聶雄峰，黃雁飛，劉 斌，黃玉溢，陳桂芬，劉永賢

(廣西農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，南寧 530007)

【研究意義】根據(jù)全國土壤污染狀況調(diào)查公報[1]和第三次全國國土調(diào)查主要數(shù)據(jù)公報，我國有耕地總面積1.28×108hm2，其中，水田3.14×107hm2，占耕地總面積的24.55%；耕地土壤的監(jiān)測點位超標率為19.4%，以輕微污染(超過評價標準的1～2倍)為主，占比70.6%。因此，必須采取有針對性措施對耕地保護、生態(tài)建設(shè)和節(jié)約集約用地方面存在的問題加以改進。對農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域的文獻進行綜述有助于快速了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及動態(tài)，尋找處理當前問題的最優(yōu)解，但傳統(tǒng)的文獻調(diào)研需閱讀大量文獻并對其進行系統(tǒng)評估，容易受文獻閱讀量和個人主觀性的影響，而借助科學文獻計量軟件CiteSpace分析可避免此類問題。CiteSpace可用于進行科研文獻可視化分析[2-3]，本研究首次應用于評價我國農(nóng)田安全利用方面研究文獻的態(tài)勢，對我國受污染農(nóng)田的安全利用及耕地的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】羅松英等[4]研究發(fā)現(xiàn)，廣東湛江市郊蔬菜地土壤重金屬污染主要來源于工業(yè)生產(chǎn)和生活排污及農(nóng)藥化肥施用。董照鋒等[5]研究發(fā)現(xiàn)，我國部分農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量超標日益嚴峻。針對耕地的安全利用問題，我國不僅出臺了一系列的政策法規(guī)限制污染物排放[6]，也傾斜大量人力和物力開展治理研究[7-8]。然而，就當前土壤重金屬污染治理研究現(xiàn)狀而言，難以在短時間內(nèi)實現(xiàn)安全生產(chǎn)，“邊修復，邊生產(chǎn)”是當下治理重金屬污染問題的最佳的選擇。農(nóng)田安全利用是指為限制農(nóng)田中重金屬向作物可食用部分轉(zhuǎn)移所采取的一系列措施與方法，如重金屬低累積品種選育、水肥調(diào)控、土壤改良技術(shù)和葉面阻控技術(shù)應用及種植結(jié)構(gòu)調(diào)整等。Shiffrin和Boerner[9]研究表明，信息化社會帶來了數(shù)據(jù)分析的變革與進步，科學知識圖譜已成為分析文獻的重要工具；科學知識圖譜是一種通過數(shù)據(jù)挖掘、科學計量、信息分析及圖形繪制等多種手段對某一研究領(lǐng)域進行可視化分析的方法。統(tǒng)計分析農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域作者的所在機構(gòu)，能從側(cè)面揭示我國在該領(lǐng)域的主要研究機構(gòu)內(nèi)中堅研究力量的分布情況[10]。核心作者群是指在某一研究領(lǐng)域內(nèi)高質(zhì)量期刊上發(fā)表論文較多、影響力較大的作者群體[11]。關(guān)鍵詞是從文獻內(nèi)提煉出來簡短且精髓的部分，研究某個領(lǐng)域內(nèi)文獻關(guān)鍵詞的知識圖譜，可為研究者提供所研究主題的演變過程和學科前沿信息，甚至可預測其未來的發(fā)展趨勢[12]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域還未形成具有廣泛共識基礎(chǔ)的完整體系，運用CiteSpace軟件對農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域文獻信息進行系統(tǒng)梳理的研究也鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用文獻科學計量方法，運用可視化知識圖譜繪制軟件CiteSpace VI，對中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫中2000年1月至2022年5月在農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域國內(nèi)研究熱點、趨勢及主要研究力量(研究機構(gòu)與核心作者)進行可視化分析，探尋其學科研究基礎(chǔ)、動態(tài)及當下研究熱點，系統(tǒng)評估其相對重要程度，預示該領(lǐng)域近段時期的發(fā)展方向，以期為促進我國耕地資源的保護和利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

在中國知網(wǎng)(CNKI)高級檢索中以重金屬+鎘+砷+鉛+鉻主題和農(nóng)田+農(nóng)用地主題為檢索詞，選定時間范圍為2000—2022年，選擇學術(shù)期刊并勾選SCI來源期刊、EI來源期刊、北大核心、CSSCI和CSCD，經(jīng)過人為甄別刪去研究機構(gòu)簡介、報道及明顯不相關(guān)的文獻再導出Refworks格式文件，使用CiteSpace VI轉(zhuǎn)換格式去除重復，最終獲取1419篇文獻樣本(其中2000—2021年樣本1372篇,檢索時間為2022年6月8日)。

1.2 研究方法

在CiteSpace VI獲得的共現(xiàn)圖中，每個節(jié)點表示一個關(guān)鍵詞(作者或研究機構(gòu))，節(jié)點大小表示該關(guān)鍵詞(作者或研究機構(gòu))出現(xiàn)的頻次。節(jié)點之間連線的粗細表示關(guān)鍵詞(作者或研究機構(gòu))共現(xiàn)(聯(lián)系)強度的高低，節(jié)點的圓圈層代表年輪，年輪寬度指代中心性大小，中心性越大表示對其他節(jié)點的影響越強[13-14]。本研究根據(jù)文獻計量學中的普賴斯理論計算核心作者群體[15]。根據(jù)計算公式N=0.747(Nmax)1/2(式中，N為核心作者至少應發(fā)表的論文數(shù)，Nmax為統(tǒng)計年段內(nèi)最高產(chǎn)作者的論文篇數(shù))確定核心作者。通過比較農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域的年發(fā)文量、發(fā)文量排名前列研究機構(gòu)和核心作者文獻中的關(guān)鍵詞共現(xiàn)強度等，分析我國的農(nóng)田安全利用研究態(tài)勢。

2 結(jié)果與分析

2.1 論文發(fā)表數(shù)量分析

論文發(fā)表數(shù)量隨著時間變化而變化的趨勢可歷時性地反映該研究領(lǐng)域的發(fā)展狀況[16]。從圖1可看出，2000—2021年我國農(nóng)田安全利用研究方面的年發(fā)文量總體上呈波浪式快速上升(R2=0.9452)。其中，2000—2003年每年發(fā)文量較少(年平均僅5.75篇)，廣大學者開始由對重金屬引起的人體疾病治理轉(zhuǎn)向重視對土壤的治理與修復[17-18]；2003—2014年每年發(fā)文量穩(wěn)定增長(共577篇)，此時期內(nèi)相繼涌現(xiàn)大量農(nóng)田重金屬治理修復與安全利用研究成果[19-20]；2014—2021年發(fā)文量呈波浪式上升，并于2019年達頂峰(139篇)，而2016年(80篇)與2020年(111篇)處在谷底，說明我國農(nóng)田安全利用研究在2016年與2020年出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，有新的研究方向加入，如“生態(tài)風險[21]”“健康風險[22]”等研究主題突現(xiàn)。總而言之，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，我國農(nóng)田受重金屬污染問題愈發(fā)嚴重，廣大學者對農(nóng)田環(huán)境問題也愈發(fā)重視，并積極探索各種方法和措施進行調(diào)控與治理以保證農(nóng)作物安全生產(chǎn)。

圖1 2000—2021年我國農(nóng)田安全利用研究方面的年發(fā)表文獻數(shù)量比較

2.2 主要研究力量分析

2.2.1 主要作者分析 本研究共統(tǒng)計2000—2022年高質(zhì)量論文1419篇，其中發(fā)文數(shù)量最多的作者是陳同斌，為24篇，即Nmax=24篇，根據(jù)公式N=0.747(Nmax)1/2得出N=3.67篇(取其整數(shù)3篇)，即定義2000—2022年期間文獻發(fā)表數(shù)量不少于3篇的作者為該領(lǐng)域的核心作者。在主要作者分析圖譜中(圖2，閾值3)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量為769，連線數(shù)量為1058，網(wǎng)絡(luò)密度為0.0036，說明大部分核心作者之間存在合作關(guān)系，其中以陳同斌、宋波和郭朝暉為中心的科研團隊聯(lián)系較緊密，其次是以駱永明和湛方棟為中心的科研團隊，再次是以馬友華為中心的科研團隊、以徐友寧為中心的科研團隊及以陳世寶為中心的科研團隊，其余是各類尚未凝聚出學科領(lǐng)軍人物的科研團體。結(jié)合表1中發(fā)文量(排名前5位作者陳同斌等24篇、宋波等20篇、駱永明等17篇、湛方棟等15篇、吳龍華等15篇)、中心性及作者在知網(wǎng)節(jié)上的關(guān)注領(lǐng)域(只取前4個領(lǐng)域)來看，核心作者的研究方向均為重金屬，包括耕地、農(nóng)田土壤重金屬治理與土地利用?？梢姡瑢χ亟饘傥廴就恋氐陌踩醚芯烤哂休^強專業(yè)性，需大量專家學者協(xié)同創(chuàng)新、多方共同探索。

圖2 農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域主要研究作者的共現(xiàn)知識圖譜

總體上來看，多數(shù)核心作者團隊需進一步加強協(xié)同創(chuàng)新研究，以推動農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域的發(fā)展。此外，發(fā)文量排名前10位作者的中心性(0～0.06)均較低(表1)，表明需進一步加強農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論研究，爭取早日取得突破性研究進展，以確定主要研究方向，形成學科帶頭人領(lǐng)軍向多方發(fā)展的新局面。

表1 農(nóng)田安全利用研究方面發(fā)文量前10位作者及其研究領(lǐng)域

2.2.2 主要研究機構(gòu)分析 對1419篇文獻內(nèi)含機構(gòu)的名稱進行多輪甄別，將機構(gòu)名稱的別名(包括下屬實驗室整合，但不包括二級機構(gòu)向一級機構(gòu)合并)進行人工統(tǒng)一合并，再通過計量分析得出研究機構(gòu)合作特征圖譜(圖3)。研究機構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量為501，連線數(shù)量為382，網(wǎng)絡(luò)密度為0.003，閾值為7。將統(tǒng)計數(shù)據(jù)導出至表2，得到2000—2022年我國農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域發(fā)文量排名前10位的研究機構(gòu)，其中，排名前5位的機構(gòu)為中國科學院大學(70篇)、中國科學院南京土壤研究所(63篇)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護科研監(jiān)測所(36篇)、中國科學院地理科學與資源研究所(35篇)和云南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院(19篇)，排名前10位的機構(gòu)發(fā)文量合計302篇，占總發(fā)文量的21.28%?？梢?，除發(fā)文量前10位的科研機構(gòu)外，大部分研究機構(gòu)之間連線密度較低，合作基礎(chǔ)薄弱。此外，發(fā)文量前10位的機構(gòu)總發(fā)文量占比偏低，中心性不夠，研究機構(gòu)相對分散，需繼續(xù)加強協(xié)同創(chuàng)新，擴大自身影響力，加大與各省市農(nóng)業(yè)科研院所的合作，同時應注意避免地域扎堆而限制合作選擇范圍。

圖3 農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域主要研究機構(gòu)合作特征圖譜

表2 2000—2022年農(nóng)田安全利用研究方面發(fā)文量前10位的研究機構(gòu)

2.3 農(nóng)田安全利用研究熱點和趨勢分析

2.3.1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)與聚類分析結(jié)果 通過CiteSpace VI中的關(guān)鍵詞分析功能可得到關(guān)鍵詞的共現(xiàn)、聚類圖譜及關(guān)鍵詞的突現(xiàn)情況。由關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜(圖4,閾值6)可看出，農(nóng)田安全利用研究方面的關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)為661，連線數(shù)為799，連線密度為0.0037，說明關(guān)鍵詞之間存在聯(lián)系，但聯(lián)系不緊密，將共現(xiàn)圖譜中出現(xiàn)頻次排名靠前的關(guān)鍵詞信息導出至表3，得到關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻次和中心性信息，其中出現(xiàn)頻次排名前5位的關(guān)鍵詞為重金屬(574次)、農(nóng)田(355次)、土壤(252次)、土壤污染(109次)和污染評價(83次)，中心性排名前5位的關(guān)鍵詞為重金屬(0.54)、農(nóng)田(0.30)、土壤(0.26)、土壤污染(0.25)和農(nóng)作物(0.10)。繼續(xù)在共現(xiàn)圖譜上進行關(guān)鍵詞聚類分析，挑選聚類效果較好的前16類關(guān)鍵詞并將其可視化，得到關(guān)鍵詞聚類圖譜。從圖5可看出，排名前10位的類團分別為土壤環(huán)境、污水灌溉、農(nóng)藥、小麥、土壤、重金屬、生態(tài)風險、農(nóng)田、植物修復和農(nóng)作物?？梢?，在農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域，植物修復、農(nóng)作物安全生產(chǎn)、農(nóng)田土壤重金屬污染與風險評價是廣大專家學者研究的熱點。

表3 農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域頻次排名前10位的關(guān)鍵詞

圖4 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

圖5 關(guān)鍵詞聚類圖譜

2.3.2 關(guān)鍵詞的突發(fā)探測 基于關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜(圖4)，進一步分析農(nóng)田安全利用領(lǐng)域2000—2022年關(guān)鍵詞突現(xiàn)情況，得到排名前17位的突現(xiàn)關(guān)鍵詞。由表4可知，關(guān)鍵詞突現(xiàn)強度最高的為生態(tài)風險，突現(xiàn)值6.74，首次突現(xiàn)時間為2017年，突現(xiàn)結(jié)束時間為2018年，突現(xiàn)僅持續(xù)2年，可能當時的政策導向(自2014年全國土壤污染狀況調(diào)查公報[1]發(fā)布后，礦區(qū)和垃圾場周邊農(nóng)田的生態(tài)風險備受關(guān)注[23-24])有關(guān)。從關(guān)鍵詞突現(xiàn)的持續(xù)時間來看，“評價”、“空間變異”和“地學統(tǒng)計”3個詞的持續(xù)時間較長，從2005—2014年，其突現(xiàn)強度分別為6.70、4.32和2.92，說明這幾個詞涉及的主題是廣大學者在2014年全國土壤污染狀況調(diào)查公報[1]發(fā)布前持續(xù)關(guān)注的熱點[25-26]。從關(guān)鍵詞突現(xiàn)時間變化序列來看，由“土壤污染”“空間變異”“地學統(tǒng)計”到“形態(tài)分布”“生態(tài)風險”，最后到“源解析”“鈍化修復”“健康風險”的突現(xiàn)，表征農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域經(jīng)歷污染物發(fā)現(xiàn)與分布研究[27-28]—污染物形態(tài)分布研究[19]—污染物來源定位研究[29-30]—污染物修復與移除研究[31]—農(nóng)作物安全生產(chǎn)研究[22，32]等過程。

表4 農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域排名前17位的突現(xiàn)關(guān)鍵詞

3 討 論

我國耕地安全利用存在一定壓力，國家正在加大力度治理受污染農(nóng)田，計劃2020年實現(xiàn)90%安全利用，2025年實現(xiàn)93%安全利用，2030年95%安全利用[1]。大量研究結(jié)果表明，工業(yè)化與現(xiàn)代化的進程帶來了土壤重金屬污染問題，城市郊區(qū)和礦區(qū)周邊農(nóng)田深受其害，對其進行長期監(jiān)測與評價可了解污染狀況與蔓延速度，及時調(diào)整宏觀政策導向以確保農(nóng)田安全利用[21，25，33]。王宏等[23]利用地統(tǒng)計學方法和GIS空間分析技術(shù)研究浙江省慈溪市橫河鎮(zhèn)農(nóng)田土壤重金屬分布狀況、空間異質(zhì)性及其來源，結(jié)果表明，橫河鎮(zhèn)農(nóng)田土壤中重金屬污染水平整體上處于中等污染狀態(tài)，少數(shù)樣點處于強污染狀態(tài)；重金屬污染可能主要來源于人類活動最活躍、城鄉(xiāng)工業(yè)較發(fā)達的區(qū)域。郭朝暉等[21]以內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、地積累指數(shù)法研究受鉛鋅礦區(qū)污染的湖南省岳陽市新墻河沿岸農(nóng)田土壤，發(fā)現(xiàn)Cd元素是主要的重金屬污染物，在距離原鉛鋅礦區(qū)約6 km的范圍內(nèi)，其灌溉水均受到嚴重影響，農(nóng)田土壤生態(tài)風險較高，需優(yōu)先防控。楊樂等[33]評價結(jié)果表明，Cd和Zn是成樂高速公路兩側(cè)農(nóng)田土壤重金屬污染的主要元素，其中Cd處于輕度污染狀態(tài)，重金屬污染程度與農(nóng)田距離路基的垂直距離存在明顯的負相關(guān)關(guān)系。本研究結(jié)果表明，出現(xiàn)頻次排名前5位的關(guān)鍵詞為重金屬、農(nóng)田、土壤、土壤污染和污染評價，分別出現(xiàn)574、355、252、109和83次，中心性排名前5位的關(guān)鍵詞為重金屬、農(nóng)田、土壤、土壤污染和農(nóng)作物，中心性分別為0.54、0.30、0.26、0.25和0.10，進一步說明我國農(nóng)田受重金屬污染問題愈發(fā)嚴重，但廣大學者對農(nóng)田環(huán)境問題也愈發(fā)重視，并在農(nóng)田安全利用、農(nóng)田土壤重金屬污染與風險評價、植物修復和農(nóng)作物安全生產(chǎn)等方面積極探索各種方法和措施進行調(diào)控與治理。

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全是農(nóng)田安全利用體系的重要組成部分之一[22]，但土壤重金屬總含量與重金屬在農(nóng)產(chǎn)品中的積累量不具有明顯相關(guān)性。陳同斌等[7]對廣西西南地區(qū)41份自然土壤、479份稻田土壤和432份水稻樣品進行相關(guān)分析，結(jié)果表明，土壤pH、有機質(zhì)、重金屬總量及其有效態(tài)含量均是稻米中重金屬含量的主要影響因子，土壤重金屬總量僅在局部土壤pH范圍內(nèi)與稻米中重金屬含量呈正相關(guān)。此外，農(nóng)作物對重金屬的富集能力也有所區(qū)別，主要表現(xiàn)為葉菜類>根莖類>茄果類>水果類，其中葉菜類的富集系數(shù)明顯高于非葉菜類[24]。植物修復是我國治理農(nóng)田污染、保護耕地和糧食安全且對土壤擾動較少的原位修復技術(shù)[34]，如從環(huán)境中篩選重金屬富集能力更強或具有經(jīng)濟價值的超積累植物，探索將難降解的無機強化物變成可降解的有機強化物[35]。上述文獻的研究結(jié)果均為農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域涉及的內(nèi)容，也是廣大專家學者研究的熱點。本研究中，2000—2022年我國農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域發(fā)文量排名前10位研究機構(gòu)的發(fā)文量共302篇，占總發(fā)文量的21.28%，其他大部分研究機構(gòu)之間連線密度較低，合作基礎(chǔ)薄弱。說明發(fā)文量前10位的機構(gòu)總發(fā)文量占比偏低，中心性不夠，研究機構(gòu)相對分散，需繼續(xù)加強協(xié)同創(chuàng)新，擴大自身影響力，加大與各省市農(nóng)業(yè)科研院所的合作；發(fā)文量排名前10位核心作者中的5位高產(chǎn)作者為陳同斌、宋波、駱永明、湛方棟和吳龍華，分別發(fā)表24、20、17、15和15篇文獻，其研究方向均為重金屬?？梢姡瑢χ亟饘傥廴就恋氐陌踩醚芯烤哂休^強專業(yè)性，需大量專家學者協(xié)同創(chuàng)新、多方共同探索，以推動農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域的發(fā)展，保障我國耕地得到合理利用及農(nóng)作物的安全生產(chǎn)。

4 結(jié) 論

2000—2022年我國農(nóng)田受重金屬污染問題愈發(fā)嚴重，農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域的年發(fā)文量總體上呈波浪式快速上升，但發(fā)文量排名前10位作者的中心性均較低，大部分研究機構(gòu)間連線密度較低，合作基礎(chǔ)薄弱。因此，建議進一步加強核心作者間的協(xié)同創(chuàng)新研究，持續(xù)推動研究機構(gòu)間的合作交流，以促進我國耕地資源的保護和可持續(xù)利用。