基于知识图谱的黄河流域环境研究进展分析

任 萌，康 磊，张胤杰，赵云强，武会会，白文荣，孟 悦，杨文杰

（1. 北京化工大学环境科学与工程系，北京 100029；2. 北京市北运河管理处，北京 101100；3. 生态环境部环境规划院水环境规划部，北京 100012）

黄河是中华民族的发源地，中华文明的孕育者[1]。习近平总书记指出，“保护黄河是事关中华民族伟大复兴和永续发展的千秋大计”。黄河流域环境稳定向好发展事关中华民族伟大复兴，保护黄河生态环境为基本国策[2]。目前有关黄河流域环境领域的研究多以文献综述为主，但文献综述存在可视化程度低、时间跨度短和覆盖范围小等问题，难以准确把握所研究领域知识网络。因此，为弥补传统文献综述局限性，明确黄河流域环境方向研究进展，本文采用文献计量学的方法进行文献分析，以达到全面直观了解该领域研究脉络及热点动态的目的，以期为黄河流域环境研究和污染防控提供数据参考，为《黄河流域生态环境保护规划》提供理论依据，配合黄河保护法立法工作。

文献计量学集数学、统计学和文献学为一体，可客观反映研究领域发展特点[3]。2004 年，美国德雷塞尔大学英籍华裔陈超美教授基于Java 环境，开发Citespace 可视化分析软件。该软件可对科学研究的发展规律和分布情况准确全面地可视化描述，目前将此类方法分析所得可视化图形称为“科学知识图谱”[4]。张胤杰等[5]利用Citespace 软件对Web of Science 文献检索平台中检索数据进行处理，探明该领域研究演变发展，明晰当前研究进展和热点前沿并提出未来研究方向；何思笑等[6]运用CiteSpace 软件对我国城市绿地健康效应相关研究进行分析。然而遗憾的是目前运用 Citespace 可视化分析软件探讨黄河流域环境领域的研究尚未报道，且基于文献及发文量调查，2001 年前该领域研究较为零星松散，研究价值较低，2001～2020 年黄河流域环境领域急速发展，形成较为完整理论体系，故本研究利用Citespace 软件对Web of Science核心数据库中2001～2020 年黄河流域环境方向研究论文与综述进行可视化分析，全面分析该领域研究热点及趋势，旨在为为黄河流域污染治理提供数据参考。

1 数据与方法

本文使用Citespace 进行文献数据挖掘和可视化分析。以Web of Science 核心数据库为文献检索数据源，以TS=("Yellow River" AND environment)、时间2001～2020 年为检索条件进行高级检索，并将其文献类型精炼为文章和综述，2020 年7 月23 日检索所得文献798 篇。经Citespace 软件去重、设置参数后，对黄河流域环境研究进行科学计量审查与分析，再经可视化分析对已有研究结果进行总结。

2 结果与讨论

2.1 阶段性分析

黄河流域环境领域年发文数量的变化，见图1。

图1 2001～2020 年黄河流域环境研究Web of Science 数据库来源发文量

（1） 2001～2007 年为研究初期阶段，发文量较少，上升趋势较缓，年均发文量在10 篇以下，主要围绕 0#“soil erosion”以及1#“heavy metals”2 个主题聚类进行研究，见图2。降雨引起的水力土壤侵蚀，早年已引起科研人员的广泛关注。金鑫等[7]构建了逐网格汇沙的土壤侵蚀模型，通过水文和土壤侵蚀模型的有机耦合, 实现了泥沙产生和汇集的分布式计算。通过研究该主题相关文献，明确该阶段主要集中于污染物排放对黄河水环境的影响以及黄河水环境与沿岸土壤环境、大气环境的相互影响研究。该阶段发表文章中被引频次最高的论文来自于日本地质调查局 SAITO et al[8]，研究了人类活动对黄河的长期影响，总结了黄河演化和泥沙排放特征。

（2）2008～2020 年黄河流域环境方面研究进入快速发展阶段，发文量大致呈线性增长趋势，该阶段除延续前阶段研究内容外，还围绕 3#“tidal currents”、 4#“phytoplankton”两个主题聚类进行研究，见图2。浮游植物在水生生态系统的物质循环中起着至关重要的作用，对水动力和理化环境变化敏感，常被用作水生生态系统监测中的重要环境指标，如强烈的环境变化将影响浮游植物的生理特性、生物量和群落。LIU et al[9]利用2008～2009 年间进行的生物地球化学观测，报道了人类活动对黄河养分运输的影响等。根据目前对于现有论文的分析，可以预估，关于黄河流域环境领域相关研究将在较长的时间内被广泛关注。

图2 2001～2020 年黄河流域环境研究关键词共现时间轴谱图

2.2 研究作者共现分析

通过 Citespace 软件，以 TOP50 为阈值筛选出169 位作者，呈现黄河环境领域研究作者共现图谱。该共现图谱密度值（Density）仅为 0.015 8，表明作者间整体联系较为松散，可见各科学研究团队之间合作较少，且研究人员以国内研究学者为主，国外研究学者较少，呈现出较大的对比度。在所检索文章中，LIU et al[10]共贡献12 篇,发表于Quaternary Science Reviews 的一篇文章引起了较为广泛的关注。从研究作者共现图谱可知,目前黄河环境领域研究体系化较为薄弱，各研究团队合作尚且不足，有望在未来实现学术间紧密沟通。

2.3 主要发文国家及机构

2001～2020 年黄河环境领域发文量排前10 的国家，基本呈现出“部分集中、整体分散”的特征，见表1。

表1 2001～2020 年黄河环境领域发文量前10 的国家

中国发文量远高于其余各国，占总发文量91.89%，可归因于黄河位于中国境内，且中国近年来对环境重视，发布了一系列相应规范及标准，开展了多项围绕黄河环境领域的项目。以 TOP30 为阈值对国家与机构分别进行筛选，得到研究国家共现图谱与研究机构共现图谱，见图3～4。

图3 2001～2020 年黄河流域环境研究国家共现谱图

图3 可知，知识网络密度值（Density）为 0.296 7，表明各国对该领域合作结构较为紧密。

图4 可知，最大发文从属机构聚类群是中国科学院（Chinese Academy of Sciences），其次为北京师范大学（Beijing Normal University）、美国农业部农业工程应用技术研究所（Agricultural Research Service U. S. Department of Agriculture）、中国科学院大学（University of Chinese Academy of Sciences）、中国海洋大学（Ocean University of China）。中国科学院的中心性最强（0.80），表明其在该领域研究中具有不可或缺的作用。中国科学院位于中国，对黄河流域环境的研究由来已久，受到国内外学者广泛关注[11-13]。

垦区应坚持黑土地可持续发展利用的理念，充分发挥垦区环境优良、作业规范、管理严格的优势，积极推广有机肥施用、绿色植保防控、合理轮作倒茬、秸秆还田等技术，大力发展以“公司+基地+农户”为代表的有机农业发展模式，加快全国绿色食品标准化原料生产基地建设，推动水稻、玉米有机食品认证步伐，提升农产品质量安全。

图4 2001～2020 年黄河流域水环境研究机构共现谱图

2.4 研究热点及趋势

为分析黄河流域环境研究的现状与态势，把握国内外研究人员的研究热点及历程，对关键词共现分析，通过关键词了解该研究基本概貌并进行热点关键词分析。将Citespace 软件的时间范围设置为“2001～2020”，“节点类型属性”设置为“关键词”，生成358 个节点，700 条连线的关键词共现谱图，见图5。在此基础上，设置数量为10 个，生成黄河流域环境研究突现词分布，见图6。

图5 2001～2020 年黄河流域环境研究关键词共现图

图6 热点关键词突现图

图5 可知，该研究领域高频关键词为黄河（227次）、中国（114 次）、沉积物（96 次）、气候变化（91次）、水（80 次）、影响（73 次）。在前 20 位高频关键词中，高中心性的关键词有三角洲（0.12）、中国（0.11）、流域（0.09）、河口（0.09）、黄土高原（0.07）。

黄河共现节点最大，且突显词强度最强，其突显性表现为2001～2009 年研究较为集中，与国家政策时段大致吻合。1997 年，江泽民总书记《关于陕北地区治理水土流失、建设生态农业的调查报告》上作出重要批示，黄河流域的环境保护迈入了新的时期[14]。全国“八大片”治理、“三北”防护林建设等环境保护工作的进行也推动了黄河流域环境研究。2004 年10 月10 日水利部部务会议审议通过《黄河河口管理办法》，2008 年党的十七届三中全会要求切实加强节能减排和生态环境保护，2009 年12 月1 日，中华人民共和国国家发展和改革委员会印发《黄河三角洲高效生态经济区发展规划》。因此，在此阶段，为响应国家号召，科研人员在黄河流域环境领域投入大量心血，表现出论文数量较多的特点。

近年黄河流域多环芳烃（PAHs）污染相关研究越来越得到重视，呈现出较为活跃的态势。PAHs为环境中广泛存在的有机污染物，具有致癌和诱变作用，并有生物积累现象[15]。2006 年黄河流域兰州河段PAHs 平均浓度达到18 663 ng/L，为世界上多环芳烃污染严重河流之一[16]；2016 年，中国由于燃料不完全燃烧而排放的PAHs 约为32 720 t[17]。因此，由于PAHs 污染严重性，黄河流域PAHs 污染相关研究引起了国内外科研人员的广泛关注。

气候变化主要以降水、气温等因素影响黄河，对黄河流域的生态安全产生深远影响。2019 年9 月18 日，习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上强调，要坚持生态优先、绿色发展，以水而定、量水而行，因地制宜、分类施策，着力加强生态保护治理和高质量发展[18]。在气候变化和人类活动共同作用下，黄河流域出现水资源总量下降、洪涝灾害频发、生物多样性减少、黄河上游冻土融解、湿地生态系统功能下降、土地荒漠化形势严峻、水土流失加剧和极端天气增多等一系列生态环境问题[19-21]。因此，为解决已出现问题及预防未来气候变化对黄河流域生态环境的不利影响，近年关于黄河流域气候变化的科学研究增多。在全球变暖和极端天气频发的大背景下，提升气候变化风险管理能力和多部门联合协作共同应对气候变化带来的生态安全风险将依然为热点问题。

通过Web of Secience 黄河环境研究领域关键词共现分析，阅读国内外相关文献，总结归纳出未来黄河流域环境领域的研究可能有3 大趋势。

（1）分析研究新型污染物在黄河流域的来源、分布和潜在毒性。除图6 所示多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons）外，多种新型污染物，如人用和兽用药物制剂、全氟有机化合物、溴化阻燃剂和汽油添加剂等由于其尚无完善的法律法规予以规定且具有生态危害性的新型污染物已引起了国内外科研人员的广泛关注。

抗生素由于其广泛生产及频繁使用并进入环境，导致形成“假持续”现象，进而对人体健康及整个生态系统构成长期潜在危害[22]。ZHOU et al[23]应用快速分辨率液相色谱-串联质谱法检测出黄河中7 种抗生素，结果发现2008 年11 月位于兰州市下游站点的沉积物中土霉素、诺氟沙星和氧氟沙星的浓度分别达到184、142 和124 ng/g。多溴二苯醚为溴化阻燃剂中一大类阻燃物质，广泛应用于电子设备、纺织品等产品[24]。其具有一定的挥发性且化学性质稳定，可妨碍人类和动物脑部与中枢神经系统的正常发育，在暴露于紫外线或高温条件下，可能生成致癌物多溴二苯并呋喃等[25]。PEI et al[26]对黄河沿岸14 种多溴二苯醚进行了多阶段研究，结果表明工业活动引起多溴二苯醚浓度在黄河中下游处于较高水平。

由此可见，新型污染物在黄河流域中已有检出，且存在生态毒性，因此，在未来研究中应针对新型污染物深入研究。

（2）研究黄河三角洲生态系统及修复路径。黄河三角洲为我国海陆交界、咸淡水交汇的地带，在水陆交互作用以及人为扰动的影响下造就了其复杂多样的环境特征[27]。黄河三角洲可淤积土地，提高黄河防洪强度，还可形成可供开发的土地，为农业以及生态保护提供宝贵的土地资源。但由于河流断流，泥沙淤积降低、石油烃等污染和土地过度开发等问题造成黄河三角洲动态平衡受到威胁。

WANG et al[28]曾在Nature Geoscience 报道黄河潼关站输沙量由20 世纪70 年代每年近16 亿t剧减为3 亿t，研究组通过对黄土高原降水、径流及泥沙数据推测黄河输沙量的减少的主要原因为产流能力的降低。XIE et al[29]报道黄河三角洲周围环境变化性大，且由于水文连通性的下降，黄河三角洲将面临不断退化的风险。ZHANG et al[30]提出了一种用于生态系统脆弱性评估的压力-支持-状态-响应模型（PSSR），并用该模型评价黄河三角洲湿地生态系统脆弱性。研究结果表明，2005～2009 年，黄河三角洲湿地生态系统脆弱性为0.62，2010～2014 年下降为0.68。生态脆弱性的下降证明了黄河三角洲亟待生态保护，应防止环境恶化以及湿地退化。因此，黄河三角洲的生态保护迫在眉睫，在未来国内外科研人员应关注黄河三角洲生态安全以及黄河三角洲稳定发展。

（3）结合多学科，产学研用融合，探究黄河流域生态保护高质量发展道路。黄河流域环境研究具有多元且复杂的特点，需要加强多学科交叉，理论与实践并行，鼓励支持科研、学术团队的合作，实现黄河环境领域研究由理论走向实践工程并形成系统方法的完整体系。2020 年4 月，WU et al[31]基于沉积记录和水文调查，研究了黄河沿岸遗弃河道，发现侵蚀的沉积物的一部分可以被潮汐运入废弃的河道，有助于废弃河道充填和发育。LIE et al[32]构建了一个氮代谢网络模型，整合黄河三角洲生态和社会经济网络，弥补了之前城市代谢研究中生态部分的漏洞，对湿地恢复和产业结构调整提供了一定的理论基础。可见，强调学术交叉、推动国际合作、促进学术交流是未来黄河流域环境研究的发展特点。

3 结论

本研究对2001～2020 年 Web of Science 文献检索平台中核心数据库中黄河环境研究论文与综述文献进行检索筛选；利用 Citespace 可视化软件对其进行计量学和可视化分析；通过分析结果，梳理归纳黄河流域环境研究现状与发展历程、研究热点与趋势，并对该研究领域未来发展方向做出预测。

（1）黄河流域环境研究从发文量看正处于快速发展阶段，作者间学术合作较少，整体联系较为松散，以国内研究为主，中国科学院为主要科研机构。

（2）研究热点主要集中于黄河流域环境污染修复。黄河共现节点最大，且突显词强度最强，与国家政策时段大致吻合，PAHs 污染相关研究近年来越来越得到重视，呈现出较为活跃的态势。

（3）黄河流域环境研究还需进一步分析，如人用和兽用药物制剂、全氟有机化合物、溴化阻燃剂和汽油添加剂等新型污染物在黄河流域的来源、分布以及潜在毒性；研究黄河三角洲生态系统及修复路径，为黄河三角洲稳态发展提供理论基础；加强多学科联合，产学研用结合，在理论研究的同时，满足产业化的需求，形成合理高效的研究体系。