曾 星，張 華

（遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，大連 116029）

0 引言

土壤是發(fā)育于陸地表面具有肥力、能夠?yàn)橹参锾峁I(yíng)養(yǎng)成分、有生物活性和孔隙結(jié)構(gòu)、進(jìn)行能量交換和物質(zhì)循環(huán)的圈層結(jié)構(gòu)，是一個(gè)獨(dú)立的歷史自然體，有自身的發(fā)展過程，是連接無機(jī)界和有機(jī)界的紐帶，是人類生存的重要自然資源，在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著獨(dú)一無二的作用[1]。土壤性狀包括土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、酸堿度、有機(jī)質(zhì)含量、吸收性能、緩沖性能等，對(duì)土壤的通氣透水性、保水保肥能力等產(chǎn)生重要影響，是土壤肥力的判斷依據(jù)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(duì)于土壤的有效管理和科學(xué)利用有著重要影響，由此受到中國(guó)學(xué)者們的廣泛關(guān)注。例如楊佳等[2]以雄安新區(qū)容城縣為研究區(qū)，運(yùn)用ArcGIS和地統(tǒng)計(jì)學(xué)，對(duì)不同土地利用方式下土壤性狀的空間分布特征進(jìn)行了研究；章秀梅等[3]為探究農(nóng)地排水中重金屬濃度變化及影響因素，對(duì)杭州市暴雨后水田、果園、蔬菜地和苗木地等農(nóng)地土壤地表徑流中的水溶性重金屬和城區(qū)地表徑流中水溶性重金屬濃度進(jìn)行了對(duì)比分析；楊之江等[4]以長(zhǎng)沙縣北山鎮(zhèn)水稻田為研究對(duì)象，采用GIS 和地統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合的方法，對(duì)水稻田耕作層的土壤理化性質(zhì)及重金屬含量的空間變異特征進(jìn)行了定量分析。近30 年來，隨著中國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土壤環(huán)境污染也日益加重，隨之中國(guó)學(xué)者也相繼發(fā)表了大量相關(guān)土壤環(huán)境污染的研究文獻(xiàn)?；诖耍疚囊訡NKI 為數(shù)據(jù)庫(kù)，利用Bibexcel、Ucinet 6、Netdraw、SPSS 等數(shù)據(jù)分析和可視化工具，基于文獻(xiàn)計(jì)量法，對(duì)中國(guó)近30 年來關(guān)于土壤性狀空間分布的研究動(dòng)向進(jìn)行系統(tǒng)分析，以期為中國(guó)土壤污染防治、土壤資源可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

以CNKI 文獻(xiàn)總庫(kù)中中文文獻(xiàn)作為數(shù)據(jù)源，檢索時(shí)間范圍為1990 年1 月1 日至2022 年1 月1 日，首次檢索時(shí)以“土壤性狀空間分布”“土壤性狀空間格局”為關(guān)鍵詞，僅檢索出161 篇文獻(xiàn)。再次以“土壤空間分布”“土壤空間格局”為關(guān)鍵詞，共檢索出4 207 篇相關(guān)文獻(xiàn)作為本文的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.2 研究方法

采用文獻(xiàn)計(jì)量法，利用Bibexcel 軟件導(dǎo)出文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞及其頻次；利用Excel 生成共詞矩陣；運(yùn)用Ucinet 6 軟件鏈接矩陣至Netdraw 軟件進(jìn)行可視化分析，并繪制高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖；利用CNKI 自帶可視化分析功能，對(duì)中國(guó)土壤性狀空間分布的發(fā)文量和研究主題進(jìn)行定量分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文量進(jìn)展

中國(guó)近30 年來有關(guān)“土壤性狀空間分布”“土壤性狀空間格局”相關(guān)研究的發(fā)文量變化趨勢(shì)如圖1 所示，可以劃分為平穩(wěn)階段、快速發(fā)展階段和波動(dòng)階段。平穩(wěn)階段（1990-1999 年），僅檢索出文獻(xiàn)43 篇，年發(fā)文量很少且增長(zhǎng)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(fā)展階段（2000-2014年），檢索出文獻(xiàn)2 041 篇，年發(fā)文量穩(wěn)定增長(zhǎng)且增長(zhǎng)幅度較大，由2000 年的8 篇上升到2014 年的323 篇，增幅為39.38%，發(fā)文量約占研究時(shí)段內(nèi)文獻(xiàn)總量的48.51%，反映出土壤污染等問題自2000 年開始受到國(guó)家、社會(huì)和學(xué)者們的廣泛關(guān)注；波動(dòng)階段（2015-2022年），檢索出文獻(xiàn)2 171 篇，發(fā)文量呈上升趨勢(shì)，有些年份出現(xiàn)回落。由于檢索至2022 年1 月，整年文獻(xiàn)資料不完全，增幅受到影響，僅為0.31%，2022 年CNKI 發(fā)文量預(yù)測(cè)值為275 篇，由此推測(cè)出關(guān)于土壤性狀空間分布的研究將持續(xù)受到關(guān)注，發(fā)文量將穩(wěn)定增加。

圖1 相關(guān)研究發(fā)文量變化趨勢(shì)

2.2 高頻關(guān)鍵詞

2.2.1 不同時(shí)段高頻關(guān)鍵詞

關(guān)鍵詞高度提煉和概括論文的研究?jī)?nèi)容，可以表征某研究領(lǐng)域的核心話題。與發(fā)文量的平穩(wěn)階段、快速發(fā)展階段、波動(dòng)階段相對(duì)應(yīng)，中國(guó)近30 年來有關(guān)“土壤性狀空間分布”“土壤性狀空間格局”研究平穩(wěn)階段（1990-1999 年）的高頻關(guān)鍵詞及頻次如圖2a 所示，頻次最高的關(guān)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?jī)?nèi)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(guān)；快速發(fā)展階段（2000-2014 年）的高頻關(guān)鍵詞及頻次如圖2b 所示，頻次最高的關(guān)鍵詞有“空間分布”“地統(tǒng)計(jì)學(xué)”“空間變異”“重金屬”“土壤養(yǎng)分”“GIS”等，其中“空間分布”“空間變異”“重金屬”“土壤養(yǎng)分”反映出該階段研究熱點(diǎn)為土壤養(yǎng)分及土壤重金屬含量空間分布，“地統(tǒng)計(jì)學(xué)”“GIS”反映出該階段地統(tǒng)計(jì)學(xué)理論、GIS 技術(shù)廣泛運(yùn)用于土壤性狀空間分布及預(yù)測(cè)的研究當(dāng)中，這與中國(guó)第二次互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展大浪潮以及計(jì)算機(jī)普及、地理信息技術(shù)開始興起有密切關(guān)聯(lián)，表明現(xiàn)代地理信息技術(shù)對(duì)土壤性狀空間分布的研究具有一定的推動(dòng)作用；波動(dòng)階段（2015-2022 年）的高頻關(guān)鍵詞及頻次如圖2c 所示，頻次最高的關(guān)鍵詞有“空間分布”“重金屬”“土壤養(yǎng)分”“地統(tǒng)計(jì)學(xué)”“污染評(píng)價(jià)”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(guān)注度上升趨勢(shì)最為顯著，也反映出該階段的研究熱點(diǎn)與快速發(fā)展階段相似，以土壤重金屬、土壤養(yǎng)分空間分布特征以及土壤重金屬污染評(píng)價(jià)與防治為重，這與2015 年環(huán)境污染治理成為焦點(diǎn)話題、土壤重金屬污染防治受到重視密切相關(guān)。

圖2 各時(shí)段高頻關(guān)鍵詞及頻次

2.2.2 高頻關(guān)鍵詞可視化分析

高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖能表達(dá)關(guān)鍵詞之間緊密交錯(cuò)的關(guān)系，節(jié)點(diǎn)越大表示該關(guān)鍵詞中心性越高，與其他關(guān)鍵詞共現(xiàn)的頻次越大，兩節(jié)點(diǎn)間的連線越粗表示這兩個(gè)關(guān)鍵詞的共現(xiàn)次數(shù)越多，關(guān)系越緊密，互相影響程度高，這些關(guān)鍵詞可以代表該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)小連線細(xì)表示該關(guān)鍵詞共現(xiàn)次數(shù)少，但不代表它的研究次數(shù)少[5]。圖3 中“空間分布”“地統(tǒng)計(jì)學(xué)”“GIS”“空間變異”“土壤重金屬”“污染評(píng)價(jià)”“影響因素”關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)較大，節(jié)點(diǎn)間連線最為緊密，共現(xiàn)次數(shù)最多，表明基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)理論和GIS 技術(shù)的土壤重金屬空間分布及影響因素、土壤重金屬污染評(píng)價(jià)既是目前的研究熱點(diǎn)，也可能是未來主要研究?jī)?nèi)容。

2.3 研究主題

研究主題代表著所研究領(lǐng)域的內(nèi)容、發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì)。圖4 為中國(guó)近30 年來有關(guān)“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(fā)文量分別為1 229 篇和661 篇，與“土壤重金屬”有關(guān)的研究文獻(xiàn)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(guān)鍵詞可視化分析結(jié)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(tǒng)計(jì)學(xué)由于其對(duì)區(qū)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(yùn)用于土壤性狀空間分布、變異規(guī)律方面的研究[6]。利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)模擬土壤性狀空間分布狀況，再利用GIS 進(jìn)行空間插值對(duì)土壤性狀進(jìn)行可視化從而直觀地分析土壤性狀空間分布特征。空間插值法分為確定插值法和地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，地統(tǒng)計(jì)學(xué)中空間預(yù)測(cè)常采用克里金法，包括：普通克里格法、簡(jiǎn)單克里格法、協(xié)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(shí)際，是土壤性狀空間分布研究常用的方法。例如段夢(mèng)琦等[8]采用確定性方法和地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分別對(duì)黃河三角洲典型土壤鹽分空間分布進(jìn)行了預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的精度高于確定性方法；趙林等[9]利用空間分布預(yù)測(cè)的方法對(duì)天津?yàn)I海地區(qū)土壤鹽分進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)地統(tǒng)計(jì)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(jiǎn)單克里格插值法更佳；謝夢(mèng)姣等[10]運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與普通克里金插值法對(duì)黃淮海北部未收割的夏玉米田塊、農(nóng)塊尺度的土壤屬性空間預(yù)測(cè)精度進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)插值法更適用于土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量空間分布特征預(yù)測(cè)；于偉宣等[11]以安徽省淮北平原典型旱作農(nóng)業(yè)區(qū)蒙城縣為例，探究了不同采樣數(shù)量和空間插值法對(duì)土壤屬性預(yù)測(cè)精度的影響，發(fā)現(xiàn)普通克里格法最優(yōu)。由此，在研究過程中針對(duì)不同研究對(duì)象、采樣數(shù)目、土壤屬性可選取不同的空間插值方法。

2.5 主要研究區(qū)域及對(duì)象

中國(guó)近30 年來有關(guān)“土壤性狀空間分布”“土壤性狀空間格局”的研究對(duì)象和研究區(qū)域頻次如表1 所示。從研究區(qū)域看，主要集中在黃土高原、黃河三角洲、青藏高原等地區(qū)，各區(qū)域研究對(duì)象及研究?jī)?nèi)容有所不同。黃土高原是中國(guó)水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)，研究?jī)?nèi)容主要為植被恢復(fù)對(duì)土壤性狀的影響、土壤肥力評(píng)價(jià)、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?jī)?nèi)容主要為濱海區(qū)土壤性狀對(duì)作物產(chǎn)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(fā)育速度緩慢，多為高山草甸土，研究?jī)?nèi)容多與土壤有機(jī)質(zhì)含量、濕度、微生物在時(shí)空上的分布相關(guān)。從研究對(duì)象看，農(nóng)田土壤的研究頻次最高，其次為城市土壤、黑土等。農(nóng)田土壤和城市土壤主要研究?jī)?nèi)容包括土壤重金屬分布特征及污染評(píng)價(jià)等，農(nóng)田土壤主要研究?jī)?nèi)容還包括土壤有機(jī)質(zhì)空間分布預(yù)測(cè)；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?jī)?nèi)容。

表1 主要研究區(qū)域和研究對(duì)象

3 結(jié)論

本文基于CNKI 數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量法，從年發(fā)文量、高頻關(guān)鍵詞、研究主題及研究方法、研究對(duì)象及研究區(qū)域等方面，對(duì)中國(guó)近30 年來有關(guān)“土壤性狀空間分布”“土壤性狀空間格局”的文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)分析得出如下主要結(jié)論：

（1）從年發(fā)文量看可分為三個(gè)階段：平穩(wěn)階段（1990-1999 年），發(fā)文量較少，增長(zhǎng)慢；快速發(fā)展階段（2000-2014 年），發(fā)文量快速增加；波動(dòng)階段（2015-2022 年），發(fā)文量在波動(dòng)中呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

（2）從高頻關(guān)鍵詞看，“空間分布”“空間變異”“土壤重金屬”“污染評(píng)價(jià)”“影響因素”等高頻關(guān)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(píng)價(jià)是研究熱點(diǎn)。

（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(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS 技術(shù)支持的克里金插值法是常用方法。

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