基于文獻(xiàn)計量的微生物協(xié)同ZVI/nZVI的研究進(jìn)展

張晨燕

關(guān)鍵詞：零價鐵（ZVI）；納米零價鐵（nZVI）；文獻(xiàn)計量分析；微生物協(xié)同

零價鐵（Zero-Valent Iron，ZVI）作為一種豐富而廉價的水處理試劑，可以有效凈化水體中的污染物[1]。納米零價鐵（nano-Zero-Valent Iron，nZVI）是指粒徑為1～100 nm的零價鐵顆粒[2]，由于比表面積大、反應(yīng)活性強[3]，可以很好地修復(fù)受到重金屬離子及有機污染的水體，得到水處理領(lǐng)域研究人員的重視，發(fā)展前景廣闊[4]。隨著微生物技術(shù)的發(fā)展，過去10年，零價鐵與微生物耦合在廢水處理中的新應(yīng)用被開發(fā)出來，以高效去除廢水中的各種污染物[5]。在生物反應(yīng)器中，ZVI的存在可以刺激微生物的進(jìn)化并增加其多樣性，進(jìn)而提升生物降解的效果[6]。ZVI、微生物和污染物之間有良好的相互協(xié)同作用和反應(yīng)，但目前很少有綜述通過系統(tǒng)地收集和分析文獻(xiàn)計量數(shù)據(jù)來關(guān)注ZVI/nZVI研究的全球發(fā)展情況，ZVI/nZVI與微生物協(xié)同作用的發(fā)展趨勢、研究重點和未來前沿仍不明確。本研究旨在利用文獻(xiàn)計量分析軟件COOC9.93和CiteSpace5.7.R1對1999—2023年ZVI/nZVI的現(xiàn)有發(fā)文量情況、期刊出版物、跨學(xué)科研究領(lǐng)域和研究前沿進(jìn)行全面的文獻(xiàn)計量分析。該研究闡明了ZVI/nZVI協(xié)同微生物的研究進(jìn)展，確定了ZVI/nZVI協(xié)同生物修復(fù)領(lǐng)域的潛在研究方向。

1 研究方法

要想正確把握某一學(xué)術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和動向，最有效的方法是分析和研究該領(lǐng)域的代表性期刊，即核心期刊[7]。文中所用數(shù)據(jù)主要源于中國知網(wǎng)（CNKI）和Webof Science（WOS）核心合集數(shù)據(jù)庫。通過中國知網(wǎng)檢索中文文獻(xiàn)，以（（（（ AB=（“nZVI” OR “NZVI” OR “零價鐵”O(jiān)R “納米零價鐵” OR “mZVI”）） AND （（ AB=（“微生物”O(jiān)R “菌”））））進(jìn)行檢索，文獻(xiàn)類型選擇檢索學(xué)術(shù)期刊和學(xué)位論文，期刊庫不限，共檢索到有效中文核心文獻(xiàn)140篇。外文文獻(xiàn)選擇檢索Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫，檢索式為（（（（AB=（“nZVI” OR “NZVI” OR “nanoiron” OR “nanoiron” OR “nano-iron” OR “nano scale zero valent iron” OR“ZVI” OR “nanoscale iron particles” OR “zero-valent iron”O(jiān)R “nanoscale iron” OR “mZVI”）） AND AB=（“biology”O(jiān)R “creature” OR “microorganis*” OR “germ” OR“microb*” OR “bacteri*”）））），檢索時間段不限，文章類型不限，共檢索到文獻(xiàn)803篇；時間跨度為1999年1月1日至2023年2月1日（搜索時間為2023年2月1日），文件類型為“文章”。由于檢索結(jié)果中存在重復(fù)下載、出現(xiàn)關(guān)鍵詞的同義重復(fù)以及無意義詞的問題，通過Data數(shù)據(jù)園10.1、WOS英文文獻(xiàn)計量趨勢變化挖掘2.0和Co-Occurrence9.93（COOC9.93）[8]等軟件，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密的篩選去重和合并處理等，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 結(jié)果與討論

2.1 發(fā)文量年際變化

發(fā)文量是科學(xué)界對某一領(lǐng)域關(guān)注程度的總體表征，可以在一定程度上反映該領(lǐng)域的發(fā)展速度和歷程[9]。因為2023年僅有兩個月的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，所以選取1999—2022年的發(fā)文量進(jìn)行統(tǒng)計分析。在此期間，有關(guān)納米零價鐵協(xié)同微生物的中英文研究文獻(xiàn)整體呈穩(wěn)定增長趨勢，且年均增長量分別為1.08篇和9.62篇，可見，英文文獻(xiàn)的發(fā)文數(shù)量顯著多于中文文獻(xiàn)。另外，1999—2005年，國內(nèi)外累計發(fā)文量偏少（年均增長量為0.30篇），屬于萌芽期；2006—2013年，國內(nèi)外累計發(fā)文量呈緩慢增長趨勢（年均增長量為2.70篇），屬于發(fā)展期；2014—2022年，國內(nèi)外累計發(fā)文量呈陡增趨勢（年均增長量為11.00篇），屬于爆發(fā)期。

2.2 期刊文獻(xiàn)及來源區(qū)域分布

結(jié)合期刊的學(xué)科類別，研究人員可根據(jù)研究方向選擇重點期刊進(jìn)行投稿和閱讀。對131篇中文文獻(xiàn)進(jìn)行提取篩選，共36篇發(fā)表于期刊，其余95篇為碩博論文。期刊文獻(xiàn)中，環(huán)境科學(xué)發(fā)表次數(shù)最多，為5篇；環(huán)境工程學(xué)報發(fā)表4篇，居第二；生態(tài)毒理學(xué)報發(fā)表3篇，居第三。分析WOS核心數(shù)據(jù)庫中的801篇文獻(xiàn)，刊登相關(guān)文章最多的3個期刊分別是Journal of Hazardous Materials（69篇）、Science of theTotal Environment（64篇）、Chemosphere（57篇）。從WOS檢索的英文核心文獻(xiàn)來看，中國在納米零價鐵協(xié)同微生物領(lǐng)域的研究中貢獻(xiàn)值最大，占總發(fā)文量的56.62%，其次是美國（15.78%）。除此之外，韓國、捷克、澳大利亞、西班牙、加拿大、英國、印度、日本等國家也均有較高的發(fā)文量。

2.3 研究熱點趨勢分析

1999—2023年，ZVI/nZVI協(xié)同微生物研究相關(guān)關(guān)鍵詞有614個，其中，217個關(guān)鍵詞只出現(xiàn)了一次，99個關(guān)鍵詞出現(xiàn)10次以上。在關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜中，與ZVI共現(xiàn)次數(shù)最多的是甲烷生產(chǎn)、厭氧消化、脫氯；與nZVI共現(xiàn)次數(shù)最多的是微生物群落、修復(fù)、生物毒性、生物炭。關(guān)鍵詞的時間演進(jìn)圖譜將其分為9種聚類，用0～8標(biāo)記，分別為“大腸埃希菌”“甲烷生產(chǎn)”“豬糞”“111-三氯乙烷”“氫”“飲用水”“廢鐵金屬”“自養(yǎng)反硝化作用”和“三氯乙烯”。

關(guān)鍵詞的引文暴增反映了過去24年的引文情況，并預(yù)測了新的前沿話題，從1999—2023年引用率最高的30個關(guān)鍵詞來看，零價鐵的研究分為3個階段：1999—2008年，處于早期的基礎(chǔ)研究階段，脫氯作用、長期性能、四氯化碳的爆發(fā)是最突出的3種，強度分別為12.450 0、7.535 8和7.233 2；滲透性反應(yīng)屏障、氫、脫鹵作用、脫氯作用突現(xiàn)強度高且持續(xù)時間久是零價鐵協(xié)同微生物領(lǐng)域的研究熱點。2009—2014年，突變強度最高的是還原脫氯（6.781 3）、大腸埃希菌（6.120 2）、粒子（5.800 9），這段時間是改性納米零價鐵研究的興起階段，零價鐵協(xié)同微生物相關(guān)領(lǐng)域重點關(guān)注塑料工業(yè)原料氯乙烯和三氯乙烯的生物降解途徑、嘗試不同種屬微生物的馴化改良來實現(xiàn)綠色降解污染物。2014—2023年，生物毒性的爆發(fā)最為突出，強度為7.102 9。這個時期注重微生物的活性、種間電子轉(zhuǎn)移、微生物還原、甲烷生成、多溴二苯醚等方面，研究更傾向于細(xì)胞分子層次的機理、零價鐵在應(yīng)用過程中引起的水和土壤環(huán)境問題，如何有效降低零價鐵對微生物的毒性，同時發(fā)揮微生物和零價鐵最大協(xié)同效應(yīng)的創(chuàng)新可能是未來的研究方向。

3 結(jié)論

通過對1999—2023年微生物協(xié)同ZVI /nZVI的相關(guān)領(lǐng)域研究進(jìn)行了全面分析，基于中國知網(wǎng)和Web ofScienc e核心合集數(shù)據(jù)庫的文獻(xiàn)，使用COOC9.93和CiteSpace5.7.R1，通過文獻(xiàn)計量學(xué)方法分析了24年的研究成果。微生物協(xié)同ZVI/nZVI相關(guān)領(lǐng)域的文獻(xiàn)分為3個時期：1999—2005年為萌芽期，年均增長量為0.30篇；2009—2015年為發(fā)展期，年均增長量為2.70篇；2014—2022年為爆發(fā)期，年均增長量為11.00篇。從WOS的英文核心文獻(xiàn)檢索結(jié)果來看，中國在ZVI/nZVI協(xié)同微生物領(lǐng)域研究中的貢獻(xiàn)值最大，占總發(fā)文量的56.62%，其次是美國（15.78%）?？窍嚓P(guān)論文數(shù)量最多的期刊是Journal ofHazardous Materials（69篇）。關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析表明，細(xì)胞分子層次的機理研究以及如何有效降低零價鐵對微生物的毒性，同時發(fā)揮微生物和零價鐵最大協(xié)同效應(yīng)的創(chuàng)新可能是未來的研究方向。通過全面總結(jié)ZVI/nZVI在微生物修復(fù)方面的研究，以期幫助其他學(xué)者理解當(dāng)前的研究方向并作為關(guān)注熱點趨勢的指南。