基于可視化分析的土壤團聚體有機碳研究進展與熱點

摘要：為更清晰直觀了解國內目前對土壤團聚體有機碳的研究進展和發展趨勢，以核心期刊（CNKI）中的630篇關于土壤團聚體有機碳的研究論文為數據源，基于可視化工具（VOS viewer和Citespace）對研究論文的發文數量、被引頻次、論文作者、機構和關鍵詞等進行可視化研究。研究結果顯示：隨時間推移（2000-2023），中國土壤團聚體有機碳論文發表數量不斷增加，尤其是2007年后增幅較快。發文機構以中國科學院發文量最多且國內影響力最大，西北農林科技大學次之。領域的研究熱點集中在探究保護性耕作（耕作方式和秸稈還田）以及施肥方式等因素對土壤團聚體有機碳空間分布和含量的影響上。研究前沿主要側重于探究生物炭、改良劑對土壤團聚體組成及有機碳含量的影響，未來可能成為研究熱點。

關鍵詞：團聚體有機碳；可視化分析；知識圖譜；文獻計量；研究熱點

中圖分類號：X53 文獻標志碼：A

前言

土壤有機碳不僅僅是植被生長的碳源，保持土壤良好的物理結構，同時還會向大氣中釋放二氧化碳等溫室氣體。土壤團聚體與土壤有機碳緊密相連，土壤有機碳數量提高有利于土壤團聚體的形成及穩定性的增加，而土壤團聚體對土壤有機碳的物理保護作用被認為是土壤碳固定的主要機制。土壤團聚體對有機碳的保護作用主要體現在空間上的不可及性以及調節養分循環和限制氧氣的擴散。

文獻計量學可以對研究領域的整體發展情況進行系統分析，并顯示出該領域的研究熱點與未來趨勢，為后續科研工作提供可參考的方向和依據。目前已有大量學者運用計量學手段分析和整理其研究領域，及時明確領域的熱點問題與趨勢。目前中國關于土壤團聚體有機碳的研究十分廣泛且種類繁雜，雖已經有相關學者通過綜述對該領域進行了系統性研究，但利用文獻計量和可視化的方法了解領域當前研究概況并揭示其未來發展趨勢的研究者較少。因此，文章運用計量學方法探究CNKI核心期刊中關于土壤團聚體有機碳文獻間的聯系，并揭示目前這一領域的熱點及前沿。

1數據與方法

1.1數據收集

文章采用CNKI數據庫作為數據源，采用框式檢索“土壤團聚體有機碳”，檢索時間為2023年1月8日。使用該方式共檢索到相關文獻1 235篇，文獻類型包括學術期刊、學位論文、報紙、會議及成果。為提高可視化分析的準確度與精度，從中選取核心期刊，經過篩選共得到文獻630篇，全選并批量導出為Refworks至文件夾。

1.2數據分析方法

利用CNKI數據庫檢索功能和Excel對年發文量、被引頻次等進行整理，并使用CiteSpace和vOsvlewer等文獻可視化計量工具對檢索文獻的機構、作者、關鍵詞進行了可視化分析，并通過具有粉紫色外圈即中介中心性大于0.1的方式直觀地展示出核心機構。在CiteSpace（6.1.R6）中選擇時間跨度為2000年-2023年，節點類型分別選擇Keyword（關鍵詞）、Institution（機構），使用VOS viewer對作者及其合作情況進行分析，選擇數據類型來源于CNKI。經VOS viewer統計顯示共有2 351名作者對土壤團聚體有機碳進行了研究，為使結果更加清晰直觀，作者最大發文數量選擇25，最少發文數量選擇3，顯示被選擇的作者數量為209，確定后生成最終圖譜。

2結果與討論

2.1發展與基金狀況

學術領域不同年份的發文量能夠反映相關領域和學科的發展速度。研究結果發現中國土壤團聚體有機碳的發文數量總體呈現逐年上升的趨勢，且發文量隨著年份的增加呈現出指數增加的趨勢（如圖1所示）。2000年-2007年發文量較少，上升趨勢較慢，尤其是2000年-2005年間，年發文數量均在5篇以下，這一時期處于國內研究的初始階段。2007年至今，土壤團聚體有機碳的論文數量穩定增長，其中2021年國內年發文量達到了79篇，主要原因可能是2020年第七十五屆聯合國大會上“碳中和”被高亮提及。在2006年及以前關于土壤團聚體有機碳文章的年被引頻次較低，只有2005年超過10次；2017年被引頻次首次突破100達到117次，2020年被引頻次達到146次且有穩步增長的趨勢。在基金資助方面，通過CNKI中的數據可知國家自然科學基金是最多資助土壤團聚體有機碳研究論文的基金，資助文獻數量多達348篇，國家科技支撐計劃排名第二，資助文獻數量共86篇，二者相差4倍。

2.2作者合作研究

在VOS viewer中一共檢測到209位核心作者，他們是該研究領域未來發展的主要力量，也是領域創新的主要驅動力。通過分析核心作者的發文數量以及他們相互之間的聯系與合作，可以有效地掌握該領域在未來一段時期內的研究方向和發展趨勢。根據普萊斯理論可以準確地計算出核心作者發文數，N=0.749（Nmax）1/2，其中N為核心作者的最低發文數量。經計算發文數量≥3篇（N=3.432）的學者是該領域核心作者。關于土壤團聚體有機碳的論文核心作者共現合作關系如圖2所示，共有7個聚類組。圖中節點數量及大小代表作者的共現頻次，連線數量表示作者之間的聯系，節點越大代表頻次越高、影響越大，連線越粗代表合作越密切。南京農業大學的潘根興是目前國內在土壤團聚體有機碳領域發文數量最多的作者，總被引頻次高達344 153次。通過圖譜分析可以看出國內與潘根興合作聯系較為緊密的作者有張旭輝、李戀卿等。

2.3發文機構與合作

土壤團聚體有機碳領域的研究機構主要以高校為主，發文量排名前5位的機構總發文量占全部檢索結果的41.41％，且在排名前5的研究機構中，中國科學院以138篇的數量穩居第一，西北農林科技大學以51篇的數量位于第二，而南京農業大學、中國農業科學院、以及吉林農業大學則分別位于3-5名（如表1所示）。中國科學院南京土壤研究所（37篇）、水利部水土保持研究所（26篇）、東北地理與農業生態研究所（24篇）這三所科研院所為這一研究領域做出巨大的貢獻。其中，南京土壤研究所的研究區主要位于亞熱帶地區，研究內容為不同施肥方式對土壤有機碳影響、不同土地利用方式及耕作方式對紅壤團聚體有機碳的影響等。水土保持研究所的研究區主要集中在黃土丘陵區和黃土高原，研究內容主要是黃土區的土壤團聚體分布以及油松林、草地表層的土壤有機碳組分分布特征和變化。東北地理與農業生態研究所的研究區主要位于黑龍江、吉林兩省，研究內容主要是長期施肥、長期不同植被覆蓋和墾殖方式對黑土團聚體中有機碳的影響。發文量第二的西北農林科技大學的研究區集中在黃土高原、丘陵區以及渭北旱塬區，其研究內容涵蓋了不同土地利用方式、耕作模式和種植方式以及不同植被群落的土壤有機碳和微生物特性。

進一步研究發現，中國科學院大學在國內土壤團聚體有機碳這一研究領域具有較大的影響力，且與其他機構聯系緊密。通過對機構的中介中心性進行排名，中國科學院大學的中介中心性最高為0.22，其次是南京農業大學0.09。西北農林科技大學雖發文數量已僅次于中國科學院大學，但其中介中心性（0.04）僅為中國科學院大學的18.2％。這一數據表明近二十年來在該領域的研究機構中西北農林科技大學較為突出，但其研究成果的國內影響力并不高，應提升創新能力以提高自身文獻質量和影響力。

2.4研究熱點詞匯

2.4.1關鍵詞中心度與發展時間線

關鍵詞可以簡潔準確地表達出論文的核心，關于土壤團聚體有機碳的關鍵詞共現情況如圖所示。有機碳為出現頻率最高的關鍵詞，其次為團聚體。并且兩者都具有粉紫色外圈，代表中介中心性gt;0，1，說明兩者為該研究領域的核心關鍵詞與研究內容。為直觀反映研究熱點的演進歷程，可以將土壤團聚體有機碳發展時間線劃分為兩個時期，早期的關鍵詞較少，主要是“有機碳”“土壤結構”和“長期施肥”這種系統性關鍵詞，同時也是本研究領域內最基本的問題。而大多數關鍵詞在2005年之后出現，此時的研究關鍵詞與內容也更為全面細致和深入（見圖3）。

2.4.2關鍵詞聚類

通過對關鍵詞聚類分析可以發現土壤團聚體有機碳的研究熱點共聚集為10大類，由于“植被恢復”這一聚類的文章數量小于10篇（默認不顯示），故圖譜顯示了前9個聚類（如圖4所示）。圖中每組聚類標簽來源于Citespace依據關鍵詞生成的研究前沿主題，聚類的序號代表著聚類主題的規模大小，可以反映出主題的研究規模和熱度，其中團聚體、有機碳和生物炭是這一主題中最主要的三個聚類。

通過分析，團聚體聚類的關鍵詞主要有團聚體、黑土區、礦化等。該聚類主要研究黑土區土壤團聚體及其穩定性的影響因素，如不同開墾年限黑土區坡耕地、不同施肥處理對土壤團聚體穩定性的影響、季節性凍融對典型黑土區土壤團聚體特征的影響等。研究表明黑土開墾后，隨著土壤有機質含量下降，土壤團聚體水穩性也明顯降低，40 a以后，隨著開墾時間的延長，兩者的變化逐漸趨于穩定和平緩。無水無凍融及無水凍融顯著增加了gt;5 mm干篩團聚體和gt;0. 25 mm水穩性團聚體的含量，少水凍融和季節凍融則顯著增加了lt;2 mm干篩團聚體和0.25 mm-1 mm水穩性團聚體的含量，典型黑土區季節性凍融增強了土壤團聚體的水穩定性。

有機碳聚類的關鍵詞主要有有機碳、土壤結構、秸稈等。該聚類主要研究耕作方式和施肥等農業管理措施對于土壤團聚體有機碳含量以及作物產量的影響。研究結果表明免耕和秸稈還田等一系列保護性耕作措施顯著提高了土壤團聚體含量，增加了土壤固碳能力，但在一定程度上影響了水稻和小麥幼苗等農作物的生長，降低了作物產量。此外研究結果表明，有機肥配施化肥明顯提高了團聚體中有機碳含量，并且施肥對有機碳含量的影響隨土層深度的變化呈現出明顯差異（Plt;0.05），隨土層加深有機碳含量有遞減趨勢，有機碳含量隨著土壤團聚體粒徑的增大而增加，并且不同有機肥其效果也不同。

生物炭聚類的關鍵詞主要有黑土、生物炭、有機肥、貢獻率等。本聚類主要研究生物炭與有機肥配施對黑土團聚體理化特征的影響。以砂姜黑土為供試土壤，結果表明生物炭與有機肥配施有利于土壤pH提升、后期有利于大團聚體的形成和微生物活性的提高，降低土壤分形維數，提升土壤碳水平。

土壤聚類的關鍵詞主要有秸稈還田、土壤、免耕等。該聚類主要研究耕作方式對土壤團聚體有機碳含量和穩定性的影響。研究表明輪作顯著降低了有機碳含量，不同的耕作種植模式能夠使微團聚體全碳的貢獻率增加，且輪作對微團聚體全碳和有機碳的增加趨勢貢獻最顯著。

穩定性聚類的關鍵詞主要有穩定性、施肥、粒徑分布等。該聚類主要研究施肥對棕壤、黑土團聚體組成及其穩定性的影響。研究表明棕壤與黑土團聚體在不同的破碎機制下均表現出快速濕潤處理對團聚體結構的破壞程度最大，濕潤時間對團聚體穩定性影響明顯。團聚體中有機碳對快速濕潤和濕潤震蕩下團聚體穩定性有明顯提高作用。有機肥、有機一無機配施能夠明顯增加土壤大團聚體未保護碳和微團聚體未保護碳的含量，大團聚體對于微團聚體碳的保護有積極作用，增加土壤大團聚體的含量有利于土壤碳的保護。

將以上研究熱點進行深入分析，目前的研究熱點主要集中于土壤團聚體有機碳分布和含量的影響因素上，土壤團聚體有機碳的影響因子較多，如施肥方式、土壤類型、耕作方式等。通過分析可知土壤團聚體有機碳這一領域在研究尺度上具有較明顯的區域性且研究內容不斷深入，研究對象不斷細化。未來可以從多個學科、多個尺度、多個領域對其進行分析和討論。

2.5研究前沿分析

突現詞是詞頻在研究領域內較短時間激增的關鍵詞，以反映該研究領域的前沿和發展趨勢。文章從CiteSpace中導出了前20個突現詞作為分析對象（如圖5所示）。根據關鍵詞首次出現時間可以將土壤團聚體有機碳的研究分為三個階段。第一階段（2005年-2010年）圍繞土壤結構、礦化和墾殖展開，主要研究土壤結構、耕作方式對土壤中有機碳含量的影響；第二階段（2011年-2015年）圍繞有機肥、土壤類型、土地利用展開，主要研究長期施肥和土地利用方式對不同土壤類型團聚體有機碳的影響；第三階段（2016年-2023年）以生物炭、穩定性、改良劑為前沿，表明近年來研究者們側重于探究生物炭、改良劑對土壤團聚體組成及有機碳含量的影響。

3結論

國內對土壤團聚體有機碳的研究起始于2000年，至今經歷了萌芽期（2000年-2007年）和高速發展期（2007年-2023年），關于土壤團聚體有機碳研究的文獻數量增長迅速。通過可視化分析，結果表明該領域核心作者共209位，發文量最多的作者是南京農業大學的潘根興。研究機構主要以高校為主，其中中國科學院發文量最多且與國內其他研究機構聯系密切，并具有較高的中介中心性，說明其創新能力和科研的國內影響力受到該領域其他學者們的高度關注且具有一定的引領作用。土壤團聚體有機碳的影響因子較多，如施肥方式、土壤類型、耕作方式等。針對土壤改良、植被恢復和保護性耕作等對土壤團聚體有機碳的影響所開展的研究逐漸增多，未來也會是該研究領域的前沿熱點。