基于CiteSpace 的有機肥研究進展

楊 鑫

（阜陽師范大學生物與食品工程學院，安徽 阜陽 236037）

0 引言

有機肥是一種主要來源于動物和植物殘體，經無害化處理施于土壤以提高土壤養分的含碳物質。有機肥富含多種養分，能給作物提供全面營養且作用周期長，因此，越來越受到人們的關注。目前，我國農業種植以施用復合化肥為主，兼施一定比例的有機、無機混合肥。大量學者正在不斷研究探索有機肥料的科學施用方法。王藝喬等認為施用有機肥能降低土壤鹽分含量，減緩對土壤的侵蝕作用；于菲等研究發現長期施用有機肥可以提高土壤有機質含量，并通過調節土壤含水量和土壤pH 值增加作物產量。有機肥與其他肥料配施也是科研工作者關注的熱點。陳德秀等認為有機肥和生物碳混合配施可以提高作物品質和產量；謝蜀豫等認為有機肥與化肥配施不僅可以改善葡萄果實的香氣，而且能夠明顯提高其產量與品質。大量數據表明，有機肥較于傳統的無機化肥能持續提高土壤養分庫容量，提高土壤酶活性，顯著提高作物產量。我國在2021 年6 月1 日已開始實施新的標準《有機肥料》（NY/T 525—2021）。因此，在宏觀政策的指引下，梳理有機肥領域的研究知識脈絡，把握其新興熱點和研究進展，可更好地為有機肥領域服務。

知識可視化圖譜是科學計量學從數學表達轉向圖形表達的產物。陳悅等基于Java 程序語言開發了知識圖譜可視化軟件CiteSpace。CiteSpace 是根據共引分析理論和尋徑網絡算法等對特定領域文獻進行計量和分析，通過繪制可視化圖譜展現該領域科學發展的演化趨勢和新興前沿。筆者利用可視化軟件CiteSpace，結合傳統文獻統計方法，以可視化的方式顯示有機肥研究領域的知識結構層次和新興熱點趨勢，以期為推進我國有機肥的研究與應用提供一定的理論依據。

1 研究策略與數據采集

1.1 研究策略

搜 索 下 載2012 年1 月1 日 至2021 年12 月31日Web of Science 核心合集（SCI）數據庫收錄的有機肥文獻，利用CiteSpace 軟件和Excel 軟件研究分析該領域的知識結構等分布情況，以追蹤該領域的發展變化和前沿趨勢。

1.2 數據采集

選 擇Web of Science 數 據 庫“Web of Science 核心合集”，引文索引為“SCI-EXPANDED”。設定以下檢索式：“標題=compost”OR“標題=organic fertilizer”AND“語 種=English”AND“文 獻 類 型=Article”，增加“出版日期=2012-01-01 至2021-12-31”，共獲得有機肥研究相關文獻7 303 篇，將其導出為純文本格式文件，導入軟件CiteSpace 6.1.R1（64-bit）進行可視化分析并繪制知識圖譜。分析檢索結果和引文報告導出為Excel 格式文件，用于分析年發文量、高頻被引頻次、國家（地區）發文量、期刊發文量等信息。

表1 2012?—2021 年高頻被引論文Top10

2 文獻統計分析

2.1 年發文量和高頻被引論文統計

圖1 展示了2012—2021 年每年有機肥研究領域發表的文獻數量。有機肥研究論文數量在2017 年以前有些波動，自此之后呈現穩定上升趨勢；其中2012年發文量為523 篇，2021 年達1 188 篇，增長率超過100%。筆者對被引量前10 位的文章及其作者進行了統計（見表1）。統計結果顯示，單篇被引量最高為481 次，被引量在300 次以上的論文有4 篇，10 篇論文的被引量均在200 次以上。整體來看，這些高影響力論文的研究主要集中在堆肥、微生物、生物降解等方面。其中，SU Jianqiang、CHEN Ming 和GUO Ruiying 等作者論文被引頻次處在前列，在有機肥與微生物的研究領域中具有重要影響力。

圖1 2012—2021 年有機肥發文量Top10

2.2 國家地區和期刊發文量分布

筆者對2012—2021 年有機肥研究領域發文量排前10 名的國家（地區）進行了統計（見圖2）。統計結果顯示，中國、美國和西班牙發文量排列前3 名，分別為 2 120、863、534 篇，共占文獻量總數的48.2%，其中中國的發文量占文獻總量的29.0%。2012—2021 年有機肥研究領域發文量排列前10 名的期刊見表2。其中，發文量排列前3 名的期刊分別是Bioresource Technology、Waste Management、Science of the Total Environment，分別為554、318、228 篇；排名前10 的期刊累計載文達到2 191 篇，占有機肥研究文獻總量的30.0%。

圖2 2012—2021 年有機肥研究領域國家（地區） 發文量Top10

表2 2012—2021 年有機肥研究相關期刊發文量Top10

3 知識脈絡和新興熱點分析

3.1 關鍵詞共現分析

文獻關鍵詞是表達文章主題的詞匯，在一定程度上能夠表明研究關注的焦點和熱點問題。在CiteSpace 軟件分析中，關鍵詞之間的關系通常由關鍵詞共現來表示。由兩個及以上數量的關鍵詞出現在同一篇文獻中，即為關鍵詞共現關系。共現圖譜中連線次數反映其關鍵詞熱度，節點圓圈反映該關鍵詞出現頻次及中心度，頻次越高關鍵詞越大，中心度越大其影響力越強。中介中心性分析指標可反映中心度，表示該節點關鍵詞在共現網絡中所處的地位。中介中心性指標越高，說明該關鍵詞在網絡圖譜中傳播的媒介作用更顯著。筆者將下載的 7 303 篇文獻導入CiteSpace 軟件，除重，時間切片（Time Slicing）選擇2012 年1 月至2021 年12 月，切片平均年數（Years Per Slice）設置1 a，即以1 a 為分割點，選擇關鍵詞（Keyword），閾值設置Top N=50，獲得有機肥研究領域關鍵詞共現圖譜（見圖3）。最終生成的關鍵詞共現圖譜節點數量326 個，連接線1 151條；出現頻次較多的關鍵詞有soil、organic fertilizer、nitrogen、management、manure、growth、yield、matter、carbon 及compost 等。其中，關鍵詞的中介中心性較高的有manure（0.18）、organic fertilizer（0.14）、compost（0.13）、nitrogen（0.10）等（見表3），說明這些詞匯在知識網絡結構中起到了關鍵的橋梁作用。

圖3 2012—2021 年有機肥關鍵詞共現圖譜

表3 2012—2021 年有機肥研究文獻高頻關鍵詞Top10

3.2 關鍵詞時區圖譜分析

CiteSpace 軟件可以基于關鍵詞首次出現的時間繪制時間線視圖或時間區域視圖，根據文獻的發表時間和關鍵詞出現時間，繪制樣本文獻關鍵詞隨時間變化的時區圖譜（Timezone View）。結合時區圖譜（見圖4）可以探究關鍵詞熱度的演替過程。頻率較高的關鍵詞soil、nitrogen、organic fertilizer 等，均首次出現在2012 年。因檢索日期設置在2012 年，以上詞匯首次出現時間可能提前。在近10 a，土壤、氮、有機肥料等一直是有機肥領域的研究主題。近2 a 首次出現的較高頻率的詞匯food waste、decomposition、pig slurry 等，這類詞同樣值得 關注。

3.3 關鍵詞突現分析

突現分析提供了特定關鍵詞出現頻率激增相關聯的證據，表明在特定時期內一個潛在的話題已經或正在引起高度的關注。因此，突現分析被認為是高度活躍研究領域的指向標，可以在一定程度上探索研究領域的新興趨勢。筆者對2012—2021 年樣本文獻的關鍵詞進行突現檢測，提取所有年份結果（見圖5）。

近10 a 來有機肥相關文獻關鍵詞突現強度顯示：關鍵詞突現的強度差別不大，其中productivity 關鍵詞強度最強，為3.87；acid 關鍵詞突現從2012 年開始到2016 結束，持續時間為5 a，在所有突現詞中持續 時 間 最 長；productivity、animal manure、biochar、bacterial community 和mineralization 關 鍵 詞 為2019年以來有機肥領域熱點，其強度均大于2.00，持續時間也均超過3 a。由于該研究樣本文獻檢索的截取時間點為2021 年12 月31 日，受到文獻檢索日期的影響，它們的突現時間可能還需更長時間序列的 檢驗。

圖4 2012—2021 年有機肥關鍵詞時區圖譜

圖5 2012—2021 年有機肥相關文獻關鍵詞Top 20 突現結果

3.4 關鍵詞聚類分析

CiteSpace 軟件將關系緊密的關鍵詞進行聚類，對每個關鍵詞進行賦值，同一聚類中值最大的即為該類別的代表性關鍵詞。該過程即為文獻關鍵詞聚類分析。在有機肥文獻關鍵詞共現的聚類結果中，聚類模塊值（Q 值）為0.496 6 ＞0.3，聚類平均輪廓值（S值）為0.728 8 ＞0.7，表明聚類結構顯著，且聚類結果可信度較高。文獻涉及16 個聚類，前10 個聚類分別為nitrous oxide（#聚類0）、dynamics（#聚類1）、dairy manure（# 聚 類2）、organic fertilizer（# 聚 類3）、mineral fertilizer（#聚類4）、bio-organic fertilizer（# 聚 類5）、risk assessment（# 聚 類6）、nutrient concentration（#聚類7）、p（#聚類8）、soil organic carbon（#聚類9）等10 個研究領域，可概括為有機肥料、物質元素、相關因子3 個層次（見表4）。

有機肥料包括生物有機肥、有機肥、礦物肥料和牛糞等。物質元素中氧化亞氮（NO）是造成大氣溫室效應的氣體之一。石玉龍研究發現，對華北地區農田鹽堿地施加有機肥能促進NO 的排放。一些研究也發現，將有機、無機肥配施能減少NO 的排放，利于作物栽培的可持續發展。因此，隨著國家大力倡導施用有機肥，如何減少NO 的排放是一個必須研究的問題。此外，與有機肥相關的動力學參數、農作物風險評估等主題也出現在文獻報道中。

表4 2012—2021 年有機肥關鍵詞聚類分析

4 研究總結

基于CiteSpace 可視化工具，對Web of Science 核心合集SCI 數據庫近10 a 有機肥文獻結構脈絡進行梳理分析，總結如下。

第一，在發文量方面，10 a 間有機肥論文為7 303 篇，年發文量呈現波動到穩定上升趨勢，2021 年發文量達1 188 篇。發文量排名前3 的國家（地區）是中國、美國和西班牙，其中中國發文量達2 120 篇，占文獻總量的29.0%，中國在有機肥研究方面處在世界前列。、和是有機肥研究領域發文量最多的期刊。

第二，在知識基礎研究方面，SU Jianqiang 在2015 年發表于&的《關于污泥堆肥過程中抗生素抗性及其與細菌群落的關系》和CHEN Ming 于2015 年發表于的《關于堆肥對多環芳烴、石油、農藥、氯酚和重金屬污染土壤的生物修復等問題》被多次引用，對有機肥的研究和發展產生重要推動作用。

第三，在關鍵詞計量分析方面，有機肥研究領域 的 熱 點 詞 匯 有soil、organic fertilizer、nitrogen、management、manure、growth、yield、matter、carbon和compost 等。近2 a 較活躍的關鍵詞有productivity、animal manure 等。2021 年首次出現的較高頻次關鍵詞有food waste、decomposition、pig slurry。有機肥領域研究內容大致包含有機肥料、物質元素、相關因子3 個方面。有機肥的積極效應日益凸顯，但是也有許多不利面，如施用過多有機肥會導致溫室氣體排放量增加；徐令旗等研究發現長期施用有機肥能提高直播稻米的營養品質，但會減少直鏈淀粉含量而不利于蒸煮。因此，有機肥領域還需要大量科研工作者不斷地發掘和探索。