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近三十年非点源污染研究发展趋势分析

北极星环境修复网  来源:农业环境科学学报  作者:冷思文 等  2018/10/29 11:29:12  我要投稿  

北极星环境修复网讯:摘要: 分析近三十年非点源污染研究发展趋势特征,旨在为下一阶段非点源污染研究提供技术参考。从Web of Science核心合集得到1990-2016年所有非点源污染研究文献,然后进行聚焦分析,确定主要文献来源,对比中外学者H指数。通过CiteSpace的关键词共现网络分析和文献共被引网络分析功能,识别了1990-2016年间三个主要阶段的核心关键词(作者关键词与扩展关键词)的变化,梳理了主要的共被引参考文献,得到非点源污染研究领域发展趋势和知识基础特征。国外和国内非点源污染的最早文献分别在1975年和1992年,1990年后全球范围内非点源相关研究快速发展,中国学者的研究在2005年后发展迅速。中外学者的H指数差距有减小趋势,中国学者在全球非点源污染研究领域的相对影响力不断提升。关键词分布中"流域"与"管理"逐渐凸显,"SWAT(Soil and Water Assessment Tool)"、"中国"、"气候变化"词频进入前30位。研究内容方面,非点源污染研究从点位尺度的观测过渡到流域尺度水质变化、氮磷污染输出规律、模型应用,基于GIS(Geographic information system)空间分析的水文模型在流域尺度的模拟、优化和运用,是非点源污染控制与评估的基础。随着研究的深入,流域尺度的精细管理、非点源污染模型开发与耦合、气候变化效应近期受到更多关注。对1990-2016年间高被引文献特征进行梳理分析可知,高被引文献涉及主题广泛,其中中国学者也有明显贡献,表明中国学者逐步成为非点源污染研究的主力。

按照污染物进入水体的方式,水环境污染可分为点源污染和非点源污染(面源污染)。非点源主要包括农业非点源污染、城市非点源污染,另外还有植被区(森林、草原等)非点源污染、采矿业非点源污染、道路非点源污染和大气沉降等。非点源污染的产生离不开降水、产流和汇流过程,与土壤的累积、截留与侵蚀关系密切,特征是产生场所、产生时间、产生量是非固定的。因为非点源具有随机性和不确定性、广泛性和滞后性,所以其研究治理难度很大。围绕着非点源污染形成、迁移与控制,从农业资源与环境、环境工程等学科方向,我国流域水污染问题正在得到有效控制,环境部发布的水环境公报表明我国主要河流与湖泊的污染情况得到有效改善,部分水体水质呈好转趋势,但流域水体非点源污染问题成为继续改善环境质量的瓶颈,在国务院2015年颁布的《水污染防治行动计划》中有专门的篇章定义这部分任务。有学者指出在未来几十年,如何更好地控制非点源污染将是我国水环境保护最主要的问题之一。党的十九大报告也提出“加强农业面源污染防治,开展农村人居环境整治行动”,说明现阶段我国非点源污染问题严重,是亟需解决的民生问题。

文献计量学以各类文献为主要研究对象,采用定量的手段分析各类学科发展中存在的数学规律。因其显著的定量化、客观性和模型化的宏观研究优势已应用于多个学科。但迄今为止,针对非点源污染问题的文献计量分析大部分是针对已有文献的来源(国家、学者和机构等)进行简单的统计分析,缺乏对该领域发展历程、研究现状和前沿动态的细致分析。因此,本文采用文献计量学的方法整体分析了全球非点源污染的发展历程,重点探讨了该研究领域在研究方向、尺度、内容、对象等方面的发展趋势,同时评价了我国在非点源污染领域研究与国外研究的差距及变化,指出了国内学者需持续和重点关注的研究方向,为进一步推进非点源污染研究领域的发展与管理决策的制定提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

在Web of Science核心合集中以检索式:TS=((((diffuse near/10 pollution)or(“diffuse sources”)or(“non point”)or(nonpoint))and(pollut*or contaminat*or nutrient or eutrophication))not(“air pollut*”or “atmospheric pollut*”or“light pollution”))进行检索,将1990—2016年文献作为分析的主要数据来源,近30年全球非点源污染相关研究的总体趋势。分析检索日期为2017年11月1日。

1.2 分析方法

通过Web of Science“分析检索结果”功能,得到历年文献量数据。为了更简洁清晰地呈现发文量的历史变化,以三年为一个时间段来展示,并且分析1990—2016年非点源污染研究的来源出版物和来源机构。通过“创建引文报告”功能,得出1990—1999,2000—2009,2010—2013,2014—2016,1990—2016中外文献的H-index数据,以及发文量前十位的学者所发文献的H-index数据,以此对比中外研究的Hindex。

将1990-2016年这27年的文献集按“全记录与参考文献”导出,在CiteSpace中进行文献计量学与可视化分析。时间切割设为3年,因而1990—2016分成9个时间段,即1990—1992、1993—1995、1996—1998、1999—2001、2002—2004、2005—2007、2008—2010、2011—2013、2014—2016。引文网络分析工具CiteSpace是美国德雷克赛尔大学的华裔研究者陈超美博士2004年开发并不断更新的基于java的计量和分析科学文献数据的信息可视化软件,本文使用版本是CiteSpace5.1R8 SE(64bit)。

运用CiteSpace进行关键词共现网络分析。时期为1990—2016年,将时间切割间隔设为3年,术语来源选标题、摘要、著者关键词、关键词扩展,阈值设置为Top50、不修枝(pruning)。此外,对一些同义关键词予以了合并处理,具体是:nonpoint source pollution的多种变体和diffuse pollution,river和stream,pollution和contamination,GIS及其全写,BMP及其全写,model和modeling,watershed、catchment和river basin,SWAT和SWAT model。合并网络图有131个节点,616条连线。选取时间间隔和关键词特征上有代表性的1993—1995、2002—2004、2014—2016这三个时段输出关键词共现网络图,分析非点源污染研究的特征和趋势。其中1993—1995年关键词词频较小,分析前20位,2002—2004与2014—2016年均分析前30位。

进一步运用CiteSpace进行文献共被引网络分析,结合pathfinder算法修枝,得到482个节点,595条连线的简要分析自动聚类图。为清晰地分析重要的研究节点文献的特征,在CiteSpace中导出文献共被引合并网络图的总结表,提取引用次数(frequency)、突现度(burst)、中心度(centrality)、sigma指数前15位的共被引参考文献做重点分析,共可获得29篇。其中sigma指数是科学新颖性的度量,是突现度和中心度的函数。阅读这29篇文献的标题与摘要,总结非点源污染研究主要参考文献的借鉴意义,讨论非点源污染研究的知识基础(intellectual base)。

2 结果与讨论

2.1 总体分析

国外和国内非点源污染研究文献分别起始于1975年和1992年。1990年前世界非点源污染研究发文速度缓慢,之后才开始快速发展。我国针对非点源污染的相关研究在2005年后发展迅速(图1),目前已成为非点源污染研究的大国,影响力也在逐步提升。2014—2016年间我国学者发文量约占到总发文量的三分之一。发文量前十的机构中,我国占两席。我国学者文献的H-index与国外有接近趋势(图2)。25篇ESI高被引论文中,4篇为我国第一作者。

从1990—2016年总体看,我国学者所发文献的H-index是46,国外学者所发文献的H-index是127,中外前十位高发文学者所发文献的H-index分别是27和46(图2)。我国与国外学者在H-index方面还存在较大差距。一方面由于我国起步较晚,发文量少;另一方面可能是文章质量上还存在一定差距。1990—1999年我国学者所发文献的H-index约是国外学者所发文献H-index的十分之一。然而近年来,我国学者发文量大幅提升,其中包括在顶级期刊上发表的非点源氮磷污染管理和预警相关文章,到2014—2016年中外H-index仅相差8,可以看出中外文献H-index差距正在逐渐缩小。

1990—2016年总发文量为7195篇,其中国内机构学者发文量1227篇,国外机构学者发文量5968篇;包含至少5篇文献的Web of Science期刊类别有80个,来源出版物和来源机构超过500个。文献数量前十位来源出版物和前十位来源机构(表1)发文量分别约占27%和19%,中国科学院系统和北京师范大学在此领域进入了全球前10名。

2.2 关键词共现网络分析

近三十年来非点源污染研究前20位关键词发展迅速,尤其是不同关键词的出现频次和关联度都有明显提高。在此过程中,非点源污染相关研究始终围绕改善水质的目标,持续关注了氮、磷和与之联系的水体富营养化问题,营养元素、沉积物的重要来源——土壤以及重要的物质输送驱动力——径流等问题。除此之外,近三十年来非点源污染研究在流域尺度综合管理方面的研究稳步增强,“流域”与“管理”这两个词的关键地位愈发凸显且趋向于共现。

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