基于學科知識圖譜的綠肥研究態勢分析

李宇翔 ，鐘菊新 ，2，王 磊 ，蔣云偉 ，賓煥軍 ，陸炳強 ，莫永誠 ，李忠義

（1.廣西壯族自治區農業科學院，南寧 530007；2.中國地質科學院巖溶地質研究所，廣西 桂林 541004；3.廣西壯族自治區茶葉科學研究所，廣西 桂林 541004；4.桂林市農業科學研究中心，廣西 桂林 541004；5.陽朔縣農業農村綜合發展中心，廣西 桂林 541900）

綠肥是一種最清潔的有機肥源，種植翻壓綠肥能夠通過改變土壤環境，為微生物生長繁殖提供碳源和氮源而影響土壤微生物的活性，從而改變微生物的群落組成和功能，增加土壤微生物多樣性，影響微生物與土壤環境間的相互作用［1-3］。此外，綠肥壓青還田在改變土壤化學及生物學性狀、促進主栽作物的養分供給和保障作物穩產、高產等方面具有明顯優勢［4，5］。李子雙等［6］分析了中國綠肥種質資源、綠肥應用模式和綠肥效應；樊志龍等［7］闡述了綠肥在旱地農業生態系統中的服務功能；高嵩涓等［8］綜述了稻田綠肥紫云英與稻草共同利用的增產和節肥效應及其植物營養學、土壤微生物學等相關作用機制；曹衛東等［4］梳理了中國綠肥生產與科研的發展歷程，回顧了各時期的主要工作和成就，提出了綠肥行業未來發展建議；李忠義等［9］繪制了中國綠肥研究知識圖譜，解析綠肥研究的發展和知識結構。

文獻計量分析可在某一學術領域內系統地評估科研結果的相對重要程度，預示該領域近一段時期的發展方向，表征該項研究的分布情況［10］；科學知識圖譜作為科學計量學、信息計量學等領域的研究方法，以圖形表達的方式揭示相關領域知識結構關系與演進規律［11］，繪制的知識圖譜具有一目了然的優勢特征［12，13］。近年來，綠肥領域的科學研究與論文發表量快速增加，但針對國際綠肥研究態勢進行文獻計量分析和大數據可視化的研究還未見報道。本研究基于文獻計量學分析方法，借助CiteSpace 和VOSviewer 工具，對 1985—2020 年 Web of Science 數據庫中有關綠肥研究的期刊文獻進行可視化分析，繪制綠肥研究的知識圖譜，厘清綠肥研究的發展脈絡與知識基礎、研究熱點、主要學者和知識網絡結構，以期為綠肥研究的深入發展提供參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

Web of Science 數據庫是由美國科技信息所推出的引文索引數據庫，收錄的文獻覆蓋了全球最重要和最有影響力的研究成果，已成為國際公認進行科學統計與科學評價的主要檢索工具［14］。本研究選自 Web of Science 核心合集（SCI、SSCI來源），檢索時段為1985—2020 年，檢索條件以主題=“Green manure”進行檢索，篩選剔除非該研究領域的文獻后共得到5 061 篇文獻樣本。

1.2 研究方法

CiteSpace 軟件是美國德雷塞爾大學陳超美博士團隊研發的科研文獻數據分析軟件，主要用于科學文獻數據計量、分析和識別，并以可視化的方式探測學科研究特征及演變趨勢［15，16］；VOSviewer 由荷蘭萊頓大學Van Eck 與Waltman 研究開發，在科研網絡分析方面具有較好的可視化效果［17］。CiteSpace 獲得的圖譜中，每個節點代表一個關鍵詞，其節點大小表示該關鍵詞出現的頻次。節點之間連線的粗細表示關鍵詞共現強度的高低，節點的圓圈層代表年輪，年輪寬度代表中心性的大小，中心性越大則對其他節點的影響越強［18，19］。本研究通過 CiteSpace 軟件將綠肥研究的主要學科、國家、機構、作者進行可視化分析，并通過VOSviewer 制成綠肥研究關鍵詞共現密度圖。

2 結果與分析

2.1 綠肥研究發文數量時間特征

發文數量隨時間變化趨勢可以從側面反映研究領域在一段時間內的發展狀況［20］。1985—2020 年，以綠肥為主題的國際外文期刊論文總數為5 061 篇，整體呈上升趨勢。其中，1985—1987 年，每年發文量僅11 篇，而到2019 年發文量達到峰值，為332 篇。1989—1995 年、2002—2011 年、2013—2019 年出現了3 次持續上升期，這3 個階段發文量最高分別突破100、200、300 篇（圖1）。

圖1 1985—2020 年國際外文期刊綠肥研究論文發文量

2.2 綠肥研究期刊來源情況

依據有關綠肥研究各論文期刊的文章刊載數量，獲取刊載論文數量排名前10 的期刊（表1）。由表 1 可以看出，《Agronomy journal》刊載綠肥研究的論文最多，其次是《Plant and soil》《Indian journal of agricultural sciences》《Agriculture ecosystems & environment》《Indian journal of agronomy》《Biology and fertility of soils》《Communications in soil science and plant analysis》《Communications in soil science and plant analysis》《Nutrient cycling in agroecosystems》《Pesquisa agropecuaria brasileira》《Field crops research》等刊物。其中《Agriculture ecosystems& environment》《Biology and fertility of soils》《Field crops research》等刊物影響因子在4.0 以上，且屬于中國科學院文獻情報中心期刊分區表中一區刊物，這類期刊上刊載的論文基本代表了綠肥研究領域的重點方向。

表1 綠肥研究文獻主要期刊

2.3 綠肥研究論文學科共現特征圖譜

統計綠肥研究論文所歸屬學科的頻次、首發年份和中心度，選取排名前8 的學科見表2。由表2 可以看出，各學科論文首發年份集中在1985—1986年，其中，農學學科的發文頻次最高，其次為農藝學、土壤科學。中心度代表其與其他學科之間的交叉程度，環境科學的中心度最高，說明環境科學與其他學科有著廣泛的交叉。學科共現分析可構建學科間的關聯網絡，揭示交叉學科間的內在聯系［21］。綠肥研究論文學科共現圖譜（圖2）中共有67 個節點，表明有67 個學科互相交叉滲透，111 條連線代表學科間的聯系，其中，農學、環境科學、植物科學、農藝學、環境科學與生態學、土壤學、農業綜合學科、園藝學等學科相互交叉。由表2 和圖2 可知，農學學科年輪最厚，影響力最強；而環境科學的中心度最高，交叉線最多，說明其交叉最廣泛。

表2 綠肥研究論文歸屬學科及頻次統計

圖2 綠肥研究論文學科共現特征圖譜

2.4 綠肥主要研究力量分析

2.4.1 主要研究國家分析 利用Web of Science 分析檢索功能和CiteSpace 軟件，對5 061 篇有關綠肥研究文獻進行國家發文情況統計（表3）。由表3 可知，發文排名前10 的國家分別為美國、印度、巴西、中國、加大拿、德國、意大利、澳大利亞、日本和英國；其中，中國發文量為416 篇，占總發文量的8%，但首發年份為1997 年，首發年份落后于其他國家。中心度代表該國家與其他國家之間的合作密切程度以及對其他國家影響力的強弱。從中心度來看，排名前10 的各國家中心度均大于0，說明其與國際上其他國家有一定的合作。繪制綠肥研究國家共現知識圖譜（圖3），由圖3 可知，美國、印度、巴西、中國雖然占據主導地位，有著較強的影響力，但4 個國家之間連線較少，說明這4 個國家之間合作不夠密切。

表3 不同國家綠肥研究論文發表情況

圖3 綠肥研究國家共現知識圖譜

2.4.2 主要研究機構分析 機構共現分析可反映某一領域的核心研究機構及其合作強度。列出綠肥研究發文量排名前10 的研究機構（表4），并繪制綠肥研究機構的知識圖譜（圖4）。從頻次來看，美國農業部農業研究所發文量最多，頻次為171，其次是加拿大農業與食品學會；中國農業科學院、中國科學院緊隨其后，頻次分別為71 和65。其他研究機構依次為印度農業研究所、瑞典農業大學、巴西維科薩聯邦大學、巴西圣保羅大學、印度旁遮普農業大學、丹麥奧爾胡斯大學。中心度的大小代表該機構與其他機構之間的合作密切程度以及對其他機構影響力的強弱。排名前10 的各研究機構中心度均大于0，說明其在國際上與其他機構有一定的合作。

表4 綠肥研究機構論文發表情況

圖4 綠肥研究機構合作特征圖譜

2.4.3 主要研究作者分析 作者共現分析可以反映出研究領域的核心作者以及他們之間的合作與互引關系［22］。列出綠肥研究發文量排名前10 的作者（表5），并繪制研究作者的知識圖譜（圖5）。由表5 和圖5 可以看出，中國農業科學院曹衛東（Cao Wei-dong）研究員作為中國綠肥產業技術體系首席科學家，是研究綠肥且發表論文最多的學者，并形成了以其為核心的綠肥研究團隊，但該團隊首發論文年份為2015 年，發文時間落后于其他團隊；其次為菲律賓的 Ladha 團隊、巴西的 Neto 團隊、韓國的 Kim P J 團隊、加拿大的Campbell 團隊、巴西的Junior 團隊、德國的Canall 團隊、丹麥的Thorupk-Kristensen 團隊、德國的Becker 團隊、韓國的Kim S Y 團隊。從中心度來看，排名前10 的作者中心度均為0，說明雖然各作者形成了各自的核心團隊，但缺乏在國際上的合作。

表5 綠肥研究作者論文發表情況

圖5 綠肥主要研究作者共現知識圖譜

2.5 綠肥研究熱點分析

對文獻關鍵詞知識圖譜進行研究，可掌握一段時間內相關文獻集中體現的熱點詞匯，關鍵詞共現的頻次越高，表明關鍵詞之間關聯度越高，進而聚合為某一研究熱點［23，24］。運用 VOSviewer 軟件生成綠肥研究關鍵詞共現密度（圖6）。由圖6 可以看出綠肥研究熱點情況，圖6 中冷色調（藍色）到暖色調（紅色）代表關鍵詞共現的頻次越來越高，即研究熱點的熱度越來越高［25］。綠肥研究的熱點關鍵詞主要為nitrogen（氮）、soil（土壤）、growth（生長）、management（管理）、yield（產量）、tillage（耕作）、soil organic matter（有機質）、carbon（碳）、manure（肥料）等。因此，根據熱點關鍵詞及關鍵詞共現密度，可以看出綠肥研究集中在綠肥耕作管理、培肥土壤、氮素利用、固碳減排等領域。

圖6 綠肥研究關鍵詞共現密度

3 小結與討論

中國學者邱均平［26］指出，科學文獻的數量和質量是對科學技術水平的一種量度。自2008 年大數據概念出現，學者們以大型分析型數據庫為載體，采用文獻計量分析法，廣泛開展了各學科領域的文獻計量應用研究，形成了理論研究成果［27］。隨著近年來綠肥研究的深入，科研工作者日益重視綠肥學科的發展。因此，如何把握綠肥的研究進展和未來發展方向變得越來越重要，所以相關文獻計量學方面的研究就顯得更加重要。

本研究借助CiteSpace 和VOSviewer 分析軟件，對1985—2020 年在Web of Science 數據庫中檢索到的綠肥研究文獻進行文獻計量學和大數據的可視化分析，對把握該領域的學科態勢和熱點問題具有一定的指導意義。在發文數量時間特征方面，以綠肥為主題的期刊論文整體呈上升趨勢，1989—1995年、2002—2011 年、2013—2019 年出現了 3 次持續上升期，說明綠肥的研究工作越來越受到全世界科學家的重視。

在期刊來源方面，優秀期刊主要集中在歐美國家，這是因為當前世界主流期刊以英語作為官方語言，而《植物營養與肥料學報》《生態學報》《土壤學報》等期刊作為中國的一級學報，刊登了諸多綠肥方面的研究論文［9］，但并沒有進入 Web of Science 索引。目前，刊載綠肥研究論文最多的國際期刊是《Agronomy journal》，其次是《Plant and soil》《Indian journal of agricultural sciences》，對于該領域的科研工作者來說，跟蹤上述期刊的綠肥相關文章，有利于掌握綠肥的研究進展。

學科共現特征圖譜顯示農學、農藝學、土壤科學等學科發文頻次較高，影響力較強，而環境科學的交叉最廣泛，表明農學、農藝學、土壤學科仍然是綠肥的研究熱點領域，但隨著綠肥在增加土壤碳固持、減少溫室氣體凈排放［28，29］等方面的深入研究，環境科學已成為研究交叉最廣泛的學科。

從研究國家來看，美國是綠肥研究的主要力量，推廣綠肥覆蓋是美國農業部土壤保護管理計劃的重要實施方案；中國發文量位居第4，說明中國科研工作者在綠肥研究領域展現了良好的研究態勢。從研究機構來看，美國農業部農業研究所發文量最多，其次是加拿大農業與食品學會、中國農業科學院；從研究作者來看，中國農業科學院曹衛東研究員是發表綠肥領域論文最多的學者，其次為菲律賓的Ladha團隊、巴西的Neto 團隊。近年來，中國積極推進“質量興農、綠色興農”戰略，而綠肥的生產和應用契合國家“農村增綠”的戰略構想。尤其是農業農村部于2008 年設立綠肥行業專項，2017 年將綠肥納入現代農業產業技術體系之內，中國農業科學院曹衛東研究員作為首席科學家，牽頭組建全國綠肥科研團隊，圍繞遺傳育種、栽培與土肥、病蟲害防控、生產機械化、產品加工和產業經濟等產業鏈條，破解限制綠肥生產的瓶頸問題，為產業發展提供了技術支撐，提高了中國綠肥研究在國際上的影響力。

在研究熱點方面，綠肥研究集中在綠肥耕作管理、培肥土壤、氮素利用、固碳減排等領域。近年來，中國在稻田綠肥紫云英培肥土壤、養分利用及固氮減排等方面取得了顯著成績。曹衛東團隊系統研究了稻田綠肥紫云英調控硝化作用及其微生物機制［30-33］，闡明了紫云英-稻草協同促進水稻增產與土壤提質、稻田養分資源高效利用、綠肥調控稻田土壤甲烷減排等效應與作用機制［34-37］，相關成果在《Geoderma》《Pedosphere》《Applied soil ecology》《Plant and soil》《European journal of soil biology》等國際知名刊物發表，其中，“稻秸-綠肥輕簡利用及高效節肥技術”入選2020 年中國農業農村重大新技術。