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基于Citespace的重金屬源解析熱點(diǎn)與趨勢研究

2023-04-29 02:41:59彭鴿李旭張軍
環(huán)境科學(xué)與管理 2023年1期
關(guān)鍵詞:可視化分析重金屬

彭鴿 李旭 張軍

摘要:文章基于Citscpace和文獻(xiàn)計(jì)量方法,以crIKI數(shù)據(jù)庫為檢索數(shù)據(jù)源,將數(shù)據(jù)庫中2001年- 2021年205篇相關(guān)文獻(xiàn)視為研究對象。對作者、機(jī)構(gòu)、期刊、發(fā)文量進(jìn)行科技文本挖掘,對關(guān)鍵詞共線圖譜、聚類分析、時(shí)間線圖譜和突現(xiàn)圖譜進(jìn)行科學(xué)文獻(xiàn)可視化分析,總結(jié)重金屬源解析領(lǐng)域研究的起源、現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢。結(jié)果表明:2016年- 2021年是重金屬源解析研究領(lǐng)域快速增長時(shí)期,環(huán)境科學(xué)是載文量最多的期刊。發(fā)文作者,發(fā)文機(jī)構(gòu)之間合作網(wǎng)絡(luò)分布特征不顯著。該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)為“土壤”、“生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)”、“分布特征”等,研究前沿為“污染程度”、“空間分布”等。

關(guān)鍵詞:重金屬;源解析;Citespace;可視化分析

中圖分類號:X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

前言

重金屬元素包括鎳(Ni)、銅(Cu)、鉛(Pb)、汞(Hg)等污染物,這些污染物通過吸入、攝入、皮膚接觸等途徑進(jìn)入人體,易危害人體健康。因此準(zhǔn)確識別環(huán)境中重金屬污染來源,維護(hù)人體身體健康變得至關(guān)重要。

而對相關(guān)科學(xué)文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)分析,不僅能夠了解到當(dāng)前的研究動態(tài),也能夠掌握其發(fā)展歷程,預(yù)測其未來發(fā)展趨勢。近年來,關(guān)于重金屬源解析逐漸成為研究熱點(diǎn),如黃華斌等研究農(nóng)田土壤中重金屬主要來源有自然源、農(nóng)業(yè)活動、燃煤釋放等,于林松等研究姜湖貢米產(chǎn)地土壤重金屬主要來源為耕地農(nóng)業(yè)源、混合源、燃煤源等。但利用文獻(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)對重金屬源解析研究進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析現(xiàn)在卻鮮有報(bào)道。研究基于Citespace6.1R2分析軟件,以CNKI為數(shù)據(jù)庫,以“重金屬”、“源解析”、“源識別”為主題詞進(jìn)行檢索,對主題熱點(diǎn)的關(guān)鍵詞圖譜進(jìn)行分析。以可視化的方式顯示該領(lǐng)域發(fā)展動態(tài),以期對重金屬源解析領(lǐng)域的相關(guān)研究提供參考和借鑒并對未來的趨勢做出預(yù)測。

1數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1數(shù)據(jù)來源

文獻(xiàn)以中國知網(wǎng)(China national knowledge infiastructure,CNKI)為檢索平臺,設(shè)定“重金屬”、“源解析”和“源識別”為主題詞,時(shí)間閾值為2001年1月1日-2021年12月31日,CNKI數(shù)據(jù)庫中El來源期刊、CSSCI、CSCD、核心期刊文獻(xiàn)進(jìn)行專業(yè)檢索,剔除不相關(guān)文獻(xiàn)、會議、報(bào)紙、廣告及重復(fù)文獻(xiàn)。最終CNKI數(shù)據(jù)庫篩選出205篇文獻(xiàn),將篩選出的中文文獻(xiàn)以Refworks的參考文獻(xiàn)格式導(dǎo)出,以“download”開頭命名的txt.格式進(jìn)行保存和后續(xù)分析。

1.2研究方法

Citscpace是一款能根據(jù)關(guān)鍵詞的演變來探查新趨勢和新動態(tài)的信息可視化軟件。與其他軟件相比如VOSyiewer、Pajek、Histcite,該軟件融合了多種分析方法,能夠通過演示圖譜來直觀的顯示該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、關(guān)鍵文獻(xiàn)和前沿方向。并且該軟件能夠利用共引分析理論對研究領(lǐng)域文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量分析,探查新的發(fā)展趨勢和演示動態(tài),反映出研究文獻(xiàn)的主題演化趨勢、引用情況和研究熱點(diǎn)之間的聯(lián)系等。因其圖形展示直觀,具有較高的可讀性,易于理解和記錄,而被廣泛應(yīng)用于環(huán)境、教育學(xué)、化學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域。

2結(jié)果與分析

2.1發(fā)文量分析

年發(fā)文量的變化可以體現(xiàn)出該研究領(lǐng)域是否為熱點(diǎn)研究領(lǐng)域,總發(fā)文量可以體現(xiàn)出該領(lǐng)域的發(fā)展變化,在一定程度上是該領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程和變化規(guī)律的重要體現(xiàn)。圖1為CNKI數(shù)據(jù)庫發(fā)文量統(tǒng)計(jì)圖,如圖1所示2006年發(fā)表了該領(lǐng)域研究的首篇文獻(xiàn),隨后2007年-2010年經(jīng)歷了緩慢起步時(shí)期,該時(shí)期4年時(shí)間發(fā)表文獻(xiàn)6篇,平均每年發(fā)文量不足兩篇。在2011年-2015年經(jīng)歷了小幅增長時(shí)期,在2014(10篇)年突破兩位數(shù)。2016年- 2021年均保持較高的發(fā)文量,經(jīng)歷快速增長時(shí)期,2021年發(fā)文量43篇,是2014年的4.3倍。

在來源期刊分布上,統(tǒng)計(jì)發(fā)文量分布前五的期刊。排名第一為環(huán)境科學(xué),發(fā)文量29篇,所占比例為14.1%,緊隨其后的是環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)。該領(lǐng)域研究成果較為豐碩,且研究水平維持在較高水平層次。對2001年-2021年國內(nèi)重金屬源解析研究文獻(xiàn)的發(fā)文量進(jìn)行擬合分析,結(jié)果顯示發(fā)文量均呈線性增長(CNKJ:R2=0.758 3),如圖1所示。這表明人們環(huán)保意識在不斷增強(qiáng),重金屬源解析研究受到越來越多人的關(guān)注,研究成果不斷增加,具有廣闊的前景。

2.2發(fā)文作者分析

文章對205篇文獻(xiàn)的發(fā)文作者進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到作者合作網(wǎng)絡(luò)分析圖(如圖2所示),其中N=302、E=349、Density=0.007 7,可以看出研究領(lǐng)域的核心作者群及合作強(qiáng)度。205篇文獻(xiàn)中作者302位,其中核心作者計(jì)算公式計(jì)算出核心作者19位。由圖1可知,國內(nèi)發(fā)文量最多的作者依次為:于瑞蓮(11篇)、胡恭任(9)篇、吳勁(3篇)、滕彥國(3篇)、劉小龍(3篇)、吳龍華(3篇)、陳志凡(3篇),其發(fā)文量都在3篇以上。

在作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜中,節(jié)點(diǎn)之間的連線表示作者之間的合作或聯(lián)系。由圖2可知,合作關(guān)系多集中在高產(chǎn)作者之間,不同作者團(tuán)隊(duì)之間雖有聯(lián)系,但合作關(guān)系度較低。其中以于瑞蓮、胡恭任、劉小龍、陳志凡、張軍等為核心形成網(wǎng)絡(luò)關(guān)系,并產(chǎn)生較高學(xué)術(shù)成果,也對其他作者產(chǎn)生輻射影響。而針對個(gè)人及小團(tuán)隊(duì)之間合作關(guān)系較弱,需要多開展學(xué)術(shù)交流,積極加強(qiáng)各學(xué)術(shù)團(tuán)體之間的交流合作,以大團(tuán)隊(duì)帶動小團(tuán)隊(duì),推動國內(nèi)重金屬污染領(lǐng)域的研究不斷向前發(fā)展。

2.3發(fā)文機(jī)構(gòu)分析

由CNKI數(shù)據(jù)庫得到的數(shù)據(jù)對其進(jìn)行發(fā)文機(jī)構(gòu)分析(如圖3所示),其中N=209、E=165、Density=0.0076,可以看出研究領(lǐng)域的核心機(jī)構(gòu)及合作強(qiáng)度。其中,國內(nèi)發(fā)文量前五的機(jī)構(gòu)分別為華僑大學(xué)(8篇)、中國科學(xué)院大學(xué)(8篇)、北京師范大學(xué)(7篇)、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心(5篇)、中國環(huán)境科學(xué)研究院基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評估重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(5篇)??梢钥闯?,高校及研究院是該領(lǐng)域研究的主體,但這些機(jī)構(gòu)中心性普遍很低,網(wǎng)絡(luò)核心機(jī)構(gòu)還未出現(xiàn)。機(jī)構(gòu)間多為其附屬學(xué)院間存在聯(lián)系,最典型的就是中國科學(xué)院大學(xué),而不同地區(qū)機(jī)構(gòu)之間合作關(guān)系較少。

2.4關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

研究熱點(diǎn)是指在一個(gè)研究領(lǐng)域中,被研究人員所經(jīng)常關(guān)注的一個(gè)或者多個(gè)主題,可以顯示出該領(lǐng)域的學(xué)者所關(guān)注研究方向。關(guān)鍵詞是對科學(xué)文獻(xiàn)內(nèi)容的總結(jié)概括,通過對關(guān)鍵詞的分析,可以凝練出該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。研究以“重金屬”、“源解析”和“源識別”為主題詞,利用Citespace6.1 R2軟件進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析,并將其可視化,得到關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜(如圖4所示),有243個(gè)節(jié)點(diǎn)、370條連線。由圖4可知,除“重金屬(1.16)”和“源解析(0.81)”主題詞外,“土壤(0.96)”、“沉積物(0.44)”、“空間分布(0.27)”、“農(nóng)田土壤(0.09)”、“生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(0.61)”、“來源(0.07)”、“分布特征(0.11)”、“受體模型(0.1)”等詞出現(xiàn)頻次較高,可視為研究熱點(diǎn)。“土壤”作為中心度較高的關(guān)鍵詞,表明研究者多以土壤作為實(shí)驗(yàn)樣本來分析其重金屬含量和作源解析研究。

2.5關(guān)鍵詞聚類分析

利用關(guān)鍵詞分析2001年-2021年重金屬源解析問題,時(shí)間分區(qū)為1年,其他值均選擇系統(tǒng)默認(rèn)值,繪制出節(jié)點(diǎn)為237,連線為365的關(guān)鍵詞聚類共現(xiàn)時(shí)間線視圖如圖5所示。該圖譜Q值為0.847 3,S值為0.974 2,說明聚類合理,聚類結(jié)果具有高度可信性。由圖可以看出主要聚類#0源解析、#1土壤重金屬分別最早出現(xiàn)于2007年、2006年,且與后續(xù)研究關(guān)聯(lián)性強(qiáng),表明該相關(guān)研究在有了研究基礎(chǔ)后,也促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域的迅速發(fā)展。在2006年-2013年間,該領(lǐng)域研究聚類熱點(diǎn)還較為集中,主要有“#2土壤”、“#4農(nóng)田土壤”、“#6生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)”、“#7沉積物”等,而在2013年-2022年間研究熱點(diǎn)不在呈現(xiàn)出相對集中的趨勢,呈現(xiàn)出多元化、分散化的發(fā)展趨勢,表明該領(lǐng)域發(fā)展也在不斷發(fā)展完善。

2.6研究前沿分析

突現(xiàn)詞(Burst Terms)通常是指那些短期內(nèi)突然迅速增長的詞匯,有成為新的研究熱點(diǎn)的潛力,可視為研究前沿。對關(guān)鍵詞進(jìn)行研究前沿分析可追蹤顯示研究領(lǐng)域的進(jìn)展趨勢和前沿。從突現(xiàn)強(qiáng)度來看,“富集因子”最大,其后依次為“南京”、“空間分布”、“鉛污染”、“環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)”、“寶雞市”、“北京”、“污染特征”等。這些突現(xiàn)詞的變化也表明隨著人民環(huán)保意識的增強(qiáng),在研究重金屬源解析的同時(shí),運(yùn)用多種模型探究地區(qū)重金屬污染的等級,利用多種方法展現(xiàn)重金屬污染的空間分布特征,以便更好的為治理重金屬污染提供理論依據(jù)。從突現(xiàn)時(shí)間上看,“環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)”、“源識別”持續(xù)時(shí)間最長,連續(xù)5-6年成為國內(nèi)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

在2013年-2015年,“北京”、“水環(huán)境”、“南京”、“污染特征”、“污染歷史”、“受體模型”成為研究熱點(diǎn)。側(cè)重于對重要地區(qū)重金屬污染情況進(jìn)行分析和探討,更好符合環(huán)境保護(hù)政策要求和與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)。在2016年-2021年,“污染程度”、“空間分布”、“寶雞市”成為研究熱點(diǎn)。如張軍等以寶雞市區(qū)為研究區(qū)域,運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)法及地理探測器模型并使用Unmix 6.0模型對土壤重金屬進(jìn)行源解析,表明重金屬主要來源為“混合源”。龐闊等采用蒙特卡洛法對黃河流域沉積物重金屬進(jìn)行地累積指數(shù)(Igeo)、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及毒性單位概率的評價(jià),表明沉積物中重金屬處于低毒性狀。這些主要是借助地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)將污染情況空間化,從空間上和時(shí)間上對重金屬污染進(jìn)行分析。然而,重金屬污染來源廣泛,在對重金屬來源做源解析時(shí),單一模型方法的運(yùn)用可能會造成數(shù)據(jù)運(yùn)行的不準(zhǔn)確。因此,有學(xué)者將多個(gè)模型應(yīng)用到源解析研究中,如張涵等通過構(gòu)建正定矩陣因子分解(PMF)模型和貝葉斯穩(wěn)定同位素混合模型相結(jié)合進(jìn)行定量源解析,通過比較源成分組成的異同,來進(jìn)行相互佐證的研究,為當(dāng)前源解析的研究提供了參考和借鑒。(見圖6)

3結(jié)語

重金屬源解析相關(guān)文獻(xiàn)始發(fā)于2006年,經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段,在2016年-2021年進(jìn)入快速增長時(shí)期。載文量最高的期刊為環(huán)境科學(xué),表明該領(lǐng)域研究相對保持較高層次科研水平。從研究核心團(tuán)隊(duì)(發(fā)文作者、發(fā)文機(jī)構(gòu))來看,國內(nèi)發(fā)文作者、發(fā)文機(jī)構(gòu)之間呈現(xiàn)出“小而精”的網(wǎng)絡(luò)分布特征,彼此之間相互合作較少。“土壤”作為中心度較高的關(guān)鍵詞,是進(jìn)行重金屬源解析研究的主要實(shí)驗(yàn)對象。在2006年-2013年,該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)較為集中,主要聚類詞有“農(nóng)田土壤”、“生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)”等。在2014年-2021年,借助新的研究技術(shù)和方法,重金屬源解析研究呈現(xiàn)百家爭鳴,蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。加強(qiáng)重金屬源解析研究的空間化分析與可視化表達(dá),精準(zhǔn)把控重金屬污染的來源也是該領(lǐng)域未來研究的熱點(diǎn)。

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