基于Citespace的國內城市水體修復研究綜述

劉雋彥，楊小波

(海南大學 林學院，海南 ?？?570228)

1 引言

隨著經濟的飛速發(fā)展，城市人口不斷增長，造成城市水體受到不同程度的污染，這不僅會破壞城市人居環(huán)境的和諧，損壞水體生態(tài)系統(tǒng)，還會直接影響區(qū)域內居民身心健康和經濟社會的可持續(xù)發(fā)展[1～3]。所以，城市水體污染問題已經成為當前我國亟待解決的環(huán)境問題之一，而進行水體修復是這一問題的主要應對策略。水體修復是指通過人工干預的方式，采用物理、化學和生物修復技術，令城市水體恢復到原有的生態(tài)功能的過程，而不是依賴于水生生態(tài)系統(tǒng)自身的適應能力和調節(jié)能力來調節(jié)和凈化水體[4]。20世紀60年代，生態(tài)工程的理念開始在歐美出現(xiàn)，1965年德國的Ernst Bittmann在萊茵河用蘆葦和柳樹進行生態(tài)護岸試驗[5]，可以看作是最早的河流生態(tài)修復實踐[6]。

近年來，我國學者在城市河流或湖泊等水體修復領域也做了大量研究，如蘇媛[7]等對美人蕉、水菖蒲、西伯利亞鳶尾等浮床植物進行水體凈化率對比實驗，認為前兩者凈化效率因不同水體而異，而西伯利亞鳶尾不適宜作為浮床植物。杜聰[8]等采用復合微生物菌劑對城市黑臭河道進行不同濃度梯度實驗，得出在一定濃度范圍內，投放菌劑明顯改善河道水質，同時也有助于恢復生物多樣性。王熙[9]等通過對污染水體中投放過氧化鈣的實驗，認為在一定范圍內向水體中投放過氧化鈣可以有效抑制嗅味物質和氮磷的釋放，但基本都是對于某一特定方向的研究總結，沒有進行過整體性的分析。周飛祥[10]通過人工浮島，復氧技術，水生動植物的凈化作用，有效治理了河南省鶴壁市的嚴重黑臭水體現(xiàn)象。黃伯平[11]等通過曝氣造流、設置生物膜自凈設備等技術，有效修復了南京市江心洲河道的水質污染與生態(tài)破壞問題。上述提出的技術手段均在不同領域充實了水體修復方面的理論，也提高了相關實踐的工作效率。為了更好地了解我國近20年在這方面的工作取得成績和存在的問題，本文利用Citespace可視化分析軟件對2000～2020年間的相關文獻進行分析，分析城市水體修復的研究現(xiàn)狀和未來熱點，明確這一領域的演化路徑和發(fā)展趨勢。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

以“城市+水體+修復”3個詞匯為主題詞，將檢索時間設置2000～2020年，在CNKI數(shù)據(jù)庫得到988篇期刊論文，經過整理，剔除無效數(shù)據(jù)后，得到有效文獻944篇。

2.2 研究方法

自2003年陳超美教授開發(fā)Citespace后，此軟件已經成為近年來最具有代表性的信息可視化軟件之一，通過展現(xiàn)知識領域的交叉關系，突出某一研究領域的研究熱點及研究趨勢，在以總結現(xiàn)有文獻材料的基礎上，強化相關領域的文獻數(shù)據(jù)的可視化，從而預見該領域未來趨勢[12]。本文通過Excel軟件和Citespace文獻計量工具，繪制城市水體修復主題相關文獻中發(fā)文量分析圖、高頻關鍵詞共現(xiàn)圖、高頻關鍵詞聚類圖、機構合作網絡圖譜、作者合作網絡圖譜、高頻關鍵詞時區(qū)分布圖，梳理出近20年來該領域的研究現(xiàn)狀，展望未來的研究熱點方向，以期為后續(xù)相關研究提供一定參考。

3 研究現(xiàn)狀分析

3.1 發(fā)文量時間分析

圖1顯示，基于2000～2020年城市水體污染修復方面的發(fā)文量曲線，我國學術界關于城市水體污染修復的研究總體呈現(xiàn)上升趨勢。研究總體分為3個階段：在2000～2004年期間，2001年開始有相關文獻出現(xiàn)，但發(fā)文量僅為個位數(shù)且增長緩慢，主要原因在于相關研究處于起步階段，所受關注度不高；在2005～2015年期間，因為多種治理城市水體的技術開始出現(xiàn)，2005年較前一年發(fā)文量急劇增長，但這一期間內總體發(fā)文量增勢不明顯；在2016～2020年間，發(fā)文量總體呈現(xiàn)顯著攀升趨勢。這一趨勢主要因為前期我國處于城市建設和水體規(guī)劃快速發(fā)展階段，設計中對于水體污染的問題未有諸多關注，但隨著2015年“水十條”[13]的發(fā)布，以及城市發(fā)展過程中水體污染問題的逐漸暴露，這一領域的研究也隨之增加。

圖1 發(fā)文量隨時間變化

3.2 關鍵詞分析

3.2.1 高頻關鍵詞及聚類分析

對文獻關鍵詞進行知識圖譜繪制(圖2)，該領域熱點關鍵詞為“生態(tài)修復”“黑臭水體”“城市河道”“水環(huán)境”“富營養(yǎng)化”“修復”“海綿城市”“治理”“城市”“生物修復”“治理技術”等等。這些關鍵詞可以分為三類，第一類為城市水體污染修復的相關理念如“生態(tài)修復”“海綿城市”等，第二類為城市水體污染修復的對象及主要問題如“黑臭水體”“城市河道”“水環(huán)境”“富營養(yǎng)化”等等，第三類為城市水體污染修復技術如“治理技術”“生物修復”“人工濕地”等等。同時“生物修復”“黑臭水體”和“治理技術”作為出現(xiàn)頻率最高的3個關鍵詞中心性為0.51、0.19、0,11(表1)，可以推斷這三個關鍵詞是城市水體修復的研究重點與中心。基于圖2(b)所示，經關鍵詞聚類分析共生成10個聚類，因為標簽序號根據(jù)每個標簽內所包含的關鍵詞數(shù)量排序，標簽內所含的關鍵詞數(shù)量越多，標簽號越小[14]，所以其中“#0生態(tài)修復”是聚類規(guī)模最大的標簽。

表1 高頻關鍵詞分析

圖2 高頻關鍵詞共現(xiàn)圖譜和聚類分析圖譜

3.2.2 關鍵詞時區(qū)分布分析

由圖3可得前期該領域研究對象主要為“城市內河”以及“污染”現(xiàn)象，主要修復措施為“生物修復”。隨著研究對象擴大為“城市河道”與“城市水環(huán)境”，以及較為普遍的“富營養(yǎng)化”等問題的出現(xiàn)，“生態(tài)修復”理念開始產生，“河道整治”“水體修復”開始逐漸進入科研工作者視野。隨后“城市湖泊”也成為該領域研究對象之一，“水生植物”的栽植成為“修復技術”的重點。2015年后，“黑臭水體”成為該領域的研究熱點，“海綿城市”“城市雙修”等理念的提出使城市水體的“綜合治理”成為城市水體污染修復的主要方法，“控源截污”也作為水體修復技術開始出現(xiàn)?？傊诔鞘兴w污染修復領域，研究對象由單一水體逐漸擴大為城市整體水體系統(tǒng)，而水體污染修復技術以生物修復為主流，隨著主要問題的不同而逐漸豐富。生態(tài)修復是貫穿始終的主題，在研究過程中不斷發(fā)散出新的研究熱點。

3.3 相關學科與機構分析

基于中國知網檢索得出的學科分布圖，該領域研究的相關學科主要有環(huán)境科學與資源利用、建筑科學與工程、水利水電工程、生物學、宏觀經濟管理與可持續(xù)發(fā)展、農業(yè)工程、資源科學、園藝等等。說明城市水體修復是一個多學科交叉的領域，且研究領域涉及的學科范圍廣泛。同時可以發(fā)現(xiàn)，對城市水體修復的研究主要集中于環(huán)境科學與資源利用，文獻數(shù)大約占總文獻70%，表明這個學科的學者比較關注城市水體修復相關研究與發(fā)展。

由圖4可知，圖譜主要連線整體性較弱，整體呈現(xiàn)大分散小聚集趨勢，機構之間合作并不頻繁，但同時也有少數(shù)在同一地域間機構合作的出現(xiàn)。發(fā)文量排名前三的機構為中國環(huán)境科學研究院流域水環(huán)境污染綜合治理研究中心，杭州市市區(qū)河道監(jiān)管中心與中國市政工程華北設計研究總院有限公司。其中中國環(huán)境科學研究院流域水環(huán)境污染綜合治理研究中心主要研究中國各城市的黑臭水體綜合治理[15～22]，杭州市市區(qū)河道監(jiān)管中心主要研究方向為城市河道修復[23～27]，中國市政工程華北設計研究總院有限公司主要研究城市黑臭水體治理及水體規(guī)劃設計相關[28～33]。

圖3 高頻關鍵詞時區(qū)分布

圖4 機構合作網絡圖譜

4 討論與結論

從以上分析發(fā)現(xiàn)，近20年來，我國學術界對于城市水體污染修復的研究關注度總體呈上升趨勢，尤其是2015年之后，隨著“水十條”的發(fā)布，這一領域相關文獻數(shù)量飛速增長。而且特別關注水體環(huán)境的河道水體生態(tài)修復和一些相對靜態(tài)的湖泊“黑臭水體”的治理和凈化，取得的成績較為顯著。但也存在一些問題有待進一步完善。城市水體修復是一個多學科交叉的領域，需要多學科合作。但是，在近20年里，70%左右的文獻主要集中于環(huán)境科學與資源利用這一學科，且表現(xiàn)出跨單位合作較少的現(xiàn)象，缺乏適當?shù)膶W術交流。隨著社會經濟的快速發(fā)展與城市現(xiàn)代化建設的推進，城市居民對于城市人居環(huán)境和生態(tài)文明建設也提出了更高的要求，以下幾個方向可能成為未來研究熱點。

4.1 修復理念的綜合應用研究

“生態(tài)修復”“城市雙修”“海綿城市”等都是近年來城市水體修復領域的關鍵詞，生態(tài)修復作為城市水體污染修復的主題在近20年間關注度一直較高，特別是城市河道的生態(tài)修復已經取得了長足的發(fā)展，但隨著“城市雙修”“海綿城市”等理念的出現(xiàn)，未來有望結合城市水體污染與城市洪水內澇問題，連通活化河、湖水系，地表水與地下水系等方面進行城市河湖的綜合整治，通過“雨污分流”實現(xiàn)城市健康水環(huán)境的構建[34]。利用生物修復等方式恢復城市水體生態(tài)系統(tǒng)，構建包括城市河流，湖泊(水庫)，城市地下水的城市水網系統(tǒng)，實現(xiàn)城市多種水體的綜合治理，同時充分發(fā)揮城市河湖及排澇設施的效力建設新型海綿城市[35]。

4.2 多種水體修復聯(lián)合技術的研發(fā)及多學科多專業(yè)聯(lián)合攻關

由于城市水體污染源的復雜性，單一的修復技術對于水體修復效果具有一定的局限性。目前的水體修復技術分為物理修復、化學修復、生物修復三類，并開始有三者結合的很好的案例，未來物理修復、化學修復、生物修復相結合綜合開展水體生態(tài)系統(tǒng)的安全會逐年增加，多學科、多單位聯(lián)合攻關，以期達到全面持久的修復效果。如將底泥疏浚這一物理修復技術與人工濕地，生態(tài)浮床等生物修復技術結合[36]，建立完整的生態(tài)自凈系統(tǒng)，體現(xiàn)了城市水體修復的復雜性及多學科合作的重要。同時近年來微生物菌劑修復技術在水體修復領域中得到越來越多的研究和應用，這一技術的成功離不開包括環(huán)境生態(tài)學、水文水力學、分子生物學、植物學和材料學等多學科間的共同合作，由此可見多學科多專業(yè)合作在城市水體修復領域顯得尤其重要[37]。