基于文獻計量的微生物協同ZVI/nZVI的研究進展

張晨燕

關鍵詞：零價鐵（ZVI）；納米零價鐵（nZVI）；文獻計量分析；微生物協同

零價鐵（Zero-Valent Iron，ZVI）作為一種豐富而廉價的水處理試劑，可以有效凈化水體中的污染物[1]。納米零價鐵（nano-Zero-Valent Iron，nZVI）是指粒徑為1～100 nm的零價鐵顆粒[2]，由于比表面積大、反應活性強[3]，可以很好地修復受到重金屬離子及有機污染的水體，得到水處理領域研究人員的重視，發展前景廣闊[4]。隨著微生物技術的發展，過去10年，零價鐵與微生物耦合在廢水處理中的新應用被開發出來，以高效去除廢水中的各種污染物[5]。在生物反應器中，ZVI的存在可以刺激微生物的進化并增加其多樣性，進而提升生物降解的效果[6]。ZVI、微生物和污染物之間有良好的相互協同作用和反應，但目前很少有綜述通過系統地收集和分析文獻計量數據來關注ZVI/nZVI研究的全球發展情況，ZVI/nZVI與微生物協同作用的發展趨勢、研究重點和未來前沿仍不明確。本研究旨在利用文獻計量分析軟件COOC9.93和CiteSpace5.7.R1對1999—2023年ZVI/nZVI的現有發文量情況、期刊出版物、跨學科研究領域和研究前沿進行全面的文獻計量分析。該研究闡明了ZVI/nZVI協同微生物的研究進展，確定了ZVI/nZVI協同生物修復領域的潛在研究方向。

1 研究方法

要想正確把握某一學術領域的發展趨勢和動向，最有效的方法是分析和研究該領域的代表性期刊，即核心期刊[7]。文中所用數據主要源于中國知網（CNKI）和Webof Science（WOS）核心合集數據庫。通過中國知網檢索中文文獻，以（（（（ AB=（“nZVI” OR “NZVI” OR “零價鐵”OR “納米零價鐵” OR “mZVI”）） AND （（ AB=（“微生物”OR “菌”））））進行檢索，文獻類型選擇檢索學術期刊和學位論文，期刊庫不限，共檢索到有效中文核心文獻140篇。外文文獻選擇檢索Web of Science核心合集數據庫，檢索式為（（（（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*”）））），檢索時間段不限，文章類型不限，共檢索到文獻803篇；時間跨度為1999年1月1日至2023年2月1日（搜索時間為2023年2月1日），文件類型為“文章”。由于檢索結果中存在重復下載、出現關鍵詞的同義重復以及無意義詞的問題，通過Data數據園10.1、WOS英文文獻計量趨勢變化挖掘2.0和Co-Occurrence9.93（COOC9.93）[8]等軟件，對原始數據進行嚴密的篩選去重和合并處理等，進而提高數據和分析結果的準確性。

2 結果與討論

2.1 發文量年際變化

發文量是科學界對某一領域關注程度的總體表征，可以在一定程度上反映該領域的發展速度和歷程[9]。因為2023年僅有兩個月的統計數據，所以選取1999—2022年的發文量進行統計分析。在此期間，有關納米零價鐵協同微生物的中英文研究文獻整體呈穩定增長趨勢，且年均增長量分別為1.08篇和9.62篇，可見，英文文獻的發文數量顯著多于中文文獻。另外，1999—2005年，國內外累計發文量偏少（年均增長量為0.30篇），屬于萌芽期；2006—2013年，國內外累計發文量呈緩慢增長趨勢（年均增長量為2.70篇），屬于發展期；2014—2022年，國內外累計發文量呈陡增趨勢（年均增長量為11.00篇），屬于爆發期。

2.2 期刊文獻及來源區域分布

結合期刊的學科類別，研究人員可根據研究方向選擇重點期刊進行投稿和閱讀。對131篇中文文獻進行提取篩選，共36篇發表于期刊，其余95篇為碩博論文。期刊文獻中，環境科學發表次數最多，為5篇；環境工程學報發表4篇，居第二；生態毒理學報發表3篇，居第三。分析WOS核心數據庫中的801篇文獻，刊登相關文章最多的3個期刊分別是Journal of Hazardous Materials（69篇）、Science of theTotal Environment（64篇）、Chemosphere（57篇）。從WOS檢索的英文核心文獻來看，中國在納米零價鐵協同微生物領域的研究中貢獻值最大，占總發文量的56.62%，其次是美國（15.78%）。除此之外，韓國、捷克、澳大利亞、西班牙、加拿大、英國、印度、日本等國家也均有較高的發文量。

2.3 研究熱點趨勢分析

1999—2023年，ZVI/nZVI協同微生物研究相關關鍵詞有614個，其中，217個關鍵詞只出現了一次，99個關鍵詞出現10次以上。在關鍵詞共現圖譜中，與ZVI共現次數最多的是甲烷生產、厭氧消化、脫氯；與nZVI共現次數最多的是微生物群落、修復、生物毒性、生物炭。關鍵詞的時間演進圖譜將其分為9種聚類，用0～8標記，分別為“大腸埃希菌”“甲烷生產”“豬糞”“111-三氯乙烷”“氫”“飲用水”“廢鐵金屬”“自養反硝化作用”和“三氯乙烯”。

關鍵詞的引文暴增反映了過去24年的引文情況，并預測了新的前沿話題，從1999—2023年引用率最高的30個關鍵詞來看，零價鐵的研究分為3個階段：1999—2008年，處于早期的基礎研究階段，脫氯作用、長期性能、四氯化碳的爆發是最突出的3種，強度分別為12.450 0、7.535 8和7.233 2；滲透性反應屏障、氫、脫鹵作用、脫氯作用突現強度高且持續時間久是零價鐵協同微生物領域的研究熱點。2009—2014年，突變強度最高的是還原脫氯（6.781 3）、大腸埃希菌（6.120 2）、粒子（5.800 9），這段時間是改性納米零價鐵研究的興起階段，零價鐵協同微生物相關領域重點關注塑料工業原料氯乙烯和三氯乙烯的生物降解途徑、嘗試不同種屬微生物的馴化改良來實現綠色降解污染物。2014—2023年，生物毒性的爆發最為突出，強度為7.102 9。這個時期注重微生物的活性、種間電子轉移、微生物還原、甲烷生成、多溴二苯醚等方面，研究更傾向于細胞分子層次的機理、零價鐵在應用過程中引起的水和土壤環境問題，如何有效降低零價鐵對微生物的毒性，同時發揮微生物和零價鐵最大協同效應的創新可能是未來的研究方向。

3 結論

通過對1999—2023年微生物協同ZVI /nZVI的相關領域研究進行了全面分析，基于中國知網和Web ofScienc e核心合集數據庫的文獻，使用COOC9.93和CiteSpace5.7.R1，通過文獻計量學方法分析了24年的研究成果。微生物協同ZVI/nZVI相關領域的文獻分為3個時期：1999—2005年為萌芽期，年均增長量為0.30篇；2009—2015年為發展期，年均增長量為2.70篇；2014—2022年為爆發期，年均增長量為11.00篇。從WOS的英文核心文獻檢索結果來看，中國在ZVI/nZVI協同微生物領域研究中的貢獻值最大，占總發文量的56.62%，其次是美國（15.78%）。刊登相關論文數量最多的期刊是Journal ofHazardous Materials（69篇）。關鍵詞突現分析表明，細胞分子層次的機理研究以及如何有效降低零價鐵對微生物的毒性，同時發揮微生物和零價鐵最大協同效應的創新可能是未來的研究方向。通過全面總結ZVI/nZVI在微生物修復方面的研究，以期幫助其他學者理解當前的研究方向并作為關注熱點趨勢的指南。