基于文獻計量的重金屬鎘污染土壤修復技術研究分析

杜安倩 范玉超 劉明雨 劉顯芬 趙廣泓

摘 要：近年來，隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對土壤利用強度的需求越來越大，導致土壤問題越來越嚴重。目前，有關土壤重金屬污染治理技術的研究報道較多，而對該領域的熱門方向、未來趨勢等的關注則較少。該研究利用CNKI中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)檢索方法對土壤重金屬鎘污染修復進行了計量學分析，明確了該領域的熱點方向和趨勢，以期為后續(xù)學者進行深入研究提供參考。

關鍵詞：土壤重金屬鎘污染修復;計量學分析;CNKI中國知網(wǎng)庫

中圖分類號 X53 文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）15-0150-05

A Review of Remediation Techniques for Cadmium Contaminated Soils Based on Bibliometrics

DU Anqian et al.

（School of Earth and Environment， Anhui University of Science and Technology Co.，Ltd.， Huainan 232000， China）

Abstract： In recent years， with the rapid development of China′s social economy， people′s demand for soil use intensity is increasing， resulting in more and more serious soil problems. At present， there are many reports on soil heavy metal pollution control technology， but less attention is paid to the hot direction and future trend in this field. Therefore， in this paper， CNKI data retrieval method was used to conduct metrological analysis on remediation of heavy metal cadmium pollution in soil， and the hot direction and trend in this field were obtained， which will be beneficial for further research by subsequent scholars.

Key words： Remediation of heavy metal cadmium pollution in soil; Econometric analysis; CNKI database

1 土壤重金屬鎘污染

土壤是指地球陸地表面具有肥力、能夠生長綠色植物的疏松表層，其厚度一般在2m左右。土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必要條件，是人類的衣食之源，是人類生存之本。土壤環(huán)境質量是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎，與微生物、植物、動物及人類健康息息相關。近些年來，隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對土壤利用強度的需求越來越大，但由于人們對土壤資源保護的認識不足，缺乏投入和研究，由此引起土壤問題越來越嚴重，造成嚴重的土壤污染。目前，我國耕地土壤污染點位超標率平均為21.49%，其中輕度、中度、重度污染點位比例分別為13.97%、2.50%和5.02%。重金屬污染物以Cd、Ni、Cu、Zn和Hg為主，污染比重分別為17.39%、8.41%、4.04%、2.84%和2.56%[1]。由此可見，Cd已經(jīng)成為土壤農(nóng)田重金屬污染的重要組成部分之一。

土壤鎘污染主要通過大氣、水體、食物鏈等方式影響人體健康。土壤中重金屬含量過多，可使土壤結構和功能發(fā)生改變，進而影響農(nóng)作物的生長，同時在農(nóng)作物中富集，通過食物鏈進入人體內。鎘進入人體以后，會隨著血液的循環(huán)進入人體各個部位，因而其損害是全身性的。研究顯示，生活在鎘污染區(qū)域的人群，其亞健康和慢性病發(fā)病率明顯高于非感染區(qū)域的人群，其差異非常顯著。這一結果說明鎘污染會嚴重影響到居民身體健康，歷史上著名的鎘污染引發(fā)的人體病變有日本的“痛痛病”等[2]。因此，土壤重金屬鎘污染修復迫在眉睫。

目前，有關土壤重金屬污染治理技術的研究報道較多，而對已有研究涉及的土壤重金屬污染修復領域的熱點趨勢、研究方向的變化等計量分析則較少，缺少從研究領域、研究方向、熱點趨勢等角度分析預測未來該領域的研究或技術創(chuàng)新的文獻[3]。為此，本研究利用CNKI中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)高級檢索方法對土壤重金屬鎘污染修復進行整理分析，明確該領域熱點方向和趨勢，以期為后續(xù)學者進行深入研究提供參考。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源 本研究的中文文獻均來源于CNKI中國知網(wǎng)，為保證最終結果的準確性，在數(shù)據(jù)總數(shù)中排除學位論文、會議報告等。采用數(shù)據(jù)高級檢索的方法，以（（全文=（土壤鎘污染）并且（全文=（修復））在2000—2020年進行檢索，通過篩選和去除，最終留下720篇文獻，并以此為樣本進行后續(xù)分析。

2.2 研究方法 利用Excel軟件對中文文獻檢索結果進行處理，并結合中國知網(wǎng)引文數(shù)據(jù)庫分析相關文獻的不同參數(shù)，作為后續(xù)研究對象。其中，文獻總被引入次數(shù)可以表明公眾對該文獻的關注度，其引用次數(shù)越多，關注度越高，說明文獻越重要[3]。本研究主要從發(fā)表年度趨勢、主要主題分布、研究期刊、學科分布分析、研究機構等方面進行分析，對2000—2020年期間我國土壤重金屬鎘污染修復技術發(fā)表文獻進行統(tǒng)計，從而把握我國土壤重金屬鎘污染的發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀。

3 結果與分析

3.1 文獻發(fā)表年度量及趨勢 文獻計量學方法是對文獻和文獻工作進行定量的方法，其基礎在“量”，所以必須進行一系列的統(tǒng)計工作以獲得必要的數(shù)據(jù)，可以通過數(shù)據(jù)分析從中找出變化規(guī)律，進而預測未來的發(fā)展趨勢[4-6]。文獻發(fā)表總體趨勢如圖1所示。從圖1可以看出，國內關于土壤重金屬鎘污染研究從2000年開始，發(fā)表了第一篇相關文獻。從整體來看，國內文獻發(fā)文量總體呈上升趨勢。2000—2004年，相關論文發(fā)布量較少，為低發(fā)期，發(fā)文量緩慢上升，該階段我國關于土壤重金屬鎘污染的研究仍處在起步階段;2005—2013年，相關論文發(fā)布量相較于前幾年有所上升，表明人們已經(jīng)逐漸開始重視土壤重金屬鎘污染問題，但研究仍停留在表面;2015—2020年間為論文高發(fā)期，發(fā)布量快速增加，對該方面的研究越來越深入。從2016年起，國家發(fā)布《土壤污染防治行動計劃》（簡稱“土十條”）后，公眾對土壤鎘污染的關注越來越大，論文年發(fā)表量于2020年達到106篇。由此可以看出，目標論文的數(shù)量正在大幅度逐年增加，說明國內對土壤鎘污染逐漸重視且取得較好的研究成果。同時也可以看出，關于土壤重金屬鎘污染修復研究方向逐漸成為熱門領域。

3.2 主題分布 從圖2可以看出，對“土壤重金屬鎘污染”進行主要主題檢索后，其文章發(fā)布量主要主題以“鎘”“鎘污染土壤”為主，所含關鍵詞相關論文的發(fā)布量達149篇;同時，“鎘污染”“修復技術”也位于前列。通過對“土壤重金屬鎘污染”進行次要主題檢索后，經(jīng)Excel整理分析，如圖3所示，主題位于第一的為“植物修復”，相關論文數(shù)為111篇，為土壤重金屬鎘修復領域中最熱門的修復方法。從圖3還可以看出，主題位于前列的大部分為生物修復方面，如相關文獻數(shù)為27的“生物修復”、21的“植物修復技術”、19的“生物炭”等，表明當前我國土壤重金屬修復的熱門方向向“生物修復”靠攏，逐漸符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想。

3.3 國內研究期刊 對文獻期刊來源進行分析，可以為快速查找該領域的研究文獻提供依據(jù)[7]。由表1可知，發(fā)表數(shù)排前4位的為《環(huán)境科學》《土壤學報》《生態(tài)學報》《植物營養(yǎng)與肥料學報》，分別占26.67%、8.89%、6.67%、6.67%，其中《環(huán)境科學》《土壤學報》占比相差較大，合計占比35.56%，其他期刊發(fā)表相關文章數(shù)較平均?！董h(huán)境科學與技術》中土壤重金屬研究進展等均篇被引次數(shù)較多，高達11704次，可以看出，《環(huán)境科學與技術》在該領域中有一定的影響力和較高的影響水平。

3.4 研究機構和研究作者 對研究機構和研究作者進行分析，將土壤鎘重金屬污染修復作者發(fā)文量進行排序，得到發(fā)文章數(shù)前10的作者及其所屬機構，如表2所示。從表2可以看出，中國農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所中的徐應明發(fā)文量最多，為16篇，位于土壤鎘污染修復領域頂端，其文章被引次數(shù)也為最多，達556次。

3.4.1 文獻互引網(wǎng)絡 本研究利用知網(wǎng)計量學分析技術對對發(fā)文量最多的20名作者進行了文獻互引網(wǎng)絡分析，分析結果如圖4、5所示。從圖4、5可以看出，其文獻互引及引用相同文獻較多，其中，引用最多的文獻為2000年出版的《土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法》，被引次數(shù)高達18369次。

3.4.2 關鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡 本研究對發(fā)文量最多的20名作者進行了關鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡分析，如圖6所示。從圖6可以看出，關鍵詞包括“鈍化修復”“重金屬污染”等，其中“鈍化修復”的出現(xiàn)次數(shù)最多為9次?？梢?，對于土壤鎘污染修復領域，“鈍化修復”位于主要研究學者關注的熱門方向之一。

3.4.3 研究機構合作發(fā)布 本研究對土壤重金屬鎘污染修復領域的文章進行了相關分析和整理，結果如圖7所示。從圖7可以看出，我國土壤鎘污染修復領域相關文獻發(fā)表量位于前8位的分別為湖南農(nóng)業(yè)大學、中國農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所、中國科學院南京土壤研究所、中國科學院大學、桂林理工大學、中南大學、西北農(nóng)林科技大學。其中，湖南農(nóng)業(yè)大學發(fā)表的文章最多，達23篇，為國內土壤鎘污染修復領域方面發(fā)文量最多的機構。同時，對我國土壤鎘污染修復領域相關文獻發(fā)表量位于前8位的機構進行作者合作網(wǎng)絡分析，結果如圖8所示。從合作結構上來看，各機構之間無合作關系節(jié)點，暫無相關合作，而同一機構內部合作較為緊密，呈“整體分散、局部集中”趨勢（見圖8）。

3.5 各項技術統(tǒng)計和分析 本研究對我國土壤重金屬鎘污染修復技術進行了統(tǒng)計和分析，結果如圖9所示。從圖9可以看出，關于鎘治理的物理修復、化學修復、生物修復等方法發(fā)文量在2000—2020年間都有穩(wěn)步提升，并于2015—2020年間，3種技術方法發(fā)文量接近持平。其中，物理修復技術在2000—2010年間基本未出現(xiàn)相關文獻，而在2011年之后有了顯著提升，在2015—2020年間數(shù)量達到33篇，表明物理修復方法從2011年后逐漸被人們所關注。從發(fā)文量總數(shù)分析，與其他2項技術相比，生物修復技術的發(fā)文量從2000年開始便位于首位，在2015—2020年間發(fā)文量達到64篇，且正在不斷升高，從而證明在土壤重金屬鎘污染修復治理領域生物修復技術應用較多。

對物理修復技術檢索結果中進一步進行關鍵詞篩選，其結果如圖10、11、12所示。其中，物理修復技術方法位于前列的有“聯(lián)合修復”“復合修復”“電動修復”“生物炭”“富集植物”“淋洗法”等;化學修復和生物修復進一步檢索后排在前列的關鍵詞為“生物炭”“富集植物”“淋洗法”等。突現(xiàn)的關鍵詞反映該研究領域的熱點和前沿[8]，證明“生物炭”“富集植物”“淋洗法”等修復技術為我國內土壤重金屬鎘污染修復領域的熱點方法。

（1）熱點詞——生物炭。生物炭、活性炭等是一類高度穩(wěn)定的炭質有機物呈堿性且具有大量微小孔隙，同時具有大量的表面負電荷、高的電荷密度以及較大的比表面積，其表面含有豐富的含氧官能團（羧基、酚羥基、羰基、內脂基）的物質，可以吸附重金屬。同時，施入土壤中的鈍化劑可以通過吸附、沉淀、絡合、離子交換和氧化還原等一系列過程，促使可交換態(tài)重金屬轉化為有機物結合態(tài)和殘渣態(tài)，從而降低其生物有效性[9]。生物炭在治理土壤重金屬時治理效果好，且不會產(chǎn)生二次污染，為土壤問題治理提高了新的思路。

（2）熱點詞——富集植物。在土壤重金屬鎘污染修復領域中，富集植物最早出現(xiàn)于2001年中國科學院南京土壤研究所蔣先軍等發(fā)表的《鎘污染土壤的植物修復及其EDTA調控研究 I.鎘對富集植物印度芥菜的毒性》。植物修復技術是采用超積累植物來吸收、富集、分解土壤中的重金屬污染物，是一種原位修復方案[10-11]。相較于傳統(tǒng)的治理修復方法，植物修復具有成本低廉、簡單高效、可修復性大、美化環(huán)境、無污染等優(yōu)點[12]。

（3）熱點詞——淋洗法。在眾多技術之中，化學淋洗法實施周期短、效率高，較具有應用前景。該法利用化學淋洗液把土壤中的重金屬轉移到淋洗液中，再將富含重金屬的淋洗液進一步回收處理，從而達到修復土壤的目的[13]。

3.6 未來發(fā)展預測 加強土壤污染防治，全面開展凈土保衛(wèi)戰(zhàn)，保障農(nóng)產(chǎn)品質量與生態(tài)環(huán)境安全，已成為當前推動我國生態(tài)文明建設與鄉(xiāng)村振興發(fā)展的根本要求[14]。而從上文分析和發(fā)文量來看，未來幾年主導土壤重金屬鎘修復領域的技術方法仍為物理修復技術、化學修復技術、生物修復技術。且從數(shù)據(jù)上來看，3種修復技術方法發(fā)文量接近持平。

物理修復技術包括換土/客土法、電動力修復法、熱脫附法等，是指利用污染物與土壤顆粒之間、不同土壤顆粒之間物理特性的不同，采用不同的處理方法以實現(xiàn)污染物從污染土壤中的分離與去除。其處理效率高，去除工藝簡單，費用低，但是選擇性較差，部分技術仍處在實驗階段，因而今后應加強研究，不再只停留在表層，將實踐與理論相結合。

化學修復技術是利用加入土壤中的化學修復劑與污染物發(fā)生一定的化學反應，使污染物被降解和毒性被去除或降低的修復技術。在改良劑添加時，雖然技術簡單、取材容易、適應性極強，但是在使用過程中仍然存在一定的不足，如費用過高，處理不當會產(chǎn)生二次污染等[15]。

生物修復技術包含植物修復、動物修復及微生物修復等技術。植物修復屬于綠色修復方法，其應用過程不會二次污染生態(tài)環(huán)境[16]。但其應用周期長，對環(huán)境的要求較高。

我國土壤重金屬鎘污染修復研究經(jīng)過多年的研究和探索，已經(jīng)取得了一定成果，但由于土壤重金屬污染問題具有區(qū)域差異性、累積危害性、治理難度大等特點[16]，其治理存在技術實施困難、處理效率不高、恢復污染可能性大等問題。因此，未來應加強土壤重金屬鎘污染修復技術的研究力度，使土壤環(huán)境問題得到盡快解決和改善。

4 結論

（1）從整體上來看，我國關于土壤重金屬鎘污染修復領域的文獻發(fā)文量呈上升趨勢。2000—2004年，相關論文的發(fā)布量較少，為低發(fā)期，發(fā)文量緩慢上升，該階段我國關于土壤重金屬鎘污染的研究還在起步階段;2005—2013年，相關論文的發(fā)布量相較于前幾年有所上升，表明人們已經(jīng)逐漸開始重視土壤重金屬鎘污染問題，但研究仍停留在表面;2015—2020年間為高發(fā)期，論文的發(fā)布量快速增加，對該方面的研究越來越深入。

（2）文獻期刊發(fā)文數(shù)排前2位的為《環(huán)境科學》《土壤學報》，占為35.56%;其中，《環(huán)境科學》的文章被引次數(shù)最多，說明《環(huán)境科學》在土壤重金屬鎘污染修復領域具有一定的權威性和影響力。

（3）我國關于鎘治理的物理修復、化學修復、生物修復等方法的發(fā)文量在2000—2020年間都有穩(wěn)步提升，且3種技術的研究的治理于2015—2020年間的發(fā)文量接近持平。其中，生物修復的發(fā)文量總數(shù)比物理修復和化學修復的發(fā)文量總數(shù)高。從發(fā)展趨勢上來看，生物修復在未來仍是最熱門的方向。

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（責編：張宏民）