近三十年非点源污染研究发展趋势分析

初期阶段的1993—1995年，非点源污染研究词频大于20的关键词较少（图3A）。除非点源外，“氮”、“磷”及“水质”是频次高的关键词，表明非点源污染研究主要针对地表水或者地下水体富营养化中氮磷来源与过程分析，主要的研究方法为传统的实地采样与监测。进入本世纪初，非点源污染的词频在相同的3年内增加了3倍，词频超过30次的关键词数量也大幅增加（图3B），表明非点源污染研究的广度与深度明显提高。在污染物方面，除总氮外，硝态氮和重金属的研究逐步深入。对河流、迁移、模拟和沉积物的关注度也稳步提高，这个阶段，非点源污染研究方法和工具也迅速发展，尤其是随着GIS的出现，基于空间分析进行水文模型模拟使得流域综合管理、不同土地利用效应等方面的研究得以开展。

2014—2016年期间，高频词数量剧增，表明该研究领域得到了快速发展（图3C）。“流域”是第3位高频词，“管理”是第6位高频词，“管理”与“氮磷”、“径流” “沉积物”、“模型”、“系统”等词的共现，反映出本阶段的研究重点是对包括氮磷、沉积物、径流过程等加以管理。目前，应用于流域范围内研究非点源污染负荷的模型主要有HSPF（Hydrological simulation program-FORTRAN）、ANSWERS（Areal nonpoint source watershed environmental response simulation）、AGNPS（Agricultural non-point source）和SWAT（Soil and water assessment tool）。由于所用参数、率定时间、模拟流域的空间尺度、对管理措施的模拟和对营养元素的模拟效果等诸多因素的考虑，SWAT逐渐成为应用最为广泛的模型，SWAT在2011—2013年进入前20位，在2014—2016年达到第16位。在这一阶段，流域的非点源污染负荷量计算的研究趋于基于GIS空间分析将SWAT模型模拟手段和实地监测方法相结合，从而得到较真实的计算值。随着气候变暖这个全球性环境问题的日益严重，针对气候变化对非点源污染的影响研究也逐渐引起了各国学者的重视，2014—2016年“气候变化”一词也位列前30位高频关键词之中。2014—2016年期间“中国”这一关键词强劲增长位列第13位，反映出我国学者的研究发展迅速，另一方面也反映了学界对我国非点源污染问题越来越重视。对我国各地区非点源污染研究的推进将有助于我国环境质量的改善。

在CiteSpace中做关键词共现分析，系统能对关键词在各年段的出现情况进行突现词检查，如果一个词在某个年段的波动相对于整个时期来说变动显著，那么这个词就是突现词（Burst terms）。值得注意的是，SWAT、中国、气候变化三个词分别在2005、2008、2014年突现，且突现度（burst）较高，均大于20，进一步印证了上述分析。

2.3 文献共被引网络分析

非点源污染研究文献共被引网络图自动聚类图（图4）显示了主要的类及类标签，482个文献节点共有108个类，自动聚类图直观表现出了非点源污染研究的发展方向。该图左上角蓝色的聚类区，文献发表时间较早，研究较为关注耕地管理和非点源污染物具体类型的输出负荷，表明这个阶段的非点源污染研究主要集中在点位尺度，尤其注重原位观测；右上部的绿色的节点代表了发展中期非点源污染研究特征，大都是关于不同空间尺度条件下氮、磷污染输出特征、对河口生态系统影响以及多种控制措施的评价，表明这个阶段的研究已扩展到环境效应及污染控制。近期的研究集中在右下角的棕色节点聚类标签区，该期间SWAT是出现频次最多的模拟模型。在流域非点源污染管理方面，重点已从常规的流域综合管理上升到考虑流域自然特征的优先控制区，而从流域水环境与生态保护角度出发的非点源污染研究也逐步成为主流。除营养物质氮磷、重金属和农药之外，近期的非点源污染研究对生物学类指标的研究逐步推进，节点聚类标签区中部右边的节点表明这部分研究已经基本成熟，尤其是涉及的畜禽养殖废弃物、下水道泄漏及人体健康研究，表明非点源污染环境健康效应研究将是未来发展热点。目前这部分虽尚未和传统的非点源污染深入耦合，然而一旦将物理、化学层面的非点源污染模型发展到生物学层面，不同尺度时空效应分析的实现将指日可待。

2.4 高被引文献特征分析

由于高被引文献信息量大、参考价值大、典型性强，本文也对其中的25篇ESI高被引文献开展了特征分析。25篇高被引文献中包含了综述类文献7篇，在内容上，关于模型的文献共有4篇，均为SWAT模型的应用发展；关于某个代表性研究地点文献共有5篇，如美国印第安河潟湖、伊利湖和我国太湖的研究。此外，有5篇文献为国际合作，表明加强非点源污染研究的国际合作将更有效地提高研究成果的关注度。25篇高被引文献涉及的研究热点广泛，如传统的氮磷污染以及富营养化问题研究，也有关于痕量非点源污染物，如重金属、有机污染物、生物炭、沉积物、农作物残留物的研究，模型方法类研究，尤其是模型综述类文献引用频次较高，这些特征均表明非点源污染研究在污染物类型、迁移过程分析方面取得了较为明显的进步。

表2总结了主要的高被引参考文献的基本特征。分析表明GIS和SWAT相关的文献被引率高，可见方法类研究仍然是同行关注的热点，也反映了这两种工具对于非点源污染研究的重要意义。非点源污染具有明显的不确定性和滞后性，该领域的研究是典型的流域尺度跨学科研究，涉及大量空间数据。GIS的辅助实现了不同尺度的高效模拟，经过三十多年的完善，SWAT实现了模型的研究尺度从田间向流域的扩展，对流域的研究与管理起到推动作用。然而，由于模型在概化自然系统的过程中进行了一系列简化和假设，加之模型运用时输入信息的缺乏或存在误差，以及获取的参数值不确定，使得模型模拟结果的不确定性问题日益凸显。如何认识和定量评价非点源污染模型模拟结果的不确定性仍然是非点源污染模型研究的前沿领域。国内外学者也通过构建人工模拟降雨径流实验装置，研究分析不同降雨、不同下垫面条件下非点源污染流失规律，并且结合非点源污染模型及河流水质分析模型，研究模拟不同降雨重现期、不同降雨历时条件下非点源污染流失特征，分析污染物入河后浓度变化规律，定量模拟分析污染源防控措施的污染削减效果。此外，近三十年非点源污染研究最明显的特征是中国学者逐步成为研究的中流砥柱，有关中国的研究文献在数量和被引量上都有大幅提升。有多篇高被引文献是关于中国非点源污染研究估算准确性问题和模型使用问题，说明快速发展中的中国本土非点源污染研究正在努力发展更准确的结果、更有效的模型与方法。

3 结论

（1）1990—2016年是非点源污染研究快速发展的阶段。在水环境管理与污染控制的促进下，近十年来我国非点源污染研究发展迅速，已经成为全球重要的研究基地和创新基地。随着我国学者在模型本地化改进和精细化模拟管理方面研究的深入，非点源污染研究团队和学者在全球范围内的排名稳步上升，H指数的差距也在逐步缩小，中国必将成为非点源污染研究的领跑者。

（2）非点源污染研究围绕改善水质的目标，核心研究内容为氮磷污染输出、模型模拟、模型优化以及径流变化和土壤属性对非点源污染输出的影响等。模型模拟方面，基于GIS空间分析的SWAT模型逐步成为运用最为广泛的工具，实现了对不同地理尺度下非点源污染输出特征的分析，并逐步开展气候变化带来的非点源输出效应研究。

（3）通过对关键词共现网络、文献共被引网络和高被引文献的分析，表明非点源污染研究逐渐从点位尺度的输出负荷分析与控制，过渡到流域尺度不同类型污染物在不同尺度下的精细化模拟与管理。下一阶段，非点源污染模拟将由物理化学层面提升到生物层面，实现生物学类非点源污染模拟分析和健康效应评价。