秸稈還田影響農(nóng)田土壤有機碳組分的研究態(tài)勢分析

陳建詩

（甘肅省張掖市民樂縣洪水河管理處，甘肅 張掖 734500）

0 引言

秸稈還田影響著評價土壤質(zhì)量的核心指標(biāo)——土壤有機碳（SOC），同時也影響土壤肥力及作物產(chǎn)出[1]。長期的過量化肥使用及不合理耕作制度，使農(nóng)田土壤板結(jié)、土壤生態(tài)環(huán)境破壞等一系列問題愈發(fā)嚴重，農(nóng)田土壤還是全球較大的有機碳庫，保持土壤碳庫穩(wěn)定對全球碳平衡意義重大。我國農(nóng)作物的秸稈資源豐富，僅三大主糧的秸稈生產(chǎn)量超過6.5億t[2-3]，但在生態(tài)環(huán)境治理大背景下，農(nóng)村秸稈禁燒讓秸稈“出路”成為現(xiàn)階段下農(nóng)村生產(chǎn)后期亟須解決的一大問題，然而相關(guān)研究顯示秸稈還田不僅可以增加土壤碳的固存量，同時也可以調(diào)節(jié)局部氣候，這將在一定程度上緩解秸稈廢物利用問題[4]。

為探究秸稈還田對土壤有機碳組分的影響研究現(xiàn)狀和進程，本研究以“秸稈還田”和“有機碳”為核心主題詞，基于CNKI 收錄的相關(guān)核心學(xué)術(shù)文章，采用文獻計量學(xué)的分析方法，將年發(fā)文量變化趨勢、主要貢獻作者及合作關(guān)系、主要研究機構(gòu)及合作關(guān)系、主要發(fā)文期刊及關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進行可視化分析，以期為相關(guān)農(nóng)田土壤質(zhì)量提高的研究，以及農(nóng)田生態(tài)平衡的保持和促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究提供理論參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

采用CNKI 數(shù)據(jù)庫收錄的已被發(fā)表的學(xué)術(shù)論文為數(shù)據(jù)源，主要包括中國期刊全文數(shù)據(jù)庫（中文），采用高級檢索的方式，對“秸稈還田”和“有機碳”兩大“主題”進行精確檢索，檢索時間范圍自有關(guān)該領(lǐng)域文獻發(fā)表開始至2023 年9月，文獻類型為中文學(xué)術(shù)期刊，為使研究更加嚴謹，本研究檢索的文獻來源類別包括“EI”“北大核心”“CSSCI”和“CSCD”4 類，之后再手動剔除綜述類、meta分析類和述評類文獻，最終獲得1994—2023 年共788 篇該領(lǐng)域相關(guān)的有效文獻。

1.2 研究方法

本研究將獲得的數(shù)據(jù)采用文獻計量學(xué)分析方法（CiteSpace 5.6.R3）進行主要貢獻作者與合作網(wǎng)絡(luò)圖譜分析、主要貢獻機構(gòu)、主要刊文期刊和關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜分析，同時采用發(fā)文邏輯增長曲線分析各年度該領(lǐng)域發(fā)文量變化情況，最后利用Origin 2021 和Excel 2016 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和可視化制圖?；贘ava 語言編譯的CiteSpace.5.6.R3 軟件可將該研究領(lǐng)域的數(shù)據(jù)進行作者、機構(gòu)、關(guān)鍵詞等方面的聯(lián)系和聚類分析，同時形成可視化圖譜[5-6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 年發(fā)文量邏輯增長分析

發(fā)文量的年際變化反映了該研究領(lǐng)域研究成果隨時間變化之間的關(guān)系，在一定程度上能夠反映該領(lǐng)域的研究發(fā)展速度、現(xiàn)狀，預(yù)測未來的發(fā)展趨勢[7]。本研究將1994—2023 年CNKI 檢索的788 篇論文進行年發(fā)文量變化及邏輯增長曲線分析，結(jié)果如圖1。由圖1（a）可以看出，秸稈還田對農(nóng)田土壤有機碳組分影響的研究呈逐年增加的趨勢，且文章產(chǎn)出分為3個階段，緩慢起步階段（1994—2005年）、穩(wěn)步增長階段（2006—2010年）和快速發(fā)展階段（2011—2023 年）。緩慢起步階段年發(fā)文量較少，均在4篇及以下，此階段研究人員以初步探索為主要目的，并初步獲得秸稈還田可以增加土壤有機碳含量的結(jié)論，這將為后期秸稈還田對土壤有機碳組分影響研究奠定基礎(chǔ)[8]。穩(wěn)步增長階段年發(fā)文量開始增加，總體保持在8～34篇，此階段在前一時期的研究基礎(chǔ)上，進一步對秸稈還田可以增加土壤有機碳含量進行論證，主要涉及耕作措施和長期施肥兩種田間管理的不同模式下，土壤有機碳組分變化情況[9]。快速發(fā)展階段處于“S”型曲線的快速增長部分，發(fā)文量呈對數(shù)函數(shù)型增長，且年總發(fā)文量ln指數(shù)的線性擬合程度（R2=0.990 4）較高，如圖1（b）所示，此階段研究內(nèi)容相較之前更加深入，涉及土壤分類研究、土壤碳庫管理研究、土壤理化性質(zhì)研究及模型調(diào)試與應(yīng)用等方面的研究[10]。

圖1 年發(fā)文量分布及邏輯增長曲線

2.2 主要貢獻作者及合作分析

從發(fā)文作者在文獻族群中出現(xiàn)的頻次和合作關(guān)系，可以幫助讀者從整體上掌握分析該領(lǐng)域主要研究群體和貢獻力量，主要貢獻作者聯(lián)系圖譜如圖2。圖中節(jié)點表示一個作者，節(jié)點越大，表示貢獻越大，節(jié)點之間的連線越多或越粗表明作者之間的合作聯(lián)系越緊密。由圖2 可知，對該領(lǐng)域貢獻較大的作者分別為竇森、王鴻斌、關(guān)松等，中心度較高的作者分別為竇森、關(guān)松等，竇森發(fā)文量（168 篇）最多，其次是王鴻斌（96篇）和關(guān)松（66篇）等作者。同時，竇森與李雙翼、侯淑艷等作者合作關(guān)系較為緊密，王鴻斌與隋標(biāo)、王麗群等作者合作關(guān)系較為緊密，關(guān)松與劉思佳、任軍、張晉京等作者合作關(guān)系較為緊密。上述作者是秸稈還田對土壤有機碳組分影響研究的核心力量群，其余作者發(fā)文量較小或以相對較小的規(guī)模在研究該領(lǐng)域。

圖2 主要貢獻作者及合作網(wǎng)絡(luò)圖譜

2.3 主要貢獻機構(gòu)分析

從發(fā)文作者所屬機構(gòu)在文獻族群中出現(xiàn)的頻次及其合作關(guān)系，有助于從整體上掌握分析該領(lǐng)域主要研究機構(gòu)[11]。數(shù)據(jù)收集過程中，手動修改已經(jīng)更名的機構(gòu)和單位，788 篇有效文獻中，共出現(xiàn)297 個單位和機構(gòu)。吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)、吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、西北農(nóng)林科技大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所和中國科學(xué)院大學(xué)合計發(fā)文量占總發(fā)文量的30%左右，是該領(lǐng)域核心貢獻機構(gòu)，見表1。

表1 貢獻機構(gòu)前10名

2.4 主要發(fā)文期刊分析

從發(fā)文期刊出現(xiàn)的頻次及發(fā)文量總占比分析，有助于從整體上掌握分析該領(lǐng)域主要發(fā)文期刊和文獻來源。秸稈還田對土壤有機碳組分影響的研究主要刊登在96種核心學(xué)術(shù)期刊上，主要發(fā)文期刊見表2?？傮w來看，發(fā)文量前10 的期刊占總發(fā)文量的50.13%，《植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報》《中國農(nóng)業(yè)科學(xué)》《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報》《土壤學(xué)報》和《環(huán)境科學(xué)》等“卓越”期刊是主要發(fā)文期刊，對國內(nèi)秸稈還田對土壤有機碳組分影響研究成果的刊載做出了重要貢獻。

表2 發(fā)文期刊前10名

2.5 研究熱點分析

文章中的關(guān)鍵詞不僅是對本研究的研究重點做出的高度凝練，同時也是對該研究方向的學(xué)術(shù)思想表達[12]。分析該研究領(lǐng)域發(fā)表文獻中的關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻率及聯(lián)系脈絡(luò)，有助于發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域的研究熱點和重點方向。本研究基于文獻計量學(xué)（CiteSpace.5.6.R3）軟件將檢索到的相關(guān)文章進行關(guān)鍵詞知識圖譜分析（Count≥20），結(jié)果如圖3。

圖3 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜（Count≥20）

圖3 中，每一個節(jié)點代表一個關(guān)鍵詞，節(jié)點越大，表明關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率越高。高頻關(guān)鍵詞可分為2類：（1）與影響田間土壤碳組分變化相關(guān)的田間管理措施。“秸稈還田”“秸稈”“免耕”“耕作方式”“碳庫管理指數(shù)”等高頻關(guān)鍵詞的出現(xiàn)表明影響田間土壤碳組分變化相關(guān)的田間管理措施具有多樣性，且具有改變土壤有機碳庫循環(huán)過程的能力。葉子壯等[13]經(jīng)過5 a大田定點實驗研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田會增加土壤（0～20 cm）有機碳含量28.3%，同時提高旱地土壤質(zhì)量。（2）秸稈還田措施下農(nóng)田土壤環(huán)境（有機碳、微生物和團聚體等指標(biāo)）的變化。“土壤有機碳”“有機碳”“土壤團聚體”“土壤酶活性”“土壤養(yǎng)分”等高頻關(guān)鍵詞的出現(xiàn)表明通過秸稈還田，包括土壤養(yǎng)分、土壤結(jié)構(gòu)、土壤微生物多樣性等指標(biāo)在內(nèi)的土壤生態(tài)系統(tǒng)將會發(fā)生改變。馬子鈺和馬文林[14]通過meta 分析法對秸稈還田影響中國農(nóng)田土壤有機碳含量的因素及影響程度進行分析，結(jié)果表明，秸稈還田年限越長，土壤固碳速率越小，且隨著土層深度增加，土壤有機碳含量也會減少，以0～20 cm土層土壤有機碳固碳效果最佳，其余深度土層的固碳效果表現(xiàn)不顯著。除此之外，模型調(diào)試與應(yīng)用也是研究秸稈還田對土壤有機碳組分變化的影響熱點之一[15]。

3 結(jié)論

秸稈還田對土壤碳庫循環(huán)、改善土壤微生態(tài)等方面具有重要意義。本研究基于文獻計量分析方法對CNKI 收錄的核心學(xué)術(shù)文獻進行可視化分析，秸稈還田與土壤有機碳兩大主題是土壤碳庫循環(huán)管理的兩大熱點，發(fā)文量正處于快速上升階段，主要研究力量以竇森、王鴻斌等作者及吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國科學(xué)院大學(xué)等機構(gòu)單位為代表，“卓越”期刊是前十名發(fā)文期刊的主力軍，關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析凸顯出一定范圍內(nèi)秸稈還田與土壤有機碳之間的協(xié)同效果。隨著精密儀器和數(shù)據(jù)計算方法的迭代，大的研究主題開始細分并深化，長期定點實驗條件下模型調(diào)試與應(yīng)用、土壤生態(tài)可持續(xù)全方位評價等內(nèi)容將可能成為未來一段時間內(nèi)的研究熱點。