污染農田土壤的重金屬鈍化技術研究
——基于WebofScience 數據庫的計量分析*

劉杏梅，趙 健，徐建明

（1. 浙江大學環境與資源與學院，杭州 310058；2. 浙江省農業資源與環境重點實驗室，杭州 310058）

土壤是人類賴以生存和發展的物質基礎。近年隨著工業化和城市化進程加快，人類在快速發展經濟的同時忽略了環境保護，使得土壤重金屬污染問題日益凸顯，不僅制約著農業經濟可持續發展，而且嚴重威脅到生態環境安全和人類自身健康[1-3]。目前，農田土壤重金屬污染已成為世界上大多數地區的一個嚴重問題，尤其是發展中國家[4-5]。2014 年環境保護部和國土資源部聯合發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，我國土壤環境狀況總體嚴峻，耕地土壤質量堪憂，點位超標率為19.4%；污染類型以無機型為主，無機污染物超標點位數占全部超標點位數的82.8%[6]。因此，迫切需要開展農田土壤重金屬污染修復工作，這對于我國農產品安全和生態文明建設具有至關重要意義。對于大面積的農田土壤重金屬污染修復，目前主要運用化學鈍化修復技術，通過向土壤中添加鈍化劑調節pH、Eh 等理化性質來改變土壤中重金屬的化學形態，從而降低重金屬在土壤中的溶解性、遷移能力和生物有效性，使重金屬固定/穩定化，減少生物體富集量，最終減輕重金屬的危害作用[7-8]。

文獻計量學（Bibliometrics）是以文獻體系和文獻計量特征為研究對象，被用于文獻定量分析，進而評價某領域發展現狀和水平，預測未來的發展趨勢[9-10]。目前，文獻計量已被廣泛用于農業、林業、環境工程與科學、生態學、食品安全等領域，研究方法較為成熟[11-15]。為明確農田土壤重金屬污染鈍化修復領域研究布局和進展，本文通過評價Web of Science（WoS）核心合集數據庫1990―2019 年農田土壤重金屬污染鈍化修復領域相關文獻，利用WoS自帶分析工具、HistCite 引文圖譜分析軟件和VOSviewer 可視化分析軟件，從發文量及變化趨勢、重要期刊和作者、主要發文國家和機構、高被引論文、研究熱點等不同角度進行計量分析，對主要作者、研究機構和發文國家之間的合作關系進行了可視化分析，對TOP30 高被引論文之間的相互引用關系繪制引文編年圖，以期為我國重金屬受污染農田的安全利用提供理論依據，同時為未來該領域的研究人員提供參考方向。

1 材料與方法

1.1 數據來源

研究數據來源于科睿唯安（Clarivate Analytics）的WoS 核心合集數據庫，該數據庫是獲取全球學術信息的重要數據庫，收錄了12 000 多種世界權威的、高影響力的學術期刊，內容涵蓋自然科學、工程技術、生物醫學、社會科學、藝術與人文等領域[16]。利用主題詞（TS），TS=（（soil or agricultural or farmland or cropland）and（heavy metal*）and（amendment or immobilization or stabilization）not（phytoremediation or phytoextraction or bioremediation）），時間跨度為1990―2019 年（文獻類型為Article 和Review，檢索時間為2019 年9 月12 日），共檢索出3 376 篇相關研究文獻，導入HistCite 軟件的文獻共3 348 篇，涉及9 393 位作者，596 種期刊，82 568 篇參考文獻。

1.2 研究方法

利用Web of Science 數據庫自帶的分析工具、HistCite 引文分析軟件、VOSviewer 可視化分析軟件、Excel 2016 以及Origin2019 繪圖軟件，對農田土壤重金屬污染鈍化修復領域的發文總量及趨勢、主要發文期刊、國家、機構、作者，合作關系（作者、國家、機構）、研究熱點及變化趨勢等進行計量分析。運用HistCite 軟件分析時重要參數有本地被引頻次（Local Citation Score，LCS），表示這篇文章在當前數據集中被引用的次數或理解為這篇文章在其所屬研究領域內的被引次數；全文被引頻次（Global Citation Score，GCS），表示這篇文章被整個WoS 數據庫中所有文獻引用的次數；本地總被引頻次（Total Local Citation Score，TLCS），是指在當前數據集中文獻的被引頻次之和；總被引頻次（Total Global Citation Score，TGCS），是指在WoS 數據庫中所有文獻被引頻次之和。其中，一篇文章的LCS越高代表該文獻在該研究領域內的影響力越高，GCS 越高表示這篇文章被世界許多學者關注。VOSviewer 是由荷蘭萊頓大學的Nees Jan van Eck和Ludo Waltman 共同開發的一款用來構建和查看文獻計量圖譜的免費的文獻計量分析軟件，可以用于生成多種基于文獻計量關系的圖譜：如作者或期刊的共引關系圖，關鍵詞共現關系圖。其主要特點是圖形化展現的方式較為豐富，顯示清晰，使得文獻計量學的分析結果易于解釋，能夠定量地分析某個領域或某個主題的研究現狀和研究進展[17]。

2 結果與討論

2.1 發文量及年度變化趨勢

發文數量可以反映科研人員對本領域的重視程度，某種程度上表示土壤重金屬鈍化修復領域的發展速度和發展程度。通過對土壤污染鈍化修復領域1990―2019 年間SCI 論文進行計量分析發現（圖1），發文量隨時間整體上呈增加趨勢，2018 年達到405篇。特別注意的是從2015 年開始發文量呈快速增長態勢，主要原因可能在于全球對于生態環境質量的高度重視。例如中國：2013 年黨的十八大將生態文明建設列入“五位一體”總體戰略布局，2014 年4月17 日環境保護部和國土資源部聯合發布《全國土壤污染狀況調查公報》及4 月24 日新環保法頒布，2016 年5 月國務院發布《土壤污染防治行動計劃》，2018 年《土壤污染防治法》出臺等，國家頒布的一系列利好政策，有效推動了該領域科研人員研究的積極性，加快了該領域的快速發展。

圖1 1990―2019 年土壤重金屬污染鈍化修復領域年度發文量Fig. 1 Quantity of publications on immobilized remediation of heavy metals contaminated soil from 1990-2019

2.2 重要期刊來源

對某一領域發文量和被引頻次的期刊分析，可以幫助研究人員把握該研究領域核心期刊。影響因子是衡量期刊質量和影響力的重要指標，通常而言影響因子越高，期刊的影響力越大。其計算方法是期刊前兩年發表的論文在統計年的被引用總次數與該期刊前兩年內發表的論文總數之比[18]。該領域共有596 種期刊，根據期刊的發文量從高到低進行排序，發文量 TOP10 期刊如表1 所示。發文量前四的期刊依次為 Environmental Science and Pollution Research 、 Chemosphere 、 Science of the Total Environment、Journal of Hazardous Materials，分別占所檢索文獻總數的5.95%、4.59%、4.35%、4.27%，表明這些期刊是研究人員的潛在投稿期刊。Environmental Science and Pollution Research 期刊的發文量雖然最高但其被引頻次較低， 而Chemosphere、Journal of Hazardous Materials 和Environmental Pollution 期刊的本地被引頻次位居前三名，表明這些期刊在重金屬污染土壤鈍化修復領域影響力相對較大。在發文量排名前十的期刊中，2018年影響因子最高的是Journalof Hazardous Materials，影響因子為7.650，TCLS 位居第二（1406 次）。然而，同樣認可度和影響力相對較高的期刊Environment International 、 Soil Biology& Biochemistry 、Environmental Science & Technology 發文量和本地被引頻次均未進入前十，處于11～30 之間的位次，一定程度上表明這些期刊在土壤重金屬污染鈍化修復研究領域的關注程度相對有限，可能更加偏向其他側重點。

表1 土壤重金屬污染鈍化修復領域發文量排名前10 的期刊Table1 Top 10 journals of publications on immobilization of heavy metal contaminated soils

2.3 主要研究力量

2.3.1 發文國家分析 SCI 收錄論文的數量和被引頻次可在一定程度上映射出一個國家的整體科研水平和影響力[19-20]。中國、美國、西班牙、澳大利亞等101 個國家發表了有關農田土壤重金屬鈍化修復的研究論文。論文發表數量前十位的國家是中國、美國、西班牙、澳大利亞、韓國、英國、印度、意大利、巴基斯坦、法國，這十個國家的發文量之和為2890 篇，占總量的86.32%。其中中國的發文量排名第一，共964 篇，遠遠領先于其他國家，占發文量的28.79%（表2），突出了我國在農田土壤重金屬污染鈍化修復領域的重要地位，同時也暴露出我國農田土壤重金屬污染問題的嚴峻。總體來看，中國的文獻在數量、TLCS 排序中均居于首位且遠超其他國家，其在農田土壤重金屬的鈍化修復領域研究較為活躍且處于優勢地位。有研究發現，我國土壤重金屬污染修復研究發文量最高，但總被引頻次遠低于美國且均篇被引頻次低于該領域全球平均水平[21]。這說明我國的科研人員近幾年來不僅重視發文數量，同時更加注重論文的質量。圖2 是土壤重金屬污染鈍化修復領域重要發文國家及相互間合作關系圖，圖中圓圈大小表示某個國家發文量，連線距離表示國家間的合作密切程度，距離越小，表示合作越密切。從圖看出48 個國家間合作密切共同致力于該領域研究發展，其中中國與世界上36 個國家間有密切合作。

表2 土壤重金屬污染鈍化修復研究發文量排名TOP10 的國家Table2 Top10 countries in volume of publications on immobilization of heavy metal contaminated soils

圖2 1990―2019 年土壤重金屬污染鈍化修復領域重要發文國家及相互間合作關系圖譜Fig. 2 Collaborative relationships between important countries in the field of immobilization of heavy metal contaminated soils from 1990 to 2019

2.3.2 重要研究機構分析 通過Histcite 引文分析，該領域研究論文共涉及2 653 個研究機構，發文量TOP10 的研究機構如表3 所示。我國有中國科學院、浙江大學、中國科學院大學、農業農村部（原農業部）四所單位進入TOP10 研究機構，其中中國科學院以絕對優勢位居第一，本地總被引頻次1 276次，發文量224 篇，占總發文量的6.69%，遠遠高于排名第二的西班牙高等科學研究委員會（84 篇），可見中國科學院在土壤重金屬污染鈍化修復領域做出的突出貢獻。圖3 表示該領域1990―2019 年間重要研究機構的合作關系圖，中國科學院與浙江大學、佛羅里達大學、香港理工大學、江原國立大學、西北農林科技大學、華中農業大學、維戈大學等國內外49 個研究機構均有合作，表明中國科學院在土壤重金屬鈍化修復領域具有舉足輕重的地位和影響力，而國內其他高校和研究院所特別是目前國內外合作交流偏少的應該主動參加相關領域的學術會議和活動，提高活躍程度和影響力。

表3 土壤重金屬污染鈍化修復領域發文量排名TOP10 的研究機構Table3 Top10 institutes in volume of publications on immobilization of heavy metal contaminated soils

圖3 1990―2019 年土壤重金屬污染鈍化修復領域重要研究機構及相互間合作關系圖譜Fig. 3 Collaborative relationships between important institutions in the field of immobilization of heavy metal contaminated soils from 1990 to 2019

2.3.3 重要作者分析 作者在一領域論文的TLCS 和發文量能夠在某種程度上反映對其領域的影響程度。重金屬污染土壤鈍化修復領域共涉及9 393 位作者，結合發文量和TLCS 兩項指標，可以確定重金屬污染土壤鈍化修復領域的重要作者（表4）。韓國高麗大學環境科學與生態工程學院Ok Yong Sik 教授的發文量（65 篇）和TLCS 次數（1 022次）均為最高，是該領域的引領人物。在TLCS 排名前十的作者中，中國有兩位學者（曹心德和王海龍），分別位于第五位和第七位。H 指數于2005 年由Hirsch 提出，它綜合考慮了作者發文量和文章被引量兩個要素，是衡量學術影響力的重要指標[22]。按H 指數排序，澳大利亞學者Bolan N 和韓國學者Ok YS 位于前兩名，其H 值分別為57 和54。圖4可以清楚看出各個學者之間的合作關系，不同顏色代表不同群組，共有14 個群組。從圖中來看，韓國學者OkYong Sik 與國內外其他眾多學者的相互合作最為密切，而中國學者與國外研究者合作關系有限，未來可以加強國際交流與合作，進一步增強中國的影響力。

表4 土壤重金屬污染鈍化修復領域TLCS 排名前10 的作者Table4 Top10 authors of total local citation score on immobilization of heavy metal contaminated soils

圖4 1990―2019 年土壤重金屬污染鈍化修復研究重要作者及其之間合作關系圖譜Fig. 4 Collaborative relationships between important authors in the field of immobilizationof heavy metal contaminated soils from 1990 to 2019

2.4 經典文獻分析

文章的被引頻次在一定程度上作為衡量論文質量和重要性的關鍵指標，通過對文章被引頻次的分析可以確定該領域的經典論文。以LCS 為標準對文獻進行排序，該領域前10 篇經典文獻見表5。被引頻次TOP10 的文獻發表年份集中在2004―2014 年，Beesley L 作者有三篇文章位列前十。被引頻次較高的原因之一在于綜述性文獻，綜述為高度凝練總結前期大量研究成果的文獻，文章不僅總結全面而且質量較高，通常給之后的研究人員提供理論支撐和研究思路。如瑞典作者 Kumpiene J 發表的“Stabilization of As，Cr，Cu，Pb and Zn in soil using amendments - A review”（被引頻次最高），總結分析了固定/穩定化修復技術中不同鈍化劑對土壤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的概括和總結。這10 篇高被引論文有5 篇來自Environmental Pollution 期刊，可見該期刊在該學術領域具有非常重要地位和影響力。文獻引文編年圖是HistCite 的特色功能。利用軟件中Graph Maker 功能，可通過圖示展示某一領域文獻之間的關系，繪制出一個領域的發展歷史（引文編年圖），定位出該領域的關鍵文獻。以LCS count為條件，設置節點數為30，可繪制出土壤重金屬污染鈍化修復研究文獻的引文編年圖，從而探尋該領域的發展歷程和演進路徑。圖5 顯示該領域影響力最高的30 篇文獻的發表時間、發展歷程和互引關系。編號767 的文獻被引次數最高，其次是編號1233、編號1635 和編號1059。

圖5 1990―2019 年土壤重金屬污染鈍化修復研究領域TOP30 高被引論文之間的關系圖譜Fig. 5 Top30 highly cited papers in the field of immobilization of heavy metal contaminated soils from 1990 to 2019

表5 農田土壤重金屬污染鈍化修復經典文獻按LCS 排序前10 篇Table5 Top10 highly cited papers in the field of immobilization of heavy metal contaminated soils

2.5 關鍵詞共現網絡

對關鍵詞的分析可以反映該領域的研究熱點和方向。關鍵詞共現網絡表明，關鍵詞出現的頻次和網絡之間的聯系強度具有一致性。圓圈大小表示該關鍵詞所占的權重，即關鍵詞出現次數的直觀表現，顏色表示該關鍵詞所屬的聚類。從圖6 可以看出，重金屬作為本研究的主題詞，在關鍵詞共現網絡中占有非常重要地位。除了重金屬（Heavy-metals or heavy metals）外，排名前10 位的關鍵詞依次是immobilization、Cadmium、lead、bioavailablity、amendments、soil、remediation、swage-sludge、zinc、contaminated soils ， 形 成 了“heavy-metals” 、“immobilization”、“biochar”、“lead”、remediation、zinc、cadmium 等交互作用、緊密關聯的5 大聚類。近年來國內外科研人員普遍關注重金屬 Cd（cadmium）、Pb（lead）、Cu（copper）、Zn（zinc）、As（arsenic）。同時土壤重金屬污染固化/穩定化修復（stabilization/immobilization）常用的鈍化劑有堆肥、生物質炭、污泥、有機質、赤泥、粉煤灰等，值得注意的是（生物/植物）有效性、移動性、溶解性、吸附/解吸、植物吸收/累積/生長等詞高頻出現，表明近30 年來在重金屬污染土壤鈍化修復領域科研人員會重點關注重金屬的有效性和植物體內吸收累積情況，這與鈍化修復的機理完全吻合。

圖6 1990―2019 年土壤重金屬污染鈍化修復研究熱點分布Fig. 6 Distribution of hot spots in the field of immobilization of heavy mental contaminated soil from 1990 to 2019

3 結 論

全球范圍內對土壤重金屬污染重視程度日益增高，1990―2019 年在農田土壤重金屬污染鈍化修復領域的發文量呈現穩步增長趨勢，中國、美國、西班牙、澳大利亞、韓國、英國、印度等在土壤重金屬污染鈍化修復領域發文量較多。中國的發文量和本地被引頻次均為第一，美國緊隨在后。土壤重金屬污染鈍化修復領域的論文主要發表在Environmental Science and Pollution Research、Chemosphere、Science of the Total Environment、Journal of Hazardous Materials 和 Environmental Pollution 期刊上，其中被引頻次TOP10 文章中有5篇均來源于Environmental Pollution 期刊，充分說明該期刊在該領域內具有廣泛的認可度。重要的研究機構有中國科學院、西班牙高等科學研究委員會、佛羅里達大學和浙江大學等，其中中國科學院的發文量和被引頻次均為最高，遠遠領先其他研究機構，在該領域具有極高的學術水平和國際影響力。TLCS排名前十的作者中，國內學者有兩位（曹心德和王海龍），韓國Ok Yong Sik 學者的發文量和TLCS 次數均為最高。根據研究熱點分布圖可知，應用較多的鈍化劑主要是污泥、生物質炭、赤泥、堆肥、磷酸鹽、石灰、廢棄物等，修復的重點集中在鈍化劑對重金屬的生物有效性和植物吸收累積的影響這一主題上。研究的重金屬以鎘（Cd）、鉛（Pb）、銅（Cu）、鋅（Zn）和類重金屬砷（As）等為主，其中鎘（Cd）的研究最為普遍，是科研人員重點關注的對象。