邢素芝，李孝良，肖 新，周 成，李飛躍，謝 越，尹 炳，汪建飛*

(1 安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)院，安徽鳳陽(yáng) 233100；2 安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽淮南 232001；3 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部生物有機(jī)肥創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽蚌埠 233400)

有機(jī)肥料在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用歷史悠久，地位舉足輕重。但隨著化肥產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展及施用技術(shù)的推廣，到20 世紀(jì)末21 世紀(jì)初，我國(guó)農(nóng)田中傳統(tǒng)的有機(jī)肥的養(yǎng)分投入僅占總養(yǎng)分投入的10% 左右[1]。由此造成耕地質(zhì)量退化、土壤酸化、生態(tài)惡化、環(huán)境污染等嚴(yán)重問(wèn)題，迫使政府主管部門和農(nóng)業(yè)科技人員在新的歷史時(shí)期，加強(qiáng)了對(duì)有機(jī)肥料的研發(fā)并以此引領(lǐng)促進(jìn)有機(jī)肥料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推廣有機(jī)肥料的施用。

近年來(lái)，有機(jī)肥料的生產(chǎn)和使用在我國(guó)受到了前所未有的重視，產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展反過(guò)來(lái)也推動(dòng)著科技進(jìn)步與創(chuàng)新。作為引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的有機(jī)肥料研究，適時(shí)地掀起了一股熱潮，呈現(xiàn)一片蓬勃態(tài)勢(shì)。當(dāng)前，無(wú)論是技術(shù)應(yīng)用還是基礎(chǔ)理論，有機(jī)肥料的研究都取得了許多令人欣喜的學(xué)術(shù)成果[2-5]。尤其是近10 年來(lái)，國(guó)際上發(fā)表的有機(jī)肥料研究論文呈現(xiàn)井噴態(tài)勢(shì)，每年以近15% 的速率遞增，涉及的學(xué)科和內(nèi)容非常廣泛。面對(duì)如此巨量的文獻(xiàn)，如何抽絲剝繭從中探尋出最新成果，把握學(xué)科未來(lái)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，從而為相關(guān)領(lǐng)域的科研工作提供參考、借鑒甚至支撐，對(duì)于有機(jī)肥料研究人員來(lái)說(shuō)，不僅重要而且必須。

面對(duì)龐大的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的定量分析與可視化表達(dá)，傳統(tǒng)的文獻(xiàn)綜述方法顯然是做不到的。2018 年，鄭新艷等[6]以SCI 數(shù)據(jù)庫(kù)中2006—2015年收錄的有機(jī)肥論文為對(duì)象，應(yīng)用CiteSpace 分析研究了有機(jī)肥知識(shí)圖譜，為我們直觀地展示了有機(jī)肥領(lǐng)域的知識(shí)基礎(chǔ)與研究熱點(diǎn)。CiteSpace 是一款著眼于分析科學(xué)文獻(xiàn)中蘊(yùn)含的潛在知識(shí)，并在科學(xué)計(jì)量學(xué)、數(shù)據(jù)和信息可視化背景下逐步發(fā)展起來(lái)的多元、分時(shí)、動(dòng)態(tài)的引文可視化分析軟件。它主要基于共引分析理論和尋徑網(wǎng)絡(luò)算法等，對(duì)特定領(lǐng)域文獻(xiàn)(集合)進(jìn)行計(jì)量，以探尋出學(xué)科領(lǐng)域演化的關(guān)鍵路徑及知識(shí)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，并通過(guò)繪制一系列可視化圖譜，以識(shí)別和顯示科學(xué)發(fā)展新趨勢(shì)和新動(dòng)態(tài)[7-8]。

當(dāng)然，CiteSpace 軟件作為通用型分析工具，只能勾勒出某個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的研究概況，無(wú)法提供更深入的文獻(xiàn)細(xì)節(jié)，更不可能深入到某個(gè)學(xué)科的具體內(nèi)容并判別不同熱點(diǎn)間的內(nèi)在聯(lián)系。為此，本研究依據(jù)CiteSpace 的科學(xué)知識(shí)圖譜，結(jié)合對(duì)1900 年以來(lái)國(guó)際上發(fā)表的關(guān)鍵文獻(xiàn)的批判性閱讀，從更加專業(yè)的角度進(jìn)一步系統(tǒng)梳理有機(jī)肥料領(lǐng)域的研究文獻(xiàn)，分析國(guó)際上有機(jī)肥料研究熱點(diǎn)及研究趨勢(shì)，為未來(lái)有機(jī)肥料研發(fā)提供一些借鑒與啟示。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文使用的數(shù)據(jù)來(lái)源于Web of Science (WoS)核心合集。數(shù)據(jù)采集時(shí)間為2019 年9 月9 日，檢索主題為“有機(jī)肥料”(Topic=“organic fertilizer”or“organic manure”“organic compost”)，文獻(xiàn)類型為Article，時(shí)間跨度為1900—2019 年，共檢索出4 473 篇文獻(xiàn)，按次序分 9 批次導(dǎo)出記錄，9 個(gè)數(shù)據(jù)文件均以CiteSpace 可識(shí)別的“download_”作為文件名前綴，這是分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.2 研究方法

采用美國(guó)德雷克賽爾大學(xué)計(jì)算機(jī)與情報(bào)學(xué)教授陳超美開發(fā)的CiteSpace(版本v. 5.3.R4)軟件進(jìn)行知識(shí)圖譜可視化分析[9]。通過(guò)在CiteSpace 中分別選擇國(guó)家(country)、研究機(jī)構(gòu)(institution)、作者(author)選項(xiàng)，進(jìn)行科研合作網(wǎng)絡(luò)分析；選擇關(guān)鍵詞(key words)、學(xué)科類別(category)，進(jìn)行主題領(lǐng)域的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析，并利用VOSviewer 軟件繪制更加清晰的關(guān)鍵詞共現(xiàn)密度圖；選擇被引文獻(xiàn)(cited reference)選項(xiàng)，進(jìn)行參考文獻(xiàn)的共被引分析，得到該領(lǐng)域的研究國(guó)家和機(jī)構(gòu)合作圖譜、共現(xiàn)圖譜和共引圖譜。

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合CiteSpace 軟件共引分析計(jì)量結(jié)果，進(jìn)一步探尋科學(xué)領(lǐng)域演化的關(guān)鍵路徑及其知識(shí)拐點(diǎn)，并通過(guò)梳理關(guān)鍵文獻(xiàn)，量化文獻(xiàn)之間的相應(yīng)特征，形成對(duì)學(xué)科演化潛在動(dòng)力機(jī)制的分析和學(xué)科發(fā)展前沿的探測(cè)，最終獲得該領(lǐng)域在選定時(shí)期內(nèi)的研究熱點(diǎn)、前沿領(lǐng)域、研究動(dòng)態(tài)和演進(jìn)趨勢(shì)等重要信息。

2 結(jié)果與討論

2.1 發(fā)文數(shù)量時(shí)間特征

以“有機(jī)肥料”為主題，按照上述檢索式，從WoS 核心合集中檢索獲得的最早一篇文獻(xiàn)發(fā)表于1942 年[10]。但直到20 世紀(jì)80 年代，國(guó)際上每年發(fā)表的有機(jī)肥料學(xué)術(shù)論文的數(shù)量都不多，基本上保持在個(gè)位數(shù)。1990 年以前的90 年間，共發(fā)表論文37 篇。20 世紀(jì)90 年代后，論文的數(shù)量則呈現(xiàn)出較大幅度的上升態(tài)勢(shì)。說(shuō)明有機(jī)肥料領(lǐng)域正在成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)。經(jīng)計(jì)算機(jī)擬合，國(guó)際上發(fā)表的有機(jī)肥料研究論文的數(shù)量與年份之間呈現(xiàn)為較好的指數(shù)增長(zhǎng)模型。由此，我們可以預(yù)測(cè)，未來(lái)一段時(shí)期，國(guó)際期刊發(fā)表以有機(jī)肥料為主題的論文數(shù)量還將有大幅度的增長(zhǎng)。

通過(guò)后面的分析，我們可以知道，近10 多年國(guó)際期刊發(fā)表的有機(jī)肥料論文迅速增加，主要是中國(guó)學(xué)者所做的貢獻(xiàn)。說(shuō)明在多重因素的影響下，我國(guó)的科技人員正以積極的開放姿態(tài)，走到了世界有機(jī)肥料研究的前沿領(lǐng)域。

2.2 合作特征空間分布

利用CiteSpace 繪制合作圖譜，可以識(shí)別出某個(gè)研究領(lǐng)域的學(xué)者、國(guó)家或機(jī)構(gòu)間的社會(huì)關(guān)系，既可為評(píng)價(jià)其學(xué)術(shù)影響力提供參考，也便于直觀地發(fā)現(xiàn)值得關(guān)注的學(xué)者和機(jī)構(gòu)。

圖1 的國(guó)家合作圖譜顯示，在有機(jī)肥料研究領(lǐng)域，20 年間共有90 個(gè)國(guó)家存在著不同程度、不同方式的合作。圖中圓形節(jié)點(diǎn)表示不同的國(guó)家，圓形節(jié)點(diǎn)大小與該國(guó)以合作方式發(fā)表的論文頻數(shù)呈正比，紫色外圈代表中介中心性，其厚度與合作研究活躍程度呈正比。而圓形節(jié)點(diǎn)的年輪顏色及厚度表示出現(xiàn)年份，某個(gè)年份的年輪越厚，對(duì)應(yīng)年份合作發(fā)表的論文頻次越高。圓形節(jié)點(diǎn)間的連線則反映二者共現(xiàn)或共被引關(guān)系，顏色對(duì)應(yīng)首次共現(xiàn)或共被引年份，粗細(xì)反映關(guān)系強(qiáng)弱。

圖1 國(guó)家合作特征Fig. 1 Network of country cooperation

按照中介中心性大小排序，前四名依次是中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)和法國(guó)(表1)。中國(guó)的中介中心性最高，且這一時(shí)期共合作發(fā)表了996 篇論文，數(shù)量最多，表明中國(guó)有機(jī)肥料的學(xué)術(shù)研究正逼近起步較早的美國(guó)與德國(guó)，在某些領(lǐng)域已經(jīng)位居國(guó)際前沿。

表1 2000—2019 年國(guó)別合作特征及頻次統(tǒng)計(jì)Table1 Characteristics and frequency of country cooperation from 2000 to 2019

利用CiteSpace 軟件同樣可以繪出有機(jī)肥料研究機(jī)構(gòu)的合作特征圖譜(圖2)，并統(tǒng)計(jì)出各機(jī)構(gòu)發(fā)文頻數(shù)(數(shù)量)、首發(fā)年份和中介中心性，并選取中心性排名前10 的機(jī)構(gòu)列于表2。表2 顯示，中國(guó)科學(xué)院中介中心性最高，首次發(fā)文時(shí)間亦最早，其次是中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，接下來(lái)依次為中國(guó)農(nóng)科院、比利時(shí)的根特大學(xué)和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)。

通過(guò)突發(fā)性探測(cè)，結(jié)果(表3)表明，新世紀(jì)以來(lái)，從歐美到亞洲，世界各地的研究機(jī)構(gòu)對(duì)有機(jī)肥研究保持較為活躍的狀態(tài)。值得注意的是，印度農(nóng)科院和土壤所兩家科研機(jī)構(gòu)在2003 年開始以合作方式發(fā)表了多篇研究論文，其中印度土壤所的有機(jī)肥料研究突現(xiàn)值為7.91，位列榜首，表明其時(shí)該所已成為國(guó)際上最活躍的有機(jī)肥料研發(fā)機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步從微觀層面，對(duì)學(xué)者合作網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，近20 年有740 位研究者和他人合作開展了有機(jī)肥料研究，合作發(fā)表學(xué)術(shù)論文1 197 篇。其中南京農(nóng)業(yè)大學(xué)沈其榮教授發(fā)表論文72 篇[11-12]，無(wú)論是發(fā)文頻數(shù)，還是中介中心性、突現(xiàn)值均位居第一(表4)。發(fā)表論文數(shù)量排名前20 位的作者，共有14 名中國(guó)學(xué)者，占70%，體現(xiàn)了我國(guó)學(xué)者在有機(jī)肥料研究領(lǐng)域有較高參與度。沈其榮教授團(tuán)隊(duì)共有7 位成員位列其中，表明其團(tuán)隊(duì)已成為當(dāng)前國(guó)際上有機(jī)肥料研究的主力軍。

圖2 機(jī)構(gòu)合作特征圖譜Fig. 2 Network of research institution cooperation

表2 2000—2019 年有機(jī)肥料研究機(jī)構(gòu)合作特征及頻次統(tǒng)計(jì)Table 2 Characteristics and frequency of research institutional cooperation from 2000 to 2019

2.3 學(xué)科共現(xiàn)特征圖譜

學(xué)科共現(xiàn)分析可構(gòu)建學(xué)科間的關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，揭示交叉學(xué)科間的內(nèi)在聯(lián)系。圖3 的學(xué)科共現(xiàn)圖譜顯示，共有81 個(gè)節(jié)點(diǎn)，表明圍繞有機(jī)肥料的研究，有81 個(gè)學(xué)科相互交叉滲透，503 條連線代表學(xué)科間的聯(lián)系，農(nóng)業(yè)、化學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、工程學(xué)與其他學(xué)科交叉廣泛，且農(nóng)學(xué)的中介中心性最高，交叉也最廣泛。園藝學(xué)、植物學(xué)、土壤學(xué)交叉頻次較多但中介中心性不高，說(shuō)明在當(dāng)前有機(jī)肥料研究中，更多的是局限于各自的學(xué)科，而與其他學(xué)科交叉的領(lǐng)域有限。

值得注意的是，土壤學(xué)、園藝學(xué)均呈現(xiàn)出較高的突現(xiàn)值，分別于2000 年、2006 年進(jìn)入突發(fā)期，表明有機(jī)肥料在園藝領(lǐng)域的應(yīng)用及其對(duì)土壤環(huán)境與質(zhì)量的影響，其時(shí)已成為人們研究的熱點(diǎn)。

表3 有機(jī)肥料研究機(jī)構(gòu)突現(xiàn)指標(biāo)Table 3 Research Institutions with strongest citation bursts in organic fertilizer study

表4 2000—2019 年作者合作特征及頻次統(tǒng)計(jì)Table 4 Characteristics and frequency of author cooperation from 2000 to 2019

圖3 學(xué)科共現(xiàn)特征圖譜Fig. 3 Network of discipline co-occurrence

2.4 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

關(guān)鍵詞是對(duì)文章主題的高度概括和集中描述，是一篇文章的核心和精髓，通過(guò)關(guān)鍵詞可以了解論文的主要內(nèi)容。在CiteSpace 分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用VOSviewer 軟件對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)密度圖的繪制，可以清晰地看出有機(jī)肥料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)(圖4)。

圖4 關(guān)鍵詞共現(xiàn)密度圖Fig. 4 Density view of keywords co-occurrence

圖4 中從藍(lán)色冷色調(diào)到紅色暖色調(diào)，代表著關(guān)鍵詞共現(xiàn)的頻次越來(lái)越高，即研究熱點(diǎn)的熱度越高?？梢钥闯觯?0 年來(lái)，有機(jī)肥料研究的熱點(diǎn)集中在有機(jī)質(zhì)、堆肥、廄肥、植物生長(zhǎng)、土壤碳氮、根際、固體廢棄物、種植制度、生物防控等[13]。

關(guān)鍵詞共現(xiàn)密度圖定性地展現(xiàn)了有機(jī)肥料研究的熱點(diǎn)，但還不能體現(xiàn)出其時(shí)間維度上變化規(guī)律，而關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析則可以定量地表示出不同研究熱點(diǎn)的熱度以及變遷規(guī)律(表5)。

表5 不同時(shí)間跨度的關(guān)鍵詞動(dòng)態(tài)變化及研究熱點(diǎn)趨勢(shì)特征Table 5 Dynamic changes of keywords in different time spans and characteristics of research hotspots

自20 世紀(jì)90 年代，出現(xiàn)的突現(xiàn)值較高的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞有有機(jī)肥料(organic fertilizer)、土壤(soil)、肥料(fertilizer)、農(nóng)業(yè)(agriculture)、氮素(nitrogen)和碳素(carbon)等，30 年來(lái)，這些詞匯一直都是有機(jī)肥料研究的熱點(diǎn)；進(jìn)入新世紀(jì)第一個(gè)10 年，新涌現(xiàn)的突現(xiàn)值較高的關(guān)鍵詞有堆肥(compost)、作物生長(zhǎng)(growth)、產(chǎn)量(yield)等；最近10 年新涌現(xiàn)的突現(xiàn)值較高的關(guān)鍵詞有質(zhì)量(quality)、碳素(carbon)、系統(tǒng)(system)以及多樣性(diversity)，說(shuō)明研究人員從早期的關(guān)注有機(jī)肥的增產(chǎn)作用，轉(zhuǎn)變到更加注重有機(jī)肥對(duì)改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境功效的研究[14]。

2.5 文獻(xiàn)交叉引用圖譜

文獻(xiàn)的交叉引用反映了研究方向或主題間的密切程度，共被引分析可探究研究領(lǐng)域的重點(diǎn)專題及其發(fā)展過(guò)程，基于圖譜聚類算法進(jìn)行自動(dòng)聚類，可提取聚類主題詞。

其他設(shè)置同前，主題詞來(lái)源選擇題名(title)、摘要(abstract)、作者(author)、關(guān)鍵詞(key words)與 擴(kuò)展關(guān)鍵詞(keywords plus)，節(jié)點(diǎn)選文獻(xiàn)交叉引用(citation reference)，運(yùn)行CiteSpace，結(jié)果見圖5。

圖中的1 261 個(gè)節(jié)點(diǎn)與3 058 條連線構(gòu)成了18個(gè)較大的群組，其中 #0 群組( long-term organic fertilizer application)共有83 篇參考文獻(xiàn)，最小的#32 群組(land use type)，亦包含8 篇共被引參考文獻(xiàn)。表明有機(jī)肥料研究有較高的集中性，同時(shí)也形成了一定數(shù)量的分支，每個(gè)群組的專題和主要研究?jī)?nèi)容列于表6。根據(jù)群組的名稱可以看出，有機(jī)肥研究的重點(diǎn)主要集中在長(zhǎng)期施用有機(jī)肥的效應(yīng)、土壤微生物區(qū)系、有機(jī)肥對(duì)土壤碳氮循環(huán)的影響、生物有機(jī)肥等領(lǐng)域，而溫室氣體排放、有機(jī)肥的環(huán)境生態(tài)效應(yīng)、有機(jī)肥的生產(chǎn)方法也日益受到人們的關(guān)注。

圖5 文獻(xiàn)共被引圖譜Fig. 5 Network of document co-citation of organic fertilizers

表6 各群組專題名稱及主要研究?jī)?nèi)容Table 6 Topic and main research content of each group

進(jìn)一步觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，#8 群組Diacono 等發(fā)表的論文“Long-term effects of organic amendments on soil fertility”共被引次數(shù)最高，達(dá)34 次；#1 群組Geisseler等的論文“Long-term effects of mineral fertilizers on soil microorganisms—A review”中介中心性最強(qiáng)，數(shù)值為0.13，表明該文獻(xiàn)在連接兩個(gè)不同研究群組發(fā)揮著關(guān)鍵樞紐作用；突現(xiàn)值最高的是 #1 群組Guo 等發(fā)表在期刊Science 上的論文“Significant acidification in major Chinese croplands”，突現(xiàn)值為10.51；有158 篇引文的半衰期達(dá)到8 a，其中Esperschuetz J 等2007年發(fā)表的論文“Response of soil microbial biomass and community structures to conventional and organic farming systems under identical crop rotations”既具有較高、較強(qiáng)的突現(xiàn)性，也表現(xiàn)出一定的中介中心性。顯然，這些文獻(xiàn)不僅具有重要的理論創(chuàng)新，在發(fā)表不久就起到引領(lǐng)學(xué)科的作用，被同行借鑒與引用，同時(shí)隨著時(shí)間推移，這些研究成果也逐漸沉積為有機(jī)肥料領(lǐng)域重要的知識(shí)基礎(chǔ)。

根據(jù)上述18 個(gè)群組中關(guān)鍵性文獻(xiàn)資料，可以歸結(jié)出目前國(guó)際上有機(jī)肥料研究熱點(diǎn)主要集中在4 個(gè)方面：1)施用有機(jī)肥料尤其是功能性生物有機(jī)肥對(duì)改善土壤理化性狀、抑制土傳病害、提高作物產(chǎn)量品質(zhì)的影響及其機(jī)理；2)最新的基因測(cè)序等分子生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用，內(nèi)容包括施用有機(jī)肥在內(nèi)的不同施肥處理對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、植物的調(diào)控反饋機(jī)制等的影響；3)蚯蚓糞堆肥、餐廚垃圾、生活污泥堆肥新技術(shù)新工藝，如添加天然沸石、生物質(zhì)炭、粉煤灰等優(yōu)化技術(shù)；4)長(zhǎng)期施用有機(jī)肥料對(duì)土壤重金屬、農(nóng)藥抗生素殘留的污染修復(fù)以及環(huán)境生態(tài)效應(yīng)研究。

3 結(jié)論

CiteSpace 軟件作為進(jìn)行知識(shí)圖譜分析的有效工具，完全可以應(yīng)用于有機(jī)肥料研究領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展過(guò)程中重要變化的探測(cè)和可視化研究。從而可以直觀地厘清國(guó)家、研究機(jī)構(gòu)及作者之間的合作關(guān)系，通過(guò)學(xué)科共現(xiàn)分析、關(guān)鍵詞共現(xiàn)密度分析，研究人員可以客觀地了解有機(jī)肥料研究的方向、前沿?zé)狳c(diǎn)及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

新世紀(jì)以來(lái)，國(guó)際上有90 個(gè)國(guó)家之間在有機(jī)肥料研究中存在合作關(guān)系。中國(guó)已成為世界上有機(jī)肥料研究規(guī)模最大、發(fā)表學(xué)術(shù)論文數(shù)量最多的國(guó)家。中國(guó)科學(xué)院、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)實(shí)際上已成為當(dāng)今世界最活躍的有機(jī)肥料研發(fā)基地。

學(xué)科共現(xiàn)分析顯示，當(dāng)前有機(jī)肥料科學(xué)已發(fā)展成為以農(nóng)學(xué)為主，土壤學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、工程學(xué)等多學(xué)科相互交叉滲透的綜合性體系，未來(lái)有機(jī)肥料研究的學(xué)科分化越來(lái)越細(xì)，也越來(lái)越深入。