基于科技文献的农业工程学科发展报告（2021）

李安然，刘雨欣，王宝济

（1.中国农业大学图书馆，北京 100083；2.中国农业大学情报研究中心，北京 100083）

引言

1978年，全国科学大会将“农业工程”正式确立为一门学科并将其列入国家亟待发展的25门技术学科之一。经过44年的发展，该学科为中国农业现代化作出了重要的贡献。2016年3月17日，国务院正式发布《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》，要求健全现代农业科技创新推广体系，加快推进农业机械化，加强农业与信息技术融合，发展智慧农业，提高农业生产力水平[1]。重视农业工程科技创新对加快推进我国农业现代化和农村城镇化至关重要[2]。

2017年以来，在教育部的推动与指导下，以新工科、新农科、新理科、新文科和新医科建设为标志的新一轮学科创新与调整相继启动。农业工程学科因其既涉工又涉农的特性，处在学科交叉融合的集中点上，这使其在学科扩展与创新的内涵及方向上具有更大的创新空间[3]。

农业工程技术的进步离不开农业工程学科的发展和创新，学术论文（科技文献）的发表在一定层面上可以揭示学科的发展趋势和进程。CNKI（中国知网）和WOS（SCI）是中国及世界重要的科技文献收录与检索系统之一，本研究利用2021年CNKI和WOS所收录的农业工程学科相关学术文献和数据，通过文献计量探讨2021年国内外农业工程领域学科发展状况。

1 国内农业工程研究

在2021“软科”发布的中国最好学科排名中[4]，国内拥有农业工程（0828）学科点的高校共有23所，高校排名均位于前50%。中国农业大学、华南农业大学和吉林大学位列2021年中国农业工程学科研究前3位（表1）。

表1 2021年中国最强（软科Top10）农业工程研究机构

1.1 数据来源

根据CNKI的分类原则，农业工程学科放在农业科技类目下，包括农业工程总论；农业动力、农村能源；农业机械及农具；农业机械化；农业电气化与自动化、农业航空；农业建筑；农田水利及水污染防治；农田基本建设、农垦、农业工程勘测、土地测量、土地管理、规划及利用等。2021年CNKI收录农业工程类文献15 676条，包括中文9737条，外文5939条。文献来源为期刊论文14 414条、硕士论文938条、博士论文71条、国内会议79条、国际会议58条和报纸116条。发文量居前20的期刊共发文34 390篇（图1）。

图1 农业工程学科期刊发文量（前20）

2021年中国知网收录的国内主要刊发农业工程学科学术论文学术期刊有40种。2021年9月公布的《中国学术期刊影响因子年报（自然科学与工程技术）》显示，2021年入选Q1和Q2区的农业工程学科期刊共有9种[5]，其中《农业工程学报》CI值最高（表二），达1414.214。

表2 农业工程学科期刊影响力指数及分区

通常研究性较强的学术论文一般发表在“核心期刊”上，2021年5月出版的《中文核心期刊要目总览（2020年版）》显示，农业工程学科核心期刊有7种，分别是《农业工程学报》《灌溉排水学报》《农业机械学报》《节水灌溉》《排灌机械工程学报》《农机化研究》和《中国农机化学报》[6]。

本文以知网收录的2020北大版农业工程核心期刊为数据源进行统计分析。通过以农业工程核心期刊为检索来源发现，2021年7种农业工程核心期刊共刊发学术论文3406篇，比2020年（3551篇）有所减少。其中《农业工程学报》发文最多，达913篇，占比27.9%（图2），《灌溉排水学报》和《排灌机械工程学报》近三年来发文量一直呈上升趋势。

图2 2021年农业工程核心期刊载文量

1.2 学科分布

根据知网的学科分类，发表在农业工程核心期刊上的论文涉及多个学科，占比超过10%的学科有农业工程学科（28.13%）和农业基础科学（12.15%）（图3）。

图3 2021年农业工程核心期刊论文学科分布（前20）

1.3 研究机构

统计发现，在农业工程核心期刊上发文量超过50篇的研究机构有14个，其中发文量最多的研究机构为中国农业大学，共发文282篇。发文量居前10的机构共发表论文1155篇，占比34%（图4）。与2019年和2020年进行对比，发现中国农业大学和西北农林科技大学发文量在近三年中排名一直都处于第一和第二的位置。虽然西北农林科技大学近三年的发文量排名一直居于第二位，但近三来的发文量呈现下降趋势。

图4 2021年国内农业工程学科主要研究结构（前10）

1.4 基金分布

大部分核心期刊的论文研究都得到了各种基金的支持，其中支持论文最多的为国家自然科学基金，共支持论文发表1174篇，远超其他基金。在统计的三年里，每年国家自然科学基金支持发表的论文数量都是最多的，对科研活动的顺利开展作出了重大贡献。支持论文数量居前10的基金中最少支持发表了29篇论文（图5）。

图5 资助论文数量居前10的基金

1.5 研究领域

对学术论文研究领域的分析，情报学研究中应用较普遍的分析方法是共词分析法。最常见的是利用论文关键词及其共现关系来揭示某一领域的研究热点、知识结构和关联。关键词已成为共词分析最常用的词源。分析发现，在2021年农业工程核心期刊中，词频最高的前20个关键词分别是产量、模型、农业机械、土壤、试验、深度学习、数值模拟、遥感、机器视觉、冬小麦、图像处理、图像识别、卷积神经网络、玉米、无人机、灌溉、水稻、水分利用效率、土地利用和优化，其中出现频次最高的依然是产量，共出现在97篇论文中（图6）。

图6 2021年农业工程核心期刊高频关键词分布（前20）

通过对关键词的共现矩阵分析，发现农业机械-试验共现频次最高，达26次。其次是冬小麦-产量和水分利用效率-产量等（图7）。

图7 2021年内农业工程核心期刊关键词共现矩阵（前20）

通过对关键词的共现网络分析，可以发现“农业机械”和“产量”是2021年中国农业工程核心期刊的研究中心，通过不断的实验，对农业机械进行设计和优化，提升其性能和易操作性；通过灌溉可以增加土壤水分从而提高产量。建立模型是试验设计优化的有效途径。先进的图像识别与处理技术在农业生产中的应用研究也是农业工程科研人员的重要工作之一，如图像处理技术在农业生产全过程的应用、利用数值模拟提高土地的利用效率、通过遥感技术促进精准农业的发展等（图8）。

图8 2021年农业工程核心期刊关键词共现网络（节点出现频次大于2）

值得关注的是，通过对包括普通期刊在内的农业工程学科所有中文文献的分析，发现在2021年CNKI收录的9737条农业工程类中文文献中，出现频次最高的前20个关键词分别是农业机械、应用、机械化、节水灌溉、对策、设计、问题、农田水利工程、农田水利、试验、拖拉机、植保无人机、玉米、现状、灌区、水稻、水利工程、农业、灌溉和马铃薯。与核心期刊相比，有5个词相同，农业机械、试验、玉米、灌溉和水稻。出现词频最高的是农业机械，其次分别是应用和机械化（图 9）。

图9 2021年CNKI农业工程文献高频关键词分布（前20）

通过对关键词的共现矩阵分析，发现问题-对策共现频次最高，达68次。其次是试验-设计、农田水利-节水灌溉和试验-农业机械等（图10）。

图10 2021年CNKI农业工程文献关键词共现矩阵（前20）

在关键词共现网络中，“问题”是中心词（图11）。由此可见，与在“核心期刊”发表论文的“高端研究者”不同，更多将论文发表在普通期刊上的基层农业工程科技工作者，更关注的是解决农业生产中的具体问题（问题、对策），更多的是对实际工作不断地进行试验改进设计，以更好地适应新技术的需要（试验、设计）等。

图11 2021年CNKI农业工程文献关键词共现网络（节点出现频次大于3）

2 国际农业工程研究

2021年JCR的农业工程（AGRICULTURAL ENGINEERING）类别（Category）共收录16种期刊（表3）。根据JCR的学科分类规则，上述16种期刊中仅有9种期刊仅属“农业工程”学科，其他7种期刊均是跨学科。

表3 JCR中的农业工程学科期刊（以期刊影响因子为序）

2.1 数据来源

通过WOS的学科分类检索（WC=Agricultural Engineering），发现2021年Web of Science核心合集共收录农业工程学科论文5480篇，本文选择其中的Article（4483篇）、Review（291篇）和Proceedings Paper（627篇）共5 397篇作为数据源进行统计分析。这些论文的被引频次总计16 769次，篇均被引3.11次，H指数为31。其中被引频次最多的文章是“A comprehensive overview and recent advances on polyhydroxyalkanoates（PHA）production using various organic waste streams”。9种仅属农业工程学科的期刊中只有7种在2021年被Web of Science核心合集收录论文，共被收录Article、Review和Proceedings Paper 743篇（表4）。

表4 仅属农业工程学科期刊载文情况（以论文数量为序）

2.2 数据分析

一般而言，学术论文的数量（发文量或载文量）和质量（被引频次总数或篇均被引）是衡量研究规模和影响力的主要计量指标。通过对2021年农业工

程学科学术论文的数量、质量和研究热点的分析，从一个方面反映国际农业工程学科领域的出版物、国家/地区、研究机构以及研究热点的情况。

2.2.1 学术出版物

2021年的农业工程学科论文来自26种出版物，其中载文量居前11的出版物中，发文量都不低于100篇（表5）。Bioresource Technology的载文数量、H指数、总被引频次和篇均被引都是最高的，且远高于其他出版物。综合分析来看，Bioresource Technology和Industrial Crops and Products是2021年国际农业工程领域最有影响力的刊物。中国出版的International Journal of Agricultural and Biological Engineering是中国唯一一种被WOS核心合集所收录的期刊，虽然加入时间不长，但已具有较强的竞争力。

表5 2021年农业工程学科TOP11出版物（以载文量为序）

2.2.2 国家/地区

2021年，共有来自111个国家/地区的学术论文被收录在WOS的农业工程学科中，收录论文居前15的国家论文数均超过100篇（表6）。通过对WOS的数据分析，无论是论文的数量还是质量，2021年中国在全球农业工程学科领域表现优秀。从VOSviewer所获得的可视化图中可以看出，中国和美国合作较多（图12）。进一步分析发现，中国发表论文居前3的出版物分别是Bioresource Technology（1219篇），Industrial Crops and Products（617篇）和International Journal of Agricultural and Biological Engineering（167篇），占全部论文总量的87.70%。尤其是在Bioresource Technology上所发表的论文占比很大。美国发文居前3的出版物分别是Bioresource Technology（154篇）、Transactions of the ASABE（115篇）和Industrial Crops and Products（110篇），占该国全部论文总量的69.03%。

图12 2021年全球农业工程学科国家/地区合作网络

表6 2021年农业工程学科研究TOP15国家（以发文量为序）

2021年，在国际合作方面，与中国合作发文居前3的国家/地区分别是美国（148篇）、澳大利亚（53篇）和加拿大（49篇）。与美国合作发文居前3的国家/地区分别是中国（148篇）、印度（32篇）和巴西（20篇）。可见，在2021年的全球农业工程学科研究中，中美两国既是影响力最大的两个国家，也是合作最为密切的两个国家。2017—2020年的全球农业工程发展报告中也体现了中美两国的影响力和合作发文的密切程度。

2.2.3 研究机构

2021年WOS核心合集收录1260个研究机构所发表的农业工程学科论文，发文量达到100篇以上的研究机构是中国科学院（177篇）、中国农业大学（117篇）和印度科学工业研究委员会（110篇）。2017—2021年，中国科学院每年都在WOS核心合集收录论文量的机构排名中位列第一（表7）。

表7 2021年农业工程学科研究TOP10机构（以发文量为序）

中国科学院是2021年全球农业工程学科发文量最多的机构，但印度科学工业研究委员会的H指数、被引频次和篇均被引数均居于首位。

进一步分析，发现中国科学院的论文主要发表在Bioresource Technology（118篇）上，占其论文总量的66.67%，远高于紧随其后的Industrial Crops and Products（41篇）和Biomass & Bioenergy（6篇），也就是说中国科学院在农业工程领域的研究方向主要是生物资源技术方面。

2.2.4 研究方向和高被引论文

根据WOS的学科分类规则，2021年WOS所收录的农业工程学科的学术论文同时与Biotechnology Applied Microbiology等16个学科交叉（表8）。

表8 2021年农业工程学科学术论文的主要交叉学科分布

Biotechnology Applied Microbiology和Energy Fuels是交叉数量最多的2个学科，在一定程度上左右了全球农业工程学科的研究方向。

利用CiteSpace文献分析工具，通过对2021年所有学术论文Keywords的统计分析，“performance/性能”出现的词频最高，同时bioma/生物、growth/生长等也是高频词（表9）。

表9 2021年农业工程学科学术论文的高频主题词分布（前15）

通过对高频主题词的可视化处理，可以发现“performance/性能”是2021年WOS中农业工程学科研究出现频率最高的主题词（图13）。但“performance/性能”并不是中心度最高的主题词，“growth/生长”在2021年农业工程学科学术论文主题词中有着最高的中心度。

图13 仅属“农业工程”7种期刊的高频主题词可视化图

图13 2021年全球农业工程学科学术论文的高频主题词

通过对仅属“农业工程”学科的7种期刊的743篇论文的分析，发现其高频主题词主要集中在growth/生长、system/系统、quality/质量、performance/性能、model/模型、yield/产量、design/设计、soil/土壤、temperature/温度、water/水等方面。

3 结论

由于农业工程学科是一门新兴的、交叉性很强的学科，在国内外著名的学术文献检索评价数据库中，其分类体系存在较大的差异。如ESI1ESI依据期刊分类把论文划分为22个学科领域，包括农业科学、生物学与生物化学、化学、临床医学、计算机科学、经济学与商学、工程学、环境科学与生态学、地球科学、免疫学、材料科学、数学、微生物学、分子生物学和遗传学、综合交叉学科、神经科学和行为科学、药理学和毒物学、物理学、植物学与动物学、精神病学与心理学、社会科学总论、空间科学。中只有22个学科的分类，并没有农业工程学科，而在JCR的分类中，就有农业科学门类下的农业工程、食品工程和处理；环境/生态水资源研究与工程以及工程门类下的土木工程等。

尽管如此，通过对2021年基于CNKI和WOS中农业工程学科学术论文的分析，仍然可以从一个侧面反映农业工程学科的研究状况，分析发现：

（1）我国农业工程学科经过几十年的发展，总体上居于世界领先水平，在国际上具有较大影响力。2021年，CNKI收录国内农业工程学科各类文献15 000余条。WOS核心合集收录5400余篇农业工程学科论文。此次报告中显示，在农业工程学科研究领域，中国和美国是全球最有影响力和合作最密切的2个国家；2021年，WOS所收录的农业工程学术论文中，中国学者所发表的论文占比超过42%，美国约占10%，中国无论在论文的数量还是质量上都居世界首位。

（2）CNKI收录国内出版的农业工程类学术期刊40种，《农业工程学报》是2021年国内农业工程领域最有影响力的期刊。在国际农业工程领域，JCR的农业工程（AGRICULTURAL ENGINEERING）类别（Category）共收录16种期刊。其中，最有影响力的期刊为Bioresource Technology，该刊不仅全年收录论文数量最多，而且所收录论文的被引频次居于首位，其影响因子（2021年）为9.642，居各出版物之首。中国仅有1种期刊被SCI收录。

（3）高等院校是中国农业工程学科研究的主力机构，中国农业大学是国内最有影响力的研究机构。但在国际农业工程研究领域，中国科学院、中国农业大学和印度科学工业研究委员会是2021年国际农业工程学科研究领域最有影响力的3个研究机构。中国科学院的论文主要发表在Bioresource Technology（118篇）上，约占其论文总量的66.67%，其研究领域也主要集中在生物资源技术方面。

（4）结合VOSviewer和CiteSpace分析工具，发现“农业机械”和“产量”是2021年中国农业工程核心期刊的研究中心，“growth/生长”则是2021年SCI中农业工程学科研究的核心。