基于Web of Science对蔬菜系统活性氮损失研究的文献计量分析

马 笑，张世浩，张 芬，刘发波，梁 涛,3，王孝忠，陈新平

（1西南大学资源环境学院，重庆 400715；2西南大学长江经济带农业绿色发展研究中心，重庆 400715；3重庆市农业科学院，重庆 401329）

0 引言

蔬菜是人们饮食中不可或缺的食物来源。1997—2017年，全球蔬菜产量由5.5亿t增长到10.9亿t[1]，其中氮肥对蔬菜产业迅猛发展起着至关重要的作用。由于蔬菜根系浅、养分吸收能力差、生育周期短的生物学特性和蔬菜高经济利益的驱动，集约化菜地氮肥投入量远高于作物需求[2]。不合理的氮肥施用导致被作物吸收利用的氮肥仅占施入氮肥的小部分，蔬菜系统氮肥利用率低，露地蔬菜利用率为25.9%，设施蔬菜利用率仅为19.7%[3]，损失的氮素主要以铵态氮和硝态氮的形式淋溶到深层土壤中或径流到水体中、经氨(NH3)或氮氧化物(NxO)等气体的形式进入到大气中[4]。蔬菜系统大量的活性氮损失导致了一系列的环境、社会、经济问题[5-6]，制约全球蔬菜绿色可持续发展，已成为目前科学界广泛关注的焦点。

自21世纪以来国内外学者在蔬菜系统活性氮损失领域发表了大量的研究型论文，主要集中在田块尺度上定量化揭示不同环境（土壤和气候）下不同蔬菜系统（露地和设施）各活性氮损失量[7-9]及微生物学机制[10-11]；探究不同农艺措施如氮肥用量[12]、氮肥类型[13]、灌溉制度[14]、综合管理[15-16]等对各活性氮排放的影响等。近年来，也有不少学者基于已发表论文的数据利用模型模拟和整合分析(meta-analysis)的方法在大尺度上（全球/国家/地区）量化不同蔬菜系统各活性氮损失的排放因子和总量[17-18]及评估不同调控途径的减排潜力等[19-20]。然而，尽管目前蔬菜系统活性氮产生机制、调控减排、定量评估等方面的研究已经取得丰硕的成果，但仍缺乏对该领域研究现状、热点及演变趋势的梳理和总结。

文献计量学是利用数学和统计学的方法，以文献体系和文献计量特征为研究对象，系统分析某领域发展现状和趋势的科学[21]。由于其显著的客观性、定量化、模型化的宏观研究优势，迄今为止已广泛应用于植物营养学[22]，土壤学[23]，环境科学[24]等领域。但截至目前为止，关于文献计量学对全球蔬菜系统活性氮损失的探究尚不清楚。本研究以Web of Science核心合集为数据库，使用VOSviewer软件对蔬菜活性氮损失研究文献进行可视化分析，系统揭示该领域研究历程、热点和发展趋势，以期为未来该领域的研究提供参考与借鉴。

1 材料和方法

1.1 数据来源

Web of Science核心数据库是一个综合型、多学科、核心期刊引文检索平台，是世界上最权威的数据库之一[25]。本研究基于Web of Science核心合集数据库，运用高级检索工具，以“蔬菜系统”和“活性氮”为主题，全面交叉配对48次，具体检索组合方式如图1所示，检索设置文献类型为“article”和“review”，语种为“English”，发表时间范围为2000年1月—2021年8月，利用Histcite软件对未收录到数据集中的文献进行增补，并逐条筛查和剔除重复或不相关的文献，最终收录英文文献444篇。

图1 “蔬菜系统”和“活性氮损失”主题组合检索方式

1.2 统计方法

VOSviewer是由荷兰莱顿大学开发设计的一款文献计量分析软件，可进行文献的分布结构、数量结构、变化规律研究，其对文献集分析结果的可视化图谱展示有着独特的优势[26]。本研究以收录的444篇SCI论文为样本，对文献发表的期刊，作者，单位及文章关键词等关键题录信息进行提取，基于Web of Science自身的分析功能并结合VOSviewer软件和Histcite软件对蔬菜系统活性氮损失的文献从单位时间发文量、高产期刊、高产机构、高产国家、文章被引频次进行计量统计，并对关键词进行聚类和共线分析，通过形成可视化的知识图谱对蔬菜系统活性氮损失领域进行归纳和总结。

2 结果与讨论

2.1 发文趋势分析

某一研究领域的发文量和其时间变化趋势可以表征当前研究水平，各阶段发展速度和发展前景[27]。年发文量如图2所示，从2020年1月—2021年8月，蔬菜活性氮损失研究SCI的发文总量达到444篇且年平均发文量增长迅速。2000—2008年期间，该领域的研究进展较为缓慢，年均发文量少于10篇。2008年之后，该领域的年发文量小幅增加，总量在18篇左右徘徊，且仍处于发展的初期阶段。从2015年之后，蔬菜系统活性氮损失的问题日趋受到重视，发文量也快速增长，到2020年，年发文量达到59篇。鉴于蔬菜种植面积和产量的持续增加和与这一主题息息相关的环境政策的实施，未来几年该领域将进入大发展时期，论文数量将继续增长。

图2 2000—2020年蔬菜活性氮损失研究的年度发文量及2021年当前发文量

2.2 国家发文量分析

国家发文量可以体现国家对该领域研究的重视程度。基于已收录的文献集，对21世纪以来不同国家和地区的总发文量分析，得到的结果如表1所示，文献发表总量排名前10名的国家分别为中国、美国、德国、澳大利亚、西班牙、加拿大、意大利、英国、日本和丹麦。其中，中国为蔬菜活性氮损失领域发表SCI论文量最多的国家，共236篇，占全球总发文量的53.15%，表明中国对该领域研究的高度关注；总被引频次(Total Global Citation Score，TGCS)表示某篇文章在Web of Science核心合集中的总被引次数，文章的总被引频次越高，说明该文章研究水平和全球受认可度越高。从表1可以看出，中国在该领域发表SCI论文总被引频数为5618，远高于其他国家，这既表明中国处在蔬菜系统活性氮损失研究领域的领导地位也表明中国在该领域的研究成果受认可度高。

表1 蔬菜系统活性氮损失研究领域发文量前10名的国家

2.3 科研机构发文量分析

发文量是被用来评估科研机构对该领域的研究能力的重要依据，而论文总被引频次可以反映科研机构对该领域研究的影响力和传播力[28]。本研究基于发文量和被引频次，综合评估各科研机构对该领域学术研究的影响力。整个统计范围内共有200家机构参与蔬菜系统活性氮损失的研究，全球科研发文量排名前10名的机构如表2所示。中国是该领域研究的主力军，发文量排名前10名的机构中，中国占6个。在中国的研究机构中，中国科学院以发文量111篇位居第一，中国农业大学、南京农业大学、中国农业科学院、西南大学和浙江大学紧随其后。国际科研机构也对该领域展开研究，如阿尔梅里亚大学（24篇）、佛罗里达大学（14篇）、墨尔本大学（13篇）和卡尔斯鲁厄理工学院（12篇）。说明蔬菜系统活性氮损失研究受到国内外科研机构的广泛关注。从文章被引频次来看，中国科学院、中国农业大学和南京农业大学的本地总被引频次和总被引频次都占据绝对优势，说明中国科研机构在蔬菜活性氮损失领域有较高的科研水平和学术成就。

表2 蔬菜系统活性氮损失研究领域最高发文量前10名的研究机构

2.4 期刊分布情况分析

通过分析期刊来源分布可以帮助研究人员高效获取该研究领域的核心期刊，有利于该领域研究人员选择合适的期刊投稿，进而有助于学术成果更好地呈现[29]。期刊影响因子，是代表期刊影响大小的一项定量指标，即期刊平均每篇论文的被引用数，实际上是期刊在某年被全部源刊物引证该刊前两年发表论文的次数，与该刊前两年所发表的全部原论文数之比。与蔬菜活性氮损失领域有关的SCI论文发文量排名前10名的期刊及其发文量、影响因子和分区的文献检索结果列于表3。分析结果显示，排名前5名的期刊分别为Science of the Total Environment、Agriculture Ecosystems & Environment、Agriculture Water Management、Atmospheric Environment、Environmental Pollution，这些期刊都属于农林科学和环境科学领域影响力较高的期刊，占总发文量的26.35%。前10名高产期刊都属于JCR一区和二区的文章，有较高的影响因子，说明蔬菜系统活性氮损失研究成果具有较高的学术水平。

表3 蔬菜系统活性氮损失研究领域发文量前10名高产期刊

2.5 作者及合作关系分析

寻找蔬菜活性氮损失领域的核心作者群体和其合作关系有利于明确该领域研究的关键学者，促进学术交流和研究的深入发展[29]。涉及蔬菜系统活性氮损失研究领域的作者共1484位，其中在2000年1月—2021年8月期间发表SCI论文数最多的作者是来自南京农业大学的熊正琴(Xiong Zhengqin)。根据普莱斯理论[30]：N=0.749(Nmax)1/2，Nmax为发文数量最多作者的论文篇数，N为核心作者的最低发文数量。经计算发文数量≥4篇(N=3.89)则被划分为核心作者。在VOSviewer中检索到核心作者共有109位，其合作关系如图3所示，共有10个聚类组。聚类组内部联系强度较高，且作者多为同一个科研团队或同一科研机构，如熊正琴(Xiong Zhengqin)和段鹏鹏(Duan Pengpeng)、王敬国(Wang Jinguo)和吕昊峰(Lv Haofeng)、夏龙龙(Xiong Longlong)和施卫明(Shi Weiming)、郑循华(Zheng Xunhua)和姚志生(Yao Zhisheng)，但聚类组外联系强度较低，如张福锁(Zhang Fusuo)和陈新平(Chen xinping)在该领域的主要合作作者仅为陈清(ChenQing)。从核心作者合作共线网络可以看出，蔬菜系统活性氮损失领域同一研究团队间合作紧密，不同研究团队间的合作较少，研究人员可以根据研究需求同聚类组外的作者加强学术交流与合作。

图3 蔬菜系统活性氮损失的作者合作网络图

2.6 本地高被引论文分析

本地被引频次(Total local citation score，TLCS)表示文章在当前数据集中被引用的次数，若某一篇文章的TLCS越高说明该文章在该研究领域的相关度和影响力越大[31]。本地被引频次越高代表文章在该领域越具有里程碑的意义。蔬菜系统活性氮损失研究领域前10名高被引SCI论文具体信息如表4所示，其中，巨晓棠于2006年发表在Environmental Pollution上题为“Nitrogen balance and groundwater nitrate contamination:Comparison among three intensive cropping systems on the North China Plain”的文章，总本地被引用频次最高，为68次。该篇文章指出在华北平原集约化设施蔬菜系统的氮素投入量和氮盈余量显著高于小麦-玉米轮作系统和苹果园，且化肥仅占设施蔬菜系统氮素投入总量的37.1%。文章通过3种种植制度的比较提升了研究人员对集约化设施菜地氮素投入总量、比例和氮平衡的认知。本地被引用频次排名第二的是2006年发表在Atmospheric Environment上的“Measurements ofnitrous oxide emissions from vegetable production in China”，总本地被引频次为56次。在此篇文章中，熊正琴利用静态箱-气相色谱法首次测量了中国菜地氧化亚氮排放通量，并指出菜地的氧化亚氮排放是全国氧化亚氮排放清单中的重要来源之一。值得一提的是，前10名本地高被引论文中有2篇综述型论文，2篇文章都基于田块尺度上的排放因子(emission factor)来分别评估中国和世界蔬菜系统年氧化亚氮总排放量，但是由于有限的数据量、测量结果的准确性和氧化亚氮排放受多因素的交互影响，2篇文章区域性的评估结果都有一定的不确定性。

表4 2000—2021年蔬菜系统活性氮损失研究领域最高被引前10名作者

2.7 关键词共线热点演变分析

研究热点是指在一段时间内，出现数量较多、有内在联系的一组被探讨的学术问题和专题。分析该领域的研究热点对厘清该领域研究发现和发展趋势有着指引性的作用[28]。关键词是一篇文章的核心与精髓，可以将文章高度准确地概括出来。提炼数据库中高频关键词，可以一定程度上代表该领域的研究热点[32]。本研究使用VOSviewer软件对444篇论文中的关键词进行高频筛选，将关键词最少出现词频设置为14，得到蔬菜系统活性氮损失研究领域的关键词共线时区图（图4）。图中每个节点代表不同时间出现的频次较高的关键词，节点越大代表关键词出现频次越高，节点之间的连线表示关键词间的共现关系，线条越近，表示关键词间关系越紧密。由图4可知，2013年之前的高频关键词有N leaching、N uptake、N fertilization、N rate、irrigation、cultivation、vegetable yield、field experiment等，其中词频最高的为N leaching，说明该时期研究热点是基于田间试验研究氮肥运筹和灌溉制度对蔬菜产量和氮淋洗的综合影响[33-35]。2013—2015年出现的高频 关 键 词 有 N2O emission、emission factor、N application、temperature、soil type等，说明这一阶段国内外学者开始较多地关注菜地N2O的排放，主要都是基于田块尺度上探究不同菜地系统中环境和管理因素，以及他们的交互作用对N2O排放的影响和制定因地制宜的减排措施[36-38]，但该阶段的研究不够深入，并未阐述引起菜地N2O排放的微生物机制。2015年之后的高频关键词有 N2O emission、NH3、bacterium、nitrification inhibitor、meta-analysis、measurement、environmental impact、N use efficiency、soil organic carbon、 global warming、 model、 denitrification、nitrification等，其中N2O emission仍然是该阶段的主要研究热点，但是其研究内容的深度和广度已经发生了变化，具体表现在3个方面：（1）菜地土壤硝化和反硝化作用产生氧化亚氮的微生物学机制和利用微生物指标来研究不同因素如：硝化抑制剂(nitrification inhibitors)、生物炭(biochar)等对菜地N2O排放的影响[39-40]；（2）利用模型模拟和整合分析(meta-analysis)从宏观尺度来量化不同区域菜地氧化亚氮的排放清单及探究不同管理措施对不同系统中各活性氮损失的减排效果[41-43]；（3）作为菜地主要温室气体的N2O对土壤有机碳和全球变暖的影响[44-45]。

图4 蔬菜系统活性氮损失的关键词共线网络

2.8 研究不足和展望

本研究选择Web of science核心合集作为数据库，尽管其被认为是绝大多数出版物的权威获取来源，但其他数据库中部分相关文献可能未被收录，或许会对分析结果造成一定的影响，此外，中文数据库中蔬菜系统活性氮损失研究领域的相关文献未被纳入分析。本研究是从文献计量角度和内容分析等方法对蔬菜系统活性氮损失领域进行分析，未进一步系统阐述蔬菜系统各活性氮的损失机制和途径、具体农艺措施在不同环境因素下对各活性氮的影响效果、不同地区不同蔬菜系统各活性氮损失的排放清单和减排措施、模型模拟和整合分析等方法对大尺度下蔬菜系统活性氮损失的评估结果等。此外，由于蔬菜田间性氮损失试验的监测周期长，实验成本高等原因，本研究在关键词共线热点演变分析时发现，近些年研究人员使用模型模拟和整合分析等方法对蔬菜系统活性氮损失的定量和分析较多，田间试验缺乏，未来还需要更多的田间试验特别是长期定位试验来为模型模拟和整合分析提供数据和验证其分析的结果。在对期刊分布情况分析的结果发现，蔬菜系统活性氮损失领域的研究主要集中在生态环境科学、农学、大气科学、土壤学等几个学科，考虑到菜地土壤活性氮损失过程的复杂性、调控措施和环境因素的交互性、对生态环境影响的综合性等，未来该领域的研究需要更多交叉学科的渗入。

3 结论

本研究基于文献计量可视化分析的方法，分析了21世纪以来发表在web of science核心合集数据库中444篇蔬菜系统活性氮损失研究的文献，结论如下。

（1）蔬菜活性氮损失研究从发文量较少的探索时期进入发文量稳定增长的大发展时期，在全球范围内受重视程度越来越高。中国、美国、德国、澳大利亚、西班牙等国家在该领域发文量较多且研究成果受认可度较高；中国的科研机构如中国科学院、中国农业大学和南京农业大学、中国农业科学院以其发文数量和质量在该领域处于领军地位；发文量最多的期刊为Science of the Total Environment和Agriculture Ecosystems&Environment，分别为环境科学和农林科学类的Top期刊之一；该领域的核心作者有109位，同聚类间作者合作紧密，不同聚类间作者合作较少。

（2）从蔬菜系统活性氮损失研究的发展趋势来看，其研究内容的深度和广度在不断拓展，同时其研究热点也在发生转变。具体表现为由早期的田间尺度上对菜地氮淋洗和N2O排放的监测和定量转向目前利用模型或整合分析对宏观尺度上蔬菜系统N2O排放的估算、对不同环境下不同调控措施的活性氮减排潜力、N2O对温室效应和土壤碳固存影响分析和微观尺度上通过微生物指标研究菜地土壤氮循环过程对活性氮损失的影响。蔬菜系统的N2O是目前研究的热点和未来的趋势。