基于CiteSpace的氮循環(huán)研究熱點(diǎn)和進(jìn)展分析

朱汪悅，王延華,2,3①，趙子涵

(1.南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210023；2.江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023；3.南京師范大學(xué)虛擬地理環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210023)

氮流即氮素流動(dòng)，指活性氮從生成到還原為惰性氮?dú)鈪⑴c化肥生產(chǎn)→土壤→作物→畜禽→食物過程、土壤→河流→海洋過程、陸地→大氣→陸地過程等一系列生物地球化學(xué)循環(huán)過程，是多層次的梯級(jí)式流動(dòng)過程[1]。人口快速增長(zhǎng)增加糧食供給壓力，為提高作物產(chǎn)量，氮肥施用量激增，但氮肥利用率低，大量氮損失進(jìn)入大氣、水體和土壤，造成環(huán)境污染[2]。在這種背景下，活性氮成為科研人員的重要關(guān)注點(diǎn)之一，目前研究涉近100多個(gè)領(lǐng)域，如生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、物理化學(xué)、生物、林業(yè)和畜牧業(yè)等[3]。因此，有必要厘清氮流的研究現(xiàn)狀及知識(shí)框架，以闡明該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和未來的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)是采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)書目、文摘、索引、被引文獻(xiàn)、作者和合作網(wǎng)絡(luò)等單元進(jìn)行定量分析[4]。通過定量分析方法估測(cè)某一學(xué)科或技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展過程及延伸方向以及與其他學(xué)科的關(guān)系，從而確定學(xué)科發(fā)展速度，了解其研究?jī)r(jià)值[5]。近年來文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)逐漸應(yīng)用在生態(tài)、環(huán)境、地理等方面[6-7]。CiteSpace是在文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)、數(shù)據(jù)和信息可視化背景下逐漸發(fā)展起來的一款多元、分時(shí)、動(dòng)態(tài)的引文可視化分析軟件，通過文本數(shù)據(jù)形成的“科學(xué)知識(shí)圖譜”可以展現(xiàn)科學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)、規(guī)律和分布情況，對(duì)某一學(xué)科領(lǐng)域中研究熱點(diǎn)、研究前沿和研究趨勢(shì)進(jìn)行探究[4]。通過關(guān)鍵詞對(duì)文本主題進(jìn)行共詞的挖掘分析，關(guān)鍵詞主要從標(biāo)題、關(guān)鍵詞及摘要中提取。這類分析有助于了解某一研究在科學(xué)領(lǐng)域中的分布情況，并結(jié)合突現(xiàn)詞(top terms)和聚類分析中的成員數(shù)量(size)及同質(zhì)性指標(biāo)(silhouette)進(jìn)行判斷[4]。由此，筆者通過從Web of Science(WoS)核心合集數(shù)據(jù)庫和中國知網(wǎng)(CNKI)在2000年1月到2021年4月發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合CiteSpace，根據(jù)發(fā)文量、研究方向、國家/機(jī)構(gòu)/作者合作網(wǎng)絡(luò)關(guān)系、關(guān)鍵詞共現(xiàn)等角度，分析相關(guān)研究歷史脈絡(luò)、發(fā)展方向、熱點(diǎn)研究及其國家領(lǐng)域?qū)W科貢獻(xiàn)情況，以期為研究工作者或?qū)W習(xí)者掌握該領(lǐng)域的研究歷史和發(fā)展方向提供參考。

1 材料與方法

利用CiteSpace 5.7.R5W和Excel 2016 軟件，分別在WoS和CNKI數(shù)據(jù)庫中采集2000年1月—2021年4月有關(guān)“氮循環(huán)”主題文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。以此為依托，利用WoS自帶的檢索分析和CiteSpace進(jìn)行文獻(xiàn)可視化。國家或地區(qū)合作網(wǎng)絡(luò)分析在宏觀上分析國家或地區(qū)在某一領(lǐng)域的文獻(xiàn)貢獻(xiàn)量與影響力。文獻(xiàn)術(shù)語的共被引分析反映科學(xué)知識(shí)的積累、連續(xù)、繼承，科學(xué)發(fā)展的客觀規(guī)律以及文獻(xiàn)之間的耦合[7]。

1.1 國際文獻(xiàn)獲取及參數(shù)設(shè)置

在WoS核心數(shù)據(jù)庫中，以關(guān)鍵詞“nitrogen balance” or “nitrogen flow” or “nitrogen cascade” or “nitrogen cycle”搜索，為后期分析更為精確，去除Engineering、Medical研究領(lǐng)域(包括Veterinary Science、Biomedicine、Urology Nephrology、Pharmacology Pharmacy、Neurosciences Neurology等)，文獻(xiàn)類別為“Article”，共獲取6 188篇文獻(xiàn)(僅包括發(fā)表的文章)。以“Full Record and Cited References”格式下載，文件命名為“download.-txt”導(dǎo)入CiteSpace 5.7.R5W中，時(shí)間設(shè)定為2000年1月—2021年4月，以2 a為時(shí)間分割成11個(gè)分段。在每個(gè)時(shí)間分段內(nèi)，參數(shù)關(guān)系強(qiáng)度用Cosine算法〔式(1)〕，參數(shù)閥值設(shè)置采用g-index方法〔式(2)〕。文獻(xiàn)數(shù)量多，形成的關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)繁多，為呈現(xiàn)更為清晰的可視化圖譜，采用最小生成樹算法(MST)簡(jiǎn)化復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，突出分析重點(diǎn)，并采用中心度(betweenness centrality)衡量一個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的重要性〔式(3)〕[7]。

(1)

式(1)中，Cij為i和j共現(xiàn)次數(shù)；Si為i出現(xiàn)的頻次；Sj為j出現(xiàn)的頻次。

(2)

式(2)中，g為衡量某位研究者作為一個(gè)獨(dú)立個(gè)體的研究成果影響(包括數(shù)量和質(zhì)量的影響)；Ci為i出現(xiàn)次數(shù)；K為規(guī)模因子，取值25。

(3)

1.2 國內(nèi)文獻(xiàn)獲取及參數(shù)設(shè)置

在CNKI上，以關(guān)鍵詞“氮平衡”或“氮流”或“氮聯(lián)級(jí)”或“氮循環(huán)”搜索，限定時(shí)間范圍為2000年1月—2021年4月，期刊來源：中文社會(huì)科學(xué)(CSSCI)、中國科學(xué)(CSCD)和北大核心，期刊分類去除工程、醫(yī)藥，共獲得810篇文獻(xiàn)(僅包括發(fā)表的文章)。以“Refworks格式”導(dǎo)出，文件命名為“download.-txt”并在CiteSpace中轉(zhuǎn)化為“WoS數(shù)據(jù)格式”進(jìn)行分析。時(shí)間分段、參數(shù)關(guān)系強(qiáng)度及參數(shù)閥值參考1.1節(jié)。

2 結(jié)果與討論

2.1 氮循環(huán)領(lǐng)域發(fā)展特征

2.1.1氮循環(huán)發(fā)文數(shù)量與研究方向

2000年1月—2021年4月，有關(guān)活性氮流動(dòng)相關(guān)研究發(fā)文量共計(jì)6 998篇。其中來自WoS的文獻(xiàn)占88.43%，可以看出研究領(lǐng)域英文文獻(xiàn)貢獻(xiàn)量較高，且保持持續(xù)上升趨勢(shì)(圖1)，說明該領(lǐng)域在進(jìn)入快速發(fā)展階段后一直保持學(xué)科領(lǐng)域的熱度。這與前人對(duì)活性氮的研究結(jié)果[3]相似，1990年活性氮研究萌芽，2000年以后活性氮研究趨于成熟并迅猛增長(zhǎng)。由于1990年以后更容易在線獲取文獻(xiàn)資源，知識(shí)傳遞途徑的增加使得發(fā)文量驟增。

圖1 2000年1月—2021年4月WoS和CNKI氮流發(fā)文量

對(duì)比WoS和CNKI氮流研究(圖2)，可以看出氮循環(huán)研究具有學(xué)科交叉特性。WoS數(shù)據(jù)庫收文顯示對(duì)氮流研究的主要貢獻(xiàn)學(xué)科分別是農(nóng)業(yè)(29.49%)、生態(tài)環(huán)境(21.47%)和材料科學(xué)(10.31%)。CNKI數(shù)據(jù)庫收文聚焦于氮循環(huán)、氮平衡和消化率。

圖2 2000年1月—2021年4月氮流各研究方向發(fā)文量

2.1.2國家合作空間分布特征

合作網(wǎng)絡(luò)分析主要從作者(微觀)、機(jī)構(gòu)(中觀)和國家(宏觀)揭示某一領(lǐng)域研究的重要性和相關(guān)性，以此展示全球網(wǎng)絡(luò)的研究能力分布、不同關(guān)鍵詞和熱點(diǎn)之間的分布和強(qiáng)度[7]。研究結(jié)果表明，2000年1月—2021年4月共112個(gè)國家或地區(qū)425個(gè)機(jī)構(gòu)對(duì)活性氮進(jìn)行研究。美國是發(fā)文量最大的國家〔發(fā)表690篇文獻(xiàn)，中心度(BC)=0.33〕，其次是中國(發(fā)表531篇文獻(xiàn)，BC=0.08)，德國(281篇文獻(xiàn)，BC=0.03)、巴西(發(fā)表181篇文獻(xiàn)，BC=0.02)、日本(發(fā)表180篇文獻(xiàn)，BC=0.10)、法國(發(fā)表177篇文獻(xiàn)，BC=0.21)、加拿大(發(fā)表158篇文獻(xiàn)，BC=0.06)、英國(發(fā)表147篇文獻(xiàn)，BC=0.10)、澳大利亞(發(fā)表128篇文獻(xiàn)，BC=0.05)、西班牙(發(fā)表110篇文獻(xiàn)，BC=0.04)，其余國家發(fā)文量均低于100篇，對(duì)活性氮研究現(xiàn)狀和預(yù)期發(fā)展影響較小(圖3)。有些國家發(fā)文量較大，但在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中影響較小，如中國、德國、巴西；相比之下，法國、英國、荷蘭(發(fā)文量87，BC=0.12)，丹麥(發(fā)文量79，BC=0.10)發(fā)文量一般，但在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中影響力較大。說明國家或地區(qū)發(fā)文量的多少不能決定其在某一研究領(lǐng)域的主導(dǎo)權(quán)，高質(zhì)量的研究才能引領(lǐng)該領(lǐng)域的方向。

圖3 2000年1月—2021年4月對(duì)氮流進(jìn)行研究的國家合作網(wǎng)絡(luò)

2.1.3氮循環(huán)研究熱點(diǎn)隨時(shí)間變化特征

由圖4～5可知，2000年1月—2021年4月國內(nèi)外氮循環(huán)研究主要可分為4個(gè)階段，熱點(diǎn)的變化呈現(xiàn)了從微觀到宏觀,再到宏觀微觀耦合發(fā)展的趨勢(shì)，早期主要集中于典型生態(tài)系統(tǒng),如農(nóng)田、草地、森林、水域的氮轉(zhuǎn)化過程與全球氮沉降，后期則更多關(guān)注氮循環(huán)方法學(xué)以及宏觀微觀整合研究。

(1)2000—2004年：該階段研究重點(diǎn)集中在氮素梯級(jí)流動(dòng)過程中的量化建模、生物固氮、飼料配比對(duì)畜牧業(yè)的生產(chǎn)力、化肥施用對(duì)農(nóng)田生產(chǎn)力的影響、氮轉(zhuǎn)化和氣候變化[8-11]。此外，利用15N追蹤食物鏈中氮流動(dòng)也成為MCCLELLAND、ADAMS和MONTOYA等多位學(xué)者的關(guān)注點(diǎn)[12-14]。農(nóng)田、草地、森林和水域生態(tài)系統(tǒng)的氮轉(zhuǎn)化過程及氮污染狀況研究為熱點(diǎn)。

(2)2005—2009年：繼續(xù)延續(xù)上一階段研究熱點(diǎn)，并在生物地球化學(xué)循環(huán)、生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能等方面開始受到廣泛關(guān)注[15]。在此期間，氮循環(huán)在農(nóng)田的研究力度大于畜牧業(yè)，研究尺度以田塊尺度和全球尺度為主，與大氣氮沉降的關(guān)聯(lián)成為研究熱點(diǎn)[16]。

(3)2010—2014年：學(xué)者聚焦溫室氣體減排溫度影響海洋中的反硝化，以微觀實(shí)驗(yàn)結(jié)合文獻(xiàn)薈萃方法[17-18]展開，說明氮循環(huán)經(jīng)過十多年的快速發(fā)展，已經(jīng)積累了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和模型，體現(xiàn)出數(shù)據(jù)從觀測(cè)、預(yù)測(cè)到整合、繼承的過程[19]。這5 a是氮循環(huán)從快速發(fā)展到成熟階段轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。

(4)2015—2021年：該階段發(fā)展呈現(xiàn)2個(gè)方面特征：一是儀器設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用促進(jìn)了土壤氮微生物群落的研究發(fā)展[20]；二是鄉(xiāng)鎮(zhèn)、流域和全球等不同尺度的氮循環(huán)及生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究不斷更新[21-22]。近年發(fā)展熱點(diǎn)表明,該學(xué)科在前人發(fā)展的基礎(chǔ)上進(jìn)一步夯實(shí)，宏觀與微觀研究齊頭并進(jìn)。

2.2 國際氮流關(guān)鍵詞共現(xiàn)特征與重點(diǎn)研究方向

活性氮關(guān)鍵詞圖譜共有551個(gè)節(jié)點(diǎn)、1 748個(gè)連接(節(jié)點(diǎn)數(shù)指關(guān)鍵詞數(shù)，連接指關(guān)鍵詞之間的連接數(shù))。圖4中，圓圈越大表明關(guān)鍵詞權(quán)重越大，越是氮循環(huán)熱點(diǎn)問題，反之研究較少。圓圈也可以表示該關(guān)鍵詞的研究時(shí)間跨度，圓圈越大，跨度越大。聚類分析大小(size)和同質(zhì)性(sillhouette)強(qiáng)弱能夠回顧研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)內(nèi)容，找到研究領(lǐng)域的高支撐方向[7]。

2.2.1國際該領(lǐng)域聚類分析

結(jié)合時(shí)間可視化(time-line view)展示(圖4、表1)，按照聚類程度分為6類，分別是反硝化(denitrification)、農(nóng)業(yè)(agriculture)、氮循環(huán)(nitrogen cycle)、氮污染(nitrogen pollution)、氮平衡(nitrogen balance)和生態(tài)分析(ecological network analysis)。這6種聚類同質(zhì)性都大于0.70，說明聚類內(nèi)部關(guān)鍵詞的相似性高。在氮循環(huán)發(fā)展領(lǐng)域，族群與族群之間處于一個(gè)并列關(guān)系，同為該領(lǐng)域的發(fā)展方向。對(duì)于每個(gè)族群內(nèi)部關(guān)系，研究結(jié)果如下：

參數(shù)閥值設(shè)置采用g-index方法，規(guī)模因子K=25，集群標(biāo)簽使用關(guān)鍵字。

聚類#1、#3、#5關(guān)鍵詞多有重復(fù)，重點(diǎn)關(guān)注活性氮轉(zhuǎn)化過程。以關(guān)鍵詞“反硝化(denitrification)”為例,共分析了316篇相關(guān)文獻(xiàn)。在反硝化是陸地水體中氮滯留主要貢獻(xiàn)者的觀點(diǎn)下[23]，THORBURN等[24]對(duì)澳大利亞農(nóng)業(yè)區(qū)地下水硝酸鹽進(jìn)行研究，提出改善氮肥管理措施是管理地下水硝酸鹽濃度的關(guān)鍵。相關(guān)學(xué)者也討論了反硝化在氮循環(huán)和氮平衡中的重要影響[25-26]。氮同位素作為示蹤劑的應(yīng)用證明，硝態(tài)氮異化還原為銨態(tài)氮也是氮循環(huán)的重要途徑[27-28]。

聚類#2和#4關(guān)鍵詞因果關(guān)系明顯，研究畜禽和農(nóng)田生產(chǎn)為主的活性氮積累。以該聚類高頻詞“土壤(Soil)”為例，共分析了241篇相關(guān)文獻(xiàn)，主要內(nèi)容包括討論國家和地區(qū)尺度上施氮量對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與氮平衡的影響[29-31]、不同養(yǎng)殖方式對(duì)畜禽養(yǎng)殖系統(tǒng)氮循環(huán)的影響[32]以及建立模型進(jìn)行氮流計(jì)算[33-34]。有學(xué)者建立了不同喂養(yǎng)方式氮排泄量和形態(tài)預(yù)測(cè)模型，提出合理的草料配比可有效降低氮污染[10]。利用Hydrus-1D模型對(duì)太湖流域水稻田進(jìn)行氮遷移轉(zhuǎn)化模擬，可知氨揮發(fā)和反硝化作用是氮損失的主要途徑，且實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)吻合度較高，表明未來可以利用Hydrus-1D模型進(jìn)行最優(yōu)肥料管理[35]。

聚類#6主要圍繞生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型。研究結(jié)果表明，有關(guān)聚類#6的文獻(xiàn)始于2002年，有學(xué)者提出農(nóng)田殘留氮是投入到農(nóng)田中的氮與農(nóng)田輸出氮的差值，所以應(yīng)減少化肥投入、糞尿還田，以降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，減輕人類活動(dòng)對(duì)氮平衡的影響[36-37]。隨后展開對(duì)中國長(zhǎng)江中下游農(nóng)村地區(qū)人類活動(dòng)對(duì)氮流影響的研究[38-39]、黃河流域水網(wǎng)系統(tǒng)的氮平衡研究[40]，再到城市食物系統(tǒng)中的氮管理，如北京市的氮載荷變化[41]。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型也逐漸應(yīng)用在活性氮的量化研究中[33]。

2.2.2國際該領(lǐng)域關(guān)鍵詞與突現(xiàn)詞

對(duì)關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率進(jìn)行分析，以說明特定時(shí)期的研究熱點(diǎn)。權(quán)重較大的熱點(diǎn)有氮循環(huán)(nitrogen cycle,出現(xiàn)頻次560)、氮收支(nitrogen balance,出現(xiàn)頻次591)、氮(nitrogen,出現(xiàn)頻次353)、反硝化(denitrification,出現(xiàn)頻次316)、硝化(nitrification,出現(xiàn)頻次228)、土壤(soil,出現(xiàn)頻次241)、消化(digestibility,出現(xiàn)頻次205)、二氧化碳(出現(xiàn)頻次198)、管理措施(management performance,出現(xiàn)頻次190)、水環(huán)境(water,出現(xiàn)頻次168)、生物多樣性(diversity,出現(xiàn)頻次137)、有機(jī)質(zhì)(organic matter,出現(xiàn)頻次136)、生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem,出現(xiàn)頻次119)、氣候變化(climate change,出現(xiàn)頻次113)、排放(emission,出現(xiàn)頻次110)、模型(model,出現(xiàn)頻次100)。豬牛羊等畜牧業(yè)系統(tǒng)中關(guān)鍵詞pig/cattle/cow/productivity出現(xiàn)頻次為60～100，富營養(yǎng)化(eutrophication)、地下水(groundwater)、沉降(deposition)、土地利用(land use)出現(xiàn)頻次為30～60(表1)。對(duì)于“消化”一詞，其相關(guān)文獻(xiàn)多關(guān)注添加畜禽飼料影響豬牛羊蛋白質(zhì)吸收，從而對(duì)其生產(chǎn)性能和氮平衡產(chǎn)生的影響。如DETMANN等[42]研究了熱帶草原上牛飼養(yǎng)方式的變化對(duì)氮利用的影響評(píng)估；SCHIAVONE等[43]研究板栗提取物對(duì)肉雞消化率、生產(chǎn)性能和氮平衡的影響；OTTO等[44]研究飼料蛋白質(zhì)濃度降低與飼養(yǎng)豬對(duì)氨基酸消化率及氮平衡的影響。這些熱點(diǎn)詞的出現(xiàn)表現(xiàn)出一定的時(shí)間階段性特征。硝化、反硝化、消化等模型出現(xiàn)在2000—2010年，隨后對(duì)豬牛羊、氣候變化(N2O、NOx)及生態(tài)系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)出現(xiàn)在2010—2021年。并且熱點(diǎn)出現(xiàn)頻次與時(shí)間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，越早出現(xiàn)的熱點(diǎn)詞受到越多學(xué)者關(guān)注。這反映學(xué)科研究的延續(xù)性，也突出研究重點(diǎn)從氮的化學(xué)反應(yīng)、模型研究到與人類活動(dòng)相關(guān)的環(huán)境問題上的轉(zhuǎn)變。

表1 關(guān)鍵詞聚類信息表(WoS)

大?。宏P(guān)鍵詞聚類所含關(guān)鍵詞數(shù)量；同質(zhì)性：衡量整個(gè)聚類成員同質(zhì)性的指標(biāo)，數(shù)值越大，聚類成員相似度越高，反之，相似度低，一般>0.50說明聚類合理，>0.70說明聚類令人信服。對(duì)數(shù)似然率：聚類標(biāo)簽詞提取算法之一，越大越具有代表性。

就關(guān)鍵詞分布而言，權(quán)重較大的關(guān)鍵詞大多自2000年以來一直受到國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注研究。但是研究也表明，活性氮研究中“多樣性(diversity)”一詞在2006年出現(xiàn)對(duì)海洋和土壤中氨氧化古菌、細(xì)菌群落的分析[45-46]，隨后DI等[47]指出，在富氮草地中硝化作用是由細(xì)菌而不是古菌解決氮循環(huán)中氨氧化成硝態(tài)氮的驅(qū)動(dòng)因素問題。此外，關(guān)于放牧草地上N2O的排放、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響、中國稻麥輪作土壤中厭氧氨化細(xì)菌豐度以及土壤微生物對(duì)氮循環(huán)的影響等方面的文獻(xiàn)充實(shí)了這一熱點(diǎn)關(guān)鍵詞[48-51]。這些都促進(jìn)了近10 a關(guān)于氮循環(huán)中微生物多樣性的研究。

在表2的突現(xiàn)關(guān)鍵詞中，黑色橫線加粗代表突現(xiàn)詞在該時(shí)段表現(xiàn)最強(qiáng)。屬于#1、#3、#5族類的突現(xiàn)關(guān)鍵詞有反硝化率(denitrification rate)、反硝化(denitrification)和氮穩(wěn)定同位素δ15N等；屬于#2和#4族類的突現(xiàn)關(guān)鍵詞有消化(digestion)、豬(pig)和有機(jī)碳(organic carbon)等；屬于#6族類有生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)和模型(model)等(表2)。這些突現(xiàn)詞的出現(xiàn)表明相應(yīng)年份上的研究使用頻率激增，說明同位素示蹤法特別是δ15N同位素在氮轉(zhuǎn)化研究中起重要作用，畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植及其對(duì)氨排放和霧霾的影響是活性氮的研究重點(diǎn)。從宏觀角度探討氮循環(huán)在生態(tài)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)中的研究，自2008年生態(tài)系統(tǒng)成為突現(xiàn)詞，開始受到學(xué)者們的關(guān)注。

表2 氮流前20個(gè)突現(xiàn)關(guān)鍵詞

2.3 國內(nèi)氮循環(huán)關(guān)鍵詞共現(xiàn)特征與重點(diǎn)研究方向

使用CiteSpace對(duì)CNKI上獲得810篇文獻(xiàn)進(jìn)行分析，活性氮關(guān)鍵詞圖譜共有432個(gè)節(jié)點(diǎn)，468個(gè)連接(圖5)。研究結(jié)果形成12個(gè)族類，分別是#1氮循環(huán)、#2氮平衡、#3生長(zhǎng)性能、#4氮代謝、#5微生物、#6氨氧化古菌、#7產(chǎn)量、#8碳循環(huán)、#9氧同位素、#10銨態(tài)氮、#11分解者、#12氮沉降。中文文獻(xiàn)形成的族類如氮循環(huán)和氮平衡，與英文nitrogen cycle和nitrogen balance重合，可體現(xiàn)國內(nèi)外共同研究熱點(diǎn)。其中反硝化是國際發(fā)文熱點(diǎn)，國內(nèi)對(duì)于反硝化的研究則分布在各個(gè)族群中，這里以關(guān)鍵詞分析展開討論。

參數(shù)閥值設(shè)置采用g-index方法，規(guī)模因子K=25；集群標(biāo)簽使用關(guān)鍵字。

對(duì)于#1氮循環(huán)和#2氮平衡，從玉米、稻麥輪作根部的氮、沉積物中的氮、畜牧業(yè)、植被、微生物等角度研究土壤中的氮[52-57]，利用δ15N等穩(wěn)定同位素分析氮循環(huán)轉(zhuǎn)化狀況[58-59]，從全球尺度的氣候變化到區(qū)域尺度的氮收支，探討氮來源問題[60-61]。氮平衡研究更多關(guān)注牛羊等家禽生產(chǎn)過程中的氮[62-63]、農(nóng)田生產(chǎn)過程氮利用率問題[64]。氮循環(huán)和氮平衡從2000年開始持續(xù)成為研究熱點(diǎn)。

對(duì)于#3畜禽/農(nóng)作物生長(zhǎng)性能、#4氮代謝及#7農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，從最初畜禽產(chǎn)品飼料中添加合適的蛋白質(zhì)以保持最佳的生長(zhǎng)性能和氮代謝[65-66]，到農(nóng)作物秸稈還田、氮肥利用率、氨揮發(fā)及產(chǎn)量研究[67-68]，現(xiàn)在更多關(guān)注不同施肥模式下氮平衡及經(jīng)濟(jì)效益[69-70]，其中也涉及到土壤礦化的研究[71]。

對(duì)于#5微生物、#6氨氧化古菌、#8碳循環(huán)、#10銨態(tài)氮、#11分解者，研究主題從對(duì)氮循環(huán)的淺析發(fā)展到土壤微生物群落中反硝化細(xì)菌及反硝化作用[72-74]，再到探究碳氮分布、土壤碳氮比、碳氮循環(huán)特征、pH值及微生物對(duì)碳氮循環(huán)的影響機(jī)制[75-84]。

對(duì)于#9氧同位素，研究主要關(guān)注運(yùn)用生物地球化學(xué)模型(DNDC)進(jìn)行土壤碳氮模擬實(shí)驗(yàn)[85]，探討秸稈還田對(duì)氮循環(huán)的影響[86-89]。對(duì)于#12氮沉降，其熱點(diǎn)主要體現(xiàn)在土壤酸化、氮沉降和土壤酶活性，討論不合理的農(nóng)業(yè)活動(dòng)導(dǎo)致土壤酸化的機(jī)制和解決方法[90-91]，模擬氮沉降對(duì)森林氮循環(huán)及生態(tài)系統(tǒng)影響[92]，研究不同植物根系、土壤理化性質(zhì)及施肥量對(duì)土壤微生物生物量和酶活性的影響[93-95]。

3 問題與展望

通過對(duì)氮循環(huán)研究的可視化分析獲取了這一研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)和發(fā)展脈絡(luò)。由于數(shù)據(jù)庫各地區(qū)更新時(shí)間及數(shù)據(jù)庫資源年限的差別，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取有些許不同，但是不影響總體熱點(diǎn)和趨勢(shì)分析。

反硝化、氮污染、氮循環(huán)和氮平衡研究從2000年開始一直保持熱點(diǎn)研究態(tài)勢(shì)。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析為近些年新興的熱點(diǎn)方法。近20 a來，人類活動(dòng)的加劇導(dǎo)致其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)和氮平衡的影響日益增強(qiáng)，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注由城市化帶來的人口高度集中的城鎮(zhèn)，并采用多學(xué)科交叉的方式量化氮的輸入和輸出，豐富研究方式。關(guān)鍵詞檢索時(shí)采取不同參數(shù)關(guān)系強(qiáng)度和閾值，會(huì)呈現(xiàn)不同的圖譜特征，在后續(xù)研究中需要通過多組設(shè)置，以減少預(yù)估偏差。根據(jù)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

(1)基于研究特征推斷，國內(nèi)外學(xué)者會(huì)繼續(xù)以往對(duì)畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植導(dǎo)致的大氣、水體和土壤的氮污染研究。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是解決世界人口對(duì)糧食和肉類需求的必然途徑，然而隨著對(duì)農(nóng)產(chǎn)品需求量的加大和需求品質(zhì)的提升，大氣農(nóng)業(yè)氨排放、溫室氣體排放、水體硝酸鹽富集和土壤酸化等環(huán)境問題日益凸顯，這也為未來氮循環(huán)研究提出了更高的要求和期望。

(2)活性氮合作網(wǎng)絡(luò)分析方面，在地區(qū)網(wǎng)絡(luò)圖譜中中國發(fā)文量遙遙領(lǐng)先，但影響力還有待加強(qiáng)。結(jié)合國內(nèi)外20多a活性氮發(fā)展脈絡(luò)，現(xiàn)今氮流學(xué)科發(fā)展已屬于成熟階段，解決現(xiàn)有問題、尋找新突破口是該領(lǐng)域?qū)W者面臨的難題。未來中國學(xué)者對(duì)氮循環(huán)的研究應(yīng)注重合作性和創(chuàng)新性，提高影響力。

(3)通過關(guān)鍵詞和突現(xiàn)詞比較，CH4、N2O、NOx排放與減排是近10 a出現(xiàn)的研究熱點(diǎn)。結(jié)合模型進(jìn)行定量演算，關(guān)注區(qū)域氮沉降，尋求氮平衡以減少氣態(tài)氮排放是可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。這表明隨著人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，在未來減少氮循環(huán)過程中的氮損耗、降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)將是新熱點(diǎn)。