李慧 卞莹莹

摘要 農林复合系统是一种高效的农林业发展模式，对农林业的可持续发展有着很大的意义，其中氮在该系统的生产中尤为重要。目前，对于农林复合系统中氮的研究缺乏系统的总结和归纳，需要明确该领域研究变化和趋势，为农林复合系统中有关氮的研究给予参考方向。以Web of Science 核心数据库中 2012—2021 年发表的607篇以“农林复合系统”和“氮”为主题的文献为基础，利用 CiteSpace 软件对发文机构、合作作者、研究热点等进行可视化分析，以此确定农林复合系统中有关氮的研究现状和热点。结果表明，该领域发文数量呈现逐年上升的趋势；中国科学院、法国农业发展研究中心、法国蒙彼利埃大学、中国科学院大学等机构在该领域贡献较为突出，且国内和国外机构合作交流较少；研究作者呈现“整体分散，部分集中”的特点；研究热点主要包括不同的土壤管理系统下，土壤养分氮含量研究、土壤中有关氮含量的动态变化和气候变化下，森林中土壤固氮及碳固存、农林复合系统或农林业土壤中氮素与土壤有机质、植被生长的影响研究。氮对农林复合系统生产十分重要，今后学者仍需加强该领域的研究深度。

关键词 氮；CiteSpace；研究热点；农林复合系统

中图分类号 S-058 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2023）09-0225-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.09.053

Abstract Agroforestry system is an efficient agricultural and forestry development mode， which has great significance for the sustainable development of agriculture and forestry， in which nitrogen is particularly important in the production of this system. At present， the research on nitrogen in agroforestry system lacks systematic summary and induction， so it is necessary to clarify the research changes and trends in this field， so as to provide a reference direction for the research on nitrogen in agroforestry system. Based on 607 papers on ‘agroforestry systems’ and ‘nitrogen’ published in the Core database of Web of Science from 2012 to 2021， visual analysis was conducted on the publishing institutions， coauthors and research hotspots using CiteSpace software. The research status and hotspot of nitrogen in agroforestry system were determined. The results showed that the number of articles published in this field was increasing year by year. Chinese Academy of Sciences， French Research Center for Agricultural Development， University of Montpellier， University of Chinese Academy of Sciences and other institutions had made outstanding contributions in this field， and there was little cooperation and exchange between domestic and foreign institutions. The authors presented the characteristics of ‘overall dispersion and partial concentration’. The research hotspot mainly included the study of soil nutrient and nitrogen content under different soil management systems， the dynamic change of soil nitrogen content， soil nitrogen fixation and carbon sequestration in forest under climate change， the influence of nitrogen and soil organic matter in agroforestry system or agroforestry soil， and vegetation growth. Nitrogen is very important for agroforestry system production， and further research in this field is needed.

Key words Nitrogen；CiteSpace；Research hotspot；Agroforestry system

作者简介 李慧（1998—），女，山东菏泽人，硕士研究生，研究方向：森林生态。*通信作者，副教授，博士，硕士生导师，从事森林生态研究。

农林复合系统是指将土地利用和工程应用技术相结合，有目的地将多年生木本植物（乔木、灌木、棕榈、竹类等）与农业（农作物、药用植物、经济作物或真菌）或牧业用于同一土地经营单位［1］，合理间作，充分利用水肥等资源，使农业、林业和牧业在不同的组合之间存在生态学与经济学相互作用的一种土地管理模式。与单一栽培系统相比，农林复合系统在资源利用（光、热、水、养分）、生态功能影响方面能够发挥更好的作用［2］，不仅能提高作物产量、森林覆盖率、资源利用率、增加土壤微生物多样性［3］，还可以改善水土流失，增强系统抗逆性等，是未来农、林业发展的重要方向。

农林复合系统中营养元素，尤其是氮的研究是目前该领域研究的热点，截至2020年，我国陆地生态系统中总氮储量为10.43 Pg N［4］，不同地区氮储量差异较大，学者从不同角度分析了农林复合系统中氮元素的重要作用。氮素作为调控农林复合系统生产力的主要营养组分，维持着系统生产力，是土壤肥力形成与维持的关键影响因子，同时对生物多样性和生态系统功能有重要影响，因而受到学者的广泛关注。土壤氮能促进植株叶绿素的合成，使植物的净光合速率增加，从而减少二氧化碳浓度、净化空气、调节区域小气候。较高的可用性土壤氮素可以为植株及林木提供充足的营养，促进植株及林木的生长，进而防止水土流失、缓冲病虫害等干扰。在农业中，用生物固氮（BNF）代替合成肥料可减少对环境的危害，同时可减少农业生态系统温室气体的排放［5］。农林复合系统中的可利用氮水平（NO3-和NH4+）会影响土壤的呼吸速率、改变植物群落的结构和组成，从而对生物多样性和生态系统功能产生影响［6］，Murray等［7］研究表明，氮素影响着温带森林生态系统草本层覆盖和多样性。土壤中的氮还可影响土壤酶活性，促进微生物生长，进而改良酸性硫酸盐土壤［8］。农林复合系统氮元素研究已引起国内外学者的广泛关注，学者们也开展了大量的相关研究。目前我国十分重视生态环境问题，在农林复合系统中由于氮肥的过多使用，使得氮肥利用率下降，其中一部分通过地表径流和淋洗等方式损失掉，大部分均是由于氨挥发导致。同时，由于肥料的大量使用，引起土壤性状恶化、环境污染等一系列问题，曾之晟等［9］提出了氮肥对土壤和生态系统的不利影响及科学施用方法。为了能使氮被土壤植被高效吸收，固氮作用以及一些固氮微生物等的研究也成为该领域的研究重点。研究人员在巴西南部生产系统中进行的黑荆树的根瘤菌接种［10］，探索了提高生物固氮的方法；在热带农林业系统中，普遍缺乏土壤氮，研究具有高固氮率的树木植被成为重点；胡梦媛等［11］通过分析禾本科植物非共生固氮菌，结合非共生固氮机理，准确论述了非共生固氮菌的作用方式。随着农林复合系统研究的深入，发现在农林复合经营下可更好地促进养分循环。该系统组成成分较为复杂，而养分循环可以很好地反映系统结构和功能，所以有关氮循环（包括氮素吸收、积累和再分配、归还等）研究也是该领域的热点话题，研究人员通过采用定量研究、定性分析等方法来探究其氮循环规律。在之前的研究成果中，也有对农林复合系统中氮的发展趋势及热点的探究［12］，但缺少对该领域知识的系统梳理，且大多数文章是建立在概括总结资料基础之上，没有很强的客观性，再加上随着研究体系的日益完善，农林复合系统中氮的研究也形成了多元化的研究中心。鉴于此，笔者利用CiteSpace知识图谱对2012—2021年农林复合系统中氮元素的相关研究进行梳理，更加客观地展现热点话题及发展动态，探索未来发展趋向，以便更好地构建一个有关农林复合系统中氮研究的理论库，为学者了解有关农林复合系统中氮的研究现状、开辟新的前沿提供理论参考。

1 数据分析方法

1.1 数据来源

数据来源于Web of Science（WOS）平台的核心合集数据库，使用的检索词是 “nitrogen”and “agroforestry system”，检索时间跨度为2012-01-01至2021-12-31，选择的文献类型为期刊论文、会议论文、综述论文，不包括书籍章节和在线发表等其他类型，语种为英语（English），根据文章的题目、摘要、关键词等对文章进行筛选，最终获得有效文献607篇。

1.2 分析方法与制图

采用美國德雷塞尔大学陈超美教授研发的CiteSpace 6.1.R1 Java 应用程序将文献进行关键词共现、机构作者合作、文献共被引等［13］可视化分析。软件时间切片设置每年分析1次，网络裁剪设置选择修建切片网络（pruning sliced networks），其他选项设置为默认值。最终确定农林复合系统中氮元素研究的发展脉络与方向，清晰辨别该领域研究的趋势与动态。年均发文量和累积发文量绘图在Origin 2021中进行。

2 结果与分析

2.1 发文量变化趋势

发文量的变化能够很好显示该领域在某一时间段内研究热度的变化，对分析该时间段内发展动态及预测未来趋势具有重要意义［14］。为了解农林复合系统氮元素研究规律，系统分析了该领域研究规模的演变情况。由图1可知，发文量整体上呈现上升趋势。年均发文量从2012年的38篇增加到2020年的103篇，增加了65篇，其中近5年（2017—2021年）该领域累计发文392篇，占总发文量的64%以上。

2.2 发文机构合作网络分析

为探索农林复合系统中有关氮元素研究的主要机构及群体合作关系，利用CiteSpace 6.1.R1绘制了机构网络合作图谱。由图2可知，该图谱有288个网络节点，291条连线，网络密度为0.007。主要研究机构有中国科学院（Chinese Academy of Sciences）、法国农业发展研究中心（CIRAD）、法国蒙彼利埃大学（University of Montpellier）、中国科学院大学（University of Chinese Academy of Sciences）、热带农业研究与教育中心（Center for Tropical Agricultural Research and Education）、多伦多大学斯卡伯勒分校（University of Toronto Scarborough）、法国农业科学研究院（Institut National de la Recherche Agronomique）和多伦多大学（University of Toronto）等，这些机构在该研究领域有着较大的影响力，其中以中国科学院发文量最多，达35篇；其次是法国农业发展研究中心和法国蒙彼利埃大学，发文量分别达23和19篇。

从机构合作方面来看，法国农业发展研究中心的中介中心度为0.08，与法国蒙彼利埃大学、热带农业研究与教育中心、多伦多大学斯卡伯勒分校和多伦多大学等有着广泛合作，在合作网络中占据重要位置。其次，中国科学院与中国科学院大学、南京林业大学、哥廷根大学等有交流合作。总体来看，国内和国外研究机构合作交流较少。

2.3 作者合作网络分析

通过对WOS中检索到的数据进行作者合作网络分析，进一步了解重要作者及其之间的关系。由图3可知，该图谱中有375个网络节点，864条连线，网络密度为0.012 3，网络节点越大，表示该作者发文量越多。主要形成了6个学习交流团体，分别是圭尔夫大学的Gordon AM、Naresh Thevathasan；中国科学院的刘文杰、陈春峰、吴骏恩；哥伦比亚大学的Wood SA、Tully KL；南京林业大学的曹福亮、郭静；石河子大学的张文举、李鲁华；北弗鲁米嫩塞州立大学的Gama-Rodrigues EF、Gama-Rodrigues AC。剩下大部分作者均是独立研究，与其他作者无交流学习，呈现出“整体分散，部分集中”的特点。

对发文量前10的作者进行进一步的分析，Isaac ME以发文数量12篇成为该领域最有影响力的学者，她在生态农业领域，尤其是在农林业系统方面发表了很多篇高质量文章，如在Nutrient Cycling in Agroecosystems上发表的《Shade tree effects in an 8-year-old cocoa agroforestry system：biomass and nutrient diagnosis of Theobroma cacao by vector analysis》、Agroforestry Systems上发表的《Temporal changes in soil carbon and nitrogen in west African multistrata agroforestry systems：a chronosequence of pools and fluxes》等。其次是Naresh Thevathasan、刘文杰、陈春峰等，这些学者在农林业系统以及森林生态方面具有较高的影响力。其中，大部分作者的h-index都在15以上，这表明该领域研究者都具有很高的学术影响力。

2.4 研究热点及演进态势分析

2.4.1 关键词聚类分析。

为了探究农林复合系统氮元素相关研究热点的知识结构，使用CiteSpace关键词聚类功能对高频关键词进行聚类，通过多次调整阈值得到比较清晰的关键词聚类知识图谱（图4）。Q=0.320 9和 S=0.679 9，Q>0.3，S>0.5，接近0.7，表明聚类结果信服。不同类团之间均存在交叉情况，相互联系紧密。每个聚类由多个联系紧密的关键词组成，顺序从#0～#8排列，数字越小，在聚类中包含的关键词越多，聚类分别反映土壤有机碳（soil organic carbon）、有机农业（organic agriculture）、固氮作用（nitrogen fixation）、食品安全（food security）、n-15自然丰度（n-15 natural abundance）、养分循环（nutrient cycling）、二氧化碳（carbon dioxide）、产量-安全（yield-safe）、储备（reserves）9个主题。从聚类类团的内容来看，关于农林复合系统氮元素研究主要集中在以下几个方面：

一是农林复合系统中有关碳的研究。主要包括森林土壤中碳的封存、二氧化碳通量、土壤有机碳储备、气候变化、不同土地利用碳含量、土壤颗粒有机碳、温室气体排放等方面。土壤中氮、碳元素联系紧密，氮的含量对土壤碳储量影响很大，碳含量的变化又影响土壤肥力、草地生产力以及气候的变化等。通过在土壤中增大氮储量、固定土壤及大气二氧化碳、减少温室气体排放、增加土壤有机碳固存等，可增大土壤肥力、提高草地生产力、缓解气候变化等。聚类主要包括#0土壤有机碳、#6二氧化碳、#8储备等主题。

二是有关土壤氮固定的研究。主要包括生物固氮作用、土壤氮素平衡、15N自然丰度法研究氮固定、饲料豆科植物对动物营养及土壤固氮的作用、可可树固氮、植株间作、胡同种植、frankia固氮菌的固氮效应、可持续农业氮研究等方面。聚类主要包括#2固氮作用、#4 n-15自然丰度等主题。

三是在氮素综合管理下，有关人类的食品（粮食）产量安全相关的研究。主要包括不同土地管理如灌溉耕地下，粮食作物产量问题、化肥施用量（氮肥）对粮食多样性和城市人口的安全影响、不同种植系统或农林复合经营系统对产量安全及土壤侵蚀影响、微生物多样性与土壤生产力食品安全的关系等方面。人口迅速增长和农业资源萎缩正在威胁着国家粮食安全的未来，不同的氮素水平对改善土壤健康和粮食安全有着重要的作用。聚类主要包括#3食品安全、#7产量-安全等主题。

四是在农林业复合生态系统中的养分循环研究。主要包括不同农林复合系统养分比较、有机农业土壤性质分析、凋落物分解对养分循环的作用、微生物生物量与氮循环的关系等方面。通过分析农林业复合生态系统中养分可用性，有助于优化土壤资源的利用，促进土壤有机质积累和根系、动物群落和土壤结构的稳定。农林业复合生态系统中的有机管理不仅可以改善土壤质量，还可促进养分吸收，这对农林业复合生态系统中营养循环的效率具有重要意义。聚类主要包括#1有机农业、#5养分循环等主题。

2.4.2 关键词共现图譜分析。

一个文章的关键词是该文章的论述重点，它是文章的高度凝练，同时可反映研究的方向和热点［15］。通过CiteSpace 6.1.R1中的“关键词Keyword”功能，得到农林复合系统中氮元素研究的关键词共现网络图谱。由图5可知，图中节点的大小表示关键词的频次，农林复合系统中氮元素的研究热点主要集中在氮（nitrogen，225次）、农林复合系统（agroforestry system，136次）、森林（forest，102次）、动态（dynamics，95次）、农林业（agroforestry，84次）、固存（sequestration，82次）、管理（management，79次）、系统（system，70次）、有机质（organic matter，68次）、生长（growth，67次），以及碳封存（carbon sequestration）、土壤（soil）、土壤有机碳（soil organic carbon）、生物质（bioma）、气候变化（climate change）碳（carbon）、质量（quality）、土地利用（land use）、物质（matter）、有机碳（organic carbon）等，其研究热点可归纳为以下内容：

一是在不同的土壤管理系统下，土壤养分氮含量研究。如在常规耕作系统和有机耕作系统的农林业中氮平衡、氮利用效率以及氮损失的评估［16］；在巴西朗多尼亚州，PRADO，MRV等研究了3个不同土壤管理水平下土壤有机质致密组分的全氮含量，从而可以更好地了解土地利用和管理对土壤生产力的贡献［17］。尤其是关于不同土地利用类型下土壤养分氮含量研究非常多，是国内外研究的热点，土壤中氮的含量受土地利用方式的显著影响，Gelaw等［18］在埃塞俄比亚的一个流域内，估算了5种土地利用方式下与颗粒物相关的总氮含量；赵楚等［19］研究喀斯特石漠化地区在4种土地利用类型（乔木林地、灌木林地、草地和撂荒地）下土壤中氮环境影响因子及有效性；在热带土壤上，Paes等［20］在常规、人工牧场、2个不同年龄（7和12岁）的农林业系统和一个次生林区域中，使用主成分分析法来研究不同的土壤管理系统下各系统氮含量。

二是在土壤中有关氮含量的动态变化研究。有些文章是利用相关模型来动态预测其氮的排放量，如Atzori等［21］在典型的地中海农林业系统中利用模型来动态的估计该系统的氮排放量。有些则是用现场取样和实验室分析方法，进行定点养分动态研究，Jaman［22］在孟加拉国北部64 个宅基地农林系统进行有关土壤氮动态影响研究；在我国山西省寿阳县，杨振兴等［23］通过对8个不同试验处理的土壤养分动态监测，研究褐土长时间施肥对氮动态变化的影响，以此为该类似区域适量正确的施肥提供依据；董姝含等［24］通过田间微区试验，探究土壤中有机氮组分的动态变化，发现土壤中的有机氮表现出明显的生长季变化规律。尤其在不同的农林复合系统或农林业中，有关土壤养分氮动态变化规律的研究是论文研究的焦点。

三是气候变化下，森林中土壤固氮及碳固存相关研究。氮和碳联系紧密、不可分割。由于碳浓度增加导致全球变暖，而气候的变化对全世界作物产量及其稳定性构成了严重威胁，因此近些年来气候变化越来越受到全球的关注，各国纷纷采取相应措施来减缓气候的变化，其中森林在减缓气候变化方面起着重要的作用［25］。可以通过种植固氮乔木、灌木等植物，来缓冲温度升高和极端气候、增加森林的有机碳固存，同时它们还可以释放氮素，促进作物生长，减少化肥的使用。Koutika等［26］发现，在刚果盆地通过种植固氮树种，不仅可改善土壤中氮含量，增加碳固存，还能很好地减缓气候变化。

四是农林复合系统或农林业土壤中氮素与土壤有机质、植被生长的影响研究。氮素是植被生产力的主要限制因素之一，土壤有机质是土壤氮素的主要陆地资源库，且其分解对植被生长敏感。在不同的农林复合系统中，氮素含量不同，土壤有机质及植被生长亦不尽相同。在温带，农林复合经营模式下可以提高土壤全氮含量，氮含量的增加又可提高土壤有机质含量，提高作物养分；在亚熱带喜马拉雅山麓的一个农林复合经营系统中，通过施加一定比例的有机肥料，增加土壤有机质，可提高该系统的无机氮浓度，从而更好促进植物的生长［27］；在我国新疆干旱区的枣树/小麦农林复合系统中，由于其砂质土壤，氮素极其缺乏，有机质含量很低，土壤肥力较为低下，使得植被生长受限［28］。这说明在一定的含量范围内，土壤中氮素含量与有机质含量、植被生长状况呈正相关，即土壤中氮素含量越高，有机质含量也越高，植被生长越好。

3 讨论

氮元素对农林复合系统的生产力、土壤肥力、生物多样性和生态功能等方面有着重要作用，加上学者们之前对氮元素在农林复合系统中的研究，为深入探讨农林复合系统氮元素提供了重要的途径。在当前研究中仍然存在一些需要继续深入挖掘的地方：

（1）目前，干旱或半干旱地区在农林复合系统中的氮元素研究中很少被考虑，因而对于干旱或半干旱地区农林复合系统中的氮元素研究仍有待进一步深入研究。

（2）氮和碳联系紧密、不可分割。近些年随着人类活动频繁加剧，氮沉降增加，从而影响系统的氮碳循环。而在目前的研究中氮沉降如何对土壤碳库、土壤有机碳、碳储备等产生影响仍鲜见报道，如何结合新的分析方法，探究氮和碳更深的关系仍有待进一步深入研究。

（3）土壤中的氮含量受多种因素影响，主要包括人为因素和自然因素影响，对于这些因素的影响机制尚不清楚，且多种环境变化因素对氮固定的联合效应也鲜有研究，为了更准确反映土壤氮对于各种影响因子的响应机制，实现氮含量变化的精准分析，未来应更加深入研究土壤氮的影响机制。

4 结论

借助 CiteSpace软件对2012—2021年有关农林复合系统中氮研究的文献进行计量学分析，从文献发文量、发文机构、发文作者、关键词共现分析及演化趋势分析得出以下结论：

（1）有关农林复合系统中氮研究领域的重要研究机构是中国科学院、法国农业发展研究中心、法国蒙彼利埃大学等，同时国内和国外研究机构合作交流较少，因此需要加强与国际间的沟通交流。致力于农林复合系统氮研究的主要作者有Isaac ME、Naresh Thevathasan、刘文杰等，作者合作图谱呈现“整体分散，部分集中”的特点。

（2）关键词聚类的结果显示，当前研究的热点主要有土壤有机碳、有机农业、固氮作用、食品安全、n-15自然丰度、养分循环、二氧化碳、产量-安全、储备等方向。

（3）对关键词共现进行识别剖析发现，氮、农林复合系统、森林、动态、农林业、固存等是出现频率较高的关键词，可知农林复合系统或农林业中的氮素研究成为该领域的研究热点，由于农林复合系统多效益、多产品、较稳定等特点，使之成为未来农林业发展的重要方向。氮是生态系统中重要的营养元素，到2020年我国陆地总氮储量达10.43 Pg N，围绕不同的土壤管理系统下，氮含量研究、氮含量动态变化、土壤固氮以及土壤有机质等有关氮的研究是学者们重点关注的话题。

随着科技的进步和理论的完善，未来该领域的研究热点和研究方向由单一的土壤有机碳向多元化转变，如微生物氮、土壤固氮、氮含量影响分析等，未来农林复合系统氮研究中应当重点关注不同因素对农林业中氮的影响，气候变化、人类活动、植被类型、不同土壤管理系统、土壤因子等因素均可对氮含量产生影响。

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