基于CiteSpace的我國農業面源污染文獻計量分析

蔡仁潤 劉 潔 周好迪 耿 豪 趙伊林

（洛陽師范學院國土與旅游學院，河南 洛陽 471934）

0 引言

農業面源污染是指農業生產過程中由于化肥、農藥、地膜等投入品不合理使用，以及畜禽水產養殖廢棄物、農作物秸稈等處理不及時或不當，所產生的氮、磷、有機質等營養物質，在降雨和地形的共同驅動下，以地表、地下徑流和土壤侵蝕為載體，在土壤中過量累積或進入受納水體，對生態環境造成的污染［1-2］。面源污染會導致農業生態系統退化，嚴重危害農業生產安全，對居民身體健康及社會經濟可持續發展造成嚴重威脅［3-8］。農業面源污染已成為我國有關部門、環保組織及科研工作者共同關注的環境問題［9-10］。農業面源污染防治是我國發展綠色農業的必要條件。從2015年原農業部印發《關于打好農業面源污染防治攻堅戰的實施意見》，到2021年生態環境部和農業農村部聯合發布《農業面源污染治理與監督指導實施方案（試行）》，都說明農業面源污染的研究與治理是關系國家糧食和區域生態安全的重要事項，是我國發展綠色農業和建設農村生態文明的重要保障［11］。

20世紀90年代末，我國就已開始進行關于農業面源污染的研究［12］。時至今日，國內相關研究成果繁多，且總量保持平穩增長。這些成果是對我國農業面源污染研究領域的客觀記錄，也為之后學者的科研提供了理論基礎與方向指導［13］。但面對龐大的知識體系以及知識群不斷變化的動態聯系，有限的文獻獲取和分析方式并不能明了地梳理各知識群的關系脈絡。對此，可采用CiteSpace文獻計量分析方法，對文獻進行科學識別、全面統計與系統整理，應用計算機算法和交互式可視化使研究者從眾多文獻文本閱讀中解脫出來，直觀解讀研究主題的發展動態及演化［14-15］?；诖耍P者借助文獻計量工具從整體上分析國內面源污染研究現狀，厘清該領域的研究熱點和發展趨勢，以期為未來農業生態研究與農業環境保護政策的制定提供參考依據。

1 數據來源和研究方法

1.1 數據來源

在中國知網（CNKI）中，應用CNKI高級檢索功能，檢索主題為“農業面源污染”并含“面源污染”，檢索時間跨度為全年份（最早的研究文獻出現于1990年，實際年份為1997—2022年）；檢索策略設定為主題檢索，來源類別選擇“中文社會科學引文索引（CSSCI）+中國科學引文數據庫（CSCD）+北大核心”，以保證研究質量和深度；數據檢索日期為2022年8月1日，共檢索到939篇文獻。將檢索所得文獻以“Refworks文獻格式”的方式下載保存為純文本文件，作為該文分析數據樣本。

1.2 研究方法

筆者使用CiteSpace 6.1.R3軟件對國內農業面源污染相關的文獻進行計量分析。CiteSpace軟件基于數學和統計學原理，通過對研究領域相關文獻進行計量建模，繪制圖譜，以文獻為對象呈現某一研究領域的熱點與趨勢，其中共被引分析是CiteSpace軟件的核心功能［16］。運行CiteSpace軟件之前，首先將文獻數據處理成可運行格式，年度切片設置為3，研究機構和作者共現圖譜閾值設置為Top5，關鍵詞閾值為Top30。共被引聚類后，CiteSpace可提供多種方式進行圖譜可視化，如聚類圖譜、時間線圖譜等，研究者可通過圖譜直觀分析農業面源污染研究領域歷史發文量、發文機構、研究主題與熱點、研究主題時間演變規律等。

2 研究結果與分析

2.1 發文量分析

將檢索所得文獻按照發文年份進行統計，可以得到1997年至2022年8月1日國內農業面源污染研究發文量年份分布圖（見圖1）。由圖1可知，國內學者從20世紀90年代末開始關注農業面源污染問題并有研究成果呈現，研究期內關于農業面源污染的文獻發文數量總體呈上升趨勢，個別年份發文數量有小幅波動。根據發文數量增長情況，可將農業面源污染研究劃分為3個階段。①1997—2004年為起步階段：國內農業面源污染相關研究的核心文獻數量保持在低位，并在2002年有少量增長。20世紀70年代，國際上提出“農業面源污染”概念。而這一階段農業面源污染作為一個全新概念未在我國引起廣泛關注，我國的相關研究尚處于討論階段，發文數量相對較少。但1999年上海市郊區畜禽糞便綜合治理工作的開始使國內農業面源污染研究廣泛開展起來，發文量也有所增加［12］。②2005—2010年為迅速發展階段：這一時期核心文獻量迅速增多，尤以2008—2010年文獻數量增長最為明顯，由30篇增長至76篇，掀起了農業面源污染研究的高潮。其中，以2004年為分水嶺，國內農業面源污染研究成果不斷增多，主要是因為長期粗放的農業生產方式使農業環境問題日益凸顯，農業面源污染研究隨之增多，并且我國在2004年正式

圖1 1997年至2022年8月1日國內農業面源污染研究年度發文量

啟動農業面源污染防治行動，原農業部科技教育司首次成為農業面源污染防治的主導單位［17］。這一時期國家政策導向及農業生態環境面臨的實際問題促進了我國農業面源污染研究飛速發展，使其成為一個備受關注的領域。③2011—2021年為穩步發展階段：這一時期國內農業面源污染研究發文量基本平穩，但稍有波動。從研究結果來看，該時期農業面源污染的研究集中化趨勢明顯，技術［18-19］、制度［20］、政策［21］和區域防治［22］方面的關注度較高，學科交叉的特點比較顯著，為研究領域精細化發展注入新動力。

2.2 期刊分布與載文量分析

通過分析939篇文獻的刊載來源及質量，得出國內農業面源污染的相關研究主要發表在生態、農業及經濟學科相關的期刊上，載文量排名前十的期刊如表1所示。期刊載文量和影響因子能夠清晰呈現研究文獻的分布特征和質量。從數量上看，載文量排名前十的期刊的載文量占總載文量的13.3%，其中《中國工程學報》最多，載文量大于30篇，《中國生態農業學報》《中國農業資源與區劃》等5種期刊載文量為10～20篇。從影響因子看，《中國農村經濟》《農業技術經濟》《農業經濟問題》等刊物影響因子較高，在研究領域內影響力大，成為研究成果的重要展示平臺?？傮w上，我國農業面源污染相關研究發文并不集中于某些期刊，發文質量也有待提高。

表1 載文量排名前十的期刊及其載文量、影響因子

2.3 發文機構和作者分析

將所有二級機構合并后，可列出國內關于農業面源污染研究發文量不低于10篇的24個機構（見表2）。從區域上看，北方主要集中在北京市，發文機構多為公辦大學或研究中心，包括中國農業大學、清華大學、北京師范大學等，研究機構包括中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所、中國農業農村部農村經濟研究中心等。這些機構在全國農業污染源普查、定位監測，以及農業面源污染物水環境過程、流域非點源污染模擬、預警、防治技術等方面已開展多年研究。南方大多數集中在江蘇、湖北、重慶等?。ㄖ陛犑校?，集中于長江流域、三峽庫區及太湖流域等，是長江經濟帶農業經濟高質量發展的關鍵區域；就發文機構性質來說，公辦大學與科研機構在數量上相當，其中公辦大學主要以綜合類大學和農林類大學為主（包括南京農業大學、華中農業大學、武漢大學等），科研機構則分為事業類科研機構與一般科研機構。

表2 機構發文量

對該領域的發文作者進行分析，得到作者合作共現圖譜（見圖2）。該圖譜共有105個節點、105條連接，網絡密度為0.019 2。圖2中顯示的節點間互有連線，說明作者間互有聯系或互有合作，節點越大說明發文量越多。圖2顯示發文量最多的作者為西南大學的謝德體，出現頻次為20次，其主要從事農業面源污染防治、資源環境保護、流域綜合治理等方面的研究［23-24］；其次為倪九派，出現次數為17次；發文量在10篇以上的作者共有6位，發文量在5篇以上的作者有10位。從作者合作群體來看，包括謝德體、倪九派和肖新成等的合作團隊，金書秦、劉宏斌等的合作團隊，安徽省農業科學院的王靜、郭熙盛和王允青的學術團隊，馬友華、武升等的研究團隊等。從作者合作群體來看，這種“大分散、小聚集”式的作者圖譜表明我國農業面源污染研究領域各個團隊內部聯系較緊密，而團隊之間的相關交流比較少，同一團隊的研究人員通常來自同一科研機構。這種情況會限制農業面源污染研究領域的深入發展［25］。

圖2 作者合作共現圖譜

2.4 關鍵詞與突現詞分析

關鍵詞是對研究主題的高度概括，代表了文章的核心觀點。應用CiteSpace對1997—2022年農業面源污染研究領域文獻關鍵詞進行共現分析，得到高頻關鍵詞共現圖譜（見圖3），圖3中共288個節點、485條連線，網絡密度為0.011 7，整體結果穩健。節點大小代表關鍵詞頻次高低，連線粗細代表共現程度強弱。同時，表3給出1997—2022年農業面源污染演研究領域文獻的前十位高頻關鍵詞。中心性超過0.1的節點稱為關鍵節點，對關鍵節點的分析可揭示研究熱點之間的突變或轉化關系。

由圖3可知，最大的關鍵節點是面源污染，其相關研究主要包括土地利用、富營養化、化肥、糧食安全、污染防治、太湖流域等；農業是僅次于面源污染的第二大關鍵節點，與之相關的研究主要包括農業面源、農村和源解析等。由圖3可知，我國農業面源污染領域研究具有如下特征：①畜禽養殖、化肥等關鍵詞間聯系密切，水質、富營養化、糧食安全等關鍵詞與面源污染聯系密切，說明農業面源污染研究集中于污染源及污染類型方面［26-27］；②三峽庫區［28］、滇池流域［29］、太湖流域［30］等關鍵詞與農業面源、面源污染等關鍵詞存在明顯關聯性，說明當前我國農業面源污染研究集中在南方農業發展重點區域的污染防控上；③防治對策、模型、源解析等關鍵詞間存在明顯聯系，說明當前我國重視農業面源污染防治研究。由表3可知，出現頻次較高的關鍵詞主要有面源污染、三峽庫區、農業面源、污染負荷等。從關鍵詞可以看出，目前我國農業面源污染方面的研究既包括污染的核算，也側重防治研究，研究思路更加清晰、層次更加深入、研究內容更加多元。

表3 文獻高頻關鍵詞

圖3 高頻關鍵詞共現圖譜

突現關鍵詞是指在某一時段引用量有較大變化的關鍵詞。進行關鍵詞突現性分析，可以發現某一個主題詞、關鍵詞衰落或者興起的情況。在農業面源污染關鍵詞共現網絡中，得到15個突現詞（見表4）。從時間上看，2006—2011年出現防治對策、農村、控制技術等突現詞，該時期測土配方施肥技術得到推廣，農村化肥污染、農業面源污染防治對策成為研究熱點；2015—2017年出現氮磷等關于污染類型的突現詞，該時期國務院開展低毒生物農藥示范推廣補貼試點，農業清潔生產、農藥化肥零增長、農田殘膜污染等成為該領域研究熱點；2018—2022年出現環境規制、稻田、畜禽養殖等突現詞，該時期規?；笄蒺B殖帶來眾多環境污染問題，因此多地開展農業面源污染治理攻堅戰，重金屬污染防控、農業面源污染治理成為研究熱點。

表4 突現關鍵詞

2.5 國內農業面源污染研究時間演變分析

CiteSpace的共被引聚類分析可通過節點大小及顏色標明關鍵聚類成員，并通過聚類模塊色彩、線條及位置標明研究主題，從而厘清研究主題的演變規律并發現研究前沿和熱點。將文獻數據導入CiteSpace，時間跨度設置為1997—2022年，時間切片設置為3 a；節點類型選擇關鍵詞（Keyword），提取每個時區中年出現次數最高的前50個關鍵詞，導入Citespace。時間線（Timeline）圖譜可以在時間序列上反映聚類主題的歷史跨度及聚類成員間關聯，能直觀表征研究主題的演變。運行聚類分析后執行Timeline view指令，得到縱軸為聚類編號、橫軸為引文發表年份的共被引網絡的關鍵詞聚類時間線圖譜（見圖4）。節點下方標注參考文獻，節點圓圈的厚度表明該文獻的被引頻次。文中共得到12個研究主題，在圖譜中按照規模大小垂直降序排列。

模塊值（Modularity Q）和平均輪廓值（Mean Silhouette）是反映聚類邊界清晰度和聚類規模的兩個指標。圖4中平均輪廓值為0.895，這是由于農業面源污染研究小聚類的存在較少，但平均輪廓值大于0.7，意味著聚類令人信服。圖4中模塊值為0.677，表明農業面源污染各研究主題間界限分明，領域分化相對顯著。從時間線圖譜可以看到，農業面源污染研究主題持續期各不相同，如#0號主題聚類持續時間長達20 a，且目前仍是活躍聚類。部分聚類持續時間則相對較短，如#11號主題聚類持續時間僅4 a。11個聚類詞顏色灰度差異表征該聚類首次出現共被引連接的時間差異，聚類之間的知識流向遵循灰度值由高到低的分布規律，灰度值越低，顏色越黑，聚類詞出現時間越晚，且節點間線條越密集，代表被引越頻繁，說明關鍵詞間、聚類間關系越緊密。

圖4 關鍵詞共被引時間線圖譜

通過關鍵詞聚類時間圖譜可將農業面源污染研究大致分為3個階段。

一是農業面源污染理論的概念化研究，表現為#0面源污染、#1污染與之后的文獻關系密切，始終貫穿著研究的脈絡。該詞在2000年左右出現，并在研究領域的發展中起著統領作用，被引次數十分可觀。上述兩個聚類在橫軸上跨越時間很長，從聚類出現至今都在不斷被引，縱向上被引頻次也很多，說明這兩個聚類適應性很強，在研究領域內廣泛存在，適用場景廣泛且并不過時，是非?；A的領域底層研究內容。

二是農業面源污染負荷測算及污染物遷移機制研究。從節點大小來看，關鍵節點主要集中在2000—2010年，主要聚類包括#2對策、#3水土保持、#4富營養化、#5總磷、#11水土流失。由圖4可知，水土保持的研究持續時間較長，并與此后幾年出現的關鍵詞——水質污染、水體、排水及水模型等共現頻次均較高，且連接線密集。這一時期，學者對農業面源污染源的研究關注度較高，其中總磷總氮含量、營養負荷、重金屬、化肥等關鍵詞頻現，對農業面源污染源的測算為之后治理政策的提出提供了數據支持。

三是長短期并存、以典型流域為研究對象的農業面源污染實例研究。其主要表現在2010年之后，#6滇池流域、#8污染防洪、#10三峽庫區成為該時段突現值最高的關鍵詞。這一時期農業面源污染研究經歷了單方面追求理論方法或定量方法轉向定性與定量研究相結合，實例研究成為主題，典型湖泊與水庫的面源污染治理是當前學者重點關注領域。農業面源污染政策或針對具體場景的治理措施是近幾年的研究熱點，涉及的關鍵詞有都市農業、化肥農藥、溶質流失等，同時更加關注策略可行性與實施效果。總體來說，當前農業面源污染研究趨于多元化，在污染源研究及模型研究的基礎上，更注重系統研究及污染治理實例研究。這是當前的研究熱點，也將是以后主要的研究趨勢。

3 結論

解決農業面源污染問題有利于確保我國糧食安全和生態安全，也是我國生態保護和農業可持續發展研究的重要內容。筆者使用文獻計量方法分析了我國農業面源污染的研究現狀、歷史演變軌跡、研究前沿和熱點。研究表明：①研究期內我國農業面源污染的文獻發文數量總體呈上升態勢，2005—2010年為迅速發展階段；②研究成果主要發表在生態、農業和經濟類刊物上，《中國工程學報》發文數量最多，研究機構主要為農林類和綜合類大學，研究者呈現“大分散、小聚集”式團隊模式，機構與團隊內部合作交流較多，團隊之間的相關交流比較少；③研究熱點主要聚焦典型流域的農業面源污染防治、污染負荷測算、污染過程模型模擬及高效污染治理措施等方面，突現值較高的突現詞有控制技術、氮磷、畜禽養殖、模型模擬等，表明國內農業面源污染研究趨于多元，在重視污染源研究及模型構建的基礎上，在系統研究、治理技術手段及污染治理政策研究上也有一定成效；④農業面源污染關鍵詞聚類時間圖譜表明，我國農業面源污染研究先后經歷了以理論研究為主的概念化階段、以污染負荷測算及污染物遷移機理為特征的細化研究階段、以典型流域為對象的深入研究階段。該研究可為準確把握農業面源污染研究領域的發展趨勢、研究方向以及未來相關防治措施、政策的制定提供參考。

農業面源污染作為理論界研究熱點，當前還存在法律法規不健全、研究領域交流融合程度不高、污染治理水平不強等問題。今后，學者可以從以下3個方面持續深入開展研究：①健全農業面源污染法律法規，加強宏觀調控，使法律法規始終貫穿農業資源的開發、利用、管理及保護等全部流程，并強化相關部門和農戶的法律意識；②創新農業面源污染相關研究領域，拓寬研究思路與范圍，高效解決農業面源污染帶來的各方面問題；③將人工智能、大數據、區塊鏈、物聯網和智慧農業等現代信息技術與傳統面源污染研究相結合，研發前沿污染治理技術，探索出更有效集約的污染治理道路，實現農業面源污染治理高度智能化、數字化、現代化，大大提升我國農業面源污染治理水平與能力。