基于Web of Science文獻計量的我國節水農業研究態勢分析

陳 雪 袁紫儀 林湘岷 沈宗專* 李 榮

(1.全國農業技術推廣服務中心，北京 100125； 2.南京農業大學 資源與環境科學學院/江蘇省固體有機廢棄物資源化高技術研究重點實驗室/作物免疫學重點實驗室/江蘇省有機固體廢棄物資源化協同創新中心，南京 210095)

水是生命之源，生產之要，生態之基。我國是世界上水資源最缺乏的國家之一，水資源不足一直是我國可持續發展過程中的一個重要問題。此外，我國氣候復雜多樣，季風氣候顯著，降水主要集中在夏季6～9月，而受季風氣候的影響，我國水資源的時空分布很不均衡。如西北地區資源性缺水，華北地區地下水嚴重超采，東北地區地表水難以維系，南方地區雖然總量不缺，但丘陵山地季節性干旱加重，而且水質性缺水日益突出。在進入全面建設社會主義現代化國家的新征程后，我國水資源短缺的形勢更加嚴峻，統籌發展和用水安全面臨著重大挑戰。農業用水占全球總用水量的三分之二以上，干旱缺水對農業發展的制約更加突出。因此，發展節水農業相關技術成為我國農業可持續發展面臨的重大課題。

盡管過去幾十年間我國學者對節水農業的進行了大量的研究，但對于節水農業的相關研究仍缺乏全面深入的梳理與總結。面對節水農業領域內發表的海量文獻，傳統的閱讀方式較難進行歸類與總結。文獻計量法是一種基于數學和統計學的分析方法，其可借助文獻的各種特征數量，描述、評價和預測某一研究領域的現狀、研究熱點和發展趨勢。雖然，已有學者利用文獻計量法對節水農業的研究進展進行了分析，但此前研究存在一定的局限性，如所搜集的文獻僅基于知網核心期刊，缺乏國內發表于國際期刊的最前沿的研究成果支撐；或者所選文獻的發表年限較早，忽略了節水農業飛速發展的現階段研究成果，且關注的是世界范圍內相關研究進展，沒有針對我國國情進行特別研究。因此，本研究以節水農業為主題，運用文獻計量方法，結合CiteSpace與VOSviewer等可視化分析軟件對Web of Science檢索的文獻結果進行深度解析，擬從年度發文量的變化、主要學者及其所屬研究機構、主要學科和期刊分布等方面分析我國節水農業研究現狀，并利用關鍵詞聚類分析及突發性檢測探究該領域的研究熱點與前沿，全面闡明我國節水農業研究領域的基礎背景、研究現狀以及發展趨勢，以期為農業水資源的高效利用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本文文獻計量的數據來源于Web of Science (WOS)核心合集數據庫。檢索時間設置為1990—2021年，文章類型設置為Article或Review，以“節水農業”為主題，以TS(主題)=("water saving agriculture*" OR "water saving irrigation*" OR "water saving technology*" OR " integration of water and fertilizer*" OR "micro irrigation*" OR "drip irrigation*" OR "sprinkling irrigation*" OR "micro sprinkler irrigation*")為檢索條件進行高級檢索，檢索國家為中國，共獲取文獻3775篇。

1.2 研究方法

采用CiteSpace、VOSviewer及HistCite等軟件工具進行文章數量、學科分布、主要發表期刊、研究學者、研究內容與發展態勢的計量分析。基于VOSviewer軟件對主要的機構(Organizations)與研究學者(Authors)之間的合作關系進行共現分析(Co-occurrence)，網絡中圓圈大小代表文章發表數量(Documents)，線條粗細代表關聯總強度(Total link strength，TLS)。通過VOSviewer軟件對關鍵詞(Keywords)進行共現分析，閾值設置為48，得出該領域的研究熱點。

此外，通過在CiteSpace軟件中選擇學科類別(Category)，分析不同學科中介中心性；選擇2015年前后的關鍵詞突現指標(Burstness)對各階段的研究熱點和發展趨勢進行分析。若某個期刊在Web of Science數據庫中屬于多個學科門類，則其所在學科分別計數一次。

采用HistCite中本地引用次數(Total local citation score, TLCS)及總引用次數(Total global citation score, TGCS)分析節水農業研究領域的主要發表期刊。值得注意的是，TLCS計算的是某一篇文章被導入HistCite進行分析的所有文獻所引用的次數。而TGCS則表示某一篇文章被整個WOS數據庫中的文獻所引用的次數。由于導入Histcite的文章均是與檢索詞有關的該領域文章，所以若某一篇文獻的TLCS值越高，可表明該文獻在領域內的影響越大。

2 結果與分析

2.1 文獻發表量年度變化分析

通過對文獻發表數量年份間的統計，可以在一定程度上了解節水農業的研究歷程。如圖1所示，發文量呈逐年增加趨勢，亦即節水農業越來越受到人們的重視。在1990—2001年期間，每年發表的文獻數量不超過10篇，發表的文獻總量為26篇，僅占文獻總數的0.69%，文獻的年增長量低，增長緩慢，說明這一階段我國對節水農業的研究尚處于探索期；隨后在2002—2015年間，發文量出現較大的增長，年發文量從13篇穩步增加到189篇，說明在這期間我國節水農業研究成為農業發展的重要一環，越來越受到學者們的重視。在2015年后，節水農業發文數量持續大幅度增加，2021年年發文量達到692篇，可見節水農業是當前農業科學研究關注的熱點和前沿。

圖1 我國節水農業領域的年度文獻產出量Fig.1 Annual literature output in the field of water-saving agriculture in China

2.2 文獻發表的學科分布和期刊分布

在發文所屬學科方面，如圖2所示，節水農業在水資源學、農藝學、環境科學、能源燃料和工程環境這5個學科中的發文量較多，占總發文量的比例分別為28.9%、27.2%、25.8%、8.4%和7.4%。此外，節水農業的研究領域還涉及綠色可持續發展技術、土壤科學、工程化學等諸多學科，說明節水農業涉及的學科眾多，涵蓋的內容廣泛。

圖2 1990—2021年我國節水農業研究領域發文量排名前10學科Fig.2 Top 10 subjects of the published papers regarding the field of water-saving agricultural research from 1990 to 2021 in China

學科的中介中心性能反映該學科與其他學科的交叉情況。如表1所示，基于CiteSpace的學科共現分析對學科中介中心性進行排序，發文量前十的學科中，中介中心性最高的是能源燃料，最低的則是土壤科學和農業工程，且與其他學科的交叉幾乎沒有。水資源學和農藝學雖然在發文量前十的學科中位居前列，但其中介中心性較低(僅為0.01)，說明水資源學和農藝學與其它學科的交叉也較少。水資源學在節水農業研究領域具有優勢，加強水資源學工作者對節水農業的研究，將促進節水農業與水資源學領域的協同發展。

表1 論文發表數量與中介中心性排名前十的學科
Table 1 Top 10 disciplines based on the number of published papers and intermediary centrality

學科分類Category中介中心性Intermediary centrality水資源學 Water resources0.01農藝學 Agronomy0.01環境科學 Environmental sciences0.10能源燃料 Energy fuels0.12工程環境 Engineering environment0.02綠色可持續發展技術 Green sustainable science technology0.03土壤科學 Soil science0.00工程化學 Engineering chemistry0.02植物科學 Plant sciences0.03農業工程 Agricultural engineering0.00

由HistCite軟件分析結果可見(表2)，發文數量排名前3的期刊是Agricultural Water Management(發文474篇)、Water(發文156篇)和Journal of Cleaner Production(發文116篇)。本地引用(TLCS)、總引用(TGCS)次數較高的期刊有Agricultural Water Management、Field Crops Research等，其中大多數期刊屬于水資源學(Water Resources)領域。

表2 1990—2021年節水農業研究領域發文量排名前10期刊
Table 2 Top 10 journals of the published papers in the field of water-saving agricultural research from 1990 to 2021

期刊名稱Journal發文量/篇Number ofpublished papers本地引用Total local citationscore (TLCS)總引用Total global citationscore (TGCS)篇均被引Citation frequencyper paperAgricultural Water Management47435691237226.10Water156467945.09Journal of Cleaner Production11693195016.81Irrigation and Drainage962296176.43Sustainability82113694.50Field Crops Research76912348645.87Irrigation Science74743164522.23Science of the Total Environment71142138719.54Agronomy-Basel4701643.49Plos One4403928.91

2.3 機構與作者間的合作研究特征

由發文機構合作分析網絡中可見(圖3)，中國科學院與論文產出各主要機構的合作關系密切。總聯系強度參數(TLS)排名前五的機構分別為中國科學院(TLS值為645)、中國農業大學(TLS值為382)、中國科學院大學(TLS值為266)、西北農林科技大學(TLS值為213)以及中國農業科學院(TLS值為154)。發表文章數量排名前5的機構是中國科學院(發文690篇)、中國農業大學(發文477篇)、西北農林科技大學(發文279篇)、中國科學院大學(發文204篇)以及河海大學(發文189篇)，其中中國科學院與中國科學院大學、北京林業大學、水利部水土保持監測中心等均有較為密切的合作。

圖3 我國節水農業領域主要發文機構間的合作關系Fig.3 Cooperation between main contributing institutions of the published papers regarding the field of water-saving agricultural research in China

如圖4所示，圓圈大小表示發文數量，圖中僅顯示合作關系密切的作者之間的聯系。從發文數量上來看，來自中國科學院大學的Kang Yaohu(康躍虎，發文63篇)、中國農業大學的Kang Shaozhong(康紹忠，發文61篇)、中國農業大學的Li Yunkai(李云開，發文56篇)等是節水農業領域內的主要高產研究學者。根據VOSviewer的總聯系強度參數(TLS)分析表明，Kang Shaozhong(康紹忠，TLS值為135)、Du Taisheng(杜太生，TLS值為111)、Li Yunkai(李云開，TLS值為82)、Kang Yaohu(康躍虎，TLS值為82)、Tong Ling(佟玲，TLS值為80)等與其他作者間合作密切。

圖4 我國節水農業領域主要發文作者間的合作關系Fig.4 Cooperation between main contributing authors of the published papers regarding the field of water-saving agricultural research in China

2.4 節水農業的研究熱點

關鍵詞出現的頻次與相關研究主題的受關注程度緊密相關。在本研究中(圖5)，產量(Yield)是出現次數最高的關鍵詞，出現次數為678次，表明對于節水農業的研究產量是目前的研究熱點。在關鍵詞共現網絡中，與產量關系密切的有滴灌(Drip irrigation)、蒸散(Evapotranspiration)、質量(Quality)等。根據關鍵詞共現網絡，節水農業研究領域關鍵詞可劃分為4個聚類，圖中不同的顏色表示不同的聚類。關鍵詞聚類1(紅色)主要是水資源管理技術，其中包括的主要關鍵詞有管理、灌溉、生產率、溫度和氣候變化等。關鍵詞聚類2(綠色)主要是不同灌溉方式對作物生長的影響，其中包括的主要關鍵詞有產量、滴灌、蒸散、玉米和質量等。關鍵詞聚類3(藍色)主要是干旱地區水資源的利用，其中包括的主要關鍵詞有使用效率、水資源利用率、冬小麥、黃土高原和華北平原等。關鍵詞聚類4(黃色)主要是水肥一體化技術的影響，其中包括的主要關鍵詞有土壤、水肥一體化、施肥、氮素利用率和肥料等。

圖5 我國節水農業領域發文文獻中關鍵詞的共現網絡Fig.5 Co-occurrence network of key words of the published papers regarding the field of water-saving agricultural research in China

2.5 節水農業的發展趨勢

通過對關鍵詞突發性的檢測，可以得知特定時間內的研究前沿。基于CiteSpace對節水農業領域關鍵詞突現指標的分析，將1990—2021年間關鍵詞突現強度劃分為2個時間段：1990—2015年和2016—2021年，來描述節水農業研究領域的發展趨勢。如表3所示，1990—2015年突現關鍵詞主要圍繞水分，其中節水(Water saving)、壓力(Stress)、蒸發(Evaporation)的突現強度相對較強，脫落酸(Phytohormone abscisic acid)、蒸發(Evaporation)突現時間相對較久。

表3 我國節水農業領域2015年前發文關鍵詞的突現指標
Table 3 Burst detection of key words from the published papers regarding the field of water-saving agricultural research in China before 2015

關鍵詞Keywords年份Year突現強度Strength起始Beginning結束Ending突現時間段Time period氣孔運動Stomatal behavior19903.9419982002脫落酸Phytohormone abscisic acid19903.5720002008節水 Water saving19907.0920042007壓力 Stress19904.4420052009旱稻 Aerobic rice19904.0520052010水分利用率Water use efficiency19903.9720052008蒸發 Evaporation19904.1920062012地下水 Groundwater19903.5620082013流動 Flow19903.8120102013節水灌溉Water-saving irrigation19903.7320122015

2016—2021年關于節水農業的研究有了一些轉變(表4)，突現關鍵詞中出現了溝灌(Furrow irrigation)與增氧灌溉(Aerated irrigation)，說明該時間段內不同灌溉技術引入到了該研究領域。開墾(Reclamation)和華北平原(North china plain)的突現強度較高，說明北方地區對節水農業的研究較多，我國節水農業研究重心仍在我國北方地區。

表4 我國節水農業領域2015年后發文關鍵詞的突現指標
Table 4 Burst detection of key words from the published papers regarding the field of water-saving agricultural research in China after 2015

關鍵詞Keywords年份Year突現強度Strength起始Beginning結束Ending突現時間段Time period開墾 Reclamation20163.8020162019華北平原 North china plain20163.4520162018水溶液 Aqueous solution20162.1320162018水分利用率 Water use efficiency20161.9020162018水資源管理 Water management20161.6120162018需求 Demand20163.1720172019頻率 Frequency20162.7520172019溝灌 Furrow irrigation20162.0320182021差異 Diversity20161.7920182021增氧灌溉 Aerated irrigation20161.5520182021

3 討 論

水資源高效利用的核心是農業水資源高效利用。隨著科學技術的不斷發展，我國農業生產的效率得到提高，但由于人口數量眾多，水資源時空分布不均，我國仍然面臨著嚴重的農業水資源匱乏的問題。因此，大力發展節水農業不僅可以緩解目前我國水資源短缺的現狀、提高水資源的利用效率，而且對促進我國農業生態可持續發展也具有十分重要的意義。

文獻計量分析的結果表明，我國節水農業研究雖然起步較晚，但發展迅速。自2016年以來年發文量持續快速增長，年度文獻發表數量整體呈上升趨勢。康躍虎、康紹忠和李云開等學者是我國節水領域內科學研究的高產學者。該領域的研究機構主要有中國科學院、中國農業大學、西北農林科技大學、中國科學院大學、河海大學及中國農業科學院等，其中主要的研究機構大部分分布在我國北方地區，說明北方的研究機構切實承擔起了攻關節水增效、節水增糧等重大科研任務。

關鍵詞的共現分析和突發性檢測結果分析表明，不同的灌溉方式是近些年的研究熱點，對于農業發展來說，灌溉是農業用水的重要組成要素之一，實施合理有效地灌溉技術，實現節約用水的重要目標，有利于促進我國農業的快速發展。為提高灌溉效益，我國大力推行水肥一體化技術，并且已經成為我國農作物高產栽培應用的主要栽培管理技術。發展和應用水肥一體化技術不僅可以達到節水省肥的目的，還是實現農業精確定量、智慧管理的重要途徑。

節水農業領域過去的相關研究主要集中于作物高效用水機理、作物耗水對環境變化的響應、農業用水精量調配與控制、灌溉設備與技術開發等方面。然而，對節水農業下作物用水與產量、品質的相互作用關系，以及對土壤健康、環境保護的系統評價等缺乏深入的研究。此外，智能水肥一體化技術及智能水肥一體化管控設計是實現節水農業的一個重要途徑，也是未來的一個研究熱點與難點。總而言之，我國節水農業的研究已有良好和廣泛的研究成果，但節水農業的實際推廣與應用方面還面臨一些智能化、精準化的問題，仍需廣大科研工作者持續努力研究與攻關。