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基于CiteSpace的华北冬小麦-夏玉米周年优化灌溉制度的节水潜力分析

发布日期:2022-12-07   

中国农业大学学报 2022 27(6) 0120

Journal of China Agricultural University


http:/zgnydxxbijournalscn DOI1011841jissn1007433320220601


CiteSpace 的华北冬小麦夏玉米周年优化 溉制度的节水潜力分析


英博1


2


陈颖露2


旭擎2


晓琳1 2


杜太生1


(1.中国农业大学 水利与土木工程学院北京 100083

2中国业大学 农学院北京 100193)

为探究华北地区冬小麦-夏玉米一年两熟制周年优化灌溉制度的节水潜力,基于文献计量学方法,系统 理了 1995 2020 年有关华北地区冬小麦-夏玉米一年两熟制周年优化灌溉制度的文献发文量 被引量 高影响力 作者 研究单位 高频词 试验站点,以分析其研究态势,并利用 CiteSpace进行了可视化与关联分析 在此基础 上,进一步整理了该模式中高灌溉需水量作物冬小麦的关键节水技术,包括了工程节水技术(喷灌 、滴灌 、微喷灌) 生物水技术(品种选育) 与典型农艺节水技术(优化灌溉制度) 等,系统分析了各节水技术对冬小麦产量 、耗水量 水分利用效率的影响 结果表明1) 华北 麦-夏玉米一年两熟制周年优化灌溉制度研究的 近年来呈明显增加趋势,发展态势良好,但同时缺乏高被引论文 国农业大学 、中 国科学院遗传与发育生物 究所业资源研究中心 河南农业大学发文数量排在前三位,分别占总发文数的 27 10%和 10%,在该领域具有 的活跃度;2) 从高频词来看,该领域主要聚焦 、产 、光 、生 、模 。但 关领域也存在问题,如主要作者 、一 些研究机构间合作不够密切,田 实验站点分布不均匀且缺少长期稳定的定 观测试验等;3) 对于高灌溉需水量作物冬小麦的文献计量研究 ,喷 、滴 、微 、选 术,可降低田间耗水量 7~13 产量 2 ~10 ,水 用效 5 ~28 度,减少灌溉次数,且根据 同降 9 ~25%,产 2~18%,水分利用效率提高约 6~9 综上,为进一步保证粮食生产与水资源安全,应将冬小麦-夏玉米一年 两茬作为一个整体来充分考周年的水分利用,合理优化周年的灌溉制度,构 溉设备与技术

关键词 周年灌溉制度; 冬小麦-夏玉米一年两熟制; 华北; 文献计量学 ;研究态势; 节水潜力

中图分类号 S274S344 文章编号 10074333(2022)06000120 文献标志码 A

Watersaving potential of optimized irrigation system for

winter wheatsummer maize double cropping system

in the North China Plain based on CiteSpace

LIU Yingbo1 ZHOU Ji2 CHEN Yinglu2 YAO Xuqing2 YANG Xiaolin 1 2 DU Taisheng1

(1 College of Water Resources Civil EngineeringChina Agricultural UniversityBeijing 100083

2 College of Agronomy and BiotechnologyChina Agricultural UniversityBeijing 100193)

Abstract In order to explore the watersaving potential of optimizing irrigation system in the winter wheatsummer maize double cropping system in the North China Plain this study based on the bibliometrics method systematically

收稿日期: 20211026

基金项目 国家自然科学基金项目 (32071975 51861125103 31601267) ;河北省重点研发计划项目(20326411D1) ;甘肃武威

绿洲农业高效用水国家野外科学观测研究站开放课题资助(KF2021002)

一作者 :刘英博,博士研究生,Emailliuyingbocaueducn

通讯作者 杨晓琳副教授主要从事节水种植制度研究Emailyangxiaolin429caueducn


2 2022 27

combed the amount of publicationscitationshighimpact journalsauthorsresearch unitshighfrequency words and experiment sites related to the annual optimization irrigation system of winter wheatsummer maize double cropping system in North China from 1995to 2020 for analyzing the research situation and correlation analysis by CiteSpaceOn this basis the key watersaving irrigation water demand of winter wheat crop to high technology were further organizedincluding the engineering water saving technology (micro sprinkler irrigation and drip irrigation sprinkler irrigation) biological water saving technology (varieties) and a typical agricultural water saving technology (optimizing irrigation systemThe water saving technology on winter wheat yieldwater consumption and water use efficiency were systemly analyzedThe results showed that 1 ) The number of papers related to the annual optimization irrigation system of winter wheatsummer maize double cropping system in North China showed a significant increase in recent yearswith a good development trendbut there was a lack of highly cited papers at the same timeChina Agricultural University Agricultural Resources Research Center of Institute of Genetics and Developmental Biology Chinese Academy of Sciencesand Henan Agricultural University ranked the top threeaccounting for 27 10 and 10 of the total published papersrespectivelyshowing high activity in this field2) From the perspective of highfrequency words this field mainly focused on WUE yield photosynthetic characteristics growth characteristics model simulationetcHowever there were also some problems in related fields such as the lack of close cooperation between the lead author and some research institutionsuneven distribution of field experiment sites and lack of long term stable positioning observation experiments etc 3) The literature metrology study of winter wheat with high irrigation water demand showed that sprinkler irrigation drip irrigation microsprinkler irrigation and selection of droughtresistant watersaving varieties could reduce water consumption by 7%-13 increase yield by 2%-10 and increase WUE by 5 28%. By optimizing irrigation system reducing irrigation times and ensuring water demand in key growth stages of winter wheat according to different precipitation year typesthe water consumption in field can be reduced by 9%-25 yield can be reduced by 2%-18 and water use efficiency by 6 9%. In conclusionin order to further ensure food production and water resource security two crops of winter wheat and summer corn per year should be taken as a whole to fully consider annual water userationally optimize annual irrigation systemand construct integrated agronomic watersaving technology system and irrigation equipment and technology Keywords optimized irrigation regime winter wheatsummer maize double cropping system north China plain bibliometricsresearch trendwatersaving potential


华北地区是我国重要的粮 食生产基地,对于 国粮食安全有重要意义,但该地区水资源紧缺, 水超采严重 麦-夏 地区要的种植模式 由于冬小麦生育期降水耦合 度低使得近 70%的冬小麦生育期需水靠抽取地 灌溉来满足[1] ,长期抽取地下水灌溉导致了地下 水位以 1m/年的速度下降同时在该地区形成了 严重的地下漏斗,并引发了地面沉降 、海水入侵 、土 地荒漠化等一 系列生态环境问题[2]

优化灌溉制度是保证粮食生产 、减少灌溉水 入, [3] 21 来,就华北地区冬小麦 、夏玉米单个作物的优化灌 度对产量及水分利用效率的影响,相关研究论文 表数量大幅度提升 。如曹彩云等[4] 通过田间定位 验揭示了不同品种的冬小麦春季 5 个灌溉制度对 产量 耗水量及水分利用效率( WUE) 产量潜力高的冬小麦品种在春灌 2 水(共 150


mm) 时可达到较高的籽粒产量并提高 WUE 刘影 [5] 通过 DSSAT模型探究了河南省北部地区夏玉 不同降水年型下的最优灌溉制度,得到丰水年夏 无需灌溉,在特别干旱年份,则需要在夏玉米苗 拔节期 开花期共灌溉 180mm才能获得较高产 量同时保持 WUE Xu [6] 究了华北冬小麦 6 种不同灌溉制度对产量和 WUE 的影 响,得 期和 75mm 处理下 WUE 究多集中在冬小麦或者夏玉米单个作物 。华北地 为典型的一年两熟区[7] ,将冬小麦-夏玉米年内 作为 究,更为重要

前针对整 麦-夏 两熟的周年体系作为研究对象的优化灌溉制度的 较少且不系统,且以作物水分模型模拟较多,长 期田间定位试验较少 陈震等[8] 通过干旱灌水指数



6 刘英博等 基于 CiteSpace 的华北冬小麦-夏玉米周年优化灌溉制度的节水潜力分析 3


计算了华北冬小麦-夏玉米轮作体系灌溉次数 表明近 63 年来该种植模式每年需灌水 2~7 不等,平均需灌溉 51 张志宇等[9] 通过建立 -夏玉米全年灌溉制度多目标优化模型得到当 总灌水量为 472 mm 两种 Yang [10] 通过 16 麦-夏 作在 7 种灌溉制度下的周年产量 耗水量 水分 产力等指标得出冬小麦 2 水夏玉米 1 水(年灌溉 225mm) 为最优灌溉 [11] 验系统研 麦-夏 度对周年产量及 WUE 的影响得出冬小麦(泰科 30 2 水) 与夏玉米(郑单 958 1 水) 品种组合在年 灌溉量 180mm WUE Zhang [12] 报道采用 能提高冬 麦-夏 WUE

献计量学基于文献事实,是对以往研究的梳 ,以期总结研究现状与不足;它能从多方面多角度 示学科的整体布局 、发展方向和学科优势,目前已 广泛应用 [1317] [13] 析了 1998 2009 年全球水稻文献的数量和质量 中国水稻发文量增加最为明显,而英国和美国发 水稻文 [16]               (CNKI) Web of Science ( WOS) 1980 2015 进行汇总分析,阐明了该领域的研究重点是农业 技术与 [17] CNKI WOS 国内外甘薯体系的研究态势

本文基于 CNKI Web of Science 据库采用文献计量 1995 2020 的相关科技论文进行系统整理分析,旨在阐明华 区冬小麦-夏 度节水潜力研究的现状和发展趋势,为相关研究 提供一定的参考基础 同时,对麦玉模式中高灌 溉需水作物 术(如 、微 滴灌等工程节水技术以及品种改良 、优化灌溉制 等农艺节水技术) 进行了系统梳理,以定量表征冬 麦的节水潜力,以期为华北麦玉模式周年节水技 的再发展及潜力的再挖掘提供研究基础,为国内 该领域的科研工作者和决策者提供参考


1 材料与方法

11 研究区域概况

文所研究的华北地区包括三省二市,分别是 、天 、山 、河 省(图 1)。 北地区属于温带大陆性季风气候[18] ,光热资源丰 雨热同季,降 冬季寒冷干燥年均降水为

冬小麦-夏玉米 的种植模式,占总耕地面积的 72 [20] 2 示了 1983 2018 年华北地区各类粮食作物的播种面积 到小麦和玉米的播种面积在 35 年远远高于其他 食作物的播种面积,是我国重要的小麦和玉米生

12 数据来源

研究的文献数据来源于两部分,英文文献来 Web of Science Science Citation Index Expanded (SCIE)、Social Science Citation Index (SSCI) Conference Proceedings Citation Index (CPCI) 等数据库中文文献来源于 中国知网 (CNKI),包括中 、中国士和博士学位论文全文数据库 中文文 索篇名 主题或关键词中含有“冬小麦 AND AND 灌溉制度 OR 灌水次数”的文献 检索篇名 主题或关键词中含有“winter wheat OR summer maize”的 19950101 20200101 共收集 223 篇文 导入 NoteExpress对中英文文献进行初步筛选 剔除重复

本研究文献筛选标准为:(1) 研究区域必须位 华北区;(2) 文献必 麦-夏 熟制整体为研究对象,单个作物的灌溉制度研究 不包在内;(3) 文献 麦-夏 的灌溉处理记录;(4) 文献必须含有冬小麦或夏 米生育期降水量 、灌溉量 、产量及水分利用效率, 可根据文献中已有数据依据多数文献所采用的简 单水量平衡公 式(1) 式(2) 获得

ET P I+ΔW (1)

式中:ET 为作物生育期耗水量mmP 为生育期 mmI mm;ΔW 土体贮水量的变化mm


4 2022 27

1 研究区域及田间试验地点分布

Fig1 Study area and distribution of field experiment sites

2 华北地区主要作物播种面积

Fig2 Sowing areas of different staple crops in the North China Plain


WUE (2)

式中:WUE作物水分利用率kgm3 Y 为作物籽 粒产量,(kg hm2 );ET 为作物生育期耗水量mm


10 为单位转换系数

过对文献的全文阅读与筛选最后得到 93 其中中文文献 76 英文文献 17 所查阅 76 篇中文文献包括 46 篇期刊文献29 篇学位文


6 刘英博等 基于 CiteSpace 的华北冬小麦-夏玉米周年优化灌溉制度的节水潜力分析 5


1 篇会议文献 所查阅的 17 篇英文文献全部 为期文献 93 献有 72 采用数学模型模拟方法的文献有 21 统计文献中的试验地点如图 1 所示

地区接近 23 的降水发生在 6~9 而冬 小麦育期约 70%的 溉满足[20] 。探究 提升冬小麦生育期的水分利用效率,对华北麦玉 水分利用效率的提升至关重要 因此,本文对 19950101 20200101 的主要工 ,以期进一 步挖掘冬小麦的节水技术带来的节水 力,为有效降低麦玉模式的周年耗水提供参考与

上文所 WOS CNKI 中检索得到冬小麦 滴灌 喷灌 微喷灌 选育及优化灌溉制度等节水技术的相关文献,只 选位于华北的田间定位实验(模型研究不包含在 )、文献必须有常规漫灌做对照,文献必须包含冬 麦产量 、生育期耗水量及水分利用效率数据的两 以上(或可根据生育期降水量 、灌溉量等计算得到 水量),通过对符合上文所述筛选标准的文献进行统 并与对照(常规漫灌) 相比 22 部分定量化了各 节水技术在小麦产量、水分利用效率上的差异。

13 研究方法

研究采用文献计量学方法利用 NoteExpress


进行数 CiteSpace 关键词等进行可视化图谱分析

CiteSpace基于 JAVA 程序语言编写 化软件,可通过一 定算法处理数据,绘制知识图谱, 以节 、连线 、聚类等方式展现相关研究领域的热点 趋势 、核心力量等关键信息[21]

本文 93 Citespace 设定时区为 1995 2020 设定时间切片为 1 定节点类型(Node type) 为作者(Author)、关键词               (Keyword) (Pruning sliced networks) 的剪切连接方式并最终采用展示整个网 络(Show merged network) 的方式完整呈现所筛 据的分析图谱

Excel 2019 CiteSpace 分析

2 结果与分

21 研究文献发表量的年际变

根据文 1995 2019 年有关华北冬小麦-夏玉米模式优化灌溉 的中英文文献数量变化如图 3 所示 2000 年之 相关中英文文献发表量均较少;2000 年以后 研究进入初期发展阶段,中文文献发表量虽然有 波动,但总体呈上升态势;英文文献发表量明显 少于中文文献 2016 英文文献发表才呈稳定上升趋势 2004 年后


3 1995 2019 年华北地区冬小麦夏玉米体系优化灌溉制度研究中英文文献发表数量

Fig3 Studies on optimized irrigation regime of winter wheatsummer

maize system in the North China Plain during 19952019


6 2022 27


领域研究开始快速发展,中文文献数量开始逐步 增加 2010 2010 2019 量的 76 这是 度开采的矛盾日益严重,更多研究者开始关注该 冬小麦-夏玉米的优化灌溉制度提高了相关研

22 主要研究机

据第一作者单位统计,发表文献数量排名前 10 的机构见表 1 1995 2019 发表关于华北地 区冬麦-夏玉米


位机构分别是中国农业大学 、中国科学院遗传与 育生物研 其文献发表主要发生于 2010 年之后与图 3 发表趋势吻合

在总发文量排名前 10 的机构中大学占 60 其农科类大学是我国华北地区麦玉模式周年优化 溉制度研究的重要力量 。其中中国农业大学累计 发表 25 2688 主要集中在河北省吴桥试验站 其次为中 科学院栾城农业生态系统试验站,多为长期定位 实验和冬小麦或夏玉米为对象


1 华北地区冬小麦夏玉米模式周年优化灌溉制度发表文献数量前 10 名机构统计

Table 1 Top ten institutions on optimized irrigation regime of winter

wheatsummer maize system in the North China Plain

排序

Rank

研究机构

Research institution

量/篇 Number

发文总量比例/%

Proportion in total

published literatures

1

国农业大学 China Agricultural University

25

2688

2

中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心

Agricultural Resources Research Center Institute of Genetics and Developmental BiologyChinese Academy of Sciences

9

968

3

南农业大学 Henan Agricultural University

9

968

4

国科学院地理科学与资源研究所 Institute of Geographic Sciences and Natural Resources ResearchCas

7

753

5

山东农业大学 Shandong Agricultural University

7

753

6

北水利水电大学 North China University of Water Resources and Electric Power

7

753

7

中国农业科学院农田灌溉研究

Institute of Farmland Irrigation Chinese Academy of Agricultural Sciences

6

645

8

中国农业科学院作物科学研究

Institute of Crop SciencesChinese Academy of Agricultural Sciences

3

323

9

北农业大学 Hebei Agricultural University

3

323

10

岛农业大学 Qingdao Agricultural University

3

323


6 2022 27

23 试验站点分

收集到田间试验站点有 27 如图 1 所示 表文献数目排名前 10 的站点如图 4 所示 其中 表文献最 共有 14 篇分别为英文文献 7 中文文献 7


次是中国农业大学 吴桥试验站共有 13 篇(英文 3 10 篇)。 除此之外中科院禹城综合实验 、中国农业科学院河 南新乡农业水土环境野外科 学观试验站 、山东省泰安农业气象试验站 、中国农 、郑



6 刘英博等 基于 CiteSpace 的华北冬小麦-夏玉米周年优化灌溉制度的节水潜力分析 7

4 华北地区各试验站点相关中英文文献发表数量

Fig4 Number of publications from the referred experiment stations in the North China Plain


5 5 以上试验站点为华北地区冬小麦-夏玉米模式周 年优化灌溉制度研究做出了很大贡献

24 发表期刊分

在搜集到的 76 46 涉及 17 个期刊其文献发表数量与期刊所属省份 信息如表 2 所示 近年来发表相关文献最多的期 是农业工程学报,发表文献数 占中文文献总数 13 表(中 文) 7 此外灌溉 也都在该研究主题发表过多篇文献,占有重要地位

17 篇英文文献全部为国际期刊文献(表 3), 11 个不同英文期刊期刊总部涉及 5 个不同国 其中 4 个期刊总部来 荷兰3 个来自美国2 瑞士2个来自英国其中总部来自荷兰的期刊影 相对较高 AgriculturalWaterManagement 领域发表英 41 此期刊之外的 10 个英文期刊发表文献数量均为 1 这表明 AgriculturalWaterManagement 的热门期刊被同行认可度较高 2018 年后发 的英文期刊文献占英文期刊文献总数的 47 明相关学者近年来更加重视高水平国际期刊的论 表,这也表明了近年来我国相关研究机构和研究 人员更加倾向于将该领域领先进的研究内容发表


际期刊中

25 高影响力文

关于华北冬 麦-夏 表文献中被引用次数排名前 10 的论文情况如表 4 5 所示 被引次数排名前 10 的中文文献中有 5 篇发表于 2010 年后占文献总数 455 同期发表 英文文献占被引次数排名前 10 的英文文献总数 50 2010 较之前取得了较大进步

26 主要发文作者

利用 CiteSpace Author 行分析得到发文作者图谱如图 5 所示 国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究 的张喜 多,李 、任 孙宏勇 、孙景生等科研人员同样在该领域有较大 由图 5 可以看出不同作者间主要以核心作 为节点开展合作研究,但核心作者彼此之间合作 较少,这主要是因为不同作者所属团队 、单位不同, 地理距离较远,联系相对较少 未来该领域研 究应当加强不同团队 、不同作者间的合作

27 键词分析

键词可视化分析在很大程度上能反映学科的 主要研究内容 、研究现状 、研究热点和发展趋势等内 [41] 选择 CiteSpace软件“Keyword”功


8 2022 27

2 中国知网数据库中华北地区冬小麦夏玉米模式周年优化灌溉制度研究相关期刊

Table 2 Journals and number of publications on optimized irrigation regime of winter

wheatsummer maize system in the North China Plain from CNKI database

Journal

文献数量/ Number of literatures

否为核心期刊 Corejournal or not

业工程学报

Transactions oftheChineseSociety ofAgriculturalEngineering

国生态农业学报(中英文)

ChineseJournalofEcoAgriculture

灌溉排水学报 Journalof Irrigationand Drainage

国农业科学 ScientiaAgricultura Sinica

土保持学报 Journalof Soiland WaterConservation

旱地区农业研究 AgriculturalResearchintheAridAreas 物杂志 Crops

利学报 Journalof HydraulicEngineering

用生态学报 ChineseJournalofAppliedEcology

态学报 ActaEcologica Sinica

业机械学报

TransactionsofTheChineseSociety ofAgriculturalMachinery 作物学报 ActaAgronomica Sinica

农学报 ActaAgriculturae Nucleatae Sinica

国农村水利水电 ChinaRuralWaterand Hydropower 河南农业科学 Journalof HenanAgricultural Sciences 民黄河 Yellow River

节水灌溉 WaterSaving Irrigation

10

7

5

5

4

4

2

2

1

1

1

1

1

1

1

1

1

3 Web ofScience数据库中华北地区冬小麦夏玉米模式周年优化灌溉制度研究相关期刊

Table 3 Journals and number of publications on optimized irrigation regime of

winter wheatsummer maize system in the North China Plain from Web of Science database

Journal

文献数量/ Number of literatures

Country

AgriculturalWaterManagement

7

荷兰 the Netherlands

Scienceof the TotalEnvironment

1

荷兰 the Netherlands

Journalof Integrative PlantBiology

1

英国 UK

AgronomyBasel

1

瑞士 Switzerland

AgriculturalSystems

1

英国 UK

IrrigationScience

1

美国 USA

Frontiersinplant science

1

瑞士 Switzerland

Irrigationand Drainage

1

美国 USA

Agronomy Journal

1

美国 USA

ComputersandElectronicsinAgriculture

1

荷兰 the Netherlands

Agriculturaland ForestMeteorology

1

荷兰 the Netherlands



4 CN$I数据库华北地区冬小麦-夏玉米模式周年优化灌溉制度高被引!排名前 10"

Table4 Numberofhighly-citedpublicationsonoptimizedirigationregimeofwinterwheat-summermaizesystem intheNorthChinaPlainfrom CNKIdatabase!Top10)

排序 Rank

献题目

Titleoftheliterature

一作者 First

author

一单位

Firstafiliation

献来源 Literatureresources

引次数

Timesof citation

表年份 Published

year

1

行山山前平原冬小麦和夏玉米灌溉指标研究 Indexsystem forwinterwheatandmaizeinthepiedmont ofmountainTaihagn

张喜英[21] ZhangX Y

中国科学院石 究所 ShiJiazhuangInstituteofAg- riculturalModernization%Chinese AcademyofSciences

TranSactionS oftheChineSeSocietyofAg- riculturalEnginering

86

2002

2

西北平原冬小麦和夏玉米耗水量的实验研究 Experimentalstudyonwaterconsumptionofwinterwheat andsummermaizeinnorthwestShandongPlain

鸿瑞[22] RenH R

中国科学院地 Institute of Geographic Sci- encesand NaturalResources Re- search%Cas

灌溉 ScientiaAgri- culturaSinica

47

2004

3

北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系周年水分利用特征 Annualwaterusecharacteristicsofwinterwheat-summer maizerotationwater-savingsystem inNorthChina

[23]

QinX

中国农业 ChinaAgricultural University

ScientiaAgri- culturaSinica

46

2012

4

非充分灌溉条件下农田水分转化 SWAP SWAPsimulationoffarmlandwaterconversionunderin- adequateirigation

绍元[24] FengS Y

扬州大学 YangzhouUniversity

TranSactionS oftheChineSeSocietyofAg- riculturalEnginering

38

2012

5

冬小麦-夏玉米轮作体系灌溉制度多目标优化模型 Multi-obJectiveoptimization modelofirigation schedule forwinterwheat-summermaizerotationsystem

张志宇[25] ZhangZ Y

北农业大 HebeiAgricultural University

TranSactionS oftheChineSeSocietyofAg- riculturalEnginering

36

2013

6

行山山前平原区蒸散量和作物灌溉需水量的分析 Analysisofevapotranspirationandwaterrequirementfor cropirigationinpiedmontofTaihangMountain

新波[26] LiX B

中国农业 ChinaAgricultural University

TranSactionS oftheChineSeSocietyofAg- riculturalEnginering

36

2007

7

北典型区域农田耗水与节水灌溉研究 Study on farmland water consumption and water-saving irigationinTypicalareasofNorthChina

张喜英[27] ZhangX Y

中国 InstituteofGeneticsandDevelop- ment% Chinese Academy of Sci- ences

TranSactionS oftheChineSeSocietyofAg- riculturalEnginering

32

2018



4!续)

排序 Rank

献题目

Titleoftheliterature

一作者 First

author

一单位

Firstafiliation

献来源 Literatureresources

引次数

Timesof citation

表年份 Published

year

8

最优保留策略遗传算法的玉米小麦优化灌溉模型研究 StudyonmaizeandwheatOptimalIrigationModelbased onGeneticAlgorithm withoptimalretentionstrategy

张兵[28] ZhangB

苏大学 JiangsuUniversity

TranSactionS oftheChineSeSocietyofAg- riculturalEnginering

30

2005

9

同管理模式下农田水氮利用效率及其环境效应 Analysis of Water and Nitrogen Use Eficiencies and TheirEnvironmentalImpactUnderDiferentWater and NitrogenManagementPractices

欢元[29] WangH Y

中国农业 ChinaAgricultural University

ScientiaAgri- culturaSinica

29

2011

10

小麦-夏玉米两熟农田节水效应的可行性 Feasiblestudyonwater-savingefectofwheat-maizerota- tionpatern

聶章[30] WangS Z

东农业 ShandongAgricul- turalUniversity

生态学报 ActaEcologicaSin- ica

16

2006

5 webofScience数据库华北地区冬小麦-夏玉米模式周年优化灌溉制度高被引!排名前 10"文献

Table5 Numberofhighly-citedpublicationsonoptimizedirigationregimeofwinterwheat-summermaizesystem intheNorthChinaPlainfrom WebofSciencedatabase!Top10)

排序 Rank

献题目

Titleoftheliterature

一作者 First

author

一单位

Firstafiliation

献来源

Literature

resources

引次数

Timesof citation

表年份 Published

year

1

Efectofsoilwater deficiton evapotranspiration%crop yield%andwateruseeficiencyintheNorthChinaPlain

Yongqiang Zhang[31]

国科学院地理科学与资源研究所 Institute of Geographic Sciences and Natural Re- sourcesResearch%Cas

AgriculturalWater Management

216

2004

2

EfectofprecipitationchangeonwaterbalanceandWUE ofthewinterwheat-summermaizerotationintheNorth ChinaPlain

ConservinggroundwaterforirigationintheNorthChina

Hongyong Sun[32]

Xiying

科学院遗传与发育生物 Insti- tuteofGeneticsandDevelopmentalBiology% ChineseAcademyofSciences

国科学院石家庄农 Shiji

AgriculturalWater Management

IrigationScience

210

184

2010

2003

3

Plain

Zhang[33]

azhuangInstituteofAgriculturalModerniza- tion%ChineseAcademyofSciences



5!续)

排序 Rank

献题目

Titleoftheliterature

一作者 First

author

一单位

Firstafiliation

献来源

Literature

resources

引次数

Timesof citation

表年份 Published

year

4

Irigationstrategiesto improvethewateruseeficiency ofwheat-maizedoublecroppingsystemsinNorthChina Plain

Quanxiao Fang[34]

青岛农业大学 QingdaoAgriculturalUniver- sity

Agricultural Water Management

123

2009

5

Performance of double-cropped winter wheat-summer maizeunderminimum irigationintheNorthChinaPlain

Xiying Zhang[35]

国科学院石家庄农 Shiji- azhuangInstituteofAgriculturalModerniza- tion%ChineseAcademyofSciences

AgronomyJournal

88

2006

6

Energy water budgets and productivity of the typical croplandsirigated with groundwaterand surfacewater intheNorthChinaPlain

Yanjun Shen[36]

科学院遗传与发育生物 Insti- tuteofGeneticsandDevelopmentalBiology% ChineseAcademyofSciences

Agriculturaland ForeStMeteorology

50

2013

7

Reducedirigationincreasesthewateruseeficiencyand productivityofwinterwheat-summermaize rotation on theNorthChinaPlain

Yunqi Wang[37]

国农业大学 ChinaAgriculturalUniversity

ScienceoftheTotal Environment

28

2018

8

A rootzonemodelforestimatingsoilwaterbalanceand crop yield responses to deficit irigation in the North ChinaPlain

Ying

Ma[38]

中科院 Instituteof GeographicSciences and NaturalResources Research%Cas

Agricultural Water Management

27

2013

9

Muchimproved irigation use eficiency in an intensive wheat-maizedoublecroppingsystem intheNorthChina Plain

Quanxiao Fang[39]

青岛农业大学 QingdaoAgriculturalUniver- sity

JournalofIntegra- tivePlantBiology

24

2007

10

Evaluationofoptimalirigationschedulingandgroundw- aterrechargeatrepresentativesitesin theNorth China PlainwithSWAPmodelandfieldexperiments

Ying

Ma[40]

国科学院地理科学与资源研究所 Institute of Geographic Sciences and Natural Re- sourcesResearch%Cas

ComputerSandElec- tronicS in Agricul- ture

17

2015


12 2022 27

5 华北冬小麦夏玉米轮作周年优化灌溉制度主要发文作者分析

Fig5 Analysis of main authors of winter wheatsummer maize double cropping system in the North China Plain


键词共现图谱(图 6),其 所处位置和中心点的距离均与关键词出现次数呈 正相关 图中共有节点 256 连线 713 网络整 密度 0021 8 但网络结构形态较好,说明相关主题研究较为集 6 表明 麦-夏 的研究点主要集中在产量与水分利用效率上,同 时作物光合特性 、生长特性 、耗水规律 、模型模拟 分生产函数 、土壤水分 、滴灌 、种植方式等出现的次 样较高并且与冬小麦-夏玉米模式水分研究联 较为紧密,与高频词产量结合关系较近

为明 系,通 CiteSpace关键词做聚类分析得到关键词共现聚 类图谱( 7),其 类结果的聚类标签 。关键词聚类图谱清晰地将关 来,聚               ( Modularity) 0691 9 0901 4 聚类类别令人信服结果中聚类大 和聚类强度就是聚类图谱中关键词字体大小和词 组紧凑程度的指征 7 可以看出非充分灌溉条 产量及水分利用效率紧凑强度非常高,说明非充 灌溉条件下的产量及水分利用效率是该研究主题


的主要内容 。此外,土壤水分与土壤棵间蒸发 、非充 灌溉条件与水分生产函数同样联系紧密 。冬小麦 与非充分灌溉 、水分利用效率联系密切,作为生育 大量补充灌溉的作物,其研究热点相较于夏玉米 贴近与灌溉方向

区图可以展示某学科领域内热点关键词随时 的发展,突发性检测被认为是高度活跃研究领域 示器,它可以探索新兴趋势和转瞬即逝的潮流, 国内学术界对研究热点的持续时间提供较为清晰 可视化分析[42] 利用 CiteSpace得到时区图谱和 显词功能进而绘制图 8 得到近五年华北冬小麦- 玉米模式周年优化灌溉制度的研究在作物生长特 以及 度,研 1995 年对于冬小麦耗水量的相关研究1998 年引 溉制度的相关研究并在 2000 年之后开展了大量 有关节水 、增产及土壤水分相关的研究,通过图中 时可看出,有关土壤水分 、耗水特性相关研究都与 不可分近年来有关冬小麦-夏玉米周年水分利 用的研究仍然主要围绕作物需水规律和产量开展 着研究的深入,越来越多的研究方法与思想融入 了该研究体系,如多 目标优化 、水分生产函数 、光合 特性等方面的研究关键词的出现也证实了这一点


6 刘英博等 基于 CiteSpace 的华北冬小麦-夏玉米周年优化灌溉制度的节水潜力分析 13

6 华北冬小麦夏玉米轮作周年优化灌溉制度关键词共现图谱

Fig6 Keywords cooccurrence map of winter wheatsummer maize double cropping system in the North China Plain


28 华北地区高耗水作物冬小麦节水技术研究态势

华北地 60 [43] ,导致冬小麦生育期约 300 mm 的需水要依靠 [44] 此,提 麦-夏 体系的水分利用效率,重点在冬小麦的水分利用 率的提升上 。前人对冬小麦单个作物的节水技术 行了广泛研究 。传统大水漫灌不仅容易产生深层 渗漏,并且不易控制灌水量,无法做到精量灌溉 费水资源[45] ,良 生物节水技术如选育抗旱品种 、以及结合工程节 水技术如滴灌 、喷灌 、微喷灌等,可减少田间水分无 、提高作物产量进而提高作物水分利用效率

文接下来对过去 25 年来有关华北冬小麦的 主要 ( 6),以期进一 步挖掘冬小麦的节水潜力,为有效


降低麦玉模式的周年水分消耗提供依据 。通过对 上文所述筛选标准的文献进行统计,并计算与对 照(规漫灌) 相比,各节水技术在冬小麦产量 、水分 用效率上的差异见表 6

结果表明 灌(3 225 mm 溉量) 相比,喷灌 、滴灌 、微喷灌 、选用抗旱节水品种 技术具有较为稳定的节水增产潜力,可降低田间 耗水 7 ~13 2 ~ 10 进而提高 5 ~ 28 优化灌溉制度减少灌溉次数根据不同的降 年型保证冬小麦关键生育期的需水,可明显提高 麦生育期的水分利用效率 据不完全统计,雨 养(0 次灌水) 情况下产量约降低 18 耗水量降低 25 WUE提高约 9 1 水(多为 75mm 的拔 节水) 情况下产量约降低 9 耗水量降低约 14


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7 华北冬小麦夏玉米轮作周年优化灌溉制度关键词共现聚类图谱

Fig7 Keywords cooccurrence cluster atlas of winter wheatsummer

maize double cropping system in the North China Plain

8 华北冬小麦夏玉米轮作周年优化灌溉制度关键词时区图谱

Fig8 Keywords of timezone map of winter wheatsummer maize double cropping system in the North China Plain


WUE高约 6 2 水(多为拔节开花或灌浆水 75mm/次) 情况下产量约降低 2 耗水量降低约 9 WUE提高 7

有些研究对秸秆覆盖和地膜覆盖进行了探究, 秆覆盖可减少土壤蒸发、少量增产,但也有不少


究表明 [46] 。地膜覆盖,在华北有一些田间试验探索,但存在 不易械化播种、追肥不便[47] 、更易使冬小麦发生倒 [48] ,更重要的是增加成本和环境污染等问题,故此地 膜覆盖、秸秆覆盖华北冬小麦上并不宜使用推广。


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6 华北冬小麦节水技术下产量耗水量与水分利用效率变化情况

Table 6 Differences of yieldET and WUE of winter wheat under watersaving technologies in the North China Plain

水技术

Watersaving

techniques

产量变化/% Yield change

ET化/%

Evapotran

spiration

change

WUE化/%

Water use

efficiency

change

文数量

Number of

literatures in

Chinese

英文数

Number of

literatures in

English

总文献

量/篇

Number of

total

literatures

喷灌 Spray irrigation

Drip irrigation

10

9

21

16

4

20

(0~44%)

(-24~0)

(0~52%)

9

13

28

4

7

11

(-4~56%)

(-32~1%)

(1~100)

喷灌

2

7

14

8

3

11

Microspray irrigation

(-6~15%)

(26~14%)

(3~34)

种选育 Breeding

溉制度优化 Irrigation regime optimize

7 (6~7%)

1 (2~5%)

5 (1~9%)

2

0

2

0 Zero irrigation

18

25

9

(-29~1%)

(30~20%)

(6~33%)

1 One irrigation

9 (-19~3%)

14 (20~6%)

6 (7~28%)

2

7

9

2 Two irrigations

2

9

7

(9~4%)

(12~7%)

(3~11)

注:1 水多为 75mm 的拔节水;2 水多为拔节 、开花或灌浆水,75mm/次

NoteOne irrigation is mostly at jointing stage of 75 mm Two irrigation are mostly at jointing stage anthesis or filling stage with

75mmtime


6 刘英博等 基于 CiteSpace 的华北冬小麦-夏玉米周年优化灌溉制度的节水潜力分析 15

3

31 华北冬小麦夏玉米周年灌溉制度优化文献计

发展态势

前大多数学者主要关注华北冬小麦或夏玉米 一作物而不是整个种植模式的水分利用研究 。有 冬小麦或夏玉米单一作物优化灌溉制度的发文量 但研究冬小麦-夏玉米周年种植模式上的优化 制度发文量就相对较少 在近十年内,华北地 小麦-夏玉米 热度迅速增加 2010 年以前的相关研究发表文 数量且主要以中文为主 2010 年之后相关研 究发表文献数量和引用量较 2010 年之前有明显


英文文献的发表量迅速增长 2010 年以来我国 研工作者 但目前有关冬 麦-夏 用及水分生产力进一 步提升的机理还有待于进一 挖掘与阐释

于该领域的研究机构来说,固定的试验站点 长期定位试验需要加强重视 。处于领先地位的中 农业大学和中科院遗传与发育生物学研究所农业 源研究中 并在站内设定长期定位实验,为其科研人员进行 麦-夏玉米模 下了坚实基础 目前相关研究不同作者间以核心 者为节点展开的合作较多,但是核心作者间合作



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导致大多数作者间联系少,需要在未来加强不同 单位 、不同团 、不同作者间的合作

尽管国内学 麦-夏 情况更为了解,但从文献计量结果来看 目前关于 冬小麦-夏玉 与美康奈尔大学 、丹麦哥本哈根大学 、荷兰瓦赫宁 根大学等国际知名机构展开合作交流 国内学者应 用自身对华北实际生产非常熟悉的优势,并且加 与国际知名研究单位的合作,以期引入新节水技 、节水设备 、算 提高该领域科研的整体水准,既服务实际生产, 与国际接轨 。本研究采用文献计量法进行系统总 文献计量学所有文献来自各类数据库,而数据库 内的文章数量 、被引次数等在不断更新 因此,针对 定学科领域的文献计量学研究可能会受到所选数 库类型 、检索关键词 、检索时间等的影响 。考虑到 据库的不断更新,本研究只能力求客观公正的研 时间段内该领域的发展态势

32 关于华北地区冬小麦夏玉米轮作模式周年节

发展的建议

对于冬小麦 、夏玉米单个作物的单项农艺 工程等节水技术研究较多,本文考虑应将冬小麦 米的农艺节水措施与工程节水措施等单一技术相 融合,从品种选育[4950] 、优化灌溉制度(优化灌溉 等) [5153] ( [5456] [5456] 化学调控[57] 等)、灌溉技术[5859] 等多方面出 发,选 [60] 、玉 [61] 、精 [62] [63] [64] [6566] 等技术相互结合,构建整合的配套节水技术 体系灌溉设备 麦-夏 两茬作为一个体系来充分考虑周年的水分利用, 理优化周年的灌溉制度,促进冬小麦的根系下扎, 大冬小麦收获后的土壤水库空库容,便于更多地 汛期多余的降水,减少水分的渗漏流失,同时也 好地截留夏季未被利用的速效氮素,减少养分的 [67]

4 结论与展

十年来关于华北地区冬小麦-夏玉米一年两 熟制 升, 2010 2019 (1995 2019 末) 76 且发文质量明显提升 主要由于华北地区地


漏斗问题日益严峻,与粮食生产矛盾日益加剧, 关问题引起了学术界重视,另外国家近些年对于 领域科研的持续投入,使得相关研究可以在华北 区大规模进行

然该领域研究热度不断上升,但是引起学术 同体的整体关注度不足,且存在着如试验站点分 布不 、作者间合作较少 、缺少长期稳定的定位试验 等问题 未来应当继续加强华北地区冬小麦-夏 一年两熟制周年优化灌溉方面的研究,挖掘该模 的最大节水产粮潜力,着重于解决现存问题并同 合先进的工程 、农艺 、生物及管理措施,以形成 整合 ,在相关领域的研究和技术发展落实离不开节水 策的支持,故此在未来也应该提高节水政策的关 度,为解决华北地区水资源匮乏与粮食生产的矛 问题提供切实可行的节水技术与实践依据,为服 三农提供支撑

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任编辑:秦梅


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