基于知識(shí)圖譜的北運(yùn)河流域水環(huán)境研究進(jìn)展分析

樊平，王軍，宋蕓，韓莉莉，單保強(qiáng)，劉振霞，董波濤

1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東 泰安 271018；2.山東省濱州市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 濱州 256600

河流在人類社會(huì)的形成和發(fā)展過程中扮演著不可替代的角色，其充沛的水資源與生物資源為人類的生產(chǎn)生活提供了最基本的條件。同時(shí)，隨著人類社會(huì)的進(jìn)步，河流的功能性日趨增加，包括交通運(yùn)輸、休閑娛樂等（李國(guó)英，2005）。Parsons et al.（2017）也指出：河流是社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)，河流生態(tài)系統(tǒng)能夠提供有價(jià)值的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，同時(shí)人類對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的了解永遠(yuǎn)是不完整的。由此可見對(duì)河流的研究至關(guān)重要，并需要與時(shí)俱進(jìn)。

北運(yùn)河流域?qū)俸：铀?，先后流?jīng)北京市海淀、昌平、順義、通州各區(qū)、河北省廊坊地區(qū)和天津市武清區(qū)、北辰區(qū)和紅橋區(qū)（楊超等，2012），是維持北京、廊坊、天津的重要生態(tài)廊道。同時(shí)，為了落實(shí)國(guó)家和地方《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，改善北運(yùn)河流域水環(huán)境質(zhì)量，以建設(shè)國(guó)際一流的和諧宜居之都，并提升首都副中心城市品質(zhì)，對(duì)已有北運(yùn)河流域水環(huán)境研究進(jìn)展分析尤為必要。本文采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的方法，以CiteSpace文獻(xiàn)可視化軟件為研究手段，實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)圖譜的北運(yùn)河流域水環(huán)境研究分析。從整體上把握研究動(dòng)態(tài)，厘定研究前沿?zé)狳c(diǎn)，把握研究的新動(dòng)向，旨在為北運(yùn)河流域水環(huán)境研究和污染防治的精細(xì)化管理提供支持。

1 數(shù)據(jù)與方法

本文以 CNKI中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫作為中文相關(guān)文獻(xiàn)檢索的數(shù)據(jù)源，以“SU=北運(yùn)河+溫榆河AND SU=水環(huán)境+水污染+富營(yíng)養(yǎng)化+COD+氨氮+磷+水質(zhì) AND發(fā)表時(shí)間：從 2000-01-01到2019-12-31”為檢索條件進(jìn)行專業(yè)檢索，檢索到研究論文273篇。通過CiteSpace軟件對(duì)上述檢索文獻(xiàn)進(jìn)行去重后，再進(jìn)行可視化的計(jì)量統(tǒng)計(jì)與分析，最后對(duì)已有研究結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，并為未來北運(yùn)河流域水環(huán)境研究提供參考依據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 階段性分析

基于273篇檢索文獻(xiàn)，研究北運(yùn)河流域水環(huán)境領(lǐng)域年發(fā)文數(shù)量的變化，分析其發(fā)展歷程。本文嘗試將北運(yùn)河流域水環(huán)境研究分為3個(gè)階段：初期萌芽階段、中期井噴階段、后期穩(wěn)定階段，如圖1所示。

圖1 2000—2019年北運(yùn)河流域水環(huán)境研究CNKI數(shù)據(jù)庫來源發(fā)文量Fig.1 Annual publication amount of water environment of Beiyunhe River Basin in CNKI from 2000 to 2019

（1）初期萌芽階段（2008年以前）。該階段的發(fā)文量較少，年發(fā)文量均在5篇左右，表明北運(yùn)河流域水環(huán)境的研究并未受到科研工作者的重視。從這一階段的研究成果分析，主要是對(duì)溫榆河的水環(huán)境容量及水污染的研究，例如劉明宇等（2008）分析了溫榆河水環(huán)境容量，發(fā)現(xiàn)CODCr、氨氮水質(zhì)指標(biāo)嚴(yán)重超出水環(huán)境容量；石紅梅（2008）對(duì)昌平區(qū)溫榆河水污染進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)CODCr、氨氮水質(zhì)指標(biāo)遠(yuǎn)超出河流納污能力。

（2）中期井噴階段（2009—2012年）。該階段的發(fā)文量呈現(xiàn)突增情況，年發(fā)文量保持在25篇左右，表明北運(yùn)河流域水環(huán)境研究突然受到科研工作者的重視。從這一階段的研究成果分析，此階段開始對(duì)北運(yùn)河流域水環(huán)境質(zhì)量影響因素進(jìn)行分析。例如于洋（2012）對(duì)北運(yùn)河水體中氨氮的氧化過程及微生物響應(yīng)特征進(jìn)行研究，楊振東等（2012）研究了北運(yùn)河沉積物/水界面上重金屬遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。

（3）后期穩(wěn)定階段（2013—2019年）。該階段的發(fā)文量較為穩(wěn)定，均保持在20篇左右，表明北運(yùn)河流域水環(huán)境研究已進(jìn)入穩(wěn)定階段。這一階段的研究成果呈現(xiàn)多樣化、深入化的趨勢(shì)，對(duì)北運(yùn)河流域的污染物通量特征、污染來源和治理方案等均有研究（陳永娟等，2015；荊紅衛(wèi)等，2013；王剛等，2016；潘濤等，2019）。

同時(shí)，根據(jù)中國(guó)有關(guān)北運(yùn)河流域水環(huán)境研究文獻(xiàn)的穩(wěn)定發(fā)表量可以預(yù)見，在未來一段時(shí)間內(nèi)，北運(yùn)河流域水環(huán)境研究仍將被科研工作者關(guān)注。

2.2 高發(fā)文作者與機(jī)構(gòu)分析

發(fā)文量是衡量一個(gè)作者和機(jī)構(gòu)在某領(lǐng)域貢獻(xiàn)的重要指標(biāo)，依據(jù)發(fā)文量可分析作者和機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域的貢獻(xiàn)地位。通過CiteSpace軟件，時(shí)間設(shè)定為2000—2019年，設(shè)置“Node Types”為“Author and Institution”，將閾值“TOPN”、“TOPN%”取默認(rèn)值 50與 10%，進(jìn)行作者與機(jī)構(gòu)的共現(xiàn)分析（Chen，2004）。共生成 322個(gè)節(jié)點(diǎn)，837條連線的作者與機(jī)構(gòu)共現(xiàn)知識(shí)圖譜，如圖2所示。

圖2 2000—2019年北運(yùn)河流域水環(huán)境研究作者與機(jī)構(gòu)共現(xiàn)譜圖Fig.2 Co-occurrence of authors and institutions researching on the water environment of Beiyunhe River Basin from 2000 to 2019

由共現(xiàn)譜圖所示，高發(fā)文量的作者為：魏源送、王亞煒、劉靜、王曉燕和張育新等；高發(fā)文量的機(jī)構(gòu)為：中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、北京市北運(yùn)河管理處、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)和首都師范大學(xué)等。進(jìn)一步研讀相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，魏源送、王亞煒、劉靜和張育新為同機(jī)構(gòu)作者（中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心），主要研究分析溫榆河的微生物和浮游動(dòng)物，并對(duì)溫榆河水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)（朱利英等，2020；陳晨等，2017；劉靜等，2015；曾陽等，2012）；王曉燕（首都師范大學(xué)）主要研究分析水體中CODCr降解系數(shù)、微生物的群落特征等（張培培等，2019；劉洋等，2018；王曉燕，2016）。

2.3 高被引分析

論文的被引次數(shù)在一定程度上可以反映該論文在某研究領(lǐng)域影響力，因此，被引次數(shù)是評(píng)價(jià)論文影響力的關(guān)鍵指標(biāo)之一。根據(jù)2000—2019年的檢索文獻(xiàn)，確定被引次數(shù)≥5次的論文為高被引論文，共108篇，具體分布情況如表1和表2所示。

由表可知，被引頻次前十論文均為期刊，高被引論文期刊占比達(dá) 68.8%，表明期刊對(duì)北運(yùn)河水環(huán)境相關(guān)研究的影響力較大。從來源分布情況可知環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)的影響力較大，但沒有顯著優(yōu)勢(shì)。高被引論文的前三甲作者分別為魏源送、王亞煒與王曉燕，其中魏源送與王亞煒為同一機(jī)構(gòu)作者，總發(fā)文量較多，影響力也較大，佐證上節(jié)分析。

3 研究熱點(diǎn)與前沿

3.1 研究熱點(diǎn)

關(guān)鍵詞能夠高度概括論文的具體研究?jī)?nèi)容，反應(yīng)文章的核心思想，傳遞作者表達(dá)的重點(diǎn)（趙晶晶等，2019）。因此，通過關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析可以科學(xué)、清晰地把握北運(yùn)河流域水質(zhì)研究的重點(diǎn)。將 CiteSpace軟件的“Node Type”設(shè)置為“keyword”，“Time Slicing”為“2000—2019”，“Pruning”為“Pathfinder”，生成共358個(gè)節(jié)點(diǎn)，700條連線的關(guān)鍵詞共現(xiàn)譜圖，如圖3所示。

依據(jù)圖譜可以看出：“北運(yùn)河”與“溫榆河”的共現(xiàn)節(jié)點(diǎn)最大，為科研工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。綜合共現(xiàn)關(guān)鍵詞可知：研究范圍主要為“北運(yùn)河”和“溫榆河”，研究對(duì)象主要為“地表水”、“地下水”和“再生水”，研究指標(biāo)主要為“水質(zhì)”和“水質(zhì)評(píng)價(jià)”，治理方法主要為“吸附”。

3.2 研究前沿

可利用CiteSpace軟件繪制時(shí)間軸知識(shí)圖譜，分析某領(lǐng)域的前沿與發(fā)展趨勢(shì)，為科研工作者提供最新的研究動(dòng)態(tài)與方向（趙晶晶等，2019）。鑒于此，利用CiteSpace軟件調(diào)整“Graph Views”為“Timeline View”，生成北運(yùn)河流域水環(huán)境研究的時(shí)間軸知識(shí)圖譜，如圖4所示。并在此基礎(chǔ)上，使用“Brustness”功能繪制北運(yùn)河流域水環(huán)境研究的關(guān)鍵詞突顯圖，如圖5所示。

時(shí)間軸譜圖中的 Modularity Q和 Mean Silhouette代表該圖的模塊值和平均輪廓值，可反應(yīng)聚類邊界清晰度和聚類規(guī)模（曹文杰等，2019）。其中，模塊值高達(dá)0.7545，表明北運(yùn)河流域水環(huán)境各研究主題間界限清晰，領(lǐng)域分化鮮明；同時(shí)，平均輪廓值也較高為0.5785，因?yàn)閷?duì)于北運(yùn)河流域水環(huán)境研究角度較少，研究方式相對(duì)單一，從而導(dǎo)致小聚類較少。

結(jié)合共現(xiàn)時(shí)間軸譜圖和突顯圖進(jìn)行分析，2000年以來，北運(yùn)河流域水環(huán)境研究關(guān)鍵詞主要集中在“浮游植物”、“水質(zhì)評(píng)價(jià)”、“水污染”、“氨氮”和“北運(yùn)河”等方面。其中“水質(zhì)評(píng)價(jià)”的突顯性最高，“氨氮”、“水環(huán)境”等次之。進(jìn)一步研讀相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，北運(yùn)河流域水環(huán)境情況不容樂觀，水質(zhì)質(zhì)量在中-重污染之間，特別在春、冬兩季，污染更為嚴(yán)重，以氨氮、COD和糞源微生物為主（楊振東等，2012；劉燦均等，2019；李學(xué)軍等，2014；楊柳等，2015；徐袈檬等，2019；譚送琴等，2019；郭婧等，2019；張家銘，2019）。可以預(yù)見，未來北運(yùn)河流域水環(huán)境研究將會(huì)基于多種水質(zhì)評(píng)價(jià)方法得出的水質(zhì)變化規(guī)律和污染物的來源與特征，進(jìn)行有針對(duì)性的治理研究，以改善目前惡劣的水質(zhì)情況。

表1 2000—2019年北運(yùn)河流域水環(huán)境研究高被引論文統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Statistical results of highly cited papers of the water environment in Beiyunhe River Basin from 2000 to 2019

表2 2000—2019年北運(yùn)河流域水環(huán)境研究被引頻次前10論文Table 2 Top 10 cited papers on water environment research in Beiyunhe River Basin from 2000 to 2019

圖3 北運(yùn)河流域水環(huán)境研究的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖Fig.3 Co-occurrence of keywords in researching on the water environment of Beiyunhe River Basin

圖4 北運(yùn)河流域水環(huán)境研究的關(guān)鍵詞共現(xiàn)時(shí)間軸譜圖Fig.4 Co-occurrence timeline of keywords in researching on the water environment of Beiyunhe River Basin quality

圖5 北運(yùn)河流域水環(huán)境研究的關(guān)鍵詞突顯譜圖Fig.5 The burst keywords in researching on the water environment of Beiyunhe River Basin quality

4 結(jié)論

本研究利用 CiteSpace可視化軟件，檢索CNKI中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫中北運(yùn)河流域水環(huán)境研究文獻(xiàn)為樣本，梳理了其研究現(xiàn)狀與發(fā)展階段，歸納了研究熱點(diǎn)與前沿，得到如下結(jié)論：

（1）從發(fā)展歷程分析，北運(yùn)河流域研究分為初期萌芽階段、中期井噴階段和后期穩(wěn)定階段。階段不同研究的重點(diǎn)也不盡相同，但整體呈現(xiàn)研究深入化與多樣化的趨勢(shì)。

（2）從高發(fā)文作者和機(jī)構(gòu)分析，高發(fā)文量的作者為：魏源送、王亞煒、劉靜、王曉燕和張育新等；高發(fā)文量的機(jī)構(gòu)為：中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、北京市北運(yùn)河管理處、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)和首都師范大學(xué)等，推動(dòng)了北運(yùn)河流域水環(huán)境研究的深入開展。

（3）從高被引文獻(xiàn)分析，資源類型主要為期刊；來源類型多元，沒有突出來源；高被引論文的前三甲作者分別為魏源送、王亞煒與王曉燕。

（4）北運(yùn)河流域水環(huán)境研究范圍主要為“北運(yùn)河”和“溫榆河”，研究對(duì)象主要為“地表水”、“地下水”和“再生水”，研究指標(biāo)主要為“水質(zhì)”和“水質(zhì)評(píng)價(jià)”，治理方法主要為“吸附”。

（5）北運(yùn)河流域水環(huán)境各研究主題間界限清晰，領(lǐng)域分化鮮明，研究角度較少，研究方式相對(duì)單一?！八|(zhì)評(píng)價(jià)”的突顯性最高，“氨氮”、“水環(huán)境”等次之，未來北運(yùn)河流域水環(huán)境研究將會(huì)基于多種水質(zhì)評(píng)價(jià)方法得出的水質(zhì)變化規(guī)律和污染物的來源與特征，進(jìn)行有針對(duì)性的治理研究，以改善目前惡劣的水質(zhì)情況。