基于文献计量分析的农村生活污水处理研究态势解析
研究背景：2018 年，在全国生态环境保护大会上，国家主席习近平指出农村水污染问题综合治理已成为我国美丽乡村建设的重要部分，同时也是改善农村人居环境的重要内容。据统计，农村地区水污染排放总量占全国污水排放总量的1/2以上，且与我国城市污水处理率( 94. 54%)相比，农村生活污水处理率仅为22%。可见，农村生活污水处理已成为制约“美丽乡村”建设、农村人居环境综合整治的重要因素之一。
农村生活污水主要来源于厕所、厨房、浴室和禽畜养殖等用水，其具有水质水量波动大、有机物含量高、易引发环境污染等特征。在农村生活污水处理研究领域，已有较为丰富的研究成果。目前，国内外学者对农村生活污水处理的研究主要致力于探索开发适合农村特殊社会环境、自然环境、文化背景的治理技术以及对不同处理技术实际应用效果的评价。现有农村生活污水处理技术形式多样，内容丰富，主要有人工湿地技术、蚯蚓生态滤池、土地渗滤处理技术、稳定塘、膜生物反应器等。此外，学者们也对农村生活污水处理的不同形式或者组合模式效果进行了评价，主要包括生物接触氧化与温室结构湿地系统、生活污水综合处理系统、多土层系统与砂滤池联合处理模式等。对以上处理技术评价结果为污水处理系统的后期运营维护研究不足，以及处理技术与农村地区适用性和经济性不匹配等问题。虽然诸多国内外学者关注农村生活污水处理研究，但对于国际、国内该领域研究的整体发展过程、研究现状，研究热点以及趋势至今未见系统性的报道。
近年来，文献计量学被用作分析和预测学科研究领域趋势的重要方法。文献计量学主要以科学文献为基础，深度挖掘文献的数量关系以及变化规律，从而解读该学科领域发展趋势、研究热点和前沿动态，被广泛应用于文献规律研究、科研产出、学术水平评价以及研究趋势分析方面。本文利用文献计量学，对国内外农村生活污水处理领域的发文量、重要机构、重要发文国家和高发文期刊等进行统计分析和总结。同时，利用VOSviewer 软件分析工具，对本领域的高发文作者和高频关键词进行聚类可视化，分析农村生活污水处理领域发展动态趋势及热点前沿，以期为我国农村生活污水治理政策制定、发展规划等提供决策支持，并为科研人员提供参考和借鉴。
摘 要
基于Web of Science ( WoS) 和中国知网(CNKI) 科学文献，运用文献计量统计和可视化方法，对25年农村生活污水处理研究领域发文量、主要发文国家、主要作者和关键词等指标进行分析。1995—2019年WoS 和CNKI 数据库分别收录该领域文献883 篇和584 篇。WoS 中的文献涉及全球64个国家，其中中国发文量占总发文量的22.2%，领先于欧美发达国家。主要发文作者方面，中国学者吕锡武在WoS 和CNKI 数据库中发文量累计达到22篇，位居全球榜首。综合WoS 和CNKI 数据库，“污水处理”“农村生活污水”和“人工湿地”为文献高频关键词，表明该领域的核心内容是一直围绕农村生活污水的处理和常用处理工艺人工湿地研究。近25年来，农村生活污水处理研究领域主要从早期污水处理工艺选择和应用、目标污染物去除效果以及处理设施运行成本等方面逐步过渡发展到微生物群落角度揭示去除机理、GIS 解析源头以及与农村人居环境整治的相互作用关系等方面。
01 研究方法
1.数据来源
本研究外文数据来源于科睿唯安( Clarivate Analytics) Web of Science ( WoS) 核心合集数据库中的Science Citation Index Expanded ( SCI-E)数据库，WoS 采用基本检索方式， 以“ruralwastewater treatment”为检索主题，文献类型为所有文献类型。中文数据来自中国知网( CNKI) 北大中文核心期刊数据库，选用高级检索方式，在CNKI 期刊库中限定为高级检索中的核心期刊进行专业检索，以“农村生活污水处理”为主题词，文献分类目录选择基础科学、工程科技Ⅰ辑、工程科技Ⅱ辑和农业科技4个目录。外文和中文数据采集时间均为1995—2019 年，查阅已检索文献标题和摘要，判断其是否为农村生活污水处理研究相关的文献，不相符文献删除。最终筛选出符合要求的外文文献883 篇，中文文献584 篇。以上数据检索及下载时间均为2020年02月28日。
2.研究方法
借助WoS 和CNKI 数据库自带的分析检索结果功能对全部检索结果进行基于计量学原理分析。关键词网络图和作者间合作网络图在VOSviewer 中绘制，在关键词网络图中，1个节点代表1 个关键词，节点圆圈大小代表在图中出现的频次，关键词相互间联系强弱用节点之间连线的粗细来表示; 在作者间合作网络图中，节点圆圈大小代表发文量多少，不同作者间合作关系的强弱用节点间连线的粗细表示。使用Excel、Origin 8. 0 软件对检索结果进行作图和指标对比分析。
02 结果与分析
1.文献时序分析
据统计，1995—2019年，CNKI 收录农村生活污水处理核心期刊文献共584篇。依据发文量发展态势可分为以下3个阶段，分别为起步阶段、快速发展阶段和稳定发展阶段。
第1 阶段为初期起步阶段(图1) ，时间节点为1995—2005年。从2001年开始有农村生活污水处理相关文献刊发在中文核心期刊上，这11年共发文量为4 篇。第2阶段为快速发展阶段，时间节点为2006—2014年，这9年共发文量为376 篇，发展趋势大致为逐年增加，然后小幅降低，2012年发文量达到70篇，说明农村生活污水处理相关研究达到峰值。第3阶段为稳定发展阶段，时间节点为2015—2019年，这5年共发文量为204篇，与第2阶段年均发文量基本持平。
1995—2019年，WoS 收录农村生活污水处理核心期刊文献共883篇。同样，依据其发文量趋势可划分为4个阶段: 分别为初期起步阶段、波动上升阶段、平稳发展阶段和快速波动上升阶段。第1 阶段为1995—2002年，是农村生活污水处理相关研究的初期起步阶段。从1995年开始有农村生活污水处理相关文献刊发在WoS 收录的英文期刊上，这8年共发文量为86 篇。第2 阶段为2003—2010年，是农村生活污水处理相关研究的波动上升阶段，这8 年共发文量为240 篇。第3 阶段为2011—2014 年，是农村生活污水处理相关研究的平稳发展阶段，这4 年共发文量为188篇，发文量平缓，趋于稳定。第4 阶段为2015—2019年，是农村生活污水处理相关研究的快速波动上升阶段，这5年共发文369篇，2018年发文量达到90 篇，说明农村生活污水处理相关研究达到峰值(图1) 。
综合CNKI 和WoS 数据库发文量发现，2008—2010年，WoS 和CNKI 数据库关于农村生活污水处理的相关研究处于共同上升趋势，2010 年比2008年发文量增加了2倍。在2010—2014年，CNKI 数据库共发文量为302 篇，高于WoS 数据库发文量238篇，并且这5 年国内中文核心期刊发文量每年都高于WoS数据库的SCI 源期刊。说明这段时间内农村生活污水处理相关研究发展迅猛，并且国内作者更倾向于发表在国内中文核心期刊上。然而这种趋势在2014—2019年发生了变化，WoS 数据库这6年共发文量为417篇，SCI 发文量逐年递增; 而CNKI 中文核心库中这6年共发文量为268篇，中文核心期刊发文量逐年递减。原因大致有2种: 一是大量国内学者改投英文SCI源期刊，另一种是有部分会议论文未补进CNKI数据库。其可能原因是国内学者逐步重视SCI 源期刊的发表，因此改投英文SCI 源期刊，导致CNKI 数据库论文数量下降。
2.主要作者及其合作关系
WoS 数据库中883 篇文献共有作者3300 位，其中发文量前10 位的作者如表1 所示。WoS 数据库中发文量前10 位作者共发表农村生活污水处理相关研究领域论文72 篇，占论文总量的8. 15%。从WoS 作者合作网络图谱(图2)可知: 国外关于农村生活污水处理领域形成了2个核心作者群，第1个是以Wong C S 和Hanson M I 为核心的作者群; 第2个是Carlson J C、Low J E、Challis J K 和Anderson J C 组团形成的核心作者群。农村生活污水处理领域形成了较明显的核心作者群，且以国外学者为主，即使我国个别学者在该领域发文量较大，但是相互间合作关系比较分散，核心作者群不明显。
国内CNKI 数据库中584 篇文献共有作者1706位，发文量前10 位的作者吕锡武、李先宁和郑正等共发表农村生活污水处理相关研究领域论文72 篇，占论文总量的12. 3%(表2) 。值得注意的是，我国学者吕锡武在WoS 和CNKI 数据库中发文量累计达到22 篇，位居全球榜首。从CNKI 作者合作网络图谱(图3) 可知: 国内关于农村生活污水处理领域形成多个核心作者群，主要有以吕锡武、李先宁、白永刚、段婧婧、杨林章和朱光灿等为核心的作者群，同时不同核心作者群之间也存在密切合作关系。其中，吕锡武和李先宁与其他作者之间的合作性强，合作发文量较高。
3.WoS 数据库文献涉及国家
WoS 数据库中883 篇涉及农村生活污水处理研究领域的文献来自64 个国家。如图4 所示: WoS 数据库中发文量前10位作者共发表农村生活污水处理相关研究领域论文667篇，占论文总量的75. 32%，发文量最多是中国(196篇) ，其次是美国(128篇) 、加拿大(58篇) 、澳大利亚(55篇) 、德国(55篇) 、西班牙(38篇) 等，中国学者发文量分别是上述国家的1.5，3.3， 3.5，3.5，5.1倍。我国学者在农村生活污水处理领域发文量远高于其他国家，占64个国家总发文量的22.2%，说明我国学者在该领域科研活动活跃，具有一定国际影响力和突出的科研实力。
4.研究机构
表3 显示了全球农村生活污水处理发文量前10的研究机构。发表在WoS 核心合集期刊上的前10文献量总共为173篇，占总检出文献数的19. 5%，发表在CNKI 检索收录的期刊前10总共为139篇，占总检出文献数的23. 4%。CNKI 数据库中，发表农村生活污水处理的研究机构大体为科研院所和大学各占1 /2，发文量最多的大学和科研院所分别是同济大学(29篇) 和中国环境科学研究院(14篇) 。其中，同济大学发文量占我国所有研究机构发文量的4. 9%，中国环境科学研究院发文量占我国所有研究机构发文量的2. 3%。WoS 数据库中，有关农村生活污水处理研究领域发文量前5的研究机构全部是来自中国和欧美发达国家的国家级科研院所，累计发表112篇，占所属国发文总量的百分比高于25%(中国科学院生态环境研究中心和中科院合并) ，说明在农村生活污水处理研究领域主体为各国主要环境类科研院所。
5.文献来源期刊分析
在WOS 数据库中，农村生活污水处理研究文献共发表在335 个国际期刊上，发文量前10的期刊如表4 所示。在前10名高发文期刊中，累计发文量311 篇，占总文献的35.2%。影响因子最高的期刊为Water Research(7.913) ，其次是Bioresource Technology( 6.69) ，影响因子较低的是Desalination and Water Treatment 和WaterScience and Technology，其影响因子分别为1.234和1.624，但是其发文量较多。在CNKI 数据库中，发文量多于4 篇的期刊共有24 种，累计发文量441 篇，占总文献的75.5%。发文量最多的期刊为《中国给水排水》(74篇) ，其次是《水处理技术》(53篇) 、《给水排水》(45篇) 。中文核心期刊中复合影响因子最高的是《农业环境科学学报》(2.476) ，其次是《环境工程学报》(1.387) 。
6.关键词分析
由图5及软件分析可知，国内、国外关于农村生活污水关键词总数分别为4063个和2246个，国内、外篇均关键词分别为4.6个和3.8个，图谱软件中筛选阈值都选为5(1篇文献中至少5个关键词) ，国外、国内达到阈值指标的关键词个数分别为289和99，说明国内外农村生活污水处理研究领域在研究内容上丰富程度存在较大差异。
由图5、6 可以发现: 国内农村生活污水处理研究关键词共现较强的有农村生活污水、生活污水、人工湿地、农村、污水处理、脱氮除磷等，国外农村生活污水处理研究共现较强的关键词为removal、performance、nitrogen、waste-water、constructed wetlands 和phosphorus。由中国知网(CNKI) 和WoS数据库收录文献关键词强度可知(表5) : 目前CNKI关于农村生活污水处理研究收录的文献重点集中在农村生活污水处理设计工艺以及污水处理设施设备的研发方面。而WoS 数据库则更关注于不同生物、化学和物理工艺对农村生活污水的处理效果以及去除机制机理。
03 结论
1) 以WoS 和CNKI 数据库为基础，通过文献计量学方法，分析了农村生活污水处理研究前沿和热点，基于此解析了该领域发展态势和未来研究前景。
2) 2012 年我国关于农村生活污水处理的研究达到顶峰，未来一段时间内WoS 数据库发文量会持续增加，CNKI 数据库发文量会保持稳定。我国学者吕锡武、李先宁在该领域具有较大影响力，无论在发文量还是在与其他学者合作强度方面都处于领先。
3) 该领域早期研究内容仅停留在不同处理工艺的应用效果方面，研究内容较单一，深度有限，而近年来农村生活污水处理研究在广度和在深度上均有明显扩展。
