環境汞污染研究文獻計量學分析

關鍵詞： 汞污染 計量分析 Web of Science VOSviewer CiteSpace

隨著現代工業、采礦、冶煉、電子、農業、醫療等行業的快速發展，汞的消耗量與排放量急劇增加[1-2]，對人類的健康和生存環境造成一定的威脅[3-4]。汞被聯合國環境規劃署列為全球性污染物，是除溫室氣體外唯一一種對全球范圍產生影響的化學物質[5]，已成為廣泛關注的全球性污染物之一[6]。聯合國環境規劃署在全球汞評價報告中指出，每年釋放到大氣的汞有30% 為人為排放源貢獻，人類活動使大氣中汞的總濃度比自然狀態下高出約450%[2]。

文獻計量學是運用數學與統計學的方法定性和定量分析某一領域的研究文獻，以探明文獻的分布結構、數量關系和變化規律，進而評價和預測該領域的研究現狀及其發展趨勢的研究方法[7]。文獻計量學的基礎在“量”，通過收集數據、分析數據，從中找出變化規律，進而預測未來的發展趨勢[8-10]。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[11-15]，但從文獻計量學的角度揭示環境汞污染相關研究報道較少。

在從互聯網發展到大數據時代的劇烈變革中，全球知識爆炸式增長，帶來了知識與信息選擇的困難[16]。在“互聯網+”大數據時代，如何站在時代的潮流中去認識、去思考信息時代帶來的挑戰，深入了解數據發展現狀和趨勢及其影響，樹立以數據為基礎的科研思路，是科研工作者面臨的重大問題[17]。

因此，研究以Web of Science 數據庫為基礎，利用VOSviewer、CiteSpace 和Qrigin 2017 等分析工具，對1990—2019 年間發表的有關環境汞污染的文獻進行計量統計分析，從全球研究趨勢、研究機構、高產作者、國內外研究熱點等層面進行探討，初步解析該研究領域的文獻計量學特征，以期為相關研究者了解該領域研究趨勢、聚焦學科研究熱點、跟蹤學科動態提供一定參考價值。

1 材料和方法

1.1 數據來源

數據庫：研究數據來源于Web of Science 核心合集數據庫，采用高級檢索方式。檢索式：TS=（（“metallicmercury” OR mercury OR Hg OR quicksliver OR hydrargyrumOR“ Inorganic mercury” OR IHg or“ elementalmercury” OR “gaseous mercury” OR “Organic mercury”OR organomercury OR“ organic mercury compounds” ORmethylmercury OR MeHg OR “total mercury” OR THg）AND （pollut* OR contaminat*））。在Web of Science 核心合集數據庫中檢索發表于1990—2019 年間國內外關于環境汞污染研究文獻，共檢索出18 321 篇文獻，其中我國發文量為3 042 篇。檢索年限為1990 年1 月1日至2019 年6 月20 日，最后檢索執行時間為2019 年6月20 日。

1.2 統計方法

利用WOS 數據庫自帶的分析工具、CiteSpace、VOSviewer 軟件以及Origin 2017 等軟件，對1990—2019年間發表的有關汞污染的相關文獻從全球研究趨勢、研究機構、高產作者、國內外研究熱點等角度進行計量統計分析。

2 結果與討論

2.1 全球研究趨勢

學術論文數量的時序變化在一定程度上可以反映該領域所處的研究階段、研究狀況、研究水平及發展速度，預測發展趨勢和動態[18-19]。

對1990—2019 年WOS 數據庫中收錄的18 321 篇文獻進行年度產出趨勢分析，結果具體見圖1。分析發現：30 年中全球環境汞污染研究大致分為3 個階段，1990 年之前為萌芽階段，相關研究在這一時期關注度較少，這一階段的研究成果主要來源于美國、加拿大等；1991—1994 年為起步階段，出現第一次研究熱潮，總發文量為676 篇，總占比3.6%，這與1990 年在瑞典召開的第一屆汞全球污染物國際學術會議有直接關系；1995—2001 年第二次研究熱潮出現，年均發文量超過300 篇，總占比11.9%，在這一階段主要的研究力量為美國、加拿大、意大利、德國等國家；2002 至今為盛行期，這一階段共發文15 433 篇，占總發文量的84.23%，年均發文858 篇。將文獻范圍設定為1900—2019 年，發現該領域出現的第一篇以汞污染為主題的文獻是在1959年，由WYATT I A發表在American Journalof Clinical Pathology 上的A Rapid and Efficient Methodfor Cleaning Gasometric Machines and Contaminated Mercury。1959—1989 年，共發表文章315 篇，這25 年間平均每年出現12.6 篇文獻。

對發文量隨年度的變化情況通過多項式模型擬合出一條曲線y = 1.0244x2 + 12.39x + 95.995，該曲線可較好地擬合每年文獻的增長趨勢，具有較好的測定系數（R2=0.8959）；通過分析可以預測，在未來10年里這種研究趨勢不會消減，但隨著研究的不斷深入和拓寬，這種趨勢在未來的某一年之后會逐漸趨于平緩，進入穩定發展期。

2.2 研究機構

根據Web of Science 數據庫的文獻統計，該領域共涉及11 611 個研究機構，分布極其廣泛。對產出量前十的機構進行分析，其中美國有4 家，加拿大有2家，中國科學院和中國科學院大學也位列其中，可以看出美國在該領域有絕對的實力。1990—2019 年，中國科學院發文量遠高于第二位的美國地質調查局，發文量為832 篇，其發文總被引頻次也領先于其他機構，在該領域具有絕對的權威性，但其均篇被引頻次較低，其發文質量還需得到進一步提升。加拿大環境部產出198 篇，但其均篇被引頻次穩居第一，總被引頻次為9 315，其發文質量較高，在國際上有較高的影響力。中國科學院作為我國主要的科研機構，無論在科研的投入、人員規模以及成果產出上，均處于國際領先水平，但其影響力不如歐美國家的科研機構，可能與語言及研究創新性有關。

在VOSviewer 中選擇產出量18 篇以上的研究機構繪制機構合作網絡圖，max.lines 設置為1 500，具體情況見圖2；從圖中可以看出，美國地質調查局、加拿大環境部、阿威羅大學等機構和中科院有密切合作。在環境汞污染領域，研究機構大多集中在北美及歐洲國家，而亞洲以中國為樞紐中心。另外，各科研機構表現出明顯的跨區域合作現象。一些中國高校及其他研究機構圍繞中國科學院形成一類聚類環，并且聚類程度較高。由此表明，科研實力越強的機構越容易形成聚集合作。

2.3 高產作者

核心作者對推動學科發展、開拓研究領域的深度和廣度起著決定性的作用。對高產作者的分析，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和核心作者，實現對該領域的跟蹤研究；根據普賴斯定律，核心著者至少發表論文數為Mp 篇，計算公式為

式（1）中：Npmax為統計時段內發表論文最多的作者發表的論文數，只有當發文量在Mp 篇以上的作者，才能稱為核心作者[20-21]。分析可知：產出量最多的是中國科學院地球化學研究所的馮新斌教授，共143 篇，這里Npmax=143，代入公式（1）得Mp=8.96。按照取整原則，Mp 整數值為9，因此在環境汞污染相關研究發文量在9 篇及以上的作者，才可以被看作該領域的核心作者。該領域共涉及48 595 位作者，發文量排名前十的作者如表1 所示，前十名的總發文量為861 篇，占全部作者發文數量的4.69%；其中我國有4 位，分別是中科院的馮新斌與邱廣樂、中國海洋大學王燕、安徽大學李楊，說明我國在該領域已擁有相當的實力。作為后起之秀，我國有望在該領域做出更大的貢獻。

利用CiteSpace 圖譜工具分析作者合作關系，時間切片設置為years per slice=5，將網絡節點設置為作者，選擇每個時間切片內發文量最多的前100 位作者構建作者合作網絡圖譜，選擇尋徑網絡算法（pathfinder network），對合并后的網絡進行修剪（pruning the mergednetwork），得到690個節點，1 393 條連線，呈現作者共現知識圖譜。如圖3 所示，每個圓形節點代表一位作者，圈的大小表示作者的發文量；節點直徑越大發文量越多；節點之間的連線代表了作者之間具有相互合作。節點年輪最外圈的顏色深度則表明該文獻具有較高的中介中心性（中介中心性的高低代表該節點在聯系整個網絡中發揮的作用大小，以中心度來表示）；而關鍵節點一般是被引頻次和中心度均較高的節點，提示該文獻具有重要的學術價值[22]。圖3 顯示的標簽為發表20 篇以上文獻的作者。

從圖3 可以看出，該領域的研究者分布廣泛，形成以樹形發展合作模式；節點最大的是馮新斌，其與仇廣樂、李平、張華等作者形成了一個小范圍的團隊合作關系；此外，還有DUARTE A C 和PEREIRA E 等作者具有顯著的共現性；HORVAT M、BURGER J、FALANDYSZJ、BUSTAMANTE P 以及中國海洋大學的王艷也是圖譜中的重要節點，他們都與多位作者有科研合作關系。從圖中可以看出，在該領域已經形成了小集中、大合作的現象，形成了一個穩定的學術共同體。總體來看，重要作者之間存在著顯著的合作關系。

2.4 國內外研究熱點

關鍵詞能體現文章的研究主題與方向，是一篇文章核心思想的高度概括和凝練，反映該領域的研究熱點和趨勢，一個關鍵詞出現的頻次等于附有該關鍵詞的學術論文的總數[23-25]。

利用VOSviewer 軟件中的all keyword 進行分析，選取出現次數在50 以上的關聯最多的前541 個關鍵詞，并構建研究主題知識圖譜，max.lines=1 500。出現次數最多的前十關鍵詞是mercury（5 718）、heavy-metals（2561）、contamination（2 508）、pollution（2 358）、heavymetals（1 956）、methylmercury（1 885）、cadmium（1 878）、sediments（1 512）、lead（1 486）、accumulation（1 362）。在關鍵詞共現網絡中節點圓圈越大，表示其關鍵詞詞頻越大，即為熱點研究內容；節點圓圈位置越接近中心，表示其所代表的關鍵詞重要性越強，即為該領域的重要概念；同一種顏色的節點表示同一類研究主題[26]。從圖4 可以看出，把541 個關鍵詞分成7 個不同的主題聚類，其中每個聚類中出現最多的關鍵詞分別為wa、accumulation、heavy-metals、mercury。

為進一步分析該領域的演進方向，利用CiteSpace進行突發性關鍵詞檢測。突現詞檢測是依靠詞頻的變動趨勢來發掘頻次變化較高和新興研究熱點詞匯，具有動態全面的特點。CiteSpace 中的burst 突發性檢測是檢測突變詞的年代分布和突變詞強度，strength 表示突變強度，在某一段時間內該關鍵詞突變強度越大，表示該領域的研究越活躍或者是新興的研究熱點。利用CiteSpace 圖譜軟件得到檢索范圍內復合參數設置的關鍵突現詞112 個，通過篩選得到結果如圖5 所示。

最近幾年的主要突現詞有China、health risk、bioavailability、removal、polycyclic aromatic hydrocarbon 等，這些關鍵詞可以認為是近幾年的研究熱點主題。根據研究發現：不同時期研究熱點分布的國家和地區有所不同，1991—1999年，Canada成為一個主要的突現詞，在這期間加拿大是在該領域主要的研究對象或者研究主體；1991—2001 年是Otario；2001—2005 年是美國；2006—2007年是巴西；2010—2012年是西班牙；2014—2019年是中國。其中，突變強度很高的關鍵詞有spatial distribution、health risk、surface sediment，這幾個突變詞都是2015—2019年間的研究熱點。

3 結論

3.1 結果

文獻計量是展現科學技術水平發展的一個重要途徑。研究對1990—2019 年WOS 數據庫收錄的環境汞污染文獻進行統計分析，結果如下。

（1）一些國際重要會議極大地影響了該領域的發展，當前該領域正處于研究的鼎盛時期。

（2）在不同時期，該領域研究的重點分布國家有時代的遷移性。其中美國、中國和加拿大等國家是該領域的引領者。

（3）馮新斌、Duarte AC、Burger J 等都是該領域的優秀學者、領軍人物，這些作者主要分布在中國、葡萄牙、美國等國家。

（4）美國在該領域有絕對的領先地位；美國地質調查局、美國國家環境保護局、新羅謝爾學院、中國科學院等機構均頗有建樹。

（5）隨著時代發展和社會進步，該領域的研究熱點和方向也不斷拓展：近年來主要熱點集中在aqueoussolution、waste water、surface sediment、bio-availabilityremoval、poly-cyclic aromatic hydrocarbon 等領域。

3.2 局限性

在分析中，存在以下局限：（1）Web of Science 數據庫涵蓋了10 000 多種世界范圍內最有影響力的高質量期刊，但其側重于收錄以英語為主體的期刊，來源期刊地域分布的不平衡性對分析結果有一定的影響；（2）文章僅分析了1990—2019 年的數據，文獻數據方面不夠全面；（3）由于檢索式的不全面，可能會漏掉一些論文，但基本能反映全球環境汞污染相關研究的發展情況。