基于CiteSpace的农田安全利用研究态势分析
摘 要：【目的】开展基于CiteSpace的农田安全利用研究态势分析，为我国耕地资源的可持续利用提供参考依据。【方法】利用CiteSpace VI对2000—2022年来源于中国知网（CNKI）中农田安全利用研究领域的1419篇文献信息进行科学计量可视化分析，采用普赖斯理论计算核心作者群体，评估我国耕地资源的保护利用态势。【结果】2000—2022年我国农田受重金属污染问题愈发严重，安全利用研究领域的年发文量总体上呈波浪式快速上升，自2003年以后广大专家学者对该研究领域愈发重视。对主要研究力量的分析结果表明，中国科学院大学、中国科学院南京土壤研究所、农业农村部环境保护科研监测所、中国科学院地理科学与资源研究所和云南农业大学资源与环境学院是发文量排名前5位的研究机构，分别发表70、63、36、35和19篇文献，而其他研究机构之间连线密度较低，合作基础薄弱；陈同斌、宋波、骆永明、湛方栋和吴龙华是发文量排名前5位的高产作者，分别发表24、20、17、15和15篇文献，但发文量排名前10位作者的中心性较低，为0～0.06。关键词共现与聚类分析结果表明，源解析、钝化修复、钝化剂、生物炭、镉污染、小麦和健康风险是近几年的突现关键词，突现强度分别为5.30、5.19、4.57、4.75、4.64、3.34和3.81，与上述关键词相关的主题是我国农田安全利用研究领域当前及未来一段时间的主要研究方向；植物修复、农作物安全生产及农田土壤重金属污染与风险评价是广大专家学者研究的热点。【结论】2000—2022年我国农田受重金属污染问题愈发严重，农田安全利用研究领域的年发文量总体上呈波浪式快速上升，但发文量排名前10位作者的中心性均较低，大部分研究机构间的连线密度较低，合作基础薄弱。因此，建议进一步加强核心作者间的协同创新研究，持续推动研究机构间的合作交流，以促进我国耕地资源的保护和利用。
关键词:农田;耕地;安全利用; CiteSpace软件;可视化分析;土壤污染;
Research situation analysis of farmland safe utilization based on CiteSpace
NIE Xiong-feng
HUANG Yan-fei LIU Bin HUANG Yu-yi
CHEN Gui-fen
LIU Yong-xian
Agricultural Resources and Environmental Research Institute,Guangxi Academy of Agricultural Sciences
Abstract：
【Objective】To analyze the situation of safe utilization of farmland based on CiteSpace, so as to provide reference basis for sustainable use of cultivated land resource in China.【Method】CiteSpace VI was used to analyze the information of 1419 literatures in the field of farmland safe utilization from 2000 to 2022 from China National Knowledge Infrastructure(CNKI). Price theory was used to calculate the core author group, and the conservation and utilization situation of cultivated land resources in China was evaluated.【Result】From 2000 to 2022, the problem of heavy metal pollution in farmland in China had become more and more serious. The number of annual publications in the field of safe utilization research had been rising rapidly in a wavy fashion. Since 2003, experts and scholars had paid more and more attention to this research field. Analysis of the main research strength results showed that the University of Chinese Academy of Sciences, Institute of Soil Sciences of Chinese Academy of Sciences, Agro-environmental Protection Institute of Ministry of Agriculture and Social Affairs, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research of Chinese Academy of Sciences and College of Resources and Environment of Yunnan Agricultural University were the top 5 institutions of publishing articles, with 70, 63, 36, 35 and 19 articles published respectively. However, other research institutions had low connectivity density and weak cooperation basis. Chen Tongbin, Song Bo, Luo Yongming, Zhan Fangdong and Wu Longhua were the top 5 authors with 24, 20, 17, 15 and 15 articles published respectively, but the centrality of the top 10 authors was low, ranging from 0 to 0.06. Results of keyword co-occurrence and cluster analysis showed that source resolution, passivation remediation, passivation agent, biochar, cadmium pollution, wheat and health risk emerged keywords in recent years, and the intensity of the emergence was 5.30, 5.19, 4.57, 4.75, 4.64, 3.34 and 3.81, respectively. The above keywords related topics were the main research directions of current and future research fields of farmland safety use; phytoremediation, safe production of crop and heavy metal pollution and risk assessment of farmland soil were the trending research point of many experts and scholars.【Conclusion】From 2000 to 2022, the problem of heavy metal pollution in farmland in China has become increasingly serious. The number of annual articles published in the field of farmland safety utilization has risen rapidly in a wavy way on the whole. However, the centrality of the top 10 authors in the number of articles published is low, and the connection density between most research institutions is low, and the basis for cooperation is weak. Therefore, it is suggested to further strengthen the collaborative innovation research among core authors and promote the cooperation and exchange between research institutions, so as to promote the rapid development of farmland safe use research，promoting the protection and utilization of cultivated land resources in China.
Keyword：
Farmland; Cultivated land; Safe utilization; CiteSpace software; Visualization analysis; Soil pollution;
【研究意义】根据全国土壤污染状况调查公报[1]和第三次全国国土调查主要数据公报，我国有耕地总面积12786.19万hm2，其中，水田3139.20万hm2，占耕地总面积的24.55%；耕地土壤的监测点位超标率为19.4%，以轻微污染（超过评价标准的1～2倍）为主，占比70.6%，因此，必须采取有针对性措施对耕地保护、生态建设和节约集约用地方面存在的问题加以改进。对农田安全利用研究领域的文献进行综述有助于快速了解该领域的研究现状及动态，寻找处理当前问题的最优解，但传统的文献调研需阅读大量文献并对其进行系统评估，容易受文献阅读量和个人主观性的影响，而借助科学文献计量软件CiteSpace分析可避免此类问题。CiteSpace可用于进行科研文献可视化分析[2,3]，本研究首次应用于评价我国农田安全利用方面研究文献的态势，对我国受污染农田的安全利用及耕地的可持续发展具有重要意义。【前人研究进展】罗松英等[4]研究发现，广东湛江市郊蔬菜地土壤重金属污染主要来源于工业生产和生活排污及农药化肥施用。董照锋等[5]研究发现，我国部分农产品重金属含量超标日益严峻。针对耕地的安全利用问题，我国不仅出台了一系列的政策法规限制污染物排放[6]，也倾斜大量人力和物力开展治理研究[7,8]。然而，就当前土壤重金属污染治理研究现状而言，难以在短时间内实现安全生产，“边修复，边生产”是当下治理重金属污染问题的最佳的选择。农田安全利用是指为限制农田中重金属向作物可食用部分转移所采取的一系列措施与方法，如重金属低累积品种选育、水肥调控、土壤改良技术和叶面阻控技术应用及种植结构调整等。Shiffrin和Boerner[9]研究表明，信息化社会带来了数据分析的变革与进步，科学知识图谱已成为分析文献的重要工具；科学知识图谱是一种通过数据挖掘、科学计量、信息分析及图形绘制等多种手段对某一研究领域进行可视化分析的方法。统计分析农田安全利用研究领域作者的所在机构，能从侧面揭示我国在该领域的主要研究机构内中坚研究力量的分布情况[10]。核心作者群是指在某一研究领域内高质量期刊上发表论文较多、影响力较大的作者群体[11]。关键词是从文献内提炼出来简短且精髓的部分，研究某个领域内文献关键词的知识图谱，可为研究者提供所研究主题的演变过程和学科前沿信息，甚至可预测其未来的发展趋势[12]。【本研究切入点】目前，农田安全利用研究领域还未形成具有广泛共识基础的完整体系，运用CiteSpace软件对农田安全利用研究领域文献信息进行系统梳理的研究也鲜见报道。【拟解决关键问题】采用文献科学计量方法，运用可视化知识图谱绘制软件CiteSpace VI，对中国知网（CNKI）数据库中2000年1月—2022年5月在农田安全利用研究领域国内研究热点、趋势及主要研究力量（研究机构与核心作者）进行可视化分析，探寻其学科研究基础、动态及当下研究热点，系统评估其相对重要程度，预示该领域近段时期的发展方向，以期为促进我国耕地资源的保护和利用提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 数据来源
在中国知网（CNKI）高级检索中以重金属+镉+砷+铅+铬主题和农田+农用地主题为检索词，选定时间范围为2000—2022年，选择学术期刊并勾选SCI来源期刊、EI来源期刊、北大核心、CSSCI和CSCD，经过人为甄别删去研究机构简介、报道及明显不相关的文献再导出Refworks格式文件，使用CiteSpace VI转换格式去除重复，最终获取1419篇文献样本（其中2000—2021年样本1372篇,检索时间为2022年6月8日）。
1.2 研究方法
在CiteSpace VI获得的共现图中，每个节点表示一个关键词（作者或研究机构），节点大小表示该关键词（作者或研究机构）出现的频次。节点之间连线的粗细表示关键词（作者或研究机构）共现（联系）强度的高低，节点的圆圈层代表年轮，年轮宽度指代中心性大小，中心性越大表示对其他节点的影响越强[13,14]。本研究根据文献计量学中的普赖斯理论计算核心作者群体[15]。根据计算公式N=0.747(Nmax)1/2（式中，N为核心作者至少应发表的论文数，Nmax为统计年段内最高产作者的论文篇数）确定核心作者。通过比较农田安全利用研究领域的年发文量、发文量排名前列研究机构和核心作者文献中的关键词共现强度等，分析我国的农田安全利用研究态势。
2 结果与分析
2.1 论文发表数量分析
论文发表数量随着时间变化而变化的趋势可历时性地反映该研究领域的发展状况[16]。从图1可看出，2000—2021年我国农田安全利用研究方面的年发文量总体上呈波浪式快速上升（R2=0.9452）。其中，2000—2003年每年发文量较少（年平均仅5.75篇），广大学者开始由对重金属引起的人体疾病治理转向重视对土壤的治理与修复[17,18]；2003—2014年每年发文量稳定增长（共577篇），此时期内相继涌现大量农田重金属治理修复与安全利用研究成果[19,20]；2014—2021年发文量呈波浪式上升，并于2019年达顶峰（139篇），而2016年（80篇）与2020年（111篇）处在谷底，说明我国农田安全利用研究在2016年与2020年出现转折，有新的研究方向加入，如“生态风险[21]”、“健康风险[22]”等研究主题突现。总而言之，随着经济社会的发展，我国农田受重金属污染问题愈发严重，广大学者对农田环境问题也愈发重视，并积极探索各种方法和措施进行调控与治理以保证农作物安全生产。
2.2 主要研究力量分析
2.2.1 主要作者分析
本研究共统计2000—2022年高质量论文1419篇，其中发文数量最多的作者是陈同斌，为24篇，即Nmax=24篇，根据公式N=0.747(Nmax)1/2得出N=3.67篇（取其整数3篇），即定义2000—2022年期间文献发表数量不少于3篇的作者为该领域的核心作者。在图2主要作者分析图谱中（阈值3），网络节点数量为769，连线数量为1058，网络密度为0.0036，说明大部分核心作者之间存在合作关系，其中以陈同斌、宋波和郭朝晖为中心的科研团队联系较紧密，其次是以骆永明和湛方栋为中心的科研团队，再次是以马友华为中心的科研团队、以徐友宁为中心的科研团队及以陈世宝为中心的科研团队，其余是各类尚未凝聚出学科领军人物的科研团体。结合表1中发文量（排名前5位作者陈同斌等24篇、宋波等20篇、骆永明等17篇、湛方栋等15篇、吴龙华等15篇）、中心性及作者在知网节上的关注领域（只取前4个领域）来看，核心作者的研究方向均为重金属，包括耕地、农田土壤重金属治理与土地利用。可见，对重金属污染土地的安全利用研究具有较强专业性，需大量专家学者协同创新、多方共同探索。
总体上来看，多数核心作者团队需进一步加强协同创新研究，以推动农田安全利用研究领域的发展。此外，发文量排名前10位作者的中心性（0～0.06）均较低（表1），表明需进一步加强农田安全利用研究领域的基础理论研究，争取早日取得突破性研究进展，以确定主要研究方向，形成学科带头人领军向多方发展的新局面。
2.2.2 主要研究机构分析
对1419篇文献内含机构的名称进行多轮甄别，将机构名称的别名（包括下属实验室整合，但不包括二级机构向一级机构合并）进行人工统一合并，再通过计量分析得出研究机构合作特征图谱（图3）。从图3可看出，研究机构的网络节点数量为501，连线数量为382，网络密度为0.003，阈值为7。将统计数据导出至表2，得到2000—2022年我国农田安全利用研究领域发文量排名前10位的研究机构，其中，排名前5位的机构为中国科学院大学（70篇）、中国科学院南京土壤研究所（63篇）、农业农村部环境保护科研监测所（36篇）、中国科学院地理科学与资源研究所（35篇）和云南农业大学资源与环境学院（19篇），排名前10位的机构发文量合计302篇，占总发文量的21.28%。可见，除发文量前10位的科研机构外，大部分研究机构之间连线密度较低，合作基础薄弱。此外，发文量前10位的机构总发文量占比偏低，中心性不够，研究机构相对分散，需继续加强协同创新，扩大自身影响力，加大与各省市农业科研院所的合作，同时应注意避免地域扎堆而限制合作选择范围。
2.3 农田安全利用研究热点和趋势分析
2.3.1 关键词共现与聚类分析结果
通过CiteSpace VI中的关键词分析功能可得到关键词的共现、聚类图谱及关键词的突现情况。由关键词共现图谱（图4）（阈值6）可看出，农田安全利用研究方面的关键词网络节点数为661，连线数为799，连线密度为0.0037，说明关键词之间存在联系，但联系不紧密，将共现图谱中出现频次排名靠前的关键词信息导出至表3，得到关键词的出现频次和中心性信息，其中出现频次排名前5位的关键词为重金属（574次）、农田（355次）、土壤（252次）、土壤污染（109次）和污染评价（83次），中心性排名前5位的关键词为重金属（0.54）、农田（0.30）、土壤（0.26）、土壤污染（0.25）和农作物（0.10）。继续在共现图谱上进行关键词聚类分析，挑选聚类效果较好的前16类关键词并将其可视化，得到图5关键词聚类图谱。从图5可看出，排名前10位的类团分别为土壤环境、污水灌溉、农药、小麦、土壤、重金属、生态风险、农田、植物修复和农作物。可见，在农田安全利用研究领域，植物修复、农作物安全生产、农田土壤重金属污染与风险评价是广大专家学者研究的热点。
2.3.2 关键词的突发探测
基于图4关键词共现图谱，进一步分析农田安全利用领域2000—2022年关键词突现情况，得到表4排名前17位的突现关键词。由表4可知，关键词突现强度最高的为生态风险，突现值6.74，首次突现时间为2017年，突现结束时间为2018年，突现仅持续2年，可能当时的政策导向（自2014年全国土壤污染状况调查公报[1]发布后，矿区和垃圾场周边农田的生态风险备受关注[23,24]）有关。从关键词突现的持续时间来看，“评价”、“空间变异”和“地学统计”3个词的持续时间较长，从2005—2014年，其突现强度分别为6.70、4.32和2.92，说明这几个词涉及的主题是广大学者在2014年全国土壤污染状况调查公报[1]发布前持续关注的热点[25,26]。从关键词突现时间变化序列来看，由“土壤污染”、“空间变异”、“地学统计”到“形态分布”、“生态风险”，最后到“源解析”、“钝化修复”和“健康风险”的突现，表征农田安全利用研究领域经历污染物发现与分布研究[27,28]——污染物形态分布研究[19]——污染物来源定位研究[29,30]——污染物修复与移除研究[31]——农作物安全生产研究[22,32]等过程。
3 讨 论
我国耕地安全利用存在一定压力，国家正在加大力度治理受污染农田，计划2020年实现90%安全利用，2025年实现93%安全利用，2030年95%安全利用[1]。大量研究结果表明，工业化与现代化的进程带来了土壤重金属污染问题，城市郊区和矿区周边农田深受其害，对其进行长期监测与评价可了解污染状况与蔓延速度，及时调整宏观政策导向以确保农田安全利用[21,25,33]。王宏等[23]利用地统计学方法和GIS空间分析技术研究浙江省慈溪市横河镇农田土壤重金属分布状况、空间异质性及其来源，结果表明，横河镇农田土壤中重金属污染水平整体上处于中等污染状态，少数样点处于强污染状态；重金属污染可能主要来源于人类活动最活跃、城乡工业较发达的区域。郭朝晖等[21]以内梅罗综合污染指数法、地积累指数法研究受铅锌矿区污染的湖南省岳阳市新墙河沿岸农田土壤，发现Cd元素是主要的重金属污染物，在距离原铅锌矿区约6 km的范围内，其灌溉水均受到严重影响，农田土壤生态风险较高，需优先防控。杨乐等[33]评价结果表明，Cd和Zn是成乐高速公路两侧农田土壤重金属污染的主要元素，其中Cd处于轻度污染状态，重金属污染程度与农田距离路基的垂直距离存在明显的负相关关系。本研究结果表明，出现频次排名前5位的关键词为重金属、农田、土壤、土壤污染和污染评价，分别出现574、355、252、109和83次，中心性排名前5位的关键词为重金属、农田、土壤、土壤污染和农作物，中心性分别为0.54、0.30、0.26、0.25和0.10，进一步说明我国农田受重金属污染问题愈发严重，但广大学者对农田环境问题也愈发重视，并在农田安全利用、农田土壤重金属污染与风险评价、植物修复和农作物安全生产等方面积极探索各种方法和措施进行调控与治理。
农产品质量安全是农田安全利用体系的重要组成部分之一[22]，但土壤重金属总含量与重金属在农产品中的积累量不具有明显相关性。陈同斌等[7]对广西西南地区41份自然土壤、479份稻田土壤和432份水稻样品进行相关分析，结果表明，土壤pH、有机质、重金属总量及其有效态含量均是稻米中重金属含量的主要影响因子，土壤重金属总量仅在局部土壤pH范围内与稻米中重金属含量呈正相关。此外，农作物对重金属的富集能力也有所区别，主要表现为叶菜类>根茎类>茄果类>水果类，其中叶菜类的富集系数明显高于非叶菜类[24]。植物修复是我国治理农田污染、保护耕地和粮食安全且对土壤扰动较少的原位修复技术[34]，如从环境中筛选重金属富集能力更强或具有经济价值的超积累植物，探索将难降解的无机强化物变成可降解的有机强化物[35]。上述文献的研究结果均为农田安全利用研究领域涉及的内容，也是广大专家学者研究的热点。本研究中，2000—2022年我国农田安全利用研究领域发文量排名前10位研究机构的发文量共302篇，占总发文量的21.28%，其他大部分研究机构之间连线密度较低，合作基础薄弱。说明发文量前10位的机构总发文量占比偏低，中心性不够，研究机构相对分散，需继续加强协同创新，扩大自身影响力，加大与各省市农业科研院所的合作；发文量排名前10位核心作者中的5位高产作者为陈同斌、宋波、骆永明、湛方栋和吴龙华，分别发表24、20、17、15和15篇文献，其研究方向均为重金属。可见，对重金属污染土地的安全利用研究具有较强专业性，需大量专家学者协同创新、多方共同探索，以推动农田安全利用研究领域的发展，保障我国耕地得到合理利用及农作物的安全生产。
4 结 论
2000—2022年我国农田受重金属污染问题愈发严重，农田安全利用研究领域的年发文量总体上呈波浪式快速上升，但发文量排名前10位作者的中心性均较低，大部分研究机构间连线密度较低，合作基础薄弱。因此，建议进一步加强核心作者间的协同创新研究，持续推动研究机构间的合作交流，以促进我国耕地资源的保护和可持续利用。
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