基于文獻計量分析的農村生活污水處理研究態勢解析
研究背景：2018 年，在全國生態環境保護大會上，國家主席習近平指出農村水污染問題綜合治理已成為我國美麗鄉村建設的重要部分，同時也是改善農村人居環境的重要內容。據統計，農村地區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，農村生活污水處理率僅為22%。可見，農村生活污水處理已成為制約“美麗鄉村”建設、農村人居環境綜合整治的重要因素之一。
農村生活污水主要來源于廁所、廚房、浴室和禽畜養殖等用水，其具有水質水量波動大、有機物含量高、易引發環境污染等特征。在農村生活污水處理研究領域，已有較為豐富的研究成果。目前，國內外學者對農村生活污水處理的研究主要致力于探索開發適合農村特殊社會環境、自然環境、文化背景的治理技術以及對不同處理技術實際應用效果的評價。現有農村生活污水處理技術形式多樣，內容豐富，主要有人工濕地技術、蚯蚓生態濾池、土地滲濾處理技術、穩定塘、膜生物反應器等。此外，學者們也對農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構濕地系統、生活污水綜合處理系統、多土層系統與砂濾池聯合處理模式等。對以上處理技術評價結果為污水處理系統的后期運營維護研究不足，以及處理技術與農村地區適用性和經濟性不匹配等問題。雖然諸多國內外學者關注農村生活污水處理研究，但對于國際、國內該領域研究的整體發展過程、研究現狀，研究熱點以及趨勢至今未見系統性的報道。
近年來，文獻計量學被用作分析和預測學科研究領域趨勢的重要方法。文獻計量學主要以科學文獻為基礎，深度挖掘文獻的數量關系以及變化規律，從而解讀該學科領域發展趨勢、研究熱點和前沿動態，被廣泛應用于文獻規律研究、科研產出、學術水平評價以及研究趨勢分析方面。本文利用文獻計量學，對國內外農村生活污水處理領域的發文量、重要機構、重要發文國家和高發文期刊等進行統計分析和總結。同時，利用VOSviewer 軟件分析工具，對本領域的高發文作者和高頻關鍵詞進行聚類可視化，分析農村生活污水處理領域發展動態趨勢及熱點前沿，以期為我國農村生活污水治理政策制定、發展規劃等提供決策支持，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(CNKI) 科學文獻，運用文獻計量統計和可視化方法，對25年農村生活污水處理研究領域發文量、主要發文國家、主要作者和關鍵詞等指標進行分析。1995—2019年WoS 和CNKI 數據庫分別收錄該領域文獻883 篇和584 篇。WoS 中的文獻涉及全球64個國家，其中中國發文量占總發文量的22.2%，領先于歐美發達國家。主要發文作者方面，中國學者呂錫武在WoS 和CNKI 數據庫中發文量累計達到22篇，位居全球榜首。綜合WoS 和CNKI 數據庫，“污水處理”“農村生活污水”和“人工濕地”為文獻高頻關鍵詞，表明該領域的核心內容是一直圍繞農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，農村生活污水處理研究領域主要從早期污水處理工藝選擇和應用、目標污染物去除效果以及處理設施運行成本等方面逐步過渡發展到微生物群落角度揭示去除機理、GIS 解析源頭以及與農村人居環境整治的相互作用關系等方面。
01 研究方法
1.數據來源
本研究外文數據來源于科睿唯安( Clarivate Analytics) Web of Science ( WoS) 核心合集數據庫中的Science Citation Index Expanded ( SCI-E)數據庫，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。中文數據來自中國知網( CNKI) 北大中文核心期刊數據庫，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檢索，以“農村生活污水處理”為主題詞，文獻分類目錄選擇基礎科學、工程科技Ⅰ輯、工程科技Ⅱ輯和農業科技4個目錄。外文和中文數據采集時間均為1995—2019 年，查閱已檢索文獻標題和摘要，判斷其是否為農村生活污水處理研究相關的文獻，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。以上數據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 數據庫自帶的分析檢索結果功能對全部檢索結果進行基于計量學原理分析。關鍵詞網絡圖和作者間合作網絡圖在VOSviewer 中繪制，在關鍵詞網絡圖中，1個節點代表1 個關鍵詞，節點圓圈大小代表在圖中出現的頻次，關鍵詞相互間聯系強弱用節點之間連線的粗細來表示; 在作者間合作網絡圖中，節點圓圈大小代表發文量多少，不同作者間合作關系的強弱用節點間連線的粗細表示。使用Excel、Origin 8. 0 軟件對檢索結果進行作圖和指標對比分析。
02 結果與分析
1.文獻時序分析
據統計，1995—2019年，CNKI 收錄農村生活污水處理核心期刊文獻共584篇。依據發文量發展態勢可分為以下3個階段，分別為起步階段、快速發展階段和穩定發展階段。
第1 階段為初期起步階段(圖1) ，時間節點為1995—2005年。從2001年開始有農村生活污水處理相關文獻刊發在中文核心期刊上，這11年共發文量為4 篇。第2階段為快速發展階段，時間節點為2006—2014年，這9年共發文量為376 篇，發展趨勢大致為逐年增加，然后小幅降低，2012年發文量達到70篇，說明農村生活污水處理相關研究達到峰值。第3階段為穩定發展階段，時間節點為2015—2019年，這5年共發文量為204篇，與第2階段年均發文量基本持平。
1995—2019年，WoS 收錄農村生活污水處理核心期刊文獻共883篇。同樣，依據其發文量趨勢可劃分為4個階段: 分別為初期起步階段、波動上升階段、平穩發展階段和快速波動上升階段。第1 階段為1995—2002年，是農村生活污水處理相關研究的初期起步階段。從1995年開始有農村生活污水處理相關文獻刊發在WoS 收錄的英文期刊上，這8年共發文量為86 篇。第2 階段為2003—2010年，是農村生活污水處理相關研究的波動上升階段，這8 年共發文量為240 篇。第3 階段為2011—2014 年，是農村生活污水處理相關研究的平穩發展階段，這4 年共發文量為188篇，發文量平緩，趨于穩定。第4 階段為2015—2019年，是農村生活污水處理相關研究的快速波動上升階段，這5年共發文369篇，2018年發文量達到90 篇，說明農村生活污水處理相關研究達到峰值(圖1) 。
綜合CNKI 和WoS 數據庫發文量發現，2008—2010年，WoS 和CNKI 數據庫關于農村生活污水處理的相關研究處于共同上升趨勢，2010 年比2008年發文量增加了2倍。在2010—2014年，CNKI 數據庫共發文量為302 篇，高于WoS 數據庫發文量238篇，并且這5 年國內中文核心期刊發文量每年都高于WoS數據庫的SCI 源期刊。說明這段時間內農村生活污水處理相關研究發展迅猛，并且國內作者更傾向于發表在國內中文核心期刊上。然而這種趨勢在2014—2019年發生了變化，WoS 數據庫這6年共發文量為417篇，SCI 發文量逐年遞增; 而CNKI 中文核心庫中這6年共發文量為268篇，中文核心期刊發文量逐年遞減。原因大致有2種: 一是大量國內學者改投英文SCI源期刊，另一種是有部分會議論文未補進CNKI數據庫。其可能原因是國內學者逐步重視SCI 源期刊的發表，因此改投英文SCI 源期刊，導致CNKI 數據庫論文數量下降。
2.主要作者及其合作關系
WoS 數據庫中883 篇文獻共有作者3300 位，其中發文量前10 位的作者如表1 所示。WoS 數據庫中發文量前10 位作者共發表農村生活污水處理相關研究領域論文72 篇，占論文總量的8. 15%。從WoS 作者合作網絡圖譜(圖2)可知: 國外關于農村生活污水處理領域形成了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。農村生活污水處理領域形成了較明顯的核心作者群，且以國外學者為主，即使我國個別學者在該領域發文量較大，但是相互間合作關系比較分散，核心作者群不明顯。
國內CNKI 數據庫中584 篇文獻共有作者1706位，發文量前10 位的作者呂錫武、李先寧和鄭正等共發表農村生活污水處理相關研究領域論文72 篇，占論文總量的12. 3%(表2) 。值得注意的是，我國學者呂錫武在WoS 和CNKI 數據庫中發文量累計達到22 篇，位居全球榜首。從CNKI 作者合作網絡圖譜(圖3) 可知: 國內關于農村生活污水處理領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，合作發文量較高。
3.WoS 數據庫文獻涉及國家
WoS 數據庫中883 篇涉及農村生活污水處理研究領域的文獻來自64 個國家。如圖4 所示: WoS 數據庫中發文量前10位作者共發表農村生活污水處理相關研究領域論文667篇，占論文總量的75. 32%，發文量最多是中國(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，中國學者發文量分別是上述國家的1.5，3.3， 3.5，3.5，5.1倍。我國學者在農村生活污水處理領域發文量遠高于其他國家，占64個國家總發文量的22.2%，說明我國學者在該領域科研活動活躍，具有一定國際影響力和突出的科研實力。
4.研究機構
表3 顯示了全球農村生活污水處理發文量前10的研究機構。發表在WoS 核心合集期刊上的前10文獻量總共為173篇，占總檢出文獻數的19. 5%，發表在CNKI 檢索收錄的期刊前10總共為139篇，占總檢出文獻數的23. 4%。CNKI 數據庫中，發表農村生活污水處理的研究機構大體為科研院所和大學各占1 /2，發文量最多的大學和科研院所分別是同濟大學(29篇) 和中國環境科學研究院(14篇) 。其中，同濟大學發文量占我國所有研究機構發文量的4. 9%，中國環境科學研究院發文量占我國所有研究機構發文量的2. 3%。WoS 數據庫中，有關農村生活污水處理研究領域發文量前5的研究機構全部是來自中國和歐美發達國家的國家級科研院所，累計發表112篇，占所屬國發文總量的百分比高于25%(中國科學院生態環境研究中心和中科院合并) ，說明在農村生活污水處理研究領域主體為各國主要環境類科研院所。
5.文獻來源期刊分析
在WOS 數據庫中，農村生活污水處理研究文獻共發表在335 個國際期刊上，發文量前10的期刊如表4 所示。在前10名高發文期刊中，累計發文量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，但是其發文量較多。在CNKI 數據庫中，發文量多于4 篇的期刊共有24 種，累計發文量441 篇，占總文獻的75.5%。發文量最多的期刊為《中國給水排水》(74篇) ，其次是《水處理技術》(53篇) 、《給水排水》(45篇) 。中文核心期刊中復合影響因子最高的是《農業環境科學學報》(2.476) ，其次是《環境工程學報》(1.387) 。
6.關鍵詞分析
由圖5及軟件分析可知，國內、國外關于農村生活污水關鍵詞總數分別為4063個和2246個，國內、外篇均關鍵詞分別為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個關鍵詞) ，國外、國內達到閾值指標的關鍵詞個數分別為289和99，說明國內外農村生活污水處理研究領域在研究內容上豐富程度存在較大差異。
由圖5、6 可以發現: 國內農村生活污水處理研究關鍵詞共現較強的有農村生活污水、生活污水、人工濕地、農村、污水處理、脫氮除磷等，國外農村生活污水處理研究共現較強的關鍵詞為removal、performance、nitrogen、waste-water、constructed wetlands 和phosphorus。由中國知網(CNKI) 和WoS數據庫收錄文獻關鍵詞強度可知(表5) : 目前CNKI關于農村生活污水處理研究收錄的文獻重點集中在農村生活污水處理設計工藝以及污水處理設施設備的研發方面。而WoS 數據庫則更關注于不同生物、化學和物理工藝對農村生活污水的處理效果以及去除機制機理。
03 結論
1) 以WoS 和CNKI 數據庫為基礎，通過文獻計量學方法，分析了農村生活污水處理研究前沿和熱點，基于此解析了該領域發展態勢和未來研究前景。
2) 2012 年我國關于農村生活污水處理的研究達到頂峰，未來一段時間內WoS 數據庫發文量會持續增加，CNKI 數據庫發文量會保持穩定。我國學者呂錫武、李先寧在該領域具有較大影響力，無論在發文量還是在與其他學者合作強度方面都處于領先。
3) 該領域早期研究內容僅停留在不同處理工藝的應用效果方面，研究內容較單一，深度有限，而近年來農村生活污水處理研究在廣度和在深度上均有明顯擴展。
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