國際土壤農藥污染研究進展與前沿——基于CiteSpace分析①

黃現民，樊 平，閔建美，劉 倩，張淑娟，于富昌

國際土壤農藥污染研究進展與前沿——基于CiteSpace分析①

黃現民1，樊 平2，閔建美1，劉 倩1，張淑娟1，于富昌1

(1 山東省農業環境保護和農村能源總站，濟南 250100；2 濱州市農業環境保護工作站，山東濱州 256600)

為了提高農作物產量，農藥施用強度不斷增加，導致土壤等環境介質含有大量農藥殘留。為了把握土壤農藥污染領域發展歷程和關系脈絡，明確該研究領域的重點和前沿方向，本文利用CiteSpace 5.6.R4可視化軟件，基于Web of Science(WOS)數據庫獲得的樣本進行分析，得到如下結論：①國際土壤農藥污染研究分為兩個階段：平穩發展階段和研究激增階段。平穩發展階段研究視角寬廣，研究內容寬泛，為后續的深入研究提供了指導性意見。研究激增階段熱點多樣，研究熱度持續時間長；②中美法為主要貢獻國家，但國際研究機構合作并不緊密；③該領域研究受到國際高水平期刊的重視，值得后續深入探究；④研究熱點主要圍繞污染類型、降解機制和風險評估展開；⑤圍繞農藥生產、施用后遺留的有機污染展開污染源解析、污染空間分布、修復機理、風險評價等多角度探究為該領域的研究前沿。

農藥污染；土壤；CiteSpace；研究進展；前沿分析

國家統計局發布數據顯示，截止2019年末，我國人口突破14億人，占世界總人口約20%。但《2015年中國國土資源公報》顯示，全國耕地面積約為1.35億hm2，僅占世界耕地面積的7% 左右。為滿足人民日益增長的美好生活需要，農作物產量逐年增加，農藥施用強度也不斷增加。根據耕地面積測算的農藥增長率約為6%，農藥的單位面積使用量約為世界平均水平的2.5倍[1]，但施用的農藥僅有0.1% 能夠發揮實際效能，超過80% 的施用農藥殘留于土壤等環境介質中[2-3]，造成嚴重的環境污染。隨著國家對農產品安全和品質要求的重視，土壤農藥污染防治與修復受到越來越多科技工作者的關注[4]，經過多年的發展，該領域研究成果豐富且總量仍在增長。早在20世紀70年代，國外就開始了土壤農藥污染的治理與修復工作，特別是德國、丹麥等歐洲國家的研究處于領先地位[5]。已有的研究成果記錄了農藥污染研究領域的發展歷程，能夠為后續的研究開展提供豐富的知識基礎。僅通過文獻回顧并不能清晰地把握該領域的發展歷程和關系脈絡，但這些復雜的關系能夠有效催化新知識的產生，同時提供熱點分析及前沿探索方向，為科技工作者指明該領域的研究重點和方向，提高科研效率。

知識圖譜作為科學計量學的一種研究方法于2005年由陳悅和劉則淵[6]率先提出，并迅速得到了廣泛關注與認可。通過陳悅等[7]開發的CiteSpace可視化分析軟件，可實現“一圖譜春秋，一覽無余；一圖勝萬言，一目了然”。因此，本文基于Web of Science(WOS)核心數據庫合集，對國際農藥污染研究歷程和前沿進行可視化分析，勾勒研究歷程，厘定前沿熱點，構建研究框架，為我國在該領域的后續研究工作提供參考依據。

1 數據與方法

1.1 數據來源

為了更全面地掌握國際農藥污染土壤的研究情況，本文選擇WOS核心數據庫為文獻檢索數據庫，檢索文獻發表時間設置為2001—2020年，以“TS=(pesticide OR biocide) AND TS=(soil pollution)”為檢索條件進行高級檢索，并以“Article”和“Review”精煉，共獲取文獻1 677篇。以“全紀錄與引用的參考文獻”為記錄內容，并以純文本格式下載保存。

1.2 研究方法

CiteSpace可視化軟件通過共引分析理論和尋徑網絡算法，對某領域的已有文獻進行分析，以得到包含作者、機構、國家、關鍵詞、主題等不同種類的共現圖譜和時間軸圖譜，進而幫助研究者分析領域演化路徑、探測研究前沿并推斷未來發展。

本文借助CiteSpace可視化軟件，以WOS核心數據庫中有關農藥污染的研究文獻為樣本，推演國際農藥污染領域的研究歷程，總結該領域的階段性發展，并把握研究熱點和前沿，進而幫助研究者了解發展方向，為我國農藥污染評價和修復提供理論參考。

2 結果與分析

2.1 主題演變

發文量可直觀地反映學術界對某一研究領域的重視程度，一般情況下發文量越多，表明該領域的研究越活躍[8]。通過該領域研究文獻量的時間分布情況(圖1)，可基本了解農藥污染領域國際研究的活躍程度。同時，利用CiteSpace5.6.R4可視化軟件，將檢索得到的文獻以一年為單位進行時間切片，以關鍵詞為節點類型，選取前5% 引用次數最多或出現次數最多的項目得到187個節點、1 517條連線的共現圖譜，并以時間圖譜的方式進行展現(圖2)。

圖1 年度發文量

本文將2001—2020年期間國際土壤農藥污染研究分為兩個階段：平穩發展階段和研究激增階段。

1)平穩發展階段(2001—2006年)。該階段的年度發文量均不超過50篇，但自2003年起，具有明顯的上升趨勢，表明在此期間，土壤農藥污染領域研究逐步受到國際學者的關注。結合圖2可知，在此期間，重金屬污染、面源污染、農藥殘留等研究均有開展，研究視角多樣。深入研究該階段發表論文，被引頻次前10位的研究論文見表1。從表1可知，該階段被引頻次前10位的研究論文中有半數論文的研究主題并未針對某區域或某污染物，研究視角寬廣，研究內容寬泛，為后續的深入研究提供了指導性意見。例如Stoate 等[9]提出，為了盡可能減少農藥對土壤、地表徑流、地下水和空氣的污染，保證生物多樣性和生態鏈的健康，應融合社會文化進行土地多功能利用以達到經濟和生態目標；Holland[10]贊同推行保護性耕作，以改善土壤結構和穩定性、降低農藥對地表水的污染風險；Horrigan等[11]評估了農藥對人類的癌癥風險，概述了食品生產相關的環境和人類健康問題，并討論了如何使這些系統更具可持續性。另外半數論文的研究針對具體污染物，同時研究范圍較大，為后續研究提供了數據參考。例如Akcay 等[12]研究了布亞克、孟德爾和格迪茲河沉積物中重金屬污染及形態，與工業化之前和農藥密集施用開始之前概述的測量結果比較，得出污染可能源自工業、農業和家庭廢物排放的結論。中國學者Zhou等[15]探究了錢塘江表層水和沉積物中有機氯農藥的分布，證明了污染源不同且污染程度較高。

圖2 國際土壤農藥污染研究關鍵詞共現時間圖譜

表1 2001—2006年土壤農藥污染研究被引頻次前10位論文

2)研究激增階段(2007—2020年)。該階段年度發文量以近乎10篇/年的增速接連上升，表明學術界對該領域的研究逐漸重視，且研究熱點多樣，研究熱度持續時間長。由圖2連線可知，2007年后開展的研究與前期研究關系密切，具有良好的延續性，同時證明前期研究工作具有良好的指導意義，佐證了上述觀點。另外，圖2中關鍵詞展現出該階段研究目標逐漸偏向國內的趨勢，表明我國學術界對該領域研究逐漸重視。深入研究該階段的發表論文，被引頻次前10位的研究論文見表2。從表2可知，該階段的研究著重于污染物的降解與處理，例如Arias-Estévez等[19]綜述了土壤系統的物理和化學特性(例如含水量、有機物、黏粒含量以及pH)對農藥的吸附/解吸和降解以及其進入地下水和地表的影響，得出需要綜合多學科的環境研究方法，才能開發可進行有效環境決策的工具和技術；Ma等[22]綜述了植物–微生物的協同修復作用，明確了協同修復可避免單獨植物修復耗時和高毒性的問題，并說明了植物生長促進根際和/或內生細菌在加速植物修復效應中的作用。另外不可忽視的是，該階段的研究中，中國學者做出的貢獻明顯增加[23-25]。

表2 2007—2020年土壤農藥污染研究被引頻次前10位論文

2.2 合作關系

通過研究機構和國家的發文量可直觀判斷某機構或某國家對土壤農藥污染研究領域的關注程度。同時借助CiteSpace可視化軟件，由中心性、密度值、連接線等量化值可分析機構與國家的合作緊密程度，為后續開展國際合作提供參考。

分別選擇節點類型為“Institution”和“Country”，以前10% 出現次數最多的項目得到181個節點、155條連線的研究機構共現圖譜(圖3A)和12個節點、17條連線的國家共現圖譜(圖3B)。

圖3 國際土壤農藥污染研究機構(A)和研究國家(B)共現圖譜

研究機構共現圖譜的密度值僅為0.009 5，表明國際研究機構合作并不緊密。同時，由圖3可明顯得知，中國的研究機構在土壤農藥污染研究領域做出了巨大貢獻，如中國科學院(Chinese Acad Sci)、中國科學院大學(Univ Chinese Acad Sci)、中國農業大學(China Agr Univ)、浙江大學(Zhejing Univ)等。其中，中國科學院的中心度最高，為0.35，表明國內的土壤農藥污染研究主要圍繞中國科學院展開。另外，法國國家農業食品與環境研究院(INRA)、美國農業部農業研究局(USDA ARS)等國外機構也對該領域關注較多。國家共現圖譜表明該領域的研究以中國、美國和法國為主要貢獻國家，佐證了研究機構共現圖譜的結論。

2.3 載文期刊分析

本文利用WOS自帶工具，檢索得到在土壤農藥污染研究領域2001—2020年發文量前10位的期刊(表3)。由表3可知，在該領域發文量較多的期刊水平普遍較高，例如Science of the Total Environment、Chemosphere、Environmental Pollution和Journal of Hazardous Materials等。表明該領域研究受到國際高水平期刊的重視，值得后續深入探究。同時，期刊類型多樣，表明該領域研究角度豐富，具有良好的發展潛力。

表3 2001—2020年國際土壤農藥污染研究發文量前10位期刊

3 熱點與前沿

3.1 研究熱點

使用CiteSpace5.6.R4可視化軟件，以關鍵詞為節點類型，選取前5% 引用次數最多或出現次數最多的項目得到187個節點、1 517條連線的共現圖譜(圖4)。由圖4可知，在土壤農藥污染研究領域，除了“pesticide”、“pollution”和“soil”這3個檢索關鍵詞外，其余均代表了該領域重點關注的研究對象。“heavy metal”、“persistent organic pollution”、“organochlorine pesticide”、“poycyclic aromatic hydrocarbon”等關鍵詞表示重點研究了農藥導致土壤污染的類型；“sediment”、“residue”、“adsorption”等關鍵詞證明農藥降解機制研究也被重視；“water”、“agricultural soil”表示污染環境介質也是研究重點之一。另外，“risk assessment”說明針對農藥污染進行風險評估以保證身體健康和生產安全在國際上也受到重視。

3.2 研究前沿

在使用“timeline”展現關鍵詞共現圖譜的基礎上，計算持續5年的突顯關鍵詞，得到23個突顯關鍵詞(圖5)。突顯強度較高的有“atrazine”(10.325 9，2001—2008年)、monitoring(8.506 5，2006—2012年)、transport(7.591 8，2001—2007年)等，表明21世紀初研究熱點為具體污染物的遷移機制研究。隨著研究的深入，持續到現在的突顯關鍵詞僅有“organic pollutant”(3.1481，2015—2020年)，側面印證了在近幾年的研究激增階段對于該領域的研究呈現多樣化、專業化、深入化的結論。為了更好實現文獻檢索和歸納對該領域研究起到引領作用的價值，結合近3年發表在高水平期刊或高被引文獻分析，發現科技工作者圍繞有機污染開展了污染源解析、污染空間分布、修復機理、風險評價等多角度的研究[29-34]。因此，圍繞農藥生產、施用后遺留的有機污染展開多角度探究為該領域的研究前沿。

圖4 國際土壤農藥污染研究關鍵詞共現圖譜

圖5 國際土壤農藥污染研究關鍵詞突顯圖譜

4 結論

本文利用CiteSpace5.6.R4可視化軟件，基于WOS數據庫近20年在土壤農藥污染研究領域發表的1 677篇研究論文與綜述的樣本進行分析，得到如下結論：

1)2001—2020年期間國際土壤農藥污染研究可分為兩個階段：平穩發展階段和研究激增階段。在平穩發展階段，開展了重金屬污染、水體富營養化、土壤污染、生物修復等研究，研究視角寬廣，研究內容寬泛，為后續的深入研究提供了指導性意見。在研究激增階段，學術界對該領域的研究逐漸重視，且研究熱點多樣，研究熱度持續時間長。該階段的研究著重于污染物的降解與處理，且中國學者做出的貢獻明顯增加。

2)來自中國的研究機構在土壤農藥污染研究領域做出了巨大貢獻，美國和法國也為主要貢獻國家，但國際研究機構合作并不緊密。同時，國內的土壤農藥污染研究主要圍繞中國科學院展開。

3)該領域研究受到國際高水平期刊的重視，值得后續深入探究。同時，期刊類型多樣，表明該領域研究角度豐富，具有良好的發展潛力。

4)研究熱點主要圍繞污染類型、降解機制和風險評估展開。

5)圍繞農藥生產、施用后遺留的有機污染展開污染源解析、污染空間分布、修復機理、風險評價等多角度探究為該領域的研究前沿。

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Research Progress and Frontier of Pesticide Contamination in Soil—Based on CiteSpace Analysis

HUANG Xianmin1, FAN Ping2, MIN Jianmei1, LIU Qian1, ZHANG Shujuan1, YU fuchang1

(1 Shandong Agricultural Environmental Protection and Rural Energy Station, Jinan 250100, China; 2 Binzhou Agricultural Environmental Protection Station, Binzhou, Shandong 256600, China)

The pesticide application is intensifying in order to promote crop yields for sustaining the increasing population, as consequence, more and more pesticide residues were left or entered into environmental media such as soil.The paper used CiteSpace5.6.R4 visualization software to analyze samples obtained from WOS database in order to grasp the development history and relationship of soil pesticide pollution field, and defined the focus and frontier direction of this research field.There results showed that: 1) The research could be divided into the steady and the surge stages, the steady stage had the broad perspective and content which provided the guidance for subsequent in-depth research, while the surge stage had diverse hotspots and long duration of research heat.2) China, the United States and France were the main contributing countries, but international research institutions did not work closely together.3) The research in this field was valued by international high-level journals and was worthy of further investigation.4) Research hotspots mainly focued on pollution types, degradation mechanisms and risk assessment.5) The research frontiers in this field were the analysis of pollution sources, the spatial distribution of pollution, the restoration mechanism, and risk assessment focusing on the organic pollution left over from the production and application of pesticides.

Pesticide pollution; Soil; CiteSpace; Research progress; Frontier hotspots

X53；X592

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.04.013

黃現民, 樊平, 閔建美, 等.國際土壤農藥污染研究進展與前沿——基于CiteSpace分析.土壤, 2021, 53(4): 764–770.

國家重點研發計劃項目(2017YFD0800900)、國家自然科學基金項目(41977144)、山東省重點研發計劃項目(2018GSF117024)和中國博士后基金項目(2017T100488)資助。

黃現民(1975—)，男，山東淄博人，碩士，高級農藝師，主要從事農業環境監測與評價。E-mail:sdhxm75@163.com