國內(nèi)外硅肥的研究脈絡(luò)和趨勢探析
——基于WOS文獻計量分析

肖永豐郭屹杜艷霞范培育姜曉琳劉匯東黃涌波

(1.北京低碳清潔能源研究院，北京 102209；2.神華準能資源綜合開發(fā)有限公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)

引言

硅是土壤的基本成分，也是植物中的主要組成元素之一，硅肥被認為繼氮肥、磷肥、鉀肥之后的第4種生長元素肥料，硅不僅能促進植物的生長，還可以緩解病蟲害、干旱、重金屬以及紫外線等不利因素對植株生長的抑制作用，同時可以提高農(nóng)作物的品質(zhì)。

硅肥在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用有很長的歷史，1928年，美國的研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)硅能使水稻等農(nóng)作物增產(chǎn)，1955年，日本在肥料法中將硅肥列為一種新型的肥料，并開始硅肥的生產(chǎn)和銷售，繼日本之后，朝鮮、菲律賓、印度等亞洲國家對硅肥進行了引進和推廣。隨著對硅肥研究的深入，硅肥的研究的范疇逐漸擴大，硅肥研究的涵蓋面越來越廣，從硅肥促進作物莖葉的生長，抑制土壤板結(jié)與酸化，到硅肥對重金屬的鈍化，以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]，硅肥的研究涌現(xiàn)出新的動態(tài)和新的領(lǐng)域。

CiteSpace是美國費城德雷克塞爾大學(xué)陳超美教授開發(fā)的一款科學(xué)文獻數(shù)據(jù)挖掘和可視化分析的應(yīng)用軟件[2]，利用Citespace軟件對研究的主題以及關(guān)鍵詞進行共現(xiàn)分析，通過可視化圖譜展示硅肥研究的宏觀結(jié)構(gòu)和發(fā)展趨勢，識別硅肥研究的熱點及前沿方向。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

WOS數(shù)據(jù)庫(www.webofscience.com)是全球?qū)W術(shù)信息的重要數(shù)據(jù)庫，收錄了全球13000多種權(quán)威的、高影響力的外文學(xué)術(shù)期刊，是收錄文獻、并以建立引文的方式追蹤文獻間引用關(guān)系的數(shù)據(jù)庫。本文以“silicon fertilizer”或“silicatefertilizer”為關(guān)鍵詞，在WOS核心集合中進行檢索，檢索2022年及以前發(fā)表在WOS上的論文，共得到1309篇文章，通過下載得到相關(guān)的文獻數(shù)據(jù)，包括文獻的作者、國家、研究機構(gòu)、摘要、關(guān)鍵詞和文獻的引文等信息。

通過對文獻數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗，從發(fā)文國家和地區(qū)分布、學(xué)科分布、等進行分析、主題和關(guān)鍵詞共現(xiàn)，以及關(guān)鍵詞突現(xiàn)等進行分析。

2 知識圖譜分析

2.1 硅肥研究的國家/地區(qū)分布

圖1為硅肥相關(guān)文章發(fā)表數(shù)量排名前10的國家/地區(qū)。對整體數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，排名前10的國家/地區(qū)發(fā)表數(shù)量，占全球總發(fā)表數(shù)量的83.1%，其中中國發(fā)表相關(guān)的文獻378篇，占28.9%，其次為美國(11.3%)、巴西(9.7%)、印度(8.1%)、日本(6.6%)、韓國(4.1%)、澳大利亞(4.0%)等國家/地區(qū)。從發(fā)表文獻的國家來看，這些國家/地區(qū)基本上都是農(nóng)業(yè)比較發(fā)達的國家，也是世界主要的產(chǎn)糧大國。由于這些國家/地區(qū)農(nóng)業(yè)與糧食有著絕對的戰(zhàn)略地位，因此對其重視程度不言而喻，相對應(yīng)的硅肥應(yīng)用也受到重視，對硅肥的研究也越來越多。

圖1 WOS數(shù)據(jù)庫全球硅肥文獻發(fā)表數(shù)量前10國家

表1列出了發(fā)表文章前10的研究結(jié)構(gòu)，從表1可以看出，研究機構(gòu)是以大學(xué)以及研究院為主，其中最高產(chǎn)的是中國科學(xué)院，其次是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，前10名中有4家研究機構(gòu)來自中國，有3家來自美國，另外3家分別來自巴西、俄羅斯和韓國。從結(jié)構(gòu)性質(zhì)來看，目前硅肥的研究中主要是高校和研究機構(gòu)。

表1 WOS數(shù)據(jù)庫全球文獻數(shù)量前10機構(gòu)

2.2 硅肥研究文獻的學(xué)科分布

從WOS數(shù)據(jù)庫檢索結(jié)果對硅肥的研究方向進行分類，其結(jié)果如圖2所示，農(nóng)業(yè)方向相關(guān)研究占33.1%；其次是環(huán)境科學(xué)生態(tài)學(xué)方向和植物科學(xué)方向，分別占28.5%和18.4%。從文獻發(fā)表數(shù)量上看，在硅肥的相關(guān)研究方向中，農(nóng)業(yè)、環(huán)境科學(xué)生態(tài)學(xué)和植物科學(xué)為核心，延伸至化學(xué)、工程學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域均有涉獵，說明硅肥在未來的發(fā)展中，研究領(lǐng)域非常廣泛，與其他學(xué)科的交互性很強。

圖2 WOS數(shù)據(jù)庫中文獻中前10的研究方向

2.3 硅肥研究共被引文獻及前沿分析

研究區(qū)域可以被概念化為從研究基礎(chǔ)到研究前沿的映射，本文對去除自引后得到6953篇的引用文獻進行知識結(jié)構(gòu)分析，對研究知識基礎(chǔ)以及前沿主題進行分析，對文獻構(gòu)建共被引網(wǎng)絡(luò)，然后從關(guān)鍵詞中提取名詞性術(shù)語對聚類進行命名，得到12個聚類，主要聚類如圖3所示。

圖3 硅肥研究關(guān)鍵詞共被引及前沿分析圖譜

硅肥早期研究主要集中在#9植物硅、#8促進莖葉和#0非生物脅迫上，這一階段，對硅肥的研究主要是植物對硅的吸收，硅在植物種的形態(tài)變化，以及硅對植物莖葉的促進作用[13]。另外，土壤板結(jié)、土壤酸化等非生物脅迫因素出現(xiàn)，阻礙了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，研究發(fā)現(xiàn)，硅肥可以改善土壤板結(jié)和土壤酸化[14]。

隨著研究的深入，對硅肥的研究開始集中在#7糧食產(chǎn)量、#5砷吸收、#3降低鎘濃度。隨著硅肥的應(yīng)用，硅肥對農(nóng)作物的增產(chǎn)效果得到廣泛的關(guān)注[3]，同時隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)，主要是重金屬等，這些有害元素沒有經(jīng)過恰當?shù)奶幚恚欧诺街苓叺耐寥乐校斐闪送寥赖奈廴綶4]；另外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中農(nóng)藥以及除草劑的使用，也造成了土壤中砷含量超標的現(xiàn)象[6]。土壤的污染對農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全方面造成極大的影響，有害元素進入食物鏈，對食品安全具有一定的威脅，而研究發(fā)現(xiàn)，硅肥在降低重金屬、砷等有害物質(zhì)中可以起到一定作用[7]。

近年來，對硅肥的研究集中在#1可持續(xù)農(nóng)業(yè)、#2缺硅土壤、#4植物防御和#6磷酸鹽溶解菌上，隨著農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展以及超出土壤負荷的高產(chǎn)，部分土地出現(xiàn)缺硅現(xiàn)象，需要通過補充硅源以使作物獲得足夠的硅，同時研究發(fā)現(xiàn)硅對改善植物的防病蟲害起到促進作用[8]。

2.4 關(guān)鍵詞分析

通過對收集文獻的關(guān)鍵詞進行共現(xiàn)分析，可得出硅肥研究領(lǐng)域的研究熱點，并對該領(lǐng)域研究的主題結(jié)構(gòu)發(fā)展變化進行分析，文章通過對關(guān)鍵詞進行共現(xiàn)分析。通過對關(guān)鍵詞進行聚類，得到9個關(guān)鍵的聚類，見圖4。

從圖4可以看出，中心度最高的聚類為0#硅肥，同時也是最大的聚類，聚類中的關(guān)鍵詞包含有硅肥、糧食產(chǎn)量、水稻、玉米等，研究發(fā)現(xiàn)，硅肥在水稻等禾本作物中能夠明顯的增加谷物的產(chǎn)量[9]。

1#、8#和6#等3個聚類的主題分別為土壤肥力、植物養(yǎng)分和土壤檢測，這3部分的研究存在較多交叉，可以看出，對土壤肥力的影響是多方面的[10-12]，這些研究主要關(guān)注土地的肥力測試、土壤的生態(tài)健康、植物養(yǎng)分、植物有益元素、葉面施肥、生物應(yīng)激等。

2#和3#中的主題是重金屬和土壤板結(jié)，這2個聚類與聚類1#有一定的重疊，這2個主題的研究關(guān)于硅肥在抑制土壤中Cd、Pb、As重金屬的影響[16]，以及多孔硅酸鈣等硅肥對于改善土壤板結(jié)中的作用[13,14]。

4#、5#和7#分別是關(guān)于因素分析、成分和離子交換，這3個聚類相對較為獨立，其中因素分析包括地質(zhì)化學(xué)、水質(zhì)、鹽分等，硅肥成分研究包括鋼渣、K2MgSiO4、CaSiO3、粉煤灰等含硅礦物；離子交換主要研究包括有N、P、Si等養(yǎng)分離子的吸收，以及硅肥的緩釋作用等[15,16]。

圖4 關(guān)鍵詞聚類

以對關(guān)鍵詞進行時間線展示如圖5，從圖5可以清晰展示出硅肥研究的知識演進以及文獻的相互影響，從20世紀90年代中期主要關(guān)注點在土壤健康質(zhì)量、農(nóng)家肥料、水稻以及糧食產(chǎn)量上，隨后在2000年左右，硅肥的研究開始出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，并產(chǎn)生了大量的引用，并且受到持續(xù)的關(guān)注，同時逐漸向抗氧化性、水質(zhì)等研究方向轉(zhuǎn)變。

圖5 關(guān)鍵詞時間線演化

2.5 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析

突現(xiàn)分析可以對某一主題的研究的關(guān)鍵節(jié)點進行分析，挖掘出活躍的前沿主題，通過突現(xiàn)率可以研究其中某一時間段內(nèi)活躍的關(guān)鍵詞，并了解未來的研究趨勢，圖6展示了關(guān)鍵詞的突現(xiàn)圖譜，其中突現(xiàn)強度最大的關(guān)鍵詞是硅肥，其次是植物養(yǎng)分和水質(zhì)等，其中養(yǎng)分管理、因素分析以及病蟲害管理和重金屬，在早期受到關(guān)注較大，硅肥、植物養(yǎng)分、葉面施肥、水稻、可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)等逐漸成為關(guān)注的熱點。

圖6 關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖譜

3 結(jié)論與展望

本文通過運用Citespace軟件，以硅肥為主題詞對發(fā)表在WOS上的相關(guān)文獻進行數(shù)據(jù)挖掘和計量分析，以可視化的方式探索硅肥研究領(lǐng)域的演進歷程、研究主題和發(fā)展趨勢。

通過對硅肥研究共被引文獻及前沿分析，硅肥早期研究以植物對硅的吸收、土壤板結(jié)、土壤酸化開始入手，逐漸深入到硅肥對于提高作物產(chǎn)量、抑制重金屬吸收，近年來對硅肥研究逐漸深入到缺硅土壤、植物防御以及可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)方面。通過對硅肥關(guān)鍵詞共現(xiàn)和突現(xiàn)關(guān)鍵詞分析，近年來硅肥的研究熱點主要集中植物養(yǎng)分、葉面施肥、水稻、可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)等關(guān)鍵主題上。

鑒于本文研究僅以硅肥為主題關(guān)鍵詞進行分析，尚未對其他的肥料進行研究，具有一定的局限性，但是收錄發(fā)表文獻的學(xué)者多是長期充實肥料領(lǐng)域理論和實踐研究的主體，研究成果在一定程度上能夠反映出硅肥領(lǐng)域研究的主題和內(nèi)容體系，對于肥料領(lǐng)域的研究也具有一定的參考價值。