基于CiteSpace方法的近30年耕作侵蚀学科动态可视化分析

袁正蓉, 巨 莉, 李富程

(1.西南科技大学 环境与资源学院, 四川 绵阳 621010; 2.四川省水利科学研究院, 成都 610072)

耕作侵蚀是指在坡地景观内耕作位移的变化导致净余土壤的重新分配[1-2]。耕作侵蚀研究最早可追溯到20世纪30年代[3]，但就侵蚀过程来讲是一个新兴的研究领域。Nichols和Reed、Mech和Free、Chase最早描述了坡耕地犁耕对土壤向下坡移动的影响[4]。20世纪50年代到80年代，耕作侵蚀并未引起广泛关注，只有极少研究关注耕作侵蚀。直到20世纪90年代，关于耕作侵蚀系统地定量化研究才开始出现。Lindstrom等[1,5]对土壤位移进行了全面评估，指出耕作导致农田土壤从凸坡传输到凹坡的过程是非常显著的，这些研究激发了研究者对耕作侵蚀的研究兴趣。许多地区已将耕作侵蚀鉴明为景观内土壤再分配的重要过程，研究显示美国明尼苏达州凸坡部位耕作侵蚀达30 t/hm2/a[1]；哥斯达黎加耕作侵蚀达250 t/(hm2·a)[6]，其他地区，如加拿大为54 t/(hm2·a)[7]；老挝为4.6～11 t/(hm2·a)[8]，中国紫色土区为48～150 t/(hm2·a)[9]。近30 a，在耕作侵蚀过程与机制、耕作侵蚀的环境效应、耕作侵蚀与其他侵蚀的耦合作用、耕作侵蚀防治技术等方面已积累大量的研究成果，耕作侵蚀已成为水土保持学的一个重要研究方向[10-11]。

文献计量学是通过文献体系和文献计量特征评价某领域科学发展现状及水平，被广泛用于文献情报分析[12-13]。CiteSpace是美籍华裔陈超美教授开发的一款用于文献数据挖掘和可视化的软件。该软件可通过对主题、关键词、作者、机构等进行聚类分析、网络图谱分析等挖掘其隐含信息，定量且直观地梳理研究现状、显示学科的发展趋势和动向。运用可视化工具对某学科领域进行文献计量分析已成为学术研究的一大热点。我国学者已在黄土区、紫色土区、黑土区、喀斯特区等区域开展了一系列耕作侵蚀研究，但缺乏对耕作侵蚀学科发展动态研究。本文采用CiteSpace对耕作侵蚀研究进展进行可视化分析，系统分析近30 a耕作侵蚀学科的发展脉络与进程，界定耕作侵蚀研究的发展阶段，理清现阶段耕作侵蚀研究的重要方向，旨在促进我国耕作侵蚀学科发展，引起相关管理部门和学者对耕作侵蚀研究的重视，强化耕作侵蚀研究对坡耕地水土保持、土壤质量提升和高质量可持续发展的支撑力度。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

采用CiteSpace(5.6.R5)文献计量软件进行分析。通过中介中心性、文献的爆发性、引文年轮以及被引频次等指标以图谱的形式直观展示耕作侵蚀学科发展动态。其中，中介中心性(Centrality)是体现节点在网络中重要性的指标，具有高中介中心性的节点通常是链接两个不同领域的关键枢纽，也称其为转折点，图谱中玫红色圆圈的厚薄表示其值的大小；文献的爆发性(Burstness)常通过突发性探测值来表示，高突发性值的关键词的出现表示某时期的学者发现了新的研究领域和研究视角，进而评判该关键词处于一定时期的研究前沿，是评判最活跃的研究领域的指标，图谱中红色圆圈的大小表示突发性探测值的高低；引文年轮即图谱的节点，代表着某篇文章的引文历史，年轮的整体大小反映论文被引用的次数，年轮的颜色代表相应的引文时间；在关键词共现图中，每个节点表示一个关键词，节点大小表示关键词出现的频次，节点之间连线的粗细代表关键词共现强度的高低，彼此间相邻的关键词表示他们经常出现在相同的文章中[13-14]。

1.2 数据来源

本文数据来源于美国科学情报所出版的Web of Science数据库，检索格式设定为：TS=(“tillage erosion”)，文献类型设定为Article，文献时间跨度选择为1990—2020年、文献检索结果显示共有306篇相关文献。对检索的文献中发文量靠前的期刊进行单独检索，Soil & Tillage Research(61篇)、Catena(29篇)、Geomorphology(17篇)、Earth Surface Processes and Landforms(16篇)、Journal of Soil and Water Conservation(16篇)。本文文献检索的截止时间为2020年8月27日。

2 结果与分析

2.1 国家和作者共现网络分析

国家共现网络分析的结果见表1，比利时和美国的耕作侵蚀研究起步较早且被引频次较高，德国在该领域的研究起步较晚但其成果被广泛引用，中国的耕作侵蚀研究起步相对较晚但近年来发文量较多。在中介中心性方面，德国拥有最高的中介中心性(0.50)，中国中介中心性相对较低(0.02)。在爆发性方面，中国拥有最高的爆发值(6.91)，其次是加拿大(6.53)和德国(5.52)。在时间方面，早期成果以比利时、美国居多，但现阶段主要集中于中国、德国、西班牙和比利时。在合作关系方面，中国与加拿大和英国的连线较粗，其合作关系较为紧密。

表1 耕作侵蚀研究文献被引频次前十位国家

作者共现网络分析可用来识别和分析研究领域中核心人物及研究人员之间的合作互引关系。耕作侵蚀研究的作者共现网络分析图谱包含55个节点和97条连线，节点大小显示文章被引频次前5的研究团队分别是以Poesen，Govers、张建辉、Lobb，Quine为核心的研究团队，且主要研究团队之间存在着不同紧密程度的合作关系。Lobb的节点具有最宽的玫红色外圈，即具有最高的中介中心性，表明Lobb的文章被其他研究者广泛引用，同时Quine作为耕作侵蚀研究领域较早的研究者，其文章也被大家广泛引用。以张建辉为核心的研究团队具有最高的爆发值(9.29)，是现阶段该领域主要的研究团队，其研究区域主要分布于中国西南地区。

2.2 学科和期刊共现网络分析

耕作侵蚀在Agriculture和Soil Science学科中的被引频次分别为197，177，但其中介中心性较低，分别为0.23，0.07(表2)，显示出文献多在学科内部引用，对其余学科贡献较少。在所有学科中均未发现爆发点，但在Environmental science & Ecology和Agriculture学科中拥有较高的文献半衰期，分别为19，17，表明该学科中拥有耕作侵蚀研究的经典文章。此外，在Geosciences, Multidisciplinary学科中有最高中介中心性(0.56)，表明该学科中耕作侵蚀的相关文章被其余学科广泛引用，是耕作侵蚀研究中各学科的关键枢纽。

表2 耕作侵蚀领域文章被引频次排名前五学科

在Web of Science数据库中共检索到66个期刊发表耕作侵蚀相关的文章，其中发文量在3篇及以上的期刊有21个，共发表耕作侵蚀相关文献224篇，占检索总数的73.20%。期刊共现网络分析结果见表3，被引频次排名前五的期刊分别为Soil & Tillage Research，Catena，Geomorphology，European Journal of Soil Science和Journal of Soil and Water Conservation，各期刊的侧重点存在差异。

表3 被引频次排名前五的期刊信息

2.3 引文共被引分析

共引文献的爆发值和∑值在一定程度上可以反映某篇文献在研究发展过程中的重要性。耕作侵蚀引文共被引高频次爆发点信息见表4。爆发值大于10的文章共有6篇，爆发值最高的文献是Govers等1994年发表于European Journal of Soil Science[15]，其在耕作侵蚀领域关注度最高，该研究鉴明了耕作在土壤再分配中的作用，提出扩散模型(Q=k·S)，广泛用于土壤位移和耕作侵蚀预测，也成为后续开发计算机模型的基础。∑值最高的文献是张建辉等2006年发表于Global Change Biology[16]，其在耕作侵蚀领域具有重要地位，揭示了耕作侵蚀和水力侵蚀在土壤再分配过程与机制的差异，指出耕作侵蚀是短坡梯地主导土壤侵蚀过程，而水蚀是长坡景观主导土壤侵蚀过程，这种不同的土壤再分配模式造成了C/N比分布格局上的差异。我国学者张建辉团队多篇文献拥有较高的爆发值和∑值，表明该团队的研究对耕作侵蚀过程与机理的认识做出重要贡献。

表4 引文共被引高频次爆发点信息

2.4 关键词共现分析

关键词共现分析表明，关键词“tillage erosion”、“soil redistribution”、“soil translocation”节点相对较大，表明耕作侵蚀、土壤再分配、土壤位移在耕作侵蚀领域作为关键词使用最频繁。关键词Cs-137中介中心性最高，且与关键词“water erosion”关联程度高，表明Cs-137核素示踪技术是研究耕作侵蚀和水蚀对总侵蚀贡献的关键技术。关键词“soil organic carbon”的爆发值最高，表明土壤有机碳分布与动态对耕作侵蚀的响应关注度较高。关键词“crop yield”、“land use”、“soil-landscape variability”、“runoff”等分布于时间轴后段，是耕作侵蚀研究新的关注点，表明耕作侵蚀与粮食安全、耕作侵蚀与土地利用、耕作侵蚀对土壤景观变异性和水文过程变化的影响是现阶段研究的重要方向(表5)。

1990—2000年(32篇)，2001—2010年(122篇)，2011—2020年(152篇)期间发表的耕作侵蚀相关文献分别占总文献量的10.16%，39.87%，49.67%，可以看出耕作侵蚀研究呈现快速发展的趋势。耕作侵蚀研究1990—2020年前10位高频关键词见表5。1990—2000年，“soil translocation”、“tillage erosion rate”、“model”关键词出现频次较高，显示出该阶段研究集中于耕作位移与耕作侵蚀定量化研究与经验模型构建；2001—2010年，“soil redistribution”、“water erosion”、“pattern”等关键词显示出该阶段研究主要关注耕作侵蚀模型、耕作侵蚀与水蚀在土壤再分配中的作用及模式；2010—2020年，“water erosion”、“soil organic carbon”等高频关键词出现频率明显增长，显示出该阶段研究重心逐渐转移到耕作侵蚀与水蚀的耦合作用机制、耕作侵蚀对土壤有机碳分布的影响。

表5 耕作侵蚀研究1990-2020年前10位高频关键词

3 结论与展望

耕作侵蚀作为新兴的土壤侵蚀研究领域，在最近30 a呈现快速发展的趋势。比利时和美国的耕作侵蚀研究起步较早且被引频次较高，中国的耕作侵蚀研究起步相对较晚但处于现阶段该研究的前沿。以Govers，Poesen，Lobb，Zhang，Qunie为核心的科研团队对耕作侵蚀学科发展具有突出贡献。我国学者张建辉团队多篇文献拥有较高的爆发值和∑值，该团队的研究对耕作侵蚀过程与机理的认识做出重要贡献。现阶段耕作侵蚀研究的重要方向主要包括耕作侵蚀与粮食安全、耕作侵蚀与土地利用、耕作侵蚀对土壤景观变异性和水文过程变化的影响。根据水土保持科学与技术对耕作侵蚀学科的需求，我国未来需要重点突破不同耕作机具的土壤再分配过程与模拟、不同土壤侵蚀类型区的耕作侵蚀过程与机理、耕作侵蚀与其他侵蚀的互作过程与机制、水土保持耕作的技术模式与原理。