基于知識圖譜的燃煤電廠與汞研究態勢分析

巢文軍，韓 春，宗玉婷

(江蘇省常州環境監測中心，江蘇 常州 213003)

1 引言

汞是劇毒重金屬元素[1]，常溫液態極易蒸發，具持久性、長距遷移和生物蓄積性，在環境中能轉為甲基汞等毒性極強的汞化合物，通過食物鏈逐級累積和生物放大。更嚴重的是，汞是金屬中唯一能以氣態形式長距傳輸和沉降轉化的全球性污染物，即便是遠離污染源的低密集活動地區乃至人跡罕至區域，也可能遭受跨界汞污染問題[2]。

中國是汞的消費和排放大國，燃煤電廠是2017年8月對中國生效的國際 《汞公約》的大氣重點管控源[3]。本研究選取全球權威的綜合學科高質量核心期刊及會議文獻檢索工具Web of Science數據庫作為基礎數據源，運用文獻計量學方法和知識圖譜可視化軟件[4]，挖掘展示燃煤電廠與汞相關領域的研究現狀，分析推演其發展趨勢及前沿態勢，可為科研和管理換上全新的廣角鏡頭掃描全景，以期為我國更好地控制汞污染與履行國際汞公約提供借鑒及參考。

2 材料與方法

本研究首選Web of Science(以下簡稱WoS)的所有數據庫，輸入主題關鍵詞Coal-fired Power Plants與Mercury，年份限制為1990～2019年，設定文獻類型為ARTICLE、MEETING、REVIEW，再從基本檢索結果中選擇精煉數據庫Web of Science核心合集，獲得935篇文獻數據作為研究樣本。然后應用WoS的統計分析功能，綜合VOSViewer和CiteSpace知識圖譜軟件，對樣本數據從文獻增長、主題演化、國家和機構分布及比較等特征量進行文獻計量和可視化作圖，并進行內容分析和綜合評判。

3 結果與分析

3.1 文獻增長的時間變化分析

文獻年度分布能夠反映該領域研究的發展速度和受關注程度，進行統計分析有助于整體把握發展態勢和劃分階段開展研究。根據篩選出的1990～2019年有關燃煤電廠與汞研究的SCIE、SSCI、AHCI、ESCI論文總量935篇，計算年均發文30.8篇，分析文獻年度變化及其在樣本總量中所占比例。由圖1可知，全球有關燃煤電廠與汞研究的文獻數量自1990年起不斷增加，該領域關注度目前保持穩定增長。根據文獻數量的年度變化并結合研究發展趨勢，劃分為三個階段：第一階段是起步萌芽期(1990～1999年)，文獻數量稀少零散，研究呈現非系統化特征；第二階段是成長爆發期(2000～2009年)，文獻數量突現爆發式增長，研究內容逐步擴大充實；第三階段是增長積累期(2010～2019年)，文獻保持快速增長態勢，熱點持續穩定，研究內容不斷深化拓寬。經統計在2010～2019年的這10年間共發文613篇，占30年發文總量的65.6%，處于文獻成果穩定增長的相對高產階段。

圖1 1990～2019年燃煤電廠與汞研究領域 WoS數據庫論文年發文量及年度占比

3.2 研究主題跟蹤分析

3.2.1 主題關鍵詞共線分析

研究文獻的關鍵詞共現并進行聚類分析，可以對熱點主題進行定量研究并將其歸類。將樣本數據導入VOSviewer軟件選擇共詞分析，去重后篩選出59個主題關鍵詞制成圖譜，見圖2。依據詞性緊密程度分成3個聚類標識不同顏色，節點大小表征頻次高低，之間連線表示共現關系。其中節點大，連線多，則研究主題熱度高；連線粗，則關聯共現機會多。由圖可見，汞、形態、氧化、燃燒、排放、元素汞、去除、煙氣、吸附、飛灰為高頻關鍵詞，是主要研究方向和連續關注熱點。

圖2 1990～2019年燃煤電廠與汞研究關鍵詞網絡可視化聚類分析

3.2.2 主題變遷與演化路徑

前沿熱點主題，可突出呈現為研究文獻和引文數量加速增長且學術輻射力急速增強的態勢。本研究基于成果產出動態特征，著重運用Citespace的關鍵詞突現監測功能[5]，導出突現性強的11個突現關鍵詞(表1)，定量歸納熱點主題的變化趨勢及前沿方向，為研究和管理提供指引。

汞中毒首先是1953年日本漁村發現水俁病而在20世紀50～60年代從水產品開始受到關注，但1998年前都是零星分散的少量研究。由表1可見，自1998～2005對燃煤電廠與汞的研究開始增加，2003～2010主要是汞的污染控制研究，其中2004～2007年關注汞沉積，2006～2010年關注汞的輸送效應。2007～2011年開始汞形態研究，2009～2013年關注其中的硒，2013～2015年焦點是重金屬，2017～2019年是煙氣脫硫和減排的影響，其中2018～2019年熱點是有害微量元素和氣體汞形態。

表1 引用突發最強的前11個關鍵詞

3.3 主要國家、科研機構的研究實力分布與比較

3.3.1 國家研究實力分布

WoS數據庫覆蓋了全世界SCIE、SSCI、AHCI、ESC等最重要期刊和高影響力研究成果，科學界將被收錄科技論文數量視為衡量一國研究水平和科技力量的重要評價指標。圖3是1990～2019年發文量排名Top10國家，其中8個是發達國家，僅中國和波蘭是發展中國家。統計顯示1990～2019年間發文量大于100篇的只有2個國家，美國364篇居第一位，中國344篇排第二。但是2013年和2015～2019年中國的發文量都超過美國，表明我國對此研究越來越重視，以及控制燃煤電廠汞排放和履約國際汞公約的急迫性。

3.3.2 機構論文數量分析

由圖4可見在1990～2019年間發文量Top10機構，分屬4個國家，只有中國是發展中國家，其余3個為發達國家。具體為中國5家(華中科技大學、華北電力大學、清華大學、中國科學院、東南大學)占Top10機構發文總量的比例高達69.6%；美國3家(能源部、西肯塔基大學、環保署)占比16.7%；還有加拿大阿爾伯塔大學和韓國延世大學，分別占比8.4 %和5.3%。

從年度分布變化來看，在1990～2019年期間排名前四位的機構是華中科技大學、華北電力大學、美國能源部、清華大學；而到2010～2019年的近10年里，華中科技大學和華北電力大學的發文量一直穩居全球第一和第二位，美國能源部、美國環保署、韓國延世大學跌出機構Top10，被中國的上海電力大學、浙江大學、中南大學取代，表明近10年里以華中科技大學、華北電力大學、清華大學等為代表的中國機構在該領域發文數量和科研水平處于前沿地位。

圖3 1990～2019年燃煤電廠與汞研究領域發文量Top10國家排名

3.3.3 研究實力的四象限圖比較

論文篇數是反映國家/機構關注度的數量指標，被引頻次是反映論文水平的質量指標，H指數是評價科研論文績效的綜合性指標，3項指標聯合運用可綜合評判成果產出數量、質量和學術影響力。本研究以1990～2019年該領域的國家/機構論文篇數為橫軸，以篇均被引頻次為縱軸，兩者分別以均值為軸中心點，建立研究力量評價的坐標體系，同時設置圓點大小來表征論文的H指數高低[6]。

圖4 1990～2019年燃煤電廠與汞研究領域發文量Top10機構排名

從圖5的國家層面分析，第1象限的美國其發文的數量和質量都高于均值，H指數最大，領域學術影響力較高；第2象限的加拿大、韓國、西班牙、日本和德國發文量雖低于均值，但論文質量較高，篇均被引高于均值；第3象限的英國、澳大利亞和波蘭的發文數量有待增加、論文質量有待提升；第4象限的中國雖然發文總數居第2位，但篇均被引稍低于均值，其H指數較高與發文量較大有關。

圖5 1990～2019年燃煤電廠與汞研究領域發文量Top10國家研究實力比較

從圖6的機構層面分析，第1象限的清華大學、美國能源部其論文數量、質量都超過均值，H指數顯著高于其余8個機構；第2象限的中國科學院、加拿大阿爾伯塔大學、韓國延世大學篇均被引頻次高于均值，論文質量較高；第3象限的美國環保署、中國東南大學被引較少，逐步邊緣；第4象限的華中科技大學、華北電力大學、美國西肯塔基大學發文量高于均值，質量仍有待提升。

3.4 高影響力文獻

論文被引頻次既是獲得學術認可、衡量影響力的標志，也是挖掘前沿熱點、追蹤發展動向的指標。通過檢索WoS數據庫樣本的被引頻次后降序排列，查找1990-2019年燃煤電廠與汞研究的Top10高影響力文獻。

圖6 1990～2019年燃煤電廠與汞研究領域發文量Top10機構研究實力比較

從第一作者的國家來源分析，7篇來自發達國家(美國5篇，荷蘭和加拿大各1篇)，另外中國2篇、印度1篇；從期刊來源分析，主要發表于7種期刊，其中Fuel Processing Technology和Environmental Science & Technology分別載文3篇和2篇，其余5篇發表于另外5種不同刊物；從發表時間分析，2篇發表于2010年，8篇散布于1994～2015年間。其中被引頻次居首位的是美國人Pavlish JH于2003年發表在Fuel Processing Technology上題為Status review of mercury control options for coal-fired power plants的論文，被引達741次。

4 結論與展望

綜合文獻統計和圖譜分析，對燃煤電廠與汞的研究自1998年后增加，2003～2010年主要是汞的沉積與輸送等污染控制研究，2011年后開始關注汞形態和重金屬，2017～2019年是注重煙氣脫硫、減排的影響和有害微量元素。近來全球有關燃煤電廠與汞的研究進入穩步增長、高產積累態勢，研究熱點集中于汞、形態、氧化、燃燒、排放、元素汞、去除、煙氣、吸附、飛灰等關鍵詞。

在該領域內，美國和中國累計發文量位列第一、第二。尤其近10年來，中國以華中科技大學、華北電力大學等為代表的機構發文量增長最快，尤以清華大學發文量大、被引高且在該領域內研究屬頂尖水平。但展望未來，在新的國內和國際形勢下，我國作為汞排放大國，防控形勢復雜嚴峻，國際汞公約履約與成效評估仍任重而道遠。