肖雪蓮， 張清東*， 張思林， 向發(fā)椿

(1.西南科技大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院， 四川 綿陽 621000； 2.綿陽市農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)檢測中心， 四川 綿陽 621000)

0 引言

【研究意義】隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化和工業(yè)化的快速發(fā)展，土壤環(huán)境受到燃煤、污灌水、工業(yè)垃圾及廢氣沉降等不同來源因素的影響，導(dǎo)致土壤重金屬污染問題日益凸顯。有研究表明，重金屬鎘(Cd)、砷(As)、鉛(Pb)、銅(Cu)和鉻(Cr)為主要污染物[1]。生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)傳遞過程中，會(huì)形成有害物質(zhì)的累積毒性，對植物造成毒理效應(yīng)[2-3]，從而對生態(tài)安全和人體健康產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)[4]。因此，研究重金屬對植物的生態(tài)毒理效應(yīng)，有利于了解重金屬對植物從表觀到微觀的影響機(jī)制?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，國內(nèi)外學(xué)者主要從形態(tài)、生理生化、亞細(xì)胞和分子水平等方面開展重金屬對植物的生態(tài)毒理效應(yīng)研究。段代祥等[5]探討了Pb對綠豆種子萌發(fā)和綠豆幼苗形態(tài)的影響。呂冬梅等[6]研究了3種不同重金屬對蓖麻幼苗的生理影響機(jī)制。DENG等[7]研究表明，重金屬可對植物產(chǎn)生生理損傷，減少葉綠素和生物量。趙曉祥等[8]探究了土壤中Zn、Cd單一及復(fù)合污染對番茄幼苗的脅迫響應(yīng)。李江遐等[9]研究了重金屬鎘在水稻根部與地上部的亞細(xì)胞分布情況。王磊[10]在分子水平上利用轉(zhuǎn)錄組測序分析苦蕎葉片對Pb的耐受和累積機(jī)制，并研究差異基因的相關(guān)蛋白變化。SHAHZAD等[11]對近年來國內(nèi)外有關(guān)重金屬脅迫對植物生長影響的研究進(jìn)展進(jìn)行了歸納總結(jié)，并探討其可能的作用機(jī)制?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】由于該領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)較多，通過傳統(tǒng)的綜述很難清晰地梳理出當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢，而可視化分析可簡單高效地發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)間的聯(lián)系，較為客觀地評價(jià)目標(biāo)領(lǐng)域在一定時(shí)期內(nèi)的歷史演進(jìn)過程、研究方向及當(dāng)前熱點(diǎn)，預(yù)測未來的發(fā)展趨勢[12]。CiteSpace于2004年研發(fā)，在文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)眾多可視化軟件中，CiteSpace以其強(qiáng)大的文檔分類和映射功能被廣泛應(yīng)用[13]。雖然土壤中重金屬對植物的毒理效應(yīng)已引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注，但從宏觀尺度對該領(lǐng)域研究進(jìn)行全面分析的報(bào)道鮮見，研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢尚不清晰?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以中國知網(wǎng)(CNKI)收錄的2011—2020年重金屬對植物生態(tài)毒理研究為主題的相關(guān)文獻(xiàn)為數(shù)據(jù)源，采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)軟件(CiteSpace)從年度、關(guān)鍵詞、國家/地區(qū)、期刊發(fā)文量和共現(xiàn)詞分析等角度，梳理該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，明確其研究熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢，以期為進(jìn)一步研究土壤重金屬污染對植物的影響機(jī)制提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

資料來源于中國學(xué)術(shù)期刊出版網(wǎng)絡(luò)總庫(CNKI)，檢索時(shí)間為2021年5月30日，在CNKI數(shù)據(jù)庫中選擇專業(yè)搜索，檢索條件為“SU=(重金屬+鎘+Cd+銅+Cu+鋅+Zn+鉻+Cr+鎳+Ni+鉛+Pb+汞+Hg+砷+As)*(植物+萌發(fā)+生長+幼苗)*(脅迫+毒理+毒性)”，檢索范圍為中文文獻(xiàn)，檢索時(shí)間設(shè)置為2011年1月1日至2020年12月31日，共檢索下載有效文獻(xiàn)5 733篇。文獻(xiàn)導(dǎo)出時(shí)選擇“Refworks”格式，分批以“download-XXX.txt”命名，以保證后續(xù)運(yùn)行效果。

1.2 方法

采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)軟件CiteSpace 5.7.R5進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。時(shí)間切片為2011—2020年，每切片為1年；節(jié)點(diǎn)類型包括作者(Author)、機(jī)構(gòu)(Iinstitution)、關(guān)鍵詞(Keyword)；選擇標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)定TopN=50，表示提取每個(gè)時(shí)間切片內(nèi)前50個(gè)對象。

節(jié)點(diǎn)類型為作者時(shí)，將“Show the Largest K Connected Components Only”設(shè)置為K=25，根據(jù)類團(tuán)中人員數(shù)量排序，顯示出前25個(gè)網(wǎng)絡(luò)研究合作類團(tuán)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)作者，節(jié)點(diǎn)大小表示作者發(fā)文量大小，連線代表作者間的合作關(guān)系，線條顏色代表首次合作時(shí)間，線條粗細(xì)代表合作次數(shù)。

節(jié)點(diǎn)類型為關(guān)鍵詞時(shí)，為使網(wǎng)絡(luò)視圖更清晰，需要使用Pathfinder簡化網(wǎng)絡(luò)，突出重要的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[14]，修剪(Pruning)=pathfinder+pruning sliced networks；在關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，依據(jù)關(guān)鍵詞的親疏關(guān)系進(jìn)行聚類，并按類的大小進(jìn)行排序，剔除類團(tuán)成員數(shù)<10的類團(tuán)。聚類模塊值(Modularity Q，Q)和聚類平均輪廓值(Sihouette，S)是反應(yīng)聚類效果的指標(biāo)。一般認(rèn)為，Q>0.3表明聚類結(jié)構(gòu)顯著，S>0.5表明聚類結(jié)果合理，S>0.7表明聚類結(jié)果可信度高[15]。聚類圖譜中聚類模塊數(shù)字標(biāo)號順序代表各熱點(diǎn)話題在該領(lǐng)域的重要程度。各聚類模塊的詳細(xì)信息中，節(jié)點(diǎn)數(shù)表示聚類中所包含的關(guān)鍵詞個(gè)數(shù)，聚類輪廓值反應(yīng)聚類效率，聚類輪廓值越大，聚類效率越高，模塊中主要關(guān)鍵詞由LLR(Log-likelihood ratio)算法得出。使用Citespace軟件的突現(xiàn)詞探測功能時(shí)，最小持續(xù)時(shí)間設(shè)置為3年，其他閾值范圍默認(rèn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 2011—2020年的文獻(xiàn)發(fā)文量

從以重金屬對植物的生態(tài)毒理研究為主題的相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)文量看(圖1)，2011—2020年發(fā)文量總體呈平穩(wěn)增加趨勢，僅在個(gè)別年份有小幅波動(dòng)。年均發(fā)文量在500篇以上，其中，2019年發(fā)文量最多，達(dá)823篇。表明該領(lǐng)域發(fā)文量較大，產(chǎn)出豐碩。

圖1 2011—2020年的文獻(xiàn)數(shù)量與年度分布

2.2 研究作者

以“author”為節(jié)點(diǎn)類型，生成532個(gè)節(jié)點(diǎn)、504條連線的作者合作網(wǎng)絡(luò)圖(圖2)。發(fā)文量排名前10的作者包括黃益宗(29篇)、黃永春(18篇)、張璐(18篇)、黃曉霞(17篇)、潘遠(yuǎn)智(16篇)、劉柿良(15篇)、程小毛(14篇)、劉鵬(14篇)、余順慧(12篇)、張敏(11篇)。從突現(xiàn)值看(表1)，劉柿良突現(xiàn)強(qiáng)度最高，突現(xiàn)值為4.34，表明劉柿良在該領(lǐng)域獲得的研究成果增長最快，其次是丁繼軍和曾小飚，突現(xiàn)值分別為4.33和3.57。在所有類團(tuán)中，以潘遠(yuǎn)智為核心的合作團(tuán)隊(duì)成員數(shù)量最多，其次是以黃益宗為核心的團(tuán)隊(duì)和以黃曉霞為核心的團(tuán)隊(duì)。

注：線條顏色由淺到深表示年份逐年增加。

表1 排名前10位的作者突現(xiàn)值

2.3 發(fā)文機(jī)構(gòu)

分析重金屬對植物生態(tài)毒理領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，該領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)共有1 590個(gè)。由表2可知，研究機(jī)構(gòu)發(fā)文量以四川農(nóng)業(yè)大學(xué)最多，共計(jì)296篇；南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和西北農(nóng)

表2 排名前10位的研究機(jī)構(gòu)發(fā)文量

林科技大學(xué)其次，分別為251篇和225篇。發(fā)文量排名前10位的研究機(jī)構(gòu)均為高校，表明高校是重金屬對植物生態(tài)毒理研究領(lǐng)域的主力。

2.4 關(guān)鍵詞

2.4.1 關(guān)鍵詞共現(xiàn) 以“keyword”為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，生成216個(gè)節(jié)點(diǎn)、1 347條連線、網(wǎng)絡(luò)密度為0.058的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖(圖3)。從表3看出，“鎘脅迫”出現(xiàn)頻率最高，共計(jì)758次，表明鎘脅迫是近10年的研究熱點(diǎn)。根據(jù)出現(xiàn)頻率較高的其他關(guān)鍵詞可看出，學(xué)者主要圍繞“生理特性”“種子萌發(fā)”“抗氧化酶”和“生長發(fā)育”研究重金屬對植物的生態(tài)毒理效應(yīng)。水稻和小麥作為我國主要的糧食作物，出現(xiàn)頻率較高，表明糧食安全問題深受重視。一般認(rèn)為，中心度>0.1的節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中有重要的位置，在各主題聯(lián)系中扮演重要角色[16]。關(guān)鍵詞“植物修復(fù)”和“根系分泌物”的中心度最高，為0.25，表明其在關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中具有最重要的作用。

圖3 關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

表3 排名前10位關(guān)鍵詞的頻率和中心值

2.4.2 關(guān)鍵詞聚類 經(jīng)聚類分析得出，Q為0.781 4，S為0.905 7，表明聚類結(jié)果顯著，可信度高，適于分析。從表4看出，重金屬對植物生態(tài)毒理研究領(lǐng)域近10年排前3位的研究主題為“幼苗生長”“抗氧化酶”和“亞細(xì)胞分布”。其中，“幼苗生長”主要關(guān)鍵詞包括“種子萌發(fā)”“水稻”“幼苗”“積累”和“緩解”?？寡趸到y(tǒng)被認(rèn)為是植物受到外界環(huán)境脅迫時(shí)的重要防御系統(tǒng)。因此，研究重金屬脅迫下植物的抗氧化酶活性是揭示植物抗逆機(jī)理的重要環(huán)節(jié)?！翱寡趸浮敝饕P(guān)鍵詞包括“抗氧化酶”“一氧化氮”“活性氧”“紫花苜?！焙汀澳褪苄浴薄！皝喖?xì)胞分布”是從微觀研究重金屬對植物的生態(tài)毒理效應(yīng)，包括24個(gè)關(guān)鍵詞，聚類輪廓值為0.854?！肮夂献饔谩钡木垲愝喞底畲螅鋬?nèi)部同質(zhì)性最大，聚類最有效?！巴寥烂浮笔窃撗芯款I(lǐng)域最晚出現(xiàn)的聚類詞，時(shí)間為2016年，聚類節(jié)點(diǎn)數(shù)為13，聚類輪廓值為0.840。

表4 不同聚類研究的內(nèi)容與特點(diǎn)

結(jié)合關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖(圖4)看出，有關(guān)重金屬對植物的生態(tài)毒理研究早在2011年出現(xiàn)，其中“植物修復(fù)”“幼苗生長”“耐性”和“葉綠素”具有高中介中心性，是該領(lǐng)域近10年的標(biāo)志性關(guān)鍵詞。2012年開始出現(xiàn)“一氧化氮”“活性氧”“丙二醛”“土壤修復(fù)”“基因表達(dá)”和“超微結(jié)構(gòu)”等頻率較高關(guān)鍵詞，較2011年的研究更為深入。2013—2017年出現(xiàn)“叢枝菌根真菌”“緩解”“活性氧代謝螯合劑”“生物炭”和“褪黑素”等關(guān)鍵詞，表明這一時(shí)期利用外源物質(zhì)降低重金屬對植物的毒性研究是熱點(diǎn)。2018年出現(xiàn)頻率較高的關(guān)鍵詞為“轉(zhuǎn)錄組”“細(xì)胞壁”等，可見，在分子水平上的植物轉(zhuǎn)錄組測序與亞細(xì)胞水平上的細(xì)胞壁重金屬含量是新興研究內(nèi)容，從更微觀的角度揭示重金屬對植物的生態(tài)毒理效應(yīng)。

圖4 關(guān)鍵詞的時(shí)區(qū)

2.4.3 關(guān)鍵詞突現(xiàn) 在重金屬對植物的生態(tài)毒理文獻(xiàn)關(guān)鍵詞分析中，共導(dǎo)出26個(gè)突現(xiàn)詞(圖5)。從突現(xiàn)強(qiáng)度看，“煙草”的突現(xiàn)強(qiáng)度最大，為6.04，表明在其突現(xiàn)時(shí)間區(qū)域內(nèi)(2014—2017年)，有關(guān)重金屬對煙草的毒性研究最受關(guān)注，是研究熱點(diǎn)，且在2017年趨于成熟?！版k污染”的突現(xiàn)強(qiáng)度為4.94，排第2位，突現(xiàn)時(shí)間為2016—2020年，表明“鎘污染”在近5年是學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)。“礦質(zhì)元素”“鎘污染”和“轉(zhuǎn)運(yùn)”突現(xiàn)時(shí)間持續(xù)5年，受關(guān)注的時(shí)間相對較長，“轉(zhuǎn)運(yùn)”“褪黑素”“硫化氫”“氧化損傷”和“桑樹”突現(xiàn)時(shí)間均持續(xù)至2020年，表明其相關(guān)研究是近期的新興研究內(nèi)容，可能成為未來的研究趨勢。

注：圖中短線“▂”表示2011—2020年分別對應(yīng)的年份，加粗短線“▃”表示關(guān)鍵詞突現(xiàn)的年份。

3 討論

2011—2020年重金屬對植物的生態(tài)毒理研究發(fā)文量總體呈平穩(wěn)增加趨勢，2019年發(fā)文量最多，達(dá)823篇，表明該研究持續(xù)受到國內(nèi)學(xué)者的高度關(guān)注。節(jié)點(diǎn)突現(xiàn)值可以反應(yīng)作者發(fā)文量增長的快慢，突現(xiàn)值越大，則變化率越大，作者在短時(shí)間所創(chuàng)造的價(jià)值越大[17]。對作者和作者合作網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)，劉柿良突現(xiàn)強(qiáng)度最高，突現(xiàn)值為4.34，以潘遠(yuǎn)智為核心的合作團(tuán)隊(duì)成員數(shù)最多，其次是以黃益宗為核心的團(tuán)隊(duì)和以黃曉霞為核心的團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)內(nèi)合作緊密，但不同團(tuán)隊(duì)間缺乏合作。從研究機(jī)構(gòu)發(fā)文量看，排名前10位的研究機(jī)構(gòu)均是高校，表明高校是重金屬對植物生態(tài)毒理研究領(lǐng)域的主力。

關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析中，關(guān)鍵詞頻率可反映其在某研究領(lǐng)域的熱度，關(guān)鍵詞中心度反映其在關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的重要程度，代表在一定時(shí)期內(nèi)具有影響力的研究內(nèi)容[18]。結(jié)果顯示，高頻關(guān)鍵詞有“鎘脅迫”“重金屬”“生理特性”“種子萌發(fā)”和“抗氧化酶”等，高中心度關(guān)鍵詞有“植物修復(fù)”“根系分泌物”“耐性”“葉綠素”和“有機(jī)酸”等。表明這些關(guān)鍵詞在重金屬對植物生態(tài)毒理研究領(lǐng)域是具有影響力的熱點(diǎn)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞聚類分析能有效地把握重金屬對植物生態(tài)毒理效應(yīng)的研究主題。聚類分析顯示，“幼苗生長”“抗氧化酶”和“亞細(xì)胞分布”等是主要熱點(diǎn)話題。每個(gè)熱點(diǎn)話題由多個(gè)關(guān)鍵詞組成，在重金屬對植物的生態(tài)毒理效應(yīng)研究中，熱點(diǎn)關(guān)鍵詞隨著時(shí)間不斷變化，關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)視圖可與聚類視圖互補(bǔ)，便于在動(dòng)態(tài)中認(rèn)識(shí)知識(shí)的本質(zhì)[19]。關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖可展示關(guān)鍵詞在哪一年首次出現(xiàn)，有助于梳理研究領(lǐng)域的演進(jìn)路徑，再次出現(xiàn)時(shí)則在首次出現(xiàn)年度區(qū)間累加，關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)大小表示其出現(xiàn)的頻率大小。關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖結(jié)果顯示，隨著時(shí)間推移，重金屬對植物生態(tài)毒理研究分支變多，研究更為深入。

突現(xiàn)詞是指在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)頻率驟增的主題術(shù)語，對突現(xiàn)詞分析可以更好地探測學(xué)科發(fā)展的新興趨勢和研究前沿[20]。從突現(xiàn)強(qiáng)度看，“煙草”的突現(xiàn)強(qiáng)度最大，表明在其突現(xiàn)時(shí)間區(qū)域內(nèi)，重金屬對煙草的毒理研究極受關(guān)注。此外，“鎘污染”的突現(xiàn)強(qiáng)度也較大，可能與2014年環(huán)境保護(hù)部和國土資源部發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》和2016年國務(wù)院印發(fā)的《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》有關(guān)。2014年《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，鎘是土壤重金屬污染的首要污染物，隨著2016年土壤污染防治工作的全面開展，鎘污染對植物的毒理研究成為研究熱點(diǎn)?！稗D(zhuǎn)運(yùn)”“褪黑素”和“硫化氫”突現(xiàn)時(shí)間距今較近，且均持續(xù)至2020年。對“轉(zhuǎn)運(yùn)”節(jié)點(diǎn)相關(guān)文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，主要與重金屬在植物體內(nèi)的形態(tài)與亞細(xì)胞分布及植物轉(zhuǎn)錄組測序研究相關(guān)，表明這些研究可能會(huì)成為未來的研究方向。褪黑素和硫化氫均可調(diào)節(jié)植物的生理生化過程和緩解植物重金屬脅迫[21-22]，在重金屬對植物生態(tài)毒理領(lǐng)域中，褪黑素和硫化氫對緩解植物重金屬脅迫的作用可能是一個(gè)新的研究內(nèi)容。

4 結(jié)論

采用CiteSpace對CNKI數(shù)據(jù)庫2011—2020年有關(guān)土壤重金屬對植物生態(tài)毒理研究領(lǐng)域文獻(xiàn)的分析結(jié)果表明，我國重金屬對植物生態(tài)毒理研究領(lǐng)域已達(dá)一定規(guī)模，但整體發(fā)展較為緩慢；形成了以四川農(nóng)業(yè)大學(xué)等高校平臺(tái)為主，以潘遠(yuǎn)智、黃益宗、黃曉霞等為核心人員的研究團(tuán)隊(duì)；“鎘脅迫”“生理特性”和“種子萌發(fā)”等是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)；“植物修復(fù)”和“根系分泌物”在各研究內(nèi)容中起較好的連接作用；主要圍繞“幼苗生長”“抗氧化酶”“亞細(xì)胞分布”等主題內(nèi)容開展研究。重金屬對植物的生態(tài)毒理研究呈從表觀到微觀的發(fā)展趨勢，具有階段性，分支變多，研究更為深入。重金屬對植物生態(tài)毒理的緩解機(jī)理研究、重金屬在植物體內(nèi)的形態(tài)與亞細(xì)胞分布研究及植物轉(zhuǎn)錄組測序研究等是未來該領(lǐng)域的重要研究方向。