李紅娜，田云龍，馬金蓮，李斌緒，朱昌雄

(中國農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081)

基于文獻計量學的農村飲用水現(xiàn)狀研究

李紅娜，田云龍，馬金蓮，李斌緒，朱昌雄

(中國農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081)

以Science Citation Index Expanded (SCI-E)在線數(shù)據(jù)庫為基礎，研究了1993—2012年來全球范圍內有關農村飲用水的文獻報道，并對研究的內容、趨勢以及主題進行了系統(tǒng)的分析和評價。自1991年開始，與農村飲用水相關的文獻報道迅速增加，這表明大眾對水質安全的關注度逐漸提升。對作者關鍵詞(author keywords)、附加關鍵詞(keywords plus)、題目(title)及摘要(abstract)的統(tǒng)籌分析表明，砷和硝酸鹽是當前農村飲用水中研究最多的污染物，且在未來10年內依然是持續(xù)關注的對象。印度及孟加拉國的飲用水中砷濃度嚴重超標，因此也成為農村飲用水研究最熱門的區(qū)域。根據(jù)文獻計量分析的結果，風險評價、水處理以及水體污染是當前的研究熱點，消毒和吸附是當前研究最多的處理方法。

農村飲用水；文獻計量學；砷；硝酸鹽；研究趨勢

飲水安全，特別是農村飲用水的水質和安全一直是人們關注的問題[1-2]。根據(jù)世界銀行的統(tǒng)計，全球有80%的農村人口沒有安全的飲用水源；在低收入國家中大約有11億人缺乏完善的飲水處理系統(tǒng)[3]。每年有數(shù)百萬的人死于由病原體微生物、有毒有害的有機無機污染物、重金屬所帶來的疾病，因此，農村地區(qū)的飲水安全工作任重道遠[4-5]。水質分析、風險評估以及末端水治理等措施的重要性也逐漸顯現(xiàn)出來。在印度、孟加拉以及其他發(fā)展中國家，飲水安全已經成為非常重要的國家發(fā)展戰(zhàn)略[6]。與農村飲用水相關的研究逐漸得到了越來越多的關注。

雖然與農村飲用水相關的文獻數(shù)量很多，但是鮮有對全球研究數(shù)據(jù)分析的報道。為了深入了解目前農村飲用水的研究現(xiàn)狀，及時把握其發(fā)展動向及前沿，以獲得最有價值的信息，本文采用文獻計量學的方法[7]，通過對文獻標題、作者關鍵詞(author keywords)、附加關鍵詞(keywords plus)、題目(title)及摘要(abstract)的綜合分析，評價了1993—2012年間全球有關農村飲用水的研究及趨勢。有關發(fā)現(xiàn)可以幫助科研人員更好地了解與飲用水相關的研究現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展方向。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

科學引文索引(Science Citation Index Expanded，SCI-E)是美國科學信息研究所的網絡科學數(shù)據(jù)庫，是文獻計量學分析中最常用和最重要的源數(shù)據(jù)庫。本文以SCI-E數(shù)據(jù)庫為基礎，檢索式為“drink*water”amp;“rural or countryside or village or agricultur*”，以2012年12月31日為節(jié)點共查到3 627 篇文獻。這些文獻同時包含了與“drinking water”, “drinking waters”, “drinkable water”, and “drinkable waters”及“rural”, “countryside” or “village” or “agriculture” or “agricultural”等有關的內容，下載的內容涵蓋了所有文獻的作者名稱、通訊地址、標題、發(fā)表年份、作者關鍵詞、附加關鍵詞、摘要、web of science分類以及發(fā)表期刊的名稱等信息。利用Excel、SPSS等軟件研究論文的年度發(fā)表數(shù)量變化、類別分布、研究機構及作者的分布；利用詞組聚類分析法[7]對作者關鍵詞及附加關鍵詞進行分隔確定，之后按照4個階段(1993—1997、1998—2002、2003—2007、2008—2012)統(tǒng)計主要關鍵詞的出現(xiàn)頻次并排序；最后，將作者關鍵詞、附加關鍵詞、論文題目、摘要等信息作為一個整體統(tǒng)計主要關鍵詞的出現(xiàn)頻次及排序，以評價當前的研究熱點以及未來的研究趨勢。其中，具有相同或相近含義的詞或詞組統(tǒng)一合并成為一個關鍵詞，比如，“drinking water*”包括“drinking water”, “drinking waters”, “drinking-water”;“groundwater*”代表“groundwater”, “groundwaters”, “ground water”, “ground waters”及 “ground-water”等(*代表單數(shù)和復數(shù)形式)。

2 結果與討論

2.1 論文發(fā)表數(shù)量、方向、機構及作者分析

近幾十年來有關農村飲用水的研究極速增加，從1927年的1篇增加到2012年的337篇(圖1)。1927年Lara[8]描述了菲律賓農村地區(qū)由飲水污染引起的霍亂暴發(fā)，并由此向全世界發(fā)出了對水質安全的警告，這是與農村飲用水相關的第一篇文獻。自1991年起，與農村飲水相關的文獻數(shù)量顯著增多，單篇文獻的被引次數(shù)最多的分別在1984、1998和2002年，研究重點在硝酸鹽[9]、氮磷[10]以及有機污染物[11]。1984年Dorsch等[9]研究了南奧地利農村地區(qū)的先天畸形病例與飲用水源水質的相關關系，并推測這可能與硝酸鹽誘導的畸形病變有關。Carpenter等[10]指出水生態(tài)系統(tǒng)中的氮磷主要來自于農業(yè)生產和城市活動，如果按照當前的排放情況，流域水體的面源污染狀況一定會發(fā)生惡化。Kolpin等[11]提供了美國第一份全國范圍內有關天然水體中藥物、激素及其他污染物的分布及濃度清單，并且指出它們對人體健康存在重大的安全隱患。

圖1 “農村飲用水”主題逐年發(fā)文量及篇均被引次數(shù)(SCI-E，1970—2012年)

根據(jù)期刊引文報告JCR發(fā)布的研究方向分類，在1927—2012年間，與農村飲用水相關的文獻分布于143個SCI主題類別中。其中，數(shù)量分布最多的3個主題類型分別為環(huán)境科學(1401, 22.2%)、水資源(902, 14.3%)、公眾、環(huán)境與職業(yè)健康(637, 10.1%)。文獻計量分析的結果表明，所研究時間范圍內農村飲用水相關的文獻分布于337個不同的期刊中，其中，WaterScienceandTechnology的發(fā)文量最多(106, 3.1%)，其次是EnvironmentalMonitoringandAssessment(86，2.5%)、Desalination(77, 2.3%)及ScienceoftheTotalEnvironment(77, 2.3%)。

在1927—2012年間，來自瑞典卡羅林斯卡研究院的Marie Vahter就農村飲用水發(fā)表的SCI文章數(shù)最多(30, 0.89%)；來自“臺北中央研究院”的Chen Chien-Jen發(fā)文量次之(26, 0.77%)；哥倫比亞大學的Alexander van Geen(26，0.77%)、印度賈達普大學的Dipankar Chakraborti(23, 0.68%)以及孟加拉國夏加拉爾科技大學的Mahfuzar Rahman(21, 0.62%)依次位列第3～5名。在所有作者中，有 9 379 位(總作者數(shù)的84.55%)在1927—2012年間僅發(fā)表了一篇文章。

進一步，通過通信作者的信息來分析不同機構的貢獻。在1927—2012年間有關農村飲用水的文獻中，有3 222篇文獻含有通信作者的信息，包含了1 768家機構。在這些機構中，有1 247家機構(38.7%)僅發(fā)表過一篇文章。發(fā)文量最多的機構是美國加州大學(68, 2.1%)，其次依次為美國農業(yè)部(64, 2.0%)、中國科學院(59, 1.8%)、倫敦大學(56, 1.7%)以及哥倫比亞大學(47, 1.5%)。

2.2 作者關鍵詞分析

近一兩年內有關文獻計量的文章不斷增多，但是有關研究趨勢的報道還比較缺乏。在1993—2012年有關農村飲用水的3 238篇文獻中，有2 485篇(76.7%)含有作者關鍵詞。以此為基礎，每5年作為一個階段，對其中的作者關鍵詞進行計數(shù)、排序(表1)。使用最頻繁的關鍵詞包括地下水(groundwater*)、砷(arsenic)、水質(water quality)、硝酸鹽(nitrate*)、水體污染(water pollution)和農藥(pesticide*)。盡管地球上的地下水僅占全球水資源的0.6%，但是它卻是農村地區(qū)和城市地區(qū)最主要也是優(yōu)先選用的飲用水源，特別是在像印度之類的發(fā)展中國家。已有的調查表明，印度農村地區(qū)80%的飲水需求和50%的農業(yè)需水均來自地下水[12]。然而，隨著由于城市化和工業(yè)化的發(fā)展，地下水的污染越來越嚴重[13-14]。

經分析，砷、硝酸鹽和農藥是飲用水中普遍存在的污染物；此外，氟化物、重金屬以及大腸桿菌(E.coli*)等也是出現(xiàn)次數(shù)較多的作者關鍵詞。在第一個5年階段(1993—1997年)中，前25個最頻繁使用的作者關鍵詞中沒有出現(xiàn)孟加拉(Bangladesh)，但是之后有關孟加拉農村飲水的研究越來越多(表1)。作者關鍵詞的分析表明，“砷”(arsenic)、“硝酸鹽”(nitrate*)、“農藥”(pesticide*)、“氟化物”(fluoride*)、“重金屬”(heavy metal*)及“大腸桿菌”(E.coli*)是農村地區(qū)最普遍存在的污染物質。

表1 在1993—2012年間引用頻次最高的前25個作者關鍵詞(5年為一個階段)

注：PT為總文章數(shù)；R為排序；P為在所有附加關鍵詞中出現(xiàn)的百分比；N/A表示無相關報道。

2.3 附加關鍵詞分析

附加關鍵詞是從施引文獻的題目及備注等信息中挖掘的關鍵詞，對原始的題目關鍵詞與作者關鍵詞提供補充和完善的作用。在1993—2012年間發(fā)表的3 228篇與農村飲用水相關的文獻中，有2 610篇(80.6%)含附加關鍵詞。除了本文的檢索詞“飲用水”(drinking water*)外，“地下水”(groundwater*)和“水體污染”(water pollution)是使用最頻繁的前兩個附加關鍵詞(表2)。含有“印度”(India)、“孟加拉邦”(West-Bengal)及“孟加拉國”(Bangladesh)的文獻數(shù)量的排序和占比分別從1993—1997年的第26 (1.7%)、0、第56 (1.1%)上升到2008—2012年的第7 (5.1%)、第9 (4.5%) 、第11 (4.0%)，表明這些地區(qū)的農村飲水問題吸引了越來越多的關注。另外，最頻繁使用的附加關鍵詞還包括了“exposure”, “quality”, “risk”和“health”。地下水的砷污染對全球的公眾健康造成了極大的影響，砷污染的地下水已經造成全球特別是孟加拉共和國、印度孟加拉邦等地區(qū)砷中毒相關的疾病問題[5]。據(jù)不完全統(tǒng)計，在中國有43.2%的疾病以及23.7%的嬰兒死亡與地下水的氟污染相關[15]。在烏拉圭的很多農村地區(qū)，飲用水中含異常高濃度的硝酸鹽(lt; 200 mg/L) 和氟化物 (lt; 5 mg/L)，除了口感(苦咸水)、感官(色度)等問題外，更嚴重的是對飲用者的身體健康存在極大的健康風險[13]。因此，從這些關鍵詞在5個階段的變化趨勢可以看出安全飲水的關注度正在逐漸提升。在第1個階段中沒有出現(xiàn)“disease”和“removal”，但之后它們的排序和百分比持續(xù)上升，在2008—2012年間分別達到第26(2.5%)、第21(2.9%)，表明有關疾病和去除率的問題也逐漸得到了重視。

2.4 研究熱點分析

如前所述，為了使得熱點分析更全面可靠，將文章標題、作者關鍵詞、附加關鍵詞、摘要綜合起來進行聚類分析[7]。之后，將含義相似或相近的單詞、短語合并成一個詞組，并進行分組和排序。圖2中所列出的詞語包含了它們的單復數(shù)形式、簡稱、其他時態(tài)格式以及含義相近的詞語。

與2.2中的分析結果相同，砷、硝酸鹽、氟化物、重金屬和大腸桿菌是飲用水相關研究中最受關注的污染物(表2)。天然水體中超過安全閾值的砷是當前全球范圍內困擾飲用水安全的一個問題。已有的研究表明，水源水中無機態(tài)的砷被檢測到的概率最高[16]。長期飲用含砷的水引起皮膚、肺部、膀胱、腎臟相關的癌癥以及色素改變等多種疾病[5,14]。如Mohan等[17]所述，砷被當作是毒性的同義詞，是20世紀和21世紀的災難。第1篇有關砷作為農村飲用水中的污染物的文獻發(fā)表于2001年，報道了越南紅河道沖積平原農村地區(qū)的砷污染，自此吸引了越來越多的關注[18]。研究結果表明，在污染嚴重的農村地區(qū)，直接作為飲用水源的地下水中砷的平均質量濃度為430 μg/L，遠遠高于50 μg/L的標準值；全球有數(shù)百萬人口正在飲用這類未處理的地下水，面臨著慢性砷中毒的風險。因此，切實可行的砷污染治理措施急需建立[2]。硝酸鹽在適度濃度范圍內對人體是無害的，但是由于它具有高流動性而容易滲透進入地下水，含高濃度硝酸鹽的飲用水會導致人畜特別是新生兒患高鐵血紅蛋白癥[19-20]，因此，有關硝酸鹽的農村飲用水研究在整個階段都保持高增長趨勢。Zhang等[20]于1996年的研究表明，中國的華北地區(qū)自20世紀80年代開始急速增長的氮肥施用加重了地下水氮污染的風險，地下水和飲用水中的硝酸鹽質量濃度達到300 mg/L，遠超于飲用水標準規(guī)定的50 mg/L，這篇文章是農村飲用水中硝酸鹽污染研究中引用頻次最高的。同樣，在美國[19]、非洲[13]以及其他國家和地區(qū)也存在硝酸鹽過量的問題。最近的研究報道表明在美國加利福尼亞州一個擁有密集農業(yè)的圣華金河谷地區(qū)，有44%的井水中硝酸鹽濃度沒有達到美國EPA對飲用水的標準；地下水的深度、井的深度與井水中硝酸鹽的量密切相關[21]?；谶@些調查與分析，可以從采用氮肥的最佳管理措施、提高大眾的環(huán)境意識等方面著手改善農村地區(qū)飲用水硝酸鹽的超標問題。農藥、氟化物以及重金屬都是農村飲用水中普遍存在的污染物。農藥在作物病蟲害的預防和緩解中被廣泛使用，美國EPA農業(yè)行業(yè)銷售與使用報告指出，全球大約使用了52億磅的農藥，其中除草劑占到了40%，其次為殺蟲劑(17%)及殺真菌(10%)。近年來越來越多的研究指向了農藥對人體的破壞性危害[22-24]，如在湄公河三角洲，人們通常是從運河或河流取水僅經絮凝煮沸后飲用，這些措施不足以消除其中大量存在的農藥，這種長期慢性暴露與該區(qū)域的動植物和村民所表現(xiàn)出的疾病具有很高的相關性[24]。從圖2可以看出，近年來與氟化物相關的文獻數(shù)量逐漸增加。已有的研究表明，高濃度的氟化物濃度會造成神經毒害效應，會影響兒童的智力和正常生長[25]。在印度，受氟中毒影響的人群超過6600 萬人，其中有600萬14歲以下的兒童[3]；氟中毒已經成為印度分布最廣的地球化學疾病，在農村地區(qū)，即使飲用水氟化物的質量濃度低至0.5 mg/L，依然會出現(xiàn)氟骨癥、牙齒疾病等[12]。在孟加拉國、中國等地也有相似的情況[26-27]。

圖2 1993—2012年間熱點污染物的研究趨勢

在研究熱點區(qū)域中，有關印度的發(fā)文量最多，其次為孟加拉、中國、美國和非洲(圖3)。超過20個國家的地下水中檢測到高濃度的砷[17]；在堪稱最嚴重砷災難的印度孟加拉邦，有3 000萬村民每天飲用著高濃度砷污染的飲用水[27]。在孟加拉國，有42個地區(qū)的地下水中砷濃度高于WHO的最高允許濃度50 μg/L，當?shù)氐拇迕耧柺苌樾云つw病的摧殘[6,14]。

圖3 1993—2012年間熱門區(qū)域的研究趨勢

關鍵詞分析的結果表明，農村飲用水領域的研究熱點話題包括風險評估(risk assessment)、水處理(water treatment)、水體污染(water pollution)、兒童(children)和公眾健康(public health)(圖4)。其中，風險評價具有極高的出現(xiàn)頻率，總共有881篇文章做了相關研究，僅2010年和2011年就有超過90篇。正是由于當前嚴峻的“水體污染”形勢以及由此必須開展的“水處理”對策使得“風險評價”在整個研究期間都是熱門話題。全球有10億多人的安全飲水問題得不到保障，其中大多數(shù)在發(fā)展中國家；不安全的飲水和衛(wèi)生狀況給環(huán)境和人體，尤其是農村地區(qū)，帶來了多種潛在的健康風險，如砷污染[17]、細菌污染[29]、病毒污染[30]、腹瀉[4,31]及農藥暴露等[32]。因此通過建立完善的風險管理框架來解決農村地區(qū)水源水的處理問題迫在眉睫。兒童(children)也是一個研究熱點，已有的報道表明，兒童對農藥、氟化物及其他有毒物質的致癌效應可能尤其敏感[3,33]。此外，現(xiàn)有的未采取保護措施的小水域可能存在更高的健康隱患[34]。因此，水質管理和風險控制工作都應加強。

圖4 1993—2012年間熱點話題的研究趨勢

農村飲用水處理的方法有很多種，其中消毒是去除、滅活病原體微生物以保障飲水入口安全的最后一道工序[35]，被認為是21世紀飲用水處理領域最大的挑戰(zhàn)。通常使用的消毒方法包括煮沸[36]、加氯[37]、電化學氧化[38]、臭氧氧化[39]等。此外，吸附(adsorption)也是當前的一個熱點，特別是對于全球范圍內出現(xiàn)的越來越嚴重的砷污染治理。在2007年以前，砷的去除方式多以氧化、沉淀、絮凝、膜分離等為主，直到Mohan等[17]的文章發(fā)表，吸附逐漸成為高效去除砷的焦點。

2.5 高被引論文分析

文章的影響力可以通過每年的被引次數(shù)來追蹤和評價[7]。表3列出了截至2012年為止引用次數(shù)最多的10篇文章，其中2篇發(fā)表于Environmental Science amp; Technology (影響因子IF= 5.257， 2012)，其余8篇分別發(fā)表于Ecological Applications (IF= 3.815，2012)、Science of the Total Environment (IF=3.258，2012)、Journal of Hazardous Materials (IF= 3.925，2012)、Neurology (IF= 8.249，2012)、Analyst (IF=3.969，2012)、Environmental Health Perspectives (IF=7.26，2012)、Ann Intern Med (IF=13.976，2012)以及Field Crop Res (IF=2.474，2012)。其中，“Pharmaceuticals, hormones, and other organic wastewater contaminants in US streams, 1999—2000: a national reconnaissance”發(fā)表于2002年的Environmental Science amp; Technology(Kolpin, 2002)，被引用次數(shù)最多，截至2012年底已經達到 2 539 次。該文章報道了[11]由美國地質調查局USGS開展的第一個全國范圍內水資源中藥物、激素及其他有機污染物(organic wastewater contaminants，OWCs)的全面普查，結果表明80%以上的溪流中都檢測到了多種OWCs，其中很多沒有列在飲用水水質標準中；多種OWCs共存可能帶來的協(xié)作/拮抗作用使得其潛在的健康風險難以評估。此外，該文還提出了中間代謝產物研究對于OWCs在水文系統(tǒng)中的歸趨和傳輸以及最終對人體健康和環(huán)境安全的影響的重要性。這10篇文章歷年的被引用頻次情況如圖5所示。

表3 1927—2012年間被引頻次最高的10篇論文統(tǒng)計

(a) 前5篇

(b) 后5篇

Kolpin[11]、Carpenter等[10]、Mohan等[17]所發(fā)表的文章在2012年的被引次數(shù)分別達到338、182和146次，表明研究人員對農村飲用水中的有機污染物、氮磷營養(yǎng)成分的修復、合適的砷吸附劑的篩選等問題的關注。在表3的10篇文章中，有4篇與砷污染調查或控制相關。有2篇來自印度的賈達普大學，其余8篇的通訊單位分別為美國地質調查局、美國威斯康星大學、德國水資源研究與技術學院、美國密西西比州立大學、瑞士環(huán)境科學與技術聯(lián)邦研究院、臺灣“國立”大學醫(yī)學院、美國疾控中心以及澳大利亞的聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織。

3 結 語

以SCI-E數(shù)據(jù)庫為基礎，主要分析了1993—2012年間與農村飲用水研究相關的發(fā)文量、文章分類、分布期刊、研究機構、國家、研究主題以及未來的研究趨勢。有關農村飲用水的文章近年來迅速增多，表明公眾對安全合格的飲用水源的關注和重視。砷和硝酸鹽是當前農村飲用水研究中最關注的污染物，也是未來十年內研究的重點。農村飲用水問題較嚴重的印度和孟加拉是研究的重點區(qū)域，風險評估、水處理和水體污染是主要的研究方向。此外，文獻計量學的分析結果表明，消毒和吸附是農村飲用水研究最多的處理方式。

致謝：

臺灣亞洲大學的何玉山老師在本文數(shù)據(jù)處理中給予了指導和幫助，在此表示感謝。

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Studyoncurrentstatusofruraldrinkingwaterbasedonbibliometrics

LIHongna,TIANYunlong,MAJinlian,LIBinxu,ZHUChangxiong

(InstituteofEnvironmentandSustainableDevelopmentinAgriculture,ChineseAcademyofAgricuturalSciences,Beijing100081,China)

Based on the online database of Science Citation Index Expanded, this paper has studied the worldwide literature report about rural drinking water over from 1993 to 2012. The content, trend and theme of the research in this regard were systematically analyzed and evaluated. Since 1991, the related literature about rural drinking water has increased rapidly, which indicates that the public’s attention to water quality is gradually increasing. After synthetic analysis of author keywords, keywords plus, titles and abstracts, arsenic and nitrate are concluded to be the most frequently studied pollutants in rural drinking water at present and will continue to be the focus of attention for the next decade. Arsenic concentrations in drinking water in India and Bangladesh are seriously exceeded, which has become the most popular area for drinking water research in rural areas. According to the results of bibliometric analysis, risk assessment, water treatment and water pollution are the current research hotspots. Disinfection and adsorption are the most studied methods at present.

rural drinking water; bibliometrics; arsenic; nitrate; research trend

10.3880/j.issn.1004-6933.2017.06.10

國家自然科學基金(51308537)

李紅娜(1986—)，女，助理研究員，主要從事環(huán)境修復、水體深度處理技術等研究。E-mail：lihongna828@163.com

X52

A

1004-6933(2017)06-0065-09

2017-03-20 編輯：徐 娟)