基于CiteSpace的葡萄酒生產(chǎn)廢水處理文獻可視化分析

常潔，鄭蘭香

（1. 寧夏大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，寧夏銀川 750021；2. 寧夏大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院寧夏，寧夏銀川 750021；3. 中國葡萄酒產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，寧夏銀川 750021）

根據(jù)國際葡萄與葡萄酒組織（OIV）統(tǒng)計，2021年世界葡萄酒產(chǎn)量250.3億升，中國葡萄酒產(chǎn)量26.8億升[1]。隨著環(huán)保意識的加強和研究的不斷深入，葡萄酒生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水問題得到更多的關(guān)注。葡萄酒廢水產(chǎn)生的主要途徑有壓榨、發(fā)酵、過濾、灌裝等設(shè)備的清洗、葡萄汁及葡萄酒外溢等[2]。葡萄酒廢水屬于有機廢水[3]，含有葡萄汁（酒）的糖、酸、醇等有機組分、投加的輔料中所含的無機組分、生活污水中存在的大腸桿菌以及少量隨沖洗水流走的葡萄皮籽等[4]。這些廢水經(jīng)處理后大多直接排入自然水體或回用于園區(qū)綠地和葡萄園灌溉[5]，但處理不當(dāng)也會存在一定風(fēng)險。

近年來，關(guān)于葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化的研究逐漸增多，其理論依據(jù)及處理技術(shù)不斷完善。面對該研究領(lǐng)域取得的相關(guān)成果，如何從多元和動態(tài)的角度了解當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，掌握國內(nèi)外研究的前沿?zé)狳c以及演進脈絡(luò)，需要深度挖掘該研究領(lǐng)域的科學(xué)文獻信息[6]。文獻計量學(xué)（Bibliometrics）被廣泛地用于文獻情報分析，進而對某領(lǐng)域科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及水平進行評價[7]。CiteSpace是基于Java程序語言開發(fā)的一款適用多元、分時、動態(tài)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析的信息可視化分析工具[8]，該軟件可將某研究領(lǐng)域龐大復(fù)雜的文獻數(shù)據(jù)和演進歷程具象化為可視的知識圖譜[9]。本研究采用CiteSpace文獻計量工具，繪制相關(guān)可視化圖譜，從發(fā)文量、關(guān)鍵詞聚類等評價指標(biāo)分析2001—2021年葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化利用研究領(lǐng)域的國家（地區(qū)）、研究機構(gòu)、發(fā)文期刊、高被引文章，構(gòu)建國家、研究機構(gòu)間的合作關(guān)系，揭示研究熱點和未來發(fā)展趨勢，以期為今后的相關(guān)研究提供借鑒和參考。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文以Web of Science（WOS）核心數(shù)據(jù)庫和CNKI資源總庫作為檢索平臺。在WOS中以“Winery wastewater”為主題詞，文獻類型選擇“article”and“review”，檢索時間范圍選擇2001—2021年，檢索到文獻405篇，經(jīng)去重處理之后得到404篇文獻。在中國學(xué)術(shù)期刊出版總庫（CNKI總庫）中，以“葡萄酒廢水”“葡萄酒生產(chǎn)廢水”以及“葡萄酒廠廢水”為關(guān)鍵詞進行高級檢索，檢索時間為2001—2021年，經(jīng)過剔除無效文獻，共得到22條文獻記錄。

1.2 分析方法

將WOS得到的文獻以純文本形式導(dǎo)出，CNKI數(shù)據(jù)庫中的文獻以Refworks格式導(dǎo)出。利用CiteSpace軟件對導(dǎo)出文獻進行除重，刪除與研究領(lǐng)域關(guān)聯(lián)性弱的文章。對導(dǎo)出文獻在CiteSpace軟件中選擇Author（作者）、Institution（機構(gòu)）、Keywords（關(guān)鍵詞）、Cited Reference（被引文獻）等選項進行分析，文獻數(shù)據(jù)處理所采用的CiteSpace軟件為5.8.R2版本。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文量分析

發(fā)文數(shù)量隨時間的變化能夠反映一個領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。對2001—2021年葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化研究的發(fā)文量進行統(tǒng)計，如圖1所示，該領(lǐng)域發(fā)文數(shù)量整體上呈現(xiàn)上升趨勢。國外在21世紀(jì)初期對葡萄酒生產(chǎn)廢水處理已有相關(guān)方面的研究，2001—2004年每年發(fā)文數(shù)量保持在6篇；在2006年出現(xiàn)了此領(lǐng)域研究的低谷期，發(fā)文量僅有兩篇；2007—2015年期間發(fā)文量有所增加，但連續(xù)年份間存在數(shù)量上的波動；2016—2021年，出現(xiàn)較多研究文獻，研究進入熱門階段，達到近20年來發(fā)文數(shù)量的頂峰。國內(nèi)此領(lǐng)域的研究遠遠少于國外，分別在2008年和2017年有3篇文獻發(fā)表，是近20年內(nèi)最多的兩年，有很多年份存在發(fā)文量為零的情況，文獻發(fā)表的數(shù)量比較平均，數(shù)量少，也還未出現(xiàn)此領(lǐng)域研究的熱點，可見國內(nèi)在葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化利用方面的研究還較為欠缺。

圖1 2001—2021年葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化研究發(fā)文量Figure 1 The trend of winery wastewater treatment and recovery research from 2001 to 2021

2.2 主要文獻作者分析

對樣本文獻的發(fā)文作者進行定量分析，不僅可以探索在葡萄酒生產(chǎn)廢水處理與資源化方面的主要研究代表性學(xué)者，而且可以作為衡量研究共同體形成狀況的重要依據(jù)[10]。借助CiteSpace軟件，設(shè)置“Author”為選擇節(jié)點，選取數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為Top50，繪制出發(fā)文作者合作知識圖譜（圖2）。Jose Aperes和Marco S Lucas是2001年以來該領(lǐng)域發(fā)文量最多的作者，共發(fā)表了19篇。在2001—2021年間發(fā)文量超過10篇的作者還有Myburgh P A，發(fā)表了11篇。作者圖譜中，節(jié)點大小表示作者發(fā)文的數(shù)量多少，線的粗細表示作者合作強度的關(guān)系[11]。Steyerj P、Vg Alvarze、Esandi F是一個團隊，研究主題為“Model based analysis”；還有研究主題為“Mesophilic anaerobic digestion”的Ruizfilippi G團隊等。從貢獻圖譜可以看出，葡萄酒生產(chǎn)廢水研究的核心作者雖然并未構(gòu)成一個群體，研究主題也比較分散，但已經(jīng)具有小的規(guī)模。各作者的研究主題各有側(cè)重，缺乏橫向交流合作，在一定程度上對該研究區(qū)域帶來局限性。

圖2 主要研究作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜Figure 2 Cooperation network of principal authors

2.3 主要發(fā)文國家及地區(qū)分析

為研究葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化的發(fā)文國家合作特點，運用CiteSpace軟件對WOS中所提取的文獻進行計量分析。統(tǒng)計結(jié)果表明，共有65個國家和地區(qū)發(fā)表過相關(guān)領(lǐng)域的文獻，如圖3所示。由于某些國家發(fā)表數(shù)量太少，在圖中未顯示出來。圖中節(jié)點的大小代表了國家發(fā)文數(shù)量的多少，節(jié)點越大發(fā)文量越多，線條的粗細表示了國家之間合作程度的高低[12]。可見，西班牙發(fā)表的文章最多，從2001—2021年發(fā)表了76篇，是唯一超過50篇的國家。西班牙的葡萄酒生產(chǎn)歷史悠久，產(chǎn)量居世界前列，對于葡萄酒生產(chǎn)廢水的處理也是十分重視。同時，西班牙和意大利以及法國在早期合作緊密，之后西班牙、葡萄牙、意大利、英格蘭、澳大利亞、南非等國家和地區(qū)合作緊密。我國在此方向的研究還比較薄弱，需要擴展對葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化的研究，擴大我國該領(lǐng)域文獻的影響力。

表1 2001—2021年葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化主要研究發(fā)文作者Table 1 The authors of winery wastewater treatment and recovery research from 2001 to 2021

圖3 主要發(fā)文國家及地區(qū)分布網(wǎng)絡(luò)圖譜Figure 3 Distribution network map of publishing countries and regions

2.4 主要發(fā)文科研機構(gòu)分析

分析節(jié)點選擇“Institution”，數(shù)據(jù)選擇標(biāo)準(zhǔn)為Top50，其他設(shè)置不變。表2列出了2001年到2021年該領(lǐng)域發(fā)文量前10名的研究機構(gòu)。其中，發(fā)文量最高的是法國農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院（INRA），第二位是西班牙的卡斯蒂利亞-拉查曼大學(xué)（Universidad de Castilla-La Mancha），以及南非的斯泰倫博斯大學(xué)（University Stellenbosch），發(fā)文量排名靠前的機構(gòu)很多都是高等院校，說明較大比例的科研力量都存在高等教育機構(gòu)中。

表2 葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化研究排名前10名的科研機構(gòu)Table 2 Top 10 scientific research institutions of winery wastewater treatment and recovery

2.5 主要載文期刊分析

表3列出了2001—2021年該領(lǐng)域載文數(shù)量排名前十的期刊。其中New York Pergamon Press 出版的《Water Science and Technology》發(fā)文數(shù)量最多。此外，《Water Research》《Bioresource Technology》《Journal of Hazardous Materials》《Process Biochemistry》可以看出，葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化相關(guān)文章的發(fā)文期刊所屬學(xué)科以環(huán)境科學(xué)、工程技術(shù)、生物方向為主。

表3 2001—2021年葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化研究文獻載文期刊Table 3 Literature and periodicals on the treatment and recovery of winery wastewater from 2001 to 2021

2.6 變化趨勢與研究熱點

關(guān)鍵詞是對論文研究重點和方向的提煉，是對文章中心的概括。分析高頻率出現(xiàn)的關(guān)鍵詞能夠進一步了解一個領(lǐng)域的主要研究方向、技術(shù)方法和研究熱點[13]。利用CiteSpace軟件，選擇“Keyword”為分析節(jié)點，時間跨度及切片保持不變，數(shù)據(jù)選擇標(biāo)準(zhǔn)為Top5%，生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜（圖4）。關(guān)鍵詞共現(xiàn)可直觀展示出該領(lǐng)域的關(guān)注度與關(guān)聯(lián)度，從宏觀上揭示一個研究領(lǐng)域內(nèi)的重點研究內(nèi)容[14]。節(jié)點的大小表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率，節(jié)點越大，出現(xiàn)的頻率則越高，關(guān)鍵詞共現(xiàn)能夠顯示出研究主題間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，體現(xiàn)出該領(lǐng)域的核心知識點，以便揭示其發(fā)展變化。

圖4 葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜Figure 4 Network map of key words co-produced in winery wastewater treatment and recovery research

“Winery wastewater”是所有研究中出現(xiàn)頻率最高的關(guān)鍵詞，充分體現(xiàn)了研究的重點。節(jié)點“Waste water”“Water”一起構(gòu)成了研究分析的基礎(chǔ)。高頻關(guān)鍵詞顯示出了研究的幾個方面：（1）廢水處理技術(shù)主要為活性污泥（Activated sludge）、厭氧消化處理（Anaerobic digestion）、高級氧化技術(shù)（Advanced oxidation process）等；（2）研究內(nèi)容有：降解（Degradation）、人工濕地（Constructed wetland）、活性污泥（Sludge）、化學(xué)需氧量（Chemical oxygen demand）、水溶液（Aqueous solution）等；（3）研究方向：廢水處理產(chǎn)生的反應(yīng)、影響、表現(xiàn)、作物的生長、最佳化問題、質(zhì)量等。鉀（Potassium）、鈉（Sodium）等化學(xué)元素的高頻出現(xiàn)葡萄酒生產(chǎn)廢水，說明葡萄酒生產(chǎn)廢水對水體以及土壤等方面的理化性質(zhì)的影響研究也是重點[15]。高頻關(guān)鍵詞代表了研究的基礎(chǔ)，可以為后面的研究者提供更清晰的思路。

通過CiteSpace可以得到8個突現(xiàn)關(guān)鍵詞以及其對應(yīng)的突現(xiàn)率，如表4所示。突現(xiàn)關(guān)鍵詞是在某一時間段內(nèi)大量關(guān)鍵詞中具有明顯變化的主題詞，代表了這一時間內(nèi)的研究熱點，2005—2014年活性淤泥（Activation sludge）是此領(lǐng)域的研究熱點，即活性淤泥的方法進行廢水處理，在這期間2005—2007兩年間厭氧消化處理（Anaerobic digestion）成為研究熱點，使用的廢水處理技術(shù)發(fā)生了變化[16]。2015年開始對廢水的化學(xué)需氧量進行主要研究，2016年回歸到污水處理，2017年開始廢水處理對環(huán)境質(zhì)量方面的影響成為了研究的熱點，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，對于葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化方面的研究不但從技術(shù)上有了新的革新，研究熱點逐漸從如何處理轉(zhuǎn)變?yōu)閷μ幚砉に嚨母倪M以及環(huán)境質(zhì)量的研究。

表4 高頻關(guān)鍵詞突現(xiàn)表Table 4 High-frequency keyword highlighting form

關(guān)鍵詞聚類展示了該領(lǐng)域的前沿研究熱點[5]。不同國家或地區(qū)的文獻共被引時間線聚類圖譜反映了各聚類形成時間以及持續(xù)時間不一[11]。如圖5所示，共生成6個聚類標(biāo)簽。其中生物處理（Biological treatment）方面的研究最為持久；利用葡萄酒生產(chǎn)廢水進行發(fā)電（Electricity generation）是研究的一項熱點內(nèi)容；人工濕地（Constructed wetlands”）以及土壤結(jié)構(gòu)（Soil structure）是葡萄酒生產(chǎn)廢水處理產(chǎn)生的影響所關(guān)注的兩個重要方面，化學(xué)需氧量（Chemical oxygen demand）和過硫酸氫鉀復(fù)合鹽（Peroxymonosulphate）是研究葡萄酒生產(chǎn)廢水處理過程中的重要因素，可持續(xù)的葡萄酒生產(chǎn)（Sustainable wine production”）是研究的重要方向。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和完善，廢水處理所產(chǎn)生的環(huán)境問題受到更多的關(guān)注，可持續(xù)理念的發(fā)展尤為重要。

圖5 廢水處理及資源化研究關(guān)鍵詞聚類時間線圖譜Figure 5 Keyword clustering timeline map of winery wastewater treatment and recovery research

葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化的研究要秉持可持續(xù)發(fā)展理念，在處理廢水的過程中更要注重生態(tài)環(huán)境的保護。隨著人們生活水平的提高，葡萄酒的需求量會逐年提高，葡萄酒生產(chǎn)及產(chǎn)業(yè)提升提出了更高要求[17]，所產(chǎn)生的廢水會得到更多關(guān)注。廢水的排放對土壤等方面產(chǎn)生的影響也是需要關(guān)注的重點，更多科學(xué)有效的處理手段的發(fā)展能夠使其資源化效益達到更高水平，可持續(xù)的葡萄酒生產(chǎn)是未來該領(lǐng)域的發(fā)展目標(biāo)[18]。

2.7 文獻共被引分析

高頻率被引文獻可以顯示出該領(lǐng)域研究的基礎(chǔ)知識和演進脈絡(luò)，同時可以展示出其研究思路的相似之處以及核心點，能夠為之后的研究者提供思路[20]。對葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化進行文獻共被引分析，了解此領(lǐng)域的主要研究成果。分析節(jié)點選擇參考文獻（Reference），選取標(biāo)準(zhǔn)為TOP 50%，得到引文共現(xiàn)圖譜。研究領(lǐng)域被引文獻最多的前10名如表5所示。

表5 葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化研究前十名高被引文獻Table 5 Highly cited references of top ten keywords in winery wastewater treatment and recovery research

Ioannou L A綜述了目前葡萄酒廢水處理工藝應(yīng)用和試驗的最新進展，分物化、生物、膜過濾與分離、高級氧化工藝、生物與高級氧化組合工藝五大類，討論了酒廠廢水處理的優(yōu)缺點以及影響處理效果的主要參數(shù)[20]。Mosse K P M總結(jié)了葡萄酒廢水的處理方法，闡明過程機理以及各方法的優(yōu)點和缺點，分析了澳大利亞當(dāng)前酒廠廢水的組成成分，以及當(dāng)前對酒廠廢水處理最新的管理方法[21]。Welz P J研究了葡萄酒生產(chǎn)廢水的儲存方法，對葡萄酒廠廢水中的有機物以及化學(xué)需氧量進行了分析，認為葡萄酒生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢水由于季節(jié)性的原因可以儲存在池體當(dāng)中[22]。Lucas M S在中試規(guī)模的鼓泡塔反應(yīng)器中，考察了臭氧基高級氧化工藝（O3、O3/UV和O3/UV/H2O2）對葡萄酒生產(chǎn)廢水的處理效果[23]。Christen EW概述了一種利用土地過濾 （過濾和灌溉土地處理和污水回用）系統(tǒng)處理葡萄酒生產(chǎn)廢水的新方法[24]。Brucculeri M研究了采用傳統(tǒng)活性污泥法工藝對市政廢水和葡萄酒生產(chǎn)廢水進行協(xié)同處理的可行性[25]。Arienzo M設(shè)計了盆栽實驗?zāi)M了微型人工濕地的葡萄酒廠廢水處理系統(tǒng)，對酒廠廢水進行快速、廉價的植物毒性生物測定進行了研究[26]。Moletta R通過使用厭氧消化技術(shù)處理廢水，經(jīng)過厭氧處理后再進行好氧后處理，使處理后的水達到排放要求[27]。Mosteo R提出了非均相光催化Fenton法處理葡萄酒廠廢水的替代方法，采用實驗設(shè)計方法研究了各種變量的影響和相互作用，得到了一個有機物降解過程的簡化經(jīng)驗?zāi)Ｐ蚚28]。Ganesh R采用三流式厭氧固定床反應(yīng)器，以不同尺寸和比表面積的低密度浮動床為載體，對葡萄酒廠廢水進行了處理研究[29]。可見，被引量排名前十的文獻多以葡萄酒廢水處理方法和工藝為主題，葡萄酒生產(chǎn)廢水處理技術(shù)仍是重要的研究方向。

2.8 國內(nèi)葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化研究文獻現(xiàn)狀

通過對已發(fā)表的葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化的中文文獻進行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，可以發(fā)現(xiàn)國內(nèi)對這一領(lǐng)域的研究較少，研究熱點為廢水的處理工藝以及處理方法，出現(xiàn)接觸氧化、水解酸化、厭氧等關(guān)鍵詞。國內(nèi)葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化研究發(fā)文量較多的作者有李金成4篇，唐國東和夏文香以及張旭均為3篇，孫鳳娟2篇，他們是目前國內(nèi)此領(lǐng)域研究的重要學(xué)者。發(fā)表期刊主要為《環(huán)境工程學(xué)報》《給水排水》《節(jié)能與環(huán)?！贰董h(huán)境與發(fā)展》等。國內(nèi)對此領(lǐng)域研究較多的機構(gòu)以大學(xué)和環(huán)境研究中心為主，如青島理工大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院、西北農(nóng)林科技大學(xué)、石河子大學(xué)等。

3 討論與結(jié)論

通過利用CiteSpace進行知識圖譜的量化分析，可以為葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化的研究鞏固基礎(chǔ)。通過對相關(guān)文獻的發(fā)文量、發(fā)文作者、發(fā)文國家和地區(qū)、關(guān)鍵詞共現(xiàn)、關(guān)鍵詞聚類、文獻共被引等進行可視化分析，探析葡萄酒生產(chǎn)廢水處理及資源化研究的發(fā)展歷程及特征情況，梳理出該領(lǐng)域的研究熱點和發(fā)展方向。

在葡萄酒生產(chǎn)廢水處理的研究中西班牙、葡萄牙、意大利、英格蘭、澳大利亞、南非等國家和地區(qū)的學(xué)者研究聯(lián)系密切，以歐洲國家為主要研究力量，提供了更多核心研究成果。葡萄酒在歐洲國家的研究較為深入，對于葡萄酒廢水的處理也更加的先進。

目前對于葡萄酒廢水處理的研究發(fā)文機構(gòu)多集中在高等院校，還需要有更多的聯(lián)系，相關(guān)發(fā)表文獻更多集中在環(huán)境以及生物領(lǐng)域。結(jié)合關(guān)鍵詞共現(xiàn)以及聚類分析，可以發(fā)現(xiàn)對葡萄酒廢水處理的方法在逐步提升，隨著科技的發(fā)展有更多的高級廢水處理技術(shù)出現(xiàn)，使葡萄酒廢水的處理能夠更加的科學(xué)和完善。

可持續(xù)的葡萄酒生產(chǎn)是將來研究的重要方向，由于廢水的處理有可能給環(huán)境帶來危害，對于廢水處理更需要嚴(yán)格的把控，葡萄酒生產(chǎn)廢水處理技術(shù)的革新仍是今后的一個重要研究方向。相較于國外的研究，我國在此領(lǐng)域的研究仍舊比較缺乏，對于葡萄酒生產(chǎn)廢水的處理技術(shù)不夠完善，關(guān)注度不高，發(fā)文量少，還需要更多的學(xué)習(xí)和發(fā)展。