基于CiteSpace的葡萄酒生產廢水處理文獻可視化分析

常潔，鄭蘭香

（1. 寧夏大學地理科學與規劃學院，寧夏銀川 750021；2. 寧夏大學生態環境學院寧夏，寧夏銀川 750021；3. 中國葡萄酒產業技術研究院，寧夏銀川 750021）

根據國際葡萄與葡萄酒組織（OIV）統計，2021年世界葡萄酒產量250.3億升，中國葡萄酒產量26.8億升[1]。隨著環保意識的加強和研究的不斷深入，葡萄酒生產中產生的廢水問題得到更多的關注。葡萄酒廢水產生的主要途徑有壓榨、發酵、過濾、灌裝等設備的清洗、葡萄汁及葡萄酒外溢等[2]。葡萄酒廢水屬于有機廢水[3]，含有葡萄汁（酒）的糖、酸、醇等有機組分、投加的輔料中所含的無機組分、生活污水中存在的大腸桿菌以及少量隨沖洗水流走的葡萄皮籽等[4]。這些廢水經處理后大多直接排入自然水體或回用于園區綠地和葡萄園灌溉[5]，但處理不當也會存在一定風險。

近年來，關于葡萄酒生產廢水處理及資源化的研究逐漸增多，其理論依據及處理技術不斷完善。面對該研究領域取得的相關成果，如何從多元和動態的角度了解當前的研究現狀，掌握國內外研究的前沿熱點以及演進脈絡，需要深度挖掘該研究領域的科學文獻信息[6]。文獻計量學（Bibliometrics）被廣泛地用于文獻情報分析，進而對某領域科學發展現狀及水平進行評價[7]。CiteSpace是基于Java程序語言開發的一款適用多元、分時、動態復雜網絡分析的信息可視化分析工具[8]，該軟件可將某研究領域龐大復雜的文獻數據和演進歷程具象化為可視的知識圖譜[9]。本研究采用CiteSpace文獻計量工具，繪制相關可視化圖譜，從發文量、關鍵詞聚類等評價指標分析2001—2021年葡萄酒生產廢水處理及資源化利用研究領域的國家（地區）、研究機構、發文期刊、高被引文章，構建國家、研究機構間的合作關系，揭示研究熱點和未來發展趨勢，以期為今后的相關研究提供借鑒和參考。

1 數據來源與分析方法

1.1 數據來源

本文以Web of Science（WOS）核心數據庫和CNKI資源總庫作為檢索平臺。在WOS中以“Winery wastewater”為主題詞，文獻類型選擇“article”and“review”，檢索時間范圍選擇2001—2021年，檢索到文獻405篇，經去重處理之后得到404篇文獻。在中國學術期刊出版總庫（CNKI總庫）中，以“葡萄酒廢水”“葡萄酒生產廢水”以及“葡萄酒廠廢水”為關鍵詞進行高級檢索，檢索時間為2001—2021年，經過剔除無效文獻，共得到22條文獻記錄。

1.2 分析方法

將WOS得到的文獻以純文本形式導出，CNKI數據庫中的文獻以Refworks格式導出。利用CiteSpace軟件對導出文獻進行除重，刪除與研究領域關聯性弱的文章。對導出文獻在CiteSpace軟件中選擇Author（作者）、Institution（機構）、Keywords（關鍵詞）、Cited Reference（被引文獻）等選項進行分析，文獻數據處理所采用的CiteSpace軟件為5.8.R2版本。

2 結果與分析

2.1 發文量分析

發文數量隨時間的變化能夠反映一個領域的發展趨勢。對2001—2021年葡萄酒生產廢水處理及資源化研究的發文量進行統計，如圖1所示，該領域發文數量整體上呈現上升趨勢。國外在21世紀初期對葡萄酒生產廢水處理已有相關方面的研究，2001—2004年每年發文數量保持在6篇；在2006年出現了此領域研究的低谷期，發文量僅有兩篇；2007—2015年期間發文量有所增加，但連續年份間存在數量上的波動；2016—2021年，出現較多研究文獻，研究進入熱門階段，達到近20年來發文數量的頂峰。國內此領域的研究遠遠少于國外，分別在2008年和2017年有3篇文獻發表，是近20年內最多的兩年，有很多年份存在發文量為零的情況，文獻發表的數量比較平均，數量少，也還未出現此領域研究的熱點，可見國內在葡萄酒生產廢水處理及資源化利用方面的研究還較為欠缺。

圖1 2001—2021年葡萄酒生產廢水處理及資源化研究發文量Figure 1 The trend of winery wastewater treatment and recovery research from 2001 to 2021

2.2 主要文獻作者分析

對樣本文獻的發文作者進行定量分析，不僅可以探索在葡萄酒生產廢水處理與資源化方面的主要研究代表性學者，而且可以作為衡量研究共同體形成狀況的重要依據[10]。借助CiteSpace軟件，設置“Author”為選擇節點，選取數據標準為Top50，繪制出發文作者合作知識圖譜（圖2）。Jose Aperes和Marco S Lucas是2001年以來該領域發文量最多的作者，共發表了19篇。在2001—2021年間發文量超過10篇的作者還有Myburgh P A，發表了11篇。作者圖譜中，節點大小表示作者發文的數量多少，線的粗細表示作者合作強度的關系[11]。Steyerj P、Vg Alvarze、Esandi F是一個團隊，研究主題為“Model based analysis”；還有研究主題為“Mesophilic anaerobic digestion”的Ruizfilippi G團隊等。從貢獻圖譜可以看出，葡萄酒生產廢水研究的核心作者雖然并未構成一個群體，研究主題也比較分散，但已經具有小的規模。各作者的研究主題各有側重，缺乏橫向交流合作，在一定程度上對該研究區域帶來局限性。

圖2 主要研究作者合作網絡圖譜Figure 2 Cooperation network of principal authors

2.3 主要發文國家及地區分析

為研究葡萄酒生產廢水處理及資源化的發文國家合作特點，運用CiteSpace軟件對WOS中所提取的文獻進行計量分析。統計結果表明，共有65個國家和地區發表過相關領域的文獻，如圖3所示。由于某些國家發表數量太少，在圖中未顯示出來。圖中節點的大小代表了國家發文數量的多少，節點越大發文量越多，線條的粗細表示了國家之間合作程度的高低[12]。可見，西班牙發表的文章最多，從2001—2021年發表了76篇，是唯一超過50篇的國家。西班牙的葡萄酒生產歷史悠久，產量居世界前列，對于葡萄酒生產廢水的處理也是十分重視。同時，西班牙和意大利以及法國在早期合作緊密，之后西班牙、葡萄牙、意大利、英格蘭、澳大利亞、南非等國家和地區合作緊密。我國在此方向的研究還比較薄弱，需要擴展對葡萄酒生產廢水處理及資源化的研究，擴大我國該領域文獻的影響力。

表1 2001—2021年葡萄酒生產廢水處理及資源化主要研究發文作者Table 1 The authors of winery wastewater treatment and recovery research from 2001 to 2021

圖3 主要發文國家及地區分布網絡圖譜Figure 3 Distribution network map of publishing countries and regions

2.4 主要發文科研機構分析

分析節點選擇“Institution”，數據選擇標準為Top50，其他設置不變。表2列出了2001年到2021年該領域發文量前10名的研究機構。其中，發文量最高的是法國農業科學研究院（INRA），第二位是西班牙的卡斯蒂利亞-拉查曼大學（Universidad de Castilla-La Mancha），以及南非的斯泰倫博斯大學（University Stellenbosch），發文量排名靠前的機構很多都是高等院校，說明較大比例的科研力量都存在高等教育機構中。

表2 葡萄酒生產廢水處理及資源化研究排名前10名的科研機構Table 2 Top 10 scientific research institutions of winery wastewater treatment and recovery

2.5 主要載文期刊分析

表3列出了2001—2021年該領域載文數量排名前十的期刊。其中New York Pergamon Press 出版的《Water Science and Technology》發文數量最多。此外，《Water Research》《Bioresource Technology》《Journal of Hazardous Materials》《Process Biochemistry》可以看出，葡萄酒生產廢水處理及資源化相關文章的發文期刊所屬學科以環境科學、工程技術、生物方向為主。

表3 2001—2021年葡萄酒生產廢水處理及資源化研究文獻載文期刊Table 3 Literature and periodicals on the treatment and recovery of winery wastewater from 2001 to 2021

2.6 變化趨勢與研究熱點

關鍵詞是對論文研究重點和方向的提煉，是對文章中心的概括。分析高頻率出現的關鍵詞能夠進一步了解一個領域的主要研究方向、技術方法和研究熱點[13]。利用CiteSpace軟件，選擇“Keyword”為分析節點，時間跨度及切片保持不變，數據選擇標準為Top5%，生成關鍵詞共現圖譜（圖4）。關鍵詞共現可直觀展示出該領域的關注度與關聯度，從宏觀上揭示一個研究領域內的重點研究內容[14]。節點的大小表示關鍵詞出現的頻率，節點越大，出現的頻率則越高，關鍵詞共現能夠顯示出研究主題間的網絡關系，體現出該領域的核心知識點，以便揭示其發展變化。

圖4 葡萄酒生產廢水處理及資源化研究關鍵詞共現網絡圖譜Figure 4 Network map of key words co-produced in winery wastewater treatment and recovery research

“Winery wastewater”是所有研究中出現頻率最高的關鍵詞，充分體現了研究的重點。節點“Waste water”“Water”一起構成了研究分析的基礎。高頻關鍵詞顯示出了研究的幾個方面：（1）廢水處理技術主要為活性污泥（Activated sludge）、厭氧消化處理（Anaerobic digestion）、高級氧化技術（Advanced oxidation process）等；（2）研究內容有：降解（Degradation）、人工濕地（Constructed wetland）、活性污泥（Sludge）、化學需氧量（Chemical oxygen demand）、水溶液（Aqueous solution）等；（3）研究方向：廢水處理產生的反應、影響、表現、作物的生長、最佳化問題、質量等。鉀（Potassium）、鈉（Sodium）等化學元素的高頻出現葡萄酒生產廢水，說明葡萄酒生產廢水對水體以及土壤等方面的理化性質的影響研究也是重點[15]。高頻關鍵詞代表了研究的基礎，可以為后面的研究者提供更清晰的思路。

通過CiteSpace可以得到8個突現關鍵詞以及其對應的突現率，如表4所示。突現關鍵詞是在某一時間段內大量關鍵詞中具有明顯變化的主題詞，代表了這一時間內的研究熱點，2005—2014年活性淤泥（Activation sludge）是此領域的研究熱點，即活性淤泥的方法進行廢水處理，在這期間2005—2007兩年間厭氧消化處理（Anaerobic digestion）成為研究熱點，使用的廢水處理技術發生了變化[16]。2015年開始對廢水的化學需氧量進行主要研究，2016年回歸到污水處理，2017年開始廢水處理對環境質量方面的影響成為了研究的熱點，隨著社會經濟的發展，對于葡萄酒生產廢水處理及資源化方面的研究不但從技術上有了新的革新，研究熱點逐漸從如何處理轉變為對處理工藝的改進以及環境質量的研究。

表4 高頻關鍵詞突現表Table 4 High-frequency keyword highlighting form

關鍵詞聚類展示了該領域的前沿研究熱點[5]。不同國家或地區的文獻共被引時間線聚類圖譜反映了各聚類形成時間以及持續時間不一[11]。如圖5所示，共生成6個聚類標簽。其中生物處理（Biological treatment）方面的研究最為持久；利用葡萄酒生產廢水進行發電（Electricity generation）是研究的一項熱點內容；人工濕地（Constructed wetlands”）以及土壤結構（Soil structure）是葡萄酒生產廢水處理產生的影響所關注的兩個重要方面，化學需氧量（Chemical oxygen demand）和過硫酸氫鉀復合鹽（Peroxymonosulphate）是研究葡萄酒生產廢水處理過程中的重要因素，可持續的葡萄酒生產（Sustainable wine production”）是研究的重要方向。隨著科學技術的發展和完善，廢水處理所產生的環境問題受到更多的關注，可持續理念的發展尤為重要。

圖5 廢水處理及資源化研究關鍵詞聚類時間線圖譜Figure 5 Keyword clustering timeline map of winery wastewater treatment and recovery research

葡萄酒生產廢水處理及資源化的研究要秉持可持續發展理念，在處理廢水的過程中更要注重生態環境的保護。隨著人們生活水平的提高，葡萄酒的需求量會逐年提高，葡萄酒生產及產業提升提出了更高要求[17]，所產生的廢水會得到更多關注。廢水的排放對土壤等方面產生的影響也是需要關注的重點，更多科學有效的處理手段的發展能夠使其資源化效益達到更高水平，可持續的葡萄酒生產是未來該領域的發展目標[18]。

2.7 文獻共被引分析

高頻率被引文獻可以顯示出該領域研究的基礎知識和演進脈絡，同時可以展示出其研究思路的相似之處以及核心點，能夠為之后的研究者提供思路[20]。對葡萄酒生產廢水處理及資源化進行文獻共被引分析，了解此領域的主要研究成果。分析節點選擇參考文獻（Reference），選取標準為TOP 50%，得到引文共現圖譜。研究領域被引文獻最多的前10名如表5所示。

表5 葡萄酒生產廢水處理及資源化研究前十名高被引文獻Table 5 Highly cited references of top ten keywords in winery wastewater treatment and recovery research

Ioannou L A綜述了目前葡萄酒廢水處理工藝應用和試驗的最新進展，分物化、生物、膜過濾與分離、高級氧化工藝、生物與高級氧化組合工藝五大類，討論了酒廠廢水處理的優缺點以及影響處理效果的主要參數[20]。Mosse K P M總結了葡萄酒廢水的處理方法，闡明過程機理以及各方法的優點和缺點，分析了澳大利亞當前酒廠廢水的組成成分，以及當前對酒廠廢水處理最新的管理方法[21]。Welz P J研究了葡萄酒生產廢水的儲存方法，對葡萄酒廠廢水中的有機物以及化學需氧量進行了分析，認為葡萄酒生產所產生的廢水由于季節性的原因可以儲存在池體當中[22]。Lucas M S在中試規模的鼓泡塔反應器中，考察了臭氧基高級氧化工藝（O3、O3/UV和O3/UV/H2O2）對葡萄酒生產廢水的處理效果[23]。Christen EW概述了一種利用土地過濾 （過濾和灌溉土地處理和污水回用）系統處理葡萄酒生產廢水的新方法[24]。Brucculeri M研究了采用傳統活性污泥法工藝對市政廢水和葡萄酒生產廢水進行協同處理的可行性[25]。Arienzo M設計了盆栽實驗模擬了微型人工濕地的葡萄酒廠廢水處理系統，對酒廠廢水進行快速、廉價的植物毒性生物測定進行了研究[26]。Moletta R通過使用厭氧消化技術處理廢水，經過厭氧處理后再進行好氧后處理，使處理后的水達到排放要求[27]。Mosteo R提出了非均相光催化Fenton法處理葡萄酒廠廢水的替代方法，采用實驗設計方法研究了各種變量的影響和相互作用，得到了一個有機物降解過程的簡化經驗模型[28]。Ganesh R采用三流式厭氧固定床反應器，以不同尺寸和比表面積的低密度浮動床為載體，對葡萄酒廠廢水進行了處理研究[29]。可見，被引量排名前十的文獻多以葡萄酒廢水處理方法和工藝為主題，葡萄酒生產廢水處理技術仍是重要的研究方向。

2.8 國內葡萄酒生產廢水處理及資源化研究文獻現狀

通過對已發表的葡萄酒生產廢水處理及資源化的中文文獻進行關鍵詞共現分析，可以發現國內對這一領域的研究較少，研究熱點為廢水的處理工藝以及處理方法，出現接觸氧化、水解酸化、厭氧等關鍵詞。國內葡萄酒生產廢水處理及資源化研究發文量較多的作者有李金成4篇，唐國東和夏文香以及張旭均為3篇，孫鳳娟2篇，他們是目前國內此領域研究的重要學者。發表期刊主要為《環境工程學報》《給水排水》《節能與環保》《環境與發展》等。國內對此領域研究較多的機構以大學和環境研究中心為主，如青島理工大學環境與市政工程學院、西北農林科技大學、石河子大學等。

3 討論與結論

通過利用CiteSpace進行知識圖譜的量化分析，可以為葡萄酒生產廢水處理及資源化的研究鞏固基礎。通過對相關文獻的發文量、發文作者、發文國家和地區、關鍵詞共現、關鍵詞聚類、文獻共被引等進行可視化分析，探析葡萄酒生產廢水處理及資源化研究的發展歷程及特征情況，梳理出該領域的研究熱點和發展方向。

在葡萄酒生產廢水處理的研究中西班牙、葡萄牙、意大利、英格蘭、澳大利亞、南非等國家和地區的學者研究聯系密切，以歐洲國家為主要研究力量，提供了更多核心研究成果。葡萄酒在歐洲國家的研究較為深入，對于葡萄酒廢水的處理也更加的先進。

目前對于葡萄酒廢水處理的研究發文機構多集中在高等院校，還需要有更多的聯系，相關發表文獻更多集中在環境以及生物領域。結合關鍵詞共現以及聚類分析，可以發現對葡萄酒廢水處理的方法在逐步提升，隨著科技的發展有更多的高級廢水處理技術出現，使葡萄酒廢水的處理能夠更加的科學和完善。

可持續的葡萄酒生產是將來研究的重要方向，由于廢水的處理有可能給環境帶來危害，對于廢水處理更需要嚴格的把控，葡萄酒生產廢水處理技術的革新仍是今后的一個重要研究方向。相較于國外的研究，我國在此領域的研究仍舊比較缺乏，對于葡萄酒生產廢水的處理技術不夠完善，關注度不高，發文量少，還需要更多的學習和發展。