基于VOSviewer和CiteSpace的2014—2023年土壤碳庫研究可視化分析

摘要：土壤碳庫在全球碳循環和生態系統健康維持方面具有關鍵作用。為了解土壤碳庫的研究趨勢和熱點，本文基于2014—2023年中國知網和Web of Science數據庫發表的8659篇論文，利用VOSviewer和CiteSpace可視化工具，分析了有關土壤碳庫研究的論文發表數量、被引頻次、研究機構、主要作者和研究熱點等。結果表明：近十年間國內外關于土壤碳庫的研究論文發文量呈現上升趨勢，年均發文量為492.95篇；被引頻次最高的中文文獻為《土壤碳庫構成研究進展》，被引次數為265次，被引頻次最高的英文文獻為“Total Carbon and Nitrogen in the Soils of the World”，頻次為2480次；中英文文獻的主要貢獻者為我國的科研機構和人員；研究熱點聚焦在土壤碳庫的組分、穩定性和影響因素等方面；研究趨勢逐漸從碳組分研究轉向碳庫穩定性控制和與生態系統功能的關系探討。未來研究應重點關注碳庫穩定性調控、碳中和策略以及全球變化對碳庫的影響。期望本文能夠為土壤碳庫的研究提供借鑒與參考。

關鍵詞：土壤碳庫；文獻計量；VOSviewer；CiteSpace；研究熱點

中圖分類號：S153 " " " "文獻標識碼：A " " " "文章編號：1007-0435（2025）01-0136-11

Visual Analysis of Soil Carbon Pool Research from 2014 to 2023 Based on VOSviewer and CiteSpace

ZHOU Ze， ZHANG Chun-ping， CAO Quan， YU Yang， WEI Kong-tao， DONG Quan-min*

（Qinghai Academy of Animal Science and Veterinary Medicine/Qinghai University Academy of Animal and Veterinary Science， Qinghai Provincial Key Laboratory of Adaptive Management on Alpine Grassland， Key Laboratory of Alpine Grassland Ecosystem in the Three-River-Source Qinghai University， Ministry of Education， Xining， Qinghai Province 810016， China）

Abstract：Soil carbon pools plays a crucial role in the global carbon cycle and the maintenance of ecosystem health. To understand the research trends and hotspots related to soil carbon pools， in this paper we analyzed 8659 relevant articles published from 2014 to 2023 in the China National Knowledge Infrastructure （CNKI） and Web of Science databases by utilizing the visualization tools VOSviewer and CiteSpace. The results indicated that the volume of research papers on soil carbon pools has shown an increasing trend over the past decade， with an average annual publication rate of 492.95 articles. The most cited Chinese paper was titled “Research Progress on the Composition of Soil Carbon Pools”with 265 citations， while the most cited English paper was “Total Carbon and Nitrogen in the Soils of the World” with 2480 citations. The primary contributors to both Chinese and English literature were research institutions and personnel from our country. The research hot spots focued on the components， stability， and influencing factors of soil carbon pools. The trend in research was shifting from studying carbon components to exploring the control of carbon pool stability and its relationship with ecosystem functions. Future studies should prioritize the regulation of carbon pool stability， carbon neutrality strategies， and the impact of global changes on carbon pools. It is hoped that this paper will provide references and insights for further research on soil carbon pools.

Key words：Soil carbon pool；Bibliometrics；VOSviewer；CiteSpace；Research hotspot

隨著全球城市化進程和工業化程度加快，產生了大量溫室氣體，排放到環境中，引發了全球性的氣候變暖問題，嚴重影響了人類的生存環境［1-2］。Monastersky研究表明［3］，當前氣候變暖問題是由人類活動產生的CO2和CH4等溫室氣體過量排放所致。中國在2020年率先宣布，將在2030年前實現CO2排放達峰，2060年實現“碳中和”目標［4］。“碳達峰”“碳中和”目標已經列入國家“十四五”發展規劃方案之中［5］。在國家“雙碳”戰略目標大背景下，如何減少碳排放，提高生態系統的儲碳能力，盡早實現2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標成為政府與學術界共同關注的研究熱點［6］。土壤碳庫是全球第3大碳庫，僅次于海洋和巖石碳庫，是地球表層的最大碳庫，碳含量約為2500 Pa，其碳儲量約等于大氣碳庫的3.3倍、陸地植物碳庫的4.5倍［7］。根系凋落物和微生物將碳輸入土壤中，土壤的呼吸作用散失一部分碳，剩余穩定的碳構成土壤碳庫［8］。土壤碳庫在全球碳循環中占據重要地位，土壤碳庫是引起大氣溫室氣體濃度變化的重要因素之一［9］，每年因為土壤呼吸作用向大氣中排放的碳達到了60 Pg［10］。因為土壤碳庫的體量巨大，其微小的變化，就會造成大氣中溫室氣體的較大波動，從而引起氣候變暖等問題［11］。土壤碳庫的研究關乎國家“雙碳”目標的達成，更是減少溫室氣體排放、遏制氣候變暖的重要抓手。

目前對土壤碳庫的研究文獻數量在不斷增長，傳統的文獻閱讀方式已經無法滿足當前科研人員的需求，不能匹配當前研究強度。傳統的文獻綜述，主要依據個人的想法與主觀意識，更多為定性分析描述，無法做到精確地定量分析。文獻計量是依據統計學原理，通過分析處理文獻之間的定量關系，對相關領域的研究歷程、現狀及研究熱點進行分析［12］。使用文獻計量學能夠規避傳統文獻綜述的缺陷，定量地分析該領域的研究熱點、發展趨勢等［13］。因此可以利用文獻計量學手段，對土壤碳庫的研究進行系統的梳理總結，明確前期研究的重點和熱點，分析相關領域的發展歷程與發展趨勢。有關土壤碳庫的研究綜述，主要集中在土壤碳庫構成［14］、土壤碳儲量［15］、碳循環［16］ 、土壤碳庫的影響因素，如氮沉降等［17-19］、 農田土壤管理措施等人為因素對土壤碳庫的影響等方面［20］。前人的研究主要集中在對土壤碳庫影響或機制等單一熱點問題，對土壤碳庫總體的研究熱點梳理、文獻計量定性、定量分析層面相對較少。

CiteSpace是由美國德雷塞爾大學陳超美博士聯合大連理工大學開發的一款基于Java環境可視化文獻計量分析軟件［21］。主要應用于文獻資料的查找收集，分析研究的主題與熱點等方面［22］。VOSviewer可視化分析軟件具有出圖分辨率高、操作簡單、作圖美觀等特點，能夠對CiteSpace的分析進行進一步的補充與完善［23］。為更好地了解土壤碳庫的研究熱點與研究趨勢，本文使用文獻可視化軟件CiteSpace和VOSviewer，對2014—2023年發表在中國知網（CNKI）與Web of Science （WOS）數據庫核心合集中的Science Citation Index Expanded（SCI—E）文獻進行整理和分析，總結近十年的研究成果，并對未來研究的趨勢進行預測，系統地呈現關于土壤碳庫研究的總體情況，以期揭示近10年以來有關土壤碳庫的研究領域與發展動態，旨在推動相關學者對土壤碳庫更進一步地深入研究，為今后土壤碳庫的相關研究提供參考與思路。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本研究用于分析的數據檢索自中國知網（CNKI）數據庫和科睿唯安（Clarivate Analytics）旗下的Web of Science數據庫，引文索引選擇SCI-E（Science Citation Index Expanded），該數據庫包含全球高質量的文獻資料［24］。在CNKI數據庫高級檢索中，以主題=“土壤碳庫”檢索，在WOS數據庫以公式TS=“Soil carbon pool”為主題詞進行檢索，為確保文獻質量，除去會議論文、科技成果、在線發表的論文，將時間范圍設定為2014-2023年，共獲得中文文獻1028篇，英文文獻7631篇。

1.2 分析方法

在WOS數據庫中檢索的文獻數據以文本格式保存；CNKI數據庫中檢索到的文獻以Refworks格式保存。使用軟件VOSviewer繪制作者之間的合作圖譜、關鍵詞網絡圖、關鍵詞時間分布圖和關鍵詞熱點分布圖。使用軟件CiteSpace繪制關鍵詞聚類圖、關鍵詞時線圖等。研究熱點與前沿分析利用VOSviewer中Keyword功能以及CiteSpace控制面板“Node Types”中的Keyword功能對兩個數據庫中獲取的文獻進行關鍵詞聚類，再通過Control Panel控制面板中“Burstness”與“Timeline”功能進行突現性與時間線分析。對檢索并下載的數據使用Microsoft Excel 2021分析年度總出版物數量變化趨勢，使用Origin 2022繪圖。

2 結果與分析

2.1 發文數量

文獻出版物的年度發文數量能夠反映該研究領域的關注程度與發展趨勢［25-26］。由圖1可知，國外關于土壤碳庫的相關研究發文數量呈現逐年上升趨勢，該領域被越來越重視。中文文獻最近十年的發文數量基本持平，無明顯變化。英文文獻的發文量顯著高于中文文獻，截至2024年年初，中文文獻發文數量最多的年份為2021年，達到110篇；英文文獻發文量最大的年份為2022年，達到945篇。英文文獻發文量從2015年開始進入快速增長階段，2021年增長速率達到高峰。中文文獻近十年來沒有明顯的增長，基本保持平穩的趨勢，無明顯的變化。總體而言，國際上關于土壤碳庫的研究仍然為熱點，預計發文量會繼續增長，中文文獻的發文量預計會保持平穩增長。

2.2 發文作者

將檢索到的中文文獻與英文文獻作者進行統計分析可知，英文文獻發文作者共有28 226名，中文作者共有2796名。圖2與圖3為主要作者合作關系，主要作者之間節點均有聯系，分散存在的較少，說明在土壤碳庫研究領域，主要以學者之間的合作研究為主，較少學者在土壤碳庫研究領域開展獨立研究。由表1可知，來自德國哥廷根大學的Kuzyakov·Yakov教授發文量最大。中文文獻中，發文量較大的主要為南京農業大學的潘根興教授。

2.3 發文機構

由表2可知，CNKI檢索的文獻中共涉及257家科研機構，發文量最高的機構為西北農林科技大學，近十年間共發文115篇，占比為12.98%；WOS中檢索的文獻共涉及4831家科研機構，發文量最大的為Chinese Academy of Sciences（中國科學院），共發文1162篇，占比15.23%，其余中國機構還有中國科學院大學和西北農林科技大學。從分析結果可知，對土壤碳庫的研究我國的貢獻度要高于其他國家，其中以中國科學院及其附屬單位為杰出代表，其次為美國農業部和西北農林科技大學。西北農林科技大學發文主要以碩博論文為主，中科院及其附屬機構主要以相關的研究論文為主。主要的發文機構集中在農業環境類的高校和研究機構。

2.4 發文期刊

對該領域的發文期刊進行分析，學者可根據期刊的發文量與排名更好地選擇合適的期刊發表自己的研究成果。在CNKI數據庫中，發文量最高的期刊為《生態學報》，發文數量為59篇，其次為《土壤通報》，發文量前五的期刊均被收錄于中國科學引文數據庫。關于土壤碳庫的發文期刊主要集中在環境生態類的相關期刊中。在WOS數據庫中，發文量最高的為期刊Soil Biology Biochemistry，發文量為387篇，遠高于CNKI數據庫中《生態學報》的發文量，該期刊為土壤專業類期刊，在土壤學領域排名靠前，具有很高的權威性。其次為Science of The Total Environment，該期刊為環境類綜合期刊，排名前五的期刊均為中科院分區1區的頂尖期刊。

2.5 文獻引用

文獻的被引頻次能夠反映論文在該研究領域的影響力和重要性，是領域內被大家公認的具有很高學術價值的研究論文［27］。表5為土壤碳庫研究領域近十年被引頻次前十的中文論文，被引頻次最高的論文為《土壤碳庫構成研究進展》，作者為余健等人，2014年發表于《生態學報》，被引頻次為265次，年均被引頻次為24.09次，該論文主要綜述了土壤碳庫的組分和構成，對土壤碳庫的穩定性有機碳庫和不穩定性有機碳庫進行歸類，并評述了各類碳庫的分析測定方法。在WOS數據庫檢索的文獻中，被引頻次最高的為“Total Carbon and Nitrogen in the Soils of the World”，該文章由Batjes等人于2014年發表在期刊European Journal of Soil Science上，被引次數為2480次，年均被引次數為225.45次，這篇論文主要評估了全球土壤中碳和氮的含量和分布，探討了土地利用變化、氣候變化對土壤碳氮循環的影響。

2.6 研究熱點與趨勢分析

2.6.1 關鍵詞聚類 關鍵詞能夠表述論文的中心內容，可以根據關鍵詞來理解研究者的主題和方向，通過關注關鍵詞出現的頻率來追蹤一個研究領域的熱點［12］。聚類分析是一種常見的統計學分析方法，能夠根據關鍵詞的聯系緊密情況將不同關鍵詞聚類成團［28］。根據軟件VOSviewer繪制的關鍵詞聚類可視化圖，可以明確關鍵詞之間的聯系，以此為根據探究土壤碳庫研究的熱點。從CNKI數據庫檢索文獻關鍵詞網絡圖發現（圖4），土壤碳庫方面的研究主要集中在土壤有機碳、碳庫管理指數、土壤碳庫、活性有機碳、有機碳、碳庫等方面。WOS數據庫中出現次數最多的關鍵詞依次是dynamic，carbon，nitrogen，decomposition。

從關鍵詞出現的情況來看，土壤碳庫的研究主要圍繞土壤碳庫管理、碳的分解等方面。圖5為關鍵詞時間分布圖，前期的研究主要集中在碳、氮、土壤有機碳、碳庫管理指數和氣候變化等方面，主要關注土壤碳庫的檢測與評估，以便更準確地估算不同類型土壤中碳的含量。研究集中關注碳庫變化的影響因素、土壤碳庫的管理實踐，以及碳庫與生態系統功能等方面。近期的研究主要在生物炭、土壤團聚體、碳組分、土壤有機碳組分、碳庫穩定性、微生物群落和有機碳等方面開展。近期的研究主要關注全球變化對土壤碳庫的影響，土壤有機碳的來源與去處，土壤碳庫管理實踐的創新以及碳庫與生態系統服務之間的關系等。根據關鍵詞熱點分布圖（圖6），近十年關于土壤碳庫的研究主要圍繞土壤有機碳、碳庫管理指數、有機碳、氮分解等展開。主要集中在評估方法的改進、影響因素研究、管理實踐探索、生態系統功能關系研究以及對土壤碳庫的長期檢測等方面。

關鍵詞聚類可以將土壤碳庫研究更加細致的劃分，由CiteSpace軟件分析可知，聚類后Q值聚類模塊值，一般在區間［0，1］之間，Qgt;3意味著劃分的圖譜結構是顯著的，S值為平均輪廓值，S=0.7時認為圖譜是最理想的，Sgt;0.5時認為聚類是合理的，聚類同質性高［29］。根據CNKI數據庫文獻聚類結果可知，Q=0.4724，S=0.7593；WOS數據庫文獻聚類結果可知，Q=0.3113，S=0.6605，Q值與S值均在合理區間，由此可知，本次聚類分析結果較為可信。根據繪制的文獻關鍵性聚類分析圖可知（圖6），CNKI數據庫論文可分為7個聚類：聚類1標簽為土壤碳庫，主要以碳循環、碳密度、高寒草甸、土壤肥力、全球變化、海拔、模擬增溫等關鍵詞為主，重點研究土壤碳庫密度組成以及影響土壤碳庫的因素如土壤肥力、海拔等；聚類2標簽為碳庫，重點關注土壤呼吸、有機碳庫、無機碳、氮肥、土壤質量、黃土高原和土壤固碳等關鍵詞，研究碳組分、有機碳、無機碳等碳組分和土壤呼吸、質量等因素對于碳庫的影響；聚類3標簽為生物炭，主要關注碳積累、活性炭、碳同位素和凈碳平衡等關鍵詞；聚類4標簽為有機碳，主要關注秸稈還田、穩定性、有機碳、碳匯、森林土壤和全氮等關鍵詞；聚類5標簽為溫室氣體，主要關注二氧化碳、黑土、空間分布、秸稈和農田等關鍵詞；聚類6標簽為影響因素，主要以土壤、碳儲量、氮添加、人為因素等關鍵詞為主；聚類7標簽為互花米草（Spartina alterniflora Loisel.），互花米草原產于北美，是一種生態草，現已成為一種嚴重的入侵植物［30］，互花米草聚類中主要以作物產量，有機肥料，微生物和農田土壤等關鍵詞為主。

WOS數據庫關鍵詞聚類分析中，由圖7可知，將關鍵詞劃分為7類：聚類1的標簽為nitrogen deposition，主要以microbial community等關鍵詞為主；聚類2標簽為carbon management index，主要以agriculture soils 等關鍵詞為主；聚類3標簽為black carbon，以carbon等關鍵詞為主；聚類4標簽為temperature sensitivity，以organic matter decomposition等關鍵詞為主；聚類5標簽為norway spruce，以ecosystem servicer等關鍵詞為主；聚類6標簽為soil organic matter，主要以關鍵詞organic matter為主；聚類7標簽為soli organic carbon，以carbon sequestration等關鍵詞為主。總體來看，CNKI與WOS數據庫關于土壤碳庫的研究熱點多聚焦于土壤碳庫管理，氣候變化和氮沉降等因素對土壤碳庫的影響，土壤碳庫對氣候變化的響應及其反饋作用等研究。

2.6.2 關鍵詞突現 關鍵詞突現性是指在一段時間內關鍵詞的出現頻率快速上升，可以認為是在該段時間內代表該領域的研究前沿與熱點［31］。圖8 為排名前25的關鍵詞突現圖，圖中紅色為該關鍵詞作為研究熱點出現的時段。圖9 為關鍵詞時間線圖，主要表示核心的關鍵詞隨時間變化的趨勢和熱度。根據關鍵詞熱點突現圖和關鍵詞時間線圖，可大致將近10年的土壤碳庫研究分為3個階段：第一階段為2014—2016年，此階段國內的研究主要是對影響土壤碳庫的因素進行探究，國外的研究主要關注碳的分配，氮對土壤碳庫的影響等。主要的關鍵詞為碳儲量、施肥、碳密度、溫室氣體、nitrate 和carbon allocation，glassland soils，United States，表明此階段關于土壤碳庫的研究，美國的相關度較高，研究熱點集中于土壤的碳儲量的大小、土壤有機碳組分的劃分研究、施肥與溫室氣體排放對土壤碳庫的影響。第二研究階段為2017—2020年，此時國內的研究主要關注有機碳，生物炭等具體的碳組分，開始探究農田的耕作措施對土壤碳庫的影響。國外主要關注長期施肥等措施對土壤碳庫的影響。主要的關鍵詞為有機碳、生物炭、耕作方式、稻田、long time fertilization，Tibetan Plateau，此階段的研究主要集中于具體的碳組分（有機碳、無機碳、活性碳等具體組分）的研究。其次為農田中碳的研究，長期施肥對碳庫的影響，耕作方式對碳庫的影響，對土壤的物理性質也進行了一部分研究，主要為土壤團聚體，粒徑等，更進一步對土壤固碳潛力進行了分析研究。第三階段為2021—2023年，此時國內的研究主要集中于全球變化對土壤碳庫及生態系統的影響。國外的研究開始關注氮沉降等因素與土壤碳庫的關系，土壤質地對土壤碳庫的影響。主要的關鍵詞為土壤碳庫、全球變化、種植模式、活性碳庫、模擬增溫、nitrogen deposition，soil texture，此階段的研究，主要從大尺度上通過量化全球變化，模擬增溫的方法來研究氣候變化對土壤碳庫的影響，探究全球的氮沉降對土壤碳庫的影響。此外還有對農田生態系統中的土壤進行研究，通過改變作物的種植模式來觀察土壤碳庫的變化，從而找到減少碳排放的綠色種植模式。

3 結論與展望

本文利用文獻計量可視化軟件，對近十年關于土壤碳庫的研究文獻進行分析，得出以下結論：

（1）發文趨勢：英文文獻在近十年呈現上升趨勢，中文文獻在近十年來無較大變化。中文發文最多的作者為潘根興，英文發文最多的作者為Kuzyakov·Yakov。我國是相關發文量最大的國家，中文發文最多的機構為西北農林科技大學，英文發文最多的機構為中國科學院及其附屬機構。

（2）研究主題：土壤碳庫研究可分為三個階段。第一階段為土壤碳的初步研究，包括碳儲量、碳分配和碳密度等。第二階段主要為具體的碳組分及其功能研究，包括有機碳、無機碳和活性碳等，以及相關措施對土壤碳庫的影響，如長期施肥。第三階段主要為大尺度研究以及氮沉降等外部環境變化對土壤碳庫的影響，氣候變化對土壤碳庫的具體調控機制等研究。

（3）研究熱點：當前的研究熱點集中于氮沉降對土壤碳庫的影響，土壤碳庫在全球碳循環中的作用等方面，通過這些研究來共同探究土壤碳庫穩定性與氣候變化以及生態系統健康的關系。

土壤碳庫研究對全球碳循環、氣候調節和生態系統健康至關重要，更深入地研究有助于了解碳儲存、釋放的影響因素，能夠為應對氣候變化、維護生態平衡提供科學依據。

綜合2014—2023年的文獻來看，土壤碳庫未來的研究趨勢和熱點主要有以下三個方面：

第一，氣候變化是當前全球面臨的重大挑戰之一［32］，土壤碳庫對氣候的影響已經成為研究的熱點與趨勢，未來的研究將重點關注土壤碳庫的管理與調控，探索有效的土壤碳儲存手段和碳減排途徑［33］。通過土壤改良技術、農田管理措施和生態系統恢復等方面的研究來達到減排減碳［34］。探索可持續發展的土地管理策略下的碳庫管理，在提高土壤質量和生產力的同時還能促進土壤碳儲存，減少溫室氣體排放，從而實現人類社會和生態系統的可持續發展［35］。通過對碳循環機制的深入解析，可以更好地理解土壤碳庫的形成、演化和穩定性，為有效管理和保護土壤碳庫提供科學依據［36-37］。

第二，氮沉降對土壤碳庫的影響以及相互作用機制是未來研究的熱點之一。隨著全球氣候變化的不斷加劇，氮沉降水平的增加已成為全球性的環境問題［38］，氮沉降對土壤生態系統的影響日益顯著［39］。目前對于氮沉降如何在不同生態系統中產生差異性效應的認識仍然有限［40］。未來的研究應深入探討氮沉降對土壤碳庫的影響機制以及氮沉降與土壤碳庫之間的復雜關系，著重考察其在不同生態系統和氣候條件下的差異性。此外，結合模擬試驗，有助于揭示不同生態系統中特定的響應模式和機制［41］。

第三，微生物在土壤碳循環過程中扮演重要的角色［36］，微生物是土壤有機碳的關鍵分解者和轉化者［42-43］。研究應重點關注微生物對土壤碳庫穩定化過程的調控機制，以及微生物土壤有機碳之間的相互作用方式。未來隨著其他學科的發展，結合微生物學、地質學、氣象學等相關學科，借助其先進的方法技術，更精確地了解土壤微生物與碳循環的關系，從而制定針對性的土壤碳庫管理策略。

未來的土壤碳庫研究將面臨更多的挑戰與機遇，需要跨學科合作和創新方法的應用。采用新手段、新技術，可以增進我們對土壤碳庫在全球碳循環中作用的理解，從而為應對氣候變化和促進可持續發展提供科學支持。

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（責任編輯 "閔芝智）