基于Web of Science统计的人工湿地处理污水研究态势分析

程彬彬，徐琳君，马桂莲，刘长娥

(上海市农业科学院 农业科技信息研究所，上海 201403)

基于Web of Science统计的人工湿地处理污水研究态势分析

程彬彬，徐琳君，马桂莲，刘长娥*

(上海市农业科学院 农业科技信息研究所，上海 201403)

基于Web of Science数据库，对国内外近16 a来人工湿地处理污水研究成果的文献进行了统计，以了解人工湿地处理污水学科领域的发展态势。结果表明，2001—2016年，国际相关研究成果的发文量随年份表现为波动变化，总体呈上升趋势。发文量排名前5的国家分别是中国、美国、西班牙、加拿大和德国，中国的贡献最大，占21.1%，2007年之后发文量增加幅度较大。与欧美国家相比，中国的文献引用率较低，高影响因子的文章较少，研究水平和深度还有待进一步提高。文章简要分析了中国人工湿地处理污水的研究现状，并对未来发展作了展望。

人工湿地；污水处理；文献统计；发文量

人工湿地是由人工建造和控制运行的湿地系统，主要利用填料、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水进行处理的一种技术。世界上第1个人工湿地于1903年在英国的约克郡Earby建造，第1个完整的人工湿地试验开始于1974年，是在德国的Othfrensen进行的。利用湿地系统处理污水是国际湿地科学研究前沿领域的热点之一，受到国外学术界高度重视，是历次湿地科学、污水处理与污染控制方面国际会议的主要议题。早在1985年，美国田纳西河流域管理局在美国东南部建造了一系列的人工湿地来处理流域内污水；1989—1993年，人工湿地开始大面积地应用于各种污染废水的治理；1996年9月在奥地利维也纳召开的第4届国际研讨会，标志着人工湿地系统作为一种独特新型废水处理技术正式进入水污染控制领域[1-3]。

农业面源污染是目前中国面临的主要污染问题，随着中国对农村污染治理的重视，人工湿地的应用成为热点。文献计量学是采用数学、统计学等计量方法，探讨科学技术动态特征的一门科学[4]。近年来，该方法被广泛应用于化学、农业、医药、生物、能源等数十个学科专业[5-8]。为了更好地了解人工湿地的发展状况，本文利用文献计量学方法，分析2001—2016年国内外人工湿地处理污水相关文献的增长、分布规律，以期揭示人工湿地处理污水领域的发展态势，发现该研究领域研究热点，为中国未来人工湿地处理污水研究的发展提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

数据来源于汤森路透公司的Science Citation Index Expanded(SCI)科学引文索引数据库，该数据库收录的文献覆盖了世界上最重要和最具影响力的研究成果，是世界公认的自然科学领域最为重要的评价工具。选择了其中的Web of Science TM核心合集数据库，分析2001—2016年收录的有关人工湿地处理污水的相关文献。

1.2 方法

通过主题词(constructed wetlands or artificial wetland，wastewater or contaminated water or infected water or polluted water，treatment or dispose or manage or deal with)检索人工湿地处理污水领域相关文献2 835条，经过人工判读、查重与筛选，筛选出2 405条(检索日期为2017年3月1日)。以这些论文作为分析的数据集，运用Web of Science自带的分析功能并结合Excel对论文的发文量变化趋势、重要发文国家和机构以及期刊来源与组成特征等进行分析。

2 结果与分析

2.1 发文量及年度变化分析

由图1可知，2001—2016年，Web of Science收录的人工湿地处理污水相关文献的发文量随年份表现为波动变化，一方面可能是各个国家研究成果产出时间差异所导致，另一方面，不同国家研究水平的差异对发文量也有一定的影响。发文量较高的年份分别是2011年(201篇)、2013年(241篇)、2015年(274篇)和2016年(292篇)。发文量总体呈缓慢上升趋势，表明人工湿地处理污水的研究在国际上已处于稳步发展阶段。

2.2 发文量国家分布

检索结果来自世界27个国家，发文量排名前5的国家分别为中国、美国、西班牙、加拿大和德国(图2)。其中，中国发文量最多，约占SCI总发文量的21.1%，对国际人工湿地研究文献的贡献最大，可见，中国在人工湿地处理污水研究领域比较活跃，在国际上占有重要地位。紧随其后的是美国，发文量为414篇，占17.2%。其他国家发文量普遍较少，排名第3的西班牙发文量仅占6.8%，加拿大和德国发文量相近，占4.7%～4.9%。

图1 2001—2016年间发文量变化特征Fig.1 Changes characteristics in publication quantity from 2001 to 2016

图2 排名前5国家发文量的比例及文章被引次数Fig.2 The proportion of publication quantity and citation times of article in top 5 countries

中国的发文量虽然居世界第1，但是文章的被引用次数较少，平均每篇仅被引用9.2次，较发文量排名第2、3的美国和西班牙少近50%，说明中国在人工湿地处理污水相关领域的研究水平和科研成果质量还有待提高。

2.3 排名前5国家发文量及年度变化分析

根据发文量选取排名前5的国家，对其2001—2016年发文量的变化进行分析。由图3可以看出，中国的发文量在这16年间呈现出明显的变化特点，以2007年为节点，之前发文量较少，年均发文仅4篇，之后发文量逐年迅速增加，到2016年达到117篇，表明2007年开始中国人工湿地处理污水的研究取得突飞猛进的发展，获得了大量的科研成果，研究水平得到大幅度提高。美国的发文量比较稳定，每年发文量为15～40篇，在某种程度上说明美国的人工湿地学科比较成熟，人工湿地处理污水领域的研究比较稳定。西班牙发文量变化特征与中国相似，在2007年前发文量较少，年均3.4篇，2007～2016年发文量增加，平均每年达到14篇。加拿大、德国与美国发文量的变化趋势相近，波动缓慢，一方面是因为人工湿地处理污水相关技术基本成熟，新的研究成果较少；另一方面，在某种程度说明人工湿地学科发展趋于稳定。

由表1可知，2001—2007年中国发文量所占比例较少，为0～9.8%；美国发文量占有比例最多，达到17%～46.5%；西班牙、加拿大和德国分别仅占0～11.3%、2.1～8.6%和0～10.6%。这一时期，各国的发文量多呈波动状态，加拿大发文量相对较稳定，波动幅度小。2008—2016年，中国发文量占比逐年增加，居世界之首；美国发文量的比例下降为9.8%～19.9%，波动幅度减小；西班牙、加拿大和德国发文量比例分别为5.1%～11.7%、2.0%～7.9%和2.3%～6.3%，较之前变化不大，波动幅度减小。在某种程度说明，2007年后是中国人工湿地处理污水的研究热潮，而国外的人工湿地研究已趋于稳定，各项技术基本成熟，相关研究成果减少。

图3 2001—2016年排名前5国家发文量变化特征Fig.3 Changes characteristics in publication quantity from 2001 to 2016 in top 5 countries

2.4 期刊来源与组成特征

将刊载人工湿地处理污水相关文献较多的前5类期刊进行了排列，由表2可知，刊文量最多的是Ecological Engineering，其次是Water Science and Technology，这两类期刊是国际上人工湿地处理污水相关文章的核心期刊。另外，Water research、Bioresource Technology和Desalination and Water Treatment等期刊杂志也是相关文章的主要发行对象，其中，影响因子较高的是Water Research和Bioresource Technology。相比发文量排名较前的美国和西班牙，中国在高影响因子期刊上的发文量比较少，人工湿地科学论文和科研成果的质量还有待进一步提高。

2.5 主要研究机构及资金资助

发文量世界排名前5的相关研究机构主要是科研院所与高校，这是湿地处理污水相关研究的核心区。众多研究机构中，中国位列前5的有2家单位，其中，中国科学院的发文量最多，居第1,浙江大学排第4，这些研究院所及高校具有雄厚的师资力量和较高的研究水平，集聚大批高端创新人才。德国的亥姆霍兹环境研究中心和爱尔兰的都柏林大学，分别位列第2和第3，丹麦的奥尔胡斯大学与中国的浙江大学发文量相等(表3)。

表1 排名前5国家各年度发文量所占比重

Table 1 Proportion of publication quantity for each year in top 5 countries %

年份Year发文量比重Proportionofpublicationquantity中国China美国USA西班牙Spain加拿大Canada德国Germany20010.046.52.34.73.520029.848.00.04.97.320034.036.04.02.76.720046.939.76.98.60.020053.223.26.32.18.420068.530.52.48.57.320077.817.011.36.410.6200813.513.511.75.46.3200914.011.35.73.14.1201020.717.16.17.94.3201121.910.99.52.06.0201222.219.95.74.02.3201324.510.810.82.14.1201433.39.86.35.74.0201529.613.55.55.53.3201640.110.65.16.82.7

湿地研究领域比较活跃的学者是西班牙的GARCIA Joan和中国的ZHAO Y Q(赵亚乾)，以其为代表，引领了人工湿地学科的前沿发展。赵亚乾博士领导的课题组在人工湿地污水处理、污水脱氮除磷、污泥调节、脱水及回用等方面开展了富有原创性的研究，提升了中国在国际人工湿地领域的地位。

人工湿地处理污水涉及多门学科，主要集中于环境科学生态学(73.1%)、工程(53.4%)、水资源(30.5%)、农业(7.2%)和生物技术应用与微生物学(6.0%)等学科领域，各学科间相互交叉，其中，环境科学生态学、工程学是人工湿地处理污水的主要学科领域。

表2 期刊组成特征

Table 2 Composition characteristics of journals

排名Ranking期刊Journals影响因子Impactfactor总发文量/篇Totalpublicationquantity/Article发文量/篇Publicationquantity/Article中国China美国USA西班牙Spain1生态工程EcologicalEngineering2.744408785422水科学与技术WaterScienceandTechnology1.0642883043103水研究WaterResearch5.9911011117174生物资源技术BioresourceTechnology4.9178232055淡化水处理DesalinationandWaterTreatment1.212812584

表3 研究机构及资金来源

Table 3 Research institutions and funding sources

排名Ranking机构Institution名字Names占总比例Totalpercentage/%资金资助机构Aidfinanciall名字Names占总比例Totalpercentage/%作者Author名字Names占总比例Totalpercentage/%1中国科学院ChineseAcademyofSciences3.7中国国家自然科学基金Nationalnaturalsciencefoundationofchina7.6GARCIAJ2.02亥姆霍兹环境研究中心UfzhelmholtzCenterForEnvironmentalResearch2.2欧盟委员会Europeancommission1.6ZHAOYQ1.93都柏林大学UniversityCollegeDublin2.1中央高校基本科研专项资金Fundamentalresearchfundsforthecentraluniversities1.1SCHOLZM1.74浙江大学ZhejiangUniversity1.5水污染控制与治理重大科技项目Majorscienceandtechnologypro-gramforwaterpollutioncontrolandtreat-ment0.7BRIXH1.55奥尔胡斯大学AarhusUniversity1.5西班牙科学和创新部Spanishministryofscienceandinnovation0.5VYMAZA-LJ1.5

相关研究的主要资金资助机构有来自中国的国家自然科学基金、中央高校基本科研专项资金和水污染控制与治理重大科技项目，有欧盟委员会、西班牙科学和创新部等。以中国的资助项目最多，在某种程度体现了中国对人工湿地处理污水研究的重视，在经费上给予了大力支持，促进了中国人工湿地处理污水研究的迅猛发展，提高了中国相关研究领域在国际上的地位。

3 讨论

基于Web of Science人工湿地处理污水研究文献的统计表明，环境科学生态学、工程、水资源是人工湿地处理污水学科领域的研究热点，并不断向多学科领域交叉研究发展。科研院所与高校是研究的主力军，中国科学院与浙江大学在国际湿地研究领域具有重要的地位和影响力。近几年，在国家自然基金、高校科研基金、水污染控制与治理重大专项等基金的大力支持下，中国人工湿地研究取得突飞猛进的发展，发文量居世界之首，但学术影响力较小，引用率低，高质量学术论文还较少。美国的发文量排名第2，研究机构却未能进入前5，这说明美国进行人工湿地处理污水的研究机构较多，研究成果分散，各机构研究实力相当。

由于中国人工湿地研究相对较晚，在“七五”期间才开始起步，2007年前人工湿地处理污水的研究处于初步发展阶段，2007年开始加快了研究步伐，研究成果迅速增加，2011年发布了《人工湿地污水处理工程技术规范》(HJ2005—2010)，但相比欧洲等国家1989年发布的人工湿地指南晚了20多年[9]，这导致了中国人工湿地处理污水相关技术研究的滞后现象，因此，今后欲在人工湿地研究领域形成较强的国际影响力不仅要注重发文量，更要不断提高研究水平和深度，增强湿地研究的渗透力和辐射力，扩大学科范围和知识领域，促使湿地的研究上规模、上档次、上水平，从而有力地推动我国人工湿地处理污水研究的深入开展，这也是人工湿地发展的必然趋势之一。人工湿地数据库的建立是为了交流与沟通人工湿地设计和运行管理方面的信息，中国在人工湿地数据库建设方面，无论在时间上和数量上均落后于欧美等发达国家，造成中国缺乏成熟的人工湿地技术与规范，影响了人工湿地的应用和普及，这是导致中国人工湿地技术研究滞后的又一主要因素。

农村生活污水和畜禽废水是目前中国面临的主要污染问题，也是人工湿地处理污水的研究热点[10-11]。目前，中国人工湿地在畜禽废水净化方面还缺乏完善的技术指导和完备的基础配套设施，而国外的人工湿地已经广泛用于单个家庭和社区生活污水的处理[12]，还需借鉴国外的成果和经验，找准方向，尽快完善中国人工湿地处理污水的相关技术与规范，推动中国人工湿地的全面发展。

4 展望

人工湿地系统净化污水效果的有效性已经得到了各种证明。从目前已有的工程实践来看，人工湿地的长期运行尚缺少安全保障，在人工湿地处理污水过程中，随着使用时间的延长，普遍存在着湿地系统堵塞、植物生长衰退等现象，从而影响了人工湿地污水处理能力，限制了其处理效果的长效性，这是中国人工湿地发展面临的主要问题。

湿地堵塞中约27%的孔隙堵塞源于湿地植物的根与地下茎，73%的孔隙堵塞是由于进水及植物地上部分残体所造成的有机物积累。微生物和水生植物是人工湿地净化污水的最主要因素，同时也是造成湿地堵塞的最主要因素[13-14]。目前，关于人工湿地堵塞预防措施的报道，主要提出了一些对策，包括停床休作与轮作，合适的湿地植物种类选择，合理的配水策略，合适的填料粒径选择，清理系统植物滤池，更换系统植物池基质，投加蚯蚓等。但这些都不足以从根本上阻止湿地堵塞的产生，引起堵塞的主要因子湿地植物系统并未得到合理设计与构建，有研究认为停床休作与轮作至少要设计4个或更多的平行湿地，轮流运转。

中国人均耕地仅为世界的1/3，土地资源十分珍贵，主要用于粮食等大宗农业的生产，因此，用于人工湿地建设的土地将会受到限制。另外，中国的水资源也比较紧缺，按人均计，仅为世界人均水量的1/4，而水资源是量与质的高度统一，中国每年排放的污水总量已经达到620亿t，90%以上是因水体中N、P含量过高引起的水污染，尤其是农村污水中含有较高的人畜粪尿成分。水污染降低了水资源的质量，更加剧了水资源的紧缺，资源短缺和生态环境恶化已严重地制约了社会经济的发展与生态文明建设。

N、P是植物生长必需的营养元素，如果能将污染水中的营养元素合理用于人工湿地，种植价值高的经济作物，采用间作、复种、套种与轮作种植方式，不但解决了湿地的堵塞问题，而且解决了环境的污染问题，同时也弥补了耕地少对农作物种植的影响，实现废水的资源化利用，获得经济增收、环境清洁、资源利用的良性循环。人工湿地应用于污水处理，是生态与环境效益的完美结合，实现了污水资源化利用、净化水体及恢复水域良性生态环境的多重目的。

[1] 杨永兴. 国际湿地科学研究的主要特点， 进展与展望[J]. 地理科学进展， 2011， 21(2): 111-120. YANG Y X. Main characteristics， progress and prospect of international wetland science research [J].ProgressinGeography， 2011， 21(2): 111-120. (in Chinese with English abstract)

[2] 杨永兴. 从魁北克2000-世纪湿地大事件活动看21世纪国际湿地科学研究的热点与前沿[J]. 地理科学， 2002， 22(2): 150-155. YANG Y X. The 21st century hot point and forward position field of international wetland research from Quebec 2000-millennium wetland event [J].ScientiaGeographicaSinica，2002， 22(2): 150-155. (in Chinese with English abstract)

[3] MITSCH W J， GOSSELINK J G. Wetlands [M].New York: Van Nostrand Reinhold Company， 2000: 2-88.

[4] 邱均平.文献计量学[M].北京:科学技术文献出版社，1988.

[5] BEHRENS H， LUKSCH P. Mathematics 1868—2008: a bibliometric analysis[J].Scientometrics， 2011， 86(1): 179-194.

[6] 张晓霞， 金晓斌， 杨绪红，等. 基于文献计量学的1983-2012年中国自然资源学发展回顾[J]. 资源科学， 2014， 36(4): 661-669. ZHANG X X， JIN X B，YANG X H， et al. A bibliometric review of natural resources sciences of china during 1983-2012 [J].ResourcesScience， 2014， 36(4): 661-669. (in Chinese with English abstract)

[7] LI W， ZHAO Y. Bibliometric analysis of global environmental assessment research in a 20-year period [J].EnvironmentalImpactAssessmentReview， 2015， 50: 158-166.

[8] 高懋芳， 邱建军， 刘三超， 等. 基于文献计量的农业面源污染研究发展态势分析[J]. 中国农业科学， 2014， 47(6): 1140-1150. GAO M F， QIU J J， LIU S C， et al. Status and trends of agricultural diffuse pollution Research based on bibliometrics [J].ScientiaAgriculturaSinica， 2014， 47(6): 1140-1150. (in Chinese with English abstract)

[9] KNIGHT R L， JR V W E P， BORER R E， et al. Constructed wetlands for livestock wastewater management [J].EcologicalEngineering， 2000， 15(1/2): 41-55.

[10] 张铁坚， 张小燕， 李炜， 等. 基于AHP的河北平原地区农村生活污水处理技术筛选[J]. 浙江农业学报， 2015， 27(6): 1037-1041. ZHANG T J， ZHANG X Y， LI W， et al. Rural sewage treatment technology decisions of Hebei Plain areas based on AHP [J].ActaAgriculturaeZhejiangensis，2015， 27(6): 1037-1041.(in Chinese with English abstract)

[11] 朱凤香， 王卫平， 陈晓旸，等. 利用人工湿地栽种水生作物对沼液进行无害化消解[J]. 浙江农业学报， 2011， 23(2): 364-368. ZHU F X， WANG W P， CHEN X Y， et al. Preliminary study on harmless digestion of biogas slurry by using aquatic plants grown on artificial wetland [J].ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2011， 23(2): 364-368. (in Chinese with English abstract)

[12] LUEDERITZ V， ECKERT E， LANGE-WEBER M， et al. Nutrient removal efficiency and resource economics of vertical flow and horizontal flow constructed wetlands [J].EcologicalEngineering， 2001， 18(2): 157-171.

[13] PRINCE M， SAMBASIVAM Y. Bioremediation of petroleum wastes from the refining of lubricant oils [J].EnvironmentalProgress， 1993， 12(12): 5-11.

[14] 成水平， 夏宜琤. 香蒲、灯心草人工湿地的研究──Ⅱ.净化污水的空间[J]. 湖泊科学， 1998， 10(1): 62-66. CHENG S P， XIA Y C. Artificial wetland with cattail (Typhaangustifilia)， rush (Juncuseffusus)， II: Pufifying space [J].JournalofLakeSciences， 1998， 10(1): 62-66. (in Chinese with English abstract)

(责任编辑 侯春晓)

Trends analysis of wastewater treatment used by constructed wetlands based on Web of Science statistics

CHENG Binbin， XU Linjun， MA Guilian， LIU Chang’e*

(ScientificandTechnologicalInformationInstituteinAgriculture，ShanghaiAcademyofAgriculturalSciences，Shanghai201403，China)

Based on database provided by Web of Science， literature of the research results of wastewater treatment that had been used by constructed wetlands in recent 16 years were analyzed both in China and abroad in order to understand the development of wastewater treatment in constructed wetlands. The results showed that the publication quantity of international research findings was fluctuated with years from 2001 to 2016， and in general they were in an uptrend. The top five countries in terms of publication quantities were China， USA， Spain， Canada and Germany， among which China contributed the most， accounting for 21.1% and showing a great growth in publication quantities after 2007. Compared to western countries， China was low in citing rates of literature and in short of articles with high impact factors， which indicated the level and depth of China research remained to be further improved. This paper briefly analyzed the present research situation of wastewater treatment that had been used by constructed wetlands in China， and looked into the future development with positive anticipation.

constructed wetlands; wastewater treatment; literature statistics; publication quantity

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.06.19

2017-02-22

上海市农业科学院青年人才“助跑”计划；上海市农业科学院学科建设领域专项；上海市市级农口系统青年人才成长计划

程彬彬(1983—)，女，安徽芜湖人，硕士，助理研究员，研究方向为信息分析加工、农业信息化。E-mail: chengbinbin@saas.sh.cn

*通信作者，刘长娥，E-mail: le566@163.com

X703

A

1004-1524(2017)06-0988-06