黃 進(jìn)，張 旭，趙志慧，靳雨璠，石 楊，李家豪，蘇 昊，陳 稷

（1. 成都理工大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610059；2. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，四川 成都 611130；3. 西南石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，四川 成都 610500）

隨著近代工業(yè)的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境的污染問題日益嚴(yán)重，其中重金屬造成的污染問題尤為突出。環(huán)境中的重金屬可被農(nóng)作物吸收，進(jìn)而進(jìn)入人體，對人體健康造成危害，因此重金屬污染治理的相關(guān)研究日益成為熱點(diǎn)。重金屬污染治理常用的修復(fù)方法包括物理、化學(xué)和植物法。由于物理、化學(xué)方法對環(huán)境二次污染嚴(yán)重，成本高，存在一定的局限性。自1983 年CHANEY et al[1]首次提出植物修復(fù)技術(shù)的概念，作為一種綠色的修復(fù)技術(shù)，近年來該領(lǐng)域受到科學(xué)家的廣泛關(guān)注。該方法相比于化學(xué)、物理法等修復(fù)技術(shù)，對環(huán)境友好，并且還能創(chuàng)造額外的經(jīng)濟(jì)效益，在重金屬污染處于低、中水平的地區(qū)有較好的應(yīng)用效果[2]?；诖耍陙砝弥参镄迯?fù)重金屬污染的研究和應(yīng)用日益廣泛并產(chǎn)生了大量的研究成果，但對于這些數(shù)量龐大、內(nèi)容龐雜的相關(guān)科研文獻(xiàn)卻缺少系統(tǒng)、科學(xué)的統(tǒng)計和分析。

文獻(xiàn)計量學(xué)（Bibliometrics）是以已發(fā)表的文獻(xiàn)體系和文獻(xiàn)計量特征為研究對象，進(jìn)行文獻(xiàn)定量分析的一種研究方法[3?4]。目前，文獻(xiàn)計量分析已廣泛用于農(nóng)林、環(huán)境工程與科學(xué)、生態(tài)學(xué)、食品安全等領(lǐng)域科研成果的定性、定量分析，且方法也較為成熟。通過文獻(xiàn)計量學(xué)分析，不但可對某一領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，還可在此基礎(chǔ)上預(yù)測未來該領(lǐng)域科研的發(fā)展趨勢，為該領(lǐng)域的科研工作者開展研究提供方向和參考。

本研究期望通過對近20 年植物修復(fù)重金屬污染的進(jìn)行相關(guān)文獻(xiàn)計量和可視化分析，清晰、直觀、全面地分析當(dāng)前該領(lǐng)域的研究成果，對該領(lǐng)域科研成果的特點(diǎn)、重點(diǎn)等進(jìn)行總結(jié)，并對未來發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。本研究可為重金屬污染的修復(fù)工程提供理論支持，并為相關(guān)研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

Web of Science（WoS）數(shù)據(jù)庫是獲取全球?qū)W術(shù)信息的重要數(shù)據(jù)庫平臺，Web of Science 的3 大引文索引（SCIE+SSCI+A&HCI）收錄了全球12 400 多種權(quán)威的、高影響力的國際學(xué)術(shù)期刊，內(nèi)容涵蓋自然科學(xué)、工程技術(shù)、社會科學(xué)、藝術(shù)與人文等學(xué)科領(lǐng)域[5]。為了探究重金屬污染生物修復(fù)的研究情況，本研究以Web of Science（WoS）數(shù)據(jù)庫作為英文相關(guān)文獻(xiàn)檢索的數(shù)據(jù)源，構(gòu)建高級檢索式：TS=("phytoextraction*"OR"phytoaccumulation*"OR"phytostabilization*"O R"phytovolatilization*"OR"phytofiltration*"OR"Hyp eraccumulator*"OR"phytovolatilization*") AND TS =("heavy metal "OR" cadmium" OR"Cd " OR"Mercury"OR"Hg"OR" arsenic"OR "As"OR " lead"OR"Pb"OR"chromium"OR "Cr" )。

本研究檢索時間跨度為2000-01-01～2021-09-01，檢索時間為2021-09-08，共檢索出7 263 篇文獻(xiàn)，利用Citespace 對數(shù)據(jù)進(jìn)行除重處理后，進(jìn)行計量可視化分析。運(yùn)用WoS 自帶的分析功能，以及Citespace，Excel 2016 等軟件，對近20 年間發(fā)表的有關(guān)重金屬污染植物修復(fù)技術(shù)文獻(xiàn)進(jìn)行計量及可視化分析。分析內(nèi)容包括發(fā)文量、發(fā)文作者、重要研究機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞、來源期刊、支持基金等，術(shù)語來源根據(jù)所分析內(nèi)容分別依次勾選標(biāo)題、關(guān)鍵詞、機(jī)構(gòu)、國家等。時間節(jié)點(diǎn)設(shè)為 3 年，閾值設(shè)置為top=50，算法設(shè)置為Pathfinder，利用Pruning sliced networks和Pruning the merged network，對網(wǎng)譜進(jìn)行優(yōu)化。

2 結(jié)果與分析

2.1 近20 年相關(guān)文獻(xiàn)產(chǎn)出量統(tǒng)計

相關(guān)研究領(lǐng)域的發(fā)文量在一定程度上可以反映出該領(lǐng)域的研究熱度、發(fā)展速度及水平。對于重金屬污染植物修復(fù)的研究，雖然1983 年即提出了生物修復(fù)的概念，直到90 年代中后期，相關(guān)的研究才陸續(xù)得以開展，且在2000 年之后進(jìn)入了快速發(fā)展時期。國際與中國在2000～2010 期間發(fā)文量均呈上升趨勢，個別年份有小幅波動；2011～2020 年國際學(xué)術(shù)界發(fā)文量整體而言上升趨勢平穩(wěn)，但中國尤其是最近幾年上升趨勢明顯。這說明近年來全球范圍對生態(tài)問題高度重視，政府科研投入增加，也促進(jìn)了科研人員的科研積極性。尤其在國內(nèi)，生態(tài)環(huán)境相關(guān)政策相繼發(fā)布，國家和各級政府將生態(tài)治理和污染防治提上重點(diǎn)建設(shè)日程，隨著各級政府的重視，該領(lǐng)域的科研得以迅速發(fā)展，見圖1。

圖1 植物修復(fù)類文章數(shù)量年度變化趨勢

2.2 有關(guān)研究型論文發(fā)表的作者、機(jī)構(gòu)及國家分布

2.2.1 相關(guān)作者發(fā)文量分析 通過對重金屬污染的植物修復(fù)文章發(fā)表的作者進(jìn)行分析，并對該領(lǐng)域科研工作者發(fā)文量進(jìn)行了排序，篩選出發(fā)文量前10 的作者，見表1。

表1 發(fā)文量前10 作者分析

在發(fā)文量前10 的作者中，發(fā)文量最高的科研人員為楊肖娥，作為該領(lǐng)域科研的領(lǐng)軍人物，在檢索時間范圍內(nèi)共發(fā)文110 篇，H 指數(shù)高達(dá)62。楊肖娥的主要研究內(nèi)容包括植物營養(yǎng)與環(huán)境生態(tài)、污染環(huán)境植物修復(fù)、微量元素與健康等。發(fā)文量排第二位是馬奇英，其發(fā)文量達(dá)到79 篇，H 指數(shù)達(dá)到57，其主要研究超積累植物在重金屬土壤修復(fù)中的作用及機(jī)理。發(fā)文量排第3 位的研究人員為駱永明，發(fā)文56 篇，H 指數(shù)達(dá)到50，主要研究內(nèi)容為重金屬植物修復(fù)及螯合劑的添加對植物修復(fù)效率的影響。

2.2.2 近20 年相關(guān)研究機(jī)構(gòu)合作分布分析 本研究使用Citespace 軟件對研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了共現(xiàn)分析，見圖2。

圖2 研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜

圖2 中共有連線253 條，節(jié)點(diǎn)243 個。結(jié)果顯示，從機(jī)構(gòu)間合作關(guān)系上看，該領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)形成了 分 別 以（1）中 國 科 學(xué) 院（Chinese Academy of Sciences）、南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)（Nanjing Agricultural University）、科英布拉大學(xué)（University de Coimbra）；（2）浙江大學(xué)（Zhejiang University）、佛羅里達(dá)大學(xué)（ University of Florida） 、 四 川 大 學(xué)（Sichuan University）；（3）法 國 洛 林 大 學(xué)（University de Lorraine）、昆士蘭大學(xué)（The University of Queensland）、墨爾本大學(xué)（The University of Melbourne）；（4）西班牙國家研究委員會（CSIC）、根特大學(xué)（Ghent University）、法國國家農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院（INRA）、法國國家科學(xué)研究中心（CNRS）、圖盧茲聯(lián)邦大學(xué)（Federal University of Toulouse Midi-Pyrénées）；（5）費(fèi)薩拉巴德農(nóng)業(yè)大學(xué)（University of Agriculture,Faisalabad）、巴哈丁扎卡里亞大學(xué)（Bahauddin Zakariya University）、華 中 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)(Huazhong Agricultural University) 5 個緊密合作機(jī)構(gòu)組合。另外從共現(xiàn)圖上可以看出，中國科學(xué)院是發(fā)文量最多的科研機(jī)構(gòu)。

此外，關(guān)于發(fā)表重金屬污染植物修復(fù)研究性論文總數(shù)前5 的國家分別為是中國（CHINA）、美國（USA）、印度（INDIA）、法國（FRANCE）、西班牙（SPAIN），其中中國發(fā)文量排名第一，見圖3。

圖3 發(fā)文國家共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜

該分析結(jié)果表明，我國對植物修復(fù)重金屬污染研究十分重視，并進(jìn)行了大量的科研工作。同時，圖譜中共有連線47 條，節(jié)點(diǎn)45 個。而且，以中國，美國，法國，西班牙為中心的合作組合，也是國際上開展相關(guān)研究論文數(shù)較多的國家，表明國際合作在推進(jìn)前沿科研中的重要作用。

2.3 文獻(xiàn)共被引分析

共被引分析是指兩篇文獻(xiàn)共同出現(xiàn)在第3 篇施引文獻(xiàn)的參考文獻(xiàn)目錄里，則這兩篇文獻(xiàn)形成共被引關(guān)系。通過分析文獻(xiàn)共被引網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，可以分析該研究領(lǐng)域的經(jīng)典文獻(xiàn)，進(jìn)而了解該領(lǐng)域的知識結(jié)構(gòu)、知識基礎(chǔ)[6]。共被引分析圖譜中，共有連線199 條，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)193 個。

重金屬植物修復(fù)被引頻次排名前10 文獻(xiàn)，最高被引文獻(xiàn)為“Phytoremediation of heavy metals—Concepts and applications”。該文獻(xiàn)屬于綜述類文章，系統(tǒng)地總結(jié)了利用植物修復(fù)重金屬污染的研究現(xiàn)狀和研究熱點(diǎn)，并闡述了植物修復(fù)重金屬污染的優(yōu)勢和不足，對整個領(lǐng)域相關(guān)研究者而言具有很高的參考價值[7]見表3。與該文獻(xiàn)聯(lián)系較為緊密的為BOLAN N發(fā)表題目為“Differential Effect of Biochar on the Reduction-induced Mobility and Bioavailability of Arsenate and Chromate”的文章，兩篇文章均對重金屬的生物利用度進(jìn)行了討論。目前，雖然相關(guān)研究表明，生物炭、螯合劑等在提高土壤中重金屬生物利用度有著顯著的效果，但在大規(guī)模場地修復(fù)應(yīng)用中，也存在著成本高，二次污染等問題。此外，另一篇高被引文獻(xiàn)“Hyperaccumulators of metal and metalloid trace elements: Facts and fiction”與RASCIO N 的“ Heavy metal hyperaccumulating plants: How and why do they do it? And what makes them so interesting?” 以 及VERBRUGGEN N 的“Molecular mechanisms of metal hyperaccumulation in plants”作為共被引文獻(xiàn)，都圍繞超積累植物修復(fù)重金屬污染以及相關(guān)分子機(jī)制進(jìn)行了討論和展望。由此可知，在利用植物修復(fù)重金屬污染的研究和應(yīng)用領(lǐng)域，如何利用超富集植物進(jìn)行修復(fù)或如何提高其修復(fù)效率一直是研究的熱點(diǎn)。如，利用基因工程技術(shù)對超富集植物重金屬耐受性、富集率等進(jìn)行改良可能對于提高超富集植物修復(fù)效率是個較為理想且技術(shù)上可可行的方案。然而，基于社會大眾對于基因編輯植物的生物安全性的擔(dān)憂，相關(guān)政策和制度保障機(jī)制的完善可能仍是關(guān)鍵，見圖4。

表3 重金屬植物修復(fù)被引頻次排名前10 文獻(xiàn)

圖4 文獻(xiàn)共被引共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜

2.4 載文期刊分析

載文期刊分析可以幫助科研工作者把握該領(lǐng)域核心期刊，追蹤該領(lǐng)域最新研究情況。發(fā)文量前10 的載文期刊，見表4。

表4 可 知，International Journal of Phytoremediation、Environmental Science and Pollution Research、Chemosphere、Environmental Pollution、Journal of Hazardous Materials在所檢索文獻(xiàn)中排名前5，是相關(guān)科研人員的潛在投稿期刊。其中雜志International Journal of Phytoremediation發(fā)文量第1，占所檢索期刊的8.019%，但其H 指數(shù)為49，IF 為2.528，屬中科院3 區(qū)期刊，在前10 期刊中處于較低水平。該結(jié)果說明雖然該期刊發(fā)文量高，但可能由于其文章偏向方法研究或創(chuàng)新性等問題，導(dǎo)致H 指數(shù)與IF 偏低。期刊Journal of Hazardous Materials，發(fā)文量僅為第5，但其H 指數(shù)為235，IF 為9.52，同為最高，屬中科院1 區(qū)期刊。該結(jié)果說明此期刊在植物修復(fù)重金屬研究領(lǐng)域有著較大的影響力，收錄文章水平較高且研究方向具有前沿性，了解該期刊的相關(guān)文章有助于科研人員進(jìn)一步了解該領(lǐng)域最新研究進(jìn)展及熱點(diǎn)問題。

表4 重金屬污染植物修復(fù)相關(guān)發(fā)文量前10 的期刊

2.5 關(guān)鍵詞分析

關(guān)鍵詞作為文獻(xiàn)研究內(nèi)容的高度提煉，通過對關(guān)鍵詞聚類分析以及突發(fā)性分析，有助于進(jìn)一步挖掘近年相關(guān)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。

2.5.1 關(guān)鍵詞聚類分析 關(guān)鍵詞聚類分析通過對該領(lǐng)域特征明顯的詞進(jìn)行聚類歸納，有助于探究研究領(lǐng)域之間的相互聯(lián)系，以及交叉學(xué)科等熱點(diǎn)問題。關(guān)鍵詞聚類分析，見圖5。

圖5 重金屬污染植物修復(fù)關(guān)鍵詞聚類圖譜

圖5 可見，圖譜中共出現(xiàn)10 個聚類，分別為重金屬鎘（Cadmium）、植物內(nèi)生菌（Endophytic bacteria）、植物修復(fù)（Phytoremediation）、浮萍（lemna minor）、蜈蚣草（Pteris vittata）、生物炭（Biochar）、轉(zhuǎn)移系數(shù)（Translocation factor）、乙二胺四乙酸（EDTA）、金屬鋅（Znic）和植物生長（Growth）。其中金屬螯合劑EDTA，常被用于植物穩(wěn)定修復(fù)。在修復(fù)過程中，螯合劑通過與重金屬形成強(qiáng)水溶性復(fù)合物從土壤固相中解吸有毒金屬，再利用植物根際吸收或利用植物根系分泌物、酶等物質(zhì)與重金屬螯合，降低土壤中重金屬遷移性和生物有效性，從而有效降低重金屬淋溶到地下水并進(jìn)一步污染環(huán)境的風(fēng)險。但大規(guī)模的施用金屬螯合劑必然造成環(huán)境的二次污染，因此，如何合理利用螯合劑在提高重金屬生物有效性的前提下，避免對環(huán)境的二次污染成為研究的關(guān)鍵?！膀隍疾荨焙汀案∑肌?，這兩個關(guān)鍵詞聚類的重點(diǎn)都集中于超富集植物。自BROOKS 提出了超富集植物的概念以來，目前已發(fā)現(xiàn)400 多種植物對土壤中重金屬具有吸收提取的作用[9?10]。CHEN et al[11]首次在中國境內(nèi)發(fā)現(xiàn)重金屬As 超富集植物蜈蚣草，為我國利用超累積植物進(jìn)行重金屬污染修復(fù)奠定了基礎(chǔ)。此外，相關(guān)研究也發(fā)現(xiàn)中國蕨類植物有作為對砷和鉈復(fù)合污染土壤進(jìn)行修復(fù)的優(yōu)選植物物種的潛力。但目前而言，利用植物修復(fù)鉈污染土壤的相關(guān)研究卻鮮有發(fā)表，因此從細(xì)胞和基因水平上對中國蕨類對鉈吸收、積累的功能和機(jī)制的相關(guān)研究可能是未來的一個很有潛力的研究方向。

“生物炭”也是聚類的一個關(guān)鍵詞，自HILTON等人發(fā)現(xiàn)生物炭在土壤中對非草隆等農(nóng)藥有較好的吸附效果以來，生物炭對水土中各類污染物的治理應(yīng)用一直是研究熱點(diǎn)[12]。目前研究認(rèn)為，在重金屬污染土壤中添加相應(yīng)的生物炭能夠提高土壤的pH 值和有機(jī)質(zhì)含量，改變其氧化還原電位和土壤微生物群落構(gòu)成，以此降低重金屬的生物可利用性[13]。ZHANG et al[14]通過水相還原成功制備了活性生物炭A-BC-NZVI 復(fù)合材料，該材料具有固定鈾U（Ⅵ）的有效吸附能力，A-BC-NZVI 在對含有鈾U（Ⅵ）的污水治理應(yīng)用中具有廣闊的前景。盡管生物炭在修復(fù)重金屬方面有著良好的效果，但持久有效性低也導(dǎo)致實際修復(fù)周期短，不宜作為主要修復(fù)材料。在今后的研究中，生物炭配合植物共同修復(fù)重金屬污染仍有可能是研究的重點(diǎn)。生物炭一方面作為重金屬的吸附材料，另一方面作為土壤養(yǎng)分改良劑，在改善修復(fù)植物初期生存率低，生長緩慢等方面可能具有不錯的效果。

2.5.2 關(guān)鍵詞突發(fā)性分析 關(guān)鍵詞突發(fā)性分析提供了特定關(guān)鍵詞與出現(xiàn)頻率激增相關(guān)聯(lián)的證據(jù)，關(guān)鍵詞的爆發(fā)表明一個潛在的話題已經(jīng)或正在引起研究人員在特定時期特別的關(guān)注。因此關(guān)鍵詞的突發(fā)性被認(rèn)為是高度活躍研究領(lǐng)域的重要指標(biāo)，可被用于指導(dǎo)研究領(lǐng)域新興趨勢的探索[7]。

本研究對植物修復(fù)重金屬污染的前30 個關(guān)鍵詞突現(xiàn)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，“Indian mustard”的突現(xiàn)強(qiáng)度為61.7415，“transport”的突現(xiàn)強(qiáng)度為34.6244，“pollution”的突現(xiàn)強(qiáng)度為31.3306。分析結(jié)果表明，作為突現(xiàn)強(qiáng)度最高詞，“Indian mustard”可被視為這一時期的研究熱點(diǎn)，隨著近年來基因測序等技術(shù)的成熟和成本下降，原本不屬于模式植物的Indian mustard的相關(guān)基因組信息逐步得以了解，因此針對其與重金屬相關(guān)的基因功能、生理生化、細(xì)胞等相關(guān)研究得以迅速的發(fā)展。而持續(xù)時間最長的突現(xiàn)詞是“l(fā)eave”，持續(xù)時間是從2000～2014 年。植物雖然是通過根系將重金屬從土壤中吸收到植物體內(nèi)，但如果想實現(xiàn)重金屬污染土壤問題的根本解決，還是需要將根部的重金屬轉(zhuǎn)入植物的地上部分，尤其是草本植物的葉片部位，以利于后期的收割、回收。因此，進(jìn)入葉片等器官的重金屬的比率（轉(zhuǎn)移率）是實現(xiàn)植物修復(fù)的一個關(guān)鍵指標(biāo)。突現(xiàn)時間最晚的突現(xiàn)詞是“pollution”，首次突現(xiàn)于2017 年，這可能與生物修復(fù)由概念、基礎(chǔ)科研向?qū)嵱眯赞D(zhuǎn)化的趨勢有關(guān)，見圖6。

圖6 熱點(diǎn)關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖

3 結(jié)論

（1）從重金屬污染植物修復(fù)的相關(guān)文獻(xiàn)的檢索及分析過程可以發(fā)現(xiàn)，文獻(xiàn)的數(shù)量逐年增加，表明重金屬污染植物修復(fù)研究已經(jīng)越來越受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的關(guān)注。其中發(fā)文量前3 的期刊分別為International Journal of Phytoremediation、Environmental Science and Pollution Research、Chemosphere，發(fā)文量前3 的國家分別為中國、美國、印度。我國對于土壤重金屬污染植物修復(fù)的研究十分重視，并對該領(lǐng)域的科研發(fā)展做出了顯著的貢獻(xiàn)。

（2）從總聯(lián)系強(qiáng)度看，該領(lǐng)域的科研力量已經(jīng)形成以中國、美國、法國、西班牙為中心的合作組合。國際合作開展科研是該領(lǐng)域研究的趨勢也是重要推動力量。我國科學(xué)家楊肖娥作為發(fā)文量和H指數(shù)最高的科研人員，屬于該領(lǐng)域科研的領(lǐng)軍人物。

（3）文獻(xiàn)共被引及關(guān)鍵詞強(qiáng)度分析結(jié)果表明，當(dāng)前植物修復(fù)重金屬污染領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)為利用重金屬離子螯合劑、生物炭等新型材料與超富集植物聯(lián)合修復(fù)重金屬污染的方法及機(jī)理的研究。此外，利用新的超富集模式植物從遺傳、分子的角度對其吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、富集基因及機(jī)理的研究也是一個新的趨勢。