基于Web of Science對土壤重金屬污染修復研究的計量分析*

胡遠妹 周 俊 劉海龍 高 敏 周 靜，4?

（1 土壤環境與污染修復重點實驗室, 中國科學院南京土壤研究所, 南京 210008）

（2 中國科學院大學, 北京 100049）

（3 國家紅壤改良工程技術研究中心,中國科學院紅壤生態實驗站, 江西鷹潭 335211）

（4 江西省重金屬污染生態修復工程技術研究中心, 南昌 330096）

土壤是支撐經濟社會可持續發展的重要物質基礎。土壤重金屬的來源有兩種，一是自然來源：成土母巖本身含有的重金屬；二是人為來源：含重金屬的大氣沉降，農藥和肥料使用，污水灌溉和污泥農用，含重金屬固廢堆積和金屬礦山酸性廢水污染等［1-4］。因其在土壤中毒性強、具有生物累積效應等特征受到科學家們的廣泛關注［5-6］。《2014全國土壤污染狀況調查公報》顯示全國土壤總的污染物點位超標率為16.1%，其中，重金屬等無機類污染物占總超標點位的82.8%［7］。有資料表明中國由于鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積近2000萬hm2，約占總耕地面積的1/5［8］。以上數據表明全國土壤環境狀況總體不容樂觀，尤其是土壤重金屬污染問題。目前有關土壤重金屬污染治理技術研究報道較多，對已有研究涉及的土壤重金屬污染修復領域的熱點趨勢、研究方向的變化等計量分析的較少，缺少從研究領域，研究方向、熱點趨勢等角度分析預測未來該領域的研究或技術創新的文章。

文獻計量學方法是對文獻和文獻工作進行定量的方法，它的基礎在“量”，所以必須進行一系列的統計工作以獲得必要的數據，通過數據分析從中找出變化規律，進而預測未來的發展趨勢［9-11］。文獻計量學已應用在環境工程與科學、土壤學、生態學、食品安全、新能源利用等方面，研究方法較為成熟［12-16］。Web of ScienceTM核心合集數據庫是一個包含自然科學、工程技術、社會科學等領域、提供高質量、可信賴的學術信息檢索的跨庫平臺［17］。H指數，是指一個國家（ 或機構、科研人員）有N篇論文分別被引用了至少N次，該值越高，表明它的論文影響力越大［18］。運用HistCite軟件中重要參數本地總引用次數（Total local citation score，TLCS）、總引用次數（Total global citation score，TGCS）和本地引用次數（Local citation score，LCS）三個指標，可快速定位本領域的重要作者、重要機構、重要期刊等，TLCS表示的是某一篇文章被導入HistCite進行分析的這幾百或幾千篇文獻所引用的次數，導入Histcite的文章均是與檢索詞有關的,所以這些文章與研究方向相關，若某一篇文獻的TLCS值越高，說明該文獻在該研究領域內影響越大；TGCS表示某一篇文章被整個Web of Science（WOS）數據庫中的文獻所引用的次數。相比而言，TLCS較TGCS更重要，TLCS高的極有可能是領域內的開創性文章，LCS表示某篇文獻在當前數據集中被引用的次數［19］。VOSviewer可視化分析軟件是由荷蘭萊頓大學開發的一款免費可視化分析軟件，可以對重要文獻、高產作者、關鍵詞、機構進行聚類共現可視化分析［20］。

本研究基于Web of ScienceTM核心合集數據庫，利用WOS數據庫自帶的分析工具、HistCite軟件、VOSviewer軟件和Origin 9.1軟件，對2000—2016年間發表的有關土壤重金屬污染修復研究文獻進行計量分析，以期為土壤重金屬污染修復提供調研學科研究方向、聚焦學科研究主題、跟蹤學科動態等提供支持或者幫助。

1 材料與方法

1.1 數據來源

利用美國湯森路透公司（ Thomson Reuters）WOS數據庫，檢索時間段為2000年1月1日至2016年12月31日，檢索時間2017年5月9日，以主題詞 Topic =（soil* or field or farmland* or cropland* or land*）and（“heavy metal*”or lead or “black lead”or plumbum or cadmium or mercury or hydrargyrum or quicksilver or chromium or chrome or arsenic or copper or zinc or nickel）and （contaminat* or pollut*）and （removal or decontaminal or stabilizat* or phytoremediat* or bioremediat* or co-remediat* or phytostabilizat* or phytoinfiltrat* or hyperaccumulate or remediat* or repair or restore*）作為檢索式，在Web of ScienceTM核心合集數據庫中檢索發表于2000—2016年世界土壤重金屬污染修復研究文獻9 945篇，導入HistCite軟件的文獻共9 940篇。

1.2 統計方法

利用WOS數據庫自帶的分析工具、HistCite軟件、VOSviewer軟件和Origin 9.1軟件，對2000—2016年間發表的有關土壤重金屬污染修復技術文獻從國家/地區發文量、高產作者、重要研究機構、來源期刊分析、研究方向及研究熱點等方面進行計量分析。其中用HistCite軟件、VOS viewer軟件進行數據分析時，是將從Web of Science數據庫下載的txt格式的文章，按照研究內容的需要將文本導入至HistCite軟件、VOS viewer軟件，然后進行分析。

2 結 果

2.1 2000—2016 年發文量TOP10的國家/地區總發文量

論文被SCI收錄的數量和被引頻次反映了一個國家/地區的整體科研實力和影響力［21-23］。從Web of ScienceTM核心合集數據庫中共檢索出中國、美國、印度、西班牙、意大利等108個國家/地區發表了有關土壤重金屬修復技術的研究論文。在現有數據基礎上，對2000—2016年不同國家/地區的發文情況進行分析。論文發表數量排名前10位的國家/地區（ 以下簡稱TOP10 國家/地區）如表1所示，中國的發文量位居榜首，共2 105篇，但均篇被引頻次為14.33，排名最后。中國H指數為71，僅次于美國。美國的發文量僅低于中國，但是其總被引次數和H指數顯著高于其他國家/地區。英國的論文均篇被引次數最高，說明其文章影響力較強。用VOSviewer可視化分析軟件作出2000—2016 年土壤重金屬污染修復研究中國大陸和臺灣地區以及世界各國之間的合作關系圖，圖中圈大小表示某個國家/地區的活躍程度及文章的發表數量，國家/地區之間的連線距離表示國家/地區間的合作密切程度，距離越小，表示國家/地區間的合作越密切。從圖1可知，各個國家/地區之間合作密切，共同致力于為土壤污染修作貢獻，其中中國的合作密切國家主要是美國、日本、澳大利亞、英格蘭、印度和法國。

圖1 2000—2016年土壤重金屬污染修復研究中國大陸和臺灣地區以及世界各國之間的合作關系Fig. 1 Cooperation between China （including Taiwan）and other countries in the field of remediation of heavy mental contaminated soils during the period from 2000 to 2016

表1 2000—2016年土壤重金屬污染修復研究發文量排名TOP10的國家/地區Table 1 Top10 countries or regions in volume of publications in the field of remediation of heavy mental contaminated soils during the period from 2000 to 2016

2.2 2000—2016 年TOP10高產作者

對作者的分析，有利于發現該領域的高產出研究人員，通過作者的發文數量、被引頻次可以找到重要作者［24］。該領域研究論文共涉及6815位作者。發文量TOP10的作者如表2所示。按TLCS排序，美國學者Ma L Q排名第一，其TLCS值為1201，比利時學者Vangronsveld J排名第二，其TLCS值為915，澳大利亞學者Naidu R的TLCS值最低，其值為257，LCS值越高意味著該文獻越重要。按TGCS排序，前三名分別為美國學者Ma L Q、比利時學者Vangronsveld J和中國學者Zhou QX。按H指數排序，前兩名分別為美國學者Ma L Q、中國學者Zhou Q X，其H值分別為32和24，最低為中國學者He Z L。從表2可以看出，TOP10的高產作者中，中國有4位（包括周啟星、楊肖娥，駱永明和何振立），美國有3位。圖2表示該領域重要作者之間的合作關系圖，從圖可以清晰地看出各個學者之間直接或間接的合作。如圖所示，不同的顏色代表不同的群組，通過節點的顏色、大小、聚類結果來判讀不同組群的強度及其相互作用關系。美國學者Ma L Q與中國學者Yang X E與He Z L合作，比利時學者Vangronsveld J與法國學者Mench M，Zhou Q X與Ma L Q以及Yang X E與He Z L有直接合作關系。Luo Y M與Yang X E、He Z L及Zhou Q X有間接合作關系。

圖2 2000—2016 年土壤重金屬污染修復研究重要作者之間的合作關系Fig. 2 Collaborative relationships between important authors in the field of remediation of heavy mental contaminated soils during the period from 2000 to 2016

表2 2000—2016年土壤重金屬污染修復研究發文量排名TOP10的高產作者Table 2 Top10 high yield authors in the field of remediation of heavy mental contaminated soils during the period from 2000 to 2016

續表

2.3 2000—2016年TOP10研究機構

通過分析，該領域研究論文共涉及2186個研究機構，排名TOP10的研究機構如表3，2000—2016年中國科學院在土壤重金屬污染修復技術領域的發文量為662篇，遠高于排名第二的浙江大學（158篇）和第三的美國佛羅里達大學（144篇）。TOP10的研究機構來自中國的有中國科學院、浙江大學、南京農業大學、中山大學、臺灣大學，占TOP10研究機構的50%，美國僅隨其后，有佛羅里達大學和美國環保署。圖3表示該領域重要研究機構之間的合作關系圖，從圖中可以看出各個研究機構之間的合作關系，其中中國科學院與浙江大學、佛羅里達大學、南京農業大學及臺灣大學等研究機構均有合作，中國科學院在土壤重金屬污染修復領域占有舉足輕重的作用。

表3 2000—2016年土壤重金屬污染修復研究發文量排名TOP10的研究機構Table 3 Top10 institutions in volume of publications in the field of remediation of heavy mental contaminated soils during the period from 2000 to 2016

2.4 2000—2016年發文量TOP10的期刊

對某一研究領域的期刊進行分析，可確定該領域SCI來源的核心期刊。影響因子是期刊影響力的一種計算方法，即某期刊前兩年發表的論文在統計當年的被引用總次數除以該期刊在前兩年內發表的論文總數［25］。該領域共有790家期刊參與，發文量TOP10的期刊如表4所示。2015年影響因子最高的為期刊Environmental Science& Technology，其影響因子為5.393，其次是Environmental Pollution和Journal of Hazardous Materials，影響因子分別為4.839和4.836；最低的為期刊Water Air and Soil Pollution，其影響因子為1.771。TOP10期刊的主要出版商為 Elsevier和 Springer。根據TLCS分析，期刊Chemosphere、Environmental Pollution、Journal of Hazardous Materials的TLCS值分別為4 970、4 233、3 832，這三種期刊均為該領域影響力較高的期刊。

圖3 2000—2016 年土壤重金屬污染修復研究重要機構之間的合作關系Fig. 3 Collaborative relationships between important institutions in the field of remediation of heavy mental contaminated soils during the period from 2000 to 2016

表4 2000—2016年土壤重金屬污染修復研究發文量排名TOP10的期刊Table 4 Top10 journals of publications in the field of remediation of heavy mental contaminated soils during the period from 2000 to 2016

2.5 2000—2016年TOP10研究方向

圖4 2000—2016 年土壤重金屬污染修復領域的研究方向Fig. 4 Research direction in the field of remediation of heavy mental contaminated soils during the period from 2000 to 2016

通過分析，從2000—2016年排名TOP10的研究方向的變化情況如圖4所示，主要研究方向為環境科學與生態學（Environmental Sciences & Ecology），其次是工程學（Engineering），然后是農學（Agriculture）、水資源學（Water Resources）、化學（Chemistry）、生物技術與應用微生物學（Biotechnology & Applied Microbiology）、植物科學（Plant Sciences）、毒理學（Toxicology）等。從表中可以看出土壤重金屬污染修復涉及的學科領域分布廣泛，以環境科學與生態學、工程學領域研究為主，并且逐漸向其他學科領域滲透，學科之間的交互研究將會更為普遍。表5反映的是2000—2005、2006—2010、2011—2016三個時間段該領域TOP10的研究方向的變化趨勢，從表中可以看出，三個時間段內該領域研究方向沒有大的變化，主要還是側重于在環境科學與生態學、工程學、農學和水資源學方面的研究。

表5 2000—2005、 2006—2010、2011—2016三個時間段土壤重金屬污染修復領域的研究方向Table 5 Research directions in the field of remediation of heavy mental contaminated soils during the periods of 2000—2005, 2006—2010, 2011—2016

續表

2.6 2000—2016年土壤重金屬污染研究領域的高被引論文

文章的被引頻次在一定程度上反映了人們對某項研究工作的關注程度，可以顯示科學論文在科研過程中被使用和受重視的程度，以及在學術交流中的作用和地位。目前的研究評價中，被引頻次被越來越多地用于衡量論文重要性的指標。該領域被引頻次TOP10論文見表6。按LCS排序，加拿大作者Mulligan C N發表的Remediation technologies for metal-contaminated soils and groundwater：An evaluation被引頻次最高。這10篇高被引論文由5位英國作者、2位美國作者等作者發表。利用HistCite軟件，LCS排名TOP30論文引文關系圖譜如圖5所示，編號304的文獻被引力度最大，編號794的文獻和編號2 676的文獻也是高被引的文獻，同時它們對TOP30的其他文獻的產出也有重要影響。按LCS排名，TOP30論文之間共被引關系清晰明了。

表6 2000—2016年土壤重金屬污染修復研究領域TOP10的高被引論文Table 6 Top10 highly cited papers in the field of remediation of heavy mental contaminated soils during the period from 2000 to 2016

圖5 2000—2016年土壤重金屬污染修復研究領域TOP30的高被引論文之間的引文關系圖譜Fig. 5 Hist Cite of top30 highly cited papers in the field of remediation of heavy mental contaminated during the period from 2000 to 2016

2.7 2000—2016年土壤重金屬污染修復國內外研究熱點

對主題詞的分析可以反映該領域研究熱點。利用VOSviewer軟件構建國內外土壤重金屬污染修復主題的知識圖譜，從圖6、圖7可知，近些年國內外科研人員均對重金屬Cd（Cadmium）、Pb（Lead）、Cu（Copper）、As（Arsenic）、Zn（Zinc）的研究較熱。同時土壤重金屬污染修復研究常與地下水，污水中重金屬修復相關研究聯系在一起。中國土壤重金屬污染的修復技術主要有植物修復（Phytoremediation）、生物修復（Bioremediation）、固化/穩定化修復（Stabilization/ Immobilization）。國外的除了前三種修復技術，還有電動修復（electrokinetic remediation）。植物修復常用的超積累植物有印度芥菜（Indian mustard）、遏藍菜又名敗醬草（thlaspi-caerulescaens）。常用固化劑有粉煤灰（fly-ash）、磷灰石（apatite）、磷酸鹽（phosphate）等。中國的土壤重金屬污染修復區域常在酸性土壤上，例如紅壤（red soil）。

3 討 論

基于Web of Science數據庫，通過對2000—2016年間發表的有關土壤重金屬污染修復研究文獻進行計量分析，相比于歐美國家，我國的發文量最高，均篇被引次數較低，降低了國際影響力，因此，我們的科研人員不僅要重視發文數量，還要注重提高論文的質量。其中國家/地區之間的合作有利于了解國際研究形勢和加強土壤污染修復技術交流。在TOP10的高產作者中，中國有4位，分別為南開大學周啟星教授、浙江大學楊肖娥和何振立教授、中國科學院煙臺海岸帶研究所駱永明研究員，美國有3位，說明美國和中國研究人員在土壤重金屬污染修復領域的研究具有較高影響力。分析高產作者有利于了解其組內成員；收集其研究項目；梳理其學術思想；洞察其儀器資源；跟蹤其研究成果。對高產作者間的合作分析有利于機構的人才招聘；選擇小同行審稿專家；選擇潛在的合作者［28-29］。

圖6 2000—2016年中國土壤重金屬污染修復研究熱點分布Fig. 6 Distribution of hot spots in the fi eld of remediation of heavy mental contaminated soils during the period from 2000 to 2016 in China

在對重要研究機構的分析中，我國有中國科學院、浙江大學、南京農業大學、中山大學、臺灣大學5所單位進入TOP10研究機構，由此可以看出我國科研院所以及高校在土壤重金屬修復方面做出的貢獻。土壤重金屬污染修復的研究文章主要發表在Journal of Hazardous Materials、Chemosphere、Environmental Pollution、Science of the Total Environment、Environmental Science& Technology，這些期刊也是該領域認可度較高的期刊，對期刊的分析有利于跟蹤最新科研信息，選擇寫作投稿的期刊［30］。

TOP10的論文之所以被引頻次較高，主要有兩方面原因，一是TOP10 的文章有4篇是綜述性文獻，綜述為高度凝練總結前期研究成果的文獻，文章質量較高，例如瑞典作者Kumpiene和Lagerkvist［5］發表的Stabilization of As, Cr, Cu, Pb and Zn in soil using amendments - A review，總結分析了固化/穩定化修復技術中不同改良劑在修復土壤As、Cr、Cu、Pb和 Zn污染的應用、機制與原理，對前人的研究成果進行了高度概括；二是論文的關鍵詞Keywords、Keywords Plus和本文檢索主題詞有極大地交集，例如，加拿大作者Mulligan和Yong［26］發表的Remediation technologies for metal-contaminated soils and groundwater:An evaluation，其文章關鍵詞Keywords: soil;remediation technologies; groundwater; sediments;heavy metals. Keywords Plus: Sewage-sludge;heavy-metals; trace-metals; fractionation;sediments; cadmium; removal; water 。

該領域主要研究方向為環境科學與生態學（Environmental Sciences & Ecology），其次是工程學（Engineering），然后是農學（Agriculture）、水資源學（Water Resources），而相對弱化了對地質學（Geology）、毒理學（Toxicology）方面的研究。分析一個領域的研究方向有利于科研人員掌握該領域的研究重點，為開展下一步的科研工作提供有力的支持［31］。土壤重金屬污染修復技術主要有植物修復、生物修復、電動修復和固化/穩定化修復技術，其中國內外常用修復技術均為植物修復（主要為植物提取）和生物修復，該研究結果與串麗敏等［21］、朱宇恩等［27］的研究結果一致。其中主要研究對象均為重金屬鎘（Cd）、鉛（Pb）、銅（Cu）、鋅（Zn）和類重金屬砷（As）等，說明國內外在該領域的研究修復技術和研究對象幾乎一致。

圖7 2000—2016年國外土壤重金屬污染修復研究熱點分布Fig. 7 Distribution of hot spots in the field of remediation of heavy mental contaminated soil during the period from 2000 to 2016 in other countries than China

本文的亮點之處是對高產作者、國家/地區發文量、重要研究機構、高被引論文等分析均用多個指標進行比較分析，特別是用VOSviewer可視化圖譜分析了重要作者和國家/地區之間的合作關系，用Histcite引文圖譜分析軟件對TOP30高被引論文進行分析，結果可以看出，該研究領域未來研究的方向，開拓性較大的文章，影響力較大的論文以及其相互之間的引證關系。本文對該領域初學者了解該領域研究方向、發展趨勢和研究熱點具有指導意義。

4 結 論

本文以土壤重金屬污染修復領域文獻計量數據為基礎，對2000—2016年WOS 數據庫收錄的相關文獻進行分析，分析表明：全球范圍內對土壤重金屬污染修復領域的重視程度越來越高。中國、美國、印度等國家在該領域發文較多。該領域TOP10的高產作者中，我國有4位（包括周啟星、楊肖娥、駱永明和何振立），國內學者中南開大學周啟星最有影響力。重要研究機構前三名為中國科學院、浙江大學和美國佛羅里達大學。該領域論文主要發表在Journal of Hazardous Materials、Chemosphere、Environmental Pollution期刊。該研究涉及的學科分布較為廣泛，主要側重于對環境科學與生態學（Environmental Sciences& Ecology）、工程學（Engineering）和農學（Agriculture）的研究。重金屬修復技術主要有植物修復、生物修復、固化/穩定化修復技術。本研究將有助于了解土壤重金屬污染修復的學科研究方向、聚焦學科研究熱點、跟蹤學科動態。

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