閆思華, 高艷明, 王慧茹, 李建設(shè), 王曉艷

(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，750021，銀川)

在全球社會市場經(jīng)濟快速發(fā)展的情況下，生活用水以及農(nóng)田用水量等急劇增加，水資源短缺的情況已經(jīng)引起了世界各國的關(guān)注，也是世界各國共同面臨的難題[1-2]，它是造成土壤干裂以及生態(tài)環(huán)境惡化的主要因素之一。多年來為了緩解淡水資源短缺帶來的一系列問題，開發(fā)使用非常規(guī)水，例如雨水、海水，微咸水等成為了重要途徑。各類水資源中微咸水分布廣、儲量大，作為淡水的重要補充和可替代資源，得到了高度的重視，因此，它已成為開發(fā)利用的主要水源[3]。

目前關(guān)于微咸水灌溉利用，國內(nèi)外眾多學(xué)者的研究重心各有不同，但主要集中在微咸水的灌溉模式和微咸水灌溉下土壤水鹽運移、水分利用效率以及對作物生長狀況的影響[4]。其中，尤以在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上使用最多，微咸水含鹽量較高，致使土壤理化性質(zhì)發(fā)生改變，進而影響植株生長發(fā)育以及果實品質(zhì)，表現(xiàn)最為明顯的是果實含糖量的顯著提高[5-6]。為解決水資源供需矛盾，開發(fā)利用微咸水成為一項重要措施。因此，微咸水高效利用的安全技術(shù)，對緩解水資源短缺矛盾以及實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著重要作用。

近年來，由于不同學(xué)科的研究人員針對微咸水灌溉關(guān)注的科學(xué)問題以及研究側(cè)重點不同，筆者從中國知網(wǎng)(CNKI)和Web of Science數(shù)據(jù)庫提取相關(guān)文獻，運用文獻數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用軟件CiteSpace[7-8]，通過文獻計量學(xué)和知識圖譜對農(nóng)業(yè)微咸水灌溉的研究作者、機構(gòu)、研究領(lǐng)域及關(guān)鍵詞等進行分析，得出當(dāng)前國際研究的知識結(jié)構(gòu)，以期揭示農(nóng)業(yè)微咸水灌溉的熱點問題和未來趨勢，為相關(guān)科研人員提供理論參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

中文文獻從中國知網(wǎng)(CNKI)期刊文獻數(shù)據(jù)庫中提取，以主題為“農(nóng)業(yè)微咸水灌溉”或“土壤鹽分+咸水灌溉+次生鹽漬化”或“土壤水鹽運移”或“微咸水滴灌”或“微咸水礦化度”或“微咸水開發(fā)利用”或“微咸水滲透過程”或“微咸水利用效率”或“水鹽分布”或“鹽漬土的改良”進行檢索，檢索時間跨度為1999—2019年，文獻類型為“期刊”，共檢索文獻2 551篇(數(shù)據(jù)檢索時間2020年12月)，通過對檢索到文獻進行篩選精煉剔除，最終得到涉及農(nóng)業(yè)微咸水灌溉的文獻2 550篇。外文文獻從Web of ScienceTM核心數(shù)據(jù)庫的自然科學(xué)引文檢索(Science Citation Index Expanded, SCI-E)中提取，以“TS=(brackish water irrigation OR soil salinity OR salt water irrigation OR soil water salt transport OR brackish water drip irrigation OR irrigation water salinity OR brackish water development and utilization OR brackish water infiltration process OR water brackish use efficiency OR unconventional water resources OR water salt distribution OR soil amendment in saline soils) AND TS=(agricultural irrigation)”為檢索主題，檢索時間跨度為1999—2019年，語言為英語，文獻類型為“Article”，共檢索文獻1 259篇(數(shù)據(jù)檢索日期為2020年8月)，通過對檢索到的文獻進行篩選精練剔除，最終得到涉及農(nóng)業(yè)微咸水灌溉研究的文獻1 255篇。

1.2 研究方法

采用CiteSpace[9-10]作為分析軟件，其主要通過數(shù)據(jù)信息挖掘以及繪制知識圖譜，更加直觀地呈現(xiàn)知識群的演化過程，展現(xiàn)各學(xué)科領(lǐng)域的知識結(jié)構(gòu)[11]，對農(nóng)業(yè)微咸水灌溉相關(guān)研究進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 文獻產(chǎn)出時間分布

在1999—2019年的21年間，中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫關(guān)于農(nóng)業(yè)微咸水灌溉的研究共發(fā)文2 550篇，1999—2011年前發(fā)文量呈上升趨勢，隨后在2012和2014年出現(xiàn)2次峰值(圖1)。變化范圍為0～276篇/a，最大值和最小值分別出現(xiàn)在2014和2011年(276篇和0篇)。其中2011年之前文章量呈快速增長趨勢，占總發(fā)文量的35.91%；而2011年以后出現(xiàn)較大波動，總發(fā)文1 631篇，比例高達63.94%。Web of Science的核心數(shù)據(jù)庫關(guān)于農(nóng)業(yè)微咸水灌溉的研究共發(fā)文1 255篇，發(fā)文量呈明顯的上升趨勢，變化范圍為1～158篇/a，最大和最小值分別出現(xiàn)在2019和2001年(圖1)。其中1999—2011年文章量呈緩慢增長趨勢，占總發(fā)文量的35.70%，年均增加34.46篇；而2012—2019年文章數(shù)則呈明顯上升趨勢，共發(fā)文807篇，比例高達64.30%，年均增長100.87篇，年均增加篇數(shù)是前13年的2.93倍(圖1)。近年來中文和外文文獻關(guān)于農(nóng)業(yè)微咸水灌溉研究的發(fā)文量呈快速增加趨勢，這與各研究者關(guān)于微咸水灌溉對土壤、作物等的影響開展了大量的研究工作有關(guān)，較為豐富的數(shù)據(jù)為農(nóng)業(yè)微咸水灌溉相關(guān)研究提供了基礎(chǔ)[12-13]。

圖1 年發(fā)文量(1999—2019年)Fig.1 Number of annually published papers in 1999-2019

2.2 主要發(fā)文機構(gòu)與國家分析

對2 550篇中文文獻和1 255篇外文文獻的發(fā)文機構(gòu)進行分析，得到發(fā)文量排名前10的機構(gòu)(表1)和機構(gòu)合作圖譜(圖2)。發(fā)現(xiàn)在中文文獻中，關(guān)于農(nóng)業(yè)微咸水利用發(fā)文量較多的前3個機構(gòu)為中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所、中國科學(xué)院南京土壤研究所和新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，占總發(fā)文量的11.17%；在外文文獻中，中國科學(xué)院(Chinese Academy of Sciences)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)(China Agricultural University)、中國科學(xué)院大學(xué)(University of Chinese Academy of Sciences)發(fā)文數(shù)位居前3，占總發(fā)文量的7.81%，且3所機構(gòu)都屬于中國，可見我國科研水平具有一定的高度，幾所研究機構(gòu)對我國微咸水農(nóng)業(yè)灌溉的發(fā)展做出了突出的貢獻。結(jié)合中文和外文知識圖譜可知(圖2)，各機構(gòu)均是由較大的核心機構(gòu)延伸出每個小機構(gòu)，圖譜顯示中文文獻涉及的機構(gòu)之間的合作較為普遍，外文文獻涉及的機構(gòu)之間的合作較為松散，綜合可看出中國和美國在農(nóng)業(yè)微咸水灌溉研究領(lǐng)域具有舉足輕重的地位，也為各國研究奠定了基礎(chǔ)。

表1 農(nóng)業(yè)微咸水灌溉研究發(fā)表文章前10名的機構(gòu)Tab.1 Top 10 institutions publishing papers on agricultural brackish water irrigation research

(1) First Institute of Oceanography, State Oceanic Administration. (2) Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences. (3) Agricultural Resources Research Center, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences. (4) Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences. (5) College of Resources and Environmental Sciences, Xinjiang University. (6) Nanjing Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences. (7) School of Water Conservancy and Civil Engineering, Inner Mongolia Agricultural University. (8) School of Water Conservancy and Construction Engineering, Shihezi University. (9) School of Water Resources and Hydropower, Xi′an University of Technology. (10) College of Water Conservancy and Hydropower, Hohai University. (11) School of Water Conservancy Science and Engineering, Taiyuan University of Technology. (12) 中國農(nóng)業(yè)大學(xué). (13) 高級科學(xué)研究委員會. (14) 中國科學(xué)院. (15) 加州大學(xué)戴維斯分校. (16) 德黑蘭大學(xué). (17) 中國科學(xué)院大學(xué). (18) 美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究院. (19) 加州大學(xué)河濱分校. (20) 長安大學(xué). (21) 沙特國王大學(xué). (22) 科羅拉多州立大學(xué). (23) 內(nèi)蓋夫本古里安大學(xué)圖2 農(nóng)業(yè)微咸水灌溉研究機構(gòu)可視化圖譜Fig.2 Visualization maps of institutions on agricultural brackish water irrigation

2.3 主要發(fā)文作者

基于CiteSpace文獻可視化軟件中的Author(作者)分析功能，對中文和外文文獻關(guān)于農(nóng)業(yè)微咸水灌溉發(fā)文作者進行分析，得到發(fā)文量前10的發(fā)文作者(表2)，從表中可看出，中文期刊上楊勁松發(fā)文量位居首位103篇，其次是王全九和姚榮江，前3名作者的發(fā)文量占總發(fā)文量的8.35%，可看出這些作者是關(guān)于農(nóng)業(yè)微咸水灌溉研究的主力軍。在外文期刊上LI Peiyue發(fā)表相關(guān)論文8篇，發(fā)文量居首位，HUO Zailin次之，發(fā)表6篇；其次發(fā)表中文期刊的作者高于外文的，發(fā)表在外文期刊上的文章普遍在1～8篇，雖少但依然為農(nóng)業(yè)微咸水灌溉的研究做出了較大的貢獻，說明國際上對農(nóng)業(yè)微咸水灌溉的相關(guān)研究人員還較少，研究內(nèi)容還較為局限。進一步研讀中文文獻發(fā)現(xiàn)，礦化度、土壤改良[14-16]、水鹽運移、膜下滴灌、微咸水[17-18]等領(lǐng)域是前3個作者群的研究熱點。而外文文獻上前3個作者群的研究熱點是地下水質(zhì)量[19-21]、淺層地下水蒸散量、農(nóng)業(yè)水文建模、鹽漬土[22-24]、再生廢水[25-26]等領(lǐng)域。研讀發(fā)現(xiàn)中文和外文文獻中均表現(xiàn)出不同團隊圍繞核心作者展開研究，合作較為緊密，但各團隊之間合作較少，主要是因為不同團隊之間受地域及不同研究側(cè)重點等因素影響[27]，未來應(yīng)加強核心作者間的交流和合作。

表2 農(nóng)業(yè)微咸水灌溉研究發(fā)表文章前10名的作者

2.4 關(guān)鍵詞

2.4.1 研究熱點 運用CiteSpace軟件中Keyword(關(guān)鍵詞)分析功能對所有文獻進行分析，得到關(guān)鍵詞知識圖譜，是對核心內(nèi)容的提煉與濃縮，可直觀的呈現(xiàn)出該研究領(lǐng)域的研究熱點和發(fā)展趨勢[28]。中文文獻關(guān)于農(nóng)業(yè)微咸水灌溉研究的關(guān)鍵詞知識圖譜最大節(jié)點為土壤鹽分、土壤和微咸水，且這3個關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次分別為370、162和158(表3和圖3)，以土壤鹽分為最大節(jié)點，延伸出多個較為明顯的路徑，主要圍繞水鹽運移、產(chǎn)量展開對作物植株耐鹽生理研究和灌溉方式對土壤鹽分研究；外文文獻關(guān)于農(nóng)業(yè)微咸水灌溉研究的關(guān)鍵詞知識圖譜與中文的既有相同點又有不同，其最大節(jié)點為礦化度、其次為灌溉和水(圖3)，且這3個關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次分別為317、303和171(表3)；以“礦化度”和“灌溉”為節(jié)點延伸出多個較為明顯的路徑，主要圍繞地下水、水質(zhì)、土壤等，探究土壤水鹽分布和灌溉水質(zhì)量問題[29]；另一方面以生長為核心，圍繞灌溉水對植株生長和產(chǎn)量的研究。綜合來看，國內(nèi)外研究的熱點均集中在微咸水對土壤鹽分和作物生長發(fā)育影響方面。

圖3 農(nóng)業(yè)微咸水灌溉研究的關(guān)鍵詞共現(xiàn)可視化圖譜Fig.3 Visualization maps of keyword co-occurrence on agricultural brackish water irrigation research

表3 農(nóng)業(yè)灌溉微咸水研究的高頻關(guān)鍵詞Tab.3 High frequency keywords on agricultural brackish water irrigation research

2.4.2 研究前沿與趨勢 農(nóng)業(yè)微咸水灌溉的研究是一個緩慢的演變過程，利用CiteSpace文獻可視化軟件中的突變檢測，得到關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)突現(xiàn)詞(圖4)，其是指短時間內(nèi)突然增長或者出現(xiàn)頻次明顯增加的關(guān)鍵詞，由此確定農(nóng)業(yè)灌溉微咸水的研究熱點。從圖4可以看出，根據(jù)突現(xiàn)值出現(xiàn)年代的先后順序分別列出了中文文獻涉及的31個和外文文獻涉及的26個突現(xiàn)關(guān)鍵詞。

圖4 農(nóng)業(yè)灌溉微咸水研究網(wǎng)絡(luò)突現(xiàn)詞Fig.4 Burst words on agricultural brackish water irrigation research

從圖4可以看出中文文獻中關(guān)鍵詞的突現(xiàn)情況，從非常規(guī)水灌溉到水鹽分布再到合理利用微咸水的整個研究發(fā)展歷程，現(xiàn)在的趨勢對減緩微咸水利用造成的土壤鹽分累積等問題提出了較為有利的策略。自1999年開始，數(shù)值模擬隨之出現(xiàn)，2001年至2006年其突然引起了強烈關(guān)注，突現(xiàn)強度為4.49，隨后咸水灌溉、水鹽動態(tài)和空間變異性，也相繼涌現(xiàn)出，形成了早期的研究熱點。圖中還可看出水鹽分布、脫鹽率、交替灌溉和光合作用等是目前中文文獻中農(nóng)業(yè)微咸水灌溉研究領(lǐng)域研究熱度較高的話題，這說明在合理利用資源的情況下，各學(xué)者已經(jīng)將灌溉模式與作物和修復(fù)土壤環(huán)境相結(jié)合；在外文文獻中，自1999年開始，礦化度、土壤、水和植物突然涌現(xiàn)，且維持時間較長，其中礦化度(9.66)突現(xiàn)強度最為明顯，是測定水體化學(xué)成份的重要指標(biāo)，是評價水體總含鹽量的重要指標(biāo)，也是農(nóng)田灌溉用水適宜性評價的主要指標(biāo)之一[30]；其次是關(guān)鍵詞土壤(6.47)，以上是最早研究的前沿，緊接著灌溉(9.46)和土壤鹽分(5.04)隨之出現(xiàn)，作為農(nóng)業(yè)命脈之一的灌溉有多種灌溉制度與方式，合適的灌溉制度最終為提高植株生長發(fā)育、產(chǎn)量和水分利用率提供依據(jù)[31]。由此發(fā)現(xiàn)2000年以前外文期刊中有學(xué)者已將土壤鹽分—礦化度—植物聯(lián)系起來，起步較中文期刊早。圖中還可看出研究中期關(guān)鍵詞“模型”的加入，使得在野外條件下測量所需指標(biāo)更加便捷，極大節(jié)省了人力物力，Singh等[32]利用生態(tài)水文模型，土壤—水—大氣—植物(SWAP)模型結(jié)合現(xiàn)場實驗獲得對系統(tǒng)在空間和時間上行為的詳細見解，可以評估不同的管理選項，如灌溉調(diào)度、種植模式、聯(lián)合使用等，通過校準(zhǔn)和驗證的SWAP，對灌溉作物(小麥、水稻和棉花)的水分生產(chǎn)力及其變化進行了模擬和分析。水分利用效率、研究方法(穩(wěn)定同位素)、灌溉方式等突現(xiàn)詞是目前中文文獻中農(nóng)業(yè)微咸水灌溉研究領(lǐng)域研究熱度較高的話題，這表明在水資源利用方面，外文文獻的內(nèi)容更注重從分子方面探究資源高效利用。

2.5 學(xué)科分布

對農(nóng)業(yè)微咸水灌溉的文獻進行學(xué)科領(lǐng)域的分析，可看出其涉及的重點學(xué)科分布情況[27]，中文文獻涉及的學(xué)科領(lǐng)域主要為農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)、農(nóng)藝學(xué)、自然地理學(xué)和測繪學(xué)、農(nóng)作物、農(nóng)業(yè)工程和園藝等，其中農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)占據(jù)首位，出現(xiàn)1 552次；而外文文獻微咸水灌溉涉及的學(xué)科領(lǐng)域主要為水資源、農(nóng)業(yè)、環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、農(nóng)藝學(xué)、地質(zhì)學(xué)等，其中水資源占據(jù)首位，其次為農(nóng)業(yè)和環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)等研究領(lǐng)域(圖5)，與中文文獻呈現(xiàn)出的研究領(lǐng)域較為相似?？梢娹r(nóng)業(yè)微咸水灌溉是受多種因子共同控制的過程，其涉及到多個學(xué)科領(lǐng)域，體現(xiàn)出各學(xué)科之間的相互作用[27]。

圖5 農(nóng)業(yè)微咸水灌溉研究的學(xué)科分布Fig.5 Involved subject fields on agricultural brackish water irrigation research

3 討論

通過對農(nóng)業(yè)微咸水灌溉相關(guān)文獻進行分析，從研究機構(gòu)和作者團隊來看，中國的科研院所及高校在微咸水灌溉研究方面處于領(lǐng)先地位，研究熱度較高，但由于受地域等因素影響，團隊和機構(gòu)之間聯(lián)系較弱?？茖W(xué)合理地開發(fā)利用微咸水資源，對于緩解淡水資源短缺、擴大農(nóng)業(yè)水源、抗旱增產(chǎn)有著極其重要的作用[33]，應(yīng)盡可能的發(fā)揮每個團隊的優(yōu)勢，加強國內(nèi)外高校和科研機構(gòu)間的科技合作[22]。其次，各團隊及機構(gòu)應(yīng)在不同區(qū)域及灌區(qū)，構(gòu)建集灌溉技術(shù)和模式、水鹽運移、作物生長、生態(tài)環(huán)境響應(yīng)為一體的綜合模擬模型，為微咸水灌溉和高效利用模式提供手段。

此外，國內(nèi)外今后的研究目標(biāo)以及研究熱點較為相似，均集中于在修復(fù)因微咸水灌溉造成的土壤鹽漬化等問題的同時加強微咸水對作物質(zhì)量、產(chǎn)量和土壤理化性質(zhì)影響的內(nèi)在機理的研究，通過微咸水灌溉，會使過量鹽分留存于土壤及作物根區(qū)，影響作物的生長發(fā)育和生長代謝[34]。比如土壤鹽分累積通過影響土壤酶活性進而導(dǎo)致土壤微生物群落發(fā)生變化，微生物群落的改變影響作物地上部生長發(fā)育、光合作用以及果實品質(zhì)和產(chǎn)量。然而，探討微咸水對作物生長和發(fā)育的作用機理，有助于形成微咸水灌溉技術(shù)體系，提高作物對微咸水灌溉的響應(yīng)效率；因此，未來可基于多個數(shù)據(jù)源，根據(jù)目標(biāo)要求進行提取，以獲得更為豐富、準(zhǔn)確的有關(guān)農(nóng)業(yè)微咸水灌溉的研究知識。

4 結(jié)論

1)1999—2019年，楊勁松、王全九、姚榮江和LI Peiyue、HUO Zailin等為中文和外文文獻中發(fā)文量居前的核心作者群；中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所、中國科學(xué)院南京土壤研究所、新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)、加州大學(xué)河濱分校等為發(fā)文數(shù)量居前的研究機構(gòu)；農(nóng)業(yè)微咸水灌溉研究主要聚焦于農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)、自然地理學(xué)和測繪學(xué)、農(nóng)作物、農(nóng)業(yè)工程、水資源、環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)、農(nóng)藝學(xué)等學(xué)科，體現(xiàn)出各學(xué)科之間知識內(nèi)容的相通性。

2)土壤鹽分、土壤、微咸水等關(guān)鍵詞在中文文獻中出現(xiàn)頻率最高，是中文文獻中研究的熱點，以土壤為最大節(jié)點延伸出多個較為明顯的路徑，主要圍繞土壤水鹽運移和產(chǎn)量展開對作物植株耐鹽生理研究和灌溉方式對土壤鹽分研究；礦化度、灌溉、水等關(guān)鍵詞在外文文獻中出現(xiàn)頻率最高，以礦化度和灌溉為節(jié)點延伸出多個較為明顯的路徑，主要圍繞地下水、水質(zhì)、土壤等，探究土壤水鹽分布和灌溉水質(zhì)量問題，進而探究對植株生長發(fā)育的情況。

3)本領(lǐng)域的研究熱點依據(jù)發(fā)表論文關(guān)鍵詞發(fā)展路徑和發(fā)文時間得知，中文文獻中研究熱點從最初的土壤鹽分探究到結(jié)合新的檢測方法研究作物產(chǎn)量對土壤鹽脅迫的響應(yīng)再到減緩鹽漬化的措施，外文文獻中從最初的土壤礦化度到水資源管理再到改善鹽漬化，研究內(nèi)容不斷在延伸，但趨于相近，未來各國學(xué)術(shù)界在農(nóng)業(yè)微咸水灌溉研究領(lǐng)域的研究重點是微咸水灌溉方式、土壤水鹽運移的內(nèi)在機理、作物生長發(fā)育、脫鹽策略，改善鹽分積累、構(gòu)建不同檢測方法(模型、高光譜、穩(wěn)定同位素)等，這表明在水資源利用方面，國內(nèi)外的研究關(guān)注點較為一致。