提要:保护性耕作是一种先进的农业耕作技术，兼具生态治理与修复的作用。文中从文献计量学的角度出发，通过在CNKI中进行检索，得到与保护性耕作研究相关的文献数据，以知识图谱可视化的形式展现保护性耕作的研究现状、热点与发展趋势。结论是保护性耕作研究的内容从传统的研究保护性耕作措施及其对作物产量和经济效益的影响，发展到保护性耕作对土壤肥力、养分、含水量，再到目前的土壤有机碳、理化性质、温室气体等。研究的机构和作者之间合作密切，有稳定的科研团队，并且成果显著，关注的焦点不仅包括农业方面，还涉及到生态环境。保护性耕作不仅限于理论研究，还包括众多的技术试验、应用和推广。
关键词:保护性耕作;知识图谱;可视化;CiteSpace
保护性耕作是一种旱作农业技术，在节水保土的同时，也提高了土壤的抗侵蚀能力，目前该技术在全球范围大面积采用。1935年，保护性耕作技术最早在美国使用，由过去传统的耕作铧式犁耕翻方式转变为少耕和免耕方式[1]。此后，美国的一些学者开始就保护性耕作的含义、技术、机械、作用等方面进行研究，形成了该领域中的基本理论和技术。截止目前，美国近70%的土地已经采用保护性耕作技术，主要的措施包括秸秆覆盖、残茬覆盖和免耕等[2]。加拿大、澳大利亚等国家从上世纪80年代开始也大规模推广保护性耕作，提高了土壤含水率和水分利用率，减少了土壤的水蚀、风蚀。
保护性耕作在我国起步较晚，20世纪60年代初在黑龙江国营农场出现，主要是免耕种植小麦的实验，70年代江苏出现免耕种植水稻的实验，与此对应的研究主要集中在免耕的试验和示范方面，主要关注增产效果。20世纪80年代开始，保护性耕作方式朝多样化发展，少耕、覆盖、机械化操作等应用日益广泛，同时保护性耕作针对的作物由原来分小麦、水稻等粮食作物延伸至马铃薯、油菜、大豆等经济作物。由于机械化机具的采用，保护性耕作的作业量显著提高。2002年我国农业部正式将保护性耕作定义为"对农田实行免耕、少耕、并用作物秸秆覆盖地表，以减少风蚀，提高土壤肥力和抗旱能力的先进农业耕作技术"[3]。2012年，我国的保护性耕作技术应用面积突破一亿亩。保护性耕作不仅能提高作物产量，减少劳力时间和劳动投入;还能改善土壤性质，提高土壤有机质含量和蓄水保墒能力，减少土壤风蚀和水蚀;增加野生动植物数量，改善空气质量等，兼具经济效益、生态效益和社会效益。文中从文献计量学的角度出发，首先根据研究主题确定检索式，然后在CNKI中进行检索，剔除无关文献，保留与保护性耕作研究相关的文献，最终以知识图谱的形式展现保护性耕作的研究现状、热点与发展趋势，目的是为进一步的研究提供基础和参考。
1材料与研究方法
1.1数据来源
文中的数据来源于中国学术期刊全文数据库CNKI。为了使得分析结果更具有权威性和代表性，选取的检索范围限于核心期刊数据库和CSSCI数据库。以保护性耕作为关键词进行检索，检索年限为1992-2016年。初步检索出8261篇文献，在检索中还发现，一些文章的关键词虽然包含核心关键词，但是文章主题不是保护性耕作的研究，因此通过人工判读文献标题，去除不相关文献，最终保留3208篇文献。
1.2研究方法
1.2.1文献计量法
文献计量分析是利用文献的外部特征作为研究对象，采用数学和统计学方法，描述、评价和预测科学发展的动态[4]。文献计量分析的应用领域不断扩大，分析的内容包括作者分析、机构分析、关键词分析、引文分析等[5]。文中利用文献计量分析CNKI数据库中与保护性耕作相关的文献进行挖掘和分析，提取出作者、机构、关键词字段，展现保护性耕作的研究现状、热点与发展趋势。
1.2.2知识图谱分析
知识图谱分析是科学计量学的一种分析方法[6]，利用各种不同的图形展现知识之间的结构关系，同时显示知识领域的发展和变化过程。通过对知识的挖掘、分析进而进行可视化，最终用图谱的形式展示某一学科领域的主要研究内容、研究发展的历史、前沿问题，使研究者对学科结构、研究内容、学科关系和研究热点有清晰的把握，并可预测学科发展前沿和趋势。知识图谱分析是将数学、统计学、计量学、信息科学与可视化技术相结合的一种分析方法，其中可视化技术目前应用最为广泛的是CiteSpace[7-8]。
2结果与分析
2.1保护性耕作发文的时间分布分析
自1992年开始的25年间，保护性耕作的核心期刊论文总数为3208篇，其逐年分布见图1。2002年以前，保护性耕作的研究每年数量在30篇左右，且变化不大。自2002年起至今，保护性耕作方面的研究论文数量激增，从2002年的32篇增加到2016年的344篇，因此2002年是将保护性耕作作为研究热点的起始时间。特别是2007年至今，保护性耕作研究每年发文量都是200篇以上。
国内保护性耕作研究热潮的兴起与我国保护性耕作应用及政府的政策密切相关。2002年农业部提出了保护性耕作的正式定义和范围，同时在山西、北京、天津、河北、内蒙古、辽宁及甘肃等地区，建立了38个项目县，进行保护性耕作技术示范和推广[9]。2007年，农业部出台《关于大力发展保护性耕作的意见》，对保护性耕作机具、技术体系等方面提出具体的要求，使中国保护性耕作的实施迈入一个新的时期。我国保护性耕作的应用地域由最初的北方地区延伸至南方，应用的范围从小麦、玉米、水稻等粮食作为延伸至大豆、油菜、马铃薯、蔬菜等经济作物。与此同时进行的是科研主管部门审批了大量相保护性耕作的研究课题，吸引了越来越多的学者进行该领域的研究。
2.2保护性耕作研究的关键词分析
关键词是从文献的题目、正文或摘要中抽出的能表征文献主题内容的具有实质意义的词语，代表了文章的主题，出现频率高的关键词就能代表研究领域的热点，代表领域研究的主要内容和方向。在3208篇保护性耕作的文献中，共出现了4712个关键词，提取出现频次大于100的29个关键词，从而确定保护性耕作的主要研究主题和内容，如表1所示。
2.2.1关键词共现分析
仅仅对关键词出现的频次按照高低进行排序，远不能满足研究的需要，同时也不能找到关键词之间的关系。因此，需要进行关键词共现，挖掘高频关键词之间的联系。如果两个关键词在不同的论文中同时出现的次数越多，表示这两个关键词之间的联系越紧密，它们越能代表该领域的研究主题。
在CiteSpace界面中选择关键词进行分析，得到关键词共现图谱。图2展示了保护性耕作关键词共现网络。该网络结构十分紧密，网络密度高，研究成果数量多、范围广，研究深度较为深入，主题专注度较高。包括传统的保护性耕作方式或措施的研究，如少耕免耕耕作方式、秸秆还田、秸秆覆盖、地膜覆盖、坡耕地耕作、化学除草;保护性耕作的作物，如小麦、玉米等;保护性耕作对土壤的影响，如土壤性质、土壤微生物、土壤水分等;保护性耕作的经济效益(如产量)和生态效益(如有机碳、温室气体等)。
2.2.2关键词时序分析
关键词时序图谱是考察不同关键词在不同时间出现的情况。在关键词共现图基础上，选择"Timezone"，生成保护性耕作研究的关键词时区图谱。从图3可看出，随着时间的演变，保护性耕作的研究不断涌现新的关键词，形成新的热点和趋势。20世纪90年代我国保护性耕作的研究主要集中在措施方面，包括秸秆覆盖、地膜覆盖、秸秆还田等，对保护性耕作的作用的研究集中在作物的生长发育和产量方面，同时保护性耕作带来了土壤肥力和水分的改善[10-14]。2002年后对于机械化的保护性耕作研究增多，学科集中在农艺学和农业工程方面。近十年来，研究的热点主要是保护性耕作对土壤有机碳、土壤酶活性、土壤团聚体的影响，保护性耕作可增加土壤团聚体数量和土壤有机碳含量[15-17]，有利于土壤水分与土壤空气的相互消长平衡，增强了土壤对环境水、热变化的缓冲能力，为植物生长及微生物生命活动创造良好环境[18-20]，同时也关注保护性耕作对气候变化的影响，如温室气体等[21-23]。
相关期刊推荐：《干旱区资源与环境》Journal of Arid Land Resources and Environment(月刊)1987年创刊，是综合性学术刊物。特点是综合性强、审稿快、发文量大，凡研究干旱半干旱甚至季节性干旱区的论文，研究干旱半干旱问题及防治技术的论文，特别是绿洲建设的论文，不论属于社会科学领域或者自然科学领域均可刊用。有投稿的，可以直接与期刊天空在线编辑联系。
另外，考察保护性耕作文献的发文期刊，大多数文章发表在农业类的期刊，特别是干旱地区农业研究期刊的发文量高达233篇，这与保护性耕作本身所属的学科领域有关，特别是保护性耕作是属于旱作农业技术的一个分支有关。同时，保护性耕作研究在生态类的期刊的发文量今年来增长迅速，包括应用生态学报、中国生态农业学报、生态学报、农业环境科学学报等，这是由于越来越多的学者关注保护性耕作与生态环境之间的关系。
2.3保护性耕作研究机构分析
在抽取出的保护性耕作研究的3208篇核心文献中，涉及到的机构高达1273家。保护性耕作研究呈现百家争鸣的局面，其中西北农林科技大学资源环境学院、中国农业大学农学与生物技术学院、甘肃农业大学农学院、西北农林科技大学农学院、甘肃农业大学资源与环境学院的发文量超过80篇，这五所高校在保护性耕作研究方面有较强的科研实力与领域影响力。
2.3.1保护性耕作研究机构合作图谱
在CiteSpace界面中选择机构进行分析，为了精简网络，将阈值设置为Top50perslice，最后得到机构之间的研究合作图谱，包括674个节点和398条连线(图4)。节点为年轮状，年轮的厚度与机构发文量成正比，年轮的颜色与图片上方的图例相对应，图例左边的颜色代表较早的年份，图例右边的颜色代表较近的年份。结果显示，机构合作图谱的网络密度为0.005，说明国内保护性耕作的研究机构之间合作比较密切，但机构之间合作更多的是同一地域，不同地区之间的机构合作相对较少。
2.3.2保护性耕作研究机构时序图谱
在机构合作图基础上，选择"Timezone"，生成机构时区图谱(图5)。从图5中可以看到随着时间的演变，越来越多的机构开始对该领域进行研究探索。山西农业大学早在1992年就在核心期刊上发表了保护性耕作研究论文，但整体影响力不大，但该机构在后续研究中明显乏力，研究成果数量没有显著增加。西北农林科技大学资源环境学院、中国农业大学农学与生物技术学院、甘肃农业大学农学院、西北农林科技大学农学院、甘肃农业大学资源与环境学院虽然起步晚，但一直保持着稳定和持续的研究群体，尤其是近五年来科研成果十分显著，成为保护性耕作研究的核心节点。
2.4保护性耕作研究作者分析
从检索到保护性耕作文献中，高产作者主要来自于甘肃农业大学(黄高宝、张仁陟、蔡立群)、西北农林科技大学(贾志宽、李军)、中国农业大学(陈阜、李洪文、张海林、高焕文、高旺盛)等，这与机构发文量正好相互印证，再次证明这些机构在保护性耕作领域是核心的部门，科研实力较强。
在CiteSpace界面中选择作者进行分析，为了精简网络，将阈值设置为Top50perslice，最后得到作者之间研究合作图谱，包括908个节点和625条连线(图6)。保护性耕作作者合作网络密度为0.0039，团队内部之间的合作已形成常态，有较强凝聚力的科研群体。甘肃农业大学的张仁陟、蔡立群团队近年来发文量最多。保护性耕作的研究团队的成员更多的是属于同一个研究机构，作者之间的合作更多的是在一个机构内部。
3、讨论
国内保护性耕作的研究内容丰富，学科分布广泛，上述研究利用知识图谱方法梳理了保护性耕作研究状况，总结了该领域研究现状、热点，未来保护性耕作的研究需要关注以下几方面:
(1)我国保护性耕作技术目前大面积推广，国家也出台了相应的政策，各科研院所研制出配套机具。但与保护性耕作体系十分成熟的国家，如美国、加拿大、澳大利亚等相比，全套技术体系普及率低，保护性耕作技术中传统的少耕免耕和覆盖技术采用率较高，病虫草害综合防治技术的研发和采用情况不容乐观。未来一方面需要研发适应不同地区和作物的保护性耕作机具，另一方面需要研究化学和非化学病虫草害防治技术。
(2)保护性耕作通过影响土壤的理化性质进而影响温室气体和排放。鉴于全球气候变化的大背景，保护性耕作未来的研究要关注其固碳减排效应;关注保护性耕作技术或模式与土壤有机碳含量、气候变化之间的作用机制;研发适合不同地区适应气候变化的保护性耕作模式。
(3)鉴于中国土地细碎化和土地流转现状，为调动农户采用保护性耕作技术的积极性，在目前补贴政策下，需要关注保护性耕作的生态补偿机制，研究补贴与补偿之间的耦合关系，提出具体的补偿方法和手段。
