劉婷婷 侯麗君 劉佳茜 王沛媛 林雁冰 黨亞愛

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 理學(xué)院/生命科學(xué)學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

地膜是中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常用的物質(zhì)資料之一，2016年中國地膜覆蓋面積達(dá)1.84×107hm2，已成為世界上覆膜栽培面積最大的國家[1]。在農(nóng)業(yè)上，地膜覆蓋的效應(yīng)主要包括改良土壤溫度、調(diào)節(jié)土壤的水熱狀況，也有一些地膜可以抑制雜草的生長、防止病蟲害等。研究表明地膜覆蓋可以促進(jìn)作物對土壤中氮素的吸收，提高氮素利用率[2]。因此覆膜技術(shù)的廣泛應(yīng)用使大多數(shù)農(nóng)作物普遍增產(chǎn)，為保障中國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量做出巨大貢獻(xiàn)[3]。

地膜在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用廣泛，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。殘留在土壤中的薄膜碎片已成為土壤中一大污染。目前中國殘留地膜總量近 2×106t，回收率不足 2/3，耕地土壤中地膜平均殘留量為60 kg/hm2[4-5]。其中，西北干旱地區(qū)耕地農(nóng)膜殘留污染最為嚴(yán)重，如新疆地區(qū)農(nóng)田地膜殘留量平均為 255 kg/hm2[6]。傳統(tǒng)地膜主要成分為聚乙烯，由于聚乙烯分子質(zhì)量相對大、疏水性強、分子鍵理化性能穩(wěn)定等特點，因而在自然條件下極難降解[7-9]，大量的農(nóng)膜碎片殘留在土壤中后會與土壤結(jié)合，形成殘膜碎片障礙層，導(dǎo)致土壤水分和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移受阻，影響作物的生長發(fā)育[10]。鄰苯二甲酸酯(PAEs)類增塑劑是地膜的常見添加劑，該物質(zhì)被懷疑對人體具有致癌和內(nèi)分泌干擾作用[11]。殘余地膜經(jīng)過分解會形成微塑料，而生物對微塑料可能具有累積效應(yīng)，經(jīng)過食物鏈進(jìn)入人體后，對人體健康具有一定威脅[12]。

使用生物降解地膜替代傳統(tǒng)聚乙烯地膜已成為解決地膜碎片殘留污染的有效措施之一[13]。生物降解地膜是指可通過微生物作用引起降解的塑料薄膜[14]。目前生物降解地膜正處于試驗評估階段，地膜產(chǎn)品需滿足增溫保墑、有利于作物生長，同時具有降解可控性，保證在發(fā)揮作用之前不破損，發(fā)揮完作用后及時降解，以滿足農(nóng)作物對地膜覆蓋功能的要求[15-16]。

文獻(xiàn)計量學(xué)是應(yīng)用數(shù)學(xué)及統(tǒng)計學(xué)的方法對某領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行量化分析，已被廣泛應(yīng)用于各學(xué)科領(lǐng)域，能客觀、定量地反映學(xué)科宏觀發(fā)展態(tài)勢，是探究學(xué)科發(fā)展的一種有效途徑[17]。文獻(xiàn)計量學(xué)對評估科研機構(gòu)的競爭力也很重要，可以幫助科研機構(gòu)進(jìn)行科技評價、戰(zhàn)略規(guī)劃，制定決策，挖掘其潛在競爭力和需求[18]。近些年在塑料地膜領(lǐng)域的研究型論文及綜述型文章越來越多，然而從文獻(xiàn)計量角度分析其發(fā)展趨勢的報道相對較少。哈斯圖亞[19]曾于2017年應(yīng)用文獻(xiàn)計量的方法比較了國內(nèi)外地膜覆蓋技術(shù)的研究內(nèi)容，但側(cè)重于比較該領(lǐng)域的研究主題。因此，本研究基于 Web of Science數(shù)據(jù)庫對塑料地膜的SCI論文進(jìn)行計量學(xué)統(tǒng)計，擬分析該領(lǐng)域的研究內(nèi)容，并且統(tǒng)計該領(lǐng)域發(fā)文量變化、國家科研實力、主要研究機構(gòu)及高被引文章，并預(yù)測未來的研究熱點，為全面了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢等提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與統(tǒng)計方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源于湯森路透(Thomson Reuters Scientific) 的 Web of ScienceT數(shù)據(jù)庫(http:∥apps.webofknowledge.com)。

1.2 統(tǒng)計方法

本研究以“mulching film” or “plastic mulching” or “plastic film mulching”為關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索，檢索 2000—2019年發(fā)表的塑料地膜研究領(lǐng)域相關(guān)論文。以所獲得文獻(xiàn)作為數(shù)據(jù)集，運用VOSviewer可視化軟件繪制可視化圖譜分析工具，并結(jié)合Microsoft Office Excel 2016對塑料地膜研究領(lǐng)域發(fā)文量的變化趨勢、主要發(fā)文國家和機構(gòu)、研究主題和研究前沿等進(jìn)行分析。主要量化指標(biāo)包括總發(fā)文量、總被引頻次、篇均被引頻次、H指數(shù)等。其中被引頻次是評價科研機構(gòu)競爭力的指標(biāo)，次數(shù)越高代表所發(fā)表文獻(xiàn)在業(yè)內(nèi)影響力越大，即具有較高競爭力[20]。H指數(shù)是一個混合量化指標(biāo)，由美國加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的物理學(xué)家赫希2005年提出的一種評價科研人員學(xué)術(shù)成就的方法：如果一位科學(xué)家發(fā)表的Np篇論文中有H篇，每篇至少被引H次，而其余Np-H篇論文每篇被引均小于或等于H次，那么此科學(xué)家的科研成就指數(shù)值即為H[21]。

2 結(jié)果與討論

2.1 發(fā)文量及年度變化分析

發(fā)文量表征科學(xué)界對本領(lǐng)域的關(guān)注程度，一定程度上反映該領(lǐng)域的發(fā)展速度和發(fā)展程度[22]。通過檢索，在Web of Science核心合集中收錄的塑料地膜相關(guān)研究論文共1 895 篇，第一篇文章發(fā)表于1992年。發(fā)文量總體呈上升趨勢，2000—2013年為文章低發(fā)期，年度發(fā)文數(shù)量不足100 篇。從2014年起，塑料地膜研究領(lǐng)域發(fā)文量明顯上升，且2019年年度發(fā)文量高達(dá)265 篇，為2000年發(fā)文量的8.8 倍。2014—2019年6年間累積發(fā)文量為1 043 篇，占20年總發(fā)文量的55%，說明近年來該領(lǐng)域的受關(guān)注程度和研究熱度有明顯提高(圖1)。

圖1 塑料地膜研究領(lǐng)域發(fā)文量的年度趨勢Fig.1 Annual trend of mulching film research publications

2.2 主要國家研究實力分析

一個國家發(fā)文量的多少可在一定程度上反映該國在某領(lǐng)域研究的活躍程度[23]。檢索結(jié)果顯示93個國家和地區(qū)涉及塑料地膜領(lǐng)域的研究。發(fā)文量排名前10的國家見表1。由表1可知：中國發(fā)文量位居世界第1，共發(fā)表了710篇文章，占總文章數(shù)的37.5%；美國總發(fā)文量位居第2，文章數(shù)量為549篇，占總文章數(shù)的29%；其他國家發(fā)文總量均在100篇以下。從被引頻次上看：中國的總被引頻次最高，為10 720次，而篇均被引頻次僅為15.1次，排名第6；澳大利亞雖然發(fā)文量不高(68篇)，但文章篇均被引頻次高達(dá)26.66次，位居第1，且文章總被引頻次為1 813次，排名第4；美國文章的總被引頻次和篇均被引頻次分別排名第2位和第7位。從H指數(shù)來看：中國的H指數(shù)高達(dá)51；美國排名第2(40)；意大利、加拿大、西班牙、澳大利亞4個國家的H指數(shù)均在20以上。

將2000—2019年劃分為4個時間段，對總發(fā)文量前10 名的國家分別進(jìn)行統(tǒng)計，比較得出不同時間段各國家的發(fā)文量趨勢圖(圖2)。如圖2所示：2000—2004年、2005—2009年2 個時間段中，美國的發(fā)文量最高，分別是中國發(fā)文量的4 倍及2.5 倍；自2011年開始，中國發(fā)文量有所提升，與美國基本持平，2012年超過美國后，發(fā)文量繼續(xù)上升，且遠(yuǎn)超于其他國家；2015—2019年的5年間，中國的發(fā)文量高達(dá)506篇，是美國發(fā)文量的2.4倍，是排名第三的意大利發(fā)文量的14.5倍。出現(xiàn)該趨勢的主要原因分析如下：中國的地膜覆蓋栽培技術(shù)引進(jìn)時間較晚(1978年左右)，1980年農(nóng)膜覆蓋面積僅為1 700 hm2，1981年發(fā)展到1.5萬hm2，2013年全國農(nóng)用地膜使用量達(dá)到136.2萬t，地膜覆蓋面積高達(dá)17 657萬hm2，成為世界上地膜使用量最多的國家[24]。由此在塑料地膜領(lǐng)域的研究力度也逐漸增大，研究成果逐年上升，成為該領(lǐng)域發(fā)文數(shù)量最多的國家。

由于各國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的差異性，塑料地膜的使用量和應(yīng)用面積都不相同，若國家對于塑料地膜的需求量大，使用面積廣，則在該領(lǐng)域的科研投入也會成比例的增加，文章數(shù)量相應(yīng)增加。據(jù)國家統(tǒng)計局公布的數(shù)據(jù)顯示，中國作為農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)用塑料地膜覆蓋面積位居世界第一，因而文章數(shù)量最多，但是這并不能說明中國在該領(lǐng)域的文章質(zhì)量最高，科研實力最強，還需綜合其他指標(biāo)。文章的被引頻次和H指數(shù)更能反映文章質(zhì)量，間接的反映出國家的科研實力。綜合2 個指標(biāo)可以看出，中國、意大利、加拿大、澳大利亞及美國在該領(lǐng)域的科研實力均較強。

表1 塑料地膜研究領(lǐng)域發(fā)文量前10 名的國家Table 1 Top 10 countries based on the number of papers on mulching film

圖2 發(fā)文量前10 名國家2000—2019年發(fā)文量變化Fig.2 Changes in the number of papers issued by the top 10 countries from 2000 to 2019

2.3 來源期刊分析

分析某研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)來源期刊有助于為該領(lǐng)域的科研人員提供文獻(xiàn)查找、文章發(fā)表等方面的情報資源[25]。在本研究檢索范圍內(nèi)，刊發(fā)關(guān)于塑料地膜研究SCI文章的期刊共429 個，發(fā)文量前15 名的期刊如表2所示。塑料地膜研究領(lǐng)域發(fā)文量前4 名的期刊分別是AgriculturalWaterManagement(137篇)、Hortscience(113篇)、FieldCropsResearch(73篇)和Horttechnology(69篇)，其他期刊發(fā)文量均在50 篇以下。從各期刊JCR分區(qū)來看，8 種期刊屬于農(nóng)學(xué)類，3 種屬于園藝學(xué)類期刊，2 種高分子材料類期刊以及1 種環(huán)境科學(xué)類期刊。在農(nóng)學(xué)類期刊中，AgriculturalWaterManagement、FieldCropsResearch2種期刊的發(fā)文量及被引頻次均位于前列，且都屬于一區(qū)期刊；園藝學(xué)類期刊中，ScientiaHorticulturae屬于一區(qū)期刊，且篇均被引頻次最高，Hortscience的總發(fā)文量在所有期刊中排名第2，總被引頻次較高；高分子材料類期刊中，PolymerDegradationandStability雖然發(fā)文量較低，但篇均被引頻次在所有期刊中排名第1，高達(dá)41.76，總被引頻次排名第4，且屬于一區(qū)期刊；環(huán)境科學(xué)類期刊只有ScienceoftheTotalEnvironment一種，發(fā)文量雖然不高，但篇均被引頻次較高，且從期刊影響因子及JCR分區(qū)來看，該期刊質(zhì)量較好。

表2 2000—2019年塑料地膜研究領(lǐng)域發(fā)文量排名前15 位的期刊Table 2 Top 15 journals published in the field of plastic film research from 2000 to 2019

綜合以上各項參考指標(biāo)可知，在塑料地膜研究領(lǐng)域，農(nóng)學(xué)類期刊占比最高，AgriculturalWaterManagement、FieldCropsResearch2種期刊更受本領(lǐng)域研究者的關(guān)注；園藝學(xué)類期刊中，ScientiaHorticulturae和Hortscience2種期刊關(guān)注度更高；PolymerDegradationandStability、ScienceoftheTotalEnvironment在高分子材料類及環(huán)境科學(xué)類期刊中更受關(guān)注。塑料地膜的最大作用是保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品的生長，其次也用于園藝作物的培育，因而農(nóng)學(xué)類、園藝學(xué)類方向研究文章較多，但隨著地膜的大量使用，其不可降解、殘余地膜污染環(huán)境等問題也逐漸浮現(xiàn)，從而在高分子材料及環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究文章也逐漸增多。

2.4 重要研究機構(gòu)分析

發(fā)表論文的機構(gòu)以第一作者和通信作者所屬機構(gòu)為準(zhǔn)。2000—2019年在世界范圍內(nèi)塑料地膜研究領(lǐng)域發(fā)文量排名前10的研究機構(gòu)如表3所示，其中；6所屬于中國；另外4 所屬于美國。排名第1的機構(gòu)為西北農(nóng)林科技大學(xué)，發(fā)文量達(dá)178篇；位居第2和第3的機構(gòu)分別為中國的中國科學(xué)院和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)；美國的佛羅里達(dá)州立大學(xué)、佛羅里達(dá)大學(xué)及美國農(nóng)業(yè)部分別位居第4、5、6名。其中，排名前5位的研究機構(gòu)SCI文章數(shù)量均在100以上，其他機構(gòu)20年來在塑料地膜研究領(lǐng)域的總發(fā)文量都不足100篇。從篇均被引頻次上看，蘭州大學(xué)所發(fā)文章的篇均被引頻次最高，達(dá)32.72次，且總被引頻次也較高，位居第3。以上結(jié)果從一定程度上說明該機構(gòu)的文章質(zhì)量較好，研究實力較高。

在檢索的時間范圍內(nèi)，中國在2012年之前，年均發(fā)文量均不及美國，自2012年之后，中國在該領(lǐng)域發(fā)文量明顯上升，SCI論文數(shù)量快速增長，特別是西北農(nóng)林科技大學(xué)和中國科學(xué)院，近年來的SCI論文數(shù)量一直位于前列，成為該領(lǐng)域的領(lǐng)軍研究機構(gòu)。西北地區(qū)是中國重要的旱作農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)，然而該地區(qū)常年干旱缺水，能被作物利用的降雨量不足，因此使用覆膜栽培技術(shù)將雨量儲存在土壤中是該地區(qū)常用的農(nóng)業(yè)調(diào)節(jié)方式。西北農(nóng)林科技大學(xué)屬于西部農(nóng)業(yè)類高校之一，在該領(lǐng)域發(fā)文量持續(xù)增長，為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)研究作出巨大貢獻(xiàn)。

表3 2000—2019年塑料地膜研究領(lǐng)域發(fā)文量排名前10 位的科研機構(gòu)Table 3 Top 10 scientific research institutions in the field of plastic film research from 2000 to 2019

2.5 高引用文章統(tǒng)計

被引頻次是衡量論文質(zhì)量的最直接指標(biāo)，同時也能反映科研人員的科研水平和學(xué)術(shù)影響力[22]。本研究整理了塑料地膜研究領(lǐng)域的15 篇高引用文章(表4)。其中：被引頻次最高的是Mathieu研究團隊[26]于2012年發(fā)表的名為《Polyethylene and biodegradable mulches for agricultural applications: A review》的綜述型文章，總被引次數(shù)達(dá)到了250次，文章總結(jié)了傳統(tǒng)聚乙烯地膜和生物可降解地膜在農(nóng)業(yè)應(yīng)用上的優(yōu)缺點；居于第2位的是蘭州大學(xué)的李鳳民研究團隊[27]于2009年所發(fā)的名為《How two ridges and the furrow mulched with plastic film affect soil water, soil temperature and yield of maize on the semiarid Loess Plateau of China》的研究型文章，總被引頻次達(dá)249次，研究的是地膜覆蓋及雙壟雙溝對土壤水分、土壤溫度和玉米產(chǎn)量的影響。排名第3位的仍然是李鳳民研究團隊[28]于2009年發(fā)表的《Effects of plastic film mulch and tillage on maize productivity and soil parameters》的研究型文章，被引頻次高達(dá)180次。

前15篇高引用文章中，有9篇來自中國，研究主題均圍繞塑料地膜在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用，如“覆膜對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、土壤保水性的影響”等。塑料地膜雖然具有增溫保水、促進(jìn)農(nóng)作物生長等作用，但難降解、易污染等環(huán)境問題也逐漸浮現(xiàn)。前15篇文章中，有4篇文章都在討論塑料地膜的環(huán)境污染問題，且發(fā)文時間都在近5年內(nèi)。其中被引頻次最高的是德國Gabriele研究團隊[3]于2016年發(fā)表的《Plastic mulching in agriculture. Trading short-term agronomic benefits for long-term soil degradation》綜述型論文，引用次數(shù)高達(dá)139次，從一定程度上可以說明塑料地膜的環(huán)境污染問題近年來逐漸得到研究者的重視。

表4 2000—2019年塑料地膜領(lǐng)域前15 篇高被引頻次論文Table 4 Top 15 literature information in the high-cited literature in the field of plastic mulch film from 2000 to 2019

表4(續(xù))

2.6 研究熱點及研究前沿分析

2.6.1研究熱點分析

本研究利用信息可視化軟件 VOSviewer進(jìn)行可視化圖譜分析。在圖譜中，一個圓圈和標(biāo)簽代表一個元素，圓圈大小代表該詞出現(xiàn)次數(shù)的高低[29]。圖3是根據(jù)塑料地膜研究領(lǐng)域文獻(xiàn)關(guān)鍵詞而繪制的研究熱點知識圖譜，通過對整個領(lǐng)域文獻(xiàn)高頻關(guān)鍵詞的分析可以得出2000—2019年的研究熱點：

1)熱點詞為塑料地膜、中國、糧食產(chǎn)量、蒸發(fā)蒸騰作用、土壤水分含量、壟溝、玉米、雜草、水果產(chǎn)量等。該聚類熱點詞的研究內(nèi)容主要是塑料地膜在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用。中國自1978年從日本引進(jìn)地膜覆蓋技術(shù)后，地膜使用量及覆蓋面積呈持續(xù)增長狀態(tài)，根據(jù)2019—2025年中國農(nóng)用塑料薄膜市場現(xiàn)狀調(diào)研分析及發(fā)展前景報告顯示，中國農(nóng)用地膜使用量及覆蓋面積均位居世界之首。覆膜栽培的效應(yīng)主要包括如下：首先，一種效應(yīng)為增溫，例如提高土層溫度、作物冠層氣溫等[27]，而不同顏色地膜增溫效果不同，其中無色地膜增溫效果最好；其次為水分調(diào)節(jié)效應(yīng)。通過形成的物理屏障改變膜內(nèi)外水分運動規(guī)律，形成2 種水分調(diào)節(jié)效應(yīng)：一是保墑抗旱，降低土壤水分的蒸騰作用，提高作物的水分利用效率，促進(jìn)農(nóng)作物生長[30]；二是阻雨防漬，使膜外的雨水難以進(jìn)入膜內(nèi)，防止了中國南方地區(qū)長期陰雨引起的漬害[31]。覆蓋栽培還可以抑制雜草的生長，防止病蟲害，特別是黑色地膜能夠有效抑制花生田雜草的生長[32-33]。另有研究表明覆膜栽培可以提高作物品質(zhì)，如：George等[34]發(fā)現(xiàn)使用黃色和黑色覆蓋物會導(dǎo)致胡蘿卜中酚類化合物濃度更高；Kasperbauer等[35]發(fā)現(xiàn)，改變塑料覆蓋物的顏色可以改變毛豆中花青素的含量。覆膜與壟作相結(jié)合更是農(nóng)業(yè)措施上的一大進(jìn)步，既可以達(dá)到增溫保溫、聚水保墑的效果，又能聚土增肥、改善土壤結(jié)構(gòu)，以使多種作物達(dá)到增產(chǎn)效果，在世界各地得到廣泛應(yīng)用[36]。目前使用地膜覆蓋栽培的農(nóng)產(chǎn)品主要包括玉米、小麥、棉花、土豆等[37-39]，此外還包括多種蔬菜的栽培，如甜椒、甜瓜、番茄、西葫蘆等[26]。覆膜栽培技術(shù)結(jié)合多種農(nóng)業(yè)管理措施已使得多種作物達(dá)到增產(chǎn)效果，世界范圍內(nèi)的多位研究者都在努力探究地膜的農(nóng)業(yè)應(yīng)用，為世界農(nóng)業(yè)科學(xué)研究做出巨大貢獻(xiàn)。

2)熱點詞為薄膜、聚乙烯、分析、可降解型塑料、機械性質(zhì)、聚合物、農(nóng)業(yè)土壤、降解等。該聚類的熱點詞可能涉及傳統(tǒng)塑料地膜的降解、污染及生物降解型地膜的研發(fā)。傳統(tǒng)地膜主要由石油基材料制成，如聚乙烯、聚氯乙烯等，而這類材料在土壤中很難降解。目前已有多位研究者在探討聚乙烯薄膜的生物降解性，也取得了一定成果。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)對聚乙烯薄膜具有降解能力的微生物有幾十種，分別屬于細(xì)菌中的20 個屬和真菌中的12 個屬[8]。中國科學(xué)家楊軍2014年從蠟蟲腸道內(nèi)分離出2株細(xì)菌(阿氏腸桿菌Enterobacterasburiae、芽孢桿菌Bacillussp.)對聚乙烯有較好的降解能力，在培養(yǎng)28 d后，聚乙烯薄膜表面有明顯的坑洞形成[40]；西班牙Federica等[41]在2017年發(fā)現(xiàn)蠟螟(Galleriamellonella)的幼蟲能夠?qū)垡蚁┻M(jìn)行快速的生物降解，消化后產(chǎn)生出來的是乙二醇。然而塑料垃圾的數(shù)量之大，利用這些幼蟲進(jìn)行垃圾處理的效率有待解決。綜合看來，生物對聚乙烯地膜雖有一定降解作用，但速度緩慢。Ohtake等[42]推算60 μm厚度的聚乙烯薄膜在田間土壤填埋條件下實現(xiàn)完全降解需要大概300年，如何加速聚乙烯地膜的降解是當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)待解決的問題。目前農(nóng)田覆蓋的塑料地膜使用后常得不到有效的回收，導(dǎo)致大量的地膜碎片殘留在土壤中，形成農(nóng)田“白色污染”，并且經(jīng)過長時間降解，地膜碎片會進(jìn)一步分解成微塑料甚至納米塑料[43]，對土壤結(jié)構(gòu)影響很大，例如阻礙土壤毛管水和自然水的滲透, 降低土壤孔隙度、通透性，影響土壤微生物活動和土壤正常結(jié)構(gòu)的形成，最終導(dǎo)致土壤肥力下降[10]。由于傳統(tǒng)地膜所造成的環(huán)境污染問題嚴(yán)重，研發(fā)不同類型的生物降解型地膜得以開展。生物降解地膜是指在自然環(huán)境下通過微生物的生命活動能很快降解并代謝，最終生成二氧化碳、水、甲烷等無毒無害小分子的高分子材料。主要包括：化學(xué)合成降解塑料，如聚乳酸(PLA)，聚羥基烷酸酯(PHA)，丁二酸丁二酯(PBS)等[44-45]；天然高分子降解塑料，如淀粉基、纖維素基、甲殼質(zhì)基生物降解型塑料[46]。然而由于其價格較高，大部分性能不如石油基塑料，并且在土壤中降解不完全則形成微塑料，對土壤的傷害更大，因而生物降解型塑料地膜尚未大范圍推廣[47]。保證生物降解型地膜既能在覆膜期間抗拉、不破碎，又能在進(jìn)入土壤中后及時降解，并且價格低廉、大范圍推廣，是當(dāng)前農(nóng)業(yè)亟待解決的問題。

圖3 塑料地膜研究領(lǐng)域熱點分析Fig.3 Hot spot analysis of plastic film research field

2.6.2研究前沿預(yù)測

將2000—2019年按照時間段劃分，對各個時間段進(jìn)行塑料地膜研究領(lǐng)域文獻(xiàn)關(guān)鍵詞搜索，可以得出不同時間段的研究熱點，結(jié)果如表5所示。從時間上來看：在2000—2004年，塑料地膜研究領(lǐng)域的關(guān)鍵詞主要是應(yīng)用、產(chǎn)量、水分、聚乙烯薄膜、雜草控制、作物產(chǎn)量等，說明在此階段，研究方向主要以農(nóng)業(yè)應(yīng)用為主；在2004—2008年，主體關(guān)鍵詞仍是與農(nóng)業(yè)相關(guān)，但同時出現(xiàn)了生物降解、降解等關(guān)鍵詞，結(jié)合該階段的文獻(xiàn)得知生物降解地膜在此階段得以大量研發(fā)，并且傳統(tǒng)塑料地膜的降解問題得到重視；2009—2014年，出現(xiàn)的熱點詞與前5年大致相同，研究主體仍以農(nóng)業(yè)為主，同時關(guān)于塑料降解類關(guān)鍵詞的詞頻有所上升；2015—2019年，高頻熱點詞中出現(xiàn)了幾個新的熱點詞，例如微塑料、鄰苯二甲酸酯(PAEs)、農(nóng)業(yè)土壤等。鄰苯二甲酸酯(PAEs)又稱酞酸酯，是一類重要的環(huán)境毒性有機化合物，被廣泛應(yīng)用于塑料、農(nóng)藥、潤滑劑等行業(yè)，其中用量最大的是作為塑料增塑劑以提高塑料的可塑性和強度[48]。在20世紀(jì)80年代，美國環(huán)境保護(hù)部門通過試驗發(fā)現(xiàn)，鄰苯二甲酸酯類增塑劑會引發(fā)肝組織癌變，擾亂內(nèi)分泌，對人體健康有很大危害[49]。地膜材料中存在的鄰苯二甲酸酯類增塑劑，由于與塑料基質(zhì)間非化學(xué)鍵相連，使其保持獨立的化學(xué)性質(zhì)因而極易直接污染種植的作物，或通過土壤、大氣以及水體的遷移對作物造成間接污染，從而威脅人體健康[50]。結(jié)合該階段的文獻(xiàn)可知，近年來探討地膜中存在的鄰苯二甲酸酯類增塑劑對生態(tài)及土壤環(huán)境影響的研究日益增多，但尚處于起步階段。此外，殘留地膜在土壤中會分解形成塑料碎片甚至微塑料。通常認(rèn)為微塑料是指直徑<5 mm的塑料碎片和顆粒。目前微塑料污染的研究主要集中在海洋領(lǐng)域，關(guān)于陸地中微塑料污染的研究較少[51]。然而有研究顯示，陸地中存在的微塑料豐度可能是海洋的 4～23倍，農(nóng)田中每年向土壤中輸入的微塑料就遠(yuǎn)超于向全球海洋中的輸入量[52]。目前在陸地生態(tài)系統(tǒng)中對微塑料的研究點及空白區(qū)主要包括：1)微塑料暴露的生物積累與毒性效應(yīng)。該方向的研究才剛剛起步，所研究的生物種類有限，研究較多的生物包括蚯蚓、跳蟲等[12]，微塑料對于陸地上大多數(shù)生物的累積與毒性效應(yīng)尚未可知；2)微塑料對于土壤物理化學(xué)性質(zhì)、微生物群落結(jié)構(gòu)、植物生長狀況的影響[53-54]，以及微塑料能否進(jìn)入植物體內(nèi)，對人體健康產(chǎn)生潛在威脅等[55];3)微塑料的分析、分離技術(shù)。由于從土壤中分離微塑料存在一定難度，當(dāng)前所有技術(shù)都有一定局限性，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確定量土壤中微塑料的具體含量，更無法估算地膜碎片轉(zhuǎn)化成微塑料的含量，因而急需建立和完善土壤中微塑料的分離和分析方法，并且系統(tǒng)認(rèn)識微塑料污染對土壤功能影響，發(fā)展源頭管控和環(huán)境降解修復(fù)技術(shù)至關(guān)重要[12]。近5年的主體關(guān)鍵詞仍與農(nóng)業(yè)有關(guān)，包括中國、玉米、水分利用效率、糧食產(chǎn)量等。此外，還包括生物降解型地膜、降解等詞匯，說明近年來的研究領(lǐng)域仍包括生物降解地膜的研究與應(yīng)用、傳統(tǒng)塑料地膜的降解等研究方向。

綜上所述，在塑料地膜研究領(lǐng)域，今后的前沿?zé)狳c方向可能仍會以農(nóng)業(yè)應(yīng)用為主，如何保證生物降解型地膜的耐用、易降解，同時又能降低成本，得以普及和推廣，是當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)亟待解決的問題。傳統(tǒng)的塑料殘膜對生態(tài)環(huán)境、土壤質(zhì)量的影響也會受到更多關(guān)注，特別是塑料殘膜中的增塑劑、部分降解后生成的微塑料對土壤食物鏈安全、生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的風(fēng)險值得進(jìn)一步探究。

3 結(jié) 論

文獻(xiàn)計量學(xué)方法可以從文獻(xiàn)的數(shù)量、質(zhì)量上對特定領(lǐng)域內(nèi)研究的發(fā)展情況提供較為全面的評估[56]。本研究以Web of Science數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)來源，統(tǒng)計分析了20年來塑料地膜領(lǐng)域的研究情況。分析結(jié)果顯示：該領(lǐng)域在2013年以前發(fā)文量較低，年均發(fā)文量不足100 篇，2013年之后發(fā)文數(shù)量有明顯上升趨勢，2019年已達(dá)到265 篇，說明該領(lǐng)域的關(guān)注度越來越高；從主要國家研究實力上來看，歐美發(fā)達(dá)國家在該領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)較好，較早關(guān)注了塑料地膜的研究，如美國、意大利等。中國在2012年之前發(fā)文量不及美國，但自2012年以來，在塑料地膜領(lǐng)域研究力度加強，發(fā)文量明顯上升，且超過美國，成為該領(lǐng)域發(fā)文量最高的國家。西北農(nóng)林科技大學(xué)、中國科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、蘭州大學(xué)為該領(lǐng)域領(lǐng)先的研究機構(gòu)；從來源期刊上來看，AgriculturalWaterManagement、FieldCropsResearch在農(nóng)學(xué)類期刊中較受關(guān)注，園藝學(xué)類期刊中，ScientiaHorticulturae和Hortscience2種期刊關(guān)注度更高，PolymerDegradationandStability、ScienceoftheTotalEnvironment在高分子材料類及環(huán)境科學(xué)類期刊中更值得本領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注。從研究熱點可知，塑料地膜的農(nóng)業(yè)應(yīng)用為該領(lǐng)域最熱門的研究內(nèi)容，然而近年來傳統(tǒng)塑料地膜的環(huán)境污染問題逐漸得以重視，特別是關(guān)于增塑劑及微塑料方面的研究內(nèi)容較新穎，對食物鏈安全、生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的風(fēng)險還未可知，值得進(jìn)一步探究。同時研發(fā)替代塑料地膜的生物降解型地膜、解決如今的殘余地膜污染問題至關(guān)重要。

表5 不同發(fā)文階段高頻關(guān)鍵詞及詞頻分布Table 5 High-frequency keywords and their frequency distributions at different publication years