秸秆还田影响农田土壤有机碳组分的研究态势分析

陈建诗

（甘肃省张掖市民乐县洪水河管理处，甘肃 张掖 734500）

0 引言

秸秆还田影响着评价土壤质量的核心指标——土壤有机碳（SOC），同时也影响土壤肥力及作物产出[1]。长期的过量化肥使用及不合理耕作制度，使农田土壤板结、土壤生态环境破坏等一系列问题愈发严重，农田土壤还是全球较大的有机碳库，保持土壤碳库稳定对全球碳平衡意义重大。我国农作物的秸秆资源丰富，仅三大主粮的秸秆生产量超过6.5亿t[2-3]，但在生态环境治理大背景下，农村秸秆禁烧让秸秆“出路”成为现阶段下农村生产后期亟须解决的一大问题，然而相关研究显示秸秆还田不仅可以增加土壤碳的固存量，同时也可以调节局部气候，这将在一定程度上缓解秸秆废物利用问题[4]。

为探究秸秆还田对土壤有机碳组分的影响研究现状和进程，本研究以“秸秆还田”和“有机碳”为核心主题词，基于CNKI 收录的相关核心学术文章，采用文献计量学的分析方法，将年发文量变化趋势、主要贡献作者及合作关系、主要研究机构及合作关系、主要发文期刊及关键词共现网络进行可视化分析，以期为相关农田土壤质量提高的研究，以及农田生态平衡的保持和促进农业可持续发展研究提供理论参考。

1 数据与方法

1.1 数据来源

采用CNKI 数据库收录的已被发表的学术论文为数据源，主要包括中国期刊全文数据库（中文），采用高级检索的方式，对“秸秆还田”和“有机碳”两大“主题”进行精确检索，检索时间范围自有关该领域文献发表开始至2023 年9月，文献类型为中文学术期刊，为使研究更加严谨，本研究检索的文献来源类别包括“EI”“北大核心”“CSSCI”和“CSCD”4 类，之后再手动剔除综述类、meta分析类和述评类文献，最终获得1994—2023 年共788 篇该领域相关的有效文献。

1.2 研究方法

本研究将获得的数据采用文献计量学分析方法（CiteSpace 5.6.R3）进行主要贡献作者与合作网络图谱分析、主要贡献机构、主要刊文期刊和关键词共现网络图谱分析，同时采用发文逻辑增长曲线分析各年度该领域发文量变化情况，最后利用Origin 2021 和Excel 2016 软件进行数据统计和可视化制图。基于Java 语言编译的CiteSpace.5.6.R3 软件可将该研究领域的数据进行作者、机构、关键词等方面的联系和聚类分析，同时形成可视化图谱[5-6]。

2 结果与分析

2.1 年发文量逻辑增长分析

发文量的年际变化反映了该研究领域研究成果随时间变化之间的关系，在一定程度上能够反映该领域的研究发展速度、现状，预测未来的发展趋势[7]。本研究将1994—2023 年CNKI 检索的788 篇论文进行年发文量变化及逻辑增长曲线分析，结果如图1。由图1（a）可以看出，秸秆还田对农田土壤有机碳组分影响的研究呈逐年增加的趋势，且文章产出分为3个阶段，缓慢起步阶段（1994—2005年）、稳步增长阶段（2006—2010年）和快速发展阶段（2011—2023 年）。缓慢起步阶段年发文量较少，均在4篇及以下，此阶段研究人员以初步探索为主要目的，并初步获得秸秆还田可以增加土壤有机碳含量的结论，这将为后期秸秆还田对土壤有机碳组分影响研究奠定基础[8]。稳步增长阶段年发文量开始增加，总体保持在8～34篇，此阶段在前一时期的研究基础上，进一步对秸秆还田可以增加土壤有机碳含量进行论证，主要涉及耕作措施和长期施肥两种田间管理的不同模式下，土壤有机碳组分变化情况[9]。快速发展阶段处于“S”型曲线的快速增长部分，发文量呈对数函数型增长，且年总发文量ln指数的线性拟合程度（R2=0.990 4）较高，如图1（b）所示，此阶段研究内容相较之前更加深入，涉及土壤分类研究、土壤碳库管理研究、土壤理化性质研究及模型调试与应用等方面的研究[10]。

图1 年发文量分布及逻辑增长曲线

2.2 主要贡献作者及合作分析

从发文作者在文献族群中出现的频次和合作关系，可以帮助读者从整体上掌握分析该领域主要研究群体和贡献力量，主要贡献作者联系图谱如图2。图中节点表示一个作者，节点越大，表示贡献越大，节点之间的连线越多或越粗表明作者之间的合作联系越紧密。由图2 可知，对该领域贡献较大的作者分别为窦森、王鸿斌、关松等，中心度较高的作者分别为窦森、关松等，窦森发文量（168 篇）最多，其次是王鸿斌（96篇）和关松（66篇）等作者。同时，窦森与李双翼、侯淑艳等作者合作关系较为紧密，王鸿斌与隋标、王丽群等作者合作关系较为紧密，关松与刘思佳、任军、张晋京等作者合作关系较为紧密。上述作者是秸秆还田对土壤有机碳组分影响研究的核心力量群，其余作者发文量较小或以相对较小的规模在研究该领域。

图2 主要贡献作者及合作网络图谱

2.3 主要贡献机构分析

从发文作者所属机构在文献族群中出现的频次及其合作关系，有助于从整体上掌握分析该领域主要研究机构[11]。数据收集过程中，手动修改已经更名的机构和单位，788 篇有效文献中，共出现297 个单位和机构。吉林农业大学、吉林省农业科学院、西北农林科技大学、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所和中国科学院大学合计发文量占总发文量的30%左右，是该领域核心贡献机构，见表1。

表1 贡献机构前10名

2.4 主要发文期刊分析

从发文期刊出现的频次及发文量总占比分析，有助于从整体上掌握分析该领域主要发文期刊和文献来源。秸秆还田对土壤有机碳组分影响的研究主要刊登在96种核心学术期刊上，主要发文期刊见表2。总体来看，发文量前10 的期刊占总发文量的50.13%，《植物营养与肥料学报》《中国农业科学》《农业工程学报》《土壤学报》和《环境科学》等“卓越”期刊是主要发文期刊，对国内秸秆还田对土壤有机碳组分影响研究成果的刊载做出了重要贡献。

表2 发文期刊前10名

2.5 研究热点分析

文章中的关键词不仅是对本研究的研究重点做出的高度凝练，同时也是对该研究方向的学术思想表达[12]。分析该研究领域发表文献中的关键词共现频率及联系脉络，有助于发现该领域的研究热点和重点方向。本研究基于文献计量学（CiteSpace.5.6.R3）软件将检索到的相关文章进行关键词知识图谱分析（Count≥20），结果如图3。

图3 关键词共现网络图谱（Count≥20）

图3 中，每一个节点代表一个关键词，节点越大，表明关键词出现的频率越高。高频关键词可分为2类：（1）与影响田间土壤碳组分变化相关的田间管理措施。“秸秆还田”“秸秆”“免耕”“耕作方式”“碳库管理指数”等高频关键词的出现表明影响田间土壤碳组分变化相关的田间管理措施具有多样性，且具有改变土壤有机碳库循环过程的能力。叶子壮等[13]经过5 a大田定点实验研究发现，秸秆还田会增加土壤（0～20 cm）有机碳含量28.3%，同时提高旱地土壤质量。（2）秸秆还田措施下农田土壤环境（有机碳、微生物和团聚体等指标）的变化。“土壤有机碳”“有机碳”“土壤团聚体”“土壤酶活性”“土壤养分”等高频关键词的出现表明通过秸秆还田，包括土壤养分、土壤结构、土壤微生物多样性等指标在内的土壤生态系统将会发生改变。马子钰和马文林[14]通过meta 分析法对秸秆还田影响中国农田土壤有机碳含量的因素及影响程度进行分析，结果表明，秸秆还田年限越长，土壤固碳速率越小，且随着土层深度增加，土壤有机碳含量也会减少，以0～20 cm土层土壤有机碳固碳效果最佳，其余深度土层的固碳效果表现不显著。除此之外，模型调试与应用也是研究秸秆还田对土壤有机碳组分变化的影响热点之一[15]。

3 结论

秸秆还田对土壤碳库循环、改善土壤微生态等方面具有重要意义。本研究基于文献计量分析方法对CNKI 收录的核心学术文献进行可视化分析，秸秆还田与土壤有机碳两大主题是土壤碳库循环管理的两大热点，发文量正处于快速上升阶段，主要研究力量以窦森、王鸿斌等作者及吉林农业大学和中国科学院大学等机构单位为代表，“卓越”期刊是前十名发文期刊的主力军，关键词共现网络分析凸显出一定范围内秸秆还田与土壤有机碳之间的协同效果。随着精密仪器和数据计算方法的迭代，大的研究主题开始细分并深化，长期定点实验条件下模型调试与应用、土壤生态可持续全方位评价等内容将可能成为未来一段时间内的研究热点。