寒區土壤水運移研究熱點與進展
——基于科學計量分析法的可視分析

孫佳歆，杜 崇，胡金輝,2，王 寧,2，李 贊,2

(1.黑龍江大學 水利電力學院，黑龍江 哈爾濱 150080;2.中俄寒區水文水利工程聯合實驗室，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 引言

自國務院發布《水污染防治行動計劃》以來，寒區水資源保護已取得巨大成就，但還存在不少需要解決的問題，如土壤鹽堿化、地下水超采帶來的地下水漏斗、氨氮元素和重金屬超標等。這些問題都是近期地下水研究的熱點問題，根據田長彥在2016年的研究結果表明新疆地區的鹽堿化耕地約233萬hm2，占總耕地面積的37.7 %[1]。近年來發現，哈爾濱、綏化等地地下水出現氮氨元素及重金屬含量超標引起的水質惡化情況；另外部分地區如延壽、通河地下水開采量達到70%以上，嚴重破壞了當地的水資源合理調配[2]。因此，土壤水分運移的研究仍具有現實意義。

《中西醫結合心血管病雜志》雜志來稿內容應遵循本刊稿約要求和各欄目說明，除內容要求以外，特提醒作者注意以下情況。

土壤水運移的相關研究一直是水文方面的研究熱點問題。程國棟[3]、陳珊珊[4]、秦越[5]、楮永磊[6]等針對凍土退化方面進行研究發現，近十幾年來多年凍土隨著氣溫升高而退化，甚至產生一系列森林濕地環境的問題，嚴重影響了寒區水資源和水生態環境。因此對寒區土壤水分運移的研究現狀及未來研究前景的分析具有重要意義。本文基于Citespace可視化軟件對寒區土壤水方向近20年30000余篇學術論文進行了統計和分析?；仡櫤畢^土壤水研究熱點問題，思考并探討寒區土壤水運移研究的當前主要問題和發展趨勢，為后續相關研究提供參考。

2 研究方法

2.1 研究方法

目前，科學計量分析(Scientometric analysis)中專門針對科學計量學開發的工具有Citespace、VOCviewer等；在進行分析時，選用圖譜相對靈活，聚類時可提取關鍵信息、具體節點等信息[7]能更直觀反映出實際情況，故在研究時更適合選用Citespace進行分析。

Citespace是由ChaomeiChen開發的知識圖譜可視化分析軟件，此軟件通過科學計量學對科學文獻進行定量的分析，從而更全面地了解研究領域的知識結構，它可以通過統計學的方法展示關鍵詞、作者、科研機構、所在國家等文獻的基本特征[8]構建對應研究目標的知識圖譜，展示一定時間內的此研究方向的研究進展。依據Citespace軟件對寒區土壤水分運移相關文章進行的分析圖譜解讀，分析并得到我國寒區土壤水研究的進展和研究前沿。

2.2 數據來源

使用Citespace對CNKI數據庫中2000年有關寒區土壤水研究的中文相關文獻的作者分析。對發文量大于10篇的作者進行統計并檢索部分有關寒區土壤水方面被引次數較高的文獻。如表1所示，其中發文量較高的學者集中在中國科學院、太原理工大學、四川農業大學、東北農業大學等機構，其中研究地區大多集中在西北和青藏高原，對東北地區的研究相對較少。

3 結果與分析

3.1 發文量分析

研究領域的研究情況可以一定程度地反映發文量時間分布。如圖1所示，我國文獻寒區土壤水運移的發文量總體呈上升趨勢，根據數量特征可以將此類研究的發展分為3個階段：第Ⅰ階段從2000～2007年發文量較少，研究大多比較零散；第Ⅱ階段從2007到2009年是快速發展階段，期間發表的文獻量處于穩定上升的狀態；第Ⅲ階段是在2009年之后，發文量進入了平穩上升階段[10]。

圖1 2000～2020年寒區土壤水研究文獻年度發文量分布

3.2 作者分析

通過檢索中國知網數據庫(CNKI)中中文文獻和WOS數據庫(Web of Science核心合計)中英文數據庫中與土壤水相關的關鍵詞進行可視化分析。中國知網數據庫中的檢索2000年1月1日至2021年4月15日中關鍵詞包括但不限：“地下水遷移”“土壤水遷移”“未凍水遷移”“土壤凍融”等有關寒區地下方面的文獻共2176篇。在WOS數據庫中檢索2007年1月1日至2021年4月15日中關鍵詞包括但不限：“groundwater migration”“seasonal frozen soil area”“soilwatertransport”“unfrozen water migration”的相關文獻30245篇[9]。

表1 CNKI數據庫中寒區土壤水研究的作者發文量及其代表文獻

3.3 國家及發文機構分析

1.4 統計學分析 運用SPSS 20.0統計學軟件對數據進行統計學分析，計數資料數據以[例(%)]表示，組間比較采用χ2檢驗；計量資料數據以表示，組間比較采用t檢驗；P<0.05為差異有統計學意義。

3.3.1 基于CNKI數據庫的發文機構分析

此處利用分析CNKI數據庫中的與寒區土壤水有關的文獻，此圖譜可用于分析該領域的研究機構情況圖。如圖2所示，其中得到N=480；E=326(Density=0.0028)，即節點數為480，連線數為62，密度為0.0028[22]。它表示合作關系較松散。在機構合作圖譜中：發文量在20篇以上的機構共有9所，居前三位的是中國科學院大學、中國科學院西北生態環境資源研究院、太原理工大學，其發文量占總發文量的9.6%。

生態學解釋?？_爾和懷特的生態理論模式認為個人因素和環境因素導致職業倦怠，因此，高?；鶎有姓芾砣藛T在工作中，由于個人原因和周圍環境的影響，職業倦怠漸漸形成并成為一種普遍存在的現象，并且不會因為年齡增長和工作年限的不斷增加而減弱。和諧處理個人與生態環境的關系是有效擺脫職業倦怠的方式，必須擁有自我調適能力，直面工作中的挫折和壓力，堅定職業信念，注重個人與組織生態環境共同體。

圖2 CNKI數據庫中寒區土壤水研究機構間合作網絡圖譜

3.3.2 基于WOS數據庫的發文國家及發文機構分析

隨著“互聯網+”時代的到來，信息化的浪潮給人們的生活方式和生活理念帶來了強烈沖擊，使得人們的行為方式發生了許多改變。信息化發展給高校的教學和管理帶來了便利，但同時也把一些不良的思想觀念帶到了高校，這對高校的思想政治教育工作來說是一種挑戰。

CUI Xiaowei， DI Yanqing， LENG Xinyan, et al. Study on the stabilization of Pb2+ by cementitious materials prepared with metallurgical slag[J]. Conservation and utilization of mineral resources, 2018(6):103-106.

ABB一直積極致力于幫助各行各業的中國客戶實現智能化轉型升級，提升運行時間、提高速度和產量，構建智能工廠，擁抱第四次工業革命浪潮下的前沿技術?；贏BB數字化先驅優勢，全球750多個工廠的ABB 機器人已經實現互聯，并生成數據。ABB AbilityTM互聯服務平臺支持對單臺或所有互聯機器人的狀態和性能進行監控，事故率可減少25%，響應速度和問題解決速度可提高60%，全天候運行支持短節拍、多品種、小批量生產，幫助工廠有效提升運營效率。

圖3 CNKI數據庫中寒區土壤水研究參與國家合作網絡圖譜

圖4 WOS數據庫寒區土壤水研究機構合作網絡

整理并得到發文量大于250篇的機構如表2所示，可以看出發文量排名前5的依次是中國科學院、美國地質調查局、美國農業部、中國科學院大學、中國地質大學。

表2 WOS數據庫中寒區土壤水研究機構及發文量統計

3.4 關鍵詞分析

模型右邊的M(θ)為5×5慣性力矩陣，它是由機械手自身運動所產生的；為5×1矩陣，它是離心力和科氏力；G(θ)表示機械手自身重力。要考慮到系統運動時平臺和機械手之間的相互作用力對模型的影響，那么等式的右邊應該還包括由平臺的運動在機械手上產生的慣性力離心力和科氏力表示移動平臺的速度。這些力和力矩可以由平臺部分的結構參數和機械手的動力學方程計算得到，即機械手的逆動力學模型為：

3.4.2 基于WOS核心合集相關主題詞統計分析

表3 CNKI數據庫中關于寒區土壤水關鍵詞出現次數

續表3

對關鍵詞出現超過20次的詞進行統計并歸類，如表3所示。可以看出：與研究區相關的關鍵詞出現頻率從高到底依次為青藏高原、松嫩平原、黑河流域、黃土高原、天山林區等；有關研究對象關鍵詞出現的頻率從高到底依次為黑土、紫色土、黃土、林區土壤、濕地土壤、非飽和土、高寒草甸土、鹽堿土、坡面土壤、坡面土壤等；有關研究內容的關鍵詞出現的頻率從高到低依次為熱量傳遞、水鹽運移、核素運移、土壤水分、土壤氮素、力學性能等方面；有關研究方法的關鍵詞出現頻率從高到低依次為室外凍融試驗、室外觀測試驗、模型模擬、數值模擬、遙感觀測等。

通過對2007～2021年WOS中土壤凍融文獻的關鍵詞進行分析，得到寒區土壤水運移研究文獻共被引圖。如圖5 所示，其主要的關鍵詞有：transport、model、solute transport、sediment、nitrogen、climate change、contamination、organic matter、nitrate、soil erosion等，即在土壤水運移過程中關鍵詞多集中于模型、溶質運移、氮元素運移、有機物變化、硝酸鹽。這是由于一方面土壤水分運移過程中伴隨著熱通量和溶質的運移，另一方面由于凍土活動的變化有關寒區土壤水分運移帶來的風險和危害逐漸成為人們關注的重點[23]。

3.5 研究熱點分析

研究熱點可以采用時間線圖譜和關鍵詞聚類圖表示，基于Citespace繪制了文獻共被引時間線圖。如圖5所示，時間線圖譜可直觀的反映研究課題出現的時間，關鍵詞聚類圖譜則可展示研究比較集中的方向。可以看出凍融作用，土壤溫度，入滲方面的研究寒區土壤水分運移的基礎，而隨著人類活動和氣候變化愈發的不穩定，人們的研究重點開始轉向土壤侵蝕的危害及土壤污染物如；氨氮、水鹽、有機農藥等。

圖5 CNKI數據庫中寒區土壤水文獻共被引時間線

4 討論

在對中文文獻的分析中可以看出我國有關寒區土壤水運移方向的研究自2000年以來發文量就一直呈上升趨勢，在對英文文獻的分析中可以看出，中科院是有關寒區土壤水研究最大的發文機構，然而我國的總發文量仍遠低于美國，說明了我國對于寒區土壤水的研究還不夠深入。其中中文文獻中出現頻率較高的關鍵詞是土壤水，多年凍土，核素，重金屬等，而國外文獻中溶質運移，氮元素運移，有機物，硝酸鹽等的出現頻次較高。

3.4.1 基于CNKI數據庫關鍵詞分析

通過Citespace軟件中的發文國家分析得到國家合作圖譜。如圖3、4所示，從中可以看出：中國和美國在寒區土壤水方面的發文量上最多，而德國、法國、加拿大在寒區土壤水方面也有較大程度的研究。

表4 WOS數據庫中關于寒區土壤水關鍵詞出現次數

目前我國在寒區土壤水方向的研究中微生物群落、重金屬運移、放射性核素、凍土退化、改善土壤結構等方面是當前研究的重點。隨著氣候變化和人類活動強度的增強，凍土退化、地下水過度開發等問題逐漸顯現，需要對凍土退化顯著地區的水文、地理及工程等反向進行進一步研究。

目前主要的研究內容體現在以下幾個方面：第一是針對寒區土壤水及溶質運移方面的研究：2017年唐文政通過田間實驗分析了不同地表覆蓋條件下的水鹽運移，并得到了土壤水分和鹽水隨土壤深度正價而遞減的趨勢[24]；2019年趙顯波對東北黑土通過室外檢測室內實驗等方式分析了黑土坡耕地季節融化成的發育過程、土壤營養、氮磷的分布特征及凍融過程中的水熱時間分布[25]。第二方面是針對不同土壤經歷凍融過程后的強度方面的研究：2020年左小鋒針對黑龍江賓縣黑土區進行了黑土凍融作用及抗剪強度的研究。第三方面是針對寒區土壤水中重金屬及核素運移的研究[26]：包括2015年劉文祥通過選用棕壤與風砂土通過研究85Sr、137Cs、60Co進實驗研究得到核素隨土壤水運移的規律[27]；2020年魏亮利用室外取樣和室內模擬，探討了污灌對土壤砷及金屬的分布影響[28]。第四方面是以青藏高原為特色的永久性地下水凍土特色研究：丁明軍在2010年利用遙感對青藏高原的水熱變化進一步進行了研究[29]；2015年王轉基于GIS軟件的支持下對土壤凍融侵蝕的分布特征進行了相關研究[30]；程國棟于2019年總結了青藏高原近年來由于氣候變暖引發的凍土特征參數和活動層，凍土熱機器凍土層中的水文效應及其碳循環的變化趨勢，總結了近年由于凍土退化帶來青藏高原水文方面的凍土變化[31]。

5 結論與展望

基于Citespace分析了國內外近20年國內外有關寒區土壤水分運移的學術論文，通過整理發文量、發文作者、國家與發文機構、文章關鍵詞、文章研究熱點5個描述學科發展方向的要素，并進行分析得到以下結論。

(1)有關寒區土壤水水分運移方面的研究發文量呈現出顯著的上升趨勢，在2008年發文量上升明顯。

(2)在發文量上來看中國在寒區土壤水分運移方面已經取得了大量的研究成果，主要的研究機構集中在中國中西部及東北地區。其中，在此方向上穆彥虎、鄭秀清、陳軍鋒等學者在中文期刊發文量較高，他們分別從實驗模擬，數值分析與氣候變化角度對寒區土壤水分運移進行了研究。

(3)基于關鍵詞的分析結果發現：室內實驗和數值模擬研究寒區土壤水分運移的主要手段；青藏高原，松嫩平原，黃土高原，天山林區是研究的主要地區；多年凍土、凍結活動層、季節性凍土是研究的主要對象；土壤溫度、土壤水分、核素運移是主要的研究目標。

(4)基于研究熱點的分析結果發現：凍融循環及水熱耦合運移是本研究的基礎，農業水土工程、水鹽活動、同位素、BP神經網絡等方面又是近20年來的研究重點，此外研究發現，近幾年出現的海綿城市、土壤改良、微生物群落等方向與寒區土壤水分運移的結合研究，是未來該方向新興的研究趨勢。