大棚土壤重金屬污染研究的文獻計量分析

劉進 林榕婷 張之鈺 靳少非

摘要：以Web of Science數據庫的文獻資料為數據源，利用CiteSpace文獻計量工具對1998—2018年大棚土壤重金屬污染研究領域的相關文獻進行統計分析，繪制知識圖譜，以此探討該領域研究熱點及未來發展態勢。結果表明，大棚土壤重金屬污染研究文獻數量呈快速增長態勢，發文量較多的國家多為農業生產大國;通過高頻關鍵詞及論文被引頻次分析可知，重金屬累積特征、生物有效性、對植物的影響效應以及土壤修復技術等為當前該領域研究熱點問題;我國在大棚土壤重金屬污染研究領域有著較強的國際學術影響力，但值得注意的是，國外學者在國際交流合作方面相比我國科研工作者要更為頻繁，國內科研機構之間的交流合作有待加強。

關鍵詞：溫室大棚;土壤;重金屬;文獻計量分析;知識圖譜

近年來我國設施農業得到迅猛發展，據統計，2010年我國的設施蔬菜種植面積既已達到466.7萬hm2，且每年以10%的速度快速增加[1]。溫室大棚是最為常見的一種設施農業，通過人工調控棚內小氣候，延長作物生長時間，提高土地利用率和作物產量。而與此同時，大棚農業高投入、高產出、高度集約化的生產方式，使得土壤環境快速惡化，造成有機化合物及重金屬等污染物的大量累積[2，3]。有研究顯示，隨著大棚栽培年限的延長，大棚土壤重金屬含量呈持續增加趨勢[4-6]，尤其是棚齡在5年以上的大棚土壤，重金屬含量要顯著高于田間菜地[4]。如果不對土壤重金屬加以控制，重金屬污染程度將持續加重，勢必會對土壤生產能力產生負面影響，降低作物產量，威脅農產品食品安全和人類健康[7]。因此，加強大棚土壤重金屬污染研究，成為大棚農業安全生產的一項重要而艱巨的科學任務之一。

國外在大棚土壤重金屬污染研究起步較早，發表了大量研究論文，隨之，我國有關專家學者在該領域也開始涉足，并有大量文獻報道，如關于大棚土壤重金屬遷移、形態變化及作物累積等[5，8-14]。如何把握當前大棚土壤重金屬污染研究的熱點問題，以及未來該領域研究的發展方向，需要通過文獻計量方法從宏觀上對其進行分析。本文基于美國科學信息研究所（Institute for Scientific Information，ISI） Web of Science（WOS） 數據庫的文獻資料，采用文獻計量方法，對1998—2018年的大棚土壤重金屬研究文獻進行總結分析，揭示該領域研究的熱點問題及未來發展動態，以期為今后的相關研究提供借鑒。

1 數據來源與分析方法

1.1 數據來源

本研究外文文獻數據樣本選取自美國科學信息研究所（Institute for Scientific Information，ISI） Web of Science（WOS） 數據庫中Web of ScienceTM核心合集，檢索“主題”=（greenhouse）?AND（soil heavy metal*） AND“文獻類型”=“article”，檢索時間設置為1998—2018年，共得檢索結果1061 條。

1.2 分析方法

利用CiteSpace（5.4.R4）軟件分析了1998—2018年發表的有關大棚土壤重金屬污染研究工作進展情況，包括發文時間、發文國家、發文機構、文獻被引頻次、載文期刊、關鍵詞、作者群體等方面，繪制知識圖譜，實現文獻計量結果的可視化。

2 結果分析

2.1 發文量的時間分析

將檢索所得文獻數量按出版年份進行數據統計，得到1998—2018年大棚土壤重金屬污染研究發文量曲線圖（圖1）。1998—2018年該研究領域發文量總體呈上升態勢，個別年份發文量有小幅波動，2003、2009年出現了兩個小高峰，2018年該領域研究論文大幅增加，從2017年的99篇增加到2018年的135篇。

2.2發文國家分析

大棚土壤重金屬污染研究領域發文量排名前10的國家分別為：中國、美國、巴西、西班牙、德國、意大利、伊朗、印度、巴基斯坦、土耳其。排名前10的國家發文量888篇，占總發文量1061篇的83.7%。中國發文量272篇，占總發文量25.6%，表明我國在該領域做了大量研究。美國作為世界科技強國，發文量143篇，占總發文量13.5%，表明其在該研究領域也投入足夠的重視。另外，希臘、法國、加拿大、澳大利亞等國在該研究領域也發表大量文獻。

利用CiteSpace對大棚土壤重金屬污染研究領域發文國家進行分析，繪制知識圖譜。圖譜網絡共有44個節點，173條連線，網絡密度為0.1829，表明該領域研究的國際交流合作較為頻繁，但有一點值得注意，雖然我國發文量近美國兩倍，但圖譜中心性最高的是美國的0.31，我國為0.21，甚至低于西班牙的0.26，表明我國科研工作者在國際合作及學術交流方面相對于國外學者稍有欠缺。

2.3 發文機構分析

發文量排名前10的機構如表1所列，中國科研機構占其中5個，10個機構總發文量283篇，中國科研機構發文182篇，占比達64.3%，表明中國研究機構在大棚土壤重金屬研究領域投入足夠的重視并取得了豐碩的成果。巴西、美國均占前10位機構中的2個，表明巴西作為農業大國，在該領域研究方面也給與足夠重視，而美國作為世界科技強國，在該研究領域也作出了巨大貢獻。總體而言，該研究領域發文量較多的機構大多集中于農業大國，而歐美（除美國外）一些發達國家在該領域發文較少，表明社會需求是推動該領域研究發展的重要動力。

2.4 關鍵詞分析

大棚土壤重金屬污染研究高頻關鍵詞圖譜共有283個節點，2364條連線，網絡密度為0.0592（圖2），節點越大表明該關鍵詞在文獻中出現頻率越高。Heavy metal是圖譜中最大節點，與此相關的其它重要節點包括cadmium、plant、accumulation、phytoremediation、zinc、soil、contaminated soil、growth、copper、sewage sludge、bioavailability、toxicity、Cd、lead、Zn、Pb等。可知土壤鎘、鉛、銅、鋅污染是該領域研究的主要內容，重金屬累積特征、生物有效性及其對植物的影響效應研究亦為當前該領域研究的熱點問題，而在重金屬污染土壤的修復技術研究方面，植物修復是研究的重要方向。

3 結論與展望

3.1 大棚土壤重金屬污染研究發展態勢

1998—2018年大棚土壤重金屬污染研究領域發文量總體呈快速增長態勢，表明大棚土壤重金屬污染研究越來越得到國內外學術界的高度關注，特別是一些世界農業大國，在該研究領域投入足夠的重視，并做出了巨大貢獻。

我國科研工作者在該研究領域做出了突出貢獻，在文獻發表數量以及文獻被引方面，都表現出較強的國際學術影響力。但值得注意的是，國外學者在國際交流合作方面相比我國科研工作者要更為頻繁，國內科研機構之間的交流合作也有待加強。

3.2 大棚土壤重金屬污染研究熱點問題

關鍵詞是文章主題的高度概括和提煉，代表文章的核心觀點，通過對關鍵詞出現頻次的分析，可以發現該領域最新的研究熱點，結合高被引頻次論文分析，有助于挖掘相關研究領域的熱點問題。

3.2.1 大棚土壤重金屬累積特征研究

關于農業土壤重金屬累積特征及污染修復已做了大量研究，并取得了較好的效果，以往研究多集中于礦區及普通農田系統，而針對溫室大棚農業土壤重金屬研究還相對較少。有研究表明，雖然設施土壤未出現重金屬大范圍超標現象，但與人類活動影響較小的林地相比，重金屬逐年累積現象較為明顯。隨著人們對農產品食品安全問題投入更多的關切，亦有學者開始涉足設施農業土壤重金屬累積特征方面研究，但總體而言，對設施農業土壤—植物系統中重金屬累積規律及其潛在機制關注較少。同時，不同土壤類型、種植模式、環境條件對重金屬污染及修復技術的響應機理也都有較大差別，鑒于此，大棚土壤重金屬累積特征、賦存形態變化、遷移轉化，特別是污染機制方面的研究不失為當前乃至今后該領域的熱點問題。

3.2.2 土壤重金屬的生物有效性及其對植物的毒害效應研究

植物對土壤重金屬的吸收和富集效應是近年來國內外學者關注的熱點，土壤重金屬累積超過某一臨界值時，會對植物生長發育產生很強的毒害效應，通常認為土壤重金屬總量是進行土壤污染評價的重要指標，長期以來，對土壤重金屬研究多局限于重金屬的累積情況。然而土壤重金屬元素并非全部能被植物所吸收利用，重金屬的不同化學形態對其毒害性、環境行為及生物效應有重要影響，重金屬總量往往無法確切表征其生物有效性，有效態含量及生物可利用性才是評價土壤重金屬生態風險的有效指標。同時，不同植物類型對重金屬脅迫的響應機制及富集效應也都存在較大差異。因此，當前對于土壤重金屬環境效應的研究，已由重金屬總量研究向生物有效性及生物可利用性轉變。已有相關領域學者致力于重金屬生物可利用性和生物有效性分析方法研究，并將其應用到土壤重金屬的風險評估。

3.2.3 大棚土壤重金屬污染修復技術研究

國內外學者對重金屬污染土壤的修復已開展了大量研究，目前廣泛運用的修復措施包括工程修復、物理化學修復以及生物修復等，各種修復方法都各有利弊，且大多針對田間條件進行。植物修復技術是通過培育種植某些對重金屬耐受性比較強的植物，對土壤中的重金屬進行吸收、轉化、穩定或降解等，從而去除或降低土壤重金屬含量，降低其毒害效應。植物修復技術成本低廉，且不會造成二次污染，能夠將重金屬從土壤中提取出來，實現清除污染物與生態修復的目的。近年來，大棚土壤重金屬污染的植物修復技術是該領域研究的主流技術，業已成為當前研究的熱點問題。

但不可否認，雖然在大棚土壤重金屬污染的植物修復方面已做大量研究，但在實際應用中，有諸多局限，如植物修復所需時間較長，植物對生長環境及重金屬類型有較強的選擇性，大多數植物只能處理少數幾種重金屬類型，且多數可供選擇的超富集植物均生長緩慢，生物量少，修復效果一般。因此，尋找一種能夠適應在溫室大棚封閉和半封閉環境下，且長期適用的經濟有效修復措施是未來該領域研究的重要方向。同時應加強其修復機理的研究，構建大棚農業水肥一體化技術，通過調控水肥條件抑制重金屬污染，建立適用于大棚環境的土壤重金屬污染綜合修復技術體系。

參考文獻：

[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， 李書田， 馬義兵， 等. 長期不同施肥措施對土壤和作物重金屬累積的影響[J]. 農業環境科學學報， 2014， 33（1）： 63- 74.

[3] 姜萍， 金盛楊， 郝秀珍， 等. 重金屬在豬飼料—糞便—土壤—蔬菜中的分布特征研究[J]. 農業環境科學學報， 2010， 29（5）： 942- 947.

作者簡介：

劉進（1983-），男，福建福州人，講師，研究方向：農業環境科學

深圳市朗誠科技股份有限公司，廣東 深圳 518029）

基金項目：閩江學院校長基金（103952019116），福建省自然科學基金面上項目（2019J01768）

閩江學院 地理科學系 福建福州 350108