我國水肥耦合研究熱點及趨勢探析

張志遠 李玉慶

摘要 利用CiteSpace軟件繪制作者、機構、關鍵詞等知識圖譜，對中國學術網絡出版數據庫 （CNKI） 上發表的水肥耦合文獻進行分析和評論。研究發現，研究機構、學者之間的聯系和合作較少。研究熱點冬小麥、果實品質和枸杞為我國水肥耦合研究的主要研究動向。

關鍵詞 水肥耦合;可視化分析;熱點主題;趨勢

中圖分類號 S-058? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2022）05-0220-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.05.055

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Analysis on the Hotspots and Trends of Water-fertilizer Coupling Research in China

ZHANG Zhi-yuan，LI Yu-qing

（Tibet Agriculture and Animal Husbandry College，Linzhi，Tibet 860000）

Abstract CiteSpace software was used to draw a knowledge map of authors，institutions，keywords，etc.We analyzed and commented on the water and fertilizer coupling literature published on the China Academic Network Publishing Database （CNKI）.It was found that there were fewer connections and cooperation between research institutions and scholars.Research hotspots of winter wheat，fruit quality and wolfberry were the main research trends of water and fertilizer coupling research in China.

Key words Water and fertilizer coupling;Visual analysis;Hot topics;Trends

作者簡介 張志遠（1996—），男，安徽合肥人，碩士研究生，研究方向：高原節水灌溉。*通信作者，教授，碩士生導師，碩士，從事水利及灌溉排水方面的研究。

收稿日期 2021-09-28

水資源短缺是一個全球性問題。我國是一個農業大國，耕地水資源的平均占有量僅為全球平均水平的3/4。目前，每年農業缺水約300億m3，受旱農田1 333萬～2 000萬hm2，8 000萬農村人口飲水困難。我國水資源的總量很少，每個區域和季節分布差距很大。南方水資源較多，北方有很多農作物種植區，人均水資源卻很少。全國52%的人口數量和70%的耕地面積都集中在北方地區，但北方地區卻只擁有全國水資源的24% [1]。水資源短缺嚴重制約了區域經濟社會發展。因此，國家十分重視節水技術的研究。水肥耦合機理和技術一直是節水研究的重要方面。水分和養分既是影響旱地農業生產的主要脅迫因子，又是一對互補、相互作用的因子。鑒于此，筆者利用CiteSpace軟件繪制作者、機構、關鍵詞等知識圖譜，對中國學術網絡出版數據庫 （CNKI） 上發表的水肥耦合文獻進行分析和評論。

1 研究工具及數據來源

1.1 研究工具

該研究使用Drexel大學陳超美博士開發的可視化分析軟件CiteSpace作為研究工具。該軟件是基于Java編程語言編寫的，廣泛用于分析某一研究領域的研究熱點和趨勢。CiteSpace的原理信息可視化，結合了文獻計量學和數據挖掘算法，生成可視化知識圖譜，把節點之間的關聯凸顯出來，進而去分析研究對象之間的共現關系和共引關系等[2]。

1.2 數據來源 該研究的數據來源選自中國學術期刊網絡出版文庫 （CNKI） 全文數據。在中國知網的高級搜索中，以“文獻”為主題搜索。搜索關鍵詞為“水肥耦合”。時間設置為2011年1月1日在2021年9月15日。僅保留中文文獻，共獲取1 115個文獻（在2021年9月15日檢索），不包括會議報告、科技成果和報刊，共1 069篇。把從知網得到的參考文獻導出并轉碼成refworks，得到該研究樣本。

2 數據結果分析

2.1 基本情況統計

2.1.1 文章發布量隨年份的變化。

圖1為歷年中國學術網絡出版文庫 （CNKI） 在中國水肥耦合研究文獻中發表論文數量的變化情況。從圖1可以看出，2011年發表的文章數量為79篇，此后發表的文章數量逐漸增加;2018年發表的文章數量達到了144篇的峰值。由此可見，水肥耦合問題已引起國內研究者的廣泛關注。

2.1.2 高產院校和核心作者圈。

運行CiteSpace，時間跨度設置為2011—2021，時間切片設置為1年，節點類型設置為institution，top n=50，其他參數設置為默認設置，即可獲得256節點的機制共現網絡知識圖譜，0連接和0密度 （圖2）。從圖2可以看出，節點之間的連接數為0，連接數表示節點之間的關系。連接越多，節點之間的關系就越緊密。因此可以看出，機構之間的交流不夠密切，合作較少。從圖2可以看出，排名靠前的分別是寧夏大學、太原理工大學、甘肅農業大學、沈陽農業大學、昆明理工大學，其中寧夏大學的文章數量最多。由此可見，這5家機構在我國水肥耦合研究方面發表的文章較多，學術研究實力較強。

運行CiteSpace，將節點類型設置為author，其他參數設置為與institution參數相同，得到了393節點、262連接和0.003 4密度的作者共現網絡知識圖（圖3）。從圖3可以看出，結點數最多的學者是劉樹棠，其次是劉曉剛、劉益國、余洪謙、馮木才、萬學杰、任清、何新林、劉素蘭、吳朗。由于各學者的相互交流與合作，在地圖集中形成了一批作者子網絡結構，尤其是劉樹堂、何新林、侯中華領銜的3個網絡結構。幾位高產作者的合作較多，主要體現在劉樹棠、劉一國、馮木才、萬學杰等學者之間的學術交流和接觸上，而他們與其他學者的合作較少，論文較少 （方浩、呂志遠等）;有許多學者處在不同的節點上，如侯玉生、劉歡、丁宗江等。綜上所述，我國學者在水肥耦合研究方面的交流與合作意識不足，學者之間的學術交流與合作有待加強。

2.2 研究熱點

研究熱點反映了一個研究領域的研究重點和方向，對于深入了解和分析該領域的研究內容具有重要意義。關鍵詞是文章內容的核心，關鍵詞出現的次數越多，說明該領域對這方面較為關注、研究較多[3]。關鍵詞聚類分析是以關鍵詞共現分析為基礎，把網絡關系中眾多的關鍵詞用聚類統計進行分類，化繁為簡，生成為數量較少的幾個類別[4]。該研究采用關鍵詞聚類分析法對水肥耦合的研究熱點進行分析，去分析我國水肥耦合的主要研究方向。運行CiteSpace，將節點類型設置為keyword，其他參數設置與institution參數相同。以關鍵詞知識網絡圖為根據，選擇LLR算法，生成關鍵詞聚類網絡圖，如圖4所示。圖4為 “水肥耦合”“品質”“滴灌”“干物質質量”“土壤養分”“氮肥”“水氮耦合”“玉米”“農藝節水”“作業要求” 10個集群，反映了我國水肥耦合領域的研究熱點。

基于關鍵詞聚類知識圖，在“ClusterExplorer”中得到聚類標記提取算法之一的對數似然率，得到關鍵詞共現網絡聚類表 （表1）。

對每個聚類中的關鍵詞分析表明，每個聚類研究的內容是相交的?？梢钥闯?，我國水肥耦合研究基本上圍繞“品質”“產量”“水氮耦合” 和 “滴灌” 4個專題，分析如下：

2.2.1 “品質”研究主題。

通常通過營養成分和含量來評估作物品質。作物中的水分可以輸送養分，不同器官中光合產物比例也會被影響，所以果實的品質會受到影響[5]。施肥對作物品質也有重要作用，水肥合理搭配是保證蔬菜優質的重要條件。周紅偉等[6]指出，與

正常施肥相比，滴灌施肥產生了積極作用，可增加其辣椒素、可溶性糖和可溶性蛋白質，說明滴灌施肥可以對辣椒品質產生正向影響。高晶霞等[7]研究發現，合適的水肥處理可以有效增加辣椒品質。

2.2.2 “產量”研究主題

澆水、施肥、環境和種植管理都會影響作物產量。陳淼等[8]研究顯示，在一定范圍內，化肥用量越多，辣椒產量也會呈上升趨勢，與對照相比增產顯著。合理的水肥供應是實現農作物優質高產的重要保證。水肥失衡會阻礙植物生長，降低產量。劉方等[9]研究表明，不充分灌水會對辣椒生長發育有負面影響。干旱缺水期間的灌溉可以及時補充土壤水分，有利于土壤肥效的發揮。適宜的水肥配比促進了辣椒的生長，提高作物產量。楊紅等[10]試驗顯示，減少灌水、大量施肥和不施肥下辣椒產量會顯著降低;而水肥配比合適的情況下，辣椒的產量會大大提高。

2.2.3 “滴灌”研究主題。滴灌水肥一體化技術可顯著節約灌溉用水。滴灌可以節約農業水資源，提高灌水和肥料利用效率。Dar等[11]研究發現，當滴灌為田間持水量的15%時，小麥的產量與其他處理相比顯著增加。雷鈞杰等[12]研究表明，隨著滴灌量的增加，籽粒產量并不呈正相關，而是呈先上升后下降的趨勢，滴灌產量的最大值為4 650 m3/hm2。冬小麥的水分和氮素利用效率受到滴灌的影響較為明顯[13]。Si等[14]在壤土 （河南省新鄉市） 種植冬小麥時，發現當滴灌水肥施氮量為240 kg/hm2、灌水量為40 mm時，冬小麥的產量最大。由此可見，不同地區、不同土壤類型對小麥的影響不同，合適的水肥處理也不同。區域水熱條件和土壤類型對作物的水肥運輸和水肥利用具有重要影響。

2.2.4 “水氮耦合”研究主題。

充足的水分是維持作物正常生理功能的重要條件。合理施肥為作物生長提供了良好的營養環境。在氮、磷、鉀等元素中，對作物生長影響最大的是氮元素。施氮量不能過多或過少，否則都會影響作物的生長發育，進而降低產量和品質[15-17]。我國水土資源現狀要求農業生產節水、控肥。因此，水氮耦合機理和技術集成的研究一直是一個重要的熱點問題。氮磷鉀等元素都要通過土壤水肥來運輸，因此土壤水分的多少會影響元素的遷移和吸收。當土壤水分很小時，土壤水分的運輸能力降低，元素向作物根系的遷移會受到影響[18];但是土壤水分過高不僅會浪費水資源，還會產生深層滲漏，營養離子會產生流失現象，降低肥料利用效率，還會污染環境[19]。 當施肥很少時，作物品質和產量不會產生明顯變化;當施肥過多時，造成浪費，還會對土壤生態造成負面影響[20-23]?？梢?，在農業生產中，水分和養分相互作用、相互制約，共同影響農作物的生長發育[24]。

2.3 研究趨勢 突現詞是指在一定時間內被引用頻率突然增加的關鍵詞，可以用來反映一定時間內的研究趨勢。為了進一步研究我國水肥耦合研究的發展趨勢，運行CiteSpace并設置參數 “bursterms”，得到關鍵詞突現圖 （圖5）。

從圖5可以看出，2011—2014年出現的詞是“冬小麥”;2014—2015年出現的詞是“硝態氮”;2015—2017年出現的詞是“果實品質”;2018—2021年出現的詞是“枸杞”;2019—2021年出現的詞是“灌溉”。其中，“枸杞”和“灌溉”突現詞仍在繼續，可見這2個突現詞現在仍然是我國水肥耦合的研究重點。

此外，關鍵詞時序圖可以用來反映一個研究課題的主要研究內容隨時間的變化，也可以在一定程度上反映一段時間內的研究趨勢。因此，在關鍵詞共現分析的基礎上，在layout里選擇Timezong View，得到關鍵詞時序圖（圖6）。

從圖6可以看出，不同時期的側重點是不同的。因此，可以將2011—2021年我國水肥耦合研究的演變劃分為3個發展階段：基礎發展階段、繁榮階段和新階段，從而更好地分析我國水肥耦合研究的發展階段。

2.3.1 基礎發展階段（2011—2014年）。2011—2014年我國水肥耦合還處于發展的初級階段。由于經費不足、觀念落后、科研條件不足等諸多問題，水肥耦合研究不足，研究混亂、不系統。

2.3.2 繁榮階段（2015—2017年）。該時期我國水肥耦合研究的數量逐漸增多，但存在的問題也日益顯現，如環境問題等。為了更好地解決問題，水肥耦合的研究逐漸增多，范圍不再局限于某一方面，方向變得越來越多。該研究從小麥、辣椒、養分管理、灌溉系統等方面進行了研究，同時從栽培技術、土壤肥力條件和優化等方面進行了詳細研究。

2.3.3 新階段（2018年至今）。該時期水肥耦合領域不斷自我發展，同時也得到了國家的大力支持，我國水肥耦合的研究也與時俱進，越來越精細。產量和品質仍然需要關注，但與以往不同的是，對新時期的研究問題進行了深入分析。關于枸杞的研究越來越多，從影響產量和品質的根本原因進行了大量分析。

3 結論與展望

對我國水肥耦合研究現狀進行分析后發現：

第一，從目前關于水肥耦合研究的論文數量來看，總體上論文數量呈逐年上升趨勢，論文數量從2011年逐步增加，表明水肥耦合研究逐漸受到重視。

第二，從高產機構來看，高校之間論文數量差距較大，高校之間的聯系較少，說明高校之間合作較少。今后，各機構應加強合作意識，相互交流合作經驗，促進水肥耦合研究的進展和效率;從核心作者群體來看，論文數量較多的學者之間的合作較少，這表明學者之間的交流較少。因此，學者們應加強合作與交流，使水肥耦合研究領域相互交叉、相互融合，推動水肥耦合研究向更加全面、系統的方向發展。

第三，從研究熱點和趨勢看，我國水肥耦合研究主要集中在 “水肥耦合”? “品質” “滴灌” “干物質質量”? “土壤養分”? “氮肥”? “水氮耦合”? “玉米”“農藝節水” 和 “作業要求” 主題展開，產量和品質仍是一大重點，說明這些方面是目前水肥耦合中最重要的問題。同時，不僅要提高產量和品質，還要探究是什么對其產生影響，從根本上增加產量、提高品質，滿足人們對產量和品質的要求。

總的來說，應加強水肥耦合對植物生長發育、生理特性、產量、品質的研究，并對影響這些變化的因素進行深層次剖析，如耗水機理和氮素運移規律。同時，在建立模型時，應注意建立更通用的水肥耦合模型。除建立產量和水肥的二次回歸模型外，還應建立作物生長機理模型，即通過對土壤-植物系統中質量流、蒸騰、光合作用和同化作用的關系進行建模，計算出不同水分和養分條件下的作物產量。分析多變量條件下的產量形成因素，注重保護生態環境。

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