基于知識(shí)圖譜的燃煤電廠與汞研究態(tài)勢(shì)分析

巢文軍，韓 春，宗玉婷

(江蘇省常州環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 常州 213003)

1 引言

汞是劇毒重金屬元素[1]，常溫液態(tài)極易蒸發(fā)，具持久性、長(zhǎng)距遷移和生物蓄積性，在環(huán)境中能轉(zhuǎn)為甲基汞等毒性極強(qiáng)的汞化合物，通過(guò)食物鏈逐級(jí)累積和生物放大。更嚴(yán)重的是，汞是金屬中唯一能以氣態(tài)形式長(zhǎng)距傳輸和沉降轉(zhuǎn)化的全球性污染物，即便是遠(yuǎn)離污染源的低密集活動(dòng)地區(qū)乃至人跡罕至區(qū)域，也可能遭受跨界汞污染問(wèn)題[2]。

中國(guó)是汞的消費(fèi)和排放大國(guó)，燃煤電廠是2017年8月對(duì)中國(guó)生效的國(guó)際 《汞公約》的大氣重點(diǎn)管控源[3]。本研究選取全球權(quán)威的綜合學(xué)科高質(zhì)量核心期刊及會(huì)議文獻(xiàn)檢索工具Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法和知識(shí)圖譜可視化軟件[4]，挖掘展示燃煤電廠與汞相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，分析推演其發(fā)展趨勢(shì)及前沿態(tài)勢(shì)，可為科研和管理?yè)Q上全新的廣角鏡頭掃描全景，以期為我國(guó)更好地控制汞污染與履行國(guó)際汞公約提供借鑒及參考。

2 材料與方法

本研究首選Web of Science(以下簡(jiǎn)稱WoS)的所有數(shù)據(jù)庫(kù)，輸入主題關(guān)鍵詞Coal-fired Power Plants與Mercury，年份限制為1990～2019年，設(shè)定文獻(xiàn)類型為ARTICLE、MEETING、REVIEW，再?gòu)幕緳z索結(jié)果中選擇精煉數(shù)據(jù)庫(kù)Web of Science核心合集，獲得935篇文獻(xiàn)數(shù)據(jù)作為研究樣本。然后應(yīng)用WoS的統(tǒng)計(jì)分析功能，綜合VOSViewer和CiteSpace知識(shí)圖譜軟件，對(duì)樣本數(shù)據(jù)從文獻(xiàn)增長(zhǎng)、主題演化、國(guó)家和機(jī)構(gòu)分布及比較等特征量進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量和可視化作圖，并進(jìn)行內(nèi)容分析和綜合評(píng)判。

3 結(jié)果與分析

3.1 文獻(xiàn)增長(zhǎng)的時(shí)間變化分析

文獻(xiàn)年度分布能夠反映該領(lǐng)域研究的發(fā)展速度和受關(guān)注程度，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析有助于整體把握發(fā)展態(tài)勢(shì)和劃分階段開展研究。根據(jù)篩選出的1990～2019年有關(guān)燃煤電廠與汞研究的SCIE、SSCI、AHCI、ESCI論文總量935篇，計(jì)算年均發(fā)文30.8篇，分析文獻(xiàn)年度變化及其在樣本總量中所占比例。由圖1可知，全球有關(guān)燃煤電廠與汞研究的文獻(xiàn)數(shù)量自1990年起不斷增加，該領(lǐng)域關(guān)注度目前保持穩(wěn)定增長(zhǎng)。根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)量的年度變化并結(jié)合研究發(fā)展趨勢(shì)，劃分為三個(gè)階段：第一階段是起步萌芽期(1990～1999年)，文獻(xiàn)數(shù)量稀少零散，研究呈現(xiàn)非系統(tǒng)化特征；第二階段是成長(zhǎng)爆發(fā)期(2000～2009年)，文獻(xiàn)數(shù)量突現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，研究?jī)?nèi)容逐步擴(kuò)大充實(shí)；第三階段是增長(zhǎng)積累期(2010～2019年)，文獻(xiàn)保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，熱點(diǎn)持續(xù)穩(wěn)定，研究?jī)?nèi)容不斷深化拓寬。經(jīng)統(tǒng)計(jì)在2010～2019年的這10年間共發(fā)文613篇，占30年發(fā)文總量的65.6%，處于文獻(xiàn)成果穩(wěn)定增長(zhǎng)的相對(duì)高產(chǎn)階段。

圖1 1990～2019年燃煤電廠與汞研究領(lǐng)域 WoS數(shù)據(jù)庫(kù)論文年發(fā)文量及年度占比

3.2 研究主題跟蹤分析

3.2.1 主題關(guān)鍵詞共線分析

研究文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞共現(xiàn)并進(jìn)行聚類分析，可以對(duì)熱點(diǎn)主題進(jìn)行定量研究并將其歸類。將樣本數(shù)據(jù)導(dǎo)入VOSviewer軟件選擇共詞分析，去重后篩選出59個(gè)主題關(guān)鍵詞制成圖譜，見(jiàn)圖2。依據(jù)詞性緊密程度分成3個(gè)聚類標(biāo)識(shí)不同顏色，節(jié)點(diǎn)大小表征頻次高低，之間連線表示共現(xiàn)關(guān)系。其中節(jié)點(diǎn)大，連線多，則研究主題熱度高；連線粗，則關(guān)聯(lián)共現(xiàn)機(jī)會(huì)多。由圖可見(jiàn)，汞、形態(tài)、氧化、燃燒、排放、元素汞、去除、煙氣、吸附、飛灰為高頻關(guān)鍵詞，是主要研究方向和連續(xù)關(guān)注熱點(diǎn)。

圖2 1990～2019年燃煤電廠與汞研究關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)可視化聚類分析

3.2.2 主題變遷與演化路徑

前沿?zé)狳c(diǎn)主題，可突出呈現(xiàn)為研究文獻(xiàn)和引文數(shù)量加速增長(zhǎng)且學(xué)術(shù)輻射力急速增強(qiáng)的態(tài)勢(shì)。本研究基于成果產(chǎn)出動(dòng)態(tài)特征，著重運(yùn)用Citespace的關(guān)鍵詞突現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能[5]，導(dǎo)出突現(xiàn)性強(qiáng)的11個(gè)突現(xiàn)關(guān)鍵詞(表1)，定量歸納熱點(diǎn)主題的變化趨勢(shì)及前沿方向，為研究和管理提供指引。

汞中毒首先是1953年日本漁村發(fā)現(xiàn)水俁病而在20世紀(jì)50～60年代從水產(chǎn)品開始受到關(guān)注，但1998年前都是零星分散的少量研究。由表1可見(jiàn)，自1998～2005對(duì)燃煤電廠與汞的研究開始增加，2003～2010主要是汞的污染控制研究，其中2004～2007年關(guān)注汞沉積，2006～2010年關(guān)注汞的輸送效應(yīng)。2007～2011年開始汞形態(tài)研究，2009～2013年關(guān)注其中的硒，2013～2015年焦點(diǎn)是重金屬，2017～2019年是煙氣脫硫和減排的影響，其中2018～2019年熱點(diǎn)是有害微量元素和氣體汞形態(tài)。

表1 引用突發(fā)最強(qiáng)的前11個(gè)關(guān)鍵詞

3.3 主要國(guó)家、科研機(jī)構(gòu)的研究實(shí)力分布與比較

3.3.1 國(guó)家研究實(shí)力分布

WoS數(shù)據(jù)庫(kù)覆蓋了全世界SCIE、SSCI、AHCI、ESC等最重要期刊和高影響力研究成果，科學(xué)界將被收錄科技論文數(shù)量視為衡量一國(guó)研究水平和科技力量的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。圖3是1990～2019年發(fā)文量排名Top10國(guó)家，其中8個(gè)是發(fā)達(dá)國(guó)家，僅中國(guó)和波蘭是發(fā)展中國(guó)家。統(tǒng)計(jì)顯示1990～2019年間發(fā)文量大于100篇的只有2個(gè)國(guó)家，美國(guó)364篇居第一位，中國(guó)344篇排第二。但是2013年和2015～2019年中國(guó)的發(fā)文量都超過(guò)美國(guó)，表明我國(guó)對(duì)此研究越來(lái)越重視，以及控制燃煤電廠汞排放和履約國(guó)際汞公約的急迫性。

3.3.2 機(jī)構(gòu)論文數(shù)量分析

由圖4可見(jiàn)在1990～2019年間發(fā)文量Top10機(jī)構(gòu)，分屬4個(gè)國(guó)家，只有中國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，其余3個(gè)為發(fā)達(dá)國(guó)家。具體為中國(guó)5家(華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院、東南大學(xué))占Top10機(jī)構(gòu)發(fā)文總量的比例高達(dá)69.6%；美國(guó)3家(能源部、西肯塔基大學(xué)、環(huán)保署)占比16.7%；還有加拿大阿爾伯塔大學(xué)和韓國(guó)延世大學(xué)，分別占比8.4 %和5.3%。

從年度分布變化來(lái)看，在1990～2019年期間排名前四位的機(jī)構(gòu)是華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)、美國(guó)能源部、清華大學(xué)；而到2010～2019年的近10年里，華中科技大學(xué)和華北電力大學(xué)的發(fā)文量一直穩(wěn)居全球第一和第二位，美國(guó)能源部、美國(guó)環(huán)保署、韓國(guó)延世大學(xué)跌出機(jī)構(gòu)Top10，被中國(guó)的上海電力大學(xué)、浙江大學(xué)、中南大學(xué)取代，表明近10年里以華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)、清華大學(xué)等為代表的中國(guó)機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域發(fā)文數(shù)量和科研水平處于前沿地位。

圖3 1990～2019年燃煤電廠與汞研究領(lǐng)域發(fā)文量Top10國(guó)家排名

3.3.3 研究實(shí)力的四象限圖比較

論文篇數(shù)是反映國(guó)家/機(jī)構(gòu)關(guān)注度的數(shù)量指標(biāo)，被引頻次是反映論文水平的質(zhì)量指標(biāo)，H指數(shù)是評(píng)價(jià)科研論文績(jī)效的綜合性指標(biāo)，3項(xiàng)指標(biāo)聯(lián)合運(yùn)用可綜合評(píng)判成果產(chǎn)出數(shù)量、質(zhì)量和學(xué)術(shù)影響力。本研究以1990～2019年該領(lǐng)域的國(guó)家/機(jī)構(gòu)論文篇數(shù)為橫軸，以篇均被引頻次為縱軸，兩者分別以均值為軸中心點(diǎn)，建立研究力量評(píng)價(jià)的坐標(biāo)體系，同時(shí)設(shè)置圓點(diǎn)大小來(lái)表征論文的H指數(shù)高低[6]。

圖4 1990～2019年燃煤電廠與汞研究領(lǐng)域發(fā)文量Top10機(jī)構(gòu)排名

從圖5的國(guó)家層面分析，第1象限的美國(guó)其發(fā)文的數(shù)量和質(zhì)量都高于均值，H指數(shù)最大，領(lǐng)域?qū)W術(shù)影響力較高；第2象限的加拿大、韓國(guó)、西班牙、日本和德國(guó)發(fā)文量雖低于均值，但論文質(zhì)量較高，篇均被引高于均值；第3象限的英國(guó)、澳大利亞和波蘭的發(fā)文數(shù)量有待增加、論文質(zhì)量有待提升；第4象限的中國(guó)雖然發(fā)文總數(shù)居第2位，但篇均被引稍低于均值，其H指數(shù)較高與發(fā)文量較大有關(guān)。

圖5 1990～2019年燃煤電廠與汞研究領(lǐng)域發(fā)文量Top10國(guó)家研究實(shí)力比較

從圖6的機(jī)構(gòu)層面分析，第1象限的清華大學(xué)、美國(guó)能源部其論文數(shù)量、質(zhì)量都超過(guò)均值，H指數(shù)顯著高于其余8個(gè)機(jī)構(gòu)；第2象限的中國(guó)科學(xué)院、加拿大阿爾伯塔大學(xué)、韓國(guó)延世大學(xué)篇均被引頻次高于均值，論文質(zhì)量較高；第3象限的美國(guó)環(huán)保署、中國(guó)東南大學(xué)被引較少，逐步邊緣；第4象限的華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)、美國(guó)西肯塔基大學(xué)發(fā)文量高于均值，質(zhì)量仍有待提升。

3.4 高影響力文獻(xiàn)

論文被引頻次既是獲得學(xué)術(shù)認(rèn)可、衡量影響力的標(biāo)志，也是挖掘前沿?zé)狳c(diǎn)、追蹤發(fā)展動(dòng)向的指標(biāo)。通過(guò)檢索WoS數(shù)據(jù)庫(kù)樣本的被引頻次后降序排列，查找1990-2019年燃煤電廠與汞研究的Top10高影響力文獻(xiàn)。

圖6 1990～2019年燃煤電廠與汞研究領(lǐng)域發(fā)文量Top10機(jī)構(gòu)研究實(shí)力比較

從第一作者的國(guó)家來(lái)源分析，7篇來(lái)自發(fā)達(dá)國(guó)家(美國(guó)5篇，荷蘭和加拿大各1篇)，另外中國(guó)2篇、印度1篇；從期刊來(lái)源分析，主要發(fā)表于7種期刊，其中Fuel Processing Technology和Environmental Science & Technology分別載文3篇和2篇，其余5篇發(fā)表于另外5種不同刊物；從發(fā)表時(shí)間分析，2篇發(fā)表于2010年，8篇散布于1994～2015年間。其中被引頻次居首位的是美國(guó)人Pavlish JH于2003年發(fā)表在Fuel Processing Technology上題為Status review of mercury control options for coal-fired power plants的論文，被引達(dá)741次。

4 結(jié)論與展望

綜合文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)和圖譜分析，對(duì)燃煤電廠與汞的研究自1998年后增加，2003～2010年主要是汞的沉積與輸送等污染控制研究，2011年后開始關(guān)注汞形態(tài)和重金屬，2017～2019年是注重?zé)煔饷摿?、減排的影響和有害微量元素。近來(lái)全球有關(guān)燃煤電廠與汞的研究進(jìn)入穩(wěn)步增長(zhǎng)、高產(chǎn)積累態(tài)勢(shì)，研究熱點(diǎn)集中于汞、形態(tài)、氧化、燃燒、排放、元素汞、去除、煙氣、吸附、飛灰等關(guān)鍵詞。

在該領(lǐng)域內(nèi)，美國(guó)和中國(guó)累計(jì)發(fā)文量位列第一、第二。尤其近10年來(lái)，中國(guó)以華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)等為代表的機(jī)構(gòu)發(fā)文量增長(zhǎng)最快，尤以清華大學(xué)發(fā)文量大、被引高且在該領(lǐng)域內(nèi)研究屬頂尖水平。但展望未來(lái)，在新的國(guó)內(nèi)和國(guó)際形勢(shì)下，我國(guó)作為汞排放大國(guó)，防控形勢(shì)復(fù)雜嚴(yán)峻，國(guó)際汞公約履約與成效評(píng)估仍任重而道遠(yuǎn)。