全球气候变化和不可持续的人类活动导致土壤干旱问题日益突显，给农业生产和生态环境带来了巨大挑战。在应对土壤干旱问题的过程中，保水剂作为一种重要的土壤改良材料，以其自身能够吸收并储存大量水分的优异特性发挥着重要作用，其在提高土壤水分利用效率、增加农作物产量和保护生态环境方面备受关注
［1-2］。
近年来，国内外保水剂研究取得了显著进展，并在多个领域展示出了应用潜力。在国内，保水剂主要应用在农业抗旱、园林绿化和土壤改良等方面。有研究者通过改变保水剂的施用方式和用量，改善了土壤结构，并提高了土壤水肥保持效果
［3-4］。谭菁等
［5］将保水剂、腐植酸和黑矾配施改良煤矿区渣土，土壤有效磷、总孔隙度和田间持水量分别提高了51.47%、28.71%和54.56%，容重降低了15.72%。佟长福等
［6］研究发现，保水剂和蒸腾抑制剂联合施用时土壤含水率提升了4.05%~11.94%，水肥耦合度和耦合协调度分别增加了77.74%和52.79%，玉米株高提升了6.04%~17.45%。杨少楠等
［7］在草场改良中施用保水剂，土壤含水率增加了1.25%，容重降低了12.38%，种群生物量提高了85.98%~96.96%。
国际研究者专注于通过调控材料的物理和化学性质，开发水肥保持能力强且可生物降解的保水剂材料
［8-9］。如积极探索纳米颗粒保水剂研发，其特殊结构和表面活性使自身具有更强的水分保持能力，并应用在生物医药、影像材料等方面
［10］。Tian等
［11］利用丙烯酸和丙烯酰胺单体在魔芋葡甘露聚糖基底上进行自由基接枝溶液聚合，合成的超吸水性聚合物在蒸馏水和0.9%的NaCl溶液中的最大吸水率分别达到了650 g/g和70 g/g，并对土壤保水性和结构改善具有显著的促进作用。Salemi等
［12］研究发现，高吸水性聚合物夹杂物的引入显著增强了土工合成粘土衬垫的导水性和自愈能力，作为膨润土的部分替代品能明显提高土工合成粘土衬里在干湿循环条件下的耐久性，且经过10次润湿和干燥循环后，合成粘土衬里的水力传导率增加可以忽略不计。Ye等
［13］通过氯化钙诱导的交联反应，将角卡拉胶与海藻酸钠以不同比例结合，制备了一种新型复合吸附剂，其在0.9%盐水中吸水5 min，最大溶胀比达到13.1 g/g，最大拉伸强度达到12.8 MPa。
当前，国内外对保水剂的研究应用呈现出多个热点方向，主要涉及生物医药、食品保鲜、造纸及纤维制品等领域
［14-15］。在生物医药领域，保水剂出色的吸水性和保水性能为生物医药材料提供了良好的弹性和稳定性，有助于增强产品的功效，被广泛应用于卫生巾、尿不湿、保健冰帽、冰垫和吸血药布等产品的制备，同时还用于生物材料的合成，如人工皮肤和关节、医用胶囊、药物运输载体、生物影像材料等
［16-17］。
尽管保水剂在农业、园林绿化、土壤改良、石油化工和生物医药等领域的应用已取得了一定的进展，但仍存在一系列亟待解决的问题，如应用成本较高、植物特异适用性低、生物安全性尚待评估以及对生态环境可能造成的扰动等
［18］，如何在不增加环境负荷的情况下，提高保水剂节水利用效率备受研究者关注。因此，为全面了解国内外保水剂研究进展及其应用现状，本研究拟采用文献计量法和内容分析法，分析近20年保水剂研究领域的文献，以期为保水剂在农业、生态和生物医药等领域的应用提供参考。
1 数据来源与分析方法
1.1 数据来源
本研究选取2003—2022年保水剂领域的学术文献，基于中国知网（CNKI）和Web of Science（WOS）2个权威的数据库，进行检索和筛选，剔除与研究主题不相关的文献，仅保留主题词同时出现在文章标题、摘要和关键词中的文献。在CNKI数据库中，以主题词“保水剂”进行检索，筛选得到5 412篇文献；在WOS数据库中，以检索式“TS = super absorbent polymer OR water retaining agent”进行检索，筛选得到5 030篇文献。
1.2 分析方法
采用文献计量法和内容分析法对文献的内容和计量学指标进行分析，采用CiteSpace和VOSviewer软件对研究热点进行可视化分析
［19］。
2 结果与分析
2.1 发文量
2.1.1 年度发文量
2003—2022年保水剂领域年度发文量见
图1。可见该领域英文发文量呈波动上升趋势。其中：2018年前英文发文量低于中文，此后高于中文且呈显著增长趋势，可见国际对该领域研究关注较多；而中文发文量2009年前波动升高；此后波动下降，2022年最低。通过对英文文献的作者进行统计，发现中文发文量呈现下降趋势与中国作者在国际期刊发文量逐年提高有关，这反映出国内研究人员重视国际期刊报道成果，下一步国内应通过各类学术活动以加强该领域中文期刊影响。
2.1.2 国家发文量
2003—2022年保水剂研究领域发文量前10的国家见
表1，其展示了各国在保水剂研究领域研究产出、参与度和学术影响力，表中H指数表示该国所发文章至少H篇被引用了H次
［19］。在保水剂研究领域，发文量排名前5的国家依次是中国、美国、印度、德国和日本；总被引频次排名前5的国家依次是美国、中国、印度、日本和西班牙；篇均被引频次排名前5的国家依次是美国、日本、法国、西班牙和意大利；发文量前10的国家H指数均
35，排名前5的国家依次是美国、中国、印度、西班牙和伊朗。中国以28.55%的发文量占比位居首位，美国的发文量约为中国的一半，但美国在总被引频次、篇均被引频次和H指数方面均在发文量前10国家中排名第一，这表明美国在保水剂领域的研究水平处于国际领先地位。综上，美国、中国、日本、印度、西班牙和法国在保水剂研究领域有较高的参与度，中国在该领域参与度最高，美国在该领域的学术影响力最高。
2.2 文献类型
2003—2022年保水剂研究领域文献类型见。可见保水剂研究领域的中、英文文献类型虽略有差异，但整体类型相似。中文文献以学术期刊和学位论文为主，二者合计占比90.14%，而其他类型占比均5%；其中成果和国内会议发文量分别为198和150篇，其他类型发文量均<100篇。英文文献以研究型论文为主，其占比为87.93%，会议文章和综述文章合计占比11.11%，其他类型发文量均<20篇。对比中、英文会议著作，英文会议论文发文量高于中文会议论文，说明该领域中文学术会议较少，社会关注度低，未来国内应加强学术交流。
2.3 研究热点与前沿趋势
2.3.1 研究热点
2003—2022年保水剂研究领域文献关键词共现图谱见
图2和
图3，图中节点大小表示主题词共现频次高低，距离长短表示主题词关联性的强弱
［19］。
国内研究热点聚焦于保水剂的应用层面，主要应用方向有抗旱造林、园林绿化、土壤改良、建筑材料调制、道路及工矿区水土保持、保水保肥效率提升和植物育苗生长等
［3， 20-21］，涉及保水剂类型主要有聚丙烯酸钠和酰胺、淀粉和纤维素等类。保水剂在农业生产中的施用方法有种子包衣、育苗、蘸根和土壤直接施用等
［5］，在农林生产中施用保水剂能提高土壤生物活性和植物生物量、改善土壤团粒结构和孔隙度、增强植物抗旱能力及盐碱环境的耐受性。然而，当前研究也指出了保水剂应用的一些问题，如单一类型的保水剂与其他土壤改良材料混合施用时可能导致土壤保水剂性能下降；此外，多次施用保水剂还可能会导致土壤次生问题的累积效应，如破坏生物群落结构和对植物生长造成胁迫等
［6-7］。
国际研究则更多关注材料的开发及其在前沿技术中的应用，重点研发制备性能优异、环境友好和可生物降解的新型保水性材料，旨在提升保水剂的性能。目前，研发的材料已在生物医药（胶囊、影像材料）、食品保鲜、高分子聚合物和纳米材料等方面得到应用
［13］。在食品防腐领域，保水剂通过增强食品水分保持能力，防止食品干燥、蜡化和变脆，以维持食品的质地和口感，广泛用于烘焙食品，如面包和糕点，以及肉制品、海鲜、水果和蔬菜等的保鲜，以保持其新鲜度和质量
［14-15］。尽管保水剂在生物医药和食品保鲜领域有所应用，但对其适用性和潜在问题的研究相对较少。未来的研究应依据药物和食品的特性合理选择和使用保水剂，并确保所用材料符合相关法规和标准。
2.3.2 前沿趋势
表3和
表4分别揭示了CNKI和WOS数据库中保水剂研究领域的前沿趋势，表中关键词的突现持续时间越长，反映出该主题的研究热度和前沿性越强
［22］。CNKI数据库中保水剂相关研究关键词突现数据显示：2016年之前，关键词如“腐植酸” “造林” “高速公路” “节水”和“氮肥”等的突现，表明
了保水剂在抗旱造林、植被恢复、水土保持和土壤改良等传统领域的应用；自2019年起，关键词“荒山造林”“生物炭”“新技术”和“水土保持”的突现与中国生态恢复和环境保护政策相呼应，反映了学术界对创新技术和可持续土地管理的重视。尽管国内保水剂在传统应用领域做了大量研究，但在新兴应用方向上的关注度不足，未来研究需更多关注前沿领域的发展。WOS数据库中保水剂相关研究关键词突现数据显示：“高效液相色谱”和“分离”技术的突现，可能与生物医学、环境监测和食品安全领域日益增长的分析需求紧密相关；同时，“表面”“超吸水聚合物”“交联”“纤维素”“收缩”“优化”和“抗压强度”等关键词的持续突现，揭示了学术界对保水剂材料研发及其在新领域应用拓展的重视。
2.4 高被引论文
2003—2022年CNKI和WOS数据库保水剂研究领域高被引论文分别见
表5和
表6，其特点是具有高引用频次、高期刊影响因子和高学术影响力，反映了论文在相关领域内具有一定创新性和影响力
［23］。
在中文论文中，保水剂研究领域高被引论文研究集中在土壤水肥保持、性状改良和抗旱育林等方面。其中，《树木抗旱性及抗旱造林技术研究综述》一文居高被引论文首位，其详细论述了保水剂在抗旱育林中的作用。前10高被引论文中，黄占斌教授贡献了3篇，这些论文主要探讨了保水剂在节水农业高效生产中的应用；黄占斌教授课题组也开发了“CSH纳米碳腐植酸保水肥”
［24］，在矿区渣土改良
［5］、重金属污染治理
［21］以及水肥提升
［25］方面取得显著成效。
在英文论文中，高被引论文集中于保水材料的合成与性能优化，并探讨了其在生物医药、油水分离、吸附降解以及保水性能增强等方面的应用。同时，这些研究还涵盖了吸水材料在污染物降解过程中的环境行为与效应，推动了保水剂在环境科学与材料科学交叉领域的研究，特别是在环境保护和资源管理方面提供了新见解。
2.5 学科分布
2003—2022年保水剂研究领域主要涉及学科分布见
表7，该表汇总了保水剂领域文献的主要学科覆盖范围，其中部分学科存在交叉现象。在中文文献中，保水剂研究领域涵盖了农业与林业、材料与化工、建筑与交通、轻工业技术以及环境科学和生物学等多个学科。这些学科的交叉融合为保水剂的综合研究提供了多角度的视野和方法论支持。在农林领域，保水剂的应用集中在提高抗旱造林效率、优化水资源管理、促进植物生长以及改善土壤特性等方面；在材料化工和轻工业领域，研究重点在于开发高分子聚合物吸水材料，旨在克服传统保水剂的局限性，如种类单一、应用范围有限、易受光照分解以及成本较高等问题；在环境科学和生物学领域，研究集中于植被生长促进、生态修复和水土保持等方面。这些研究都强调了保水剂在提高水资源利用效率、增强土壤保水能力以及促进环境可持续性方面的关键作用。
在英文文献中，保水剂研究领域涵盖了化学、环境科学、材料科学（包括生物医药、纳米材料、纺织/塑料）、建筑学、生物学以及毒理学等多个学科。研究重点在于开发新型高分子材料，这些材料不仅在传统农业领域有所应用，还扩展到了生物医药、纳米材料、纺织和食品保护等国际前沿领域。
综上，国内保水剂研究相较于国际水平存在一定的差距，未来的研究应更加注重基础理论的深入探讨，并重视保水剂材料的开发研究，特别是在前沿领域的应用。
2.6 主要发文机构
2003—2022年CNKI和WOS数据库保水剂研究领域主要发文机构分别见
表8和
表9，国内研究机构主要由农林类高校（8所）和其他研究院所（2所）构成，这一构成与研究领域的学科分布紧密相关。在发文量方面，西北农林科技大学、北京林业大学、内蒙古农业大学和中国矿业大学（北京）位列前4位，说明这些机构在该领域参与度和地位较高。
国际研究机构中，包括7所国外科研院所和国内高校，其中中国科学院发文量、H指数和高被引文献数均居前10机构的首位，这反映了其在该领域的研究水平卓越。相比之下，河海大学和华南理工大学各项指标均较靠后，可见二者在研究水平和国际影响力方面仍有提升空间。印度科学工业研究理事会和印度理工学院虽发文量较少，但H指数分别位列第6和第4位，且各有1篇高被引文章，表明二者在该领域有较高学术影响力和认可度。
2.7 发文主要基金资助项目
2003—2022年保水剂研究领域前10的基金资助项目见
表10，国内基金资助项目前3位分别是国家自然科学基金、国家科技支撑计划和国家高技术研究发展（863计划），三者资助发文量占比分别为6.13%、4.38%和3.05%。在前10资助基金项目，来源于农业类基金资助项目的有2项，其资助发文量占比为0.97%。国际基金资助项目前3位分别是中国国家自然科学基金、美国卫生与公众服务部和美国国立卫生研究院基金。中国的资助项目力度超越了其他国家，尤其是国家自然科学基金在国内外资助项目中表现突出，这反映出中国在保水剂材料研发及相关应用领域的投入和重视，同时也突显了国家自然科学基金在推动该领域研究发展中的关键作用。
3 结论与展望
本研究综合运用文献计量法与内容分析方法，并借助CiteSpace和VOSviewer可视化软件，对2003—2022年CNKI和WOS数据库中保水剂研究领域的文献进行分析，得出如下结论：
1）国内外在保水剂领域的研究热度呈上升趋势，2018年前英文发文量低于中文发文量，此后高于中文发文量；中、英文文献发文类型均以研究型论文为主，其他类型文献较少。
2）国内外主要发文国家是美国和中国，中国在该领域参与度高，而美国发文质量和研究水平处于国际领先地位。
3）在基金资助项目方面，中国国家自然科学基金在国内外均位居前列；学术影响力方面，西北农林科技大学和中国科学院在国内外研究机构中均具有高的影响力。
4）国内研究主要集中保水剂应用方面，应用方向有农业、园艺、建筑及水土保持等，国际研究主要集中在合成开发新的保水剂材料，如聚合物和纳米材料，并应用在生物医药、食品保鲜、轻工业纺织、纤维制品方面。合成制备新型性能优异和环境友好的保水剂材料将是下一步国内外研究关注重点。
保水剂市场需求大，但传统保水剂在应用方面存在适用性低问题，开展环境友好和可生物降解保水剂材料研究，以满足多个领域应用要求，具有可观的生态环境和经济效益。目前保水剂的研究面临着有效性与环境友好性的双重挑战，虽然现有保水剂可以显著减少水分蒸发，但其成分对环境可能存在潜在影响，如土壤质量和生态系统稳定性的影响。未来的研究应集中在开发更环保的材料上，以降低对环境的负面影响。此外，通过跨学科的合作，拓展保水剂的新应用领域并提升其效能，有望在农业、园艺和生物医药等领域发挥作用。
国家重点研发计划项目(2020YFC1806504)
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京公网安备11010202008535号
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