基于CiteSpace我国储粮品质研究的可视化分析

马雪雪,赵士豪

(1.河北经贸大学生物科学与工程学院,河北 石家庄 050000;2.河北经贸大学研究生院,河北 石家庄 050000)

保障粮食安全是我国长期以来的战略要求。新形势下,人民对粮食安全的要求不仅限于数量,还包括质量。人民对绿色、安全、营养、健康的优质粮需求要求我国粮食仓储管理向“保质保鲜”“常出常新”迈进。要求粮食储藏管理通过分析粮食品质变化,采取有效手段进行科学管理,延缓粮食品质劣变速度及减少储藏过程中的损失。因而,此阶段采取何种储粮措施成为了我国学者研究的重点。中国粮食储藏研究起始时间早,取得了大量的研究成果,并且研究内容不断深化。不同时期,学者对粮食储藏进行了综述,如玉米绿色储粮技术进展[1]、多场耦合效应对粮食品质的影响[2]、粮食储藏生理性变质研究进展[3]、粮食储藏学科的现状与发展展望研究[4]、粮食控温储藏技术研究进展[5]、稻谷气调储藏中的品质变化研究进展等研究[6],研究成果丰硕,且均使用传统的阅读归纳法进行评述。因此,本研究基于数学与统计学的文献计量学方法,对传统文献归纳法进行补充,利用文献的各种特征结合常规统计方法来多层次阐述储粮品质研究领域的发展现状与趋势。为节粮减损以及提高粮食仓储品质提供参考与指导。

1 数据来源与方法

1.1 数据来源

本研究的对象为CNKI核心刊物和CSSCI来源刊物中储粮品质的相关文献,文献来源具有代表性和权威性。CNKI使用主题词进行检索,检索格式如下:温度OR技术OR气调OR熏蒸OR害虫OR检测OR干燥OR微生物OR水分AND粮食品质、粮食品质预测、粮食品质检测,时间设置为2000—2022年,通过筛选剔除保留970篇文章。

1.2 研究方法

研究使用CiteSpace可视化分析软件,以970篇粮食储藏为主体的文献进行可视化分析,以知识域为对象,是对某一热点或学科的发展历史、核心观点、前沿研究以及结构关系的一种可视化图谱[7]。

2 结果与分析

2.1 发文机构及网络分析

粮食储藏领域研究的发文机构合作网络显示(图1)各个不同机构的联系较强(图中的节点567个,网络密度为0.002 8),表明不同学术机构的交流较为紧密。从表1高频科研机构统计表中可以看出,发文量较高的机构大部分在河南工业大学,前8位中占据了4位,占比高达50%。除此之外南京财经大学位列第四。可见,储粮品质研究在全国不同科研院校之间的差异较大,大多集中在农业大省河南省。机构合作网络知识图谱显示各机构之间的合作较少,并且机构合作网络具有地域特征,位于相近区域的科研机构研究合作频率更高。

表1 农业产业集群高频机构

图1 发文机构合作网络图谱

2.2 发文作者与合作网络分析

对作者合作网络进行了聚类分析,选取了前6项聚类(见图2),借助知识图谱聚类的标识词,同时结合学术团队的代表人物及其学术思想,可了解储粮品质研究领域的核心学术团队的主流学术观点[8]。第一类学术团体以张来林为代表,该团队针对气调储藏对小麦、玉米、大豆、粳糙米的品质影响进行了全面的研究。粮库玉米[9]、小麦[10]首选低温储藏,充氮气调可以减缓高温对储粮品质的影响。第二类以鞠兴荣为核心,其研究表明使用微波干燥技术,稻谷中各状态水分和其他组分结合的更加牢固,储粮品质更好[11]。第三类学术团体以唐芳为代表,主要研究粮食品质的预测,研究表明SVM模型[12]、BP神经网络[13]、朴素贝叶斯算法[14]均可很好地进行储粮品质的预测。第四类以曹阳为代表的学术团体,对害虫防治以及害虫调查进行了深入的研究。第五类团体以吕建华为核心,将熏蒸技术与药剂防治相结合[15],以及浅圆仓害虫防治要点[16]。第六类以张红涛为中心,主要对储粮害虫检测技术进行了研究。

图2 发文作者聚类分析

2.3 研究动态分析

关键词是对文献中心思想的提取,对文献主题的高度凝练,通过梳理与储粮品质相关的文献关键词,从中提炼该研究领域的主要研究内容、研究方向和研究热点[17]。关键词出现的频次越高表明其热度越强。图3储粮品质关键词共现图谱表明,关键词出现频率最高的为“储藏品质”,其次为“储粮害虫”“脂肪酸值”“检测”“储藏温度”“微生物”以及“气调储粮”等。

图3 关键词共现图

从关键词出现的频次看,该研究有两个较大的节点,“储粮品质”(128)和“储粮害虫”(98)。出现频次较高的关键词通常涉及领域也较广[18],属于多层次的综合性研究。病虫害防治是保证粮食品质的关键环节,因为粮食储藏过程中的主要损失是由病虫害引起的。目前,储粮害虫防治主要有生物、物理和化学三种方法。粮库害虫物理防治技术主要包括温度杀虫、气调杀虫剂、辐照、惰性粉末、干燥等。高温杀虫主要方法有烘干法、日光曝晒法、蒸汽法、沸水浸烫法等。前者与干燥技术相结合,后者多用于农户储藏。具有处理时间短、效果好等优点。低温杀虫技术与低温储藏技术进行结合,利用机械通风以及仓库保温技术来实现低温储藏,缺点是成本高。利用干燥技术杀虫以及减湿保障粮食品质,缺点是由于粮食水分的流失给储粮企业带来了经济损失。辐照现阶段研究大多采用热辐照以及电子束辐照处理谷物,直接杀死害虫或使它们不育或无法繁殖。惰性粉末现阶段主要采用以下几种:黏土、沙子和尘埃、合成硅气凝胶、非氧化类二氧化硅粉、硅藻土。惰性粉末的颗粒与昆虫表皮发生摩擦,破坏昆虫表皮层导致昆虫失水死亡[19]。最近几年,生物防治关注害虫天敌、昆虫病原微生物、昆虫生长调节剂、昆虫信息素的研究与应用。随着相关先进成果的深入研究和应用,粮库害虫生物防治的创新重点是害虫天敌规模化培育和释放技术的研究。病虫害治理的本质是充分利用环境和自然因素控制病虫害。首先考虑生物和物理方法,只有在控制失效时才应使用化学方法。化学防治方法包括使用杀虫剂来控制粮食储藏中的害虫,优点是杀虫迅速彻底,处理费用低。缺点是污染粮食,杀虫剂对人和动物都有毒性。由于害虫的抗药性,利用熏蒸技术,控制温度可更好地杀灭害虫。郑焱诚等[20]研究表明将杀虫期间磷化氢气体浓度变化情况与效果进行关联评价的方法,极大方便了磷化氢熏蒸剂在储粮熏蒸中的应用。中药材来源丰富,种类繁多,其中许多具有杀虫活性。研究中草药及其提取物的杀虫作用,并利用其开发粮食储藏药剂。随着人类生存和环境面临严峻挑战,低温食品储藏技术将受到越来越多的关注。一些国家应用低温粮食储藏技术,大大减少了粮食储存化学品的数量和使用。到目前为止,实现低温储粮的方式主要是粮食冷却器等机械制冷、通风,以及太阳能吸附制冷。其中,机械通风是最常用的低温储粮技术,并且机械通风控温技术简化了粮食储藏的复杂工序[21]。从研发动态来看,未来一段时间技术创新的重点是研发人工智能粮食仓储通风降温自动控制系统。智能通风的关键在于粮堆温度的预测[22]。李文泉等[23]研究表明智能通风能够减轻劳动强度、节约成本。气调储粮技术通过改变空气中的氧气、氮气和二氧化碳的浓度来杀灭害虫。其防治效果主要受仓房气密性、气体浓度、温度、暴露时间及害虫种类等多种因素的综合影响,因此,未来研究的方向是开发经济实用的粮仓密闭性技术和密闭材料、N2/CO2与其他杀虫方式联合使用效果研究,同时可研究环境湿度和压强对气调杀虫效果的影响。为进一步揭示昆虫对低氧适应性机制,今后应加强关于储粮昆虫抵御气调胁迫分子机制研究,为科学高效实施气调杀虫提供理论参考。

突现性关键词也称为突现词,主要用于研究一段时间内影响力较大的研究领域[24],即学界在一段时期内密切关注的研究主题,代表着研究的前沿领域和发展动向。通过CiteSpace的突现词探测功能,得到中国储粮品质的关键词突现图(见图4),从图4中可观察到关键词突现的强度和时间分布。

图4 关键词突现图

从关键词突现强度看,排在前五位的依次是“储粮害虫”“气调储粮”“微生物”“预测模型”“食用品质”。从关键词的突现启始年份看,“安全储粮”和“农业工程”最早。突现词最晚的有“预测模型”、“品质变化”和“食用品质”,说明这些关键词代表的研究主题是近几年的热点。

“安全储粮”“农业工程”突现起始于2003年,此时我国基本建立起了储粮垂直管理体系,以及新的市场化运作机制,《中央储备粮管理条例》于2003年8月颁布,从此储备粮的数量、质量及安全有了法律依据。随着加入WTO和人们环境意识的不断增强,长期大量使用化学农药进行害虫防治,导致环境污染、害虫抗药性问题突出。随着经济水平的快速发展,食品安全质量问题暴露在人民面前,人们对储粮品质的要求也越来越高。2010-2015年间的突现词主要是气调储粮、多杀菌素、储藏温度、预测模型。在此期间,我国气调储粮理论及技术得到了快速的发展,并与储粮温度进行结合研究,以提高杀虫效率,降低储粮成本。2016—2020年,突现词则表现为对储粮品质的多方面研究,包括微生物、优质稻、加工品质、品质变化、水分、蒸煮品质以及食用品质。

综上所述,我国的储粮品质研究与国家经济发展密切相关,具有经济导向性特征。同时,虽然研究领域具有跳跃性,但对于储粮害虫的防治研究则是贯穿始终。

3 结论

本研究样本为970篇CSSI和北大核心期刊文献,通过CiteSpace主要阐述了中国储粮品质的发文机构及网络、发文作者及合作网络以及研究动态等情况,所得主要结论如下:

从发文机构来看,总体上储粮品质研究机构之间合作强度较强,合作较多,但合作具有明显的地域性特征,大部分机构属于同一部门。从发文作者来看形成了不同的学术团体,并且对我国储粮品质研究起到了巨大的推动作用。从研究内容来看,出现频次最高的突现词是“储粮品质”和“储粮害虫”,表明与其他多个关键词联系紧密;从关键词突现强度看,“安全储粮”与“农业工程”是突现最早的关键词,出现最晚的关键词为“预测模型”“品质变化”“食用品质”,这些主题词也是这几年储粮品质研究的热点。

4 讨论

中国的储粮品质研究已取得较丰硕的成果,未来的研究可以从以下几个方面推进。

(1)储粮品质研究理论的深化。建立粮食储藏生态系统基础参数数据库,完善粮堆多场耦合模型和理论[4];建立储粮品质评判标准或敏感标准;构建储粮品质预测模型,在此基础上,研究储粮害虫及微生物的生长演替规律,建立种群增长预测模型[25],并且建立储粮害虫基因识别和数据库;加强干燥技术理论研究,深入探讨水分含量与粮食品质的关系;加强储粮害虫生物、物理等绿色综合防治理论研究。

(2)应用技术的创新。首先加强现有防护剂的复配和缓释剂型的研发[26],对植物源杀虫剂与熏蒸机联合使用技术进行研究,使植物源杀虫剂残留时间长,起到更好的杀虫效果;开展提高仓房隔热保温性能、降低制冷设备能耗[5]的研究,旨在降低技术使用成本、提高技术使用率;开展智能仓储建设研究,对异常粮情进行自动预测、判断和处理。