基于CiteSpace的土壤法律研究可視化分析*

姬杰輝， 王景云

(1. 山東科技大學 文法學院， 青島 266590； 2. 中國科學院 地理科學與資源研究所， 北京 100101)

美國德雷克塞爾大學陳超美團隊開發(fā)的CiteSpace是一款在科學文獻中識別并可視化新趨勢與新動態(tài)的Java應用程序，已成為信息分析領域影響力較大的信息可視化軟件[1]。信息可視化是常用的數(shù)據(jù)挖掘方法之一，可以用來解決科技文獻數(shù)量過大、無法快速進行有效交流的問題[2]?？梢暬瘮?shù)據(jù)挖掘還可以觀察、發(fā)現(xiàn)、篩選和理解信息，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息背后隱藏的含義，因此在學科領域研究中得到了廣泛應用[3-5]。

土壤是人類賴以生存的根基，是農(nóng)林產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎，是保障食品安全的關鍵環(huán)節(jié)。近年來隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，土壤污染問題較為突出，已經(jīng)對農(nóng)產(chǎn)品構(gòu)成威脅，甚至對人體健康產(chǎn)生危害，引發(fā)了廣泛的關注[6-7]。由于土壤污染具有隱蔽性和滯后性[8]，在早期并未引起重視，這也間接導致我國土壤污染防治立法工作一直進展緩慢。2016年5月，《土壤污染防治行動計劃》(簡稱“土十條”)的頒布，為我國當前和今后的土壤污染防治指明了方向。雖然之前我國缺少行之有效的專門性土壤污染防治法律法規(guī)，但令人欣喜的是《中華人民共和國土壤污染防治法》于2018年8月31日由十三屆全國人大常委會第五次會議全票通過，并自2019年1月1日起施行。這意味著未來我國土壤污染防治工作將在該法保障下取得重大進展。

基于上述背景，本文在Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫中進行檢索，并利用CiteSpace軟件對該領域進行可視化分析，旨在得到該研究領域的研究熱點、研究前沿以及發(fā)展趨勢。

一、數(shù)據(jù)來源與研究方法

本文在Web of Science數(shù)據(jù)庫中進行檢索，時間跨度為1987—2017年，檢索主題詞為“soil*” AND (“l(fā)aw*” OR “l(fā)egislation*”)，并將文獻類型限定為Article和Review，共得到文獻6 422篇。

基于計量學方法，通過CiteSpace軟件繪制科學圖譜展示我國土壤污染防治研究的相關信息。在該軟件中選擇研究機構(gòu)、作者、關鍵詞等選項，得到相關的科學圖譜并進行歸納總結(jié)，最終得到該研究領域指定時間段內(nèi)的研究動態(tài)、研究熱點以及前沿領域。

二、實證分析

1. 土壤法律研究概況

1987—2017年發(fā)文情況如圖1所示。由圖1可以看出，1987—2017年在土壤法律研究領域無論是世界總發(fā)文量還是中國發(fā)文量都呈現(xiàn)增長趨勢。在前期階段，關于該領域的研究主要來自發(fā)達國家，如日本、德國和美國等。這些國家針對土壤污染的研究工作開展較早，如日本從20世紀70年代就建立了相對完善的土壤污染防治法律體系，使其土壤污染修復工作進展迅速，2003年出臺的《土壤污染對策法》更是促使其很多地方性法規(guī)得到完善；美國因“臘夫運河污染事故”在1977年就頒布了《超級基金法》，建立了一套在法律、管理制度和技術(shù)規(guī)范等方面都較為完善的土壤污染防治體系；德國1998年通過的《聯(lián)邦土壤保護法》和1999年通過的《聯(lián)邦土壤保護物污染地清理法》《聯(lián)邦土壤保護與有害物質(zhì)清理法》第一次從法律制度上對土壤污染防治進行了系統(tǒng)的規(guī)范。

我國早期針對土壤保護的法律法規(guī)零星分散于現(xiàn)行若干法律、法規(guī)、行政規(guī)章中，可行性較低，使得我國在土壤污染防治方面大多停留在技術(shù)層面，欠缺有法律強制約束力的措施[9]，進而導致土壤問題變得日益嚴峻。自2005年我國進行首次全國土壤普查之后，國內(nèi)有關土壤污染防治等方面的研究日益增多。面對我國嚴峻的土壤污染狀況，制定相關土壤污染防治法律法規(guī)刻不容緩。直到2016年，國務院發(fā)布的“土十條”為我國土壤污染防治提供了方向，相關研究逐漸增加，從2016年的83篇增長至2017年的122篇。

2. 研究力量分布

國際土壤法律研究領域發(fā)文國家情況如圖2所示。國際土壤法律研究力量相關信息如表1所示。

圖2 國際土壤法律研究領域發(fā)文國家圖譜

國家發(fā)文量/篇中心度美國17510.33中國6350.02法國4040.23意大利3910.07加拿大3550.04英國3370.10德國3350.17西班牙2950.03巴西2510.02澳大利亞2450.08新西蘭1840.12研究機構(gòu)發(fā)文量/篇中心度中國科學院1450美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局610俄勒岡州立大學370加州戴維斯大學360加州伯克利大學340西班牙高等科學研究委員會340佛羅里達大學340法國農(nóng)業(yè)科學研究院320德克薩斯A&M大學320圣保羅大學310康奈爾大學310作者發(fā)文量/篇中心度Ball J T130Albanese S90Alonso J70Amin A S70Barry D A50Allaire S E50Anthoni P M50Bartoli F50Balasubramanian N50Alleoni L R F50Batchelor B50

由圖2可見，土壤法律研究領域的研究力量來自多個國家，文獻以美國為中心形成聚類群。就發(fā)文頻次而言，美國在這一領域發(fā)文量最多且遙遙領先于其他國家。中國、法國、意大利和加拿大等國在該領域的研究也較多。結(jié)合表1進行分析，中心度是表征文獻重要程度的一個重要指標，中心度越高表明研究成果價值越高。就中心度而言，美國在該領域研究的中心度最高，表明其在該領域的研究成果具有十分重要的價值。由圖2可見，其他國家節(jié)點與美國節(jié)點之間連線密集，表明其他國家或地區(qū)與美國之間都存在直接或間接的合作關系，這也進一步證明了美國在該領域研究的價值所在。此外，法國、德國、新西蘭等國在該研究領域的中心度也很高，研究成果值得學習和借鑒。

就研究機構(gòu)而言，高發(fā)文量機構(gòu)所屬國家都是在該研究領域排名靠前的國家，主要集中在中國、美國、西班牙、法國和巴西等國。表1中所列研究機構(gòu)發(fā)文量均在30篇以上，其中中國科學院是發(fā)文量最大的研究機構(gòu)，遙遙領先于其他研究機構(gòu)。值得一提的是，美國該領域的科研機構(gòu)很多，分別有美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局、俄勒岡州立大學、加州戴維斯大學、加州伯克利大學、佛羅里達大學、德克薩斯A&M大學以及康奈爾大學，表明美國有很多機構(gòu)在該研究領域開展了大量研究，這與高發(fā)文量國家的分析結(jié)論一致。

就發(fā)文作者而言，Ball和Albanese團隊是在該領域發(fā)文量較高的，研究土壤系列問題時可以重點關注這些論文成果較多的團隊。

3. 研究熱點分析

研究熱點是指某一時期內(nèi)數(shù)量較多且有內(nèi)在聯(lián)系的一組文獻共同探討的科學問題或者專題。通過對某領域的研究熱點進行分析，可以清晰地了解該領域的發(fā)展態(tài)勢，精煉研究方向。關鍵詞是文稿中最能說明全文含義或反映文章中心內(nèi)容的名詞或詞組，是從問題及摘要中提煉出來反映論文主題的敘詞或自由詞。對文獻的關鍵詞進行分析，在一定程度上可以了解該領域的研究熱點[10]。本文主要通過關鍵詞聚類分析揭示該領域的研究熱點。

該領域的研究熱點主要集中于對土壤理化參數(shù)、污染物等的研究上，對法律法規(guī)等研究較少，只是零散分布在相關研究中。關鍵詞圖譜如圖3所示，土壤(soil)這個關鍵詞出現(xiàn)的頻率最高，這主要是因為在進行文獻搜索時以土壤(soil)作為搜索主題詞，除此之外，模型(model)、水(water)、重金屬(heavy metal)、多孔介質(zhì)(porous media)、遷移(transport)、行為(behavior)和流動(flow)等關鍵詞均出現(xiàn)200次以上，說明與這些關鍵詞相關的研究在土壤研究中是一個比較熱門的方向。通過歸納總結(jié)，筆者認為該領域的研究熱點主要體現(xiàn)在3個方面。

(1) 重視模型在土壤研究中的應用。隨著土壤研究的不斷發(fā)展，模型在土壤研究中應用得日益廣泛。現(xiàn)有土壤研究中的相關模型很多：有模型對土壤中的水分、有機質(zhì)、重金屬等物質(zhì)進行模擬預測研究，如拉巴等利用MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)第7波段對水分變化較敏感的特點，構(gòu)建了一種簡單實用的土壤水分反演回歸模型，通過驗證發(fā)現(xiàn)該模型預測值與實測值具有較好的相關性，可以對土壤水分進行模擬分析[11]。有較多研究利用高光譜數(shù)據(jù)構(gòu)建反演模型，對土壤有機質(zhì)進行反演分析[12-14]。也有模型對土壤重金屬等污染物進行空間預測，并對其遷移轉(zhuǎn)化進行模擬研究[15-16]。

圖3 關鍵詞圖譜

此外，還有很多針對土壤侵蝕模型的研究，如呂佼佼等利用土壤侵蝕模型對山西省紫陽縣進行了淺層滑坡預警研究[17]，謝云等對土壤侵蝕模型在水土保持實踐中的應用進行了分析[18]。

(2) 傾向于土壤污染物的研究。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，土壤中污染物累積明顯，有些污染物已經(jīng)遠遠超過了當?shù)氐谋尘爸担踔镣ㄟ^食物鏈進入人體危害健康，這引起了國際社會的普遍關注。對我國而言，土壤污染問題同樣十分嚴峻。第二次土壤普查結(jié)果表明，我國土壤污染整體情況不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染嚴重，耕地污染問題較為突出。調(diào)查表明，我國土壤點位總超標率為16.1%，其中耕地點位超標率為19.4%。我國土壤污染以無機污染為主，有機污染次之。從圖3也可以明確看出，國際上土壤污染物研究仍十分熱門，關鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡中重金屬(heavy metal)、有機物(organic matter)、微量元素(trace element)、污水污泥(sewage sludge)等均與污染物有關，主要體現(xiàn)為重金屬及有機物等。其中的污水污泥研究同樣大都與這些物質(zhì)密切相關，以往研究也表明污水污泥中含有重金屬，污水灌溉或污泥施用會導致土壤污染[19-20]。此外，transport、behavior等也與土壤污染物研究有著緊密聯(lián)系。早期很多研究針對土壤污染物遷移轉(zhuǎn)化、地球化學行為等開展工作，如王蓓等研究了蘆葦根系對土壤中石油污染物縱向遷移轉(zhuǎn)化的影響[21]，吳婷等對鉛污染不同粒徑土壤的地球化學行為與風險進行了探索[22]。

(3) 土壤相關領域的研究。土壤作為大自然中的重要載體，與大氣、水、植物等具有密切的聯(lián)系，對它的研究往往會與其他研究相結(jié)合。在關鍵詞共現(xiàn)圖譜中，水(water)、植物(plant)、植被(vegatation)、沉積物(sediment)和黏土(clay)等方面也有較多研究。如Rehman等對巴基斯坦北部礦區(qū)土壤和地表水中的重金屬富集情況、空間分布和潛在生態(tài)及人體健康風險進行了研究[23]。張曉慶等研究發(fā)現(xiàn)，紫松果菊具有修復PAHs重污染土壤的潛能[24]。王金滿等對黃土區(qū)露天煤礦排土場復墾后土壤與植被的演變規(guī)律進行了研究，發(fā)現(xiàn)土壤環(huán)境因子與植被生物量交互作用明顯，符合Kolmogorov捕食模型[25]。蔡怡敏等對順德水道土壤及沉積物中重金屬的分布及潛在生態(tài)風險進行了評價[26]。

4. 研究前沿分析

研究前沿代表某一領域正在興起或者最新涌現(xiàn)的理論趨勢。將關于土壤研究的參考文獻導入CiteSpace中并對關鍵詞共現(xiàn)進行時區(qū)分析，得到土壤污染法律研究前沿與發(fā)展圖譜。圖譜顯示出研究前沿內(nèi)容分別有強度(strength)、去除(removal)、毒性(toxicity)、微量元素(trace element)以及風險評價(risk assessment)等，均與土壤研究等密切相關，說明當前土壤方面的前沿研究還主要集中在污染物機理研究及宏觀評價方面。土壤法律研究的內(nèi)容較少，是因為關于法律問題的研究較為平穩(wěn)，難以形成國際范圍內(nèi)的大規(guī)模發(fā)文量。此外，世界上土壤法律法規(guī)體系較為完善的國家中相關法律法規(guī)出臺時間較早，難以再形成前沿性研究。

三、討 論

1. 研究仍然以理論探索為主

從現(xiàn)有研究來看，土壤方面的研究仍然以理論探索為主。一方面，限于當前科技水平，相關方向的研究仍有待探索發(fā)現(xiàn)，如土壤中很多物質(zhì)的測定都必須依賴高端儀器設備，隨著科技水平的提高，日益出現(xiàn)的精度更高的儀器設備可以為土壤相關領域研究提供更強有力的支撐。另一方面，新的理論知識在土壤領域的應用也為土壤領域的研究提供了新的途徑，如應用模型模擬重金屬等元素在土壤、大氣等環(huán)境介質(zhì)中的遷移變化等。總之，隨著科技的不斷發(fā)展，未來將有更多科學問題值得深入研究和探索，現(xiàn)存土壤污染防治問題的解決依賴于技術(shù)的發(fā)展及在土壤領域的具體應用，與此同時相應文獻隨之增多。

2. 研究較為零散，未成一定體系

本文雖以土壤(soil)、法律(law)和立法(le-gislation)等作為主題詞進行文獻檢索，但從關鍵詞等圖譜信息來看，關于土壤法律的研究仍較為零散，研究熱點、研究前沿等均未形成，因此關于土壤的法律研究并未形成體系。其主要原因可能來自以下兩個方面：第一，在土壤研究相關領域，關于法律法規(guī)的內(nèi)容一般會作為背景信息進行介紹，而并不作為研究的主要內(nèi)容。第二，國外針對土壤污染防治等方面的立法研究已經(jīng)相對成熟，如日本、美國等國在早期就已經(jīng)有了專門的土壤立法，形成了較為完善的法律法規(guī)體系，近年來在該方面的研究并不是特別多。就國內(nèi)而言，對土壤領域法律問題的研究起步較晚，因此關于土壤法律研究的文獻量相對較少。近幾年接連出現(xiàn)因土壤污染導致的威脅人們生命安全的重大事件，越來越多的學者呼吁國家盡快出臺相關法律法規(guī)。

3. 未來國內(nèi)土壤法律研究將日趨增多

2019年1月1日起施行的《土壤污染防治法》，為未來我國土壤污染防治工作的開展提供了法律保障。學術(shù)界對此問題的研究越來越深入：一方面，現(xiàn)有理論與具體土壤污染治理技術(shù)的結(jié)合在實踐中會得到更好的發(fā)展，任何土壤污染防治工作的開展都不能逾越法律的屏障；另一方面，在土壤污染修復的實際工作中，將探討如何更好地發(fā)揮法律的作用，并不斷填補法律漏洞，完善法律法規(guī)?！锻寥牢廴痉乐畏ā返某雠_將會帶來土壤法律研究發(fā)文量的新一輪增長，圖1中“土十條”出臺后我國相關文獻量迅速增加也可佐證這一結(jié)論。

對于我國而言，在施行《土壤污染防治法》時，應借鑒國外經(jīng)驗，將土壤污染防治法律法規(guī)具體化、實用化，使其具有較高的可執(zhí)行性，避免淪為空洞的法律條文，這樣才能更好地發(fā)揮法律保障的作用。

四、結(jié) 語

1987—2017年全球土壤污染防治發(fā)文量呈持續(xù)增長趨勢，我國在2016年“土十條”頒布之后發(fā)文量增長十分顯著。發(fā)文量較多的國家有美國、中國和意大利等，其中美國研究的中心度最高，其次是法國。發(fā)文量較多的機構(gòu)有中國科學院和美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局等。Ball和Albanese團隊在該領域發(fā)文量較多，值得關注。就研究熱點而言，除了土壤(soil)外，模型(model)、水(water)、重金屬(heavy metal)、多孔介質(zhì)(porous media)、遷移(transport)、行為(behavior)和流動(flow)等關鍵詞出現(xiàn)頻率較高，代表了該領域的研究熱點，主要體現(xiàn)在模型在土壤研究中的應用、污染物的集中研究以及與土壤密切相關的其他領域研究上。關鍵詞共現(xiàn)時區(qū)分析發(fā)現(xiàn)，強度(strength)、去除(removal)、毒性(toxicity)、微量元素(trace element)以及風險評價(risk assessment)等代表了該領域的前沿研究內(nèi)容和重要發(fā)展趨勢。我國《土壤污染防治法》頒布后，土壤法律研究方面的發(fā)文量將會顯著增多，這有利于我國土壤領域法律法規(guī)的完善，并將推動我國土壤污染治理工作取得長足進步。