中国烟草机械化研究现状、热点与展望

摘要：

为探究中国烟草机械化发展现状、研究趋势和前沿领域，借助数据可视化软件CiteSpace，对中国知网自2000年以来所收录的有关烟草机械化的1 949条文献作为样本数据进行发文数量、研究人员、研究单位、研究领域和研究热点等方面的可视化分析。各项数据分析显示国内烟草机械化研究在稳步发展，同时仍然存在一些问题。研究表明，我国烟草机械化学术研究在时间线上呈现出初步探索、迅速发展和波动下降3个阶段；论文作者和科研机构之间的合作程度较低，合作密度仅为0.001 8，目前尚未形成强有力的核心研究团队；研究热点由烟草生产、增产逐步向集成化、专业化演进，现阶段的研究热点不仅仅局限于传统的增收增产，而是聚焦于烟叶的视觉识别。因此，深度聚焦学科交叉融合，多元化发展，同时推动建立农机农艺融合体系，组合优化农业机械、农业技术和作业工艺，使农艺与农机组成有机生产作业系统，建立现代烟草农业生态。

关键词：烟草；可视化；知识图谱；聚类分析；CiteSpace

中图分类号：S233.75

文献标识码：A

文章编号：2095-5553 （2025） 01-0282-08

Research status， hotspots and prospects of tobacco mechanization in China：

Visualization analysis based on CiteSpace

Zheng Le¹， Liu Xinyuan²， Song Zhengxiong³， Liang Pengfei¹， Wang Yujie⁴

（1. "College of Mechanical Engineering， Guizhou University， Guiyang， 550025， China; 2. Tobacco Production

Technology Center， Sanmenxia City Company of Henan Province Tobacco Company， Sanmenxia， 472000， China;

3. Songyang County Branch of Tobacco Company， Luoyang City Company of Henan Provincial Tobacco Company，

Luoyang， 471000， China; 4. Tobacco Production Technology Center， Luoyang City Company of

Henan Provincial Tobacco Company， Luoyang， 471000， China）

Abstract：

In order to explore the development status， research trends and frontier fields of academic research on tobacco mechanization in China， this study used the data visualization software CiteSpace to visualize the number of papers， researchers， research units， research fields and research hotspots of 1 949 articles on tobacco mechanization collected by CNKI since 2000 as sample data. The data analysis shows that while the domestic tobacco mechanization research is developing steadily， there are still some problems. The academic research of tobacco mechanization in China presents three stages such as preliminary exploration， rapid development and fluctuation decline. The degree of cooperation between the author and the scientific research institution is low， and the cooperation density is only 0.0018. At present， a strong core research team has not been formed. The research focus has gradually evolved from tobacco production and production increase to integration and specialization. The present research focus is not only limited to the traditional income increase， but also focuses on the visual recognition of tobacco leaves. Therefore， the in-depth focus on interdisciplinary integration and diversified development， while promoting the establishment of agricultural machinery and agronomy integration system， combining and optimizing agricultural machinery， agricultural technology and operation technology， "so as to make agronomy and agricultural machinery form an organic production operation system， and establishment of modern tobacco agricultural ecology.

Keywords：

tobacco; visualization; knowledge graph; cluster analysis; CiteSpace

0"引言

烟草机械化是运用先进且适用的农业机械装备烟草农业，改善烟草农业的生产经营条件，不断提高烟草农业的生产技术水平和经济效益、生态效益的过程^［1］。而且是转变烟草生产方式、实现烟草生产现代化的一个重要载体，是现代烟草农业建设的一项重要内容，是稳定烟草种植规模、增加烟农收入的重要途径。中国是世界上最大的烟草生产国，每年的种植面积达1 100khm²，同时烟草农业是劳动密集型行业，劳动强度较大，随着我国人口老龄化程度加剧和城市化进程的推进，烟草农业逐渐出现劳动人员不足的问题^［2］。因此，提高烟草农业的机械化水平、优化种植与生产技术已成为促进烟草行业发展的必经之路。

在此背景下，为推进我国烟草机械化领域的发展，帮助研究人员更好了解特定学术研究领域的发展状况，本文对2000年1月1日—2023年10月7日中国知网所收录的中国学术界近二十年来的烟草机械化学术研究成果数据进行可视化分析，利用CiteSpace知识图谱大数据可视化处理的能力，从时间序列多维度挖掘梳理共现研究特征，找出我国烟草机械化领域的研究热点、前沿进展和时空分布。

1"研究方法及数据来源

1.1"研究方法

采用CiteSpace软件作为分析工具对中国烟草机械化发展文献进行计量分析和可视化呈现。

1） 数理统计方法。文献计量法是基于数学和统计学的原理，从不同角度（如时空分布、聚焦领域等）对文献体系和文献计量特征进行系统性统计分析，并对文献的数量分布、组成结构和演进规律进行定量分析，然后通过可视化结果呈现出某一研究领域的现状和趋势的科学，是一种基于数理统计的宏观方法^［3］。

2） 知识图谱可视化分析。CiteSpace通常译为“引文空间”，它是在信息可视化和科学计量学的基础上应用Java语言所开发的一款多元化的文献可视化分析软件。主要用于研究分析学术文献中蕴含的潜在规律，以突破在读者主观阅读中难以对文献进行科学归纳的局限^［4］。在学术研究中可以使用它来对特定领域的研究文献进行科学性的梳理分析，也能够对CNKI等数据库的文献数据进行转换、分析和计算，并可根据使用者的需求形成多种可视化知识图谱，以便研究者直观地分析特定领域的学术研究演进规律。

将中国知网CNKI数据库所收录的烟草机械化数据检索时区跨度设定为2000—2023年，时间切片（Time Slicing）设定为1年，文本处理（Text Processing）选定为主题（Title）、摘要（Abstract）、作者（Author）、关键词叠加（Keyword Plus），连结强度计算（Links Strength）方法设定为余弦（Cosine），范围应用于时间切片（Scope Within Slices），由需求设置阈值（Threshold）为5～10，算法选择为切片网络（Pruning sliced networks）以及共现网络（Pruning the merged network），将烟草机械化文献按照网络节点类型（Node Types）分为文献计量分析及研究热点分析。然后对现有烟草机械化研究文献数据进行作者（Author）与机构（Institution）合作分析、关键词（Keyword）共现分析、时间线图（Timeline）以及突现检测（Burst detection）等，进而得出烟草机械化相关研究领域的知识图谱可视化呈现，并结合有关文献内容和时事热点进行分析解读，进一步揭示烟草机械化研究领域的演进规律。

1.2"数据来源

数据来源于CNKI文献数据库，以研究主题为核心，检索式为“SU=（‘烟叶’+‘烤烟’+‘烟草’）AND SU=（‘机械’+‘机器’+‘机具’+‘育苗机’+‘起垄机’+‘施肥机’+‘打窝机’+‘投苗机’+‘移栽机’+‘铺膜机’+‘植保机’+‘装烟机’+‘切丝机’+‘卷烟机’+‘打叶机’）”。设置检索时间为2000年1月1日—2023年10月7日，获得相关研究文献4 721篇，然后经过手动选择，清洗剔除出新闻、通知、会议等无效数据，得出有效数据共1 949条，然后将得到的有效数据导出，同时导出Excel题录数据，最后对该数据进行可视化分析。

2"烟草机械化学术文献计量分析

2.1"发文年限分析

学术研究文献年度发表数量的变化反映该研究领域在不同时期的关注度，同时也客观反映出当时所处于的学术研究阶段以及研究的连续性和热度，通过对历年来的1 949条有效数据进行分析，得到近20年中国烟草机械化学术研究发文趋势如图1所示，可以较为直观地看出中国烟草机械化领域的发展趋势。对近20年来我国烟草机械化学术文献数据进行梳理得出该学术研究领域发展主要分为3个阶段：初步探索阶段（2008年之前）、迅速发展阶段（2008—2014年）、波动阶段（2014年至今）。

探索阶段的年度发文量很低，说明烟草机械化领域的学术研究正在起步，受我国当时的社会经济背景影响，还没有引起普遍关注。

爆发阶段的年度发文量较高，且逐年增长的趋势较为迅猛，随着国家对烟草行业的重视，烟草机械化领域也吸引了学术界的目光，研究取得极大进展。与此同时，中国烟叶生产机械化作业率激增，技术水平与欧美国家的差距迅速缩短。

波动阶段的文章相比爆发阶段少许多，该领域的热度逐渐回落，有关烟草机械化的研究在之前的基础上脱离传统的烟草机械，聚焦农艺与农机结合，围绕作业场景和作业环节，综合提升烟草机械化水平。

2.2"发文机构分析

对作者、机构进行合作网络分析可以帮助人们快速发现该研究领域的作者、机构之间的合作关系，更有利于研究人员发现关键科研人员或科研机构。而且对发文机构进行共现分析可以清晰地展示近20年来烟草机械化领域科研水平与核心科研机构在我国的分布情况。

在CiteSpace操作界面，选择节点类型为机构（Institution），然后对文献数据进行可视化分析，得到如图2所示的研究机构共现可视化图谱。根据网络结构和聚类的清晰度，CiteSpace提供模块性（Q）与平均轮廓值（Silhouette）两个参数，它们可以作为评判图谱是否有效的重要依据。在科学知识图谱的解释里，Q值是知识图谱网络模块化优劣的重要参数，Q值一般在［0， 1），当Q大于0.3时，意味着数据的网络结构是稳定的。轮廓值（Silhouette）是表明聚类结果是否科学合理的重要参数，当其大于0.7时，说明图谱网络的同质性很高且结果具备有高可信度^［5］。由图2可知，Q=0.965 4表明我国近二十年的烟草机械化发表文章的科研机构网络共现结构高度显著；Silhouette=1表明我国研究烟草机械化的科研机构的研究成果聚类具备高可信度。

由图2可知，网络节点数量N=524，即科研机构总数有524所，且烟草公司及烟草基地在这些科研机构中的占比高，在烟草机械化学术研究领域的影响较大，说明该项目具有高度的实用性研究价值。节点之间的连线数E=244，即各机构之间有244例合作关系，节点之间的连线可以体现机构之间的合作强度，连线越粗，说明他们在同一篇文献中出现的频率越高，之间的合作关系越深，图谱显示在我国烟草机械化研究领域内各科研机构之间的合作关系呈现出高度的地域化和分散性团队化。而合作密度（density）仅为0.001 8，表明我国烟草机械化研究机构数量虽然较多，但各个机构之间的合作程度很低，对我国烟草机械化研究领域的发展不利。

为更加清楚地展现出烟草机械化领域中的核心科研机构，借助CiteSpace中的相关数据，列出在烟草机械化领域发文量最多的前十所机构。由表1可以看出，与各地区的烟草公司相比，高等院校的发文量较高，而且在烟草机械化领域的起步较早。

2.3"发文作者分析

对烟草机械化学术研究领域的全部有效文献数据进行科学计量分析，总发文量排名前10的作者如表2所示。从作者的发文量上来看，来自贵州大学的张富贵对烟草机械化领域的研究最为深入，研究成果最为丰富，尤其是在西南山区烟草机械方向与其他研究人员拉开了一定差距^{［6， 7］}。结合作者所在单位来看，发文量排名前十的作者中，张富贵、张汝坤、毛文菊、林选知所在单位均处于我国云贵川地区，可见我国西南地区对烟草机械化领域的研究颇为看重。

根据普赖斯定律：在同一研究主题中，半数的论文是由高产作者所撰写的，同时这一部分作者的数量大约是所有作者数量的平方根。而在高产作者中，假设最低发文数量为N，则个人发文量大于等于N的学者的总发文量恰好是全部论文总数的一半^［8］。普赖斯根据洛氏定律推导出N≈0.749×Nmax（其中，Nmax是作者个人的最高发文量）。已知最高发文作者的发文量为13，计算N=2.996，取整数3，对已有数据进行统计得出发文数量在3篇及以上的作者总发文量为346篇，低于文献总量的一半。由此可知，在烟草机械化学术研究领域内还没有形成稳定的核心研究领军团队。

进行作者共现分析可以展现出烟草机械化领域中的各位作者与各个研究团队的合作关系，并侧面反映出研究进程与领域发展中的学科交叉融合与研究热点演进的趋势^［9］。对核心专家学者的研究侧重点进行分析可以尽快深入研究领域内涵，为新人提供参考方向，有助于烟草机械化研究领域的高质量深入发展。

通过CiteSpace软件对1 949条数据选择节点类型（Node Types）为作者（Author）的可视化图谱分析，可得到图3。

图3的相关数据（N=755，E=694）与烟草机械化科研机构共现分析可视化图谱中的数据含义类似，其中的“N”代表节点，即作者出现的位置节点，作者名字的字号越大，表明该作者出现的频率越高，发表的文章数量越多；“E”代表连线数量，节点之间的连线代表作者之间的联系，连线越粗，说明他们在同一篇文献中出现的频率越高，由此可以看出作者之间的合作关系。作者合作图谱中出现755个节点，连线有694条，从图3中也可以直观地看出各作者之间有一定的连线，尤其几个突出的作者之间连线较多，有些甚至形成小型的网络结构，说明烟草机械化领域中的科研人员已经形成了几个小型研究合作团队。由图3可知，Q=0.934表明我国近20年来烟草机械化领域科研作者的网络共现结构合理且具备高度显著性；S=0.965 4表明作者共现聚类结果合理且具备高可信度。

发文量是判定研究成果权威性的一个重要指标，有助于快速聚焦研究视角，但仅从这一项来分析显然不够客观，而文章的被引频次可以反映出该作者在研究领域内的认可度。因此借助CiteSpace中显示的有关作者的分析数据，截取烟草机械化文献高被引频次排名前十位的作者的相关研究数据并制成表格，结果如表3所示。结合图3可看出，国内烟草机械化领域的科学研究呈现出多核心的发展模式，部分核心成员占据重要地位。尤其是以张汝坤为首来自的云南农业大学的科研团队，不仅发文量较高，被引频次也高于其他团队，具有较大的学术影响力，为烟草机械化领域的研究做出突出贡献^{［10， 11］}。

排名前10的作者所从事的研究领域集合较小，且均属于农业大类的范畴，其中毛文菊、董哲、林选知、刘斌、张富贵、吴雪梅和李建华这些认可度较高的学者主要从事于农业工程、轻工业手工业领域研究，刘勇主要从事于光谱技术和智能仪器领域研究。领域集合小可能会带来研究学者缺乏相关跨领域知识、学科交叉融合较浅的问题。该领域的研究还有待深化，应加强不同学科机构之间的交叉合作，促进不同专业领域的研究学者运用关联学科知识进行高密度、深层次的学术研究合作。

3"烟草机械化的研究热点与前沿进展

使用CiteSpace软件对烟草机械化研究的关键词、主题等进行聚类共现分析，可以从该项目所涉及到的研究领域、研究内容和研究成果三方面观察烟草机械化的研究进展，抓住烟草机械化的研究热点，分析烟草机械化的演进规律，预测其发展趋势。

3.1"研究领域分析

关键词是文章的关键信息，是作者对研究中心的凝练表达，高度概括了该领域的研究主题。对相关文献关键词进行共现分析，可以快速抓住烟草机械化研究领域的研究热点和各个热点之间的联系^［12］。使用CiteSpace软件对745条数据选择节点类型（Node Types）为关键词（keyword）的可视化图谱分析，得到图4的关键词聚类图谱。该图谱可以突出关键节点和各节点之间的重要连接，并体现出关键词聚类的结构特征；关键词节点越大说明该关键词的出现频次越高，则研究热度越高；节点之间的连线越粗，则两个关键词同时出现的频次越高，它们的联系就越紧密。图4的相关数据（Q=0.7263、S=0.9303）表明烟草机械化研究领域的相关文献关键词共现网络结构和聚类具有显著结构性和高可信度。

关键词共现图谱的节点数（N=745）较多，表明烟草机械化领域的研究热点较为广泛；D=0.004 2、E=1 162说明各研究热点之间存有一定的联系，通过对比研究热点量和源数据的研究样本量，该领域的研究范围虽广，但是整体的研究深度不足，有待进一步发掘。图谱中关键词的高频性表现出该关键词在烟草机械化研究领域中的研究热度，频次越高，表明该关键词相关的研究方向越热门；而关键词中心性表现出该次在研究领域中的相关度，中心性越高，表明该关键词与其他研究方向之间的相关性越强。利用CiteSpace分析相关文献，得到烟草机械化研究中关键词的频次与中心性信息，为获得烟草机械化高频研究热点和研究相关性数据，整理统计出前十位高频关键词和高中心性关键词并汇总绘制表4。

由表4可知，烟草机械化研究领域关键词的频次数据与中介中心性数据高度拟合，整体研究的演进脉络遵循基于“烟草”至相关领域维度的研究。

值得注意的是，中介中心性排名前十的高频关键词中，烟草、卷烟机、打叶复烤、烟草机械、卷烟等关键词均出现于2000—2002年，结合年度发文量数据来看，烟草机械化领域的研究引起了学术界的广泛关注，在这段时间迎来一个急速发展的爆发期，但是近十年未出现新的高频关键词。

关键词共现中的节点较多，不利于精准总结烟草机械化研究领域，为抓住主题聚类集群蕴含的具体信息和结构分布，使用CiteSpace的关键词聚类功能，将关键词共现图谱中联系较为紧密的关键词汇总形成聚类，得到关键词主题可视化聚类图谱（图5）。

图5的数据（Q=0.7263、S=0.9303）说明烟草机械化研究主题聚类图谱网络结构科学合理，可信度高。图谱结构特征说明研究主题的分布范围广，密度较低（D=0.0044），呈现出小型规模化结构，且主要聚类规模大体上相似，差异不大，比较平均。对高频关键词图谱和关键词聚类图谱综合研究分析得出，烟草机械化领域的现有学术研究主要分为3个方面：（1）以烟草机械化的基本范畴为视角，如烟草机械、卷烟机、切丝机等；（2）以烟草机械化的发展为视角，如对策等；（3）以烟草机械化的高新技术为视角，如机器视觉、重量控制和控制系统等。

但从整体看，无论是高频性还是高中心性，十几年来均没有出现规模排进前10的新关键词，说明烟草机械化学术研究领域近年来已到达研究瓶颈，要进一步取得开拓性学科发展，对该领域进行深度探索，需要与相关学科深入交叉融合，构建并完善学科知识体系。而且关键词聚类图谱结构上仅略微呈现出由中心发散的网状结构，说明该领域的研究力量还较为分散，有待进一步加强合作。为学科的进一步发展，应着眼于烟草机械化领域的内涵特质，聚焦该领域的复合型人才培养，形成核心知识群网络。

3.2"研究热点与演化脉络分析

在共现分析中，短时间内使用频次突然增加的关键词被称为突现词，突现词有助于分析烟草机械化领域学者的研究热点和前沿进展，突现值是评估其同时期内影响力的重要指标，突显值越高代表该关键词的同期影响力越大^［13］。研究选取突现值排名前20的关键词按照首次出现时间顺序排列生成关键词突现图谱（图6）。

图谱显示，关键词的突现强度一般，但研究关注热点得到很好的体现。为更清晰地展示出各时间段的高频关键词分布，发掘既定时间段的研究重点，进而找出各研究主题的演进规律，利用CiteSpace的时间轴和时间区间将关键词按照时间顺序排列，在关键词共现图谱的基础上得到关键词时序可视化图谱（图7）。

关键词时序图和关键词时区图清楚的展示出烟草机械化领域研究热点沿时间轴的演化情况。为进一步分析研究演进趋势，基于前文所述的年度发文量数据，结合时序图与时区图所展现的不同时期内的研究热点情况，将烟草机械化领域的研究演化过程科学概括为3个阶段。

1） "2009年之前为研究初级阶段。此时，烟草机械化领域的研究内容以生产为主题，研究方向以利用烟草农业机械提高烟叶种植面积和生产效率为主。在农业机械化发展历程中处于农机服从农艺阶段，对机具进行不断改进来适应农艺的要求，从而实现增产的目的，但是对于如何进行科学机械化生产尚未有一个明确的成果^{［14， 15］}。

2） "2009—2016年为快速发展阶段。特别是自十八大以来，国家大力推动城乡一体化发展，更为重视“三农”问题，当时政府部门所出台的一系列支持三农工作的政策对烟草机械化的研究起极大的导向和推动作用。得益于这段时间内国家对烟草行业的重视，越来越多的专家学者对这一领域展开深入研究，中国烟草机械化领域的研究进入新阶段。自此，我国烟草机械化研究开始快速发展，有关烟草机械化的研究成果呈现出井喷式增长。2011年，我国从美国和意大利分别引进世界一流的采收机与移栽机，这些技术推动了中国烟草机械化领域的发展。在积极吸收借鉴国外烟草机械化技术的同时，也致力于发展我国自己的烟草设备，加快了我国烟草机械化领域的发展节奏，使我国烟草机械化生产水平飞速发展，来到农机发展历程中的农机农艺协调阶段。有关烟草机械化的研究主题从生产迈向现代化、烟叶质量等，科研界的目光也看向气候条件好但难以实现机械化生产的西南烟叶产区^{［16， 17］}。

3） "2016年至今为深化研究阶段。研究主题和方法都更加多样化，烟草农业机具的专业化和智能化成为该领域的重点研究方向。并且从时序图中这一阶段的高频关键词“机器视觉”“烟草机械”“智能烘烤”“机器学习”“深度学习”等可以看出，烟草机械化领域的研究呈现出技术化和信息化趋势，说明该阶段的研究内容有更深入的发展，充实了该领域研究的理论体系。经过十多年来的现代烟草机械化研究发展，时至今日，育苗和烤烟已基本实现工厂化，田间作业机械也研发出多种通用型号，机械化作业率显著提高，但是农机农艺融合体系的建立尚未规范化标准，仍有部分问题亟需攻关^{［18， 19］}。

4"中国烟草机械化研究优化发展建议

4.1"发展农机农艺融合体系

我国烟草产地分布广泛，生产行业经过多年发展，烟叶的农艺标准呈现出复杂化、多样化，不同烟区的垄面参数、株距、行距都有所差别，农艺上也不尽相同，缺乏宜机化考虑。

在前期农机服从农艺的发展阶段下所研发的许多农机只能在限定区域内有效作业，导致机具缺乏普遍适应性，不仅增加研发成本，还加大农机的推广难度。因此，要对农艺技术标准实施宜机化改进，根据各烟区的地形地貌、气候条件、土壤状况和田形特点等，在一定的农艺相似的范围内，统一烟叶生产的流程，农艺参数，从而分区域构建烟草农业标准体系。

根据实际的生产情况进行调研，厘清空白机型、不适用机型和成熟机型清单，依托专业学会、协会的力量，开展烟草机械“赛马”选型验证现场会，促进适用机型的落地率。空白机型向科技部门推荐研发，不适用机型请厂家跟进改进，成熟机型通过推广落地应用。将农机与农艺看作整体，组合优化农业机械、农业技术和作业工艺，实现科学的烟草机械化生产，使农艺与农机组成有机生产作业系统，建立现代烟草农业生态。

4.2"减工降本，发展智能化机具

在城市化进程和社会老龄化加剧的时代背景下，我国农业正面临着缺乏青壮年劳动力的问题，亟需提高机械化作业效率。尤其是烟草农业，我国70%的烟叶产区分布在机械化作业难度较大的山地丘陵地区，其劳动强度大，生产用工多，迫切需要实现轻简机械化生产，降低劳动成本。而目前我国的山地烟草农业机械整体体积较大，重量大、自动化水平较低，需要研发人员在充分考虑我国田间老龄化加剧的基础上，针对性的设计研发出智能化、集成化、轻便化的烟草农业机具，降低烟草农业对青壮年劳动力的需求。

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