中国干旱区草地土壤盐渍化研究可视化分析

Visualization Analysis on Grassland Soil Salinization in Arid Regions of China

摘要

基于WOS核心合集和中国知网（CNKI）数据库文献，借助文献可视化分析方法，对我国1984—2021年干旱区草地土壤盐渍化研究进行综合分析，得到以下结果。（1）近40年我国干旱区草地土壤盐渍化研究相关 文献发文量由1~2篇/年增加到80篇/年以上，文献数量变化历经缓慢增长、波动增长和跳跃性增长三个阶段，中国科学院和新疆大学团队是该领域的研究主力。（2）研究内容主要为干旱区草地土壤盐渍化现状及其时空动态监测、盐渍化成因分析、草地土壤盐渍化的防治与修复，以及其生态环境效应等方面。早期研究主要集中在松嫩平原、河西走廊、新疆绿洲等地，21世纪以来研究重点逐渐转移到内蒙古自治区。（3）20世纪80年代主要关注草地土壤盐渍化的成因，21世纪初转向盐渍化草地时空动态监测及其生态环境效应分析，近年来重点转为草地土壤盐渍化的生态修复研究。在我国大力推行生态文明建设的背景下，治理和改善盐渍化草地不仅是确保粮食安全的有效措施，也是巩固我国北方生态安全屏障建设的有效途径之一。因此，干旱区草地盐渍化土壤的精准监测及预测方法、盐渍化草地高效治理方法的研究是干旱区草地土壤盐渍化的主要趋势。

Abstract

The large population makes China limited in arable land resources per capita and salinization of grassland soil further exacerbates the situation. To understand the evolution and current state of grassland salinization research in arid regions of China are therefore of great significance for guiding future investigations. The comprehensive analysis for the research concerning soil salinization in arid grasslands of China from 1984 to 2021 was carried out through the retrieval in the Web of Science （WOS） Core Collection and the China National Knowledge Infrastructure （CNKI） database and based on literature visualization analysis. The results revealed that （1） the number of publications on the study of grassland soil salinization in arid regions of China had increased from 1-2 papers to more than 80 papers annually over the last 40 years， and the increasing of the research experienced three phases of slow growth， fluctuating growth， and leapfrog growth， in which the Chinese Academy of Sciences and Xinjiang University made the major contributions in the field； that （2） the research primarily focused on the status of grassland salinization in arid regions and its spatiotemporal monitoring， the causes of salinization， the prevention and restoration of grassland soil salinization and its ecological and environmental impacts， and the early studies mainly concentrated in the Songnen Plain， the Hexi Corridor， and the Xinjiang Oasis， however， the research focus gradually shifted to Inner Mongolia since the beginning of the 21st century； that （3） in the 1980s， the research topic mainly focused on the causes of grassland soil salinization， at the onset of the 21st century， it shifted towards the spatiotemporal monitoring of salinized grasslands and the analysis of their ecological and environmental implications， and at present， it focused on the ecological restoration of grassland soil salinization. Under the background of promotion ecological civilization construction in China， managing and improving salinized grasslands was not only an effective measure to ensure food security， but also one of the effective ways to consolidate the construction of ecological security barriers in northern China. Therefore， to explore the precise monitoring and prediction methods， as well as efficient management methods， for saline soil in arid grassland should be the main trends of research for saline soil in arid grassland.

Graphical abstract

关键词

土壤盐渍化 / 草地退化 / 文献计量 / 干旱区 / 生态修复

Key words

soil salinization / grassland degradation / bibliometrics / arid zone / ecological restoration

草地是地球上分布最为广泛的陆地生态系统，具有防风固沙、涵养水源、净化空气、保护生物多样性等重要的生态功能^［1］，在全球碳循环和气候变化中具有重要作用^［2］。全球草地总面积约为52.5亿hm²，占陆地总面积的40.5%。中国草地面积近4亿hm²，占国土总面积的41.7%，主要分布在新疆维吾尔自治区（简称新疆）、西藏自治区（简称西藏）、甘肃省、内蒙古自治区（简称内蒙古）等13省份，涵盖了中国北方11个重点牧区^［3］。然而，受全球气候变暖和人类活动的双重影响，我国北方草地的退化问题日益严重^［4］，草地生态系统的稳定性受到威胁。草地土壤盐渍化是草地退化的主要表现之一，是土壤中盐分过度积累而导致土壤盐度升高，土壤中的营养元素和水分供应受到限制，从而影响草地植被的生长^［5］。目前，全球受盐渍化影响的土地面积大约为9.55亿hm²，其中7.7亿hm²正在遭受土壤次生盐碱化的影响^［6］。中国的盐渍土地总面积约为 3 487万hm^{2 ［8］}，其中盐土为1 600万hm²，碱土为87万hm²，其他各类盐碱化土壤的面积也高达1 800万hm^2［9］。在盐渍土地总面积中，盐渍化草地面积达1 044万hm^{2 ［10］}。可见，我国干旱区草地土壤盐渍化问题十分严峻。

自20世纪50年代起，我国开始对东北、青海省、西藏、新疆、宁夏回族自治区（简称宁夏）、内蒙古及 华北平原等地区的土地资源进行深入考察和土壤普查^［9］，基本掌握了我国盐渍土地资源的基本概况。同时在新疆、宁夏、内蒙古河套地区、松嫩平原及辽河三角洲等地进行大规模的盐渍土地开垦、改良和利用工作^［10］。随后在20世纪60年代，我国以地下水临界深度及其控制^［11］、灌溉渠系的布置和防渗^［12］、明暗沟和竖井排水技术^［13］等为研究重点，开始了土壤盐渍化的专项研究。20世纪70年代后期，新疆^［14］、内蒙古^［15］和 河西走廊^［16］、松嫩平原^［17］等土地盐渍化问题，通过实施排水种稻^［18］、竖井排盐^［19］等综合治理措施得到了一定程度的改善。进入21世纪后，随着农业快速发展，盐渍化土地的利用、管理和防控愈发受到关注，围绕盐渍化土地的时空变化^［20］、修复^［21］、管理^［22］、防控^［23］等方面开展了深入研究。

综上所述，盐渍化草地的改良、治理利用对我国生态安全屏障建设和拓展耕地资源储备具有重要作用，本文检索相关中英文文献，梳理了我国干旱区草地盐渍化研究发展脉络及现状，以期为扩充后备耕地资源和生态文明建设提供参考。

1 研究方法与数据处理

1.1 数据来源

本研究数据来源于CNKI和WOS核心合集数据库中的核心期刊，以“草地盐渍化”“草地土壤盐渍化”“干旱区草地”“ Salinization of grassland” “Saline alkali grassland”“Soil Salinization”“Salinized grassland”“Grassland in arid areas”等为主题关键词进行检索。未设置起始时间，截止时间为2021年，共获得956篇文献，其中中文文献560篇，英文文献396篇。以CiteSpace软件可以读取的格式导出获取的中英文文献，获得作者、机构、摘要、关键词等信息。

1.2 研究方法

文献计量分析作为描述、评估及预测科技现状和发展趋势的最直接方法，避免了传统文献资料概括时的主观性强，及缺乏基于量化方法对文献进行系统性总结的缺陷。CiteSpace是由美国德雷克塞尔大学计算与信息学院陈超美博士开发的文献可视化软件，基于共现聚类思想研发的一款科学知识可视化工具，将研究结果进行可视化展示，在聚类技术、图谱展示等方面具有独特优势^［24］。本研究运用CiteSpace软件，采取文献计量分析法，对我国干旱区草地土壤盐渍化研究的文献进行了可视化处理。

2 文献数量、作者与机构分析

2.1 发文数量

文献发文量常用于衡量特定主题或领域在确定时间段内的研究活跃度和研究热点。借助文献计量学工具如CiteSpace，对干旱区草地土壤盐渍化研究的相关文献进行了历年统计分析。结果显示，1984年至2021年，我国在此领域的文献发文量及其变化趋势见图1。近四十年间，我国关于干旱区草地土壤盐渍化的研究发文量持续上升，从最初的每年1篇提高到如今的每年88篇，年均增长率为8.13%。据此，可以将其发展过程大致划分为三个阶段。

缓慢增长阶段（1984—1993年）：1984年以前我国土壤盐渍化研究主要对象是耕地土壤盐渍化^［25］，而草地土壤盐渍化问题研究较少。1984年后程心俊等^［26］对新疆塔里木地区草地盐渍化发生原因、类型、特征等进行了研究，此后相关研究成果数量逐步增加，但总体关注度较低，年发文量不到10篇。

波动式增长阶段（1994—2013年）：1994年，赵其国教授在第十五届世界土壤学年会的盐渍土地专题报告中，深入探讨了盐渍化对生态、环境以及持续农业的危害和影响^［27］。我国在东北盐渍区、河套平原和新疆干旱区域的盐碱地生态治理上，实施了多个国家级重点治理开发项目^［25］，这些项目的推进，使得21世纪初的干旱区草地土壤盐渍化研究成果大幅增加，年发表论文数量增长至43篇。

跳跃式增长阶段（2014—2021年）：“十三五”期间，面对我国“两屏三带”生态安全屏障的建设需求，主要集中在生态监测预警^［28］、荒漠化防治^［29］、水土流失治理^［30］、石漠化治理^［31］、退化草地修复^［32］以及生物多样性保护^［33］等领域进行研究。这期间实施了一系列国家重点专项项目，如“典型脆弱生态修复与保护研究” “水资源高效开发利用”等，这些项目丰富和拓展了盐渍化草地开发利用的技术储备，对我国盐碱地治理技术研发和研究队伍的建设起到了积极推动作用。因此，相关文献数量迅速增长，年发文量增长至88篇。

2.2 发文作者群体分析

利用 CiteSpace软件对检索的中英文文献的发文作者进行了深入分析，并得到了作者合作网络图（见图2-3）。图中节点的大小代表了作者的发文量，节点之间的连线则揭示了作者之间的合作关系，而网络 密度则反映了作者团队之间的合作程度。由图2可知，关于中国干旱区草地土壤盐渍化研究的中文文献中，发文量最多的作者是丁建丽，其次是董宽虎，他们在近40年中的发文数量分别达到了36篇和28篇。此外发文数量在十篇及以上的作者还有赵祥、张凤华、刘生强、王飞等。目前有11个稳定的研究团队，团队内部联系紧密，但团队之间的交流比较少。由图3可知，近30年有关中国干旱区草地土壤盐渍化英文文献 发文量最多的是Ding Jianli（10篇），其次是Liu Jixiang（9篇），发文量5篇以上的作者还有Zhang Fei、 Wang Yingnan等，其发文总量占总发文量的10.56%，形成了上述作者为代表的11个研究合作团体，表明我国干旱区草地土壤盐渍化研究中英文文献作者较为分散，只有少数高频次发文作者的研究，对我国干旱区草地土壤盐渍化基础理论研究起到重要作用。

2.3 发文机构

本研究采用CiteSpace软件，对我国干旱区草地土壤盐渍化相关的中英文文献发文机构进行分析，结果见表1。发表文章数量超过10篇的机构共有17个，其中中国科学院、新疆大学、东北师范大学、兰州大学、山西农业大学的发文数量名列前五，占所有机构发表的文章总数的64.44%，这充分说明了我国干旱区草地土壤盐渍化研究的机构相对集中，各研究机构的研究领域也各有特色。例如，中国科学院研究团队在新疆、甘肃、松嫩平原等地区的草地盐渍化的生态效应^［34］、土壤盐分分布^［35］、植物适应机制^［36］等方面进行了深入研究，并提出一系列的盐渍化草地治理改良措施，如改良土壤、调整植被结构、增加有机质等，是我国干旱区 草地土壤盐渍化研究领域发表文章最多的机构。

新疆大学的研究团队以我国西北干旱地区为研究基地，专注于盐渍化草地的土壤微生物群落^［37］、植物生理生态^［38］等领域的研究；东北师范大学、山西农业大学、兰州大学等高校研究团队对松嫩平原、河西走廊、内蒙古等地盐渍化草地的土壤物理化学性质^［39］、植物生长和土壤微生物^［40］、土壤盐分分布^［41］、耐盐碱植物 适应机制^［42］等方面进行了详细研究。

3 研究内容及前沿趋势

3.1 研究内容

关键词是作者对文章主题的高度提炼，代表文章的核心观点，对某一领域的关键词进行分析，得到各关键词出现频次、中介中心性等信息，有助于挖掘相关领域的研究热点^［43］。使用CiteSpace软件统计我国干旱区草地盐渍化研究相关文献关键词出现的频次，再将其中的同义词进行合并后，获得出现频次排名前25个关键词（表2）。除去本文检索词“盐碱化”“土壤盐渍化”等，根据所列关键词的内在联系，并参考相应时期研究成果，发现我国干旱区草地盐渍化研究主要聚焦以下四个方面。

（1）草地土壤盐渍化的监测与评估。“遥感、dynamics、model、土壤盐分、含盐量、土壤水分、土壤养分、Salt”等高频关键词，可以看出草地土壤盐渍化监测与评估是我国干旱区草地土壤盐渍化研究的重要主题之一。草地土壤盐渍化的监测与评估主要包括土壤水盐时空动态的监测，土壤盐分状况的评估，不同尺度草地土壤盐渍化发生的风险评估，以及典型或热点 区域草地土壤盐渍化发生与发展趋势预测^{［28，44］}。新的技术和方法在草地土壤盐渍化监测与评估研究中的 广泛应用，进一步提高了草地土壤盐渍化监测的效率和精度。如石磊等^［45］运用遥感反演和实地观测验证的方法，研究了柴达木盆地土壤盐渍化的时空变化问题，采用了土壤盐度指数的方法评估了该地区的盐渍化程度变化及其空间分布，徐存东等^［46］运用空间遥感技术及GIS技术构建了盐渍化风险灰色评估模型，对干旱区人工绿洲土壤盐渍化风险进行了定量评估。

（2）草地土壤盐渍化成因分析。“land use、土壤水分、climate、salt、stress、soil ”等高频关键词，可看出土壤盐渍化的成因分析是干旱区草地土壤盐渍化的又一研究主题。我国干旱区草地土壤盐渍化既受自然气候条件影响，又与人类活动有关。魏云杰等^［47］对新疆土壤盐渍化成因及其防治对策研究发现，地质、地貌、 土壤质地和人为灌溉方式不合理等是新疆土壤盐渍化形成的原因。

（3）草地土壤盐渍化防治与修复研究。“ 改良、人工草地、management、治理、围栏封育”等高频关键词，可以看出干旱区草地土壤盐渍化的防治对策及治理研究也是重点主题之一。从“十一五”到“十三五”，我国北方松嫩平原、河西走廊和新疆等草地土壤盐渍化重点发展区域，实施“盐碱地农业高效利用”等多个国家重点研发计划项目，针对不同地区的盐碱地进行生态治理关键技术的研发和示范应用。如耐盐碱植物种植改土技术^［48］，微生物土壤调理制剂控盐技术^［49］，生态排盐技术^［50］，生态型的土壤改良调理技术^［51］。

（4）草地土壤盐渍化生态环境效应。“羊草、草地退化、退化、quality、carbon、leymus chinensis、nitrogen”等高频关键词可以看出草地土壤盐渍化生态效应分析是重点主题之一。草地土壤盐渍化作为一个重要的草地退化类型，草地土壤盐渍化与环境的关系研究逐步受到了重视。相关研究对次生盐渍化的生态环境效应^［52］、盐渍区水土资源开发利用中的生态环境问题^［53］、土地退化与生态环境的关系^［54］、气候变化与草地土壤盐渍化演变^［55］等方面开展工作。

此外，从“干旱区、松嫩平原、河西走廊、新疆”等高频关键词发现，我国北方松嫩平原、河西走廊和新疆等地是草地土壤盐渍化重点发展区域。在这些区域相关研究主要围绕草地土壤盐渍化的盐分迁移^［56］及其空间分布^［57］、土地利用变化^［58］等影响因素、盐渍化治理与恢复^［59］等方面进行展开。

3.2 前沿趋势

本研究利用CiteSpace软件的突现检测算法，得到干旱区草地土壤盐渍化研究的突现词，并由此可以确定干旱区草地土壤盐渍化研究热点及其变化。近40年我国草地土壤盐渍化研究突现词出现结果可以看出：

第一阶段（1984—1993）：发展农业生产、提高土地产能、保障粮食安全、拓展耕地资源需求，20世纪80年代我国学者选取河西走廊等草地土壤盐渍化典型区域，开展了草地土壤盐渍化监测、草地土壤盐渍化成因、草地土壤盐渍化防治及生态修复^［60］等方面的研究。该时期的研究方法以定性或半定量研究为主，如对河西走廊盐渍化草地土壤生态指标进行定量研究表明，土壤盐分、 有机质、 结构及有害离子数量，可作为土壤生态指标^［61］。

第二阶段（1994—2013年）：“天然草地、畜牧业、荒漠化、改良”等关键词突现，由此可知，草地土壤盐渍化环境效应分析是该时期研究前沿^［62］。而草地土壤盐渍化成因及盐渍化草地的防治和治理技术的研究是该领域研究持续关注的焦点^［63］。草地作为畜牧业发展的重要基础，以荒漠草地为例，开展了土地盐渍化对草地的影响研究^［64］。草地土壤盐渍化成因分析主要采用定性和定量方法研究。

第三阶段（2014—2021年）：“干旱区、遥感、土壤盐分、Temperature、荒漠草地、Shallow groundwater 、Prediction、Inner Mongolia、Regression、Random forest、土壤盐分”等关键词的突现强度较高，表明随着3S技术的广泛应用，研究草地盐渍化的监测和预测成为研究热点。机器学习模型和回归模型^［65］等研究方法广泛应用于草地土壤盐渍化研究。如基于MSAVI-SI特征空间来构建盐渍化遥感信息提取指数模型（MSI），发现生态脆弱区，受地下水影响明显的中段，是玛纳斯河流域灌区土壤盐渍化的重要原因^［66］。

4 结论

草地土壤盐渍化问题是我国干旱区生态环境面临的严重挑战之一。通过对近40年我国干旱区草地 盐渍化研究的发展脉络进行系统梳理与归纳可得如下结论。（1）我国干旱区草地土壤盐渍化研究的发文数量经历了从缓慢增长（1984—1993年），到波动式增长（1994—2013年），最后到跳跃式增长（2014—2021年）的三个阶段，发文量从最初1~2篇/年，发展到现在的86篇/年。其中，新疆大学的丁建丽团队和中国科学院的董宽虎团队是我国干旱区草地土壤盐渍化研究的主要力量，他们的发文量占总发文量的12.11%，但各研究机构间的合作尚显不足。（2）在近40年里，我国草地土壤盐渍化研究的主要内容集中在草地土壤盐渍化的监测，草地盐渍化的成因分析，以及草地盐渍化的防治三个方面。（3）自20世纪80年代开始，草地土壤盐渍化的监测研究受到了广泛关注，进入21世纪初，草地土壤盐渍化成因的分析研究已成为主要研究课题，近年来，盐渍化草地的生态治理与修复研究成为研究热点。相关研究主要集中在松嫩平原、河西走廊、河套平原和新疆绿洲等典型地区。在研究方法上，早期主要采用定性和半定量研究方法，而自21世纪以来，研究方法已逐渐转向定量研究。

我国基于生态安全建设和耕地资源保护，对盐渍化草地的治理、改良和利用意义重大。这不仅有助于扩充备用耕地资源，也能提升草地质量。未来的研究应侧重于微观层面的高效治理以及草地土壤盐渍化的时空变化科学预测。首先，它能提升土地生产力，为农业拓展更多土地资源。其次，有效治理能降低盐渍化对草地植被和土壤的负面影响，改善生态环境。此外，治理盐渍化草地还有助于增强土地生态稳定性，降低生态系统脆弱性，为生态安全建设提供支持。同时，草地土壤盐渍化的时空变化科学预测研究也至关重要。深入理解草地土壤盐渍化的时空分布规律，有助于制定更有效的治理策略和预防措施，从而预警潜在的 盐渍化问题，采取针对性措施，防止土地质量的进一步恶化。

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基金资助

国家自然科学基金资助项目“基于国别的蒙古高原土地沙漠化对比研究”(41861024)

内蒙古自治区重点研发和成果转化计划资助项目“《蒙古高原生态大数据中心》平台建设与应用示范”(2023KJHZ0027)

内蒙古师范大学基本科研业务费专项资助项目“内蒙古典型草原草地枯落物特征及其影响研究”(2022JBZD017)