大棚土壤重金屬污染研究的文獻(xiàn)計量分析

劉進(jìn) 林榕婷 張之鈺 靳少非

摘要：以Web of Science數(shù)據(jù)庫的文獻(xiàn)資料為數(shù)據(jù)源，利用CiteSpace文獻(xiàn)計量工具對1998—2018年大棚土壤重金屬污染研究領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計分析，繪制知識圖譜，以此探討該領(lǐng)域研究熱點及未來發(fā)展態(tài)勢。結(jié)果表明，大棚土壤重金屬污染研究文獻(xiàn)數(shù)量呈快速增長態(tài)勢，發(fā)文量較多的國家多為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國;通過高頻關(guān)鍵詞及論文被引頻次分析可知，重金屬累積特征、生物有效性、對植物的影響效應(yīng)以及土壤修復(fù)技術(shù)等為當(dāng)前該領(lǐng)域研究熱點問題;我國在大棚土壤重金屬污染研究領(lǐng)域有著較強(qiáng)的國際學(xué)術(shù)影響力，但值得注意的是，國外學(xué)者在國際交流合作方面相比我國科研工作者要更為頻繁，國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)之間的交流合作有待加強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：溫室大棚;土壤;重金屬;文獻(xiàn)計量分析;知識圖譜

近年來我國設(shè)施農(nóng)業(yè)得到迅猛發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計，2010年我國的設(shè)施蔬菜種植面積既已達(dá)到466.7萬hm2，且每年以10%的速度快速增加[1]。溫室大棚是最為常見的一種設(shè)施農(nóng)業(yè)，通過人工調(diào)控棚內(nèi)小氣候，延長作物生長時間，提高土地利用率和作物產(chǎn)量。而與此同時，大棚農(nóng)業(yè)高投入、高產(chǎn)出、高度集約化的生產(chǎn)方式，使得土壤環(huán)境快速惡化，造成有機(jī)化合物及重金屬等污染物的大量累積[2，3]。有研究顯示，隨著大棚栽培年限的延長，大棚土壤重金屬含量呈持續(xù)增加趨勢[4-6]，尤其是棚齡在5年以上的大棚土壤，重金屬含量要顯著高于田間菜地[4]。如果不對土壤重金屬加以控制，重金屬污染程度將持續(xù)加重，勢必會對土壤生產(chǎn)能力產(chǎn)生負(fù)面影響，降低作物產(chǎn)量，威脅農(nóng)產(chǎn)品食品安全和人類健康[7]。因此，加強(qiáng)大棚土壤重金屬污染研究，成為大棚農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)的一項重要而艱巨的科學(xué)任務(wù)之一。

國外在大棚土壤重金屬污染研究起步較早，發(fā)表了大量研究論文，隨之，我國有關(guān)專家學(xué)者在該領(lǐng)域也開始涉足，并有大量文獻(xiàn)報道，如關(guān)于大棚土壤重金屬遷移、形態(tài)變化及作物累積等[5，8-14]。如何把握當(dāng)前大棚土壤重金屬污染研究的熱點問題，以及未來該領(lǐng)域研究的發(fā)展方向，需要通過文獻(xiàn)計量方法從宏觀上對其進(jìn)行分析。本文基于美國科學(xué)信息研究所（Institute for Scientific Information，ISI） Web of Science（WOS） 數(shù)據(jù)庫的文獻(xiàn)資料，采用文獻(xiàn)計量方法，對1998—2018年的大棚土壤重金屬研究文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)分析，揭示該領(lǐng)域研究的熱點問題及未來發(fā)展動態(tài)，以期為今后的相關(guān)研究提供借鑒。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究外文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)樣本選取自美國科學(xué)信息研究所（Institute for Scientific Information，ISI） Web of Science（WOS） 數(shù)據(jù)庫中Web of ScienceTM核心合集，檢索“主題”=（greenhouse）?AND（soil heavy metal*） AND“文獻(xiàn)類型”=“article”，檢索時間設(shè)置為1998—2018年，共得檢索結(jié)果1061 條。

1.2 分析方法

利用CiteSpace（5.4.R4）軟件分析了1998—2018年發(fā)表的有關(guān)大棚土壤重金屬污染研究工作進(jìn)展情況，包括發(fā)文時間、發(fā)文國家、發(fā)文機(jī)構(gòu)、文獻(xiàn)被引頻次、載文期刊、關(guān)鍵詞、作者群體等方面，繪制知識圖譜，實現(xiàn)文獻(xiàn)計量結(jié)果的可視化。

2 結(jié)果分析

2.1 發(fā)文量的時間分析

將檢索所得文獻(xiàn)數(shù)量按出版年份進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得到1998—2018年大棚土壤重金屬污染研究發(fā)文量曲線圖（圖1）。1998—2018年該研究領(lǐng)域發(fā)文量總體呈上升態(tài)勢，個別年份發(fā)文量有小幅波動，2003、2009年出現(xiàn)了兩個小高峰，2018年該領(lǐng)域研究論文大幅增加，從2017年的99篇增加到2018年的135篇。

2.2發(fā)文國家分析

大棚土壤重金屬污染研究領(lǐng)域發(fā)文量排名前10的國家分別為：中國、美國、巴西、西班牙、德國、意大利、伊朗、印度、巴基斯坦、土耳其。排名前10的國家發(fā)文量888篇，占總發(fā)文量1061篇的83.7%。中國發(fā)文量272篇，占總發(fā)文量25.6%，表明我國在該領(lǐng)域做了大量研究。美國作為世界科技強(qiáng)國，發(fā)文量143篇，占總發(fā)文量13.5%，表明其在該研究領(lǐng)域也投入足夠的重視。另外，希臘、法國、加拿大、澳大利亞等國在該研究領(lǐng)域也發(fā)表大量文獻(xiàn)。

利用CiteSpace對大棚土壤重金屬污染研究領(lǐng)域發(fā)文國家進(jìn)行分析，繪制知識圖譜。圖譜網(wǎng)絡(luò)共有44個節(jié)點，173條連線，網(wǎng)絡(luò)密度為0.1829，表明該領(lǐng)域研究的國際交流合作較為頻繁，但有一點值得注意，雖然我國發(fā)文量近美國兩倍，但圖譜中心性最高的是美國的0.31，我國為0.21，甚至低于西班牙的0.26，表明我國科研工作者在國際合作及學(xué)術(shù)交流方面相對于國外學(xué)者稍有欠缺。

2.3 發(fā)文機(jī)構(gòu)分析

發(fā)文量排名前10的機(jī)構(gòu)如表1所列，中國科研機(jī)構(gòu)占其中5個，10個機(jī)構(gòu)總發(fā)文量283篇，中國科研機(jī)構(gòu)發(fā)文182篇，占比達(dá)64.3%，表明中國研究機(jī)構(gòu)在大棚土壤重金屬研究領(lǐng)域投入足夠的重視并取得了豐碩的成果。巴西、美國均占前10位機(jī)構(gòu)中的2個，表明巴西作為農(nóng)業(yè)大國，在該領(lǐng)域研究方面也給與足夠重視，而美國作為世界科技強(qiáng)國，在該研究領(lǐng)域也作出了巨大貢獻(xiàn)?？傮w而言，該研究領(lǐng)域發(fā)文量較多的機(jī)構(gòu)大多集中于農(nóng)業(yè)大國，而歐美（除美國外）一些發(fā)達(dá)國家在該領(lǐng)域發(fā)文較少，表明社會需求是推動該領(lǐng)域研究發(fā)展的重要動力。

2.4 關(guān)鍵詞分析

大棚土壤重金屬污染研究高頻關(guān)鍵詞圖譜共有283個節(jié)點，2364條連線，網(wǎng)絡(luò)密度為0.0592（圖2），節(jié)點越大表明該關(guān)鍵詞在文獻(xiàn)中出現(xiàn)頻率越高。Heavy metal是圖譜中最大節(jié)點，與此相關(guān)的其它重要節(jié)點包括cadmium、plant、accumulation、phytoremediation、zinc、soil、contaminated soil、growth、copper、sewage sludge、bioavailability、toxicity、Cd、lead、Zn、Pb等?？芍寥梨k、鉛、銅、鋅污染是該領(lǐng)域研究的主要內(nèi)容，重金屬累積特征、生物有效性及其對植物的影響效應(yīng)研究亦為當(dāng)前該領(lǐng)域研究的熱點問題，而在重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)研究方面，植物修復(fù)是研究的重要方向。

3 結(jié)論與展望

3.1 大棚土壤重金屬污染研究發(fā)展態(tài)勢

1998—2018年大棚土壤重金屬污染研究領(lǐng)域發(fā)文量總體呈快速增長態(tài)勢，表明大棚土壤重金屬污染研究越來越得到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注，特別是一些世界農(nóng)業(yè)大國，在該研究領(lǐng)域投入足夠的重視，并做出了巨大貢獻(xiàn)。

我國科研工作者在該研究領(lǐng)域做出了突出貢獻(xiàn)，在文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量以及文獻(xiàn)被引方面，都表現(xiàn)出較強(qiáng)的國際學(xué)術(shù)影響力。但值得注意的是，國外學(xué)者在國際交流合作方面相比我國科研工作者要更為頻繁，國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)之間的交流合作也有待加強(qiáng)。

3.2 大棚土壤重金屬污染研究熱點問題

關(guān)鍵詞是文章主題的高度概括和提煉，代表文章的核心觀點，通過對關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次的分析，可以發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域最新的研究熱點，結(jié)合高被引頻次論文分析，有助于挖掘相關(guān)研究領(lǐng)域的熱點問題。

3.2.1 大棚土壤重金屬累積特征研究

關(guān)于農(nóng)業(yè)土壤重金屬累積特征及污染修復(fù)已做了大量研究，并取得了較好的效果，以往研究多集中于礦區(qū)及普通農(nóng)田系統(tǒng)，而針對溫室大棚農(nóng)業(yè)土壤重金屬研究還相對較少。有研究表明，雖然設(shè)施土壤未出現(xiàn)重金屬大范圍超標(biāo)現(xiàn)象，但與人類活動影響較小的林地相比，重金屬逐年累積現(xiàn)象較為明顯。隨著人們對農(nóng)產(chǎn)品食品安全問題投入更多的關(guān)切，亦有學(xué)者開始涉足設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤重金屬累積特征方面研究，但總體而言，對設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤—植物系統(tǒng)中重金屬累積規(guī)律及其潛在機(jī)制關(guān)注較少。同時，不同土壤類型、種植模式、環(huán)境條件對重金屬污染及修復(fù)技術(shù)的響應(yīng)機(jī)理也都有較大差別，鑒于此，大棚土壤重金屬累積特征、賦存形態(tài)變化、遷移轉(zhuǎn)化，特別是污染機(jī)制方面的研究不失為當(dāng)前乃至今后該領(lǐng)域的熱點問題。

3.2.2 土壤重金屬的生物有效性及其對植物的毒害效應(yīng)研究

植物對土壤重金屬的吸收和富集效應(yīng)是近年來國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點，土壤重金屬累積超過某一臨界值時，會對植物生長發(fā)育產(chǎn)生很強(qiáng)的毒害效應(yīng)，通常認(rèn)為土壤重金屬總量是進(jìn)行土壤污染評價的重要指標(biāo)，長期以來，對土壤重金屬研究多局限于重金屬的累積情況。然而土壤重金屬元素并非全部能被植物所吸收利用，重金屬的不同化學(xué)形態(tài)對其毒害性、環(huán)境行為及生物效應(yīng)有重要影響，重金屬總量往往無法確切表征其生物有效性，有效態(tài)含量及生物可利用性才是評價土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險的有效指標(biāo)。同時，不同植物類型對重金屬脅迫的響應(yīng)機(jī)制及富集效應(yīng)也都存在較大差異。因此，當(dāng)前對于土壤重金屬環(huán)境效應(yīng)的研究，已由重金屬總量研究向生物有效性及生物可利用性轉(zhuǎn)變。已有相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者致力于重金屬生物可利用性和生物有效性分析方法研究，并將其應(yīng)用到土壤重金屬的風(fēng)險評估。

3.2.3 大棚土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究

國內(nèi)外學(xué)者對重金屬污染土壤的修復(fù)已開展了大量研究，目前廣泛運用的修復(fù)措施包括工程修復(fù)、物理化學(xué)修復(fù)以及生物修復(fù)等，各種修復(fù)方法都各有利弊，且大多針對田間條件進(jìn)行。植物修復(fù)技術(shù)是通過培育種植某些對重金屬耐受性比較強(qiáng)的植物，對土壤中的重金屬進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)化、穩(wěn)定或降解等，從而去除或降低土壤重金屬含量，降低其毒害效應(yīng)。植物修復(fù)技術(shù)成本低廉，且不會造成二次污染，能夠?qū)⒅亟饘購耐寥乐刑崛〕鰜恚瑢崿F(xiàn)清除污染物與生態(tài)修復(fù)的目的。近年來，大棚土壤重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)是該領(lǐng)域研究的主流技術(shù)，業(yè)已成為當(dāng)前研究的熱點問題。

但不可否認(rèn)，雖然在大棚土壤重金屬污染的植物修復(fù)方面已做大量研究，但在實際應(yīng)用中，有諸多局限，如植物修復(fù)所需時間較長，植物對生長環(huán)境及重金屬類型有較強(qiáng)的選擇性，大多數(shù)植物只能處理少數(shù)幾種重金屬類型，且多數(shù)可供選擇的超富集植物均生長緩慢，生物量少，修復(fù)效果一般。因此，尋找一種能夠適應(yīng)在溫室大棚封閉和半封閉環(huán)境下，且長期適用的經(jīng)濟(jì)有效修復(fù)措施是未來該領(lǐng)域研究的重要方向。同時應(yīng)加強(qiáng)其修復(fù)機(jī)理的研究，構(gòu)建大棚農(nóng)業(yè)水肥一體化技術(shù)，通過調(diào)控水肥條件抑制重金屬污染，建立適用于大棚環(huán)境的土壤重金屬污染綜合修復(fù)技術(shù)體系。

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作者簡介：

劉進(jìn)（1983-），男，福建福州人，講師，研究方向：農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)

深圳市朗誠科技股份有限公司，廣東 深圳 518029）

基金項目：閩江學(xué)院校長基金（103952019116），福建省自然科學(xué)基金面上項目（2019J01768）

閩江學(xué)院 地理科學(xué)系 福建福州 350108