基于Citespace的国内城市水体修复研究综述

刘隽彦，杨小波

(海南大学 林学院，海南 海口 570228)

1 引言

随着经济的飞速发展，城市人口不断增长，造成城市水体受到不同程度的污染，这不仅会破坏城市人居环境的和谐，损坏水体生态系统，还会直接影响区域内居民身心健康和经济社会的可持续发展[1～3]。所以，城市水体污染问题已经成为当前我国亟待解决的环境问题之一，而进行水体修复是这一问题的主要应对策略。水体修复是指通过人工干预的方式，采用物理、化学和生物修复技术，令城市水体恢复到原有的生态功能的过程，而不是依赖于水生生态系统自身的适应能力和调节能力来调节和净化水体[4]。20世纪60年代，生态工程的理念开始在欧美出现，1965年德国的Ernst Bittmann在莱茵河用芦苇和柳树进行生态护岸试验[5]，可以看作是最早的河流生态修复实践[6]。

近年来，我国学者在城市河流或湖泊等水体修复领域也做了大量研究，如苏媛[7]等对美人蕉、水菖蒲、西伯利亚鸢尾等浮床植物进行水体净化率对比实验，认为前两者净化效率因不同水体而异，而西伯利亚鸢尾不适宜作为浮床植物。杜聪[8]等采用复合微生物菌剂对城市黑臭河道进行不同浓度梯度实验，得出在一定浓度范围内，投放菌剂明显改善河道水质，同时也有助于恢复生物多样性。王熙[9]等通过对污染水体中投放过氧化钙的实验，认为在一定范围内向水体中投放过氧化钙可以有效抑制嗅味物质和氮磷的释放，但基本都是对于某一特定方向的研究总结，没有进行过整体性的分析。周飞祥[10]通过人工浮岛，复氧技术，水生动植物的净化作用，有效治理了河南省鹤壁市的严重黑臭水体现象。黄伯平[11]等通过曝气造流、设置生物膜自净设备等技术，有效修复了南京市江心洲河道的水质污染与生态破坏问题。上述提出的技术手段均在不同领域充实了水体修复方面的理论，也提高了相关实践的工作效率。为了更好地了解我国近20年在这方面的工作取得成绩和存在的问题，本文利用Citespace可视化分析软件对2000～2020年间的相关文献进行分析，分析城市水体修复的研究现状和未来热点，明确这一领域的演化路径和发展趋势。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

以“城市+水体+修复”3个词汇为主题词，将检索时间设置2000～2020年，在CNKI数据库得到988篇期刊论文，经过整理，剔除无效数据后，得到有效文献944篇。

2.2 研究方法

自2003年陈超美教授开发Citespace后，此软件已经成为近年来最具有代表性的信息可视化软件之一，通过展现知识领域的交叉关系，突出某一研究领域的研究热点及研究趋势，在以总结现有文献材料的基础上，强化相关领域的文献数据的可视化，从而预见该领域未来趋势[12]。本文通过Excel软件和Citespace文献计量工具，绘制城市水体修复主题相关文献中发文量分析图、高频关键词共现图、高频关键词聚类图、机构合作网络图谱、作者合作网络图谱、高频关键词时区分布图，梳理出近20年来该领域的研究现状，展望未来的研究热点方向，以期为后续相关研究提供一定参考。

3 研究现状分析

3.1 发文量时间分析

图1显示，基于2000～2020年城市水体污染修复方面的发文量曲线，我国学术界关于城市水体污染修复的研究总体呈现上升趋势。研究总体分为3个阶段：在2000～2004年期间，2001年开始有相关文献出现，但发文量仅为个位数且增长缓慢，主要原因在于相关研究处于起步阶段，所受关注度不高；在2005～2015年期间，因为多种治理城市水体的技术开始出现，2005年较前一年发文量急剧增长，但这一期间内总体发文量增势不明显；在2016～2020年间，发文量总体呈现显著攀升趋势。这一趋势主要因为前期我国处于城市建设和水体规划快速发展阶段，设计中对于水体污染的问题未有诸多关注，但随着2015年“水十条”[13]的发布，以及城市发展过程中水体污染问题的逐渐暴露，这一领域的研究也随之增加。

图1 发文量随时间变化

3.2 关键词分析

3.2.1 高频关键词及聚类分析

对文献关键词进行知识图谱绘制(图2)，该领域热点关键词为“生态修复”“黑臭水体”“城市河道”“水环境”“富营养化”“修复”“海绵城市”“治理”“城市”“生物修复”“治理技术”等等。这些关键词可以分为三类，第一类为城市水体污染修复的相关理念如“生态修复”“海绵城市”等，第二类为城市水体污染修复的对象及主要问题如“黑臭水体”“城市河道”“水环境”“富营养化”等等，第三类为城市水体污染修复技术如“治理技术”“生物修复”“人工湿地”等等。同时“生物修复”“黑臭水体”和“治理技术”作为出现频率最高的3个关键词中心性为0.51、0.19、0,11(表1)，可以推断这三个关键词是城市水体修复的研究重点与中心。基于图2(b)所示，经关键词聚类分析共生成10个聚类，因为标签序号根据每个标签内所包含的关键词数量排序，标签内所含的关键词数量越多，标签号越小[14]，所以其中“#0生态修复”是聚类规模最大的标签。

表1 高频关键词分析

图2 高频关键词共现图谱和聚类分析图谱

3.2.2 关键词时区分布分析

由图3可得前期该领域研究对象主要为“城市内河”以及“污染”现象，主要修复措施为“生物修复”。随着研究对象扩大为“城市河道”与“城市水环境”，以及较为普遍的“富营养化”等问题的出现，“生态修复”理念开始产生，“河道整治”“水体修复”开始逐渐进入科研工作者视野。随后“城市湖泊”也成为该领域研究对象之一，“水生植物”的栽植成为“修复技术”的重点。2015年后，“黑臭水体”成为该领域的研究热点，“海绵城市”“城市双修”等理念的提出使城市水体的“综合治理”成为城市水体污染修复的主要方法，“控源截污”也作为水体修复技术开始出现。总之，在城市水体污染修复领域，研究对象由单一水体逐渐扩大为城市整体水体系统，而水体污染修复技术以生物修复为主流，随着主要问题的不同而逐渐丰富。生态修复是贯穿始终的主题，在研究过程中不断发散出新的研究热点。

3.3 相关学科与机构分析

基于中国知网检索得出的学科分布图，该领域研究的相关学科主要有环境科学与资源利用、建筑科学与工程、水利水电工程、生物学、宏观经济管理与可持续发展、农业工程、资源科学、园艺等等。说明城市水体修复是一个多学科交叉的领域，且研究领域涉及的学科范围广泛。同时可以发现，对城市水体修复的研究主要集中于环境科学与资源利用，文献数大约占总文献70%，表明这个学科的学者比较关注城市水体修复相关研究与发展。

由图4可知，图谱主要连线整体性较弱，整体呈现大分散小聚集趋势，机构之间合作并不频繁，但同时也有少数在同一地域间机构合作的出现。发文量排名前三的机构为中国环境科学研究院流域水环境污染综合治理研究中心，杭州市市区河道监管中心与中国市政工程华北设计研究总院有限公司。其中中国环境科学研究院流域水环境污染综合治理研究中心主要研究中国各城市的黑臭水体综合治理[15～22]，杭州市市区河道监管中心主要研究方向为城市河道修复[23～27]，中国市政工程华北设计研究总院有限公司主要研究城市黑臭水体治理及水体规划设计相关[28～33]。

图3 高频关键词时区分布

图4 机构合作网络图谱

4 讨论与结论

从以上分析发现，近20年来，我国学术界对于城市水体污染修复的研究关注度总体呈上升趋势，尤其是2015年之后，随着“水十条”的发布，这一领域相关文献数量飞速增长。而且特别关注水体环境的河道水体生态修复和一些相对静态的湖泊“黑臭水体”的治理和净化，取得的成绩较为显著。但也存在一些问题有待进一步完善。城市水体修复是一个多学科交叉的领域，需要多学科合作。但是，在近20年里，70%左右的文献主要集中于环境科学与资源利用这一学科，且表现出跨单位合作较少的现象，缺乏适当的学术交流。随着社会经济的快速发展与城市现代化建设的推进，城市居民对于城市人居环境和生态文明建设也提出了更高的要求，以下几个方向可能成为未来研究热点。

4.1 修复理念的综合应用研究

“生态修复”“城市双修”“海绵城市”等都是近年来城市水体修复领域的关键词，生态修复作为城市水体污染修复的主题在近20年间关注度一直较高，特别是城市河道的生态修复已经取得了长足的发展，但随着“城市双修”“海绵城市”等理念的出现，未来有望结合城市水体污染与城市洪水内涝问题，连通活化河、湖水系，地表水与地下水系等方面进行城市河湖的综合整治，通过“雨污分流”实现城市健康水环境的构建[34]。利用生物修复等方式恢复城市水体生态系统，构建包括城市河流，湖泊(水库)，城市地下水的城市水网系统，实现城市多种水体的综合治理，同时充分发挥城市河湖及排涝设施的效力建设新型海绵城市[35]。

4.2 多种水体修复联合技术的研发及多学科多专业联合攻关

由于城市水体污染源的复杂性，单一的修复技术对于水体修复效果具有一定的局限性。目前的水体修复技术分为物理修复、化学修复、生物修复三类，并开始有三者结合的很好的案例，未来物理修复、化学修复、生物修复相结合综合开展水体生态系统的安全会逐年增加，多学科、多单位联合攻关，以期达到全面持久的修复效果。如将底泥疏浚这一物理修复技术与人工湿地，生态浮床等生物修复技术结合[36]，建立完整的生态自净系统，体现了城市水体修复的复杂性及多学科合作的重要。同时近年来微生物菌剂修复技术在水体修复领域中得到越来越多的研究和应用，这一技术的成功离不开包括环境生态学、水文水力学、分子生物学、植物学和材料学等多学科间的共同合作，由此可见多学科多专业合作在城市水体修复领域显得尤其重要[37]。