李陽陽,李王成,2,3,王 潔
(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院,銀川 750021;2.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程研究中心,銀川 750021;3.省部共建西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,銀川 750021)
土壤鹽漬化問題已經(jīng)造成大面積土壤退化和糧食減產(chǎn)問題,成為制約我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。目前,我國(guó)的鹽堿地總面積高達(dá)3 600 萬hm2,其中鹽堿耕地面積920 萬hm2,主要集中分布在東北、西北、華北以及東部沿海等地區(qū)[1]。鹽堿地治理和改良的關(guān)鍵在于摸清土壤水鹽運(yùn)移的規(guī)律。一般情況下,土壤水鹽運(yùn)移遵循著“鹽隨水來,鹽隨水去”的基本規(guī)律[2],但是同時(shí)又受降水、土壤質(zhì)地、地下水和溫度等多種因素的綜合影響。所以深入研究鹽堿地土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律有利于對(duì)鹽堿地進(jìn)行科學(xué)地調(diào)控和治理。
從已有的文獻(xiàn)來看,越來越多的學(xué)者開始在研究領(lǐng)域運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量的方法對(duì)學(xué)科史的研究趨勢(shì)作分析。目前在醫(yī)藥學(xué)[3,4]、疾病學(xué)[5,6]、建筑學(xué)[7]等領(lǐng)域采用可視化軟件挖掘前沿?zé)狳c(diǎn)的文章較多。在土壤水鹽運(yùn)移領(lǐng)域發(fā)文較多的主要包括理論分析和模型研究2個(gè)方面,但基于文獻(xiàn)計(jì)量方法利用可視化圖譜軟件對(duì)土壤水鹽運(yùn)移研究進(jìn)展和熱點(diǎn)分析的文獻(xiàn)相對(duì)較少。因此,本文采用VOSviewer 知識(shí)圖譜可視化分析軟件,對(duì)2000-2020年21 a 國(guó)內(nèi)外土壤水鹽運(yùn)移的發(fā)展脈絡(luò)、應(yīng)用前沿等進(jìn)行歸納總結(jié),為后期學(xué)者作相關(guān)方面研究提供參考。
科學(xué)知識(shí)圖譜研究是以科學(xué)為基礎(chǔ),涉及應(yīng)用數(shù)學(xué)、信息科學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)的交叉領(lǐng)域,同時(shí)也是科學(xué)計(jì)量學(xué)的新發(fā)展領(lǐng)域。而科學(xué)知識(shí)圖譜的可視化可用于研究相關(guān)領(lǐng)域的前沿及熱點(diǎn)問題,也可以對(duì)學(xué)科發(fā)展、科學(xué)結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行研究。VOSviewer 軟件是荷蘭萊頓大學(xué)的van Eck 和Waltman基于共現(xiàn)聚類思想研發(fā)的一款科學(xué)知識(shí)可視化工具,提供包括合作分析、共現(xiàn)分析、共被引分析、耦合分析等功能,并可將研究結(jié)果進(jìn)行可視化展示,在聚類技術(shù)、圖譜展示等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[8]。
本研究的中文文獻(xiàn)來源于CNKI 數(shù)據(jù)庫(kù),以“土壤水鹽運(yùn)移”為主題詞進(jìn)行檢索,時(shí)間跨度設(shè)定為2000-01-01 到2020-12-31,共檢索到748 篇文獻(xiàn);外文文獻(xiàn)來源于WOS 核心數(shù)據(jù)庫(kù),以“Soil water and salt transport”為標(biāo)題進(jìn)行檢索,時(shí)間跨度設(shè)定為2000-01-01 到2020-12-31,獲取文獻(xiàn)的全部記錄,包括標(biāo)題、出版年份、作者、國(guó)家(地區(qū))、研究機(jī)構(gòu)、期刊名、關(guān)鍵詞和摘要共檢索到1 250篇文獻(xiàn)。
對(duì)納入的748 篇中文文獻(xiàn)和1 250 篇英文文獻(xiàn)按照發(fā)表年度進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并作出年發(fā)文量趨勢(shì)圖,見圖1。其中,在2000-2020年21 a,中文文獻(xiàn)發(fā)文總量748 篇,英文文獻(xiàn)發(fā)文總量1 250 篇,兩者都呈波動(dòng)式逐漸攀升趨勢(shì)。采用線性回歸分別將中英文文獻(xiàn)年發(fā)文量進(jìn)行擬合,得到擬合方程如下。
圖1 中英文文獻(xiàn)年發(fā)文量趨勢(shì)Fig.1 Trend of annual publication volume of Chinese and English literature
中文文獻(xiàn)年發(fā)文量擬合曲線方程:
英文文獻(xiàn)年發(fā)文量擬合曲線方程:
其中中文文獻(xiàn)年發(fā)文量變化曲線與擬合曲線的相關(guān)系數(shù)(R2)為0.879,英文文獻(xiàn)年發(fā)文量變化曲線與擬合曲線的相關(guān)系數(shù)(R2)為0.852。兩曲線擬合的相關(guān)系數(shù)均較高,因此可采用擬合曲線方程來預(yù)測(cè)未來年份的年發(fā)文量。通過中英文文獻(xiàn)年發(fā)文量來看,關(guān)于土壤水鹽運(yùn)移的研究整體上呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。這就意味著對(duì)于土壤控鹽、排鹽等方面的研究在未來的研究中仍會(huì)是一個(gè)比較熱門的研究話題。
對(duì)納入的文獻(xiàn)所發(fā)表學(xué)術(shù)期刊排名前10的期刊進(jìn)行統(tǒng)計(jì),見圖2。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在土壤水鹽運(yùn)移領(lǐng)域英文文獻(xiàn)主要發(fā)表于《JOURNAL OF HYDROLOGY》、《AGRICULTURAL WATER MANAGEMENT》、《WATER RESOURCES RESEARCH》等期刊,這些期刊發(fā)文最多的期刊為荷蘭出版的《JOURNAL OF HYDROLOGY》, 排名第2 的期刊仍為荷蘭出版的《AGRICULTURAL WATER MANAGEMENT》,排名第3 的期刊為美國(guó)出版的《WATER RESOURCES RESEARCH》。前10 本期刊中,其中荷蘭期刊5 本,瑞士期刊2 本,美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)各1本。從期刊數(shù)量來看,荷蘭在土壤水鹽運(yùn)移領(lǐng)域的研究比較領(lǐng)先。中文文獻(xiàn)的來源主要分布在《灌溉排水學(xué)報(bào)》、《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》、《節(jié)水灌溉》等期刊,其中《灌溉排水學(xué)報(bào)》期刊載文量最多,2000-2020年關(guān)于土壤水鹽運(yùn)移的載文量多達(dá)47篇,其次是《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》和《節(jié)水灌溉》,分別為39篇和32篇。
圖2 文獻(xiàn)來源期刊分布Fig.2 Distribution of literature source journals
利用VOSviewer 科技文獻(xiàn)的主題挖掘功能對(duì)土壤水鹽運(yùn)移研究領(lǐng)域的相關(guān)主題進(jìn)行聚類分析,它反應(yīng)了各個(gè)主題之間的相關(guān)程度。將WOS 中檢索的文獻(xiàn)導(dǎo)入VOSviewer 軟件得到土壤水鹽運(yùn)移主題聚類分析圖譜,見圖3。圖譜中,主題的不同顏色代表了主題所屬的不同類別,主題標(biāo)簽的大小則代表了主題的出現(xiàn)頻率和次數(shù),主題之間的距離遠(yuǎn)近代表了主題之間的相似性,即距離越近則代表主題之間越相似。從主題聚類圖中可以了解到plant、content、model、accumulation、response、 treatment、 soil salinity、 groundwater、 surface、species、source 等主題標(biāo)簽較大,說明它們出現(xiàn)的頻率和次數(shù)比較多,從這些主題詞中可以看出關(guān)于土壤水鹽運(yùn)移研究的內(nèi)容比較豐富,主要活躍在圍繞植物、土壤中的水鹽運(yùn)移規(guī)律及含量變化(主題詞包括plant、content、soil salinity、accumulation、response、salt transport、 salt tolerance、surface、salt stress 等)以及水鹽運(yùn)移模型預(yù)測(cè)(主題詞包括model、hydrus、mobility、hydrus 1d等)等方面。
圖3 主題聚類分析圖譜Fig.3 Thematic cluster analysis map
從主題聚類分析來看影響比較大的幾個(gè)主題主要集中在植物生長(zhǎng)、鹽分脅迫、土壤水運(yùn)動(dòng)等幾個(gè)方面。鹽生植物是改良鹽堿土最有效的方法之一。在鹽堿地中耐鹽植被的大量種植及生長(zhǎng),不僅可以改善土壤自身鹽堿環(huán)境同時(shí)也能夠調(diào)節(jié)和改善周邊區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。一直以來,土壤-水-植物系統(tǒng)中的鹽堿化是引起公眾關(guān)注的重要環(huán)境問題,所以研究受水文循環(huán)和植物生長(zhǎng)影響的土壤中水分和鹽分的遷移規(guī)律以及模型,可以用于預(yù)測(cè)土壤-水-植物系統(tǒng)中水和鹽的行為,從而為鹽堿地改良提供理論依據(jù)[9-12]。
文章的關(guān)鍵詞是作者從文章中精心挑選出的術(shù)語,是文章主題的概括和作者研究重點(diǎn)的提煉,可以反映該論文的核心內(nèi)容,對(duì)其進(jìn)行共現(xiàn)分析可以對(duì)當(dāng)前學(xué)科研究進(jìn)行歸類,從而發(fā)現(xiàn)研究的方向和熱點(diǎn)[13,14]。本文采用“共詞分析”的科學(xué)計(jì)量學(xué)方法,通過構(gòu)建“共詞矩陣”對(duì)檢索的中英文文獻(xiàn)分別繪制關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜,其中中文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜見圖4,英文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜見圖5。圖中關(guān)鍵詞所在的圓圈越大說明所代表的關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次越高,也代表是該研究領(lǐng)域較為熱的話題;同時(shí)關(guān)鍵詞越位于圖譜中間,表示該關(guān)鍵詞重要性越強(qiáng),是該研究領(lǐng)域的重要概念[15]。檢索的2000-2020年的748篇中文文獻(xiàn)中,共得到1 374個(gè)關(guān)鍵詞,其中117 個(gè)符合閾值;1 250 篇英文文獻(xiàn)中,共得到6 487 個(gè)關(guān)鍵詞,其中有478 個(gè)符合閾值。圖譜中軟件篩選閾值都選為5(關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次至少為5次)。從篩選出的關(guān)鍵詞數(shù)量來看,國(guó)內(nèi)外關(guān)于土壤水鹽運(yùn)移方面的研究在豐富程度上存在一定的差異。國(guó)內(nèi)土壤水鹽運(yùn)移共現(xiàn)較強(qiáng)的關(guān)鍵詞有水鹽運(yùn)移、數(shù)值模擬、膜下滴灌、微咸水等;國(guó)外土壤水鹽運(yùn)移共現(xiàn)較強(qiáng)的關(guān)鍵詞有water transport、salinity、growth salt tolerance、hydraulic conductivity、model 等。各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間聯(lián)系緊密,其中中文文獻(xiàn)中研究的熱點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面。
圖4 基于CNKI土壤水鹽運(yùn)移研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)Fig.4 Co-occurrence network of keywords for soil water and salt transport research based on CNKI
圖5 基于WOS土壤水鹽運(yùn)移研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)Fig.5 Co-occurrence network of keywords for soil water and salt transport research based on WOS
(1)數(shù)值模擬。主要包括HYDRUS 模型、SWAP 模型、BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、SHAW 模型等模擬水、鹽在土壤中的分布以及隨時(shí)間變化的趨勢(shì)和規(guī)律。其中HYDRUS 模型是最基本和最經(jīng)典的模型,是1991年由美國(guó)國(guó)家鹽改中心和農(nóng)業(yè)部聯(lián)合開發(fā)的,用來模擬飽和土壤中一維水分與溶質(zhì)運(yùn)移的數(shù)值模型, 后來被發(fā)展為HYDRUS-1D、 HYDRUS-2D 以及HYDRUS-3D 等模型[16],目前大部分學(xué)者主要研究各個(gè)條件下,例如凍融循環(huán)、干濕循環(huán)等因素影響下的土壤水鹽運(yùn)移模型。
(2)膜下滴灌。滴灌技術(shù)是是治理改良鹽堿地中的一種重要的農(nóng)藝措施,尤其在干旱半干旱地區(qū)被得到了廣泛地應(yīng)用。膜下滴灌是一種將覆膜種植和滴灌技術(shù)相結(jié)合的新型節(jié)水灌溉技術(shù),可以有效減少蒸發(fā)抑制地下鹽分運(yùn)移。目前大部分學(xué)者主要研究灌水量、灌水水質(zhì)、滴灌頻率、膜間處理方式等因素對(duì)土壤水鹽運(yùn)移的影響機(jī)理[17-19]。
(3)微咸水灌溉。與傳統(tǒng)的淡水灌溉相比,利用微咸水灌溉一方面提供了作物生長(zhǎng)所需要的水分增辟了灌溉水源,另一方面也會(huì)增加土壤鹽分含量,然而鹽分的過度積累又會(huì)影響土壤質(zhì)量和作物生長(zhǎng)發(fā)育。目前,對(duì)于利用微咸水灌溉的研究,主要集中在模擬微咸水灌溉條件下土壤水鹽運(yùn)移的長(zhǎng)期變化過程以及如何有效防止土壤次生鹽漬化[20-22]。
外文文獻(xiàn)中研究的熱點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面。
(1)植物耐鹽機(jī)制。土壤鹽漬化是干旱和半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)的主要威脅,在這些地區(qū)缺水和灌溉地排水不足導(dǎo)致土壤鹽堿化加重,鹽分積累抑制植物生長(zhǎng),降低植物吸收水分和養(yǎng)分的能力,從而導(dǎo)致植物水分虧缺,最終使得作物減產(chǎn)。種植耐鹽性植物可以提高鹽漬土的利用率,所以研究植物在鹽脅迫條件下的耐鹽機(jī)制是鹽堿地改良的重要內(nèi)容。主要關(guān)鍵詞主要包括:plants、salt stress、salt tolerance、drought。
(2)數(shù)值模型。主要研究不同影響因素下的水鹽運(yùn)移機(jī)理及模型構(gòu)建,例如灌溉、蒸發(fā)、凍融循環(huán)、干濕循環(huán)等條件下水鹽運(yùn)移模型,主要關(guān)鍵詞包括:irrigation、temperature、groundwater、model、hydrus-1d、hydrus-2d等。
通過作者合作分析來反映相關(guān)研究領(lǐng)域關(guān)鍵作者以及代表性人物。本文利用VOSviewer 軟件采用分?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)法對(duì)2000-2020年的中文文獻(xiàn)作者進(jìn)行分析,在中文文獻(xiàn)的1 382位作者中選擇最小發(fā)文量為3篇的作者,共提取作者153人,見圖6。其中可視化圖譜中1 個(gè)節(jié)點(diǎn)代表1個(gè)作者,節(jié)點(diǎn)的大小代表作者發(fā)文量的多少;連線即關(guān)系,線條的粗細(xì)代表節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度。從分析的結(jié)果可以看出在土壤水鹽運(yùn)移領(lǐng)域形成了以最大節(jié)點(diǎn)王全九為主導(dǎo)地位的作者網(wǎng)絡(luò),王全九教授在該領(lǐng)域的發(fā)文量最多,其次是虎膽·吐馬爾白、史海濱、費(fèi)良軍、李瑞平等。圖中同一種顏色表示各作者之間研究方向一致,且合作關(guān)系密切。從圖譜中可以看出在土壤水鹽運(yùn)移研究領(lǐng)域的研究團(tuán)體比較多,其中有2個(gè)比較顯著的團(tuán)體,他們分別是王全九教授團(tuán)隊(duì)和虎膽·吐馬爾白教授團(tuán)隊(duì)。①王全九教授團(tuán)隊(duì)[23,24]主要對(duì)于膜下滴灌滴頭流量、灌水歷時(shí)、土壤含鹽率等因素對(duì)滴灌過程中水鹽運(yùn)移特征方面進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究,這對(duì)合理利用膜下滴灌技術(shù)體系來開發(fā)鹽堿地提供了一定的指導(dǎo)。②虎膽·吐馬爾白教授團(tuán)隊(duì)[25-27]主要考慮了膜下滴灌、秸稈覆蓋、凍融等因素在干旱區(qū)棉田土壤中水鹽運(yùn)移規(guī)律并進(jìn)行了數(shù)值模擬,還與實(shí)測(cè)的土壤含水率和含鹽量進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)凍融過程中溫度變化對(duì)土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律的影響較大,同時(shí)發(fā)現(xiàn)秸稈覆蓋與滴灌結(jié)合在干旱區(qū)具有良好的應(yīng)用前景。③此外,在中國(guó)西北干旱、寒冷地區(qū),凍融作用是造成土壤鹽堿化的獨(dú)特原因,所以史海濱、李瑞平團(tuán)隊(duì)[28-30]基于田間實(shí)測(cè)資料,對(duì)土壤凍融期間多年鹽分、水分以及溫度的變化規(guī)律進(jìn)行了分析,同時(shí)運(yùn)用水熱耦合模型(SHAW)對(duì)土壤凍融期水、熱、鹽的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了模擬。結(jié)果發(fā)現(xiàn)SHAW 模型對(duì)凍融期土壤水鹽耦合運(yùn)移規(guī)律的模擬效果好且研究精度高。費(fèi)良軍團(tuán)隊(duì)[31,32]主要研究了利用渾水膜孔灌的灌溉方式,在肥液入滲條件下土壤水氮運(yùn)移的規(guī)律等,為渾水膜孔灌的技術(shù)研究奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。
圖6 國(guó)內(nèi)土壤水鹽運(yùn)移研究作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜Fig.6 The map of the cooperation network of authors on soil water and salt transport research in China
通過國(guó)家合作與研究機(jī)構(gòu)合作分析有助于理解關(guān)于土壤水鹽運(yùn)移研究的國(guó)家分布與機(jī)構(gòu)合作情況。利用VOSviewer 軟件,從檢索的1 250篇英文文獻(xiàn)中所涉及的86個(gè)國(guó)家中篩選出了54 個(gè)至少在國(guó)際期刊上發(fā)表3篇論文以上的國(guó)家構(gòu)建合作網(wǎng)絡(luò)圖譜,見圖7。圖中節(jié)點(diǎn)大小與隸屬該國(guó)家發(fā)表論文被引用數(shù)成比例關(guān)系,節(jié)點(diǎn)之間的連線表示國(guó)家之間存在合作關(guān)系,連線的粗細(xì)表示合作程度的強(qiáng)弱。按節(jié)點(diǎn)大小排序,在土壤水鹽運(yùn)移研究領(lǐng)域排名前5的國(guó)家分別是美國(guó)、中國(guó)、澳大利亞、德國(guó)、英國(guó),說明這些國(guó)家發(fā)表的論文產(chǎn)生的影響力比較高,其中我國(guó)與美國(guó)、澳大利亞在土壤水鹽運(yùn)移方面研究的聯(lián)系比較緊密。
圖7 土壤水鹽運(yùn)移研究領(lǐng)域高影響力國(guó)家Fig.7 Countries with high influence in the field of soil water and salt transport research
采用文獻(xiàn)耦合的方法可以回溯文獻(xiàn)的來源從而顯示相關(guān)領(lǐng)域高影響力的研究機(jī)構(gòu)。在土壤水鹽運(yùn)移研究領(lǐng)域,從檢索的文章中可以發(fā)現(xiàn)涉及該方面的研究機(jī)構(gòu)有1 431 所,通過調(diào)整閾值篩選出了影響力前100 的研究機(jī)構(gòu)。表1為關(guān)聯(lián)強(qiáng)度(指研究機(jī)構(gòu)與其他研究機(jī)構(gòu)總的共現(xiàn)次數(shù),包括重復(fù)共現(xiàn)次數(shù))排名前10 的機(jī)構(gòu),根據(jù)總關(guān)聯(lián)強(qiáng)度,發(fā)現(xiàn)排名前5 的機(jī)構(gòu)分別是Chinese Acad Sci(中國(guó)科學(xué)院)、Us Geol Survey(美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局)、China Agr Univ(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué))、Univ Calif Riverside(加利福尼亞大學(xué)河濱分校)、Ben Gurion Univ Negev(內(nèi)蓋夫本·古里安大學(xué)),其中有2 個(gè)機(jī)構(gòu)屬于中國(guó)。從國(guó)家、機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖譜來看,美國(guó)、中國(guó)、澳大利亞等國(guó)家在土壤水鹽運(yùn)移領(lǐng)域發(fā)表的論文影響力較高,而且我國(guó)在該領(lǐng)域的高影響力發(fā)文機(jī)構(gòu)也位于世界前列,說明我國(guó)在土壤水鹽運(yùn)移研究領(lǐng)域還是比較強(qiáng)的。
表1 土壤水鹽運(yùn)移研究領(lǐng)域高影響力機(jī)構(gòu)Tab.1 High-impact institutions in the field of soil water and salt transport research
在過去的研究中,圍繞著土壤水鹽運(yùn)移的基本理論驗(yàn)證和模型應(yīng)用的研究已經(jīng)取得了很多不錯(cuò)的成果,特別是田間實(shí)地試驗(yàn)觀測(cè)過程中數(shù)據(jù)獲取的困難使得學(xué)者們更加注重?cái)?shù)值模擬在土壤水鹽運(yùn)移方面的研究[33]。國(guó)內(nèi)土壤水鹽運(yùn)移理論研究中,張蔚榛[34]首先應(yīng)用勢(shì)能理論研究了飽和與非飽和土壤水以及溶質(zhì)運(yùn)移的問題,并根據(jù)水鹽運(yùn)移平衡理論提出了一種比較簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)土壤水鹽運(yùn)移預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型;石元春[35]建立了黃淮海平原區(qū)域水鹽運(yùn)移監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的模型,并開發(fā)了PWS 1.0 軟件;劉炳成[36]等通過水、熱、鹽耦合運(yùn)移的數(shù)學(xué)模型研究,發(fā)現(xiàn)土壤質(zhì)地對(duì)鹽分運(yùn)移的影響較大;李瑞平等通過多年研究分析發(fā)現(xiàn)土壤凍融期間溫度變化導(dǎo)致了水鹽遷移,且鹽分變異系數(shù)更大,這就表明凍融期鹽分的運(yùn)移機(jī)制比水分運(yùn)移機(jī)制更加復(fù)雜。SHAW(Simultaneous Heat And Water)模型是研究土壤和融雪凍融比較詳細(xì)和有效的模型之一,該模型已經(jīng)被證明可以精確地模擬土壤、氣候以及表面條件很大范圍內(nèi)的凍結(jié)深度,還能夠模擬復(fù)雜冬季凍結(jié)現(xiàn)象對(duì)水分遷移、溶質(zhì)遷移的影響等[37,38]。
根據(jù)WOS 數(shù)據(jù)庫(kù)做出近5 a 的關(guān)鍵詞共現(xiàn)可視化知識(shí)圖譜,見圖8??芍鼛啄旮珊祬^(qū)水鹽、濱海鹽堿地、脫鹽率、土壤含水率、土壤含鹽率、入滲模型等關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率較高。近年來,由于耕地減少和糧食減產(chǎn)的壓力使得鹽堿地改良問題已經(jīng)顯得愈來愈重要,特別是在干旱、半干旱地區(qū),土壤鹽堿化導(dǎo)致作物生長(zhǎng)障礙、減產(chǎn)的問題更為突出。而我國(guó)鹽堿地面積分布廣泛,灌溉鹽漬化、干旱鹽漬化等問題日益嚴(yán)重,所以摸清各種影響因素下的土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律可為鹽堿地改良提供理論依據(jù)。在此背景下,以下幾點(diǎn)應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注[39,40]:
圖8 基于WOS土壤水鹽運(yùn)移研究近5 a關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)Fig.8 Key word co-occurrence network in recent 5 years based on WOS soil water and salt transport research
(1)土壤鹽漬化與地下水埋深密切相關(guān),土壤孔隙等物理結(jié)構(gòu)同樣對(duì)于鹽分累積和遷移產(chǎn)生一定的影響,所以研究地下水埋深、土壤結(jié)構(gòu)影響下土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律對(duì)土壤鹽漬化改良具有重要作用。
(2)“鹽隨水來,鹽隨水去”是研究水鹽動(dòng)態(tài)運(yùn)移變化規(guī)律的重要依據(jù),而鹽類的移動(dòng)和水的運(yùn)動(dòng)密切相關(guān),所以土壤水分的水利工程調(diào)節(jié)是控制土壤鹽漬化重要的措施。覆膜、滴灌、咸淡輪灌、咸水灌溉、秸稈覆蓋、暗管排水等不同種植耕作與管理方式對(duì)于土壤中鹽分離子遷移和累積有很大的影響,所以對(duì)這些因素下的土壤鹽分運(yùn)移與模擬的研究是鹽堿地改良的關(guān)鍵。
(3)模型預(yù)測(cè)可以監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)土壤水鹽運(yùn)移的狀態(tài)從而有效控制土壤鹽漬化,所以基于水鹽運(yùn)移理論并進(jìn)行數(shù)值模擬可以對(duì)土壤水鹽平衡狀態(tài)進(jìn)行預(yù)報(bào)和評(píng)價(jià)分析。例如最具代表性的HYDRUS模型、SHAW模型等。
(4)濱海鹽堿地約占總鹽堿地面積的1/6,因此研究濱海高鹽區(qū)水鹽運(yùn)移規(guī)律是鹽堿地改良很重要的一部分。
(5)種植耐鹽性植物可以提高鹽漬土的利用率,所以耐鹽性農(nóng)作物和植被將會(huì)是今后研究的熱點(diǎn)方向。研究土壤-植物系統(tǒng)中水和鹽的運(yùn)輸機(jī)制對(duì)于耐鹽性植物的培育有一定的參考價(jià)值。
(1)2000-2020年21 a,國(guó)內(nèi)外在土壤水鹽運(yùn)移領(lǐng)域的發(fā)文量都呈上升趨勢(shì),而且隨著鹽堿地改良問題的日益嚴(yán)重性,對(duì)于土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律的探討及研究在未來仍然是一個(gè)比較熱的話題。
(2)從土壤水鹽運(yùn)移領(lǐng)域發(fā)表文獻(xiàn)來源來看,該領(lǐng)域核心期刊刊出論文較多的英文期刊有《AGRICULTURAL WATER MANAGEMENT》、《WATER RESOURCES RESEARCH》等,中文期刊有《灌溉排水學(xué)報(bào)》、《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》、《節(jié)水灌溉》等,這些期刊對(duì)研究土壤水鹽運(yùn)移具有很好的參考價(jià)值。
(3)從關(guān)鍵詞共現(xiàn),作者、國(guó)家、機(jī)構(gòu)合作等方面來看,對(duì)于土壤水鹽運(yùn)移的研究各個(gè)國(guó)家都有所涉及主要活躍在滴灌、微咸水灌溉、凍融等條件下的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模型的模擬,我國(guó)在該領(lǐng)域的高影響力發(fā)文機(jī)構(gòu)也位于世界前列。
(4)土壤鹽漬化問題已經(jīng)成為全球性的生態(tài)問題,而土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律的研究將為鹽堿地治理提供有利的理論依據(jù),未來關(guān)于土壤水鹽運(yùn)移的研究將主要集中在土壤結(jié)構(gòu)、種植耕作與管理方式、模型預(yù)測(cè)、濱海鹽堿地、耐鹽性植被的鹽分適應(yīng)性等幾個(gè)方面。
(5)目前關(guān)于土壤水鹽運(yùn)移的研究多集中于田間尺度或單一因素的研究,而對(duì)于大區(qū)域或多因素影響下的土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律研究較少,所以摸清多因素影響下土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律是對(duì)鹽堿地進(jìn)行科學(xué)調(diào)控和治理的關(guān)鍵。