陳 雪 袁紫儀 林湘岷 沈宗專* 李 榮
(1.全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心,北京 100125; 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/江蘇省固體有機(jī)廢棄物資源化高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/作物免疫學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心,南京 210095)
水是生命之源,生產(chǎn)之要,生態(tài)之基。我國是世界上水資源最缺乏的國家之一,水資源不足一直是我國可持續(xù)發(fā)展過程中的一個(gè)重要問題。此外,我國氣候復(fù)雜多樣,季風(fēng)氣候顯著,降水主要集中在夏季6~9月,而受季風(fēng)氣候的影響,我國水資源的時(shí)空分布很不均衡。如西北地區(qū)資源性缺水,華北地區(qū)地下水嚴(yán)重超采,東北地區(qū)地表水難以維系,南方地區(qū)雖然總量不缺,但丘陵山地季節(jié)性干旱加重,而且水質(zhì)性缺水日益突出。在進(jìn)入全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國家的新征程后,我國水資源短缺的形勢(shì)更加嚴(yán)峻,統(tǒng)籌發(fā)展和用水安全面臨著重大挑戰(zhàn)。農(nóng)業(yè)用水占全球總用水量的三分之二以上,干旱缺水對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的制約更加突出。因此,發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)相關(guān)技術(shù)成為我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的重大課題。
盡管過去幾十年間我國學(xué)者對(duì)節(jié)水農(nóng)業(yè)的進(jìn)行了大量的研究,但對(duì)于節(jié)水農(nóng)業(yè)的相關(guān)研究仍缺乏全面深入的梳理與總結(jié)。面對(duì)節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)表的海量文獻(xiàn),傳統(tǒng)的閱讀方式較難進(jìn)行歸類與總結(jié)。文獻(xiàn)計(jì)量法是一種基于數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的分析方法,其可借助文獻(xiàn)的各種特征數(shù)量,描述、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)某一研究領(lǐng)域的現(xiàn)狀、研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。雖然,已有學(xué)者利用文獻(xiàn)計(jì)量法對(duì)節(jié)水農(nóng)業(yè)的研究進(jìn)展進(jìn)行了分析,但此前研究存在一定的局限性,如所搜集的文獻(xiàn)僅基于知網(wǎng)核心期刊,缺乏國內(nèi)發(fā)表于國際期刊的最前沿的研究成果支撐;或者所選文獻(xiàn)的發(fā)表年限較早,忽略了節(jié)水農(nóng)業(yè)飛速發(fā)展的現(xiàn)階段研究成果,且關(guān)注的是世界范圍內(nèi)相關(guān)研究進(jìn)展,沒有針對(duì)我國國情進(jìn)行特別研究。因此,本研究以節(jié)水農(nóng)業(yè)為主題,運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量方法,結(jié)合CiteSpace與VOSviewer等可視化分析軟件對(duì)Web of Science檢索的文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行深度解析,擬從年度發(fā)文量的變化、主要學(xué)者及其所屬研究機(jī)構(gòu)、主要學(xué)科和期刊分布等方面分析我國節(jié)水農(nóng)業(yè)研究現(xiàn)狀,并利用關(guān)鍵詞聚類分析及突發(fā)性檢測(cè)探究該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與前沿,全面闡明我國節(jié)水農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)背景、研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì),以期為農(nóng)業(yè)水資源的高效利用提供理論支持。
本文文獻(xiàn)計(jì)量的數(shù)據(jù)來源于Web of Science (WOS)核心合集數(shù)據(jù)庫。檢索時(shí)間設(shè)置為1990—2021年,文章類型設(shè)置為Article或Review,以“節(jié)水農(nóng)業(yè)”為主題,以TS(主題)=("water saving agriculture*" OR "water saving irrigation*" OR "water saving technology*" OR " integration of water and fertilizer*" OR "micro irrigation*" OR "drip irrigation*" OR "sprinkling irrigation*" OR "micro sprinkler irrigation*")為檢索條件進(jìn)行高級(jí)檢索,檢索國家為中國,共獲取文獻(xiàn)3775篇。
采用CiteSpace、VOSviewer及HistCite等軟件工具進(jìn)行文章數(shù)量、學(xué)科分布、主要發(fā)表期刊、研究學(xué)者、研究?jī)?nèi)容與發(fā)展態(tài)勢(shì)的計(jì)量分析?;赩OSviewer軟件對(duì)主要的機(jī)構(gòu)(Organizations)與研究學(xué)者(Authors)之間的合作關(guān)系進(jìn)行共現(xiàn)分析(Co-occurrence),網(wǎng)絡(luò)中圓圈大小代表文章發(fā)表數(shù)量(Documents),線條粗細(xì)代表關(guān)聯(lián)總強(qiáng)度(Total link strength,TLS)。通過VOSviewer軟件對(duì)關(guān)鍵詞(Keywords)進(jìn)行共現(xiàn)分析,閾值設(shè)置為48,得出該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
此外,通過在CiteSpace軟件中選擇學(xué)科類別(Category),分析不同學(xué)科中介中心性;選擇2015年前后的關(guān)鍵詞突現(xiàn)指標(biāo)(Burstness)對(duì)各階段的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。若某個(gè)期刊在Web of Science數(shù)據(jù)庫中屬于多個(gè)學(xué)科門類,則其所在學(xué)科分別計(jì)數(shù)一次。
采用HistCite中本地引用次數(shù)(Total local citation score, TLCS)及總引用次數(shù)(Total global citation score, TGCS)分析節(jié)水農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域的主要發(fā)表期刊。值得注意的是,TLCS計(jì)算的是某一篇文章被導(dǎo)入HistCite進(jìn)行分析的所有文獻(xiàn)所引用的次數(shù)。而TGCS則表示某一篇文章被整個(gè)WOS數(shù)據(jù)庫中的文獻(xiàn)所引用的次數(shù)。由于導(dǎo)入Histcite的文章均是與檢索詞有關(guān)的該領(lǐng)域文章,所以若某一篇文獻(xiàn)的TLCS值越高,可表明該文獻(xiàn)在領(lǐng)域內(nèi)的影響越大。
通過對(duì)文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量年份間的統(tǒng)計(jì),可以在一定程度上了解節(jié)水農(nóng)業(yè)的研究歷程。如圖1所示,發(fā)文量呈逐年增加趨勢(shì),亦即節(jié)水農(nóng)業(yè)越來越受到人們的重視。在1990—2001年期間,每年發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量不超過10篇,發(fā)表的文獻(xiàn)總量為26篇,僅占文獻(xiàn)總數(shù)的0.69%,文獻(xiàn)的年增長量低,增長緩慢,說明這一階段我國對(duì)節(jié)水農(nóng)業(yè)的研究尚處于探索期;隨后在2002—2015年間,發(fā)文量出現(xiàn)較大的增長,年發(fā)文量從13篇穩(wěn)步增加到189篇,說明在這期間我國節(jié)水農(nóng)業(yè)研究成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要一環(huán),越來越受到學(xué)者們的重視。在2015年后,節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)文數(shù)量持續(xù)大幅度增加,2021年年發(fā)文量達(dá)到692篇,可見節(jié)水農(nóng)業(yè)是當(dāng)前農(nóng)業(yè)科學(xué)研究關(guān)注的熱點(diǎn)和前沿。
圖1 我國節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的年度文獻(xiàn)產(chǎn)出量Fig.1 Annual literature output in the field of water-saving agriculture in China
在發(fā)文所屬學(xué)科方面,如圖2所示,節(jié)水農(nóng)業(yè)在水資源學(xué)、農(nóng)藝學(xué)、環(huán)境科學(xué)、能源燃料和工程環(huán)境這5個(gè)學(xué)科中的發(fā)文量較多,占總發(fā)文量的比例分別為28.9%、27.2%、25.8%、8.4%和7.4%。此外,節(jié)水農(nóng)業(yè)的研究領(lǐng)域還涉及綠色可持續(xù)發(fā)展技術(shù)、土壤科學(xué)、工程化學(xué)等諸多學(xué)科,說明節(jié)水農(nóng)業(yè)涉及的學(xué)科眾多,涵蓋的內(nèi)容廣泛。
圖2 1990—2021年我國節(jié)水農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域發(fā)文量排名前10學(xué)科Fig.2 Top 10 subjects of the published papers regarding the field of water-saving agricultural research from 1990 to 2021 in China
學(xué)科的中介中心性能反映該學(xué)科與其他學(xué)科的交叉情況。如表1所示,基于CiteSpace的學(xué)科共現(xiàn)分析對(duì)學(xué)科中介中心性進(jìn)行排序,發(fā)文量前十的學(xué)科中,中介中心性最高的是能源燃料,最低的則是土壤科學(xué)和農(nóng)業(yè)工程,且與其他學(xué)科的交叉幾乎沒有。水資源學(xué)和農(nóng)藝學(xué)雖然在發(fā)文量前十的學(xué)科中位居前列,但其中介中心性較低(僅為0.01),說明水資源學(xué)和農(nóng)藝學(xué)與其它學(xué)科的交叉也較少。水資源學(xué)在節(jié)水農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì),加強(qiáng)水資源學(xué)工作者對(duì)節(jié)水農(nóng)業(yè)的研究,將促進(jìn)節(jié)水農(nóng)業(yè)與水資源學(xué)領(lǐng)域的協(xié)同發(fā)展。
表1 論文發(fā)表數(shù)量與中介中心性排名前十的學(xué)科
Table 1 Top 10 disciplines based on the number of published papers and intermediary centrality
學(xué)科分類Category中介中心性Intermediary centrality水資源學(xué) Water resources0.01農(nóng)藝學(xué) Agronomy0.01環(huán)境科學(xué) Environmental sciences0.10能源燃料 Energy fuels0.12工程環(huán)境 Engineering environment0.02綠色可持續(xù)發(fā)展技術(shù) Green sustainable science technology0.03土壤科學(xué) Soil science0.00工程化學(xué) Engineering chemistry0.02植物科學(xué) Plant sciences0.03農(nóng)業(yè)工程 Agricultural engineering0.00
由HistCite軟件分析結(jié)果可見(表2),發(fā)文數(shù)量排名前3的期刊是Agricultural Water Management(發(fā)文474篇)、Water(發(fā)文156篇)和Journal of Cleaner Production(發(fā)文116篇)。本地引用(TLCS)、總引用(TGCS)次數(shù)較高的期刊有Agricultural Water Management、Field Crops Research等,其中大多數(shù)期刊屬于水資源學(xué)(Water Resources)領(lǐng)域。
表2 1990—2021年節(jié)水農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域發(fā)文量排名前10期刊
Table 2 Top 10 journals of the published papers in the field of water-saving agricultural research from 1990 to 2021
期刊名稱Journal發(fā)文量/篇Number ofpublished papers本地引用Total local citationscore (TLCS)總引用Total global citationscore (TGCS)篇均被引Citation frequencyper paperAgricultural Water Management47435691237226.10Water156467945.09Journal of Cleaner Production11693195016.81Irrigation and Drainage962296176.43Sustainability82113694.50Field Crops Research76912348645.87Irrigation Science74743164522.23Science of the Total Environment71142138719.54Agronomy-Basel4701643.49Plos One4403928.91
由發(fā)文機(jī)構(gòu)合作分析網(wǎng)絡(luò)中可見(圖3),中國科學(xué)院與論文產(chǎn)出各主要機(jī)構(gòu)的合作關(guān)系密切??偮?lián)系強(qiáng)度參數(shù)(TLS)排名前五的機(jī)構(gòu)分別為中國科學(xué)院(TLS值為645)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)(TLS值為382)、中國科學(xué)院大學(xué)(TLS值為266)、西北農(nóng)林科技大學(xué)(TLS值為213)以及中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院(TLS值為154)。發(fā)表文章數(shù)量排名前5的機(jī)構(gòu)是中國科學(xué)院(發(fā)文690篇)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)(發(fā)文477篇)、西北農(nóng)林科技大學(xué)(發(fā)文279篇)、中國科學(xué)院大學(xué)(發(fā)文204篇)以及河海大學(xué)(發(fā)文189篇),其中中國科學(xué)院與中國科學(xué)院大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)、水利部水土保持監(jiān)測(cè)中心等均有較為密切的合作。
圖3 我國節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域主要發(fā)文機(jī)構(gòu)間的合作關(guān)系Fig.3 Cooperation between main contributing institutions of the published papers regarding the field of water-saving agricultural research in China
如圖4所示,圓圈大小表示發(fā)文數(shù)量,圖中僅顯示合作關(guān)系密切的作者之間的聯(lián)系。從發(fā)文數(shù)量上來看,來自中國科學(xué)院大學(xué)的Kang Yaohu(康躍虎,發(fā)文63篇)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的Kang Shaozhong(康紹忠,發(fā)文61篇)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的Li Yunkai(李云開,發(fā)文56篇)等是節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的主要高產(chǎn)研究學(xué)者。根據(jù)VOSviewer的總聯(lián)系強(qiáng)度參數(shù)(TLS)分析表明,Kang Shaozhong(康紹忠,TLS值為135)、Du Taisheng(杜太生,TLS值為111)、Li Yunkai(李云開,TLS值為82)、Kang Yaohu(康躍虎,TLS值為82)、Tong Ling(佟玲,TLS值為80)等與其他作者間合作密切。
圖4 我國節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域主要發(fā)文作者間的合作關(guān)系Fig.4 Cooperation between main contributing authors of the published papers regarding the field of water-saving agricultural research in China
關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次與相關(guān)研究主題的受關(guān)注程度緊密相關(guān)。在本研究中(圖5),產(chǎn)量(Yield)是出現(xiàn)次數(shù)最高的關(guān)鍵詞,出現(xiàn)次數(shù)為678次,表明對(duì)于節(jié)水農(nóng)業(yè)的研究產(chǎn)量是目前的研究熱點(diǎn)。在關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中,與產(chǎn)量關(guān)系密切的有滴灌(Drip irrigation)、蒸散(Evapotranspiration)、質(zhì)量(Quality)等。根據(jù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò),節(jié)水農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域關(guān)鍵詞可劃分為4個(gè)聚類,圖中不同的顏色表示不同的聚類。關(guān)鍵詞聚類1(紅色)主要是水資源管理技術(shù),其中包括的主要關(guān)鍵詞有管理、灌溉、生產(chǎn)率、溫度和氣候變化等。關(guān)鍵詞聚類2(綠色)主要是不同灌溉方式對(duì)作物生長的影響,其中包括的主要關(guān)鍵詞有產(chǎn)量、滴灌、蒸散、玉米和質(zhì)量等。關(guān)鍵詞聚類3(藍(lán)色)主要是干旱地區(qū)水資源的利用,其中包括的主要關(guān)鍵詞有使用效率、水資源利用率、冬小麥、黃土高原和華北平原等。關(guān)鍵詞聚類4(黃色)主要是水肥一體化技術(shù)的影響,其中包括的主要關(guān)鍵詞有土壤、水肥一體化、施肥、氮素利用率和肥料等。
圖5 我國節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)文文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)Fig.5 Co-occurrence network of key words of the published papers regarding the field of water-saving agricultural research in China
通過對(duì)關(guān)鍵詞突發(fā)性的檢測(cè),可以得知特定時(shí)間內(nèi)的研究前沿。基于CiteSpace對(duì)節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域關(guān)鍵詞突現(xiàn)指標(biāo)的分析,將1990—2021年間關(guān)鍵詞突現(xiàn)強(qiáng)度劃分為2個(gè)時(shí)間段:1990—2015年和2016—2021年,來描述節(jié)水農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。如表3所示,1990—2015年突現(xiàn)關(guān)鍵詞主要圍繞水分,其中節(jié)水(Water saving)、壓力(Stress)、蒸發(fā)(Evaporation)的突現(xiàn)強(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng),脫落酸(Phytohormone abscisic acid)、蒸發(fā)(Evaporation)突現(xiàn)時(shí)間相對(duì)較久。
表3 我國節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域2015年前發(fā)文關(guān)鍵詞的突現(xiàn)指標(biāo)
Table 3 Burst detection of key words from the published papers regarding the field of water-saving agricultural research in China before 2015
關(guān)鍵詞Keywords年份Year突現(xiàn)強(qiáng)度Strength起始Beginning結(jié)束Ending突現(xiàn)時(shí)間段Time period氣孔運(yùn)動(dòng)Stomatal behavior19903.9419982002脫落酸Phytohormone abscisic acid19903.5720002008節(jié)水 Water saving19907.0920042007壓力 Stress19904.4420052009旱稻 Aerobic rice19904.0520052010水分利用率Water use efficiency19903.9720052008蒸發(fā) Evaporation19904.1920062012地下水 Groundwater19903.5620082013流動(dòng) Flow19903.8120102013節(jié)水灌溉Water-saving irrigation19903.7320122015
2016—2021年關(guān)于節(jié)水農(nóng)業(yè)的研究有了一些轉(zhuǎn)變(表4),突現(xiàn)關(guān)鍵詞中出現(xiàn)了溝灌(Furrow irrigation)與增氧灌溉(Aerated irrigation),說明該時(shí)間段內(nèi)不同灌溉技術(shù)引入到了該研究領(lǐng)域。開墾(Reclamation)和華北平原(North china plain)的突現(xiàn)強(qiáng)度較高,說明北方地區(qū)對(duì)節(jié)水農(nóng)業(yè)的研究較多,我國節(jié)水農(nóng)業(yè)研究重心仍在我國北方地區(qū)。
表4 我國節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域2015年后發(fā)文關(guān)鍵詞的突現(xiàn)指標(biāo)
Table 4 Burst detection of key words from the published papers regarding the field of water-saving agricultural research in China after 2015
關(guān)鍵詞Keywords年份Year突現(xiàn)強(qiáng)度Strength起始Beginning結(jié)束Ending突現(xiàn)時(shí)間段Time period開墾 Reclamation20163.8020162019華北平原 North china plain20163.4520162018水溶液 Aqueous solution20162.1320162018水分利用率 Water use efficiency20161.9020162018水資源管理 Water management20161.6120162018需求 Demand20163.1720172019頻率 Frequency20162.7520172019溝灌 Furrow irrigation20162.0320182021差異 Diversity20161.7920182021增氧灌溉 Aerated irrigation20161.5520182021
水資源高效利用的核心是農(nóng)業(yè)水資源高效利用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率得到提高,但由于人口數(shù)量眾多,水資源時(shí)空分布不均,我國仍然面臨著嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)水資源匱乏的問題。因此,大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)不僅可以緩解目前我國水資源短缺的現(xiàn)狀、提高水資源的利用效率,而且對(duì)促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展也具有十分重要的意義。
文獻(xiàn)計(jì)量分析的結(jié)果表明,我國節(jié)水農(nóng)業(yè)研究雖然起步較晚,但發(fā)展迅速。自2016年以來年發(fā)文量持續(xù)快速增長,年度文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量整體呈上升趨勢(shì)??弟S虎、康紹忠和李云開等學(xué)者是我國節(jié)水領(lǐng)域內(nèi)科學(xué)研究的高產(chǎn)學(xué)者。該領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)主要有中國科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)、河海大學(xué)及中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院等,其中主要的研究機(jī)構(gòu)大部分分布在我國北方地區(qū),說明北方的研究機(jī)構(gòu)切實(shí)承擔(dān)起了攻關(guān)節(jié)水增效、節(jié)水增糧等重大科研任務(wù)。
關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析和突發(fā)性檢測(cè)結(jié)果分析表明,不同的灌溉方式是近些年的研究熱點(diǎn),對(duì)于農(nóng)業(yè)發(fā)展來說,灌溉是農(nóng)業(yè)用水的重要組成要素之一,實(shí)施合理有效地灌溉技術(shù),實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水的重要目標(biāo),有利于促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展。為提高灌溉效益,我國大力推行水肥一體化技術(shù),并且已經(jīng)成為我國農(nóng)作物高產(chǎn)栽培應(yīng)用的主要栽培管理技術(shù)。發(fā)展和應(yīng)用水肥一體化技術(shù)不僅可以達(dá)到節(jié)水省肥的目的,還是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)精確定量、智慧管理的重要途徑。
節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域過去的相關(guān)研究主要集中于作物高效用水機(jī)理、作物耗水對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)、農(nóng)業(yè)用水精量調(diào)配與控制、灌溉設(shè)備與技術(shù)開發(fā)等方面。然而,對(duì)節(jié)水農(nóng)業(yè)下作物用水與產(chǎn)量、品質(zhì)的相互作用關(guān)系,以及對(duì)土壤健康、環(huán)境保護(hù)的系統(tǒng)評(píng)價(jià)等缺乏深入的研究。此外,智能水肥一體化技術(shù)及智能水肥一體化管控設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)節(jié)水農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要途徑,也是未來的一個(gè)研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。總而言之,我國節(jié)水農(nóng)業(yè)的研究已有良好和廣泛的研究成果,但節(jié)水農(nóng)業(yè)的實(shí)際推廣與應(yīng)用方面還面臨一些智能化、精準(zhǔn)化的問題,仍需廣大科研工作者持續(xù)努力研究與攻關(guān)。
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2022年8期