基于CiteSpace的国内外人工湿地研究动态与未来展望.pdf
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1、基于 CiteSpace 的国内外人工湿地研究动态与未来展望侯耀钧1,3,陈启斌1,王朝旭1,王永2,李作臣2,王亚炜3,李亚男1,崔建国1*1.太原理工大学环境科学与工程学院2.中电建市政建设集团北方国际工程有限公司3.中国科学院生态环境研究中心摘要人工湿地因具有耗资少、处理效果好等优点受到国内外学者的高度关注,相关研究文献数量大幅增长,但有关人工湿地领域的文献分析相对缺乏。基于文献计量学的方法,以中国知网(CNKI)核心期刊数据库和 Web of Science(WoS)核心合集数据库为数据源,利用 CiteSpace 等软件对 20002021 年人工湿地领域国内外发表的文献进行统计分析
2、;基于年发文量、发文国家、发文作者、研究方向和研究热点演化等的对比分析,揭示国内外研究动态差异。结果表明:20002021 年,国内外关于人工湿地研究的年发文量呈快速上升趋势;在 WoS 核心合集数据库中,中国学者发文量居世界首位。国外人工湿地领域的主要研究方向,在传统研究的基础上还关注到了耦合微生物燃料电池技术与个人护理品等新兴污染物的去除等;国内人工湿地领域的主要研究方向围绕除污机理、除污效能、除污对象及其应用 4 方面展开。利用基因测序技术从微观角度研究人工湿地和人工湿地-微生物燃料电池耦合技术将是近年人工湿地领域的研究热点。人工湿地技术已进入成熟阶段,未来有望与更多新兴领域结合。关键词
3、人工湿地;文献计量学;知识图谱;研究热点;污水处理中图分类号:X703 文章编号:1674-991X(2023)04-1275-12doi:10.12153/j.issn.1674-991X.20220788 收稿日期:2022-11-14基金项目:国家自然科学基金面上项目(41977151);山西省自然科学基金项目(201901D111066);校企合作项目作者简介:侯耀钧(1999),男,硕士研究生,主要从事河流污染控制研究,*责任作者:崔建国(1965),男,教授,博士,主要从事水环境污染控制研究, Vol.13,No.4环境工程技术学报第 13 卷,第 4 期Jul.,2023Jour
4、nal of Environmental Engineering Technology2023 年 7 月“人工湿地深度净化城镇污水处理厂尾水”特色研究专栏 编者按:为破解我国水资源短缺问题和提高用水效率,国家有关部门和地方政府陆续出台关于推进污水资源化利用的指导意见黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要区域再生水循环利用试点实施方案2022 年区域再生水循环利用试点城市名单重点流域水生态环境保护规划等政策和措施,着手构建污染治理-生态保护-循环利用有机结合的区域再生水循环利用体系。其中,在污水处理厂下游因地制宜建设尾水型人工湿地水质净化工程,有利于实现水资源、水环境、水生态的系统治理和统筹推进
5、。本刊特邀太原理工大学城市水系统与水土环境研究团队以人工湿地技术深度净化城镇污水处理厂尾水为主要内容,组织策划了本期专栏,对我国尾水人工湿地技术的研究和实践成果进行梳理与展示。全面梳理和总结了国内外人工湿地研究动态(基于 CiteSpace 文献计量学分析技术)、尾水型人工湿地建设及应用现状;分析了尾水型人工湿地技术标准实施状况,对不同层面尾水人工湿地技术标准从工艺选型、设计参数等方面进行了对比分析;展示了外加碳源对生物炭基潜流人工湿地净化污水处理厂尾水的影响相关试验研究成果,为进一步推动我国污水处理厂尾水人工湿地生态技术研究和工程实践提供参考和支撑。太原理工大学城市水系统与水土环境研究团队多
6、年来针对城市水系统,开展了海绵城市、防洪排涝、城镇给排水系统优化与智慧水务的研究工作;针对城市水环境问题,开展了城市供水水质安全保障、市政污水处理、工业废水处理,以及生态湿地系统水处理过程研究;针对土壤和地下水,开展了生物质炭对土壤中氮循环影响机理、土壤重金属污染物固定化与原位修复、水资源利用与保护、地下水中污染物的迁移、地下水环境影响评价等研究工作。侯耀钧,陈启斌,王朝旭,等.基于 CiteSpace 的国内外人工湿地研究动态与未来展望 J.环境工程技术学报,2023,13(4):1275-1286.HOU Y J,CHEN Q B,WANG C X,et al.Research trend
7、s and future prospects of constructed wetlands at home and abroad based on CiteSpaceJ.Journal ofEnvironmental Engineering Technology,2023,13(4):1275-1286.Research trends and future prospects of constructed wetlands at home andabroad based on CiteSpaceHOU Yaojun1,3,CHEN Qibin1,WANG Chaoxu1,WANG Yong2
8、,LI Zuochen2,WANG Yawei3,LI Yanan1,CUI Jianguo1*1.College of Environmental Science and Engineering,Taiyuan University of Technology2.Stecol Corporation North International Engineering Co.,Ltd.3.Research Center for Eco-Environmental Sciences,Chinese Academy of SciencesAbstractConstructed wetlands hav
9、e the advantages of low capital consumption and good treatment effect,etc.,and it has been highly concerned by domestic and foreign scholars.The related research papers have grownsignificantly,but there is a relative lack of literature analysis in the field of constructed wetlands.The domestic andfo
10、reign papers on constructed wetlands in China National Knowledge Infrastructure(CNKI)core journal databaseand Web of Science (WoS)core collection database from 2000 to 2021 were statistically analyzed by thebibliometric methods using CiteSpace and other software.Based on the comparative analysis of
11、the annual quantityof papers,publication countries,publication authors,research directions and research hotspot evolutions,theresearch trend differences at home and abroad were revealed.The results showed that from 2000 to 2021,the annualquantity of published papers on constructed wetlands research
12、at home and abroad was on a rapid rise.The quantityof English papers published by Chinese scholars ranked first in the world in WoS core collection database.The mainresearch direction in the field of foreign constructed wetlands also focused on the coupling of microbial fuel celltechnology and the r
13、emoval of emerging pollutants such as personal care products on the basis of traditionalresearch.The main research direction in the field of domestic constructed wetlands revolved around four majorcategories of decontamination mechanism,decontamination efficiency,decontamination objects and theirapp
14、lication.The use of gene sequencing technology to study constructed wetlands from a microscopic perspective,and the constructed wetland-microbial fuel cell coupling technology would be the research hotspots in the field ofconstructed wetlands in recent years.Constructed wetland technology had entere
15、d a mature stage,and was expectedto be combined with more emerging fields in the future.Key wordsconstructed wetlands;bibliometrics;knowledge mapping;research hotspots;wastewater treatment 1953 年,德国学者 Seidel 在研究中发现芦苇地具有水质净化的功能,并构建出人工湿地的雏形。1972 年,德国学者 Kichunth 在前者基础上,提出根区法(the root-zone-method)理论,强调了
16、高等植物在湿地污水处理系统中的去除污染物作用,之后人工湿地技术开始受到关注并在工程中得到了应用1。20 世纪 80 年代,欧洲、北美洲等地区的国家,陆续在官方技术指南中将人工湿地确定为一种有效的污水处理技术2。1996 年,在维也纳召开的第 4 届人工湿地国际研讨会,标志着人工湿地作为一种新型污水处理技术正式进入水污染控制领域3。2000 年以来,人工湿地因其成本低、易管理、生态友好、脱氮除磷能力强和兼具景观价值等优点4,对水质净化、生态修复和景观建设具有重要意义,已广泛应用于生活污水、工业废水、养殖场废水和污水处理厂尾水等的处理。截至 2006 年,欧洲有 1 万多座人工湿地,北美洲有近 2
17、 万座人工湿地5;截至 2020 年底,中国已建成人工湿地 1 171 座6。2000 年至今,国内外学者在人工湿地领域取得了重大研究进展,发表的相关文献已有数万篇,相关的总结和综述也已超百篇,但目前对国内外人工湿地领域的研究动态和演变进行全面梳理和述评的文献较少。笔者通过文献计量学方法,基于 CiteSpace等软件统计分析 20002021 年国内外人工湿地领域的文献,通过软件导出的可视化知识图谱,解析研究动态,预测未来发展趋势,以期为国内人工湿地的深入研究提供参考。1数据来源与研究方法 1.1数据来源以 2000 年以来国内外学者在人工湿地领域发表的核心数据库期刊文献为研究对象,文献来源
18、于中国知网(CNKI)核心期刊数据库和 Web of Science(WoS)核心合集数据库,检索时间为 2000 年 1 月1 日2021 年 12 月 31 日。在 CNKI 核心期刊数据库中采用“主题”的检索方式,检索词汇为“人工湿 1276 环境工程技术学报第 13 卷地”,文献类别为学术期刊;在 WoS 核心合集数据库中 以 检 索 式“TS=(constructed wetland*)or TS=(artificial wetland*)”进行精准检索,检索式字段TS 表示主题,文献类别选用论文、综述和在线发表,文献语言选择 English。通过人工阅读去除无关文献,最终确定了 4
19、 056 篇中文文献和 9 465 篇英文文献。其中,英文文献中有 2 805 篇由中国学者发表,将其与中文文献合并为国内文献(6 861 篇),剩余6 660 篇英文文献为国外文献。1.2研究方法文献计量分析采用 CiteSpace 软件 v6.1.R3,设置年份切片为 1 年,分别对国内外人工湿地领域文献的发文作者、研究方向及研究热点演化进行可视化分析并生成相应的知识图谱,将年发文量、发文国家、发文机构、发文期刊、高被引文献等计量结果绘制成相应图表。2结果与分析 2.1年发文量20002021 年人工湿地领域年发文量变化如图 1 所示。国内外人工湿地领域年发文量总体呈现出快速增长趋势,表明
20、人工湿地研究处于持续推进和快速发展中。从图 1 可以看出,国外文献年际发文量变化曲线可以划分为 2 个区间:第一区间(20002015 年)为总体较快增长区,其中 2000 年发文 93 篇,2015 年则增长至 402 篇,发文量年际虽存在一定的波动,但总体上增长了 3.3 倍;第二区间(20162021 年)为加速增长区,人工湿地研究方向和内容不断拓展,包括印度、巴西等在内的发展中国家也开始研究和应用人工湿地,使国外英文文献年发文量连续 5 年年平均增长率保持在 11.4%,2021年发文量达到峰值(654 篇)。国内人工湿地研究起步较晚但发展迅速。2000 年,国内年发文总量(中文、英文
21、文献之和)相比国外差距较大;20012011 年,国内年发文总量进入快速增长阶段,且以中文文献为主,国内年发文总量迅速增长与我国实施了国家水体污染控制与治理科技重大专项等项目密切相关,并且人工湿地高效去除污染物和低成本的优点符合当时中国的国情,引发了国内学者对人工湿地的持续深入研究7。2011年之后,国内人工湿地领域年发文总量的增长速率开始放缓,其中中文文献年发文量达到峰值并开始小幅下降,并逐渐进入稳定期;英文文献年发文量从2008 年开始一直在快速增长,并于 2016 年超过中文文献,成为国内人工湿地研究文献的主要组成部分。分析其原因:深度研究导致试验周期延长,进而引起国内文献发文量增长趋势
22、放缓;大部分学者优先考虑在国际期刊投稿,导致近些年出现国内英文文献年发文量大于中文文献的现象。2.2发文国家20002021 年 WoS 中人工湿地领域发文量排名前 10 的国家的地理分布如图 2 所示。从发文量排名上,中国发文近 3 000 篇,居世界首位;美国发文 1 700 余篇,位列第 2;其余国家的发文量远少于中国和美国,仅有 300500 篇。从地理分布上,人工湿地领域发文量排名前 10 的国家中,除亚洲的中国和印度为发展中国家之外,其余均为发达国家;发文国家主要集中在欧洲,其中西班牙是欧洲地区发文量最多的国家;发文量排名前 10 的国家没有来自非洲和南美洲地区的,表明这些地区人工
23、湿地研究热度及应用相对缺乏,这可能与当地政策导向、经济发展水平和气候地理条件有关8。图 2 20002021 年 WoS 中人工湿地领域发文量排名前 10 的国家地理分布Fig.2 Geographical distribution of the top 10 countries in termsof the quantity of published papers in the field of constructedwetlands of WoS from 2000 to 2021 2.3发文机构20002021 年人工湿地领域发文量排名前 10 图 1 20002021 年人工湿地领域年
24、发文量变化Fig.1 Changes of the quantity of annual published papers in thefield of constructed wetlands from 2000 to 2021 第 4 期侯耀钧等:基于 CiteSpace 的国内外人工湿地研究动态与未来展望 1277 的研究机构如表 1 所示。由表 1 可知,在国际人工湿地领域发文量排名前 10 的科研机构中,美国占有3 席,且其发文量占全部发文量的 30.9%,表明美国仍是世界科研实力最强的国家;中国包括 2 家研究机构,发文量占比为 22.7%,且中国科学院大学是国际上发文量最多的研究
25、机构,其发文量占全部发文量的 13.2%,表明中国作为唯一的发展中国家,科研实力在快速提升;美国农业部和法国国家农业食品与环境研究院等属于农业类机构,这些机构开展的有关人工湿地研究与应用领域更偏于农业。我国国内发文量排名前 10 的研究机构来自于高等院校(8 个)和研究院所(2 个),说明高等院校是国内科研发文的主力军,但基于国际科技发展的趋势,应持续加强高校、科研机构和企业的科研合作9,不断提升我国科技竞争力。中国科学院大学的中英文文献发文量均居于首位,总发文量占国内全部发文量的 16%,表明其科教融合办学特色较大地促进了该研究型大学科研水平的全面提升和快速发展10;同济大学的中文文献发文量
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