基于Web of Science数据库的土壤污染修复领域发展态势分析

串丽敏 郑怀国 赵同科 赵静娟 颜志辉 张晓静 谭翠萍

土壤作为陆地生态系统重要组成部分，是人类和动物居住不可替代的环境因子，也是食物安全与人体健康的基本保障，在保护环境和维持生态平衡中具有重要作用。土壤是一个有生命的活的自然体，具有自身的净化能力和对污染物的缓冲能力，但是也受其负载容量的限制。近年来，由于工业、农业生产等一系列人为活动的影响造成土壤负荷加大，土壤污染日益严重，主要包括铬（Cr）、镉（Cd）、铅（Pb）、汞（Hg）、砷（As）、铜（Cu）、锌（Zn）和镍（Ni）等重金属含量超标以及持久性有机污染物、病原微生物和放射性物质，致使粮食和蔬菜等必需品品质下降，直接危害人类健康。土壤重金属污染通常被称作“隐身杀手”，潜伏期长，迁移性差，修复难度大，其危害程度不亚于空气和水污染。2013年底，国土资源部就我国第二次土地调查主要数据成果举行发布会。结果显示，我国耕地总面积为1.3533×108hm2，但由于生态承载问题日益突出，全国受到中重度污染导致不宜耕种的耕地面积约为 3.33×106hm2，适宜稳定利用的耕地约为1.20×108hm2。面对土壤污染的严峻形势，如何治理已成为当今农业、生态和环境科学领域研究的热点。为了实现农田的可持续利用，保障人类获得充足且安全的食品，迫切需要研究并提出经济、高效、可行的土壤污染修复技术。

文献计量学（Bibliometrics）是用数学和统计学方法，定量分析一切知识载体的交叉科学。文献计量学可以客观、定量地反映某一学科的宏观发展态势，并已被不少学科所采用。在农业、林业、环境科学、新能源利用等方面，学者已经做过大量的文献计量分析，研究方法也较为成熟。有专家指出，科学文献的数量和质量是对科学技术水平的一种重要量度。从文献计量角度探讨科学研究布局和发展态势是一种有效的途径和方法。

为明确土壤污染修复领域在世界范围的研究布局和发展态势，本研究基于 Web of Science平台科学引文索引扩展版（Science Citation Index Expanded，SCIE）数据库对土壤污染修复领域的 SCI论文进行计量学统计，探讨该领域的研究现状、研究重点及发展趋势，为土壤环境学科的发展、研究布局的规划以及为我国土壤污染修复技术的创新、农业环境保护和政府管理部门决策的制定提供参考与借鉴。

1 数据来源与统计方法

本文数据来源是美国汤森路透公司出版的Web of Science中SCIE数据库，该数据库收录的文献覆盖了全世界最重要和最有影响力的研究成果，是世界公认的自然科学领域最为重要的检索平台。利用主题词（TS），设计与土壤污染修复相关文献的检索式如下，TS＝（soil or field or farmland or cropland）AND（pollut* or contaminat*） AND（ removal or remediat* or decontaminat* or stabilizat* or phytoremediat* or bioremediat* or co-remediat* or phytoextract* or phytostabilizat* or phytoinfiltrat*or phytovolatilizat* or localizat* or accumulat* or hyperaccumulat*），检索2005—2013年间发表的土壤污染修复相关论文（文献类型为Article和Review，检索时间为2014年5月4日）。以这些文献作为分析的数据集，并运用 Thomson Data Analyzer（TDA）分析工具，结合Excel和Web of Science中自带的分析软件，对土壤污染修复领域发文量的变化趋势、主要发文国家和机构，以及研究领域和研究主题等进行分析。

2 结果与分析

2.1 发文量及年度变化分析

发文量表征科学界对本领域的关注程度，一定意义上反映该领域的发展速度和发展程度。通过对2005—2013年 SCIE引文数据库检索，土壤污染修复领域共发表论文17305篇。年度发文分布结果，从2005年开始（1304篇），土壤污染修复领域的发文量稳步增长，到2013年达2619篇，与2005年相比，发文数量翻了一番。2005—2013年该领域发文量的年均增长率分别为 8.7%、10.2%、13.3%、13.1%、0.5%、10.0%、9.1%和 8.6%，平均增长率为 9.2%。2008年和 2009年土壤污染修复领域的年度发文量增加迅速，2010年之后（包括 2010年）每年的发文量处于平稳上升状态，2010—2013年近4年累计的发文量（9252篇）占统计年限（9年）总发文量的53.5%，说明近几年土壤污染修复问题开始受到研究人员的高度重视，在该领域的研究热度也逐渐提高。

2.2 主要国家总发文量分析

一国的发文量一定程度上代表了该国在某个领域研究的活跃程度。在现有数据基础上，以第一作者或通信作者发文的国家进行统计，2005—2013年间在土壤污染修复领域共有 142个国家或地区发表了相关研究论文，排名前25位的国家具体发文情况。结果显示，中国和美国的发文量居于前两位，分别为3164篇和2439篇，且其在该领域的发文量遥遥领先于其他国家，分别是排名第3的印度发文量的3.22倍和2.48倍，分别占检索结果总统计量的18.3%和14.1%。可见，中国和美国在该领域的研究占有主导地位。西班牙、意大利、英国、加拿大、法国、德国和日本几个国家其发文量也保持在500篇以上，分别位于世界的第 4至 10位。前10个国家总发文量10888篇，占世界2005—2013年期间总发文量的62.9%；前 25个国家的总发文量为14937篇，占世界2005—2013年度土壤修复领域总发文量的86.3%。另有分析结果显示，英语语种的发文量占总发文量的97.7%。

2.3 主要国家年度发文量分析

总发文量居于前6位国家的年度发文量（以第一作者或通信作者计）变化趋势有所不同。2005—2013年间，美国在土壤污染修复领域的发文量整体呈现平稳状态，每年的发文量在247～294篇之间，年际间变化幅度较小，并且在2008年之前的发文量远高于中国和其他国家。中国在土壤修复领域的发文量从2005年开始呈现逐年增长趋势，增长率保持在 4.7%（2007年）～48.0%（2009年）之间，年均增长率为19.2%，2009年的增长速度最快，且当年发文量已超过美国，之后发文量继续上升，成为该领域年度发文量最多的国家，至2013年年度发文量达到 615篇，表明中国在土壤污染修复领域的研究逐渐变得活跃。印度、西班牙、意大利和英国在土壤污染修复领域的发文量远远低于美国和中国，基本保持在每年发文200篇以内，但是印度和西班牙的年度发文量呈现逐年上升趋势，意大利和英国在土壤污染修复领域的发文量变化较为平缓。

2.4 来源期刊分析

对某一研究领域发文量的来源期刊进行分析，可以帮助研究人员准确把握研究领域的核心期刊，为其文献查询、资料收集、论文撰写与投稿提供专业指导。对2005—2013年土壤污染修复领域的文献检索结果进行分析可知，在SCIE数据库中，收录与土壤污染修复相关的研究论文前10种期刊主要有《Journal of Hazardous Materials》《 Chemosphere》《 Environmental Pollution》《Environmental Science& Technology》等，并且主要来自Elsevier和Springer两大出版商。在这10种期刊中近5年平均影响因子最高的期刊是《Journal of Hazardous Materials》，影响因子达5.123，发文量为884篇，排名第1，占总发文量的5.11%。发文量排在第2和第3位的期刊分别是《Chemosphere》和《Environmental Pollution》，发文量分别为 821篇和 550篇，占总发文量的4.74%和3.18%，其近5年平均影响因子分别为3.867和4.306。排在第4和第5位的是《Environmental Science & Technology》和《Science of the Total Environment》，发文量分别为502篇和 458篇，占总发文量的2.90%和2.65%，其中《Environmental Science & Technology》期刊近5年平均影响因子为 5.084，在这 10种期刊中居第 2位，《Science of the Total Environment》期刊近5年平均影响因子为3.906，在这10种期刊中居第4位。

在 2013年期刊引证报告（Journal Citation Reports，JCR）环境科学类中，上述排名前5的期刊均属Q1类。其余5种期刊近5年平均影响因子分布在1.440～2.661之间，在引证报告环境科学类中属Q2和Q3类。

2.5 重要研究机构分析

发表论文的机构以第一作者和通信作者为准。通过采用TDA软件对论文的第一作者和通信作者的机构进行梳理，2005—2013年间在世界范围内土壤污染修复技术领域发文量排名在前25位的机构。2005—2013年中国科学院在土壤污染修复技术领域的发文量高达 663篇，远远高于排在第 2位的浙江大学（245篇）和西班牙高等科学研究委员会（Consejo Superior de Investigaciones Cientificas，CSIC，175篇），分别是浙江大学和西班牙高等科学研究委员会发文量的 2.71倍和3.79倍。

排在世界范围内前25位的机构来自中国的有中国科学院、浙江大学、南京农业大学、中山大学、北京师范大学、清华大学、南开大学、北京大学和国立台湾大学共9家，占前25位机构的36%。排名在前10位的机构中就有 5家来自中国，排名在前5位的机构有3家来自中国，可见中国在该领域的活跃程度较高，在土壤污染修复技术的研发和应用上发挥了重要作用。

排在世界范围内前25位的机构中，美国占4家，分别是Univ Florida（佛罗里达大学）、Univ Illinois（伊利诺斯大学）、US EPA（美国环保局）和 USDA ARS（美国农业部农业研究局）。其余的机构分别来自德国、俄罗斯、澳大利亚、印度、丹麦、斯洛文尼亚、伊朗、比利时、韩国和加拿大，各有一个机构。

2.6 项目资助来源分析

土壤污染修复领域的研究是在大量项目和资金资助下完成的。主要资助来源包括中国国家自然科学基金、973国家重点基础研究发展计划、欧盟、美国能源部、863国家高技术研究发展计划、中国科学院、美国国家科学基金、西班牙科技与创新部、加拿大自然科学与工程研究理事会、中央高校自由探索基金等。来自中国国家自然科学基金资助的论文发表量最多，达2600篇，占该领域总发文量的14.9%，远远高于其他资助机构的发文量。排名前15位的机构中，有6个来自中国，2个来自美国和西班牙，欧盟、加拿大、巴西、波兰、捷克各有一个主要资助机构。该结果从一个侧面反映中国对土壤污染修复领域研究的资助力度很大，中国在该领域的研究较为活跃，体现了国家对土壤环境保护工作越来越重视。

2.7 研究论文被引分析

本研究检索到的土壤污染修复相关论文17305篇的总被引频次达180199次，篇均被引频次为10.4次。分析总被引频次最多的前15个重要国家和地区的发文量、篇均被引频次和各国单篇最高被引频次，结果显示：美国发文量虽然比中国少403篇，排名第2，但是总被引频次高达32968次，排名第 1，远高于总被引频次排名第 2的中国（26023次）；总被引频次排名第 3的是英国，为 11470次，但是其总发文量为 627篇，反映英国文章的整体质量和影响力较高；排名第 4为印度，总被引频次为10185次，其余国家的总被引频次远远低于这4个国家。美国、西班牙、意大利、英国、加拿大、法国、德国的篇均被引频次高于世界平均水平（10.4次），以英国的篇均被引频次最高，为18.29次，再次证明了英国文章的广泛影响力；其次是德国和美国，篇均被引频次分别为 14.75次和13.45次。单篇最高被引频次是来自德国的文章，为 432次，其次是加拿大和印度，分别为 379次和372次。

2.8 研究学科领域分析

根据TDA软件对土壤污染修复领域2005—2013年间发表论文所涉及的研究领域进行归类，结果显示，近几年土壤污染修复发表论文共涉及 113个研究领域，前 6个主要分布在 Environmental Science& Ecology（环境科学与生态学）、Engineering（工程学）、Agriculture（农学）、Water Resources（水资源学）、Biotechnology & Applied Microbiology（生物技术与应用微生物学）、Chemistry（化学）领域。其中：以环境科学与生态学领域发文量最多，达9525篇，占近9年总发文量的54.7%，远远高于其他领域；其次是工程学，发文量达3635篇，占总发文量的20.9%；排在第3位的是农学（2152篇），占近9年总发文量的12.4%；水资源学、生物技术与应用微生物以及化学研究领域的发文量也在1500篇以上，分别占总发文量的9.6%、9.6%和8.7%。除以上 6个研究领域外，还涉及地质学、植物科学、毒理学、微生物学等研究领域，分别占总发文量的5.1%、4.7%、4.3%和4.1%。结果表明，土壤污染修复涉及学科领域分布广泛，以环境科学与生态学领域研究为主，并且逐渐向其他学科领域渗透，学科之间的交叉研究将会更为普遍。

2.9 基于作者关键词的研究主题分析

关键词能够清楚地表达论文研究的主题，通过对关键词的统计与分析，有助于把握领域研究热点和未来研究方向。运用TDA软件对出现频次最高的前 100个关键词（Authors’ keywords）进行合并、归类统计，发现近几年在土壤污染修复领域的研究主题主要集中在以下几个方面。

（1）污染种类主要有无机物污染、有机物污染和重金属污染。无机物污染主要是硝酸盐以及重金属，包括镉、铅、砷、铜、锌、汞、铬、镍污染等；有机物污染主要是多环芳烃类、多氯联苯、菲、石油烃、芘、农药、柴油、除草剂阿特拉津和原油中的有机成分等污染。最受关注的污染物是重金属，其次是有机污染物，放射性物质铀和铯等污染物也有报道。

（2）土壤污染的修复主要是生物修复，包括植物修复、动物修复和微生物修复，另外电动化、淋洗、固定化等技术同时发展。主要辅助手段有添加表面活性剂，种植超富集植物，添加螯合剂、蚯蚓或丛枝菌根，或借助变性梯度凝胶电泳等方法以便更有效地对污染土壤进行原位修复。

（3）除土壤污染修复技术研究外，对修复的风险评估和生物监测也是一个重要的研究方向。在生物监测中，多利用指示生物（包括植物和动物）的方法，如玉米、水稻、小麦和蔬菜等，指示动物主要是蚯蚓和微生物。

3 讨论

土壤污染与农产品质量安全息息相关，开展土壤污染的修复技术研究，对于促进农产品质量安全，进而保障广大人民群众的生命健康具有重大意义。通过对土壤污染修复领域2005—2013年间SCI论文进行计量分析，发现全世界在土壤污染修复领域的总发文量近 9年呈现稳步增长态势，中国在2009年以后的发文年增长率遥遥领先，是土壤污染修复领域发文量最多的国家，表明中国在该领域的研发活动较为活跃。然而，中国在土壤污染领域虽然表现出强劲的发展势头，取得了重要进展，但与其他国家相比，在影响力上还有很大的差距，总发文量排名第1但总被引频次远低于美国，篇均被引频次低于该领域的世界平均水平，最高单篇被引频次也较低。因此，中国学者在注重发文量的同时，更应注重质量的提升，才能进一步提高研究成果的国际影响力。

在研究布局上，中国与发达国家和地区差别不是很大，均主要开展修复机理、技术研发和工程应用及风险评估和修复效果评估方面的研究；采用的修复技术主要集中在植物修复、微生物修复、化学修复和物理修复；针对的污染物也主要是重金属（包括镉、铬、锌、铅、砷和汞等）及持久性有机污染物，特别是多环芳烃。但是总体而言，发达国家（尤其是美国）研究布局更加全面。中国在借鉴国外技术发展的基础上，应筛选并发展能广泛应用、安全、低成本的原位农田生物修复技术和物化稳定技术，注重自身技术的改革与创新，进一步研发成本低、效益高、修复好的先进技术，加强污染土壤修复技术集成；开发基于环境功能修复材料（纳米）的修复技术，探索螯合诱导与其他生物工程结合的联合修复技术，运用分子生物学和基因工程技术，强化超富集植物材料的筛选，因地制宜地诱导、培育本地兼具高生物量和高富集能力的植物，同时，注重安全、针对性强的修复工程技术与成套设备的研发，加强科技创新。

4 结论

（1）世界范围内对土壤污染修复领域的重视程度越来越高。全世界在土壤污染修复领域的总发文量近9年呈现稳步增长趋势，中国、美国、印度、西班牙、意大利、英国、加拿大、法国、德国和日本在土壤污染修复领域发文量较多，在土壤污染修复领域的技术成熟度和重视程度也表现较强，并且中国在2009年以后的发文年增长率遥遥领先于其他国家，研发活动较为活跃。

（2）发展中国家是土壤污染修复领域的重要参与者和引领者。土壤污染修复领域论文主要发表在《Journal of Hazardous Materials》《 Chemosphere》《 Environmental Pollution》《Environmental Science& Technology》《Science of the Total Environment》等期刊上，美国、中国、英国和印度的总被引频次较高，论文质量和影响力较高，发展中国家中国和印度在土壤污染修复领域的研究实力跻身世界前列，是该领域重要的参与者和引领者。中国科学院、浙江大学、南京农业大学、中山大学、北京师范大学、清华大学、南开大学、北京大学和国立台湾大学等中国的科研院所和高校研究水平和贡献突出。

（3）土壤污染修复研究涉及的学科分布较为广泛。共涉及 113个研究领域，前6个主要分布在Environmental Science & Ecology（环境科学与生态学）、Engineering（工程学）、Agriculture（农学）、Water Resources（水资源学）、Biotechnology & Applied Microbiology（生物技术与应用微生物学）、Chemistry（化学）等领域。环境科学与生态学领域发文量最多，并且学科之间的交叉研究越来越普遍。

（4）土壤污染修复技术呈现多样化、友好化和高效化。该领域的研究主题主要分布在重金属、多环芳烃、农药、多氯联苯等污染物上，主要采取植物修复、生物修复、生物降解、植物提取、电动化、生物富集、土壤淋洗等方法，并且修复技术呈现从单一向联合修复、从异位向原位修复以及从粗放向绿色与环境友好的生物修复技术发展，更加注重污染修复效果评价和经济效益评估。

（摘自《农业环境科学学报》2016年第1期）