基于文献计量的微生物协同ZVI/nZVI的研究进展

张晨燕

关键词：零价铁（ZVI）；纳米零价铁（nZVI）；文献计量分析；微生物协同

零价铁（Zero-Valent Iron，ZVI）作为一种丰富而廉价的水处理试剂，可以有效净化水体中的污染物[1]。纳米零价铁（nano-Zero-Valent Iron，nZVI）是指粒径为1～100 nm的零价铁颗粒[2]，由于比表面积大、反应活性强[3]，可以很好地修复受到重金属离子及有机污染的水体，得到水处理领域研究人员的重视，发展前景广阔[4]。随着微生物技术的发展，过去10年，零价铁与微生物耦合在废水处理中的新应用被开发出来，以高效去除废水中的各种污染物[5]。在生物反应器中，ZVI的存在可以刺激微生物的进化并增加其多样性，进而提升生物降解的效果[6]。ZVI、微生物和污染物之间有良好的相互协同作用和反应，但目前很少有综述通过系统地收集和分析文献计量数据来关注ZVI/nZVI研究的全球发展情况，ZVI/nZVI与微生物协同作用的发展趋势、研究重点和未来前沿仍不明确。本研究旨在利用文献计量分析软件COOC9.93和CiteSpace5.7.R1对1999—2023年ZVI/nZVI的现有发文量情况、期刊出版物、跨学科研究领域和研究前沿进行全面的文献计量分析。该研究阐明了ZVI/nZVI协同微生物的研究进展，确定了ZVI/nZVI协同生物修复领域的潜在研究方向。

1 研究方法

要想正确把握某一学术领域的发展趋势和动向，最有效的方法是分析和研究该领域的代表性期刊，即核心期刊[7]。文中所用数据主要源于中国知网（CNKI）和Webof Science（WOS）核心合集数据库。通过中国知网检索中文文献，以（（（（ AB=（“nZVI” OR “NZVI” OR “零价铁”OR “纳米零价铁” OR “mZVI”）） AND （（ AB=（“微生物”OR “菌”））））进行检索，文献类型选择检索学术期刊和学位论文，期刊库不限，共检索到有效中文核心文献140篇。外文文献选择检索Web of Science核心合集数据库，检索式为（（（（AB=（“nZVI” OR “NZVI” OR “nanoiron” OR “nanoiron” OR “nano-iron” OR “nano scale zero valent iron” OR“ZVI” OR “nanoscale iron particles” OR “zero-valent iron”OR “nanoscale iron” OR “mZVI”）） AND AB=（“biology”OR “creature” OR “microorganis*” OR “germ” OR“microb*” OR “bacteri*”）））），检索时间段不限，文章类型不限，共检索到文献803篇；时间跨度为1999年1月1日至2023年2月1日（搜索时间为2023年2月1日），文件类型为“文章”。由于检索结果中存在重复下载、出现关键词的同义重复以及无意义词的問题，通过Data数据园10.1、WOS英文文献计量趋势变化挖掘2.0和Co-Occurrence9.93（COOC9.93）[8]等软件，对原始数据进行严密的筛选去重和合并处理等，进而提高数据和分析结果的准确性。

2 结果与讨论

2.1 发文量年际变化

发文量是科学界对某一领域关注程度的总体表征，可以在一定程度上反映该领域的发展速度和历程[9]。因为2023年仅有两个月的统计数据，所以选取1999—2022年的发文量进行统计分析。在此期间，有关纳米零价铁协同微生物的中英文研究文献整体呈稳定增长趋势，且年均增长量分别为1.08篇和9.62篇，可见，英文文献的发文数量显著多于中文文献。另外，1999—2005年，国内外累计发文量偏少（年均增长量为0.30篇），属于萌芽期；2006—2013年，国内外累计发文量呈缓慢增长趋势（年均增长量为2.70篇），属于发展期；2014—2022年，国内外累计发文量呈陡增趋势（年均增长量为11.00篇），属于爆发期。

2.2 期刊文献及来源区域分布

结合期刊的学科类别，研究人员可根据研究方向选择重点期刊进行投稿和阅读。对131篇中文文献进行提取筛选，共36篇发表于期刊，其余95篇为硕博论文。期刊文献中，环境科学发表次数最多，为5篇；环境工程学报发表4篇，居第二；生态毒理学报发表3篇，居第三。分析WOS核心数据库中的801篇文献，刊登相关文章最多的3个期刊分别是Journal of Hazardous Materials（69篇）、Science of theTotal Environment（64篇）、Chemosphere（57篇）。从WOS检索的英文核心文献来看，中国在纳米零价铁协同微生物领域的研究中贡献值最大，占总发文量的56.62%，其次是美国（15.78%）。除此之外，韩国、捷克、澳大利亚、西班牙、加拿大、英国、印度、日本等国家也均有较高的发文量。

2.3 研究热点趋势分析

1999—2023年，ZVI/nZVI协同微生物研究相关关键词有614个，其中，217个关键词只出现了一次，99个关键词出现10次以上。在关键词共现图谱中，与ZVI共现次数最多的是甲烷生产、厌氧消化、脱氯；与nZVI共现次数最多的是微生物群落、修复、生物毒性、生物炭。关键词的时间演进图谱将其分为9种聚类，用0～8标记，分别为“大肠埃希菌”“甲烷生产”“猪粪”“111-三氯乙烷”“氢”“饮用水”“废铁金属”“自养反硝化作用”和“三氯乙烯”。

关键词的引文暴增反映了过去24年的引文情况，并预测了新的前沿话题，从1999—2023年引用率最高的30个关键词来看，零价铁的研究分为3个阶段：1999—2008年，处于早期的基础研究阶段，脱氯作用、长期性能、四氯化碳的爆发是最突出的3种，强度分别为12.450 0、7.535 8和7.233 2；渗透性反应屏障、氢、脱卤作用、脱氯作用突现强度高且持续时间久是零价铁协同微生物领域的研究热点。2009—2014年，突变强度最高的是还原脱氯（6.781 3）、大肠埃希菌（6.120 2）、粒子（5.800 9），这段时间是改性纳米零价铁研究的兴起阶段，零价铁协同微生物相关领域重点关注塑料工业原料氯乙烯和三氯乙烯的生物降解途径、尝试不同种属微生物的驯化改良来实现绿色降解污染物。2014—2023年，生物毒性的爆发最为突出，强度为7.102 9。这个时期注重微生物的活性、种间电子转移、微生物还原、甲烷生成、多溴二苯醚等方面，研究更倾向于细胞分子层次的机理、零价铁在应用过程中引起的水和土壤环境问题，如何有效降低零价铁对微生物的毒性，同时发挥微生物和零价铁最大协同效应的创新可能是未来的研究方向。

3 结论

通过对1999—2023年微生物协同ZVI /nZVI的相关领域研究进行了全面分析，基于中国知网和Web ofScienc e核心合集数据库的文献，使用COOC9.93和CiteSpace5.7.R1，通过文献计量学方法分析了24年的研究成果。微生物协同ZVI/nZVI相关领域的文献分为3个时期：1999—2005年为萌芽期，年均增长量为0.30篇；2009—2015年为发展期，年均增长量为2.70篇；2014—2022年为爆发期，年均增长量为11.00篇。从WOS的英文核心文献检索结果来看，中国在ZVI/nZVI协同微生物领域研究中的贡献值最大，占总发文量的56.62%，其次是美国（15.78%）。刊登相关论文数量最多的期刊是Journal ofHazardous Materials（69篇）。关键词突现分析表明，细胞分子层次的机理研究以及如何有效降低零价铁对微生物的毒性，同时发挥微生物和零价铁最大协同效应的创新可能是未来的研究方向。通过全面总结ZVI/nZVI在微生物修复方面的研究，以期帮助其他学者理解当前的研究方向并作为关注热点趋势的指南。