國(guó)際土壤農(nóng)藥污染研究進(jìn)展與前沿——基于CiteSpace分析①

黃現(xiàn)民，樊 平，閔建美，劉 倩，張淑娟，于富昌

國(guó)際土壤農(nóng)藥污染研究進(jìn)展與前沿——基于CiteSpace分析①

黃現(xiàn)民1，樊 平2，閔建美1，劉 倩1，張淑娟1，于富昌1

(1 山東省農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)和農(nóng)村能源總站，濟(jì)南 250100；2 濱州市農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)工作站，山東濱州 256600)

為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量，農(nóng)藥施用強(qiáng)度不斷增加，導(dǎo)致土壤等環(huán)境介質(zhì)含有大量農(nóng)藥殘留。為了把握土壤農(nóng)藥污染領(lǐng)域發(fā)展歷程和關(guān)系脈絡(luò)，明確該研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和前沿方向，本文利用CiteSpace 5.6.R4可視化軟件，基于Web of Science(WOS)數(shù)據(jù)庫(kù)獲得的樣本進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：①國(guó)際土壤農(nóng)藥污染研究分為兩個(gè)階段：平穩(wěn)發(fā)展階段和研究激增階段。平穩(wěn)發(fā)展階段研究視角寬廣，研究?jī)?nèi)容寬泛，為后續(xù)的深入研究提供了指導(dǎo)性意見(jiàn)。研究激增階段熱點(diǎn)多樣，研究熱度持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；②中美法為主要貢獻(xiàn)國(guó)家，但國(guó)際研究機(jī)構(gòu)合作并不緊密；③該領(lǐng)域研究受到國(guó)際高水平期刊的重視，值得后續(xù)深入探究；④研究熱點(diǎn)主要圍繞污染類型、降解機(jī)制和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估展開(kāi)；⑤圍繞農(nóng)藥生產(chǎn)、施用后遺留的有機(jī)污染展開(kāi)污染源解析、污染空間分布、修復(fù)機(jī)理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等多角度探究為該領(lǐng)域的研究前沿。

農(nóng)藥污染；土壤；CiteSpace；研究進(jìn)展；前沿分析

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，截止2019年末，我國(guó)人口突破14億人，占世界總?cè)丝诩s20%。但《2015年中國(guó)國(guó)土資源公報(bào)》顯示，全國(guó)耕地面積約為1.35億hm2，僅占世界耕地面積的7% 左右。為滿足人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要，農(nóng)作物產(chǎn)量逐年增加，農(nóng)藥施用強(qiáng)度也不斷增加。根據(jù)耕地面積測(cè)算的農(nóng)藥增長(zhǎng)率約為6%，農(nóng)藥的單位面積使用量約為世界平均水平的2.5倍[1]，但施用的農(nóng)藥僅有0.1% 能夠發(fā)揮實(shí)際效能，超過(guò)80% 的施用農(nóng)藥殘留于土壤等環(huán)境介質(zhì)中[2-3]，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全和品質(zhì)要求的重視，土壤農(nóng)藥污染防治與修復(fù)受到越來(lái)越多科技工作者的關(guān)注[4]，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，該領(lǐng)域研究成果豐富且總量仍在增長(zhǎng)。早在20世紀(jì)70年代，國(guó)外就開(kāi)始了土壤農(nóng)藥污染的治理與修復(fù)工作，特別是德國(guó)、丹麥等歐洲國(guó)家的研究處于領(lǐng)先地位[5]。已有的研究成果記錄了農(nóng)藥污染研究領(lǐng)域的發(fā)展歷程，能夠?yàn)楹罄m(xù)的研究開(kāi)展提供豐富的知識(shí)基礎(chǔ)。僅通過(guò)文獻(xiàn)回顧并不能清晰地把握該領(lǐng)域的發(fā)展歷程和關(guān)系脈絡(luò)，但這些復(fù)雜的關(guān)系能夠有效催化新知識(shí)的產(chǎn)生，同時(shí)提供熱點(diǎn)分析及前沿探索方向，為科技工作者指明該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和方向，提高科研效率。

知識(shí)圖譜作為科學(xué)計(jì)量學(xué)的一種研究方法于2005年由陳悅和劉則淵[6]率先提出，并迅速得到了廣泛關(guān)注與認(rèn)可。通過(guò)陳悅等[7]開(kāi)發(fā)的CiteSpace可視化分析軟件，可實(shí)現(xiàn)“一圖譜春秋，一覽無(wú)余；一圖勝萬(wàn)言，一目了然”。因此，本文基于Web of Science(WOS)核心數(shù)據(jù)庫(kù)合集，對(duì)國(guó)際農(nóng)藥污染研究歷程和前沿進(jìn)行可視化分析，勾勒研究歷程，厘定前沿?zé)狳c(diǎn)，構(gòu)建研究框架，為我國(guó)在該領(lǐng)域的后續(xù)研究工作提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

為了更全面地掌握國(guó)際農(nóng)藥污染土壤的研究情況，本文選擇WOS核心數(shù)據(jù)庫(kù)為文獻(xiàn)檢索數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間設(shè)置為2001—2020年，以“TS=(pesticide OR biocide) AND TS=(soil pollution)”為檢索條件進(jìn)行高級(jí)檢索，并以“Article”和“Review”精煉，共獲取文獻(xiàn)1 677篇。以“全紀(jì)錄與引用的參考文獻(xiàn)”為記錄內(nèi)容，并以純文本格式下載保存。

1.2 研究方法

CiteSpace可視化軟件通過(guò)共引分析理論和尋徑網(wǎng)絡(luò)算法，對(duì)某領(lǐng)域的已有文獻(xiàn)進(jìn)行分析，以得到包含作者、機(jī)構(gòu)、國(guó)家、關(guān)鍵詞、主題等不同種類的共現(xiàn)圖譜和時(shí)間軸圖譜，進(jìn)而幫助研究者分析領(lǐng)域演化路徑、探測(cè)研究前沿并推斷未來(lái)發(fā)展。

本文借助CiteSpace可視化軟件，以WOS核心數(shù)據(jù)庫(kù)中有關(guān)農(nóng)藥污染的研究文獻(xiàn)為樣本，推演國(guó)際農(nóng)藥污染領(lǐng)域的研究歷程，總結(jié)該領(lǐng)域的階段性發(fā)展，并把握研究熱點(diǎn)和前沿，進(jìn)而幫助研究者了解發(fā)展方向，為我國(guó)農(nóng)藥污染評(píng)價(jià)和修復(fù)提供理論參考。

2 結(jié)果與分析

2.1 主題演變

發(fā)文量可直觀地反映學(xué)術(shù)界對(duì)某一研究領(lǐng)域的重視程度，一般情況下發(fā)文量越多，表明該領(lǐng)域的研究越活躍[8]。通過(guò)該領(lǐng)域研究文獻(xiàn)量的時(shí)間分布情況(圖1)，可基本了解農(nóng)藥污染領(lǐng)域國(guó)際研究的活躍程度。同時(shí)，利用CiteSpace5.6.R4可視化軟件，將檢索得到的文獻(xiàn)以一年為單位進(jìn)行時(shí)間切片，以關(guān)鍵詞為節(jié)點(diǎn)類型，選取前5% 引用次數(shù)最多或出現(xiàn)次數(shù)最多的項(xiàng)目得到187個(gè)節(jié)點(diǎn)、1 517條連線的共現(xiàn)圖譜，并以時(shí)間圖譜的方式進(jìn)行展現(xiàn)(圖2)。

圖1 年度發(fā)文量

本文將2001—2020年期間國(guó)際土壤農(nóng)藥污染研究分為兩個(gè)階段：平穩(wěn)發(fā)展階段和研究激增階段。

1)平穩(wěn)發(fā)展階段(2001—2006年)。該階段的年度發(fā)文量均不超過(guò)50篇，但自2003年起，具有明顯的上升趨勢(shì)，表明在此期間，土壤農(nóng)藥污染領(lǐng)域研究逐步受到國(guó)際學(xué)者的關(guān)注。結(jié)合圖2可知，在此期間，重金屬污染、面源污染、農(nóng)藥殘留等研究均有開(kāi)展，研究視角多樣。深入研究該階段發(fā)表論文，被引頻次前10位的研究論文見(jiàn)表1。從表1可知，該階段被引頻次前10位的研究論文中有半數(shù)論文的研究主題并未針對(duì)某區(qū)域或某污染物，研究視角寬廣，研究?jī)?nèi)容寬泛，為后續(xù)的深入研究提供了指導(dǎo)性意見(jiàn)。例如Stoate 等[9]提出，為了盡可能減少農(nóng)藥對(duì)土壤、地表徑流、地下水和空氣的污染，保證生物多樣性和生態(tài)鏈的健康，應(yīng)融合社會(huì)文化進(jìn)行土地多功能利用以達(dá)到經(jīng)濟(jì)和生態(tài)目標(biāo)；Holland[10]贊同推行保護(hù)性耕作，以改善土壤結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性、降低農(nóng)藥對(duì)地表水的污染風(fēng)險(xiǎn)；Horrigan等[11]評(píng)估了農(nóng)藥對(duì)人類的癌癥風(fēng)險(xiǎn)，概述了食品生產(chǎn)相關(guān)的環(huán)境和人類健康問(wèn)題，并討論了如何使這些系統(tǒng)更具可持續(xù)性。另外半數(shù)論文的研究針對(duì)具體污染物，同時(shí)研究范圍較大，為后續(xù)研究提供了數(shù)據(jù)參考。例如Akcay 等[12]研究了布亞克、孟德?tīng)柡透竦掀澓映练e物中重金屬污染及形態(tài)，與工業(yè)化之前和農(nóng)藥密集施用開(kāi)始之前概述的測(cè)量結(jié)果比較，得出污染可能源自工業(yè)、農(nóng)業(yè)和家庭廢物排放的結(jié)論。中國(guó)學(xué)者Zhou等[15]探究了錢塘江表層水和沉積物中有機(jī)氯農(nóng)藥的分布，證明了污染源不同且污染程度較高。

圖2 國(guó)際土壤農(nóng)藥污染研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)時(shí)間圖譜

表1 2001—2006年土壤農(nóng)藥污染研究被引頻次前10位論文

2)研究激增階段(2007—2020年)。該階段年度發(fā)文量以近乎10篇/年的增速接連上升，表明學(xué)術(shù)界對(duì)該領(lǐng)域的研究逐漸重視，且研究熱點(diǎn)多樣，研究熱度持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。由圖2連線可知，2007年后開(kāi)展的研究與前期研究關(guān)系密切，具有良好的延續(xù)性，同時(shí)證明前期研究工作具有良好的指導(dǎo)意義，佐證了上述觀點(diǎn)。另外，圖2中關(guān)鍵詞展現(xiàn)出該階段研究目標(biāo)逐漸偏向國(guó)內(nèi)的趨勢(shì)，表明我國(guó)學(xué)術(shù)界對(duì)該領(lǐng)域研究逐漸重視。深入研究該階段的發(fā)表論文，被引頻次前10位的研究論文見(jiàn)表2。從表2可知，該階段的研究著重于污染物的降解與處理，例如Arias-Estévez等[19]綜述了土壤系統(tǒng)的物理和化學(xué)特性(例如含水量、有機(jī)物、黏粒含量以及pH)對(duì)農(nóng)藥的吸附/解吸和降解以及其進(jìn)入地下水和地表的影響，得出需要綜合多學(xué)科的環(huán)境研究方法，才能開(kāi)發(fā)可進(jìn)行有效環(huán)境決策的工具和技術(shù)；Ma等[22]綜述了植物–微生物的協(xié)同修復(fù)作用，明確了協(xié)同修復(fù)可避免單獨(dú)植物修復(fù)耗時(shí)和高毒性的問(wèn)題，并說(shuō)明了植物生長(zhǎng)促進(jìn)根際和/或內(nèi)生細(xì)菌在加速植物修復(fù)效應(yīng)中的作用。另外不可忽視的是，該階段的研究中，中國(guó)學(xué)者做出的貢獻(xiàn)明顯增加[23-25]。

表2 2007—2020年土壤農(nóng)藥污染研究被引頻次前10位論文

2.2 合作關(guān)系

通過(guò)研究機(jī)構(gòu)和國(guó)家的發(fā)文量可直觀判斷某機(jī)構(gòu)或某國(guó)家對(duì)土壤農(nóng)藥污染研究領(lǐng)域的關(guān)注程度。同時(shí)借助CiteSpace可視化軟件，由中心性、密度值、連接線等量化值可分析機(jī)構(gòu)與國(guó)家的合作緊密程度，為后續(xù)開(kāi)展國(guó)際合作提供參考。

分別選擇節(jié)點(diǎn)類型為“Institution”和“Country”，以前10% 出現(xiàn)次數(shù)最多的項(xiàng)目得到181個(gè)節(jié)點(diǎn)、155條連線的研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜(圖3A)和12個(gè)節(jié)點(diǎn)、17條連線的國(guó)家共現(xiàn)圖譜(圖3B)。

圖3 國(guó)際土壤農(nóng)藥污染研究機(jī)構(gòu)(A)和研究國(guó)家(B)共現(xiàn)圖譜

研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜的密度值僅為0.009 5，表明國(guó)際研究機(jī)構(gòu)合作并不緊密。同時(shí)，由圖3可明顯得知，中國(guó)的研究機(jī)構(gòu)在土壤農(nóng)藥污染研究領(lǐng)域做出了巨大貢獻(xiàn)，如中國(guó)科學(xué)院(Chinese Acad Sci)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(Univ Chinese Acad Sci)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)(China Agr Univ)、浙江大學(xué)(Zhejing Univ)等。其中，中國(guó)科學(xué)院的中心度最高，為0.35，表明國(guó)內(nèi)的土壤農(nóng)藥污染研究主要圍繞中國(guó)科學(xué)院展開(kāi)。另外，法國(guó)國(guó)家農(nóng)業(yè)食品與環(huán)境研究院(INRA)、美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局(USDA ARS)等國(guó)外機(jī)構(gòu)也對(duì)該領(lǐng)域關(guān)注較多。國(guó)家共現(xiàn)圖譜表明該領(lǐng)域的研究以中國(guó)、美國(guó)和法國(guó)為主要貢獻(xiàn)國(guó)家，佐證了研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜的結(jié)論。

2.3 載文期刊分析

本文利用WOS自帶工具，檢索得到在土壤農(nóng)藥污染研究領(lǐng)域2001—2020年發(fā)文量前10位的期刊(表3)。由表3可知，在該領(lǐng)域發(fā)文量較多的期刊水平普遍較高，例如Science of the Total Environment、Chemosphere、Environmental Pollution和Journal of Hazardous Materials等。表明該領(lǐng)域研究受到國(guó)際高水平期刊的重視，值得后續(xù)深入探究。同時(shí)，期刊類型多樣，表明該領(lǐng)域研究角度豐富，具有良好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

表3 2001—2020年國(guó)際土壤農(nóng)藥污染研究發(fā)文量前10位期刊

3 熱點(diǎn)與前沿

3.1 研究熱點(diǎn)

使用CiteSpace5.6.R4可視化軟件，以關(guān)鍵詞為節(jié)點(diǎn)類型，選取前5% 引用次數(shù)最多或出現(xiàn)次數(shù)最多的項(xiàng)目得到187個(gè)節(jié)點(diǎn)、1 517條連線的共現(xiàn)圖譜(圖4)。由圖4可知，在土壤農(nóng)藥污染研究領(lǐng)域，除了“pesticide”、“pollution”和“soil”這3個(gè)檢索關(guān)鍵詞外，其余均代表了該領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的研究對(duì)象?！癶eavy metal”、“persistent organic pollution”、“organochlorine pesticide”、“poycyclic aromatic hydrocarbon”等關(guān)鍵詞表示重點(diǎn)研究了農(nóng)藥導(dǎo)致土壤污染的類型；“sediment”、“residue”、“adsorption”等關(guān)鍵詞證明農(nóng)藥降解機(jī)制研究也被重視；“water”、“agricultural soil”表示污染環(huán)境介質(zhì)也是研究重點(diǎn)之一。另外，“risk assessment”說(shuō)明針對(duì)農(nóng)藥污染進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以保證身體健康和生產(chǎn)安全在國(guó)際上也受到重視。

3.2 研究前沿

在使用“timeline”展現(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜的基礎(chǔ)上，計(jì)算持續(xù)5年的突顯關(guān)鍵詞，得到23個(gè)突顯關(guān)鍵詞(圖5)。突顯強(qiáng)度較高的有“atrazine”(10.325 9，2001—2008年)、monitoring(8.506 5，2006—2012年)、transport(7.591 8，2001—2007年)等，表明21世紀(jì)初研究熱點(diǎn)為具體污染物的遷移機(jī)制研究。隨著研究的深入，持續(xù)到現(xiàn)在的突顯關(guān)鍵詞僅有“organic pollutant”(3.1481，2015—2020年)，側(cè)面印證了在近幾年的研究激增階段對(duì)于該領(lǐng)域的研究呈現(xiàn)多樣化、專業(yè)化、深入化的結(jié)論。為了更好實(shí)現(xiàn)文獻(xiàn)檢索和歸納對(duì)該領(lǐng)域研究起到引領(lǐng)作用的價(jià)值，結(jié)合近3年發(fā)表在高水平期刊或高被引文獻(xiàn)分析，發(fā)現(xiàn)科技工作者圍繞有機(jī)污染開(kāi)展了污染源解析、污染空間分布、修復(fù)機(jī)理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等多角度的研究[29-34]。因此，圍繞農(nóng)藥生產(chǎn)、施用后遺留的有機(jī)污染展開(kāi)多角度探究為該領(lǐng)域的研究前沿。

圖4 國(guó)際土壤農(nóng)藥污染研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

圖5 國(guó)際土壤農(nóng)藥污染研究關(guān)鍵詞突顯圖譜

4 結(jié)論

本文利用CiteSpace5.6.R4可視化軟件，基于WOS數(shù)據(jù)庫(kù)近20年在土壤農(nóng)藥污染研究領(lǐng)域發(fā)表的1 677篇研究論文與綜述的樣本進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：

1)2001—2020年期間國(guó)際土壤農(nóng)藥污染研究可分為兩個(gè)階段：平穩(wěn)發(fā)展階段和研究激增階段。在平穩(wěn)發(fā)展階段，開(kāi)展了重金屬污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化、土壤污染、生物修復(fù)等研究，研究視角寬廣，研究?jī)?nèi)容寬泛，為后續(xù)的深入研究提供了指導(dǎo)性意見(jiàn)。在研究激增階段，學(xué)術(shù)界對(duì)該領(lǐng)域的研究逐漸重視，且研究熱點(diǎn)多樣，研究熱度持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。該階段的研究著重于污染物的降解與處理，且中國(guó)學(xué)者做出的貢獻(xiàn)明顯增加。

2)來(lái)自中國(guó)的研究機(jī)構(gòu)在土壤農(nóng)藥污染研究領(lǐng)域做出了巨大貢獻(xiàn)，美國(guó)和法國(guó)也為主要貢獻(xiàn)國(guó)家，但國(guó)際研究機(jī)構(gòu)合作并不緊密。同時(shí)，國(guó)內(nèi)的土壤農(nóng)藥污染研究主要圍繞中國(guó)科學(xué)院展開(kāi)。

3)該領(lǐng)域研究受到國(guó)際高水平期刊的重視，值得后續(xù)深入探究。同時(shí)，期刊類型多樣，表明該領(lǐng)域研究角度豐富，具有良好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

4)研究熱點(diǎn)主要圍繞污染類型、降解機(jī)制和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估展開(kāi)。

5)圍繞農(nóng)藥生產(chǎn)、施用后遺留的有機(jī)污染展開(kāi)污染源解析、污染空間分布、修復(fù)機(jī)理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等多角度探究為該領(lǐng)域的研究前沿。

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Research Progress and Frontier of Pesticide Contamination in Soil—Based on CiteSpace Analysis

HUANG Xianmin1, FAN Ping2, MIN Jianmei1, LIU Qian1, ZHANG Shujuan1, YU fuchang1

(1 Shandong Agricultural Environmental Protection and Rural Energy Station, Jinan 250100, China; 2 Binzhou Agricultural Environmental Protection Station, Binzhou, Shandong 256600, China)

The pesticide application is intensifying in order to promote crop yields for sustaining the increasing population, as consequence, more and more pesticide residues were left or entered into environmental media such as soil.The paper used CiteSpace5.6.R4 visualization software to analyze samples obtained from WOS database in order to grasp the development history and relationship of soil pesticide pollution field, and defined the focus and frontier direction of this research field.There results showed that: 1) The research could be divided into the steady and the surge stages, the steady stage had the broad perspective and content which provided the guidance for subsequent in-depth research, while the surge stage had diverse hotspots and long duration of research heat.2) China, the United States and France were the main contributing countries, but international research institutions did not work closely together.3) The research in this field was valued by international high-level journals and was worthy of further investigation.4) Research hotspots mainly focued on pollution types, degradation mechanisms and risk assessment.5) The research frontiers in this field were the analysis of pollution sources, the spatial distribution of pollution, the restoration mechanism, and risk assessment focusing on the organic pollution left over from the production and application of pesticides.

Pesticide pollution; Soil; CiteSpace; Research progress; Frontier hotspots

X53；X592

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.04.013

黃現(xiàn)民, 樊平, 閔建美, 等.國(guó)際土壤農(nóng)藥污染研究進(jìn)展與前沿——基于CiteSpace分析.土壤, 2021, 53(4): 764–770.

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFD0800900)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41977144)、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018GSF117024)和中國(guó)博士后基金項(xiàng)目(2017T100488)資助。

黃現(xiàn)民(1975—)，男，山東淄博人，碩士，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。E-mail:sdhxm75@163.com