基于CiteSpace的农业微咸水灌溉研究现状

闫思华, 高艳明, 王慧茹, 李建设, 王晓艳

(宁夏大学农学院，750021，银川)

在全球社会市场经济快速发展的情况下，生活用水以及农田用水量等急剧增加，水资源短缺的情况已经引起了世界各国的关注，也是世界各国共同面临的难题[1-2]，它是造成土壤干裂以及生态环境恶化的主要因素之一。多年来为了缓解淡水资源短缺带来的一系列问题，开发使用非常规水，例如雨水、海水，微咸水等成为了重要途径。各类水资源中微咸水分布广、储量大，作为淡水的重要补充和可替代资源，得到了高度的重视，因此，它已成为开发利用的主要水源[3]。

目前关于微咸水灌溉利用，国内外众多学者的研究重心各有不同，但主要集中在微咸水的灌溉模式和微咸水灌溉下土壤水盐运移、水分利用效率以及对作物生长状况的影响[4]。其中，尤以在农业生产上使用最多，微咸水含盐量较高，致使土壤理化性质发生改变，进而影响植株生长发育以及果实品质，表现最为明显的是果实含糖量的显著提高[5-6]。为解决水资源供需矛盾，开发利用微咸水成为一项重要措施。因此，微咸水高效利用的安全技术，对缓解水资源短缺矛盾以及实现农业可持续发展有着重要作用。

近年来，由于不同学科的研究人员针对微咸水灌溉关注的科学问题以及研究侧重点不同，笔者从中国知网(CNKI)和Web of Science数据库提取相关文献，运用文献数据可视化应用软件CiteSpace[7-8]，通过文献计量学和知识图谱对农业微咸水灌溉的研究作者、机构、研究领域及关键词等进行分析，得出当前国际研究的知识结构，以期揭示农业微咸水灌溉的热点问题和未来趋势，为相关科研人员提供理论参考依据。

1 数据与方法

1.1 数据来源

中文文献从中国知网(CNKI)期刊文献数据库中提取，以主题为“农业微咸水灌溉”或“土壤盐分+咸水灌溉+次生盐渍化”或“土壤水盐运移”或“微咸水滴灌”或“微咸水矿化度”或“微咸水开发利用”或“微咸水渗透过程”或“微咸水利用效率”或“水盐分布”或“盐渍土的改良”进行检索，检索时间跨度为1999—2019年，文献类型为“期刊”，共检索文献2 551篇(数据检索时间2020年12月)，通过对检索到文献进行筛选精炼剔除，最终得到涉及农业微咸水灌溉的文献2 550篇。外文文献从Web of ScienceTM核心数据库的自然科学引文检索(Science Citation Index Expanded, SCI-E)中提取，以“TS=(brackish water irrigation OR soil salinity OR salt water irrigation OR soil water salt transport OR brackish water drip irrigation OR irrigation water salinity OR brackish water development and utilization OR brackish water infiltration process OR water brackish use efficiency OR unconventional water resources OR water salt distribution OR soil amendment in saline soils) AND TS=(agricultural irrigation)”为检索主题，检索时间跨度为1999—2019年，语言为英语，文献类型为“Article”，共检索文献1 259篇(数据检索日期为2020年8月)，通过对检索到的文献进行筛选精练剔除，最终得到涉及农业微咸水灌溉研究的文献1 255篇。

1.2 研究方法

采用CiteSpace[9-10]作为分析软件，其主要通过数据信息挖掘以及绘制知识图谱，更加直观地呈现知识群的演化过程，展现各学科领域的知识结构[11]，对农业微咸水灌溉相关研究进行分析。

2 结果与分析

2.1 文献产出时间分布

在1999—2019年的21年间，中国知网数据库关于农业微咸水灌溉的研究共发文2 550篇，1999—2011年前发文量呈上升趋势，随后在2012和2014年出现2次峰值(图1)。变化范围为0～276篇/a，最大值和最小值分别出现在2014和2011年(276篇和0篇)。其中2011年之前文章量呈快速增长趋势，占总发文量的35.91%；而2011年以后出现较大波动，总发文1 631篇，比例高达63.94%。Web of Science的核心数据库关于农业微咸水灌溉的研究共发文1 255篇，发文量呈明显的上升趋势，变化范围为1～158篇/a，最大和最小值分别出现在2019和2001年(图1)。其中1999—2011年文章量呈缓慢增长趋势，占总发文量的35.70%，年均增加34.46篇；而2012—2019年文章数则呈明显上升趋势，共发文807篇，比例高达64.30%，年均增长100.87篇，年均增加篇数是前13年的2.93倍(图1)。近年来中文和外文文献关于农业微咸水灌溉研究的发文量呈快速增加趋势，这与各研究者关于微咸水灌溉对土壤、作物等的影响开展了大量的研究工作有关，较为丰富的数据为农业微咸水灌溉相关研究提供了基础[12-13]。

图1 年发文量(1999—2019年)Fig.1 Number of annually published papers in 1999-2019

2.2 主要发文机构与国家分析

对2 550篇中文文献和1 255篇外文文献的发文机构进行分析，得到发文量排名前10的机构(表1)和机构合作图谱(图2)。发现在中文文献中，关于农业微咸水利用发文量较多的前3个机构为中国科学院新疆生态与地理研究所、中国科学院南京土壤研究所和新疆大学资源与环境科学学院，占总发文量的11.17%；在外文文献中，中国科学院(Chinese Academy of Sciences)、中国农业大学(China Agricultural University)、中国科学院大学(University of Chinese Academy of Sciences)发文数位居前3，占总发文量的7.81%，且3所机构都属于中国，可见我国科研水平具有一定的高度，几所研究机构对我国微咸水农业灌溉的发展做出了突出的贡献。结合中文和外文知识图谱可知(图2)，各机构均是由较大的核心机构延伸出每个小机构，图谱显示中文文献涉及的机构之间的合作较为普遍，外文文献涉及的机构之间的合作较为松散，综合可看出中国和美国在农业微咸水灌溉研究领域具有举足轻重的地位，也为各国研究奠定了基础。

表1 农业微咸水灌溉研究发表文章前10名的机构Tab.1 Top 10 institutions publishing papers on agricultural brackish water irrigation research

(1) First Institute of Oceanography, State Oceanic Administration. (2) Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences. (3) Agricultural Resources Research Center, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences. (4) Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences. (5) College of Resources and Environmental Sciences, Xinjiang University. (6) Nanjing Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences. (7) School of Water Conservancy and Civil Engineering, Inner Mongolia Agricultural University. (8) School of Water Conservancy and Construction Engineering, Shihezi University. (9) School of Water Resources and Hydropower, Xi′an University of Technology. (10) College of Water Conservancy and Hydropower, Hohai University. (11) School of Water Conservancy Science and Engineering, Taiyuan University of Technology. (12) 中国农业大学. (13) 高级科学研究委员会. (14) 中国科学院. (15) 加州大学戴维斯分校. (16) 德黑兰大学. (17) 中国科学院大学. (18) 美国农业部农业研究院. (19) 加州大学河滨分校. (20) 长安大学. (21) 沙特国王大学. (22) 科罗拉多州立大学. (23) 内盖夫本古里安大学图2 农业微咸水灌溉研究机构可视化图谱Fig.2 Visualization maps of institutions on agricultural brackish water irrigation

2.3 主要发文作者

基于CiteSpace文献可视化软件中的Author(作者)分析功能，对中文和外文文献关于农业微咸水灌溉发文作者进行分析，得到发文量前10的发文作者(表2)，从表中可看出，中文期刊上杨劲松发文量位居首位103篇，其次是王全九和姚荣江，前3名作者的发文量占总发文量的8.35%，可看出这些作者是关于农业微咸水灌溉研究的主力军。在外文期刊上LI Peiyue发表相关论文8篇，发文量居首位，HUO Zailin次之，发表6篇；其次发表中文期刊的作者高于外文的，发表在外文期刊上的文章普遍在1～8篇，虽少但依然为农业微咸水灌溉的研究做出了较大的贡献，说明国际上对农业微咸水灌溉的相关研究人员还较少，研究内容还较为局限。进一步研读中文文献发现，矿化度、土壤改良[14-16]、水盐运移、膜下滴灌、微咸水[17-18]等领域是前3个作者群的研究热点。而外文文献上前3个作者群的研究热点是地下水质量[19-21]、浅层地下水蒸散量、农业水文建模、盐渍土[22-24]、再生废水[25-26]等领域。研读发现中文和外文文献中均表现出不同团队围绕核心作者展开研究，合作较为紧密，但各团队之间合作较少，主要是因为不同团队之间受地域及不同研究侧重点等因素影响[27]，未来应加强核心作者间的交流和合作。

表2 农业微咸水灌溉研究发表文章前10名的作者

2.4 关键词

2.4.1 研究热点 运用CiteSpace软件中Keyword(关键词)分析功能对所有文献进行分析，得到关键词知识图谱，是对核心内容的提炼与浓缩，可直观的呈现出该研究领域的研究热点和发展趋势[28]。中文文献关于农业微咸水灌溉研究的关键词知识图谱最大节点为土壤盐分、土壤和微咸水，且这3个关键词出现的频次分别为370、162和158(表3和图3)，以土壤盐分为最大节点，延伸出多个较为明显的路径，主要围绕水盐运移、产量展开对作物植株耐盐生理研究和灌溉方式对土壤盐分研究；外文文献关于农业微咸水灌溉研究的关键词知识图谱与中文的既有相同点又有不同，其最大节点为矿化度、其次为灌溉和水(图3)，且这3个关键词出现的频次分别为317、303和171(表3)；以“矿化度”和“灌溉”为节点延伸出多个较为明显的路径，主要围绕地下水、水质、土壤等，探究土壤水盐分布和灌溉水质量问题[29]；另一方面以生长为核心，围绕灌溉水对植株生长和产量的研究。综合来看，国内外研究的热点均集中在微咸水对土壤盐分和作物生长发育影响方面。

图3 农业微咸水灌溉研究的关键词共现可视化图谱Fig.3 Visualization maps of keyword co-occurrence on agricultural brackish water irrigation research

表3 农业灌溉微咸水研究的高频关键词Tab.3 High frequency keywords on agricultural brackish water irrigation research

2.4.2 研究前沿与趋势 农业微咸水灌溉的研究是一个缓慢的演变过程，利用CiteSpace文献可视化软件中的突变检测，得到关键词的共现网络突现词(图4)，其是指短时间内突然增长或者出现频次明显增加的关键词，由此确定农业灌溉微咸水的研究热点。从图4可以看出，根据突现值出现年代的先后顺序分别列出了中文文献涉及的31个和外文文献涉及的26个突现关键词。

图4 农业灌溉微咸水研究网络突现词Fig.4 Burst words on agricultural brackish water irrigation research

从图4可以看出中文文献中关键词的突现情况，从非常规水灌溉到水盐分布再到合理利用微咸水的整个研究发展历程，现在的趋势对减缓微咸水利用造成的土壤盐分累积等问题提出了较为有利的策略。自1999年开始，数值模拟随之出现，2001年至2006年其突然引起了强烈关注，突现强度为4.49，随后咸水灌溉、水盐动态和空间变异性，也相继涌现出，形成了早期的研究热点。图中还可看出水盐分布、脱盐率、交替灌溉和光合作用等是目前中文文献中农业微咸水灌溉研究领域研究热度较高的话题，这说明在合理利用资源的情况下，各学者已经将灌溉模式与作物和修复土壤环境相结合；在外文文献中，自1999年开始，矿化度、土壤、水和植物突然涌现，且维持时间较长，其中矿化度(9.66)突现强度最为明显，是测定水体化学成份的重要指标，是评价水体总含盐量的重要指标，也是农田灌溉用水适宜性评价的主要指标之一[30]；其次是关键词土壤(6.47)，以上是最早研究的前沿，紧接着灌溉(9.46)和土壤盐分(5.04)随之出现，作为农业命脉之一的灌溉有多种灌溉制度与方式，合适的灌溉制度最终为提高植株生长发育、产量和水分利用率提供依据[31]。由此发现2000年以前外文期刊中有学者已将土壤盐分—矿化度—植物联系起来，起步较中文期刊早。图中还可看出研究中期关键词“模型”的加入，使得在野外条件下测量所需指标更加便捷，极大节省了人力物力，Singh等[32]利用生态水文模型，土壤—水—大气—植物(SWAP)模型结合现场实验获得对系统在空间和时间上行为的详细见解，可以评估不同的管理选项，如灌溉调度、种植模式、联合使用等，通过校准和验证的SWAP，对灌溉作物(小麦、水稻和棉花)的水分生产力及其变化进行了模拟和分析。水分利用效率、研究方法(稳定同位素)、灌溉方式等突现词是目前中文文献中农业微咸水灌溉研究领域研究热度较高的话题，这表明在水资源利用方面，外文文献的内容更注重从分子方面探究资源高效利用。

2.5 学科分布

对农业微咸水灌溉的文献进行学科领域的分析，可看出其涉及的重点学科分布情况[27]，中文文献涉及的学科领域主要为农业基础科学、农艺学、自然地理学和测绘学、农作物、农业工程和园艺等，其中农业基础科学占据首位，出现1 552次；而外文文献微咸水灌溉涉及的学科领域主要为水资源、农业、环境科学与生态学、环境科学、农艺学、地质学等，其中水资源占据首位，其次为农业和环境科学与生态学等研究领域(图5)，与中文文献呈现出的研究领域较为相似。可见农业微咸水灌溉是受多种因子共同控制的过程，其涉及到多个学科领域，体现出各学科之间的相互作用[27]。

图5 农业微咸水灌溉研究的学科分布Fig.5 Involved subject fields on agricultural brackish water irrigation research

3 讨论

通过对农业微咸水灌溉相关文献进行分析，从研究机构和作者团队来看，中国的科研院所及高校在微咸水灌溉研究方面处于领先地位，研究热度较高，但由于受地域等因素影响，团队和机构之间联系较弱。科学合理地开发利用微咸水资源，对于缓解淡水资源短缺、扩大农业水源、抗旱增产有着极其重要的作用[33]，应尽可能的发挥每个团队的优势，加强国内外高校和科研机构间的科技合作[22]。其次，各团队及机构应在不同区域及灌区，构建集灌溉技术和模式、水盐运移、作物生长、生态环境响应为一体的综合模拟模型，为微咸水灌溉和高效利用模式提供手段。

此外，国内外今后的研究目标以及研究热点较为相似，均集中于在修复因微咸水灌溉造成的土壤盐渍化等问题的同时加强微咸水对作物质量、产量和土壤理化性质影响的内在机理的研究，通过微咸水灌溉，会使过量盐分留存于土壤及作物根区，影响作物的生长发育和生长代谢[34]。比如土壤盐分累积通过影响土壤酶活性进而导致土壤微生物群落发生变化，微生物群落的改变影响作物地上部生长发育、光合作用以及果实品质和产量。然而，探讨微咸水对作物生长和发育的作用机理，有助于形成微咸水灌溉技术体系，提高作物对微咸水灌溉的响应效率；因此，未来可基于多个数据源，根据目标要求进行提取，以获得更为丰富、准确的有关农业微咸水灌溉的研究知识。

4 结论

1)1999—2019年，杨劲松、王全九、姚荣江和LI Peiyue、HUO Zailin等为中文和外文文献中发文量居前的核心作者群；中国科学院新疆生态与地理研究所、中国科学院南京土壤研究所、新疆大学资源与环境科学学院、中国农业大学、中国科学院大学、加州大学河滨分校等为发文数量居前的研究机构；农业微咸水灌溉研究主要聚焦于农业基础科学、自然地理学和测绘学、农作物、农业工程、水资源、环境科学与生态学、农艺学等学科，体现出各学科之间知识内容的相通性。

2)土壤盐分、土壤、微咸水等关键词在中文文献中出现频率最高，是中文文献中研究的热点，以土壤为最大节点延伸出多个较为明显的路径，主要围绕土壤水盐运移和产量展开对作物植株耐盐生理研究和灌溉方式对土壤盐分研究；矿化度、灌溉、水等关键词在外文文献中出现频率最高，以矿化度和灌溉为节点延伸出多个较为明显的路径，主要围绕地下水、水质、土壤等，探究土壤水盐分布和灌溉水质量问题，进而探究对植株生长发育的情况。

3)本领域的研究热点依据发表论文关键词发展路径和发文时间得知，中文文献中研究热点从最初的土壤盐分探究到结合新的检测方法研究作物产量对土壤盐胁迫的响应再到减缓盐渍化的措施，外文文献中从最初的土壤矿化度到水资源管理再到改善盐渍化，研究内容不断在延伸，但趋于相近，未来各国学术界在农业微咸水灌溉研究领域的研究重点是微咸水灌溉方式、土壤水盐运移的内在机理、作物生长发育、脱盐策略，改善盐分积累、构建不同检测方法(模型、高光谱、稳定同位素)等，这表明在水资源利用方面，国内外的研究关注点较为一致。