2021, Vol. 53
2. 滨州市农业环境保护工作站, 山东滨州 256600
国家统计局发布数据显示，截止2019年末，我国人口突破14亿人，占世界总人口约20%。但《2015年中国国土资源公报》显示，全国耕地面积约为1.35亿hm2，仅占世界耕地面积的7% 左右。为满足人民日益增长的美好生活需要，农作物产量逐年增加，农药施用强度也不断增加。根据耕地面积测算的农药增长率约为6%，农药的单位面积使用量约为世界平均水平的2.5倍[1]，但施用的农药仅有0.1% 能够发挥实际效能，超过80% 的施用农药残留于土壤等环境介质中[2-3]，造成严重的环境污染。随着国家对农产品安全和品质要求的重视，土壤农药污染防治与修复受到越来越多科技工作者的关注[4]，经过多年的发展，该领域研究成果丰富且总量仍在增长。早在20世纪70年代，国外就开始了土壤农药污染的治理与修复工作，特别是德国、丹麦等欧洲国家的研究处于领先地位[5]。已有的研究成果记录了农药污染研究领域的发展历程，能够为后续的研究开展提供丰富的知识基础。仅通过文献回顾并不能清晰地把握该领域的发展历程和关系脉络，但这些复杂的关系能够有效催化新知识的产生，同时提供热点分析及前沿探索方向，为科技工作者指明该领域的研究重点和方向，提高科研效率。
知识图谱作为科学计量学的一种研究方法于2005年由陈悦和刘则渊[6]率先提出，并迅速得到了广泛关注与认可。通过陈悦等[7]开发的CiteSpace可视化分析软件，可实现“一图谱春秋，一览无余；一图胜万言，一目了然”。因此，本文基于Web of Science(WOS)核心数据库合集，对国际农药污染研究历程和前沿进行可视化分析，勾勒研究历程，厘定前沿热点，构建研究框架，为我国在该领域的后续研究工作提供参考依据。
1 数据与方法 1.1 数据来源为了更全面地掌握国际农药污染土壤的研究情况，本文选择WOS核心数据库为文献检索数据库，检索文献发表时间设置为2001-2020年，以“TS=(pesticide OR biocide) AND TS=(soil pollution)”为检索条件进行高级检索，并以“Article”和“Review”精炼，共获取文献1 677篇。以“全纪录与引用的参考文献”为记录内容，并以纯文本格式下载保存。
1.2 研究方法CiteSpace可视化软件通过共引分析理论和寻径网络算法，对某领域的已有文献进行分析，以得到包含作者、机构、国家、关键词、主题等不同种类的共现图谱和时间轴图谱，进而帮助研究者分析领域演化路径、探测研究前沿并推断未来发展。
本文借助CiteSpace可视化软件，以WOS核心数据库中有关农药污染的研究文献为样本，推演国际农药污染领域的研究历程，总结该领域的阶段性发展，并把握研究热点和前沿，进而帮助研究者了解发展方向，为我国农药污染评价和修复提供理论参考。
2 结果与分析 2.1 主题演变发文量可直观地反映学术界对某一研究领域的重视程度，一般情况下发文量越多，表明该领域的研究越活跃[8]。通过该领域研究文献量的时间分布情况(图 1)，可基本了解农药污染领域国际研究的活跃程度。同时，利用CiteSpace5.6.R4可视化软件，将检索得到的文献以一年为单位进行时间切片，以关键词为节点类型，选取前5% 引用次数最多或出现次数最多的项目得到187个节点、1 517条连线的共现图谱，并以时间图谱的方式进行展现(图 2)。
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图 1 年度发文量 Fig. 1 Annual publication amount |
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图 2 国际土壤农药污染研究关键词共现时间图谱 Fig. 2 Co-occurrence timeline of keywords in research on pesticide pollution in soil |
本文将2001-2020年期间国际土壤农药污染研究分为两个阶段：平稳发展阶段和研究激增阶段。
1) 平稳发展阶段(2001-2006年)。该阶段的年度发文量均不超过50篇，但自2003年起，具有明显的上升趋势，表明在此期间，土壤农药污染领域研究逐步受到国际学者的关注。结合图 2可知，在此期间，重金属污染、面源污染、农药残留等研究均有开展，研究视角多样。深入研究该阶段发表论文，被引频次前10位的研究论文见表 1。从表 1可知，该阶段被引频次前10位的研究论文中有半数论文的研究主题并未针对某区域或某污染物，研究视角宽广，研究内容宽泛，为后续的深入研究提供了指导性意见。例如Stoate等[9]提出，为了尽可能减少农药对土壤、地表径流、地下水和空气的污染，保证生物多样性和生态链的健康，应融合社会文化进行土地多功能利用以达到经济和生态目标；Holland[10]赞同推行保护性耕作，以改善土壤结构和稳定性、降低农药对地表水的污染风险；Horrigan等[11]评估了农药对人类的癌症风险，概述了食品生产相关的环境和人类健康问题，并讨论了如何使这些系统更具可持续性。另外半数论文的研究针对具体污染物，同时研究范围较大，为后续研究提供了数据参考。例如Akcay等[12]研究了布亚克、孟德尔和格迪兹河沉积物中重金属污染及形态，与工业化之前和农药密集施用开始之前概述的测量结果比较，得出污染可能源自工业、农业和家庭废物排放的结论。中国学者Zhou等[15]探究了钱塘江表层水和沉积物中有机氯农药的分布，证明了污染源不同且污染程度较高。
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表 1 2001-2006年土壤农药污染研究被引频次前10位论文 Table 1 The top 10 cited papers related to pesticide pollution in soil from 2001 to 2006 |
2) 研究激增阶段(2007-2020年)。该阶段年度发文量以近乎10篇/年的增速接连上升，表明学术界对该领域的研究逐渐重视，且研究热点多样，研究热度持续时间长。由图 2连线可知，2007年后开展的研究与前期研究关系密切，具有良好的延续性，同时证明前期研究工作具有良好的指导意义，佐证了上述观点。另外，图 2中关键词展现出该阶段研究目标逐渐偏向国内的趋势，表明我国学术界对该领域研究逐渐重视。深入研究该阶段的发表论文，被引频次前10位的研究论文见表 2。从表 2可知，该阶段的研究着重于污染物的降解与处理，例如Arias-Estévez等[19]综述了土壤系统的物理和化学特性(例如含水量、有机物、黏粒含量以及pH)对农药的吸附/解吸和降解以及其进入地下水和地表的影响，得出需要综合多学科的环境研究方法，才能开发可进行有效环境决策的工具和技术；Ma等[22]综述了植物–微生物的协同修复作用，明确了协同修复可避免单独植物修复耗时和高毒性的问题，并说明了植物生长促进根际和/或内生细菌在加速植物修复效应中的作用。另外不可忽视的是，该阶段的研究中，中国学者做出的贡献明显增加[23-25]。
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表 2 2007-2020年土壤农药污染研究被引频次前10位论文 Table 2 The top 10 cited papers related to pesticide pollution in soil from 2007 to 2020 |
通过研究机构和国家的发文量可直观判断某机构或某国家对土壤农药污染研究领域的关注程度。同时借助CiteSpace可视化软件，由中心性、密度值、连接线等量化值可分析机构与国家的合作紧密程度，为后续开展国际合作提供参考。
分别选择节点类型为“Institution”和“Country”，以前10% 出现次数最多的项目得到181个节点、155条连线的研究机构共现图谱(图 3A)和12个节点、17条连线的国家共现图谱(图 3B)。
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图 3 国际土壤农药污染研究机构(A)和研究国家(B)共现图谱 Fig. 3 Co-occurrence of institutions(A) and countries(B) in research on pesticide pollution in soil |
研究机构共现图谱的密度值仅为0.009 5，表明国际研究机构合作并不紧密。同时，由图 3可明显得知，中国的研究机构在土壤农药污染研究领域做出了巨大贡献，如中国科学院(Chinese Acad Sci)、中国科学院大学(Univ Chinese Acad Sci)、中国农业大学(China Agr Univ)、浙江大学(Zhejing Univ)等。其中，中国科学院的中心度最高，为0.35，表明国内的土壤农药污染研究主要围绕中国科学院展开。另外，法国国家农业食品与环境研究院(INRA)、美国农业部农业研究局(USDA ARS)等国外机构也对该领域关注较多。国家共现图谱表明该领域的研究以中国、美国和法国为主要贡献国家，佐证了研究机构共现图谱的结论。
2.3 载文期刊分析本文利用WOS自带工具，检索得到在土壤农药污染研究领域2001-2020年发文量前10位的期刊(表 3)。由表 3可知，在该领域发文量较多的期刊水平普遍较高，例如Science of the Total Environment、Chemosphere、Environmental Pollution和Journal of Hazardous Materials等。表明该领域研究受到国际高水平期刊的重视，值得后续深入探究。同时，期刊类型多样，表明该领域研究角度丰富，具有良好的发展潜力。
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表 3 2001-2020年国际土壤农药污染研究发文量前10位期刊 Table 3 The top 10 publications in research on pesticide pollution in soil from 2000 to 2020 |
使用CiteSpace5.6.R4可视化软件，以关键词为节点类型，选取前5% 引用次数最多或出现次数最多的项目得到187个节点、1 517条连线的共现图谱(图 4)。由图 4可知，在土壤农药污染研究领域，除了“pesticide”、“pollution”和“soil”这3个检索关键词外，其余均代表了该领域重点关注的研究对象。“heavy metal”、“persistent organic pollution”、“organochlorine pesticide”、“poycyclic aromatic hydrocarbon”等关键词表示重点研究了农药导致土壤污染的类型；“sediment”、“residue”、“adsorption”等关键词证明农药降解机制研究也被重视；“water”、“agricultural soil”表示污染环境介质也是研究重点之一。另外，“risk assessment”说明针对农药污染进行风险评估以保证身体健康和生产安全在国际上也受到重视。
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图 4 国际土壤农药污染研究关键词共现图谱 Fig. 4 Co-occurrence of keywords in research on pesticide pollution in soil |
在使用“timeline”展现关键词共现图谱的基础上，计算持续5 a的突显关键词，得到23个突显关键词(图 5)。突显强度较高的有“atrazine”(10.325 9，2001-2008年)、monitoring(8.506 5，2006-2012年)、transport(7.591 8，2001-2007年)等，表明21世纪初研究热点为具体污染物的迁移机制研究。随着研究的深入，持续到现在的突显关键词仅有“organic pollutant”(3.1481，2015-2020年)，侧面印证了在近几年的研究激增阶段对于该领域的研究呈现多样化、专业化、深入化的结论。为了更好实现文献检索和归纳对该领域研究起到引领作用的价值，结合近3 a发表在高水平期刊或高被引文献分析，发现科技工作者围绕有机污染开展了污染源解析、污染空间分布、修复机理、风险评价等多角度的研究[29-34]。因此，围绕农药生产、施用后遗留的有机污染展开多角度探究为该领域的研究前沿。
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图 5 国际土壤农药污染研究关键词突显图谱 Fig. 5 Burst keywords in research on pesticide pollution in soil |
本文利用CiteSpace5.6.R4可视化软件，基于WOS数据库近20 a在土壤农药污染研究领域发表的1 677篇研究论文与综述的样本进行分析，得到如下结论：
1) 2001-2020年期间国际土壤农药污染研究可分为两个阶段：平稳发展阶段和研究激增阶段。在平稳发展阶段，开展了重金属污染、水体富营养化、土壤污染、生物修复等研究，研究视角宽广，研究内容宽泛，为后续的深入研究提供了指导性意见。在研究激增阶段，学术界对该领域的研究逐渐重视，且研究热点多样，研究热度持续时间长。该阶段的研究着重于污染物的降解与处理，且中国学者做出的贡献明显增加。
2) 来自中国的研究机构在土壤农药污染研究领域做出了巨大贡献，美国和法国也为主要贡献国家，但国际研究机构合作并不紧密。同时，国内的土壤农药污染研究主要围绕中国科学院展开。
3) 该领域研究受到国际高水平期刊的重视，值得后续深入探究。同时，期刊类型多样，表明该领域研究角度丰富，具有良好的发展潜力。
4) 研究热点主要围绕污染类型、降解机制和风险评估展开。
5) 围绕农药生产、施用后遗留的有机污染展开污染源解析、污染空间分布、修复机理、风险评价等多角度探究为该领域的研究前沿。
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