农田土壤重金属污染评价研究进展

科学的土壤重金属污染评价方法能较好地评价土壤中重金属污染的程度或空间分布、相应的生态效应等，是保障粮食安全和生态健康的基础。目前土壤重金属污染评价的方法众多，其中以指数法最为常见，如内梅罗综合污染指数法、富集因子法、地累积指数法和潜在生态危害指数法;也有以指数法为基础的模糊数学模型，灰色聚类法等模型指数法;还有基于地理信息系统(GIS)的地统计学评价法以及人体健康风险评价等综合方法。

本文将利用文献计量学软件CiteSpace，可视化分析近25  年来国内外土壤重金属污染评价领域中的关键词共现网络，以期得到本时间段内该研究领域的研究热点和发展方向，并通过关键词共现频率观察评价方法和手段的演变，综合分析常用指数评价法在实际污染评价中的优点与不足，为科学评价土壤重金属污染提供理论与技术支撑。

1、近25年重金属土壤污染评价方法之文献计量学分析

本文将研究工作范围限定在土壤(soil*)，并选择了能够涵盖土壤污染中大多数种类的重金属及应用较为广泛几种土壤重金属污染评价方式为核心关键词组合，制定英文检索式。利用美国科学情报所出版的Web  of Science 核心合集数据库，对1992-2016 年的“文章(ARTICLE)”进行检索。检索式为：

"soil*" AND ("trace metal*" OR "heavy metal*" OR "trace element*" OR  "cadmium" OR "Cd" OR "copper" OR "Cu" OR "lead" OR "Pb" OR "zinc" OR "Zn" OR  "tin" OR "Sn" OR "nickel" OR "Ni" OR "antimony" OR "Sb" OR "mercury" OR "Hg" OR  "cobalt" OR "Co" OR "bismuth" OR "Bi" OR "arsenic" OR "As") AND ("pollut*  assessment*" OR "pollut* evaluation*" OR "contaminat* assessment*" OR  "contaminat* evaluation*" OR "single factor index" OR ((single factor) NEAR  index) OR "Nemerow index" OR (Nemerow NEAR index) OR "pollution load index" OR  "geo accumulation index" OR "geo?accumulation index" OR "enrichment factor*" OR  "potential ecological risk" OR (GIS NEAR pollution) OR " GIS?based pollution" OR  "health risk assessment*" OR "health risk evaluation*" OR "environment* risk  evaluation*" OR "environment* risk assessment*")

共检索到相关国际英文文献2671 篇。其中，1992-2001 年发文207 篇，2002-2011 年发文951 篇，2012-2016  年发文1513 篇，分别占近25 年发文量的7.8%，35.6%，56.6%，尤其2012 年至2016 年的5 年发文总和超过前20  年，说明土壤重金属污染评价越来越受到学者关注，近年发展迅猛。利用CiteSpace对不同时间段关键词共现关系进行可视化分析，再借助软件聚类功能得出相应聚类，并自行对所得聚类进行精简归纳，得出各时间段关键词共现图谱，如图1所示。

从图1a 可见1992-2001  年间文献关键词共形成三个相对独立的聚类圈，分别为“重金属环境富集及风险评价”、“环境中重金属形态及环境行为”、“基于地理信息系统污染评价”。利用地统计学相关的地理信息系统进行土壤重金属污染评价为一种重要方式，其次富集因子，环境风险评价和健康风险评价等都是较为广泛采用的评价方法;铅和镉为该图中较关键节点，且为出现频率最高的重金属种类，同铅节点相连的还有儿童和健康风险评价两个重要节点，说明铅与基于人体的健康风险评价在文献中相伴出现，受到研究者的广泛重视。

2002-2011 年该领域国际SCI 文章研究热点关键词聚类如图1b  所示，聚类分别为“重金属形态分析及风险评价”、“环境中重金属分布与富集”、“大气污染源与土壤重金属污染”。同上个10  年相比，富集因子评价方式成为本时间段主要评价方法，人体健康风险评价方式应用逐渐增加。除铅镉外，还有锌，铜两种金属离子也是当时研究热点。从图1b  还反映出各风险评价方法更加注重形态研究，与之相呼应的还有提取、分级提取、分级、生物可利用性等关键词，这也符合研究者对形态深刻影响重金属的毒性、环境行为及归趋的重要认知。随之发展出一系列浓度和形态分析方法，如“重金属形态分析及风险评价”聚类中出现预富集、硅胶、固相萃取、固相微萃取等预处理方式，以及气相色谱、等离子体质谱，原子吸收光谱等形态、浓度测定方法，可见新技术，新方法的引入为重金属污染评价的科学性、准确性提供有力支撑。大气污染、源解析、颗粒物等关键词在此阶段形成聚类说明研究者已经认识到大气颗粒物沉降是土壤重金属污染的重要源头。

2012-2016 年聚类结果如图1c  所示，聚类分别为“重金属形态及生物累积”、“城市与农田重金属污染”、“重金属评价方法应用”、“大气污染与土壤重金属污染”。由表2  右栏可知，同过去十年相比，人体健康风险评价成为土壤重金属污染主要评价手段，潜在生态风险评价也成为研究主流，说明土壤重金属污染评价逐渐与人体健康及其生态效应相关联，体现污染评价从单纯土壤超标过渡到生物及人体危害的发展趋势。除此之外“重金属评价方法应用”聚类中还出现了地累积指数，污染负荷指数等之前较少应用的污染评价方法，说明随学科发展演进，污染评价手段向多样化方向发展。除了对重金属形态的持续关注以外，农业土壤和城市土壤也形成了相应聚类，可知土壤重金属污染评价对象已有较为成熟的分化，主成分分析、多元统计分析、地统计学等统计学方法应用，可以更加科学合理地展现和解释土壤重金属污染来源，组成和分布规律。从“大气污染与土壤重金属污染”聚类可见其颗粒物节点同“城市与农田重金属污染”聚类中源解析节点相连，说明大气颗粒物是土壤重金属污染源解析的关键。