基于Web of Science文獻計量的畜禽糞便和碳中和研究態勢分析

侯紅陽 袁紫儀 王琰 呂娜娜 操一凡 沈宗專 李榮

摘要：為了解畜禽糞便和碳中和領域的最新熱點和發展趨勢，通過Web of Science核心合集數據庫，以“畜禽糞便和碳中和”為主題進行高級檢索，選取1994-2022年全球學者發表的1 812篇英文文獻，利用可視化分析軟件VOSviewer、HistCite、CiteSpace等，主要對年發文量、學科分布、期刊分布、研究國家、研究機構、研究作者、研究熱點與發展趨勢等指標進行計量分析。結果表明：1994-2022年，國際上畜禽糞便和碳中和領域文獻量整體呈上升趨勢，其中中國發文量最高且呈現較快發展狀態，其次是美國，說明中美兩國對該領域研究較為重視。環境學是所涉及的主要學科，占論文總數量的27.7%。發文量位列前三的學術期刊為Agriculture Ecosystems & Environment、Science of the Total Environment、Soil & Tillage Research。總聯系強度參數位列前三的機構分別為來自中國的中國科學院、中國農業科學院和美國的科羅拉多州立大學。由關鍵詞共線網絡發現碳封存是出現次數最高的關鍵詞，說明碳封存是該領域的研究熱點。引文分析的關鍵詞突發性檢測發現放牧管理、有機碳封存、糞便管理為畜禽糞便和碳中和研究的未來趨勢。綜上所述，中美兩國在畜禽糞便和碳中和領域研究方面位于世界前列，以有機碳封存為主的研究正成為目前主要研究熱點。

關鍵詞：畜禽糞便；碳中和；文獻計量方法；可視化分析

中圖分類號：X713文獻標識碼：A文章編號：1000-4440（2024）04-0652-09

A bibliometric study of papers in the field of livestock manure and carbon neutrality based on the Web of Science database

HOU Hong-yang，YUAN Zi-yi，WANG Yan，LYU Na-na，CAO Yi-fan，SHEN Zong-zhuan，LI Rong

（Jiangsu Provincial Key Lab for Organic Solid Waste Utilization/Key Laboratory of Plant Immunity/Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization/College of Resources and Environmental Sciences， Nanjing Agricultural University， Nanjing 210095， China）

Abstract：In order to understand the latest hotspots and development trends in the field of livestock manure and carbon neutrality， 1 812 English documents published by global scholars from 1994 to 2022 were selected by an advanced search on the theme of “livestock manure and carbon neutrality” in the Web of Science core collection database. Using visual analysis softwares （VOSviewer， HistCite， CiteSpace， etc.）， we mainly analyzed the annual number of papers， subject distribution， journal distribution， research countries， research institutions， research authors， research hotspots and development trends. The results showed that from 1994 to 2022， the number of literature in the field of livestock manure and carbon neutrality in the world showed an overall increasing trend. China had the highest number of publications and exhibited a rapid development， followed by the United States， indicating that China and the United States attached more importance to research in this field. Environmental science was the main subject involved in this field， and the number of papers published in environmental science accounted for 27.7% of the total number of papers. The top three academic journals in terms of the number of publications were Agriculture Ecosystems & Environment， Science of the Total Environment and Soil & Tillage Research. The top three institutions in terms of the total link strength were Chinese Academy of Sciences， Chinese Academy of Agricultural Sciences and Colorado State University. Carbon sequestration was found to be the keyword with the highest number of occurrences by the keyword collinear network， indicating that carbon sequestration was a research hotspot in this field. The results of keyword burst detection of citation analysis showed that grazing management， organic carbon sequestration and manure management were the future trends of livestock manure and carbon neutralization research. In summary， China and the United States are at the forefront of the world in the research of livestock manure and carbon neutralization， and the research based on organic carbon sequestration is becoming the main research hotspot at present.

Key words：livestock manure；carbon neutrality；bibliometric methods；visual analysis

全球氣候正處于變暖的大勢趨中，全球變暖對生態系統產生了巨大的影響[1-2]。對于“全球變暖是否停滯”這一問題，國際科學界引起了一場新的討論，最終達成“地球上的氣候仍然持續升溫，沒有停止”這一共識[3-4]。中國是一個農業大國，根據聯合國糧農組織估計，就種植與養殖兩個環節而言，在農業生產過程產生的二氧化碳分別達到了全世界人為溫室氣體排放量的30%和18%以上。種養分離導致了畜禽糞便的資源化應用受到阻礙，一方面，畜禽糞便的大規模排出會對生態系統產生嚴重的影響，另一方面，農田過量使用化肥又會導致農田土壤的有機質含量降低，加重了農田非點源污染[5-6]。張衛建等[7]基于國內農業碳排放現狀，認為在糧食安全的大環境下，種植業的碳排放量已經基本達峰，而農業碳排放達到頂峰的峰值及進程將取決于畜牧業的發展水平。碳中和被認為是減緩氣候變化的重要措施之一，它可以通過吸收、存儲溫室氣體以及減少溫室氣體的排放來達到減緩氣候變化的目的。在“雙碳”大背景下，畜禽糞污和碳中和這兩個領域的結合具有重要的意義和應用價值。

文獻計量學通過統計學和數學方法對信息載體進行定量分析，是一門交叉學科。它能夠系統地分析某一研究領域的整體發展狀況，了解該領域研究的整體方向和未來趨勢，為科學研究提供方向指引[8]。可視化分析軟件VOSviewer和CiteSpace已經被廣泛應用于農學、經濟學、醫學等多個學科領域的研究中[8，9-12]。盡管前人已經對畜禽糞便和碳中和開展了大量研究，但是對該領域的發展脈絡分析卻鮮有報道。因此，本研究以畜禽糞便和碳中和為主題，利用文獻計量分析方法，結合可視化分析VOSviewer、HistCite、CiteSpace等軟件對Web of Science核心合集數據庫中有關文獻進行分析，包括年發文量、主要學科分布和期刊分布、主要作者及研究機構等方面分析中國畜禽糞便和碳中和研究現狀，并利用對關鍵詞的聚類分析以及突發性檢測分析來探究本領域的研究熱點與前沿，對畜禽糞便和碳中和研究領域的背景、現狀與發展趨勢進行全面闡述，并提出一些新的思路和觀點，以期為畜禽糞便和碳中和研究領域的發展提供一定的理論支撐。

1材料與方法

1.1數據來源

本研究通過Web of Science核心合集（文獻類型選擇article和review）作為數據源，選取1994-2022年的文獻作為研究對象，以“畜禽糞便和碳中和”為主題，以TS（主題） = （“Carbon sequestration*” OR “Carbon emissions*” OR “Carbon neutral*” OR “Carbon peaking*” OR “Carbon trading*”） AND （“livestock*” OR “manure*” OR “poultry*” OR “cow manure*” OR “chicken manure*” OR “pig manure*”）為檢索條件進行高級檢索，檢索時間為2023年1月15日。經過刪除與主題詞無相關的文獻，最終得到英文文獻1 812篇。

1.2研究方法

采用可視化分析VOSviewer、HistCite、CiteSpace等軟件對年發文量、主要學科分布和期刊分布、研究國家、研究機構、研究作者、研究熱點與未來發展趨勢等指標進行計量分析。

本研究使用可視化分析軟件VOSviewer進行共現分析，分析研究國家、研究機構和研究學者之間的合作關系，并探索該領域研究的熱點話題。使用VOSviewer軟件繪制網絡圖，圓的直徑大小代表發文量的多少，而線條的寬窄代表關聯總強度的高低。通過該圖可以清晰看出各個國家、機構和學者之間的合作情況，以及各自在該領域的研究實力。在關鍵詞共現分析方面，本研究使用VOSviewer軟件設置閾值為30，得到該領域最熱門的話題。

CiteSpace是一款功能強大的科學文獻分析工具，能夠對特定的知識領域進行追蹤、處理、計量，從而找到關鍵的路徑和知識發展拐點，分析科研領域的研究脈絡，并探索學科的最新動態[13]。本研究通過CiteSpace軟件，對2017年前后兩個時期的關鍵詞突現指標和發展趨勢進行了分析。通過比較不同時間段的數據，可以了解某一領域的研究方向和重點，及時關注學科的最新發展，從而更好地指導和促進科研工作的進展。

為了解畜禽糞便和碳中和領域論文發表的主要期刊，可以使用HistCite中的本地引用次數（TLCS）和總引用次數（TGCS）指標。TLCS表示輸入HistCite數據庫中一篇論文被其他文獻引用的次數，而TGCS表示輸入HistCite數據庫中一篇論文被WOS數據庫中全部文獻引用的次數。因為HistCite中的論文都是與主題詞相關的相關文獻，所以TLCS值越高，說明其內容在本領域的影響力越大[14]。

2結果與分析

2.1畜禽糞便和碳中和領域論文年度分布和國家分布

通過對每年國際上的文獻發表數量的統計，可以清楚地了解畜禽糞便和碳中和的研究歷程。從20世紀90年代，國際上對畜禽糞便和碳中和的熱度不斷提高，有關文獻數量大體呈現增長趨勢（圖1），可見畜禽糞便和碳中和領域是當前農業科學研究關注的熱點。從發表論文數量來看（圖1），中國（488篇）、美國（445篇）、印度（184篇）、澳大利亞（142篇）、德國（127篇）在畜禽糞便和碳中和研究方面處于領先地位，中國發表論文數量最高且發表論文數量增長速度最快，其次是美國。通過比對發表論文數量排名前五的國家發現，中國雖然在該領域的研究起步相對較晚，但后期發展態勢較好。1994-2017年，中國發表論文數量呈緩慢增長，發表論文總量173篇，平均每年發表論文7.5篇，發表論文總量僅占國際上發表畜禽糞便和碳中和領域論文總量的19.82%。說明這一階段中國畜禽糞便和碳中和領域研究處于探索期。2018-2022年，中國發表論文數量快速增長，發表論文總量315篇，平均每年發表論文78.8篇，發表論文總量占國際上發表畜禽糞便和碳中和領域論文總量的33.55%，說明在此階段中國畜禽糞便和碳中和研究成為農業研究的重要一環，越來越受到研究人員的重視。

2.2畜禽糞便和碳中和領域論文發表的學科分布和期刊分布

通過WOS檢索分析，選取畜禽糞便和碳中和論文發文量前10的學科（圖2），發現環境科學、土壤學、農學、農業多學科、生態學這5個學科發文量較多，分別占總發文量的27.1%、17.5%、10.3%、9.7%、9.4%。此外，畜禽糞便和碳中和的研究領域還涉及農業，乳制品和動物科學、多學科科學等諸多學科，說明畜禽糞便和碳中和的研究涉及的學科眾多，涵蓋的內容廣泛，交叉學科的研究對推動該領域創新發展也起著十分重要的作用。

可視化軟件HistCite分析結果表明（表1），發文量排名前3的期刊有Agriculture Ecosystems & Environment（94篇）、Science of the Total Environment（57篇）和Soil & Tillage Research（54篇）。本地引用次數（TLCS）、總引用次數（TGCS）相對較高的期刊有Agriculture Ecosystems & Environment、Geoderma等，且大多數期刊屬于環境科學和土壤學領域。其中，影響因子最高的期刊是Journal of Cleaner Production，近5年影響因子達到11.02（2017-2021），該期刊是一份國際性、跨學科的雜志，文章內容涉及清潔生產、環境和可持續發展等領域。

2.3國家、機構、作者間的合作空間特征

基于VOSviewer軟件可視化網絡圖譜分析（圖3），國家之間的合作是實現創新性研究、提高科研能力的重要途徑之一。總聯系強度參數（TLS）結果表明，美國（386）、中國（333）、德國（260）、澳大利亞（208）以及意大利（197）分別為排名前5的國家，這些國家有著較強的影響力且與其他國家合作較多。其中，中國與美國、澳大利亞、英格蘭、巴基斯坦在畜禽糞便和碳中和領域的合作研究較為頻繁。

發文機構合作網絡分析圖譜結果表明（圖4），中國科學院與其他機構合作關系密切。在總聯系強度參數（TLS）的排序中，中國科學院（169）位列第一，其次分別是中國農業科學院（110）、科羅拉多州立大學（62）、阿伯丁大學（60）、中國科學院大學（57）。在發文量方面，中國科學院（147篇）是發文量最高的機構，中國農業科學院（79篇）、美國農業部農業研究局（62篇）、俄亥俄州立大學（48篇）以及西北農林大學（40篇）分別是發文量僅次于中國科學院的機構。具體來說，中國科學院主要與中國農業科學院、中國農業大學、西北農林科技大學、南京農業大學等機構均有較為密切的合作，主要為國內合作較為緊密；而俄亥俄州立大學主要與美國農業部農業研究局、印度農業研究理事會等國際間學術科研機構有較為密切合作。

從發文作者的合作關系和發文量來看（圖5），來自美國俄亥俄州立大學的Lal，英國阿伯丁大學的Smith，中國農業科學院的徐明崗、張文菊等是畜禽糞便和碳中和研究領域內論文高產出研究學者，發文量均在20篇以上。總聯系強度參數（TLS）結果表明，Lal（23）、徐明崗（23）、Kundu，（17）、Smith（13）、Bhattacharyya（12）等與其他作者的合作關系密切。

2.4畜禽糞便和碳中和領域的研究熱點

關鍵詞的出現頻率與其有關研究主題的關注度密切相關。在該研究中，出現次數最高的關鍵詞是碳封存（828次），表明在該研究領域中碳封存是目前的研究熱點（圖6）。在關鍵詞共現網絡中，與碳封存關系密切的有管理、糞肥、有機質、溫室氣體排放等。根據關鍵詞共現網絡分析結果，可以將畜禽糞便和碳中和研究領域劃分為4個聚類，其中不同顏色的節點代表不同的聚類。紅色聚類的主要研究方向是探索畜禽糞便中的有機質和微生物量對土壤有機質和碳封存的影響，關鍵詞包括碳封存、氮氣、有機質、產量、微生物量、土壤有機質和作物栽培制度等，表明科學家們一直關注畜禽糞便中的微生物數量對土壤有機質的影響，同時體現出科學家們還關注不同的作物栽培制度對微生物群落的多樣性和酶活性所造成的影響。藍色聚類的主要研究方向是探索一些新的土地管理方法，關鍵詞包括管理、封存、土地利用、森林、氣候和生態系統服務等，表明通過優化土地利用、森林保護和生態服務系統建設等方法來增強土壤固碳能力，旨在實現可持續發展和保護生態環境。黃色聚類的主要研究方向是探索畜禽糞便的不同管理方式使其資源最大化，關鍵詞包括糞肥、生物炭、生物量、土壤肥力率和混合肥料等，畜禽糞便除了可以制成有機肥料外還可以高溫熱解制備成土壤改良劑——生物炭，改良劑和肥料結合能夠提高土壤質量和農作物產量，增強土壤固碳能力以及減少溫室氣體排放，可見畜禽糞便的高效加工利用受到廣泛關注。綠色聚類的主要研究方向是畜禽糞便在農業生產過程中產生的溫室氣體對氣候變化的影響，關鍵詞包括溫室氣體排放、氣候變化、土壤碳封存和影響等，表明溫室氣體排放引起氣候變化的環境問題在該領域受到研究者的高度重視。

2.5畜禽糞便和碳中和研究的發展趨勢

通過CiteSpace分析了畜禽糞便和碳中和研究領域論文中關鍵詞突現指標，以說明特定時期的研究熱點。表2中的加粗虛線是熱條，代表引文爆發最強的時間段[15]。將1994-2022年關鍵詞突現指標劃分為2個時間段（1994-2016年和2017-2022年）來描述畜禽糞便和碳中和研究領域的發展趨勢。1994-2016年有機質、作物輪作、保護性耕作、生物炭的突現指標相對較強，長期試驗、農家肥突現時間相對較久。長期試驗是評估農家肥對土壤碳儲量和土壤質量影響的有效手段。畜禽糞便中的有機質含量和耕作制度是影響畜禽糞便碳封存和土壤質量的重要因素，而農家肥的科學施用和管理以及生物炭等土壤改良劑的使用可以提高土壤有機質和碳儲量。2017-2022年放牧管理、有機碳封存、糞便管理等關鍵詞突現指標較強，合理的放牧管理和糞便管理對增加土壤有機質積累和土壤有機碳封存有著重要作用。目前，針對畜禽糞便的管理技術越來越多樣化，包括沼氣發電、生物炭制備、有機肥料制備等這些技術的發展和應用將是未來的熱點和趨勢。

3結論

隨著全球氣候變化和環境污染問題的日益突出，碳中和已經成為一項備受關注的全球性倡議[16]。而畜禽糞便則作為一種重要的有機廢棄物資源，其管理和利用對于實現碳中和目標具有著重要的意義[17]。

在畜禽糞便和碳中和研究領域中，中國、美國、印度、澳大利亞是論文發表數量最多的國家，其中，雖然中國畜禽糞便和碳中和的研究起步較晚，但發展迅速且發文量最高。Lal、Smith、徐明崗、張文菊等是畜禽糞便和碳中和研究領域中論文高產出研究學者。該研究領域研究論文主要發表的學術期刊有Agriculture Ecosystems & Environment、Science of the Total Environment、Soil & Tillage Research，本地引用次數較高的期刊有Soil & Tillage Research、Agriculture Ecosystems & Environment等。該領域的國外研究機構主要有科羅拉多州立大學、俄亥俄州立大學、阿伯丁大學、美國農業部農業研究局等，國內研究機構主要有中國科學院、中國農業科學院、中國農業大學、南京農業大學等。

關鍵詞共現網絡和關鍵詞突發性檢測結果顯示，有關畜禽糞便和碳中和相關研究主要集中于畜禽糞便中有機質和微生物量對土壤有機質和碳封存的影響。探索一些新的土地管理方法以增強土壤碳匯能力，把畜禽糞便加工成有機肥料或者土壤改良劑以增強土壤有機質含量，減少畜禽糞便在農業生產過程中產生的溫室氣體。

本研究結果表明，畜禽糞便和碳中和領域過去多集中于研究畜禽糞便中有機質含量、土地利用方式、農家肥的科學使用和管理等，近年來通過對關鍵詞等分析發現放牧管理、有機碳封存、糞便管理是未來的研究熱點和發展趨勢。此前已有大量研究結果表明長期施肥可以提高土壤碳儲量，而適當的糞便管理和土壤改良措施可以進一步增加土壤碳儲量[18-20]。先前的研究探索為農業可持續發展和環境保護提供重要的理論基礎和實踐指導，有助于緩解氣候變化和改善生態環境。針對畜禽糞便管理的問題，需要開展更多的實證研究，探討不同糞便處置方法對于土壤有機碳封存和碳中和的影響，如沼氣發電、生物炭制備、有機肥料制備等，以及不同處置方法之間的比較和優化。未來，研究人員需要進一步探索更加可持續的糞便管理方法和土地利用模式，以減少養殖業的碳排放。

參考文獻：

[1]方精云，朱江玲，石岳. 生態系統對全球變暖的響應[J]. 科學通報，2018，63（2）：136-140.

[2]LI L F， ZHENG Z Z， BIEDERMAN J A， et al. Ecological re-sponses to heavy rainfall depend on seasonal timing and multi-year recurrence [J]. The New Phytologist，2019，223（2）：647-660.

[3]HUANG J B， ZHANG X D， ZHANG Q Y， et al. Recently amplified arctic warming has contributed to a continual global warming trend [J]. Nature Climate Change，2017，7（12）：875-879.

[4]HUANG J P， YU H P， DAI A G， et al. Drylands face poten-tial threat under 2 ℃ global warming target [J]. ?Nature Climate Change，2017，7（6）：417-422.

[5]王瑩. 我國農業面源污染防治法律制度研究[D]. 哈爾濱：東北林業大學，2011.

[6]王陽. 長期施用化肥對土壤有機質含量及其組成的影響[D]. 長春：吉林農業大學，2015.

[7]張衛建，嚴圣吉，張俊，等. 國家糧食安全與農業雙碳目標的雙贏策略[J]. 中國農業科學，2021，54（18）：3892-3902.

[8]張超，文濤，張媛，等. 基于文獻計量分析的鐮刀菌枯萎病研究進展解析[J]. 土壤學報，2020，57（5）：1280-1291．

[9]陳香，李衛民，劉勤. 基于文獻計量的近30年國內外土壤微生物研究分析[J]. 土壤學報，2020，57（6）：1458-1470．

[10]CHEN C M. CiteSpace Ⅱ：detecting and visualizing emerging trends and transient patterns in scientific literature [J]. Journal of the American Society for Information Science and Technology，2006，57（3）：359-377．

[11]ECK N J V， WALTMAN L. Software survey：VOSviewer， a computer program for bibliometric mapping [J]. Scientometrics，2010，84：523-538．

[12]邢素芝，李孝良，肖新，等. 基于CiteSpace可視化分析有機肥料研究進展[J]. 土壤，2020，52（4）：659-667．

[13]陳昱，馬子涵，古潔靈，等. 環境成本研究：合作、演進、熱點及展望——基于CiteSpaceV的可視化分析[J]. 干旱區資源與環境，2019，33（6）：11-22.

[14]陳雪，袁紫儀，林湘岷，等. 基于Web of Science文獻計量的我國節水農業研究態勢分析[J]. 中國農業大學學報，2022，27（8）：198-207.

[15]ZHANG Y， PU S Y， LYU X， et al. Global trends and prospects in micro plastics research：a bibliometric analysis[J]. Pre-Proof， 2020， 400. DOI：10.1016/j.jhazmat.2020.123110.

[16]張雅欣，羅薈霖，王燦. 碳中和行動的國際趨勢分析[J]. 氣候變化研究進展，2021，17（1）：88-97.

[17]朱志平，董紅敏，魏莎，等. 中國畜禽糞便管理變化對溫室氣體排放的影響[J]. 農業環境科學學報，2020，39（4）：743-748.

[18]徐明崗，于榮，孫小鳳，等. 長期施肥對我國典型土壤活性有機質及碳庫管理指數的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2006，12（4）：459-465.

[19]許文志，歐陽平，羅付香，等. 中國畜禽糞污處理利用現狀及對策探討[J]. 中國農學通報，2017，33（23）：106-112.

[20]王瑞峰，趙立欣，沈玉君，等. 生物炭制備及其對土壤理化性質影響的研究進展[J]. 中國農業科技導報，2015，17（2）：126-133.

（責任編輯：成紓寒）

收稿日期：2023-03-07

基金項目：江蘇省農業科技自主創新基金項目[CX（22）2043]；中國科學院戰略先導科技專項（XDA28070302）；中央本級重大增減支項目（2060302）

作者簡介：侯紅陽（1999-），女，河南駐馬店人，碩士研究生，主要從事農業廢棄物資源化利用研究。（E-mail）2081087212@qq.com

通訊作者：沈宗專，（E-mail）shenzongz@njau.edu.cn