馬 笑，張世浩，張 芬，劉發(fā)波，梁 濤,3，王孝忠，陳新平

（1西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715；2西南大學(xué)長江經(jīng)濟(jì)帶農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展研究中心，重慶 400715；3重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 401329）

0 引言

蔬菜是人們飲食中不可或缺的食物來源。1997—2017年，全球蔬菜產(chǎn)量由5.5億t增長到10.9億t[1]，其中氮肥對蔬菜產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。由于蔬菜根系淺、養(yǎng)分吸收能力差、生育周期短的生物學(xué)特性和蔬菜高經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動，集約化菜地氮肥投入量遠(yuǎn)高于作物需求[2]。不合理的氮肥施用導(dǎo)致被作物吸收利用的氮肥僅占施入氮肥的小部分，蔬菜系統(tǒng)氮肥利用率低，露地蔬菜利用率為25.9%，設(shè)施蔬菜利用率僅為19.7%[3]，損失的氮素主要以銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的形式淋溶到深層土壤中或徑流到水體中、經(jīng)氨(NH3)或氮氧化物(NxO)等氣體的形式進(jìn)入到大氣中[4]。蔬菜系統(tǒng)大量的活性氮損失導(dǎo)致了一系列的環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)問題[5-6]，制約全球蔬菜綠色可持續(xù)發(fā)展，已成為目前科學(xué)界廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。

自21世紀(jì)以來國內(nèi)外學(xué)者在蔬菜系統(tǒng)活性氮損失領(lǐng)域發(fā)表了大量的研究型論文，主要集中在田塊尺度上定量化揭示不同環(huán)境（土壤和氣候）下不同蔬菜系統(tǒng)（露地和設(shè)施）各活性氮損失量[7-9]及微生物學(xué)機(jī)制[10-11]；探究不同農(nóng)藝措施如氮肥用量[12]、氮肥類型[13]、灌溉制度[14]、綜合管理[15-16]等對各活性氮排放的影響等。近年來，也有不少學(xué)者基于已發(fā)表論文的數(shù)據(jù)利用模型模擬和整合分析(meta-analysis)的方法在大尺度上（全球/國家/地區(qū)）量化不同蔬菜系統(tǒng)各活性氮損失的排放因子和總量[17-18]及評估不同調(diào)控途徑的減排潛力等[19-20]。然而，盡管目前蔬菜系統(tǒng)活性氮產(chǎn)生機(jī)制、調(diào)控減排、定量評估等方面的研究已經(jīng)取得豐碩的成果，但仍缺乏對該領(lǐng)域研究現(xiàn)狀、熱點(diǎn)及演變趨勢的梳理和總結(jié)。

文獻(xiàn)計量學(xué)是利用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)的方法，以文獻(xiàn)體系和文獻(xiàn)計量特征為研究對象，系統(tǒng)分析某領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢的科學(xué)[21]。由于其顯著的客觀性、定量化、模型化的宏觀研究優(yōu)勢，迄今為止已廣泛應(yīng)用于植物營養(yǎng)學(xué)[22]，土壤學(xué)[23]，環(huán)境科學(xué)[24]等領(lǐng)域。但截至目前為止，關(guān)于文獻(xiàn)計量學(xué)對全球蔬菜系統(tǒng)活性氮損失的探究尚不清楚。本研究以Web of Science核心合集為數(shù)據(jù)庫，使用VOSviewer軟件對蔬菜活性氮損失研究文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，系統(tǒng)揭示該領(lǐng)域研究歷程、熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢，以期為未來該領(lǐng)域的研究提供參考與借鑒。

1 材料和方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

Web of Science核心數(shù)據(jù)庫是一個綜合型、多學(xué)科、核心期刊引文檢索平臺，是世界上最權(quán)威的數(shù)據(jù)庫之一[25]。本研究基于Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用高級檢索工具，以“蔬菜系統(tǒng)”和“活性氮”為主題，全面交叉配對48次，具體檢索組合方式如圖1所示，檢索設(shè)置文獻(xiàn)類型為“article”和“review”，語種為“English”，發(fā)表時間范圍為2000年1月—2021年8月，利用Histcite軟件對未收錄到數(shù)據(jù)集中的文獻(xiàn)進(jìn)行增補(bǔ)，并逐條篩查和剔除重復(fù)或不相關(guān)的文獻(xiàn)，最終收錄英文文獻(xiàn)444篇。

圖1 “蔬菜系統(tǒng)”和“活性氮損失”主題組合檢索方式

1.2 統(tǒng)計方法

VOSviewer是由荷蘭萊頓大學(xué)開發(fā)設(shè)計的一款文獻(xiàn)計量分析軟件，可進(jìn)行文獻(xiàn)的分布結(jié)構(gòu)、數(shù)量結(jié)構(gòu)、變化規(guī)律研究，其對文獻(xiàn)集分析結(jié)果的可視化圖譜展示有著獨(dú)特的優(yōu)勢[26]。本研究以收錄的444篇SCI論文為樣本，對文獻(xiàn)發(fā)表的期刊，作者，單位及文章關(guān)鍵詞等關(guān)鍵題錄信息進(jìn)行提取，基于Web of Science自身的分析功能并結(jié)合VOSviewer軟件和Histcite軟件對蔬菜系統(tǒng)活性氮損失的文獻(xiàn)從單位時間發(fā)文量、高產(chǎn)期刊、高產(chǎn)機(jī)構(gòu)、高產(chǎn)國家、文章被引頻次進(jìn)行計量統(tǒng)計，并對關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類和共線分析，通過形成可視化的知識圖譜對蔬菜系統(tǒng)活性氮損失領(lǐng)域進(jìn)行歸納和總結(jié)。

2 結(jié)果與討論

2.1 發(fā)文趨勢分析

某一研究領(lǐng)域的發(fā)文量和其時間變化趨勢可以表征當(dāng)前研究水平，各階段發(fā)展速度和發(fā)展前景[27]。年發(fā)文量如圖2所示，從2020年1月—2021年8月，蔬菜活性氮損失研究SCI的發(fā)文總量達(dá)到444篇且年平均發(fā)文量增長迅速。2000—2008年期間，該領(lǐng)域的研究進(jìn)展較為緩慢，年均發(fā)文量少于10篇。2008年之后，該領(lǐng)域的年發(fā)文量小幅增加，總量在18篇左右徘徊，且仍處于發(fā)展的初期階段。從2015年之后，蔬菜系統(tǒng)活性氮損失的問題日趨受到重視，發(fā)文量也快速增長，到2020年，年發(fā)文量達(dá)到59篇。鑒于蔬菜種植面積和產(chǎn)量的持續(xù)增加和與這一主題息息相關(guān)的環(huán)境政策的實(shí)施，未來幾年該領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)入大發(fā)展時期，論文數(shù)量將繼續(xù)增長。

圖2 2000—2020年蔬菜活性氮損失研究的年度發(fā)文量及2021年當(dāng)前發(fā)文量

2.2 國家發(fā)文量分析

國家發(fā)文量可以體現(xiàn)國家對該領(lǐng)域研究的重視程度。基于已收錄的文獻(xiàn)集，對21世紀(jì)以來不同國家和地區(qū)的總發(fā)文量分析，得到的結(jié)果如表1所示，文獻(xiàn)發(fā)表總量排名前10名的國家分別為中國、美國、德國、澳大利亞、西班牙、加拿大、意大利、英國、日本和丹麥。其中，中國為蔬菜活性氮損失領(lǐng)域發(fā)表SCI論文量最多的國家，共236篇，占全球總發(fā)文量的53.15%，表明中國對該領(lǐng)域研究的高度關(guān)注；總被引頻次(Total Global Citation Score，TGCS)表示某篇文章在Web of Science核心合集中的總被引次數(shù)，文章的總被引頻次越高，說明該文章研究水平和全球受認(rèn)可度越高。從表1可以看出，中國在該領(lǐng)域發(fā)表SCI論文總被引頻數(shù)為5618，遠(yuǎn)高于其他國家，這既表明中國處在蔬菜系統(tǒng)活性氮損失研究領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位也表明中國在該領(lǐng)域的研究成果受認(rèn)可度高。

表1 蔬菜系統(tǒng)活性氮損失研究領(lǐng)域發(fā)文量前10名的國家

2.3 科研機(jī)構(gòu)發(fā)文量分析

發(fā)文量是被用來評估科研機(jī)構(gòu)對該領(lǐng)域的研究能力的重要依據(jù)，而論文總被引頻次可以反映科研機(jī)構(gòu)對該領(lǐng)域研究的影響力和傳播力[28]。本研究基于發(fā)文量和被引頻次，綜合評估各科研機(jī)構(gòu)對該領(lǐng)域?qū)W術(shù)研究的影響力。整個統(tǒng)計范圍內(nèi)共有200家機(jī)構(gòu)參與蔬菜系統(tǒng)活性氮損失的研究，全球科研發(fā)文量排名前10名的機(jī)構(gòu)如表2所示。中國是該領(lǐng)域研究的主力軍，發(fā)文量排名前10名的機(jī)構(gòu)中，中國占6個。在中國的研究機(jī)構(gòu)中，中國科學(xué)院以發(fā)文量111篇位居第一，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、西南大學(xué)和浙江大學(xué)緊隨其后。國際科研機(jī)構(gòu)也對該領(lǐng)域展開研究，如阿爾梅里亞大學(xué)（24篇）、佛羅里達(dá)大學(xué)（14篇）、墨爾本大學(xué)（13篇）和卡爾斯魯厄理工學(xué)院（12篇）。說明蔬菜系統(tǒng)活性氮損失研究受到國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。從文章被引頻次來看，中國科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的本地總被引頻次和總被引頻次都占據(jù)絕對優(yōu)勢，說明中國科研機(jī)構(gòu)在蔬菜活性氮損失領(lǐng)域有較高的科研水平和學(xué)術(shù)成就。

表2 蔬菜系統(tǒng)活性氮損失研究領(lǐng)域最高發(fā)文量前10名的研究機(jī)構(gòu)

2.4 期刊分布情況分析

通過分析期刊來源分布可以幫助研究人員高效獲取該研究領(lǐng)域的核心期刊，有利于該領(lǐng)域研究人員選擇合適的期刊投稿，進(jìn)而有助于學(xué)術(shù)成果更好地呈現(xiàn)[29]。期刊影響因子，是代表期刊影響大小的一項(xiàng)定量指標(biāo)，即期刊平均每篇論文的被引用數(shù)，實(shí)際上是期刊在某年被全部源刊物引證該刊前兩年發(fā)表論文的次數(shù)，與該刊前兩年所發(fā)表的全部原論文數(shù)之比。與蔬菜活性氮損失領(lǐng)域有關(guān)的SCI論文發(fā)文量排名前10名的期刊及其發(fā)文量、影響因子和分區(qū)的文獻(xiàn)檢索結(jié)果列于表3。分析結(jié)果顯示，排名前5名的期刊分別為Science of the Total Environment、Agriculture Ecosystems & Environment、Agriculture Water Management、Atmospheric Environment、Environmental Pollution，這些期刊都屬于農(nóng)林科學(xué)和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域影響力較高的期刊，占總發(fā)文量的26.35%。前10名高產(chǎn)期刊都屬于JCR一區(qū)和二區(qū)的文章，有較高的影響因子，說明蔬菜系統(tǒng)活性氮損失研究成果具有較高的學(xué)術(shù)水平。

表3 蔬菜系統(tǒng)活性氮損失研究領(lǐng)域發(fā)文量前10名高產(chǎn)期刊

2.5 作者及合作關(guān)系分析

尋找蔬菜活性氮損失領(lǐng)域的核心作者群體和其合作關(guān)系有利于明確該領(lǐng)域研究的關(guān)鍵學(xué)者，促進(jìn)學(xué)術(shù)交流和研究的深入發(fā)展[29]。涉及蔬菜系統(tǒng)活性氮損失研究領(lǐng)域的作者共1484位，其中在2000年1月—2021年8月期間發(fā)表SCI論文數(shù)最多的作者是來自南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的熊正琴(Xiong Zhengqin)。根據(jù)普萊斯理論[30]：N=0.749(Nmax)1/2，Nmax為發(fā)文數(shù)量最多作者的論文篇數(shù)，N為核心作者的最低發(fā)文數(shù)量。經(jīng)計算發(fā)文數(shù)量≥4篇(N=3.89)則被劃分為核心作者。在VOSviewer中檢索到核心作者共有109位，其合作關(guān)系如圖3所示，共有10個聚類組。聚類組內(nèi)部聯(lián)系強(qiáng)度較高，且作者多為同一個科研團(tuán)隊(duì)或同一科研機(jī)構(gòu)，如熊正琴(Xiong Zhengqin)和段鵬鵬(Duan Pengpeng)、王敬國(Wang Jinguo)和呂昊峰(Lv Haofeng)、夏龍龍(Xiong Longlong)和施衛(wèi)明(Shi Weiming)、鄭循華(Zheng Xunhua)和姚志生(Yao Zhisheng)，但聚類組外聯(lián)系強(qiáng)度較低，如張福鎖(Zhang Fusuo)和陳新平(Chen xinping)在該領(lǐng)域的主要合作作者僅為陳清(ChenQing)。從核心作者合作共線網(wǎng)絡(luò)可以看出，蔬菜系統(tǒng)活性氮損失領(lǐng)域同一研究團(tuán)隊(duì)間合作緊密，不同研究團(tuán)隊(duì)間的合作較少，研究人員可以根據(jù)研究需求同聚類組外的作者加強(qiáng)學(xué)術(shù)交流與合作。

圖3 蔬菜系統(tǒng)活性氮損失的作者合作網(wǎng)絡(luò)圖

2.6 本地高被引論文分析

本地被引頻次(Total local citation score，TLCS)表示文章在當(dāng)前數(shù)據(jù)集中被引用的次數(shù)，若某一篇文章的TLCS越高說明該文章在該研究領(lǐng)域的相關(guān)度和影響力越大[31]。本地被引頻次越高代表文章在該領(lǐng)域越具有里程碑的意義。蔬菜系統(tǒng)活性氮損失研究領(lǐng)域前10名高被引SCI論文具體信息如表4所示，其中，巨曉棠于2006年發(fā)表在Environmental Pollution上題為“Nitrogen balance and groundwater nitrate contamination:Comparison among three intensive cropping systems on the North China Plain”的文章，總本地被引用頻次最高，為68次。該篇文章指出在華北平原集約化設(shè)施蔬菜系統(tǒng)的氮素投入量和氮盈余量顯著高于小麥-玉米輪作系統(tǒng)和蘋果園，且化肥僅占設(shè)施蔬菜系統(tǒng)氮素投入總量的37.1%。文章通過3種種植制度的比較提升了研究人員對集約化設(shè)施菜地氮素投入總量、比例和氮平衡的認(rèn)知。本地被引用頻次排名第二的是2006年發(fā)表在Atmospheric Environment上的“Measurements ofnitrous oxide emissions from vegetable production in China”，總本地被引頻次為56次。在此篇文章中，熊正琴利用靜態(tài)箱-氣相色譜法首次測量了中國菜地氧化亞氮排放通量，并指出菜地的氧化亞氮排放是全國氧化亞氮排放清單中的重要來源之一。值得一提的是，前10名本地高被引論文中有2篇綜述型論文，2篇文章都基于田塊尺度上的排放因子(emission factor)來分別評估中國和世界蔬菜系統(tǒng)年氧化亞氮總排放量，但是由于有限的數(shù)據(jù)量、測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和氧化亞氮排放受多因素的交互影響，2篇文章區(qū)域性的評估結(jié)果都有一定的不確定性。

表4 2000—2021年蔬菜系統(tǒng)活性氮損失研究領(lǐng)域最高被引前10名作者

2.7 關(guān)鍵詞共線熱點(diǎn)演變分析

研究熱點(diǎn)是指在一段時間內(nèi)，出現(xiàn)數(shù)量較多、有內(nèi)在聯(lián)系的一組被探討的學(xué)術(shù)問題和專題。分析該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)對厘清該領(lǐng)域研究發(fā)現(xiàn)和發(fā)展趨勢有著指引性的作用[28]。關(guān)鍵詞是一篇文章的核心與精髓，可以將文章高度準(zhǔn)確地概括出來。提煉數(shù)據(jù)庫中高頻關(guān)鍵詞，可以一定程度上代表該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[32]。本研究使用VOSviewer軟件對444篇論文中的關(guān)鍵詞進(jìn)行高頻篩選，將關(guān)鍵詞最少出現(xiàn)詞頻設(shè)置為14，得到蔬菜系統(tǒng)活性氮損失研究領(lǐng)域的關(guān)鍵詞共線時區(qū)圖（圖4）。圖中每個節(jié)點(diǎn)代表不同時間出現(xiàn)的頻次較高的關(guān)鍵詞，節(jié)點(diǎn)越大代表關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次越高，節(jié)點(diǎn)之間的連線表示關(guān)鍵詞間的共現(xiàn)關(guān)系，線條越近，表示關(guān)鍵詞間關(guān)系越緊密。由圖4可知，2013年之前的高頻關(guān)鍵詞有N leaching、N uptake、N fertilization、N rate、irrigation、cultivation、vegetable yield、field experiment等，其中詞頻最高的為N leaching，說明該時期研究熱點(diǎn)是基于田間試驗(yàn)研究氮肥運(yùn)籌和灌溉制度對蔬菜產(chǎn)量和氮淋洗的綜合影響[33-35]。2013—2015年出現(xiàn)的高頻 關(guān) 鍵 詞 有 N2O emission、emission factor、N application、temperature、soil type等，說明這一階段國內(nèi)外學(xué)者開始較多地關(guān)注菜地N2O的排放，主要都是基于田塊尺度上探究不同菜地系統(tǒng)中環(huán)境和管理因素，以及他們的交互作用對N2O排放的影響和制定因地制宜的減排措施[36-38]，但該階段的研究不夠深入，并未闡述引起菜地N2O排放的微生物機(jī)制。2015年之后的高頻關(guān)鍵詞有 N2O emission、NH3、bacterium、nitrification inhibitor、meta-analysis、measurement、environmental impact、N use efficiency、soil organic carbon、 global warming、 model、 denitrification、nitrification等，其中N2O emission仍然是該階段的主要研究熱點(diǎn)，但是其研究內(nèi)容的深度和廣度已經(jīng)發(fā)生了變化，具體表現(xiàn)在3個方面：（1）菜地土壤硝化和反硝化作用產(chǎn)生氧化亞氮的微生物學(xué)機(jī)制和利用微生物指標(biāo)來研究不同因素如：硝化抑制劑(nitrification inhibitors)、生物炭(biochar)等對菜地N2O排放的影響[39-40]；（2）利用模型模擬和整合分析(meta-analysis)從宏觀尺度來量化不同區(qū)域菜地氧化亞氮的排放清單及探究不同管理措施對不同系統(tǒng)中各活性氮損失的減排效果[41-43]；（3）作為菜地主要溫室氣體的N2O對土壤有機(jī)碳和全球變暖的影響[44-45]。

圖4 蔬菜系統(tǒng)活性氮損失的關(guān)鍵詞共線網(wǎng)絡(luò)

2.8 研究不足和展望

本研究選擇Web of science核心合集作為數(shù)據(jù)庫，盡管其被認(rèn)為是絕大多數(shù)出版物的權(quán)威獲取來源，但其他數(shù)據(jù)庫中部分相關(guān)文獻(xiàn)可能未被收錄，或許會對分析結(jié)果造成一定的影響，此外，中文數(shù)據(jù)庫中蔬菜系統(tǒng)活性氮損失研究領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)未被納入分析。本研究是從文獻(xiàn)計量角度和內(nèi)容分析等方法對蔬菜系統(tǒng)活性氮損失領(lǐng)域進(jìn)行分析，未進(jìn)一步系統(tǒng)闡述蔬菜系統(tǒng)各活性氮的損失機(jī)制和途徑、具體農(nóng)藝措施在不同環(huán)境因素下對各活性氮的影響效果、不同地區(qū)不同蔬菜系統(tǒng)各活性氮損失的排放清單和減排措施、模型模擬和整合分析等方法對大尺度下蔬菜系統(tǒng)活性氮損失的評估結(jié)果等。此外，由于蔬菜田間性氮損失試驗(yàn)的監(jiān)測周期長，實(shí)驗(yàn)成本高等原因，本研究在關(guān)鍵詞共線熱點(diǎn)演變分析時發(fā)現(xiàn)，近些年研究人員使用模型模擬和整合分析等方法對蔬菜系統(tǒng)活性氮損失的定量和分析較多，田間試驗(yàn)缺乏，未來還需要更多的田間試驗(yàn)特別是長期定位試驗(yàn)來為模型模擬和整合分析提供數(shù)據(jù)和驗(yàn)證其分析的結(jié)果。在對期刊分布情況分析的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蔬菜系統(tǒng)活性氮損失領(lǐng)域的研究主要集中在生態(tài)環(huán)境科學(xué)、農(nóng)學(xué)、大氣科學(xué)、土壤學(xué)等幾個學(xué)科，考慮到菜地土壤活性氮損失過程的復(fù)雜性、調(diào)控措施和環(huán)境因素的交互性、對生態(tài)環(huán)境影響的綜合性等，未來該領(lǐng)域的研究需要更多交叉學(xué)科的滲入。

3 結(jié)論

本研究基于文獻(xiàn)計量可視化分析的方法，分析了21世紀(jì)以來發(fā)表在web of science核心合集數(shù)據(jù)庫中444篇蔬菜系統(tǒng)活性氮損失研究的文獻(xiàn)，結(jié)論如下。

（1）蔬菜活性氮損失研究從發(fā)文量較少的探索時期進(jìn)入發(fā)文量穩(wěn)定增長的大發(fā)展時期，在全球范圍內(nèi)受重視程度越來越高。中國、美國、德國、澳大利亞、西班牙等國家在該領(lǐng)域發(fā)文量較多且研究成果受認(rèn)可度較高；中國的科研機(jī)構(gòu)如中國科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院以其發(fā)文數(shù)量和質(zhì)量在該領(lǐng)域處于領(lǐng)軍地位；發(fā)文量最多的期刊為Science of the Total Environment和Agriculture Ecosystems&Environment，分別為環(huán)境科學(xué)和農(nóng)林科學(xué)類的Top期刊之一；該領(lǐng)域的核心作者有109位，同聚類間作者合作緊密，不同聚類間作者合作較少。

（2）從蔬菜系統(tǒng)活性氮損失研究的發(fā)展趨勢來看，其研究內(nèi)容的深度和廣度在不斷拓展，同時其研究熱點(diǎn)也在發(fā)生轉(zhuǎn)變。具體表現(xiàn)為由早期的田間尺度上對菜地氮淋洗和N2O排放的監(jiān)測和定量轉(zhuǎn)向目前利用模型或整合分析對宏觀尺度上蔬菜系統(tǒng)N2O排放的估算、對不同環(huán)境下不同調(diào)控措施的活性氮減排潛力、N2O對溫室效應(yīng)和土壤碳固存影響分析和微觀尺度上通過微生物指標(biāo)研究菜地土壤氮循環(huán)過程對活性氮損失的影響。蔬菜系統(tǒng)的N2O是目前研究的熱點(diǎn)和未來的趨勢。