串麗敏 鄭懷國 趙同科 趙靜娟 顏志輝 張曉靜 譚翠萍
土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分,是人類和動物居住不可替代的環(huán)境因子,也是食物安全與人體健康的基本保障,在保護環(huán)境和維持生態(tài)平衡中具有重要作用。土壤是一個有生命的活的自然體,具有自身的凈化能力和對污染物的緩沖能力,但是也受其負載容量的限制。近年來,由于工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等一系列人為活動的影響造成土壤負荷加大,土壤污染日益嚴重,主要包括鉻(Cr)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、汞(Hg)、砷(As)、銅(Cu)、鋅(Zn)和鎳(Ni)等重金屬含量超標以及持久性有機污染物、病原微生物和放射性物質(zhì),致使糧食和蔬菜等必需品品質(zhì)下降,直接危害人類健康。土壤重金屬污染通常被稱作“隱身殺手”,潛伏期長,遷移性差,修復(fù)難度大,其危害程度不亞于空氣和水污染。2013年底,國土資源部就我國第二次土地調(diào)查主要數(shù)據(jù)成果舉行發(fā)布會。結(jié)果顯示,我國耕地總面積為1.3533×108hm2,但由于生態(tài)承載問題日益突出,全國受到中重度污染導(dǎo)致不宜耕種的耕地面積約為 3.33×106hm2,適宜穩(wěn)定利用的耕地約為1.20×108hm2。面對土壤污染的嚴峻形勢,如何治理已成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)、生態(tài)和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點。為了實現(xiàn)農(nóng)田的可持續(xù)利用,保障人類獲得充足且安全的食品,迫切需要研究并提出經(jīng)濟、高效、可行的土壤污染修復(fù)技術(shù)。
文獻計量學(xué)(Bibliometrics)是用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)方法,定量分析一切知識載體的交叉科學(xué)。文獻計量學(xué)可以客觀、定量地反映某一學(xué)科的宏觀發(fā)展態(tài)勢,并已被不少學(xué)科所采用。在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)境科學(xué)、新能源利用等方面,學(xué)者已經(jīng)做過大量的文獻計量分析,研究方法也較為成熟。有專家指出,科學(xué)文獻的數(shù)量和質(zhì)量是對科學(xué)技術(shù)水平的一種重要量度。從文獻計量角度探討科學(xué)研究布局和發(fā)展態(tài)勢是一種有效的途徑和方法。
為明確土壤污染修復(fù)領(lǐng)域在世界范圍的研究布局和發(fā)展態(tài)勢,本研究基于 Web of Science平臺科學(xué)引文索引擴展版(Science Citation Index Expanded,SCIE)數(shù)據(jù)庫對土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的 SCI論文進行計量學(xué)統(tǒng)計,探討該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、研究重點及發(fā)展趨勢,為土壤環(huán)境學(xué)科的發(fā)展、研究布局的規(guī)劃以及為我國土壤污染修復(fù)技術(shù)的創(chuàng)新、農(nóng)業(yè)環(huán)境保護和政府管理部門決策的制定提供參考與借鑒。
本文數(shù)據(jù)來源是美國湯森路透公司出版的Web of Science中SCIE數(shù)據(jù)庫,該數(shù)據(jù)庫收錄的文獻覆蓋了全世界最重要和最有影響力的研究成果,是世界公認的自然科學(xué)領(lǐng)域最為重要的檢索平臺。利用主題詞(TS),設(shè)計與土壤污染修復(fù)相關(guān)文獻的檢索式如下,TS=(soil or field or farmland or cropland)AND(pollut* or contaminat*) AND( removal or remediat* or decontaminat* or stabilizat* or phytoremediat* or bioremediat* or co-remediat* or phytoextract* or phytostabilizat* or phytoinfiltrat*or phytovolatilizat* or localizat* or accumulat* or hyperaccumulat*),檢索2005—2013年間發(fā)表的土壤污染修復(fù)相關(guān)論文(文獻類型為Article和Review,檢索時間為2014年5月4日)。以這些文獻作為分析的數(shù)據(jù)集,并運用 Thomson Data Analyzer(TDA)分析工具,結(jié)合Excel和Web of Science中自帶的分析軟件,對土壤污染修復(fù)領(lǐng)域發(fā)文量的變化趨勢、主要發(fā)文國家和機構(gòu),以及研究領(lǐng)域和研究主題等進行分析。
發(fā)文量表征科學(xué)界對本領(lǐng)域的關(guān)注程度,一定意義上反映該領(lǐng)域的發(fā)展速度和發(fā)展程度。通過對2005—2013年 SCIE引文數(shù)據(jù)庫檢索,土壤污染修復(fù)領(lǐng)域共發(fā)表論文17305篇。年度發(fā)文分布結(jié)果,從2005年開始(1304篇),土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的發(fā)文量穩(wěn)步增長,到2013年達2619篇,與2005年相比,發(fā)文數(shù)量翻了一番。2005—2013年該領(lǐng)域發(fā)文量的年均增長率分別為 8.7%、10.2%、13.3%、13.1%、0.5%、10.0%、9.1%和 8.6%,平均增長率為 9.2%。2008年和 2009年土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的年度發(fā)文量增加迅速,2010年之后(包括 2010年)每年的發(fā)文量處于平穩(wěn)上升狀態(tài),2010—2013年近4年累計的發(fā)文量(9252篇)占統(tǒng)計年限(9年)總發(fā)文量的53.5%,說明近幾年土壤污染修復(fù)問題開始受到研究人員的高度重視,在該領(lǐng)域的研究熱度也逐漸提高。
一國的發(fā)文量一定程度上代表了該國在某個領(lǐng)域研究的活躍程度。在現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,以第一作者或通信作者發(fā)文的國家進行統(tǒng)計,2005—2013年間在土壤污染修復(fù)領(lǐng)域共有 142個國家或地區(qū)發(fā)表了相關(guān)研究論文,排名前25位的國家具體發(fā)文情況。結(jié)果顯示,中國和美國的發(fā)文量居于前兩位,分別為3164篇和2439篇,且其在該領(lǐng)域的發(fā)文量遙遙領(lǐng)先于其他國家,分別是排名第3的印度發(fā)文量的3.22倍和2.48倍,分別占檢索結(jié)果總統(tǒng)計量的18.3%和14.1%。可見,中國和美國在該領(lǐng)域的研究占有主導(dǎo)地位。西班牙、意大利、英國、加拿大、法國、德國和日本幾個國家其發(fā)文量也保持在500篇以上,分別位于世界的第 4至 10位。前10個國家總發(fā)文量10888篇,占世界2005—2013年期間總發(fā)文量的62.9%;前 25個國家的總發(fā)文量為14937篇,占世界2005—2013年度土壤修復(fù)領(lǐng)域總發(fā)文量的86.3%。另有分析結(jié)果顯示,英語語種的發(fā)文量占總發(fā)文量的97.7%。
總發(fā)文量居于前6位國家的年度發(fā)文量(以第一作者或通信作者計)變化趨勢有所不同。2005—2013年間,美國在土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的發(fā)文量整體呈現(xiàn)平穩(wěn)狀態(tài),每年的發(fā)文量在247~294篇之間,年際間變化幅度較小,并且在2008年之前的發(fā)文量遠高于中國和其他國家。中國在土壤修復(fù)領(lǐng)域的發(fā)文量從2005年開始呈現(xiàn)逐年增長趨勢,增長率保持在 4.7%(2007年)~48.0%(2009年)之間,年均增長率為19.2%,2009年的增長速度最快,且當(dāng)年發(fā)文量已超過美國,之后發(fā)文量繼續(xù)上升,成為該領(lǐng)域年度發(fā)文量最多的國家,至2013年年度發(fā)文量達到 615篇,表明中國在土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的研究逐漸變得活躍。印度、西班牙、意大利和英國在土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的發(fā)文量遠遠低于美國和中國,基本保持在每年發(fā)文200篇以內(nèi),但是印度和西班牙的年度發(fā)文量呈現(xiàn)逐年上升趨勢,意大利和英國在土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的發(fā)文量變化較為平緩。
對某一研究領(lǐng)域發(fā)文量的來源期刊進行分析,可以幫助研究人員準確把握研究領(lǐng)域的核心期刊,為其文獻查詢、資料收集、論文撰寫與投稿提供專業(yè)指導(dǎo)。對2005—2013年土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的文獻檢索結(jié)果進行分析可知,在SCIE數(shù)據(jù)庫中,收錄與土壤污染修復(fù)相關(guān)的研究論文前10種期刊主要有《Journal of Hazardous Materials》《 Chemosphere》《 Environmental Pollution》《Environmental Science& Technology》等,并且主要來自Elsevier和Springer兩大出版商。在這10種期刊中近5年平均影響因子最高的期刊是《Journal of Hazardous Materials》,影響因子達5.123,發(fā)文量為884篇,排名第1,占總發(fā)文量的5.11%。發(fā)文量排在第2和第3位的期刊分別是《Chemosphere》和《Environmental Pollution》,發(fā)文量分別為 821篇和 550篇,占總發(fā)文量的4.74%和3.18%,其近5年平均影響因子分別為3.867和4.306。排在第4和第5位的是《Environmental Science & Technology》和《Science of the Total Environment》,發(fā)文量分別為502篇和 458篇,占總發(fā)文量的2.90%和2.65%,其中《Environmental Science & Technology》期刊近5年平均影響因子為 5.084,在這 10種期刊中居第 2位,《Science of the Total Environment》期刊近5年平均影響因子為3.906,在這10種期刊中居第4位。
在 2013年期刊引證報告(Journal Citation Reports,JCR)環(huán)境科學(xué)類中,上述排名前5的期刊均屬Q(mào)1類。其余5種期刊近5年平均影響因子分布在1.440~2.661之間,在引證報告環(huán)境科學(xué)類中屬Q(mào)2和Q3類。
發(fā)表論文的機構(gòu)以第一作者和通信作者為準。通過采用TDA軟件對論文的第一作者和通信作者的機構(gòu)進行梳理,2005—2013年間在世界范圍內(nèi)土壤污染修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)文量排名在前25位的機構(gòu)。2005—2013年中國科學(xué)院在土壤污染修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)文量高達 663篇,遠遠高于排在第 2位的浙江大學(xué)(245篇)和西班牙高等科學(xué)研究委員會(Consejo Superior de Investigaciones Cientificas,CSIC,175篇),分別是浙江大學(xué)和西班牙高等科學(xué)研究委員會發(fā)文量的 2.71倍和3.79倍。
排在世界范圍內(nèi)前25位的機構(gòu)來自中國的有中國科學(xué)院、浙江大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、中山大學(xué)、北京師范大學(xué)、清華大學(xué)、南開大學(xué)、北京大學(xué)和國立臺灣大學(xué)共9家,占前25位機構(gòu)的36%。排名在前10位的機構(gòu)中就有 5家來自中國,排名在前5位的機構(gòu)有3家來自中國,可見中國在該領(lǐng)域的活躍程度較高,在土壤污染修復(fù)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用上發(fā)揮了重要作用。
排在世界范圍內(nèi)前25位的機構(gòu)中,美國占4家,分別是Univ Florida(佛羅里達大學(xué))、Univ Illinois(伊利諾斯大學(xué))、US EPA(美國環(huán)保局)和 USDA ARS(美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局)。其余的機構(gòu)分別來自德國、俄羅斯、澳大利亞、印度、丹麥、斯洛文尼亞、伊朗、比利時、韓國和加拿大,各有一個機構(gòu)。
土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的研究是在大量項目和資金資助下完成的。主要資助來源包括中國國家自然科學(xué)基金、973國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃、歐盟、美國能源部、863國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃、中國科學(xué)院、美國國家科學(xué)基金、西班牙科技與創(chuàng)新部、加拿大自然科學(xué)與工程研究理事會、中央高校自由探索基金等。來自中國國家自然科學(xué)基金資助的論文發(fā)表量最多,達2600篇,占該領(lǐng)域總發(fā)文量的14.9%,遠遠高于其他資助機構(gòu)的發(fā)文量。排名前15位的機構(gòu)中,有6個來自中國,2個來自美國和西班牙,歐盟、加拿大、巴西、波蘭、捷克各有一個主要資助機構(gòu)。該結(jié)果從一個側(cè)面反映中國對土壤污染修復(fù)領(lǐng)域研究的資助力度很大,中國在該領(lǐng)域的研究較為活躍,體現(xiàn)了國家對土壤環(huán)境保護工作越來越重視。
本研究檢索到的土壤污染修復(fù)相關(guān)論文17305篇的總被引頻次達180199次,篇均被引頻次為10.4次。分析總被引頻次最多的前15個重要國家和地區(qū)的發(fā)文量、篇均被引頻次和各國單篇最高被引頻次,結(jié)果顯示:美國發(fā)文量雖然比中國少403篇,排名第2,但是總被引頻次高達32968次,排名第 1,遠高于總被引頻次排名第 2的中國(26023次);總被引頻次排名第 3的是英國,為 11470次,但是其總發(fā)文量為 627篇,反映英國文章的整體質(zhì)量和影響力較高;排名第 4為印度,總被引頻次為10185次,其余國家的總被引頻次遠遠低于這4個國家。美國、西班牙、意大利、英國、加拿大、法國、德國的篇均被引頻次高于世界平均水平(10.4次),以英國的篇均被引頻次最高,為18.29次,再次證明了英國文章的廣泛影響力;其次是德國和美國,篇均被引頻次分別為 14.75次和13.45次。單篇最高被引頻次是來自德國的文章,為 432次,其次是加拿大和印度,分別為 379次和372次。
根據(jù)TDA軟件對土壤污染修復(fù)領(lǐng)域2005—2013年間發(fā)表論文所涉及的研究領(lǐng)域進行歸類,結(jié)果顯示,近幾年土壤污染修復(fù)發(fā)表論文共涉及 113個研究領(lǐng)域,前 6個主要分布在 Environmental Science& Ecology(環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué))、Engineering(工程學(xué))、Agriculture(農(nóng)學(xué))、Water Resources(水資源學(xué))、Biotechnology & Applied Microbiology(生物技術(shù)與應(yīng)用微生物學(xué))、Chemistry(化學(xué))領(lǐng)域。其中:以環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域發(fā)文量最多,達9525篇,占近9年總發(fā)文量的54.7%,遠遠高于其他領(lǐng)域;其次是工程學(xué),發(fā)文量達3635篇,占總發(fā)文量的20.9%;排在第3位的是農(nóng)學(xué)(2152篇),占近9年總發(fā)文量的12.4%;水資源學(xué)、生物技術(shù)與應(yīng)用微生物以及化學(xué)研究領(lǐng)域的發(fā)文量也在1500篇以上,分別占總發(fā)文量的9.6%、9.6%和8.7%。除以上 6個研究領(lǐng)域外,還涉及地質(zhì)學(xué)、植物科學(xué)、毒理學(xué)、微生物學(xué)等研究領(lǐng)域,分別占總發(fā)文量的5.1%、4.7%、4.3%和4.1%。結(jié)果表明,土壤污染修復(fù)涉及學(xué)科領(lǐng)域分布廣泛,以環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域研究為主,并且逐漸向其他學(xué)科領(lǐng)域滲透,學(xué)科之間的交叉研究將會更為普遍。
關(guān)鍵詞能夠清楚地表達論文研究的主題,通過對關(guān)鍵詞的統(tǒng)計與分析,有助于把握領(lǐng)域研究熱點和未來研究方向。運用TDA軟件對出現(xiàn)頻次最高的前 100個關(guān)鍵詞(Authors’ keywords)進行合并、歸類統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)近幾年在土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的研究主題主要集中在以下幾個方面。
(1)污染種類主要有無機物污染、有機物污染和重金屬污染。無機物污染主要是硝酸鹽以及重金屬,包括鎘、鉛、砷、銅、鋅、汞、鉻、鎳污染等;有機物污染主要是多環(huán)芳烴類、多氯聯(lián)苯、菲、石油烴、芘、農(nóng)藥、柴油、除草劑阿特拉津和原油中的有機成分等污染。最受關(guān)注的污染物是重金屬,其次是有機污染物,放射性物質(zhì)鈾和銫等污染物也有報道。
(2)土壤污染的修復(fù)主要是生物修復(fù),包括植物修復(fù)、動物修復(fù)和微生物修復(fù),另外電動化、淋洗、固定化等技術(shù)同時發(fā)展。主要輔助手段有添加表面活性劑,種植超富集植物,添加螯合劑、蚯蚓或叢枝菌根,或借助變性梯度凝膠電泳等方法以便更有效地對污染土壤進行原位修復(fù)。
(3)除土壤污染修復(fù)技術(shù)研究外,對修復(fù)的風(fēng)險評估和生物監(jiān)測也是一個重要的研究方向。在生物監(jiān)測中,多利用指示生物(包括植物和動物)的方法,如玉米、水稻、小麥和蔬菜等,指示動物主要是蚯蚓和微生物。
土壤污染與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全息息相關(guān),開展土壤污染的修復(fù)技術(shù)研究,對于促進農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全,進而保障廣大人民群眾的生命健康具有重大意義。通過對土壤污染修復(fù)領(lǐng)域2005—2013年間SCI論文進行計量分析,發(fā)現(xiàn)全世界在土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的總發(fā)文量近 9年呈現(xiàn)穩(wěn)步增長態(tài)勢,中國在2009年以后的發(fā)文年增長率遙遙領(lǐng)先,是土壤污染修復(fù)領(lǐng)域發(fā)文量最多的國家,表明中國在該領(lǐng)域的研發(fā)活動較為活躍。然而,中國在土壤污染領(lǐng)域雖然表現(xiàn)出強勁的發(fā)展勢頭,取得了重要進展,但與其他國家相比,在影響力上還有很大的差距,總發(fā)文量排名第1但總被引頻次遠低于美國,篇均被引頻次低于該領(lǐng)域的世界平均水平,最高單篇被引頻次也較低。因此,中國學(xué)者在注重發(fā)文量的同時,更應(yīng)注重質(zhì)量的提升,才能進一步提高研究成果的國際影響力。
在研究布局上,中國與發(fā)達國家和地區(qū)差別不是很大,均主要開展修復(fù)機理、技術(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用及風(fēng)險評估和修復(fù)效果評估方面的研究;采用的修復(fù)技術(shù)主要集中在植物修復(fù)、微生物修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和物理修復(fù);針對的污染物也主要是重金屬(包括鎘、鉻、鋅、鉛、砷和汞等)及持久性有機污染物,特別是多環(huán)芳烴。但是總體而言,發(fā)達國家(尤其是美國)研究布局更加全面。中國在借鑒國外技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上,應(yīng)篩選并發(fā)展能廣泛應(yīng)用、安全、低成本的原位農(nóng)田生物修復(fù)技術(shù)和物化穩(wěn)定技術(shù),注重自身技術(shù)的改革與創(chuàng)新,進一步研發(fā)成本低、效益高、修復(fù)好的先進技術(shù),加強污染土壤修復(fù)技術(shù)集成;開發(fā)基于環(huán)境功能修復(fù)材料(納米)的修復(fù)技術(shù),探索螯合誘導(dǎo)與其他生物工程結(jié)合的聯(lián)合修復(fù)技術(shù),運用分子生物學(xué)和基因工程技術(shù),強化超富集植物材料的篩選,因地制宜地誘導(dǎo)、培育本地兼具高生物量和高富集能力的植物,同時,注重安全、針對性強的修復(fù)工程技術(shù)與成套設(shè)備的研發(fā),加強科技創(chuàng)新。
(1)世界范圍內(nèi)對土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的重視程度越來越高。全世界在土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的總發(fā)文量近9年呈現(xiàn)穩(wěn)步增長趨勢,中國、美國、印度、西班牙、意大利、英國、加拿大、法國、德國和日本在土壤污染修復(fù)領(lǐng)域發(fā)文量較多,在土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的技術(shù)成熟度和重視程度也表現(xiàn)較強,并且中國在2009年以后的發(fā)文年增長率遙遙領(lǐng)先于其他國家,研發(fā)活動較為活躍。
(2)發(fā)展中國家是土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的重要參與者和引領(lǐng)者。土壤污染修復(fù)領(lǐng)域論文主要發(fā)表在《Journal of Hazardous Materials》《 Chemosphere》《 Environmental Pollution》《Environmental Science& Technology》《Science of the Total Environment》等期刊上,美國、中國、英國和印度的總被引頻次較高,論文質(zhì)量和影響力較高,發(fā)展中國家中國和印度在土壤污染修復(fù)領(lǐng)域的研究實力躋身世界前列,是該領(lǐng)域重要的參與者和引領(lǐng)者。中國科學(xué)院、浙江大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、中山大學(xué)、北京師范大學(xué)、清華大學(xué)、南開大學(xué)、北京大學(xué)和國立臺灣大學(xué)等中國的科研院所和高校研究水平和貢獻突出。
(3)土壤污染修復(fù)研究涉及的學(xué)科分布較為廣泛。共涉及 113個研究領(lǐng)域,前6個主要分布在Environmental Science & Ecology(環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué))、Engineering(工程學(xué))、Agriculture(農(nóng)學(xué))、Water Resources(水資源學(xué))、Biotechnology & Applied Microbiology(生物技術(shù)與應(yīng)用微生物學(xué))、Chemistry(化學(xué))等領(lǐng)域。環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域發(fā)文量最多,并且學(xué)科之間的交叉研究越來越普遍。
(4)土壤污染修復(fù)技術(shù)呈現(xiàn)多樣化、友好化和高效化。該領(lǐng)域的研究主題主要分布在重金屬、多環(huán)芳烴、農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯等污染物上,主要采取植物修復(fù)、生物修復(fù)、生物降解、植物提取、電動化、生物富集、土壤淋洗等方法,并且修復(fù)技術(shù)呈現(xiàn)從單一向聯(lián)合修復(fù)、從異位向原位修復(fù)以及從粗放向綠色與環(huán)境友好的生物修復(fù)技術(shù)發(fā)展,更加注重污染修復(fù)效果評價和經(jīng)濟效益評估。
(摘自《農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報》2016年第1期)