觀點碰撞：土壤環境中多環芳烴研究的回顧與展望——基於Web of Science大數據的文獻計量分析

摘要：為深入了解土壤環境中多環芳烴研究的全球狀況和前沿動態，客觀反映相關國家、機構和個人在該領域的科學能力和影響，採用ISI Web of Knowledge的Web of Science引文資料庫，對1900—2014年間該庫收錄的土壤環境中多環芳烴研究領域的相關文獻進行了計量分析。結果表明，該領域全球發文量總體呈持續快速上升趨勢，美國的發文量、總被引頻次和H指數均居榜首，中國的發文量和總被引頻次居次席，但篇均被引頻次明顯偏低；中國科學院和英國蘭卡斯特大學的發文量和H指數居研究機構的前兩位，篇均被引頻次排名最高的研究機構是美國馬薩諸塞大學；英國蘭卡斯特大學的Jones K C等兩位學者發文量和H指數最高，北達克科特大學Hawthorne S B的篇均被引頻次最高，國內學者中北京大學的陶澍和浙江大學的朱利中最有影響力；該領域的主要期刊有EnvironmentalScience & Technology、Chemosphere和Environmental Pollution等；該領域的研究熱點多集中於土壤環境中多環芳烴的降解及生物修復、多環芳烴在各介質中的溶解與吸附、以及多環芳烴的源解析等方向，「中國」相關研究在近5年中占重要地位。

關鍵詞：多環芳烴；土壤；Web of Science；文獻計量分析

多環芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）是指兩個或兩個以上苯環以線狀、角狀或簇狀排列的稠環化合物。多環芳烴具有疏水性、蒸氣壓小及辛醇-水分配係數高的特點。PAHs具有持久性、毒性、普遍性，是環境中最大的一類致癌化學物質，受到環境科學研究者的廣泛關注。隨著苯環數量的增加，其脂溶性越強，水溶性越小，在環境中存在時間越長，遺傳毒性越高，其致癌性隨著苯環數的增加而增強。環境中PAHs絕大部分由人為活動產生，包括煤、石油、木材和高分子有機化合物的不完全燃燒以及石油和石油產品的開採、運輸、使用和排放。土壤是多環芳烴主要的環境歸宿之一，殘留在土壤中的污染物，不僅影響土壤的正常功能，降低土壤環境質量，而且還可以通過生物富集進入食物鏈，危及人體健康。研究顯示，由土壤進入人體的PAHs數量遠要高於大氣和水。PAHs等有機物在土壤中發生一系列複雜的物理、化學、生物變化，其中一部分污染物降解或轉化為無害物質；一部分通過揮發等途徑進入其他相中；還有一部分會長期存在於土壤環境中，進而對環境產生深遠的影響。土壤中多環芳烴類物質的污染日趨嚴重，已成為國內外研究關注的熱點。

文獻計量學（Bibliometrics）的概念由英國情報學家普里查德（Pritchard A.）於l969年提出，文獻計量學以其顯著的客觀性、定量化、模型化的宏觀研究優勢已被不少學科採用。文獻計量分析可在某一領域內系統地評估科研結果的相對重要程度，預示該領域近一段時期的發展方向，表徵該項研究的地域分布情況。近年來，有關土壤多環芳烴的研究報道持續增長，但從文獻計量角度研究其發展動態的研究極少。本文對全球土壤環境中多環芳烴研究領域的相關文獻進行計量分析，以便準確掌握本領域的研究現狀和前沿動態，有助於研究者了解該領域在全球發展的整體情況，明確未來的研究方向。

數據來源及分析方法

【1】數據來源

Web of Science資料庫是由美國科技信息所（Institute for Scientific Information，ISI）推出的引文索引資料庫，是目前提供引文回溯數據最深的資料庫，所收錄的文獻覆蓋了全世界最重要和最有影響力的研究成果，已成為國際公認進行科學統計與科學評價的主要檢索工具。本文以Web of Science為數據來源，採用普通檢索方式，「『polycyclic aromatic hydrocarbon*』or PAH or PAHs and soil」作為檢索主題詞，檢索時間跨度為1900—2014年，共檢索文獻8 490篇，其中第1篇論文發表於1962年。

【2】分析方法

利用Thomson Reuters的Thomson Data Analyzer（TDA）軟體對文獻數據進行挖掘和分析，採用文獻計量學的方法，即以文獻體系和文獻計量特徵為研究對象，採用數學、統計學等計量方法，研究文獻情報的分布結構、數量關係、變化規律和定量管理，並進而探討科學技術的某些結構、特徵和規律，對土壤環境中多環芳烴研究論文的發展脈絡進行描述和概括。

採用VOSviewer來構建土壤中多環芳烴研究熱點主題的知識圖譜。VOSviewer是由Nees Jan van Eck和Ludo Waltman開發的一款免費軟體，被廣泛應用於各類「共現」分析。知識圖譜應用數學、圖形學、信息可視化技術等理論和方法，與傳統科學（文獻）計量學的共詞、引文分析方法相結合，用可視化圖譜形象地展示學科的結構與發展。

【3】主要指標

發文量：即論文的產出篇數，發文量在文獻計量學中一直是一個測度科研生產能力的重要指標。

被引頻次：論文被其他論文作為參考文獻的次數，論文被引頻次越高，反映出該論文在該領域被關注的程度越高、該論文的價值也越高。

H指數：是一個混合量化指標，最初是由美國加利福尼亞大學聖地亞哥分校的物理學家喬治·赫希（Jorge Hirsch）在2005年提出，其目的是量化科研人員作為獨立個體的研究成果。H指數被認為是對先前眾多衡量指標的一大改進；先前的衡量指標均傾向於關注科研人員在其發表論文的期刊，因而，它們均假定作者的貢獻等同於期刊的平均值。如果一位科學家的出版成果以它們被引生命周期的數字進行排序，那麼H指數就是一個最大值，這個最大值是指每篇論文至少被引了H次的H篇文章。H指數的最初應用是測算科學家個人的學術產出，由於H指數簡單、易用，H指數也可拓展應用到期刊、國家、機構、學科等其他領域評價。

結果

【1】文獻產出趨勢

論文發表的年代分布在一定程度上反映該領域的研究狀況、研究水平及發展速度，並能通過圖表反映出某一時間段內該領域研究的熱點時期。關於土壤環境中多環芳烴研究的第1篇文獻發表於1962年，1962—2014年的53年間，Web of Science資料庫中，全世界有關土壤環境中多環芳烴研究的論文共8 490篇，總體呈上升趨勢。根據模擬趨勢線發現，文獻數量年度變化趨勢呈線性增長，結合發文量和篇均被引頻次將全球土壤環境中多環芳烴研究大體分為3個階段：1962—1990年為研究起步階段，發展較為緩慢，此期間僅有37篇文獻被收錄，年均發文量小於10篇，此時期論文質量良莠不齊，篇均被引頻次整體上在小於100的範圍內呈大幅波動狀態，但1975年發表的2篇文章，篇均被引頻次達258，遠高於此時期的篇均被引頻次；1991—2005年土壤環境中多環芳烴研究進入快速發展階段，論文數量逐年線性增長，2005年發文量達386篇，此階段共發文3 344篇，年均發文量223篇，遠遠高於第1階段的年均發文，此階段的篇均被引頻次呈平穩狀態，篇均被引頻次基本在30～40範圍內；2006—2014年為穩定增長階段，2014年發文量達668篇，年均發文量達568篇，此階段的總發文量佔全部發文量的60.17%。由於發文時間較短，篇均被引頻次整體處于波動下降的趨勢。

中國在此領域研究的第1篇文獻發表於1993年（世界範圍內研究的第2階段，見圖1），此後至2000年一直處於緩慢發展階段，此階段發文量僅13篇，年均發文量1.63篇，最多的年份不超過10篇，僅佔世界發文量的2.5%，篇均被引頻次波動較大。2001—2007年發文量有了一定的提升，此階段發文282篇，年均發文量35.25篇，年均發文量佔世界發文量達到10%，篇均被引頻次較平穩。2008—2014年發文數量增長趨勢加快，共發文1 299篇，2014年發文量為246，占此階段發文量的18.94%，當年發文量已佔世界發文量的36.83%。由此可見，中國對土壤環境中多環芳烴的研究越來越受到重視。

【2】國家(地區)及機構

論文被SCI收錄的數量和被引頻次反映了一個國家(地區)的整體科研實力和影響力，從Web of Science資料庫中檢索出土壤環境中多環芳烴研究領域發文量前20的國家和地區（見表1）。其中，美國的發文量居首位，共發表了論文1 784篇，佔總文獻數的20.75%，發文量居第2位的是中國，共發文1 595篇，佔世界發文總量的18.55%，美國和中國的發文量均遠高於排名第3位的德國（729篇）。從累計被引頻次來看，美國總被引頻次最高，為56 194次，中國總被引頻次居第2位，德國、英國、加拿大雖發文量少，但總被引頻次均超過了10 000；從篇均被引頻次來看，排名第1位的是瑞典（33.34），美國排名第4位，中國篇均被引頻次14.11，僅排名第18位。從H指數來看，美國仍以107居於首位，德國居於第2位（66），中國居於第4位（61）。綜合上述各個指標可知，美國、德國、英國等在此領域研究的論文數量和質量均較好，中國在發文數量和總被引頻次上排第2位，但篇均被引頻次明顯偏低，在整體發文質量上還應加強。

發文量前20的機構中國佔7個，美國3個，德國3個（見表2）。中國科學院（Chinese Acad Sci）、蘭卡斯特大學（Univ Lancaster）和浙江大學（Zhejiang Univ）位列前三，中國科學院以468篇的數量居於榜首，大於排名第2、3、4位的機構發文量總和，占前20機構的24.32%。總被引頻次方面，中國科學院被引量7 244列於第1位，蘭卡斯特大學發文總被引量排名第2位，斯德哥爾摩大學排名第3位。從篇均被引頻次來看，排名第1位的機構是斯德哥爾摩大學，篇均被引頻次為57.11，篇均被引頻次大於40的機構還有馬薩諸塞大學、拜羅伊特大學，以及蘭卡斯特大學，中國科學院的篇均被引頻次只有15.48，甚至明顯低於浙江大學（20.67）和北京大學（19.56），所有中國研究機構均未進入前10。中國科學院發文的H指數為42，與蘭卡斯特大學H指數相同，並列第1位。

【3】作者及期刊

學者是科學研究的主體，所發表的學術成果體現了學者的研究水平。發文量最多的前20位論文作者分布排名見表3。在SCI發表論文最多的是英國的Jones K C（88篇）和Semple Kirk T（77篇），第3位的是陶澍（61篇），第4位的是朱利中（56篇）。從發文量最多的前4位作者分布來看，其所屬機構分別是蘭卡斯特大學、北京大學、浙江大學，其中第1、2位的學者均來自蘭卡斯特大學。從總被引頻次來看，依然是發文量最多的Jones K C以4 785居於首位，遠高於排名第2位的Hawthorne S B（總被引頻次3 052），華人學者中總被引頻次最高的是邢寶山（2 827），浙江大學的朱利中（1 683）和北京大學的陶澍（1 506）分別居第2、3位。從篇均被引頻次來看，處於第1位的是北達科特大學的Hawthorne S B，篇均被引量為80.32；處於第2位的是斯德哥爾摩大學的Cornelissen Gerard，篇均被引頻次為76.81；發文量最多的Jones K C的篇均被引頻次為54.38，位於第3位；前20的中國作者中篇均被引頻次最高的是浙江大學的朱利中，篇均被引頻次為30.05。從H指數來看，Jones K C以40排名第1位，美國北達科特大學的Hawthorne S B以30居於第2位，Semple Kirk T（28）處於第3位，陶澍和朱利中H指數均為23，並列第5位，中國科學院的幾位學者H指數為12～14，整體偏低。統計分析刊載土壤中多環芳烴研究文獻的期刊分布情況，可確定該領域SCI來源的核心期刊，有助於研究人員選擇重點期刊進行文獻查閱和成果發表。從表4可以看出，發文量排在第1位的是Chemosphere，目前刊登土壤中多環芳烴類文獻最多，為546篇，佔全部發文量的6.43%，Environmental Science & Technology（簡稱EST）期刊發文量為525篇，排名第2位，佔全部發文量6.184%，Environmental Pollution（簡稱EP）期刊發文量343篇，排名第3位，佔全部發文量4.04%；總被引頻次最高的是EST，被引次數達29 124，約為總被引頻次排名第2位的期刊Chemosphere的2倍，EP總被引頻次排名第3位，為11 361次；篇均被引頻次方面EST居第1位，Journal of Chromatography A居第2位，EP居第3位；EST的H指數仍排第1位，Chemosphere居第2位，EP居第3位。總體而言，以上3種期刊在此領域具有舉足輕重的地位。

【4】高被引頻次論文

文章的被引頻次在一定程度上反映了人們對某項研究工作的關注程度，可以顯示科學論文在科研過程中被使用和受重視的程度，以及在學術交流中的作用和地位。目前的研究評價中，被引頻次被越來越多地用于衡量論文重要性的指標。據統計，前10篇高被引頻次論文作者中只有2位華人學者（見表5），且均是作為合作研究者身份。被引頻次最高的論文是由Pignatello J J和Xing B S發表的題名「Mechanisms of slow sorption of organic chemicals to natural particles」的文章，側重研究顆粒內影響緩慢吸附和解吸的原因及對污染物遷移和生物修復的影響，發文時間為1996年，迄今被引用843次；被引頻次居於第2位的論文是「Advanced oxidation processes for organic contaminant destruction based on the Fenton reaction and related chemistry」，從基礎知識和實踐的角度討論了芬頓和類芬頓反應應用於水和土壤處理的影響因素，發文時間為2006年，被引頻次為796次；被引頻次居於第3位的是「Aging，bioavailability，and overestimation of risk from environmental pollutants」，主要研究土壤中有機污染物的生物有效性隨著時間推移的變化趨勢。從高被引頻次文獻來看，主要研究問題包括土壤中有機物的吸附、分布、累積及降解機理等。

【5】關鍵詞及研究熱點

土壤中多環芳烴研究相關文獻的關鍵詞分析可以反映該領域研究熱點。基於VOSviewer，對1990—2014年所有時段的相關關鍵詞，構建土壤環境中多環芳烴主題的知識圖譜（見圖2），可以得出此領域研究的幾個熱點：一是土壤中多環芳烴的生物降解與修復研究，其中微生物降解已成為最主要的多環芳烴污染土壤的修復技術，尤其真菌（如白腐菌（white-rot fungi））在降解高環多環芳烴方面表現突出，此類研究多集中於微生物降解機理與影響因素的探討；二是多環芳烴在各介質中的溶解與吸附研究，界面吸附行為模式及各種表面活性劑的研究是其中的熱點；三是多環芳烴的源解析研究，主要應用特徵比值、地統計學和穩定同位素等技術方法，重點關注大氣和河流中多環芳烴的來源。此外，有關多環芳烴提取、回收和標定等的測定方法研究也不斷取得新進展。對2010—2014年的相關關鍵詞進行合併整理，前20的排名見表6。結果表明，土壤環境中多環芳烴的降解和修復仍是近5年該領域研究的熱點，其中生物有效性備受關注，如根際微生物對多環芒烴的降解作用等。近5年研究得最多的多環芳烴類物質是菲和芘，同時土壤環境中多環芳烴的研究往往與水、沉積物及大氣中的重金屬、持久性有機污染物和有機氯農藥等污染物的相關研究聯繫在一起。吸附機理研究仍受重視。「中國」相關研究在近5年中占重要地位。

結論

科學文獻的數量和質量無疑是對科學技術水平的一種量度。對1990—2014年Web of Science資料庫收錄的土壤環境中多環芳烴相關研究文獻分析表明，有關土壤環境中多環芳烴研究論文的數量整體呈逐年持續增長趨勢，其中來自中國的研究尤其突出，2014年發文量已經占當年世界發文量的36.83%。美國的發文量、總被引頻次和H指數均居首位，中國的發文量和總被引頻次居次席，但從國家、機構和學者來看，中國研究論文的篇均被引頻次均明顯偏低，整體論文質量有待提升。綜合來看，該領域國際上最具影響力的期刊是Environmental Science & Technology。通過對關鍵詞的分析發現，該領域的研究熱點多集中於土壤環境中多環芳烴的降解及生物修復、多環芳烴在各介質中的溶解與吸附、以及多環芳烴的源解析等方向，「中國」相關研究在近5年中占重要地位。

來源：《土壤學報》2016年第5期，題目：土壤環境中多環芳烴研究的回顧與展望。

作者：吳健1　王敏1　靳志輝2　吳建強1　沙晨燕1齊曉寶2唐浩1　黃沈發1，2

單位：1上海市環境科學研究院，上海　200233；2東華大學環境科學與工程學院，上海　200051

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