1989—2018年国内作物连作障碍研究现状

夏梅梅 钟宛凌 欧阳里山 孙志蓉 张子龙

摘要：為介绍国内作物连作障碍的研究进展，基于1989—2018年中国知网数据库（CNKI）中连作障碍相关发文情况，通过文献计量学方法分析文献的年代、期刊、机构、基金、作者、研究对象和主题分布等基础信息，并采用CiteSpace V软件对关键词进行科学知识图谱研究。结果表明，连作障碍文献数量总体上与年度变化呈明显正相关关系；受各类资金资助的文献数为2678篇，占总文献量的42.28%，其中受国家自然科学基金资助的文献发表最多；该研究领域文章的刊载主要涉及农业类杂志，研究机构主要涉及农林类高等院校及科研院所；文献作者毛志泉、许艳丽、韩晓增等在该领域研究成果较多；研究对象主要集中在粮食作物、蔬菜作物、水果（树）、经济作物和药用植物5类；该领域研究热点主要围绕土壤微生物、土壤酶、土传病害、化感自毒作用等方面展开，初步形成了以韩丽梅、许艳丽为中心的研究群体。作物连作障碍研究逐渐受到重视，越来越多学者致力于此方向研究，使该领域科研水平和学术影响力得到了较大提升。但作物连作障碍研究中仍有许多领域具有较大空间，基于土壤微生态环境变化视角，探索连作障碍的防治机制，或许将成为未来研究的主要方向。

关键词：连作障碍；文献计量学；知识图谱；CiteSpace；研究热点

中图分类号：S344.4文献标志码：A论文编号：cjas20190800167

Research Status of Continuous Cropping Obstacles in China from 1989 to 2018： Based on Bibliometric Analysis and Knowledge Mapping of CNKI

Xia Meimei， Zhong Wanling， Ouyang Lishan， Sun Zhirong， Zhang Zilong

（School of Chinese Materia， Beijing University of Chinese Medicine， Beijing 102488， China）

Abstract： The paper aims to understand the research progress of continuous cropping obstacles in recent years in China. Based on the publication of relevant articles in CNKI from 1989 to 2018， this paper analyzed the age， journals， institutes， funds， authors， objects and topics of these articles by bibliometrics， and used CiteSpace V software to establish a knowledge mapping of keywords. The results showed that： the number of articles was positively correlated with the annual variation； a total of 2678 articles were funded by various funds， accounting for 42.28% of the total amount of articles， among them， the National Natural Science Foundation of China supported the largest number； these articles were mainly published in agricultural journals， and the research institutes were mainly agricultural and forestry universities and research institutes； Mao Z Q， Xu Y L and Han X Z were the main authors who made more achievements in this field； the main research objects were grain crops， vegetable crops， fruits （trees）， cash crops and medicinal plants； the research hotspots mainly focused on the soil microorganism， soil enzyme， soil-borne diseases， allelopathic autotoxicity， autotoxic effect and other aspects， and a scientific research team was formed with Han L M， and Zhang C Y as the core. Nowadays， more and more scholars begin to devote themselves to the study of continuous cropping obstacles in China， and the level of scientific research and academic influence in this field have been greatly improved compared with before. However， there is still much room for development in many fields of crop continuous cropping obstacles research in China. Based on the perspective of soil micro- ecological environment change， exploring the mechanism of prevention and control of continuous cropping obstacles is the main direction of future research.

Keywords： Continuous Cropping Obstacle； Bibliometrics； Knowledge Mapping； CiteSpace； Research Focus

0引言

连作障碍指同一块地里连续种植两茬以上同种作物后，出现长势变弱、产量和品质下降的现象，是农业生产中难以避免的问题。连作障碍的发生是作物与土壤两个系统内部诸多因素综合作用结果的外在体现，主要表现为土壤理化性质劣化、土壤生物学环境恶化、化感自毒作用加剧等方面[1]。研究发现，连作障碍主要发生在豆科（大豆、花生、绿豆等）、十字花科（白菜、油菜、甘蓝等）、茄科（马铃薯、番茄、烤烟等）、葫芦科（西瓜、黄瓜、甜瓜等）、五加科（人参、西洋参、三七等）、伞形科（当归、芹菜等）、玄参科（玄参、地黄等）等作物中。随着现代种植业的发展，连作障碍问题日益突出，如何缓解作物连作障碍是目前亟待解决的问题。近年来，基于国内外连作障碍的研究成果，学者们论述了连作障碍的成因、危害和缓解措施[2-3]等。但现有研究多集中于一些重要作物，且由于地域和研究材料差异，研究结果不够一致。为总结国内作物连作障碍研究进展，笔者借助文献计量学方法对连作障碍相关文献进行定量分析，并采用科学知识图谱客观可视地描述国内作物连作障碍研究现状。

文献计量学是以文献体系和文献计量特征为研究对象，采用数学和统计学的计量方法，有助于研究文献情报的分布结构、数量关系及变化规律[4]。目前，该方法已广泛应用于医学[5]、食品[6]和体育[7]等诸多领域的科学研究中，其目的是通过分析大数据获知某些无法事先通过显性文本表达的资讯。CiteSpace V软件是陈超美团队研发的文献挖掘和可视化软件，现已成为最流行的科学知识图谱绘制工具之一[8]。该软件融合了聚类分析和社会网络分析等多种方法，可定量、可视地梳理文献，将某领域一定时期内的研究现状和主题演化展现在图谱上[9]，通过分析可判断该领域的基础知识、研究热点和前沿，探究该领域的研究特征及演变趋势[10]。

基于此，笔者运用Excel 2016和CiteSpace V软件对CNKI 1989—2018年有关作物连作障碍的文献进行定量考察和可视化分析，探索和总结该领域研究的特点及发展趋势，以期为连作障碍相关科研工作者与决策者提供客观参考。

1资料与方法

1.1数据来源

检索数据库使用CNKI数据库，检索时间开始于1989年、截止于2018年。连作也称重茬，北方地区有时亦笼统称“重迎茬”，即将重茬和迎茬放一起使用，因此，笔者将检索条件设置为高级检索、检索主题为“连作”或“重茬”或“重迎茬”或“连作障碍”、精确检索。在CNKI检索得到相关期刊文献6823篇，筛选后删除重复的、无关的以及无作者的489篇，最终纳入6334篇，其中中文文献6320篇、英文文献14篇。

1.2分析方法

利用Excel 2016统计相关数据信息，结合CiteSpace V软件梳理和分析数据，分别对文献年代、期刊来源、研究机构、基金来源、研究作者、研究对象和主题、关键词等进行定量或可视化分析。运用CiteSpace V软件，以Keyword和Author作为文献节点，对CNKI纳入的6334篇文献关键词及作者进行共现分析及聚类分析，绘制共现的时间线视图（Timeline图谱），侧重展现聚类之间的关系以及某聚类中文献的时间跨度。CiteSpace V软件运作选项为：（a）the time interval of analysis （1989—2018），（b）the unit of analysis （1 year），（c）top 50% per slice， up to 30，（d） pruning （pathfinder）。

在生成的图谱中，N表示网络节点数量；E表示连线数量；Density表示网络密度；Modularity Q值是网络模块化的评价指标，Q值越大代表聚类效果越好，Q>0.3意味着网络社团结构是显著的；Silhouette值是衡量网络同质性的指标，Silhouette>0.5一般意味着聚类效果是合理的，Silhouette>0.7表示聚类具有高信度[11]。词频是所分析文献中词语出现的次数，词频越大，出现次数越多，在图中对应的节点越大。根据图谱中线条粗细可判断共现次数多少、衡量亲疏关系。半衰期（half-time）表示文献老化速度，根据半衰期的大小可判断某些领域被关注的期限长短[11]。突现度（burst）代表某一变量出现频次在较短时间内突然增加，突现度值越大表示变量的突现性越强。突现关键词的出现表明某时期内有学者发现了新的研究领域、研究视角，突现词可代表一定时期的研究热点[12]。

2结果与分析

2.1年代分布

研究检索到有效文献6334篇。由图1可见，1989—1998年发文量逐年上升，随后2年间发文量出现下降趋势，2000—2018年发文量又持续上升，2016年发文量达到最大值456篇，截至2018年最终发文量为437篇。因此，文献数量与年度变化总体上呈现正相关关系（线性相关系数较高，相关性较大）。由此可见，学者们对连作障碍的关注度呈逐渐上升趋势，表明连作障碍研究的重要性和必要性。

2.2期刊来源分布

统计结果表明，载文量排名前10位的期刊累计发文1321篇，占总文献量的20.86%。其中前3位分别是《农民致富之友》242篇（18.32%）、《现代农业科技》162篇（12.26%）、《河北农业》154篇（11.66%）（图2）。涉及核心期刊有《农业科技通讯》、《北方园艺》、《浙江農业科学》、《中国农学通报》、《大豆科学》、《安徽农业科学》6种，累计发文量672篇。从载文量前10位的期刊可以看出，该研究领域文章的刊载主要集中于农业类期刊，以蔬菜、园艺、大豆类期刊最为显著。由此亦可说明，这几类作物的经济效益好且需求量大，导致种植面积增大、复种指数提高，连作障碍问题日渐突出。

2.3研究机构分布

统计结果显示，有1239所研究机构涉及该领域文献的发表，文献量排名前10位的机构主要为农林类高等院校及科研院所。其中文献量排名前3的研究机构分别是中国科学院东北地理与农业生态研究所（50篇）、西北农林科技大学资源环境学院（43篇）、宁夏大学农学院（42篇）（表1）。突现度强的研究机构分别是中国科学院东北地理与农业生态研究所（2002年由中国科学院原长春地理研究所与原黑龙江农业现代化研究所组建而成）、东北农业大学、中国科学院研究生院，表明这3家机构分别是某一时期内从事连作障碍研究的最主要机构，其中中国科学院发文最多且活跃期较长，在该领域占据重要席位。由半衰期可知，黑龙江八一农垦大学研究连作障碍时间最长（16年），且发文量较多，表明该机构在该领域的研究深入持久。另外，从表1机构所处地区可以看出，除中国水稻研究所在浙江杭州外，其他机构都分布在北方，地域性非常明显。由此也在一定程度上表明，连作障碍发生多以旱作为主，水田较少。

2.4基金来源分布

论文的资助情况可以反映科研项目研究经费的主要来源。经统计，受各类资金资助的文献数共2678篇，占总文献量的42.28%。其中资助文献数量排名前5位的分别是国家自然科学基金533篇、国家科技支撑计划232篇、公益性行业（农业）科研专项113篇、中国科学院知识创新工程基金60篇、国家重点基础研究发展计划53篇。前5位基金项目中，国家级的基金项目占主导地位，这说明国家对作物连作障碍领域的研究给予了较大重视和支持。

2.5研究作者分析

經统计，共有3302位作者发表该领域文献，发文量排名前10位的作者分别是毛志泉（65篇）、许艳丽（65篇）、韩晓增（49篇）、张重义（48篇）、陈学森（41篇）、沈其荣（40篇）、韩丽梅（38篇）、沈向（38篇）、郝明德（37篇）和吴凤芝（36篇）（表2），说明这10位作者在该研究领域综合实力较突出。突现度可以反映一定时间内发文量突然增加的作者。由表2可知，前10位作者中除沈其荣、吴凤芝外，均在某一较短时间内发表过大量相关文章。由半衰期可知，吴凤芝从事该领域研究工作时间最长（16年），其次是毛志泉、许艳丽（12年）。

2.6研究对象和主题

根据检索结果将连作障碍的研究对象和主题进行分类统计。结果显示，研究对象按出现频次由高到低分别为粮食作物（2401篇）、蔬菜作物（1490篇）、水果（树）（963篇）、经济作物（811篇）、药用植物（502篇）、其他（404篇）、花卉（66篇）、林木（59篇）。研究对象主要集中于粮食作物、蔬菜作物、水果（树）、经济作物、药用植物5类作物。

连作障碍研究主题可划分为连作障碍效应、连作障碍形成机制、连作障碍防治措施、综述及其他5类。其中，连作障碍效应包括其对植物生长、发育、代谢、产量、品质、病虫害等方面的影响。连作障碍形成机制可再细分为土壤生物学环境变化、土壤理化性质改变、化感自毒作用。土壤理化性质改变包括土壤团粒结构破坏、土壤养分失衡、土壤酸化和盐渍化等物理性质及化学性质的改变；土壤生物学环境变化包括土壤酶活性改变、土壤有害菌积累、土壤病原微生物富集等；化感自毒作用是指植物（包括微生物）产生并通过挥发、淋溶、分泌和分解等方式向环境中释放某些化学物质进而对该种植物或其他植物（或微生物）的生长发育产生有益或有害影响的现象，其中地上部挥发和淋溶、根系分泌及残茬腐解是化感自毒物质最主要的产生途径[1，3]。连作障碍防治措施可再细分为合理施肥、土壤处理、轮作及其他技术（表3）。统计结果显示，研究主题出现频次由高到低为连作障碍防治措施（8908篇）、连作障碍形成机制（2588篇）、连作障碍效应（1272篇）、综述（327篇）、其他（277篇）。研究高度和强度集中在连作障碍防治方面，以应用型、实验型研究占主要地位，综述型相对较少。

2.7关键词分析

2.7.1突现关键词分析关键词是论文主题的高度概括[13]，突现关键词可以代表某一时期的研究热点，并根据时区划分判断其演化趋势[12]。利用CiteSpace V软件分析文献关键词得到突现性较强的22个突现关键词（图3）。其中突现度排名前5的依次为大豆（35.3094）、马铃薯（28.9866）、水果（26.0442）、重迎茬（23.3317）、土壤酶活性（20.1860）。

根据图3结果，可将国内1989—2018年的连作障碍研究大致划分为3个时段。第1个时期是1989—2004年，主要突现关键词为大豆、水果、重迎茬、麦类作物、水稻等。在此时期，前5年的研究主要涉及麦类作物和水果的研究，而后关于大豆、水稻的重茬病研究相继涌现。总而言之，这15年间连作障碍研究的热点主要集中于大豆、水果、麦类和稻类作物。第2个时期是2005—2011年，此期间的突现关键词为蔬菜、园艺作物、自毒作用、日光室温，表明这一时期的研究热点是蔬菜、园艺作物等作物的化感自毒作用。第3个时期是2012—2018年，此期间主要突现关键词为马铃薯、土壤酶活性、烤烟、产量、土壤酶，表明这一时期连作障碍研究的热点主要集中在马铃薯和土壤酶方面。这可能与作物种植结构和国家农业发展方向调整密切相关。马铃薯替代大部分粮食成为了全球第四大粮食作物，经济效益好、需求量大，导致其种植集约化程度和复种指数提高，进一步加重了连作障碍。但也应看到，中国当前农业发展呈现的智慧化、规模化、无土化、新型化、生态化发展趋势对于缓解作物连作障碍起到了一定作用。此外，近年来，探究作物与土壤两个系统间的相互作用机制成为一大研究热点，说明连作障碍相关研究正在实现从“现象”到“机理”的跨越，研究越来越深入。

连作障碍研究一直持续，总体关注度呈上升趋势。从关键词的演变可以看出，1989—2018年连作障碍研究的热点发生了“连作障碍效应—连作障碍成因”的演变过程。前15年主要研究连作障碍对大豆、水果、麦类和稻类等作物生长发育、产量、品质、病害的影响，后15年主要研究连作障碍产生的原因，包括化感自毒作用、土壤理化性质和生物学环境恶化等方面。从半衰期看，“水果”研究时间最长（16年），其次是“麦类作物”和“小麦”（10年），其他大约集中在5～7年。近30年来研究者所关注的领域非常广泛，且各研究领域半衰期较长，说明在各时期分别形成了较成熟稳定的研究领域。由此表明，国内连作障碍研究逐步深入，研究水平也在不断提高，这与国家对科研项目资助力度增加是分不开的。

2.7.2时间线视图分析时间线视图可以展现各聚类发展演变的时间跨度和研究进度[14]。通过对文献关键词和作者进行共现分析及聚类分析，绘制了时间线视图（图4），并整理出了词频前30位的关键词（表4）。聚类分析共得33个聚类，过滤掉小规模聚类后得8个较大规模聚类，图中共有332个节点、986条连接，网络密度为0.0179，聚类分析得到Modularity Q=0.637，Silhouette=0.5428，表明形成的聚类结构显著、置信度高且合理。

聚类数字越小代表聚类中文献量越多，文献越多则表明该聚类领域越重要[14]。图4中聚类#0文献量最多且时间跨度最大，说明“土传病害”聚类领域十分重要。土传病害是连作障碍发生最直接、最明显的障碍因子。在连作条件下，作物不断向土壤释放同种化学物质，容易导致土壤养分失衡和根际微生态环境变化。土壤中植物病原性真菌、细菌、病毒和线虫等有害生物大量积累，条件适宜时侵染作物根、茎部，从而引发根腐病、萎蔫病、枯萎病、线虫病等病害。

中心性（centrality）大于0.1的節点往往代表聚类中的核心领域，且表现为连接不同领域的关键枢纽[14]。综合表4、图4，关键词茬口（0.29，#5）、大豆（0.25，#3）、连作障碍（0.19，#0）、产量（0.17，#7）、重迎茬（0.15，#4）、连作（0.14，#0）、黄瓜（0.14，#0）、西瓜（0.11，#0）、栽培技术（0.11，#1）、水稻（0.11，#1）、重茬（0.10，#5）、土壤微生物（0.10，#0）等中心性大于0.1，说明这些关键词能够代表连作障碍研究不同时间的主要热点，且连接着连作障碍研究的不同领域。

节点的大小表示频次，节点越大则作者发文量越多，节点间连线越粗表示关联越密切。由图4可知，聚类#3、#4分别初步形成了以韩丽梅、许艳丽为中心的2个较大规模的研究群体，两者中心性较大但<0.1。其中聚类#3形成了以解放军军需大学韩丽梅为中心的研究团队，成员包括同单位的邹永久、王树起、杨振明、童朝阳、阎飞等，以及重庆师范大学刘金萍，主要进行大豆连作的化感效应研究[17]；聚类#4形成了以中国科学院东北地理与生态研究所许艳丽为中心的研究团队，成员包括同单位的韩晓增、李兆林、潘凤娟、韩新华等，以及黑龙江省科技厅何志鸿、黑龙江省农业科学院合江农业科学研究所刘忠堂、中国科学院东北地理与农业生态研究所王守宇，主要从事大豆重迎茬减产原因及农艺对策研究，近年来开始探讨根际微生物对大豆连作的响应[15-16]。

3讨论

随着社会经济的不断发展和农产品需求量的日益增加，现代种植业呈现出集约化、复种指数高和种类单一的发展趋势，这使得作物连作障碍日渐严重，并成为作物生产中普遍面临的难题，逐渐引起学术界广泛关注。近年来，学者们对作物连作障碍领域的研究已逐步加强和深入，其文献计量学分析成果可总结如下。

从研究热点看，近年来连作障碍研究主要围绕粮食作物、土传病害、土壤生物学环境、化感自毒作用等方面展开，研究内容涉及面较广。关键词分析结果显示，近年来“土壤微生物学环境变化”领域引起了广大学者的关注，这一时期“土壤酶”“土壤微生物”“根际土壤”等关键词十分活跃，预示着连作作物的根际微生态环境变化可能是未来连作障碍研究的重要方向和突破口。

从研究对象和主题看，国内连作障碍研究对象主要涉及粮食作物、蔬菜作物、水果（树）、经济作物和药用植物等。相关资料表明，以上各类作物连作障碍的共同原因是土传病害、土壤微生物学环境变化、植物自毒作用等[18-22]，其对植株形态和生理特性、作物品质和产量等均造成了严重影响。随着科技发展和研究的深入，作物连作障碍已经得到一定程度缓解，轮作是目前公认的防治作物连作障碍应用最广泛、最经济有效的措施。各类作物连作障碍的研究情况大致如下：（1）粮食作物连作障碍多发生于大豆、马铃薯、麦类等作物中，其中大豆相关研究最广泛，而马铃薯作为全球第四大粮食作物，成为近年的研究热点。国内专家从品种选育、土壤处理与改良、科学施肥、优化栽培技术等方面调控马铃薯连作障碍，并取得了明显效果[20]。（2）蔬菜作物连作障碍多发生于番茄、黄瓜、辣椒、芹菜等作物中，其中黄瓜、番茄是研究的集中点。如利用化感作用原理开发对黄瓜有促生抗病效果的作物（如分蘖洋葱、小麦等），通过轮作、嫁接、伴生等方式可有效缓解黄瓜的连作障碍[23]。（3）水果连作障碍多发生于草莓、苹果、西瓜等，部分地区因地制宜提出了相应的水果连作障碍防治措施[24-25]。（4）经济作物连作障碍多发生于花生、烟草、棉花、甜茶等作物中，近年研究热点为花生和烟草。轮作换茬是目前防治花生连作障碍最经济、最有效、应用最广的方法[21]；烟草因连作障碍导致产量和品质的下降已成为当前烟叶生产中面临的全国性难题，合理轮作、间作或套作可以有效缓解烟草连作障碍[22]。（5）药用植物连作障碍多发生于三七、地黄、人参、太子参等根及根茎类植物中，其中五加科人参属药用植物连作障碍尤为严重[18]。研究表明，土壤灭菌特别是化学药剂熏蒸是目前广泛用于缓解三七连作障碍的有效措施[19]。

由于CiteSpace软件分析机构、作者时，以全部作者计算，所以该方法分析得到的高产机构和作者可能会出现偏差，例如一些在该领域研究并不深入的学者，因为挂名多篇论文被纳入分析；关键词可以较好地反映研究涉及面的广泛程度，但连作障碍研究已经逐渐深入，目前的关键词已经无法准确追踪其研究进展，未来需要采取更客观的手段追踪其研究深度。另外，本研究数据仅来源于国内中文数据库CNKI，国内学者发表于国外期刊的论文未纳入分析，统计分析的结果会缺乏一定的完整性。在今后的研究中，应进一步扩大检索数据库范围，使分析结果更全面准确。

4结论及展望

综上所述，近年来作物连作障碍研究逐渐受到重视，关注度逐年上升，越来越多的学者开始致力于该领域研究。国内作物连作障碍研究成果在不同研究对象、地区、主题之间分布不均衡，许多领域仍有较大的发展空间。基于土壤微生态环境变化视角，探索连作障碍成因及防治机制，或将成为未来研究的主要方向。虽然1989—2018年国内作物連作障碍研究取得了显著成果，但仍存在诸多问题亟待解决，建议在今后的研究工作中注重以下几个方面。

4.1凝练核心领域

连作障碍研究关注的热点领域变化频繁且半衰期不长，说明诸多研究者并未形成核心的研究领域。例如，曾经研究最热门的“病土”“土壤”“园艺作物”3个领域，研究期限都仅有3年，研究体系还没有完全建立就被新的研究领域替代，导致研究面广而不深，难以形成对实践具有重要指导意义的研究成果。未来应进一步凝练核心领域并充分利用其引导作用，促进连作障碍相关理论和实践不断深入。

4.2注重科研合作

连作障碍研究已初步形成了具有一定影响力的研究群体，但不同机构间及研究群体间的科研合作力度相对不足，一定程度上阻碍了连作障碍研究的创新发展。因此，未来相关部门应积极引导组建联合团队，尤其是加强国内外不同机构、不同研究群体之间的科研合作，提高研究深度和广度，共同攻克连作障碍研究中的难点问题。

4.3加强防治机制研究

国内30年来关于作物连作障碍防治的文献数量庞大，所涉及的防治措施包括合理施肥、轮作、土壤处理、培育抗性品种、间作、套作、嫁接等。其中轮作、合理施肥、土壤处理和培育抗性品种已经广泛应用于作物的生产实践，但目前的研究多是对某地区成功防治案例的总结概括，缺乏对防治措施作用机制的深入探讨，这在一定程度上增加了作物连作障碍的攻克难度。未来应加强防治机制研究，以更加有效地解决连作障碍导致的作物品质问题和土壤污染问题，促进作物资源及土地资源可持续发展，实现社会效益、经济效益和生态效益相统一。

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