全球气候变暖是21世纪人类面对的重大挑战之一。应对气候变暖、减少碳减放、增加碳汇等是当今国际政治、经济以及科学研究的热点。当前，“双碳”目标已成为我国的重要战略目标，即力争二氧化碳排放在2030年达到峰值，并努力争取2060年实现碳中和。土壤是地球上大气圈、水圈、岩石圈、生物圈几个圈层相互作用最活跃的交界面
[1]。土壤碳库储量为2.4万亿t，约为地球系统植被碳库的3~4倍、大气碳库的2~3倍
[2]，超过大气和植被有机碳储量的总和，是陆地生态系统最大的活跃碳库
[3]。土壤碳库微小的变化将深刻影响整个陆地生态系统的碳循环过程
[4-5]，每年土壤碳库和大气CO
2的交换量是人为排放的10倍以上，在调节全球气候变化和碳循环反馈中起到了极其重要的作用
[6]。在其他碳封存或低碳技术尚未广泛商业化应用的情况下，土壤碳固存可以为人类在未来10~20 a内争取宝贵时间
[7]。因而，土壤碳封存技术被《联合国气候变化框架公约》列为实现“双碳”目标的关键途径之一。
随着大数据时代的到来，大量纷杂的研究成果在科学计量学和数据可视化技术的推动下变得更加简单明了，且比传统的文献综述更具科学性与可读性
[8]。文献计量工具VOSviewer适合构建可视化的大型网络图谱，运用关联强度的相似性测量分析各种合作关系，比如以图谱中的关键词共现网络进行聚类分析，可以得出科学领域的研究热点；CiteSpace则是一款用于分析和可视化共引网络的Java应用程序，通过对每篇文献的作者、机构、国家、期刊等信息进行提取（文献的所有作者及其所属机构和国家等），并对所提取信息进行分析，形成可视化网络图谱，总结特定学科和领域研究进展和规律
[9-13]。
目前，对于利用文献计量学知识手段研究土壤碳固存的文献成果相对较少，并存在检索文献不全面、分析方法单一、知识图谱解读欠缺等问题
[14]。本研究基于Web of Science核心数据库，结合CiteSpace、VOSviewer等软件，对国内外土壤碳固存的发文数量、主要国家、研究机构、研究学者、文献共被引、关键词共现及聚类分析等进行详细解读，分析其研究脉络和发展趋势，并探究土壤碳固存领域的研究热点，以期为土壤可持续管理和减缓气候危机提供重要科学支撑。
1 数据和方法
1.1 数据收集
本研究采用的所有文献数据来源于Web of Science核心合集数据库。检索日期为2023-05-26，检索条件：以“soil carbon sequestration”or“soil organic carbon sequestration”or“soil sequestering carbon”为全部检索词，文献类型设置为论文（Article）和综述（Review）。考虑到专业术语在表达上的区别，笔者以OR连接相近含义的术语，以英文双引号（“”）将词组分隔为一个个整体，使检索范围更精确并减少疏漏。为减小误差、提高精度，将文献导入到Endnote中逐条整理挑选，删除与研究主题和检索式不符合的文献，经筛选后最终得到2 107篇文献。
1.2 研究方法
利用Web of Science自带分析检索结果功能，运用Excel对检索文献的发文量进行计量分析；利用VOSviewer对检索文献的发文国家（地区）、机构之间的合作网络进行可视化分析。利用CiteSpace（6.1R6）对检索文献的发文国家、发文机构、发文作者、文献共被引、关键词共现、关键词聚类、关键词突现等指标进行计量分析，通过信息提取、定性与定量相结合等方法，梳理归纳土壤碳固存领域研究热点，并揭示该领域的发展轨迹和前沿趋势
[15]。
2 结果与分析
2.1 时间发展脉络
文献发表的趋势和数量能够反映出该领域研究的发展进程和速度
[16]。根据2002—2022年的2 032篇论文的年度产出情况（
图1），土壤碳封存的研究最早开始于美国，早在20世纪90年代美国能源部就提出将空气中的CO
2封存于土壤中，从而减少温室效应的负面影响。2001年，美国率先提出了固碳科学和固碳科学技术的概念
[17-18]。联合国粮食及农业组织（FAO）于2002年发布了《土壤有机碳：对粮食生产和环境的重要性和潜力》的报告，该报告第1次提出了土壤碳固存的概念
[3]。2015年在法国举行的第21届联合国气候变化大会会议明确了耕地土壤中有机碳封存对减缓气候变化和粮食安全的重要性。在会上，法国农业部发起了关于“促进粮食安全和减缓气候变化的千分之四全球土壤增碳计划”的倡议（“4P1000”）
[19-20]。自此，土壤碳固存领域的研究成果不论是数量还是影响力上都有了显著的提升。学者们对其关注度也在不断增加，尤其是在2016年后增长迅速，2022年发文数量达到了294篇，上升到了一个新的高度。当前各国纷纷制定政策和行动计划，鼓励和支持土壤碳固存研究和实践，土壤碳固存领域的研究前景光明，未来在这个领域可能会有更多的突破和创新，为减缓气候变化和实现可持续发展作出积极贡献。
2.2 发文国家与国际合作
为了更好地解析土壤碳固存领域的发文国家和关联度，对检索的2 107篇文献进行了国家合作图谱可视化分析。设置CiteSpace面板中的“Country”选项，其余为系统默认设置，可获得该领域发文国家的知识图谱（
图2），可视化图谱中有110个节点、957条连线，网络密度为0.002 5。
图2标注了发文量大于20篇的国家，图中每个节点表示国家，节点间的连线代表2个国家之间的联系，节点的大小表示发文的数目。为了更好地剖析该领域的发文国家，对知识图谱结果进行进一步的挖掘（
表1）。从论文产出的角度看，中国和美国发表量最多，其后的8个国家论文产量差别较小。
由
图2可知，中国土壤碳固存研究起步较晚（2005年），与美国相比，目前在土壤碳固存领域的基础研究和技术方面仍存在一定差距，但已经取得了较大的发展，研究也相对深入。国家中心性代表该国家在某特定研究领域的国际影响力。对国家的中心性进行排名，中心度值大于等于0.1的节点被视为关键性的节点，美国、法国、德国、澳大利亚、意大利这5个国家中心度大于等于0.1，说明这5个国家在土壤碳固存领域具有很高的创新性，其中美国中心性最高（0.37），表明美国的国际影响力最大，在土壤碳固存领域中发挥着巨大的作用。虽然中国发文数量是第1，但其中心性（0.05）仅为美国的13.5%。表明近年来中国在土壤碳固存领域较为活跃，但研究成果的国际影响力还有待提高，未来应加强在该领域的科研创新性和引领性。
为了更好地反映土壤碳固存领域的发文国家之间的联系，将Web of Science核心合集数据库的数据导入VOSviewer，生成该领域发文国家合作关系网络图谱（
图3）
[14]。与CiteSpace一样，图中每个节点表示国家，节点大小与国家的发文量成正比，2个节点的连线表示两国间的联系，连线的粗细表示合作强度
[16]。从
图3可以看出，中国与美国之间建立了密切的合作关系，与此同时，两国与其他国家也有一些紧密的合作。说明中美两国对土壤碳固存研究重视程度都较高、投入力度也大。值得注意的是，澳大利亚、加拿大与中国合作紧密程度仅次于美国。从Web of Science核心合集数据库论文发表收录情况和国家间的合作网络关系可知，土壤碳固存领域中美两国的研究已具有显著的地位和较高的影响力
[14]。
2.3 发文机构与合作
为了更好地反映土壤碳固存领域的发文机构和关联度，将Web of Science核心合集数据库的数据导入VOSviewer，生成该领域发文机构合作关系网络图谱（
图4）
[16]。图谱中每个节点表示机构，节点大小与机构的发文量成正比，2个节点的连线表示机构间的联系，连接线的粗细表示合作强度。国家高等院校和科研机构等在某个科学领域的论文发表数量和趋势可以间接显示出一个国家在该领域的权威性和人才队伍建设情况
[16]。
土壤碳固存领域发文量排名前10的机构依次为中国科学院（286篇）、美国农业部农业科学院（77篇）、西北农林科技大学（74篇）、俄亥俄州立大学（65篇）、中国农业科学院（55篇）、中国农业大学（54篇）、南京农大大学（48篇）、科罗拉多州立大学（46篇）、阿伯丁大学（45篇）以及西澳大学（38篇）。在所有机构中，中国机构占比最大，排名前10的机构有5所都来自中国，占比50%。在所有机构的合作中，中国科学院、西北农林科技大学、中国农业科学院、中国农业大学、南京农业大学之间建立了较强的合作关系，说明这5所机构能充分利用不同高校和科研单位的资源，从而激发出新的研究视角，促进了土壤碳固存领域的学术创新。
2.4 发文作者与合作
为了更好地反映土壤碳固存领域的核心作者和他们的合作关系，对检索文献进行了作者合作图谱可视化分析。设置CiteSpace面板中的“Author”选项，其余为系统默认值，可获得该领域核心作者的知识图谱（
图5）。核心作者是推动科学领域学术创新和发展的主要力量，对其发文量进行分析，可以有效识别某研究领域的发展趋势和脉络。根据普莱斯理论
[21]：
N=0.749（
Nmax）
1/2（
Nmax为发文量最大的作者，
N为核心作者的最低发文数量）计算，发文数量≥3篇（
N=2.802）的学者可被认为是核心作者。
图5展示了发文量大于3篇的作者，每个节点表示作者，2个节点的连线代表了作者之间的联系，节点的大小则是发文的数量。图谱中共有660个节点、715条连接，网络密度0.003 3。由
图5可知，土壤碳固存领域研究文献的作者合作网络雏形初现，影响力最大的学者是LAL RATTAN，他是美国俄亥俄州立大学土壤科学杰出教授、土壤碳循环和土壤碳固存领域的重要研究者，曾获得诸多荣誉和奖项，致力于研究可持续土壤管理和碳封存。
土壤碳固存领域高产（发文量不小于5篇）学者分别为：Lal Rattan（50篇），Smith Pete（24篇），Zhao Xin（9篇），Tian Xiaohong（6篇），Ghosh Avijit（6篇），Paustian Keith（6篇），Lu Fei（6篇），Virk Ahmad Latif（6篇），Bhattacharyya RanjaN（5篇），Xu Minggang（5篇），Nair P K Ramachandran（5篇），Nair Vimala D（5篇），Six Johan（5篇）。总体而言，土壤碳固存领域形成了以Lal Rattan、Smith Pete、Zhao Xin、Tian Xiaohong和Xu Minggang为核心的覆盖面较广的学术研究团体，学者们之间的交流与合作较为紧密，这使得该领域的研究力量相对集中，学者们之间联系密切，有利于该领域的深度合作探究。
2.5 文献共被引
在每一个研究领域，都会由于作者之间的引用行为形成一批同行认同的基础性的经典研究成果。这些成果在理论、方法、研究过程等方面为后续的研究提供了重要的基础和参考
[9]。
图6是以4 a为时间切片的文献共被引分析，图中展示了被引频次大于30的15篇文献，将被引频次及中心度值均较高的10篇文献总结如
表2所示，其中，“Geoderma”“Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”和“Global Change Biology”等3本期刊的文献占到60%，可见这3本期刊在土壤碳固存领域的发文具有较高影响力。
选取部分具有代表性的文献进行重点解读。被引频次最多的文献是MINASNY等
[22]于2017年在Geoderma上发表的“Soil carbon 4 per mille”。该文献主要通过科学方法调查估算了全球20个地区的土壤有机碳储量和固碳潜力，评估了“千分之四全球土壤增碳计划”在这些地区是否可行，研究结果强调了各地区在土壤碳固存方面应采取的具体措施。它提供了土壤碳固存在大尺度上的一些定量化的实证结果，是后续研究的重要参考，因此，被引频次排名第1。
中心度是建立起2个不相关节点之间关系的桥梁。由
表2可知，POEPLAU等
[23]于2015年发表在Agriculture Ecosystems & Environment上的“Carbon sequestration in agricultural soils via cultivation of cover crops-A meta-analysis”文献中心度最高，为0.23，该文献通过一个碳响应函数来描述SOC储量随时间的变化，首次量化了覆盖作物提高有机碳的潜力，最后表明在特定情况下覆盖作物种植是一种可持续的有效的缓解气候变化的措施的结论。其他排名前10的文献中主要关注于土壤碳固存的影响因素
[24-26]、如何评估不同尺度土壤碳固存的减排效果
[27-28]、实现土壤碳固存的具体措施
[25, 29]、土壤微生物对碳固存过程的影响机制
[30]以及通过机器学习的方法评估土壤碳流失量
[31]等。
2.6 基于关键词共现的研究热点分析
2.6.1 关键词共现分析
关键词是论文核心的聚焦。关键词共现是通过检索文献集中出现的词语和词组，推演出土壤碳固存主题间关系的知识图谱，从而有利于我们更加全面了解该主题相关领域的研究热点。在CiteSpace中设置阈值TopN=50，TopN%=10，得到网络节点632个，边数1 244条，网络密度为0.006 2的土壤碳固存关键词共现图谱（
图7）
[16]。图中每个节点表示关键词，2个节点的连线代表了关键词之间的联系，节点大小代表关键词频次，频次越大，圆圈越大。节点数量代表关键词数量，边数代表关键词之间的连线数量。频次的高低反映了研究的广泛程度，中心度作为衡量节点权力的大小，可以反映其在网络中的重要性
[32]。将被引频次及中心度值排名前十的关键词总结如
表3所示。
选取具有代表性的关键词进行重点解读（
表3）。频次大于300的高频关键词有6个：土壤碳固存（1 201次）、土壤有机碳（680次）、氮（394次）、土壤有机质（367次）、管理措施（333次）、气候变化（329次）。说明土壤碳固存领域的研究大多集中在土壤碳氮元素间的相互作用、土壤碳固存的减排效果、实现土壤碳固存的具体措施方面。从高频关键词的中心性来看，中心性大于0.1的高频关键词包括农业土壤、管理措施、沉积、造林、土壤侵蚀、温室气体、黑碳，说明这些关键词在土壤碳固存研究领域的中介作用显著
[14]，即这些关键词起到了连接不同研究领域、传递关键信息或资源的重要作用，它们在整个研究领域中扮演着重要的中间人角色，促进了不同研究领域之间的交流和合作，推动了该领域的研究发展。深度分析关键词共现可知，土壤碳固存领域主要研究热点为“土壤碳氮元素间耦合作用”“土壤碳固存的减排效果”“管理实践等因素对于土壤碳沉积和储存的重要作用”，与前文中被引频次排名前10的文献关注点基本一致。综合来看，土壤碳固存是一个复杂的过程，受到多种因素和管理实践的影响，深入剖析这些因素的相互作用、理解其动态过程和机理，对于维持和提高土壤碳库，应对气候变化至关重要。
2.6.2 关键词突现分析
突变词是指在一段时间内词频相对增长率突然增大的关键词。如果某个突变权重较高的词，增长势头不断加强，推测该词语很大可能涉及相关领域中一些研究热点
[33]。突现强度指某一关键词在其突现时间段内出现频次的权重，展现该关键词出现频次突然增加的强度
[34]。因此，关键词突现指标能够反映该领域各时段的前沿性研究成果，并为预测未来的研究热点提供参考
[8]，笔者利用CiteSpace中的bust term（突变词）检测功能对土壤碳固存研究进行前沿探析，按突现持续时间进行排序，选取排名前30的突变关键词（
图8）。
由
图8可知，2004—2010年间突现强度高且持续时间长的关键词有土壤有机质、保护性耕作、二氧化碳、轮作、农业系统、温室气体，说明在土壤碳固存的早期探索中，研究人员着重探究如何通过提高土壤有机质含量、采用保护性耕作、轮作等方法来降低二氧化碳和温室气体的排放量，从而为土壤碳固存提供科学依据，这些研究为今后的土壤碳固存策略和实践奠定了基础。2011—2017年，长期试验、农业、生物燃料、化学特性、木炭是热点关键词，说明随着研究的深入，研究人员开始聚焦于长期试验、农业系统、生物燃料以及土壤的化学特性等关键因素。这些研究探究了在长时间尺度下的试验条件下，农业实践对土壤的碳储存和生物燃料生产的影响，这些研究有助于我们更好地理解土壤碳固存的机制。2018年至今的突现词有群落组成、秸秆还田、根系、利用效率、水分利用效率、真菌群落、土壤团聚体等。说明近几年来，土壤碳固存领域的研究不仅突现了生物因素在土壤碳循环中的作用，还强调了秸秆还田等农业实践对碳储存的影响。同时，研究还关注植物根系、有机碳转化效率以及水分管理对碳固存的贡献。这些前沿研究的探索共同揭示了土壤碳固存的过程和机理，为我们有效应对气候变化提供了有力的科学支持。
2.6.3 未来研究的热点与展望
基于关键词共现、关键词聚类、关键词突现的研究热点分析，对土壤碳固存领域的研究进展和前沿趋势进行了系统的梳理和分析
[32]。由以上分析可知，土壤碳固存领域的研究未来应从几个方面深入：第一，不同农业实践对碳储存的影响。运用多重方法定量分析秸秆还田、绿肥覆盖、有机肥施用、恢复生物多样性、轮作等管理措施对增加土壤碳固存的贡献
[15]，深入探索这些实践对土壤碳固存能力的提升机制，寻找最佳的土壤管理策略。第二，土壤微生物与碳循环关系的深入研究。目前关于土壤有机碳的形成的微生物介导机制的研究中相对成熟的理论有微生物效率-基质稳定理论
[35]和土壤微生物碳泵理论
[30]。这2个理论不仅强调了微生物对土壤有机碳分解的修饰过滤作用，同时还突出了微生物合成代谢产物和死亡残体对有机碳积累的贡献
[36]。鉴于微生物在土壤碳循环中扮演着关键角色，未来研究将更加关注微生物对有机碳分解、稳定和累积的影响机制。第三，改进土壤碳循环模型。碳循环模型是可以有效地预测土壤有机碳对未来气候变化的响应，但目前众多碳循环模型对土壤有机碳循环的模拟和预测仍存在巨大的不确定性
[37-38]。未来需聚焦在基于不同尺度土壤碳循环模型的科技创新，结合土壤碳固存机理对现有模型进行完善和改进，尝试构建可以直接通过试验数据对模型参数和过程进行验证的模型，大大提升模型的模拟和预测精度。第四，发展更准确、全面的土壤碳固存评估和监测方法。随着生物信息、人工智能和大数据共享等技术的飞速发展，应将研究重点聚焦于不同尺度下的土壤有机碳组分、界面的分析及模拟方法，发展基于“大数据、互联网”的人工智能土壤碳动态系统，实现对不同因素和管理措施对土壤碳固存的准确评估，制定智能化的土壤管理策略。比如TAO等
[39]创造性地通过人工智能技术结合过程模型，深度揭示了土壤碳循环过程的空间格局，其研究构建的机理模型、生态大数据与人工智能相融合的新范式为土壤碳固存领域研究提供了新思路。
3 结论
土壤碳固存的研究自2002年起，20 a来有关土壤碳固存研究的文献数量快速增加并具有不断增长的潜力。本文以文献计量软件为基础，通过定性和定量分析土壤碳固存领域的研究论文，从高产国家、机构、作者及其合作情况可视化结果来看，领域内高产国家主要集中于中国、美国和澳大利亚，中国总发文量第一，美国的国际影响力最大（中心度最高），并且中国与美国之间建立了密切的合作关系，中美两国在土壤碳固存领域的研究已具有显著的地位和较高的影响力；研究机构以中国科学院发文数量最多，排名前10的机构有5所都来自中国，占比50%；目前形成了以Lal Rattan、Smith Pete、Zhao Xin、Tian Xiaohong和Xu Minggang为核心的联系紧密的学术团体。
基于关键词共现的研究热点分析，对土壤碳固存领域的研究进展和前沿趋势进行了系统的梳理和分析。总的来说，土壤碳固存研究方向逐渐演变，并且研究内容在广度和深度上不断扩展。从研究热点来看，目前土壤碳固存研究主要集中在“土壤微生物在土壤碳循环中的作用”“秸秆还田等农业实践对碳储存的影响”“有机碳转化效率”等。尽管当前各国纷纷制定政策和行动计划，鼓励和支持土壤碳固存研究和实践，土壤碳固存的文章数量也上升到了一个新的高度，但是，由于各国实际环境和农业管理方法不同，其采取的土壤碳固存实践方式差别很大，截至目前，没有一个国家达到“4P1000”倡议的期望目标，说明土壤碳固存领域还有很多方面不够成熟，未来应做出更大突破和创新。综合来看，未来土壤碳固存的研究将聚焦于4个关键领域：不同管理措施对土壤碳固存的影响、土壤微生物与碳循环关系、改进土壤碳循环模型、发展更为准确和全面的土壤碳固存评估和监测方法等方面的研究，这些研究方向将为土壤碳固存的实践应用和全球气候变化的应对提供重要的科学支持。
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