基于CiteSpace的有机肥研究进展
作者: 杨鑫
[摘 要] 检索2012年1月1日至2021年12月31日SCI数据库,运用CiteSpace软件对检索到的7 303篇文献进行研究,从发文量、高频被引论文、国家(地区)、期刊、关键词共现等进行可视化分析,梳理有机肥领域知识脉络以探究热点主题。结果表明,近10 a有机肥相关文献发文量波动后逐年稳步提高;高频被引论文排名前3位的作者分别是SU Jianqiang、CHEN Ming和GUO Ruiying;发文量排名前3位的期刊是Bioresource Technology、Waste Management和Science of the Total Environment;有机肥领域研究的热点词汇有soil、organic fertilizer、nitrogen和management等;我国目前在有机肥研究领域处于领先地位。
[关键词] 有机肥;SCI;CiteSpace;可视化分析
[中图分类号] G353.1;S141 [文献标志码] A [文章编号] 1674-7909(2022)11--5
0 引言
有机肥是一种主要来源于动物和植物残体,经无害化处理施于土壤以提高土壤养分的含碳物质。有机肥富含多种养分,能给作物提供全面营养且作用周期长,因此,越来越受到人们的关注。目前,我国农业种植以施用复合化肥为主,兼施一定比例的有机、无机混合肥。大量学者正在不断研究探索有机肥料的科学施用方法。王艺乔等[1]认为施用有机肥能降低土壤盐分含量,减缓对土壤的侵蚀作用;于菲等[2]研究发现长期施用有机肥可以提高土壤有机质含量,并通过调节土壤含水量和土壤pH值增加作物产量。有机肥与其他肥料配施也是科研工作者关注的热点。陈德秀等[3]认为有机肥和生物碳混合配施可以提高作物品质和产量;谢蜀豫等[4]认为有机肥与化肥配施不仅可以改善葡萄果实的香气,而且能够明显提高其产量与品质。大量数据表明,有机肥较于传统的无机化肥能持续提高土壤养分库容量[5],提高土壤酶活性,显著提高作物产量[6]。我国在2021年6月1日已开始实施新的标准《有机肥料》(NY/T 525—2021)。因此,在宏观政策的指引下,梳理有机肥领域的研究知识脉络,把握其新兴热点和研究进展,可更好地为有机肥领域服务。
知识可视化图谱是科学计量学从数学表达转向图形表达的产物[7]。陈悦等[8]基于Java程序语言开发了知识图谱可视化软件CiteSpace。CiteSpace是根据共引分析理论和寻径网络算法等对特定领域文献进行计量和分析,通过绘制可视化图谱展现该领域科学发展的演化趋势和新兴前沿。笔者利用可视化软件CiteSpace,结合传统文献统计方法,以可视化的方式显示有机肥研究领域的知识结构层次和新兴热点趋势,以期为推进我国有机肥的研究与应用提供一定的理论依据。
1 研究策略与数据采集
1.1 研究策略
搜索下载2012年1月1日至2021年12月31日Web of Science核心合集(SCI)数据库收录的有机肥文献,利用CiteSpace软件和Excel软件研究分析该领域的知识结构等分布情况,以追踪该领域的发展变化和前沿趋势。
1.2 数据采集
选择Web of Science数据库“Web of Science核心合集”,引文索引为“SCI-EXPANDED”。设定以下检索式:“标题=compost”OR“标题=organic fertilizer”AND“语种=English”AND“文献类型=Article”,增加“出版日期=2012-01-01至2021-12-31”,共获得有机肥研究相关文献7 303篇,将其导出为纯文本格式文件,导入软件CiteSpace 6.1.R1(64-bit)进行可视化分析并绘制知识图谱。分析检索结果和引文报告导出为Excel格式文件,用于分析年发文量、高频被引频次、国家(地区)发文量、期刊发文量等信息。
2 文献统计分析
2.1 年发文量和高频被引论文统计
图1展示了2012—2021年每年有机肥研究领域发表的文献数量。有机肥研究论文数量在2017年以前有些波动,自此之后呈现稳定上升趋势;其中2012年发文量为523篇,2021年达1 188篇,增长率超过100%。笔者对被引量前10位的文章及其作者进行了统计(见表1)。统计结果显示,单篇被引量最高为481次,被引量在300次以上的论文有4篇,10篇论文的被引量均在200次以上。整体来看,这些高影响力论文的研究主要集中在堆肥、微生物、生物降解等方面。其中,SU Jianqiang、CHEN Ming和GUO Ruiying等作者论文被引频次处在前列,在有机肥与微生物的研究领域中具有重要影响力。
2.2 国家地区和期刊发文量分布
笔者对2012—2021年有机肥研究领域发文量排前10名的国家(地区)进行了统计(见图2)。统计结果显示,中国、美国和西班牙发文量排列前3名,分别为2 120、863、534篇,共占文献量总数的48.2%,其中中国的发文量占文献总量的29.0%。2012—2021年有机肥研究领域发文量排列前10名的期刊见表2。其中,发文量排列前3名的期刊分别是Bioresource Technology、Waste Management、Science of the Total Environment,分别为554、318、228篇;排名前10的期刊累计载文达到2 191篇,占有机肥研究文献总量的30.0%。
3 知识脉络和新兴热点分析
3.1 关键词共现分析
文献关键词是表达文章主题的词汇,在一定程度上能够表明研究关注的焦点和热点问题[9]。在CiteSpace软件分析中,关键词之间的关系通常由关键词共现来表示。由两个及以上数量的关键词出现在同一篇文献中,即为关键词共现关系[10]。共现图谱中连线次数反映其关键词热度,节点圆圈反映该关键词出现频次及中心度,频次越高关键词越大,中心度越大其影响力越强。中介中心性分析指标可反映中心度,表示该节点关键词在共现网络中所处的地位。中介中心性指标越高,说明该关键词在网络图谱中传播的媒介作用更显著[11]。笔者将下载的7 303篇文献导入CiteSpace软件,除重,时间切片(Time Slicing)选择2012年1月至2021年12月,切片平均年数(Years Per Slice)设置1 a,即以1 a为分割点,选择关键词(Keyword),阈值设置Top N=50,获得有机肥研究领域关键词共现图谱(见图3)。最终生成的关键词共现图谱节点数量326个,连接线1 151条;出现频次较多的关键词有soil、organic fertilizer、nitrogen、management、manure、growth、yield、matter、carbon及compost等。其中,关键词的中介中心性较高的有manure(0.18)、organic fertilizer(0.14)、compost(0.13)、nitrogen(0.10)等(见表3),说明这些词汇在知识网络结构中起到了关键的桥梁作用。
3.2 关键词时区图谱分析
CiteSpace软件可以基于关键词首次出现的时间绘制时间线视图或时间区域视图,根据文献的发表时间和关键词出现时间,绘制样本文献关键词随时间变化的时区图谱(Timezone View)[12]。结合时区图谱(见图4)可以探究关键词热度的演替过程。频率较高的关键词soil、nitrogen、organic fertilizer等,均首次出现在2012年。因检索日期设置在2012年,以上词汇首次出现时间可能提前。在近10 a,土壤、氮、有机肥料等一直是有机肥领域的研究主题。近2 a首次出现的较高频率的词汇food waste、decomposition、pig slurry等,这类词同样值得关注。
3.3 关键词突现分析
突现分析提供了特定关键词出现频率激增相关联的证据,表明在特定时期内一个潜在的话题已经或正在引起高度的关注[13]。因此,突现分析被认为是高度活跃研究领域的指向标,可以在一定程度上探索研究领域的新兴趋势。笔者对2012—2021年样本文献的关键词进行突现检测,提取所有年份结果(见图5)。
近10 a来有机肥相关文献关键词突现强度显示:关键词突现的强度差别不大,其中productivity关键词强度最强,为3.87;acid关键词突现从2012年开始到2016结束,持续时间为5 a,在所有突现词中持续时间最长;productivity、animal manure、biochar、bacterial community和mineralization关键词为2019年以来有机肥领域热点,其强度均大于2.00,持续时间也均超过3 a。由于该研究样本文献检索的截取时间点为2021年12月31日,受到文献检索日期的影响,它们的突现时间可能还需更长时间序列的检验。
3.4 关键词聚类分析
CiteSpace软件将关系紧密的关键词进行聚类,对每个关键词进行赋值,同一聚类中值最大的即为该类别的代表性关键词。该过程即为文献关键词聚类分析[14]。在有机肥文献关键词共现的聚类结果中,聚类模块值(Q值)为0.496 6>0.3,聚类平均轮廓值(S值)为0.728 8>0.7,表明聚类结构显著,且聚类结果可信度较高。文献涉及16个聚类,前10个聚类分别为nitrous oxide(#聚类0)、dynamics(#聚类1)、dairy manure(#聚类2)、organic fertilizer(#聚类3)、mineral fertilizer(#聚类4)、bio-organic fertilizer(#聚类5)、risk assessment(#聚类6)、nutrient concentration(#聚类7)、p(#聚类8)、soil organic carbon(#聚类9)等10个研究领域,可概括为有机肥料、物质元素、相关因子3个层次(见表4)。
有机肥料包括生物有机肥、有机肥、矿物肥料和牛粪等。物质元素中氧化亚氮(N2O)是造成大气温室效应的气体之一。石玉龙[15]研究发现,对华北地区农田盐碱地施加有机肥能促进N2O的排放。一些研究也发现[16-17],将有机、无机肥配施能减少N2O的排放,利于作物栽培的可持续发展。因此,随着国家大力倡导施用有机肥,如何减少N2O的排放是一个必须研究的问题。此外,与有机肥相关的动力学参数、农作物风险评估等主题也出现在文献报道中。
4 研究总结
基于CiteSpace可视化工具,对Web of Science核心合集SCI数据库近10 a有机肥文献结构脉络进行梳理分析,总结如下。
第一,在发文量方面,10 a间有机肥论文为7 303篇,年发文量呈现波动到稳定上升趋势,2021年发文量达1 188篇。发文量排名前3的国家(地区)是中国、美国和西班牙,其中中国发文量达2 120篇,占文献总量的29.0%,中国在有机肥研究方面处在世界前列。Bioresource Technology、Waste Management和Science of the Total Environment是有机肥研究领域发文量最多的期刊。
第二,在知识基础研究方面,SU Jianqiang在2015年发表于Environmental Science & Technology的《关于污泥堆肥过程中抗生素抗性及其与细菌群落的关系》和CHEN Ming于2015年发表于Biotechnology Advances的《关于堆肥对多环芳烃、石油、农药、氯酚和重金属污染土壤的生物修复等问题》被多次引用,对有机肥的研究和发展产生重要推动作用。
第三,在关键词计量分析方面,有机肥研究领域的热点词汇有soil、organic fertilizer、nitrogen、management、manure、growth、yield、matter、carbon和compost等。近2 a较活跃的关键词有productivity、animal manure等。2021年首次出现的较高频次关键词有food waste、decomposition、pig slurry。有机肥领域研究内容大致包含有机肥料、物质元素、相关因子3个方面。有机肥的积极效应日益凸显,但是也有许多不利面,如施用过多有机肥会导致温室气体排放量增加;徐令旗等[18]研究发现长期施用有机肥能提高直播稻米的营养品质,但会减少直链淀粉含量而不利于蒸煮。因此,有机肥领域还需要大量科研工作者不断地发掘和探索。
参考文献:
[1]王艺乔,郑春莲,李科江,等.施用有机肥对咸水灌溉农田耕层土壤有机质及水稳性团聚体的影响[J].水土保持学报,2022(2):268-274.
[2]于菲,赵硕,赵影,等.长期施用有机肥对松嫩平原西部盐碱土肥力和玉2产量的影响[J].干旱地区农业研究,2022(2):172-180.