肖鵬飛,吳德東

東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,哈爾濱 150040

植物修復(fù)是利用自然生長(zhǎng)植物或遺傳工程培育植物所具有的吸收、穩(wěn)定、降解、根濾、揮發(fā)等作用機(jī)理,現(xiàn)場(chǎng)去除污染土壤、水體中的重金屬、有機(jī)物等污染物,或通過(guò)改變污染物的生物可利用性以降低其生物毒性,最終達(dá)到修復(fù)污染環(huán)境的目的[1- 2]。植物修復(fù)作為一種相對(duì)新興的土壤污染治理技術(shù),因其具有成本低、不破壞土壤結(jié)構(gòu)、不引起二次污染、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為在重金屬污染土壤治理方面有廣闊的應(yīng)用潛力和發(fā)展前景[3- 5]。近20年來(lái),國(guó)內(nèi)外植物修復(fù)的理論及應(yīng)用研究發(fā)展勢(shì)頭迅猛,各國(guó)學(xué)者從超積累植物的篩選、修復(fù)的機(jī)制/過(guò)程、修復(fù)效率的強(qiáng)化措施以及在污染環(huán)境中的應(yīng)用等方面展開了深入的研究,高水平研究成果產(chǎn)出日益增多[6- 10]。

文獻(xiàn)計(jì)量分析以文獻(xiàn)體系及其計(jì)量特征為研究對(duì)象,采用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法研究文獻(xiàn)的分布結(jié)構(gòu)、數(shù)量關(guān)系及變化規(guī)律,進(jìn)而分析、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特征和規(guī)律,已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域[11- 14]。國(guó)內(nèi)少數(shù)學(xué)者已經(jīng)利用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法對(duì)重金屬污染修復(fù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)展開了分析[15- 18]。然而,目前很少有人在大的時(shí)間尺度上收集并總結(jié)全球及國(guó)內(nèi)植物修復(fù)研究的系統(tǒng)數(shù)據(jù)[19]。國(guó)內(nèi)外植物修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、研究前沿及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)等尚不明朗,因此有必要針對(duì)十幾年來(lái)植物修復(fù)的研究進(jìn)行梳理,以獲取國(guó)內(nèi)外植物修復(fù)研究領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)。本文利用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法對(duì)2003—2020年間全球發(fā)表的植物修復(fù)研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行量化分析,以便更好地幫助國(guó)內(nèi)學(xué)者及時(shí)跟蹤植物修復(fù)技術(shù)在世界范圍內(nèi)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì),了解中國(guó)植物修復(fù)研究領(lǐng)域的世界學(xué)術(shù)地位以及與世界一流水平的差距,為加強(qiáng)我國(guó)植物修復(fù)技術(shù)的理論與應(yīng)用研究提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所有數(shù)據(jù)均來(lái)源于Web of Science(WoS)數(shù)據(jù)庫(kù)核心合集。以TS =(Phytoremediation OR Phytoextraction OR Phytovolatilization OR Phytostabilization)作為檢索式,檢索的文獻(xiàn)類型包括Article和Review兩種,排除其他文獻(xiàn)類型,共檢索到2003—2020年的英文文獻(xiàn)13168篇,其中Article和Review各有12289和879篇,分別占93.32%和6.68%。以此作為分析樣本進(jìn)行后續(xù)的歸類計(jì)量統(tǒng)計(jì)分析,文中所有數(shù)據(jù)的提取日期為2020年12月8日。

1.2 研究方法

利用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行量化分析。出版物的發(fā)表數(shù)量使用Excel 2007進(jìn)行分析,并采用多項(xiàng)式模型預(yù)測(cè)其增長(zhǎng)趨勢(shì)。使用WoS平臺(tái)自帶的在線統(tǒng)計(jì)分析功能收集國(guó)家、期刊、作者的發(fā)文量、總被引頻次、篇均被引頻次、H指數(shù)、期刊影響因子等信息。從WoS核心數(shù)據(jù)庫(kù)下載篩選文獻(xiàn)的txt格式文本,按需求將其導(dǎo)入至VOSviewer 1.6.15可視化軟件進(jìn)行關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析和聚類分析,而CiteSpace軟件則用以分析突現(xiàn)關(guān)鍵詞,以揭示植物修復(fù)研究的熱點(diǎn)以及趨勢(shì)。若一篇文獻(xiàn)由多個(gè)國(guó)家的作者合作完成,WoS平臺(tái)會(huì)將這些信息自動(dòng)算入該國(guó)家的數(shù)據(jù)中,會(huì)導(dǎo)致一定程度的數(shù)據(jù)重合,但對(duì)研究發(fā)展趨勢(shì)的總體分析不會(huì)產(chǎn)生明顯影響。

1.3 主要指標(biāo)

本文從文獻(xiàn)的數(shù)量和質(zhì)量?jī)蓚€(gè)維度出發(fā),采用發(fā)文量、被引頻次、H指數(shù)和高被引論文等指標(biāo)進(jìn)行分析。發(fā)文量即論文的產(chǎn)出篇數(shù),是衡量科研生產(chǎn)能力的重要指標(biāo)；被引頻次是指該統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目的論文或某篇論文被其他論文作為參考文獻(xiàn)的次數(shù),包括總被引頻次和篇均被引頻次,反映出論文在該領(lǐng)域的價(jià)值和被同行所關(guān)注的程度；H指數(shù)是指相關(guān)統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目在一定時(shí)間內(nèi)所發(fā)表的文章至少有h 篇文獻(xiàn)至少被引用了h次,該指標(biāo)已被廣泛用于評(píng)估該項(xiàng)目在一定時(shí)期內(nèi)的學(xué)術(shù)產(chǎn)出數(shù)量與質(zhì)量[20- 21]。

2 結(jié)果與分析

2.1 總發(fā)文量及增長(zhǎng)趨勢(shì)

圖1 植物修復(fù)研究的發(fā)文量及增長(zhǎng)趨勢(shì)Fig.1 The number and growth trend of papers published on phytoremediation research

發(fā)文量隨年份的變化在一定程度上反映了相關(guān)研究領(lǐng)域的發(fā)展速度。圖1顯示了世界和中國(guó)每年發(fā)表的植物修復(fù)方面的論文數(shù)量及增長(zhǎng)趨勢(shì)。2003年的世界發(fā)文量?jī)H為264篇,隨后植物修復(fù)相關(guān)文獻(xiàn)以每年幾十篇的幅度逐年增加,而在2014年以后則每年增加上百篇,至2019年的發(fā)文量已經(jīng)達(dá)到1439篇,比2018年的發(fā)文量增加了255篇,表明植物修復(fù)研究已經(jīng)成為當(dāng)下全球?qū)＜覍W(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。從國(guó)內(nèi)學(xué)者的發(fā)文量來(lái)看,2003年的發(fā)文量?jī)H30篇,占世界當(dāng)年總發(fā)文量的11.36%,2010年該比例上升至21.93%,而2019年中國(guó)發(fā)文量已經(jīng)達(dá)到了512篇,超過(guò)世界總發(fā)文量的三分之一,表明國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)植物修復(fù)研究的重視程度和對(duì)成果的貢獻(xiàn)均在不斷增加。用多項(xiàng)式趨勢(shì)線模擬了世界和中國(guó)在發(fā)表年份與文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量之間的關(guān)系,其趨勢(shì)線模型擬合結(jié)果良好,決定系數(shù)R2分別為0.98和0.96,可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)植物修復(fù)領(lǐng)域發(fā)文量的增加趨勢(shì),預(yù)計(jì)2020年世界和中國(guó)發(fā)文量將分別接近1600和600篇(圖1)。實(shí)際上,截止至2020年12月8日,WoS核心數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的世界和中國(guó)當(dāng)年的實(shí)際發(fā)文量分別為1412篇和507篇?？紤]全球COVID- 19疫情的影響,預(yù)計(jì)2020年及2021年的文獻(xiàn)增長(zhǎng)速率可能會(huì)有所減緩。

2.2 文獻(xiàn)被引頻次分析

被引頻次能客觀反應(yīng)文獻(xiàn)在該領(lǐng)域的引用價(jià)值和重視程度,被引頻次越高表明該研究在相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)交流中的影響力和地位越高[22]。從圖2可見(jiàn),2012年之前世界總被引頻次變化不大,每年的總被引頻次均在兩萬(wàn)上下,年被引頻次高峰出現(xiàn)在2009年,達(dá)到26481次,2013年后總被引頻次逐年下降。中國(guó)發(fā)文的總被引頻次沒(méi)有出現(xiàn)明顯的隨年份而下降的情況,尤其在2004年至2017年間相差不大,均在4000上下波動(dòng),最高為2015年的4764次。從篇均被引頻次上看,早期年份盡管發(fā)文量不多,但篇均被引頻次較高,如2003年世界和中國(guó)的篇均引用分別達(dá)到最高的72.77和81.29次,2006年仍分別可達(dá)到55次和65次以上,表明早期的論文受到更多的關(guān)注。隨后由于發(fā)文量的增加,篇均被引頻次隨年份緩慢下降。中國(guó)和世界在篇均被引頻次上看沒(méi)有明顯的差別,在2006年以前甚至高于世界的篇均被引頻次,表明國(guó)內(nèi)發(fā)文的影響力與全球的平均水平相當(dāng)。

圖2 世界和中國(guó)的植物修復(fù)研究發(fā)文的被引情況Fig.2 Citation of phytoremediation papers in the world and China

2.3 高發(fā)文國(guó)家及國(guó)際合作

分析各國(guó)家的總發(fā)文量可反映出各國(guó)家在某研究領(lǐng)域的科研生產(chǎn)力。通過(guò)對(duì)WoS核心數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索發(fā)現(xiàn),共有110個(gè)國(guó)家發(fā)表了植物修復(fù)相關(guān)的論文,其中發(fā)文量排名前10的國(guó)家如表1所示。中國(guó)發(fā)文量為3451篇,占總發(fā)文量的26.21%,接近第2名美國(guó)(1827篇)的兩倍,說(shuō)明植物修復(fù)在國(guó)內(nèi)的研究熱度不斷提升,也體現(xiàn)出國(guó)內(nèi)應(yīng)用植物修復(fù)污染環(huán)境方面的迫切需求。印度以1210的發(fā)文量位列第3位。其它國(guó)家之間的發(fā)文量比較接近。中、美、印三國(guó)的總被引頻次同樣位居前三位,分別達(dá)到了69383、63138和33818次。然而,中國(guó)發(fā)文的篇均被引頻次僅為20.11,不僅遠(yuǎn)低于美國(guó)(34.56)、德國(guó)(36.62)和澳大利亞(33.54),甚至低于印度(27.95)和巴基斯坦(25.36),僅排在發(fā)文量前10國(guó)家的第9位。此外,中國(guó)發(fā)文的H指數(shù)(99)也低于美國(guó)(111),排在第2位。近十幾年來(lái)我國(guó)學(xué)者在植物修復(fù)領(lǐng)域做了大量的科學(xué)研究,在總發(fā)文量和總被引頻次上排名世界第一,但篇均被引頻次明顯偏低,表明國(guó)內(nèi)的研究成果在全球范圍內(nèi)的受關(guān)注度及影響力仍然不高,在整體研究質(zhì)量和創(chuàng)新性上還有待進(jìn)一步提升。

表1 發(fā)文量前10的國(guó)家統(tǒng)計(jì)

圖3 不同國(guó)家開展植物修復(fù)研究的共現(xiàn)關(guān)系圖譜Fig.3 Co-occurrence network visualization map of countries in phytoremediation research

使用VOSviewer軟件對(duì)發(fā)文國(guó)家進(jìn)行共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析,可以了解不同國(guó)家之間在植物修復(fù)研究領(lǐng)域的合作關(guān)系。選擇國(guó)家發(fā)文量為100以上,連接數(shù)為100,共得到的36個(gè)主要發(fā)文國(guó)家(節(jié)點(diǎn))間的共現(xiàn)關(guān)系圖(圖3)。國(guó)家間的連接線條越粗,代表兩國(guó)間合作發(fā)文數(shù)量越多,即合作越緊密。美國(guó)和中國(guó)是兩個(gè)最大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),尤其美國(guó)位于共現(xiàn)關(guān)系圖譜的中心連接點(diǎn),即和其他發(fā)文國(guó)家的聯(lián)系最為緊密,幾乎與所有主要發(fā)文國(guó)家都有合作關(guān)系。在整個(gè)合作網(wǎng)絡(luò)中,中美之間的線條最粗,表明兩國(guó)是全球植物修復(fù)研究領(lǐng)域最大的合作關(guān)系體。此外,中國(guó)與澳大利亞、巴基斯坦、德國(guó)、英國(guó)、加拿大、日本等國(guó)家之間均開展了較多的合作研究。近年來(lái)中國(guó)的“走出去,請(qǐng)進(jìn)來(lái)”的研究戰(zhàn)略讓國(guó)內(nèi)學(xué)者有更多的機(jī)會(huì)與國(guó)外高水平機(jī)構(gòu)和學(xué)者進(jìn)行交流與合作,也使得國(guó)內(nèi)植物修復(fù)研究更夠緊跟國(guó)際研究前沿[23]。但也要看到,國(guó)內(nèi)植物修復(fù)研究的國(guó)際合作程度和美國(guó)還有差距,與意大利、西班牙、巴西、瑞士、伊朗、土耳其、俄羅斯等主要發(fā)文國(guó)的合作研究仍有上升的空間。

2.4 高發(fā)文期刊

全球共有1100多家期刊發(fā)表過(guò)植物修復(fù)方面的論文,其中發(fā)文量前10的期刊的發(fā)文總數(shù)占世界發(fā)文總數(shù)的38.60%(表2)。International Jouranl of Phytoremediation(IJP)以1194 的發(fā)文量成為發(fā)表植物修復(fù)研究成果最多的期刊,其次為Environmental Science and Pollution Research(ESPR)和Chemosphere,分別發(fā)表了878和740篇論文,其他期刊的發(fā)文數(shù)均未超過(guò)400。從總被引頻次上看,排在前三位的分別是Chemosphere(27677)、Environmental Pollution(EP,18432)和Journal of Hazardous Materials(JHM,17293)。篇均被引頻次在前10期刊中相差較大,發(fā)文量前兩位的IJP和ESPR的篇均被引頻次僅為13.42和13.81,排在前三位的EP、JHM和Plant and Soil分別為51.49、46.24和40.33。而H指數(shù)最高的分別為Chemosphere、EP和JHM的81、77和65。以上分析可見(jiàn),盡管IJP和ESPR具有最高的發(fā)文量,但Chemosphere、EP、JHM、Plant and Soil等具有高影響因子的Q1期刊的篇均被引頻次和H指數(shù)更高,是發(fā)表植物修復(fù)研究成果最具學(xué)術(shù)權(quán)威性的國(guó)際期刊,也更容易受到各國(guó)學(xué)者的關(guān)注。同時(shí)也要注意到,我國(guó)學(xué)者在植物修復(fù)研究的發(fā)文量雖然最多,但其絕大多數(shù)成果均發(fā)表在荷蘭、美國(guó)、英國(guó)等國(guó)外期刊上,暴露出國(guó)內(nèi)期刊缺乏國(guó)際認(rèn)可度和影響力不足的問(wèn)題,今后還需進(jìn)一步提高國(guó)內(nèi)期刊質(zhì)量,努力打造具有國(guó)際品牌效應(yīng)的高水平期刊。

2.5 高發(fā)文作者

全球28000多名學(xué)者為植物修復(fù)方面的研究做出了貢獻(xiàn)。發(fā)文量前10的作者見(jiàn)表3,其中有5名學(xué)者來(lái)自中國(guó),3名學(xué)者來(lái)自巴基斯坦,比利時(shí)有2名學(xué)者。來(lái)自比利時(shí)Hasselt大學(xué)的Vangronsveld以116篇的發(fā)文量占據(jù)榜首,同時(shí)在總被引頻次(6900)、篇均被引頻次(59.48)和H指數(shù)(44)上均遙遙領(lǐng)先其他作者,展現(xiàn)出在植物修復(fù)研究領(lǐng)域絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)和影響力。浙江大學(xué)的楊肖娥與中國(guó)科學(xué)院的駱永明分別以101和99篇的發(fā)文量位列第2、3位。楊肖娥(3685)和南開大學(xué)的周啟星(3590)則分列總被引頻次的2、3名；而周啟星以57.9的篇均被引頻次排在第2位。分析還發(fā)現(xiàn),多位高發(fā)文作者來(lái)自同一研究機(jī)構(gòu),如來(lái)自中國(guó)科學(xué)院的駱永明、吳龍華和Christie,來(lái)自比利時(shí)的Vangronsveld和Weyens,以及來(lái)自巴基斯坦的Ali和Rizwan,他們作為合作者發(fā)表了較多的成果,體現(xiàn)出密切的合作關(guān)系。

2.6 高被引論文

目前的研究評(píng)價(jià)體系中,論文的被引頻次越來(lái)越多地被用作衡量論文重要性的指標(biāo)。分析本領(lǐng)域高被引論文,可以追蹤本學(xué)科領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì),為進(jìn)一步的研究工作提供指導(dǎo)[23]。在植物修復(fù)研究的前10篇高被引論文中,綜述和研究論文分別有7篇和3篇,發(fā)表在2003—2014年間(表4)。按照第一作者的國(guó)籍,有3篇來(lái)自美國(guó),2篇來(lái)自印度,巴基斯坦、德國(guó)、英國(guó)、奧地利和澳大利亞各1篇。被引頻次前3位的論文均為綜述,其中印度學(xué)者Haritash于2009年發(fā)表的文獻(xiàn)的被引頻次達(dá)到了1472次,該作者從微生物、酶、堆肥、濕地和植物修復(fù)等幾個(gè)方面對(duì)PAHs的生物降解特性及影響因素進(jìn)行了全面的闡述[24]。巴基斯坦學(xué)者Ali發(fā)表的論文以1276的總被引頻次排在第2位,介紹了重金屬污染植物修復(fù)的背景、概念和發(fā)展趨勢(shì)[25]。排在第3位的是美國(guó)學(xué)者Pilio-Smits發(fā)表的文獻(xiàn),被引頻次為1203次,綜述了適用于各種有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物的不同植物修復(fù)技術(shù),以及最適合的植物種類[26]。被引頻次最高的兩篇研究論文均發(fā)表在2012年的Nature上,美國(guó)學(xué)者Lundberg和德國(guó)學(xué)者Bulgarelli的論文分別被引1059和892次,他們均聚焦于超積累植物擬南芥的根際微生物,對(duì)根際菌群的定殖機(jī)制展開了深入的研究[27- 28]。其他高被引論文的內(nèi)容包括修復(fù)植物對(duì)重金屬的積累、重金屬對(duì)植物的毒性、內(nèi)生細(xì)菌促進(jìn)植物生長(zhǎng)等幾個(gè)方面。值得思考的是,前10篇高被引論文中沒(méi)有來(lái)自中國(guó)的第一作者,國(guó)內(nèi)作者僅作為一篇高被引論文的合作者[29]。浙江大學(xué)的He發(fā)表的綜述文獻(xiàn)“Trace elements in agroecosystems and impacts on the environment”以714次的被引頻次位列第12位[30]?？梢?jiàn)作為植物修復(fù)領(lǐng)域發(fā)文量最多的國(guó)家,我國(guó)在產(chǎn)出具有高影響力研究成果方面與國(guó)際頂尖成果間差距明顯,缺乏有國(guó)際影響力的核心論文和核心作者,與研究成果“量”的突破相比,更需要“質(zhì)”的提升。

表4 植物修復(fù)研究的高被引論文

2.7 關(guān)鍵詞分析

2.7.1高頻關(guān)鍵詞

圖4 2010—2020年世界和中國(guó)發(fā)文的前10關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次Fig.4 Frequency of Top 10 keywords in word and China from 2010 to 2020*2020年的數(shù)據(jù)截止至2020年12月8日

高頻關(guān)鍵詞分析可以反映出近十幾年來(lái)植物修復(fù)相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。利用VOSviewer軟件從所有文獻(xiàn)中提取出共29050個(gè)關(guān)鍵詞,其中出現(xiàn)10次和100次以上的關(guān)鍵詞分別有1889和224個(gè),大量的關(guān)鍵詞體現(xiàn)出植物修復(fù)研究領(lǐng)域的廣泛以及研究焦點(diǎn)上的差異。對(duì)相同含義的關(guān)鍵詞進(jìn)行歸類處理后,世界發(fā)文中出現(xiàn)頻次排在前10的關(guān)鍵詞依次是植物修復(fù)、重金屬、植物提取、鎘、生物修復(fù)、植物穩(wěn)定、鉛、砷、超積累植物和根際；而中國(guó)發(fā)文的前10關(guān)鍵詞依次是植物修復(fù)、鎘、重金屬、植物提取、超積累植物、積累、耐受性、鉛、根際和砷(圖4)?？傮w上看,國(guó)內(nèi)外學(xué)者在植物修復(fù)研究中關(guān)注的焦點(diǎn)仍以重金屬類污染物為主,尤其是鎘、鉛和砷。但高頻關(guān)鍵詞在世界和中國(guó)發(fā)文中的排名也有所差異,如鎘在中國(guó)發(fā)文的關(guān)鍵詞排名高于世界,位列第2位,說(shuō)明鎘是我國(guó)土壤植物修復(fù)研究的主要目標(biāo)污染物,也反映出我國(guó)鎘污染土壤修復(fù)的迫切性和受關(guān)注度[31- 32]。在幾種植物修復(fù)類型中,我國(guó)更注重植物提取(吸收)方面的研究,而世界上除了植物提取外,對(duì)植物穩(wěn)定技術(shù)的關(guān)注度也比較高[33]。此外,超積累植物和耐受性這兩個(gè)關(guān)鍵詞在中國(guó)的排名也明顯高于世界,超積累植物是決定植物修復(fù)效率的關(guān)鍵因素,這也表明篩選具有耐受性強(qiáng)的超積累植物是我國(guó)植物修復(fù)研究的重要關(guān)注方向[34- 35]。

2.7.2聚類分析

圖5 植物修復(fù)研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視化圖譜Fig.5 Co-occurrence network visualization map of keywords from phytoremediation research

根據(jù)關(guān)鍵詞之間緊密關(guān)聯(lián)的程度,可將其分類成不同的集群,同一個(gè)集群中的關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次高,能共同反映出某一個(gè)相近的研究領(lǐng)域。本研究基于VOSviewer軟件對(duì)出現(xiàn)100次以上的關(guān)鍵詞進(jìn)行共被現(xiàn)聚類分析,其網(wǎng)絡(luò)可視化圖譜見(jiàn)圖5。207個(gè)關(guān)鍵詞被分為5個(gè)聚類,聚類1(紅色)擁有最多的63個(gè)關(guān)鍵詞,包括積累、植物、鎘、生長(zhǎng)、忍耐、毒性、響應(yīng)、代謝、氧化應(yīng)激、超積累植物、擬南芥、砷等。這個(gè)聚類主要包括超積累植物的篩選及修復(fù)機(jī)制、有害重金屬對(duì)植物生長(zhǎng)及生理代謝的毒性作用、植物產(chǎn)生的生理響應(yīng)及忍耐機(jī)制等方面的關(guān)鍵詞[36- 37]。聚類2(綠色)共59個(gè)關(guān)鍵詞,主要有植物提取、重金屬、金屬、鉛、銅、鋅、形態(tài)、污染土壤、修復(fù)、植物固定、EDTA、有機(jī)酸及生物有效性等。這個(gè)聚類主要反映了植物去除污染土壤中典型重金屬的方法及強(qiáng)化措施等,如植物通過(guò)提取吸收去除土壤中的金屬,或通過(guò)根際的固定作用改變金屬形態(tài),添加EDTA或有機(jī)酸改變金屬的生物有效性等[38- 39]。本研究所檢索到的所有文獻(xiàn)中有74.8%(9580篇)的文獻(xiàn)的主題詞包括“soil”,表明與污染水體的修復(fù)相比,污染土壤尤其是重金屬污染土壤的植物修復(fù)受到了更廣泛的關(guān)注。聚類3(藍(lán)色)共41個(gè)關(guān)鍵詞,包括植物修復(fù)、去除、水、廢水、生物積累、氮、磷、人工濕地、生物量、污染、吸附等。近年來(lái),水體中污染物的植物修復(fù)也引起了研究者的關(guān)注,包括利用水生植物吸收富營(yíng)養(yǎng)化水體中的氮磷污染物,或利用人工濕地等生態(tài)工程措施處理各類廢水等方面的研究,這可能代表了這一領(lǐng)域的一個(gè)新的研究趨勢(shì)[40- 41]。聚類4(黃色)共38個(gè)關(guān)鍵詞,包括土壤、生物修復(fù)、降解、根際、根際修復(fù)、多環(huán)芳烴、菲、細(xì)菌、內(nèi)生細(xì)菌、多樣性、碳?xì)浠衔?、微生物群落?這部分集中了植物根際修復(fù)方面研究的關(guān)鍵詞,如根際微生物群落及多樣性的研究,根際細(xì)菌對(duì)多環(huán)芳烴等碳?xì)浠衔锏纳锝到庋芯康萚42- 43]。聚類5(紫色)僅包括生物質(zhì)生產(chǎn)量、重金屬積累、楊樹、柳屬、喬木和柳樹共6個(gè)關(guān)鍵詞,相比于生物量較小、積累量受限的草本植物,柳樹、楊樹等喬木樹種具有生物量大、生長(zhǎng)速度快、重金屬積累能力強(qiáng)等特點(diǎn),同時(shí)具有良好的環(huán)境適應(yīng)性和景觀特性,是進(jìn)行污染環(huán)境修復(fù)的良好植物資源[44- 45]。

2.7.3突現(xiàn)詞檢測(cè)

通過(guò)找出總出現(xiàn)頻次雖不高但在某些年份卻集中出現(xiàn)的關(guān)鍵詞,可以更加全面、準(zhǔn)確地分析植物修復(fù)研究在不同時(shí)期研究熱點(diǎn)和研究前沿。本文進(jìn)一步采用CiteSpace可視化軟件對(duì)2008—2020年間的文獻(xiàn)中的關(guān)鍵詞進(jìn)行突現(xiàn)檢測(cè),共篩選出跨越2年以上的主要突現(xiàn)關(guān)鍵詞26個(gè)(圖6)。其中,2010年之前便已開始出現(xiàn)的突現(xiàn)強(qiáng)度大的關(guān)鍵詞有污泥、超積累、芥菜、印度芥菜、遏藍(lán)菜、代謝、植物螯合素、楊樹等,且這些突現(xiàn)關(guān)鍵詞相關(guān)領(lǐng)域的研究熱度持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),其中超積累這一關(guān)鍵詞的突現(xiàn)時(shí)間跨度最大,這一階段對(duì)印度芥菜和遏藍(lán)菜等模式植物對(duì)重金屬的超積累特性及機(jī)制的研究持續(xù)成為研究熱點(diǎn)[46]。2012年之后可利用性、植物毒性、鉻等成為強(qiáng)度較高的突現(xiàn)關(guān)鍵詞。而改良、污染、礦山尾礦、光合作用、多樣性、氮、微生物群落等陸續(xù)成為2016—2018年間開始突現(xiàn)且強(qiáng)度較高的關(guān)鍵詞,且突現(xiàn)年份均已經(jīng)跨越3年以上,且其研究熱度一致持續(xù)到2020年,并可能成為未來(lái)一段時(shí)間的研究趨勢(shì),這也意味著植物修復(fù)研究已經(jīng)擴(kuò)展到了更廣闊的領(lǐng)域。隨著近幾年植物修復(fù)研究的進(jìn)一步深化,一些新的研究熱點(diǎn)也不斷涌現(xiàn)[47- 50]。

圖6 2008—2020年具有高突現(xiàn)強(qiáng)度的關(guān)鍵詞Fig.6 Keywords with the strongest citation bursts from 2008 to 2020

3 結(jié)論與展望

為了揭示全球植物修復(fù)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì),對(duì)WoS核心數(shù)據(jù)庫(kù)中2003—2020年間發(fā)表的植物修復(fù)研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量學(xué)分析。全世界范圍內(nèi)發(fā)表的植物修復(fù)研究的論文數(shù)量逐年增加,其中中國(guó)發(fā)文量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì),年度發(fā)文量已經(jīng)超過(guò)世界的三分之一。中國(guó)、美國(guó)和印度的發(fā)文量、總被引頻次和H指數(shù)位居世界前3,但中國(guó)的篇均被引頻次低于其他主要發(fā)文國(guó)家。植物修復(fù)研究成果主要發(fā)表在IJP、ESPR和Chemosphere等國(guó)外高水平期刊上。來(lái)自中國(guó)科學(xué)院、浙江大學(xué)和南開大學(xué)的5名中國(guó)學(xué)者進(jìn)入世界發(fā)文量前10,是國(guó)內(nèi)在植物修復(fù)領(lǐng)域的主要研究力量。高頻關(guān)鍵詞的分析表明,國(guó)內(nèi)外研究主要集中在重金屬污染的植物修復(fù)方面,鎘污染、超積累植物和耐受性等關(guān)鍵詞在國(guó)內(nèi)關(guān)注度更高；高頻關(guān)鍵詞主要被聚類為植物修復(fù)機(jī)制及重金屬對(duì)植物生長(zhǎng)的影響、重金屬污染土壤的植物修復(fù)、污染水體的植物修復(fù)、污染土壤的根際微生物修復(fù)以及高生物量超積累植物的篩選等幾個(gè)研究方向。通過(guò)不同年份突現(xiàn)關(guān)鍵詞的分析提出了近年來(lái)植物修復(fù)技術(shù)的研究熱點(diǎn)。總體上看,全球植物修復(fù)技術(shù)研究呈快速發(fā)展的趨勢(shì),而我國(guó)的植物修復(fù)研究體現(xiàn)出發(fā)展速度快、成果產(chǎn)出多、國(guó)際合作水平高、整體實(shí)力突出的特點(diǎn),但在文獻(xiàn)質(zhì)量上未能與數(shù)量增長(zhǎng)同步提升,尤其在產(chǎn)出具有高影響力研究成果方面與國(guó)際間尚存差距,缺乏有國(guó)際關(guān)注度和創(chuàng)新性的核心成果,亟待由“量”向“質(zhì)”的飛躍。

總體上看,植物修復(fù)這一生態(tài)友好型技術(shù)經(jīng)近30年的發(fā)展已經(jīng)取得了很大的成就。植物修復(fù)技術(shù)的理論研究最終是要面向工程應(yīng)用,盡管目前多數(shù)研究工作還停留在實(shí)驗(yàn)室階段,但在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有一些植物修復(fù)被推廣應(yīng)用于污染土壤修復(fù)的實(shí)例,而且可以預(yù)見(jiàn)該技術(shù)具有光明的應(yīng)用前景和不可阻擋的發(fā)展趨勢(shì),今后應(yīng)從以下幾個(gè)方面開展重點(diǎn)研究：(1)繼續(xù)調(diào)查、尋找更多的生長(zhǎng)快、生物量高的超積累植物,并加強(qiáng)現(xiàn)有超積累植物的育種和馴化；(2)加強(qiáng)復(fù)合型修復(fù)植物的篩選工作,這對(duì)于復(fù)合污染土壤的修復(fù)具有重要意義；(3)應(yīng)用分子生物學(xué)和基因工程技術(shù),構(gòu)建具有高耐受性和超富集性狀的基因工程植物；(4)深化植物-微生物聯(lián)合修復(fù)研究,探索植物根圈、根際微生物的協(xié)同解毒機(jī)制,并發(fā)展根際強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)；(5)開發(fā)超積累植物的處理處置技術(shù),做到資源化、安全化、合理化使用；(6)加強(qiáng)植物修復(fù)和其他修復(fù)方法的聯(lián)合技術(shù)的開發(fā),集中多重修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì),提高修復(fù)效率。