快速發(fā)展，土壤改良劑由于其對(duì)重金屬和污染物的優(yōu)良吸附特性和對(duì)土壤微環(huán)境的調(diào)節(jié)性能在土壤污染和鹽堿化治理方面而備受矚目[61]。盡管如此，改良劑在農(nóng)業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用仍存在諸多不確定性[62]，高昂的生產(chǎn)成本以及潛在的負(fù)面環(huán)境效應(yīng)限制其的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。因此，土壤改良劑的試驗(yàn)篩選和集成應(yīng)用仍是今后的研究重點(diǎn)。

4 結(jié)論

1）2003—2022年間的土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究總體呈上升趨勢(shì)，但英文文獻(xiàn)的發(fā)文數(shù)量多于中文。該領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)的研究起步較晚，但發(fā)展迅速，特別是在2018年以后逐步占優(yōu)；國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)間的合作較為松散，而全球相關(guān)機(jī)構(gòu)間的國(guó)際合作較為緊密；刊出的主要中英文期刊分別為《Journal of Hydrology》《Vadose Zone Journal》《Water Resources Research》《灌溉排水學(xué)報(bào)》《水土保持學(xué)報(bào)》《節(jié)水灌溉》；土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究主要聚焦環(huán)境科學(xué)、水資源學(xué)和農(nóng)業(yè)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域，且各學(xué)科之間的知識(shí)內(nèi)容具有交互性。

2）該領(lǐng)域當(dāng)前的研究重點(diǎn)主要包括基礎(chǔ)試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬優(yōu)化兩大部分。其中，中文文獻(xiàn)中主要的關(guān)鍵詞為“重金屬”、“水鹽運(yùn)移”和“重金屬遷移”；英文文獻(xiàn)中則是“solute transport”、“transport”和“water”。

3）生態(tài)系統(tǒng)中重金屬或污染物的遷移轉(zhuǎn)化、土壤溶質(zhì)運(yùn)移的尺度效應(yīng)、農(nóng)田灌排和耕作模式下的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)、考慮多因素影響的土壤溶質(zhì)運(yùn)移和作物生長(zhǎng)耦合模型建立、土壤改良劑的篩選和集成應(yīng)用示范將是未來土壤溶質(zhì)運(yùn)移領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

（作者聲明本文無實(shí)際或潛在的利益沖突）

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Visualization of Soil Solute Transport Research: A Bibliometrics Analysis

CHEN Jihong1, JIA Zhenjiang1, LI Wangcheng1,2,3*, WANG Jie1, MU Min1, NIU Xiaoxiao1, LYU Hang1

(1. School of Civil and Hydraulic Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750021, China;2. Engineering Research Center for Efficient Utilization of Water Resources in Modern Agriculture in Arid Regions, Yinchuan 750021, China; 3. State Key Laboratory of Land Degradation and Ecological Restoration in Northwest China, Yinchuan 750021, China)

【Objective】This study aims to systematically analyze the current research and development in solute transport in soils and elucidate the research hotspots and its future development.【Method】The analysis is based on papers collected by the Web of Science (WoS) and the China National Knowledge Infrastructure (CNKI) database, with the help of CiteSpace and VOSviewer visualization software. The knowledge mapping analysis of soil solute transport research topics was conducted based on the number of publications, countries of contributions, institutions of contributions, literature sources, subject distribution and keywords.【Result】①Soil solute transport research has been in increase and the number of publications in English is higher than that in Chinese. Among them, China and the United States published much more than other countries. ②Among the top 10 institutions that published most, there is one from China (University of Chinese Academy of Sciences) and four from United States. There is less cooperation between Chinese scientists than their peers in other countries. ③The main English journals publishing more papers in this field are ‘Journal of Hydrology’, ‘Vadose Zone Journal’ and ‘Water Resources Research’, while the Chinese journals are ‘Journal of Irrigation and Drainage’, ‘Journal of Soil and Water Conservation’ and ‘Water Saving Irrigation’. ④Soil solute transport research is mainly in environmental science, water resources and agriculture, and the knowledge content of each discipline is interactive. ⑤The main keywords in papers published by Chinse scientists are “heavy metals”, “water-salt transport” and “heavy metal transport”, while for others the keywords are “solute transport”, “transport” and “water”.【Conclusion】Soil solute transport research is still a hotspot, and future research is likely to focus on transport and transformation of heavy metals and other pollutants in ecosystems, scaling up the effect of soil solute transport to large scale, ecological and environmental effects of irrigation and drainage, as well as tillage, coupled modeling of soil solute transport and crop growth considering the influence of multiple factors, and the consequence of soil conditioner applications.

soil solute transport; VOSviewer; CiteSpace; research progress; knowledge mapping

1672 - 3317（2023）09 - 0119 - 10

S152.7+2

A

10.13522/j.cnki.ggps.2023127

陳繼虹, 賈振江, 李王成, 等. 基于文獻(xiàn)計(jì)的土壤溶質(zhì)運(yùn)移可視化分析[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2023, 42(9): 119-128.

CHEN Jihong, JIA Zhenjiang, LI Wangcheng, et al. Visualization of Soil Solute Transport Research: A Bibliometrics Analysis[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(9): 119-128.

2023-03-27

2023-06-11

2023-08-04

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（52169010）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFD1900600）；寧夏自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（2021AAC02008）；寧夏重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019BEH03010）；寧夏高等學(xué)校一流學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（NXYLXK2021A03）；寧夏大學(xué)研究生創(chuàng)新項(xiàng)目（CXXM2023-15）

陳繼虹（1998-），女。碩士研究生，主要從事旱區(qū)節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。E-mail: 2215081124@qq.com

李王成（1974-），男。教授，博士生導(dǎo)師，主要從事旱區(qū)節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。E-mail: liwangcheng@126.com

@《灌溉排水學(xué)報(bào)》編輯部，開放獲取 CC BY-NC-ND協(xié)議

責(zé)任編輯：趙宇龍