基于文献计量学的国内外盐渍土改良研究进展

刘 学，梁素钰，王琪瑶

（1.黑龙江省生态研究所，黑龙江哈尔滨 150081；2.黑龙江省森林生态与林业工程重点实验室，黑龙江哈尔滨 150081）

土壤盐渍化作为一个世界性难题由来已久。盐渍土通常被定义为在25 ℃下，植物根区饱和提取物的电导率（Ece）超过4 d·S/m（约40 mmol 氯化钠），且可交换钠为15%的土壤。生长在盐渍土壤上的农作物易受到高渗透胁迫、土壤物理条件差的影响，从而造成农作物营养紊乱、生产力下降[1]。近年来，由于气候异常、干旱、淡水资源缺乏以及不合理耕作等原因，土壤次生盐渍化问题也日趋严重。土壤盐渍化已经成为影响全球农作物生产力提高的制约性因素[2]，根据联合国教科文组织和粮农组织公布的数据，全球盐碱地总面积约为9.54 亿hm2，且每年仍以100 万hm2的速度增长[3]。据估计，土壤盐渍化已经影响了全球超过8 亿hm2的农业用地[4]。土壤盐渍化不仅严重制约了农业生产的可持续发展，使土地撂荒、农业生产力降低，也使地下水资源矿化、生物多样性发展受阻，削弱了环境承载力，对生态环境造成了极大的破坏。因此，加强盐渍土资源的改良利用、提高土地资源的利用效率，对于保障粮食安全、坚守耕地红线、维护生态环境可持续发展具有重要意义。

近年来，随着各国对粮食安全、生态安全重视的增强，盐渍土资源的开发和改良利用越来越受到重视。国内外许多学者从不同的维度对盐渍土改良进行研究，但是通过可视化分析手段系统呈现20 年来国内外盐渍土改良研究的热点动态和发展趋势的还很少。CiteSpace 软件可通过合作网络分析、文献耦合分析和共现分析等，形成可视化知识图谱，清晰地展示某一学科领域的知识结构，直观地表达该领域的知识热点及演化过程[5]。本研究通过对国内外盐渍土改良领域相关文献的计量和知识图谱分析，探讨该领域的热点动态和发展趋势，以期为我国盐渍土改良的深入研究提供参考和依据。

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源

本研究外文文献数据来自Web of Science（WOS） 核心合集，中文文献数据来自中国知网（CNKI）中SCI、EI、北大核心、CSSCI、CSCD 核心期刊数据库，主题检索2003 年1 月—2023 年5 月国内外盐渍土改良研究的相关文献，WOS 主题检索词包括“Improvement of saline soil” or “Reclamation of saline soil” or “Saline soil management”。CNKI 主题检索词为“盐渍土改良”“盐碱土改良”。为准确获得盐碱土改良研究的相关文献，对检索到的WOS 和CNKI 文献进行查阅剔除不相符文献，最终获得有效文献2 240 篇。

1.2 研究方法

利用Excel 2007 软件绘图及WOS 和CNKI 数据库的文献计量功能分析，并采用CiteSpace 软件进行知识图谱分析。对相关文献从年发文量、发文作者、发文机构、关键词时间共现、突现词5 个角度，进行计量和可视化分析，并绘制可视化知识图谱。应用知识图谱分析21 世纪以来国内外盐渍土改良领域研究热点的动态变化和发展趋势。知识图谱的模块值（Modularity Q）和平均轮廓值（Mean Silhouette S）表示图谱的网络结构及聚类结果的清晰度[6]。一般认为，模块值（Q 值）＞0.3 表示聚类结构显著，轮廓值（S 值）＞0.7 表示聚类可信。图谱中关键词节点越大、连接的次数越多，表示该关键词的影响力越大[6]。

2 结果与分析

2.1 年发文量与发文国家

WOS 核心合集和CNKI 核心期刊数据库2003 年1 月—2023 年5 月共发表盐渍土改良领域文献2 240 篇，其中，WOS、CNKI 数据库分别收录1 412、828 篇。由图1 可知，WOS 核心合集数据库相关文献发文量2003—2009 年处于缓慢发展阶段，2003 年24 篇，2009 年增至35 篇，年均发文量约30 篇；2010—2016 年处于显著增长阶段，2010 年41 篇、2012 年47 篇、2015 年73 篇、2016 年90 篇，年均发文量约60 篇，文献数量涨幅明显；2017—2023 年处于快速增长阶段，相关文献发文量快速攀升，2017 年83 篇、2019 年119 篇、2021 年147 篇，2022 年最高，达185 篇，年均发文量122 篇，2023 年1—5 月发文量91 篇。近5 年来WOS 共有677 篇相关文献发表，约占总发文量的48%。

图1 WOS 及CNKI 盐渍土改良领域的文献发文量年度变化Figure 1 Annual variation of WOS and CNKI published papers in the field of saline soil improvement

CNKI 核心期刊数据库2003—2009 年相关文献发文量处于缓慢发展阶段，2003 年17 篇、2009 年30 篇，年均发文量22 篇；2010—2016 年处于波动发展阶段，2010 年50 篇，2016 年42 篇，年均发文量48 篇；2017—2023 年处于显著增长阶段，2017 年54 篇，2022 年升至74 篇，2023 年1—5 月发文量43 篇。近5 年来CNKI 核心期刊数据库共有295 篇相关文献发表，约占总发文量的36%。

WOS 核心合集数据表明，2003 年1 月—2023 年5 月共有143 个国家和地区发表了盐渍土改良领域的相关文献，发表文献居前10 名的国家依次是中国（528 篇）、美国（231 篇）、澳大利亚（153 篇）、印度（132 篇）、西班牙（91 篇）、伊朗（84 篇）、巴基斯坦（83 篇）、埃及（58 篇）、巴西（49 篇）、德国（45 篇）；中国发文量最多，为528 篇，占总发文量的35%，远超其他国家。其他发表文献大于30 篇的国家还有意大利、英国、沙特阿拉伯、日本、法国、荷兰等。排名前5的国家发文量约占总发文量的76%。

2.2 作者及合作关系

2.2.1 外文文献作者及合作关系

由图2 可知，通过检索WOS 核心合集盐渍土改良领域作者发文量的统计分析表明，外文文献作者合作共现图谱中，作者合作关系共有454 个节点，467 条连线。通过作者之间合作关系发现，该领域主要产出文献量较多的核心作者群为：中国科学院的KANG Yaohu、WAN Shuqin、LI Xiaobin、CHEN Xiulong 团队，作者合作关系密切且文献产出量最多；其次为中国科学院南京土壤研究所的YAO Rongjiang、YANG Jingsong、XIE Wenping 团队，该团队高产作者亦较多且合作关系紧密；巴基斯坦费萨尔巴德农业大学的MURTAZA G 与MURTAZA B合作密切；印度中央土壤盐渍化研究所YADAV R K、YADAV G、BASAK N 合作关系紧密；埃及法尤姆大学的MEKDAD A A A 与伊朗德黑兰大学EBRAHIMIAN H、MOSTAFAZADEH -FARD B、QADIR M、GHEYI H R、MURTAZA G、LIU Xiaobin、YAO Rongjiang、RAGAB R 合作关系紧密。外文文献发文量排名前5 的作者为KANG Yaohu、WAN Shuqin、QADIR M、GHEYI H R、MURTAZA G等（表1）。

表1 WOS 发文量排名前10 的作者Table 1 Top 10 authors of WOS publications

图2 外文文献作者合作共现图谱Figure 2 Author cooperation map of foreign literature

2.2.2 中文文献作者及合作关系

由图3 可知，CNKI 核心期刊数据库作者合作共现图谱中，作者合作关系共有415 个节点，513 条连线。该领域主要产出文献量较多的核心作者群为：杨劲松作者群，包括姚荣江、屈忠义、刘广明、谢文萍等；赵兰坡作者群，包括王鸿斌、刘金华、赵兴敏等；孙兆军作者群，包括李茜、杨建国等；孙向阳作者群，包括李素艳、张涛、张乐、张立宾等；陈效民作者群，包括王晓洋、李孝良等。其中杨劲松团队合作作者最多，文献产出量也最多，达26 篇。中文发文量排名前10 的作者为杨劲松、赵兰坡、姚荣江、孙兆军、王全九、孙向阳、王鸿斌、李素艳、王志春、刘广明（表2）。

表2 CNKI 发文量排名前10 的作者Table 2 Top 10 authors of CNKI publications

图3 中文文献作者合作共现图谱Figure 3 Author cooperation map of Chinese literature

2.3 研究机构及合作关系

2.3.1 外文文献研究机构及合作关系

用CiteSpace 软件分析形成机构合作关系共现图谱（图4），图4 中节点越大，表示该机构发文量越多；节点之间的连线表示各机构之间的合作关系，连线的粗细表示机构间合作关系的强弱[7]。由图4 可知，WOS 机构合作图谱共357 个节点，522 条连线。其中较为突出的机构合作群有5 个：中国科学院与中国科学院大学、中国科学院东北地理与农业生态研究所、西北农林科技大学、加利福尼亚河岸大学（University of California Riverside）合作群；加州大学系统（University of California System）与美国农业部（USDA）、加利福尼河岸大学（University of California Riverside）、国际农业研究磋商组织（CGIAR）合作群；埃及知识库（Egyptian Knowledge Bank）与埃及农业研究中心（Egypt Agriculture Research Centre）、沙特国王大学（King Saudi University）、埃及谢赫村大学（Kafrelsheikh University）合作群；印度农业研究委员会（ICAR）与印度中央土壤盐渍化研究所（ICARCentral Soil Sanity Research Institute）、西澳大利亚大学（University of West Australia）合作群；巴基斯坦费萨尔巴德农业大学（University of Agriculture Faisalabad）与中国科学院大学、国际农业研究磋商组织（CGIAR）、加州大学系统（University of California System）合作群。WOS 核心合集2003 年1 月—2023 年5 月发表的盐碱土改良文献中，发文量在20 篇以上的机构共有22 个。WOS 文献发文量排名前10 的研究机构为中国科学院、中国科学院大学、中国农业大学、埃及知识库、印度农业研究委员会、中国科学院东北地理与农业生态研究所、西班牙国家研究委员会、美国农业部、中国农业科学院、印度中央土壤盐渍化研究所（表3），排名前10 的发文机构发表的文献数量约占总发文量40%。

表3 WOS 发文量排名前10 研究机构Table 3 Top 10 institutions of WOS publications

图4 外文文献研究机构合作共现图谱Figure 4 Cooperation map of foreign literature publication institutions

2.3.2 中文文献研究机构及合作关系

由图5 可知，CNKI 机构合作共现图谱共有408 个节点，292 条连线。 我国在盐渍土改良领域的研究形成了以中国科学院为核心，中国科学院各区域分支机构为外围的合作群，如中国科学院东北地理与农业生态研究所、中国科学院南京土壤研究所、中国科学院大学等合作群；此外，还有中国农业大学资源与环境学院、东北农业大学资源与环境学院、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所、中国科学院东北地理与农业生态研究所合作群；西北农林科技大学资源与环境学院、宁夏农林科学院农业资源与环境研究所、宁夏大学农学院合作群；吉林农业大学资源与环境学院、北京林业大学水土保持学院合作群。

图5 中文文献研究机构合作共现图谱Figure 5 Cooperation map of Chinese literature publication institutions

CNKI 核心期刊数据库2003 年1 月—2023 年5 月共有108 家研究机构发表了关于盐渍土改良的相关文献，文献发文量10 篇以上的研究机构有10 个。排名居前5 位的研究机构分别是：吉林农业大学资源与环境学院（33 篇）、中国科学院大学（28 篇）、中国科学院东北地理与农业生态研究所（24 篇）、中国农业大学资源与环境学院（21 篇）、中国科学院南京土壤研究所（18 篇）。排名前5 的研究机构发表的文献数量占总发文量的16%。

2.4 关键词时间线分析

关键词是一篇文章的中心性概括词，关键词在一段时间内出现的频次可以反映该领域的研究热点和发展趋势。CiteSpace 软件提供的关键词聚类分析，可以直观地梳理该领域研究的知识结构，探索某一聚类簇群的研究热点。关键词时间线图谱可以将聚类包含的关键词按照时间脉络展开，因此，该图谱可以直观地展示聚类内的关键词研究在某一时段的活跃程度和发展趋势。外文文献盐渍土改良时间线图谱（图6）的模块值Q 值为0.572 0，轮廓值S 值为0.739 0，中文盐渍土改良时间线图谱（图7）的模块值Q 值为0.604 1，轮廓值S 值0.853 1，表明该方法置信度较高且聚类结构清晰。

图6 外文文献盐渍土改良时间线图谱Figure 6 Timeline map of saline soil improvement in foreign literature

图7 中文文献盐渍土改良时间线图谱Figure 7 Timeline map of saline soil improvement in Chinese literature

一般来说，盐渍土改良主要包含各类物理、化学[8]、水利[9]和生物[10]等途径[11]。由图6、图7 可知，2003—2009 年，这一阶段主要外文文献关键词为Salinity water、Salinity tolerant、Hydraulic conductivity、Deficit irrigation、Infiltration、Conjunctive use；中文文献关键词为暗管排水、脱硫石膏、硫酸铝、盐地碱蓬、玉米、土壤水分、农业利用。这一时期主要研究热点是通过滴灌、咸水洗盐、暗管排水、调亏灌溉等水利工程措施结合传统物理措施调控土壤水盐运动，从而达到“盐随水来，盐随水走”的目的。化学改良方面，王宇等[12]研究发现，苏打盐碱土添加硫酸铝后土壤结构有显著改善，土壤团聚体（>0.005 mm）数量明显增加，土壤容重降低，随着硫酸铝用量的增加，土壤阳离子交换量显著递增、碱化度显著降低；王全九等[8]研究表明，不同石膏配比对滴灌条件下盐碱土水盐运移影响明显，随着石膏配比的增加，钠离子含量减少，脱钠效果明显。生物改良方面，张立宾等[13]研究表明，碱蓬能够有效地降低土壤表层含盐量，增加土壤有机质含量，提高土壤中N、P、K 的含量。在国外，伊朗、以色列和美国等国家通过种植盐生植物海马齿、海蓬子和盐地碱蓬来保持盐渍土农业生态系统稳定[11]。经过数十年的发展，到21 世纪初期，盐渍土改良已经从最初的单一改良方法发展到利用物理、化学、生物、水利工程等综合技术体系的改良措施。

2010—2016 年，这一阶段主要外文文献关键词为 Climate change、Drought、Response、Salt stress、Irrigation management、Rice、Gypsum。中文文献关键词为粉煤灰、木醋液、石膏、生物炭、有机肥、秸秆、优势种群克隆文库。这一时期随着全球变暖趋势的加剧，中、低纬度国家如印度、巴基斯坦、美国、埃及、澳大利亚及中国等的土壤盐渍化问题日益突出，农作物面临着大面积减产等严峻的挑战。耐盐碱农作物成为这一时期学者们关注的热点。在中、美科学家们的共同努力下，2010 年浙江三门海水灌溉的转OsCYP2 基因耐盐水稻培育获得成功[14]。KANG 等[15]利用地下咸水资源在华北平原试验开发耐盐糯玉米品种取得良好的成效。化学改良方面，众多学者研究表明，磷石膏[16]、脱硫石膏[17]、有机肥[18]在降低土壤pH 值、增加土壤微生物量、改善理化性质、改良盐碱地土壤肥力方面效果显著。生物改良方面，孙军娜等[19]研究发现，糠醛渣在降低土壤pH 值、提高土壤有效磷方面作用显著；生物炭在提高土壤总有机碳含量，降低土壤碱化度方面改良作用显著。农艺措施方面，赵永敢等[20]研究发现，地膜覆盖结合秸秆深埋能持续蓄水保墒且具有显著的控盐抑盐效果。

2017—2023 年，这一阶段主要外文文献关键词为 Carbon sequestration、Organic carbon、Biochar、Microbial community、Bacteria、Antioxidant enzymes。中文文献关键词为促生长固氮菌、煤矸石、磷利用率、腐殖酸、土曲酶、协同改良。这一时期随着应对气候变化的《巴黎协定》的签署及协议达成，碳减排、碳固存及其相关领域的研究受到越来越多的重视。生物炭，作为一种兼具碳减排和碳固存能力、低成本的土壤改良剂，逐渐成为研究热点，相关文献数量在这一阶段出现爆发式增长。大量研究表明，生物炭含有大量植物生长所需养分，施用后可以释放大量N、P、K、Ca、Mg 等元素和微量元素，能够降低土壤容重、增加土壤渗透系数、提高阳离子交换量，有利于植物生长[21]。生物改良方面，随着微生物科学及分子生物学的快速发展，利用微生物技术对盐渍土进行治理和改良的研究也受到了学者们的广泛重视。大量研究表明，微生物活动一方面可以有效地促进土壤团聚化和养分有益转化循环[22]，另一方面还可以产生嗜盐菌素、抗生素、有机酸、胞外多糖和各种碱性酶类物质，使土壤中难溶性K、P、Si 等元素转变为可溶性元素[11]。此外，关于植物生物刺激剂（PBs）及微生物刺激剂的研究也取得了重大进展。耐盐植物促根际菌（PGPR）可以通过诱导多种生理和分子机制来缓解植物受到的盐胁迫，其作用包括调节根系生长、诱导抗氧化机制、产生胞外多糖（EPS）和含铁细胞、调节植物激素、合成渗透液、吸收矿物质并控制植物病原体滋生[23-25]。耐盐土壤细菌，如节杆菌、氮螺旋菌、碱芽孢杆菌、伯克霍尔德菌、肠杆菌、假单胞菌和根瘤菌，可以作为生物调节剂，改善农作物受到的盐胁迫，增加土壤有机质、调节土壤结构、提高土壤保水能力[26-27]。

2.5 突现词分析

突现词是指通过考察一段时间内出现的爆发式增长的关键词及其时间分布，从中探测出频次变化率高、增长速度快的关键词，进而分析该学科的前沿领域和发展趋势。CiteSpace 软件提供的突发性探测（burst detection）功能，可以从大量文献的主题词中提炼出突现词，从而清晰地展示出某一学科的研究前沿[7]。由表4 可知，排名前5 位的中文文献突现词强度为7.25～3.80，突现词依次为改良、生物炭、产量、硫黄、腐殖酸；外文文献突现词强度排名前5 位为5.65～4.96，依次为灌溉管理、干旱、土壤耐盐性、微生物种群、生物炭。21 世纪早期（2003—2010 年）盐渍土研究以植物耐盐性，膜下滴灌、暗管排盐等灌排优化管理措施的研究为主；中期（2010—2017 年）以土壤空间变异、电导率及增碳减排，脱硫石膏、磷石膏改良以及盐碱地水稻、玉米等耐盐碱农作物的研究为主；近年来（2017—2023 年）以利用生物炭、有机酸（腐殖酸、黄腐酸、糠醛渣等）改良盐渍土，植物生物刺激剂（PBs）、耐盐植物促根际菌（PGPR）增强植物对盐碱胁迫的耐受性研究等盐碱障碍微生物修复及绿色消减技术为主。截至目前，湿润锋、生物炭、微生物菌群、植物生物刺激剂（PBs）、耐盐植物促生菌（PGPR）、耐盐土壤细菌是国内外盐渍土改良领域的研究前沿。

表4 中、外文献突现前10 关键词Table 4 Top 10 burst words in both Chinese and foreign literature

3 讨论

经过近百年的发展，学者们对于滴灌、覆膜、氮肥、有机肥、石膏、秸秆覆盖及废水灌溉等方式下土壤的盐渍化演化趋势已经有了比较清楚的认识[14]。盐渍土治理方面已经形成了较完善的理论和技术体系。然而，无论是化学措施、生物措施，还是水利工程措施均存在着淡水资源匮乏等限制性因素[28]。尤其是近10 年来在全球气候变暖、干旱的大背景下，土壤盐渍化出现许多新问题和新挑战。根据CNKI 与WOS 中、外文文献发文量年度变化趋势可知，世界盐渍土改良研究已经进入了百花齐放的蓬勃发展阶段。对于未来应关注的重点研究方向，学者们也提出了各自不同的看法。

杨劲松等[11]研究发现，随着现代遥感和传感技术的不断发展，将土壤盐渍化多要素、多尺度的“空天地”观测数据相结合，利用机器学习算法开展多元数据融合同化，精准推演盐渍化的时空演变过程，揭示盐渍化驱动机制会成为未来研究热点。此外，还需注重研究耐盐植物适生种植的改土机制，通过基因工程方法和根际微生物介入提高植物耐盐阈值的生物学机制，有益功能微生物的筛选、驯化与高效定植模式，盐渍障碍消减与养分减损高效的水肥盐协同管理机理[11]。李阳阳等[29]研究认为，未来关于土壤水盐运移的研究将主要集中在土壤结构、种植耕作与管理方式、模型预测、滨海盐碱地、耐盐性植被的盐分适应性等几个方面。高婧等[30]研究表明，未来生物炭和黄腐酸在改良重度盐碱土方面将具有更广阔的应用前景。刘小京等[28]研究认为，未来关注的重点在于加强盐胁迫对农作物品质产量调控机制与技术研究，加强盐碱资源高效利用的理论与技术研究。

张翼夫等[31]研究表明，尽管耐盐细胞系的培育、渗透调节基因的转移和盐诱导基因的利用等方面的研究已经获得了显著的成果，耐盐基因分离已实现常规化，但是目前还未能实现规模化，未来仍有待进一步探索。 KUMAR 等[23]研究认为，微生物学方法正在取代不可持续的传统方法，成为修复和提高盐渍土壤生产力的最重要的生物工具。HT-PGPR 有一系列克服土壤盐度有害影响的机制。但是，应用这些未充分利用的微生物来提高生产力促进盐渍土壤修复，并使之成为一种可靠的技术，未来将需要更多的科学投入。

4 结论

本研究通过对国内外盐渍土改良领域相关文献的计量和知识图谱分析可知，（1）中、外文献发文量趋势：2003—2009 年为缓慢发展阶段、2010—2016 年为波动（显著）增长阶段、2017—2023 年为快速增长阶段。（2）从主要研究力量来看，中国科学院、埃及知识库、印度农业研究委员会、西班牙国家研究委员会、美国农业部是国内外盐渍土改良研究的中坚力量。（3）从关键词来看，研究热点处于不断的变化中，但其核心始终围绕着水盐运移及其调控机理、植物耐盐性研究、化学改良剂施用、盐碱障碍绿色消减及盐碱障碍生物或微生物修复等方面。（4）从突现词来看，当前生物炭、湿润锋、微生物菌群、植物生物刺激剂（PBs）、耐盐植物促生菌（PGPR）、耐盐土壤细菌是国内外盐渍土改良领域的研究前沿。当前，国内外盐渍土改良研究已经进入快速发展阶段。中国、美国是该领域的全球领军者，印度、澳大利亚的研究力量正逐渐壮大。国内外研究主要围绕土壤碳固存、生物炭、微生物菌群、抗氧化酶、磷利用率、耐盐土壤细菌等，聚焦土壤养分运移、盐渍障碍消减、改良剂、微生物修复等。未来盐渍化驱动机制、植物根际促生菌、盐碱障碍微生物修复以及联合大数据技术协同监测分析等多手段协同改良可能成为研究热点。