文獻計量視域下水產養殖尾水治理態勢研究

摘要：為探究國內外近20年來水產養殖尾水處理技術的相關研究現狀和熱點，通過檢索中國知網（CNKI）和Web of Science（WOS）自2004年1月1日—2023年12月31日發表的養殖尾水處理的相關文獻，應用VOSviewer 1620軟件進行發文量和關鍵詞共現分析，利用CiteSpace 63R1軟件進行發文機構和關鍵詞演化分析。結果表明，國內外對養殖尾水處理技術的探索呈現穩步上升趨勢，當前已經進入到成熟穩定階段；中國在養殖尾水處理研究方面處于主導領先地位，國內外機構合作仍應加強；中國在養殖尾水處理研究領域集中于探索尾水處理系統的構建，國際研究機構聚焦于水處理技術的探索。

關鍵詞：水產養殖；尾水處理；文獻計量；VOSviewer；CiteSpace

中圖分類號：X714文獻標識碼：A

近年來，漁類產品的大量需求推動著世界范圍內水產養殖的快速發展。養殖業者為了追求更高的效益不斷改進生產操作方法，在養殖面積擴大和產量提高的同時，潛在環境問題也顯著增加［1］。這種對自然棲息地的集中利用通常超出生態系統的負荷，使得水產養殖與資源環境的矛盾日益嚴重［2］。

為了克服上述問題，人們進行了大量研究來治理和改善養殖廢水污染。治理水產養殖廢水污染最常見、最直接的方法是采用傳統的環境修復技術，如曝氣、過濾、厭氧-缺氧-好氧系統去除廢水中的營養物質。而單一的處理技術已不能滿足生產和尾水排放的要求，難以對復雜的養殖水體環境的改善起到良好的效果。因此，針對新時代的水產養殖模式和養殖尾水“零排放”的要求，探索符合要求的養殖尾水處理技術迫在眉睫，而基于生物-生態方法的養殖尾水處理系統綜合考慮水體修復的各個環節后，對各項水生態修復技術篩選后的系統集成，發揮各自功能的同時養殖尾水達標排放或循環利用。

程果鋒等［3］搭建了一種養殖池與人工潛流濕地循環水養殖系統，實現了基于潛流濕地凈化的較高密度的循環水養殖，同時有效去除了總氮、總氨氮和亞硝酸鹽氮等主要污染物。Wu等［4］在不同溫度條件下，夏季和秋季（高溫），冬季和春季（低溫），以水生植物-微生物-水生動物共生系統為基礎構建兩種使用不同復合微生物菌劑的生態溝渠系統實現了養殖尾水全年凈化的目標，為淡水養殖業提供了借鑒。Liu等［5］構建的新型稻魚異地共養系統不僅有截污減排的效果，而且相比于傳統的稻漁共養系統經濟效果顯著提高。劉梅等［6］結合淡水養殖池塘養殖尾水的分布和污染特點，提出了針對不同養殖品種尾水的三池兩壩尾水處理技術，對養殖尾水起到了良好的處理效果。綜上所述，因地制宜構建和選擇養殖尾水處理系統成為尾水處理方面的研究熱點。本文利用CiteSpace和VOSviewer軟件對養殖尾水治理領域的國內外文獻進行可視化分析，對該領域的研究進行定量化綜述，為養殖尾水治理的深入發展提供科學參考。

1 材料和方法

11 數據來源

在Wos of Science（WOS）核心數據庫中以“TS=［（aquaculture OR aquaculture industry OR aquacultural OR aquaculture） AND （wastewater OR tailwater OR “tail water”） AND （treatment OR techonlogy OR purification）］”為檢索式，檢索結果為989條。在中國知網（CNKI）數據庫高級檢索中以“（主題：養殖尾水技術） OR （主題：養殖尾水處理） OR （主題：養殖尾水凈化）”為檢索式進行檢索，檢索結果為1158條，檢索時間范圍均為2004年1月1日起至2023年12月31日。為提高結果分析的準確性，過濾會議及作者信息不全等文獻類型，經過CiteSpace軟件去重處理，最終得到英文文獻804篇和中文文獻882篇。

12 研究方法

文獻計量學是一門基于數理統計方法，對出版物基本信息進行分類和定量的交叉學科，相比于定性分析過程占主要方面的內容分析法，減少了人力和時間的要求，計量結果能夠客觀反映各領域及其技術的研究內容和發展規律，有助于尋找領域技術的未來發展方向和研究價值［7］。目前利用文獻計量學系統完整分析養殖尾水治理的文章鮮見報道。因此，本文利用VOSviewer軟件對發文量、關鍵詞聚類圖譜進行分析，利用CiteSpace軟件對養殖尾水技術研究的發文機構、關鍵詞共現時序圖譜進行了分析。

2 結果與分析

21 發文量分析

分析相關論文的發文趨勢有利于了解該學科領域的研究現狀、成長速度和未來發展方向。從圖1中可以清晰觀察到近20年來養殖尾水處理技術相關文獻的發文量經歷了不同階段，整體呈現增長趨勢。具體可以分為三個階段。第一階段是2004—2008年，為起步期，這一階段國內外對養殖尾水處理技術的研究均不太重視。國外對相關研究起步較晚，這一階段發文量為零，中文文獻也僅有44篇，處于摸索積累階段。第二階段為發展期，跨越了2009—2018年，這一時期對養殖尾水治理的研究呈現出漸進增長態勢，國內外對該領域持續關注，研究逐漸成熟。第三階段為2019—2023年，這一階段屬于迅猛增長的時期，國內外在該領域的發文量迅速增長，屬于爆發期。總體來說，近些年養殖尾水處理技術的研究正在得到全球科研工作者的持續和廣泛關注，熱度較高，在經歷科研成果產出的大規模增長后，已經進入一個漸趨成熟的穩定發展階段。

22 國家、合作機構分析

221 國家分析

國家、機構、團隊等分析有助于了解各個國家對研究領域的研究情況以及各國的合作關系。從WOS核心數據庫來看各個國家對養殖尾水處理技術的研究，全球范圍內，共有78個國家和地區參與養殖尾水技術的研究。由圖2可見，中國的論文貢獻量為317篇，而排名第二位的是美國，為80篇，第三位印度59篇，其余國家發文量均低于50篇。從合作強度看，中國和東南亞地區國家對于該領域的研究更為頻繁和密切，歐洲國家發文較為廣泛，但合作強度較低。根據FAO發布的《2024年世界漁業和水產養殖狀況》，2022年亞洲國家的水生動物產量占全球國家產量的70%，中國繼續保持主要生產國的地位，在總產量中占比36%，這說明中國在養殖尾水治理方面較其他國家有較大的應用需求，在該領域的關注和研究處于領先地位。

222 國際研究機構分析

利用英文文獻數據繪制相關機構合作狀況可視化圖譜，如圖3、表1所示。機構合作網絡圖譜共有282個節點，257條連線，密度為00065。發文量大于10的機構中，有8所來自中國，其中中國科學院發文量最多（58篇）。分析可知，目前對于養殖尾水處理技術的研究中，我國屬于領先地位。發文機構多為研究院，同時包括大學以及國家部門，體現了我國在養殖尾水處理研究領域的多方合作，政策支持的多維度。中國科學院位于圖譜中心且發文量最高，說明其積極與國內外機構開展合作交流，在該領域有重要地位和影響力。

223 國內研究機構分析

對比國內養殖尾水處理技術的發文機構，可以幫助深入了解該領域在國內研究的動態變化，為決策、研究和機構管理提供決策參考。如圖4和表2所示，合作圖譜中共有285個節點，141條連線，密度為00035。圖譜分布稀疏，缺乏較為緊密的聯系。從發文機構的地域位置來看，對于該領域的研究多集中于我國華東沿海和東南沿海地區。沿海地區靠近海洋，水資源更為豐富，水產養殖業發達，對于水體質量管理和尾水處理的需求更為迫切，眾多的高校和科研機構在尾水處理技術研究方面擁有較強的專業技術，為國內養殖尾水技術的研究和運用提供了有力支持。上海海洋大學的研究集中于海水養殖領域，涵蓋人工濕地系統和生態溝渠等協同凈化系統搭建對氮、磷等污染物的去除效果，同時對養殖業綠色創新發展提供了建議［8–10］。南京農業大學聚焦于養殖尾水初沉區凈化材料對去除率的研究。不同材料的添加量，分布方式均對微生物活性和尾水凈化效果產生了不同影響［11–13］。

23 關鍵詞共現分析

231 關鍵詞分析

利用VOSviewer 1620繪制中文文獻和外文文獻關鍵詞共現圖譜，閾值設置為5，去除檢索主題詞，得到74個和315個高頻關鍵詞。從中文關鍵詞共現圖譜（圖5）可以看出，將74個關鍵詞分為9個聚類，出現頻次較高的是水產養殖、尾水處理、人工濕地、水處理和循環水養殖。（1）水產養殖。我國水產養殖業已經頗具規模，但是養殖規范標準并不完善［14］，出于提高收益的目的，養殖戶多采用傳統的養殖與處理方式，引發了水產養殖業的諸多問題［15］。其中，池塘養殖和工廠化養殖尾水污染情況最為普遍，不同的養殖模式帶來不同的污水排放量和污染物濃度［16］。水產養殖模式引發了對尾水處理的大量關注。（2）尾水處理。隨著中國生態文明建設的持續推進，水產養殖業的綠色可持續發展步伐不斷加快。國家對于水產養殖的排放監管不斷加強，持續推進水產綠色健康養殖的“五大行動”，養殖尾水處理受到持續關注。（3）人工濕地。人工濕地作為生態型凈水技術，結合了物理、化學、生物三大技術，模仿自然濕地構建的人工生態系統具有強化氮磷去除功能，在循環水處理方面具有獨特優勢，是水產養殖廢水的重要生態化處理技術［17］。（4）水處理和循環水養殖。循環水生態養殖系統是將水處理工藝引入水產養殖，以此來控制和改良養殖尾水［18］。為盡量減少因水產養殖業擴張造成廢水大量排放，已經開發了海水循環養殖系統和室內循環水養殖系統。循環水養殖系統（RAS）將循環利用的水經過初次澄清、生物濾器、二次澄清、增氧等過程重新達到養殖的水質要求，以其良好的循環可持續的生產特性成為養殖尾水處理的關注熱點［19］。

外文關鍵詞共現圖譜（圖6）中將315個高頻關鍵詞分為7個聚類，出現頻率較高的是nitrogen（氮），denitrification（反硝化作用），microalgae（微藻），antibiotics（抗生素）和adsorption（吸附）。（1）氮。養殖尾水中的氮元素以多種形式存在，包括氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。過量的未經處理的氮直接排放到水體中將破壞水體環境，同時水中硝酸鹽含量過高會減速藻類生長，造成水體富營養化。在養殖尾水處理研究中脫氮技術持續作為關注的熱點，當前養殖廢水中氮的處理技術主要包括物化法、生物法及自然生態處理技術［20］。（2）反硝化作用。反硝化是氮循環的重要環節，也是一種重要的脫氮方式，指硝酸鹽在微生物的作用下相繼還原為NO2-、NO、N2O、N2的過程。反硝化技術作為一種經濟的生物脫氮技術［21］，當前對反硝化作用的研究廣泛關注于反硝化細菌的篩選，好氧反硝化的機制研究。（3）微藻。當前，在養殖尾水處理中，細菌或微藻生物處理仍然是最便宜有效的除氮處理方法。與細菌的反硝化過程將營養物質轉化為NXO、N2不同的是，微藻將吸收的營養物質轉化為用于魚粉或肥料的生物質，關閉了養分的循環，且微藻的另一優點是能夠增加水產養殖物種循環的溶解氧，起到調節水中微生物群落的作用。目前微藻處理水產養殖廢水的研究仍然屬于探索階段，尚未得到廣泛運用，但其運用在工業尾水處理的研究結果表明了微藻在水產養殖領域運用的潛力巨大，使得微藻備受各研究機構的關注。（4）抗生素。抗生素是高效的殺菌藥物，廣泛用于醫學和養殖畜牧領域。由于代謝水平和使用的增加，抗生素通過各種途徑進入水生環境［23］。在水產養殖較為發達的東亞和東南亞地區抗生素被大量運用于預防魚類疾病。這其中中國是世界上最大的抗生素使用和消費國家，因而關于水環境抗生素污染狀況的科學出版物逐漸增加［24］。在養殖尾水處理領域，關于水體中抗生素的減少不乏受到更多關注。（5）吸附。在養殖尾水處理技術中，吸附因其成本低且簡單而受到青睞，尤其是當使用廢物或回收材料作為吸附劑前驅體時。吸附過程可以分為物理吸附、化學吸附［25］和生物吸附。已經有許多研究［26-27］關于將活性炭、沸石等多孔結構和較大表面積的材料用于養殖尾水的凈化處理。生物吸附當前多聚焦于植物吸附，如構建人工濕地，魚菜共生系統等利用植物的根系和葉片吸附有機物和重金屬等，以起到凈化水體的作用。

232 關鍵詞研究演化分析

研究領域的演化分析主要是指使用時間序列類的圖譜，獲取學科領域在不同年份中的研究熱點與研究主題的分布情況［28］，以進一步得到養殖尾水處理技術研究領域的演化趨勢。

利用中文文獻數據繪制相關研究領域的關鍵詞時序圖譜，如圖7所示。中文文獻關于養殖尾水處理的研究演化趨勢呈現以下特點。結合發文量的三個時期來看，在起步階段（2008年以前），中國學者的目光大多關注水產養殖，對尾水處理出現了水處理［29］、生物膜［30］方面的研究，該階段后期，由于養殖尾水帶來的生態問題的顯現，人們關注養殖尾水的處理，研究熱點出現了凈化效果、水質和人工濕地［31］。此后，研究來到發展期（2009—2018年），這一階段對于養殖尾水的關注度明顯提高，研究熱點包括污染物的去除率、循環水養殖［32］、養殖模式和氮磷收支［33］等方面，尾水處理［34–36］主題有多篇成果發表。2019年以后的爆發期，出現了許多新概念關鍵詞，如研究者逐漸關注菌藻共生［37］，芽孢桿菌［38］等生物處理方法，生態溝渠［39］等系統構建的方法用于尾水處理。總體來說，在整個研究期，養殖尾水的處理技術持續發展，至今已經較為成熟。值得關注的是，三池兩壩（圖7聚類#9），在起步期出現了第一篇相關的參考文獻，原位生態修復和異位處理的三池兩壩集成生態修復技術在早期便有所研究，但之后該研究主題文獻鮮有報道，直至爆發期（2021年）該主題重新受到各學者的關注，表明我國在養殖尾水處理方面研究的推陳出新和健康發展。

利用外文文獻數據繪制相關研究領域的關鍵詞時序圖譜，如圖8所示。外文文獻關于養殖尾水處理的研究演化趨勢呈現以下特點。在外文發文的兩個階段中，2009—2018年的發展期出現了許多關鍵詞，bacteria（細菌）［40］、phosphorus removal（除磷）［41］、nitrogen removal（除氮）［42］和microbial community（微生物群落）［43］等。反觀發文爆發期并沒有出現新的關鍵詞，表明在養殖尾水處理研究方面，國外發文研究多持續關注于尾水水質改善和水處理方面，缺乏新的研究主題，較少出現養殖尾水處理系統構建的相關文章。但總體來說，整個研究期，國外文獻為養殖尾水處理提供了大量水體治理的參考依據。

3 局限性分析

本研究通過文獻計量方式對養殖尾水治理進行了分析，在檢索詞的構建和文獻過濾方面存在主觀差異，導致部分文獻可能不在檢索范圍內。在利用VOSviewer和CiteSpace軟件進行聚類分析時，去除了部分檢索主題詞，同時由于軟件的局限性，本文設置的K指數偏小，這些可能會對分析結果產生影響。

4 結論

通過文獻計量法對中國知網和Wos of Science數據庫中養殖尾水治理研究領域的1686篇文獻進行了統計分析，通過研究國內外相關領域的發文量、研究機構、關鍵詞和關鍵詞演化得出以下結論：（1）養殖尾水處理技術研究不斷深化，受到各國廣泛關注，其中中國占據領先地位，研究熱度高于國外，尤其在5年的爆發期，研究發文量顯著增加，表明我國在養殖尾水治理的研究已經達到國際一流水平。（2）研究機構合作分析來看，國內外對于養殖尾水處理的研究合作強度還有待提升，未來應該更注重跨國家、跨機構之間的合作交流。（3）國內養殖尾水處理技術的研究發文更注重于尾水系統的構建，分析系統構建的優勢。國外對于養殖尾水的研究從微觀角度多方面展開，具有廣泛性，對國內外研究的結合學習能夠實現養殖尾水處理的優化互補。

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