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(xué)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(biāo)率為19.4%,以輕微污染(超過評價標(biāo)準(zhǔn)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(hù)、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(jìn)。對農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)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(dāng)前問題的最優(yōu)解,但傳統(tǒng)的文獻(xiàn)調(diào)研需閱讀大量文獻(xiàn)并對其進(jìn)行系統(tǒng)評估,容易受文獻(xiàn)閱讀量和個人主觀性的影響,而借助科學(xué)文獻(xiàn)計量軟件CiteSpace分析可避免此類問題。CiteSpace可用于進(jìn)行科研文獻(xiàn)可視化分析[2-3],本研究首次應(yīng)用于評價我國農(nóng)田安全利用方面研究文獻(xiàn)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。【前人研究進(jìn)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(biāo)日益嚴(yán)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(dāng)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(fù),邊生產(chǎn)”是當(dāng)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(yīng)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(jìn)步,科學(xué)知識圖譜已成為分析文獻(xiàn)的重要工具;科學(xué)知識圖譜是一種通過數(shù)據(jù)挖掘、科學(xué)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(jìn)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(jī)構(gòu),能從側(cè)面揭示我國在該領(lǐng)域的主要研究機(jī)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(xiàn)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(xiàn)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(xué)科前沿信息,甚至可預(yù)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(yùn)用CiteSpace軟件對農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域文獻(xiàn)信息進(jìn)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(xiàn)科學(xué)計量方法,運(yùn)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(jī)構(gòu)與核心作者)進(jìn)行可視化分析,探尋其學(xué)科研究基礎(chǔ)、動態(tài)及當(dāng)下研究熱點,系統(tǒng)評估其相對重要程度,預(yù)示該領(lǐng)域近段時期的發(fā)展方向,以期為促進(jìn)我國耕地資源的保護(hù)和利用提供參考依據(jù)。
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(xué)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(jī)構(gòu)簡介、報道及明顯不相關(guān)的文獻(xiàn)再導(dǎo)出Refworks格式文件,使用CiteSpace VI轉(zhuǎn)換格式去除重復(fù),最終獲取1419篇文獻(xiàn)樣本(其中2000—2021年樣本1372篇,檢索時間為2022年6月8日)。
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(jī)構(gòu)),節(jié)點大小表示該關(guān)鍵詞(作者或研究機(jī)構(gòu))出現(xiàn)的頻次。節(jié)點之間連線的粗細(xì)表示關(guān)鍵詞(作者或研究機(jī)構(gòu))共現(xiàn)(聯(lián)系)強(qiáng)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(qiáng)[13-14]。本研究根據(jù)文獻(xiàn)計量學(xué)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(yīng)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(jī)構(gòu)和核心作者文獻(xiàn)中的關(guān)鍵詞共現(xiàn)強(qiáng)度等,分析我國的農(nóng)田安全利用研究態(tài)勢。
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?fàn)顩r[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(xué)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(fù)[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(fù)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(dá)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(fēng)險[21]”“健康風(fēng)險[22]”等研究主題突現(xiàn)。總而言之,隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展,我國農(nóng)田受重金屬污染問題愈發(fā)嚴(yán)重,廣大學(xué)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(jìn)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(xiàn)數(shù)量比較
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(xiàn)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(tuán)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(tuán)隊,再次是以馬友華為中心的科研團(tuán)隊、以徐友寧為中心的科研團(tuán)隊及以陳世寶為中心的科研團(tuán)隊,其余是各類尚未凝聚出學(xué)科領(lǐng)軍人物的科研團(tuán)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?,對重金屬污染土地的安全利用研究具有較強(qiáng)專業(yè)性,需大量專家學(xué)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(tuán)隊需進(jìn)一步加強(qiáng)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(jìn)一步加強(qiáng)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(jìn)展,以確定主要研究方向,形成學(xué)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(jī)構(gòu)分析 對1419篇文獻(xiàn)內(nèi)含機(jī)構(gòu)的名稱進(jìn)行多輪甄別,將機(jī)構(gòu)名稱的別名(包括下屬實驗室整合,但不包括二級機(jī)構(gòu)向一級機(jī)構(gòu)合并)進(jìn)行人工統(tǒng)一合并,再通過計量分析得出研究機(jī)構(gòu)合作特征圖譜(圖3)。研究機(jī)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(dǎo)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(jī)構(gòu),其中,排名前5位的機(jī)構(gòu)為中國科學(xué)院大學(xué)(70篇)、中國科學(xué)院南京土壤研究所(63篇)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所(36篇)、中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所(35篇)和云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院(19篇),排名前10位的機(jī)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(jī)構(gòu)外,大部分研究機(jī)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(jī)構(gòu)總發(fā)文量占比偏低,中心性不夠,研究機(jī)構(gòu)相對分散,需繼續(xù)加強(qiáng)協(xié)同創(chuàng)新,擴(kuò)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(yīng)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(jī)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(jī)構(gòu)
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(dǎo)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(jìn)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(tuán)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(fēng)險、農(nóng)田、植物修復(fù)和農(nóng)作物。可見,在農(nóng)田安全利用研究領(lǐng)域,植物修復(fù)、農(nóng)作物安全生產(chǎn)、農(nóng)田土壤重金屬污染與風(fēng)險評價是廣大專家學(xué)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(jìn)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(qiáng)度最高的為生態(tài)風(fēng)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(dāng)時的政策導(dǎo)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(fēng)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(xué)統(tǒng)計”3個詞的持續(xù)時間較長,從2005—2014年,其突現(xiàn)強(qiáng)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(xué)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(xué)統(tǒng)計”到“形態(tài)分布”“生態(tài)風(fēng)險”,最后到“源解析”“鈍化修復(fù)”“健康風(fēng)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(fù)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
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(jìn)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(jìn)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(dǎo)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(xué)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(qiáng)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(dá)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(yán)重影響,農(nóng)田土壤生態(tài)風(fēng)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(fù)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(jìn)一步說明我國農(nóng)田受重金屬污染問題愈發(fā)嚴(yán)重,但廣大學(xué)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(fēng)險評價、植物修復(fù)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(jìn)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(jìn)行相關(guān)分析,結(jié)果表明,土壤pH、有機(jī)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(fù)是我國治理農(nóng)田污染、保護(hù)耕地和糧食安全且對土壤擾動較少的原位修復(fù)技術(shù)[34],如從環(huán)境中篩選重金屬富集能力更強(qiáng)或具有經(jīng)濟(jì)價值的超積累植物,探索將難降解的無機(jī)強(qiáng)化物變成可降解的有機(jī)強(qiáng)化物[35]。上述文獻(xiàn)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(xué)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(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)總發(fā)文量占比偏低,中心性不夠,研究機(jī)構(gòu)相對分散,需繼續(xù)加強(qiáng)協(xié)同創(chuàng)新,擴(kuò)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(xiàn),其研究方向均為重金屬??梢?,對重金屬污染土地的安全利用研究具有較強(qiáng)專業(yè)性,需大量專家學(xué)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)。
2000—2022年我國農(nóng)田受重金屬污染問題愈發(fā)嚴(yán)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(jī)構(gòu)間連線密度較低,合作基礎(chǔ)薄弱。因此,建議進(jìn)一步加強(qiáng)核心作者間的協(xié)同創(chuàng)新研究,持續(xù)推動研究機(jī)構(gòu)間的合作交流,以促進(jìn)我國耕地資源的保護(hù)和可持續(xù)利用。