氮肥農學效應與環境效應國際研究發展態勢

張亦濤, 王洪媛,劉　申,劉宏斌, 翟麗梅,雷秋良,*,任天志

1 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所　農業部面源污染控制重點實驗室, 北京　100081 2 農業部環境保護科研監測所, 天津　300191

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氮肥農學效應與環境效應國際研究發展態勢

張亦濤1, 王洪媛1,劉申1,劉宏斌1, 翟麗梅1,雷秋良1,*,任天志2

1 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所農業部面源污染控制重點實驗室, 北京100081 2 農業部環境保護科研監測所, 天津300191

分析國內外農田氮素農學效應和環境效應研究的發展動態、研究熱點，為以后研究農田氮素效應提供參考。基于ISI Web of Science數據庫，檢索出以“農田氮肥施用”為主題的所有SCI論文(1957—2014年8月)，并分別提取出與“農學效應”、“環境效應”、“適宜施氮量”相關的文獻，采用計量學方法，分析各研究方向的主要熱點、研究機構、發文期刊和高被引論文等。共檢索出關于農田施氮研究的SCI文獻7460篇，其中與“農學效應”研究相關的文獻2773篇，主要涉及到施氮肥對小麥、玉米、水稻、大豆等作物產量、氮素利用率和土壤有機碳的影響；與“環境效應”研究相關的文獻1609篇，主要涉及到氮肥施用對氨揮發、硝化反硝化、溫室氣體排放、硝酸鹽淋失、地下水水質等環境因素的影響；與“適宜施氮量”研究相關的文獻408篇，主要涉及氮肥施用量、氮肥管理等。刊發各類研究成果最多的機構主要來自歐美發達國家，影響力大的期刊與高被引論文也主要來自歐美國家，中國在該領域的研究發展迅速，以中國科學院、中國農業大學、南京農業大學和中國農業科學院等為代表的中國研究機構的研究水平逐漸進入世界前列。文獻計量學可用于分析農田氮素效應主題的研究熱點和發展態勢，目前氮素農學效應仍是研究的重點，隨著當前環境污染問題日益突出，農田氮素環境效應研究越來越多，特別是氮流失對水體水質的影響備受關注，而基于氮素綜合效應確定農田適宜施氮量是同時保障糧食安全和環境安全的有效措施。中國在相關研究領域的研究起步較晚，高影響力論文偏少，優秀國際期刊不足，但研究實力不斷增加，研究成果也逐漸被國際社會所認可。

農田施氮；Web of Science；農學效應；環境效應；適宜施氮量

自從氮肥合成工藝問世以后，氮肥為提高作物產量做出了突出貢獻，其對發達國家糧食增產的貢獻達到40%以上[1]，對發展中國家糧食增產貢獻率高達55%[2]。但隨著化學氮肥施用量的急劇增加，氮損失風險加重，農田過量施氮及施氮后的損失造成了氮污染排放負荷持續增長[3]，由此造成的水體富營養化和地下水硝酸鹽超標直接威脅人類飲水安全。

施用氮肥是現代農業的一項標志性措施，其對谷類作物產量的提高使全球70億人口得以存活[4]，然而由于當前還無法準確預測作物生長所需氮量，加之氮肥利用率較低[5]，全球大多數作物種植體系的氮盈余量都很大[6]，高產作物體系往往伴隨著大量的水溶性或氣態氮損失[7]，是造成當前諸多環境問題的重要原因[8-9]。農田氮流失受多種因素的影響，因此不同農田條件下的氮素管理策略可能存在差異[10]，但基于高產、高效和環保的目的，通過分析不同施氮量的產量效果和環境效應[11]，均可以確定兼顧作物高產和環境友好的合理施氮量[12]。目前氮素管理與環境質量及人類健康的關系受到了廣泛關注，相關研究發展迅速，科技文獻發表數量持續增長，基于文獻事實的文獻計量學，能從多方面多角度揭示學科研究現狀與熱點問題，評價研究機構科研實力，有助于科研工作者把握學科整體布局、發展方向和學科優勢。文獻計量學是對文獻進行定量分析研究的科學，被廣泛應用在全球生物多樣性[13]、氣候變化[14]、水資源利用[15]、硝酸鹽去除[16]等領域，用于分析各種主題的科研成果和研究趨勢。SCI(Science Citation Index)是美國科學情報研究所ISI(Institute for Scientific Information)出版的期刊文獻檢索工具，收錄了全世界最重要和最有影響力的研究成果，是自然科學領域公認最為重要的評價工具，ISI Web of Science數據庫整合了SCI、SSCI(Social Sciences Citation Index)、A&HCI(Art & Humanities Citation Index)三大引文索引，收錄了全球8700多種各學科領域的領先期刊，覆蓋面最廣，可用于分析文章作者、研究機構、主要期刊及其他主要信息等[17]。

雖然世界各國均十分重視農田氮肥施用問題，相關的SCI論文發表數量也增長迅速，但涉及內容龐雜，目前尚無針對氮肥施用效應發展態勢的系統總結分析，本文基于ISI Web of Science數據庫，擬采用文獻計量分析的方法，針對氮素農學效應、環境效應以及適宜施氮量的確定等主要研究方向，進行了系統的定量分析。通過系統分析國內外農田氮素效應主要研究方向的發展態勢，揭示各研究方向發展趨勢、研究熱點、優勢研究機構、高引用率論文等，以期為農業科技工作者和農業管理部門選擇研究方向以及確定適宜施氮量提供參考。

1　材料與方法

以ISI Web of Science數據庫的全部期刊為檢索對象，限定發表時間為1957年至2014年8月，首先對“農田中氮肥施用”主題的SCI論文進行檢索、數據清理、文獻分類和主題分析，檢索策略：(TOPIC:((Farmland or field or agriculture or farming) and (“nitrogen fertiliz*” or “N fertiliz*” or “fertiliz*nitrogen” or “fertiliz*N”)))，在SCI數據庫中，共檢索出全部論文7460篇，其中Article論文6882篇，Review論文196篇。然后從7460篇論文的關鍵詞中分別提取出與“農學效應”、“環境效應”、“適宜施氮量”相關的文獻，其中與“農學效應”研究相關的文獻主要涉及到氮肥對小麥、玉米、水稻、大豆等作物產量、氮素利用率和土壤有機碳的影響。與“環境效應”研究相關的文獻主要涉及到氮肥施用對氨揮發、硝化反硝化、溫室氣體排放、硝酸鹽淋失、地下水水質等環境因素的影響。與“適宜施氮量”研究相關的文獻主要涉及氮肥施用量、氮肥管理等關鍵詞。

對檢索出的各研究方向的相關文獻利用Excel 統計相關數據信息，采用發文數量和被引頻次對農田氮素效應研究的機構、出版期刊等進行研究分析，利用高頻關鍵詞和相關關系圖對研究熱點進行研究分析，統計時均以第一作者、第一研究機構為標準。利用湯森路透公司研發的TDA(Thomson Data Analyzer)軟件，將各主題下的關鍵詞與全部關鍵詞進行相關分析組成相互關系數矩陣，并據此繪制相互關系圖，相關關系圖揭示了各關鍵詞之間關聯性的緊密程度，圖中點的大小表示包含這一關鍵詞的文獻量多少，點之間線的粗細表示兩個關鍵詞之間的相關程度，線越粗相關程度越緊密。

2　結果

2.1農學效應研究

2.1.1研究熱點

檢索出涉及氮肥施用農學效應研究的文獻2773篇，主要涉及氮肥對小麥、玉米、水稻、大豆等作物產量、氮素利用率和土壤有機碳的影響，這一研究方向上的高頻關鍵詞主要包括與作物類型相關的Wheat、Maize、Rice、Winter wheat、Zea mays、Triticum aestivum、Crop等，與作物產量相關的Yield、Grain yield、Biomass等，與氮素養分利用相關Nitrogen use efficiency、N uptake、N use等，以及與土壤肥力相關的Soil fertility、Soil organic carbon等(表1)。該研究方向下的高頻關鍵詞之間的相關關系圖顯示(圖1)，所有關鍵詞之間的關聯程度較分散，說明關于作物農學效應的研究點較多、涉及面較廣；這一領域研究的熱點主要集中不同種類作物如小麥(Wheat,Triticumaestivum)、玉米(Corn,Maize)、大麥(Barley)、大豆(Soybean)與氮(Nitrogen)、磷(Phosphorus)等元素的關系，氮肥施用(Nitrogen fertilization)、耕作(Tillage)等管理措施對作物產量(Yield, Biomass)、水肥利用率(Nitrogen use efficiency, N uptake)等方面的影響，以及氮肥施用對土壤肥力(Soil fertility, Soil organic carbon)的影響等。此外，這一研究中，15N標記的尿素(Urea)是常用的研究材料，土壤中氮含量(Soil N)對作物氮吸收(Nitrogen uptake)有顯著性影響，兩者存在密切的相關關系。

2.1.2研究機構

開展農田氮肥施用農學效應研究的機構主要分布在北美、歐洲和亞洲(表2)，發文量前10位的研究機構中來自加拿大的有1家，發表了149篇文章，遠高于其他國家的研究機構，中國科學院發表了118篇SCI文章，排在全球第2位，美國農業部以99篇SCI論文發表量居全球第3位；此外，中國農業大學和南京農業大學的發文量也均居全球前10位。關注這一研究領域的國家或者是農田面積大、工農業均發達的國家，如加拿大、美國、澳大利亞等，或者是農田面積大但人均面積小的國家，如中國、印度等，或者是科學研究開展較早，科研實力較強的歐洲國家如法國、德國等。

表1　農學效應主題前20位關鍵詞頻詞

圖1　農學效應主題相關關系圖Fig.1　Affinity diagram on the topic of agronomy effect

排序Rank作者機構Affiliations發文量Numberofarticles國家Country1Agr&AgriFoodCanada加拿大農業及農業食品部149加拿大2ChineseAcadSci中國科學院118中國3USDA美國農業部99美國4ChinaAgrUniv中國農業大學65中國5INRA法國農業科學研究院57法國6CSIRO聯邦科學與工業研究組織50澳大利亞7NanjingAgrUniv南京農業大學44中國8IntRiceResInst國際水稻研究所41菲律賓9UnivCalifDavis加州大學戴維斯分校40美國10IslamicAzadUniv伊斯蘭阿扎德大學37伊朗10UnivHohenheim霍恩海姆大學37德國

2.1.3主要期刊和高被引論文

刊發農田氮肥施用農學效應研究SCI論文的期刊主要來自歐美發達國家，均是農田氮素研究活躍、農業研究開展較早的國家，發文量排名前10位的期刊來自荷蘭的有5份，其中發文量前3名的期刊均來自荷蘭，分別是Field Crops Research (184篇)、Plant and Soil(137篇)和Nutrient Cycling in Agroecosystems (116篇)，其他期刊發文量均在100篇以下，主要來自法國、加拿大、美國和德國等(表3)。

該領域的高被引論文主要是歐美科學家的研究成果(表4)，被引頻次最高的論文是德國霍恩海姆大學的Kuzyakov, Y于2000年在Soil Biology & Biochemistry雜志上發表的論文Review of mechanisms and quantification of priming effects，文中討論了農田土壤中C、N循環機制及影響因素，其中涉及了碳氮等元素的利用，該論文發表后被引用了611次。該研究領域，被引頻次排在前10位的論文沒有來自中國的科研成果，說明中國在這一領域的研究并不突出，還有待提高。

2.2環境效應研究2.2.1研究熱點

檢索出涉及氮肥施用環境效應研究的文獻1609篇，主要涉及到氮肥施用對氨揮發、硝化反硝化、溫室氣體排放、硝酸鹽淋失、地下水水質等環境因素的影響，這一研究方向上的高頻關鍵詞主要包括與含氮化合物相關的Nitrous oxide、Nitrate、Ammonia、Ammonium、N2O、Nitric oxide等，與大氣或水環境相關的Denitrification、Greenhouse gas、Nitrate leaching、Leaching、Environment、Water quality、Emission factor等(表5)。該主題高頻關鍵詞之間的相關關系圖顯示(圖2)，各關鍵詞分布相對分散，說明氮肥的環境效應的概念涵蓋范圍廣，所涉及到的研究方向較多；氧化亞氮(Nitrous coxide)、甲烷(Methane)、二氧化碳(Carbon dioxide)等溫室氣體(Greenhouse gas)的排放(Emission)及其排放影響因子(Emission factors)，以及氨揮發(Ammonia, Ammonium)均是當前重要的研究內容，此外，硝酸鹽(Nitrate)及其排水(Drainage)、淋溶(Leaching)對水體(Groundwater)、水質(Water quality)均有顯著影響，采用相關緩解(Mitigation)措施如硝化抑制劑(Nitrification inhibitor)抑制硝化反應，可以減少溫室氣體排放及硝酸鹽的淋失。同時，尿素(Urea)也是氮肥環境效應研究中的主要材料，15N標記技術也是常用的技術手段，硝化(Nitrification)與反硝化(Denitrification)是兩個關聯密切的過程，涉及到氮轉化的多種形態，也是當前研究的熱點。

表3　農學效應主題發文量前10位的期刊

表4　農學效應研究排名前10位熱點論文

表5　環境效應主題前20位關鍵詞頻次

圖2　環境效應主題相關關系圖Fig.2　Affinity diagram on the topic of environment effect

2.2.2研究機構

當前開展農田氮肥施用環境效應研究的機構很多，發表SCI論文最多的機構主要分布在北美和亞洲，歐洲國家對這一研究領域也十分關注(表6)，其中中國科學院在該領域發表了159篇SCI文章，遠遠高于其他各國各研究機構，中國農業大學、南京農業大學和中國農業科學院在該領域的發文量也均居全球前10位，這說明中國已經意識到農田氮肥過量施用導致了嚴重的環境問題，并正在為解決這一問題積極努力。美國、加拿大兩國也都非常重視氮素環境效應，美國農業部在該領域發表了75篇SCI論文，排名全球第2位，加拿大農業及農業食品部發表了68篇，排在全球第3位。此外，日本、荷蘭、法國等農業技術先進的國家都有很多關于氮素環境效應的研究成果。

表6　環境效應主題發文量前10位的機構

2.2.3主要期刊和高被引論文

刊發農田氮肥施用環境效應研究SCI論文的期刊主要來自歐美發達國家，均是較早開展農田氮素研究、工農業發達的國家，發文量排名前10位的期刊來自歐洲的有8份，其中荷蘭4份，英國3份，德國1份，其他兩份分別來自日本和加拿大。發文量排名前3名的期刊均來自荷蘭，分別是Nutrient Cycling in Agroecosystems (122篇)、Agriculture Ecosystems & Environment(109篇)和Plant and Soil(95篇)，其他期刊發文量均在55篇以下(表7)。

表7　環境效應主題發文量前10位的期刊

該領域的高被引論文除了歐美科學家的研究成果外，中國科研工作者的研究成果也得到國際認可(表8)。其中，被引頻次最高的論文是德國霍恩海姆大學的Kuzyakov, Y于2000年發表在Soil Biology & Biochemistr Y上的論文Review of mechanisms and quantification of priming effects，文中主要討論了農田土壤中C、N循環機制及影響因素，目前被引用被引頻次為611。該研究領域，被引頻次排在前10位的論文有兩篇來自中國的科研成果，作者分別是中國農業大學的巨曉棠教授和中國科學院南京土壤研究所的朱兆良院士，表明中國在這一領域的研究已經有了一定基礎，并受到了科學界的關注。

表8　環境效應主題排名前10位熱點論文

2.3適宜施氮量研究2.3.1研究熱點

檢索出涉及農田適宜施氮量研究的文獻408篇，主要涉及氮肥施用量、施氮量、施氮水平、氮肥管理等，這一研究方向上的高頻關鍵詞主要包括氮(Nitrogen, N)的施用(Application)、管理(Management)、施用時間(Application time)、施用位置(Fertilizer placement)等(表9)。該研究高頻關鍵詞之間的相關關系圖顯示(圖3)，各關鍵詞分布相對分散，說明確定農田適宜施氮量的研究方法較多；基于產量(Yield)、環境(Environment)、氮損失(N loss)、硝酸鹽淋失(Nitrate leaching)、空間變異性(Spatial Variability)以及位點特異性(Site-specific)等均可進行氮(Nitrogen)管理(Nitrogen management)、推薦施肥(Fertilizer recommendation)。此外，土壤N(Soil N)、氮損失(N Loss)、肥料利用(Fertilizer use)、環境(Environment)之間的相互關系較密切，玉米(Zea mays)、氮利用率(Nitrogen use efficiency)、收獲產量(Grain yield)、葉綠素(Chlorophy II)之間關聯緊密，基于這些關系確定適宜施氮量仍是當前的研究熱點。

表9　適宜施氮量主題前20位關鍵詞頻詞

圖3　適宜施氮量主題相關關系圖Fig.3　 Affinity diagram on the topic of appropriate nitrogen application rate

2.3.2研究機構

當前開展農田適宜施氮量研究的機構很多，發表SCI論文最多的機構主要分布在北美和亞洲，發文量排名全球前10位的研究機構中有4家來自中國，4家來自美國，2家來自加拿大，但各個研究機構的發文量均較少，都在30篇以下，這說明雖然關注這一研究領域的機構很多，但并未把適宜施氮量研究作為重點(表10)。中國科學院在該領域發表了30篇SCI文章，略高于其他研究機構，中國農業大學、中國農業科學院和南京農業大學在該領域的發文量也均居全球前10位。中國面對農田氮肥過量施用和環境污染日益嚴重的現狀，意識到確定農田適宜施氮量是平衡產量安全和環境惡化之間矛盾的有效手段。美國、加拿大農田面積大、農業生產技術先進，在其農業發展過程中也曾面對中國當前所面臨的問題，其研究機構也都十分關注如何確定兼顧糧食和環境安全的農田適宜施氮量。

表10　適宜施氮量主題發文量前10位的機構

2.3.3主要期刊和高被引論文

刊發農田適宜施氮量研究SCI論文的期刊主要來自歐美農業生產技術較發達的國家(表11)，來自中國期刊的Pedosphere也刊發了16篇此類論文，發文量排在全球第5位；發文量最多的是來自荷蘭的Field Crops Research，刊發了32篇此類文章。此外，發文量排名前九位的期刊來自荷蘭的4份，加拿大2份，中國、法國、美國各1份。

表11　適宜施氮量主題發文量前九位的期刊

該領域的高被引論文主要來自歐美科學家的研究成果，亞洲科學家在該領域的成果也受到較多關注(表12)，被引頻次最高的論文是德國霍恩海姆大學的Justes, E等于1994年在Annals of Botany雜志上發表的論文Determination of a critical nitrogen dilution curve for winter-wheat crops，文中討論了臨界氮稀釋曲線的研究方法，為確定適宜施氮量提供了一種研究思路，該論文已被引用了220次。該研究領域，被引頻次排在前10位的論文有一篇來自中國的科研成果，作者是中國科學院南京土壤研究所的褚海燕研究員，該文關注了平衡施肥對土壤微生物的重要性，被引用了91次，這說明中國在這一領域的研究成果正在被國際認可。

表12　適宜施氮量主題排名前10位熱點論文

3　討論

3.1研究熱點

文獻計量分析顯示，氮素農學效應研究的發文量最多，氮肥施用對作物生長、糧食產量、氮肥利用率、土壤肥力等因素的影響一直是氮素效應研究的重點。20世紀60年代以來，亞洲和歐洲的糧食產量分別增加了280%和65%，然而人口也從300萬增長到640萬[18-19]，糧食產量之所以增加，作為決定作物產量形成的最重要營養元素——氮的施用起到了決定性作用[20]。當前世界人口正以每12a增長10億的速度快速擴張，預計2050年，全球人口總數將達90億，如何滿足人類糧食需求仍是全球面臨的重大難題[3]，因此，氮素施用的農學效應尤其是對作物產量的增產潛力仍是未來關注的重點。然而作物產量的形成受多方面因素的影響，區域[21]、時間[22]、作物品種[23]、施用方法[24]、氮素類型[25]等都會不同程度的影響氮素效應。隨著農業生物技術的發展，尤其是遺傳育種科技的進步，加之全球氣候變化的大趨勢，作物新品種、氣候變化條件下的氮素農學效應也應當受到重視[26-27]。

氮肥施用還帶來了嚴重的環境風險，因為農田施用的氮肥并不能全部被作物吸收，特別是在施氮過量的農田上，氮損失極其嚴重[28-29]。損失的氮一部分在土壤中積累，一部分以氨、氧化亞氮、一氧化氮等含氮化合物的形式排放進入大氣，一部分隨降雨或灌溉以徑流、淋溶或壤中流的形式進入地表水或地下水，顯著影響了氮素在陸地、大氣以及水生生態系統的循環[30]。由于農民習慣于按作物茬口施肥，農田土壤中積累的氮素并不能被后茬作物全部利用，氮素持續累積導致土壤質量下降，甚至再次發生氣體排放或氮素流失[31]。施氮導致農田成為一個巨大的氨揮發源[32]，農田氨揮發量占全球氨揮發總量的50%[33]，而具有堿性的氨可以與大氣中的硫酸或硝酸分子結合形成硫酸銨和硝酸銨，這都是霧霾中的主要成分[34]，進一步污染空氣。由于土壤中反硝化細菌的存在，氮素反硝化活動頻繁，施入農田的部分氮素以氧化亞氮的形式排放進入大氣，成為全球氣候變暖的重要因素[35]。

綜上所述，氮肥施用急需確定一個兼顧糧食安全與環境安全的平衡點，該平衡點的核心就是確定農田適宜施氮量，這也是從源頭控制氮素污染的有效手段。目前，適宜施氮量的確定方法很多，基于滿足作物氮素需求的方法，包括利用葉綠素儀法、土壤無機氮實時調控、經驗施肥模型等[36-37]；基于最佳產量或經濟效益的方法，包括測土配方施肥、產量或經濟效益效應曲線等[36-37]；基于環境風險估算的方法，包括氮淋失潛力估算、氮損失估算模型等[38- 40]；基于目標標準管理的方法，根據環保法規限定施氮量、施氮時期[41-42]等。然而，不同于歐美發達國家，我國農田面積雖然大，但單塊農田面積較小，并且確定田塊適宜施氮量的方法多種多樣，在區域內范圍缺乏統一的施氮量，為解決這一問題，中國科學院南京土壤研究所的朱兆良院士首先提出了區域平均適宜施氮量的構想和具體方法[43]，其應用結果也顯示區域平均適宜施氮量相對于最大產量施氮量減少20%以上，相對于農民習慣施氮量減少近40%，而作物產量和農民收益并未降低，氮肥利用率反而有所提高[44]，這為我國進行區域尺度上的氮肥管理提供了參考。適宜施氮量研究雖然是當前氮肥施用研究的一個重要方向，但被關注程度較低，發文量較少，缺少統一的研究方法。特別是面對農田氮流失造成的水體水質惡化問題，應當進一步探索以水質保護為目標的農田施氮閾值(造成水體污染的臨界施氮量)。此外，氮素的吸收、利用、轉化、損失均受多種因素的影響，未來的研究應當將農田氮素放到生態系統氮素循環過程中，而不僅僅研究某一方面的氮素效應。

3.2計量分析

科技論文是科學家智慧的結晶，文獻數據庫將歷年研究成果收錄在一起[45-46]，對后世科學家開展科研工作具有重要的指導意義，世界各國相當重視科學研究，科研成果層出不窮，文獻數據庫不斷得到補充，這也導致特定研究領域內的文獻數量時刻變化。因此，為保證文獻計量結果的相對穩定性，只能選取一個時間段內的文獻進行分析[47]，雖然這一方法可能并未涵蓋最新的文章，但只要科學合理的設置主題詞，計量分析結果對后人了解前人研究成果、總結研究經驗、開拓研究方向仍有非常重要的借鑒意義[48]。

歐美國家的工業化程度高，具有較強的研究基礎，不但帶動了農業生產的革新，也促進了農業科研的發展，無論是氮肥農學效應、環境效應還是適宜施氮量研究，以美國、加拿大、德國等為代表的發達國家均處在領先地位，無論是高被引論文還是刊發相關研究成果最多的期刊都主要來自歐美國家。中國在相關領域的研究雖然起步晚，但發展迅速，部分中國研究機構的發文量已經進入世界前列，尤其是中國對氮肥環境效應及適宜施氮量的研究相當重視，這主要是因為中國當前正處于快速發展階段，必須滿足國內糧食需求，但吸取了發達國家的教訓，絕不走“先污染后治理”的路子，積極創造優美的自然環境。

中國在該研究領域取得了不少研究成果，但仍然存在一些問題：優秀研究團隊較少，發文量最多的中國機構主要是國家重點扶持的985高校或者中國科學院、中國農業科學院等國家級科研院所；優秀期刊不足，缺少有影響力的國際主流期刊；文獻質量不高，被國際認可的成果較少。這主要是因為：政策偏向于重點高校和科研院所，其他機構對人才重視程度不夠；中國的研究大多注重模仿，原始創新突破少；急于文章的發表，不注重數據積累，研究可持續性差；追求期刊影響因子，投稿時很少考慮國內優秀期刊；刻意引用國外文獻，故意避開國內同行成果。

為解決這些問題，增強整體研究實力，提高論文質量，需要從多方面加以改進。首先，服從于國家發展規劃，學習并改進國際先進研究方法，關注與人類生存息息相關的研究方向。其次，我國當前面臨著保障糧食安全和水環境安全的雙重壓力，科研工作者應當繼續加強該領域相關研究，政府也要增加科研資金投入，建立研究持續資助機制，保證研究延續性，注重人才培養，建立公平的競爭機制。第三，支持國內優秀期刊發展，鼓勵將最新研究進展發表在國內優秀英文期刊上，促進產出更多的高水平研究成果。第四，加強國際交流，堅持“走出去請進來”的戰略，借鑒發達國家已有經驗，引進先進技術并進行本土化改進。第五，完善共享機制，實現大數據共享，提高科技成果轉化率，鼓勵可持續性農業發展，在提高數據利用率的同時，可以提升國家整體研究實力。

4　結論

基于Web of Science數據庫，利用文獻計量學的方法，可以很好地分析農田氮素效應主要研究方向中的研究熱點。氮肥農學效應主要包括施氮對小麥、玉米、水稻、大豆等作物產量、氮素利用率和土壤有機碳的影響，環境效應主要包括施氮對氨揮發、硝化反硝化、溫室氣體排放、硝酸鹽淋失、地下水水質等因素的影響，而確定農田適宜施氮量是解決糧食安全和環境安全之間矛盾的研究熱點。歐美發達國家較早的關注了氮素施用對產量、環境的影響，研究基礎好，影響力大的期刊與高被引論文也主要來自歐美國家，中國在相關研究領域的研究起步較晚，高影響力論文偏少，被引次數較低，優秀國際期刊不足，但研究實力不斷增加，發展非常迅速，研究成果也逐漸被國際社會所認可。中國尤其關注氮素對環境的影響，并進行了較多的適宜施氮量研究，以中國科學院、中國農業大學、南京農業大學和中國農業科學院等為代表的中國研究機構的研究水平逐漸進入世界前列。然而，面對保障糧食安全和水環境安全的雙重壓力，中國應當繼續加大資金投入，增強該領域相關研究水平，提高科技成果轉化率，促進可持續性農業發展。

致謝：感謝中國科學院文獻情報中心在文獻檢索和數據分析中給予的幫助，感謝彭皓老師對論文寫作提供的幫助。

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ZHANG Yitao1, WANG Hongyuan1, LIU Shen1, LIU Hongbin1, ZHAI Limei1, LEI Qiuliang1,*, REN Tianzhi2

1MinistryofAgricultureKeyLaboratoryofNonpointSourcePollutionControl/InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China2Agro-EnvironmentalProtectionInstitute,MinistryofAgriculture,Tianjin300191,China

The primary topics and trends in the development of research on the agronomic and environmental effects of nitrogen application, both in China and abroad, were analyzed to provide

and highlight opportunities for future research in the field of farmland nitrogen application. The Institute for Scientific Information (ISI) Web of Science database was used to retrieve Scientific Citation Indexed (SCI) papers published (1957—2014) on the topic of “nitrogen fertilizer application”, and literature relevant to “agronomic effects”, “environmental effects”, and “appropriate nitrogen application” was extracted. The bibliometric method was used to analyze the main focus, research institutions, publishing journals, and citation indices of the publications in each research branch. A total of 7460 SCI articles on farmland nitrogen research were published during this period. Of these, 2,773 were related to “agronomic effects”, which mainly included the effects of nitrogen application on nitrogen use efficiency, soil organic carbon, and yields of wheat, corn, rice, and soybeans, as well as other crops. There were 1609 articles related to “environmental effects”, which mainly included the effects of nitrogen application on ammonia volatilization, nitrification and denitrification, greenhouse gas emissions, nitrate leaching, groundwater quality, and other environmental topics. There were 408 articles were related to “appropriate nitrogen application”, which mainly covered the aspects of quantity of nitrogen fertilizer application and field nitrogen management. Most of the publications were by researchers affiliated to institutions in developed countries in Europe and North America; most of the publications in mainstream journals and the most highly cited publications were also by researchers based in developed European and American countries. However, research on farmland nitrogen application has developed rapidly in China, and some institutions, including the Chinese Academy of Sciences, China Agricultural University, Nanjing Agricultural University, and the Chinese Academy of Agricultural Sciences, have gradually become global leaders in this area. The bibliometric method can be used to analyze the primary topics and developmental trends in research on nitrogen application. Currently, investigation of the agronomic effects of nitrogen application is the main focus of research on nitrogen. Research on the environmental effects of nitrogen, especially the impacts of nitrogen loss on water quality, is receiving increasing attention, because of serious water quality problems around the world. Tremendous research opportunities lie in development of appropriate nitrogen management practices that could simultaneously guarantee food security and environmental quality. China has only recently entered this field of research, with few highly cited articles in well-recognized international journals by Chinese researchers, but the research capacity of Chinese institutions has been growing and their research achievements have increasingly been recognized by the international community.

nitrogen fertilizer application; Web of Science; agronomic effects; environmental effects; appropriate nitrogen application

公益性行業(農業)科研專項(201003014)

2014- 12- 31; 網絡出版日期:2015- 11- 16

Corresponding author.E-mail: leiqiuliang@caas.cn

10.5846/stxb201412312621

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