秸稈還田影響農田土壤有機碳組分的研究態勢分析

陳建詩

（甘肅省張掖市民樂縣洪水河管理處，甘肅 張掖 734500）

0 引言

秸稈還田影響著評價土壤質量的核心指標——土壤有機碳（SOC），同時也影響土壤肥力及作物產出[1]。長期的過量化肥使用及不合理耕作制度，使農田土壤板結、土壤生態環境破壞等一系列問題愈發嚴重，農田土壤還是全球較大的有機碳庫，保持土壤碳庫穩定對全球碳平衡意義重大。我國農作物的秸稈資源豐富，僅三大主糧的秸稈生產量超過6.5億t[2-3]，但在生態環境治理大背景下，農村秸稈禁燒讓秸稈“出路”成為現階段下農村生產后期亟須解決的一大問題，然而相關研究顯示秸稈還田不僅可以增加土壤碳的固存量，同時也可以調節局部氣候，這將在一定程度上緩解秸稈廢物利用問題[4]。

為探究秸稈還田對土壤有機碳組分的影響研究現狀和進程，本研究以“秸稈還田”和“有機碳”為核心主題詞，基于CNKI 收錄的相關核心學術文章，采用文獻計量學的分析方法，將年發文量變化趨勢、主要貢獻作者及合作關系、主要研究機構及合作關系、主要發文期刊及關鍵詞共現網絡進行可視化分析，以期為相關農田土壤質量提高的研究，以及農田生態平衡的保持和促進農業可持續發展研究提供理論參考。

1 數據與方法

1.1 數據來源

采用CNKI 數據庫收錄的已被發表的學術論文為數據源，主要包括中國期刊全文數據庫（中文），采用高級檢索的方式，對“秸稈還田”和“有機碳”兩大“主題”進行精確檢索，檢索時間范圍自有關該領域文獻發表開始至2023 年9月，文獻類型為中文學術期刊，為使研究更加嚴謹，本研究檢索的文獻來源類別包括“EI”“北大核心”“CSSCI”和“CSCD”4 類，之后再手動剔除綜述類、meta分析類和述評類文獻，最終獲得1994—2023 年共788 篇該領域相關的有效文獻。

1.2 研究方法

本研究將獲得的數據采用文獻計量學分析方法（CiteSpace 5.6.R3）進行主要貢獻作者與合作網絡圖譜分析、主要貢獻機構、主要刊文期刊和關鍵詞共現網絡圖譜分析，同時采用發文邏輯增長曲線分析各年度該領域發文量變化情況，最后利用Origin 2021 和Excel 2016 軟件進行數據統計和可視化制圖?；贘ava 語言編譯的CiteSpace.5.6.R3 軟件可將該研究領域的數據進行作者、機構、關鍵詞等方面的聯系和聚類分析，同時形成可視化圖譜[5-6]。

2 結果與分析

2.1 年發文量邏輯增長分析

發文量的年際變化反映了該研究領域研究成果隨時間變化之間的關系，在一定程度上能夠反映該領域的研究發展速度、現狀，預測未來的發展趨勢[7]。本研究將1994—2023 年CNKI 檢索的788 篇論文進行年發文量變化及邏輯增長曲線分析，結果如圖1。由圖1（a）可以看出，秸稈還田對農田土壤有機碳組分影響的研究呈逐年增加的趨勢，且文章產出分為3個階段，緩慢起步階段（1994—2005年）、穩步增長階段（2006—2010年）和快速發展階段（2011—2023 年）。緩慢起步階段年發文量較少，均在4篇及以下，此階段研究人員以初步探索為主要目的，并初步獲得秸稈還田可以增加土壤有機碳含量的結論，這將為后期秸稈還田對土壤有機碳組分影響研究奠定基礎[8]。穩步增長階段年發文量開始增加，總體保持在8～34篇，此階段在前一時期的研究基礎上，進一步對秸稈還田可以增加土壤有機碳含量進行論證，主要涉及耕作措施和長期施肥兩種田間管理的不同模式下，土壤有機碳組分變化情況[9]?？焖侔l展階段處于“S”型曲線的快速增長部分，發文量呈對數函數型增長，且年總發文量ln指數的線性擬合程度（R2=0.990 4）較高，如圖1（b）所示，此階段研究內容相較之前更加深入，涉及土壤分類研究、土壤碳庫管理研究、土壤理化性質研究及模型調試與應用等方面的研究[10]。

圖1 年發文量分布及邏輯增長曲線

2.2 主要貢獻作者及合作分析

從發文作者在文獻族群中出現的頻次和合作關系，可以幫助讀者從整體上掌握分析該領域主要研究群體和貢獻力量，主要貢獻作者聯系圖譜如圖2。圖中節點表示一個作者，節點越大，表示貢獻越大，節點之間的連線越多或越粗表明作者之間的合作聯系越緊密。由圖2 可知，對該領域貢獻較大的作者分別為竇森、王鴻斌、關松等，中心度較高的作者分別為竇森、關松等，竇森發文量（168 篇）最多，其次是王鴻斌（96篇）和關松（66篇）等作者。同時，竇森與李雙翼、侯淑艷等作者合作關系較為緊密，王鴻斌與隋標、王麗群等作者合作關系較為緊密，關松與劉思佳、任軍、張晉京等作者合作關系較為緊密。上述作者是秸稈還田對土壤有機碳組分影響研究的核心力量群，其余作者發文量較小或以相對較小的規模在研究該領域。

圖2 主要貢獻作者及合作網絡圖譜

2.3 主要貢獻機構分析

從發文作者所屬機構在文獻族群中出現的頻次及其合作關系，有助于從整體上掌握分析該領域主要研究機構[11]。數據收集過程中，手動修改已經更名的機構和單位，788 篇有效文獻中，共出現297 個單位和機構。吉林農業大學、吉林省農業科學院、西北農林科技大學、中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所和中國科學院大學合計發文量占總發文量的30%左右，是該領域核心貢獻機構，見表1。

表1 貢獻機構前10名

2.4 主要發文期刊分析

從發文期刊出現的頻次及發文量總占比分析，有助于從整體上掌握分析該領域主要發文期刊和文獻來源。秸稈還田對土壤有機碳組分影響的研究主要刊登在96種核心學術期刊上，主要發文期刊見表2?？傮w來看，發文量前10 的期刊占總發文量的50.13%，《植物營養與肥料學報》《中國農業科學》《農業工程學報》《土壤學報》和《環境科學》等“卓越”期刊是主要發文期刊，對國內秸稈還田對土壤有機碳組分影響研究成果的刊載做出了重要貢獻。

表2 發文期刊前10名

2.5 研究熱點分析

文章中的關鍵詞不僅是對本研究的研究重點做出的高度凝練，同時也是對該研究方向的學術思想表達[12]。分析該研究領域發表文獻中的關鍵詞共現頻率及聯系脈絡，有助于發現該領域的研究熱點和重點方向。本研究基于文獻計量學（CiteSpace.5.6.R3）軟件將檢索到的相關文章進行關鍵詞知識圖譜分析（Count≥20），結果如圖3。

圖3 關鍵詞共現網絡圖譜（Count≥20）

圖3 中，每一個節點代表一個關鍵詞，節點越大，表明關鍵詞出現的頻率越高。高頻關鍵詞可分為2類：（1）與影響田間土壤碳組分變化相關的田間管理措施?！敖斩掃€田”“秸稈”“免耕”“耕作方式”“碳庫管理指數”等高頻關鍵詞的出現表明影響田間土壤碳組分變化相關的田間管理措施具有多樣性，且具有改變土壤有機碳庫循環過程的能力。葉子壯等[13]經過5 a大田定點實驗研究發現，秸稈還田會增加土壤（0～20 cm）有機碳含量28.3%，同時提高旱地土壤質量。（2）秸稈還田措施下農田土壤環境（有機碳、微生物和團聚體等指標）的變化?！巴寥烙袡C碳”“有機碳”“土壤團聚體”“土壤酶活性”“土壤養分”等高頻關鍵詞的出現表明通過秸稈還田，包括土壤養分、土壤結構、土壤微生物多樣性等指標在內的土壤生態系統將會發生改變。馬子鈺和馬文林[14]通過meta 分析法對秸稈還田影響中國農田土壤有機碳含量的因素及影響程度進行分析，結果表明，秸稈還田年限越長，土壤固碳速率越小，且隨著土層深度增加，土壤有機碳含量也會減少，以0～20 cm土層土壤有機碳固碳效果最佳，其余深度土層的固碳效果表現不顯著。除此之外，模型調試與應用也是研究秸稈還田對土壤有機碳組分變化的影響熱點之一[15]。

3 結論

秸稈還田對土壤碳庫循環、改善土壤微生態等方面具有重要意義。本研究基于文獻計量分析方法對CNKI 收錄的核心學術文獻進行可視化分析，秸稈還田與土壤有機碳兩大主題是土壤碳庫循環管理的兩大熱點，發文量正處于快速上升階段，主要研究力量以竇森、王鴻斌等作者及吉林農業大學和中國科學院大學等機構單位為代表，“卓越”期刊是前十名發文期刊的主力軍，關鍵詞共現網絡分析凸顯出一定范圍內秸稈還田與土壤有機碳之間的協同效果。隨著精密儀器和數據計算方法的迭代，大的研究主題開始細分并深化，長期定點實驗條件下模型調試與應用、土壤生態可持續全方位評價等內容將可能成為未來一段時間內的研究熱點。