基于国内外盐碱地改良的科技文献可视化分析
时间：2023-03-02 17:50:07 来源：千叶帆 本文已影响人
刘嘉斌，田军仓，2，3*
（1.宁夏大学 土木与水利工程学院，宁夏银川 750021；
2.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，宁夏银川 750021；
3.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心，宁夏银川 750021）
目前，土壤盐碱化是当今世界各国所面临的共同难题，盐碱地主要是由气候干旱、土壤排水不畅、地下水位升高以及地形条件、植被和土壤结构等综合因素造成的。盐碱地广泛分布于全球100 多个国家和地区，据联合国统计，全球盐碱地面积已达9.5 亿hm2[1]，并且在自然和人为等因素影响下，全球盐碱地面积每年以100 万～150 万hm2的速度快速增长[2]，威胁着我国18 亿亩耕地红线。我国盐碱地总面积约为9 910 万hm2[3]，仅次于澳大利亚、俄罗斯，位居世界第3 位[4]，广泛分布于我国东北、华北、西北以及沿海地区[5]。土壤盐碱化可能会造成植物生理干旱，从而抑制作物生长，导致作物大面积减产甚至绝产，严重制约着我国农业经济的发展，因此盐碱地改良已经迫在眉睫。《中共中央国务院关于做好2022 年全面推进乡村振兴重点工作的意见》中明确指出，要研究制定盐碱地综合利用规划和实施方案，分类改造盐碱地。国内外学者对盐碱地改良进行了大量研究并取得了明显的改良效果。目前盐碱地改良主要以水利工程措施为主，物理、化学、生物措施为辅。不同的盐碱地改良方法有利有弊，因此对于不同类型的盐碱地需要因地制宜、合理有效地选择对应的改良方法。充分了解当前国内外盐碱地改良现状，对今后治理盐碱地具有重要意义。
本文中关于盐碱地改良的中文文献来源于中国知网（CNKI）数据库，以“盐碱地改良”为主题进行检索，英文文献主要来源于Web of Science 核心数据库，以“saline-alkali soil improvement”和“saline-alkali soil treatment”为主题检索。时间检索范围均为2012-01-01—2021-12-31，在中国知网数据库共检索到844 篇文献，在Web of Science 数据库共检索到304篇文献。
VOSviewer 软件是荷兰莱顿大学的N.J.Van Eck 和L.Waltman 基于共现聚类思想研发的一款科研软件[6]，具有数据文本挖掘功能，可以从大量科研文献中提取相关的信息构建作者分析、共现分析、引用分析和作者机构合作分析等可视化网络图[7-9]。本文在相关文献数据搜集之后，采用VOSviewer 软件进行知识图谱可视化分析，以便充分了解2012—2021 年国内外关于盐碱地改良方面的研究进展，为后期盐碱地改良的研究提供参考。
2.1 发文量年变化趋势
对所收集的844 篇中文文献和304 篇英文文献进行年发文量统计，统计结果如图1～图2 所示。中文文献在近10 年发文量呈相对稳定的上升趋势，在2020 年发文量达到最大（106 篇），在2012 年发文量最小（72 篇），表明在2012—2021 年国内学者对盐碱地改良已有较高关注。而英文文献在Web of Science 核心数据库中进行检索，其在10 a 期间发文量呈快速上升趋势，在2012 年发文量仅为7 篇，发文量较低，而在2021年发文量达到91 篇（占10 a 总发文量的29.93%），说明该学科领域的研究进入快速增长阶段。盐碱地改良的研究在未来仍会是一个比较热门的方向。
图1 2012—2021 年中文年发文量
图2 2012—2021 年英文年发文量
2.2 文献发表期刊分布
在北京大学图书馆发布的《中文核心期刊要目总览》中的期刊上发表的中文文献为186 篇，占中文文献总量的22.04%。英文文献在Web of Science 核心数据库中的期刊上发表。本文对发文量前10 的核心期刊进行统计，如表1 所示。中文期刊发文量位列前3 的为《中国生态农业学报》《灌溉排水学报》《江苏农业科学》，其中《中国生态农业学报》发文量最高，复合影响因子为3.262。英文期刊发文量位列前3 的为Science of the Total Environment，Scientific Reports，International Journal of Molecular Sciences，出版国家分别为英国、荷兰、瑞士，其中Science of the Total Environment，Scientific Reports 发文量较高（均为10篇），且前者为2021 年中国科学院文献情报中心发布的期刊分区中的2 区top 期刊。这表明中文期刊发文量虽明显高于英文期刊，但相比于英文期刊，中文期刊的质量还有待提高。
表1 中、英文核心期刊发文量统计
2.3 文献发文机构分布
本文对中、英文文献发文量前10 的研究机构进行了统计（表2）。在中文文献发文量最多的10 所研究机构中，西北地区所属机构5 家，占发文总量的13.03%。宁夏大学发文量为48 篇，为中文发文量第1的机构，之后是山东农业大学、内蒙古农业大学。在英文文献发文量最多的10 所研究机构中，中国研究机构7 家，美国研究机构2 家，日本研究机构1 家，且7 家中国研究机构发文量占总发文量的61.19%。综上所述，中国的研究机构已经在盐碱地改良领域进行了大量的研究。
表2 中、英文文献发文机构统计
2.4 研究主题分析
利用VOSviewer 软件主题挖掘功能对盐碱地改良研究领域进行主题词可视化，将Web of Science数据库文件导入VOSviewer 软件中，主题词阈值设置为10，共检索到满足阈值条件的主题词为153个，然后按软件系统设定条件筛选出92 个主题词，最终得到盐碱地改良主题可视化分析图谱，如图3 所示。图谱中，不同颜色（灰度）代表主题类别不同，不同大小代表主题出现频次不同，主题之间的距离代表主题相关性，距离越近相关性越强[6，8]。
由图3可知，stress，tolerance，response，gene，protein，expression，application，land，yield，area，saline alkali soil，nitrogen 等主题标题较大，说明近10 年研究主要集中在盐胁迫、耐盐基因、作物产量、盐碱地利用和氮素含量等方面，并且在早期研究中，将植物基因的改良作为盐碱地治理与利用的重要手段之一。其中，盐碱地利用与氮素含量在图谱上距离较近，表明在盐碱地治理与利用的过程中也注重土壤氮元素的流失，主要原因为在采用暗管排水治理盐碱地时，暗管排水不仅可将土壤盐分排出土壤，同时土壤养分也随之被排出[10]，会造成肥料浪费以及排水沟水质富营养化，威胁生态环境。
图3 主题可视化分析图谱
2.5 关键词共现分析
关键词凝结了文章的核心内容，通过关键词共现分析可以更快地了解当前的研究热点。本文利用VOSviewer 软件对文献关键词进行共现分析，将中国知网、Web of Science 数据库文件导入VOSviewer软件中，关键词阈值设置为5，共检索到满足阈值条件的中文和英文关键词分别为92 个和30 个，最终得到盐碱地改良关键词共现可视化分析图谱，如图4～图5 所示。中文文献中与盐碱地改良共现较高的关键词为盐碱地、盐碱地改良、滨海盐碱地、土壤改良等。英文文献中与盐碱地改良共现较高的关键词为growth，salt tolerance，salt stress，saline-slkali soil，drought 等。各关键词之间相互关联，通过分析得到中文文献目前研究热点主要集中在以下几个方面。
图4 基于中文文献盐碱地改良关键词共现可视化分析图谱
图5 基于英文文献盐碱地改良关键词共现可视化分析图谱
（1）暗管排水改良盐碱地。暗管排水是目前改良盐碱地应用最广泛的措施，其原理是“盐随水来，盐随水去”，该措施可以有效快速地降低土壤盐分。例如，石佳等[11]在暗管排水条件下，以油葵为试验作物进行田间试验，结果表明，暗管排水可以有效降低土壤盐分，提升水分生产效率。冯根祥等[12]研究了不同暗管埋深对土壤脱盐效果的影响，试验结果表明，暗管埋深0.6 m 时土壤脱盐效果最佳。
（2）化学药剂改良盐碱地。化学药剂主要用于改良重度盐碱地，其原理主要是利用化学药剂与土壤盐分发生化学反应，置换出土壤盐分[13]。化学药剂改良虽然见效快，但是易引起化学污染[14]。例如，杜康瑞等[15]通过田间试验探究了新型改良剂乙酰化葡萄糖与肥料结合对盐碱地改良的效果，结果表明，该措施可以有效降低土壤pH 并提高玉米产量。屈忠义等[16]通过田间试验分析了不同化学改良剂对中度盐碱地的改良效果，结果表明，生物炭可以有效降低土壤电导率，促进土壤微生物生长，提高土壤养分。
（3）生物措施改良盐碱地。生物措施主要包括种植吸盐、耐盐植物以及施加耐盐碱微生物改善作物根系环境[17]。张艳超等[18]通过膜下滴灌棉花间作试验可知，种植苜蓿和孜然可以有效抑制土壤盐分，提高苜蓿和孜然产量。葛汉勤等[19]通过盐碱地生物改良试验可知，种植碱蓬可以将土壤盐分降低38.70%～44.10%，且耐盐微生物可以明显促进植物生长。任崴等[20]针对新疆盐碱地特点，通过研究发现，将种植业与养殖业结合，可以提高土壤有机质含量，获得高额经济效益，创造一个生态循坏系统。
（4）物理措施改良盐碱地。物理措施主要以平整土地、灌溉洗盐、增加地表覆盖物为主。杨立国[21]的研究结果表明，盐碱地铺砂有明显的脱盐效果，砂砾掺入盐碱土中可以改善土壤结构，减少土壤蒸发量，提高土壤体积含水率。张玉文等[22]在黏质盐碱土地区采用秸秆还田方法治理盐碱地，结果表明，秸秆还田可改善土壤通气状况，抑制表层土壤盐分，提高土壤养分含量。
外文文献目前的研究热点主要集中在以下几个方面。
（1）植物耐盐机制。种植耐盐碱的植物可以有效提高盐碱地的利用效率，因此提高植物的耐盐能力是盐碱地改良的研究重点。Y.Yang 等[23]针对杨树的盐分敏感信号进行了研究，结果表明，转基因PtSOS2杨树可以有效清除盐胁迫所产生的活性氧，进而促进树木生长。X.X.Li 等[24]通过基因转录确定，LcSAIA1 基因在拟南芥和水稻表达过程中可以提高植株高度和绿化率，提升作物抗盐能力。R.T.Li 等[25]以根癌农杆菌为介质，将酵母HAL2 基因导入水稻中，结果表明，HAL2 基因可以提高水稻耐盐性，减小盐胁迫下水稻细胞膜的损伤。
（2）土壤元素运移。在盐碱地治理过程中，时刻伴随着土壤元素的运移，因此在降盐碱的同时，也要注意土壤养分的流失。D.X.Yang 等[26]利用三维多相模型研究CO2在盐水层的运移规律，结果表明，土层厚度、宽度以及土壤渗透性是影响CO2运移的重要因素。Q.X.Fang 等[27]采用田间试验和数值模拟的方法对自由排水和控制排水进行研究，结果表明，控制排水可以有效减少氮素流失，提升玉米产量。
2.6 高产作者和高引用文章
本文对所搜集到的中、英文文献进行作者发文量的统计，发文量前10 名作者如表3 所示。在中文文献中，发文量前3 的作者分别为宁夏大学的许兴、内蒙古民族大学的范富和张庆国，英文发文量前3的作者分别为浙江农林大学的柳参奎（Liu Shenkui）、东京大学的Takano Tetsuo、东北林业大学的王月（Wang Yue）。许兴等[28-31]主要利用脱硫石膏、化学改良剂、有机肥和灌溉措施相结合的手段来治理盐碱地，结果表明，这些措施均可有效降低土壤盐分，提升作物耐盐能力，进而提高作物产量，并且指出在今后的研究中需要针对不同程度的盐碱地而设定不同使用量梯度的改良剂，以达到最优的应用和推广价值。柳参奎等主要从事植物耐盐基因的研究，其研究结果表明，AtOxR 基因定位在拟南芥细胞内，可以加强其耐盐能力，增加维生素C 含量[32]；
在对星星草的研究中发现，NaCl-158#和NaCl-167#两种蛋白质可以赋予星星草更好的耐盐性，减轻星星草氧化压力[33]。
表3 中、英文发文量作者统计
本文以被引次数为依据，筛选出中、英文文献中被引次数最高的10 篇文献，如表4～表5 所示。由表4可知，中文文献中高被引文章发表在2012—2017年，主要集中在盐碱地改良综述、生物改良、化学药剂改良以及暗管排水改良盐碱地等方面。其中，肖克飚等[34]选用3 种耐盐植物对宁夏银北地区的盐碱土进行了为期3 年的生物改良研究，田间试验结果表明，柽柳、苇状羊茅、油葵均可有效降低表层0～20 cm 土壤盐分，提高0～20 cm 土壤有机质和微生物含量。胡明芳等[14]主要对新疆盐碱地现状、成因以及改良措施进行了概述，并对今后节水灌溉条件下盐碱地治理过程中膜下滴灌积盐等问题进行了展望。于淑会等[35]对暗管排水排盐技术的发展现状、治理盐碱地机理以及农田生态系统的响应进行了概述，并指出今后暗管排水排盐的研究应集中在水盐运移模型和灌溉制度方面。
表4 中文文献引用量统计
由表5 可知，英文文献中高被引文章发表在2013—2019 年，主要集中在植物耐盐基因和化学药剂方面。其中，P.Yuan 等[36]利用化学改良剂-生物炭治理盐碱化土壤，研究表明，生物炭不仅可以改善土壤理化性质，还可以调节土壤结构，吸收土壤重金属，改变土壤微生物活性。F.F.Xun 等[37]选用细菌（PGPR）和丛枝菌根真菌（AMF）对被石油污染的盐碱地进行修复，试验结果表明，石油明显抑制植物生长，但是在植物接种PGPR 和AMF 之后，可以有效促进株高以及干物质的积累，并且增强了植物以及土壤的酶活性。J.X.Lin 等[38]研究在盐碱胁迫和氮素沉降增加条件下，羊草幼苗与丛枝菌根共生时幼苗根系生长以及光合特性，结果表明，丛枝菌根可以明显提高羊草幼苗生根率，提高其光合特性，增强羊草幼苗的耐盐能力。
表5 英文文献引用量统计
本文以“盐碱地改良”为关键词，使用中国知网（CNKI）数据库和Web of Science 核心数据库，以2012—2021 年相关文献为数据样本，借助VOSviewer软件对数据样本年发文量、期刊分布、机构分布、研究主题、关键词共现以及高产作者和高被引文献进行可视化分析，最终得出以下结论与展望。
3.1 结论
（1）近10 年来，盐碱地改良相关文献的发文量呈上升趋势，文献发表期刊主要集中在农业和生态方面，其中《中国生态农业学报》、Science of the Total Environment 等期刊对研究盐碱地改良具有重要价值。目前，在Web of Science 数据库中中国的高校和科研机构已经成为发文主力军，东北林业大学以77篇发文量位居榜首，在中国知网数据库中西北地区高校和科研机构是发文主力军，宁夏大学以48 篇发文量位居榜首，表明我国科研工作者已经对盐碱地改良进行了大量研究，且研究区域主要集中在我国东北和西北地区以及沿海地区。
（2）通过对研究主题、关键词共现以及高产作者和高被引文献等分析可知：当前，中文文献研究热点主要集中在暗管排水排盐、化学药剂改良、种植耐盐作物以及物理改良等措施对盐碱化土壤盐分运移以及作物生长发育的影响等方面；
而英文文献研究热点集中在植物耐盐基因改良以及土壤元素运移等方面，培育植物耐盐基因可以从根本上解决植物盐碱胁迫的危害，并且关注土壤元素运移可以有效避免土壤养分的流失。
3.2 研究展望
盐碱地改良在今后仍然是一个比较热门的研究话题。本文提出以下研究展望：一是需要探究传统的盐碱地改良措施对土壤盐分及其他元素的作用机制，在排盐降盐的同时避免土壤养分的流失；
二是需要探明植物耐盐机制，将盐碱地治理手段提升到基因分子水平，进而提升植物的耐盐能力。目前对于重度盐碱地而言，单一的盐碱地改良措施无法快速有效地降低土壤盐分，因此探明综合措施相互作用下的盐碱地改良效果是今后盐碱地科学治理的关键。
