大棚土壤重金属污染研究的文献计量分析

刘进 林榕婷 张之钰 靳少非

摘要：以Web of Science数据库的文献资料为数据源，利用CiteSpace文献计量工具对1998—2018年大棚土壤重金属污染研究领域的相关文献进行统计分析，绘制知识图谱，以此探讨该领域研究热点及未来发展态势。结果表明，大棚土壤重金属污染研究文献数量呈快速增长态势，发文量较多的国家多为农业生产大国;通过高频关键词及论文被引频次分析可知，重金属累积特征、生物有效性、对植物的影响效应以及土壤修复技术等为当前该领域研究热点问题;我国在大棚土壤重金属污染研究领域有着较强的国际学术影响力，但值得注意的是，国外学者在国际交流合作方面相比我国科研工作者要更为频繁，国内科研机构之间的交流合作有待加强。

关键词：温室大棚;土壤;重金属;文献计量分析;知识图谱

近年来我国设施农业得到迅猛发展，据统计，2010年我国的设施蔬菜种植面积既已达到466.7万hm2，且每年以10%的速度快速增加[1]。温室大棚是最为常见的一种设施农业，通过人工调控棚内小气候，延长作物生长时间，提高土地利用率和作物产量。而与此同时，大棚农业高投入、高产出、高度集约化的生产方式，使得土壤环境快速恶化，造成有机化合物及重金属等污染物的大量累积[2，3]。有研究显示，随着大棚栽培年限的延长，大棚土壤重金属含量呈持续增加趋势[4-6]，尤其是棚龄在5年以上的大棚土壤，重金属含量要显著高于田间菜地[4]。如果不对土壤重金属加以控制，重金属污染程度将持续加重，势必会对土壤生产能力产生负面影响，降低作物产量，威胁农产品食品安全和人类健康[7]。因此，加强大棚土壤重金属污染研究，成为大棚农业安全生产的一项重要而艰巨的科学任务之一。

国外在大棚土壤重金属污染研究起步较早，发表了大量研究论文，随之，我国有关专家学者在该领域也开始涉足，并有大量文献报道，如关于大棚土壤重金属迁移、形态变化及作物累积等[5，8-14]。如何把握当前大棚土壤重金属污染研究的热点问题，以及未来该领域研究的发展方向，需要通过文献计量方法从宏观上对其进行分析。本文基于美国科学信息研究所（Institute for Scientific Information，ISI） Web of Science（WOS） 数据库的文献资料，采用文献计量方法，对1998—2018年的大棚土壤重金属研究文献进行总结分析，揭示该领域研究的热点问题及未来发展动态，以期为今后的相关研究提供借鉴。

1 数据来源与分析方法

1.1 数据来源

本研究外文文献数据样本选取自美国科学信息研究所（Institute for Scientific Information，ISI） Web of Science（WOS） 数据库中Web of ScienceTM核心合集，检索“主题”=（greenhouse） AND（soil heavy metal*） AND“文献类型”=“article”，检索时间设置为1998—2018年，共得检索结果1061 条。

1.2 分析方法

利用CiteSpace（5.4.R4）软件分析了1998—2018年发表的有关大棚土壤重金属污染研究工作进展情况，包括发文时间、发文国家、发文机构、文献被引频次、载文期刊、关键词、作者群体等方面，绘制知识图谱，实现文献计量结果的可视化。

2 结果分析

2.1 发文量的时间分析

将检索所得文献数量按出版年份进行数据统计，得到1998—2018年大棚土壤重金属污染研究发文量曲线图（图1）。1998—2018年該研究领域发文量总体呈上升态势，个别年份发文量有小幅波动，2003、2009年出现了两个小高峰，2018年该领域研究论文大幅增加，从2017年的99篇增加到2018年的135篇。

2.2发文国家分析

大棚土壤重金属污染研究领域发文量排名前10的国家分别为：中国、美国、巴西、西班牙、德国、意大利、伊朗、印度、巴基斯坦、土耳其。排名前10的国家发文量888篇，占总发文量1061篇的83.7%。中国发文量272篇，占总发文量25.6%，表明我国在该领域做了大量研究。美国作为世界科技强国，发文量143篇，占总发文量13.5%，表明其在该研究领域也投入足够的重视。另外，希腊、法国、加拿大、澳大利亚等国在该研究领域也发表大量文献。

利用CiteSpace对大棚土壤重金属污染研究领域发文国家进行分析，绘制知识图谱。图谱网络共有44个节点，173条连线，网络密度为0.1829，表明该领域研究的国际交流合作较为频繁，但有一点值得注意，虽然我国发文量近美国两倍，但图谱中心性最高的是美国的0.31，我国为0.21，甚至低于西班牙的0.26，表明我国科研工作者在国际合作及学术交流方面相对于国外学者稍有欠缺。

2.3 发文机构分析

发文量排名前10的机构如表1所列，中国科研机构占其中5个，10个机构总发文量283篇，中国科研机构发文182篇，占比达64.3%，表明中国研究机构在大棚土壤重金属研究领域投入足够的重视并取得了丰硕的成果。巴西、美国均占前10位机构中的2个，表明巴西作为农业大国，在该领域研究方面也给与足够重视，而美国作为世界科技强国，在该研究领域也作出了巨大贡献。总体而言，该研究领域发文量较多的机构大多集中于农业大国，而欧美（除美国外）一些发达国家在该领域发文较少，表明社会需求是推动该领域研究发展的重要动力。

2.4 关键词分析

大棚土壤重金属污染研究高频关键词图谱共有283个节点，2364条连线，网络密度为0.0592（图2），节点越大表明该关键词在文献中出现频率越高。Heavy metal是图谱中最大节点，与此相关的其它重要节点包括cadmium、plant、accumulation、phytoremediation、zinc、soil、contaminated soil、growth、copper、sewage sludge、bioavailability、toxicity、Cd、lead、Zn、Pb等。可知土壤镉、铅、铜、锌污染是该领域研究的主要内容，重金属累积特征、生物有效性及其对植物的影响效应研究亦为当前该领域研究的热点问题，而在重金属污染土壤的修复技术研究方面，植物修复是研究的重要方向。

3 结论与展望

3.1 大棚土壤重金属污染研究发展态势

1998—2018年大棚土壤重金属污染研究领域发文量总体呈快速增长态势，表明大棚土壤重金属污染研究越来越得到国内外学术界的高度关注，特别是一些世界农业大国，在该研究领域投入足够的重视，并做出了巨大贡献。

我国科研工作者在该研究领域做出了突出贡献，在文献发表数量以及文献被引方面，都表现出较强的国际学术影响力。但值得注意的是，国外学者在国际交流合作方面相比我国科研工作者要更为频繁，国内科研机构之间的交流合作也有待加强。

3.2 大棚土壤重金属污染研究热点问题

关键词是文章主题的高度概括和提炼，代表文章的核心观点，通过对关键词出现频次的分析，可以发现该领域最新的研究热点，结合高被引频次论文分析，有助于挖掘相关研究领域的热点问题。

3.2.1 大棚土壤重金属累积特征研究

关于农业土壤重金属累积特征及污染修复已做了大量研究，并取得了较好的效果，以往研究多集中于矿区及普通农田系统，而针对温室大棚农业土壤重金属研究还相对较少。有研究表明，虽然设施土壤未出现重金属大范围超标现象，但与人类活动影响较小的林地相比，重金属逐年累积现象较为明显。随着人们对农产品食品安全问题投入更多的关切，亦有学者开始涉足设施农业土壤重金属累积特征方面研究，但总体而言，对设施农业土壤—植物系统中重金属累积规律及其潜在机制关注较少。同时，不同土壤类型、种植模式、环境条件对重金属污染及修复技术的响应机理也都有较大差别，鉴于此，大棚土壤重金属累积特征、赋存形态变化、迁移转化，特别是污染机制方面的研究不失为当前乃至今后该领域的热点问题。

3.2.2 土壤重金属的生物有效性及其对植物的毒害效应研究

植物对土壤重金属的吸收和富集效应是近年来国内外学者关注的热点，土壤重金属累积超过某一临界值时，会对植物生长发育产生很强的毒害效应，通常认为土壤重金属总量是进行土壤污染评价的重要指标，长期以来，对土壤重金属研究多局限于重金属的累积情况。然而土壤重金属元素并非全部能被植物所吸收利用，重金属的不同化学形态对其毒害性、环境行为及生物效应有重要影响，重金属总量往往无法确切表征其生物有效性，有效态含量及生物可利用性才是评价土壤重金属生态风险的有效指标。同时，不同植物类型对重金属胁迫的响应机制及富集效应也都存在较大差异。因此，当前对于土壤重金属环境效应的研究，已由重金属总量研究向生物有效性及生物可利用性转变。已有相关领域学者致力于重金属生物可利用性和生物有效性分析方法研究，并将其应用到土壤重金属的风险评估。

3.2.3 大棚土壤重金属污染修复技术研究

国内外学者对重金属污染土壤的修复已开展了大量研究，目前广泛运用的修复措施包括工程修复、物理化学修复以及生物修复等，各种修复方法都各有利弊，且大多针对田间条件进行。植物修复技术是通过培育种植某些对重金屬耐受性比较强的植物，对土壤中的重金属进行吸收、转化、稳定或降解等，从而去除或降低土壤重金属含量，降低其毒害效应。植物修复技术成本低廉，且不会造成二次污染，能够将重金属从土壤中提取出来，实现清除污染物与生态修复的目的。近年来，大棚土壤重金属污染的植物修复技术是该领域研究的主流技术，业已成为当前研究的热点问题。

但不可否认，虽然在大棚土壤重金属污染的植物修复方面已做大量研究，但在实际应用中，有诸多局限，如植物修复所需时间较长，植物对生长环境及重金属类型有较强的选择性，大多数植物只能处理少数几种重金属类型，且多数可供选择的超富集植物均生长缓慢，生物量少，修复效果一般。因此，寻找一种能够适应在温室大棚封闭和半封闭环境下，且长期适用的经济有效修复措施是未来该领域研究的重要方向。同时应加强其修复机理的研究，构建大棚农业水肥一体化技术，通过调控水肥条件抑制重金属污染，建立适用于大棚环境的土壤重金属污染综合修复技术体系。

参考文献：

[1] LI C G， LI X M， KONG W D， et al. Effect of monoculture soybean on soil microbial community in the Northeast China [J]. Plant and Soil， 2010， 330（1/2）： 423- 433.

[2] 王美， 李书田， 马义兵， 等. 长期不同施肥措施对土壤和作物重金属累积的影响[J]. 农业环境科学学报， 2014， 33（1）： 63- 74.

[3] 姜萍， 金盛杨， 郝秀珍， 等. 重金属在猪饲料—粪便—土壤—蔬菜中的分布特征研究[J]. 农业环境科学学报， 2010， 29（5）： 942- 947.

作者简介：

刘进（1983-），男，福建福州人，讲师，研究方向：农业环境科学

深圳市朗诚科技股份有限公司，广东 深圳 518029）

基金项目：闽江学院校长基金（103952019116），福建省自然科学基金面上项目（2019J01768）

闽江学院 地理科学系 福建福州 350108