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2024 , Vol. 14 >Issue 4: 52 - 57

DOI: https://doi.org/10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2023-0096

Hot Issues and Visual Analysis of Water and Fertilizer Integration Research

  • WU Man , 1, 2 ,
  • WANG Xiangzhu 1 ,
  • LIANG Haiyan 3 ,
  • YANG Liyu 3 ,
  • WU Qi 3 ,
  • MENG Cuiping 1 ,
  • SHEN Pu , 3
Expand
  • 1 College of Chemical Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042, Shandong, China
  • 2 Library and Information Center, Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042, Shandong, China
  • 3 Shandong Peanut Research Institute/Key Laboratory of Peanut Biology, Genetic & Breeding,Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Qingdao 266100, Shandong, China

Received date: 2023-04-03

  Revised date: 2023-09-23

  Online published: 2024-04-17

Fold

Abstract

The integration of water and fertilizer has been developed rapidly in the field of agricultural fertilization in recent years, which is an important way to improve crop fertilizer efficiency. Bibliometrics method was used to analyze the literature related to the integration of water and fertilizer. Based on the China National Knowledge Infrastructur (CNKI) database, literature related to integration of water and fertilizer from 2010 to 2023 was collected as the research object, while the number of literature, age distribution, journal distribution, publication institution distribution, author information, research content and hot topics in the core database of CNKI were objectively and systematically analyzed. The results showed that from 2010 to 2023, a total of 216 articles related to the integration of water and fertilizer were published in China. The earliest literature on the integration of water and fertilizer was published in 2010, and the number of published articles fluctuated with the increase of years. In terms of published papers, authors, publishing institutions, etc., papers on integration of water and fertilizer were mainly published in agriculture and forestry and other related professional journals. The publishing institution was focused on institutions of higher learning and research institutes in Beijing, Shandong and Ningxia, which had strong water and fertilizer research strength and academic background. At present, the core authors in the field of integrated water and fertilizer had not formed a stable group and the number of personnel was relatively small. According to the research content, water and fertilizer integration technology focused on the output, internet of things, control system and drip irrigation. The results objectively reflected the domestic research trends of integration of water and fertilizer from 2010 to 2023, which provided supporting data for researchers in this field.

Key words： integrated water and fertilizer; bibliometrics; CNKI; publication trend; research hotspots

Cite this article

WU Man , WANG Xiangzhu , LIANG Haiyan , YANG Liyu , WU Qi , MENG Cuiping , SHEN Pu . Hot Issues and Visual Analysis of Water and Fertilizer Integration Research[J]. Journal of Agriculture, 2024 , 14(4) : 52 -57 . DOI: 10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2023-0096

0 引言

在农业生产中，施肥和灌溉等农业不合理管理措施带来的肥料养分流失和生态环境污染等问题，阻碍优质农作物的高效生产和农业可持续发展。近年来，如何高标准满足作物对水分和养分的需求，已成为当前农业科学研究的热点问题。这其中水肥一体技术在解决上述问题方面发挥了重要作用，相关研究成果逐年增加。《推进水肥一体化实施方案（2016—2020年）》，于2016年农业农村部办公厅印发，明确提出要在今后的农业发展中，重视农业节水，提高水肥资源利用率[1]。水肥一体化是利用微灌系统，与传统的施肥浇水方式不一样，水肥一体化可利用大数据平台根据作物的需水、需肥规律、不同特点、生长及土壤环境、养分状况等，设置不同的生长发育阶段的需求供给计划，从而将肥料和灌溉水一起适时、适量、准确地输送到作物的根系土壤中[2]，让作物能够吸收，从而满足作物的生育需要，同时水肥一体化能够实现水肥耦合，促进吸收利用，提高水分、养分利用效率，减少肥水浪费[3⇓-5]。开展水肥一体化技术的现状探讨，对存在的问题进行分析，对今后的研究方向进行展望，可为水肥一体未来发展和技术改进等方面提供重要依据。本研究利用文献计量学方法[6⇓⇓⇓-10]，基于CNKI期刊数据库，统计和分析了水肥一体相关研究的文献数量、作者、出版刊物、发文机构及研究内容等方面，运用CiteSpaceVI可视化软件，对研究热点进行了预测和分析，从而对水肥一体化的研究现状进行了较为客观的展示，以期为相关研究人员能够及时了解到水肥一体化的研究情况提供了数据参考。

1 数据来源与统计方法

1.1 数据来源

从中国知网的中国学术期刊网络出版总库中检索“水肥一体”相关的期刊论文。检索式为“主题=（水肥一体）”，文章类型勾选“学术期刊”。为确保检全率和检准率，从检索结果中筛选并去除不相关的通知、公告等文献的干扰，共检索期刊论文216篇。检索的时间跨度为2010—2023年，检索日期为2023年2月16日。

1.2 统计方法

采用引文网络分析工具CiteSpaceVI对相关文献的基本数据进行了挖掘和可视化分析[11]，从而绘制水肥一体的科学知识谱图。设置时间段为2010—2023年，时间切片为1年，术语来源(Term Source)勾选为标题(Title)、摘要(Abstract)、关键字(ID)等，节点类型(Node Types)勾选为Keyword[12]。在展开关键词共现分析之前，对关键词进行了聚类，利用LLR算法提取出研究前沿术语，再对聚类词展开Timeline分析[13]。

2 文献分析

2.1 水肥一体研究年份分布

如图1所示，中文期刊中关于水肥一体的论文文献共有216篇，首次在2010年发表，此后的文章数量随年份的增加呈波动上升趋势。从整体上看，中国的水肥一体研究是从2010年开始的，从2014年开始快速发展，但在2018、2020、2022年的发文量相比于邻近年份有所减少，其中以2021年的发文量最多，达到了41篇，仍有继续增加的趋势。发文量的增加说明随着时代的发展，“水肥一体”的研究对农业生产有一定的应用价值，人们对“水肥一体”的相关研究也越来越重视。
图1 2010—2022年国内水肥一体研究论文数量动态

2.2 水肥一体研究期刊分布

CNKI数据库中关于水肥一体的期刊论文收录了115种学术期刊，在这些刊物中，有43种期刊载文量超过1篇，共发表文章144篇，占总文章的66.7%。在这当中，论文发表数前20位的期刊见表1，前3位期刊分别是：农机化研究（16篇）、农业工程技术（11篇）、农业科技通讯（7篇）。通过对国内相关刊物的比较，发现有关“水肥一体”的研究成果多见于农业学、农林学等专业学术刊物。
表1 CNKI数据库水肥一体研究载文量前20位的期刊
编号 期刊名称 载文量/篇 编号 期刊名称 载文量/篇
1 农机化研究 16 11 现代农村科技 4
2 农业工程技术 11 12 新农业 4
3 农业科技通讯 7 13 果树实用技术与信息 3
4 安徽农业科学 6 14 南方农机 3
5 节水灌溉 5 15 农业工程技术（温室园艺） 3
6 农业开发与装备 5 16 现代农业 3
7 北方园艺 4 17 现代农业科技 3
8 北京农业 4 18 玉米科学 3
9 江苏农业科学 4 19 长江蔬菜 3
10 农业科技与信息 4 20 中国农业信息 3

2.3 水肥一体研究的发文机构分布

根据CNKI数据库的统计，中国目前发表2篇以上关于水肥一体的学术期刊的科研单位有38个，包括高等院校、科研院所、农业设计院及农技公司等，而高校和科研院所则是水肥一体研究的主阵地，在发文数量上排在前10位的研究机构见表2，最多的为中国农业大学、西北农林大学、青岛农业大学等，分别发布5、5、4篇。这些研究机构以北京市、山东省、宁夏回族自治区等中国的农业和学术力量较强的省份为重点。由于其自身的专业优势，农林学研究所是水肥一体研究的活跃机构，是中国这方面发文的主要科研单位。
表2 水肥一体研究领域国内发文量前10位的科研机构
编号 机构 发文量/篇
1 中国农业大学 5
2 西北农林科技大学 5
3 青岛农业大学 4
4 宁夏水利科学研究院 3
5 国家农业信息化工程技术研究中心 3
6 山西省农机发展中心 3
7 杨凌职业技术学院 3
8 山东锋士信息技术有限公司 3
9 宁夏大学 3
10 山东省临沂市烟草专卖局 3

2.4 水肥一体研究的作者分析

水肥一体领域的核心作者群体，一般是推动学术创新和学科发展、提升学术影响力和竞争力的中坚力量[14]。通过对CNKI数据库中已收录的水肥一体学术期刊文献的统计，第一作者共有182位学者，在这当中，有170名发表1篇文章的作者，占第一作者的93.4%，比洛特卡法则中“发表一篇文章的作者占全部作者的60%”的比例要高得多[15]。这说明中国在水肥一体领域的科研人员还不够集中，还没有形成一个长期、稳定的研究群体。
按照普赖斯法则，检索后发现期刊论文样本里最高产的第一作者论文篇数为3篇，并将其代入普赖斯公式，如式(1)所示。
M = 0 . 749 N m a x
其中，Nmax是最高产作者的文章篇数，M是核心作者的发文量下限。经计算可得到M=1.3，这表示高水平期刊论文发文量>1篇被视为核心作者，也就是高产活跃作者[16]。在CNKI数据库高水平期刊中，有12名作者的发文量达到2篇及以上，共发表25篇论文，占水肥一体有关的文章总数的11.6%。与普赖斯提出的“主要作者的文章数量应该达到全部文章的50%”的要求相比[17]，还有很大的距离，这说明我们在水肥一体化研究方面还没有形成一个稳定的核心作者群体，而且，中国的核心作者数量很少，发表的文章的质量和行业的影响力也需要得到进一步的提高。期刊论文样本发文量前10位的学者，如表3所示。
表3 CNKI数据库中水肥一体研究领域发文量前10位的学者
编号 学者 机构 发文量/篇
1 王秀 北京农业智能装备工程技术研究中心 3
2 胡笑涛 西北农林科技大学 3
3 王文娥 西北农林科技大学 3
4 马伟 北京农业智能装备工程技术研究中心 3
5 邹晓霞 青岛农业大学 3
6 金永奎 农业农村部南京农业机械化研究所 3
7 高强 山东临沂烟草有限公司 3
8 伊义蕾 农业农村部规划设计研究院 3
9 宋成秀 山东锋士信息技术有限公司 3
10 刘蕊 青岛农业大学 3

2.5 国内水肥一体研究重点和热点

2.5.1 关键词词频分析

词频分析是利用对特定领域内文献中词语的使用频率进行统计，对比频次的高低，从而对该领域的研究热点及发展趋势进行分析的文献计量方法[18]。期刊论文的关键词能够反映出文献所要传达的核心主题和主要内容，因此本研究从期刊论文的关键词出发，对该领域的研究重点和热点演化进行了分析，获得全部期刊论文和高水平期刊论文的前20位高频的关键词如表4所示。一般认为，高频率和中心性强的关键词是研究的重点[19]。总体而言，水肥一体研究的内容较为丰富，主要集中在作物产量、栽培技术及灌溉方法等方面。国内水肥一体研究关注重点和热点是：产量(21)、物联网(9)、控制系统(8)、滴灌(8)等。新兴的研究热点有：大数据（2019年）、品质（2018年）、传感器（2018年）、农业（2018年）。
表4 CNKI数据库中水肥一体期刊论文前20位关键词
编号 关键词 频次 初现年份 编号 关键词 频次 初现年份
1 水肥一体 71 2010 11 大数据 3 2019
2 产量 21 2014 12 成效 3 2016
3 物联网 9 2016 13 应用 3 2016
4 控制系统 8 2016 14 水溶肥 3 2011
5 滴灌 8 2015 15 滴灌技术 3 2013
6 玉米 7 2015 16 日光温室 3 2015
7 品质 5 2018 17 膜下滴灌 3 2015
8 灌溉 4 2014 18 传感器 3 2018
9 栽培技术 4 2014 19 农业 3 2018
10 栽培 4 2017 20 智能装备 3 2014

2.5.2 关键词共现聚类分析

共现分析法是将一对词语在同一文献中出现的数量进行两两统计，并以此来衡量二者的亲疏程度，从而更好地理解领域研究的进展情况，从而揭示研究的结构[20]。共现网络的聚类分析是聚类方法在共现网络的具体应用，它是一种以共现强度为基本计量单位，对特定的关键词共现集合进行分类聚合的定量处理技术。利用这种技术，可以将联系紧密的节点划分为不同的节点子群，并且依据相关网络指标定量计算出子群与子群之间的距离，距离大小体现了联系程度，进而生成某研究领域的共现网络聚类图，从而进一步攫取共现网络中的信息。本研究利用CiteSpace对水肥一体文献的关键词共现网络进行聚类，并生成可视化视图。
关键词共现网络聚类图中节点代表关键词，节点与节点之间若有连线，则表示同为某文献的关键词。图中聚类标签算法从标题、关键词和摘要中抽取得到。每个色块代表一个聚类，聚类序号与聚类大小呈反比，最大的聚类以＃0标记，其他依次类推。网络的模块化是一种对其总体结构的全局性度量，而模块化Q值和平均轮廓值则是评价整个网络结构性能的两项重要指标[21]。Q>0.3表示聚类结构是明显的，在S>0.5的情况下，聚类的合理性被普遍认可，而在S>0.7的情况下，聚类的可靠性更高[22]。由于水肥一体的关键词共现网络交错程度深且复杂，在经过聚类之后，共现网络的5个类之间相互重叠，很难直接看到更多的具体信息。因此，将每一类所对应的文本信息进行剖析，统计总结关键词共现网络聚类图中的每个聚类类别的基本情况，并制作成表格进行汇总，可以反映出不同阶段的研究重点和热点。（图2、表5）
图2 CNKI数据库中水肥一体研究文献关键词聚类图
表5 CNKI数据库全部期刊论文关键词聚类分析汇总
聚类编号 聚类标签 聚类成员数 主要年份 聚类集群同质性 研究重点
0 水肥一体化 48 2017 0.969 水肥一体化、水肥一体、产量、gsm、stm32
1 产量 27 2017 0.92 产量、品质、水肥一体、减量施肥、利用率
2 物联网 20 2018 0.972 物联网、大棚、栽培技术、智能管理、模糊pid控制
3 膜下滴灌 10 2016 0.943 膜下滴灌、肥料利用率、花生、玉米、农艺效率
4 滴灌 9 2018 0.967 滴灌、叶面积、嫩姜、专用液肥、叶绿素

2.5.3 时间线视图分析

时线视图是将每一个聚类类别的文献按时间顺序从左到右依次排列出来，直观反映了各个研究热点随时间的演变情况。图3是水肥一体期刊论文样本关键词共现网络聚类结果的时线视图，以引文发表年份为X轴、聚类编号为Y轴[23]，在每个聚类中，可以清楚地获得文献的情况，在该聚类中，文献的数量越多，表明所获得的聚类领域就越重要[24]。从2010年开始，就出现了较早的关于水肥一体的研究文献，由图可以看出，从＃0到＃2聚类的数据数量都是相对较多的，这说明了这些聚类领域的重要性，并且时间跨度都很大。在该图中，每个标志的节点年轮颜色及厚度代表了词节点的出现时间，而节点的尺寸则代表了出现的次数，具有红黑边框的节点是引起许多学者关注并进行研究的关键转折点[14]。如图3所示，在CNKI数据库中，关键词水肥一体、产量、物联网、膜下滴灌等词的外围用红黑边框标注，其中介中心性大于0.1，通常是连接各个领域的重要节点[9]。
图3 CNKI数据库中水肥一体研究文献时间线视图

3 讨论与结论

近年来，中国的农业科技和产业发展有了很大的进步。水肥一体化技术在减少水肥流失、增加作物产量、提高肥水利用效率等方面具有重要的作用，而且对维护生态环境平衡、开展环保型农业也具有重要的意义。在中国推广水肥一体化是非常有必要的，它是一种节水节肥行之有效的方法。该技术的广泛应用和有效推广，对于农业的健康持续发展有着重要的作用。
对中国CNKI数据库2010—2023年来关于“水肥一体”的学术期刊论文进行检索并从年份、期刊、发文机构、作者、国内研究重点和热点等多个维度进行了统计分析和比较，从而更好地了解中国在该领域的研究现状。结果显示，近年来国内水肥一体研究发文量呈波动上升趋势，而且研究的领域也在不断地向更深更广的方向发展，这说明学术界对水肥一体议题的关注度正在日益提高。有关水肥一体的研究成果多见于农业农林学等专业学术期刊，发文机构以国内的农业和学术力量较强的省份为重点。目前，国内关于水肥一体的研究还没有形成一个稳定核心的作者群体，且核心作者数量偏低，论文发表的质量及行业影响也亟待提高。国内关于水肥一体的研究主要以“产量”、“物联网”、“控制系统”、“滴灌”等为研究的热点及重点。本文通过运用文献计量学方法，对2010—2023年来“水肥一体”的发展趋势进行了综述，并指出目前该领域发展的重点和难点。本研究提供了较为系统的文献计量学分析，这为进一步进行水肥一体的研究奠定了良好的基础。

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