刘嘉斌，田军仓，2，3，赵广兴，张 萌

（1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，银川 750021；3.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心，银川 750021）

0 引 言

我国是农业用水大国，但同时也是水资源极度匮乏的国家，水资源短缺已经成为严重制约我国农业发展的重要因素之一。2021年《中国水资源公报》数据显示我国全年用水总量高达5 920.2 亿m3，其中农业用水约为3 644.3 亿m3，占总用水量的61.5%[1]，但其农田灌溉水有效利用系数仅为0.568，低于世界先进水平0.7～0.8[2]。在水资源极度匮乏且利用效率不高的情况下，根据作物需水规律和外部环境等因素对农作物进行适时、适量的高效节水灌溉[3]，不仅可以用最低限度的水量来实现作物的增产增收[4]，同时也有效解决了我国水资源供需矛盾，促进了农业农村经济发展[5]。自20世纪70年代中期在我国开展节水灌溉以来，通过优化作物种植结构、发展高效节水灌溉技术、减少渠道水量损失等措施[6]，使得高效节水灌溉面积不断扩大，截至2020年底，高效节水灌溉面积已达2 300 万hm2[7]，地下取用水量大幅度减少，但仍存在水资源利用效率低下、节水灌溉技术落后、管理机制不明确等问题[8]。因此专项、深入研究节水灌溉有利于实现对农业水资源进行科学化调控和利用。

基于此，国内众多学者针对高效节水灌溉技术开展了大量研究，但主要集中在田间试验和模型研究，而利用文献计量的方法研究节水灌溉的文献未见报道。因此，本文采用文献计量的方法，检索2002-2021年20 a关于国内外节水灌溉领域发表的科技文献，利用知识图谱分析研究当前节水灌溉研究现状、研究热点以及未来发展方向和不足，以期为今后节水灌溉研究和发展提供参考依据。

1 研究方法

本文所研究的节水灌溉中文文献来源于中国知网数据库（CNKI），以“节水灌溉”为主题词进行检索，学科类别为农业类，文献来源为核心期刊，检索时间范围为2002-01-01—2021-12-31，共检索到3 203 篇文献；英文文献主要来源于Web of Science 核心数据库，以“water-saving irrigation”为主题检索，文献类型为论文，研究方向为农业，检索时间范围为2002-01-01—2021-12-31，共检索到1 476篇文献。检索得到的中文、英文文献均包含标题、作者、研究机构、国家、关键词和摘要等重要信息。

VOSviewer 软件是荷兰莱顿大学的Van Eck N J 和Waltman L 基于共现聚类思想研发的一款科研软件[9]，具有数据挖掘功能，可以从大量科研文献中提取相关的信息构建作者分析、共现分析、引用分析和作者机构合作分析等可视化网络图[10-12]，以便学者有效的查看和分析相关研究领域的研究现状，并且其具有数据分析量大、重叠性小、可视化程度高等独特优点。

2 结果与分析

2.1 发文量年变化趋势

发文量是文献计量学中评价科研生产能力的重要指标[13]，根据发文量动态变化可以充分了解到所研究领域的发展动态以及发展潜力。对检索得到的3 203 篇中文文献和1 476 篇英文文献进行年发文量统计，其统计结果见图1 所示。由图1 可知，中文文献发文趋势呈“凸物线”变化，在2011年达到峰值，年发文量为211 篇，占20 a 总发文量的6.58%，随后年发文量整体呈下降趋势，在2019年达到最小值，年发文量仅为64篇，但在随后2年年发文量明显升高；英文文献发文趋势呈波动式上升趋势，其中在2002-2018年英文文献发文量明显低于中文文献数量，这与英文期刊数量、影响因子以及审稿周期都有一定关系，在2019-2021年，英文文献发文量高于中文文献数量，且在2021年英文文献发文量达到最大值，为197篇，占20 a 总发文量的13.35%。综上，表明在2002-2018年是世界节水灌溉相关研究的起步阶段，且该时期国内学者对节水灌溉的研究力度要高于国外学者，在2019年之后，国际上关于节水灌溉的研究进入快速发展阶段。

图1 2002-2021年中英文年发文量变化Fig.1 Changes in the number of Chinese and English annual publications from 2002 to 2021

2.2 国家和机构发文量分析

科研论文被Web of Science 核心数据库收录的数量可以真实反应一个国家或一个科研机构科研能力的强弱[14]。对WOS核心数据库所检索到的20 a 文献分别进行国家和科研机构发文量统计，并对发文量前十的国家和科研机构进行发文量百分比统计，如图2 和图3 所示。由图2 可知，中国发文量位居首位，20 a 累计发文量达到512 篇，占发文量前十国家总量的36.44%，并且中国发文量高于排名第2 的美国和排名第3 的西班牙发文量总和，是发文量排名第4 的印度的3.97 倍；由图3可知，发文量排名前10的机构中有4家机构来源于中国，2家机构来源于美国，仅有1家机构来源于西班牙，并且中国农业大学和中国科学院分别以发文量占比15.70%和15.55%占据第1名和第2名，国际农业研究磋商组织以发文量占比13.30%位居第3名。另外，中国农业农村部和西北农林科技大学均以51篇的成绩进入发文量排名前10 的机构，并且4 所中国机构总发文量占比高达46.49%。由此可以看出，中国科研机构及科研工作者已经成为国际节水灌溉研究中不可缺少的力量。

图2 2002-2021年WOS核心数据库发文量排名前10国家占比Fig.2 Proportion of top 10 countries in WOS core database publication volume, 2002-2021

图3 2002-2021年WOS核心数据库发文量排名前10机构占比Fig.3 Proportion of top 10 institutions in WOS core database publication volume, 2002-2021

图4 为CKNI 核心数据库发文量排名前十的机构。发文量排名前10的机构在20 a中累计发文量为1 058篇，占检索文献总量的33.03%。由图可知，发文量最高的机构为河海大学，20 a 累计发文量达到182 篇，占前十机构总发文量的17.2%，其次是西北农林科技大学，发文量为176 篇，占比16.64%，然后是武汉大学和石河子大学均以113 篇的发文量位居第3。其余科研机构发文量均保持在50篇以上，占比不少于4%。

图4 2002-2021年CNKI核心数据库发文量排名前10机构占比Fig.4 Proportion of top 10 institutions in CNKI core database from 2002 to 2021

2.3 期刊发文量统计分析

学术期刊是展现科研工作者学术成果的重要途径，根据检索得到的中文和英文文献统计了发文量前10 的期刊，见表1。由表1 可知，中文期刊发文量前3 的期刊分别为《节水灌溉》、《中国农村水利水电》、《灌溉排水学报》，其中《节水灌溉》以752 篇的文献数量稳居第1，约占检索文献总量的23.48%，其复合影响因子为1.345。在中文期刊中《农业工程学报》影响因子最高，为3.446，并且以118 篇的发文量位居第4。 英文文献来源主要分布在《Agricultural Water Management》、《Irrigation and Drainage》、《Field Crops Research》等期刊，其中《Agricultural Water Management》发文量最多，在2002-2021年关于节水灌溉发文量高达425 篇，约占检索文献总量的28.79%，并且超越了发文量排名2～10 名的期刊发文量总和，并且其为2021年中国科学院1 区top 期刊，影响因子高达6.611。综上表明，关于节水灌溉研究的论文发表期刊较为集中，且期刊影响因子良好。

表1 中英文核心期刊发文量统计Tab.1 Statistics of papers published in Chinese and English core journals

2.4 作者发文量统计分析

中英文数据库作者发文量前10 如表2 所示。根据普赖斯公式计算核心作者最低发文量，即M=0.749（Nmax）1/2，Nmax为发文量最高作者的论文篇数，M为核心作者最低发文量[15]。在CNKI 数据库共检索到6 761 位作者发表过与节水灌溉研究相关科技文献，其中河海大学彭世彰教授以42 篇的发文量位居第1，根据普赖斯公式计算得到M=4.85，表明发文量高于5 篇的作者可以称为核心作者，通过统计发现共检索到259 位核心作者。由表可知，中文发文量排名前10 的作者共计发文296 篇，占总发文量9.24%，10 位作者分别来自5 所科研机构，其中河海大学和石河子大学分别有3 位作者入选。在WOS 数据库中共检索到5 506 位作者，其中佛罗里达大学Dukes Michael D 教授发文量最高，为28 篇，然后依次是里斯本技术大学Pereira Luis S 教授和设拉子大学Sepaskhah Ali Reza 教授位居第2 和第3，这10 位作者中有6位来自中国，分别是李仸生、徐俊增、张建华、康绍忠、黄冠华、杨士红，发文量共计89 篇，占排名前10 作者总发文量的50.86%。根据普赖斯公式得到M=3.96，所以核心作者发文量至少4 篇，经过检索发现有152 位作者为该领域核心作者。

表2 中英文发文量作者统计Tab.2 Author Statistics of Chinese and English Papers

2.5 文献引用频次数据分析

文献被引用次数可以有效反应科技成果的影响力和权威性[16]，因此对中英文数据库检索文献进行引用频次统计分析，如表3 和表4 所示。由表3 可知，CNKI 数据库中10篇高引用文章的引用频次均高于194 次，且有4 篇来源于《农业工程学报》，并包揽前3 名，其中康绍忠院士在2004年发表题目为《现代农业与生态节水的技术创新与未来研究重点》的文章以引用次数331 次位居第1，乔晓军在2005年发表的《无线传感器网络在农业中的应用》和刘增进在2004年发表的《冬小麦水分利用效率与最优灌溉制度的研究》 引用次数分别为316 和312，占据第2和第3。

表3 CNKI数据库文献引用频次数据统计Tab.3 CNKI database literature citation frequency data statistics

表4 WOS数据库文献引用频次数据统计Tab.4 WOS database literature citation frequency data statistics

由表4 可知，WOS 数据库检索的引用频次前10 的文章被引频次均高于200 次，且有6 篇文献来源于《Agricultural Water Management》，其中引用频次最高的是来自中科院的Deng Xipeng 在2006年发表题为《Improving agricultural water use efficiency in arid and semiarid areas of China》的文章，引用频次高达599 次，其次是Belder P 在2004年发表题为《Effect of water-saving irrigation on rice yield and water use in typical lowland conditions in Asia》的文章，然后是Liu Changming 2002年发表在《Agricultural and Forest Meteorology》期刊上题目为《Determination of daily evaporation and evapotranspiration of winter wheat and maize by large-scale weighing lysimeter and micro-lysimeter》的文章，以413次的引用量位居第3。综上表明，各数据库高引用文章具有一定的影响力和权威性，且发文期刊较为集中。

2.6 研究主题聚类分析

利用VOSviewer 软件对检索得到文献进行主题挖掘，将WOS 数据库检索文献导入VOSviewer 软件中，主题词阈值为10，共检索到满足阈值的主题词为468个，然后按系统设定条件最终确定281 个主题词，得到节水灌溉主题聚类分析图谱，如图5所示。图谱中，不同颜色代表主题类别不同，不同大小代表主题出现频次不同，越大表示出现频率越高，主题之间的距离代表主题相关性，距离越近相关性越强[11]。由图5 可知， saving、 model、 content、 grain yield、 rice、 irrigation system、 deficit irrigation、 wue、 management、 water stress、irrigation treatment 等主题词标签较大，表明它们出现的频率较高，由这些主题词得知近20 a 节水灌溉研究主要集中在灌溉制度、作物产量以及作物模型研究等方面，以不足额灌溉为宗旨，通过节水灌溉技术来提升水分利用效率，保障粮食产量。其中水稻和作物产量在图谱中距离较近，主要因为水稻耗水量高，是节水灌溉研究热点，且已有研究表明不足额灌溉可以对水稻造成一定程度的干旱胁迫，促进水稻根系生长，增加有效分蘖数[17]，提高灌溉水分利用效率，保障稻谷产量[18]。

图5 主题聚类分析图谱Fig.5 Topic clustering analysis map

2.7 关键词共现分析

关键词是作者对文章主体内容的精炼概括，可以快速、准确的反应文章核心内容[19]，利用VOSviewer 软件对文章关键词进行共现分析，可以得出当前研究方向和热点。将CNKI 数据库和WOS 数据库检索得到科技文献分别导入VOSviewer 软件中，关键词阈值均设置为10 个，CNKI 数据库和WOS 数据库检索得到满足阈值条件的关键词分别为151 个和80 个，最终得到各数据库关键词共现图谱，其中CNKI 数据库关键词共现图谱见图6，WOS 数据库关键词共现图谱见图7。图中关键词标签越大代表其出现频率越高，关键词标签越位于中心，代表其受到的关注度越高[20]。由图可知，CNKI 数据库中有关节水灌溉研究共现性较强的关键词有节水灌溉、滴灌、水稻、产量、水资源、灌溉模式、灌溉、水分利用效率、喷灌等；WOS数据库中关于节水灌溉研究共现性较强的关键词有yield、growth、 water saving、 management、 productivity、 deficit irrigation、use efficiency 等。综上表明，各数据库关于节水灌溉研究热点相对集中。

图6 基于CNKI数据库关键词共现图谱Fig.6 Keyword co-occurrence map based on CNKI database

图7 基于WOS数据库关键词共现图谱Fig.7 Keyword co-occurrence map based on WOS database

3 讨 论

文献作为科技成果的重要载体，可以反应科研人员对节水灌溉相关研究的关注度。研究发现，WOS 数据库中发文量前3的国家分别是中国、美国和西班牙，中国发文量高于美国和西班牙发文量总和，并且在发文量排名前10 的机构中有4家来源于中国，发文量占比均超过7%，表明中国科研机构对节水灌溉进行了大量研究，且具有一定的权威性。CNKI 数据库中河海大学、西北农林科技大学、石河子大学、武汉大学和中国农业大学是发文主力军，近20a 发文总量超694 篇，约占总发文的21.67%。总体来说，由于中国是农业用水大国，且水资源长期匮乏，利用效率不高，因此发展节水灌溉是保障农业经济发展的必要举措。

通过对作者发文量统计分析表明，在WOS 数据库中，发文量前3的作者分别来自美国、葡萄牙和伊朗，其中来自美国佛罗里达大学Dukes Michael D 教授发文量最高，为28 篇，他主要从事农业灌溉技术研究，其研究表明降低喷灌系统压力可有效节约用水，且不影响作物产量[21]。而来自广西大学的Li Fusheng 教授是发文量最高的中国学者，主要从事水土资源利用和植物营养学研究，其研究表明作物根区滴灌可有效降低作物耗水量，提高水分利用效率，同时氮肥利用效率也有所提高[22]。在CNKI数据库中，发文量排名前10 的作者发文量均在19 篇以上，其中河海大学彭世彰教授发文量最高，主要研究方向为水资源高效利用、节水灌溉理论及其农田环境效应，是我国著名的节水专家，首先提出了“水稻控制灌溉”，其研究表明稻田控制灌溉较大田淹灌溉可以有效减少土壤Cd、Cr 元素流失[23]，显著降低CH4排放量[24]。综上表明，国内众多学者针对节水灌溉已开展大量研究，且成果丰富。

根据近20 a 的数据库关键词共现图谱，见图6 和图7。可知，灌溉方式（滴灌、喷灌）、灌溉制度、水分利用效率以及对作物生长和产量的影响是国内外关于节水灌溉研究的共同热点问题。其中滴灌作为国际公认的最先进的精量灌溉技术[25]，可以有效提高水分利用效率，且成本低廉、实用，因此引起了国内外学者的研究浪潮。赵波[26]等通过田间冬灌试验研究表明滴灌可有效提高土壤水分均匀度，降低土壤盐分，提高棉花产量；Roman[27]等在轻质沙壤土中采用滴灌栽培芦笋，结果表明芦笋的高度、数量和直径都得到显著增加；严程明[28]等通过田间试验研究表明滴灌施肥较常规施肥而言，可有效提升菠萝产量及品质，节约施肥成本。与此同时，根据灌溉作物、气候条件和土壤条件等因素制定合理的灌溉制度也是节约水资源，促进农业持续发展的重要途径。王兴鹏[29]等基于AquaCrop 模型研究表明在南疆地区采用灌水周期5 d、灌溉定额540 mm 的灌溉制度可保证无膜滴灌棉花具有较高的产量和水分利用率；Pérez-Álvarez E.P[30]等通过田间试验研究表明调亏灌溉可提高葡萄的酿酒潜力，反而充分灌溉会降低葡萄产量及品质；Chen[31]等通过温室番茄试验表明加气灌溉可有效提升番茄产量，且亏缺灌溉可有效降低土壤CO2和N2O 排放量；徐利岗[32]等通过大田滴灌枸杞试验表明，在干旱区平水偏丰年型（P=40%）条件下，枸杞滴灌最优灌溉制度为灌溉定额3 750 m3/hm2,灌水次数为14 次,其中萌芽期灌水1 次,营养生长期2 次,盛花期、盛果期各4 次,秋季生长期灌水3 次。综上，国内外研究主要集中在灌溉方式的改良以及灌溉制度的优化对水分利用效率和作物生长和产量的影响。

4 结论与展望

本文以“节水灌溉”为主题词，使用CNKI数据库和WOS数据库以2002-2021年相关文献为数据样本，借助Excel 和VOSviewer 软件对数据样本年发文量、发文国家和机构、期刊、研究主题、关键词共现以及高产作者和高引用文章进行可视化分析，最终得出以下结论与展望：

（1）近20 a 来，各数据库在节水灌溉领域的发文量居高不下，且随着水资源供需矛盾的日益突出，在未来节水灌溉的研究仍将是一个热点话题。在WOS 数据库中，中国科研机构已经成为发文主力军，中国农业大学以105篇发文量位居第一，远超其他国家科研机构，对此国内众多学者为节水灌溉领域的研究和发展作出了不可磨灭的贡献，涌现出了一大批优秀的科研工作者。目前，发表节水灌溉相关文献的期刊目前主要集中在农业和水利方面，其中CNKI和WOS数据库发文量榜首分别为《节水灌溉》 和《Agricultural Water Management》，发文期刊分布较为集中。从研究主题以及关键词共现等方面来分析，各数据库研究热点较为统一，主要集中在改变灌溉方式，制定合理灌溉制度对作物生长和产量以及水利利用效率的影响，其中水稻因需水量巨大，是节水灌溉研究的重点作物。

（2）节水灌溉作为今后农业发展的重要举措，其发展趋势主要表现在以下3个方面。一是研究区域需要从单一的田块向灌区尺度转变，从区域水循环的角度实现节水灌溉；二是节水灌溉需要实现智能化和精准化，依靠智能体系实时监测土壤环境和作物生长状况，实现精准灌溉；三是对农业用水进行改革，完善计量设备，建立农业用水机制，科普节水知识，增强节水意识。