夏 鵬 金 琪 司靜宜 巢 鑄 黃楠楠 李忠玉 李 杰 馮承蓮 白英臣#

(1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100012；2.常州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院,江蘇 常州 213164；3.上海海事大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200135)

水質(zhì)基準(zhǔn)(WQC)是指水環(huán)境中的污染物或有害因素對(duì)人體健康和水生態(tài)系統(tǒng)不產(chǎn)生有害效應(yīng)的最大劑量或水平,是制定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù)[1-2]。WQC在環(huán)境保護(hù)方面發(fā)揮著重要作用,是生態(tài)環(huán)境部門評(píng)價(jià)水質(zhì)和進(jìn)行水質(zhì)管理不可或缺的理論基礎(chǔ),同時(shí)WQC研究也可反映一個(gè)國(guó)家環(huán)境科學(xué)研究水平[3-5]。因此,WQC對(duì)評(píng)價(jià)我國(guó)水體質(zhì)量、進(jìn)行水環(huán)境管理具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。目前,WQC領(lǐng)域相關(guān)的研究報(bào)道較多,但鮮有文章基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)對(duì)已有研究進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并以此系統(tǒng)揭示W(wǎng)QC的研究現(xiàn)狀和研究趨勢(shì)。

文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)是基于文獻(xiàn)學(xué)、信息學(xué)、數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的交叉學(xué)科,可以通過(guò)CiteSpace對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)分析,識(shí)別文獻(xiàn)發(fā)表人員和單位的地域分布特征,進(jìn)行關(guān)鍵詞聚類分析和時(shí)間階段性分析等。使用科學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行定量分析可以為研究者提供一個(gè)全面的學(xué)科發(fā)展背景和發(fā)展趨勢(shì)參考[6-7]。該研究基于中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫(kù),利用CiteSpace對(duì)1980—2021年發(fā)表的WQC領(lǐng)域文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量分析,以期為WQC深入研究和環(huán)境管理提供借鑒與參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

以1980年1月1日至2021年12月1日為檢索時(shí)間段,分別以“水質(zhì)基準(zhǔn)”“水環(huán)境基準(zhǔn)”“水環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)”“水質(zhì)量基準(zhǔn)”進(jìn)行全文檢索,共獲得文獻(xiàn)1 582篇,其中相關(guān)文獻(xiàn)1 281篇。

1.2 研究方法

CiteSpace是基于計(jì)量學(xué)、數(shù)據(jù)和信息可視化技術(shù)的引文可視化分析軟件。該軟件不僅可以分析作者、研究機(jī)構(gòu)、國(guó)家/地區(qū)的信息,也可以對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類分析,探究該研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)[8-9]。使用CiteSpace 5.0 R3對(duì)WQC領(lǐng)域進(jìn)行關(guān)鍵詞、發(fā)文量、作者和研究機(jī)構(gòu)計(jì)量分析,通過(guò)詞頻分析、聚類分析和時(shí)序分析等方法對(duì)我國(guó)WQC的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行圖譜化呈現(xiàn)。

詞頻分析是文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的傳統(tǒng)分析方法之一,常被用來(lái)描述某學(xué)科領(lǐng)域的研究狀況,進(jìn)而揭示該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展軌跡。聚類分析是利用聚類算法將關(guān)系緊密、關(guān)聯(lián)強(qiáng)度大的關(guān)鍵詞聚在一起形成一類,同一聚類反映了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的相似性,有助于識(shí)別某一領(lǐng)域的代表性知識(shí)子群。時(shí)序分析可以探究某一個(gè)關(guān)鍵詞在某一時(shí)間段內(nèi)衰落或者興起的情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文分析

發(fā)文量可以直接反映WQC領(lǐng)域研究的活躍程度,WQC領(lǐng)域每年發(fā)文量見(jiàn)圖1。由圖1(a)可見(jiàn),1980—2021年WQC研究的發(fā)文量總體呈增加趨勢(shì),從1980年的4篇/a增至2021年的111篇/a。2007、2011、2020年增幅分別為47.50%、45.05%、19.80%,為增幅最大的3年。圖1(b)展示了發(fā)文量的自然對(duì)數(shù)值與年份的線性擬合關(guān)系(R2=0.906 7,p<0.05)。2013—2021年發(fā)文量基本超過(guò)100篇/a。隨著社會(huì)的發(fā)展,在水資源、水生態(tài)、水環(huán)境統(tǒng)籌(即“三水統(tǒng)籌”)推進(jìn)轉(zhuǎn)變、協(xié)同治理的大背景下,有關(guān)WQC的發(fā)文量可能還將逐漸增多,質(zhì)量也將逐步提高。有學(xué)者利用CiteSpace對(duì)環(huán)境內(nèi)分泌干擾物發(fā)文量進(jìn)行分析,也發(fā)現(xiàn)類似規(guī)律[10]。

注：圖1(b)中的虛線為擬合線,圖2同。

對(duì)CNKI中經(jīng)篩選后的1 281篇文章進(jìn)行研究機(jī)構(gòu)和作者分析,發(fā)文量前5位的研究機(jī)構(gòu)分別是中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院、中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、南京大學(xué)、中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站和北京師范大學(xué),其中,中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院發(fā)文量最多,中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心次之,占比分別為35.7%和6.3%。進(jìn)一步研究表明,研究機(jī)構(gòu)(見(jiàn)圖2(a))和作者(見(jiàn)圖2(b))的發(fā)文量與其排名符合齊夫定律(p<0.05),這表明當(dāng)發(fā)文量與排名在統(tǒng)計(jì)學(xué)上會(huì)遵循一定的冪律分布規(guī)律。有學(xué)者研究古漢語(yǔ)文本的詞頻和詞序分布,發(fā)現(xiàn)二者也符合齊夫定律[11]。在WQC的相關(guān)研究中,國(guó)家自然科學(xué)基金與水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(以下簡(jiǎn)稱“水專項(xiàng)”)資助論文分別占20.3%和15.4%。在國(guó)家自然科學(xué)基金的支持下,開展了鋁[12]、鉈[13]等污染物的分布特征、致毒機(jī)理與基準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)研究。在水專項(xiàng)的支持下,探索了長(zhǎng)江流域[14]、太湖流域[15]等國(guó)內(nèi)七大流域的生物水系特征,其結(jié)果可為不同地域保護(hù)水生生物和人群健康WQC的制定提供大力支持。

圖2 WQC領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)、作者排名與發(fā)文量關(guān)系Fig.2 The relationship between the number of published papers and rank of research institutions and authors in the field of WQC

2.2 關(guān)鍵詞聚類分析

關(guān)鍵詞聚類分析可以在一定程度上反映WQC領(lǐng)域研究主題的分布情況[16-17]。在CiteSpace中選擇關(guān)鍵詞為節(jié)點(diǎn)類型,獲得“急性毒性”“水質(zhì)”“重金屬”“水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”“化學(xué)物質(zhì)”等核心關(guān)鍵詞,并對(duì)聚類結(jié)果進(jìn)行圖譜化呈現(xiàn)(見(jiàn)圖3)。

圖3 WQC領(lǐng)域文章關(guān)鍵詞的聚類圖譜Fig.3 The clustering mapping of keywords for articles in the field of WQC

1#是以“急性毒性”為核心關(guān)鍵詞的詞群落。在“急性毒性”的詞群落中,包含了水生生物、慢性毒性、斑馬魚等主題,反映出在WQC制定過(guò)程中涉及大量水生生物毒性效應(yīng)研究。因此水生生物的急慢性毒性測(cè)定方法、檢測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)收集整理是WQC制定的重要組成部分。吳豐昌等[18]研究了銅的淡水WQC,收集了21個(gè)物種的急性毒性數(shù)據(jù)和4個(gè)物種的慢性毒性數(shù)據(jù),水生生物類別覆蓋環(huán)節(jié)動(dòng)物類、兩棲動(dòng)物類、重要的經(jīng)濟(jì)魚類、浮游甲殼類和昆蟲類等；閆振廣等[19]研究了淡水中氨氮的水生生物WQC,收集了35種淡水氨氮的急性毒性數(shù)據(jù)和7種慢性毒性數(shù)據(jù),覆蓋了脊索動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物、兩棲動(dòng)物、昆蟲和貝類等。因此,水生生物毒性數(shù)據(jù)的積累是WQC制定的基礎(chǔ)。

2#是以“水質(zhì)”為核心關(guān)鍵詞的詞群落。在“水質(zhì)”的詞群落中,包含了飲用水、富營(yíng)養(yǎng)化、對(duì)策等主題,反映了WQC研究與飲用水等水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的解決對(duì)策有關(guān),制定相應(yīng)流域的WQC可以有效防范水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化等問(wèn)題。盧金友等[20]在研究漢江水生態(tài)環(huán)境問(wèn)題時(shí)發(fā)現(xiàn)部分支流水質(zhì)污染形勢(shì)嚴(yán)峻、富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)加劇等,并提出了建立生態(tài)環(huán)境協(xié)同保護(hù)機(jī)制、加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)科技支撐的防范對(duì)策。因此, WQC研究可以為流域水污染治理提供強(qiáng)有力的科技支撐。

3#是以“重金屬”為核心關(guān)鍵詞的詞群落。在“重金屬”的詞群落中,包含了沉積物、毒性效應(yīng)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等主題,反映了WQC是評(píng)價(jià)水質(zhì)中沉積物污染和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ),是環(huán)境管理部門確定沉積物污染狀況和修復(fù)目標(biāo)的重要依據(jù)。因此,針對(duì)重金屬的毒性效應(yīng)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)也開展了大量研究,有學(xué)者探究鄱陽(yáng)湖的銅、鉛、鋅、鉻4種沉積物重金屬,發(fā)現(xiàn)鉻的毒性最高,鋅的毒性最低,重金屬污染對(duì)湖區(qū)水生生物具有一定的毒性風(fēng)險(xiǎn)[21]。因此,重金屬的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與WQC的制定也是密切相關(guān)的。

4#是以“水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”為核心關(guān)鍵詞的詞群落。水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)家水生態(tài)環(huán)境管理的基石,是水質(zhì)監(jiān)測(cè)、評(píng)估和管理的重要依據(jù),而WQC是制定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)基礎(chǔ)。我國(guó)現(xiàn)行水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)主要參考借鑒國(guó)外,具有一定的局限性,還需進(jìn)一步修訂和完善。我國(guó)有部分學(xué)者也對(duì)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究,如探索了美國(guó)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),并凝練了它們對(duì)制定中國(guó)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的借鑒意義,包括考慮WQC的區(qū)域差異和季節(jié)性變化等[22]。

5#是以“化學(xué)物質(zhì)”為核心關(guān)鍵詞的詞群落。在“化學(xué)物質(zhì)”的詞群落中,包含了水污染、人體健康、大型溞等主題。有學(xué)者根據(jù)本土化人體暴露參數(shù)、水質(zhì)參數(shù)、雙酚AF和雙酚S的生物積累系數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)推導(dǎo)了太湖流域的雙酚AF和雙酚S的人體健康質(zhì)量基準(zhǔn)[23],這反映了在制定WQC的過(guò)程中,也應(yīng)該考慮相應(yīng)水體中化學(xué)物質(zhì)的濃度。

由于我國(guó)幅員遼闊,不同地區(qū)地理地質(zhì)背景、水質(zhì)參數(shù)、生物區(qū)系不同,WQC建議值存在著一定的差別。鎘在珠江流域和遼河流域的急性基準(zhǔn)值比國(guó)家層面的鎘基準(zhǔn)值高98.8%和62.9%[24]。依據(jù)我國(guó)不同的流域制定其相應(yīng)的WQC,可以為當(dāng)?shù)厮h(huán)境管理提供有效的技術(shù)支持,為不同流域的生物提供全面保護(hù)。因此,考慮不同地域的水生態(tài)系統(tǒng)的完整性和生物多樣性來(lái)制定WQC,也更契合新時(shí)代“三水統(tǒng)籌”的發(fā)展要求。

2.3 時(shí)序分析

在時(shí)區(qū)圖中,節(jié)點(diǎn)位置表示該關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)的時(shí)間段,節(jié)點(diǎn)大小表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次的高低[25-26]。時(shí)區(qū)圖中標(biāo)志性參數(shù)有模塊指數(shù)(Q)和輪廓性指數(shù)(S),Q>0.3意味著聚類結(jié)構(gòu)顯著；S>0.7時(shí)認(rèn)為分析結(jié)果可以令人信服[27-28]。繪制出WQC領(lǐng)域文章關(guān)鍵詞的時(shí)區(qū)圖,Q為0.750 2,S為0.910 8,表明該時(shí)區(qū)分析結(jié)果合理可靠?？蓪⑽覈?guó)WQC研究大致分為4個(gè)時(shí)期,分別是起步發(fā)展期(1980—1990年)、緩慢發(fā)展期(1991—2000年)、快速發(fā)展期(2001—2010年)和平穩(wěn)發(fā)展期(2011—2021年)。

在WQC起步發(fā)展期,受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的限制,WQC主要參照歐美的研究方法,此階段進(jìn)行水生生物的急慢性基準(zhǔn)值推導(dǎo)的初步探索。在WQC緩慢發(fā)展期,多處流域的水環(huán)境污染嚴(yán)重,我國(guó)進(jìn)行了大規(guī)模的水質(zhì)污染治理,積極開展了重金屬毒性效應(yīng)和污染防治對(duì)策研究。WQC快速發(fā)展期,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)技術(shù)水平獲得較大幅度進(jìn)步,一場(chǎng)以整治飲用水水源水質(zhì)污染問(wèn)題為重點(diǎn)的“環(huán)保風(fēng)暴”在多地刮起,在該時(shí)期國(guó)內(nèi)發(fā)生了藍(lán)藻暴發(fā)、硝基苯污染等重大環(huán)境污染事件,因此這一時(shí)期水環(huán)境污染治理和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究較多,同時(shí)也探索了氨氮等無(wú)機(jī)鹽基準(zhǔn)和人體健康基準(zhǔn)等,為保障飲用水安全初步提供了科學(xué)策略。WQC平穩(wěn)發(fā)展期,我國(guó)大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè),生態(tài)環(huán)境管理進(jìn)入了高質(zhì)量發(fā)展時(shí)期,該時(shí)期WQC研究主要集中在國(guó)家生態(tài)環(huán)境基準(zhǔn)系統(tǒng)化和水環(huán)境中新型污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等。

關(guān)鍵詞的時(shí)序分析在一定程度上可以聚焦該領(lǐng)域的研究趨勢(shì)[29-31]。為了解WQC研究領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢(shì),對(duì)WQC研究前沿進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,通過(guò)提取WQC領(lǐng)域的關(guān)鍵詞,對(duì)研究前沿進(jìn)行識(shí)別與追蹤,反映主題研究變化趨勢(shì),結(jié)果見(jiàn)表1。

“環(huán)保局”首次出現(xiàn)在1982年,此時(shí)國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,環(huán)保局作為環(huán)境污染防治的主管部門,在WQC研究的起步發(fā)展期起著重要的領(lǐng)導(dǎo)作用。出現(xiàn)時(shí)間較早的關(guān)鍵詞還有“基準(zhǔn)”“標(biāo)準(zhǔn)”“對(duì)策”“水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”“毒性”“飲用水”等,大致集中在WQC研究的緩慢發(fā)展期和快速發(fā)展期。在這兩個(gè)時(shí)期內(nèi),經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展帶來(lái)了飲用水水質(zhì)污染等問(wèn)題,國(guó)家開始逐步重視環(huán)境污染的治理。因此,在以上兩個(gè)時(shí)期,WQC研究主要工作為環(huán)境基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的制定,環(huán)境污染防治對(duì)策的研制,飲用水水質(zhì)安全的研究,水生生物毒性數(shù)據(jù)的積累等。

“水生生物”“急性毒性”“生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)”“三氯生”等關(guān)鍵詞的強(qiáng)度較高,且這些關(guān)鍵詞出現(xiàn)時(shí)間段都在WQC平穩(wěn)發(fā)展時(shí)期,在這一時(shí)期,國(guó)家大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè),努力建設(shè)“美麗中國(guó)”,而WQC研究作為環(huán)境高質(zhì)量管理的重要科學(xué)基礎(chǔ)也邁上系統(tǒng)化研究的臺(tái)階。水生生物的急慢性毒性和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估作為WQC研究的重要組成部分在這一時(shí)期也研究得較為廣泛和深入。在新時(shí)代“三水統(tǒng)籌、協(xié)同共治”的環(huán)境發(fā)展要求下,未來(lái)WQC的研究方向可能會(huì)聚焦于保護(hù)生物多樣性和人體健康,開展新型污染物、水生態(tài)完整性以及不同生物區(qū)系和不同流域的基準(zhǔn)研究。

表1 1980—2021年WQC研究領(lǐng)域關(guān)鍵詞Table 1 Keywords in WQC research field from 1980 to 2021

3 結(jié) 論

(1) 我國(guó)WQC研究的發(fā)文量逐漸增多,研究熱度正在不斷提高,發(fā)文量的自然對(duì)數(shù)值與年份滿足線性關(guān)系,其R2=0.906 7(p<0.05)。2013—2021年發(fā)文量基本均超過(guò)100篇/a,2007、2011、2020年增幅分別為47.50%、45.05%、19.80%。主要研究機(jī)構(gòu)包含中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院、中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心等,其發(fā)文量占比分別為35.7%和6.3%。WQC領(lǐng)域主要研究機(jī)構(gòu)和作者的發(fā)文量與排名符合齊夫定律,具有顯著相關(guān)性(p<0.05)。同時(shí),WQC是國(guó)家自然科學(xué)基金與水專項(xiàng)共同支持的重點(diǎn)方向之一。

(2) 利用CiteSpace進(jìn)行關(guān)鍵詞聚類分析,獲得“急性毒性”“水質(zhì)”“重金屬”“水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”“化學(xué)物質(zhì)”等核心關(guān)鍵詞,表明以上研究為WQC近40年來(lái)的研究熱點(diǎn)。由于我國(guó)不同地區(qū)的地理地質(zhì)背景、水質(zhì)參數(shù)和生物區(qū)系不同,考慮不同地域的水生態(tài)系統(tǒng)的完整性和生物多樣性來(lái)制定WQC,更契合新時(shí)代“三水統(tǒng)籌”的發(fā)展要求。

(3) WQC研究的時(shí)區(qū)圖顯示我國(guó)WQC研究歷程可大致分為4個(gè)時(shí)期,分別是起步發(fā)展期(1980—1990年)、緩慢發(fā)展期(1991—2000年)、快速發(fā)展期(2001—2010年)和平穩(wěn)發(fā)展期(2011—2021年)。未來(lái)WQC的研究方向可能會(huì)聚焦于保護(hù)生物多樣性和人體健康,開展新型污染物、水生態(tài)完整性以及不同生物區(qū)系和不同流域的基準(zhǔn)研究。