基于文獻計量學的國內外鹽漬土改良研究進展

劉 學，梁素鈺，王琪瑤

（1.黑龍江省生態研究所，黑龍江哈爾濱 150081；2.黑龍江省森林生態與林業工程重點實驗室，黑龍江哈爾濱 150081）

土壤鹽漬化作為一個世界性難題由來已久。鹽漬土通常被定義為在25 ℃下，植物根區飽和提取物的電導率（Ece）超過4 d·S/m（約40 mmol 氯化鈉），且可交換鈉為15%的土壤。生長在鹽漬土壤上的農作物易受到高滲透脅迫、土壤物理條件差的影響，從而造成農作物營養紊亂、生產力下降[1]。近年來，由于氣候異常、干旱、淡水資源缺乏以及不合理耕作等原因，土壤次生鹽漬化問題也日趨嚴重。土壤鹽漬化已經成為影響全球農作物生產力提高的制約性因素[2]，根據聯合國教科文組織和糧農組織公布的數據，全球鹽堿地總面積約為9.54 億hm2，且每年仍以100 萬hm2的速度增長[3]。據估計，土壤鹽漬化已經影響了全球超過8 億hm2的農業用地[4]。土壤鹽漬化不僅嚴重制約了農業生產的可持續發展，使土地撂荒、農業生產力降低，也使地下水資源礦化、生物多樣性發展受阻，削弱了環境承載力，對生態環境造成了極大的破壞。因此，加強鹽漬土資源的改良利用、提高土地資源的利用效率，對于保障糧食安全、堅守耕地紅線、維護生態環境可持續發展具有重要意義。

近年來，隨著各國對糧食安全、生態安全重視的增強，鹽漬土資源的開發和改良利用越來越受到重視。國內外許多學者從不同的維度對鹽漬土改良進行研究，但是通過可視化分析手段系統呈現20 年來國內外鹽漬土改良研究的熱點動態和發展趨勢的還很少。CiteSpace 軟件可通過合作網絡分析、文獻耦合分析和共現分析等，形成可視化知識圖譜，清晰地展示某一學科領域的知識結構，直觀地表達該領域的知識熱點及演化過程[5]。本研究通過對國內外鹽漬土改良領域相關文獻的計量和知識圖譜分析，探討該領域的熱點動態和發展趨勢，以期為我國鹽漬土改良的深入研究提供參考和依據。

1 數據來源和研究方法

1.1 數據來源

本研究外文文獻數據來自Web of Science（WOS） 核心合集，中文文獻數據來自中國知網（CNKI）中SCI、EI、北大核心、CSSCI、CSCD 核心期刊數據庫，主題檢索2003 年1 月—2023 年5 月國內外鹽漬土改良研究的相關文獻，WOS 主題檢索詞包括“Improvement of saline soil” or “Reclamation of saline soil” or “Saline soil management”。CNKI 主題檢索詞為“鹽漬土改良”“鹽堿土改良”。為準確獲得鹽堿土改良研究的相關文獻，對檢索到的WOS 和CNKI 文獻進行查閱剔除不相符文獻，最終獲得有效文獻2 240 篇。

1.2 研究方法

利用Excel 2007 軟件繪圖及WOS 和CNKI 數據庫的文獻計量功能分析，并采用CiteSpace 軟件進行知識圖譜分析。對相關文獻從年發文量、發文作者、發文機構、關鍵詞時間共現、突現詞5 個角度，進行計量和可視化分析，并繪制可視化知識圖譜。應用知識圖譜分析21 世紀以來國內外鹽漬土改良領域研究熱點的動態變化和發展趨勢。知識圖譜的模塊值（Modularity Q）和平均輪廓值（Mean Silhouette S）表示圖譜的網絡結構及聚類結果的清晰度[6]。一般認為，模塊值（Q 值）＞0.3 表示聚類結構顯著，輪廓值（S 值）＞0.7 表示聚類可信。圖譜中關鍵詞節點越大、連接的次數越多，表示該關鍵詞的影響力越大[6]。

2 結果與分析

2.1 年發文量與發文國家

WOS 核心合集和CNKI 核心期刊數據庫2003 年1 月—2023 年5 月共發表鹽漬土改良領域文獻2 240 篇，其中，WOS、CNKI 數據庫分別收錄1 412、828 篇。由圖1 可知，WOS 核心合集數據庫相關文獻發文量2003—2009 年處于緩慢發展階段，2003 年24 篇，2009 年增至35 篇，年均發文量約30 篇；2010—2016 年處于顯著增長階段，2010 年41 篇、2012 年47 篇、2015 年73 篇、2016 年90 篇，年均發文量約60 篇，文獻數量漲幅明顯；2017—2023 年處于快速增長階段，相關文獻發文量快速攀升，2017 年83 篇、2019 年119 篇、2021 年147 篇，2022 年最高，達185 篇，年均發文量122 篇，2023 年1—5 月發文量91 篇。近5 年來WOS 共有677 篇相關文獻發表，約占總發文量的48%。

圖1 WOS 及CNKI 鹽漬土改良領域的文獻發文量年度變化Figure 1 Annual variation of WOS and CNKI published papers in the field of saline soil improvement

CNKI 核心期刊數據庫2003—2009 年相關文獻發文量處于緩慢發展階段，2003 年17 篇、2009 年30 篇，年均發文量22 篇；2010—2016 年處于波動發展階段，2010 年50 篇，2016 年42 篇，年均發文量48 篇；2017—2023 年處于顯著增長階段，2017 年54 篇，2022 年升至74 篇，2023 年1—5 月發文量43 篇。近5 年來CNKI 核心期刊數據庫共有295 篇相關文獻發表，約占總發文量的36%。

WOS 核心合集數據表明，2003 年1 月—2023 年5 月共有143 個國家和地區發表了鹽漬土改良領域的相關文獻，發表文獻居前10 名的國家依次是中國（528 篇）、美國（231 篇）、澳大利亞（153 篇）、印度（132 篇）、西班牙（91 篇）、伊朗（84 篇）、巴基斯坦（83 篇）、埃及（58 篇）、巴西（49 篇）、德國（45 篇）；中國發文量最多，為528 篇，占總發文量的35%，遠超其他國家。其他發表文獻大于30 篇的國家還有意大利、英國、沙特阿拉伯、日本、法國、荷蘭等。排名前5的國家發文量約占總發文量的76%。

2.2 作者及合作關系

2.2.1 外文文獻作者及合作關系

由圖2 可知，通過檢索WOS 核心合集鹽漬土改良領域作者發文量的統計分析表明，外文文獻作者合作共現圖譜中，作者合作關系共有454 個節點，467 條連線。通過作者之間合作關系發現，該領域主要產出文獻量較多的核心作者群為：中國科學院的KANG Yaohu、WAN Shuqin、LI Xiaobin、CHEN Xiulong 團隊，作者合作關系密切且文獻產出量最多；其次為中國科學院南京土壤研究所的YAO Rongjiang、YANG Jingsong、XIE Wenping 團隊，該團隊高產作者亦較多且合作關系緊密；巴基斯坦費薩爾巴德農業大學的MURTAZA G 與MURTAZA B合作密切；印度中央土壤鹽漬化研究所YADAV R K、YADAV G、BASAK N 合作關系緊密；埃及法尤姆大學的MEKDAD A A A 與伊朗德黑蘭大學EBRAHIMIAN H、MOSTAFAZADEH -FARD B、QADIR M、GHEYI H R、MURTAZA G、LIU Xiaobin、YAO Rongjiang、RAGAB R 合作關系緊密。外文文獻發文量排名前5 的作者為KANG Yaohu、WAN Shuqin、QADIR M、GHEYI H R、MURTAZA G等（表1）。

表1 WOS 發文量排名前10 的作者Table 1 Top 10 authors of WOS publications

圖2 外文文獻作者合作共現圖譜Figure 2 Author cooperation map of foreign literature

2.2.2 中文文獻作者及合作關系

由圖3 可知，CNKI 核心期刊數據庫作者合作共現圖譜中，作者合作關系共有415 個節點，513 條連線。該領域主要產出文獻量較多的核心作者群為：楊勁松作者群，包括姚榮江、屈忠義、劉廣明、謝文萍等；趙蘭坡作者群，包括王鴻斌、劉金華、趙興敏等；孫兆軍作者群，包括李茜、楊建國等；孫向陽作者群，包括李素艷、張濤、張樂、張立賓等；陳效民作者群，包括王曉洋、李孝良等。其中楊勁松團隊合作作者最多，文獻產出量也最多，達26 篇。中文發文量排名前10 的作者為楊勁松、趙蘭坡、姚榮江、孫兆軍、王全九、孫向陽、王鴻斌、李素艷、王志春、劉廣明（表2）。

表2 CNKI 發文量排名前10 的作者Table 2 Top 10 authors of CNKI publications

圖3 中文文獻作者合作共現圖譜Figure 3 Author cooperation map of Chinese literature

2.3 研究機構及合作關系

2.3.1 外文文獻研究機構及合作關系

用CiteSpace 軟件分析形成機構合作關系共現圖譜（圖4），圖4 中節點越大，表示該機構發文量越多；節點之間的連線表示各機構之間的合作關系，連線的粗細表示機構間合作關系的強弱[7]。由圖4 可知，WOS 機構合作圖譜共357 個節點，522 條連線。其中較為突出的機構合作群有5 個：中國科學院與中國科學院大學、中國科學院東北地理與農業生態研究所、西北農林科技大學、加利福尼亞河岸大學（University of California Riverside）合作群；加州大學系統（University of California System）與美國農業部（USDA）、加利福尼河岸大學（University of California Riverside）、國際農業研究磋商組織（CGIAR）合作群；埃及知識庫（Egyptian Knowledge Bank）與埃及農業研究中心（Egypt Agriculture Research Centre）、沙特國王大學（King Saudi University）、埃及謝赫村大學（Kafrelsheikh University）合作群；印度農業研究委員會（ICAR）與印度中央土壤鹽漬化研究所（ICARCentral Soil Sanity Research Institute）、西澳大利亞大學（University of West Australia）合作群；巴基斯坦費薩爾巴德農業大學（University of Agriculture Faisalabad）與中國科學院大學、國際農業研究磋商組織（CGIAR）、加州大學系統（University of California System）合作群。WOS 核心合集2003 年1 月—2023 年5 月發表的鹽堿土改良文獻中，發文量在20 篇以上的機構共有22 個。WOS 文獻發文量排名前10 的研究機構為中國科學院、中國科學院大學、中國農業大學、埃及知識庫、印度農業研究委員會、中國科學院東北地理與農業生態研究所、西班牙國家研究委員會、美國農業部、中國農業科學院、印度中央土壤鹽漬化研究所（表3），排名前10 的發文機構發表的文獻數量約占總發文量40%。

表3 WOS 發文量排名前10 研究機構Table 3 Top 10 institutions of WOS publications

圖4 外文文獻研究機構合作共現圖譜Figure 4 Cooperation map of foreign literature publication institutions

2.3.2 中文文獻研究機構及合作關系

由圖5 可知，CNKI 機構合作共現圖譜共有408 個節點，292 條連線。 我國在鹽漬土改良領域的研究形成了以中國科學院為核心，中國科學院各區域分支機構為外圍的合作群，如中國科學院東北地理與農業生態研究所、中國科學院南京土壤研究所、中國科學院大學等合作群；此外，還有中國農業大學資源與環境學院、東北農業大學資源與環境學院、中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所、中國科學院東北地理與農業生態研究所合作群；西北農林科技大學資源與環境學院、寧夏農林科學院農業資源與環境研究所、寧夏大學農學院合作群；吉林農業大學資源與環境學院、北京林業大學水土保持學院合作群。

圖5 中文文獻研究機構合作共現圖譜Figure 5 Cooperation map of Chinese literature publication institutions

CNKI 核心期刊數據庫2003 年1 月—2023 年5 月共有108 家研究機構發表了關于鹽漬土改良的相關文獻，文獻發文量10 篇以上的研究機構有10 個。排名居前5 位的研究機構分別是：吉林農業大學資源與環境學院（33 篇）、中國科學院大學（28 篇）、中國科學院東北地理與農業生態研究所（24 篇）、中國農業大學資源與環境學院（21 篇）、中國科學院南京土壤研究所（18 篇）。排名前5 的研究機構發表的文獻數量占總發文量的16%。

2.4 關鍵詞時間線分析

關鍵詞是一篇文章的中心性概括詞，關鍵詞在一段時間內出現的頻次可以反映該領域的研究熱點和發展趨勢。CiteSpace 軟件提供的關鍵詞聚類分析，可以直觀地梳理該領域研究的知識結構，探索某一聚類簇群的研究熱點。關鍵詞時間線圖譜可以將聚類包含的關鍵詞按照時間脈絡展開，因此，該圖譜可以直觀地展示聚類內的關鍵詞研究在某一時段的活躍程度和發展趨勢。外文文獻鹽漬土改良時間線圖譜（圖6）的模塊值Q 值為0.572 0，輪廓值S 值為0.739 0，中文鹽漬土改良時間線圖譜（圖7）的模塊值Q 值為0.604 1，輪廓值S 值0.853 1，表明該方法置信度較高且聚類結構清晰。

圖6 外文文獻鹽漬土改良時間線圖譜Figure 6 Timeline map of saline soil improvement in foreign literature

圖7 中文文獻鹽漬土改良時間線圖譜Figure 7 Timeline map of saline soil improvement in Chinese literature

一般來說，鹽漬土改良主要包含各類物理、化學[8]、水利[9]和生物[10]等途徑[11]。由圖6、圖7 可知，2003—2009 年，這一階段主要外文文獻關鍵詞為Salinity water、Salinity tolerant、Hydraulic conductivity、Deficit irrigation、Infiltration、Conjunctive use；中文文獻關鍵詞為暗管排水、脫硫石膏、硫酸鋁、鹽地堿蓬、玉米、土壤水分、農業利用。這一時期主要研究熱點是通過滴灌、咸水洗鹽、暗管排水、調虧灌溉等水利工程措施結合傳統物理措施調控土壤水鹽運動，從而達到“鹽隨水來，鹽隨水走”的目的?；瘜W改良方面，王宇等[12]研究發現，蘇打鹽堿土添加硫酸鋁后土壤結構有顯著改善，土壤團聚體（>0.005 mm）數量明顯增加，土壤容重降低，隨著硫酸鋁用量的增加，土壤陽離子交換量顯著遞增、堿化度顯著降低；王全九等[8]研究表明，不同石膏配比對滴灌條件下鹽堿土水鹽運移影響明顯，隨著石膏配比的增加，鈉離子含量減少，脫鈉效果明顯。生物改良方面，張立賓等[13]研究表明，堿蓬能夠有效地降低土壤表層含鹽量，增加土壤有機質含量，提高土壤中N、P、K 的含量。在國外，伊朗、以色列和美國等國家通過種植鹽生植物海馬齒、海蓬子和鹽地堿蓬來保持鹽漬土農業生態系統穩定[11]。經過數十年的發展，到21 世紀初期，鹽漬土改良已經從最初的單一改良方法發展到利用物理、化學、生物、水利工程等綜合技術體系的改良措施。

2010—2016 年，這一階段主要外文文獻關鍵詞為 Climate change、Drought、Response、Salt stress、Irrigation management、Rice、Gypsum。中文文獻關鍵詞為粉煤灰、木醋液、石膏、生物炭、有機肥、秸稈、優勢種群克隆文庫。這一時期隨著全球變暖趨勢的加劇，中、低緯度國家如印度、巴基斯坦、美國、埃及、澳大利亞及中國等的土壤鹽漬化問題日益突出，農作物面臨著大面積減產等嚴峻的挑戰。耐鹽堿農作物成為這一時期學者們關注的熱點。在中、美科學家們的共同努力下，2010 年浙江三門海水灌溉的轉OsCYP2 基因耐鹽水稻培育獲得成功[14]。KANG 等[15]利用地下咸水資源在華北平原試驗開發耐鹽糯玉米品種取得良好的成效?；瘜W改良方面，眾多學者研究表明，磷石膏[16]、脫硫石膏[17]、有機肥[18]在降低土壤pH 值、增加土壤微生物量、改善理化性質、改良鹽堿地土壤肥力方面效果顯著。生物改良方面，孫軍娜等[19]研究發現，糠醛渣在降低土壤pH 值、提高土壤有效磷方面作用顯著；生物炭在提高土壤總有機碳含量，降低土壤堿化度方面改良作用顯著。農藝措施方面，趙永敢等[20]研究發現，地膜覆蓋結合秸稈深埋能持續蓄水保墑且具有顯著的控鹽抑鹽效果。

2017—2023 年，這一階段主要外文文獻關鍵詞為 Carbon sequestration、Organic carbon、Biochar、Microbial community、Bacteria、Antioxidant enzymes。中文文獻關鍵詞為促生長固氮菌、煤矸石、磷利用率、腐殖酸、土曲酶、協同改良。這一時期隨著應對氣候變化的《巴黎協定》的簽署及協議達成，碳減排、碳固存及其相關領域的研究受到越來越多的重視。生物炭，作為一種兼具碳減排和碳固存能力、低成本的土壤改良劑，逐漸成為研究熱點，相關文獻數量在這一階段出現爆發式增長。大量研究表明，生物炭含有大量植物生長所需養分，施用后可以釋放大量N、P、K、Ca、Mg 等元素和微量元素，能夠降低土壤容重、增加土壤滲透系數、提高陽離子交換量，有利于植物生長[21]。生物改良方面，隨著微生物科學及分子生物學的快速發展，利用微生物技術對鹽漬土進行治理和改良的研究也受到了學者們的廣泛重視。大量研究表明，微生物活動一方面可以有效地促進土壤團聚化和養分有益轉化循環[22]，另一方面還可以產生嗜鹽菌素、抗生素、有機酸、胞外多糖和各種堿性酶類物質，使土壤中難溶性K、P、Si 等元素轉變為可溶性元素[11]。此外，關于植物生物刺激劑（PBs）及微生物刺激劑的研究也取得了重大進展。耐鹽植物促根際菌（PGPR）可以通過誘導多種生理和分子機制來緩解植物受到的鹽脅迫，其作用包括調節根系生長、誘導抗氧化機制、產生胞外多糖（EPS）和含鐵細胞、調節植物激素、合成滲透液、吸收礦物質并控制植物病原體滋生[23-25]。耐鹽土壤細菌，如節桿菌、氮螺旋菌、堿芽孢桿菌、伯克霍爾德菌、腸桿菌、假單胞菌和根瘤菌，可以作為生物調節劑，改善農作物受到的鹽脅迫，增加土壤有機質、調節土壤結構、提高土壤保水能力[26-27]。

2.5 突現詞分析

突現詞是指通過考察一段時間內出現的爆發式增長的關鍵詞及其時間分布，從中探測出頻次變化率高、增長速度快的關鍵詞，進而分析該學科的前沿領域和發展趨勢。CiteSpace 軟件提供的突發性探測（burst detection）功能，可以從大量文獻的主題詞中提煉出突現詞，從而清晰地展示出某一學科的研究前沿[7]。由表4 可知，排名前5 位的中文文獻突現詞強度為7.25～3.80，突現詞依次為改良、生物炭、產量、硫黃、腐殖酸；外文文獻突現詞強度排名前5 位為5.65～4.96，依次為灌溉管理、干旱、土壤耐鹽性、微生物種群、生物炭。21 世紀早期（2003—2010 年）鹽漬土研究以植物耐鹽性，膜下滴灌、暗管排鹽等灌排優化管理措施的研究為主；中期（2010—2017 年）以土壤空間變異、電導率及增碳減排，脫硫石膏、磷石膏改良以及鹽堿地水稻、玉米等耐鹽堿農作物的研究為主；近年來（2017—2023 年）以利用生物炭、有機酸（腐殖酸、黃腐酸、糠醛渣等）改良鹽漬土，植物生物刺激劑（PBs）、耐鹽植物促根際菌（PGPR）增強植物對鹽堿脅迫的耐受性研究等鹽堿障礙微生物修復及綠色消減技術為主。截至目前，濕潤鋒、生物炭、微生物菌群、植物生物刺激劑（PBs）、耐鹽植物促生菌（PGPR）、耐鹽土壤細菌是國內外鹽漬土改良領域的研究前沿。

表4 中、外文獻突現前10 關鍵詞Table 4 Top 10 burst words in both Chinese and foreign literature

3 討論

經過近百年的發展，學者們對于滴灌、覆膜、氮肥、有機肥、石膏、秸稈覆蓋及廢水灌溉等方式下土壤的鹽漬化演化趨勢已經有了比較清楚的認識[14]。鹽漬土治理方面已經形成了較完善的理論和技術體系。然而，無論是化學措施、生物措施，還是水利工程措施均存在著淡水資源匱乏等限制性因素[28]。尤其是近10 年來在全球氣候變暖、干旱的大背景下，土壤鹽漬化出現許多新問題和新挑戰。根據CNKI 與WOS 中、外文文獻發文量年度變化趨勢可知，世界鹽漬土改良研究已經進入了百花齊放的蓬勃發展階段。對于未來應關注的重點研究方向，學者們也提出了各自不同的看法。

楊勁松等[11]研究發現，隨著現代遙感和傳感技術的不斷發展，將土壤鹽漬化多要素、多尺度的“空天地”觀測數據相結合，利用機器學習算法開展多元數據融合同化，精準推演鹽漬化的時空演變過程，揭示鹽漬化驅動機制會成為未來研究熱點。此外，還需注重研究耐鹽植物適生種植的改土機制，通過基因工程方法和根際微生物介入提高植物耐鹽閾值的生物學機制，有益功能微生物的篩選、馴化與高效定植模式，鹽漬障礙消減與養分減損高效的水肥鹽協同管理機理[11]。李陽陽等[29]研究認為，未來關于土壤水鹽運移的研究將主要集中在土壤結構、種植耕作與管理方式、模型預測、濱海鹽堿地、耐鹽性植被的鹽分適應性等幾個方面。高婧等[30]研究表明，未來生物炭和黃腐酸在改良重度鹽堿土方面將具有更廣闊的應用前景。劉小京等[28]研究認為，未來關注的重點在于加強鹽脅迫對農作物品質產量調控機制與技術研究，加強鹽堿資源高效利用的理論與技術研究。

張翼夫等[31]研究表明，盡管耐鹽細胞系的培育、滲透調節基因的轉移和鹽誘導基因的利用等方面的研究已經獲得了顯著的成果，耐鹽基因分離已實現常規化，但是目前還未能實現規?；?，未來仍有待進一步探索。 KUMAR 等[23]研究認為，微生物學方法正在取代不可持續的傳統方法，成為修復和提高鹽漬土壤生產力的最重要的生物工具。HT-PGPR 有一系列克服土壤鹽度有害影響的機制。但是，應用這些未充分利用的微生物來提高生產力促進鹽漬土壤修復，并使之成為一種可靠的技術，未來將需要更多的科學投入。

4 結論

本研究通過對國內外鹽漬土改良領域相關文獻的計量和知識圖譜分析可知，（1）中、外文獻發文量趨勢：2003—2009 年為緩慢發展階段、2010—2016 年為波動（顯著）增長階段、2017—2023 年為快速增長階段。（2）從主要研究力量來看，中國科學院、埃及知識庫、印度農業研究委員會、西班牙國家研究委員會、美國農業部是國內外鹽漬土改良研究的中堅力量。（3）從關鍵詞來看，研究熱點處于不斷的變化中，但其核心始終圍繞著水鹽運移及其調控機理、植物耐鹽性研究、化學改良劑施用、鹽堿障礙綠色消減及鹽堿障礙生物或微生物修復等方面。（4）從突現詞來看，當前生物炭、濕潤鋒、微生物菌群、植物生物刺激劑（PBs）、耐鹽植物促生菌（PGPR）、耐鹽土壤細菌是國內外鹽漬土改良領域的研究前沿。當前，國內外鹽漬土改良研究已經進入快速發展階段。中國、美國是該領域的全球領軍者，印度、澳大利亞的研究力量正逐漸壯大。國內外研究主要圍繞土壤碳固存、生物炭、微生物菌群、抗氧化酶、磷利用率、耐鹽土壤細菌等，聚焦土壤養分運移、鹽漬障礙消減、改良劑、微生物修復等。未來鹽漬化驅動機制、植物根際促生菌、鹽堿障礙微生物修復以及聯合大數據技術協同監測分析等多手段協同改良可能成為研究熱點。