肖永豐郭屹杜艷霞范培育姜曉琳劉匯東黃涌波

(1.北京低碳清潔能源研究院，北京 102209；2.神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)

引言

硅是土壤的基本成分，也是植物中的主要組成元素之一，硅肥被認(rèn)為繼氮肥、磷肥、鉀肥之后的第4種生長(zhǎng)元素肥料，硅不僅能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，還可以緩解病蟲害、干旱、重金屬以及紫外線等不利因素對(duì)植株生長(zhǎng)的抑制作用，同時(shí)可以提高農(nóng)作物的品質(zhì)。

硅肥在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用有很長(zhǎng)的歷史，1928年，美國(guó)的研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)硅能使水稻等農(nóng)作物增產(chǎn)，1955年，日本在肥料法中將硅肥列為一種新型的肥料，并開始硅肥的生產(chǎn)和銷售，繼日本之后，朝鮮、菲律賓、印度等亞洲國(guó)家對(duì)硅肥進(jìn)行了引進(jìn)和推廣。隨著對(duì)硅肥研究的深入，硅肥的研究的范疇逐漸擴(kuò)大，硅肥研究的涵蓋面越來(lái)越廣，從硅肥促進(jìn)作物莖葉的生長(zhǎng)，抑制土壤板結(jié)與酸化，到硅肥對(duì)重金屬的鈍化，以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]，硅肥的研究涌現(xiàn)出新的動(dòng)態(tài)和新的領(lǐng)域。

CiteSpace是美國(guó)費(fèi)城德雷克塞爾大學(xué)陳超美教授開發(fā)的一款科學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘和可視化分析的應(yīng)用軟件[2]，利用Citespace軟件對(duì)研究的主題以及關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)分析，通過(guò)可視化圖譜展示硅肥研究的宏觀結(jié)構(gòu)和發(fā)展趨勢(shì)，識(shí)別硅肥研究的熱點(diǎn)及前沿方向。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

WOS數(shù)據(jù)庫(kù)(www.webofscience.com)是全球?qū)W術(shù)信息的重要數(shù)據(jù)庫(kù)，收錄了全球13000多種權(quán)威的、高影響力的外文學(xué)術(shù)期刊，是收錄文獻(xiàn)、并以建立引文的方式追蹤文獻(xiàn)間引用關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)。本文以“silicon fertilizer”或“silicatefertilizer”為關(guān)鍵詞，在WOS核心集合中進(jìn)行檢索，檢索2022年及以前發(fā)表在WOS上的論文，共得到1309篇文章，通過(guò)下載得到相關(guān)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，包括文獻(xiàn)的作者、國(guó)家、研究機(jī)構(gòu)、摘要、關(guān)鍵詞和文獻(xiàn)的引文等信息。

通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，從發(fā)文國(guó)家和地區(qū)分布、學(xué)科分布、等進(jìn)行分析、主題和關(guān)鍵詞共現(xiàn)，以及關(guān)鍵詞突現(xiàn)等進(jìn)行分析。

2 知識(shí)圖譜分析

2.1 硅肥研究的國(guó)家/地區(qū)分布

圖1為硅肥相關(guān)文章發(fā)表數(shù)量排名前10的國(guó)家/地區(qū)。對(duì)整體數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，排名前10的國(guó)家/地區(qū)發(fā)表數(shù)量，占全球總發(fā)表數(shù)量的83.1%，其中中國(guó)發(fā)表相關(guān)的文獻(xiàn)378篇，占28.9%，其次為美國(guó)(11.3%)、巴西(9.7%)、印度(8.1%)、日本(6.6%)、韓國(guó)(4.1%)、澳大利亞(4.0%)等國(guó)家/地區(qū)。從發(fā)表文獻(xiàn)的國(guó)家來(lái)看，這些國(guó)家/地區(qū)基本上都是農(nóng)業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，也是世界主要的產(chǎn)糧大國(guó)。由于這些國(guó)家/地區(qū)農(nóng)業(yè)與糧食有著絕對(duì)的戰(zhàn)略地位，因此對(duì)其重視程度不言而喻，相對(duì)應(yīng)的硅肥應(yīng)用也受到重視，對(duì)硅肥的研究也越來(lái)越多。

圖1 WOS數(shù)據(jù)庫(kù)全球硅肥文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量前10國(guó)家

表1列出了發(fā)表文章前10的研究結(jié)構(gòu)，從表1可以看出，研究機(jī)構(gòu)是以大學(xué)以及研究院為主，其中最高產(chǎn)的是中國(guó)科學(xué)院，其次是中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，前10名中有4家研究機(jī)構(gòu)來(lái)自中國(guó)，有3家來(lái)自美國(guó)，另外3家分別來(lái)自巴西、俄羅斯和韓國(guó)。從結(jié)構(gòu)性質(zhì)來(lái)看，目前硅肥的研究中主要是高校和研究機(jī)構(gòu)。

表1 WOS數(shù)據(jù)庫(kù)全球文獻(xiàn)數(shù)量前10機(jī)構(gòu)

2.2 硅肥研究文獻(xiàn)的學(xué)科分布

從WOS數(shù)據(jù)庫(kù)檢索結(jié)果對(duì)硅肥的研究方向進(jìn)行分類，其結(jié)果如圖2所示，農(nóng)業(yè)方向相關(guān)研究占33.1%；其次是環(huán)境科學(xué)生態(tài)學(xué)方向和植物科學(xué)方向，分別占28.5%和18.4%。從文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量上看，在硅肥的相關(guān)研究方向中，農(nóng)業(yè)、環(huán)境科學(xué)生態(tài)學(xué)和植物科學(xué)為核心，延伸至化學(xué)、工程學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域均有涉獵，說(shuō)明硅肥在未來(lái)的發(fā)展中，研究領(lǐng)域非常廣泛，與其他學(xué)科的交互性很強(qiáng)。

圖2 WOS數(shù)據(jù)庫(kù)中文獻(xiàn)中前10的研究方向

2.3 硅肥研究共被引文獻(xiàn)及前沿分析

研究區(qū)域可以被概念化為從研究基礎(chǔ)到研究前沿的映射，本文對(duì)去除自引后得到6953篇的引用文獻(xiàn)進(jìn)行知識(shí)結(jié)構(gòu)分析，對(duì)研究知識(shí)基礎(chǔ)以及前沿主題進(jìn)行分析，對(duì)文獻(xiàn)構(gòu)建共被引網(wǎng)絡(luò)，然后從關(guān)鍵詞中提取名詞性術(shù)語(yǔ)對(duì)聚類進(jìn)行命名，得到12個(gè)聚類，主要聚類如圖3所示。

圖3 硅肥研究關(guān)鍵詞共被引及前沿分析圖譜

硅肥早期研究主要集中在#9植物硅、#8促進(jìn)莖葉和#0非生物脅迫上，這一階段，對(duì)硅肥的研究主要是植物對(duì)硅的吸收，硅在植物種的形態(tài)變化，以及硅對(duì)植物莖葉的促進(jìn)作用[13]。另外，土壤板結(jié)、土壤酸化等非生物脅迫因素出現(xiàn)，阻礙了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，研究發(fā)現(xiàn)，硅肥可以改善土壤板結(jié)和土壤酸化[14]。

隨著研究的深入，對(duì)硅肥的研究開始集中在#7糧食產(chǎn)量、#5砷吸收、#3降低鎘濃度。隨著硅肥的應(yīng)用，硅肥對(duì)農(nóng)作物的增產(chǎn)效果得到廣泛的關(guān)注[3]，同時(shí)隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)，主要是重金屬等，這些有害元素沒(méi)有經(jīng)過(guò)恰當(dāng)?shù)奶幚恚欧诺街苓叺耐寥乐?，造成了土壤的污染[4]；另外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中農(nóng)藥以及除草劑的使用，也造成了土壤中砷含量超標(biāo)的現(xiàn)象[6]。土壤的污染對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全方面造成極大的影響，有害元素進(jìn)入食物鏈，對(duì)食品安全具有一定的威脅，而研究發(fā)現(xiàn)，硅肥在降低重金屬、砷等有害物質(zhì)中可以起到一定作用[7]。

近年來(lái)，對(duì)硅肥的研究集中在#1可持續(xù)農(nóng)業(yè)、#2缺硅土壤、#4植物防御和#6磷酸鹽溶解菌上，隨著農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展以及超出土壤負(fù)荷的高產(chǎn)，部分土地出現(xiàn)缺硅現(xiàn)象，需要通過(guò)補(bǔ)充硅源以使作物獲得足夠的硅，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)硅對(duì)改善植物的防病蟲害起到促進(jìn)作用[8]。

2.4 關(guān)鍵詞分析

通過(guò)對(duì)收集文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)分析，可得出硅肥研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并對(duì)該領(lǐng)域研究的主題結(jié)構(gòu)發(fā)展變化進(jìn)行分析，文章通過(guò)對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)分析。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類，得到9個(gè)關(guān)鍵的聚類，見圖4。

從圖4可以看出，中心度最高的聚類為0#硅肥，同時(shí)也是最大的聚類，聚類中的關(guān)鍵詞包含有硅肥、糧食產(chǎn)量、水稻、玉米等，研究發(fā)現(xiàn)，硅肥在水稻等禾本作物中能夠明顯的增加谷物的產(chǎn)量[9]。

1#、8#和6#等3個(gè)聚類的主題分別為土壤肥力、植物養(yǎng)分和土壤檢測(cè)，這3部分的研究存在較多交叉，可以看出，對(duì)土壤肥力的影響是多方面的[10-12]，這些研究主要關(guān)注土地的肥力測(cè)試、土壤的生態(tài)健康、植物養(yǎng)分、植物有益元素、葉面施肥、生物應(yīng)激等。

2#和3#中的主題是重金屬和土壤板結(jié)，這2個(gè)聚類與聚類1#有一定的重疊，這2個(gè)主題的研究關(guān)于硅肥在抑制土壤中Cd、Pb、As重金屬的影響[16]，以及多孔硅酸鈣等硅肥對(duì)于改善土壤板結(jié)中的作用[13,14]。

4#、5#和7#分別是關(guān)于因素分析、成分和離子交換，這3個(gè)聚類相對(duì)較為獨(dú)立，其中因素分析包括地質(zhì)化學(xué)、水質(zhì)、鹽分等，硅肥成分研究包括鋼渣、K2MgSiO4、CaSiO3、粉煤灰等含硅礦物；離子交換主要研究包括有N、P、Si等養(yǎng)分離子的吸收，以及硅肥的緩釋作用等[15,16]。

圖4 關(guān)鍵詞聚類

以對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行時(shí)間線展示如圖5，從圖5可以清晰展示出硅肥研究的知識(shí)演進(jìn)以及文獻(xiàn)的相互影響，從20世紀(jì)90年代中期主要關(guān)注點(diǎn)在土壤健康質(zhì)量、農(nóng)家肥料、水稻以及糧食產(chǎn)量上，隨后在2000年左右，硅肥的研究開始出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，并產(chǎn)生了大量的引用，并且受到持續(xù)的關(guān)注，同時(shí)逐漸向抗氧化性、水質(zhì)等研究方向轉(zhuǎn)變。

圖5 關(guān)鍵詞時(shí)間線演化

2.5 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析

突現(xiàn)分析可以對(duì)某一主題的研究的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，挖掘出活躍的前沿主題，通過(guò)突現(xiàn)率可以研究其中某一時(shí)間段內(nèi)活躍的關(guān)鍵詞，并了解未來(lái)的研究趨勢(shì)，圖6展示了關(guān)鍵詞的突現(xiàn)圖譜，其中突現(xiàn)強(qiáng)度最大的關(guān)鍵詞是硅肥，其次是植物養(yǎng)分和水質(zhì)等，其中養(yǎng)分管理、因素分析以及病蟲害管理和重金屬，在早期受到關(guān)注較大，硅肥、植物養(yǎng)分、葉面施肥、水稻、可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)等逐漸成為關(guān)注的熱點(diǎn)。

圖6 關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖譜

3 結(jié)論與展望

本文通過(guò)運(yùn)用Citespace軟件，以硅肥為主題詞對(duì)發(fā)表在WOS上的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和計(jì)量分析，以可視化的方式探索硅肥研究領(lǐng)域的演進(jìn)歷程、研究主題和發(fā)展趨勢(shì)。

通過(guò)對(duì)硅肥研究共被引文獻(xiàn)及前沿分析，硅肥早期研究以植物對(duì)硅的吸收、土壤板結(jié)、土壤酸化開始入手，逐漸深入到硅肥對(duì)于提高作物產(chǎn)量、抑制重金屬吸收，近年來(lái)對(duì)硅肥研究逐漸深入到缺硅土壤、植物防御以及可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)方面。通過(guò)對(duì)硅肥關(guān)鍵詞共現(xiàn)和突現(xiàn)關(guān)鍵詞分析，近年來(lái)硅肥的研究熱點(diǎn)主要集中植物養(yǎng)分、葉面施肥、水稻、可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)等關(guān)鍵主題上。

鑒于本文研究?jī)H以硅肥為主題關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，尚未對(duì)其他的肥料進(jìn)行研究，具有一定的局限性，但是收錄發(fā)表文獻(xiàn)的學(xué)者多是長(zhǎng)期充實(shí)肥料領(lǐng)域理論和實(shí)踐研究的主體，研究成果在一定程度上能夠反映出硅肥領(lǐng)域研究的主題和內(nèi)容體系，對(duì)于肥料領(lǐng)域的研究也具有一定的參考價(jià)值。