基于学科知识图谱的绿肥研究态势分析

李宇翔 ，钟菊新 ，2，王 磊 ，蒋云伟 ，宾焕军 ，陆炳强 ，莫永诚 ，李忠义

（1.广西壮族自治区农业科学院，南宁 530007；2.中国地质科学院岩溶地质研究所，广西 桂林 541004；3.广西壮族自治区茶叶科学研究所，广西 桂林 541004；4.桂林市农业科学研究中心，广西 桂林 541004；5.阳朔县农业农村综合发展中心，广西 桂林 541900）

绿肥是一种最清洁的有机肥源，种植翻压绿肥能够通过改变土壤环境，为微生物生长繁殖提供碳源和氮源而影响土壤微生物的活性，从而改变微生物的群落组成和功能，增加土壤微生物多样性，影响微生物与土壤环境间的相互作用［1-3］。此外，绿肥压青还田在改变土壤化学及生物学性状、促进主栽作物的养分供给和保障作物稳产、高产等方面具有明显优势［4，5］。李子双等［6］分析了中国绿肥种质资源、绿肥应用模式和绿肥效应；樊志龙等［7］阐述了绿肥在旱地农业生态系统中的服务功能；高嵩涓等［8］综述了稻田绿肥紫云英与稻草共同利用的增产和节肥效应及其植物营养学、土壤微生物学等相关作用机制；曹卫东等［4］梳理了中国绿肥生产与科研的发展历程，回顾了各时期的主要工作和成就，提出了绿肥行业未来发展建议；李忠义等［9］绘制了中国绿肥研究知识图谱，解析绿肥研究的发展和知识结构。

文献计量分析可在某一学术领域内系统地评估科研结果的相对重要程度，预示该领域近一段时期的发展方向，表征该项研究的分布情况［10］；科学知识图谱作为科学计量学、信息计量学等领域的研究方法，以图形表达的方式揭示相关领域知识结构关系与演进规律［11］，绘制的知识图谱具有一目了然的优势特征［12，13］。近年来，绿肥领域的科学研究与论文发表量快速增加，但针对国际绿肥研究态势进行文献计量分析和大数据可视化的研究还未见报道。本研究基于文献计量学分析方法，借助CiteSpace 和VOSviewer 工具，对 1985—2020 年 Web of Science 数据库中有关绿肥研究的期刊文献进行可视化分析，绘制绿肥研究的知识图谱，厘清绿肥研究的发展脉络与知识基础、研究热点、主要学者和知识网络结构，以期为绿肥研究的深入发展提供参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

Web of Science 数据库是由美国科技信息所推出的引文索引数据库，收录的文献覆盖了全球最重要和最有影响力的研究成果，已成为国际公认进行科学统计与科学评价的主要检索工具［14］。本研究选自 Web of Science 核心合集（SCI、SSCI来源），检索时段为1985—2020 年，检索条件以主题=“Green manure”进行检索，筛选剔除非该研究领域的文献后共得到5 061 篇文献样本。

1.2 研究方法

CiteSpace 软件是美国德雷塞尔大学陈超美博士团队研发的科研文献数据分析软件，主要用于科学文献数据计量、分析和识别，并以可视化的方式探测学科研究特征及演变趋势［15，16］；VOSviewer 由荷兰莱顿大学Van Eck 与Waltman 研究开发，在科研网络分析方面具有较好的可视化效果［17］。CiteSpace 获得的图谱中，每个节点代表一个关键词，其节点大小表示该关键词出现的频次。节点之间连线的粗细表示关键词共现强度的高低，节点的圆圈层代表年轮，年轮宽度代表中心性的大小，中心性越大则对其他节点的影响越强［18，19］。本研究通过 CiteSpace 软件将绿肥研究的主要学科、国家、机构、作者进行可视化分析，并通过VOSviewer 制成绿肥研究关键词共现密度图。

2 结果与分析

2.1 绿肥研究发文数量时间特征

发文数量随时间变化趋势可以从侧面反映研究领域在一段时间内的发展状况［20］。1985—2020 年，以绿肥为主题的国际外文期刊论文总数为5 061 篇，整体呈上升趋势。其中，1985—1987 年，每年发文量仅11 篇，而到2019 年发文量达到峰值，为332 篇。1989—1995 年、2002—2011 年、2013—2019 年出现了3 次持续上升期，这3 个阶段发文量最高分别突破100、200、300 篇（图1）。

图1 1985—2020 年国际外文期刊绿肥研究论文发文量

2.2 绿肥研究期刊来源情况

依据有关绿肥研究各论文期刊的文章刊载数量，获取刊载论文数量排名前10 的期刊（表1）。由表 1 可以看出，《Agronomy journal》刊载绿肥研究的论文最多，其次是《Plant and soil》《Indian journal of agricultural sciences》《Agriculture ecosystems & environment》《Indian journal of agronomy》《Biology and fertility of soils》《Communications in soil science and plant analysis》《Communications in soil science and plant analysis》《Nutrient cycling in agroecosystems》《Pesquisa agropecuaria brasileira》《Field crops research》等刊物。其中《Agriculture ecosystems& environment》《Biology and fertility of soils》《Field crops research》等刊物影响因子在4.0 以上，且属于中国科学院文献情报中心期刊分区表中一区刊物，这类期刊上刊载的论文基本代表了绿肥研究领域的重点方向。

表1 绿肥研究文献主要期刊

2.3 绿肥研究论文学科共现特征图谱

统计绿肥研究论文所归属学科的频次、首发年份和中心度，选取排名前8 的学科见表2。由表2 可以看出，各学科论文首发年份集中在1985—1986年，其中，农学学科的发文频次最高，其次为农艺学、土壤科学。中心度代表其与其他学科之间的交叉程度，环境科学的中心度最高，说明环境科学与其他学科有着广泛的交叉。学科共现分析可构建学科间的关联网络，揭示交叉学科间的内在联系［21］。绿肥研究论文学科共现图谱（图2）中共有67 个节点，表明有67 个学科互相交叉渗透，111 条连线代表学科间的联系，其中，农学、环境科学、植物科学、农艺学、环境科学与生态学、土壤学、农业综合学科、园艺学等学科相互交叉。由表2 和图2 可知，农学学科年轮最厚，影响力最强；而环境科学的中心度最高，交叉线最多，说明其交叉最广泛。

表2 绿肥研究论文归属学科及频次统计

图2 绿肥研究论文学科共现特征图谱

2.4 绿肥主要研究力量分析

2.4.1 主要研究国家分析 利用Web of Science 分析检索功能和CiteSpace 软件，对5 061 篇有关绿肥研究文献进行国家发文情况统计（表3）。由表3 可知，发文排名前10 的国家分别为美国、印度、巴西、中国、加大拿、德国、意大利、澳大利亚、日本和英国；其中，中国发文量为416 篇，占总发文量的8%，但首发年份为1997 年，首发年份落后于其他国家。中心度代表该国家与其他国家之间的合作密切程度以及对其他国家影响力的强弱。从中心度来看，排名前10 的各国家中心度均大于0，说明其与国际上其他国家有一定的合作。绘制绿肥研究国家共现知识图谱（图3），由图3 可知，美国、印度、巴西、中国虽然占据主导地位，有着较强的影响力，但4 个国家之间连线较少，说明这4 个国家之间合作不够密切。

表3 不同国家绿肥研究论文发表情况

图3 绿肥研究国家共现知识图谱

2.4.2 主要研究机构分析 机构共现分析可反映某一领域的核心研究机构及其合作强度。列出绿肥研究发文量排名前10 的研究机构（表4），并绘制绿肥研究机构的知识图谱（图4）。从频次来看，美国农业部农业研究所发文量最多，频次为171，其次是加拿大农业与食品学会；中国农业科学院、中国科学院紧随其后，频次分别为71 和65。其他研究机构依次为印度农业研究所、瑞典农业大学、巴西维科萨联邦大学、巴西圣保罗大学、印度旁遮普农业大学、丹麦奥尔胡斯大学。中心度的大小代表该机构与其他机构之间的合作密切程度以及对其他机构影响力的强弱。排名前10 的各研究机构中心度均大于0，说明其在国际上与其他机构有一定的合作。

表4 绿肥研究机构论文发表情况

图4 绿肥研究机构合作特征图谱

2.4.3 主要研究作者分析 作者共现分析可以反映出研究领域的核心作者以及他们之间的合作与互引关系［22］。列出绿肥研究发文量排名前10 的作者（表5），并绘制研究作者的知识图谱（图5）。由表5 和图5 可以看出，中国农业科学院曹卫东（Cao Wei-dong）研究员作为中国绿肥产业技术体系首席科学家，是研究绿肥且发表论文最多的学者，并形成了以其为核心的绿肥研究团队，但该团队首发论文年份为2015 年，发文时间落后于其他团队；其次为菲律宾的 Ladha 团队、巴西的 Neto 团队、韩国的 Kim P J 团队、加拿大的Campbell 团队、巴西的Junior 团队、德国的Canall 团队、丹麦的Thorupk-Kristensen 团队、德国的Becker 团队、韩国的Kim S Y 团队。从中心度来看，排名前10 的作者中心度均为0，说明虽然各作者形成了各自的核心团队，但缺乏在国际上的合作。

表5 绿肥研究作者论文发表情况

图5 绿肥主要研究作者共现知识图谱

2.5 绿肥研究热点分析

对文献关键词知识图谱进行研究，可掌握一段时间内相关文献集中体现的热点词汇，关键词共现的频次越高，表明关键词之间关联度越高，进而聚合为某一研究热点［23，24］。运用 VOSviewer 软件生成绿肥研究关键词共现密度（图6）。由图6 可以看出绿肥研究热点情况，图6 中冷色调（蓝色）到暖色调（红色）代表关键词共现的频次越来越高，即研究热点的热度越来越高［25］。绿肥研究的热点关键词主要为nitrogen（氮）、soil（土壤）、growth（生长）、management（管理）、yield（产量）、tillage（耕作）、soil organic matter（有机质）、carbon（碳）、manure（肥料）等。因此，根据热点关键词及关键词共现密度，可以看出绿肥研究集中在绿肥耕作管理、培肥土壤、氮素利用、固碳减排等领域。

图6 绿肥研究关键词共现密度

3 小结与讨论

中国学者邱均平［26］指出，科学文献的数量和质量是对科学技术水平的一种量度。自2008 年大数据概念出现，学者们以大型分析型数据库为载体，采用文献计量分析法，广泛开展了各学科领域的文献计量应用研究，形成了理论研究成果［27］。随着近年来绿肥研究的深入，科研工作者日益重视绿肥学科的发展。因此，如何把握绿肥的研究进展和未来发展方向变得越来越重要，所以相关文献计量学方面的研究就显得更加重要。

本研究借助CiteSpace 和VOSviewer 分析软件，对1985—2020 年在Web of Science 数据库中检索到的绿肥研究文献进行文献计量学和大数据的可视化分析，对把握该领域的学科态势和热点问题具有一定的指导意义。在发文数量时间特征方面，以绿肥为主题的期刊论文整体呈上升趋势，1989—1995年、2002—2011 年、2013—2019 年出现了 3 次持续上升期，说明绿肥的研究工作越来越受到全世界科学家的重视。

在期刊来源方面，优秀期刊主要集中在欧美国家，这是因为当前世界主流期刊以英语作为官方语言，而《植物营养与肥料学报》《生态学报》《土壤学报》等期刊作为中国的一级学报，刊登了诸多绿肥方面的研究论文［9］，但并没有进入 Web of Science 索引。目前，刊载绿肥研究论文最多的国际期刊是《Agronomy journal》，其次是《Plant and soil》《Indian journal of agricultural sciences》，对于该领域的科研工作者来说，跟踪上述期刊的绿肥相关文章，有利于掌握绿肥的研究进展。

学科共现特征图谱显示农学、农艺学、土壤科学等学科发文频次较高，影响力较强，而环境科学的交叉最广泛，表明农学、农艺学、土壤学科仍然是绿肥的研究热点领域，但随着绿肥在增加土壤碳固持、减少温室气体净排放［28，29］等方面的深入研究，环境科学已成为研究交叉最广泛的学科。

从研究国家来看，美国是绿肥研究的主要力量，推广绿肥覆盖是美国农业部土壤保护管理计划的重要实施方案；中国发文量位居第4，说明中国科研工作者在绿肥研究领域展现了良好的研究态势。从研究机构来看，美国农业部农业研究所发文量最多，其次是加拿大农业与食品学会、中国农业科学院；从研究作者来看，中国农业科学院曹卫东研究员是发表绿肥领域论文最多的学者，其次为菲律宾的Ladha团队、巴西的Neto 团队。近年来，中国积极推进“质量兴农、绿色兴农”战略，而绿肥的生产和应用契合国家“农村增绿”的战略构想。尤其是农业农村部于2008 年设立绿肥行业专项，2017 年将绿肥纳入现代农业产业技术体系之内，中国农业科学院曹卫东研究员作为首席科学家，牵头组建全国绿肥科研团队，围绕遗传育种、栽培与土肥、病虫害防控、生产机械化、产品加工和产业经济等产业链条，破解限制绿肥生产的瓶颈问题，为产业发展提供了技术支撑，提高了中国绿肥研究在国际上的影响力。

在研究热点方面，绿肥研究集中在绿肥耕作管理、培肥土壤、氮素利用、固碳减排等领域。近年来，中国在稻田绿肥紫云英培肥土壤、养分利用及固氮减排等方面取得了显著成绩。曹卫东团队系统研究了稻田绿肥紫云英调控硝化作用及其微生物机制［30-33］，阐明了紫云英-稻草协同促进水稻增产与土壤提质、稻田养分资源高效利用、绿肥调控稻田土壤甲烷减排等效应与作用机制［34-37］，相关成果在《Geoderma》《Pedosphere》《Applied soil ecology》《Plant and soil》《European journal of soil biology》等国际知名刊物发表，其中，“稻秸-绿肥轻简利用及高效节肥技术”入选2020 年中国农业农村重大新技术。