基于CiteSpace的我国农业面源污染文献计量分析

蔡仁润 刘 洁 周好迪 耿 豪 赵伊林

（洛阳师范学院国土与旅游学院，河南 洛阳 471934）

0 引言

农业面源污染是指农业生产过程中由于化肥、农药、地膜等投入品不合理使用，以及畜禽水产养殖废弃物、农作物秸秆等处理不及时或不当，所产生的氮、磷、有机质等营养物质，在降雨和地形的共同驱动下，以地表、地下径流和土壤侵蚀为载体，在土壤中过量累积或进入受纳水体，对生态环境造成的污染［1-2］。面源污染会导致农业生态系统退化，严重危害农业生产安全，对居民身体健康及社会经济可持续发展造成严重威胁［3-8］。农业面源污染已成为我国有关部门、环保组织及科研工作者共同关注的环境问题［9-10］。农业面源污染防治是我国发展绿色农业的必要条件。从2015年原农业部印发《关于打好农业面源污染防治攻坚战的实施意见》，到2021年生态环境部和农业农村部联合发布《农业面源污染治理与监督指导实施方案（试行）》，都说明农业面源污染的研究与治理是关系国家粮食和区域生态安全的重要事项，是我国发展绿色农业和建设农村生态文明的重要保障［11］。

20世纪90年代末，我国就已开始进行关于农业面源污染的研究［12］。时至今日，国内相关研究成果繁多，且总量保持平稳增长。这些成果是对我国农业面源污染研究领域的客观记录，也为之后学者的科研提供了理论基础与方向指导［13］。但面对庞大的知识体系以及知识群不断变化的动态联系，有限的文献获取和分析方式并不能明了地梳理各知识群的关系脉络。对此，可采用CiteSpace文献计量分析方法，对文献进行科学识别、全面统计与系统整理，应用计算机算法和交互式可视化使研究者从众多文献文本阅读中解脱出来，直观解读研究主题的发展动态及演化［14-15］。基于此，笔者借助文献计量工具从整体上分析国内面源污染研究现状，厘清该领域的研究热点和发展趋势，以期为未来农业生态研究与农业环境保护政策的制定提供参考依据。

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源

在中国知网（CNKI）中，应用CNKI高级检索功能，检索主题为“农业面源污染”并含“面源污染”，检索时间跨度为全年份（最早的研究文献出现于1990年，实际年份为1997—2022年）；检索策略设定为主题检索，来源类别选择“中文社会科学引文索引（CSSCI）+中国科学引文数据库（CSCD）+北大核心”，以保证研究质量和深度；数据检索日期为2022年8月1日，共检索到939篇文献。将检索所得文献以“Refworks文献格式”的方式下载保存为纯文本文件，作为该文分析数据样本。

1.2 研究方法

笔者使用CiteSpace 6.1.R3软件对国内农业面源污染相关的文献进行计量分析。CiteSpace软件基于数学和统计学原理，通过对研究领域相关文献进行计量建模，绘制图谱，以文献为对象呈现某一研究领域的热点与趋势，其中共被引分析是CiteSpace软件的核心功能［16］。运行CiteSpace软件之前，首先将文献数据处理成可运行格式，年度切片设置为3，研究机构和作者共现图谱阈值设置为Top5，关键词阈值为Top30。共被引聚类后，CiteSpace可提供多种方式进行图谱可视化，如聚类图谱、时间线图谱等，研究者可通过图谱直观分析农业面源污染研究领域历史发文量、发文机构、研究主题与热点、研究主题时间演变规律等。

2 研究结果与分析

2.1 发文量分析

将检索所得文献按照发文年份进行统计，可以得到1997年至2022年8月1日国内农业面源污染研究发文量年份分布图（见图1）。由图1可知，国内学者从20世纪90年代末开始关注农业面源污染问题并有研究成果呈现，研究期内关于农业面源污染的文献发文数量总体呈上升趋势，个别年份发文数量有小幅波动。根据发文数量增长情况，可将农业面源污染研究划分为3个阶段。①1997—2004年为起步阶段：国内农业面源污染相关研究的核心文献数量保持在低位，并在2002年有少量增长。20世纪70年代，国际上提出“农业面源污染”概念。而这一阶段农业面源污染作为一个全新概念未在我国引起广泛关注，我国的相关研究尚处于讨论阶段，发文数量相对较少。但1999年上海市郊区畜禽粪便综合治理工作的开始使国内农业面源污染研究广泛开展起来，发文量也有所增加［12］。②2005—2010年为迅速发展阶段：这一时期核心文献量迅速增多，尤以2008—2010年文献数量增长最为明显，由30篇增长至76篇，掀起了农业面源污染研究的高潮。其中，以2004年为分水岭，国内农业面源污染研究成果不断增多，主要是因为长期粗放的农业生产方式使农业环境问题日益凸显，农业面源污染研究随之增多，并且我国在2004年正式

图1 1997年至2022年8月1日国内农业面源污染研究年度发文量

启动农业面源污染防治行动，原农业部科技教育司首次成为农业面源污染防治的主导单位［17］。这一时期国家政策导向及农业生态环境面临的实际问题促进了我国农业面源污染研究飞速发展，使其成为一个备受关注的领域。③2011—2021年为稳步发展阶段：这一时期国内农业面源污染研究发文量基本平稳，但稍有波动。从研究结果来看，该时期农业面源污染的研究集中化趋势明显，技术［18-19］、制度［20］、政策［21］和区域防治［22］方面的关注度较高，学科交叉的特点比较显著，为研究领域精细化发展注入新动力。

2.2 期刊分布与载文量分析

通过分析939篇文献的刊载来源及质量，得出国内农业面源污染的相关研究主要发表在生态、农业及经济学科相关的期刊上，载文量排名前十的期刊如表1所示。期刊载文量和影响因子能够清晰呈现研究文献的分布特征和质量。从数量上看，载文量排名前十的期刊的载文量占总载文量的13.3%，其中《中国工程学报》最多，载文量大于30篇，《中国生态农业学报》《中国农业资源与区划》等5种期刊载文量为10～20篇。从影响因子看，《中国农村经济》《农业技术经济》《农业经济问题》等刊物影响因子较高，在研究领域内影响力大，成为研究成果的重要展示平台。总体上，我国农业面源污染相关研究发文并不集中于某些期刊，发文质量也有待提高。

表1 载文量排名前十的期刊及其载文量、影响因子

2.3 发文机构和作者分析

将所有二级机构合并后，可列出国内关于农业面源污染研究发文量不低于10篇的24个机构（见表2）。从区域上看，北方主要集中在北京市，发文机构多为公办大学或研究中心，包括中国农业大学、清华大学、北京师范大学等，研究机构包括中国农业科学院农业资源与农业区划研究所、中国农业农村部农村经济研究中心等。这些机构在全国农业污染源普查、定位监测，以及农业面源污染物水环境过程、流域非点源污染模拟、预警、防治技术等方面已开展多年研究。南方大多数集中在江苏、湖北、重庆等省（直辖市），集中于长江流域、三峡库区及太湖流域等，是长江经济带农业经济高质量发展的关键区域；就发文机构性质来说，公办大学与科研机构在数量上相当，其中公办大学主要以综合类大学和农林类大学为主（包括南京农业大学、华中农业大学、武汉大学等），科研机构则分为事业类科研机构与一般科研机构。

表2 机构发文量

对该领域的发文作者进行分析，得到作者合作共现图谱（见图2）。该图谱共有105个节点、105条连接，网络密度为0.019 2。图2中显示的节点间互有连线，说明作者间互有联系或互有合作，节点越大说明发文量越多。图2显示发文量最多的作者为西南大学的谢德体，出现频次为20次，其主要从事农业面源污染防治、资源环境保护、流域综合治理等方面的研究［23-24］；其次为倪九派，出现次数为17次；发文量在10篇以上的作者共有6位，发文量在5篇以上的作者有10位。从作者合作群体来看，包括谢德体、倪九派和肖新成等的合作团队，金书秦、刘宏斌等的合作团队，安徽省农业科学院的王静、郭熙盛和王允青的学术团队，马友华、武升等的研究团队等。从作者合作群体来看，这种“大分散、小聚集”式的作者图谱表明我国农业面源污染研究领域各个团队内部联系较紧密，而团队之间的相关交流比较少，同一团队的研究人员通常来自同一科研机构。这种情况会限制农业面源污染研究领域的深入发展［25］。

图2 作者合作共现图谱

2.4 关键词与突现词分析

关键词是对研究主题的高度概括，代表了文章的核心观点。应用CiteSpace对1997—2022年农业面源污染研究领域文献关键词进行共现分析，得到高频关键词共现图谱（见图3），图3中共288个节点、485条连线，网络密度为0.011 7，整体结果稳健。节点大小代表关键词频次高低，连线粗细代表共现程度强弱。同时，表3给出1997—2022年农业面源污染演研究领域文献的前十位高频关键词。中心性超过0.1的节点称为关键节点，对关键节点的分析可揭示研究热点之间的突变或转化关系。

由图3可知，最大的关键节点是面源污染，其相关研究主要包括土地利用、富营养化、化肥、粮食安全、污染防治、太湖流域等；农业是仅次于面源污染的第二大关键节点，与之相关的研究主要包括农业面源、农村和源解析等。由图3可知，我国农业面源污染领域研究具有如下特征：①畜禽养殖、化肥等关键词间联系密切，水质、富营养化、粮食安全等关键词与面源污染联系密切，说明农业面源污染研究集中于污染源及污染类型方面［26-27］；②三峡库区［28］、滇池流域［29］、太湖流域［30］等关键词与农业面源、面源污染等关键词存在明显关联性，说明当前我国农业面源污染研究集中在南方农业发展重点区域的污染防控上；③防治对策、模型、源解析等关键词间存在明显联系，说明当前我国重视农业面源污染防治研究。由表3可知，出现频次较高的关键词主要有面源污染、三峡库区、农业面源、污染负荷等。从关键词可以看出，目前我国农业面源污染方面的研究既包括污染的核算，也侧重防治研究，研究思路更加清晰、层次更加深入、研究内容更加多元。

表3 文献高频关键词

图3 高频关键词共现图谱

突现关键词是指在某一时段引用量有较大变化的关键词。进行关键词突现性分析，可以发现某一个主题词、关键词衰落或者兴起的情况。在农业面源污染关键词共现网络中，得到15个突现词（见表4）。从时间上看，2006—2011年出现防治对策、农村、控制技术等突现词，该时期测土配方施肥技术得到推广，农村化肥污染、农业面源污染防治对策成为研究热点；2015—2017年出现氮磷等关于污染类型的突现词，该时期国务院开展低毒生物农药示范推广补贴试点，农业清洁生产、农药化肥零增长、农田残膜污染等成为该领域研究热点；2018—2022年出现环境规制、稻田、畜禽养殖等突现词，该时期规模化畜禽养殖带来众多环境污染问题，因此多地开展农业面源污染治理攻坚战，重金属污染防控、农业面源污染治理成为研究热点。

表4 突现关键词

2.5 国内农业面源污染研究时间演变分析

CiteSpace的共被引聚类分析可通过节点大小及颜色标明关键聚类成员，并通过聚类模块色彩、线条及位置标明研究主题，从而厘清研究主题的演变规律并发现研究前沿和热点。将文献数据导入CiteSpace，时间跨度设置为1997—2022年，时间切片设置为3 a；节点类型选择关键词（Keyword），提取每个时区中年出现次数最高的前50个关键词，导入Citespace。时间线（Timeline）图谱可以在时间序列上反映聚类主题的历史跨度及聚类成员间关联，能直观表征研究主题的演变。运行聚类分析后执行Timeline view指令，得到纵轴为聚类编号、横轴为引文发表年份的共被引网络的关键词聚类时间线图谱（见图4）。节点下方标注参考文献，节点圆圈的厚度表明该文献的被引频次。文中共得到12个研究主题，在图谱中按照规模大小垂直降序排列。

模块值（Modularity Q）和平均轮廓值（Mean Silhouette）是反映聚类边界清晰度和聚类规模的两个指标。图4中平均轮廓值为0.895，这是由于农业面源污染研究小聚类的存在较少，但平均轮廓值大于0.7，意味着聚类令人信服。图4中模块值为0.677，表明农业面源污染各研究主题间界限分明，领域分化相对显著。从时间线图谱可以看到，农业面源污染研究主题持续期各不相同，如#0号主题聚类持续时间长达20 a，且目前仍是活跃聚类。部分聚类持续时间则相对较短，如#11号主题聚类持续时间仅4 a。11个聚类词颜色灰度差异表征该聚类首次出现共被引连接的时间差异，聚类之间的知识流向遵循灰度值由高到低的分布规律，灰度值越低，颜色越黑，聚类词出现时间越晚，且节点间线条越密集，代表被引越频繁，说明关键词间、聚类间关系越紧密。

图4 关键词共被引时间线图谱

通过关键词聚类时间图谱可将农业面源污染研究大致分为3个阶段。

一是农业面源污染理论的概念化研究，表现为#0面源污染、#1污染与之后的文献关系密切，始终贯穿着研究的脉络。该词在2000年左右出现，并在研究领域的发展中起着统领作用，被引次数十分可观。上述两个聚类在横轴上跨越时间很长，从聚类出现至今都在不断被引，纵向上被引频次也很多，说明这两个聚类适应性很强，在研究领域内广泛存在，适用场景广泛且并不过时，是非常基础的领域底层研究内容。

二是农业面源污染负荷测算及污染物迁移机制研究。从节点大小来看，关键节点主要集中在2000—2010年，主要聚类包括#2对策、#3水土保持、#4富营养化、#5总磷、#11水土流失。由图4可知，水土保持的研究持续时间较长，并与此后几年出现的关键词——水质污染、水体、排水及水模型等共现频次均较高，且连接线密集。这一时期，学者对农业面源污染源的研究关注度较高，其中总磷总氮含量、营养负荷、重金属、化肥等关键词频现，对农业面源污染源的测算为之后治理政策的提出提供了数据支持。

三是长短期并存、以典型流域为研究对象的农业面源污染实例研究。其主要表现在2010年之后，#6滇池流域、#8污染防洪、#10三峡库区成为该时段突现值最高的关键词。这一时期农业面源污染研究经历了单方面追求理论方法或定量方法转向定性与定量研究相结合，实例研究成为主题，典型湖泊与水库的面源污染治理是当前学者重点关注领域。农业面源污染政策或针对具体场景的治理措施是近几年的研究热点，涉及的关键词有都市农业、化肥农药、溶质流失等，同时更加关注策略可行性与实施效果。总体来说，当前农业面源污染研究趋于多元化，在污染源研究及模型研究的基础上，更注重系统研究及污染治理实例研究。这是当前的研究热点，也将是以后主要的研究趋势。

3 结论

解决农业面源污染问题有利于确保我国粮食安全和生态安全，也是我国生态保护和农业可持续发展研究的重要内容。笔者使用文献计量方法分析了我国农业面源污染的研究现状、历史演变轨迹、研究前沿和热点。研究表明：①研究期内我国农业面源污染的文献发文数量总体呈上升态势，2005—2010年为迅速发展阶段；②研究成果主要发表在生态、农业和经济类刊物上，《中国工程学报》发文数量最多，研究机构主要为农林类和综合类大学，研究者呈现“大分散、小聚集”式团队模式，机构与团队内部合作交流较多，团队之间的相关交流比较少；③研究热点主要聚焦典型流域的农业面源污染防治、污染负荷测算、污染过程模型模拟及高效污染治理措施等方面，突现值较高的突现词有控制技术、氮磷、畜禽养殖、模型模拟等，表明国内农业面源污染研究趋于多元，在重视污染源研究及模型构建的基础上，在系统研究、治理技术手段及污染治理政策研究上也有一定成效；④农业面源污染关键词聚类时间图谱表明，我国农业面源污染研究先后经历了以理论研究为主的概念化阶段、以污染负荷测算及污染物迁移机理为特征的细化研究阶段、以典型流域为对象的深入研究阶段。该研究可为准确把握农业面源污染研究领域的发展趋势、研究方向以及未来相关防治措施、政策的制定提供参考。

农业面源污染作为理论界研究热点，当前还存在法律法规不健全、研究领域交流融合程度不高、污染治理水平不强等问题。今后，学者可以从以下3个方面持续深入开展研究：①健全农业面源污染法律法规，加强宏观调控，使法律法规始终贯穿农业资源的开发、利用、管理及保护等全部流程，并强化相关部门和农户的法律意识；②创新农业面源污染相关研究领域，拓宽研究思路与范围，高效解决农业面源污染带来的各方面问题；③将人工智能、大数据、区块链、物联网和智慧农业等现代信息技术与传统面源污染研究相结合，研发前沿污染治理技术，探索出更有效集约的污染治理道路，实现农业面源污染治理高度智能化、数字化、现代化，大大提升我国农业面源污染治理水平与能力。