張雪偉,王佳熠,陳丹丹,2,3

(1.南京師范大學(xué)能源與機(jī)械工程學(xué)院,江蘇 南京 210023) (2.東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院,江蘇 南京 210096) (3.中建中環(huán)工程有限公司,江蘇 南京 210017)

土壤是社會經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展以及人類生產(chǎn)生活的基礎(chǔ). 在社會發(fā)展過程中,人類的生產(chǎn)活動對土壤造成的污染越來越嚴(yán)重,土壤被污染的速度和數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其凈化能力[1]. 由于被污染的土壤具有潛伏性[2]、隱蔽性及不可逆性等特點(diǎn),污染物存在越久,隨著生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán),不僅會破壞環(huán)境,也會通過植物吸收并經(jīng)食物鏈積累在人體中[3]. 土壤污染通常是指重金屬污染和有機(jī)污染,其中造成有機(jī)污染的主要污染物有多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、有機(jī)農(nóng)藥、三氯乙醛、抗生素及石油等[2]. 有機(jī)物具有致癌性強(qiáng)、毒性強(qiáng)、積累性強(qiáng)及難降解等特點(diǎn),如何修復(fù)被有機(jī)物污染的土壤已成為被關(guān)注的熱點(diǎn)[4]. 根據(jù)2014年4月17日頒布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》[5],全國土壤的總超標(biāo)率為16.1%,其中三類主要有機(jī)污染物六氯環(huán)己烷(俗名六六六)、雙對氯苯基三氯乙烷(俗名滴滴涕)和多環(huán)芳烴點(diǎn)位超標(biāo)率為3.8%. 以長江三角洲為例,此區(qū)域內(nèi)農(nóng)田環(huán)境的土壤中含有27種母體多環(huán)芳烴,總量平均達(dá)到310.6 ng/g,且有超過半數(shù)的土壤點(diǎn)位均受多環(huán)芳烴的污染. 我國目前有超過400萬t的六氯環(huán)己烷以及44萬t的雙對氯苯基三氯乙烷被投入生產(chǎn)和使用,使用量居于世界前列. 目前全國土壤有機(jī)氯農(nóng)藥平均濃度為58.9±51.5 ng/g;土壤多氯聯(lián)苯平均濃度為9.31±15.4 ng/g;多環(huán)芳烴平均濃度為772±895 ng/g[6]. 關(guān)于土壤有機(jī)物污染修復(fù)方法的研究有很多,但缺少從研究方向、研究熱點(diǎn)、研究領(lǐng)域及研究機(jī)構(gòu)等方面進(jìn)行計量分析來預(yù)測該領(lǐng)域未來的技術(shù)創(chuàng)新及研究方向的文章.

文獻(xiàn)計量學(xué)是一種通過將統(tǒng)計學(xué)與數(shù)學(xué)結(jié)合運(yùn)用的方法[7],定量分析某一特定領(lǐng)域下文獻(xiàn)的數(shù)量關(guān)系、分布結(jié)構(gòu)以及變化規(guī)律,從而可較準(zhǔn)確地預(yù)測該領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢[8-10]的一種科學(xué). 文獻(xiàn)計量學(xué)基于統(tǒng)計出的最真實(shí)的數(shù)據(jù)[11],使用這種方法的基礎(chǔ)在“量”[12],所以必須進(jìn)行大量的統(tǒng)計工作,整理出相關(guān)數(shù)據(jù). 文獻(xiàn)計量學(xué)目前已在醫(yī)學(xué)、生態(tài)學(xué)、文學(xué)、土壤學(xué)、食品安全學(xué)以及資源利用等方面發(fā)展得較為普遍[13-17]. Web of ScienceTM核心合集數(shù)據(jù)庫涵蓋自然學(xué)科、工科、理科、醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域,所提供的文獻(xiàn)普遍質(zhì)量較高,可借鑒程度較高. HistCite是一項(xiàng)由SCI發(fā)明人加菲爾德開發(fā)的軟件,通過圖示的方法來展示某一領(lǐng)域中不同文獻(xiàn)間的關(guān)系,根據(jù)參與分析的文件的被引頻次,可判斷文章在某一專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的地位. 利用HistCite的4個重要參數(shù):TLCS(total local citation score,本領(lǐng)域總引用次數(shù))、TGCS(total global citation score,總引用次數(shù))、GCS(global citation score,引用次數(shù))及LCS(local citation score,本領(lǐng)域引用次數(shù)),可迅速定位出某領(lǐng)域的重要機(jī)構(gòu)、重要作者及重要期刊等. LCS一定低于GCS,若一篇文章的GCS很高,說明該文章受到全球科學(xué)家的關(guān)注較多;若一篇文章的GCS很高,而LCS很低,則說明所統(tǒng)計出的關(guān)注并不來源于該搜索領(lǐng)域的作者. TLCS指數(shù)比TGCS更為重要,因?yàn)門LCS指數(shù)高表示的更有可能是該領(lǐng)域中較為開創(chuàng)性的文章[18]. VOSviewer是在CWTS資助下開發(fā)的科學(xué)圖譜工具,支持大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理,可對統(tǒng)計出的高產(chǎn)作者、高產(chǎn)機(jī)構(gòu)、重要文獻(xiàn)、關(guān)鍵詞提供聚類共現(xiàn)可視化分析[19].

本文通過研究Web of ScienceTM核心合集數(shù)據(jù)庫,利用其自帶的分析程序、HistCite分析軟件、VOSviewer分析軟件及Origin 9.1軟件,對2000—2019年期間所發(fā)表的關(guān)于土壤有機(jī)物污染修復(fù)的研究文獻(xiàn)展開計量分析,跟蹤該領(lǐng)域的學(xué)科動態(tài). 由于該領(lǐng)域科研成果較為豐富,且研究內(nèi)容更新快,故選取近20年內(nèi)的研究進(jìn)行計量分析,以期為該領(lǐng)域未來發(fā)展方向的預(yù)測提供參考.

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

利用湯森路透公司發(fā)明的WOS數(shù)據(jù)庫,檢索時間段設(shè)置為2000年1月1日至今,檢索時間為2019年3月13日,關(guān)鍵詞Topic=(soil*or ground*or land*or farmland*or field or cropland*)and(organic or dioxins or volatile organic or volatile halocarbons or benzene or PAH or polychlorinated biphenyl or volatile aromatic hydrocarbons or phenol*or semi-volatile organic or semi-volatile halocarbons or semi-volatile aromatic hydrocarbons or pesticide)and(pollute*or contaminat*)and(repair or restore*or renovate or decontaminate or phytoremediat*or physical remediat*or bioremediat*or chemical remediat*)作為檢索式,在WOS數(shù)據(jù)庫中檢索自2000年至今發(fā)表的有關(guān)土壤有機(jī)物污染修復(fù)的研究文獻(xiàn)共5 272篇,導(dǎo)入HistCite中的文獻(xiàn)共計 5 272 篇.

1.2 統(tǒng)計方法

利用Web of ScienceTM自有的分析程序、HistCite分析軟件、VOSviewer分析軟件以及Origin繪圖軟件,對自2000至今所發(fā)表的關(guān)于土壤有機(jī)物污染修復(fù)技術(shù)的文獻(xiàn),分別從不同國家地區(qū)的發(fā)文量、高產(chǎn)作者、主要研究機(jī)構(gòu)、主要期刊來源、研究方向等角度進(jìn)行計量分析.

2 結(jié)果

2.1 2000—2019年發(fā)文量排名前10的國家和地區(qū)

一個國家和地區(qū)所產(chǎn)論文被SCI收錄的數(shù)量及被引頻次可反應(yīng)其總體的科研實(shí)力[20-22]. 本研究從WOS核心合集數(shù)據(jù)庫中檢索出了中國、西班牙、美國、加拿大、印度、意大利等105個國家和地區(qū)發(fā)表的關(guān)于土壤有機(jī)物污染修復(fù)的研究論文,并通過現(xiàn)有的數(shù)據(jù)對該時間段不同國家和地區(qū)的發(fā)文量進(jìn)行統(tǒng)計分析. 表1展示了論文發(fā)表數(shù)量排在前10名的國家和地區(qū). 從表1可知,中國的發(fā)文量最多,總計1 088篇,均篇被引頻次卻只有16.72,排名低于其他9個國家. 美國的發(fā)文量排名第二,其均篇被引頻次遠(yuǎn)高于中國及其他部分國家和地區(qū). 英國的總體發(fā)文量雖然不高,但其論文均篇被引頻次最高,說明其文章的影響力非常高. 由VOSviewer軟件根據(jù)檢索出的結(jié)果所做的國家和地區(qū)之間的關(guān)系圖如圖1所示,圖中通過圓圈的大小代表某一國家和地區(qū)的文章發(fā)表數(shù)量及發(fā)文的活躍程度;國家和地區(qū)之間用線相連,其距離表示其合作的緊密程度,距離越小,合作越緊密. 從圖1可以看出,很多國家與地區(qū)之間的聯(lián)系非常密切,與中國來往密切的有美國、新加坡和愛爾蘭等國家.

表1 2000—2019年土壤有機(jī)污染物修復(fù)研究發(fā)文量排名前10的國家和地區(qū)Table 1 Top 10 countries or regions in volume of publication in the field of remediation of organic contaminated soils during the period from 2000 to 2019

2.2 2000—2019年發(fā)文量排名前10的作者

通過對某一領(lǐng)域高產(chǎn)作者的發(fā)文數(shù)量及被引頻次的統(tǒng)計,可以找到該研究領(lǐng)域的一些重要作者[23]. 據(jù)統(tǒng)計,從事該領(lǐng)域研究的作者共14 567位,其中發(fā)文量排名前10的作者如表2所示. 根據(jù)TLCS統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出,數(shù)據(jù)最高的是澳大利亞學(xué)者Naidu R,達(dá)到了 327;數(shù)據(jù)最低的是美國學(xué)者Wang Y,為49. TGCS的統(tǒng)計結(jié)果顯示,排名前3位分別為比利時學(xué)者Vangronsveld J、英格蘭學(xué)者Semple K T和澳大利亞學(xué)者Naidu R. 根據(jù)混合量化指標(biāo)H指數(shù)的排序,前兩名分別為比利時學(xué)者Vangronsveld J和澳大利亞學(xué)者Naidu R. 高產(chǎn)作者中中國作者人數(shù)最多,共計有3位(分別為高志明、駱永明和高彥征). 圖2所示為該領(lǐng)域的核心作者之間的合作關(guān)系,不同顏色表示不同的群組,同一顏色表示屬于該顏色區(qū)域的作者研究方向相同;節(jié)點(diǎn)越多,說明對于該方向展開的研究越多;節(jié)點(diǎn)越大說明該節(jié)點(diǎn)處的作者對該研究方向的影響越大,與其他作者的聯(lián)系也越多. 可以看出,比利時學(xué)者Vangronsveld J在該領(lǐng)域內(nèi)影響力很大,且與該領(lǐng)域其他作者聯(lián)系緊密. 中國學(xué)者周啟星、郭書海也在自己研究的領(lǐng)域內(nèi)影響深厚.

表2 2000—2019年土壤有機(jī)物污染修復(fù)研究發(fā)文量排名前10的高產(chǎn)作者Table 2 Top10 high yield authors in the field of remediation of organic contaminated soils during the period from 2000 to 2019

2.3 2000—2019年發(fā)文量排名前10的研究機(jī)構(gòu)

通過計量分析,該領(lǐng)域的研究論文總共涉及3 831個研究機(jī)構(gòu),其中排名前10的如表3所示. 2000—2019年中國科學(xué)院在土壤有機(jī)物污染修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域的總發(fā)文量為251篇. 排名前10的研究機(jī)構(gòu)中,中國機(jī)構(gòu)有中國科學(xué)院、浙江大學(xué)、清華大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和臺灣中山大學(xué). 圖3顯示的是該領(lǐng)域部分重要研究機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系,可以看出,中國科學(xué)院與上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、亥姆霍茲環(huán)境研究中心及南京農(nóng)業(yè)大學(xué)等都有非常密切的合作關(guān)系,且中國科學(xué)院的研究在該領(lǐng)域占有非常大的比重. 其中,中國科學(xué)院土壤研究所側(cè)重于對持久性有機(jī)物POPs方向的研究,浙江大學(xué)側(cè)重于對表面活性劑強(qiáng)化微生物修復(fù)的研究,南京農(nóng)業(yè)大學(xué)側(cè)重于對農(nóng)田和城市工業(yè)企業(yè)搬遷后遺留場地污染問題的研究.

表3 2000—2019年土壤有機(jī)物污染修復(fù)研究發(fā)文量排名前10的研究機(jī)構(gòu)Table 3 Top10 institutions in volume of publications in the field of remediation of organic contaminated soils during the period from 2000 to 2019

2.4 2000—2019年發(fā)文量排名前10的期刊

通過對某一領(lǐng)域期刊的發(fā)文量和引用次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,可推知該領(lǐng)域內(nèi)SCI文章的核心期刊來源. 經(jīng)研究表明,共有857家機(jī)構(gòu)在統(tǒng)計時間內(nèi)發(fā)表過有關(guān)于土壤有機(jī)物污染修復(fù)技術(shù)的文章. 其中,發(fā)文量前10的機(jī)構(gòu)及其影響因子如表4所示. 可以看出,2017年影響因子最高的期刊是Environmental Science & Technology,為6.65;其次是Journal of Hazardous Materials和Science of the Total Environment,分別為6.43和4.61;影響因子最低的期刊是Water Air and Soil Pollution,為1.77. 從TLCS統(tǒng)計值可以看出,Chemosphere、Journal of Hazardous Materials及Environmental Pollution三刊的TLCS最高,分別為2 104、2 017 和1 271,說明這3種期刊在該領(lǐng)域內(nèi)的影響力很高.

表4 2000—2019年土壤有機(jī)物污染修復(fù)研究發(fā)文量排名前10的研究期刊Table 4 Top10 journals of publication in the field of remediation of organic contaminated soils during the period from 2000 to 2019

2.5 2000—2019年該領(lǐng)域排名前10的研究學(xué)科

如圖4所示,2000—2019年排名前10的研究學(xué)科為環(huán)境科學(xué)(Environmental Sciences)、生物技術(shù)與應(yīng)用微生物學(xué)(Biotechnology and Applied Microbiology)、工程環(huán)境學(xué)(Engineering Environmental)、水資源學(xué)(Water Resources)、微生物學(xué)(Microbiology)和土壤科學(xué)(Soil Science)等. 可知,與土壤有機(jī)物污染修復(fù)相關(guān)的學(xué)科領(lǐng)域分布十分廣泛,以環(huán)境科學(xué)、生物技術(shù)與應(yīng)用微生物學(xué)為主,向其他學(xué)科延伸,各學(xué)科間的交互研究今后也會更加頻繁. 表5給出了2000—2006年、2007—2012年、2013—2019年3個時段中該領(lǐng)域前10名研究方向的變化情況,其中主要的研究學(xué)科并無大的變化.

表5 2000—2006、2007—2012、2013—2019 3個時間段土壤有機(jī)物污染修復(fù)領(lǐng)域的研究方向Table 5 Research directions in the field of remediation of organic contaminated soils during the period from 2000-2006,2007-2012,2013-2019

2.6 2000—2019年土壤有機(jī)物污染研究領(lǐng)域的高引論文

文章的被引頻次可反映人們對文章所涉及領(lǐng)域的關(guān)注程度,也可用以衡量該文章的重要程度. 土壤有機(jī)物污染修復(fù)研究領(lǐng)域被引頻次位于前10的論文如表6所示. 從LCS排序可以看出,印度作者Haritash A K發(fā)表的“Biodegradation Aspects of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons(PAHs):A Review”被引頻次最高. 10篇高引論文中,有3位英國作者,剩下的來自加拿大、美國和中國等不同國家. 圖5為由HistCite分析軟件制作的LCS排名前30的論文的被引關(guān)系,編號為1666的文章被引頻次最大,編號為1 518和728的文章也被高頻引用.

表6 2000—2019年土壤有機(jī)物污染修復(fù)研究領(lǐng)域排名前10的高引論文Table 6 Top10 highly cited papers in the field of remediation of organic contaminated soils during the period from 2000 to 2019

2.7 2000—2019年土壤有機(jī)物污染修復(fù)國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)

通過分析主題詞可以了解該領(lǐng)域近年來的研究熱點(diǎn). 圖6所示為通過VOSviewer分析軟件分別構(gòu)建出的國內(nèi)與國外關(guān)于該領(lǐng)域的知識圖譜. 可知,近年來國內(nèi)該領(lǐng)域的科研人員對有機(jī)物多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic-hydrocarbons(PAHs))、芘(pyrene)及莠去津(atrazine)等的研究比較熱門,同時土壤有機(jī)物污染的修復(fù)也通常與污泥、地下水中的有機(jī)物污染修復(fù)聯(lián)系在一起. 中國關(guān)于土壤有機(jī)物污染修復(fù)的技術(shù)主要集中在采用生物修復(fù)(bioremediation)、植物修復(fù)(phytoremediation)、氧化降解(degradation)及吸附/化學(xué)吸附(diosorption/biochar adsorption)等方法,其中高級氧化法(advanced oxidation processes)在多環(huán)芳烴(PAHs)、氯化物(polychlorinated)及農(nóng)藥(pesticides)等方面的應(yīng)用非常廣泛. 國外除了上述方法外,還采用了土壤修復(fù)(soli remediation)及微生物降解(microbial degradation)技術(shù),具體相關(guān)有機(jī)物的研究有菲(phenanthrene)、三氯乙烷(trichloroethy lene)、甲苯(toluene)及一些其他的揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organic-compounds).

3 結(jié)論

根據(jù)WOS數(shù)據(jù)庫,對2000—2019年期間發(fā)表的關(guān)于土壤有機(jī)物污染修復(fù)研究的文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計分析,通過與歐美及其他地區(qū)對比發(fā)現(xiàn),我國在該領(lǐng)域發(fā)文量最多,但均篇被引頻次最低,說明文章整體影響力不高,我國科研工作人員應(yīng)在今后的學(xué)習(xí)工作中提高文章質(zhì)量. 在前10名高產(chǎn)作者中,中國作者有3位,分別是高志明、駱永明和高彥征. 通過分析該領(lǐng)域的重要研究機(jī)構(gòu),中國科學(xué)院、浙江大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)等5所中國機(jī)構(gòu)進(jìn)入了排名前10. 關(guān)于土壤有機(jī)物污染修復(fù)的文章主要發(fā)表在Journal Of Hazardous Materials、Chemosphere、Environmental Science & Technology、Science of the Total Environment及Environmental Pollution等刊物上,這些期刊在該領(lǐng)域認(rèn)可度很高,通過分析發(fā)文量高的期刊可以追蹤該領(lǐng)域的研究方向,也便于投稿[24].

在排名前10的高被引論文中,一部分文章在該領(lǐng)域的研究比較深入,具有相對新穎和獨(dú)特的研究成果和觀點(diǎn);另一部分文章綜述性較強(qiáng),內(nèi)容中關(guān)于領(lǐng)域的知識覆蓋面較廣. 印度作者Haritash A K的論文“Biodegradation Aspects of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons(PAHs):A Review”[25]中對生物修復(fù)被多環(huán)芳烴這類有機(jī)物污染的土壤進(jìn)行了介紹,其中列舉了多種不同微生物,總結(jié)性較強(qiáng). 加拿大作者Gerhardt K E的論文“Phytoremediation and Rhizoremediation of Organic Soil Contaminants:Potential and Challenges”[26]對植物修復(fù)被有機(jī)物污染的土壤進(jìn)行了詳細(xì)介紹,該文注重原理分析,綜述性較強(qiáng). 英格蘭作者Bamforth S M的論文“Bioremediation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons:Current Knowledge and Future Directions”[27]也對生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了較為全面的介紹,且該文的Keywords與前文印度作者的有很大交集.

土壤有機(jī)物修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域的主流研究學(xué)科有環(huán)境科學(xué)、生物技術(shù)與應(yīng)用微生物學(xué)、工程環(huán)境學(xué)、水資源學(xué)、微生物學(xué)和土壤科學(xué)等,而對植物科學(xué)和工程化學(xué)等領(lǐng)域的研究則相對較弱. 通過分析某一領(lǐng)域的研究方向,有助于相關(guān)科研工作人員把握該領(lǐng)域的重點(diǎn)研究,也可為開展進(jìn)一步科研工作提供幫助和引導(dǎo)[28].

目前對于土壤中重金屬的污染及治理研究較多,對有機(jī)物污染修復(fù)的研究還處于發(fā)展階段,且進(jìn)展較緩,缺乏對有機(jī)污染物在土壤環(huán)境中進(jìn)行行為活動的系統(tǒng)性認(rèn)識,對有機(jī)物賦存形態(tài)的研究也較少,該領(lǐng)域未來的研究應(yīng)予以加強(qiáng).