基于文献计量的碳农业发展态势研究☆

吴宁; 杨艳萍

doi:10.15978/j.cnki.1673-5668.202202003

科学观察 ›› 2022, Vol. 17 ›› Issue (2) :13-20 DOI: 10.15978/j.cnki.1673-5668.202202003

研究论文

基于文献计量的碳农业发展态势研究^☆

吴宁 ¹^,² ,
杨艳萍 ¹^,²^,^*

作者信息 +

Research on Development Trends of Carbon Farming Based on Bibliometrics

Wu Ning ¹^,² ,
Yang Yanping ¹^,²^,^*

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摘要

[目的/意义]旨在把握国际碳农业发展现状与各国研究主题,为相关研究及行业人员提供信息参考。[方法/过程]利用文献计量方法和知识图谱可视化软件,从年度发文趋势、主要国家发文、主要机构发文、高影响力论文与研究主题等方面,对全球碳农业领域论文的整体情况进行定量统计和定性对比分析。[结果/结论] 近年来碳农业领域研究得到全世界关注,不同国家、机构相关研究产出及影响力各有不同,研究主题主要涉及植物与土壤碳氮有机物、作物与气候变化及温室气体排放、农林草地与碳捕获和固定、作物耕种与碳封存等方面。

Abstract

[Objective/Significance] In order to provide the intelligence basis for relevant research and industry personnel, the international carbon farming research trend has been analyzed in this paper. [Method/Process] Bibliometric methods and knowledge map visualization software are used in this study, and we focus on the annual publication trend, the publication situation of major countries, the publication situation of major institutions, the situation of high impact papers and the distribution of research topics. In various aspects, quantitative statistics and qualitative comparative analysis of the global carbon farming papers have been finished. [Results/Conclusions] Carbon farming is getting more and more attention in recent years. The amount and influence of relevant research papers in different countries and institutions vary. Research topics mainly include plant and soil carbon/nitrogen organic matter, crops and climate change/greenhouse gas emissions, agroforestry and carbon capture or carbon fixation, crop cultivation and carbon sequestration, etc.

Graphical abstract

关键词

碳农业 / 碳中和 / 碳达峰 / 文献计量

Key words

carbon farming / carbon neutrality / carbon peak / bibliometrics

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吴宁, 杨艳萍. 基于文献计量的碳农业发展态势研究^☆[J]. 科学观察, 2022, 17(2): 13-20 DOI:10.15978/j.cnki.1673-5668.202202003

Wu Ning, Yang Yanping. Research on Development Trends of Carbon Farming Based on Bibliometrics[J]. Science Focus, 2022, 17(2): 13-20 DOI:10.15978/j.cnki.1673-5668.202202003

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1 引言

2020年,习近平主席宣布中国“二氧化碳排放要力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”,提出了我国面对气候变化问题要实现的“双碳”目标^[1]。在环境容量日趋紧缩的情况下,仅靠工业手段承担二氧化碳的减排难以为继。联合国政府间气候变化专门委员会2014年报告显示,农业、林业和其他土地利用占2010年全球温室气体排放量的24%^[2]。同时,农作物也是工业二氧化碳的主要吸收途径,由农业承担碳减排任务也许是最可行、最经济、最现实的选择^[3]。

因此,发展碳农业势在必行。碳农业是一种新的土地管理方式,是各种农业方法的统称,旨在将大气中的碳封存到土壤及作物根部、木材和树叶中。其目的是提高碳被固存到土壤和植物材料中的速度,实现农业碳排放减少甚至为负^[4]。碳农业实现低碳乃至负碳发展的途径主要有两条,一是减少生产过程的碳排放,二是增加碳吸收^[5]。因此,发展碳农业是结合了生态环境效益和经济效益的方式,也是顺应大环境的必然选择。

为推动我国碳农业领域科研与实践的进一步发展,掌握国际碳农业研究主题分布情况,本研究利用情报学的文献计量方法和可视化软件VOSviewer对目前碳农业领域文献进行分析,以为相关学科领域研究及政策制定提供决策支持。

2 研究方法与数据来源

本研究以Web of science核心合集为数据库,以“碳农业”“碳排放”“碳捕获”“碳封存”“碳利用”等相关词汇作为标题字段或关键词字段进行检索。文献类型为论文和综述,学科为植物科学、土壤科学及农业相关学科。检索日期为2021年9月15日,检索到碳农业领域相关论文共6 594篇。

在导出题录后,使用Excel软件对文献进行筛选、去重、统计分析、可视化等操作,并对国家与机构信息进行清洗与合并。此外,本研究使用VOSviewer软件呈现碳农业领域的知识图谱,显示该领域的知识发展进程与结构关系。

3 研究结果

3.1 年度发文趋势

如图1所示,20世纪90年代之前,碳农业领域发文量较少,共发文88篇,20世纪90年代之后发文量逐年上升。2009年后,碳农业领域发文量增长速度加快,并一直保持波动上升的趋势,2020年,该领域发文量已达575篇。

3.2 主要国家分析

3.2.1 主要国家发文量统计

在发文量最高的20个国家中（表1）,美国和中国遥遥领先,发文量分别为1 534篇和1 037篇,属于第一梯队,二者的发文量占全球碳农业领域论文总量的38.3%;澳大利亚、巴西、印度、英国和加拿大的发文量均在300篇以上,属于第二梯队;德国、西班牙、法国、意大利、日本和瑞典的发文量在100篇至300篇之间,属于第三梯队。其余国家发文量不足100篇。

3.2.2 主要国家年度发文趋势

从发文总量前五国家的年度发文趋势来看,美国对碳农业的研究起步较早,2007年以前,论文数量一直保持增长,且增长速度较快;2007年以后,上升趋势缓慢且比较波动,但一直保持较高的论文数量（图2）。中国的发文量自2002年以后保持快速增长;2009年哥本哈根世界气候大会召开后,中国碳农业领域发文量增速进一步提升,并于2016年超越美国,之后一直位居全球第一。澳大利亚、巴西和印度的发文趋势基本相同,发文量均在2000年以后开始明显增多,增长趋势略有波动,增长速度较缓慢。

3.2.3 主要国家论文影响力分析

如表2所示,论文总被引频次最高的10个国家中,美国以96 043次的总被引量遥遥领先,澳大利亚和中国在2万次以上,英国、德国、加拿大、法国在1万次以上,其余国家低于1万次。从篇均被引频次来看,美国位居第一位（63次）;法国（59次）和英国（56次）分列第二和第三位;印度、中国和巴西的篇均被引频次在25次以下,低于世界平均水平,与其他国家差距较大。

从近五年发文量占比情况来看,中国为68.95%,印度为60.25%,远高于其他国家,表明中国和印度近年来在该领域的研究较为活跃。美国、加拿大近五年发文量占比较低,均在30%以下。

3.3 主要发文机构分析

3.3.1 主要机构发文量分析

全球碳农业领域发文量最多的机构主要在中国和美国,发文量最多的15个机构中有4个为中国机构,5个为美国机构（表3）。其中,中国科学院发表论文数量为354篇,位居全球第一位,美国农业部发文240篇,位于第二位。印度农业研究理事会与俄亥俄州立大学发文量在100篇以上,其余机构发文量不足100篇。位居发文量TOP15的中国机构,除中国科学院外,还有西北农林科技大学、中国农业科学院和中国农业大学。此外,TOP15中主要为科研机构和大学,未有企业上榜。

3.3.2 主要发文机构论文影响力分析

对全球主要研究机构篇均被引频次进行分析,并以该领域所有发文的篇均被引次数作为基数,得到各个机构篇均被引与世界篇均被引的比值（表4、图3）。欧美等发达国家的机构,如俄亥俄州立大学、法国国家农业食品与环境研究院、加拿大农业与农业食品部、澳大利亚联邦科学与工业研究组织、瑞典农业科学大学、美国农业部等篇均被引水平均高于世界平均水平。其中,俄亥俄州立大学篇均被引水平最高,约为世界平均水平的3.06倍,俄亥俄州立大学与科罗拉多州立大学总被引频次均在100次以上。相比之下,中国、印度等发展中国家的机构,如中国科学院、印度农业研究理事会等机构论文影响力较低,西北农林科技大学篇均被引频次最低,只有世界平均水平的0.44倍。

3.4 高影响力论文分析

选取被引频次位居前10%的论文代表该领域影响力较高的论文,总计660篇。各国高影响力论文发表情况如表5所示。美国是碳农业领域高影响力论文数量最多的国家,共271篇,占全球总量的41%;其余国家均在50篇以下,与美国差距显著。从高影响力论文量与本国发文量之比看,美国占比最高,为18%,英国次之,占比16%,说明美国和英国在碳农业领域的研究影响力较高,受到学术界广泛认可。中国、印度和西班牙占比均低于10%,存在发文影响力较低的问题。

3.5 研究主题分析

3.5.1 研究主题总体分布情况

利用VOSviewer绘制高频关键词共现网络并进行聚类,结果如图4所示。碳农业领域的研究主题主要包括“植物与土壤碳氮有机物”（红色）,“作物与气候变化、温室气体排放”（黄色）,“农林草地与碳捕获和固定”（蓝色）以及“作物耕种与碳封存”（绿色）。

其中,“植物与土壤碳氮有机物”领域包括植物、根系、土壤有机物、碳、氮等相关关键词,主要关注植物对土壤中碳氮有机物的利用情况、利用效率及其在碳氮循环中的作用;“作物与气候变化和温室气体排放”领域包括农业、作物与作物生产、气候变化、温室气体、碳足迹、碳排放等关键词,主要关注通过农作物生产改善气候变化与温室气体排放情况、减少环境影响;“农林草地与碳捕获和固定”包括农林业、森林、草地、植被、碳捕获与封存等关键词,主要关注森林草地等植被在碳固存方面的作用和相关技术;“作物耕种与碳封存”领域包括农业用地、各种作物（水稻、小麦、玉米等）、不同耕种方式（耕种、免耕、轮作）、作物生产、施肥、碳封存等关键词,主要关注农作物的耕种方式、施肥情况对碳封存的影响。

3.5.2 中美研究主题对比分析

选取共现频次50次以上的关键词作为高频关键词,构建中美两国在碳农业领域的研究主题分布图（图5、图6）,并对比分析两国研究主题异同。

总体而言,中美两国研究主题分布结构基本一致。结合世界总体研究主题分布情况可以看出,中美两国的研究主要集中在“植物与土壤碳氮有机物”“作物与气候变化、温室气体排放”“农林草地与碳捕获和固定”以及“作物耕种与碳封存”四个方面。同时,两国均较少关注“作物与气候变化、温室气体排放”领域。

从主题分布范围来看,美国比中国的研究主题范围分布更广。从领域方向来看,中美两国在“作物耕种与碳封存”和“作物与气候变化、温室气体排放”领域各有侧重,主题词各有不同。其中,美国在前一个领域出现了“无耕作”“可持续耕种”等关键词,而中国在后一个领域的主题词更为丰富。

4 研究结论

本研究通过对全球碳农业领域论文进行统计分析,得出以下结论。

（1）从年度发文趋势来看,碳农业领域的研究近年来得到世界各国的关注,发达国家相关研究起步较早,但发展中国家近年来相关研究发展迅速,发文量逐年增长,不断赶超发达国家,目前中国已成为该领域发文量最多的国家。

（2）从主要国家发文情况来看,发达国家发文量较多,发文影响力也高于发展中国家,中国、印度、巴西等发展中国家发文量逐渐追赶欧美等发达国家,但在论文被引频次上还有较大差距,研究影响力有待提升。

（3）从主要机构发文情况来看,中国和美国机构发文量最多,发文机构以科研机构和大学为主,企业研发团队较少。此外,欧洲、北美、澳大利亚的机构发文量与论文影响力都高于发展中国家。

（4）从高影响力论文来看,美国发表高影响力论文数量占全球高影响力论文总量的40%以上,远高于其他国家。中国、印度、西班牙等国家发表论文中高影响力论文占比较少,应加强本国碳农业发展框架建设,为缓解气候变化、减少温室气体排放提出创新性举措。

（5）从研究主题分布来看,目前碳农业领域研究主题主要包括“植物与土壤碳氮有机物”“作物与气候变化、温室气体排放”“农林草地与碳捕获和固定”以及“作物耕种与碳封存”四个方面。美国与中国的研究主题框架基本相同,两者在“作物耕种与碳封存”领域和“作物与气候变化、温室气体排放”领域各有侧重。

科学新闻

原子核结构研究获新进展

近日,RHIC-STAR国际实验合作组首次在氘核-金核超周边重离子碰撞中测量了光子-原子核散射过程中的J/psi粒子产生,提出探测氘核（由一个质子和一个中子组成）内部胶子结构的新方法。相关研究发表于《物理评论快报》。

据了解,该研究由华南师范大学量子物质研究院研究员杨帅和美国布鲁克海文国家实验室研究员涂周顿明等人组成的研究团队完成。该工作是华南师范大学于2021年10月正式加入RHIC-STAR合作组以来发表的第一个代表性成果。

胶子是强相互作用（四种基本相互作用之一）的载体,是把夸克禁闭在强子内部的深层原因,并把质子和中子结合在一起形成原子核。在氘核-金核超周边碰撞中（碰撞参数大于两个碰撞核半径之和,两碰撞核没有物理接触）,接近光速的金原子核产生超强电磁场,由于洛伦兹收缩效应,该电磁场可等效为准实光子。在这种特殊的氘核-金核碰撞中,金核产生的光子和氘核内的胶子相互作用产生J/psi粒子。其中,光子的作用类似X射线,让人们第一次看到氘核内胶子的排布方式。以夸克和胶子为自由度研究核子的结构是当今粒子物理和高能核物理的前沿问题之一,也是正在推进的下一代核物理大科学装置-电子离子对撞机的核心科学目标之一。

此外,在光子与氘核内胶子相互作用产生J/psi粒子的同时,还会给氘核一个动量转移,使其分解成一个自由的质子和中子。在本项研究工作中,研究人员利用中子标定的方法研究上述氘核的碎裂过程,加深人们理解胶子在质子和中子相互作用中扮演的角色。

该研究为探索原子核内胶子的动力学提供了一个新的途径。（来源：中国科学报朱汉斌）

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

[1]	中国政府网. 中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要[EB/OL]. [2021-9-15]. http://www.gov.cn/xinwen/2021-03/13/content_5592681.htm.

[2]	IPCC. AR5 Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change[EB/OL]. [2021-9-13]. https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/ipcc_wg3_ar5_full.pdf.

[3]	Golub A, Hertel T, Lee H L, et al. The opportunity cost of land use and the global potential for greenhouse gas mitigation in agriculture and forestry[J]. Resource and Energy Economics, 2009, 31(4):299-319.