劉雋彥，楊小波

(海南大學(xué) 林學(xué)院，海南 海口 570228)

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)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(huì)破壞城市人居環(huán)境的和諧，損壞水體生態(tài)系統(tǒng)，還會(huì)直接影響區(qū)域內(nèi)居民身心健康和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[1～3]。所以，城市水體污染問題已經(jīng)成為當(dāng)前我國亟待解決的環(huán)境問題之一，而進(jìn)行水體修復(fù)是這一問題的主要應(yīng)對策略。水體修復(fù)是指通過人工干預(yù)的方式，采用物理、化學(xué)和生物修復(fù)技術(shù)，令城市水體恢復(fù)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(yīng)能力和調(diào)節(jié)能力來調(diào)節(jié)和凈化水體[4]。20世紀(jì)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(jìn)行生態(tài)護(hù)岸試驗(yàn)[5]，可以看作是最早的河流生態(tài)修復(fù)實(shí)踐[6]。

近年來，我國學(xué)者在城市河流或湖泊等水體修復(fù)領(lǐng)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(jìn)行水體凈化率對比實(shí)驗(yàn)，認(rèn)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(fù)合微生物菌劑對城市黑臭河道進(jìn)行不同濃度梯度實(shí)驗(yàn)，得出在一定濃度范圍內(nèi)，投放菌劑明顯改善河道水質(zhì)，同時(shí)也有助于恢復(fù)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(shí)驗(yàn)，認(rèn)為在一定范圍內(nèi)向水體中投放過氧化鈣可以有效抑制嗅味物質(zhì)和氮磷的釋放，但基本都是對于某一特定方向的研究總結(jié)，沒有進(jìn)行過整體性的分析。周飛祥[10]通過人工浮島，復(fù)氧技術(shù)，水生動(dòng)植物的凈化作用，有效治理了河南省鶴壁市的嚴(yán)重黑臭水體現(xiàn)象。黃伯平[11]等通過曝氣造流、設(shè)置生物膜自凈設(shè)備等技術(shù)，有效修復(fù)了南京市江心洲河道的水質(zhì)污染與生態(tài)破壞問題。上述提出的技術(shù)手段均在不同領(lǐng)域充實(shí)了水體修復(fù)方面的理論，也提高了相關(guān)實(shí)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(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析，分析城市水體修復(fù)的研究現(xiàn)狀和未來熱點(diǎn)，明確這一領(lǐng)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(fù)”3個(gè)詞匯為主題詞，將檢索時(shí)間設(shè)置2000～2020年，在CNKI數(shù)據(jù)庫得到988篇期刊論文，經(jīng)過整理，剔除無效數(shù)據(jù)后，得到有效文獻(xiàn)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(jīng)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(lǐng)域的交叉關(guān)系，突出某一研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)及研究趨勢，在以總結(jié)現(xiàn)有文獻(xiàn)材料的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化相關(guān)領(lǐng)域的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，從而預(yù)見該領(lǐng)域未來趨勢[12]。本文通過Excel軟件和Citespace文獻(xiàn)計(jì)量工具，繪制城市水體修復(fù)主題相關(guān)文獻(xiàn)中發(fā)文量分析圖、高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖、高頻關(guān)鍵詞聚類圖、機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖譜、作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜、高頻關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)分布圖，梳理出近20年來該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，展望未來的研究熱點(diǎn)方向，以期為后續(xù)相關(guān)研究提供一定參考。

3 研究現(xiàn)狀分析

3.1 發(fā)文量時(shí)間分析

圖1顯示，基于2000～2020年城市水體污染修復(fù)方面的發(fā)文量曲線，我國學(xué)術(shù)界關(guān)于城市水體污染修復(fù)的研究總體呈現(xiàn)上升趨勢。研究總體分為3個(gè)階段：在2000～2004年期間，2001年開始有相關(guān)文獻(xiàn)出現(xiàn)，但發(fā)文量僅為個(gè)位數(shù)且增長緩慢，主要原因在于相關(guān)研究處于起步階段，所受關(guān)注度不高；在2005～2015年期間，因?yàn)槎喾N治理城市水體的技術(shù)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(nèi)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?yàn)榍捌谖覈幱诔鞘薪ㄔO(shè)和水體規(guī)劃快速發(fā)展階段，設(shè)計(jì)中對于水體污染的問題未有諸多關(guān)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(lǐng)域的研究也隨之增加。

圖1 發(fā)文量隨時(shí)間變化

3.2 關(guān)鍵詞分析

3.2.1 高頻關(guān)鍵詞及聚類分析

對文獻(xiàn)關(guān)鍵詞進(jìn)行知識圖譜繪制(圖2)，該領(lǐng)域熱點(diǎn)關(guān)鍵詞為“生態(tài)修復(fù)”“黑臭水體”“城市河道”“水環(huán)境”“富營養(yǎng)化”“修復(fù)”“海綿城市”“治理”“城市”“生物修復(fù)”“治理技術(shù)”等等。這些關(guān)鍵詞可以分為三類，第一類為城市水體污染修復(fù)的相關(guān)理念如“生態(tài)修復(fù)”“海綿城市”等，第二類為城市水體污染修復(fù)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(fù)技術(shù)如“治理技術(shù)”“生物修復(fù)”“人工濕地”等等。同時(shí)“生物修復(fù)”“黑臭水體”和“治理技術(shù)”作為出現(xiàn)頻率最高的3個(gè)關(guān)鍵詞中心性為0.51、0.19、0,11(表1)，可以推斷這三個(gè)關(guān)鍵詞是城市水體修復(fù)的研究重點(diǎn)與中心。基于圖2(b)所示，經(jīng)關(guān)鍵詞聚類分析共生成10個(gè)聚類，因?yàn)闃?biāo)簽序號根據(jù)每個(gè)標(biāo)簽內(nèi)所包含的關(guān)鍵詞數(shù)量排序，標(biāo)簽內(nèi)所含的關(guān)鍵詞數(shù)量越多，標(biāo)簽號越小[14]，所以其中“#0生態(tài)修復(fù)”是聚類規(guī)模最大的標(biāo)簽。

表1 高頻關(guān)鍵詞分析

圖2 高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜和聚類分析圖譜

3.2.2 關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)分布分析

由圖3可得前期該領(lǐng)域研究對象主要為“城市內(nèi)河”以及“污染”現(xiàn)象，主要修復(fù)措施為“生物修復(fù)”。隨著研究對象擴(kuò)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(fù)”理念開始產(chǎn)生，“河道整治”“水體修復(fù)”開始逐漸進(jìn)入科研工作者視野。隨后“城市湖泊”也成為該領(lǐng)域研究對象之一，“水生植物”的栽植成為“修復(fù)技術(shù)”的重點(diǎn)。2015年后，“黑臭水體”成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，“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(fù)的主要方法，“控源截污”也作為水體修復(fù)技術(shù)開始出現(xiàn)?？傊?，在城市水體污染修復(fù)領(lǐng)域，研究對象由單一水體逐漸擴(kuò)大為城市整體水體系統(tǒng)，而水體污染修復(fù)技術(shù)以生物修復(fù)為主流，隨著主要問題的不同而逐漸豐富。生態(tài)修復(fù)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(diǎn)。

3.3 相關(guān)學(xué)科與機(jī)構(gòu)分析

基于中國知網(wǎng)檢索得出的學(xué)科分布圖，該領(lǐng)域研究的相關(guān)學(xué)科主要有環(huán)境科學(xué)與資源利用、建筑科學(xué)與工程、水利水電工程、生物學(xué)、宏觀經(jīng)濟(jì)管理與可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)業(yè)工程、資源科學(xué)、園藝等等。說明城市水體修復(fù)是一個(gè)多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，且研究領(lǐng)域涉及的學(xué)科范圍廣泛。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，對城市水體修復(fù)的研究主要集中于環(huán)境科學(xué)與資源利用，文獻(xiàn)數(shù)大約占總文獻(xiàn)70%，表明這個(gè)學(xué)科的學(xué)者比較關(guān)注城市水體修復(fù)相關(guān)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(jī)構(gòu)之間合作并不頻繁，但同時(shí)也有少數(shù)在同一地域間機(jī)構(gòu)合作的出現(xiàn)。發(fā)文量排名前三的機(jī)構(gòu)為中國環(huán)境科學(xué)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(shè)計(jì)研究總院有限公司。其中中國環(huán)境科學(xué)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?yàn)槌鞘泻拥佬迯?fù)[23～27]，中國市政工程華北設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)相關(guān)[28～33]。

圖3 高頻關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)分布

圖4 機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖譜

4 討論與結(jié)論

從以上分析發(fā)現(xiàn)，近20年來，我國學(xué)術(shù)界對于城市水體污染修復(fù)的研究關(guān)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(lǐng)域相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量飛速增長。而且特別關(guān)注水體環(huán)境的河道水體生態(tài)修復(fù)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(jìn)一步完善。城市水體修復(fù)是一個(gè)多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，需要多學(xué)科合作。但是，在近20年里，70%左右的文獻(xiàn)主要集中于環(huán)境科學(xué)與資源利用這一學(xué)科，且表現(xiàn)出跨單位合作較少的現(xiàn)象，缺乏適當(dāng)?shù)膶W(xué)術(shù)交流。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與城市現(xiàn)代化建設(shè)的推進(jìn)，城市居民對于城市人居環(huán)境和生態(tài)文明建設(shè)也提出了更高的要求，以下幾個(gè)方向可能成為未來研究熱點(diǎn)。

4.1 修復(fù)理念的綜合應(yīng)用研究

“生態(tài)修復(fù)”“城市雙修”“海綿城市”等都是近年來城市水體修復(fù)領(lǐng)域的關(guān)鍵詞，生態(tài)修復(fù)作為城市水體污染修復(fù)的主題在近20年間關(guān)注度一直較高，特別是城市河道的生態(tài)修復(fù)已經(jīng)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(jié)合城市水體污染與城市洪水內(nèi)澇問題，連通活化河、湖水系，地表水與地下水系等方面進(jìn)行城市河湖的綜合整治，通過“雨污分流”實(shí)現(xiàn)城市健康水環(huán)境的構(gòu)建[34]。利用生物修復(fù)等方式恢復(fù)城市水體生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)建包括城市河流，湖泊(水庫)，城市地下水的城市水網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城市多種水體的綜合治理，同時(shí)充分發(fā)揮城市河湖及排澇設(shè)施的效力建設(shè)新型海綿城市[35]。

4.2 多種水體修復(fù)聯(lián)合技術(shù)的研發(fā)及多學(xué)科多專業(yè)聯(lián)合攻關(guān)

由于城市水體污染源的復(fù)雜性，單一的修復(fù)技術(shù)對于水體修復(fù)效果具有一定的局限性。目前的水體修復(fù)技術(shù)分為物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)三類，并開始有三者結(jié)合的很好的案例，未來物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)相結(jié)合綜合開展水體生態(tài)系統(tǒng)的安全會(huì)逐年增加，多學(xué)科、多單位聯(lián)合攻關(guān)，以期達(dá)到全面持久的修復(fù)效果。如將底泥疏浚這一物理修復(fù)技術(shù)與人工濕地，生態(tài)浮床等生物修復(fù)技術(shù)結(jié)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(fù)的復(fù)雜性及多學(xué)科合作的重要。同時(shí)近年來微生物菌劑修復(fù)技術(shù)在水體修復(fù)領(lǐng)域中得到越來越多的研究和應(yīng)用，這一技術(shù)的成功離不開包括環(huán)境生態(tài)學(xué)、水文水力學(xué)、分子生物學(xué)、植物學(xué)和材料學(xué)等多學(xué)科間的共同合作，由此可見多學(xué)科多專業(yè)合作在城市水體修復(fù)領(lǐng)域顯得尤其重要[37]。