基于Web of Science和萬方專利對土壤酸化和改良材料研究的計量分析①

康 飛，杜學軍，胡樹文，任雪芹

基于Web of Science和萬方專利對土壤酸化和改良材料研究的計量分析①

康 飛，杜學軍，胡樹文，任雪芹*

(中國農業大學資源與環境學院/農田土壤污染防控與修復北京市重點實驗室，北京 100193)

為探索土壤酸化和改良材料應用現狀，本文以Web of Science核心合集和萬方專利數據庫為基礎，以“acid* soil*”or“soil acidi*”為檢索式檢索1990—2019年的期刊論文，以“酸化、酸性土壤改良劑、調理劑”為主題詞檢索2010—2019年的發明專利，分別檢索出10 193篇期刊論文和297篇發明專利，采用VOSviewer、CiteSpace和HistCite等可視化軟件對關鍵詞、期刊、作者、機構、國家等字段進行共現、共被引和引文分析等。結果表明土壤酸化及其改良材料得到越來越多的重視，進一步加強土壤酸化及其改良研究對土壤基礎科學發展具有重要意義；研究領域聚焦于土壤酸化的生物化學過程、土壤鋁毒及其防治、土壤重金屬活化及其鈍化、土壤酸化及其改良材料應用4大方面；近10年來，土壤酸化改良主要聚焦于石灰、農業廢棄物/副產品、工業廢棄物/副產品和礦物類等熱點改良材料，而生物質炭、天然高分子、腐植酸鹽和微生物菌劑等新型熱點材料越來越受到學者的關注；高產國家美國、中國和澳大利亞等農業大國合作關系密切；高產機構中國科學院、中國科學院大學和西澳大學等機構有密切合作關系；高產作者Baligar V C，Xu R K，Fageria N K等有密切合作關系。本研究有助于全面了解土壤酸化及其改良研究領域現狀和趨勢，為土壤酸化調控和可持續發展提供重要參考和依據。

土壤酸化；Web of Science；萬方專利；改良材料；文獻計量

我國酸性土壤主要分布于南方和東北部分地區[1]，其中南方地區以第四紀紅土、紅砂巖紅壤和板頁巖紅壤酸化較為嚴重[2]。土壤酸化本身是一個緩慢的自然過程，但人為活動大大加劇了土壤酸化程度，從而對酸性土壤的可持續利用造成巨大威脅。Guo等[3]通過大數據分析發現，1980—2000年間我國農田土壤出現顯著酸化，土壤pH平均下降了0.13 ～ 0.80個單位。此外，森林土壤和茶園土壤也出現了明顯的酸化趨勢[4-6]。許多區域也報道了土壤酸化，例如南方江西余江縣和鄱陽湖等地紅壤pH大幅下降[7-8]，山東省也呈現嚴重的土壤酸化趨勢[9]。酸化會帶來一系列負面影響，如養分有效性下降(作物養分吸收降低)[10]、增加土壤鋁毒和錳毒[11]，土壤微生物多樣性和活性受到抑制[12-13]、土壤重金屬生物有效性增加等[14]，從而嚴重威脅糧食安全和農田可持續發展[15-16]。有學者預測，按照目前農業集約化模式發展，未來30a非石灰性土壤pH和鹽基飽和度將大幅度下降，大約13% 的農田將遭受鋁毒的影響[17]。綜上所述，我國土壤酸化形勢嚴峻，不容忽視，采取科學有效的方法來減緩土壤酸化刻不容緩。

近年來，我國土壤酸化問題已經成為環境和土壤領域共同關注的熱點之一，相關的科研文獻也逐年增多。為了全面了解土壤酸化和改良領域的發展趨勢，本研究采用文獻計量的研究方法，運用VOSviewer和CiteSpace等文獻計量可視化軟件，探索土壤酸化和改良的研究熱點，以期為我國酸性土壤可持續發展提供重要理論依據。

1 文獻來源與統計方法

1.1 文獻來源

利用美國湯森路透公司的Web of Science的核心合集數據庫，檢索時間段為1990年1月1日至2019年12月31日，檢索時間2020年5月31日，以主題詞Topic=“acid* soil*”or“soil acidi*”作為檢索式，檢索出結果后，選定文獻類型Article和Review進行精煉，最終檢索出的文獻數量為10 193篇。專利檢索以萬方專利數據庫為文獻來源，檢索時間段選在近10年(2010—2019年)，以酸化、酸性土壤改良劑、調理劑為主題詞，經過篩選和剔除，共檢索到專利文獻297篇。

1.2 統計方法

利用CiteSpace軟件、VOSviewer軟件、HistCite軟件、Office Excel 2016軟件，對1990—2019年的期刊文獻分別從發文量、學科分布、國家、機構、作者合作關系、期刊引用、關鍵詞共現和發展趨勢進行文獻計量分析。CiteSpace分析的節點類型(Node Types)選擇學科領域(Category)分析學科分布，通過VOSviewer科研合作網格來分析主要的發文國家、機構和作者之間的合作關系，并分析節點間的連接總強度。基于VOSviewer的共現分析(Co-occurrence)，選定所有關鍵詞(All keywords)這一選項，并設置閾值(25)統計出現頻次較多的關鍵詞，并合并同義詞(例如單復數差異，英美拼寫差異等)，反映該領域的研究熱點。此外，利用HistCite中本地總引用次數(TLCS)與總引用次數(TGCS)兩個重要參數來確定土壤酸化領域的主要學術期刊。利用Excel軟件來統計發明專利文獻中酸化土壤改良材料的應用趨勢。

2 結果與分析

2.1 1990—2019年間的發文量和學科分布

檢索結果表明，土壤酸化和酸性土壤的相關研究論文有逐年上升的趨勢，而且年度發表文章數量和累積數量均呈現二次函數的增長趨勢(圖1)，表明論文增長速率逐年加快。因此，關于土壤酸化和酸性土壤的相關研究得到越來越多的重視。

利用CiteSpace進行領域的共現分析表明，土壤酸化及其改良材料的相關研究涉及多個研究領域，同時引起多個學科的關注。發文數量排在前3的領域有農學、土壤科學和環境科學與生態學，但中介中心性較高的領域有化學、農學和環境科學與生態學(表1)。值得注意的是，土壤科學領域中介中心性較低，表明土壤科學在土壤酸化研究領域與其他學科交叉有限，然而土壤科學在土壤酸化防止及其機理研究具有優勢，所以應當加強土壤學工作者在土壤酸化防治領域和其他學科的共同發展。

圖1 1990—2019年期刊論文年發文量和累計發文量變化趨勢

表 1 發文數量與中介中心性排名前十的學科

2.2 主要研究熱點和發展趨勢

關鍵詞簡要表達全文主旨，代表文章主要研究內容，一個關鍵詞出現頻率越大，表示相關主題受關注程度就越高。土壤酸化和酸性土壤研究領域大致可以概括為四大類，一是土壤酸化成因及其生物化學過程領域；二是土壤酸化中鋁毒對植物生長脅迫的生理機制領域；三是土壤酸化引起重金屬活化及其鈍化領域；四是土壤酸化改良材料領域(圖2)。我國學者對土壤酸化的領域近年來偏重于分析土壤微生物化學過程，酸化土壤改良材料偏向于生物質炭等新型改良劑的研究(圖3)。

圖2 關鍵詞共現網絡

圖3 關鍵詞時區分析

2.2.1 土壤酸化成因和生物化學過程 森林土壤(forest soil)、農田土壤(agricultural soil)和草原土壤(grassland soil)等自然和人工生態系統均出現了土壤酸化現象，而氮肥(nitrogen、nitrate)、酸沉降(acidic deposition、precipitation)這些關鍵詞代表土壤酸化成因及其生物化學過程(圖2)。這與許多研究一致，化學氮肥的過量施用(氮循環)、陽離子吸收淋洗和酸沉降是土壤酸化的重要因素[18-28]，其中氮肥大量施用及其利用率低是土壤加速酸化的直接驅動因素[29-30]。大氣氮/酸沉降是森林土壤酸化的主要原因[31]，對土壤酸化的貢獻率達到84%[32]。但在農田等人工生態系統中，氮循環過程(銨態氮的輸入、硝化和硝酸鹽的淋失)是H+產生的主要來源，是土壤酸化的主要驅動因素[33]，另外作物對鹽基離子吸收是次要因素[34]。土壤酸化的生物化學過程也是學者關注熱點，銨態氮肥施加到土壤后，銨態氮的硝化作用產生H+，而硝化細菌和古菌是其中的主要驅動者[35]，此外，酶活性(enzyme activity，2010年)、微生物群落結構(microbial community，2013年)、細菌(bacteria，2013年)、豐度(abundance，2016年)對土壤酸化的響應均是近幾年的研究熱點。稻田土壤pH是細菌群落和豐富度的主要因素[36]。另外，有研究表明長期施肥后旱地紅壤細菌群落主要受土壤pH的影響[13]。

2.2.2 土壤酸化和重金屬活化的關系 該聚類中重金屬(heavy metal)、鎘(cadmium)、銅(copper)、鋅(zinc)、形態(speciation)、生物有效性(availability)、吸附(adsorption)和鈍化(immobilization)成為高頻共現關鍵詞(圖2)。原因在于土壤pH是土壤生物有效性和形態的主要影響因素，與后者生物有效性呈負相關，即酸性條件下生物有效性更高[37-42]。因此，許多研究采用堿性材料通過改良土壤酸度來鈍化土壤重金屬，從而降低重金屬的作物吸收和人體攝入的風險。有研究指出，相比其他材料，堿性材料(如石灰石和鈣鎂磷肥)對土壤鎘鈍化的效果更為顯著[43]，對土壤微生物群落結構改善的效果更明顯[44]。例如許多研究利用石灰、鈣鎂磷肥和生物質炭等堿性材料來鈍化土壤重金屬[45-50]，同時緩解了土壤酸化問題。

2.2.3 土壤酸化引起的土壤鋁毒及其植物耐性的關系 該聚類中鋁(aluminum)、鋁毒(aluminum toxicity)、基因(gene)、耐性(tolerance)、根部(root)、根際(rhizosphere)和根系生長(root growth)等成為高頻共現關鍵詞(圖2)。該類研究主要圍繞鋁的化學形態、作物在酸性土壤脅迫下鋁毒對作物生長發育抑制和耐受機理[51-52]。有研究報道，我國南方紅壤的酸化程度和鋁毒日益加重，從而降低了耕地的質量和生產力[53]。土壤酸化導致活性鋁的釋放[54]，使土壤溶液中交換性鋁和CaCl2提取鋁含量增加[55]，從而可能對敏感植物產生毒害作用。因此，許多學者采用石灰等堿性物質和有機物料降低土壤活性鋁含量，從而緩解對作物的鋁毒害[56-58]。

2.2.4 酸性土壤改良材料及其研究進展 該聚類以土壤改良(soil amendment)、石灰(lime)、糞肥(manure)、秸稈(residues)、生物質炭(biochar)、磷肥(phosphorus)、鉀肥(potassium)和鈣肥(calcium)為高頻共現關鍵詞(圖2)。這些材料不僅能改良酸性土壤，還能鈍化重金屬，同時提高土壤鈣磷鉀等養分含量和有效性。由時空圖和專利文獻土壤酸化改良材料可見，近10 a來，畜禽糞便(manure，2014年)、作物秸稈(residue，2014年)和生物質炭(biochar，2015年)逐漸成為熱門的酸化土壤改良材料(圖3和表2)。專利文獻中改良材料可以看出，石灰類、草木灰、農業和工業廢棄物/副產品以及天然礦物類等是應用較多的材料(表2)。此外，生物質炭、天然高分子、腐植酸鹽類和鈣鎂磷肥等新型改良材料在近年來應用也越來越多。天然高分子材料包括纖維素、木質素、殼聚糖、糠醛和海藻酸鹽等得到學者越來越多的青睞。

表2 專利文獻位列前十的酸性土壤改良材料應用頻次和頻率

傳統酸性改良劑多采用生石灰、熟石灰和石灰石等堿性材料，效果雖然迅速且明顯[59]，并且有效提高了酸性土壤作物對養分的吸收[60-61]，但長期大量施用容易導致土壤板結、鈣鎂鉀鋅等養分失調、復酸化等不良現象[62-63]，還有研究指出施用石灰不能恢復長期施肥改變的土壤微生物功能[64]。近年來多用白云石、鉀長石等礦物類改良劑，能同時補充鈣、鎂和鉀等礦物質[65-66]，但缺乏有機質的補充，而且開采成本較高。許多研究也采用堿渣、鋼渣、鎂渣、赤泥、粉煤灰等工業廢棄物作為酸性土壤改良劑[67-69]，它們本身具備較高的堿度，同時也能補充磷、鈣、鎂等營養元素，但由于本身常常含有重金屬等污染物質，所以有二次污染的風險，應當謹慎使用[70-1]。近年來許多研究采用鈣鎂磷肥或者硅鈣鉀鎂肥等新型堿性礦質肥料來改良酸性土壤，它們不僅能降低土壤酸度，還能補充交換性鹽基離子和有效磷、硅等營養元素[72-75]，效果持久，是值得推廣應用的酸性改良劑。

有機肥(作物秸稈和糞肥等)本身具有堿度，能彌補土壤鹽基不足，從而減緩土壤酸化[76]。作物秸稈富含有機弱酸鹽(例如草酸鹽)和鹽基離子[77]，通過脫羧反應減緩土壤酸化[78]。但是作物秸稈也可能會加劇土壤酸化，這取決于秸稈本身的堿度、C/N和土壤初始pH[79]。施用糞肥(雞糞、豬糞和牛糞等)可提高土壤pH、酸堿緩沖容量和養分等[10, 80-84]，從而減緩土壤酸化和提高土壤肥力以及作物產量[85-87]，其作用機制在于弱酸性官能團解離引起的有機陰離子質子化形成中性分子，同時釋放鹽基陽離子進入土壤溶液，從而提高土壤pH和土壤酸堿緩沖容量[88]。但糞肥本身可能存在重金屬超標，容易造成土壤和作物重金屬超標等二次污染問題[89]。

生物質炭(biochar)本身呈堿性，含碳量高，是近年來受關注的新型酸性土壤改良劑[90-91]，可以提高酸性土壤pH和土壤養分的有效性[92-95]，而且能緩解鋁毒對作物生長的抑制作用[96-99]。原因在于生物質炭自身含有碳酸鹽、含氧官能團和硅酸鹽是改良有效成分[100]，其作用機理是通過羧基的質子化和碳酸鹽的溶解來釋放鹽基陽離子[101]，或通過抑制硝化作用來減緩土壤酸化[102-103]。例如玉米秸稈炭[104]、小麥秸稈炭[105]、花生秸稈炭[106]、菌糠生物炭[107]等可顯著提高土壤pH和降低交換性Al3+含量，從而減緩土壤酸化。郭春雷等[108]、楊彩迪和盧升高[109]分別在棕壤和紅壤進行土壤酸化改良試驗，秸稈炭化還田對阻控土壤酸化、提高陽離子交換量和有機質的效果優于秸稈直接還田[110]。

2.3 發文的國家/機構/作者合作關系

利用VOSviewer可視化軟件對世界各國在土壤酸化領域發文數量及其各國間的合作關系進行分析(圖4)。圖中圈的大小反映了國家/地區的發文數量，連線則表示國家間合作的緊密程度。發文數量統計結果顯示美國最多(發文1 605篇)，其次為中國(發文1 572篇)，德國、澳大利亞、英國、法國、西班牙、荷蘭、巴西和瑞士等國家均在土壤酸化和酸性土壤相關領域發表了許多優秀論文。從圖中可以看出，美國、加拿大、中國、澳大利亞、新西蘭、英國、德國、法國、西班牙和巴西等國家之間在土壤酸化研究領域的合作關系密切。

由機構合作網絡(圖5)可見，中國科學院(Chinese Acad Sci)與其他主要論文產出機構的合作關系最為密切，它與中國科學院大學(Univ Chinese Acad Sci)、中國農業大學(China Agr Univ)、、浙江大學(Zhejiang Univ)和南京農業大學(Nanjing Agr Univ)有密切合作關系，同時與國外的康奈爾大學(Cornell Univ)、佛羅里達大學(Univ Florida)、西澳大學(Univ Western Australia)、瑞典農業科學大學(Swedish Univ Agr Sci)以及法國農業科學研究院(Inra)有良好的國際合作關系。此外，美國農業部農業研究組織(Usda Ars)和西班牙高等科學研究理事會(Csic)在國際間均有密切合作關系。

圖6為合作關系較為密切的作者之間的聯系，圓圈大小表示作者發文數量的多少。從發文數量上看，Baligar V C(發文60篇)，Xu R K(徐仁扣，發文60篇)，Fageria N K(發文50)、Rengel Z(發文46篇)和Kochian L V(發文44篇)等是高產作者，其中學者Kochian L V的被引用次數最高，表明其影響力最大。另外根據作者合作關系圖可以看出，國內知名學者徐仁扣(Xu R K)、李九玉(Li J Y)、沈仁芳(Shen R F)、徐明崗(Xu M G)、劉菊秀(Liu J X)、賀紀正(He J Z)之間有密切合作關系，同時與國外學者Baligar V C、Fageria N K、Rengel Z和Kochian L V也有較為密切的合作關系。

圖4 論文產出國之間的合作

圖5 論文產出主要機構之間的合作

圖6 重要作者之間的合作關系

2.4 發文的主要國際刊物

由HistCite軟件分析結果可見，發文數量前3的期刊是Plant and Soil (發文440篇)，Communications in Soil Science and Plant Analysis (發文433篇)和Soil Biology & Biochemistry(發文255篇)。本地引用次數和總引用次數較高的期刊有Plant and Soil、Soil Biology & Biochemistry、Forest Ecology and Management、Geoderma、Science of the Total Environment等，說明這些期刊具有較高的被引率和影響力。高被引期刊主要關注環境、土壤和植物營養科學這3個方面，表明當前研究方向主要是以上3個領域。

表3 1990—2019年土壤酸化領域研究發文量排名TOP10期刊

3 結論

1)關于土壤酸化及其改良的文章呈現逐年上升趨勢，并且年發文量和累積量呈現二次型增長的模式。

2)研究領域主要有土壤酸化成因及其生物化學過程、由酸化引起的重金屬活化和鈍化、土壤鋁毒及其緩解、酸化改良材料等 4 大方面。

3)酸化土壤改良方向集中于生物質炭、工業廢棄物/副產品、農業廢棄物/副產品和礦物類等材料。天然高分子材料、鈣鎂磷肥、微生物菌劑和腐植酸鹽等成為新興酸化土壤改良材料的方向和未來研究熱點。

4)文章高產國家主要集中在中國、美國和澳大利亞等農業大國；高產機構主要集中在高校和研究所，中國科學院、中國科學院大學和西澳大學等機構有密切合作關系；高產作者 Baligar V C，Xu R K(徐仁扣)，Fageria N K 等有密切合作關系。

[1] Chen S C, Liang Z Z, Webster R, et al. A high-resolution map of soil pH in China made by hybrid modelling of sparse soil data and environmental covariates and its implications for pollution[J]. Science of the Total Environment, 2019, 655: 273–283.

[2] 趙凱麗, 蔡澤江, 王伯仁, 等. 不同母質和植被類型下紅壤pH和交換性酸的剖面特征[J]. 中國農業科學, 2015, 48(23): 4818–4826.

[3] Guo J H, Liu X J, Zhang Y, et al. Significant acidification in major Chinese croplands[J]. Science, 2010, 327(5968): 1008–1010.

[4] 顏鵬, 韓文炎, 李鑫, 等. 中國茶園土壤酸化現狀與分析[J]. 中國農業科學, 2020, 53(4): 795–813.

[5] Yan P, Wu L Q, Wang D H, et al. Soil acidification in Chinese tea plantations[J]. Science of the Total Environment, 2020, 715: 136963.

[6] ?antr??ková H, Cienciala E, Kaňa J, et al. The chemical composition of forest soils and their degree of acidity in Central Europe[J]. Science of the Total Environment, 2019, 687: 96–103.

[7] 張忠啟, 茆彭, 于東升, 等. 近25年來典型紅壤區土壤pH變化特征——以江西省余江縣為例[J]. 土壤學報, 2018, 55(6): 1545–1553.

[8] Guo X, Li H Y, Yu H M, et al. Drivers of spatio-temporal changes in paddy soil pH in Jiangxi Province, China from 1980 to 2010[J]. Scientific Reports, 2018, 8: 2702.

[9] 楊歆歆, 趙庚星, 李濤, 等. 山東省土壤酸化特征及其影響因素分析[J]. 農業工程學報, 2016, 32(S2): 155–160.

[10] 蔡澤江, 孫楠, 王伯仁, 等. 長期施肥對紅壤pH、作物產量及氮、磷、鉀養分吸收的影響[J]. 植物營養與肥料學報, 2011, 17(1): 71–78.

[11] Zhao X Q, Shen R F. Aluminum-nitrogen interactions in the soil-plant system[J]. Frontiers in Plant Science, 2018, 9: 807.

[12] Wan W J, Tan J D, Wang Y, et al. Responses of the rhizosphere bacterial community in acidic crop soil to pH: Changes in diversity, composition, interaction, and function[J]. Science of the Total Environment, 2020, 700: 134418.

[13] 劉佳, 陳曉芬, 劉明, 等. 長期施肥對旱地紅壤細菌群落的影響[J]. 土壤學報, 2020, 57(2): 468–478.

[14] 楊秀敏, 任廣萌, 李立新, 等. 土壤pH值對重金屬形態的影響及其相關性研究[J]. 中國礦業, 2017, 26(6): 79–83.

[15] 張玲玉, 趙學強, 沈仁芳. 土壤酸化及其生態效應[J]. 生態學雜志, 2019, 38(6): 1900–1908.

[16] Zhu Q C, Liu X J, Hao T X, et al. Cropland acidification increases risk of yield losses and food insecurity in China[J]. Environmental Pollution, 2020, 256: 113145.

[17] Zhu Q C, Liu X J, Hao T X, et al. Modeling soil acidification in typical Chinese cropping systems[J]. Science of the Total Environment, 2018, 613/614: 1339–1348.

[18] 周曉陽, 徐明崗, 周世偉, 等. 長期施肥下我國南方典型農田土壤的酸化特征[J]. 植物營養與肥料學報, 2015, 21(6): 1615–1621.

[19] 孟紅旗, 劉景, 徐明崗, 等. 長期施肥下我國典型農田耕層土壤的pH演變[J]. 土壤學報, 2013, 50(6): 1109–1116.

[20] 周碧青, 邱龍霞, 張黎明, 等. 基于灰色關聯-結構方程模型的土壤酸化驅動因子研究[J]. 土壤學報, 2018, 55(5): 1233–1242.

[21] 李艾芬, 麻萬諸, 章明奎. 水稻土的酸化特征及其起因[J]. 江西農業學報, 2014, 26(1): 72–76.

[22] 沈仁芳, 趙學強. 酸性土壤可持續利用[J]. 農學學報, 2019, 9(3): 16–20.

[23] 毛偉, 李文西, 高暉, 等. 揚州市耕地土壤pH值30年演變及其驅動因子[J]. 植物營養與肥料學報, 2017, 23(4): 883–893.

[24] 張秀, 張黎明, 龍軍, 等. 亞熱帶耕地土壤酸化程度差異及影響因素[J]. 中國生態農業學報, 2017, 25(3): 441–450.

[25] Schroder J L, Zhang H L, Girma K, et al. Soil acidification from long-term use of nitrogen fertilizers on winter wheat[J]. Soil Science Society of America Journal, 2011, 75(3): 957–964.

[26] Li Q Q, Li S, Xiao Y, et al. Soil acidification and its influencing factors in the purple hilly area of southwest China from 1981 to 2012[J]. CATENA, 2019, 175: 278–285.

[27] Zhou J, Xia F, Liu X M, et al. Effects of nitrogen fertilizer on the acidification of two typical acid soils in South China[J]. Journal of Soils and Sediments, 2014, 14(2): 415–422.

[28] 楊昂, 孫波, 趙其國. 中國酸雨的分布、成因及其對土壤環境的影響[J]. 土壤, 1999, 31(1): 3-5.

[29] Zhu Q C, de Vries W, Liu X J, et al. Enhanced acidification in Chinese croplands as derived from element budgets in the period 1980-2010[J]. Science of the Total Environment, 2018, 618: 1497–1505.

[30] Xiang D Y, Ni K, Shi Y Z, et al. Effects of long-term nitrogen application on soil acidification and solution chemistry of a tea plantation in China[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2018, 252: 74–82.

[31] 肖輝林. 大氣氮沉降對森林土壤酸化的影響[J]. 林業科學, 2001, 37(4): 111–116.

[32] Zhu Q C, De Vries W, Liu X J, et al. The contribution of atmospheric deposition and forest harvesting to forest soil acidification in China since 1980[J]. Atmospheric Environment, 2016, 146: 215–222.

[33] 周海燕, 徐明崗, 蔡澤江, 等. 湖南祁陽縣土壤酸化主要驅動因素貢獻解析[J]. 中國農業科學, 2019, 52(8): 1400–1412.

[34] Zeng M F, de Vries W, Bonten L T C, et al. Model-based analysis of the long-term effects of fertilization management on cropland soil acidification[J]. Environmental Science & Technology, 2017, 51(7): 3843–3851.

[35] 佟德利, 徐仁扣. 三種氮肥對紅壤硝化作用及酸化過程影響的研究[J]. 植物營養與肥料學報, 2012, 18(4): 853–859.

[36] Hou J Y, Wu L H, Liu W X, et al. Biogeography and diversity patterns of abundant and rare bacterial communities in rice paddy soils across China[J]. Science of the Total Environment, 2020, 730: 139116.

[37] 王銳, 胡小蘭, 張永文, 等. 重慶市主要農耕區土壤Cd生物有效性及影響因素[J]. 環境科學, 2020, 41(4): 1864–1870.

[38] Ning Y Z, Zhang X M, Li B Z, et al. Distribution of Cd and Cu fractions in Chinese soils and their relationships with soil pH: A meta-analysis[J]. Sustainability, 2019, 11(2): 337.

[39] Tian H Q, Wang Y Z, Xie J F, et al. Effects of soil properties and land use types on the bioaccessibility of Cd, Pb, Cr, and Cu in Dongguan city, China[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2020, 104(1): 64–70.

[40] Zheng S N, Wang Q, Yu H Y, et al. Interactive effects of multiple heavy metal(loid)s on their bioavailability in cocontaminated paddy soils in a large region[J]. Science of the Total Environment, 2020, 708: 135126.

[41] 竇韋強, 安毅, 秦莉, 等. 土壤pH對鎘形態影響的研究進展[J]. 土壤, 2020, 52(3): 439–444.

[42] 王一志, 曹雪瑩, 譚長銀, 等. 不同土壤pH對紅壤稻田鎘形態及水稻鎘積累的影響[J]. 湖南師范大學自然科學學報, 2017, 40(1): 10–16.

[43] Palansooriya K N, Shaheen S M, Chen S S, et al. Soil amendments for immobilization of potentially toxic elements in contaminated soils: A critical review[J]. Environment International, 2020, 134: 105046.

[44] Lu H L, Wu Y X, Liang P X, et al. Alkaline amendments improve the health of soils degraded by metal contamination and acidification: Crop performance and soil bacterial community responses[J]. Chemosphere, 2020, 257: 127309.

[45] Du Y Y, Wang X, Ji X H, et al. Effectiveness and potential risk of CaO application in Cd-contaminated paddy soil[J]. Chemosphere, 2018, 204: 130–139.

[46] Wang Y F, Ying Y Q, Lu S G. Si-Ca-K-Mg amendment reduces the phytoavailability and transfer of Cd from acidic soil to rice grain[J]. Environmental Science and Pollution Research International, 2020, 27(26): 33248–33258.

[47] Zhang X K, Wang H L, He L Z, et al. Using biochar for remediation of soils contaminated with heavy metals and organic pollutants[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2013, 20(12): 8472–8483.

[48] 曹勝, 歐陽夢云, 周衛軍, 等. 石灰對土壤重金屬污染修復的研究進展[J]. 中國農學通報, 2018, 34(26): 109–112.

[49] 李江遐, 關強, 黃伏森, 等. 不同改良劑對礦區土壤重金屬有效性及土壤酶活性的影響[J]. 水土保持學報, 2014, 28(6): 211–215.

[50] 張瑩, 吳萍, 孫慶業, 等. 長期施用生物炭對土壤中Cd吸附及生物有效性的影響[J]. 農業環境科學學報, 2020, 39(5): 1019–1025.

[51] 張冉, 韓博, 任健, 等. 鋁對植物毒害及草本植物耐鋁毒機制研究進展[J]. 云南農業大學學報(自然科學), 2020, 35(2): 353–360.

[52] 許小麗, 張金彪. 森林土壤-植物系統鋁毒害及防治研究進展[J]. 生態學雜志, 2017, 36(4): 1106–1116.

[53] 吳道銘, 傅友強, 于智衛, 等. 我國南方紅壤酸化和鋁毒現狀及防治[J]. 土壤, 2013, 45(4): 577–584.

[54] Sukitprapanon T, Suddhiprakarn A, Kheoruenromne I, et al. Partitioning and potential mobilization of aluminum, arsenic, iron, and heavy metals in tropical active and post-active acid sulfate soils: Influence of long-term paddy rice cultivation[J]. Chemosphere, 2018, 197: 691–702.

[55] 徐仁扣, D.R.Coventry. 某些農業措施對土壤酸化的影響[J]. 農業環境保護, 2002, 21(5): 385–388.

[56] Zhao W R, Li J Y, Jiang J, et al. The mechanisms underlying the reduction in aluminum toxicity and improvements in the yield of sweet potato (L.) After organic and inorganic amendment of an acidic ultisol[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2020, 288: 106716.

[57] Kryzevicius Z, Karcauskiene D, álvarez-Rodríguez E, et al. The effect of over 50 years of liming on soil aluminium forms in a Retisol[J]. The Journal of Agricultural Science, 2019, 157(1): 12–19.

[58] Zhao W R, Li J Y, Deng K Y, et al. Effects of crop straw biochars on aluminum species in soil solution as related with the growth and yield of canola (L.) in an acidic Ultisol under field condition[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2020, 27(24): 30178–30189.

[59] 魯艷紅, 廖育林, 聶軍, 等. 長期施用氮磷鉀肥和石灰對紅壤性水稻土酸性特征的影響[J]. 土壤學報, 2016, 53(1): 202–212.

[60] 曾廷廷, 蔡澤江, 王小利, 等. 酸性土壤施用石灰提高作物產量的整合分析[J]. 中國農業科學, 2017, 50(13): 2519–2527.

[61] 閆志浩, 胡志華, 王士超, 等. 石灰用量對水稻油菜輪作區土壤酸度、土壤養分及作物生長的影響[J]. 中國農業科學, 2019, 52(23): 4285–4295.

[62] 孟賜福, 傅慶林, 水建國, 等. 浙江中部紅壤施用石灰對土壤交換性鈣、鎂及土壤酸度的影響[J]. 植物營養與肥料學報, 1999, 5(2): 3-5.

[63] 胡敏, 向永生, 魯劍巍. 石灰用量對酸性土壤pH值及有效養分含量的影響[J]. 中國土壤與肥料, 2017(4): 72–77.

[64] Ma B, Lv X, Cai Y J, et al. Liming does not counteract the influence of long-term fertilization on soil bacterial community structure and its co-occurrence pattern[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2018, 123: 45–53.

[65] 文星, 李明德, 吳海勇, 等. 土壤改良劑對酸性水稻土pH值、交換性鈣鎂及有效磷的影響[J]. 農業現代化研究, 2014, 35(5): 618–623.

[66] 張國, 朱啟法, 郭熙盛, 等. 皖南煙區白云石粉對酸性植煙土壤的改良研究[J]. 土壤, 2014, 46(3): 534–538.

[67] 李九玉, 王寧, 徐仁扣. 工業副產品對紅壤酸度改良的研究[J]. 土壤, 2009, 41(6): 932–939.

[68] 劉鳴達, 張玉龍, 王耀晶, 等. 施用鋼渣對水稻土pH、水溶態硅動態及水稻產量的影響[J]. 土壤通報, 2002, 33(1): 47–50.

[69] Shi R Y, Li J Y, Xu R K, et al. Ameliorating effects of individual and combined application of biomass ash, bone meal and alkaline slag on acid soils[J]. Soil and Tillage Research, 2016, 162: 41–45.

[70] Egeri? M, Smi?iklas I, Doj?inovi? B, et al. Interactions of acidic soil near copper mining and smelting complex and waste-derived alkaline additives[J]. Geoderma, 2019, 352: 241–250.

[71] Wang X B, Yan X, Li X Y. Environmental risks for application of magnesium slag to soils in China[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2020, 19(7): 1671–1679.

[72] 冀建華, 李絮花, 劉秀梅, 等. 硅鈣鉀鎂肥對南方稻田土壤酸度的改良作用[J]. 土壤學報, 2019, 56(4): 895–906.

[73] 冀建華, 李絮花, 劉秀梅, 等. 硅鈣鉀鎂肥對南方稻田土壤酸性和鹽基離子動態變化的影響[J]. 應用生態學報, 2019, 30(2): 583–592.

[74] 易瓊, 楊少海, 黃巧義, 等. 改良劑對反酸田土壤性質與水稻產量的影響[J]. 土壤學報, 2014, 51(1): 176–183.

[75] 侯翠紅, 苗俊艷, 谷守玉, 等. 以鈣鎂磷肥產品創新促進產業發展[J]. 植物營養與肥料學報, 2019, 25(12): 2162–2169.

[76] 孟紅旗, 呂家瓏, 徐明崗, 等. 有機肥的堿度及其減緩土壤酸化的機制[J]. 植物營養與肥料學報, 2012, 18(5): 1153–1160.

[77] Butterly C R, Baldock J A, Tang C. The contribution of crop residues to changes in soil pH under field conditions[J]. Plant and Soil, 2013, 366(1/2): 185–198.

[78] Cai Z J, Xu M G, Zhang L, et al. Decarboxylation of organic anions to alleviate acidification of red soils from urea application[J]. Journal of Soils and Sediments, 2020, 20(8): 3124–3135.

[79] 王伯仁. 紅壤質量演變與培肥技術[Z]. 北京: 中國農業科學技術出版社, 2015.

[80] 汪吉東, 張輝, 張永春, 等. 連續施用不同比例雞糞氮對水稻土有機質積累及土壤酸化的影響[J]. 植物營養與肥料學報, 2014, 20(5): 1178–1185.

[81] 陜紅. 有機物料對土壤酸堿度的影響[J]. 中國農學通報, 2017, 33(32): 70–76.

[82] Cai Z J, Wang B R, Xu M G, et al. Nitrification and acidification from urea application in red soil (Ferralic Cambisol) after different long-term fertilization treatments[J]. Journal of Soils and Sediments, 2014, 14(9): 1526–1536.

[83] Ye G P, Lin Y X, Liu D Y, et al. Long-term application of manure over plant residues mitigates acidification, builds soil organic carbon and shifts prokaryotic diversity in acidic Ultisols[J]. Applied Soil Ecology, 2019, 133: 24–33.

[84] Cai Z J, Wang B R, Xu M G, et al. Intensified soil acidification from chemical N fertilization and prevention by manure in an 18-year field experiment in the red soil of Southern China[J]. Journal of Soils and Sediments, 2015, 15(2): 260–270.

[85] Cai A D, Xu M G, Wang B R, et al. Manure Acts as a better fertilizer for increasing crop yields than synthetic fertilizer does by improving soil fertility[J]. Soil and Tillage Research, 2019, 189: 168–175.

[86] Du Y D, Cui B J, zhang Q, et al. Effects of manure fertilizer on crop yield and soil properties in China: A meta-analysis[J]. CATENA, 2020, 193: 104617.

[87] Wang H X, Xu J L, Liu X J, et al. Effects of long-term application of organic fertilizer on improving organic matter content and retarding acidity in red soil from China[J]. Soil and Tillage Research, 2019, 195: 104382.

[88] Shi R Y, Liu Z D, Li Y, et al. Mechanisms for increasing soil resistance to acidification by long-term manure application[J]. Soil and Tillage Research, 2019, 185: 77–84.

[89] Wang X B, Liu W X, Li Z G, et al. Effects of long-term fertilizer applications on peanut yield and quality and plant and soil heavy metal accumulation[J]. Pedosphere, 2020, 30(4): 555–562.

[90] 張俊葉, 劉曉東, 王林, 等. 生物質炭的土壤效應研究綜述[J]. 中國農學通報, 2020, 36(9): 46–50.

[91] Dai Z M, Zhang X J, Tang C, et al. Potential role of biochars in decreasing soil acidification - A critical review[J]. Science of the Total Environment, 2017, 581/582: 601–611.

[92] 趙牧秋, 金凡莉, 孫照煒, 等. 制炭條件對生物炭堿性基團含量及酸性土壤改良效果的影響[J]. 水土保持學報, 2014, 28(4): 299–303,309.

[93] 袁帥, 趙立欣, 孟海波, 等. 生物炭主要類型、理化性質及其研究展望[J]. 植物營養與肥料學報, 2016, 22(5): 1402–1417.

[94] 楊彩迪, 宗玉統, 盧升高. 不同生物炭對酸性農田土壤性質和作物產量的動態影響[J]. 環境科學, 2020, 41(4): 1914–1920.

[95] Xu R K, Zhao A Z, Yuan J H, et al. pH buffering capacity of acid soils from tropical and subtropical regions of China as influenced by incorporation of crop straw biochars[J]. Journal of Soils and Sediments, 2012, 12(4): 494–502.

[96] 應介官, 林慶毅, 張夢陽, 等. 生物炭對鋁富集酸性土壤的毒性緩解效應及潛在機制[J]. 中國農業科學, 2016, 49(23): 4576–4583.

[97] 王宇函, 呂波, 張林, 等. 不同土壤改良劑對酸性鋁富集紅壤毒性緩解效應的差異[J]. 華中農業大學學報, 2019, 38(2): 73–80.

[98] Xia H, Riaz M, Zhang M Y, et al. Biochar increases nitrogen use efficiency of maize by relieving aluminum toxicity and improving soil quality in acidic soil[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2020, 196: 110531.

[99] Shi R Y, Ni N, Nkoh J N, et al. Biochar retards Al toxicity to maize (L.) during soil acidification: The effects and mechanisms[J]. Science of the Total Environment, 2020, 719: 137448.

[100] Shi R Y, Li J Y, Ni N, et al. Understanding the biochar's role in ameliorating soil acidity[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2019, 18(7): 1508–1517.

[101] Shi R Y, Hong Z N, Li J Y, et al. Mechanisms for increasing the pH buffering capacity of an acidic ultisol by crop residue-derived biochars[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2017, 65(37): 8111–8119.

[102] Shi R Y, Ni N, Nkoh J N, et al. Beneficial dual role of biochars in inhibiting soil acidification resulting from nitrification[J]. Chemosphere, 2019, 234: 43–51.

[103] Wang Z Y, Zong H Y, Zheng H, et al. Reduced nitrification and abundance of ammonia-oxidizing bacteria in acidic soil amended with biochar[J]. Chemosphere, 2015, 138: 576–583.

[104] 袁金華, 徐仁扣, 俄勝哲, 等. 生物質炭中鹽基離子存在形態及其與改良酸性土壤的關系[J]. 土壤, 2019, 51(1): 75–82.

[105] Yu L, Lu X, He Y, et al. Combined biochar and nitrogen fertilizer reduces soil acidity and promotes nutrient use efficiency by soybean crop[J]. Journal of Soils and Sediments, 2017, 17(3): 599–610.

[106] Shi R Y, Hong Z N, Li J Y, et al. Peanut straw biochar increases the resistance of two Ultisols derived from different parent materials to acidification: A mechanism study[J]. Journal of Environmental Management, 2018, 210: 171–179.

[107] Tong D L, Xu R K. Ameliorating effects of fungus chaff and its biochar on soil acidity[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2015, 46(15): 1913–1921.

[108] 郭春雷, 李娜, 彭靖, 等. 秸稈直接還田及炭化還田對土壤酸度和交換性能的影響[J]. 植物營養與肥料學報, 2018, 24(5): 1205–1213.

[109] 楊彩迪, 盧升高. 秸稈直接還田和炭化還田對紅壤酸度、養分和交換性能的動態影響[J]. 環境科學, 2020, 41(9): 4246–4252.

[110] Yuan J H, Xu R K, Qian W, et al. Comparison of the ameliorating effects on an acidic ultisol between four crop straws and their biochars[J]. Journal of Soils and Sediments, 2011, 11(5): 741–750.

Bibliometric Analysis of Soil Acidification and Improvement Materials Based on Web of Science and Wanfang Patent Database

KANG Fei, DU Xuejun, HU Shuwen, REN Xueqin*

(School of Resources and Environment, China Agricultural University/Beijing Key Laboratory of Farmland Soil Pollution Control and Remediation, Beijing 100193, China)

In order to explore the application status of soil acidification and improvement materials, based on the core collection of Web of Science and Wanfang patent database, journal papers from 1990 to 2019 were searched with “acid* soil*” or “soil acidi*”, and the invention patents from 2010 to 2019 were searched with the subject word “acidification, acid soil conditioner, conditioner”. In total 10 193 journal papers and 297 invention patents were retrieved respectively. Visual software such as VOSviewer, CiteSpace and HistCite were used to analyze the co-occurrence, co-citation and citation of keywords, journals, authors, institutions, countries and other fields. The results showed that more and more attentions have been paid to soil acidification and improvement materials, and further strengthening soil science is of great significance to the study of soil acidification and its improvement. The research field focused on the biochemical process of soil acidification, soil aluminum toxicity and their prevention, soil heavy metal activation and passivation, soil acidification and the application of improved materials. In the past 10 years, soil acidification improvement has mainly focused on traditional materials such as lime, agricultural wastes / by-products, industrial wastes / by-products and minerals. New materials such as biochar, natural polymers, humates and microbial agents have attracted more and more attentions. The high-yield countries such as the United States, China and Australia had close cooperation between each other, and the high-yield institutions such as the Chinese Academy of Sciences, the University of the Chinese Academy of Sciences and the University of Western Australia had close cooperation. The high-yield authors such as Baligar V C, Xu R K, Fageria N K had close cooperation. This study contributes a comprehensive understanding of the current situation and trend in the field of soil acidification and its amendments, as well as provides an important reference and basis for soil acidification regulation and sustainable development.

Soil acidification; Web of Science; Wanfang patent; Amendment; Bibliometrics

S126

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.06.021

康飛, 杜學軍, 胡樹文, 等. 基于Web of Science和萬方專利對土壤酸化和改良材料研究的計量分析. 土壤, 2021, 53(6): 1261–1270.

科技部重點研發專項(2017YFD0200706-1)資助。

通訊作者(renxueqin@cau.edu.cn)

康飛(1993—)，男，河北張家口人，博士研究生，主要研究方向為土壤酸化和改良。E-mail: 15612246306@163.com