基于web of science 的世界黑土研究轨迹与热点分析

盛春蕾，霍莉莉，2，贾淑霞，刘晓冰

(1. 中国科学院东北地理与农业生态研究所，黑土区农业生态院重点实验室，吉林长春130102;2. 中国科学院研究生院，北京100049)

黑土是宝贵的自然资源，是肥力最高、最适宜农耕和最具生产潜力的土壤。无论是土壤的系统分类还是发生分类，矿物质表层厚度大于25 cm，润态彩度小于3.0，盐基饱和度≥50% (乙酸铵)，土壤有机碳含量高于0.6%的土壤都可以叫做黑土，即草原厚层松软黑色矿质土［1］。世界范围内有黑土9.16亿hm2，占世界陆地非冰冻表层的7%，主要分布在中纬度、中大陆自然草原以及一些极其冷凉和干旱区域，少量分布在热带和亚热带。其中连片分布的有四大片，分布在北美、欧洲、亚洲和南美。北美有2.9亿hm2，其中美国2 亿hm2，加拿大4 000 万hm2，墨西哥5 000 万hm2;欧洲有3.3 亿hm2，其中俄罗斯南部1.48 亿hm2，乌克兰3 400 万hm2;亚洲有1.2 亿hm2，其中中国东北1.03 亿hm2(典型黑土3 500万hm2);南美有1.05 亿hm2，阿根廷8 900 万hm2，乌拉圭1 300 万hm2，巴西南部430 万hm2［2－3］。黑土区对世界粮食、植物纤维、饲料的生产起着举足轻重的作用。黑土区是美国玉米大豆重要产地，加拿大黑土区盛产小麦、大麦，阿根廷黑土区是世界粮仓肉库和储备库，乌克兰黑土区是欧洲大粮仓，东北黑土区是中国的重要商品粮基地［3］。

鉴于黑土地位的重要性，黑土研究得到世界农业科技工作者的广泛关注，在黑土有机质的变化、黑土区作物产量、耕作、施肥及土壤侵蚀等等方面发表了大量的研究论文。采用文献计量学的分析方法，结合内容分析、引文分析与前沿热点分析对近百年来世界黑土研究的发展轨迹进行了描述和分析，并对世界黑土研究的发展趋势进行了判断和展望。

1 数据来源和分析工具

利用web of knowledge ［v.5.6］－web of science (http://apps. webofknowledge. com/ summary. do?product = WOS＆doc =1＆qid =12＆SID = Y2dDGh86KOELNpdgJ4P＆search_ mode = GeneralSearch)数据库，以“mollisols or chernozems or black－soil or black－earth or dark－soil”为主题词，检索1899 年－2012 年间SCI－EXPANDED 和CPCI－S 所有类型文献，得到关于黑土方面的研究论文2 951 篇(数据采集时间为2012 年5 月3 日)，利用Thomson Reuters 的Thomson Data Analyzer (TDA)软件对文献数据进行挖掘和分析，采用文献计量学的方法，即以文献体系和文献计量特征为研究对象，采用数学、统计学等计量方法，研究文献情报的分布结构、数量关系、变化规律和定量管理，并进而探讨科学技术的某些结构、特征和规律，对世界黑土研究论文的发展脉络进行描述和概括，同时运用内容分析、引文分析与前沿热点分析等方法，对世界黑土研究内容、热点及发展趋势进行分析和判断。

2 结果与分析

2.1 年度发文与被引用情况

自1928 年发表第一篇黑土研究论文至2012 年5 月3 日，84a 间文献发表数量总体呈增长趋势，尤其是1990 年后增速明显。发文数量的年际变化可明显分为3 个阶段，见图1。第一阶段是1928 年－1964年，这一时期论文发表数量非常少，共发表文章16 篇，占发文总量的0.6%;第二阶段是1965 年－1989年，是论文发表数量平稳增长的时期，25a 间发表文章数量为454 篇，占发文总量的15%，平均每年发表论文18 篇;第三阶段是1990 年－2012 年，是论文发表的快速增长期，23a 间发表文章数量为2 481 篇，占发文总量的84%，平均每年发表论文108 篇。

文献被引用次数，是评价该文献学术水平和受重视程度的一个重要测度。引文分析结果表明，2 951篇文章共被引用20 437 次，篇均被引用7 次，有1 679 篇文章被引用次数在1 次以上。被引用次数的年际变化也可以分为3 个阶段，但时间周期明显不同于发文数量的年际变化，见图1。第一阶段是1928 年－1990 年，这一时期没有出现发文越早被引用的次数越多的现象，但其中的几个年度的篇均被引用次数还是比较高的，如1953 年、1955 年、1985 年及1986 年篇均被引用均在7 次以上;第二阶段是1991 年－2007 年，这一阶段是被引用的高峰期，而且高被引与发文量呈现正相关关系，篇均被引用12 次的年份有1991 年、1992 年、1995 年和1999 年，11 次的有2002 年，10 次的有1993 年;第三阶段是2008 年至今，由于发文时间比较短，所以被引用的次数也相应的比较低。

2.2 发文量与被引用量排在前十位的国家、机构和作者

Web of Science 数据库自1972 年以后收录的文献记录中包含作者所属国家字段。发文量与被引用量排在前十位的国家、机构和作者详见表1。俄罗斯发表文章数量最多(497 篇)，中国位居世界第四名(248篇)，乌克兰在前十发文国家中排在最后(46 篇)。最早发表文章的国家有俄罗斯、匈牙利和乌克兰(1972 年)，捷克发表文章时间最晚(1994 年)，中国1992 年发表第一篇黑土文章，与最早开始发文的俄罗斯相比时隔20a，但到2009 年之后中国即成为世界发表黑土SCI 论文最多的国家。中国和俄罗斯是年均发表论文增长最快的国家，年均增长率为12%，其次是美国年均增长率为9%，乌克兰是年均增长率最低的国家(1%)。在2 951 篇论文中，单一国家作者发表论文数量最多，为1 803 篇，多国作者合作发表论文比较少，最多有6 个国家作者合作发表论文，发文量仅为2 篇，这说明多个国家的科研人员共同关注同一主题的情况很少。发表文章的被引用情况与发文数量具有很大的差异，美国科研人员发表的论文被引用次数最高(5 282 次)，俄罗斯发文数量排在第一名，但被引用次数却排在第六名(1 180 次)，中国发文量与被引用次数均排在第四(1 320 次);澳大利亚篇均被引次数最高(19 次)，其次是美国(18 次)，俄罗斯和乌克兰篇均被引用次数最低(2 次)。

图1 年度发文与被引用情况Fig.1 Annual publications and citations

表1 1972 年以来前十位发文国家、机构、作者的发文数量与被引用次数Tab.1 Number of publications and citations of the top ten countries，institutions and authors since 1972

前十发文机构中加拿大的机构有4 个，俄罗斯3 个，匈牙利2 个，中国科学院是中国唯一跻身于世界黑土研究领域十强机构之一，从发表文章的数量来看仅次于加拿大农业及农业食品部，位于第二位。由此可见，前十个发文机构主要集中在前五个国家。进一步统计发现，中国科学院东北地理与农业生态研究所是中国科学院黑土研究的最主要的发文机构，发表文章数量为85 篇，占中国科学院总发文量的54%。前十发文机构中被引用次数最多的也是发文量最多的加拿大农业及农业食品部，篇均被引用次数为16 次，位居第一，中国被引用次数排在第二位，篇均被引用次数为6 次，位于第四位。前七个机构均属世界土壤科学领域前1%机构。

前十位发文作者中有8 位来自加拿大，一位来自匈牙利，另一位是中国科学院东北地理与农业生态研究所的刘晓冰，发表文章数量位居第八位。Campbell C A 和Zentner R P 的发文数量与被引用次数均列第一与第二位，但篇均被引用次数排在第二(33 次)和第三位(31 次)，Biederbeck V O 发表文章数量最少，而篇均被引用次数却最高(39 次)。前十位作者中有四位即Campbell C A、Zentner R P、Lafond G P和McConkey B C 是世界土壤科学领域前1%的科学家。

2.3 发文基金资助机构情况

2 951 篇文章中有674 篇文章得到过基金资助，占总发文量的23%。从前五个基金资助机构中可以看出，见表2。中国国家自然科学基金委员会对黑土研究支持力度最大，排名第一，180 篇文章得到国家与中国科学院的资助，占中国总发文量的73%。加拿大农业及农业食品部是世界发表黑土研究论文最多的机构，但得到该机构资助的文章数量却非常少。

表2 前五个基金资助机构Tab.2 The top five funding agencies

2.4 前十发文期刊与参考文献中前十被引期刊

2 951 篇文章发表在400 种期刊上，刊载文章最多的是《Eurasian Soil Sci. 》(461 篇)，见表3。其中319 篇是俄罗斯和乌克兰的科研人员撰写的文章;《Soil Sci. Soc. Am. J. 》和《Geoderma》主要刊登美国作者的文章;《Soil Tillage Res. 》主要刊登加拿大作者的文章;中国科研人员撰写的黑土文章主要发表在《Pedosphere》(19 篇)、 《Spectrosc. Spectr. Anal. 》 (17 篇)，前十期刊中刊载中国作者文章数量依次是《Can. J. Soil Sci》(15 篇)、 《Commun. Soil Sci. Plant Anal. 》 (14 篇)、 《Soil Sci. Soc. Am. J》 (9 篇)和《Geoderma》(7 篇)。前十刊物中《Soil ＆ Tillage Research》影响因子最高，2011 年影响因子为2.425，JCR 数据库中收录土壤科学刊物共有33 种，该刊影响因子排名第三。2011 年土壤科学33 种期刊平均影响因子为1.530。

表3 前十发文期刊与被引用期刊Tab.3 The top ten periodicals and Cited Journal

2 951 篇文章共参考了69 788 篇文献，平均每篇文章的参考文献数量是24 篇。所有参考文献中有924篇文章来自《Soil Sci. Soc. Am. J》期刊。Campbell C A 所发表的文章共被参考引用了219 次，在参考文献的前十作者中Zentner R P 和Kadar I 也是发表文章前十的作者，说明这三位科研人员发表的文章在黑土研究领域的重要地位。

3 研究内容与前沿热点分析

内容分析是对文献内容进行客观、系统、量化分析的一种科学研究方法。内容分析的目的是明确或测验文献中本质性的事实和趋势，揭示文献所含有的隐性情报内容，查明某专题的客观事实和变化趋势，追溯学术发展的轨迹，描述学术发展的历程，并依据标准鉴别文献内容的优劣。内容分析的主要过程就是对分析单元出现的频数进行计量，用数字或图表的方式表述内容分析的结果。由于web of science 数据库自1991 年以后出现作者关键词及摘要字段，因此，选取的分析单元为综合关键词(multi word phrases +keywords－author+keywords－plus+phrases－title+phrases－Abstract)，1991 年之前的内容分析以标题短语为分析单元，1991 年以后的内容分析以综合关键词为分析单元。

3.1 3 个阶段的研究内容

根据年度发文量的3 个阶段进行内容分析，第一阶段(1928 年－1964 年)的研究主要集中在3 个方面，一是不同地区、管理方式(灌溉)和植被等对黑土物理、化学特性及水热条件的影响，二是土壤磷形态和放射性元素的吸收及磷酸盐应用对黑土的影响，三是黑土成因、粘质有机物的形成和黑土分类学的研究。

第二和第三阶段(1965 年－2012 年)的研究内容基本相同，从表4 出现的高频次关键词可以看出主要集中在6 个方面的问题上:①产量问题(yield/output/production)②施肥与肥料问题(fertilization/fertilizer)③耕作问题(tillage/farming/cultivation/rotation/continuous cropping (cultivation))④土壤有机质(碳)问题 (soil organic matter/SOM/soil organic carbon/SOC)⑤土壤侵蚀与退化问题 (soil erosion(loss)/soil degradation)⑥土壤特性问题(soil properties/soil characteristics)。从图2 可以看出6 个问题的研究主要从1990 年开始呈快速增长趋势。从2010 年开始，土壤有机质问题年际发表文章数量最多，然后是产量、施肥和耕作方式问题。近3a 来土壤有机质和中国东北地区的黑土问题研究呈上升趋势，土壤施肥问题的研究呈下降趋势。

产量问题共发表文章874 篇，占总发文量的30%，主要研究的是小麦、谷物与玉米的产量问题。施肥与肥料问题发表文章数量为817，占总发文量的28%，主要集中在N、P 肥对产量的影响、施肥的处理以及轮作问题。耕作问题发表文章数量为692，占总发文量的23%，轮作、产量、施肥与保护性耕作是耕作问题的重点研究内容。土壤有机质(碳)问题发表文章数量为663，占总发文量的22%，主要集中于碳、氮、腐殖质、有机物。土壤特性问题发表文章数量为575，占总文量的19%，耕作与施肥是影响土壤物理、化学特性的主要因素。土壤侵蚀与退化问题发表文章数量为302，占总发文量的10%。6 个问题中发表文章最早的是土壤特性问题，于1953 年发表第一篇文章，时隔12a 后发表第二篇文章，产量、肥料、耕作及土壤有机质方面的文章均发表于1965 年和1966 年，土壤侵蚀方面的文章发表时间最晚，于1971年发表第一篇文章，1989 年以后关于土壤侵蚀的研究开始升温。

加拿大农业及农业食品部是6 个问题的第一研究机构，中国科学院除土壤特性问题外，是其它5 个问题的第二研究机构，中国科学院东北地理与农业生态研究所特别致力于土壤侵蚀方面的研究。俄罗斯科学院只有在土壤特性问题排在第一研究机构。Campbell C A 在6 个问题中发表文章数量最多。

3.2 前十篇高被引论文内容分析

论文被引用的程度是衡量该论文学术价值和影响的一种测度，同时，也反映了该著者在本学科领域内的影响和地位。通过文献引用频率的分析可以测定某一学科的影响和重要性。前十篇高被引论文中主要集中于土地利用方式、耕作方式和管理措施对土壤有机碳固存及有机碳组分的影响;土壤团聚体层次结构及其与土壤有机碳的关系;C－13 核磁共振光谱分析土壤有机质内部化学结构;土壤碳同位素对植被类型变化的指示;烧焦的土壤有机碳在黑土形成过程中的作用;植物对氮素的利用及流域氮平衡和氮输出;田间水资源管理对农田生产力的影响，见表5。

表4 出现频次在100 次以上的综合关键词Tab.4 Comprehensive key words appeared more than 100 times

图2 六大问题的年度发文情况Fig.2 Annual number of publications in the six major issues

表5 十篇高被引论文Tab.5 Ten top papers with high citations

3.3 前沿热点分析

ESI (Essential Science Indicators)基本科学指标库是ISI 推出的衡量科学研究绩效、跟踪科学发展趋势的基本分析评价工具。其独特之处是提供被称为“研究前沿”的专业领域列表，研究前沿采用独特的视角来审视学科领域，通过算法得出的主题反映当前深入研究和有突破性的科学领域。研究前沿是在专门主题中通过聚类分析确定的被称作核心论文的一组高被引论文。聚类分析以论文之间相互引证或共引的次数为标准聚类。根据6 大黑土研究内容进行检索，黑土研究的热点问题主要集中于以下方面:土壤有机碳的稳定机制及不同稳定机制之间的相关性;土壤有机碳功能库与稳定机制的关联性及相关模型的开发和应用;深层有机碳的数量及稳定性特征;冻土区土壤有机碳库的估算及其对气候变化的敏感性和脆弱性;作物秸秆处理方式对土壤有机碳库的影响;利用粮食产量数据库估算来源于作物残体和根际沉积的碳;耕作方式对土壤剖面不同层次有机碳的影响;精确计算整个剖面土壤有机碳储量的方法;氮肥施用对土壤固碳的影响;耕作对土壤物理特性、水分含量、硝酸盐可利用性及作物产量的影响;土壤有机碳对可持续农业的重要性。由此可见，土壤有机碳相关研究将是未来黑土研究的主要发展趋势。

4 结 语

世界黑土研究的第一篇文章发表于1928 年，1990 年至今发表文章数量不断升高，占总发文量的84%;1999 年发表的文章总被引用次数与篇均被引用次数最高，数量分别为1 157 次和12 次。俄罗斯和加拿大是世界黑土研究的主要国家，加拿大农业与农业食品部和中国科学院是黑土研究的主要机构，Campbell C A、Zentner R P、Lafond G P 和McConkey B G 是世界黑土研究领域的领军科学家，同时也是世界土壤科学领域前1%的科学家。从发表文章得到的基金资助情况上看，中国对黑土研究支持力度最大。但中国作者在重量级期刊上发表文章的数量并不多。二十世纪六十年代至今黑土研究主要围绕着产量、施肥与肥料、耕作方式、土壤有机质(碳)、土壤特性和土壤侵蚀与退化6 个方面进行。近3 年来，土壤有机质稳定性机制问题的研究不断升温，土壤微生物是影响土壤有机质的重要因素之一，也是世界土壤科学领域的前沿热点问题。

［1］Burras C L，Veenstra J J，Ibrahim M，et al. Black soils of the USA:A brief introduction ［M］. In Liu X B，Song C Y，Cruse R M，et al. New advances in research and management of world Mollisols. Northeast Forestry University Press，Harbin，China，2010.

［2］Durán A，Morrás H，Studdert G，et al. Distribution，Properties，Land Use and Management of Mollisols in South America ［J］. Chinese Geographical Science，2011，21 (5):511－530

［3］Liu X B，Burras L，Kravchenko Y S，et al. Overview of Mollisols in the world:Distribution，land use and management ［J］. Canadian Journal of Soil Science，2012，92:(2):383－402.