基于CNKI數據庫的土壤鎘文獻計量分析

朱 鋼，劉 瑜，李 可，馬競凱，周香君

(湖北師范大學 城市與環境學院，湖北 黃石 435002)

1 引言

2014年環保部和國土部聯合發表的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，我國污染的土壤面積大約5000萬畝。土壤總點位超標率約為16.1%，農耕地、林木地、草牧地土壤點位超標率分別為19.4%、10.0%、10.4%，中度污染以上占2.6%。其中耕地土壤重金屬等污染物點位超標率達19.4%，鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種無機污染物點位超標率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%，被重金屬污染的土壤面積達2000萬畝，污染形勢不容樂觀[1]。重金屬含量超過了土壤承受的極限造成了土壤重金屬污染，嚴重破壞土壤的自循環能力。隨著時間遷移，成土母質在風化過程中會自然積累重金屬元素，人類的一些化工產業的制造、能源的開采、廢水排放以及各種農藥和化肥的不規范使用等生產活動，導致重金屬含量不斷上升，污染現狀日益嚴重。

鎘是人體微量非必需元素，在正常狀態下不足以構成人體健康威脅，但如果食物中的鎘過量就會對人體造成嚴重的侵害。環境鎘污染嚴重時，鎘能通過生物富集等方式進入人體。近年來由于重工業的發展，我國每年排放到大氣中的鎘高達2186 t，估算每年進入農田的鎘高達1417 t，其中來自大氣沉降的鎘高達493 t，占總量的35%，家畜糞便778 t，占總量的55%[2]，鎘通過地下水、空氣等方式進入土壤。重金屬污染后的土壤，微生物多樣性降低，糧食減產、食品安全等問題給生產生活帶來困擾。因此，土壤鎘污染毒性、遷移轉化規律和修復技術等是環保領域管理者和科研人員重點關注的科學問題。

文獻計量學集數學、統計學、文獻學為一體，通過定量分析所有知識載體數量、作者數、發文量、發文期刊、關鍵詞等信息，獲取研究領域的重點、熱點和新興問題，為政策管理人員和科研工作者提供參考依據。本文基于中國知網CNKI數據庫，查閱近20年來土壤鎘相關研究的文獻，采用計量學方法進行數據處理，分析成長趨勢、期刊分布以及關鍵詞分布，研究土壤鎘污染現狀和研究趨勢，總結土壤鎘污染的特點、危害、治理技術以及應用前景等，并進一步了解我國土壤鎘污染領域的研究熱點及面臨的主要問題。

2 數據來源及分析方法

本研究所有中英文文獻均來源于CNKI的中國期刊全文數據庫。利用中國知網檢索功能檢索，檢索時間為1999～2019年近20年，檢索跨度截止時間為2019年10月1日，以“土壤”并“鎘”為關鍵詞檢索，逐條篩選，去掉重復、不相關信息、一稿多發、簡訊、會議文件等，共獲取中文文獻5916篇。以上述文獻資料為數據來源，導出其文本與參考文獻，并運用文獻計量分析軟件結合Excel自帶的分析功能，對土壤鎘污染領域的總發文量、發文期刊、關鍵詞等進行分析[3]，最后將分析結果匯總、計算、繪圖、討論。

3 結果與討論

3.1 成長趨勢分析

發文量是科研人員對研究領域的重視程度與關注度的體現[4]。如圖1所示，1999～2019年，我國累計在CNKI數據庫中土壤鎘污染領域的發文量達到5916篇，顯著高于近20余年CNKI數據庫中土壤修復類(2929篇)[5]、土壤理化性質(4169篇)[6]、土壤肥力評價(3094篇)[7]和土壤酸化(1320篇)[8]等相關領域發文量。自1955～1972年日本的“痛痛病”到2013年湖南“鎘大米”事件，由土壤鎘污染導致的食品安全問題備受關注，因此土壤鎘領域年發文量呈現明顯的上升趨勢。近幾年發文量高達600余篇，這可能與國務院于2016年印發的《土壤污染防治行動計劃》再次引起社會和科研工作者對土壤重金屬污染的重視程度有關。關于土壤鎘遷移行為機理與修復等研究難度升級，瓶頸下發文量增長速率逐漸趨于平緩，但研究熱度一致居高不下。

圖1 1999～2019年發文量隨時間變化

3.2 發文機構分析

發文機構分布能反映出我國不同高校、機構在該學術領域的研究水平及范圍[9]。如表1所示，1999～2019年湖南農業大學發文量位居首位。除湖南農業大學外，四川農業大學和南京農業大學分別在土壤鎘領域發表被CNKI數據庫收錄的文章217篇和193篇。同時南京農業大學、中國農業大學、華中農業大學等都為土壤重金屬治理相關研究做出了重大貢獻。發文量排名前20的機構中，以農業為特色的高校達到13所，表明目前我國對土壤鎘相關研究在農業生產方面比重較大。現代農業技術的快速發展以及化肥、農藥等的大量使用，導致土壤重金屬污染日益嚴重，這不僅使土壤肥力、農產品產量和品質下降，而且重金屬元素通過在農作物中的富集危害人體健康[10]。因此農業型高校和研究所對土壤鎘污染導致的食品安全、農業生產效率等問題研究熱度攀高。

由圖2可看出，發文量排名前10的機構中，湖南農業大學、四川農業大學、西北農林科技大學、中國農業科學院、沈陽農業大學等多所高校在2011～2013年左右，對土壤鎘領域研究開始猛增。這一現象可能與2013年“鎘大米”事件導致社會廣大群眾對土壤鎘污染的熱切關注有關。南京農業大學在土壤鎘領域的研究高峰期主要在2007～2014年，之后相關研究逐漸減少，而浙江大學在近20年來持續不斷開展土壤鎘相關研究。

3.3 發文作者分析

通過檢索得到，近20年共有19958位作者從事過土壤鎘領域相關研究，平均每篇文獻發文作者為3個。發文量排名前20的作者，發文量都高達20篇以上，共發表了525篇論文，僅占總發文量的8.9%。發文量高達41篇的紀雄輝和林立金分別從事農業環境與植物營養方向和果樹逆境生理生態及新品種選育研究，近20年已發表39篇的徐應名則從事土壤、水體重金屬和有毒有機物污染調控機理與修復技術、農藥在農作物和土壤中污染行為與殘留動態規律，再次體現了土壤鎘污染相關研究不僅存在于環境科學與工程領域，更是在農業生產和食品安全領域備受關注(表2)。

表1 1999～2019年發文量排名前20的機構

圖2 排名前10的機構近20年發文量趨勢

表2 1999～2019土壤中鎘污染研究發文量排名前10的作者

3.4 發文期刊分析

對知網數據庫中土壤鎘相關論文所屬期刊進行分析，1999-2019年各期刊土壤鎘相關論文量如圖3所示。排名前10的期刊都屬于中文核心期刊，其中《農業環境科學學報》《水土保持學報》《湖南農業科學》以及《環境科學》四本期刊在近20年發表土壤鎘相關研究達到300余篇。《農業環境科學學報》由中國農業部主管，主要刊登農業生態環境領域的新理論、新技術和新方法等研究成果。《水土保持學報》主要收錄有關水土保持、土壤侵蝕方面的基礎、應用研究和綜述性文章。《湖南農業科學》主要報道中國農業各學科在應用基礎和高新技術研究方面的學術論文。這些期刊可為土壤鎘領域相關人員提供大量文獻資源。

圖3 排名前10的發文期刊近20年發文量趨勢

3.5 中文文獻關鍵詞分析

關鍵詞主要反映研究內容，通過分析關鍵詞的變化和權重可以全面把握該學科發展的動態過程、特點和規律[11]。在5917篇中文文獻中，共出現了關鍵詞35491個，平均每篇文獻6個關鍵詞。高頻關鍵詞能在一定程度上反映出土壤中鎘污染研究領域的核心問題，關鍵詞出現頻次低則說明在這個領域方面有待積累。由表3可知，科研人員對土壤鎘污染的主要研究內容包括重金屬復合污染、生物毒性及修復技術等方面。以土壤鎘為關鍵詞檢索出鉛和鋅等高頻關鍵詞，表明土壤多種重金屬復合污染逐漸受到科研人員的重視。事實上，大多數土壤污染不再是單一性污染，隨著數量的累積與時間的推移轉化成為了復合污染，對土壤中微生物生長及營養狀況產生綜合效應[12]。復合污染間的拮抗作用和協同作用還會影響生物體特定化合的遷移、轉化、代謝等生理過程[13]，導致復合型污染物的遷移轉化機理和治理修復技術都存在一定的難度，因此相關研究逐年增多。此外，以“水稻”為關鍵詞的論文有511篇，占檢索論文5917篇約10%。“鎘大米”、“痛痛病”等事件都是因鎘污染經食物鏈進入人體內引起，因此土壤鎘污染在水稻中的作用機理和轉化運輸途徑一直以來都是有待解決的科研問題。土壤鎘污染的修復技術是最受關注的問題之一。現階段，國內關于土壤重金屬的修復研究主要集中在植物修復和吸附方面。植物修復主要通過將某種特定的植物種植在重金屬污染的土壤上，利用植物對重金屬的吸收富集能力，將植物收獲并進行妥善處理(如灰化回收)后將重金屬移出土體，達到污染治理與生態修復的目的。而吸附法在水體重金屬去除中應用較多，在土壤領域還處于起步階段，重金屬吸附劑分為沸石、硅藻土等無機吸附劑和纖維類、樹脂類和殼聚糖類等有機高分子吸附劑，利用其本身的特殊結構，有效吸附金屬離子。

3.6 高引用論文分析

文章被引頻率能夠直觀反映文獻學術水平和影響力。表4為1999～2019年被引頻次居于前10位的文獻。被引頻次高達567次的綜述文章為發表在《生態學報》的“鎘對植物的生理生態效應的研究進展”，還有被引562次的《環境科學學報》的“pH對鎘在土水系統中的遷移和形態的影響”也是，同時根據高引用論文統計分析，目前土壤重金屬污染的方向重點在于土壤的損害程度評價以及污染土壤的修復。而目前為止成果最為顯著的修復手段就是利用重金屬超富集植物來對重金屬土壤污染進行修復。

表3 出現頻次排名前10位的關鍵詞

表4 近20年被引頻次居于前10位的文獻

4 結論與展望

基于對CNKI數據庫中土壤鎘研究的文獻進行計量分析，得到土壤鎘研究在發文量、期刊、機構、資源庫，作者以及關鍵詞的信息分布情況，從而得到近年來關于土壤鎘污染研究領域的發展趨勢，主要結論如下。

(1)土壤鎘相關研究文獻自1999年起前10年中文發文數量趨于穩增長，2009年后便迅速增長呈波動上升趨勢，科研人員把重點研究對象放在土壤治理上面，推動了我國土壤鎘研究和治理技術的發展。

(2)湖南省農業科學研究院的紀雄輝教授、四川農業大學果蔬研究所的林立金教授以及農業部環境保護科研監測所徐應明研究員等作者近20年發表CNKI收錄的土壤鎘相關文章高達40篇。同時，以湖南農業大學、四川農業大學、南京農業大學為代表的農業型大學或研究所對土壤鎘污染的關注度更高，研究成果也更多。

(3)關鍵詞分析結果顯示，近20年來，土壤鎘領域中文文獻相關研究主要集中在土壤復合重金屬污染、土壤鎘在水稻中的富集轉運及毒理機制、鎘污染土壤的植物修復技術、吸附材料及機理、土壤鎘生物有效性等方面。

通過對CNKI數據庫中近20年土壤鎘文獻計量分析，發現我國科研人員在土壤鎘污染的機理及修復技術等方面的研究成果日益增多。另外，如需全面了解土壤鎘領域的研究現狀，還需要中文文獻數據庫與英文文獻數據庫共同作為支撐。