涂 小 強(qiáng)，傅 春

(南昌大學(xué) 管理學(xué)院，江西 南昌 330031)

目前供人類賴以生存的淡水資源僅占全部地表水的0.5%，水資源嚴(yán)重短缺，但更大危機(jī)是水質(zhì)，影響水質(zhì)最重要的因素之一是非點(diǎn)源污染(non-point source pollution，NPS)又稱面源污染，據(jù)20世紀(jì)90年代研究表明，全球約30%～50%陸地面積受到非點(diǎn)源污染的影響[1]。西方發(fā)達(dá)國(guó)家中，如美國(guó)水體中總磷(TP)、總氮(TN)污染的83%是由非點(diǎn)源引起的，此外丹麥、荷蘭、日本等國(guó)家的水體都深受非點(diǎn)源污染的影響，我國(guó)太湖、巢湖、滇池等水體也受到非點(diǎn)源污染的影響，非點(diǎn)源污染已成為緊迫的研究課題。國(guó)外非點(diǎn)源污染研究始于20世紀(jì)60年代，1990年之后逐漸成為研究熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)對(duì)非點(diǎn)源污染的研究起步較晚，但在2010年后呈現(xiàn)暴發(fā)增長(zhǎng)之勢(shì)。因非點(diǎn)源污染的特征，國(guó)內(nèi)外研究主要圍繞著污染現(xiàn)狀調(diào)查、負(fù)荷評(píng)價(jià)、成因、遷移機(jī)理、模擬評(píng)估以及防治管理等方面，目前非點(diǎn)源污染趨向更為細(xì)化、學(xué)科交叉的方向。研究借助陳超美博士開發(fā)的文獻(xiàn)計(jì)量分析工具CiteSpace，繪制相關(guān)知識(shí)圖譜探尋非點(diǎn)源污染自1989～2018年的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)，揭示其發(fā)展演化過程及研究前沿。

科學(xué)知識(shí)圖譜是以知識(shí)域(knowledge domain)為對(duì)象，顯示科學(xué)知識(shí)的發(fā)展進(jìn)程與結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種圖像[2]。CiteSpace通過數(shù)據(jù)挖掘、信息分析、科學(xué)計(jì)量和圖形繪制等方法將大量的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可視化知識(shí)圖譜[3]，從而更為直觀地呈現(xiàn)研究領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程和研究趨勢(shì)。關(guān)鍵詞代表文章的主題，尤其是高頻關(guān)鍵詞直接反映了研究的熱點(diǎn)和方向[4]，因此對(duì)關(guān)鍵詞做共現(xiàn)分析，進(jìn)而做出關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖，更能直觀地呈現(xiàn)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)的發(fā)展過程。文獻(xiàn)共被引分析是最為廣泛的一種研究前沿的分析方法，其原理是通過計(jì)算文獻(xiàn)之間的共現(xiàn)強(qiáng)度，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)圖譜，其過程就是知識(shí)進(jìn)化的過程，是在前人知識(shí)基礎(chǔ)上的選擇、遺傳和變異的過程，同時(shí)也是知識(shí)的生產(chǎn)、傳播和應(yīng)用過程[5]。在文獻(xiàn)共被引分析基礎(chǔ)上，通過文獻(xiàn)時(shí)區(qū)圖，更好地揭示研究領(lǐng)域的知識(shí)基礎(chǔ)、前沿的演變。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源于Web of Science(簡(jiǎn)稱WOS)核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)。以non-point source pollution or diffused pollution作為主題檢索，檢索時(shí)間范圍為1989～2018年，檢索時(shí)間為2019年4月11日，共檢索出4 871條結(jié)果，對(duì)數(shù)據(jù)去重、整理后共得到4 839條記錄。

1.2 研究方法

研究工具方面，使用CiteSpace對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行可視化分析。CiteSpace基于共引分析理論(Cocitation Analysis)和尋徑網(wǎng)絡(luò)算法(Pathfinder Network Scaling，PFNET)等將隱埋在大量文獻(xiàn)數(shù)據(jù)中的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可視化圖譜，以探尋某個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的研究趨勢(shì)[2]。

在關(guān)鍵詞分析方面，繪制出關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而得到關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)視圖，從中揭示非點(diǎn)源污染研究領(lǐng)域過去及當(dāng)前的研究熱點(diǎn)、趨勢(shì)，從時(shí)間維度直觀地展現(xiàn)非點(diǎn)源污染研究領(lǐng)域的知識(shí)演進(jìn)過程。

在對(duì)文獻(xiàn)分析方面，通過分析數(shù)據(jù)中的CR字段，得到文獻(xiàn)時(shí)區(qū)圖，可以更好地展現(xiàn)非點(diǎn)源污染研究在時(shí)間維度上的發(fā)展過程。同時(shí)作文獻(xiàn)共被引分析，得到文獻(xiàn)共被引圖，從中例舉高被引文獻(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 非點(diǎn)源污染研究主題演進(jìn)分析

關(guān)鍵詞是作者寫作主題的高度概括，對(duì)關(guān)鍵詞的深度挖掘，有助于更深一步探尋該領(lǐng)域的研究主題。通過CiteSpace制作非點(diǎn)源污染研究領(lǐng)域熱點(diǎn)關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)視圖，更能直觀地體現(xiàn)不同時(shí)期研究的熱點(diǎn)以及研究主題的演化過程，揭示研究領(lǐng)域內(nèi)在的知識(shí)聯(lián)系。將WOS檢索結(jié)果導(dǎo)入CiteSpace，設(shè)置時(shí)間閾值為2，Node Types設(shè)置為Keyword，為使關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)視圖更為簡(jiǎn)潔、清晰，節(jié)點(diǎn)閾值選取出現(xiàn)頻次最高的前30個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，采用Pathfinder和Pruning the merged network算法，得到節(jié)點(diǎn)(Nodes)62個(gè)，連線(Links)70條，見圖1，由圖1可知非點(diǎn)源污染的研究主題演進(jìn)路徑較為清晰。根據(jù)研究主題的演進(jìn)路徑，結(jié)合關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次和中心度，整合出關(guān)鍵詞共現(xiàn)信息表(見表1)，信息表選取出現(xiàn)頻次前30的關(guān)鍵詞。根據(jù)關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖和信息表，將非點(diǎn)源污染研究分成4個(gè)階段。

(1) 早期階段(1990～1995年)非點(diǎn)源污染研究始于20世紀(jì)70年代，點(diǎn)源污染得到初步控制后，對(duì)非點(diǎn)源污染產(chǎn)生的水環(huán)境危害逐漸開始重視。調(diào)查表明：當(dāng)時(shí)美國(guó)有60%的水污染來源于非點(diǎn)源[6]；丹麥的河流中氮(Nitrogen)負(fù)荷達(dá)94%、磷(Phosphorus)負(fù)荷達(dá)52%，荷蘭氮負(fù)荷遠(yuǎn)超60%、磷負(fù)荷超50%[7]；我國(guó)巢湖、滇池、太湖非點(diǎn)源污染造成的水體富營(yíng)養(yǎng)化也相當(dāng)嚴(yán)重，Ongley等在對(duì)中國(guó)非點(diǎn)源污染進(jìn)行評(píng)估后，認(rèn)為中國(guó)非點(diǎn)源對(duì)水污染總量的貢獻(xiàn)較高，氮為81%、磷為93%[8]。從圖1和表1中也可以看出，在1990年前對(duì)非點(diǎn)源污染的研究關(guān)鍵詞較少，更多的是實(shí)地采樣分析。

圖1 非點(diǎn)源污染關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖Fig.1 Time zone map of keywords in non-point source pollution

表1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)信息Tab.1 Co-occurrence information of keyword

自1990年后，非點(diǎn)源污染相關(guān)的研究詞開始變多，這段時(shí)期非點(diǎn)源污染的研究主要圍繞水質(zhì)(water quality，詞頻為704)開展，研究分析影響水質(zhì)的主要因素有哪些，如何改善水質(zhì)等成為該階段的主要研究主題。氮(Nitrogen，詞頻為522)、磷(Phosphorus，詞頻為536)是導(dǎo)致非點(diǎn)源污染的重要元素，自然成為該時(shí)期研究的主題和熱點(diǎn)，除此之外，影響水質(zhì)的因素還有沉積物(sediment，詞頻為363)、硝酸鹽(nitrate，詞頻為255)，這點(diǎn)從關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖和信息表中得到證實(shí)。

(2) 基礎(chǔ)發(fā)展階段(1996～2001年)這一時(shí)期依然是以水質(zhì)為中心，進(jìn)一步深入研究污染物元素、遷移規(guī)律、模擬監(jiān)測(cè)技術(shù)以及防治管理措施等，發(fā)表了很多優(yōu)秀的文章，部分還是領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)基礎(chǔ)，被引率很高，這一時(shí)期可以被認(rèn)為是非點(diǎn)源污染研究的奠基階段。非點(diǎn)源污染最重要的2個(gè)來源是農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染和城市非點(diǎn)源污染，其中以農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染來源的貢獻(xiàn)最大[9]。農(nóng)業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的土壤顆粒、化肥、農(nóng)藥等經(jīng)過地表降雨或流域徑流沖刷、地表溶質(zhì)溶出、土壤侵蝕滲漏等過程后，大量污染物進(jìn)入到受納水體，造成水體污染[10]，這一時(shí)期對(duì)于徑流(runoff，詞頻為373)、土壤(soil，詞頻為367)、土地使用(land use，詞頻為339)、河流(river，詞頻為243)、農(nóng)業(yè)(agriculture，詞頻為215)、運(yùn)移(transport，詞頻為204)的研究較為熱門，詞頻數(shù)都已超過200。其中從中心度看，徑流、土壤的中心度最高，分別為0.12和0.11，可見污染物在遷移過程中，徑流和土壤是重要的影響因素。徑流是污染物遷移的載體，而土壤侵蝕所帶走的泥沙中含有大量的氮和磷。Mcdowell等的研究表明，土壤中的砂粒大小會(huì)影響氮、磷的吸收[11]；Siddioue等的研究也表明土壤的施肥情況對(duì)于氮、磷的流失也會(huì)產(chǎn)生影響[12]。圍繞著非點(diǎn)源污染成分的研究，一直是研究的熱點(diǎn)主題，這一時(shí)期也不例外，營(yíng)養(yǎng)物(nutrient，詞頻為236)、重金屬(heavy metal，詞頻為219)導(dǎo)致的非點(diǎn)源污染也引起了學(xué)者的注意。對(duì)于非點(diǎn)源污染的研究最終的落腳點(diǎn)是污染的防治工作，自然對(duì)于污染的模擬、管理必不可少，管理(management，詞頻為432)、模型(model，詞頻為360)、集水區(qū)(catchment，詞頻為277)、GI(詞頻為129)、模擬(simulation，詞頻為119)等也是當(dāng)時(shí)的研究主題之一，其中管理的詞頻最高。20世紀(jì)70年代，美國(guó)農(nóng)業(yè)部提出了最佳管理實(shí)踐(best management practice，BMPs)的概念，并在全國(guó)范圍內(nèi)推廣，研究表明BMPs是控制農(nóng)業(yè)面源污染的有效手段，國(guó)內(nèi)學(xué)者唐穎等采用此方法對(duì)污染削減效率進(jìn)行了評(píng)估[13]。農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染具有隨機(jī)性強(qiáng)、時(shí)空差異顯著等特征，對(duì)其的監(jiān)測(cè)和管理難度非常大，模型方法在對(duì)污染的評(píng)估中較為常用，產(chǎn)生了比較多的評(píng)估模型，如流域范圍內(nèi)的模型有：SWAT、GLWF、SPARROW、HSPF等模型。隨著GIS技術(shù)的成熟，GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)提取、管理以及分析能力逐漸使其成為對(duì)非點(diǎn)源污染負(fù)荷定量化研究的主要工具。隨著技術(shù)發(fā)展和研究的深入，新技術(shù)與模型的耦合將是未來的研究熱點(diǎn)之一。

(3) 蓬勃發(fā)展期(2002～2010年)這一時(shí)期關(guān)鍵詞數(shù)量都遠(yuǎn)高于其他任何一階段，關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)分析得到50多個(gè)關(guān)鍵詞，表明非點(diǎn)源污染研究領(lǐng)域得到了快速發(fā)展，這一時(shí)期的研究主題還有另外一個(gè)特點(diǎn)，研究在深度和廣度上都較之于前期有更大的發(fā)展。在研究廣度方面，放射(emission，詞頻為54)、暴雨(stormwater，詞頻為12)、水文學(xué)(hydrology，詞頻為12)、微生物(escherichia coli，詞頻為37)、淡水(fresh water，詞頻為52)等，呈現(xiàn)出多學(xué)科、全方位的趨勢(shì)。繼前一時(shí)期的研究基礎(chǔ)，在研究深度方面更為深入、精細(xì)，影響(impact，詞頻為243)、尺度(scale，詞頻為104)、流域(basin，詞頻為155)、不確定性(uncertainty，詞頻為79)、削減(removal，詞頻為99)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估(risk assessment，詞頻為40)、濕地(wetland，詞頻為65)、預(yù)測(cè)(prediction，詞頻為24)、吸附(adsorption，詞頻為17)等逐漸成為研究細(xì)分領(lǐng)域。尤其值得注意的是關(guān)鍵詞中國(guó)(China，詞頻為206)，這一時(shí)期中國(guó)在非點(diǎn)源污染研究水平逐漸趕上國(guó)際水平，眾多國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)入到非點(diǎn)源污染領(lǐng)域，做出了卓越的貢獻(xiàn)，如北京師范大學(xué)沈珍遙博士[14]。土壤和水評(píng)估工具(SWAT，詞頻為175)關(guān)鍵詞也是這一時(shí)期比較耀眼的關(guān)鍵詞之一，從關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖1可以看到，該關(guān)鍵詞呈現(xiàn)紅色，表明SWAT是該時(shí)期研究的主要熱點(diǎn)之一。SWAT由美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究中心開發(fā)[15]，模型可以適用不同流域，與3S技術(shù)耦合，能更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)水分、泥沙、污染物的長(zhǎng)期影響[16]。水框架指令(water framework directive，詞頻為36)于2000年12月由歐洲議會(huì)與歐盟理事會(huì)正式頒布[17-18]，得到了歐盟大部分國(guó)家的大力支持，如德國(guó)為此修訂了《聯(lián)邦水法》，水框架指令的實(shí)施也取得了良好的效果。

(4) 成長(zhǎng)成熟期(2011～2018年)在影響非點(diǎn)源污染因素方面：氣候變化(climate change，詞頻為83)、土壤退化(soil degradation，詞頻為50)、土壤侵蝕(soil erosion，詞頻為49)、廢水(waster water，詞頻為28)、微量金屬(trace metal，詞頻為16)、微量元素(trace element，詞頻為15)、納米粒子(nanoparticle，詞頻為15)等都已有學(xué)者在涉及研究，其中最為熱門的主題當(dāng)屬氣候變化和土壤退化、侵蝕。相關(guān)研究表明，面源污染與流域水文過程關(guān)系密切，降水導(dǎo)致的徑流對(duì)面源污染物的遷移有著重要影響，而降水和氣溫是氣象的核心因子，因此氣候變化引起了眾多學(xué)者的關(guān)注[19]。Strauss等對(duì)奧地利的Petzenkirchen流域和意大利的Vico湖進(jìn)行了研究，結(jié)果表明小面積的土地往往是大量污染的來源[20]。在污染的防治方面，關(guān)鍵源區(qū)(critical source area，詞頻為58)、性能(performance，詞頻為53)、政策(policy，詞頻為21)等是研究的主題，其中關(guān)鍵源區(qū)是較為主要的研究主題，通過對(duì)非點(diǎn)源污染關(guān)鍵源區(qū)的識(shí)別，將提高污染治理的效率，極大減少污染治理的成本，Heathwaite等認(rèn)為識(shí)別關(guān)鍵源區(qū)能有效地削減污染帶來的危害[21]。

2.2 非點(diǎn)源污染研究主題突現(xiàn)演進(jìn)分析

CiteSpace提供了突現(xiàn)技術(shù)，即某一關(guān)鍵詞在某一時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)次數(shù)的突然增加，也意味著該關(guān)鍵詞所代表的研究主題突然興起，成為熱點(diǎn)研究主題，通過研究突現(xiàn)詞，可以挖掘某段時(shí)間內(nèi)研究前沿趨勢(shì)的變化。在關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)視圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟件突現(xiàn)檢測(cè)算法整理出突現(xiàn)詞，見表2。結(jié)合上述研究的4個(gè)階段，非點(diǎn)源污染研究早期以找尋污染成因、分析污染成分為主要目標(biāo)，研究發(fā)現(xiàn)氮(1993年)、磷(1993年)是非點(diǎn)源污染的主要因素，通過實(shí)地采樣分析發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)活動(dòng)(1996年)中的殺蟲劑(1996年)含氮磷量較高，是氮、磷的主要來源方向，農(nóng)業(yè)活動(dòng)、殺蟲劑成為當(dāng)時(shí)研究熱點(diǎn)。在基礎(chǔ)發(fā)展階段，研究發(fā)現(xiàn)非點(diǎn)源污染物會(huì)隨降雨沖刷、流域徑流、地表溶出、土壤侵蝕滲透等方式發(fā)生遷移，徑流(1997年)、運(yùn)移(1998年)受到學(xué)者關(guān)注。但運(yùn)移規(guī)律復(fù)雜，受到多方面因素影響，如：徑流(1997年)、動(dòng)力學(xué)(1998年)、流域(2001，2002年)等，涉及多學(xué)科交叉，新方法和新技術(shù)被廣泛應(yīng)用于污染物的遷移監(jiān)測(cè)以及模擬，如GI(1999年)技術(shù)。蓬勃發(fā)展期是研究的快速發(fā)展期，研究廣度和深度都較為深入。該時(shí)期非點(diǎn)源污染研究突發(fā)詞較多，占比達(dá)55%，遠(yuǎn)高于任何時(shí)期。該時(shí)期研究不限于非點(diǎn)源污染成分分析——雖然成分分析仍是研究重點(diǎn)如重金屬、微生物等，研究范圍涉及面更廣，新技術(shù)、新方法的發(fā)展使得污染物的遷移模擬(2006年)、評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)得以應(yīng)用綜合模型如SWAT(2006年)和新技術(shù)如GI等實(shí)現(xiàn)。污染研究逐漸從估量化過渡到定量化研究，為污染的防治管理奠定了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，美國(guó)農(nóng)業(yè)部的最佳管理實(shí)踐(2002年)、歐洲的水框架指令(2000年)就在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來。中國(guó)(2010年)突現(xiàn)度(30.76)非常高。雖然國(guó)內(nèi)在非點(diǎn)源污染研究上起步較晚，但經(jīng)過眾多學(xué)者不懈努力，為國(guó)內(nèi)非點(diǎn)源污染研究做出了卓越貢獻(xiàn)。在成長(zhǎng)成熟期，氣候變化(2016年)一詞突現(xiàn)度(18.86)位于第三位。氣候因子降水和氣溫對(duì)于非點(diǎn)源污染影響顯著，土壤侵蝕、退化(2014年)帶走大量攜帶有污染物的泥沙進(jìn)入水體，造成污染，氣候變化和土壤侵蝕、退化成為該階段的研究熱點(diǎn)。在防治管理方面，除沿襲之前研究成果外，眾多學(xué)者認(rèn)為污染的防治要注重關(guān)鍵源區(qū)(2013年)的治理，并加以輔助防治性能和政策，提高污染治理的效率，減少治理成本。

表2 非點(diǎn)源污染研究突現(xiàn)詞Tab.2 Research attractive words of non-point source pollution

2.3 非點(diǎn)源污染知識(shí)結(jié)構(gòu)分析

文獻(xiàn)包含該領(lǐng)域中的相關(guān)知識(shí)，通過對(duì)經(jīng)典文獻(xiàn)的分析，能快速而深刻地揭示領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)基礎(chǔ)，構(gòu)建該領(lǐng)域的知識(shí)結(jié)構(gòu)，刻畫領(lǐng)域的研究發(fā)展脈絡(luò)。文獻(xiàn)時(shí)區(qū)圖從時(shí)間維度直觀地表示知識(shí)的演進(jìn)，清晰地展示文獻(xiàn)間相互影響的程度[22]。將時(shí)間閾值設(shè)置為1989～2018年，時(shí)間切片(Slice)為2，在對(duì)象分析功能面板上默認(rèn)勾選標(biāo)題(Title)、摘要(Abstract)、作者關(guān)鍵詞(Author Keywords)、節(jié)點(diǎn)類型(Node Types)、選擇文獻(xiàn)(Cited Reference)，為使圖譜更為清晰簡(jiǎn)潔，節(jié)點(diǎn)閾值選擇頻次最高的50個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，采用MST算法，得到關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖(圖2)。

圖2 參考文獻(xiàn)被引時(shí)區(qū)視圖Fig.2 Time zone view of references cited

圖2中節(jié)點(diǎn)大小表示文獻(xiàn)共被引頻次，頻次越高，節(jié)點(diǎn)就越大，文獻(xiàn)就具有較高質(zhì)量，在類似研究主題中占有舉足輕重的地位，屬于經(jīng)典文獻(xiàn)，通過分析文獻(xiàn)共被引頻次高的文獻(xiàn)可揭示研究發(fā)展的脈絡(luò)。1998年Carpenter在文中回顧了非點(diǎn)源污染中的氮和磷主要來自農(nóng)業(yè)和城市活動(dòng)，大氣沉降也是氮的來源，并強(qiáng)調(diào)富養(yǎng)化狀態(tài)持久且恢復(fù)緩慢，為避免非點(diǎn)源污染持續(xù)惡化，需要采取保護(hù)措施以減少氮、磷流入地表水[23]。早期對(duì)于非點(diǎn)源污染成因研究的文獻(xiàn)較多，然而這篇文章被引率很高，可以認(rèn)為是污染成因研究方面的基礎(chǔ)類文章。

2005年Heathwaite等描述了一個(gè)組合的關(guān)鍵源區(qū)和流量累積模型，模型模擬結(jié)果表明集水區(qū)對(duì)于控制農(nóng)業(yè)污染物擴(kuò)散的重要性[21]。集水區(qū)指匯集水流的區(qū)域，是研究非點(diǎn)源污染的關(guān)鍵區(qū)域，對(duì)于集水區(qū)的研究也是有效調(diào)控面源污染的關(guān)鍵[24]。因非點(diǎn)源污染形成機(jī)理模糊、復(fù)雜而且隨機(jī)性大，監(jiān)督管理難度非常大，20世紀(jì)70年代相關(guān)學(xué)者嘗試運(yùn)用模型來模擬污染的產(chǎn)生、運(yùn)移過程，并獲成功。20世紀(jì)90年代初美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)服務(wù)部門開發(fā)了土壤和水評(píng)估工具(SWAT)，SWAT的開發(fā)將過去適用于田間規(guī)模的模型擴(kuò)大到了大型河流流域。2005年Arnold等對(duì)SWAT模型進(jìn)行了全面介紹，模型包含天氣、水文、土壤侵蝕、植物、管理、水流路徑等[25]。在2007年，Moriasi等也通過使用SWAT做具體的應(yīng)用，認(rèn)為其是模擬流域過程和管理對(duì)土壤和水資源影響的有力工具，然而缺少具體的評(píng)估指南來指導(dǎo)模型的具體評(píng)估，文獻(xiàn)中作者通過具體的案例具體說明了模型如何進(jìn)行評(píng)估[26]。Gassman等通過把SWAT與其他模型具體的比較，給出了SWAT模型的優(yōu)缺點(diǎn)[27]。2010年中國(guó)在非點(diǎn)源研究領(lǐng)域開始呈現(xiàn)迸發(fā)趨勢(shì)(之前關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖可分析出)，Ongley等對(duì)導(dǎo)致中國(guó)非點(diǎn)源污染的氮磷含量比例太高的原因進(jìn)行了研究，認(rèn)為合乎美國(guó)條件的估算技術(shù)在中國(guó)被誤用了，并提出了適合中國(guó)條件的研究成果和政策建議，這篇文章也為后來中國(guó)在非點(diǎn)源污染方面的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[28]。繼Ongley之后，我國(guó)學(xué)者沈珍瑤等在2012年所發(fā)文獻(xiàn)中綜述了我們當(dāng)時(shí)非點(diǎn)源污染的建模技術(shù)，并比較了他們間的優(yōu)缺點(diǎn)，得出了需要依據(jù)實(shí)際的研究區(qū)域情況確定適合的非點(diǎn)源污染模型，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模拍艿贸鰧?shí)際條件下的真實(shí)情況[29]。值得注意的是Ongley和我國(guó)學(xué)者沈珍瑤都同屬同一課題組。同年，我國(guó)學(xué)者Wu等評(píng)估了氣候變化、土地利用類型、農(nóng)村居住區(qū)對(duì)非點(diǎn)源污染的影響，結(jié)果表明氣候變化對(duì)非點(diǎn)源污染影響最大，農(nóng)村居住區(qū)的畜禽養(yǎng)殖的影響次之，由于有水土保持的相關(guān)措施，土地利用變化的影響不是很明顯[30]。2013年我國(guó)學(xué)者Liu等使用SWAT對(duì)我國(guó)湘西河進(jìn)行研究，驗(yàn)證最佳管理措施(BMP)是否具有緩解水污染的有效性，結(jié)果表明退耕還林、保護(hù)性耕作可使流域徑流、總磷、總氮明顯減少，說明制定環(huán)境友好型的土地利用政策，可有效管理農(nóng)業(yè)活動(dòng)和化肥，最終達(dá)到減少污染的目標(biāo)[31]。

突現(xiàn)度反映文獻(xiàn)在一段時(shí)間被引頻次的突然增加，表明文獻(xiàn)在該時(shí)期內(nèi)影響力的增加，表明研究主題的轉(zhuǎn)變，節(jié)點(diǎn)呈紅色[32]。突現(xiàn)度最高的為Carpenter(突現(xiàn)度為12.85)在1998年文獻(xiàn)中認(rèn)為農(nóng)業(yè)和城市活動(dòng)是水生態(tài)系統(tǒng)磷和氮的主要來源，大氣沉降也是氮的來源，富養(yǎng)元素氮和磷會(huì)導(dǎo)致各種問題，如缺氧、破壞水下生態(tài)、影響水質(zhì)，并提出了一些減少非點(diǎn)源污染的相關(guān)建議及措施[23]，為今后非點(diǎn)源污染研研究奠定了基礎(chǔ)。2012年Arnold等(突現(xiàn)度11.17)對(duì)SWAT的輸入?yún)?shù)和校準(zhǔn)進(jìn)行了深入研究，研究中發(fā)現(xiàn)參數(shù)敏感性分析有助于校準(zhǔn)和不確定性分析，用戶需要具備一定的水文知識(shí)，同時(shí)使輸入?yún)?shù)保持在不確定性范圍內(nèi)，才能更好地使用土壤和水評(píng)估工具，這篇文獻(xiàn)是繼其2005年后關(guān)于SWAT的一篇力作[33]。2014年我國(guó)學(xué)者SHEN Z Y等(突現(xiàn)度為9.00)采用SWAT與小尺度流域擴(kuò)展方法(SWEM)對(duì)我國(guó)三峽庫(kù)區(qū)的氮、磷和沉積物進(jìn)行了模擬研究，結(jié)果表明農(nóng)業(yè)用地是主要的污染源，另外污染負(fù)荷的時(shí)空分布與年降雨量和人類活動(dòng)呈正相關(guān)，由研究結(jié)果顯示在特定時(shí)期特定地點(diǎn)實(shí)施保護(hù)措施和管理的必要性[34]，學(xué)者沈珍瑤在國(guó)內(nèi)非點(diǎn)源污染研究做出了巨大的貢獻(xiàn)。2013年Uusi-kamppa等(突現(xiàn)度8.83)介紹了芬蘭、挪威等國(guó)家關(guān)于建立緩沖區(qū)、人工濕地和池塘去除磷的研究，這也是緩沖區(qū)、人工濕地比較早的研究，研究結(jié)果表明緩沖區(qū)在減少總磷負(fù)荷方面效果最佳，其次是人工濕地[35]。在非點(diǎn)源污染關(guān)鍵源區(qū)的研究上，2013年Niraula等比較了SWAT和流域負(fù)荷模型(Generalized Watershed Loading Function，GWLF)在確定關(guān)鍵源區(qū)時(shí)的差異，結(jié)果表明模型的選擇會(huì)對(duì)關(guān)鍵源區(qū)的精確識(shí)別上有影響[36]。2003年Borah等較早較全面從數(shù)學(xué)基礎(chǔ)方面綜述了11個(gè)流域尺度的水文和非點(diǎn)源污染模型，并對(duì)每種模型的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了較為全面的總結(jié)[37]。在突現(xiàn)度前十的文章中，模型類文章占了5篇，都談到了SWAT模型，可見SWAT是國(guó)際上應(yīng)用最為普遍的模型。

中心度指網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過某個(gè)節(jié)點(diǎn)并連接另外2個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑線占這2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間最短路徑線總數(shù)之比，識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中高度連接的節(jié)點(diǎn)，體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中文章的相對(duì)重要性[32]，圖中節(jié)點(diǎn)外圈紫色顯示具有較大的中心度，在類似研究主題中可以認(rèn)為是奠基式文獻(xiàn)。2005年Heathwaite等(中心度達(dá)0.47)描述了集水區(qū)的重要性。2011年Wall等(中心度0.37)提出了一個(gè)概念框架來評(píng)估農(nóng)業(yè)集水區(qū)是否滿足歐盟制定的《硝酸鹽指令》。2009年White等(中心度為0.27)通過應(yīng)用SWAT在關(guān)鍵源區(qū)的識(shí)別和量化污染物，提出在流域尺度上對(duì)CSAs進(jìn)行評(píng)估并優(yōu)先實(shí)施保護(hù)措施，有可能顯著提高州和聯(lián)邦資助的水質(zhì)項(xiàng)目的效率[38]。2013年Liu等用一種模型系統(tǒng)評(píng)估了農(nóng)業(yè)灌溉、施肥、耕作等農(nóng)業(yè)管理措施對(duì)徑流產(chǎn)生的影響，該模型是用于評(píng)估沿海環(huán)境非點(diǎn)源污染的系統(tǒng)[31]。2007年Jordan等對(duì)北愛爾蘭內(nèi)伊湖的農(nóng)業(yè)集水區(qū)進(jìn)行了為期6個(gè)月的河流流量和總磷濃度監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明需要提高集水區(qū)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，以便能進(jìn)行準(zhǔn)確而可靠的評(píng)估[39]。2006年Behera等認(rèn)為如要有效地保護(hù)土壤和水資源，必須對(duì)農(nóng)業(yè)流域的關(guān)鍵源區(qū)進(jìn)行識(shí)別確定，并根據(jù)SWAT模擬結(jié)果來推薦最佳管理措施[40]。

從上述文獻(xiàn)分析可知，非點(diǎn)源污染研究以改善水質(zhì)為中心而展開，對(duì)污染形成的成因、遷移規(guī)律、負(fù)荷評(píng)估以及防治管理進(jìn)行了深入的研究(見圖3)，也取得了豐碩的成果。研究表明：非點(diǎn)源污染是影響水質(zhì)最為重要的因素，其中農(nóng)業(yè)活動(dòng)中產(chǎn)生的氮、磷元素扮演了關(guān)鍵角色，沉積物、硝酸鹽、重金屬、微生物等也對(duì)水體產(chǎn)生不同程度的污染。污染物通過地表降雨或流域徑流沖刷、地表溶質(zhì)溶出、土壤侵蝕滲透等遷移過程，進(jìn)入受納水體，造成水體污染。污染物運(yùn)移規(guī)律極其重要，關(guān)系到污染的防治工作。負(fù)荷評(píng)估也是污染防治的重要一環(huán)，其研究經(jīng)歷了估量化評(píng)估到定量化評(píng)估的過程，耦合了各學(xué)科的新技術(shù)和新方法，如主流的機(jī)理模型[41-42]研發(fā)始于數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型(Horton方程[43]等)。污染防治管理措施是不可或缺的，西方國(guó)家早在20世紀(jì)70年代就已把其作為控制污染的重要措施，研究熱度一直居高不下，其中美國(guó)最早提出的最佳管理措施(Best Management Practices，BMPs)受到較大關(guān)注。

圖3 非點(diǎn)源污染研究知識(shí)結(jié)構(gòu)Fig.3 Knowledge structure of non-point source pollution research

3 結(jié)論與展望

本文以Web of Science(簡(jiǎn)稱WOS)核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)來源，應(yīng)用CiteSpace軟件研究并分析了非點(diǎn)源污染發(fā)展路徑。非點(diǎn)源污染研究始于20世紀(jì)70年代，其研究始終以改善水質(zhì)為核心，形成成因、運(yùn)移規(guī)律、受納水體負(fù)荷評(píng)價(jià)以及污染物的防治管理共同構(gòu)成了非點(diǎn)源污染研究的知識(shí)結(jié)構(gòu)。早期階段(1990～1995年)研究更多為實(shí)地采樣分析非點(diǎn)源污染的形成成因及其對(duì)水環(huán)境的危害程度。作為非點(diǎn)源污染主要成因——農(nóng)業(yè)活動(dòng)所產(chǎn)生的氮和磷，是這一時(shí)期關(guān)注的重點(diǎn)，對(duì)其的研究成果構(gòu)成了非點(diǎn)源污染研究的知識(shí)基礎(chǔ)。隨著研究深入，沉積物、硝酸鹽以及重金屬也在某種程度上導(dǎo)致了非點(diǎn)源污染。在基礎(chǔ)發(fā)展階段(1996～2001年)，這一時(shí)期是非點(diǎn)源污染研究的奠基階段，對(duì)于受納水體的負(fù)荷評(píng)價(jià)與污染物運(yùn)移規(guī)律、模擬監(jiān)測(cè)以及防治管理進(jìn)行了深入地研究，獲得了豐碩成果。農(nóng)業(yè)活動(dòng)、負(fù)荷評(píng)價(jià)、徑流、土壤成為這一時(shí)期研究熱門。GI也成為模擬監(jiān)測(cè)應(yīng)用的焦點(diǎn)技術(shù)，各種負(fù)荷評(píng)價(jià)及監(jiān)測(cè)模型應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)于非點(diǎn)源污染的研究，最終的落腳點(diǎn)便是污染的防治，污染物的防治管理也成為當(dāng)時(shí)研究的熱點(diǎn)主題之一。美國(guó)農(nóng)業(yè)部提出的最佳管理實(shí)踐成為控制非點(diǎn)源污染的有效手段之一，為此構(gòu)建了完備的成本-效益數(shù)據(jù)庫(kù)，國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)架稍顯滯后。蓬勃發(fā)展期(2002～2010年)是非點(diǎn)源污染研究發(fā)展最為快速的階段，研究主題在廣度和深度上都有較大發(fā)展，呈現(xiàn)學(xué)科交叉、精細(xì)化、定量化的特點(diǎn)。水文學(xué)、氣象學(xué)、土壤學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、化學(xué)、地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)等學(xué)科與非點(diǎn)源污染研究呈橫向交叉趨勢(shì)。與3S技術(shù)的耦合使得監(jiān)測(cè)、防治技術(shù)更為精準(zhǔn)。眾多國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)入到非點(diǎn)源污染研究領(lǐng)域，為國(guó)內(nèi)非點(diǎn)源污染研究的迅速發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。成長(zhǎng)成熟期(2011年至今)，氣候變化、土壤退化、關(guān)鍵源區(qū)以及防治政策成為非點(diǎn)源污染研究的重點(diǎn)。氣候變化引起眾多學(xué)者的關(guān)注，這也將是今后研究的趨勢(shì)。

以人與自然、人與人、人與社會(huì)和諧共生、良性循環(huán)、全面發(fā)展、持續(xù)繁榮為基本宗旨的社會(huì)形態(tài)已成為人類共識(shí)。非點(diǎn)源污染研究仍將是今后研究的重點(diǎn)領(lǐng)域，展望未來，其研究方向?qū)⒊尸F(xiàn)以下趨勢(shì)。

(1) 研究的廣度和深度更為深化。非點(diǎn)源污染全過程機(jī)理復(fù)雜，影響因素眾多，故而在研究的深度方向會(huì)更為深化。同時(shí)與其他學(xué)科的融合為其未來的研究提供了新的思路和方法。

(2) 農(nóng)業(yè)和農(nóng)村非點(diǎn)源污染仍將是未來研究的主要方向。如今，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化集約農(nóng)業(yè)過渡，農(nóng)業(yè)和不合理的農(nóng)村生活、生產(chǎn)活動(dòng)仍是非點(diǎn)源污染物的主要來源方向，缺乏分類控制措施、基礎(chǔ)性研究工作不夠等問題突出，因此生態(tài)文明背景下污染防治體系建設(shè)將是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村非點(diǎn)源污染的重點(diǎn)方向。

(3) 城市非點(diǎn)源污染逐漸引起重視。隨著城市化進(jìn)程加快，城區(qū)人口密度大，不透水面積增加，城市非點(diǎn)源污染已成為制約城市發(fā)展的重要因素，已引起重視。

(4) 氣候變化對(duì)于非點(diǎn)源污染影響研究將是今后研究的重要方向。氣溫和降水對(duì)于非點(diǎn)源污染有著顯著影響，對(duì)污染物的遷移擴(kuò)散起到重要作用，今后的非點(diǎn)源污染研究，尤其是長(zhǎng)時(shí)間序列的研究，氣候變化是不可或缺的因素。