基于文献计量学分析脱硫石膏改良剂在盐碱地治理中的应用

Application of Desulfurized Gypsum Modifier in Saline-Alkali Soil Treatment Based on Bibliometric Analysis

摘要

针对土地盐碱化问题，改良盐碱地的方法众多，其中脱硫石膏的使用最为广泛。为研究脱硫石膏改良剂在盐碱地治理中的应用，通过检索及筛选相关的中英文文献，运用文献计量学方法进行分析。基于中国知网（CNKI）和Web of Science（WoS）数据库，选取2004—2024年间脱硫石膏改良剂在盐碱地治理中应用的研究文献，对该领域的研究动态及发展趋势进行定量综述。借助CiteSpace及VOSviewer可视化软件，分别从发文量、合作网络和关键词共现等角度进行计量分析。结果表明：①2004—2024年间发文数量不断增长，说明关于脱硫石膏改良盐碱地的研究呈显著增长趋势。②CNKI和WoS数据库中发文量分别为128 篇、1 145 篇，存在巨大发文量差异，中国以高发文量及高被引频次居于首位。③国内发文机构是以宁夏大学为首，发文作者以许兴形成了密切的关系网络，发文最多的期刊为荷兰的Science of the Total Environment，共54篇。然而，当前研究仍存在部分不足，对复杂盐碱地环境的适应性研究不够深入，未来科研需在此环节投入更多精力，以推动脱硫石膏改良剂在盐碱地治理中的广泛、高效应用，为保障土地资源和农业发展的可持续性筑牢根基。

Abstract

The issue of land salinization is becoming increasingly severe. Numerous methods are to improve saline-alkali soils， with desulfurized gypsum being the most widely used. This study investigates the application of desulfurized gypsum as a soil modifier in the treatment of saline-alkali land by searching and screening relevant Chinese and English literature published between 2004 and 2024 from the China National Knowledge Infrastructure （CNKI） and Web of Science （WoS） databases to quantitatively summarize the research dynamics and trends in this field. Utilizing CiteSpace and VOSviewer visualization software， quantitative analyses were conducted from the perspectives of publication volume， collaboration networks， and keyword co-occurrence. The results show that： ① the number of papers published from 2004 to 2024 has steadily increased， demonstrating a significant growth trend in research on the use of desulfurized gypsum for improving saline-alkali soils. ② The publication counts in the CNKI and WoS databases are 128 and 1 145， respectively， highlighting a substantial discrepancy. China ranks first in terms of publication volume and citation frequency. ③ Ningxia University leads domestic publishing efforts， with author Xu Xing forming a closely-knit collaborative network. The most prolific journal is the Science of the Total Environment， which has published 54 articles on this topic. However， current research still faces limitations， particularly in exploring the adaptability of complex saline-alkali environments. Future research should focus on this area to facilitate the widespread and efficient use of desulfurized gypsum in saline-alkali soil management， thereby establishing a solid foundation for the sustainability of land resources and agricultural development.

Graphical abstract

关键词

脱硫石膏 / 盐碱地治理 / 文献计量学 / 改良剂

Key words

desulfurized gypsum / saline-alkali soil management / bibliometrics / soil modifier

我国盐碱地面积广阔且资源丰富，总面积达3.69×10⁷ hm²，主要分布在华北、西北、东北以及沿海地区^[1]。盐碱土的形成源于自然过程和人为活动的双重作用，随着全球人口数量的增长与可耕地资源的逐渐减少，盐碱地作为一种具有巨大开发潜力的土地资源，其治理改良受到了广泛关注。盐碱地的土壤盐分碱度过高，会导致土壤板结、通气性和透水性差，严重制约农作物生长，影响农业可持续发展^[2]。改良盐碱地的方法包括通过灌排管理调节水盐平衡，采用农艺措施改善土壤结构并促进盐分淋洗，施用土壤改良剂降低pH和ESP（碱化度），以及运用生物方法提高作物耐盐性^[3]。其中，施用土壤改良剂如脱硫石膏、磷石膏、生物炭等被广泛应用。从改良机理来看，脱硫石膏与磷石膏均属于钙基改良剂，主要成分为CaSO₄·2H₂O，当Ca²⁺进入土壤胶体表面，取代原本吸附在胶体上的Na⁺，使Na⁺进入土壤溶液，随着Na⁺浓度的增加，其在土壤中的活性增强，能够通过灌溉水或自然降水被淋洗出土壤体系，进而降低土壤pH和碱化度，并改善土壤结构，两者都具有成本低的优点。另外，有研究表明，配合施用生物炭可有效降低土壤中重金属的活性，生物炭通过其丰富的孔隙结构和表面官能团对重金属离子起到吸附和固定作用，从而减轻脱硫石膏可能引起的污染^[4]。磷石膏则因其生产原料和工艺特点，酸性强且氟含量高，可能会对作物和微生物造成毒害，无法通过简单管理来规避风险^[5]。生物炭则以碳为主要成分，能够提升土壤有机质、促进养分循环、固碳减排，但无法直接提供Ca²⁺来置换Na⁺，其生产成本也相对较高。脱硫石膏是火力发电厂等烟道气脱硫的副产品^[6]，其Ca²⁺在盐碱地上会发生交换和固持2 个作用过程，其一，它能与土壤中的Na₂CO₃、NaHCO₃等碱性成分发生化学反应，有效降低土壤pH，改善土壤的化学特性，为作物提供一个更为适宜的酸碱度生长环境^[7]；其二，CaSO₄溶解时，释放的Ca²⁺可以置换土壤胶体中吸附的Na⁺，此过程能够促进土壤颗粒的团聚作用、改善土壤结构、增强土壤的通气透水性，进而减轻盐碱地土壤普遍存在的板结现象^[8-9]。

脱硫石膏应用于改良盐碱化土壤，将脱硫石膏均匀撒施于土壤表面，利用旋耕机旋耕，使其与0~20 cm土层充分混匀，按照标准实施可降低土壤改良成本、提升效果，对推动固废资源化利用及污染防控具有重要意义^[10]。19世纪末到20世纪初，美国学者Hilgard提出了苏打碱化土壤改良的物理化学方程式，使土壤改良工作得到质的飞跃^[11]。早期，我国的徐旭常院士与陈昌和教授率先开展了脱硫石膏用于改良盐碱地的研究，并进行了田间试验，初步验证了脱硫石膏对盐碱地土壤理化性质的改良效果，为后续研究奠定了坚实的基础^[12]。近年来，越来越多的科研团队开展了脱硫石膏改良剂在盐碱地中应用的研究，研究范围逐渐扩大。以黎涛和胡耀东为首的研究团队利用X射线衍射等现代检测技术，对脱硫石膏的理化性质进行了大量分析研究^[13-14]。本文采用文献计量学对在盐碱地治理中应用脱硫石膏改良剂的研究动态进行定量分析，以期准确获得该领域的研究热点及发展趋势，为盐碱地改良、治理与利用提供参考依据。

1 数据来源与研究方法

本研究以2004—2024年为研究时段，于2025年6月16日对此期间脱硫石膏改良盐碱地领域的相关文献进行系统检索。中文文献数据主要源自中国知网（CNKI），采用“脱硫石膏+盐碱地”作为主题检索词，共筛选出包含期刊文章和学位论文的文献128 篇，并使用“Refworks”格式导出。对于外文文献数据，利用Web of Science（WoS）数据库，在基本检索界面输入“desulfurized gypsum AND saline-alkali land OR saline-alkali soil”作为主题检索词，初步检索完成后，利用页面左侧的“精炼检索结果”功能进一步筛选，将文献类型限定为学术论文（article）和综述文献（review），最后获得1 145 篇相关文献，采用“Full Record and Cited References”格式导出。完成检索后，对2 个数据库所得文献进行细致筛选，剔除重复文献，避免同一研究成果因重复统计而产生干扰，从而保障数据的准确性和结果的可靠性。

为深入地对这些文献数据进行分析，首先利用CNKI和WoS的分析工具进行初步分析，再结合HistCite引文软件和CiteSpace、VOSviewer可视化分析软件以及Scimago Graphica数据可视化工具深度挖掘。内容涵盖脱硫石膏改良剂研究领域的学科分布特征、发文数量及被引情况、关键词共现分析、国家及作者合作网络、主要发文期刊、研究热点以及趋势等多个维度，从而进行文献计量化分析。

2 结果与分析

2.1 学科分布

对学科分布进行分析，能够揭示出某一领域内的研究热点，并预测出其发展趋势。关于脱硫石膏改良剂在盐碱地的研究，如图1所示，WoS数据库中，环境科学、植物科学、农学占主导位置，分别是31.62%、22.97%、15.02%，而微生物学占比较低，为9.00%；CNKI数据库中，农业基础科学及农艺学优势明显，比例相近，前者为29.95%，后者为29.68%，其次是自然地理学和测绘学，为24.33%，环境科学与资源利用最低，仅2.41%。以上结果显示，国内与国际学科侧重点不同，研究涉及的学科较广，这充分展示了不同学科之间相互交错、多个领域携手合作，以及多个研究方向相互融合的特色。

2.2 发文量及被引次数

发表论文数量的多少，在一定程度上能够客观地反映出该领域的发展规模和速度，引用频次能够直接反映学术成果的认可程度及其产生的学术影响力^[15]。由图2可知，WoS数据库总发文量为1 145篇，总被引次数为19 323次，与CNKI数据库总发文量差异极其明显，是其约9倍，说明盐碱地治理中应用脱硫石膏改良剂的系统性研究在国际学术界已较为成熟，并形成了相当规模化的积累。由图3可知，在2004—2024年，WoS及CNKI数据库均实现了由无到有、由少到多的过程。WoS数据库中，发文量在2008年首次出现峰值，而后虽在2009年有所下降，但从2019年开始急剧增长，由此推断，未来发文量上涨势头不会改变；基于CNKI数据库的统计分析显示，年发文量持续上升，直至2015年达到最高，随后呈现出下降-上升的趋势。整体看，脱硫石膏在盐碱地改良领域发展快速，前景可观，未来形势较好。

2.3 作者间合作关系网分析

作者间合作关系网络图由多个节点和连线构成，其中每个节点代表的是一位作者，节点之间的连线表示作者之间的学术合作关系。连线的密集程度以及节点的大小能够直观反映出合作频率和紧密性^[16]。通过节点颜色差异可以区分作者所属的不同学术团队、机构或研究方向。综合图4、图5可视化数据与表1量化结果可知，WoS在该领域的作者共4 670人，其中发文量大于3篇的有388人，形成10个主要的合作群体，其中，Liu J和Li Y发文量最多，分别是32和31篇；CNKI中有7个，核心作者是许兴和王彬，与多位学者保持高频合作，构成了紧密的科研协作团队。另外可以看出，我国学者已成为应用脱硫石膏改良剂治理盐碱地的核心力量。

2.4 机构发文量

在学术或科研领域，发文机构指的是发文作者所在的研究单位，它扮演着科研力量的核心支撑角色，机构的发文量可以反映其活跃度和合作意愿。在CNKI数据库中，针对脱硫石膏在盐碱地改良研究的机构发文量排名显示，发文量最多的是宁夏大学，白城师范学院紧随其后，内蒙古农业大学位列第三（图6）。WoS数据库中，排在首位的是Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学），发文量超过300篇，其次是Chinese Academy of Agricultural Sciences（中国农业科学院），Northeast Forestry University China（东北林业大学）和Jilin University（吉林大学）发文量也超过了50 篇（图7）。东北地区土壤碱化度高，适合采用脱硫石膏进行改良，其相关研究发文量显著高于全国其他区域。

2.5 国家合作关系网

将VOSviewer导出的文件导入Scimago Graphica软件，对脱硫石膏改良剂在盐碱地治理领域国家之间的合作关系进行可视化分析。结果表明，应用脱硫石膏改良剂进行盐碱地治理领域研究的国家/地区共有30 个，其中中国的发文量最高，为902 篇，其次为美国，发文量为27 篇，澳大利亚的发文量位列第三，发文量为19 篇。中国发文量的断崖式领先说明了脱硫石膏在中国的研究热度高、优势大。文献总联系强度体现了国家间科研合作的紧密程度，中国以总联系强度值（140）居首，与美国合作最为紧密，其他核心合作国包括英国、澳大利亚、加拿大及苏丹，形成以中国为枢纽的跨国知识流动网络。

2.6 国际期刊名

通过HistCite引文软件分析，2004—2024年，全球100种国际期刊持续刊载脱硫石膏改良剂应用于盐碱地治理的研究成果。由表2可知，该研究领域载文量前三的国际期刊为荷兰的Science of the Total Environment、瑞士的Agronomy Basel和Sustainability，载文量分别为54 篇、50 篇、39 篇。期刊影响因子作为核心文献计量指标，通常与期刊整体学术影响力呈正相关，但需结合学科特性进行综合评估。本研究的期刊影响因子依据2023年Journal Citation Report，载文量大于15 篇且影响因子最高的期刊为Science of the Total Environment，Frontiers in Plant Science、Frontiers in Microbiology、International Journal of Molecular Sciences3个期刊并列第2。

2.7 关键词共现网络分析

关键词是论文的核心，它揭示了论文的研究领域、核心内容与作者的学术侧重点，是构建全文逻辑框架的基础。关键词间连线越密，主题关联越强，节点越大，代表出现频次越高，即研究热度越高。运用可视化分析软件VOSviewer，在CNKI数据库中，将关于脱硫石膏在盐碱地应用中连接关系紧密的关键词进行聚类，共提取出409 个关键词，经过频次统计，有29 个关键词出现频次大于4，共有7 个聚类。根据圆圈的大小可以看出，脱硫石膏出现次数最多，其次是盐碱地、改良、土壤理化性质等（图8），说明研究早期确立了脱硫石膏改良的核心机理，验证了Ca²⁺置换Na⁺、降低土壤pH和ESP的有效性，为后续研究奠定了坚实的理论基础^[12]。WoS数据库中，共有关键词4 625 个，频次大于5的有378 个，共有7 个聚类，主要包括growth（生长）、saline-alkali soil（盐碱土壤）、stress（胁迫）、biochar（生物炭）等（图9），表明随着研究深入，联合改良成为新模式，生物炭与脱硫石膏协同，既能发挥生物炭在固碳减排、钝化重金属方面的优势，又能弥补脱硫石膏的潜在环境风险^[17]。

2.8 发展趋势

突现词是指在某个特定时间段内，出现频次激增且引用强度显著的关键词，其可作为研究热点与发展趋势的重要表征，突现强度越高，反映该主题的学术关注度越集中^[18]。通过对关键词突现性数据进行分析，能够揭示近20年来土壤盐渍化改良研究领域的演进趋势与研究热点。CNKI数据库中，2004年没有发表论文，而WoS数据库显示，Raghuwanshi和Upadhyay两位学者在2004年研究不同改良剂对盐碱土囊泡丛枝菌根生长的影响中，提到了bacteria（细菌），这表明国外在该领域的微观研究起步更早^[19]。

由图9可知，WoS数据库中的关键词强度高且周期长，salt tolerance（耐盐）从2015年持续到2022年，强度为7.5，Arabidopsis thaliana（拟南芥）强度稍低，为2.78，但是热度持续时间长达11年之久。CNKI中关键词强度普遍较低，最先出现的是土壤改良，从2005年持续到2011年，但强度仅为0.92。耐盐性（salt tolerance）作为高强度、长周期的突现词，说明研究重心已从土壤本身转向了土壤-植物系统，这一转变源于全球范围内应对气候变化下盐胁迫加剧、保障粮食安全的迫切需求^[20]，从而使植物生理学与分子生物学深度融合。中国（China）作为另一个突现词，与开垦（reclamation）近乎同时兴起，展现了我国在“十三五”期间（2016—2020年）将生态文明建设上升为国家战略，并大力推进盐碱地治理与综合利用的相关政策与重大科技项目部署，国家层面的投入推动了以中国典型盐碱区为研究对象的研究，使中国在该领域的发文量快速增长，并成为全球知识网络中的重要枢纽^[21]。近年来，photosynthesis（光合作用）与performance（性能）等突现词的出现，标志着研究进一步聚焦于探究植物生理响应的微观机制。

3 讨论

脱硫石膏改良剂在盐碱地治理中的发文量结果表明，WoS数据库自2019年以来的爆发式增长，是全球应对土地盐碱化危机与可持续发展战略的直接体现，与联合国“生态系统恢复十年”等国际倡议的推动和对“以废治废”循环经济模式的迫切需求密切相关。研究初期，土壤改良和理化性质占据核心，通过施加脱硫石膏，可降低土壤容重、增加孔隙度，以此优化土壤结构与水肥状况，促进作物生长发育^[22-24]。随着研究深入，生长、胁迫、耐盐性的突现与持续高热，标志着从土壤环境向植物生理响应转变^[25-26]。细菌和微生物群落的兴起表明，前沿研究致力于调控整个“植物-土壤-微生物”微生态系统^[27-28]，不再孤立看待某一环节，而是实现土壤健康、作物增产与生态稳定的长期综合治理目标。

关键词聚类中，“生物炭”、“腐殖酸”、“聚谷氨酸”等与脱硫石膏的紧密共现，说明复合改良剂已成为当前主流的技术路径^[11，29-31]，仅施用脱硫石膏虽能有效降碱排盐，但也可能存在改良效果持续性短、营养供给单一、潜在环境风险等问题。脱硫石膏与有机物料（沼液、腐殖酸、秸秆）配施，在提供钙源的同时可以补充土壤有机质，改善土壤团粒结构，提升保水保肥能力^[32-35]。脱硫石膏搭配微生物菌剂或者菌藻肥能够引入外源有益微生物，强化生物固氮、解磷解钾等过程，实现生物驱动的改良^[36-37]。同时，脱硫石膏应用于盐碱地改良的研究紧密结合了各区域的盐碱类型、气候特点与农业生产模式。西北地区的研究充分利用了当地的耐盐耐旱经济作物（枸杞、棉花）和牧草（紫花苜蓿），证明了脱硫石膏在极端干旱条件下通过配施有机肥和结构改良剂，不仅能改善土壤理化性质，还能实现显著的生态与经济效益^[38-41]。东北地区则针对苏打盐碱土透水性差这一核心难题，重点研究了脱硫石膏对提升土壤入渗速率的效应，并成功应用于水稻、玉米、向日葵等主要作物，展现了其在国家粮食安全战略中的潜力^[42-45]。华北与东部滨海地区的研究，则更关注脱硫石膏在应对季节性返盐、海水倒灌等特定风险中的作用，并探究了与农业废弃物（菇渣、秸秆）结合利用的模式，体现了循环农业的理念^{[31，35，46-50]}。然而，绝大多数研究仍属于“现象-效应”层面的验证，对于其背后的微观机理、长期效应及生态风险仍缺乏系统深入的研究。

另外，脱硫石膏含有铅、汞、砷等重金属，若进入土壤环境，会带来潜在生态风险^[51]。李彦等^[52]的研究发现土壤重金属含量检测值均符合国家标准GB 15618—2018的规定，评估确认目标地块不存在重金属污染风险。同时，陈虹等^[53]在干旱区施用脱硫石膏，通过为期5年的田间定位监测，也证实了这一观点。水稻、油菜等植株中的铅、汞、铜含量均符合我国《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB 2762—2017）^[54-56]。

4 结论与展望

2004—2024年全球脱硫石膏改良剂在盐碱地治理中的研究关注度显著提升，相关文章发表量持续增长，我国在该领域的总发文量位居全球首位，国际合作活跃度最高，其中中国科学院大学发文量最高，成为了核心研究机构。该领域成果主要发表于Science of the Total Environment和Agronomy Basel等专业期刊，研究主题以环境科学、植物科学和农业基础科学为根基，逐步向多学科交叉延伸，日益受到跨领域学者的广泛关注。脱硫石膏未来在盐碱地改良领域的研究应重点关注以下几个方面：一是通过优化降碱排盐方案，加强脱硫石膏改良盐碱地技术的系统性研究，以提升改善效果和提高经济效益；二是将脱硫石膏与腐殖酸、微生物菌剂、生物炭等多种改良材料搭配使用，能够实现优势互补，进一步强化对盐碱地的改良；三是关注脱硫石膏中重金属污染问题，寻找有效的治理方法。

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基金资助

国家重点研发计划项目(2021YFD1900603-04)

宁夏自然科学基金项目(2025AAC030180)