国内畜禽粪污年产量约38亿吨，农作物秸秆理论年产量约9.0亿吨，超过60% 的废弃物得不到妥善处理，造成了严重的环境污染和资源浪费^[1-3]，而农业废弃物资源化利用是解决以上废弃物的最有效措施。我国有机固体废弃物资源化利用方式有基质化、饲料化、材料化、肥料化以及能源化等，其中资源利用率最高的为肥料化^[4]。堆肥操作简单，能提高农业废弃物中有机质、氮、磷和钾等养分的利用率，是一种绿色高效的资源化途径，其是在控制条件下，依靠微生物作用于有机废弃物，促进废弃物降解为稳定腐殖质的一种发酵过程^[5-6]。因此，和发酵一样，堆肥也因供氧情况不同而存在着好氧堆肥和厌氧堆肥两种过程。由于好氧堆肥堆温可达70 ℃以上^[7]，能杀灭虫卵、杂草种子和病菌等，使产物无害化，且堆制周期短，因而现代堆肥多使用好氧堆肥。目前，常用的好氧堆肥方法包括静态好氧堆肥、条垛式堆肥和反应器堆肥等，几种方法各有优劣，其中静态好氧堆肥一般无需翻堆，但占地面积大；条垛式堆肥通风好，但不利于堆体温度的保持；反应器堆肥能很好地控制反应条件，然而固定投资及运行成本较高^[8-9]。堆肥过程中关于氧气供应、温度控制、C/N、菌种选择等各种参数都对堆肥效率、成本有较大影响，氨气挥发和氮素损失、转化等情况影响着堆肥成品的质量，是制约堆肥工艺发展的重要因素^{[4, 10-11]}。

文献计量学是对信息载体用统计学和数学方法进行定量分析的一门交叉学科，可以系统地分析某一研究领域的整体发展状况，有效总结该领域研究成果并揭示其未来的发展方向^[12-13]。文献计量学从1917年出现萌芽到现在经历了百余年发展过程，如今借助各种可视化软件已经发展得较为成熟，确定了文献计量学研究的若干热点领域，如文献计量学、科学、指标、文献计量分析法、引文分析、影响因子、科学引文索引等，这些研究热点大多是针对文献计量学理论、方法和应用的研究，文献计量学研究日益呈现应用化、综合化和网络化的态势^[14]。

为了解堆肥领域氮排放控制的研究历史情况及最新动向，对该领域研究现状及未来热点进行梳理和把握，本文以堆肥氮排放、氮素转化为主题，运用文献计量的分析方法，对从Web of Science(WOS)核心合集英文数据库和CNKI数据库检索的相关文献进行计量分析，拟从年度发文量的变化、主要分布学科、发文机构、发文期刊分布和发文关键词等角度，系统性地对近30年来堆肥氮排放控制领域进行解析，以期为今后该领域研究提供方向性指引。

1 材料与方法 1.1 数据来源

本研究主要采用的文献检索数据库为Web of Science(以下简称WOS)核心合集数据库，该数据库是大型综合性、多学科、核心期刊引文索引数据库，内容涵盖了自然科学、工程技术、社会科学、艺术与人文等领域^[15]。辅助使用CNKI数据库，以进一步解析中文期刊发文情况。WOS核心合集数据库检索时间设置为1993—2022年，文献类型限定为Article和Review两种。以“堆肥氮排放和氮素转化”为主题，其布尔运算式为：(TS = (compos^*)) AND TS = (“Nitrogen emission” or “Nitrogen transformation”)，检索后获得文献367篇；CNKI数据库检索文献发表时间同样为1993—2022年，检索关键主题词为“堆肥”并“氮”或“氮素”或“氮元素”，共得到相关文献1 378篇，再以此为基础利用“氮排放”“氮转化”等主题词继续检索，得到相关文献386篇，剔除会议论文2篇、成果3个，手动选择“学术期刊”类别，最后汇总出符合的中文期刊论文共128篇。

1.2 研究方法

将在WOS检索出的367篇文献的结果导出，导入Histcite软件并选择按文献发表国家、文献发布期刊进行排序提取数据，主要注意的指标是本地引用次数(Total local citation score，TLCS)和总引用次数(Total global citation score，TGCS)，TLCS指的是某一文献在导入数据中的总被引次数，而TGCS则是指在整个WOS数据库中的总被引次数。由于导入Histcite的文章均是与检索词有关的该领域文章，TLCS更能反映文献对某一领域的影响程度，TLCS值越高，关注度越高，说明文献越重要^[16]。利用Excel数据处理软件对WOS检索结果分析数据及Histcite中提取的数据进行整理作图，可以直观了解国内外年度发文量、文献来源情况。将检索结果导入CiteSpace和VOSviewer软件，对关键词进行可视化分析，获得近30年(1993年1月—2022年12月)的关键词共现图和关键词突现情况，可以了解各时间段该研究领域的研究热点和发展趋势。

由于CNKI数据库检索出的数据不兼容使用Histcite、VOSviewer等软件的诸多功能，因此直接使用CNKI网站自分析结果，并利用Excel对检索出的中文文献进行整理统计。

2 结果与分析 2.1 年度及各国发文量分析

WOS自带引文报告，可以下载检索结果按年份的被引频次和发文量分布图。结果如图 1所示，在检索范围内前10年(1993—2002年)，在堆肥氮排放和控制领域的发文量和被引频次都非常低，年发文量均低于5篇，被引频次最高的2000年也只有18次；进入第2个10年(2003—2012年)，该领域的发文量和被引频次逐渐有了较大提升，2009年和2012年发文量分别为13和12篇，被引频次也达到了155和156次；到最近10年(2013—2022年)，该领域的发文量和被引频次都突飞猛进，最近的2022年发文量高达59篇，被引频次高达1 971次。说明近20年该领域研究热度持续升高，到最近10年达到了历史较高水平，属于高关注度的热点领域。

各国家/地区发文量分析可以一定程度上看出该国家/地区对某科学领域的研究重视程度。由表 1可知，在堆肥氮排放和控制这一领域，中国的发文量遥遥领先，是第2名(美国)的3.7倍，占发文量前10位国家发文总量的56.35%，表明我国对该领域研究的重视程度较高。从被引次数可以反映出该国家/地区在该领域研究成果的水平以及影响力^[17]，中国发文量的本地引用次数(TLCS)和总引用次数(TLCS)均为第一，达到了170次和4 600次，表明我国对该领域的研究贡献非常大。另外，西班牙作为榜内第8名的发文量，却达到了第2高的TLCS和TGCS，可以看出西班牙在该领域有较强的国际学术影响力。

2.2 文献发表学科分布及研究机构分布

通过WOS自带的数据分析系统进行分析，发现堆肥氮排放和控制领域的研究涵盖多个学科(图 2)，发表文章数量排名前5位的学科为环境科学、生物技术和应用微生物学、能源燃料学科、农业工程学科、土壤学。堆肥不仅可实现畜禽粪污、农业废弃物、污泥的减量化和无害化，其产物还可作为有机肥料改良土壤，循环利用，具有良好的环境效益^[9]。环境科学是该领域最重要的学科分布可以说是在意料之中，发文量分布第2、第3的学科表明，目前对堆肥氮排放和控制领域的研究方向主要集中在使用生物技术的方法筛选有用微生物以提高堆肥效率，从而减少氮元素的排放，同时降低能源消耗，或产出能源收获环境效益。

使用VOSviewer软件得到发文作者研究机构共现图(图 3)，筛选出共作次数至少2次的研究机构，共116个，其中有一部分机构存在两两连线但与其他机构间均无相互连接，说明这些机构对外合作过少，剔除后实际出点88个。圆点越大代表共现作者越多，可以看到中国科学院共现点最大，且与周围多个学校、科研机构有联系，表明其在中国学界的领衔地位。其他几个较大的共现点为中国科学院大学、东北农业大学、西北农林科技大学、中国农业大学、南京农业大学，外国机构较少，比较显眼的只有京都大学。

2.3 期刊来源分析

对文献期刊来源进行分析，可为快速查找该领域的研究文献提供依据^[18]。如表 2所示，发文量居前3位的是Bioresource Technology，Science of The Total Environment和Environmental Science and Pollution Research，发文量分别为58、22和17篇。其中，Bioresource Technology不仅发文量高，其近5年影响因子也高达11.139，是堆肥氮排放和控制领域具有重要影响地位的期刊。JCR是一个多学科期刊评价工具，它通过评价期刊之间互相引用的关系，使用总引文数(total cites)、论文数(articles)、即时指标(immediacy index)、影响因子(impact factor)和被引半衰期(cited half-life)五大指标定量分析，提供了一种基于引文数据的统计信息的期刊评价资源，其收录的期刊有较高水平^[19]，堆肥氮排放和控制领域发文量前10位的期刊学科类别分区(JCR)均处于Q1、Q2分区，且Q1占比更大，进一步印证对图 1的分析，该领域处于研究热度上升期。

如表 3所示，在该领域中文期刊发文量前3位的是《农业环境科学学报》《环境科学学报》和《农业工程学报》，发文量分别是15、7、5篇，其他期刊发文量较为平均，除《中国生态农业学报》和《农业机械学报》是2篇，其他都是3篇。影响因子是评估期刊在某一领域的重要程度的指标，该领域中英文发文期刊的影响因子都很高，英文期刊最高有13.847，最低5.053，中文期刊最高5.590，最低也有2.147，证明该领域研究处于重要地位。针对1993—2022年堆肥氮排放和控制领域，国内研究机构位列前位的均为高等院校，西北农林科技大学居首位，发文12篇，占9.38%，其次为中国农业大学、东北农业大学、重庆交通大学和中国科学院大学。另外，图 4、图 5是在该领域作者和机构合作网络情况，作者之间的合作研究团体不多，核心研究机构间的交流合作较少。

2.4 研究热点分析 2.4.1 关键词突现

使用CiteSpace软件可以查看不同时间段关键词的引用突现情况，以此了解堆肥氮排放和控制领域研究热点的演变过程。如表 4所示，强度最高的词是微生物群落，同时，前15个词里，微生物群落、群落、群落结构均有出现，他们的突现时间也在近些年(2017—2022年，2020—2022年，2013—2016年)，证明在堆肥氮排放和控制领域微生物群落研究是一个特别热门的研究方向。表 4中出现了硝化作用、反硝化作用以及氧化细菌3个词，相关研究也发现微生物驱动的硝化和反硝化作用产生了约占全球70% 的N₂O^[20]，可见，对微生物驱动的硝化和反硝化作用的过程研究在堆肥氮排放和控制领域可能有较为重要的作用。

2.4.2 高频关键词

文献可视化分析软件VOSviewer可以绘制导入文献数据的关键词共现网络，反映该领域的研究热点和方向^[21]。用VOSviewer软件筛选出现次数为至少5次的关键词，共筛出160个词。由于数据来源本身就是以“堆肥的氮排放和氮素转化”为主题检索的，因此在前15个高频关键词中将“氮转化(nitrogen transformation)”“堆肥(composting)”2个词去除了，最后得到158个高频关键词图，如图 6和图 7。图 6为关键词网络可视化，可以看到，出现频率最高的关键词有硝化作用(nitrification)、反硝化作用(denitrification)、多样性(diversity)、污水污泥(sewage-sludge)、成熟度(maturity)、生物质炭(biochar)等等。而在VOSviewer软件的叠加可视化(图 7)里会发现，近10年来的研究方向中，“细菌群落(bacterial community)”与硝化作用、反硝化作用、多样性、污水污泥、成熟度、生物质炭均有相关，表现出研究的延伸发展状态，2.4.1的高强度突现关键词分析也有相同结论——现在最新热门研究是微生物方向。

3 讨论与结论

化肥是重要的农业生产资料，但过量施用会使农产品品质下降、徒增生产成本，并造成相应的环境危害^[22]。如今，我国农业向着“节本增效”的方向发展，走“减用量、调结构、转方式”的可持续发展之路^[23]，一方面是降低化肥使用量、调整施肥种类，另一方面就是化肥有机肥配合施用的“化肥+”模式。有机肥能够提高土壤养分、改善土壤理化性质、增加微生物群落多样性、提高土壤酶活性^[24]，堆肥在处理有机废弃物的同时生产有机肥，具有较高的环保效益；加之堆肥发酵效率高、稳定化时间相对较短、无二次污染、设备投资少、管理方便，对绿色农业发展具有举足轻重的地位。有研究表明，堆肥过程中约有16.1% ~ 22.6% 的氮素以NH₃的形式损失^[25]，还有0.2% ~ 9.9% 的氮素以N₂O的形式损失^[26]。堆肥过程中NH₃与N₂O的排放造成了大量的氮素损失，NH₃与N₂O的协同减排对堆肥过程的固氮具有重要意义。

本文使用Histcite、CiteSpace和VOSviewer软件对WOS数据库中堆肥氮排放和控制领域近30年的相关文献进行了可视化分析，并对CNKI数据库中的中文期刊也进行了相应的辅助分析。研究发现，在堆肥氮排放和控制领域，发文和引文量逐渐上升，前20年发文引文均较少，近10年有较高频次的发文和引用，说明该领域已进入研究热门期。中国的发文量、本地引用次数(TLCS)和总引用次数(TGCS)均为第一，作者共现图也展现出主要机构是我国院校，说明我国很早就参与堆肥氮排放和控制领域的研究且持续为该领域提供较大贡献。在发文期刊分析中可以看到，堆肥氮排放和控制领域发文量前10位的英文期刊均处于JCR的Q1、Q2分区，加上该领域发文量和被引频次近10年均迅速升高，可以判断该领域处于热门研究领域，且处于研究上升期。但是，从中文期刊发表的作者和机构关系中可以看到，目前国内该领域存在作者之间合作团体不多、缺乏核心研究机构相互间的交流合作的问题。关键词是论文研究内容的高度概括与集中描述^[27]，分析高频关键词可以大致了解该领域的研究集中在哪个方向。通过关键词突现表和高频关键词图可以发现，微生物群落、重金属、成熟度、硝化作用、群落几个词突现强度最高；硝化作用、反硝化作用、多样性、污水污泥、成熟度几个词出现频率最高。综合可见，微生物介导堆肥过程及氮素迁移转化方式和粪污堆肥利用的食品安全风险问题是两个特别热门的研究方向，研究热点可能集中在：①应用现代分子生物学的技术方法，深入研究堆肥过程硝化与反硝化微生物的群落变化及其与N₂O排放的关系，并重视堆肥中特异性微生物(如耐高温微生物和异养硝化菌等)对氮素形态转化的影响^[28]；②综合考虑腐熟进程、氮素持留和温室气体减排等方面，确定各类堆肥物料和工艺的最优控制参数^[29-31]；③污泥、畜粪等堆肥存在重金属累积风险的监测评估^[32]。

综上所述，我国在堆肥氮排放和控制领域已有良好而广泛的研究基础，为该领域研究提供了较大贡献，但存在国内作者之间研究合作团体不多、研究机构之间联系不紧密、核心研究机构之间缺乏交流合作的问题，应再加强该领域合作的深度和广度。另外，该领域未来的研究方向可能会聚焦于微生物群落结构解析、由微生物驱动的硝化作用和反硝化作用过程、堆肥重金属富集以及堆肥成熟度等方面。