張志遠 李玉慶

摘要 利用CiteSpace軟件繪制作者、機構(gòu)、關(guān)鍵詞等知識圖譜，對中國學術(shù)網(wǎng)絡(luò)出版數(shù)據(jù)庫 （CNKI） 上發(fā)表的水肥耦合文獻進行分析和評論。研究發(fā)現(xiàn)，研究機構(gòu)、學者之間的聯(lián)系和合作較少。研究熱點冬小麥、果實品質(zhì)和枸杞為我國水肥耦合研究的主要研究動向。

關(guān)鍵詞 水肥耦合;可視化分析;熱點主題;趨勢

中圖分類號 S-058? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2022）05-0220-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.05.055

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Analysis on the Hotspots and Trends of Water-fertilizer Coupling Research in China

ZHANG Zhi-yuan，LI Yu-qing

（Tibet Agriculture and Animal Husbandry College，Linzhi，Tibet 860000）

Abstract CiteSpace software was used to draw a knowledge map of authors，institutions，keywords，etc.We analyzed and commented on the water and fertilizer coupling literature published on the China Academic Network Publishing Database （CNKI）.It was found that there were fewer connections and cooperation between research institutions and scholars.Research hotspots of winter wheat，fruit quality and wolfberry were the main research trends of water and fertilizer coupling research in China.

Key words Water and fertilizer coupling;Visual analysis;Hot topics;Trends

作者簡介 張志遠（1996—），男，安徽合肥人，碩士研究生，研究方向：高原節(jié)水灌溉。*通信作者，教授，碩士生導師，碩士，從事水利及灌溉排水方面的研究。

收稿日期 2021-09-28

水資源短缺是一個全球性問題。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，耕地水資源的平均占有量僅為全球平均水平的3/4。目前，每年農(nóng)業(yè)缺水約300億m3，受旱農(nóng)田1 333萬～2 000萬hm2，8 000萬農(nóng)村人口飲水困難。我國水資源的總量很少，每個區(qū)域和季節(jié)分布差距很大。南方水資源較多，北方有很多農(nóng)作物種植區(qū)，人均水資源卻很少。全國52%的人口數(shù)量和70%的耕地面積都集中在北方地區(qū)，但北方地區(qū)卻只擁有全國水資源的24% [1]。水資源短缺嚴重制約了區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展。因此，國家十分重視節(jié)水技術(shù)的研究。水肥耦合機理和技術(shù)一直是節(jié)水研究的重要方面。水分和養(yǎng)分既是影響旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要脅迫因子，又是一對互補、相互作用的因子。鑒于此，筆者利用CiteSpace軟件繪制作者、機構(gòu)、關(guān)鍵詞等知識圖譜，對中國學術(shù)網(wǎng)絡(luò)出版數(shù)據(jù)庫 （CNKI） 上發(fā)表的水肥耦合文獻進行分析和評論。

1 研究工具及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究工具

該研究使用Drexel大學陳超美博士開發(fā)的可視化分析軟件CiteSpace作為研究工具。該軟件是基于Java編程語言編寫的，廣泛用于分析某一研究領(lǐng)域的研究熱點和趨勢。CiteSpace的原理信息可視化，結(jié)合了文獻計量學和數(shù)據(jù)挖掘算法，生成可視化知識圖譜，把節(jié)點之間的關(guān)聯(lián)凸顯出來，進而去分析研究對象之間的共現(xiàn)關(guān)系和共引關(guān)系等[2]。

1.2 數(shù)據(jù)來源 該研究的數(shù)據(jù)來源選自中國學術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版文庫 （CNKI） 全文數(shù)據(jù)。在中國知網(wǎng)的高級搜索中，以“文獻”為主題搜索。搜索關(guān)鍵詞為“水肥耦合”。時間設(shè)置為2011年1月1日在2021年9月15日。僅保留中文文獻，共獲取1 115個文獻（在2021年9月15日檢索），不包括會議報告、科技成果和報刊，共1 069篇。把從知網(wǎng)得到的參考文獻導出并轉(zhuǎn)碼成refworks，得到該研究樣本。

2 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

2.1 基本情況統(tǒng)計

2.1.1 文章發(fā)布量隨年份的變化。

圖1為歷年中國學術(shù)網(wǎng)絡(luò)出版文庫 （CNKI） 在中國水肥耦合研究文獻中發(fā)表論文數(shù)量的變化情況。從圖1可以看出，2011年發(fā)表的文章數(shù)量為79篇，此后發(fā)表的文章數(shù)量逐漸增加;2018年發(fā)表的文章數(shù)量達到了144篇的峰值。由此可見，水肥耦合問題已引起國內(nèi)研究者的廣泛關(guān)注。

2.1.2 高產(chǎn)院校和核心作者圈。

運行CiteSpace，時間跨度設(shè)置為2011—2021，時間切片設(shè)置為1年，節(jié)點類型設(shè)置為institution，top n=50，其他參數(shù)設(shè)置為默認設(shè)置，即可獲得256節(jié)點的機制共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)知識圖譜，0連接和0密度 （圖2）。從圖2可以看出，節(jié)點之間的連接數(shù)為0，連接數(shù)表示節(jié)點之間的關(guān)系。連接越多，節(jié)點之間的關(guān)系就越緊密。因此可以看出，機構(gòu)之間的交流不夠密切，合作較少。從圖2可以看出，排名靠前的分別是寧夏大學、太原理工大學、甘肅農(nóng)業(yè)大學、沈陽農(nóng)業(yè)大學、昆明理工大學，其中寧夏大學的文章數(shù)量最多。由此可見，這5家機構(gòu)在我國水肥耦合研究方面發(fā)表的文章較多，學術(shù)研究實力較強。

運行CiteSpace，將節(jié)點類型設(shè)置為author，其他參數(shù)設(shè)置為與institution參數(shù)相同，得到了393節(jié)點、262連接和0.003 4密度的作者共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)知識圖（圖3）。從圖3可以看出，結(jié)點數(shù)最多的學者是劉樹棠，其次是劉曉剛、劉益國、余洪謙、馮木才、萬學杰、任清、何新林、劉素蘭、吳朗。由于各學者的相互交流與合作，在地圖集中形成了一批作者子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，尤其是劉樹堂、何新林、侯中華領(lǐng)銜的3個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。幾位高產(chǎn)作者的合作較多，主要體現(xiàn)在劉樹棠、劉一國、馮木才、萬學杰等學者之間的學術(shù)交流和接觸上，而他們與其他學者的合作較少，論文較少 （方浩、呂志遠等）;有許多學者處在不同的節(jié)點上，如侯玉生、劉歡、丁宗江等。綜上所述，我國學者在水肥耦合研究方面的交流與合作意識不足，學者之間的學術(shù)交流與合作有待加強。

2.2 研究熱點

研究熱點反映了一個研究領(lǐng)域的研究重點和方向，對于深入了解和分析該領(lǐng)域的研究內(nèi)容具有重要意義。關(guān)鍵詞是文章內(nèi)容的核心，關(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)越多，說明該領(lǐng)域?qū)@方面較為關(guān)注、研究較多[3]。關(guān)鍵詞聚類分析是以關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析為基礎(chǔ)，把網(wǎng)絡(luò)關(guān)系中眾多的關(guān)鍵詞用聚類統(tǒng)計進行分類，化繁為簡，生成為數(shù)量較少的幾個類別[4]。該研究采用關(guān)鍵詞聚類分析法對水肥耦合的研究熱點進行分析，去分析我國水肥耦合的主要研究方向。運行CiteSpace，將節(jié)點類型設(shè)置為keyword，其他參數(shù)設(shè)置與institution參數(shù)相同。以關(guān)鍵詞知識網(wǎng)絡(luò)圖為根據(jù)，選擇LLR算法，生成關(guān)鍵詞聚類網(wǎng)絡(luò)圖，如圖4所示。圖4為 “水肥耦合”“品質(zhì)”“滴灌”“干物質(zhì)質(zhì)量”“土壤養(yǎng)分”“氮肥”“水氮耦合”“玉米”“農(nóng)藝節(jié)水”“作業(yè)要求” 10個集群，反映了我國水肥耦合領(lǐng)域的研究熱點。

基于關(guān)鍵詞聚類知識圖，在“ClusterExplorer”中得到聚類標記提取算法之一的對數(shù)似然率，得到關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聚類表 （表1）。

對每個聚類中的關(guān)鍵詞分析表明，每個聚類研究的內(nèi)容是相交的。可以看出，我國水肥耦合研究基本上圍繞“品質(zhì)”“產(chǎn)量”“水氮耦合” 和 “滴灌” 4個專題，分析如下：

2.2.1 “品質(zhì)”研究主題。

通常通過營養(yǎng)成分和含量來評估作物品質(zhì)。作物中的水分可以輸送養(yǎng)分，不同器官中光合產(chǎn)物比例也會被影響，所以果實的品質(zhì)會受到影響[5]。施肥對作物品質(zhì)也有重要作用，水肥合理搭配是保證蔬菜優(yōu)質(zhì)的重要條件。周紅偉等[6]指出，與

正常施肥相比，滴灌施肥產(chǎn)生了積極作用，可增加其辣椒素、可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)，說明滴灌施肥可以對辣椒品質(zhì)產(chǎn)生正向影響。高晶霞等[7]研究發(fā)現(xiàn)，合適的水肥處理可以有效增加辣椒品質(zhì)。

2.2.2 “產(chǎn)量”研究主題

澆水、施肥、環(huán)境和種植管理都會影響作物產(chǎn)量。陳淼等[8]研究顯示，在一定范圍內(nèi)，化肥用量越多，辣椒產(chǎn)量也會呈上升趨勢，與對照相比增產(chǎn)顯著。合理的水肥供應(yīng)是實現(xiàn)農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要保證。水肥失衡會阻礙植物生長，降低產(chǎn)量。劉方等[9]研究表明，不充分灌水會對辣椒生長發(fā)育有負面影響。干旱缺水期間的灌溉可以及時補充土壤水分，有利于土壤肥效的發(fā)揮。適宜的水肥配比促進了辣椒的生長，提高作物產(chǎn)量。楊紅等[10]試驗顯示，減少灌水、大量施肥和不施肥下辣椒產(chǎn)量會顯著降低;而水肥配比合適的情況下，辣椒的產(chǎn)量會大大提高。

2.2.3 “滴灌”研究主題。滴灌水肥一體化技術(shù)可顯著節(jié)約灌溉用水。滴灌可以節(jié)約農(nóng)業(yè)水資源，提高灌水和肥料利用效率。Dar等[11]研究發(fā)現(xiàn)，當?shù)喂酁樘镩g持水量的15%時，小麥的產(chǎn)量與其他處理相比顯著增加。雷鈞杰等[12]研究表明，隨著滴灌量的增加，籽粒產(chǎn)量并不呈正相關(guān)，而是呈先上升后下降的趨勢，滴灌產(chǎn)量的最大值為4 650 m3/hm2。冬小麥的水分和氮素利用效率受到滴灌的影響較為明顯[13]。Si等[14]在壤土 （河南省新鄉(xiāng)市） 種植冬小麥時，發(fā)現(xiàn)當?shù)喂嗨适┑繛?40 kg/hm2、灌水量為40 mm時，冬小麥的產(chǎn)量最大。由此可見，不同地區(qū)、不同土壤類型對小麥的影響不同，合適的水肥處理也不同。區(qū)域水熱條件和土壤類型對作物的水肥運輸和水肥利用具有重要影響。

2.2.4 “水氮耦合”研究主題。

充足的水分是維持作物正常生理功能的重要條件。合理施肥為作物生長提供了良好的營養(yǎng)環(huán)境。在氮、磷、鉀等元素中，對作物生長影響最大的是氮元素。施氮量不能過多或過少，否則都會影響作物的生長發(fā)育，進而降低產(chǎn)量和品質(zhì)[15-17]。我國水土資源現(xiàn)狀要求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)水、控肥。因此，水氮耦合機理和技術(shù)集成的研究一直是一個重要的熱點問題。氮磷鉀等元素都要通過土壤水肥來運輸，因此土壤水分的多少會影響元素的遷移和吸收。當土壤水分很小時，土壤水分的運輸能力降低，元素向作物根系的遷移會受到影響[18];但是土壤水分過高不僅會浪費水資源，還會產(chǎn)生深層滲漏，營養(yǎng)離子會產(chǎn)生流失現(xiàn)象，降低肥料利用效率，還會污染環(huán)境[19]。 當施肥很少時，作物品質(zhì)和產(chǎn)量不會產(chǎn)生明顯變化;當施肥過多時，造成浪費，還會對土壤生態(tài)造成負面影響[20-23]?？梢姡谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，水分和養(yǎng)分相互作用、相互制約，共同影響農(nóng)作物的生長發(fā)育[24]。

2.3 研究趨勢 突現(xiàn)詞是指在一定時間內(nèi)被引用頻率突然增加的關(guān)鍵詞，可以用來反映一定時間內(nèi)的研究趨勢。為了進一步研究我國水肥耦合研究的發(fā)展趨勢，運行CiteSpace并設(shè)置參數(shù) “bursterms”，得到關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖 （圖5）。

從圖5可以看出，2011—2014年出現(xiàn)的詞是“冬小麥”;2014—2015年出現(xiàn)的詞是“硝態(tài)氮”;2015—2017年出現(xiàn)的詞是“果實品質(zhì)”;2018—2021年出現(xiàn)的詞是“枸杞”;2019—2021年出現(xiàn)的詞是“灌溉”。其中，“枸杞”和“灌溉”突現(xiàn)詞仍在繼續(xù)，可見這2個突現(xiàn)詞現(xiàn)在仍然是我國水肥耦合的研究重點。

此外，關(guān)鍵詞時序圖可以用來反映一個研究課題的主要研究內(nèi)容隨時間的變化，也可以在一定程度上反映一段時間內(nèi)的研究趨勢。因此，在關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析的基礎(chǔ)上，在layout里選擇Timezong View，得到關(guān)鍵詞時序圖（圖6）。

從圖6可以看出，不同時期的側(cè)重點是不同的。因此，可以將2011—2021年我國水肥耦合研究的演變劃分為3個發(fā)展階段：基礎(chǔ)發(fā)展階段、繁榮階段和新階段，從而更好地分析我國水肥耦合研究的發(fā)展階段。

2.3.1 基礎(chǔ)發(fā)展階段（2011—2014年）。2011—2014年我國水肥耦合還處于發(fā)展的初級階段。由于經(jīng)費不足、觀念落后、科研條件不足等諸多問題，水肥耦合研究不足，研究混亂、不系統(tǒng)。

2.3.2 繁榮階段（2015—2017年）。該時期我國水肥耦合研究的數(shù)量逐漸增多，但存在的問題也日益顯現(xiàn)，如環(huán)境問題等。為了更好地解決問題，水肥耦合的研究逐漸增多，范圍不再局限于某一方面，方向變得越來越多。該研究從小麥、辣椒、養(yǎng)分管理、灌溉系統(tǒng)等方面進行了研究，同時從栽培技術(shù)、土壤肥力條件和優(yōu)化等方面進行了詳細研究。

2.3.3 新階段（2018年至今）。該時期水肥耦合領(lǐng)域不斷自我發(fā)展，同時也得到了國家的大力支持，我國水肥耦合的研究也與時俱進，越來越精細。產(chǎn)量和品質(zhì)仍然需要關(guān)注，但與以往不同的是，對新時期的研究問題進行了深入分析。關(guān)于枸杞的研究越來越多，從影響產(chǎn)量和品質(zhì)的根本原因進行了大量分析。

3 結(jié)論與展望

對我國水肥耦合研究現(xiàn)狀進行分析后發(fā)現(xiàn)：

第一，從目前關(guān)于水肥耦合研究的論文數(shù)量來看，總體上論文數(shù)量呈逐年上升趨勢，論文數(shù)量從2011年逐步增加，表明水肥耦合研究逐漸受到重視。

第二，從高產(chǎn)機構(gòu)來看，高校之間論文數(shù)量差距較大，高校之間的聯(lián)系較少，說明高校之間合作較少。今后，各機構(gòu)應(yīng)加強合作意識，相互交流合作經(jīng)驗，促進水肥耦合研究的進展和效率;從核心作者群體來看，論文數(shù)量較多的學者之間的合作較少，這表明學者之間的交流較少。因此，學者們應(yīng)加強合作與交流，使水肥耦合研究領(lǐng)域相互交叉、相互融合，推動水肥耦合研究向更加全面、系統(tǒng)的方向發(fā)展。

第三，從研究熱點和趨勢看，我國水肥耦合研究主要集中在 “水肥耦合”? “品質(zhì)” “滴灌” “干物質(zhì)質(zhì)量”? “土壤養(yǎng)分”? “氮肥”? “水氮耦合”? “玉米”“農(nóng)藝節(jié)水” 和 “作業(yè)要求” 主題展開，產(chǎn)量和品質(zhì)仍是一大重點，說明這些方面是目前水肥耦合中最重要的問題。同時，不僅要提高產(chǎn)量和品質(zhì)，還要探究是什么對其產(chǎn)生影響，從根本上增加產(chǎn)量、提高品質(zhì)，滿足人們對產(chǎn)量和品質(zhì)的要求。

總的來說，應(yīng)加強水肥耦合對植物生長發(fā)育、生理特性、產(chǎn)量、品質(zhì)的研究，并對影響這些變化的因素進行深層次剖析，如耗水機理和氮素運移規(guī)律。同時，在建立模型時，應(yīng)注意建立更通用的水肥耦合模型。除建立產(chǎn)量和水肥的二次回歸模型外，還應(yīng)建立作物生長機理模型，即通過對土壤-植物系統(tǒng)中質(zhì)量流、蒸騰、光合作用和同化作用的關(guān)系進行建模，計算出不同水分和養(yǎng)分條件下的作物產(chǎn)量。分析多變量條件下的產(chǎn)量形成因素，注重保護生態(tài)環(huán)境。

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