我国水肥耦合研究热点及趋势探析

张志远 李玉庆

摘要 利用CiteSpace软件绘制作者、机构、关键词等知识图谱，对中国学术网络出版数据库 （CNKI） 上发表的水肥耦合文献进行分析和评论。研究发现，研究机构、学者之间的联系和合作较少。研究热点冬小麦、果实品质和枸杞为我国水肥耦合研究的主要研究动向。

关键词 水肥耦合;可视化分析;热点主题;趋势

中图分类号 S-058  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）05-0220-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.05.055

开放科学（资源服务）标识码（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

作者简介 张志远（1996—），男，安徽合肥人，碩士研究生，研究方向：高原节水灌溉。*通信作者，教授，硕士生导师，硕士，从事水利及灌溉排水方面的研究。

收稿日期 2021-09-28

水资源短缺是一个全球性问题。我国是一个农业大国，耕地水资源的平均占有量仅为全球平均水平的3/4。目前，每年农业缺水约300亿m3，受旱农田1 333万～2 000万hm2，8 000万农村人口饮水困难。我国水资源的总量很少，每个区域和季节分布差距很大。南方水资源较多，北方有很多农作物种植区，人均水资源却很少。全国52%的人口数量和70%的耕地面积都集中在北方地区，但北方地区却只拥有全国水资源的24% [1]。水资源短缺严重制约了区域经济社会发展。因此，国家十分重视节水技术的研究。水肥耦合机理和技术一直是节水研究的重要方面。水分和养分既是影响旱地农业生产的主要胁迫因子，又是一对互补、相互作用的因子。鉴于此，笔者利用CiteSpace软件绘制作者、机构、关键词等知识图谱，对中国学术网络出版数据库 （CNKI） 上发表的水肥耦合文献进行分析和评论。

1 研究工具及数据来源

1.1 研究工具

该研究使用Drexel大学陈超美博士开发的可视化分析软件CiteSpace作为研究工具。该软件是基于Java编程语言编写的，广泛用于分析某一研究领域的研究热点和趋势。CiteSpace的原理信息可视化，结合了文献计量学和数据挖掘算法，生成可视化知识图谱，把节点之间的关联凸显出来，进而去分析研究对象之间的共现关系和共引关系等[2]。

1.2 数据来源 该研究的数据来源选自中国学术期刊网络出版文库 （CNKI） 全文数据。在中国知网的高级搜索中，以“文献”为主题搜索。搜索关键词为“水肥耦合”。时间设置为2011年1月1日在2021年9月15日。仅保留中文文献，共获取1 115个文献（在2021年9月15日检索），不包括会议报告、科技成果和报刊，共1 069篇。把从知网得到的参考文献导出并转码成refworks，得到该研究样本。

2 数据结果分析

2.1 基本情况统计

2.1.1 文章发布量随年份的变化。

图1为历年中国学术网络出版文库 （CNKI） 在中国水肥耦合研究文献中发表论文数量的变化情况。从图1可以看出，2011年发表的文章数量为79篇，此后发表的文章数量逐渐增加;2018年发表的文章数量达到了144篇的峰值。由此可见，水肥耦合问题已引起国内研究者的广泛关注。

2.1.2 高产院校和核心作者圈。

运行CiteSpace，时间跨度设置为2011—2021，时间切片设置为1年，节点类型设置为institution，top n=50，其他参数设置为默认设置，即可获得256节点的机制共现网络知识图谱，0连接和0密度 （图2）。从图2可以看出，节点之间的连接数为0，连接数表示节点之间的关系。连接越多，节点之间的关系就越紧密。因此可以看出，机构之间的交流不够密切，合作较少。从图2可以看出，排名靠前的分别是宁夏大学、太原理工大学、甘肃农业大学、沈阳农业大学、昆明理工大学，其中宁夏大学的文章数量最多。由此可见，这5家机构在我国水肥耦合研究方面发表的文章较多，学术研究实力较强。

运行CiteSpace，将节点类型设置为author，其他参数设置为与institution参数相同，得到了393节点、262连接和0.003 4密度的作者共现网络知识图（图3）。从图3可以看出，结点数最多的学者是刘树棠，其次是刘晓刚、刘益国、余洪谦、冯木才、万学杰、任清、何新林、刘素兰、吴朗。由于各学者的相互交流与合作，在地图集中形成了一批作者子网络结构，尤其是刘树堂、何新林、侯中华领衔的3个网络结构。几位高产作者的合作较多，主要体现在刘树棠、刘一国、冯木才、万学杰等学者之间的学术交流和接触上，而他们与其他学者的合作较少，论文较少 （方浩、吕志远等）;有许多学者处在不同的节点上，如侯玉生、刘欢、丁宗江等。综上所述，我国学者在水肥耦合研究方面的交流与合作意识不足，学者之间的学术交流与合作有待加强。

2.2 研究热点

研究热点反映了一个研究领域的研究重点和方向，对于深入了解和分析该领域的研究内容具有重要意义。关键词是文章内容的核心，关键词出现的次数越多，说明该领域对这方面较为关注、研究较多[3]。关键词聚类分析是以关键词共现分析为基础，把网络关系中众多的关键词用聚类统计进行分类，化繁为简，生成为数量较少的几个类别[4]。该研究采用关键词聚类分析法对水肥耦合的研究热点进行分析，去分析我国水肥耦合的主要研究方向。运行CiteSpace，将节点类型设置为keyword，其他参数设置与institution参数相同。以关键词知识网络图为根据，选择LLR算法，生成关键词聚类网络图，如图4所示。图4为 “水肥耦合”“品质”“滴灌”“干物質质量”“土壤养分”“氮肥”“水氮耦合”“玉米”“农艺节水”“作业要求” 10个集群，反映了我国水肥耦合领域的研究热点。

基于关键词聚类知识图，在“ClusterExplorer”中得到聚类标记提取算法之一的对数似然率，得到关键词共现网络聚类表 （表1）。

对每个聚类中的关键词分析表明，每个聚类研究的内容是相交的。可以看出，我国水肥耦合研究基本上围绕“品质”“产量”“水氮耦合” 和 “滴灌” 4个专题，分析如下：

2.2.1 “品质”研究主题。

通常通过营养成分和含量来评估作物品质。作物中的水分可以输送养分，不同器官中光合产物比例也会被影响，所以果实的品质会受到影响[5]。施肥对作物品质也有重要作用，水肥合理搭配是保证蔬菜优质的重要条件。周红伟等[6]指出，与

正常施肥相比，滴灌施肥产生了积极作用，可增加其辣椒素、可溶性糖和可溶性蛋白质，说明滴灌施肥可以对辣椒品质产生正向影响。高晶霞等[7]研究发现，合适的水肥处理可以有效增加辣椒品质。

2.2.2 “产量”研究主题

浇水、施肥、环境和种植管理都会影响作物产量。陈淼等[8]研究显示，在一定范围内，化肥用量越多，辣椒产量也会呈上升趋势，与对照相比增产显著。合理的水肥供应是实现农作物优质高产的重要保证。水肥失衡会阻碍植物生长，降低产量。刘方等[9]研究表明，不充分灌水会对辣椒生长发育有负面影响。干旱缺水期间的灌溉可以及时补充土壤水分，有利于土壤肥效的发挥。适宜的水肥配比促进了辣椒的生长，提高作物产量。杨红等[10]试验显示，减少灌水、大量施肥和不施肥下辣椒产量会显著降低;而水肥配比合适的情况下，辣椒的产量会大大提高。

2.2.3 “滴灌”研究主题。滴灌水肥一体化技术可显著节约灌溉用水。滴灌可以节约农业水资源，提高灌水和肥料利用效率。Dar等[11]研究发现，当滴灌为田间持水量的15%时，小麦的产量与其他处理相比显著增加。雷钧杰等[12]研究表明，随着滴灌量的增加，籽粒产量并不呈正相关，而是呈先上升后下降的趋势，滴灌产量的最大值为4 650 m3/hm2。冬小麦的水分和氮素利用效率受到滴灌的影响较为明显[13]。Si等[14]在壤土 （河南省新乡市） 种植冬小麦时，发现当滴灌水肥施氮量为240 kg/hm2、灌水量为40 mm时，冬小麦的产量最大。由此可见，不同地区、不同土壤类型对小麦的影响不同，合适的水肥处理也不同。区域水热条件和土壤类型对作物的水肥运输和水肥利用具有重要影响。

2.2.4 “水氮耦合”研究主题。

充足的水分是维持作物正常生理功能的重要条件。合理施肥为作物生长提供了良好的营养环境。在氮、磷、钾等元素中，对作物生长影响最大的是氮元素。施氮量不能过多或过少，否则都会影响作物的生长发育，进而降低产量和品质[15-17]。我国水土资源现状要求农业生产节水、控肥。因此，水氮耦合机理和技术集成的研究一直是一个重要的热点问题。氮磷钾等元素都要通过土壤水肥来运输，因此土壤水分的多少会影响元素的迁移和吸收。当土壤水分很小时，土壤水分的运输能力降低，元素向作物根系的迁移会受到影响[18];但是土壤水分过高不仅会浪费水资源，还会产生深层渗漏，营养离子会产生流失现象，降低肥料利用效率，还会污染环境[19]。 当施肥很少时，作物品质和产量不会产生明显变化;当施肥过多时，造成浪费，还会对土壤生态造成负面影响[20-23]。可见，在农业生产中，水分和养分相互作用、相互制约，共同影响农作物的生长发育[24]。

2.3 研究趋势 突现词是指在一定时间内被引用频率突然增加的关键词，可以用来反映一定时间内的研究趋势。为了进一步研究我国水肥耦合研究的发展趋势，运行CiteSpace并设置参数 “bursterms”，得到关键词突现图 （图5）。

从图5可以看出，2011—2014年出现的词是“冬小麦”;2014—2015年出现的词是“硝态氮”;2015—2017年出现的词是“果实品质”;2018—2021年出现的词是“枸杞”;2019—2021年出现的词是“灌溉”。其中，“枸杞”和“灌溉”突现词仍在继续，可见这2个突现词现在仍然是我国水肥耦合的研究重点。

此外，关键词时序图可以用来反映一个研究课题的主要研究内容随时间的变化，也可以在一定程度上反映一段时间内的研究趋势。因此，在关键词共现分析的基础上，在layout里选择Timezong View，得到关键词时序图（图6）。

从图6可以看出，不同时期的侧重点是不同的。因此，可以将2011—2021年我国水肥耦合研究的演变划分为3个发展阶段：基础发展阶段、繁荣阶段和新阶段，从而更好地分析我国水肥耦合研究的发展阶段。

2.3.1 基础发展阶段（2011—2014年）。2011—2014年我国水肥耦合还处于发展的初级阶段。由于经费不足、观念落后、科研条件不足等诸多问题，水肥耦合研究不足，研究混乱、不系统。

2.3.2 繁荣阶段（2015—2017年）。该时期我国水肥耦合研究的数量逐渐增多，但存在的问题也日益显现，如环境问题等。为了更好地解决问题，水肥耦合的研究逐渐增多，范围不再局限于某一方面，方向变得越来越多。该研究从小麦、辣椒、养分管理、灌溉系统等方面进行了研究，同时从栽培技术、土壤肥力条件和优化等方面进行了详细研究。

2.3.3 新阶段（2018年至今）。该时期水肥耦合领域不断自我发展，同时也得到了国家的大力支持，我国水肥耦合的研究也与时俱进，越来越精细。产量和品质仍然需要关注，但与以往不同的是，对新时期的研究问题进行了深入分析。关于枸杞的研究越来越多，从影响产量和品质的根本原因进行了大量分析。

3 结论与展望

对我国水肥耦合研究现状进行分析后发现：

第一，从目前关于水肥耦合研究的论文数量来看，总体上论文数量呈逐年上升趋势，论文数量从2011年逐步增加，表明水肥耦合研究逐渐受到重视。

第二，从高产机构来看，高校之间论文数量差距较大，高校之间的联系较少，说明高校之间合作较少。今后，各机构应加强合作意识，相互交流合作经验，促进水肥耦合研究的进展和效率;从核心作者群体来看，论文数量较多的学者之间的合作较少，这表明学者之间的交流较少。因此，学者们应加强合作与交流，使水肥耦合研究领域相互交叉、相互融合，推动水肥耦合研究向更加全面、系统的方向发展。

第三，从研究热点和趋势看，我国水肥耦合研究主要集中在 “水肥耦合”  “品质” “滴灌” “干物质质量”  “土壤养分”  “氮肥”  “水氮耦合”  “玉米”“农艺节水” 和 “作业要求” 主题展开，产量和品质仍是一大重点，说明这些方面是目前水肥耦合中最重要的问题。同时，不仅要提高产量和品质，还要探究是什么对其产生影响，从根本上增加产量、提高品质，满足人们对产量和品质的要求。

总的来说，应加强水肥耦合对植物生长发育、生理特性、产量、品质的研究，并对影响这些变化的因素进行深层次剖析，如耗水机理和氮素运移规律。同时，在建立模型时，应注意建立更通用的水肥耦合模型。除建立产量和水肥的二次回归模型外，还应建立作物生长机理模型，即通过对土壤-植物系统中质量流、蒸腾、光合作用和同化作用的关系进行建模，计算出不同水分和养分条件下的作物产量。分析多变量条件下的产量形成因素，注重保护生态环境。

参考文献

[1]

刘金芳.我国农业可持续发展面临的水资源问题及对策探讨[J].甘肃农业科技，2007（9）：27-29.

[2] 苗小燕，张冲.大中小学德育一体化研究的热点与发展趋势：基于CNKI数据库的CITESPACE分析[J].中国特殊教育，2018（8）：85-90.

[3] 林德明，陈超美，刘则渊.共被引网络中介中心性的Zipf—Pareto分布研究[J].情報学报，2011，30（1）：76-82.

[4] 钟伟金，李佳，杨兴菊.共词分析法研究（三）：共词聚类分析法的原理与特点[J].情报杂志，2008，27（7）：118-120.

[5] 王峰，杜太生，邱让建，等.调亏灌溉对温室辣椒产量、品质及水分利用效率的影响[C]//中国农业工程学会农业水土工程专业委员会，云南农业大学水利水电与建设学院.现代节水高效农业与生态灌区建设（上）.昆明：云南大学出版社，2010：466-474.

[6] 周红伟，孔小平，张晓梅，等.水肥一体化条件下滴灌肥料对辣椒产量和品质的影响[J].北方园艺，2017（14）：51-54.

[7] 高晶霞，吴雪梅，牛勇琴，等.拱棚辣椒水肥一体化技术试验研究[J].灌溉排水学报，2019，38（S2）：42-47.

[8] 陈淼，邓晓，李玮，等.不同施肥处理对辣椒产量、品质及氮肥利用率的影响[J].江苏农业科学，2019，47（4）：104-107.

[9] 刘方，龙永根，刘元生，等.旱期水肥耦合对贵州山区辣椒生长及产量的影响[J].中国土壤与肥料，2014（6）：59-62.

[10] 杨红，姜虹，涂祥敏，等.水肥耦合对辣椒果实发育及产量的影响[J].现代农业科学，2009，16（4）：57-59.

[11] DAR E A，BRAR A S，SINGH K B.Water use and productivity of drip irrigated wheat under variable climatic and soil moisture regimes in North-West，India[J].Agriculture ecosystems & environment，2017，248：9-19.

[12] 雷钧杰，张永强，陈兴武，等.新疆冬小麦籽粒灌浆和品质性状对滴灌用水量的响应[J].应用生态学报，2017，28（1）：127-134.

[13] SANDHU O S，GUPTA R K，THIND H S，et al.Drip irrigation and nitrogen management for improving crop yields，nitrogen use efficiency and water productivity of maize-wheat system on permanent beds in north-west India[J].Agricultural water management，2019，219：19-26.

[14] SI Z Y，ZAIN M，MEHMOOD F，et al.Effects of nitrogen application rate and irrigation regime on growth，yield，and water-nitrogen use efficiency of drip-irrigated winter wheat in the North China Plain[J/OL].Agricultural water management，2020，231[2021-04-17].https：//doi.org/10.1016/j.agwat.2020.106002.

[15] ISLAM S M M，GAIHRE Y K，BISWAS J C，et al.Different nitrogen rates and methods of application for dry season rice cultivation with alternate wetting and drying irrigation：Fate of nitrogen and grain yield[J].Agricultural water management，2018，196：144-153.

[16] 崔佩佩，丁玉川，焦晓燕，等.氮肥对作物的影响研究进展[J].山西农业科学，2017，45（4）：663-668.

[17] 王雪蓉，张润芝，李淑敏，等.不同供氮水平下玉米/大豆间作体系干物质积累和氮素吸收动态模拟[J].中国生态农业学报，2019，27（9）：1354-1363.

[18] BROWN J B，SPRAGUE L A，DUPREE J A.Nutrient sources and transport in the Missouri River Basin，with emphasis on the effects of irrigation and reservoirs[J].Journal of the American water resources association，2011，47（5）：1034-1060.

[19] HAMOUD Y A，GUO X P，WANG Z C，et al.Effects of irrigation regime and soil clay content and their interaction on the biological yield，nitrogen uptake and nitrogen-use efficiency of rice grown in southern China[J].Agricultural water management，2019，213：934-946.

[20] LI W C，GUO S F，LIU H B，et al.Comprehensive environmental impacts of fertilizer application vary among different crops： Implications for the adjustment of agricultural structure aimed to reduce fertilizer use[J].Agricultural water management，2018，210：1-10.

[21] 劉艺芸，徐应明，黄青青，等.水肥耦合对海泡石钝化修复镉污染土壤效率的影响[J].农业环境科学学报，2019，38（9）：2086-2094.

[22] 王艳群，彭正萍，薛世川，等.过量施肥对设施农田土壤生态环境的影响[J].农业环境科学学报，2005，24（S1）：81-84.

[23] 王贵芳，姚元涛，魏树伟，等.果树营养与肥料高效利用技术研究进展[J].安徽农业科学，2020，48（5）：14-17.

[24] 吴现兵，白美健，李益农，等.水肥耦合对膜下滴灌甘蓝根系生长和土壤水氮分布的影响[J].农业工程学报，2019，35（17）：110-119.