李中浤， 張列宇， 許秋瑾， 李國文， 李曹樂， 黎佳茜， 李曉光， 陳素華

1.南昌航空大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院2.國家環(huán)境保護(hù)地下水污染過程模擬與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 中國環(huán)境科學(xué)研究院3.環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 中國環(huán)境科學(xué)研究院

病毒是一類由一個(gè)核酸分子(DNA或RNA)和蛋白質(zhì)組成的有機(jī)物種，是世界上數(shù)量最多的生物，病毒可以利用宿主細(xì)胞進(jìn)行自我復(fù)制[1]。病毒從臨床病人或其他宿主(動(dòng)物、植物)進(jìn)入環(huán)境，雖然不會(huì)在宿主以外的環(huán)境中進(jìn)行復(fù)制，但容易進(jìn)入易感宿主[2]。如人腸道致病性病毒可通過感染者排泄廢物進(jìn)入水環(huán)境中，其在水環(huán)境中很容易傳播，且易吸附在水中的沉積物中被水生生物吸收[3]，并通過糞—口傳播，再次回到人體中，導(dǎo)致疾病爆發(fā)。受病毒污染的食物也可能導(dǎo)致疾病爆發(fā)[4]。病毒在物體表面、糞便、尿液、水、氣溶膠中能存活數(shù)小時(shí)甚至數(shù)十天[5]。21世紀(jì)初以來，動(dòng)物和人類流動(dòng)性極速增加，加劇了呼吸道和腸道病毒的傳播，也加快了病毒在環(huán)境中傳播的速度。病毒的傳播不僅取決于其與宿主的相互作用，還取決于其與宿主外部環(huán)境的相互作用[6]。病毒與環(huán)境介質(zhì)之間存在復(fù)雜的交互作用關(guān)系，環(huán)境介質(zhì)既是病毒傳播的重要載體，又是疫情防控產(chǎn)生次生環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)損傷的主要受體，目前在氣溶膠[7]、城市廢水[8]、土壤[9]、地下水[10]和海水[11]等環(huán)境介質(zhì)中均檢測(cè)出多種與人類密切相關(guān)的病毒，嚴(yán)重威脅到人類健康。已有文獻(xiàn)研究了環(huán)境參數(shù)(如溫度、濕度、陽光/輻射和污染)對(duì)空氣傳播[12]、介水傳播[13]的傳染性生物體(病毒、細(xì)菌和真菌)生存的影響。目前，環(huán)境領(lǐng)域病毒相關(guān)的研究報(bào)道較多，但鮮有從研究方向、研究領(lǐng)域和研究熱點(diǎn)等角度對(duì)已有文獻(xiàn)進(jìn)行量化分析的報(bào)道，隨著環(huán)境領(lǐng)域病毒研究的論文數(shù)量逐年增加，有必要采用文獻(xiàn)計(jì)量的方法對(duì)已有研究進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，系統(tǒng)地揭示環(huán)境領(lǐng)域病毒研究的現(xiàn)狀、研究熱點(diǎn)及趨勢(shì)。

文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)是基于文獻(xiàn)學(xué)、信息科學(xué)、數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的多學(xué)科交叉學(xué)科[14]。文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)通過對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的定量統(tǒng)計(jì)分析，識(shí)別文獻(xiàn)發(fā)表的地域分布特征，如出版物、研究人員和研究機(jī)構(gòu)的地域分布特征，為研究者提供一個(gè)全面的學(xué)科發(fā)展全景和可能的發(fā)展趨勢(shì)[15]。筆者基于Web of ScienceTM核心合集數(shù)據(jù)庫(WoS)，利用HistCite Pro軟件和VOSviewer軟件，對(duì)2000—2020年發(fā)表的環(huán)境領(lǐng)域病毒研究文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量分析，以期為更好地了解環(huán)境領(lǐng)域病毒研究的研究進(jìn)展和未來研究方向提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

在Web of ScienceTM核心合集數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索，該數(shù)據(jù)庫收錄了全世界最重要和最有影響力的研究文獻(xiàn)，是公認(rèn)的世界上最重要的文獻(xiàn)檢索平臺(tái)[16]。檢索時(shí)間段為2000年1月1日—2020年12月31日，檢索時(shí)間為2021年2月14日，檢索內(nèi)容：主題=(virus*)，文獻(xiàn)類型=article，Web of Science類別為Engineering Environmental或Environmental Sciences或Water Resources或Soil Sciences或Meteorology Atmospheric Sciences。在Web of ScienceTM核心合集數(shù)據(jù)庫中檢索到發(fā)表于2000—2020年的環(huán)境工程領(lǐng)域病毒研究文獻(xiàn) 5 481 篇，經(jīng)過人工篩選，去除不相關(guān)和相關(guān)性較小的文獻(xiàn)，共獲得 3 389 篇文獻(xiàn)。

1.2 研究方法

運(yùn)用Excel 2016、HistCite Pro、VOSviewer軟件，系統(tǒng)分析2000—2020年Web of ScienceTM核心合集數(shù)據(jù)庫中收錄的關(guān)于環(huán)境領(lǐng)域病毒研究工作的進(jìn)展情況，從發(fā)文量、發(fā)文國家/地區(qū)、發(fā)文機(jī)構(gòu)、載文期刊、作者群體、高被引文獻(xiàn)及關(guān)鍵詞等方面進(jìn)行計(jì)量分析[17-18]。本地引用次數(shù)(local citation score，LCS)表示某篇文獻(xiàn)在當(dāng)前數(shù)據(jù)集中被引用的次數(shù)，本地總引用次數(shù)(total local citation score，TLCS)表示某篇文獻(xiàn)被導(dǎo)入到HistCite Pro軟件中進(jìn)行分析的所有文獻(xiàn)所引用的次數(shù)，總引用次數(shù)(total global citation score，TGCS)表示某篇文獻(xiàn)被Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫中的文獻(xiàn)所引用的次數(shù)，這3項(xiàng)指標(biāo)是HistCite Pro軟件中重要的參數(shù)，可幫助學(xué)者快速定位相關(guān)研究領(lǐng)域的重要作者、重要期刊和重要機(jī)構(gòu)等。相比而言，TLCS相較TGCS更重要，TLCS高的文獻(xiàn)一般是有重要的新發(fā)現(xiàn)或新解釋，極有可能是領(lǐng)域內(nèi)的開創(chuàng)性文章。

采用HistCite Pro軟件、VOSviewer軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，將導(dǎo)入的文獻(xiàn)中具有相同或相近含義的詞或詞組統(tǒng)一合并成為1個(gè)關(guān)鍵詞，如virus代表viruses等，waste water代表waste waters、waste-water、wastewater等，drinking water代表drinking-water等，norovirus代表noroviruses、norowalk virus和norwalk virus等。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文量

發(fā)文量可以直接反映環(huán)境領(lǐng)域病毒研究的活躍程度。2000—2020年環(huán)境領(lǐng)域病毒研究的發(fā)文量如圖1所示。由圖1可知，2000—2020年環(huán)境領(lǐng)域病毒研究的發(fā)文量總體呈增加趨勢(shì)，從2000年的43篇增至2020年的402篇。其中，2000—2019年發(fā)文量以10篇/a的速度增長(zhǎng)，2020年發(fā)文量出現(xiàn)較大增長(zhǎng)，相較2019年增加了147篇，遠(yuǎn)超2000—2020年的平均增長(zhǎng)速度，這可能與2019年底發(fā)生的新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)有關(guān)。

圖1 2000—2020年環(huán)境領(lǐng)域病毒研究發(fā)文量Fig.1 Number of published papers of virus research in the environmental field from 2000 to 2020

自2009年以來，共計(jì)發(fā)生6次國際關(guān)注的公共衛(wèi)生緊急事件，分別是2009年的H1N1流感大流行、2014年的脊髓灰質(zhì)炎疫情、2014年的西非埃博拉疫情、2015—2016年的寨卡病毒疫情、2018—2019年的剛果埃博拉疫情及2019年底發(fā)生的新型冠狀病毒肺炎。公共衛(wèi)生緊急事件推動(dòng)了環(huán)境領(lǐng)域病毒研究的進(jìn)展，學(xué)者開始更多地關(guān)注病毒在氣溶膠、水等介質(zhì)中的傳播性及其在環(huán)境中的生存能力，以及病毒與環(huán)境介質(zhì)之間交互作用的機(jī)理。

2.2 發(fā)文國家

2000—2020年發(fā)文量排名前10的國家如表1所示。由表1可知，美國的發(fā)文量位居榜首，達(dá) 1 207 篇，遠(yuǎn)超其他國家，且篇均被引頻次也高于其他國家，達(dá)到25.81，說明美國在該領(lǐng)域有很強(qiáng)的影響力。中國發(fā)文量位居第二，達(dá)338篇，但篇均被引頻次僅高于10個(gè)國家中的巴西，說明論文影響力有待進(jìn)一步提升。除美國和中國外，發(fā)文量排名前10的國家發(fā)文量均為100多篇。

表1 2000—2020年環(huán)境領(lǐng)域病毒研究發(fā)文量排名前10的國家Table 1 Top10 countries in volume of publications on virus research in the environmental field in 2000-2020

注： 圖中圓圈和標(biāo)簽的大小代表發(fā)文量，連線代表合作情況，連線越粗說明合作越緊密。圖2 2000—2020年各國在環(huán)境領(lǐng)域病毒研究的合作關(guān)系Fig.2 Cooperation among countries in virus research in the environmental field in 2000-2020

基于VOSviewer可視化分析軟件統(tǒng)計(jì)結(jié)果，2000—2020年中國及世界各國之間環(huán)境領(lǐng)域病毒研究的合作關(guān)系如圖2所示。

由圖2可知，各國家間合作密切，共同致力于環(huán)境領(lǐng)域病毒研究，其中與中國合作密切的國家主要為美國、日本和加拿大等。

2.3 研究機(jī)構(gòu)

2000—2020年發(fā)表的環(huán)境領(lǐng)域病毒研究文獻(xiàn)共涉及 3 554 個(gè)機(jī)構(gòu)，發(fā)文量排名前10的研究機(jī)構(gòu)如表2所示。由表2可知，排名前10的研究機(jī)構(gòu)中美國占50%左右，分別為亞利桑那大學(xué)(University Arizona)、美國國家環(huán)境保護(hù)局(US EPA)、美國地質(zhì)調(diào)查局(US Geology Survey)、北卡羅來納大學(xué)教堂山分校(University of North Carolina at Chapel Hill)和伊利諾依州大學(xué)(University of Illinois)。西班牙、中國、意大利各有1家研究機(jī)構(gòu)發(fā)文量排在前10位。美國亞利桑那大學(xué)發(fā)文量為96篇，遠(yuǎn)高于第2名的巴塞羅那大學(xué)(68篇)和第3名的美國國家環(huán)境保護(hù)局(63篇)，但篇均被引頻次僅有23.40，在排名前10的研究機(jī)構(gòu)中排在第6位。中國科學(xué)院是唯一進(jìn)入排名前10的中國研究機(jī)構(gòu)，發(fā)文量為57篇，均篇被引頻次較低(17.37)，說明尚需進(jìn)一步提升影響力。圖3表示環(huán)境領(lǐng)域病毒研究重要研究機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系。由圖3可以看出，中國科學(xué)院與澳大利亞格里菲斯大學(xué)、美國約翰霍普金斯大學(xué)和猶他大學(xué)、日本名古屋大學(xué)等機(jī)構(gòu)存在較為緊密的合作關(guān)系。

表2 2000—2020年環(huán)境領(lǐng)域病毒相關(guān)研究發(fā)文量排名前10的研究機(jī)構(gòu)Table 2 Top10 research institutions in volume of publications on virus research in the environmental field in 2000-2020

注： 圖中圓圈和標(biāo)簽的大小代表發(fā)文量，連線代表合作情況，連線越粗說明合作越緊密。圖3 2000—2020年環(huán)境領(lǐng)域病毒相關(guān)研究重要機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系Fig.3 Cooperation among major research institutions in virus research in the environmental field from 2000 to 2020

2.4 發(fā)文期刊

對(duì)某一研究領(lǐng)域文獻(xiàn)的來源期刊進(jìn)行分析，可確定該領(lǐng)域來源期刊中的核心期刊。2000—2020年環(huán)境領(lǐng)域病毒研究發(fā)文量排名前10的期刊如表3 所示。由表3可知，該領(lǐng)域發(fā)文期刊共有328家，發(fā)文量排名前3的期刊分別是WaterResearch、FoodandEnvironmentalVirology和EnvironmentalScience&Technology，發(fā)文量分別為354、310和208篇，本地總引用次數(shù)分別為 2 781、731和 1 442，總引用次數(shù)分別為 14 846、3 811 和 8 557，均排名前3，說明這3家期刊在該領(lǐng)域影響力較大。

表3 2000—2020年環(huán)境領(lǐng)域病毒研究發(fā)文量排名前10的期刊Table 3 Top10 journals in volume of publications on virus research in the environmental field in 2000-2020

2.5 發(fā)文作者

通過對(duì)某一領(lǐng)域研究作者發(fā)文數(shù)量、文獻(xiàn)被引頻次分析，可以發(fā)現(xiàn)該研究領(lǐng)域的高產(chǎn)出及重要作者[19]。環(huán)境領(lǐng)域病毒研究文獻(xiàn)共涉及11 990位作者，發(fā)文量排名前10的作者如表4所示。按本地總引用次數(shù)排序，日本學(xué)者Katayama H排名第1，其次為日本學(xué)者Haramoto E，美國學(xué)者Gerba C P排名第3。按總引用次數(shù)排序，排名前3的作者分別為美國學(xué)者Gerba C P、Sobsey M D和瑞士學(xué)者Kohn T。

表4 2000—2020年環(huán)境領(lǐng)域病毒研究發(fā)文量排名前10的作者及發(fā)文相關(guān)指標(biāo)Table 4 Top10 authors in volume of publications on virus research in the environmental field in 2000-2020

2.6 高被引文獻(xiàn)

環(huán)境領(lǐng)域病毒研究排名前10的高被引文獻(xiàn)如表5所示。由表5可知，按本地引用次數(shù)排序，日本學(xué)者Katayama H發(fā)表的One-year monthly quantitative survey of noroviruses, enteroviruses and adenoviruses in wastewater collected from six plants in Japan和Relative abundance and treatment reduction of viruses during wastewater treatment processes - identification of potential viral indicators分別處于高被引文獻(xiàn)前2位。污水處理系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)介水傳播人體腸道病原體的重要節(jié)點(diǎn)，對(duì)于了解病毒在污水處理系統(tǒng)的分布特征及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估非常重要[20]。被引頻次排名前2的文獻(xiàn)通過對(duì)污水處理廠中病毒、腺病毒等典型腸道病毒賦存、相對(duì)豐度和削減效果的研究，提出將病毒去除效果作為評(píng)估污水處理效果的潛在指標(biāo)，其被引頻次高說明學(xué)者對(duì)水環(huán)境中尤其是污水中的病毒及其去除效果關(guān)注度較高。

表5 2000—2020年環(huán)境領(lǐng)域病毒研究領(lǐng)域排名前10的高被引文獻(xiàn)Table 5 Top10 highly cited papers in volume of publications on virus research in the environmental field in 2000-2020

排名前10的高被引文獻(xiàn)中有4篇發(fā)表于WaterResearch，其余6篇分別發(fā)表于ScienceoftheTotalEnvironment、JournalofContaminantHydrology、EnvironmentalScience&Technology、WaterScienceandTechnology、WaterResourcesResearch和JournalAmericanWaterWorksAssociation上。排名前10的高被引文獻(xiàn)中有6篇關(guān)注污水處理系統(tǒng)中病毒的檢測(cè)及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，涉及的病毒包括諾如病毒、腺病毒、腸道病毒等常見介水傳播病毒，與檢索主題詞具有很強(qiáng)相關(guān)性。其余4篇高被引文獻(xiàn)覆蓋了污水處理系統(tǒng)對(duì)病毒的去除效果、病毒在自然環(huán)境的生存和傳播能力以及地下水中病毒的賦存狀態(tài)和自然條件對(duì)病毒的影響研究，說明學(xué)者對(duì)病毒在環(huán)境中賦存狀態(tài)、生存能力、傳播能力和健康風(fēng)險(xiǎn)等問題比較關(guān)注。

2.7 研究熱點(diǎn)

通過分析文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞可以揭示環(huán)境領(lǐng)域病毒研究的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)[21]。2000—2020年環(huán)境領(lǐng)域病毒研究高頻關(guān)鍵詞如表6所示。由表6可知，關(guān)鍵詞病毒(virus)、腸道病毒(enteric viruses)、滅活(inactivation)出現(xiàn)的頻次最高，分別達(dá)到795、475和371次。由環(huán)境領(lǐng)域病毒研究的熱點(diǎn)分布(圖4)可知，環(huán)境領(lǐng)域病毒研究多集中在水環(huán)境領(lǐng)域，包括飲用水(drinking water)、廢水(waste water)、地下水(groundwater)、地表水(surface water)等；主要研究的病毒是諾如病毒(norovirus)、腸道病毒(enteric viruses)、甲肝病毒(hepatitis-a virus)、腺病毒(human adenoviruses)、脊髓灰質(zhì)炎病毒(poliovirus)、輪狀病毒(rotavirus)等，這幾類病毒都是常見的介水傳播病毒[22]。對(duì)廢水中超過100種已經(jīng)確認(rèn)為污染物的病毒全部進(jìn)行檢測(cè)是不合理的[23]，crAssphage[24]和胡椒斑駁病毒(PMMoV)[25]

表6 2000—2020年環(huán)境領(lǐng)域病毒研究高頻關(guān)鍵詞Table 6 High-frequency keywords of virus research in the environmental field in 2000-2020

圖4 2000—2020年環(huán)境領(lǐng)域病毒研究的熱點(diǎn)分布Fig.4 Hotspot distribution of virus research in the environmental field in 2000-2020

等作為病毒指示性指標(biāo)，用于評(píng)估廢水中病毒污染、病毒衰減及病毒在廢水中的傳播，有著非常好的應(yīng)用前景。

此外，滅活(inactivation)、消毒(disinfection)等關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次也較高。環(huán)境中病毒消毒滅活非常重要，尤其是飲用水消毒，而飲用水消毒又涉及多種消毒方法，包括游離氯消毒、氯胺消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、紫外線消毒、活性炭消毒和超聲波消毒[26]等。此外，各種消毒劑的滅活機(jī)制決定了各消毒劑的滅活作用位點(diǎn)與影響因素，但目前對(duì)各消毒劑滅活機(jī)制的認(rèn)識(shí)還非常有限[27]，對(duì)消毒副產(chǎn)物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)也并不清晰。消毒措施對(duì)病毒的滅活機(jī)制及消毒副產(chǎn)物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也將是環(huán)境領(lǐng)域病毒的研究熱點(diǎn)之一。

關(guān)鍵詞去除(removal)出現(xiàn)的頻次也較高(343次)。介水傳播腸道病毒是新出現(xiàn)疾病爆發(fā)的重要原因，對(duì)全球公共衛(wèi)生構(gòu)成重大威脅。污水處理廠作為阻隔廢水中病毒向水環(huán)境中傳播的屏障[28]，從廢水中去除病毒是廢水再生必不可少的環(huán)節(jié)。眾多研究環(huán)境領(lǐng)域病毒的相關(guān)文章中均涉及“去除”，如Prado等[29]研究了城市污水處理廠多種污水工藝去除效果，發(fā)現(xiàn)MBR/RO系統(tǒng)對(duì)病毒的去除效果最佳。此外，關(guān)于MBR工藝去除廢水病毒的研究中，常與“去除”關(guān)聯(lián)，包括MBR工藝對(duì)哪種腸道病毒具有最佳去除效果及MBR工藝對(duì)不同病毒去除率存在差異的原因等[30]。

PCR、RT-QPCR等也是出現(xiàn)較多的關(guān)鍵詞。環(huán)境中存在的病毒可通過呼吸道、糞—口傳播等途徑感染易感人群，給人類健康造成重大威脅，對(duì)環(huán)境中尤其是水環(huán)境中病毒的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)變得越來越重要。分子生物學(xué)技術(shù)(如PCR、RT-PCR等)作為傳統(tǒng)的病毒檢測(cè)方法之一，是環(huán)境中病毒檢測(cè)的重要手段[31]，但隨著分子生物學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是測(cè)序技術(shù)的革新，環(huán)境樣品的微生物分析方法發(fā)生了快速的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)方法逐漸被以測(cè)序技術(shù)為代表的新分子技術(shù)所取代[32]。第二代測(cè)序技術(shù)因其高通量、低成本等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是測(cè)序技術(shù)劃時(shí)代的成就[33]，測(cè)序隨即成為環(huán)境樣本中病毒檢測(cè)類文章的關(guān)鍵詞。2002年，Breitbart等[34]采用傳統(tǒng)的鳥槍測(cè)序法(shortgun sequencing)揭示了美國加州海岸水體病毒的基因組組成，拉開了水體環(huán)境病毒宏基因組學(xué)研究的序幕。宏基因組學(xué)測(cè)序技術(shù)因可以克服大環(huán)境下病毒遺傳物質(zhì)濃度低的缺點(diǎn)，提高基因組信息的豐度，成為環(huán)境樣本中病毒分子生態(tài)學(xué)的研究的有利工具，在淡水湖[35]、城市河流[36]、廢水[37]、土壤[38]、氣溶膠[7]、海水[39]等環(huán)境中病毒多樣性和新病毒的研究中均有應(yīng)用，因而成為環(huán)境領(lǐng)域病毒研究的關(guān)鍵詞之一。通過對(duì)關(guān)鍵詞的分析，可以看出環(huán)境介質(zhì)中尤其是水環(huán)境中病毒的檢測(cè)、滅活/消毒及去除將是環(huán)境領(lǐng)域病毒研究的三大主要方向和熱點(diǎn)。

3 結(jié)論

(1) 近20年在環(huán)境領(lǐng)域病毒研究領(lǐng)域共發(fā)表了3 389篇文獻(xiàn)，發(fā)文量總體呈增加趨勢(shì)，但2020年發(fā)文量出現(xiàn)較大增長(zhǎng)；美國、中國、澳大利亞、日本發(fā)文量較多，我國發(fā)文量相較美國仍具有較大差距，且發(fā)文的篇均被引頻次不高。

(2) 排名前10的高產(chǎn)作者中，發(fā)文量排名前3的分別為美國學(xué)者Gerba C P、Sobsey M D和日本學(xué)者Katayama H；排名前10的研究機(jī)構(gòu)有亞利桑那大學(xué)、巴塞羅那大學(xué)、美國國家環(huán)境保護(hù)局、中國科學(xué)院等。

(3) 環(huán)境領(lǐng)域病毒研究文章主要發(fā)在WaterResearch、FoodandEnvironmentalVirology、EnvironmentalScience&Technology等期刊，研究多集中在飲用水、廢水等水環(huán)境領(lǐng)域，主要研究的病毒包括諾如病毒、腸道病毒等常見介水傳播病毒。