综述：中国水化学驱动土壤侵蚀机制与调控的文献计量分析

《Water》：A Bibliometric Analysis of Mechanisms and Regulation of Hydrochemistry-Driven Soil Erosion in China

　　

土壤侵蚀是限制中国生态安全与农业可持续发展的关键环境问题。传统研究主要聚焦于水力侵蚀与风蚀等物理驱动因子，而水化学（hydrochemistry）对土壤侵蚀的调控效应长期以来未得到充分重视。为阐明中国水化学驱动土壤侵蚀的作用机制与调控过程，本研究收集了2000—2025年间来源于 Web of Science Core Collection 的795篇相关文献。基于文献计量学方法，采用 VOSviewer 1.6.20 和 CiteSpace 6.4.R1 等可视化软件，对发文趋势、作者分布、研究机构及关键词共现特征进行了分析。结果表明，自2000年以来，中国水化学驱动土壤侵蚀相关发文数量逐年增加。中国在总发文量方面位居首位，显示出该领域的主导研究地位。中国科学院在所有研究机构中发文量最高。过去25年的关键词共现分析显示，土壤侵蚀、径流和水蚀构成该领域的核心研究热点。进一步分析揭示了关键水化学参数，如 pH 值、离子强度和溶解性有机碳（DOC）在侵蚀过程中的调控机制。深入的关键词分析证实，中国水化学驱动土壤侵蚀研究目前仍处于初步阶段，对微观机制和系统性调控策略的综合探讨仍显不足。因此，未来亟需加强相关研究投入并优化调控框架。本研究可为深化侵蚀驱动机制认知、提升中国不同区域土壤侵蚀治理效率提供理论基础与技术参考。

1. Introduction

土壤侵蚀被界定为全球土地退化的核心表现之一，也是威胁中国生态安全与农业可持续发展的关键环境问题。正文首先从全球与中国双重尺度说明问题背景：全球约30%的陆地面积受土壤侵蚀威胁，且造成显著经济损失与粮食减产；中国则因复杂地形、气候差异及高强度人类活动而成为受侵蚀影响最严重的国家之一。文中指出，传统研究主要关注降雨、坡度、径流、风力等物理因子，而对水化学（hydrochemistry）作用重视不足。作者据此提出，应将土壤侵蚀理解为水文过程、地球化学风化与生物地球化学反馈共同耦合的多维过程，其中水既是物理搬运介质，也是化学活化因子。

在区域背景部分，文章结合中国典型侵蚀区讨论了侵蚀问题的差异性。南方红壤区因高温多雨、土体结构较差且抗蚀性弱，极易在雨季形成强地表径流并导致颗粒流失；东北黑土区则处于高纬寒冷地带，水蚀、风蚀及冻融共同作用，其中水蚀分布广、强度高，是主导侵蚀类型。文章同时强调，土壤环境退化还叠加了重金属污染、酸雨沉降和农药残留等问题，促使中国在政策层面陆续出台《土壤污染防治行动计划》《土壤污染防治法》等文件，从国家战略角度推动土壤质量安全与污染治理，也间接推动了对水化学驱动侵蚀机制的研究。

作者进一步提出水化学驱动土壤侵蚀的基本理论框架。与单纯由水力或风力导致的物理侵蚀不同，水化学驱动侵蚀是以化学作用为主导、以物理输移为协同的复杂耦合过程，具有隐蔽性、持续性与累积叠加性。其核心微观机制主要包括离子交换、颗粒分散与絮凝。离子交换可改变黏土矿物表面的交换性离子组成，进而重塑电双层结构与颗粒间作用力；颗粒分散发生于水化学环境改变破坏土壤团聚体后；高价离子压缩电双层则会促进絮凝并重塑微结构。三者共同决定土壤结构稳定性及侵蚀演化。文章同时明确指出，并非所有导致胶体分散的水化学过程都构成土壤侵蚀，只有在分散颗粒被坡面径流搬运并向下坡沉积时，方可判定为侵蚀过程。

在文献回顾部分，作者梳理了国内外关于土壤侵蚀的研究进展，指出已有成果主要集中于宏观综述、侵蚀机理、技术方法及环境影响因素分析。例如，有研究利用地理信息系统（GIS）开展定量侵蚀研究，也有研究探讨气候变化、冻融、降雨过程及土壤有机碳变化对侵蚀的影响。国际上亦有采用通用土壤流失方程（RUSLE）模拟全球水蚀变化趋势的研究。尽管这些工作丰富了土壤侵蚀理论，但文章指出，现有研究大多仍围绕传统物理侵蚀过程展开，对水化学变化—土壤力学性质—侵蚀演化之间内在联系认识不足，导致宏观调控机制与区域治理框架尚未系统建立。

1.1. Research Purpose and Objectives

1.1.1. Research Purpose

本节明确了研究目的。文章认为，中国不同区域在水化学—侵蚀相互作用方面具有显著差异，这为理论研究提供了天然实验场。东北黑土区面临酸化与侵蚀耦合退化，黄土高原面临泥沙调控与流域生态保护，西南喀斯特区突出水文地球化学循环与石漠化耦合机制，南方红壤区则受酸雨诱导的地球化学侵蚀影响明显。基于此，研究拟借助文献计量分析系统总结水化学驱动土壤侵蚀的研究进展，完善土壤侵蚀理论体系，并为中国差异化土壤治理政策提供科学依据。

1.1.2. Research Objectives

研究目标包括四个方面：识别该领域高产作者、机构与国家；通过共被引分析揭示知识基础与标志性文献；通过关键词突现分析识别研究热点及未来方向；并结合深入分析探讨水化学驱动土壤侵蚀的机制与调控策略。

2. Materials and Methods

2.1. Data Collection

研究数据来源于 Web of Science 核心合集数据库，检索时围绕水化学属性与土壤侵蚀相关主题词组合展开，时间范围为2000年1月1日至2025年12月1日。经人工筛除非研究型文献与重复文献后，最终保留795篇有效文献作为分析样本。该部分同时交代了研究样本的来源规范性与时间覆盖范围，为后续计量分析提供数据基础。

2.2. Exclusion Criteria for “Irrelevant” Literature

文章从“驱动因子维度”与“研究内容维度”界定纳入标准。在驱动因子维度，相关文献须涉及 pH、离子浓度与类型、结垢与溶解、石灰或石膏等调控措施；若仅讨论降雨强度、坡度、植被覆盖或孔隙度等物理、生物及土壤力学因子，则被排除。在研究内容维度，纳入文献须聚焦机制分析或实验/模型验证，例如酸性水对胶体结构的破坏、Ca²⁺ 和 Mg²⁺ 促进团聚体形成等；若仅讨论宏观水文过程、气候变化或不涉及水化学效应的土壤物理性质，则不纳入。作者还比较了 WoS、CNKI、Scopus 与 Google Scholar 的优缺点，说明选择 WoS 是为了确保文献标准化程度与计量分析一致性。

2.3. Research Methods

方法上，研究采用文献计量学方法，并联合使用 VOSviewer 1.6.20 与 CiteSpace 6.4.R1 进行知识图谱与趋势分析。CiteSpace 用于突现词检测和中介中心性分析，适合揭示动态演化和研究前沿；VOSviewer 用于关联强度归一化和大规模文献可视化。文章给出了时间切片、Top N、g-index、Pathfinder 剪枝、作者与关键词阈值等参数设置，并强调两种工具结果相互验证，从而增强结论稳健性。

3. Results

3.1. Number of Publications and Regions

3.1.1. Number of Publications

结果表明，2000—2025年间该领域发文数量总体持续上升。2000—2007年发文较少，年均约6篇，说明研究尚处起步阶段；2008年后发文量明显增长，至2025年达到72篇，反映出该主题在中国受到持续关注。文章认为，这一增长趋势可能与国家层面水土保持、土壤侵蚀治理政策推进有关。

3.1.2. Analysis of National/Regional Publications

国家/地区发文分析显示，中国发文量最高，远超美国、西班牙、澳大利亚和德国，处于绝对主导地位。合作网络表明，美国和澳大利亚与其他国家的合作较早且较活跃，2016年后国际合作逐步增强，2018—2020年合作网络更为紧密。中国和美国是核心输出主体，而德国、荷兰、印度虽发文量较低，但在合作网络中具有连接作用，说明该领域已形成一定国际合作格局。

3.2. Study on the Distribution Characteristics of Authors

作者分布分析表明，2010年后该领域研究者数量明显增加，高产作者逐步形成合作网络。Li Peng、Li Zhanbin、Li Zhongwu、J. Rodrigo-comino 等处于合作网络核心位置，对推动该领域发展具有重要作用。高产作者集中说明研究力量已初步形成，但新兴研究者也正在加入，推动研究延伸。

3.3. Distribution Characteristics of Research Institutions

机构分析显示，主要科研产出高度集中于少数机构，前15家机构贡献了约81.5%的文献。中国科学院发文量居首，显著高于其他机构；西北农林科技大学、中国科学院大学等也是重要研究主体。合作关系上，国内机构之间联系更紧密，且已与西班牙、美国等国外机构建立初步合作桥梁，形成以高校、科研院所和政府机构为核心的多主体研究结构。

3.4. Keyword Co-Occurrence Analysis

关键词共现分析显示，“soil erosion”“runoff”“water erosion”构成该领域的“三角核心”，代表最主要的研究对象与理论骨架；“sediment”“land use”“conservation”等则围绕核心主题展开。高频关键词与较高中介中心性表明，土壤侵蚀与水文过程是当前研究主线。时间演化上，早期研究集中于“soil erosion”“runoff”等基础主题，2010年后逐渐延伸至“detachment”“aggregate stability”等微观过程，2020年后又出现“simulated rainfall”等技术方法类关键词，说明研究正由宏观主题向过程细化和技术拓展发展。

3.5. Hot Frontier Research Analysis

关键词密度图与时间线聚类图进一步显示，研究前沿依然围绕“soil erosion—runoff—water erosion”这一主轴展开，并衍生出“sediment transport”“catchment process”“soil detachment”“interrill erosion”“rainfall erosivity”等细分方向。文章指出，当前研究虽然形成了较完整的水文侵蚀框架，但大多数聚类仍偏重宏观水力过程，诸如离子交换、胶体分散、电解质效应等微观化学作用尚未充分纳入侵蚀分析框架，这正是未来需要突破的研究缺口。

3.6. Spatio-Temporal Evolution Mechanism of Dominant Theme

作者进一步从技术与政策背景解释主导主题演化机制。径流是土壤颗粒迁移的直接水动力驱动，水蚀则是中国多数流域的主要侵蚀形式，因此“土壤侵蚀—径流—水蚀”三者在文献中长期高频共现。与此同时，遥感、合成孔径雷达（SAR）与地理信息系统（GIS）技术发展降低了流域尺度侵蚀监测成本，推动了相关研究增长。极端降水事件增多也强化了径流诱发侵蚀的现实意义，促使研究向多尺度、跨学科方向发展。

3.7. Analysis of High Frequency Citations

高被引文献分析显示，该领域的重要基础研究主要集中于黄土高原水文地貌响应、全球磷流失、氮沉降与全球水蚀评估等主题。总体特征是“重物理过程、轻化学机制”，即大多数高被引研究聚焦于宏观侵蚀、泥沙输移或元素流失效应，而对水化学驱动土壤侵蚀的微观机制和区域原位证据关注不足。这一结论反过来支持了本文研究主题的创新性与必要性。

4. Discussion

文章认为，2000—2025年间中国水化学驱动土壤侵蚀研究整体上经历了从技术引入、主题扩展到机制深化的演化过程。讨论部分提出，该领域在初始阶段以监测、定量预测和方法验证为主；在发展阶段快速向算法优化、多源数据融合和典型区应用拓展；近期则更关注模型不确定性、尺度拓展及水化学过程与侵蚀机制的耦合分析。这表明研究范式正由“技术驱动”逐步转向“问题导向”和“系统集成”。

4.1. Mechanism of Hydrochemical-Driven Soil Erosion

机制讨论是全文核心。作者指出，水化学驱动土壤侵蚀通过破坏土壤结构稳定性、削弱颗粒胶结与改变颗粒间相互作用，间接促进颗粒剥离和迁移。离子强度与阳离子组成决定胶体的絮凝/分散趋势：高离子强度及富含 Ca²⁺、Mg²⁺ 的环境有利于压缩电双层并增强絮凝，而低离子强度或 Na⁺ 增多会导致电双层扩展、胶体分散和团聚体解体。pH 值通过影响表面电荷、矿物溶解度和胶体稳定性调节侵蚀过程；酸性条件可增强矿物溶解、破坏胶结相，碱性条件则可能增强负电荷密度并促进颗粒排斥。溶解性有机质（DOM）则兼具“润滑剂”与“黏结剂”双重作用，一方面可络合阳离子并削弱土粒间屏蔽作用，另一方面可降低水体黏度和表面张力，增强流水冲刷能力。盐度浓度则通过调节胶体双电层和孔隙堵塞效应影响土壤抗蚀性。整体而言，水化学先削弱土壤结构，再由水流实现物理输移，二者形成闭环耦合机制。

4.2. Effects of Geomorphic Location and Climatic Conditions on Hydrochemistry-Driven Soil Erosion

文章指出，水化学侵蚀过程具有显著空间异质性，受地貌与气候共同制约。黄土高原以碳酸盐风化控制为主，西南喀斯特区存在地表—地下双重水文化学循环，东北黑土区受冻融季节变化影响明显，南方丘陵区则表现为高温多雨条件下的强淋溶与高侵蚀模数。降水量、降雨强度和温度通过控制元素淋失、化学风化速率和微生物活动，进一步塑造区域侵蚀差异。作者据此强调，必须从地貌—气候耦合角度理解中国不同区域的水化学驱动侵蚀机制。

4.3. Regulation of Soil Erosion Driven by Water Chemistry

在调控措施方面，文章总结了中国已有的生态恢复与土壤改良实践。退耕还林还草等生态工程显著降低了部分地区侵蚀强度。生物炭、天然改良剂和其他调理剂可通过提高阳离子交换量（CEC）、增强团聚体稳定性、吸附并稳定铁氧化物与芳香化合物等方式提升土壤抗蚀性。生物改良剂和微生物过程同样重要，例如丛枝菌根真菌（AMF）分泌多糖和有机酸，促进微团聚体形成并增强保水与抗冲性；蓝藻和其他微生物则可提高土壤总氮和有机碳，改善结构稳定性。文章还提到保护性耕作、科学轮作以及绿色低碳修复理念，对未来调控路径具有指导意义。

4.4. Regional Differences and Differentiated Regulation Strategies

基于区域差异，文章提出分区调控思路：南方红壤丘陵区应优先缓解酸雨和酸化影响，并通过石灰改良与坡面管理减少冲刷；黄土高原沟壑区应以退耕还林（草）、淤地坝和植被恢复等工程—生态措施为主；东北黑土区应加强保护性耕作、提升有机质含量并减轻表层流失；西南喀斯特区则需实施山水林田湖草系统治理，抑制石漠化扩展并保护地下水资源。作者同时强调，本文结论主要适用于中国大陆情境，若要推广至全球，还需开展跨区域比较研究。

5. Conclusions

结论部分总结认为，中国水化学驱动土壤侵蚀研究在2000—2025年间持续升温，研究团队不断扩大，核心议题逐渐聚焦于侵蚀机制、水动力过程与防控措施。综合机制分析表明，此类侵蚀的根本路径是：水化学组分先破坏土壤颗粒胶结结构并削弱稳定性，再与水流物理输移共同作用，最终造成颗粒剥离与流失。现有防控体系已包含生态修复、土壤调理剂、生物炭及生物改良剂等多元措施，但对极端水化学环境下侵蚀预测、长期生态调控技术和区域适应性模型的研究仍不足。文章进一步提出，未来应结合《土壤污染防治法》等政策要求，发展适用于不同土地利用类型的水化学修复技术，推进绿色低碳调控材料研发，强化物联网（IoT）等低成本监测平台建设，并通过法律、部门协同和资金投入推动研究成果向政策实践转化。