基于文獻計量分析的農(nóng)村生活污水處理研究態(tài)勢解析

全康環(huán)保:研究背景：2018 年，在全國生態(tài)環(huán)境保護大會上，國家主席習(xí)近平指出農(nóng)村水污染問題綜合治理已成為我國美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的重要部分，同時也是改善農(nóng)村人居環(huán)境的重要內(nèi)容。據(jù)統(tǒng)計，農(nóng)村地區(qū)水污染排放總量占全國污水排放總量的1/2以上，且與我國城市污水處理率( 94. 54%)相比，農(nóng)村生活污水處理率僅為22%?？梢?，農(nóng)村生活污水處理已成為制約“美麗鄉(xiāng)村”建設(shè)、農(nóng)村人居環(huán)境綜合整治的重要因素之一。

農(nóng)村生活污水主要來源于廁所、廚房、浴室和禽畜養(yǎng)殖等用水，其具有水質(zhì)水量波動大、有機物含量高、易引發(fā)環(huán)境污染等特征。在農(nóng)村生活污水處理研究領(lǐng)域，已有較為豐富的研究成果。目前，國內(nèi)外學(xué)者對農(nóng)村生活污水處理的研究主要致力于探索開發(fā)適合農(nóng)村特殊社會環(huán)境、自然環(huán)境、文化背景的治理技術(shù)以及對不同處理技術(shù)實際應(yīng)用效果的評價?，F(xiàn)有農(nóng)村生活污水處理技術(shù)形式多樣，內(nèi)容豐富，主要有人工濕地技術(shù)、蚯蚓生態(tài)濾池、土地滲濾處理技術(shù)、穩(wěn)定塘、膜生物反應(yīng)器等。此外，學(xué)者們也對農(nóng)村生活污水處理的不同形式或者組合模式效果進行了評價，主要包括生物接觸氧化與溫室結(jié)構(gòu)濕地系統(tǒng)、生活污水綜合處理系統(tǒng)、多土層系統(tǒng)與砂濾池聯(lián)合處理模式等。對以上處理技術(shù)評價結(jié)果為污水處理系統(tǒng)的后期運營維護研究不足，以及處理技術(shù)與農(nóng)村地區(qū)適用性和經(jīng)濟性不匹配等問題。雖然諸多國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注農(nóng)村生活污水處理研究，但對于國際、國內(nèi)該領(lǐng)域研究的整體發(fā)展過程、研究現(xiàn)狀，研究熱點以及趨勢至今未見系統(tǒng)性的報道。

近年來，文獻計量學(xué)被用作分析和預(yù)測學(xué)科研究領(lǐng)域趨勢的重要方法。文獻計量學(xué)主要以科學(xué)文獻為基礎(chǔ)，深度挖掘文獻的數(shù)量關(guān)系以及變化規(guī)律，從而解讀該學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展趨勢、研究熱點和前沿動態(tài)，被廣泛應(yīng)用于文獻規(guī)律研究、科研產(chǎn)出、學(xué)術(shù)水平評價以及研究趨勢分析方面。本文利用文獻計量學(xué)，對國內(nèi)外農(nóng)村生活污水處理領(lǐng)域的發(fā)文量、重要機構(gòu)、重要發(fā)文國家和高發(fā)文期刊等進行統(tǒng)計分析和總結(jié)。同時，利用VOSviewer 軟件分析工具，對本領(lǐng)域的高發(fā)文作者和高頻關(guān)鍵詞進行聚類可視化，分析農(nóng)村生活污水處理領(lǐng)域發(fā)展動態(tài)趨勢及熱點前沿，以期為我國農(nóng)村生活污水治理政策制定、發(fā)展規(guī)劃等提供決策支持，并為科研人員提供參考和借鑒。

摘 要

基于Web of Science ( WoS) 和中國知網(wǎng)(CNKI) 科學(xué)文獻，運用文獻計量統(tǒng)計和可視化方法，對25年農(nóng)村生活污水處理研究領(lǐng)域發(fā)文量、主要發(fā)文國家、主要作者和關(guān)鍵詞等指標(biāo)進行分析。1995―2019年WoS 和CNKI 數(shù)據(jù)庫分別收錄該領(lǐng)域文獻883 篇和584 篇。WoS 中的文獻涉及全球64個國家，其中中國發(fā)文量占總發(fā)文量的22.2%，領(lǐng)先于歐美發(fā)達國家。主要發(fā)文作者方面，中國學(xué)者呂錫武在WoS 和CNKI 數(shù)據(jù)庫中發(fā)文量累計達到22篇，位居全球榜首。綜合WoS 和CNKI 數(shù)據(jù)庫，“污水處理”“農(nóng)村生活污水”和“人工濕地”為文獻高頻關(guān)鍵詞，表明該領(lǐng)域的核心內(nèi)容是一直圍繞農(nóng)村生活污水的處理和常用處理工藝人工濕地研究。近25年來，農(nóng)村生活污水處理研究領(lǐng)域主要從早期污水處理工藝選擇和應(yīng)用、目標(biāo)污染物去除效果以及處理設(shè)施運行成本等方面逐步過渡發(fā)展到微生物群落角度揭示去除機理、GIS 解析源頭以及與農(nóng)村人居環(huán)境整治的相互作用關(guān)系等方面。

01 研究方法

1.數(shù)據(jù)來源

本研究外文數(shù)據(jù)來源于科睿唯安( Clarivate Analytics) Web of Science ( WoS) 核心合集數(shù)據(jù)庫中的Science Citation Index Expanded ( SCI-E)數(shù)據(jù)庫，WoS 采用基本檢索方式， 以“ruralwastewater treatment”為檢索主題，文獻類型為所有文獻類型。中文數(shù)據(jù)來自中國知網(wǎng)( CNKI) 北大中文核心期刊數(shù)據(jù)庫，選用高級檢索方式，在CNKI 期刊庫中限定為高級檢索中的核心期刊進行專業(yè)檢索，以“農(nóng)村生活污水處理”為主題詞，文獻分類目錄選擇基礎(chǔ)科學(xué)、工程科技Ⅰ輯、工程科技Ⅱ輯和農(nóng)業(yè)科技4個目錄。外文和中文數(shù)據(jù)采集時間均為1995―2019 年，查閱已檢索文獻標(biāo)題和摘要，判斷其是否為農(nóng)村生活污水處理研究相關(guān)的文獻，不相符文獻刪除。最終篩選出符合要求的外文文獻883 篇，中文文獻584 篇。以上數(shù)據(jù)檢索及下載時間均為2020年02月28日。

2.研究方法

借助WoS 和CNKI 數(shù)據(jù)庫自帶的分析檢索結(jié)果功能對全部檢索結(jié)果進行基于計量學(xué)原理分析。關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)圖和作者間合作網(wǎng)絡(luò)圖在VOSviewer 中繪制，在關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)圖中，1個節(jié)點代表1 個關(guān)鍵詞，節(jié)點圓圈大小代表在圖中出現(xiàn)的頻次，關(guān)鍵詞相互間聯(lián)系強弱用節(jié)點之間連線的粗細(xì)來表示; 在作者間合作網(wǎng)絡(luò)圖中，節(jié)點圓圈大小代表發(fā)文量多少，不同作者間合作關(guān)系的強弱用節(jié)點間連線的粗細(xì)表示。使用Excel、Origin 8. 0 軟件對檢索結(jié)果進行作圖和指標(biāo)對比分析。

02 結(jié)果與分析

1.文獻時序分析

據(jù)統(tǒng)計，1995―2019年，CNKI 收錄農(nóng)村生活污水處理核心期刊文獻共584篇。依據(jù)發(fā)文量發(fā)展態(tài)勢可分為以下3個階段，分別為起步階段、快速發(fā)展階段和穩(wěn)定發(fā)展階段。

第1 階段為初期起步階段(圖1) ，時間節(jié)點為1995―2005年。從2001年開始有農(nóng)村生活污水處理相關(guān)文獻刊發(fā)在中文核心期刊上，這11年共發(fā)文量為4 篇。第2階段為快速發(fā)展階段，時間節(jié)點為2006―2014年，這9年共發(fā)文量為376 篇，發(fā)展趨勢大致為逐年增加，然后小幅降低，2012年發(fā)文量達到70篇，說明農(nóng)村生活污水處理相關(guān)研究達到峰值。第3階段為穩(wěn)定發(fā)展階段，時間節(jié)點為2015―2019年，這5年共發(fā)文量為204篇，與第2階段年均發(fā)文量基本持平。

1995―2019年，WoS 收錄農(nóng)村生活污水處理核心期刊文獻共883篇。同樣，依據(jù)其發(fā)文量趨勢可劃分為4個階段: 分別為初期起步階段、波動上升階段、平穩(wěn)發(fā)展階段和快速波動上升階段。第1 階段為1995―2002年，是農(nóng)村生活污水處理相關(guān)研究的初期起步階段。從1995年開始有農(nóng)村生活污水處理相關(guān)文獻刊發(fā)在WoS 收錄的英文期刊上，這8年共發(fā)文量為86 篇。第2 階段為2003―2010年，是農(nóng)村生活污水處理相關(guān)研究的波動上升階段，這8 年共發(fā)文量為240 篇。第3 階段為2011―2014 年，是農(nóng)村生活污水處理相關(guān)研究的平穩(wěn)發(fā)展階段，這4 年共發(fā)文量為188篇，發(fā)文量平緩，趨于穩(wěn)定。第4 階段為2015―2019年，是農(nóng)村生活污水處理相關(guān)研究的快速波動上升階段，這5年共發(fā)文369篇，2018年發(fā)文量達到90 篇，說明農(nóng)村生活污水處理相關(guān)研究達到峰值(圖1) 。

綜合CNKI 和WoS 數(shù)據(jù)庫發(fā)文量發(fā)現(xiàn)，2008―2010年，WoS 和CNKI 數(shù)據(jù)庫關(guān)于農(nóng)村生活污水處理的相關(guān)研究處于共同上升趨勢，2010 年比2008年發(fā)文量增加了2倍。在2010―2014年，CNKI 數(shù)據(jù)庫共發(fā)文量為302 篇，高于WoS 數(shù)據(jù)庫發(fā)文量238篇，并且這5 年國內(nèi)中文核心期刊發(fā)文量每年都高于WoS數(shù)據(jù)庫的SCI 源期刊。說明這段時間內(nèi)農(nóng)村生活污水處理相關(guān)研究發(fā)展迅猛，并且國內(nèi)作者更傾向于發(fā)表在國內(nèi)中文核心期刊上。然而這種趨勢在2014―2019年發(fā)生了變化，WoS 數(shù)據(jù)庫這6年共發(fā)文量為417篇，SCI 發(fā)文量逐年遞增; 而CNKI 中文核心庫中這6年共發(fā)文量為268篇，中文核心期刊發(fā)文量逐年遞減。原因大致有2種: 一是大量國內(nèi)學(xué)者改投英文SCI源期刊，另一種是有部分會議論文未補進CNKI數(shù)據(jù)庫。其可能原因是國內(nèi)學(xué)者逐步重視SCI 源期刊的發(fā)表，因此改投英文SCI 源期刊，導(dǎo)致CNKI 數(shù)據(jù)庫論文數(shù)量下降。

2.主要作者及其合作關(guān)系

WoS 數(shù)據(jù)庫中883 篇文獻共有作者3300 位，其中發(fā)文量前10 位的作者如表1 所示。WoS 數(shù)據(jù)庫中發(fā)文量前10 位作者共發(fā)表農(nóng)村生活污水處理相關(guān)研究領(lǐng)域論文72 篇，占論文總量的8. 15%。從WoS 作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜(圖2)可知: 國外關(guān)于農(nóng)村生活污水處理領(lǐng)域形成了2個核心作者群，第1個是以Wong C S 和Hanson M I 為核心的作者群; 第2個是Carlson J C、Low J E、Challis J K 和Anderson J C 組團形成的核心作者群。農(nóng)村生活污水處理領(lǐng)域形成了較明顯的核心作者群，且以國外學(xué)者為主，即使我國個別學(xué)者在該領(lǐng)域發(fā)文量較大，但是相互間合作關(guān)系比較分散，核心作者群不明顯。

國內(nèi)CNKI 數(shù)據(jù)庫中584 篇文獻共有作者1706位，發(fā)文量前10 位的作者呂錫武、李先寧和鄭正等共發(fā)表農(nóng)村生活污水處理相關(guān)研究領(lǐng)域論文72 篇，占論文總量的12. 3%(表2) 。值得注意的是，我國學(xué)者呂錫武在WoS 和CNKI 數(shù)據(jù)庫中發(fā)文量累計達到22 篇，位居全球榜首。從CNKI 作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜(圖3) 可知: 國內(nèi)關(guān)于農(nóng)村生活污水處理領(lǐng)域形成多個核心作者群，主要有以呂錫武、李先寧、白永剛、段婧婧、楊林章和朱光燦等為核心的作者群，同時不同核心作者群之間也存在密切合作關(guān)系。其中，呂錫武和李先寧與其他作者之間的合作性強，合作發(fā)文量較高。

3.WoS 數(shù)據(jù)庫文獻涉及國家

WoS 數(shù)據(jù)庫中883 篇涉及農(nóng)村生活污水處理研究領(lǐng)域的文獻來自64 個國家。如圖4 所示: WoS 數(shù)據(jù)庫中發(fā)文量前10位作者共發(fā)表農(nóng)村生活污水處理相關(guān)研究領(lǐng)域論文667篇，占論文總量的75. 32%，發(fā)文量最多是中國(196篇) ，其次是美國(128篇) 、加拿大(58篇) 、澳大利亞(55篇) 、德國(55篇) 、西班牙(38篇) 等，中國學(xué)者發(fā)文量分別是上述國家的1.5，3.3， 3.5，3.5，5.1倍。我國學(xué)者在農(nóng)村生活污水處理領(lǐng)域發(fā)文量遠(yuǎn)高于其他國家，占64個國家總發(fā)文量的22.2%，說明我國學(xué)者在該領(lǐng)域科研活動活躍，具有一定國際影響力和突出的科研實力。

4.研究機構(gòu)

表3 顯示了全球農(nóng)村生活污水處理發(fā)文量前10的研究機構(gòu)。發(fā)表在WoS 核心合集期刊上的前10文獻量總共為173篇，占總檢出文獻數(shù)的19. 5%，發(fā)表在CNKI 檢索收錄的期刊前10總共為139篇，占總檢出文獻數(shù)的23. 4%。CNKI 數(shù)據(jù)庫中，發(fā)表農(nóng)村生活污水處理的研究機構(gòu)大體為科研院所和大學(xué)各占1 /2，發(fā)文量最多的大學(xué)和科研院所分別是同濟大學(xué)(29篇) 和中國環(huán)境科學(xué)研究院(14篇) 。其中，同濟大學(xué)發(fā)文量占我國所有研究機構(gòu)發(fā)文量的4. 9%，中國環(huán)境科學(xué)研究院發(fā)文量占我國所有研究機構(gòu)發(fā)文量的2. 3%。WoS 數(shù)據(jù)庫中，有關(guān)農(nóng)村生活污水處理研究領(lǐng)域發(fā)文量前5的研究機構(gòu)全部是來自中國和歐美發(fā)達國家的國家級科研院所，累計發(fā)表112篇，占所屬國發(fā)文總量的百分比高于25%(中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心和中科院合并) ，說明在農(nóng)村生活污水處理研究領(lǐng)域主體為各國主要環(huán)境類科研院所。

5.文獻來源期刊分析

在WOS 數(shù)據(jù)庫中，農(nóng)村生活污水處理研究文獻共發(fā)表在335 個國際期刊上，發(fā)文量前10的期刊如表4 所示。在前10名高發(fā)文期刊中，累計發(fā)文量311 篇，占總文獻的35.2%。影響因子最高的期刊為Water Research(7.913) ，其次是Bioresource Technology( 6.69) ，影響因子較低的是Desalination and Water Treatment 和WaterScience and Technology，其影響因子分別為1.234和1.624，但是其發(fā)文量較多。在CNKI 數(shù)據(jù)庫中，發(fā)文量多于4 篇的期刊共有24 種，累計發(fā)文量441 篇，占總文獻的75.5%。發(fā)文量最多的期刊為《中國給水排水》(74篇) ，其次是《水處理技術(shù)》(53篇) 、《給水排水》(45篇) 。中文核心期刊中復(fù)合影響因子最高的是《農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報》(2.476) ，其次是《環(huán)境工程學(xué)報》(1.387) 。

6.關(guān)鍵詞分析

由圖5及軟件分析可知，國內(nèi)、國外關(guān)于農(nóng)村生活污水關(guān)鍵詞總數(shù)分別為4063個和2246個，國內(nèi)、外篇均關(guān)鍵詞分別為4.6個和3.8個，圖譜軟件中篩選閾值都選為5(1篇文獻中至少5個關(guān)鍵詞) ，國外、國內(nèi)達到閾值指標(biāo)的關(guān)鍵詞個數(shù)分別為289和99，說明國內(nèi)外農(nóng)村生活污水處理研究領(lǐng)域在研究內(nèi)容上豐富程度存在較大差異。

由圖5、6 可以發(fā)現(xiàn): 國內(nèi)農(nóng)村生活污水處理研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)較強的有農(nóng)村生活污水、生活污水、人工濕地、農(nóng)村、污水處理、脫氮除磷等，國外農(nóng)村生活污水處理研究共現(xiàn)較強的關(guān)鍵詞為removal、performance、nitrogen、waste-water、constructed wetlands 和phosphorus。由中國知網(wǎng)(CNKI) 和WoS數(shù)據(jù)庫收錄文獻關(guān)鍵詞強度可知(表5) : 目前CNKI關(guān)于農(nóng)村生活污水處理研究收錄的文獻重點集中在農(nóng)村生活污水處理設(shè)計工藝以及污水處理設(shè)施設(shè)備的研發(fā)方面。而WoS 數(shù)據(jù)庫則更關(guān)注于不同生物、化學(xué)和物理工藝對農(nóng)村生活污水的處理效果以及去除機制機理。

03 結(jié)論

1) 以WoS 和CNKI 數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，通過文獻計量學(xué)方法，分析了農(nóng)村生活污水處理研究前沿和熱點，基于此解析了該領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢和未來研究前景。

2) 2012 年我國關(guān)于農(nóng)村生活污水處理的研究達到頂峰，未來一段時間內(nèi)WoS 數(shù)據(jù)庫發(fā)文量會持續(xù)增加，CNKI 數(shù)據(jù)庫發(fā)文量會保持穩(wěn)定。我國學(xué)者呂錫武、李先寧在該領(lǐng)域具有較大影響力，無論在發(fā)文量還是在與其他學(xué)者合作強度方面都處于領(lǐng)先。

3) 該領(lǐng)域早期研究內(nèi)容僅停留在不同處理工藝的應(yīng)用效果方面，研究內(nèi)容較單一，深度有限，而近年來農(nóng)村生活污水處理研究在廣度和在深度上均有明顯擴展。