基于CNKI数据库的土壤镉文献计量分析

2021-07-22马竞凯周香君

绿色科技 2021年12期

朱钢，刘瑜，李可，马竞凯，周香君

(湖北师范大学城市与环境学院，湖北黄石 435002)

1 引言

2014年环保部和国土部联合发表的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国污染的土壤面积大约5000万亩。土壤总点位超标率约为16.1%，农耕地、林木地、草牧地土壤点位超标率分别为19.4%、10.0%、10.4%，中度污染以上占2.6%。其中耕地土壤重金属等污染物点位超标率达19.4%，镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种无机污染物点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%，被重金属污染的土壤面积达2000万亩，污染形势不容乐观[1]。重金属含量超过了土壤承受的极限造成了土壤重金属污染，严重破坏土壤的自循环能力。随着时间迁移，成土母质在风化过程中会自然积累重金属元素，人类的一些化工产业的制造、能源的开采、废水排放以及各种农药和化肥的不规范使用等生产活动，导致重金属含量不断上升，污染现状日益严重。

镉是人体微量非必需元素，在正常状态下不足以构成人体健康威胁，但如果食物中的镉过量就会对人体造成严重的侵害。环境镉污染严重时，镉能通过生物富集等方式进入人体。近年来由于重工业的发展，我国每年排放到大气中的镉高达2186 t，估算每年进入农田的镉高达1417 t，其中来自大气沉降的镉高达493 t，占总量的35%，家畜粪便778 t，占总量的55%[2]，镉通过地下水、空气等方式进入土壤。重金属污染后的土壤，微生物多样性降低，粮食减产、食品安全等问题给生产生活带来困扰。因此，土壤镉污染毒性、迁移转化规律和修复技术等是环保领域管理者和科研人员重点关注的科学问题。

文献计量学集数学、统计学、文献学为一体，通过定量分析所有知识载体数量、作者数、发文量、发文期刊、关键词等信息，获取研究领域的重点、热点和新兴问题，为政策管理人员和科研工作者提供参考依据。本文基于中国知网CNKI数据库，查阅近20年来土壤镉相关研究的文献，采用计量学方法进行数据处理，分析成长趋势、期刊分布以及关键词分布，研究土壤镉污染现状和研究趋势，总结土壤镉污染的特点、危害、治理技术以及应用前景等，并进一步了解我国土壤镉污染领域的研究热点及面临的主要问题。

2 数据来源及分析方法

本研究所有中英文文献均来源于CNKI的中国期刊全文数据库。利用中国知网检索功能检索，检索时间为1999～2019年近20年，检索跨度截止时间为2019年10月1日，以“土壤”并“镉”为关键词检索，逐条筛选，去掉重复、不相关信息、一稿多发、简讯、会议文件等，共获取中文文献5916篇。以上述文献资料为数据来源，导出其文本与参考文献，并运用文献计量分析软件结合Excel自带的分析功能，对土壤镉污染领域的总发文量、发文期刊、关键词等进行分析[3]，最后将分析结果汇总、计算、绘图、讨论。

3 结果与讨论

3.1 成长趋势分析

发文量是科研人员对研究领域的重视程度与关注度的体现[4]。如图1所示，1999～2019年，我国累计在CNKI数据库中土壤镉污染领域的发文量达到5916篇，显著高于近20余年CNKI数据库中土壤修复类(2929篇)[5]、土壤理化性质(4169篇)[6]、土壤肥力评价(3094篇)[7]和土壤酸化(1320篇)[8]等相关领域发文量。自1955～1972年日本的“痛痛病”到2013年湖南“镉大米”事件，由土壤镉污染导致的食品安全问题备受关注，因此土壤镉领域年发文量呈现明显的上升趋势。近几年发文量高达600余篇，这可能与国务院于2016年印发的《土壤污染防治行动计划》再次引起社会和科研工作者对土壤重金属污染的重视程度有关。关于土壤镉迁移行为机理与修复等研究难度升级，瓶颈下发文量增长速率逐渐趋于平缓，但研究热度一致居高不下。

图1 1999～2019年发文量随时间变化

3.2 发文机构分析

发文机构分布能反映出我国不同高校、机构在该学术领域的研究水平及范围[9]。如表1所示，1999～2019年湖南农业大学发文量位居首位。除湖南农业大学外，四川农业大学和南京农业大学分别在土壤镉领域发表被CNKI数据库收录的文章217篇和193篇。同时南京农业大学、中国农业大学、华中农业大学等都为土壤重金属治理相关研究做出了重大贡献。发文量排名前20的机构中，以农业为特色的高校达到13所，表明目前我国对土壤镉相关研究在农业生产方面比重较大。现代农业技术的快速发展以及化肥、农药等的大量使用，导致土壤重金属污染日益严重，这不仅使土壤肥力、农产品产量和品质下降，而且重金属元素通过在农作物中的富集危害人体健康[10]。因此农业型高校和研究所对土壤镉污染导致的食品安全、农业生产效率等问题研究热度攀高。

由图2可看出，发文量排名前10的机构中，湖南农业大学、四川农业大学、西北农林科技大学、中国农业科学院、沈阳农业大学等多所高校在2011～2013年左右，对土壤镉领域研究开始猛增。这一现象可能与2013年“镉大米”事件导致社会广大群众对土壤镉污染的热切关注有关。南京农业大学在土壤镉领域的研究高峰期主要在2007～2014年，之后相关研究逐渐减少，而浙江大学在近20年来持续不断开展土壤镉相关研究。

3.3 发文作者分析

通过检索得到，近20年共有19958位作者从事过土壤镉领域相关研究，平均每篇文献发文作者为3个。发文量排名前20的作者，发文量都高达20篇以上，共发表了525篇论文，仅占总发文量的8.9%。发文量高达41篇的纪雄辉和林立金分别从事农业环境与植物营养方向和果树逆境生理生态及新品种选育研究，近20年已发表39篇的徐应名则从事土壤、水体重金属和有毒有机物污染调控机理与修复技术、农药在农作物和土壤中污染行为与残留动态规律，再次体现了土壤镉污染相关研究不仅存在于环境科学与工程领域，更是在农业生产和食品安全领域备受关注(表2)。

表1 1999～2019年发文量排名前20的机构

图2 排名前10的机构近20年发文量趋势

表2 1999～2019土壤中镉污染研究发文量排名前10的作者

3.4 发文期刊分析

对知网数据库中土壤镉相关论文所属期刊进行分析，1999-2019年各期刊土壤镉相关论文量如图3所示。排名前10的期刊都属于中文核心期刊，其中《农业环境科学学报》《水土保持学报》《湖南农业科学》以及《环境科学》四本期刊在近20年发表土壤镉相关研究达到300余篇。《农业环境科学学报》由中国农业部主管，主要刊登农业生态环境领域的新理论、新技术和新方法等研究成果。《水土保持学报》主要收录有关水土保持、土壤侵蚀方面的基础、应用研究和综述性文章。《湖南农业科学》主要报道中国农业各学科在应用基础和高新技术研究方面的学术论文。这些期刊可为土壤镉领域相关人员提供大量文献资源。

图3 排名前10的发文期刊近20年发文量趋势

3.5 中文文献关键词分析

关键词主要反映研究内容，通过分析关键词的变化和权重可以全面把握该学科发展的动态过程、特点和规律[11]。在5917篇中文文献中，共出现了关键词35491个，平均每篇文献6个关键词。高频关键词能在一定程度上反映出土壤中镉污染研究领域的核心问题，关键词出现频次低则说明在这个领域方面有待积累。由表3可知，科研人员对土壤镉污染的主要研究内容包括重金属复合污染、生物毒性及修复技术等方面。以土壤镉为关键词检索出铅和锌等高频关键词，表明土壤多种重金属复合污染逐渐受到科研人员的重视。事实上，大多数土壤污染不再是单一性污染，随着数量的累积与时间的推移转化成为了复合污染，对土壤中微生物生长及营养状况产生综合效应[12]。复合污染间的拮抗作用和协同作用还会影响生物体特定化合的迁移、转化、代谢等生理过程[13]，导致复合型污染物的迁移转化机理和治理修复技术都存在一定的难度，因此相关研究逐年增多。此外，以“水稻”为关键词的论文有511篇，占检索论文5917篇约10%。“镉大米”、“痛痛病”等事件都是因镉污染经食物链进入人体内引起，因此土壤镉污染在水稻中的作用机理和转化运输途径一直以来都是有待解决的科研问题。土壤镉污染的修复技术是最受关注的问题之一。现阶段，国内关于土壤重金属的修复研究主要集中在植物修复和吸附方面。植物修复主要通过将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上，利用植物对重金属的吸收富集能力，将植物收获并进行妥善处理(如灰化回收)后将重金属移出土体，达到污染治理与生态修复的目的。而吸附法在水体重金属去除中应用较多，在土壤领域还处于起步阶段，重金属吸附剂分为沸石、硅藻土等无机吸附剂和纤维类、树脂类和壳聚糖类等有机高分子吸附剂，利用其本身的特殊结构，有效吸附金属离子。

3.6 高引用论文分析

文章被引频率能够直观反映文献学术水平和影响力。表4为1999～2019年被引频次居于前10位的文献。被引频次高达567次的综述文章为发表在《生态学报》的“镉对植物的生理生态效应的研究进展”，还有被引562次的《环境科学学报》的“pH对镉在土水系统中的迁移和形态的影响”也是，同时根据高引用论文统计分析，目前土壤重金属污染的方向重点在于土壤的损害程度评价以及污染土壤的修复。而目前为止成果最为显著的修复手段就是利用重金属超富集植物来对重金属土壤污染进行修复。