基于文獻計量方法的海洋垃圾研究現(xiàn)狀與熱點分析

趙 玲，潘 濤，王 妍，蔡 悅

(上海海洋大學(xué)，海洋文化與法律學(xué)院學(xué)院，上海 201306)

引 言

海洋垃圾是指在沿海和海洋環(huán)境中處置或廢棄的所有持久性的、人工制造或加工的固體物質(zhì)[1-2]。隨著海洋環(huán)境惡化，海洋垃圾給人類和環(huán)境造成的巨大威脅愈發(fā)受到關(guān)注[3]。各沿海國家政府、學(xué)界以及社會組織對此展開了大量研究，促使海洋垃圾研究在全球范圍內(nèi)不斷深化，研究領(lǐng)域不斷擴展。

目前，關(guān)于海洋垃圾的研究綜述主要集中在海洋垃圾監(jiān)測[4]，海洋垃圾來源、組成和分布[5]，海洋垃圾的負面影響及其評估[6-7]，海洋垃圾管理和防治[8-9]，海洋微塑料的分布、毒理和檢測及分析方法等幾個方面[10-12]。但還缺乏對該領(lǐng)域及其進展的全面把握，對全球海洋垃圾領(lǐng)域的主要研究力量、重點問題和發(fā)展脈絡(luò)等探討都略顯不足。

為從宏觀上把握海洋垃圾研究的整體態(tài)勢，本文通過文獻計量方法，對Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫1987—2021年發(fā)表的相關(guān)文獻進行掃描式研究。通過可視化知識圖譜工具，厘清全球海洋垃圾研究的現(xiàn)狀和熱點趨勢，以期縮小我國在海洋垃圾污染研究方面的知識差距，提升我國研究的國際化水平。同時，研究成果有助于減少我國在該領(lǐng)域的決策復(fù)雜性，為未來相關(guān)研究提供有益參考及啟示。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

Web of Science(WOS)作為當(dāng)今國際上最具影響力和權(quán)威性的數(shù)據(jù)庫之一，其學(xué)術(shù)研究成果在一定程度上代表著學(xué)科發(fā)展的國際趨勢和世界先進水平[13]。本研究以WOS核心合集數(shù)據(jù)庫進行檢索，設(shè)置檢索式為：TS=("marine garbage"OR" marine litter" OR"marine debris" OR" marine waste" )，OR TS=( "microplastic"OR"micro-plastics" )，AND TI=("ocean" OR "sea" OR "marine" OR "channel" OR " bay" OR " strait" OR"coast" OR "beach")，設(shè)置時間跨度為1987—2021年。從原始記錄中選取 Article和Review作為有效數(shù)據(jù)，經(jīng)過查重等文獻清洗方法共篩選出文獻2 884篇，檢索時間為 2021年5月25日。

1.2 分析方法

文獻計量學(xué)(bibliometrics)以文獻體系和文獻計量特征為研究對象，進行定量分析，評價某個研究領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和水平，進而對未來的發(fā)展趨勢做出預(yù)測[14]。本研究以WOS核心合集數(shù)據(jù)文獻信息為數(shù)據(jù)源，利用文獻計量軟件Bibexcel描述海洋垃圾主題文獻的年度變化、期刊、國家、機構(gòu)和作者研究狀況，借助 Pajek、VOSviewer 可視化工具繪制高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識網(wǎng)絡(luò)圖譜，以此來探索全球海洋垃圾領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、熱點和趨勢。

2 結(jié)果與討論

2.1 發(fā)文趨勢分析

文獻的發(fā)表年度分布情況是衡量科研成果和學(xué)科發(fā)展程度的一項重要指標(biāo)，有助于我們了解該領(lǐng)域內(nèi)學(xué)術(shù)研究的發(fā)展態(tài)勢[15]。將篩選的文獻數(shù)據(jù)按發(fā)表年度劃分后發(fā)現(xiàn)，全球海洋垃圾研究成果已形成相當(dāng)規(guī)模，總體呈現(xiàn)逐年遞增的發(fā)展態(tài)勢(如圖1所示)。借用一階線性齊式差方程(Nonhomogeneous Difference Equation)Pt=a×Pt-1(a為常數(shù)，t為年份，Pt為截至年份t已累積發(fā)表的文獻數(shù)量)[16]，發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域的研究大致可分為三個階段(具體見圖1)：

1987—2007年為波動起步期。此階段a值在[1.08，2]區(qū)間內(nèi)波動，相鄰年份間值域波動較大。研究以基礎(chǔ)性工作為主，研究學(xué)科主要集中在環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)、海洋淡水生物學(xué)上。

2008—2017年為勻速增長期。此階段a 值主要在1.19上下徘徊。9 a共計發(fā)文708篇，占總發(fā)文量的35.6%，平均年增長率為37.27%，增長較為勻速。主要學(xué)科有生態(tài)學(xué)、毒理學(xué)、海洋學(xué)和環(huán)境研究等。

2018—2021年為高速增長期。該階段研究成果數(shù)量激增，三年累計發(fā)文1 101篇，占總發(fā)文量的55.4%。其中，2020年發(fā)文437篇，占發(fā)文總量的15.15%。且該階段研究學(xué)科和研究內(nèi)容更加豐富，出現(xiàn)了生理學(xué)、教育學(xué)等新的學(xué)科及生物多樣性保護、綠色可持續(xù)科技等新的內(nèi)容。根據(jù)發(fā)展趨勢分析可以預(yù)測，相關(guān)研究在今后一段時間仍將保持高速增長態(tài)勢。

圖1 海洋垃圾主題研究文獻量年變化(1987—2021)Fig.1 Annual numbers of references on the topic of marine litter during 1987-2021

2.2 科研力量分析

2.2.1 主要研究國家/地區(qū)分析

不同國家論文發(fā)表數(shù)量可以在某種程度上反映出該國家對于該領(lǐng)域的影響力和重視程度[17]。本文篩選出的2 884篇文獻共涉及全球119個國家和地區(qū)，將發(fā)文量前十的國家/地區(qū)進行了匯總(表1)。表中“總被引頻次”和“篇均被引頻次”是衡量學(xué)術(shù)影響力的重要指標(biāo)，能夠客觀反映該項研究成果受重視的程度。H指數(shù)能夠科學(xué)地反映出研究人員、科研機構(gòu)、學(xué)科、出版物或國家的學(xué)術(shù)產(chǎn)出數(shù)量與水平，H指數(shù)越高，說明文獻的影響力越大或擁有的高質(zhì)量論文越多[18]。發(fā)文量、被引頻次、H指數(shù)等數(shù)個指標(biāo)綜合起來才能科學(xué)地判斷該國在該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)影響力。

如表1所示，歐美發(fā)達國家發(fā)文量遠高于發(fā)展中國家，是該領(lǐng)域研究的中堅力量；發(fā)展中國家尤其是中國發(fā)文數(shù)排名全球第四名，實力不容小覷。此外，單憑發(fā)文量這一指標(biāo)并不能科學(xué)地衡量一個國家的學(xué)術(shù)影響力，如中國發(fā)文量低于意大利，但是總被引頻次、篇均被引頻次及H指數(shù)卻高于意大利。

表1 海洋垃圾領(lǐng)域發(fā)文量居前十的國家/地區(qū)Table 1 The top 10 countries(regions)of published literature related to marine litter

2.2.2 主要研究機構(gòu)分析

學(xué)術(shù)研究機構(gòu)水平表明其學(xué)術(shù)影響力在國際上的相對位置和成就水平[19]。本文列出發(fā)文量前10的機構(gòu)，見表2。發(fā)文量居于前3的機構(gòu)分別是Chinese Acad Sci(中國科學(xué)院)、Inst Francais Rech Exploitat Mer(法國海洋開發(fā)研究院)和Natl Ocean & Atmosphere Adm(美國海洋與大氣管理局)。整體來看，高產(chǎn)機構(gòu)主要分布在發(fā)達國家，高校是主力。我國的中國科學(xué)院發(fā)文量排名第一，但H指數(shù)還偏低，學(xué)術(shù)影響力有待提高。高產(chǎn)機構(gòu)間的合作形式多為國家內(nèi)部或區(qū)域內(nèi)部合作，外部合作相對不足(圖2)，未來我國科研機構(gòu)之間還需加強外部合作。

表2 海洋垃圾領(lǐng)域發(fā)文量居前10研究機構(gòu)Table 2 The top 10 research institutions of published literature related to marine litter

圖2 高產(chǎn)機構(gòu)合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖Fig.2 Network diagram of high yield organization cooperation relationship

2.2.3 主要研究學(xué)者分析

核心作者發(fā)文量是衡量和判斷某一研究領(lǐng)域發(fā)展程度的重要指標(biāo)[19]。按照普賴斯定律( Nmin=0.749(Nmax) )1/2，發(fā)表論文數(shù)在Nmin篇以上的作者可視為核心作者[20]。本文計算得出Nmin值為5，據(jù)此共篩選出290位核心作者。其中，發(fā)文量4倍于基本標(biāo)準(zhǔn)的有13位學(xué)者(表3)，表明該領(lǐng)域已有了穩(wěn)定的、較強科研能力和較高著述能力的學(xué)術(shù)群體，其中，澳大利亞核心作者分別排名第一、第三和第十名，研究實力較強。但核心作者間合作多以國家和機構(gòu)內(nèi)部合作為主，國際合作還有待加強(圖3)。

表3 海洋垃圾領(lǐng)域發(fā)文量≥20的作者Table 3 Authors with more than 20 papers published in the field of marine litter

2.2.4 主要期刊分析

追蹤研究領(lǐng)域內(nèi)的主流核心期刊，有助于及時了解最新研究動態(tài)，追蹤研究前沿?zé)狳c和預(yù)測未來發(fā)展方向[21]。按期刊來源，樣本數(shù)據(jù)共涉及475家不同類型期刊，具有多學(xué)科和跨學(xué)科研究的特點。本文列出了發(fā)文量前10的期刊(表4)。其中，Marine Pollution Bulletin(海洋污染通報)在該研究領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)文量最多，占發(fā)文總量的47.29%，影響因子4.049，是該研究領(lǐng)域發(fā)文的主流期刊。此外，發(fā)文前10的期刊中，有5個出自英國，可見英國對該領(lǐng)域的重視程度、影響力和先進水平。

圖3 高頻作者合作關(guān)系圖Fig.3 High frequency author collaboration map

表4 “海洋垃圾”領(lǐng)域發(fā)文量居前10的期刊Table 4 The top 10 journals of published literature related to marine litter

2.3 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析及研究熱點識別

2.3.1 高頻關(guān)鍵詞分析

如圖4A所示，95個高頻關(guān)鍵詞最終形成了由1171條連接線和3個主題聚類組成的高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。圖中圓圈節(jié)點代表高頻關(guān)鍵詞，節(jié)點大小代表頻次高低，節(jié)點之間連線代表各節(jié)點彼此間的共現(xiàn)性，連線粗細代表彼此間聯(lián)系的強弱。由“海洋垃圾”、“微塑料”、“塑料”3個核心詞束位引領(lǐng)的知識圈構(gòu)成了當(dāng)前海洋垃圾研究的整體樣貌?？傮w來看，“海洋垃圾”領(lǐng)域的研究呈現(xiàn)出一種中心集中局部分散的概貌，且隨著時間的推移，研究領(lǐng)域范圍不斷擴大，內(nèi)容不斷聚焦深入。

圖4A 高頻關(guān)鍵詞可視化聚類圖譜Fig.4A High-frequency keyword visualization clustering map

圖4B 高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)聚類密度可視化聚類Fig.4B High frequency keyword co-occurrence cluster density visualization map

2.3.2 研究熱點分析

在VOSviewer高頻關(guān)鍵詞聚類密度視圖中(圖4B)，關(guān)鍵詞從冷色調(diào)(藍色)到暖色調(diào)(紅色)的轉(zhuǎn)變表示其共現(xiàn)的頻次越來越高，即研究主題的熱度越來越高[24]。綜合圖4A和圖4B可知，樣本數(shù)據(jù)共產(chǎn)生三個聚類，在一定程度上代表了當(dāng)前全球海洋垃圾學(xué)科領(lǐng)域的基本研究內(nèi)容。結(jié)合各聚類中的關(guān)鍵詞并分析相關(guān)文獻可知，當(dāng)前全球海洋垃圾研究主要集中于三大熱點。

熱點一，內(nèi)容主要包括塑料(Plastic)、污染(Pollution)、來源(Source)、海灘(Beach)、海洋(Marine)、深海(Deep Sea)等，因此該主題主要研究海洋垃圾(塑料)的來源和分布。熱點二，涉及的內(nèi)容比較廣泛，包括海洋垃圾(Marine Litter)、塑料污染(Plastic Pollution)、攝入(Ingestion)、公民科學(xué)(Citizen Science)、監(jiān)測(Monitoring)、風(fēng)險評估(Risk Assessment)、歐盟海洋戰(zhàn)略框架指令(MSFD)等方面，研究內(nèi)容集中于海洋垃圾治理。熱點三，主要研究海洋微塑料分布特征和生物效應(yīng)研究。初期，研究人員主要關(guān)注微塑料的來源、影響、分布特征，通過構(gòu)建微塑料的遷移動力學(xué)模型，探求其運輸路線及可能的沉積場所[25-26]。之后，人們開始關(guān)注微塑料的生物效應(yīng)和復(fù)合污染效應(yīng)。研究工作主要圍繞微塑料與其他環(huán)境污染物相互作用(吸附/解吸)的能力、塑料微粒在海洋和沿海環(huán)境中的定量和定性、海洋生物對微塑料的攝入及其在不同營養(yǎng)鏈生物之間的潛在轉(zhuǎn)移以及微塑料提取檢測技術(shù)和分析方法等方面開展[27]。當(dāng)下，研究者正進一步完善這兩個階段的研究，并把重點聚焦在量化表征微塑料[28]、探究生物效應(yīng)[29]、改進檢測手段[30]等方面。

3 總結(jié)與展望

本文基于Web of Science數(shù)據(jù)庫，對 1987—2021年以海洋垃圾為主題的2884篇文獻運用文獻計量和可視化分析方法進行梳理，得出以下結(jié)論：

(1)從發(fā)文趨勢看，全球海洋垃圾研究經(jīng)歷了波動起步期、緩慢增長期和高速增長期三個發(fā)展階段，目前正處于高速增長期。

(2)從研究力量看，高產(chǎn)科研機構(gòu)、高產(chǎn)作者和高質(zhì)量期刊主要集中在歐美等發(fā)達國家，發(fā)展中國家相關(guān)科研水平和國際影響力還有待提升。

(3)從研究熱點上看，海洋垃圾(塑料)的來源及分布研究，海洋垃圾治理研究，海洋微塑料分布特征和生物效應(yīng)研究三大研究熱點隨時間的推移，研究范圍不斷擴大，問題不斷聚焦，多學(xué)科交叉互動趨勢不斷加強，不斷朝著多元化方向發(fā)展。

未來，我國在研究內(nèi)容方面，還需要不斷拓寬研究方向，細化研究問題。在海洋垃圾的來源及分布研究方面，要繼續(xù)加強海洋垃圾來源“陸基”還是“海基”的探討。在海洋垃圾治理方面，要加強海洋垃圾調(diào)查監(jiān)測、污染和風(fēng)險評估、區(qū)域合作治理、相關(guān)法律和政策框架和我國現(xiàn)代化海洋垃圾治理體系等方面的研究。在海洋微塑料研究方面，一是要優(yōu)化和實施微塑料高通量取樣方法，以便更好地比較不同研究的結(jié)果；二是要繼續(xù)開發(fā)檢測水和沉積物中微塑料的方法；三是要繼續(xù)加強海洋微塑料(納米塑料)的毒理學(xué)研究，增強對毒性物質(zhì)的濃度隨時間變化的影響、其生物利用度、遷移和累積后果等問題的了解；四是要加強微塑料污染評估，通過研究微塑料及其污染物在營養(yǎng)相互作用下通過海洋食物鏈的能力和運輸機制，評估對種群和生態(tài)系統(tǒng)層面的相關(guān)影響。

在研究支持方面，要加強相關(guān)科研力量培養(yǎng)和平臺建設(shè)。國家層面，需繼續(xù)補充和完善海洋環(huán)境保護及海洋垃圾管控等相關(guān)政策，加大清理資金和技術(shù)投入；科研機構(gòu)層面，要加強海洋垃圾治理管理型和技術(shù)型人才、海洋環(huán)境保護復(fù)合型人才的培養(yǎng)，鼓勵各科研機構(gòu)之間開展內(nèi)、外部合作，積極營造引進來與走出去相結(jié)合的科研氛圍；科研人員層面，不僅要注重多學(xué)科交叉互動，還要積極參與國際交流與合作，注重產(chǎn)學(xué)研相融合，推動相關(guān)理論和技術(shù)創(chuàng)新。