基于圖譜可視化的尾菜利用研究態勢分析

韓高玲 陳晶亮 俞兆鵬 王建國 肖朝卿 王健 吉生成 呂文軍 孫小妹

摘 要：基于科學計量學與信息可視化分析方法，借助Cite Space軟件從CNKI和WOS庫篩選出2000—2020年的1006篇文獻，分析發文刊物、研究者及科研單位、關鍵詞共現網絡圖譜、突現關鍵詞、研究歷程時空聚類，揭示近20 a（年）有關尾菜利用和研究的熱點及趨勢，為今后的相關研究提供科學借鑒。中國在尾菜利用研究方面的發文量在國際上處于領先地位，國內關于尾菜利用研究的研究體系主要在西部的甘肅省。分析關鍵詞聚類結果顯示，有關尾菜的研究有資源化利用和污染防治與治理2個方面，其中資源化利用是重點，主要體現在能源化、肥料化、飼料化、原料化和基質化5個層面。有效利用尾菜資源有利于解決尾菜引起的環境污染問題，促進蔬菜產業可持續發展。

關鍵詞：尾菜;研究熱點;研究趨勢;Cite Space

中圖分類號： X713 文獻標識碼：B 文章編號：1673-2871（2021）09-111-09

Research trends analysis of vegetable wastes based on mapping visualization

HAN Gaoling1， CHEN Jingliang1， YU Zhaopeng2， WANG Jianguo2， XIAO Chaoqing3， WANG Jian3， JI Shengcheng2， L? Wenjun3， SUN Xiaomei1

（1. School of Resource and Environmental Sciences， Gansu Agricultural University， Lanzhou 730070， Gansu ， China; 2. Liangzhou District Agricultural Product Quality and Safety Supervision and Management Station， Wuwei 733000， Gansu， China; 3. Agricultural Ecology and Resource Protection Technology Extension Station， Lanzhou 730000， Gansu， China）

Abstract：Based on scientific metrology and information visualization software of Cite Space， 1006 references from year 2000 to 2020 in CNKI and WOS databases were selected in this research， the journals， researchers and research institutions， research hotspots and development history were analyzed， the hotspots and trends of vegetable wastes in recent 20 year was revealed and a basis was provided for the future research. The maximum number of published references came from China， the main research institutes in this field was in Gansu Province. Keywords clustering showed that the researches on vegetable wastes could be divided into two parts， which were pollution prevention and recycling of vegetable wastes. Resourceful utilization of vegetable wastes included five aspects， including energy， fertilizer， feed， raw material and matrix. Effective utilization of the vegetable wastes resources can solve the environment pollution caused by vegetable wastes， and promote the sustainable development of the vegetable industry.

Key words： Vegetable wastes; Research hotspots; Research trends; Cite Space

隨著農業向智能化、高效化、規模化方向發展，蔬菜產業發展迅速。同時，隨著蔬菜產業的快速發展和城鎮居民生活水平的日益提高，大量殘次蔬菜和蔬菜加工處理時產生的廢棄葉、根、莖和果實等成為了尾菜[1]。這些尾菜由于隨意傾倒和堆積于農村田間地頭、溝渠內、道路旁，利用轉化率低，無害化處理不到位，腐爛變質后造成了較為嚴重的環境污染，影響到居民生活質量、身體健康以及蔬菜產業的持續健康發展。做好尾菜處理利用工作、減少資源浪費、防止環境污染，已成為當前蔬菜產業可持續發展亟需解決的新問題[2-4]。

分析大量有關尾菜利用的文獻可把握研究動態和熱點，為今后的研究提供借鑒和啟示。但是，傳統的文獻綜述整理受限于研究者的知識背景，不能客觀、全面的反映該領域的發展脈絡和研究趨勢[5]。因此高效、全面地反映有關尾菜利用的研究熱點，對促進廢棄蔬菜資源化利用和蔬菜產業的發展具有指導意義。科學計量學與信息計量學的出現，例如基于Java語言開發的Cite Space，通過構建某一研究領域的可視化分析圖，彌補了傳統文獻分析的不足[6]。Cite Space軟件可對收集的數據呈現空間尺度上的動態變化和多元而又分時的可視化分析，展現該領域研究內容的演變與核心，通過共引聚類反映出研究前沿，體現出研究機構間的合作關系和領域的研究者。與其他研究文獻計量學相關的可視化軟件相比較，Cite Space軟件具有更清晰的可視化分析功能和解釋率。因此，筆者基于圖譜可視化的Cite Space軟件，分析有關尾菜利用的研究態勢，為今后的研究提供一些借鑒和啟示。

1 材料與方法

1.1 數據來源

在中國學術期刊全文數據庫CNKI和Web of science核心數據庫中，以“尾菜”、“尾菜利用”和“vegetable wastes”作為關鍵詞，檢索時間段設定為2000—2020年。初步檢索出相關文章1103篇，考慮到有些文章的核心詞匯雖然出現尾菜（如牛尾菜），但主題并非是有關于尾菜利用的相關報道，因此通過人工閱讀摘要和判別，去除不相關文章97篇，相關文章合計1006篇，其中CNKI庫收錄564篇，WOS中收錄442篇，數據更新時間為2020年10月22日。

1.2 研究方法

筆者基于Cite Space V 對檢索判別后的文獻進行發文量分析，從宏觀角度評價某個研究領域的現狀和動態，是一條觀察文獻詳情的直觀途徑。關鍵詞反映了研究內容并對其進行整體總結和概括，因此利用關鍵詞共現網絡圖譜和文獻突現關鍵詞進行研究熱點分析。關鍵詞共現圖譜中圓圈的大小代表了文獻的引用頻次，圓圈越大被引頻次越高;突現關鍵詞是從某時間段內大量關鍵詞中總結出來的高頻主題詞[7]。通過Cite Space的cluster功能，對關鍵詞運用“K-均值算法”進行聚類分析，時空聚類分析的意義在于將出現的多個關鍵詞分類，突顯出時間節點和關鍵詞間的關聯性[8]，總結出研究領域內的分支方向，可解讀研究內容的演變史。為了清晰明了地了解20年間CNKI收錄的564篇文章和WOS收錄的442篇文章的研究內容，以及研究內容間的關聯性，將“時間區分”設置為2年，出現頻率≥4，演算閾值（Top N % per slice）不加修改（默認為50）。剪切方式運用Pathfinder、Pruning sliced networks 和 Pruning the merged network等 3種方法，將表達一致的關鍵詞合并，得出CNKI和WOS收錄文章的關鍵詞共現網絡圖譜。構建研究者和研究機構合作的網絡圖，可解讀研究趨勢和研究整體脈絡導向，作者和研究機構的名稱與節點越大，表明其發文數量和被引用率越高，在該研究領域中的影響力越大。作者間、機構間和國家間的節點連接線越寬，則體系間的聯系越緊密。

2 結果與分析

2.1 尾菜利用研究概況

各個國家間關于尾菜利用發文研究的大國依次為中國、印度、西班牙、意大利、巴基斯坦、韓國、巴西、加拿大、美國、波蘭、墨西哥。其中中國與印度、西班牙、美國、韓國等國家間存在直接的學術合作關系（圖1）。

2.2 尾菜利用研究態勢分析

自2000年以來，20年間CNKI收錄有關“尾菜利用”的文章有564篇。其中2000—2009年僅有2篇收錄，在2019年出現一次發文收錄高潮。來自WOS數據庫的分析表明，2000—2009年間涉及該領域的研究為0，2010—2020年合計發文442篇。CNKI和WOS數據庫收錄的年均文章篇數為4～5篇，相較于其他研究領域，關于廢棄物——尾菜的資源化利用研究偏少（圖2）。

中文期刊收錄有關尾菜利用文章最多的期刊為《中藥材》，發文率占14.29%。《中國蔬菜》《食品工業科技》和《中國中藥雜志》發文率依次為11.43%、11.43%和8.57%。《中國生態農業學報》《南方農業學報》《農業環境科學學報》《應用與環境生物學報》收錄率均為5.71%（圖3）。國內關于尾菜利用研究的體系主要分布在西部的甘肅省，其中尤以西北低碳城鎮支撐技術協調創新中心、蘭州理工大學生命科學與工程學院、甘肅省生物質能與太陽能互補功能系統重點實驗室和蘭州理工大學西部能源與環境研究中心間的關聯度最高，且發文量最大（圖4）。其次有甘肅農業大學、揚州大學、甘肅省榆中縣農業技術推廣中心和甘肅省農業科學院等幾家單位。研究者之間獨立的關系網有7個，主要有蘭州理工大學團隊李金平、李志忠、悲佳雯、任海偉等研究者間交流頗多，其次是鄧麗莎團隊、甘肅農業大學晉小軍團隊、張文齊團隊、戚如鑫團隊、楊海興團隊和張光全團隊。

WOS數據庫中有關尾菜利用引用頻數大于100次的雜志有Bioresource Technology、Waste Manage、Water Research、Biomass Bioenergy、Process Biochemistry、Journal of Environmental Management、Water Science and Technology、Renew Energy、Renewable and Sustainable Energy Review和Standard Methods。中心性大于等于0.1表明該雜志在雜志關聯網絡中具有樞紐性的作用。其中Bioresource Technology、Waste Manage 和Water Research的引用頻次為339、232和149，中心性依次為0.15、0.12和0.12，即這3本雜志是報道尾菜利用研究領域的領航者（表1）。

2.3 研究熱點分析

2.3.1 尾菜利用關鍵詞共現分析 CNKI數據庫收錄的564篇文章中27個節點間有36條關聯，網絡密度為0.1026，表明已形成以“尾菜”為核心的研究網絡體系。以尾菜為圓心，以資源化利用、沼氣、高原夏菜為研究熱點，分別體現在能源化、污染防治與治理、白菜尾菜和干玉米秸稈的青貯飼料、沼氣發酵和利用等幾個主要方面（圖5上）。分析WOS數據庫收錄文章的關鍵詞網絡圖譜發現（圖5下），以尾菜為圓點形成了106個節點，構成了126條連接，網絡密度為0.0226。形成了以尾菜利用-發酵為主線，沼氣工程機理（微生物過程）及產品開發、廢液和廢渣治理的理論和措施構建、堆肥及其重金屬問題為主題的研究網絡。

2.3.2 尾菜利用突現關鍵詞分析 比較CNKI和WOS數據庫中有關尾菜利用研究關鍵詞頻數排在前50%的關鍵詞，CNKI數據庫中得出頻數高的關鍵詞有蔬菜、高原夏菜、現狀、青貯，其結果與關鍵詞共現網絡圖譜得出的結果一致（圖6左）。WOS數據庫中排在前14位的關鍵詞有尾菜、市政固體廢物、污水、活性污泥、堆肥機理、微生物群落、尾菜預處理、發酵溫度、聯合厭氧消化，其中厭氧消化、混合消化、污水、污泥關鍵詞在關鍵詞共現網絡中具有樞紐性的作用（圖6右）。

2.3.3 尾菜利用研究的時空聚類分析 節選自CNKI庫文章關鍵詞聚類分析結果（圖7）顯示，Modularity（模塊性）Q=0.4734，Mean Silhouette（平均輪廓值）S=0.5104（Q值通常在[0，1]內，Q>0.3表明聚類結果顯著，S>0.5表明聚類分析合理）。尾菜利用在2014年提出了“資源化利用”。從2013年開始關于蔬菜作為“沼氣生產”原料的研究已見報道，后續對發酵工藝逐漸改善，純化沼氣生產。隨著高原夏菜栽培技術和適宜品種的選育，2015年CNKI刊登的有關“高原夏菜”的報道到達一個高峰，同時提出對尾菜的處理，相應延伸出“防治污染與治理”的分支。而葉菜類尾菜如“白菜尾菜”由于含水量太高，不適宜采取沼氣發酵的處理方式，“青貯”“飼料化”等可作為含水量高葉菜尾菜的處理方式。

WOS收錄文章的關鍵詞節點有55個，相互之間建立的關聯性有193條（圖8）;而CNKI收錄文章的關鍵詞節點僅為27，相互間的關聯性僅有36條（圖7）。即WOS收錄文章的研究體系要詳細于CNKI收錄文章的研究內容。根據關鍵詞間的關聯性，WOS收錄文章的關鍵詞可聚類為6大類：沼氣（利用尾菜、廚余垃圾、市政廢棄物等發展沼氣工程，探究發酵過程中混合消化、氨轉化的提高）、甲烷（發酵工藝改進純化沼氣）、纖維素（利用微生物群落厭氧混合消化提高對纖維素的分解）、動力學（生物降解性降解動力學的深入探究）、火焰原子吸收光譜儀（尾菜滲出液和沼氣生產過程中廢水金屬離子含量的測試及吸附處理）、蚯蚓堆肥（蚯蚓消解尾菜廢棄物，發展肥料體系）。其中WOS中引用文章頻數分別為43、35、27、27、17的前5篇文章都是與沼氣工程相關的研究（表2）。

3 討 論

3.1 CNKI庫與WOS庫發文特點分析

分析2000—2020年收錄在CNKI庫和WOS庫的文獻圖譜，對CNKI庫研究歷程時空聚類表明，研究對尾菜的資源化利用分別體現在能源化、污染防治與治理、白菜尾菜和干玉米秸稈的青貯飼料、沼氣發酵和利用等幾個主要方面。雖然實現了多元化，但存在研究缺乏深度的問題。WOS數據庫的研究歷程時空聚類涉及面窄，關鍵詞為沼氣工程，如沼氣（利用尾菜、廚余垃圾、市政廢棄物等發展沼氣工程，探究發酵過程中混合消化、氨轉化率的提高）、甲烷（發酵工藝改進純化沼氣）、纖維素（利用微生物群落厭氧混合消化提高對纖維素的分解率）等。WOS數據庫中的文章側重沼氣工程工藝以及從微生物群落的角度深入探討沼氣發酵過程，同時對沼氣工程的副產品沼液、沼渣等資源亦展開了擴展性研究，從資源高效利用與環境保護的角度充分展開對尾菜的資源化利用。

3.2 尾菜資源化利用模式

綜合分析兩大數據庫中有關尾菜資源化的時空利用模式，重點在尾菜能源化，主要體現在沼氣工程、制氫和乙醇生產3個方面。在厭氧環境下，蔬菜廢棄物經水解產酸細菌、產氫產乙酸細菌和產甲烷細菌的聯合作用，通過水解酸化、產氫產乙酸、產甲烷3個過程，實現甲烷的生產[9]。此外尾菜制氫是小分子有機物被異養型厭氧菌或固氮菌分解制氫。該技術具有原料要求低、發酵所需工藝簡單、產氫速率高、不受光限制的優點[10]。在發酵過程中，碎屑中C∶N值為30∶1是理論上的臨界點，當C∶N>30時微生物是N限制，當C∶N<30時微生物是碳限制[11]。尾菜能源化除產生甲烷、制氫外，還可產生其他生物質能，如液體燃料乙醇。通常采用糖+淀粉、纖維素發酵兩種工藝[12-13]。目前利用尾菜發酵制乙醇的工藝還不夠成熟，需根據發酵原料的特點，篩選最佳酵母和發酵條件，以提高酒精的產生率[14]。

尾菜肥料化通常有以下幾種模式：尾菜堆肥利用商業腐解劑或環境微生物，經高溫有氧過程實現尾菜有機物的腐解[15]，若為水淹條件和厭氧處理過程則為尾菜漚肥[16]。尾菜微生物復合肥是集有機肥（尾菜腐解）+無機肥（配比N/P/K肥）+微生物（功能微生物）于一體，利用功能微生物的特性及其代謝產物，加快土壤結構改善，實現養分平衡，是1+1>2的復合肥[17-18]。除以上3種廣為推廣的尾菜肥料化的方法外，目前在山東壽光和甘肅武威地區還構建了一種新的模式——茄果類尾菜的原位還田。即將茄果類蔬菜秸稈打碎并噴施有機物料腐解劑后旋耕于地下20～30 cm處，有氧發酵15～25 d。尾菜原位還田后下茬西紅柿的生長勢顯著高于未還田地塊，株高、莖粗、葉面積、SPAD值分別增加了15%、18%、25%和27%，產量增加10%（筆者團隊未發表數據）。

為提高動物對尾菜中蛋白質等物質的高效利用，需脫水后加工處理為不同類型的飼料[19]。尾菜飼料顆粒化，將尾菜清洗后打漿、脫水造粒過篩，加工為顆粒飼料。該法可降低尾菜含水量約45%，后采用玉米蛋白粉、稻殼粉等作為黏合劑，制成顆粒或塊狀的粗飼料[20]。青貯飼料利用乳酸菌等微生物使尾菜中的碳水化合物變成乳酸而抑制腐敗菌的生長，以青貯飼料的形式延長保存期。例如將玉米粉、小麥麩與2%乙酸的混合體混合，青貯30～35 d可取得良好的保存效果[21]。除此之外還有尾菜發酵蛋白飼料，將尾菜及分解尾菜的微生物加到飼料中，由于微生物的存在增加了蛋白質（尾菜+麥麩+不滅菌固體發酵，生產單細胞蛋白飼料）和維生素的含量而提高飼料的喂養效率[22]。

利用提取工藝獲得尾菜中的特殊成分，如葉蛋白、蘿卜硫素、酚酸等物質的提取，蔬菜紙的加工，以及利用微生物的發酵過程生產聚羥基烷酸酯、聚乳酸等[23-28]。廢棄蔬菜葉蛋白的提取方法有直接加熱法、酸沉淀法、堿沉淀法、酸熱沉淀法、堿熱沉淀法、酸絮凝劑法。不同作物的提取工藝有差異性，例如酸絮凝劑法是提取花椰菜廢物葉蛋白的最佳方式[29]。還有利用特定的細菌和酵母菌，在固態發酵下，將尾菜（如芥藍）中的聚羥基烷酸酯富集到微生物體內，然后從微生物中提取回收聚羥基烷酸酯，將其用于環境友好塑料產品的生產，替代傳統的塑料制品，在降低生產成本的同時，減緩對環境的污染[30]。

尾菜的資源化利用除以上提及的能源化、肥料化、飼料化和原料化外，還可基質化。將尾菜經相應工藝處理，發酵腐熟后暴曬，然后過10 mm篩，配比蛭石與珍珠巖，混合均勻后可作為菌類、盆栽蔬菜的栽培基質[31-32]。此外，利用尾菜養殖蚯蚓、黃粉蟲等，通過食物鏈作用，提高尾菜的能源利用率，獲得高動物蛋白[33-34]。

4 總結與展望

筆者基于Citespace軟件，以“尾菜”“尾菜利用”和“vegetable wastes”作為關鍵詞，分析從2000—2020年間國內外期刊上發表的相關主題文章，分析發文刊物、研究者及科研單位、關鍵詞共現網絡圖譜、突現關鍵詞、研究歷程時空聚類，在一定程度上反映了有關蔬菜廢棄物研究的熱點。

（1）中國在尾菜利用研究方面的發文量在國際上處于領先地位，近20 a來國內對于尾菜利用研究方面的發文量在2019年達到峰值。中文期刊收錄有關尾菜利用文章最多的期刊為《中藥材》，外文期刊為《Bioresource Technology》。

（2）國內關于尾菜利用研究的體系主要在西部的甘肅省，其中尤以西北低碳城鎮支撐技術協調創新中心、蘭州理工大學、甘肅省生物質能與太陽能互補功能系統重點實驗室和甘肅農業大學間的關聯度最高，且發文量最大。

（3）分析該領域的發展歷程及研究熱點，有關尾菜的研究有資源化利用和污染防治與治理兩個方面。其中資源化利用是重點，主要體現在能源化、肥料化、飼料化、原料化和基質化5個層面。CNKI庫文章存在研究面寬的特點，而WOS數據庫的文章從微生物的角度加深對能源化過程中發酵機理和效率的探討。

筆者對篩選結果的數據分析方法及結果對蔬菜廢棄物領域熱點及研究動向分析具有啟發意義。雖然關于尾菜利用的研究已有了進展，但是由于尾菜的產生存在生長季節的特點，在資源化利用的道路上存在非持續性和供給的不均一性，限制了相關資源化利用產業鏈的發展，增大了投入成本，從而降低了對廢棄蔬菜的資源化利用效率。因此，今后的研究還需針對尾菜的特性，探索新的處理技術和方法，提高利用效率，從而解決尾菜引起的環境污染問題，促進蔬菜產業可持續發展。

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