基于CiteSpace方法的近30年耕作侵蝕學科動態可視化分析

袁正蓉, 巨 莉, 李富程

(1.西南科技大學 環境與資源學院, 四川 綿陽 621010; 2.四川省水利科學研究院, 成都 610072)

耕作侵蝕是指在坡地景觀內耕作位移的變化導致凈余土壤的重新分配[1-2]。耕作侵蝕研究最早可追溯到20世紀30年代[3]，但就侵蝕過程來講是一個新興的研究領域。Nichols和Reed、Mech和Free、Chase最早描述了坡耕地犁耕對土壤向下坡移動的影響[4]。20世紀50年代到80年代，耕作侵蝕并未引起廣泛關注，只有極少研究關注耕作侵蝕。直到20世紀90年代，關于耕作侵蝕系統地定量化研究才開始出現。Lindstrom等[1,5]對土壤位移進行了全面評估，指出耕作導致農田土壤從凸坡傳輸到凹坡的過程是非常顯著的，這些研究激發了研究者對耕作侵蝕的研究興趣。許多地區已將耕作侵蝕鑒明為景觀內土壤再分配的重要過程，研究顯示美國明尼蘇達州凸坡部位耕作侵蝕達30 t/hm2/a[1]；哥斯達黎加耕作侵蝕達250 t/(hm2·a)[6]，其他地區，如加拿大為54 t/(hm2·a)[7]；老撾為4.6～11 t/(hm2·a)[8]，中國紫色土區為48～150 t/(hm2·a)[9]。近30 a，在耕作侵蝕過程與機制、耕作侵蝕的環境效應、耕作侵蝕與其他侵蝕的耦合作用、耕作侵蝕防治技術等方面已積累大量的研究成果，耕作侵蝕已成為水土保持學的一個重要研究方向[10-11]。

文獻計量學是通過文獻體系和文獻計量特征評價某領域科學發展現狀及水平，被廣泛用于文獻情報分析[12-13]。CiteSpace是美籍華裔陳超美教授開發的一款用于文獻數據挖掘和可視化的軟件。該軟件可通過對主題、關鍵詞、作者、機構等進行聚類分析、網絡圖譜分析等挖掘其隱含信息，定量且直觀地梳理研究現狀、顯示學科的發展趨勢和動向。運用可視化工具對某學科領域進行文獻計量分析已成為學術研究的一大熱點。我國學者已在黃土區、紫色土區、黑土區、喀斯特區等區域開展了一系列耕作侵蝕研究，但缺乏對耕作侵蝕學科發展動態研究。本文采用CiteSpace對耕作侵蝕研究進展進行可視化分析，系統分析近30 a耕作侵蝕學科的發展脈絡與進程，界定耕作侵蝕研究的發展階段，理清現階段耕作侵蝕研究的重要方向，旨在促進我國耕作侵蝕學科發展，引起相關管理部門和學者對耕作侵蝕研究的重視，強化耕作侵蝕研究對坡耕地水土保持、土壤質量提升和高質量可持續發展的支撐力度。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

采用CiteSpace(5.6.R5)文獻計量軟件進行分析。通過中介中心性、文獻的爆發性、引文年輪以及被引頻次等指標以圖譜的形式直觀展示耕作侵蝕學科發展動態。其中，中介中心性(Centrality)是體現節點在網絡中重要性的指標，具有高中介中心性的節點通常是鏈接兩個不同領域的關鍵樞紐，也稱其為轉折點，圖譜中玫紅色圓圈的厚薄表示其值的大小；文獻的爆發性(Burstness)常通過突發性探測值來表示，高突發性值的關鍵詞的出現表示某時期的學者發現了新的研究領域和研究視角，進而評判該關鍵詞處于一定時期的研究前沿，是評判最活躍的研究領域的指標，圖譜中紅色圓圈的大小表示突發性探測值的高低；引文年輪即圖譜的節點，代表著某篇文章的引文歷史，年輪的整體大小反映論文被引用的次數，年輪的顏色代表相應的引文時間；在關鍵詞共現圖中，每個節點表示一個關鍵詞，節點大小表示關鍵詞出現的頻次，節點之間連線的粗細代表關鍵詞共現強度的高低，彼此間相鄰的關鍵詞表示他們經常出現在相同的文章中[13-14]。

1.2 數據來源

本文數據來源于美國科學情報所出版的Web of Science數據庫，檢索格式設定為：TS=(“tillage erosion”)，文獻類型設定為Article，文獻時間跨度選擇為1990—2020年、文獻檢索結果顯示共有306篇相關文獻。對檢索的文獻中發文量靠前的期刊進行單獨檢索，Soil & Tillage Research(61篇)、Catena(29篇)、Geomorphology(17篇)、Earth Surface Processes and Landforms(16篇)、Journal of Soil and Water Conservation(16篇)。本文文獻檢索的截止時間為2020年8月27日。

2 結果與分析

2.1 國家和作者共現網絡分析

國家共現網絡分析的結果見表1，比利時和美國的耕作侵蝕研究起步較早且被引頻次較高，德國在該領域的研究起步較晚但其成果被廣泛引用，中國的耕作侵蝕研究起步相對較晚但近年來發文量較多。在中介中心性方面，德國擁有最高的中介中心性(0.50)，中國中介中心性相對較低(0.02)。在爆發性方面，中國擁有最高的爆發值(6.91)，其次是加拿大(6.53)和德國(5.52)。在時間方面，早期成果以比利時、美國居多，但現階段主要集中于中國、德國、西班牙和比利時。在合作關系方面，中國與加拿大和英國的連線較粗，其合作關系較為緊密。

表1 耕作侵蝕研究文獻被引頻次前十位國家

作者共現網絡分析可用來識別和分析研究領域中核心人物及研究人員之間的合作互引關系。耕作侵蝕研究的作者共現網絡分析圖譜包含55個節點和97條連線，節點大小顯示文章被引頻次前5的研究團隊分別是以Poesen，Govers、張建輝、Lobb，Quine為核心的研究團隊，且主要研究團隊之間存在著不同緊密程度的合作關系。Lobb的節點具有最寬的玫紅色外圈，即具有最高的中介中心性，表明Lobb的文章被其他研究者廣泛引用，同時Quine作為耕作侵蝕研究領域較早的研究者，其文章也被大家廣泛引用。以張建輝為核心的研究團隊具有最高的爆發值(9.29)，是現階段該領域主要的研究團隊，其研究區域主要分布于中國西南地區。

2.2 學科和期刊共現網絡分析

耕作侵蝕在Agriculture和Soil Science學科中的被引頻次分別為197，177，但其中介中心性較低，分別為0.23，0.07(表2)，顯示出文獻多在學科內部引用，對其余學科貢獻較少。在所有學科中均未發現爆發點，但在Environmental science & Ecology和Agriculture學科中擁有較高的文獻半衰期，分別為19，17，表明該學科中擁有耕作侵蝕研究的經典文章。此外，在Geosciences, Multidisciplinary學科中有最高中介中心性(0.56)，表明該學科中耕作侵蝕的相關文章被其余學科廣泛引用，是耕作侵蝕研究中各學科的關鍵樞紐。

表2 耕作侵蝕領域文章被引頻次排名前五學科

在Web of Science數據庫中共檢索到66個期刊發表耕作侵蝕相關的文章，其中發文量在3篇及以上的期刊有21個，共發表耕作侵蝕相關文獻224篇，占檢索總數的73.20%。期刊共現網絡分析結果見表3，被引頻次排名前五的期刊分別為Soil & Tillage Research，Catena，Geomorphology，European Journal of Soil Science和Journal of Soil and Water Conservation，各期刊的側重點存在差異。

表3 被引頻次排名前五的期刊信息

2.3 引文共被引分析

共引文獻的爆發值和∑值在一定程度上可以反映某篇文獻在研究發展過程中的重要性。耕作侵蝕引文共被引高頻次爆發點信息見表4。爆發值大于10的文章共有6篇，爆發值最高的文獻是Govers等1994年發表于European Journal of Soil Science[15]，其在耕作侵蝕領域關注度最高，該研究鑒明了耕作在土壤再分配中的作用，提出擴散模型(Q=k·S)，廣泛用于土壤位移和耕作侵蝕預測，也成為后續開發計算機模型的基礎。∑值最高的文獻是張建輝等2006年發表于Global Change Biology[16]，其在耕作侵蝕領域具有重要地位，揭示了耕作侵蝕和水力侵蝕在土壤再分配過程與機制的差異，指出耕作侵蝕是短坡梯地主導土壤侵蝕過程，而水蝕是長坡景觀主導土壤侵蝕過程，這種不同的土壤再分配模式造成了C/N比分布格局上的差異。我國學者張建輝團隊多篇文獻擁有較高的爆發值和∑值，表明該團隊的研究對耕作侵蝕過程與機理的認識做出重要貢獻。

表4 引文共被引高頻次爆發點信息

2.4 關鍵詞共現分析

關鍵詞共現分析表明，關鍵詞“tillage erosion”、“soil redistribution”、“soil translocation”節點相對較大，表明耕作侵蝕、土壤再分配、土壤位移在耕作侵蝕領域作為關鍵詞使用最頻繁。關鍵詞Cs-137中介中心性最高，且與關鍵詞“water erosion”關聯程度高，表明Cs-137核素示蹤技術是研究耕作侵蝕和水蝕對總侵蝕貢獻的關鍵技術。關鍵詞“soil organic carbon”的爆發值最高，表明土壤有機碳分布與動態對耕作侵蝕的響應關注度較高。關鍵詞“crop yield”、“land use”、“soil-landscape variability”、“runoff”等分布于時間軸后段，是耕作侵蝕研究新的關注點，表明耕作侵蝕與糧食安全、耕作侵蝕與土地利用、耕作侵蝕對土壤景觀變異性和水文過程變化的影響是現階段研究的重要方向(表5)。

1990—2000年(32篇)，2001—2010年(122篇)，2011—2020年(152篇)期間發表的耕作侵蝕相關文獻分別占總文獻量的10.16%，39.87%，49.67%，可以看出耕作侵蝕研究呈現快速發展的趨勢。耕作侵蝕研究1990—2020年前10位高頻關鍵詞見表5。1990—2000年，“soil translocation”、“tillage erosion rate”、“model”關鍵詞出現頻次較高，顯示出該階段研究集中于耕作位移與耕作侵蝕定量化研究與經驗模型構建；2001—2010年，“soil redistribution”、“water erosion”、“pattern”等關鍵詞顯示出該階段研究主要關注耕作侵蝕模型、耕作侵蝕與水蝕在土壤再分配中的作用及模式；2010—2020年，“water erosion”、“soil organic carbon”等高頻關鍵詞出現頻率明顯增長，顯示出該階段研究重心逐漸轉移到耕作侵蝕與水蝕的耦合作用機制、耕作侵蝕對土壤有機碳分布的影響。

表5 耕作侵蝕研究1990-2020年前10位高頻關鍵詞

3 結論與展望

耕作侵蝕作為新興的土壤侵蝕研究領域，在最近30 a呈現快速發展的趨勢。比利時和美國的耕作侵蝕研究起步較早且被引頻次較高，中國的耕作侵蝕研究起步相對較晚但處于現階段該研究的前沿。以Govers，Poesen，Lobb，Zhang，Qunie為核心的科研團隊對耕作侵蝕學科發展具有突出貢獻。我國學者張建輝團隊多篇文獻擁有較高的爆發值和∑值，該團隊的研究對耕作侵蝕過程與機理的認識做出重要貢獻。現階段耕作侵蝕研究的重要方向主要包括耕作侵蝕與糧食安全、耕作侵蝕與土地利用、耕作侵蝕對土壤景觀變異性和水文過程變化的影響。根據水土保持科學與技術對耕作侵蝕學科的需求，我國未來需要重點突破不同耕作機具的土壤再分配過程與模擬、不同土壤侵蝕類型區的耕作侵蝕過程與機理、耕作侵蝕與其他侵蝕的互作過程與機制、水土保持耕作的技術模式與原理。