基于文献计量的近30年国内外种植甘薯土壤研究进展分析

李 祥, 张永春, 王 磊, 袁 洁, 王永丽, 张 辉

(1.江苏大学环境与安全工程学院,江苏 镇江 212013;2.江苏省农业科学院农业资源与环境研究所,江苏 南京 210014)

甘薯[Ipomoeabatatas(L.) Lam]又称番薯、红芋、地瓜等,是旋花科一年生或多年生草本块根植物,含有极其丰富的膳食纤维、蛋白质、维生素、矿质元素[1]。据FAO统计,2020年全世界甘薯种植面积为7.4×106hm2,总产量9.849×107t,其中中国甘薯种植面积和总产量的占比分别为30.40%和54.97%,是世界上最大的甘薯生产国。文献计量可以从多方面系统地分析某一研究领域的整体发展情况,了解该领域国家、机构间的合作关系,把握前沿热点及趋势。唐朝臣等[2]采用文献计量分析方法对甘薯学科的研究态势进行分析,结果表明,甘薯研究领域中,国内外学者研究的重点主要在作物学和食品科学。王崇等[3]采用文献计量分析方法对甘薯研究态势进行分析得到相似的结论,当前甘薯研究领域主要研究方向是分子生物学、遗传学和食品科学。国内外学者多采用文献计量分析方法对土壤领域研究态势做剖析。如宋长青等[4]分析了1985-2013年国内外土壤科学的发展过程,张宇婷等[5]运用文献计量法对国内外土壤侵蚀研究进行可视化分析,清晰地展现出当前的发展趋势和未来的研究方向。此外,采用文献计量分析方法对有关土壤有机碳[6]、土壤微生物[7-8]、土壤酸化[9]等方面的发展态势分析结果均有相关文献报道。

甘薯根系具有分布广、数量多的特点,有较强的养分吸收能力,生产中由于其常表现较强的耐瘠薄特性,因此甘薯种植的土壤问题没有得到足够的重视,但是甘薯作为全球第七大粮食作物,中国第五大作物[10],开展对甘薯种植土壤的研究具有重要的理论和现实意义。为全面了解种植甘薯土壤的研究进展,本研究运用文献计量分析方法,依据发文量及发文时间分布、被引总频次、篇均被引频次对国内外种植甘薯土壤领域研究的国家及机构进行分析,并建立国家、机构间的可视化合作图谱。重点对比了国内外研究关键词聚类和研究热点,揭示了种植甘薯土壤领域的关键词变化情况和热点演化趋势,以期为种植甘薯土壤研究提供参考。

1 数据来源及研究方法

1.1 数据来源

中文文献检索的数据来源为中国知网(CNKI),在专业检索下,检索公式为SU%=(甘薯+红苕+地瓜+山芋+甜薯+红薯+白薯+番薯)*土壤,检索的时间跨度为1992年1月1日-2021年12月31日,共计搜索到1 211篇文献资料。英文文献来自于Web of Science核心合集数据库,高级检索中以“(((((TS=(sweet potato)) OR TS=(sweetpotato)) OR TS=(sweetpotatoes)) OR TS=(sweet potatoes)) OR TS=(Ipomoeabatatas(L.) Lam)) AND TS=(soil)”进行检索,检索的时间跨度为1992年1月1日-2021年12月31日,共计检索到728篇英文文献。

1.2 分析方法

通过Excel对发文量、机构及国家等信息进行统计分析,借助VOSviewer数据可视化软件对1 211篇中文文献和728篇英文文献的重要机构、国家间科研合作关系进行可视化分析,运用CiteSpace软件对国内外高频关键词聚类及突发性进行系统分析。基于统计分析及网络图谱结果获得了近30年来种植甘薯土壤领域的年度发文趋势、高产机构、国家合作、研究现状与前沿热点。

2 结果与分析

2.1 文献数量及时间分布特征

由图1可见,近30年国内和国际有关种植甘薯土壤研究论文发文量总体呈现出波动增长趋势,国内期刊上的发文量在2007年后增速显著提高,而国际期刊上的发文量在前20年的发文量较为平稳,后期发展势头良好。国内期刊上的发文量以2007年作为一个划分节点,1992-2006年为第一阶段,在这一阶段发文量较少,共发表相关论文271篇,占中文总发文量的22%;2007年以后为第二阶段,这一阶段是论文发表的快速增长期,发表的论文占中文发文总量的78%,平均年度发文量为63篇,这与国家甘薯产业技术体系的建设有着密不可分的关系[11]。国际期刊上在1992-2010年发文量较少,2011年以后发文量不断攀升,近11年内发表的论文占近30年国际期刊上发文总量的62%。

图1 1992-2021年种植甘薯土壤研究论文年代分布

2.2 国内研究机构分析

表1总结了国内种植甘薯土壤研究领域发文量排名前10的机构,结果表明,发文量第一的是江苏省农业科学院,共28篇;其次是四川农业大学、西南大学,各23篇。从排名前10的机构中可以看出,科研院所4所和涉农高校6所,其中涉农高校不仅占比最多,且在发文量及被引频次上均位于前列,由此可见在种植甘薯土壤研究领域中,涉农高校的论文影响力与相关科研院所相比更胜一筹。其中四川农业大学的论文篇被引频次位于前列,这可能与西南地区是中国面积最大的甘薯种植区有关。

表1 国内种植甘薯土壤研究领域发文量前10所机构

图2展示了国内各个机构间的合作紧密程度。由图2可知,江苏省农业科学院处于图谱中心位置,与多所涉农高校都有合作,且与江苏省、山东省、福建省、安徽省和江西省的研究机构也有合作,其合作机构分布最广。其次是中国农业大学和南京农业大学,其合作机构分布较广。其余机构合作明显带有地域性特征,如山东农业大学,其合作机构主要分布于山东省;如表1中四川农业大学的总被引频次和篇均被引频次均位于首位,其论文在国内的影响力较大,但从机构合作图谱中可以看出其与其他机构的合作并不紧密,开展的学术研究相对独立。当前正处在信息化时代,各机构资源信息交互共享往往是克服问题的关键,因此,种植甘薯土壤研究的各科研机构应加强合作,探索全方位深层次的信息融合途径和资源优势互补,在种植甘薯土壤研究领域中不断攀升和突破。

图2 国内种植甘薯土壤研究领域研究机构间合作关系

2.3 国际上研究国家和机构间合作分析

2.3.1 国家间合作分析 由图3可知,美国总发文量为225篇,占国际论文总量的30.91%,年度发文量在10篇上下波动,位于第一。中国总发文量为142篇,位于第二,中国在种植甘薯土壤领域的研究起步较晚,但自2008年起,年度发文量呈快速增长的趋势,2018年后年度发文量超越其他各国。其余各国的发文量年度间无明显变化。图4展示了国家间的合作关系网络,美国及中国同其他国家的合作关系最为密集。国家间的交流合作是提升科研创造性和加强科研能力的重要方式。

图3 发文量前五国家的年度发文量变化情况

图4 种植甘薯土壤研究领域主要国家间的合作关系

2.3.2 研究机构间合作分析 表2显示国际期刊上发文量排名前10的研究机构,美国6所、中国2所、国际合作组织2所研究机构上榜。从发文量和总被引频次上看,美国农业部发表45篇、被引1 537次、篇均被引频次34.16次,位于首位,在国际上其论文影响力最大。中国虽只上榜2所,但上榜2所机构的篇均被引频次位列前3,在国际上中国的论文影响力也较为突出。图5展现各研究机构间的合作关系,节点大小表明合作机构的数量,图中连线显示机构间的合作关系。美国农业部、中国科学院、中国农业大学同其他研究机构的合作较为密切,中国科学院处于机构合作网络图谱的中心位置,同国际机构的合作最为频繁。

表2 1992-2022年国际上种植甘薯土壤研究领域发文量前10所机构

图5 国际上种植甘薯土壤研究领域重要机构间的合作关系

2.4 国内研究关键词和热点分析

2.4.1 关键词分析 关键词是一篇论文表达主旨的核心要素,是论文必不可少的组成部分,对种植甘薯土壤研究相关文献进行关键词聚类分析有利于挖掘其研究热点和演变趋势。表3是CiteSpace作图6形成的18个主要聚类,其中平均轮廓值(Silhouette值)均大于0.7,说明聚类效果较好。可以看出,国内种植甘薯土壤研究领域关键词最大的聚类是产量,产量一直是甘薯研究的一个重点,自研究文献截取最早的1992年起就有相关研究,直至今日依旧是研究热点。将种植甘薯土壤研究论文依据关键词聚类可分为三类:第一类为甘薯性状研究,有产量和作物产量;第二类为土壤理化性质研究,有土壤、土壤肥力、坡耕地、氮磷钾;第三类为栽培技术研究,有土壤养分、栽培技术、栽培、夏玉米、甘薯产量、有机肥、经济效益、农作物、垄作、防治、合理密植、耕作制度。由此可知,种植甘薯土壤研究中甘薯性状研究和土壤理化性质研究较少,这可能与甘薯较强的耐瘠薄特性有关。自20世纪末甘薯已从主要粮食作物转变为辅助性作物,人们更多地关注不同土壤环境对甘薯营养价值的影响,栽培技术研究成为国内种植甘薯土壤研究的重点[12]。

图6 1992-2021年种植甘薯土壤研究领域国内论文关键词聚类图

2.4.2 研究热点分析 表4显示采用CiteSpace突变检测得到9个主要突变词。结合年度发文量的划分,1992-2006年,中国耕地资源分布不均,且旱耕地问题日益凸显,依据2009年完成的第2次全国土地调查显示,中国全部旱地面积占总耕地面积的54.9%,其中坡耕地问题往往最为突出,据调查结果显示坡耕地面积占总耕地面积28.3%,如何提高农作物在旱地中的产量引起了人们的广泛关注,因此学者的研究也更加关注旱地的“增产效果”和甘薯种植对“坡耕地”的影响[13-16]。在2007-2021年关键词出现多样化,随着“种植模式”、“栽培”和“地膜覆盖”关键词的突现,进一步增强了对高产种植技术多样化的研究[17-19]。“有机肥”、“酶活性”和 “高产”是当前种植甘薯土壤研究领域最新发展的主题,其主要的研究内容是通过有机无机配施和轮作等手段,探寻土壤生态环境和甘薯高产及品质之间的平衡,从而在实现甘薯高质量绿色发展的同时保证土壤环境的健康[20-21]。总的来说,近30年来国内种植甘薯土壤研究的突变词较少,突变强度小,国内种植甘薯土壤研究领域还有待激起新的研究浪潮,还需要寻找新的研究热点。

图4 1992-2021年种植甘薯土壤研究国内论文中出现的突变词

2.5 国际研究关键词和热点分析

2.5.1 关键词分析 图7为种植甘薯土壤研究国际文献的关键词聚类图谱,共形成12个主要聚类,代表1992-2021年国际上种植甘薯土壤的主要研究领域。由表5可以看出,关键词健康风险(Health risk)这一聚类成为除了关键词甘薯(Sweetpotato)外最大的聚类,说明国际上对于风险评估的研究较为成熟。其次是关键词连作(Continuous cropping)和轮作(Crop rotation)聚类。根据聚类结果,可以将关键词分为四类:第一类为甘薯性状,如甘薯;第二类为土壤理化性质,如土壤特性;第三类为栽培技术,如连作、甜玉米、作物轮作;第四类为安全评价,如健康风险、免耕、微生物抑制、丛枝菌根、种群动态、生物地球化学循环、时间动态。显然,相较于国内种植甘薯土壤研究,国际上此领域的研究更着重于对甘薯土壤环境的安全评价。

表5 国际上种植甘薯土壤研究论文关键词聚类结果

图7 1992-2021年种植甘薯土壤研究国际文献的关键词聚类图

2.5.2 研究热点分析 表6显示了1992-2022年出现的突发性最强的7个关键词。结合年度发文量的划分可以看到在1992-2011年平稳发展阶段,高频关键词主要有感染(Infection)和甜玉米(Sweet corn),表示学者关注不同菌体对甘薯的影响机制[22-23]以及甜玉米(Sweet corn)等作物与甘薯的研究[24],但这两个关键词的突变值都不高,说明人们对它们的研究热情并不高涨。2012-2022年随着年度发文量的快速增长,高频关键词也逐渐增多,可以看到产量(Yield)和响应(Response)的出现,表示生态环境对甘薯生长的影响研究是当时最受关注的主题。随后,由于人们对环境保护和安全风险意识的提高,重金属(Heavy metal)和健康风险(Health risk)成为当今种植甘薯土壤研究领域发展潜力最大的主题,人们开始倾向于关注污染物对甘薯和土壤影响的安全风险评价[25-27]。

图6 1992-2021年种植甘薯土壤研究国际论文中出现的突变词

3 结论

本研究发现:(1)国内外种植甘薯土壤研究的发文量总体呈波动上升趋势,国内在2008年之后,年度发文量大幅增加,国际上对种植甘薯土壤的研究,2011年前发文数量较少,但后期发展态势良好;(2)国内涉农高校已成为种植甘薯土壤研究的中坚力量,但各研究机构间的合作存在明显的地域特性,且国内各机构开展的学术研究相较独立,机构间的合作并不紧密;(3)美国在种植甘薯土壤研究的发文最多,在国际上具有较大的影响力,美国农业部和中国科学院在该领域的发文量和被引频次都位于前列,且同国内外各研究机构合作密切;(4)通过对比国内和国际上种植甘薯土壤研究论文的关键词突变检测可以发现,现阶段国内侧重于土壤生态环境与甘薯品质同步提升的研究,而国际上更倾向于种植甘薯土壤生态安全的研究。