摘要:基于2000—2023年中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫和Web of Science(WOS)核心合集數(shù)據(jù)庫的文獻(xiàn)數(shù)據(jù),利用CiteSpace軟件從發(fā)文量、發(fā)文作者、發(fā)文機(jī)構(gòu)、發(fā)文國家、關(guān)鍵詞等方面系統(tǒng)分析了農(nóng)業(yè)面源磷污染領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。結(jié)果顯示:中文文獻(xiàn)發(fā)文量整體呈先上升后下降的趨勢,英文文獻(xiàn)發(fā)文量整體呈波動(dòng)上升趨勢;中英文發(fā)文量最多的作者分別是李懷恩和沈珍瑤;中英文發(fā)文量最多研究機(jī)構(gòu)分別是武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中國科學(xué)院;英文發(fā)文量最多的國家是中國。當(dāng)前國內(nèi)外研究聚焦于磷的時(shí)空分布特征和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、面源污染模型的評價(jià)、應(yīng)用和改進(jìn)、磷污染的風(fēng)險(xiǎn)評估及其治理修復(fù)等方面。未來的研究重點(diǎn)為開發(fā)和改進(jìn)具有本地特色且高效的農(nóng)業(yè)面源污染模型,并在流域尺度上進(jìn)行磷污染的溯源和遷移模擬,研究磷的遺留效應(yīng),深度挖掘磷的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理。
關(guān)鍵詞:磷污染;農(nóng)業(yè)面源污染;CiteSpace;文獻(xiàn)計(jì)量分析;研究動(dòng)態(tài)
中圖分類號(hào):X52; G353.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-060X(2024)12-0110-07
Research Status on Phosphorus in Agricultural Non-Point Source Pollution Based on Bibliometrics
WANG Po-fei1,PENG Hua1,2,3,ZHU Jian1,2,3,ZHANG Ying1,DAI Yan-jiao1,SONG Min1
(1. Hunan Institute of Agricultural Environment and Ecology, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, PRC;
2. Key Laboratory of Agro-Environment in Midstream of Yangtze Plain, Ministry of Agriculture and Rural Affairs,
Changsha 410125, PRC; 3. Hunan Engineering Research Center for Prevention and Control of Agricultural Non-Point
Source Pollution in the Basin of Lake Dongting, Changsha 410125, PRC)
Abstract: The articles about phosphorus in agricultural non-point source pollution were retrieved from the Web of Science (WOS) core collection and the China National Knowledge Infrastructure (CNKI) with the time interval of 2000 to 2023. CiteSpace was employed to comprehensively analyze the research status and trend on phosphorus in agricultural non-point source pollution in terms of annual number of publications, authors, research institutions, countries, and keywords. The results showed that the annual number of publications in Chinese first increased and then decreased, while that in English kept rising with fluctuations. Li Huai'en and Shen Zhenyao were the authors publishing the most articles in Chinese and English, respectively. The State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University and the Chinese Academy of Sciences were the research institutions publishing the most articles in Chinese and English, respectively. China was the country with the largest number of papers published by WOS in this field. The available studies about phosphorus in agricultural non-point source pollution focused on the spatiotemporal distribution characteristics, the migration and transformation patterns, the evaluation, application, and improvement of non-point source pollution models, and the risk assessment and remediation of phosphorus pollution. In the future, efforts should be made to develop efficient non-point source pollution models considering local characteristics, conduct tracing and migration simulation of phosphorus pollution on the watershed scale, study the legacy effect of phosphorus, and decipher the migration and transformation mechanisms of phosphorus.
Key words: phosphorus pollution; agricultural non-point source pollution; CiteSpace; bibliometrics; research status
面源污染,也稱非點(diǎn)源污染,根據(jù)產(chǎn)生污染物的面源污染體的不同可分為農(nóng)業(yè)面源污染、采礦引起的面源污染、城市面源污染、施工引起的面源污
染、林業(yè)活動(dòng)引起的面源污染以及其他類型的面源污染[1],其中農(nóng)業(yè)面源污染是全球公認(rèn)的水體最大的污染問題之一[2]。農(nóng)業(yè)面源污染是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中氮素和磷素等營養(yǎng)物質(zhì)、農(nóng)藥以及其他有機(jī)或無機(jī)污染物質(zhì)通過農(nóng)田的地表徑流和農(nóng)田滲漏形成的環(huán)境污染[3]。其中氮和磷是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵元素,且磷是淡水生態(tài)系統(tǒng)中影響藻類等初級生產(chǎn)力的主要限制因子[4],是制約水質(zhì)改善的主要影響因素[5]?!兜诙稳珖廴驹雌詹楣珗?bào)》顯示,2017年全國污染源總磷排放量為31.54萬t,其中農(nóng)業(yè)源總磷排放量占比67.2%。因此,對農(nóng)業(yè)面源污染中的磷污染進(jìn)行研究意義重大。
全球關(guān)于農(nóng)業(yè)面源污染的研究始于20世紀(jì)70年代[6],現(xiàn)已積累了豐富的研究成果[7-9]。通過文獻(xiàn)計(jì)量分析將文獻(xiàn)資料轉(zhuǎn)化為科學(xué)知識(shí)圖譜,進(jìn)行可視化分析,有助于準(zhǔn)確把握研究領(lǐng)域的知識(shí)脈絡(luò)、發(fā)展歷程及熱點(diǎn)前沿。目前,關(guān)于農(nóng)業(yè)面源污染的研究多聚焦于宏觀領(lǐng)域,缺乏對磷污染研究的演進(jìn)過程、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的探討。因此,該研究基于中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫和Web of Science(WOS)核心合集數(shù)據(jù)庫,采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的方法全面剖析農(nóng)業(yè)面源磷污染的研究進(jìn)展和趨勢,分析該領(lǐng)域在不同階段的研究重點(diǎn),為進(jìn)一步推進(jìn)農(nóng)業(yè)面源磷污染防控和管理提供理論依據(jù)。
1 數(shù)據(jù)來源與分析方法
1.1 數(shù)據(jù)來源
研究以CNKI數(shù)據(jù)庫和WOS核心合集數(shù)據(jù)庫作為農(nóng)業(yè)面源磷污染研究的中英文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫。在CNKI數(shù)據(jù)庫中,檢索主題設(shè)置為“(農(nóng)業(yè)面源污染+
農(nóng)田面源污染+非點(diǎn)源污染)*(磷+總磷+磷污染+磷流失+磷輸出+磷負(fù)荷)NOT城市非點(diǎn)源污染”,來源類別設(shè)置為“北大核心+CSCD”,索引日期設(shè)置為“2000-01-01至2023-06-01”,共檢索得到632篇原始文獻(xiàn),經(jīng)篩選最終得到627篇中文文獻(xiàn)。在WOS數(shù)據(jù)庫中,檢索主題設(shè)置為“TS=
((agricult* OR farm*)AND((nonpoint OR non-point OR diffuse)source*)AND(pollut* OR contaminat*)AND(phosphorus OR Total phosphorus OR phosphorus loss OR phosphorus output OR phosphorus load))”,檢索時(shí)間設(shè)置為“2000-01-01至2023-06-01”,共檢索得到1 472篇原始文獻(xiàn),經(jīng)篩選最終得到1 460篇英文文獻(xiàn)。
1.2 研究方法
使用CiteSpace軟件和WOS與CNKI數(shù)據(jù)庫自帶工具,對研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量學(xué)分析。設(shè)置時(shí)間切片和g-index等參數(shù),運(yùn)行軟件得出可視化圖譜以及相關(guān)文本數(shù)據(jù),從發(fā)文量、發(fā)文作者、發(fā)文機(jī)構(gòu)、發(fā)文國家、關(guān)鍵詞以及文獻(xiàn)共被引等方面系統(tǒng)分析農(nóng)業(yè)面源磷污染的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢。
2 結(jié)果與分析
2.1 發(fā)文量分析
由圖1可知,2000—2022年中文文獻(xiàn)發(fā)文量整體呈先上升后下降的趨勢,2012年達(dá)到峰值55篇,2013—2022年中文文獻(xiàn)發(fā)文量在30篇上下浮動(dòng);英文文獻(xiàn)發(fā)文量整體呈波動(dòng)上升趨勢,2021年達(dá)到峰值114篇,2022年略微減少至109篇。
2.2 發(fā)文作者分析
由表1可知,中文文獻(xiàn)發(fā)文量最多的作者是李懷恩(15篇),英文文獻(xiàn)發(fā)文量最多的作者是Shen Zhenyao(沈珍瑤,13篇)。英文文獻(xiàn)發(fā)文量前10的作者中,中國作者有7位,可見在農(nóng)業(yè)面源磷污染研究領(lǐng)域中,中國學(xué)者貢獻(xiàn)了巨大的力量。
如果2篇文獻(xiàn)共同出現(xiàn)在第3篇文獻(xiàn)的參考文獻(xiàn)目錄中,那么這2篇文獻(xiàn)及其作者便形成共被引關(guān)系,分析作者的共被引網(wǎng)絡(luò)可以得到領(lǐng)域中高被引作者的分布,確定領(lǐng)域內(nèi)有影響力的學(xué)者。如圖2所示,紫色外圈表示具有高中介中心性,說明作者的影響力大。由圖2和表2可知,Sharpley AN的共被引次數(shù)最多(390次),其次是Arnold JG(247次)。值得注意的是,沈珍瑤的英文文獻(xiàn)發(fā)文量和共被引次數(shù)均進(jìn)入前10,分別是13篇和156次,且其中介中心性在共被引次數(shù)排名前10的作者中排第2。另外,在英文文獻(xiàn)發(fā)文量排名前10的作者中,歐陽威、陳磊的共被引次數(shù)比較靠前,分別是93次和52次。盡管中國學(xué)者的發(fā)文量很大,但在共被引次數(shù)排名前10的作者中,中國學(xué)者僅有1位(沈珍瑤,第4),說明中國學(xué)者在該研究領(lǐng)域的成果質(zhì)量有待提高,創(chuàng)新性有待加強(qiáng)。
2.3 發(fā)文機(jī)構(gòu)分析
由表3可知,在農(nóng)業(yè)面源磷污染研究領(lǐng)域,發(fā)表中文文獻(xiàn)最多的機(jī)構(gòu)是武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(17篇),發(fā)表英文文獻(xiàn)最多的機(jī)構(gòu)是中國科學(xué)院(147篇),其次是美國農(nóng)業(yè)部(131篇)。英文文獻(xiàn)發(fā)文量排名前10的研究機(jī)構(gòu)中有6家中國研究機(jī)構(gòu),進(jìn)一步說明了中國學(xué)者在該領(lǐng)域的研究非常活躍,但同時(shí)存在發(fā)文量相對較多而發(fā)文質(zhì)量相對不高的情況。
2.4 發(fā)文國家分析
基于WOS數(shù)據(jù)庫對農(nóng)業(yè)面源磷污染研究領(lǐng)域發(fā)文量較多的國家進(jìn)行統(tǒng)計(jì),由圖3、圖4可知,排名第1的中國(553篇,28.7%)和排名第2的美國(499篇,25.9%)的發(fā)文量遠(yuǎn)超其他國家,其次是英國(97篇,5.0%)、加拿大(72篇,3.7%)和韓國(51篇,2.6%)。然而這些國家的中心性普遍不高,說明在農(nóng)業(yè)面源磷污染研究領(lǐng)域還需加強(qiáng)國際和區(qū)域合作。
2.5 關(guān)鍵詞分析
關(guān)鍵詞是對文獻(xiàn)主題的高度凝練,結(jié)合關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖譜,可以系統(tǒng)地分析研究相關(guān)領(lǐng)域的熱點(diǎn)及熱點(diǎn)的演變[10]。如圖5所示,中文文獻(xiàn)出現(xiàn)頻次排名前5的關(guān)鍵詞依次是“面源污染”(322次)、“農(nóng)業(yè)面源污染”(121次)、“SWAT模型”(60次)、“總磷”(32次)和“污染負(fù)荷”(25次)。從關(guān)鍵詞突現(xiàn)情況來看(圖6),2000年的關(guān)注重點(diǎn)是磷流失;之后利用AnnAGNPS模型進(jìn)行農(nóng)業(yè)面源磷污染分析成為主流,并且持續(xù)了相當(dāng)長的一段時(shí)間;接著聚焦于坡耕地和土地利用的研究;在近期,對于磷的時(shí)空分布以及關(guān)鍵源區(qū)的研究較為火熱。
如圖7所示,英文文獻(xiàn)出現(xiàn)頻次排名前5的關(guān)鍵詞分別是“non-point source pollution”(600次)、“phosphorus”(432次)、“water quality”(370次)、“nitrogen”(315次)和“l(fā)and use”(262次)。由關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖(圖8)和時(shí)區(qū)圖(圖9)可知,“water quality”“l(fā)and use”“model”等關(guān)鍵詞早在2000年就已出現(xiàn)在相關(guān)文獻(xiàn)中,2004年首次提出“export”一詞,隨后在2006年提出“SWAT model”,2008年提出“constructed wetlands”,2012年提出“critical source areas”。值得注意的是,“China”從2017年開始成為突現(xiàn)詞并持續(xù)到現(xiàn)在,說明我國關(guān)于農(nóng)業(yè)面源污染的研究越來越得到重視且產(chǎn)生了較為深遠(yuǎn)的影響。
2.6 文獻(xiàn)共被引分析
基于WOS數(shù)據(jù)庫對共被引文獻(xiàn)進(jìn)行分析,以期在關(guān)鍵詞的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析農(nóng)業(yè)面源磷污染在不同階段的研究熱點(diǎn)。如圖10所示,文獻(xiàn)共被引網(wǎng)絡(luò)共有289個(gè)節(jié)點(diǎn)和448條連線,基于時(shí)間脈絡(luò)對文獻(xiàn)共被引網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析,可將農(nóng)業(yè)面源磷污染領(lǐng)域的核心研究成果分為4個(gè)階段。
第1階段是2000年初,Gburek等[11]采用2種方式修正了磷指數(shù),一種是將磷源和傳輸特性相乘,一種是用水文重現(xiàn)期量化地表徑流對河流的影響風(fēng)險(xiǎn)。第2階段是2007—2010年,該階段涌現(xiàn)了5篇重要文獻(xiàn)。Gassman等[12]總結(jié)了SWAT模型在磷的時(shí)空分布、徑流計(jì)算等方面的應(yīng)用,介紹了該模型的優(yōu)缺點(diǎn);Ongley等[13]闡述了NPS評估的實(shí)踐基礎(chǔ)、技術(shù)以及在中國的應(yīng)用,指出了農(nóng)業(yè)面源的定義、降雨和灌溉徑流機(jī)制、農(nóng)村生活影響、模型校準(zhǔn)等研究方向;Moriasi等[14]對模型統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行性能評級,研究了流域模型評估技術(shù);Bowes等[15]通過點(diǎn)磷和擴(kuò)散磷對河流磷濃度的貢獻(xiàn)建立負(fù)荷分配模型,量化磷輸入程度;Arabi等[16]評估了農(nóng)業(yè)保護(hù)措施對水質(zhì)影響的建模結(jié)果,選擇SWAT參數(shù)進(jìn)行敏感性分析,并驗(yàn)證其合理性。第3階段是2012—2013年,該階段有4篇主要文獻(xiàn)。Liu等[17]利用SWAT模型模擬了土地利用、化肥管理和耕作管理等措施變化對香溪河農(nóng)業(yè)面源磷污染控制的影響;Sharpley等[18]對陸地-淡水連續(xù)體上的遺留磷進(jìn)行了核算并研究了其驅(qū)動(dòng)因素;Shen等[19]提出改進(jìn)國外NPS模型并注入具有中國特色的關(guān)鍵參數(shù)是我國NPS污染模型未來的研究方向;Doody等[20]提出開發(fā)一種基于CSA的分層方法來幫助制定《水框架指令》的補(bǔ)充措施。第4階段是2018—2020年,該階段有2篇主要文獻(xiàn)。Zou等[21]分析和評估了1978—2017年中國的ANSP負(fù)荷,發(fā)現(xiàn)負(fù)荷強(qiáng)度呈現(xiàn)出與年國民經(jīng)濟(jì)計(jì)劃一致的階段性特征,并在空間尺度上與農(nóng)業(yè)條件密切相關(guān);Adu等[22]介紹了10種農(nóng)業(yè)面源污染模型,指出面源污染物移動(dòng)的水文過程和機(jī)制尚未在這些模型中得到完全體現(xiàn),并對面源污染模型研究提出了新的要求和思路。
3 結(jié)論
研究基于CNKI數(shù)據(jù)庫和WOS核心合集數(shù)據(jù)庫,使用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法系統(tǒng)分析了農(nóng)業(yè)面源磷污染
領(lǐng)域的研究動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢,主要得到了以下結(jié)論。
(1)目前國內(nèi)外對農(nóng)業(yè)面源磷污染的研究處于上升階段,該領(lǐng)域?qū)⒁l(fā)更多學(xué)者的關(guān)注,從而產(chǎn)生更豐富的研究成果。其中,美國和中國團(tuán)隊(duì)的研究實(shí)力較為雄厚,中國的研究成果質(zhì)量有待進(jìn)一步提高。各國家和研究機(jī)構(gòu)之間,應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)術(shù)合作,共同推動(dòng)該領(lǐng)域的研究發(fā)展。
(2)農(nóng)業(yè)面源磷污染的研究主要集中在磷的輸入輸出、負(fù)荷、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、時(shí)空分布特征和關(guān)鍵源區(qū)識(shí)別等方面,并由此衍生出對土地利用方式、肥料管理、地表徑流和氣候變化等影響因素的研究,對SWAT、AnnAGNPS和磷指數(shù)等相關(guān)模型的評價(jià)、應(yīng)用和改進(jìn)[23],對磷污染的風(fēng)險(xiǎn)評估以及對人工濕地等治理修復(fù)措施的研究。
(3)農(nóng)業(yè)面源磷污染的研究重點(diǎn)是農(nóng)業(yè)面源污染模型的開發(fā)和應(yīng)用,國外開發(fā)的NPS模型并不完全適用于我國研究,今后的研究將在常用模型的基礎(chǔ)上,根據(jù)研究區(qū)域的實(shí)際情況和特點(diǎn),不斷開發(fā)和改進(jìn)具有本地特色的、易于評估且高效的用戶友好型NPS污染模型。未來農(nóng)業(yè)面源磷污染的研究將趨向于在流域尺度上進(jìn)行磷污染的溯源和遷移模擬,研究磷的遺留效應(yīng),更深層次地挖掘磷的遷移轉(zhuǎn)
化機(jī)理,從而更好地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)面源污染治理和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
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(責(zé)任編輯:王婷)