基于CNKI 的中國土壤性狀空間分布研究進展

曾 星，張 華

（遼寧師范大學地理科學學院，大連 116029）

0 引言

土壤是發育于陸地表面具有肥力、能夠為植物提供營養成分、有生物活性和孔隙結構、進行能量交換和物質循環的圈層結構，是一個獨立的歷史自然體，有自身的發展過程，是連接無機界和有機界的紐帶，是人類生存的重要自然資源，在生態系統中發揮著獨一無二的作用[1]。土壤性狀包括土壤質地、結構、酸堿度、有機質含量、吸收性能、緩沖性能等，對土壤的通氣透水性、保水保肥能力等產生重要影響，是土壤肥力的判斷依據和土壤資源最基本的屬性[2]。土壤性狀及空間分布的研究對于土壤的有效管理和科學利用有著重要影響，由此受到中國學者們的廣泛關注。例如楊佳等[2]以雄安新區容城縣為研究區，運用ArcGIS和地統計學，對不同土地利用方式下土壤性狀的空間分布特征進行了研究；章秀梅等[3]為探究農地排水中重金屬濃度變化及影響因素，對杭州市暴雨后水田、果園、蔬菜地和苗木地等農地土壤地表徑流中的水溶性重金屬和城區地表徑流中水溶性重金屬濃度進行了對比分析；楊之江等[4]以長沙縣北山鎮水稻田為研究對象，采用GIS 和地統計學相結合的方法，對水稻田耕作層的土壤理化性質及重金屬含量的空間變異特征進行了定量分析。近30 年來，隨著中國農業經濟的快速發展，土壤環境污染也日益加重，隨之中國學者也相繼發表了大量相關土壤環境污染的研究文獻?；诖?，本文以CNKI 為數據庫，利用Bibexcel、Ucinet 6、Netdraw、SPSS 等數據分析和可視化工具，基于文獻計量法，對中國近30 年來關于土壤性狀空間分布的研究動向進行系統分析，以期為中國土壤污染防治、土壤資源可持續利用提供科學依據。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

以CNKI 文獻總庫中中文文獻作為數據源，檢索時間范圍為1990 年1 月1 日至2022 年1 月1 日，首次檢索時以“土壤性狀空間分布”“土壤性狀空間格局”為關鍵詞，僅檢索出161 篇文獻。再次以“土壤空間分布”“土壤空間格局”為關鍵詞，共檢索出4 207 篇相關文獻作為本文的基礎數據。

1.2 研究方法

采用文獻計量法，利用Bibexcel 軟件導出文獻中關鍵詞及其頻次；利用Excel 生成共詞矩陣；運用Ucinet 6 軟件鏈接矩陣至Netdraw 軟件進行可視化分析，并繪制高頻關鍵詞共現網絡圖；利用CNKI 自帶可視化分析功能，對中國土壤性狀空間分布的發文量和研究主題進行定量分析。

2 結果與分析

2.1 發文量進展

中國近30 年來有關“土壤性狀空間分布”“土壤性狀空間格局”相關研究的發文量變化趨勢如圖1 所示，可以劃分為平穩階段、快速發展階段和波動階段。平穩階段（1990-1999 年），僅檢索出文獻43 篇，年發文量很少且增長緩慢，反映出土壤性狀以及土壤污染研究未受到足夠的重視；快速發展階段（2000-2014年），檢索出文獻2 041 篇，年發文量穩定增長且增長幅度較大，由2000 年的8 篇上升到2014 年的323 篇，增幅為39.38%，發文量約占研究時段內文獻總量的48.51%，反映出土壤污染等問題自2000 年開始受到國家、社會和學者們的廣泛關注；波動階段（2015-2022年），檢索出文獻2 171 篇，發文量呈上升趨勢，有些年份出現回落。由于檢索至2022 年1 月，整年文獻資料不完全，增幅受到影響，僅為0.31%，2022 年CNKI 發文量預測值為275 篇，由此推測出關于土壤性狀空間分布的研究將持續受到關注，發文量將穩定增加。

圖1 相關研究發文量變化趨勢

2.2 高頻關鍵詞

2.2.1 不同時段高頻關鍵詞

關鍵詞高度提煉和概括論文的研究內容，可以表征某研究領域的核心話題。與發文量的平穩階段、快速發展階段、波動階段相對應，中國近30 年來有關“土壤性狀空間分布”“土壤性狀空間格局”研究平穩階段（1990-1999 年）的高頻關鍵詞及頻次如圖2a 所示，頻次最高的關鍵詞僅有“土壤侵蝕”“空間格局”“土壤水分”“空間分布”，反映出該階段研究內容主要為土壤侵蝕空間分布和土壤水分保持，這與1991 年《水土保持法》頒布之后土壤侵蝕和土壤水分的研究逐漸興起密切有關；快速發展階段（2000-2014 年）的高頻關鍵詞及頻次如圖2b 所示，頻次最高的關鍵詞有“空間分布”“地統計學”“空間變異”“重金屬”“土壤養分”“GIS”等，其中“空間分布”“空間變異”“重金屬”“土壤養分”反映出該階段研究熱點為土壤養分及土壤重金屬含量空間分布，“地統計學”“GIS”反映出該階段地統計學理論、GIS 技術廣泛運用于土壤性狀空間分布及預測的研究當中，這與中國第二次互聯網發展大浪潮以及計算機普及、地理信息技術開始興起有密切關聯，表明現代地理信息技術對土壤性狀空間分布的研究具有一定的推動作用；波動階段（2015-2022 年）的高頻關鍵詞及頻次如圖2c 所示，頻次最高的關鍵詞有“空間分布”“重金屬”“土壤養分”“地統計學”“污染評價”等，其中“空間分布”的頻次仍最大，“重金屬”頻次次之，表明土壤重金屬空間分布在此階段關注度上升趨勢最為顯著，也反映出該階段的研究熱點與快速發展階段相似，以土壤重金屬、土壤養分空間分布特征以及土壤重金屬污染評價與防治為重，這與2015 年環境污染治理成為焦點話題、土壤重金屬污染防治受到重視密切相關。

圖2 各時段高頻關鍵詞及頻次

2.2.2 高頻關鍵詞可視化分析

高頻關鍵詞共現網絡圖能表達關鍵詞之間緊密交錯的關系，節點越大表示該關鍵詞中心性越高，與其他關鍵詞共現的頻次越大，兩節點間的連線越粗表示這兩個關鍵詞的共現次數越多，關系越緊密，互相影響程度高，這些關鍵詞可以代表該領域的研究熱點。節點小連線細表示該關鍵詞共現次數少，但不代表它的研究次數少[5]。圖3 中“空間分布”“地統計學”“GIS”“空間變異”“土壤重金屬”“污染評價”“影響因素”關鍵詞節點較大，節點間連線最為緊密，共現次數最多，表明基于地統計學理論和GIS 技術的土壤重金屬空間分布及影響因素、土壤重金屬污染評價既是目前的研究熱點，也可能是未來主要研究內容。

2.3 研究主題

研究主題代表著所研究領域的內容、發展狀況和趨勢。圖4 為中國近30 年來有關“土壤性狀空間分布”“土壤性狀空間格局”研究主題的分布情況，可以看出，以“空間分布”和“空間分布特征”為主題的發文量分別為1 229 篇和661 篇，與“土壤重金屬”有關的研究文獻共831 篇，由此可以看出近些年的研究主題集中在土壤性狀空間分布、土壤重金屬等方面，這與高頻關鍵詞可視化分析結果一致。

圖4 研究主題分布圖

2.4 土壤性狀空間分布研究方法

地統計學由于其對區域變量具有出色的分析能力，是土壤性狀特征研究最有效的方法，廣泛運用于土壤性狀空間分布、變異規律方面的研究[6]。利用地統計學模擬土壤性狀空間分布狀況，再利用GIS 進行空間插值對土壤性狀進行可視化從而直觀地分析土壤性狀空間分布特征?？臻g插值法分為確定插值法和地統計學方法，地統計學中空間預測常采用克里金法，包括：普通克里格法、簡單克里格法、協同克里格法等[7]，較空間確定性插值法克里金法更精確，更符合實際，是土壤性狀空間分布研究常用的方法。例如段夢琦等[8]采用確定性方法和地統計學方法分別對黃河三角洲典型土壤鹽分空間分布進行了預測，發現地統計學方法的精度高于確定性方法；趙林等[9]利用空間分布預測的方法對天津濱海地區土壤鹽分進行研究，發現地統計不確定插值法精度整體上高于確定性方法，在土壤空間分布變化劇烈的情況下，建議采用簡單克里格插值法更佳；謝夢姣等[10]運用人工神經網絡與普通克里金插值法對黃淮海北部未收割的夏玉米田塊、農塊尺度的土壤屬性空間預測精度進行了探究，發現人工神經網絡插值法更適用于土壤有機質和全氮含量空間分布特征預測；于偉宣等[11]以安徽省淮北平原典型旱作農業區蒙城縣為例，探究了不同采樣數量和空間插值法對土壤屬性預測精度的影響，發現普通克里格法最優。由此，在研究過程中針對不同研究對象、采樣數目、土壤屬性可選取不同的空間插值方法。

2.5 主要研究區域及對象

中國近30 年來有關“土壤性狀空間分布”“土壤性狀空間格局”的研究對象和研究區域頻次如表1 所示。從研究區域看，主要集中在黃土高原、黃河三角洲、青藏高原等地區，各區域研究對象及研究內容有所不同。黃土高原是中國水土流失最為嚴重的地區，研究內容主要為植被恢復對土壤性狀的影響、土壤肥力評價、土壤性狀空間變異特征等；黃河三角洲土壤屬于濱海潮土和濱海巖土，土壤含鹽量高，覆蓋了源自黃土高原的沖積物，研究內容主要為濱海區土壤性狀對作物產量的影響，土壤重金屬和鹽分空間分布特征等；青藏高原自然條件惡劣，土壤發育速度緩慢，多為高山草甸土，研究內容多與土壤有機質含量、濕度、微生物在時空上的分布相關。從研究對象看，農田土壤的研究頻次最高，其次為城市土壤、黑土等。農田土壤和城市土壤主要研究內容包括土壤重金屬分布特征及污染評價等，農田土壤主要研究內容還包括土壤有機質空間分布預測；黑土的研究除土壤重金屬分布特征外，黑土的侵蝕- 沉積、治理與水土保持也是重要研究內容。

表1 主要研究區域和研究對象

3 結論

本文基于CNKI 數據庫，運用文獻計量法，從年發文量、高頻關鍵詞、研究主題及研究方法、研究對象及研究區域等方面，對中國近30 年來有關“土壤性狀空間分布”“土壤性狀空間格局”的文獻進行系統分析得出如下主要結論：

（1）從年發文量看可分為三個階段：平穩階段（1990-1999 年），發文量較少，增長慢；快速發展階段（2000-2014 年），發文量快速增加；波動階段（2015-2022 年），發文量在波動中呈現上升趨勢。

（2）從高頻關鍵詞看，“空間分布”“空間變異”“土壤重金屬”“污染評價”“影響因素”等高頻關鍵詞表明土壤重金屬含量空間分布及影響因素、土壤重金屬污染評價是研究熱點。

（3）從研究主題看，主要集中在土壤性狀空間分布特征、土壤重金屬等方面。

（4）從研究方法看，基于地統計學和GIS 技術支持的克里金插值法是常用方法。

（5）從研究區域和對象看，主要研究區域集中在黃土高原和黃河三角洲，主要研究對象為農田土壤、城市土壤和黑土。