基于CNKI 数据的我国设施蔬菜研究知识图谱分析

何化春，贾亚敏

（太原理工大学，山西太原 030024）

21 世纪以来，随着工程技术与生物技术不断发展，设施农业与工业化生产方式高度融合，促进了我国设施农业的快速发展，并已成为现代农业生产的典型[1]。设施蔬菜生产借助于专用设备而对区域内气候环境进行人为改造，以实现高附加值和反季节蔬菜种植生产目的，不仅为反季节蔬菜提供适宜的生长环境，还能增强规避不利自然因素的能力，保障应季和反季节蔬菜生产[2]。中国是蔬菜第一生产大国，设施蔬菜在近30 年得到了快速发展。提高设施蔬菜生产资源利用率，保证适时向市场提供优质安全的产品，并促进设施农业生产可持续发展，是当前中国设施蔬菜生产中要解决的关键问题。

在世界人口、资源和环境问题日益突出的背景下，以科技含量高为特点的设施蔬菜生产具有其他生产方式无法比拟的突出优势。经过几十年的发展，我国设施蔬菜在种植规模、相应产量和品质方面，都已取得突飞猛进的发展。然而，设施蔬菜生产中呈现出生产环境差，劳动强度大，自动化程度低，土地产出率低，肥、药、水、土地等资源利用率低，生产效益波动大等诸多问题，在蔬菜生产效益和品质提升方面，仍有较大提升空间。因此，有必要系统梳理近30 年来设施蔬菜生产的研究成果和研究脉络，进一步明晰研究热点和发展趋势。

随着文献计量学与计算机信息技术的迅速发展，为大数据可视化研究提供了有利途径，是对传统文献综述分析的拓展和补充。本研究从文献计量学角度出发，利用陈超美[3]教授于2004 年推出的基于Java 环境的引文网络分析工具CiteSpace，围绕研究主题确定检索方式，在CNKI（中国学术期刊全文数据库）数据库中进行检索，并以可视化形式呈现设施蔬菜的相关研究现状和前沿，为拓展及凝练设施蔬菜研究内容奠定基础和提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据获取

本研究数据来源于中国学术期刊全文数据库CNKI，为确保分析结果的权威性和代表性，选取检索范围限于SCI 来源期刊、EI 来源期刊和核心期刊。以“设施蔬菜”为主题词进行检索，检索年限为1990-2020 年。检索得到1238 篇文献，为确保检索文献准确性，通过人工判读文献标题去除非相关文献。

1.2 研究方法

1.2.1 文献计量法。文献计量分析基于文献属性的外部特征，通过数学和统计学方法，对数据库中相关文献进行描述、评价及预测，其应用领域不断扩大，分析内容涉及作者、研究机构、关键词和引用特征。结合CNKI 数据库中文献计量分析模块呈现设施农业的研究现状、热点和趋势。

1.2.2 知识图谱分析。知识图谱分析属于科学计量学分析方法，在以数学方程式表达科学发展规律的基础上，通过对知识的挖掘、分析及可视化，以图形方式呈现知识间结构关系及相应知识领域发展和变化，可高效梳理某一学科领域研究内容、研究发展历史、热点及前沿问题。采用CiteSpace 信息可视化软件进行分析，基于引文分析原理而将关键词和作者共被引分析进行拓展，是当前科学计量学普遍采用的分析工具[4]。

1.2.3 数据分析。数据采用CiteSpace 软件的5.6.R5 最新版本进行分析，下载网址为：（http://cluster.ischool.drexel.edu/～cchen/citespace/download/）。本研究中CiteSpace 主要运行参数设置为：时间段1990 年-2020 年，以1 年为时间单位进行切片，节点类型选择关键词，文献选取标准为每个时间切片内被引量前30的文章，选择寻径剪枝方式获取知识图谱。

2 结果与分析

2.1 “设施蔬菜”发文的时间分布特征

文献查询时间为1990 年至2020 年的30 年跨度，经检索发现，该时间跨度内最早文献发表时间为1992年。自1992 年开始的28 年间，有关设施蔬菜研究的SCI 来源期刊、EI 来源期刊和核心期刊发表论文总数为1238 篇，历年发表情况如图1 所示。2008 年-2013年间，该主题相关发文量呈快速增加趋势，到2013 年时，年度发文量达到120 篇。2008 年，正是农业部《关于促进设施农业发展的意见》发布之时，在政策推动、需求带动、技术引领下，我国设施蔬菜产业快速发展并取得长足发展。2013 年后呈下降趋势，随后呈现平缓发展，年度发文量在90 篇上下浮动。

图1 设施蔬菜研究发文量的年度分布

设施蔬菜相关研究的发展与我国“菜篮子工程”提出和科研院校对设施蔬菜科学研究的大量投入直接相关，设施蔬菜的种植区域也从最初的山东地区，逐渐向全国各地延伸扩展，并在节能高效的设施蔬菜生产体系及管理技术等方面取得了明显进展。

2.2 “设施蔬菜”领域研究的关键词分析

关键词代表了文章的主题，是从发表文献题目、摘要或关键词中拣选的能表征文献主题内容的实词，高频率关键词可代表该研究领域的研究热点，反映研究领域的主要内容和方向。如表1 为高频关键词及其出现频次，其中设施蔬菜、日光温室、蔬菜大棚、设施菜地、设施栽培等与设施蔬菜同义词汇为高频关键词，以叶菜、茄果类、根茎类和瓜类蔬菜为主要分类，围绕种植年限、产业化、土壤成分、土壤养分、有机肥、复合肥、蔬菜产量、连作障碍、重金属、品质提升等研究主题和方向开展。

表1 设施蔬菜研究高频关键词及其出现频次

2.2.1 关键词共现网络分析。在对关键词出现频率进行排序的基础上，通过CiteSpace 软件的可视化功能探索高频关键词之间的关系。图2 所示为关键词共现图谱，展示了设施蔬菜研究关键词共现网络，该网络结构紧密，密度高，范围广，专注度较高。可见，蔬菜、设施蔬菜、日光温室、农业产业等多个相互关联的聚类主体，其中有关设施蔬菜研究内容集中在农业产业、园艺作物、设施蔬菜、温室和大棚设施等方面，涵盖设施蔬菜温室或大棚为主的设施农业生产方式研究；设施蔬菜生产的蔬菜类型，如叶菜、茄果、根茎和瓜类；设施蔬菜生产中品质和产量保证所需的水肥管理、病虫害生物防治及管理等；设施蔬菜生产对土壤养分和土壤微生物以及连作对土壤理化性质的影响；设施蔬菜产业化及其经济效益（产量）和生态效益（温室气体排放等）。

图2 设施蔬菜研究的关键词共现图谱

2.2.2 关键词突现分析。2007 年以前，设施蔬菜研究热点集中在蔬菜、日光温室、园艺作物、设施蔬菜栽培等指标，2007 年后，设施蔬菜生产成为我国重要的农业产业，同时大棚蔬菜的生产方式进一步拓宽了设施蔬菜生产方式，成为设施蔬菜供给的有效补充。此外，各关键词持续时间较长，有关蔬菜生产的设施、种类、质量和品质是研究热点。

表2 高频关键词突现特征

2.2.3 关键词时序分析。某一研究领域的“研究主题”是一定时间段内众多学者探讨和解决的中心问题，通过CiteSpace 分析软件可得到关键词的时序图谱，用于反映不同关键词的出现时间，能直观观测到每个时期最热门的话题和文献。如图3 所示的设施蔬菜研究Time Line 视图，将设施蔬菜研究领域的关键词网络分为多个聚类，并按时间顺序排列，分析观察到如下现象：设施蔬菜发展前期的研究集中在设施上，日光温室为主题的研究出现于1996 年；到2000 年前后，研究主题逐渐丰富，包括设施蔬菜生产中的可持续发展、病虫害防治等内容；2004-2007 年间，出现了关注设施蔬菜生产中土壤酶活性的文献，期间土壤养分和水肥调控等研究占据较大比例；2010 年之后，研究集中在优质高产目标下的设施蔬菜生产，生产管理机械化研究增多，具体涵盖设施管理、栽培和采收管理的机械化；近年来，有关设施蔬菜生产设备使用年限、连作障碍、土壤及农产品中重金属含量等可持续发展问题逐渐引起重视。

图3 1990-2020 年期间设施蔬菜研究Time Line 图谱

2.2.4 设施蔬菜研究机构分析。就CNKI 数据库中检索设施蔬菜得到的1238 篇文献中，涉及研究机构很多，根据发表文献数量来看，中国农业大学、中国农业科学院、沈阳农业大学、中国科学院大学等机构发文量位居前列，在设施蔬菜研究方面凸显较强的影响力和科研实力。

3 结论与讨论

基于CNKI 数据库，通过对设施蔬菜领域研究主题和关键词突现的综合分析和归纳总结，可知我国设施蔬菜研究内容丰富，虽较之荷兰、日本等设施农业发达国家仍有较大差距，但仍在我国农业总产值中占据10%左右比例。据2016 年4 月我国农业农村部印发《全国种植业结构调整规划（2016 年-2020 年）》，到2020 年设施蔬菜产量将占蔬菜总产量35%以上[5]。因此，设施蔬菜生产正在经历重要转折。我国设施蔬菜发展正由单家独户松散状态，逐渐向规模化、机械化和区域化方向发展。蔬菜种类日益丰富，经品种认定种类呈增加趋势。在生产管理过程中，有关水肥一体化、生物防治、土壤连作障碍破除、机械化、数字化和信息化水平得到了较大提高[6]。

针对我国北方地区日光温室普遍存在采光和保温性能差的问题，研发并形成了包括日光温室、大棚、连栋节能日光温室等多种适应区域蔬菜生产的设施农业形式，提高了保温性和土地利用率[7]；同时在温室环境控制和信息化等方面，温湿通用数据获取和监测设备的研发及应用，为作物生长发育环境因子的调控提供有效参数[8]；针对设施蔬菜生长环境的多输入、多输出、非线性等难以建立高效数学模型的制约，提出了基于神经网络分析的专家系统用于温湿控制[9]。

有关设施蔬菜基础生物学研究也有了质的飞跃，期间出版发行了《蔬菜栽培学》《园艺学概论》等教材及学术论著，黄瓜[10]、甜瓜[11]、辣椒[12]、番茄[13]、迷你番茄[14]等蔬菜作物的风味品质、产量及抗逆机制等研究有了深度发展；同时，设施蔬菜育苗技术也有了长足的进步[15]，育苗设施日益完善，从日光温室穴盘育苗发展到集约化工厂化育苗；育苗基质[16]也从传统土壤材料到包含秸秆、草炭和蛭石的混合基质，降低育苗成本的同时，提升幼苗品质。

设施蔬菜生产中养分、水分等资源利用效率的研究很多，配合有机和无机肥料保障蔬菜生产，并在节水灌溉等设施研发及应用方面有了突破。整合蔬菜配方施肥[17]和水肥一体化[18]等新技术方面的研究成果，可将蔬菜作物生长发育所需的水和养分按照作物生长需求定量、定时直接输送到作物根系，达到节水、节肥、省药和省工的综合效应。此外，CO2肥料的研发应用[19]，不仅可以增强蔬菜对生物逆境和非生物逆境的抗性，还可同时改变作物的矿物质吸收和分配，提高光合作用和产量。

在设施蔬菜专业化和规模化发展过程中，连作障碍、土传病虫害、次生盐渍化等土壤质量退化和环境问题呈现增多趋势[20]。在深入系统揭示影响土壤环境问题综合因素的同时，逐步明确了土壤养分、土壤微生物及温室温湿度之间的相关关系[21-22]。

设施蔬菜产品的优质安全也是备受关注的问题。不同水肥条件、不同覆膜材料以及温室管理条件，对蔬菜菜品中糖类、维生素、蛋白质、有机酸、糖酸比等品质性状相关指标的研究日益增加。在城乡交错区农田土壤重金属污染问题凸显的情况下，减少蔬菜中重金属含量的育种和管理研究取得较大进展[23-24]；防虫网[25]、生物农药[26]和有色薄膜[27]等环境友好型病虫害防治技术也取得突破。