稻田重金属污染修复治理技术及效果文献计量分析:斗牛游戏

本文摘要:综述:为了了解国内外稻田重金属污染修复管理的研究进展、趋势和效果,检索了2006-2017年中国知网中文期刊全文数据库和科学网第一版核心数据库中与稻田重金属污染修复管理相关的文献,并通过软件对相关文献进行分析,对稻田镉污染修复管理技术和效果进行了再次检验。

斗牛游戏

综述:为了了解国内外稻田重金属污染修复管理的研究进展、趋势和效果,检索了2006-2017年中国知网中文期刊全文数据库和科学网第一版核心数据库中与稻田重金属污染修复管理相关的文献,并通过软件对相关文献进行分析,对稻田镉污染修复管理技术和效果进行了再次检验。结果表明,近12年来,该领域的中英文文章数量在国内外基本持平;近六年来,发表的文章数量增长迅速,但地方中文论文数量据说偏低;本领域主要期刊为《农业环境科学学报》 《环境科学》 《生态环境学报》 《Environmental Pollution》 《Journal of Hazardous Materials》 《Chemosphere》 《全国土壤污染状况调查公报》和《全国土壤污染状况调查公告》。研究的主要重金属是镉、铅和砷。

稻田重金属污染的修复管理技术主要包括基础腐蚀修复剂、重金属低积累水稻品种、叶面抗性控制剂和农艺控制措施等相同/稳定的修复技术。田间条件下修复和治理稻田镉污染的主要技术,采用该技术的水稻平均排镉亲本率,低镉积累水稻品种为74.50%,粘土矿物钝化剂为46.85%,叶面肥控阻剂基础施用为44.52%,无机复合改良剂为42.19%,水管理基础施用为41.19%。近30年来,随着我国工业化进程的加快和社会经济的缓慢发展,农田土壤污染和质量改善问题日益突出。环境保护部、国土资源部2014年4月公布的《农业环境科学学报》显示,我国耕地重金属等污染物的微克亲和力约为19.4%,镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍等8种无机污染物的微克亲和力分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%,耕地土壤重金属污染不会造成农产品中的微克重金属含量。

重金属作为人体非必需元素,半衰期长,不易通过食物链在人体内积累。食用被重金属污染多年的食物,可导致骨中毒、肾损伤、免疫系统缺陷、生殖功能障碍、致畸、致癌等疾病。近年来,我国发生了几起重金属污染事件,包括镉大米、镉小麦和血铅超标。

水稻作为中国最大的粮食作物,年种植面积2860万hm2,年产量1.85亿吨,占粮食总产量的40%。我国水稻主产区西南、华南和中南是土壤重金属污染较为明显的地区。因此,为了我国的生态环境和食品安全,修复和治理水稻土重金属污染,保障水稻的食用安全是不可忽视的。对于大面积水稻田重金属污染的修复和治理,目前常采用相同/稳定化的方法,降低污染土壤中重金属的生物有效性,防止作物吸收,使部分污染程度较低的农田后期可以安全生产农产品。

主要机制是改变重金属在土壤中不存在的状态,降低其在土壤中的流动性和生物有效性,使土壤中的重金属保持不变/稳定,增加作物中重金属的丰度,从而增加重金属对作物的危害。例如,无机、有机及其组合形式的碱性腐蚀。

不同水稻品种间重金属积累量差异不显著,通过对重金属积累量较低的品种进行试验,可以有效降低水稻中的重金属含量。此外,水分管理和叶面抗性控制剂也能有效降低水稻中重金属的含量。

文献计量学以文献系统和文献计量学特征为研究对象,广泛用于文献信息分析,进而评价某一领域的科学发展现状和水平。本文通过检索中国知网中文期刊全文数据库和科学网第一版核心数据库中2006-2017年稻田重金属污染修复管理领域的文献,并利用Excel软件对文献进行核对和整理,利用HistCite标注分析软件对相关文献进行统计分析,了解国内外稻田重金属污染修复管理领域的最新研究进展、修复技术类型和特点。通过文献分析,梳理了田间试验条件下稻田镉污染修复管理技术的修复管理效果,以期为我国稻田重金属污染修复管理提供理论依据。1资料与方法1.1中文数据来源本文中文数据来源于中国知网中文期刊全文数据库。

利用中国知网的高级检索功能,检索时间跨度为2006-2017年,累计检索时间为2017年12月31日。以“重金属”和“水稻”或“稻田”为主题,使用“改良”、“腐蚀”、“相同”、“调理”、“抗性控制”和“修复”,1.2英文数据源本文英文数据来源于汤森路透发布的科学网(Web of ScienceTM)第一版核心数据库。

该数据库收录的文献涵盖了世界上最重要、最有影响力的研究成果,被普遍认为是世界自然科学领域最重要的检索平台。使用主题词(TS), 稻田设计和重金属修复的文献检索公式如下:ts=((酸性土壤*或稻田*或稻田或农业土壤*)和(重金属*或铅或黑铅或铅或镉或汞或水银或铬或砷或铜或锌或镍)和(去除或净化或稳定化*或植物修复*或生物修复*或共同修复*或植物稳定化*或植物渗透*或超积累或修复* 或修复或恢复*或本地化*或累积*或固定*或改进*或控制或钝化或修复*或修正)不选不选时),检索时间为2006-2017年,文献类型为文章和综述。经逐一整理和选择,共提供593篇英文相关文献。

1.3研究方法:中文文献以Excel文件格式给出。利用Excel对统计数据进行分类整理,从年度发表量、来源期刊分析、关键词分析、研究热点等方面对2006-2017年发表的稻田重金属污染修复技术文献进行计量和统计分析。利用科学网(Web of ScienceTM)数据库的分析工具HistCite软件和Excel 2013软件,从国家/地区发表量、来源期刊分析、关键词分析、研究方向和热点等方面对2006-2017年发表的稻田重金属修复技术文献的统计数据进行了测算。

其中,在使用his cite软件进行数据分析时,根据研究内容将来自科学网核心第一版数据库的txt全记录格式的标题引入his cite软件,然后进行分析。从1144篇中英文文献中,对田间试验条件下修复稻田镉污染的各种技术文献进行了复检,并从文献中提取了修复稻田镉污染的相关数据。各种技术修复稻田镉污染的效果(各种修复技术对土壤pH值的改善,土壤中镉生物有效性的降低,水稻对镉的排斥亲和力等。)进行了分析和比较。

结果与辩论2.1发表的文章量和年度变化趋势中发表的文章量密切相关。研究者对该领域热点的关注,在一定意义上表明了稻田重金属修复的发展速度和程度。

SCI发表的论文数量在一定程度上可以反映一个国家/地区的整体科研实力和国际影响力。从年度发表文章的结果来看(图1),2006-2011年中英文稻田重金属修复领域发表的文章下降幅度不大,但2011-2017年中英文稻田重金属修复领域发表的文章增长迅速。到2017年,中文发表文章111篇,是2011年的5.5倍;英文发表文章118篇,是2011年的3倍。

2011年至2017年,该领域中英文出版物的年增长率分别为115%、32.5%、5.3%、-1.7%、44.1%、30.6%和2.6%、12.5%、22.2%、25.5%、94.2%和-11.9%,2012年至2017年,中英文发表的文章总数分别占文章总数的75.3%和77.7%2015年后,中英文发表的文章数量呈环形爆炸式快速增长。主要原因可能是环境保护部和国土资源部2014年4月17日公布的实施8年的《生态学报》,以及2014年4月24日新的环境保护法的实施,进一步有效推动了研究人员对稻田污染修复的研究工作,减缓了该领域的研究热情。

国外土壤重金属修复文献的统计数据显示,自20世纪80年代以来,已经有土壤重金属修复的研究,发表的文章数量不断增加,而国内此时积极开展的研究较少。2006-2017年,国内外稻田重金属修复领域的趋势完全相同,基本相同,发表文章数量处于缓慢发展期。2.2主要国家发表论文分析一个国家/地区发表的论文在一定程度上代表了某一领域研究的活跃程度,TGCS反映了一个国家/地区的整体科研实力和影响力,而TLCS则代表了该国在该领域发表论文的最重要程度,可以更熟悉地指出一个国家在该领域的影响力。

包括中国、印度和美国在内,共有50个国家/地区发表了稻田重金属污染修复的研究论文。根据现有数据,对2006-2017年不同国家/地区发表的论文进行了分析。发表论文最多的10个国家/地区如表1右图所示。中国以387篇论文排名第一,远远领先于其他国家,占英文发表论文总数的65.3%,分别是印度排名第二的4.5倍和美国排名第三的6.2倍,从表1可以看出,虽然中国发表的文章数量排名第一,水田重金属修复与管理领域发展缓慢,但被引用的文章数量和被引用的地方文章数量都偏高。

指出我国在该领域的研究虽然活跃,但国际影响力不低,不应该加强该领域的创新研究。日本发表的文章数量排名第四,所有文章被调用的次数和所有地方文章被调用的次数排名第一,指出日本在稻田重金属污染修复与管理领域的文章影响力很强。2.3期刊来源分析对2006-2017年我国稻田重金属污染修复领域的文献检索结果进行分析,收录在与稻田重金属修复相关的研究论文中文期刊前10位,如表2。

这10种期刊中,《Environmental Science and Pollution Research》篇,95篇论文,占发表期刊总数的15.94%。综合影响因子最低的期刊为《Journal of Hazardous Materials》,为2.521。

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前10名中文期刊发表的文章总数为284篇,占该领域中文期刊发表文章总数的51.54%。分析了2006-2017年稻田重金属污染修复领域英文文献的检索结果。稻田重金属修复相关研究论文收录英文期刊187篇,英文发表的前10位期刊见表3。

《Environmental Pollution》是拥有57篇文章的头号期刊。近五年平均影响因子最低的期刊是《Science of the Total Environment》,其影响因子为6.513,其次是《Chemosphere》《Ecotoxicology and Environmental Safety》和《Journal of Environmental Sciences》。

近五年平均影响因子分别为5.291、4.984、4.551和4.000,
一个期刊上的地方文章的TCLS/R可以直接反映出该期刊发表的研究文章在稻田重金属修复领域的不尊重程度。本地文章数量最低的是5.38,为《Environmental Pollution》,其次是《Journal of Hazardous Materials》 《Geoderma》 《Chemosphere》和《Environmental Pollution》。

基于近5年平均影响因子和地方文章被称为的前5位期刊,总结出在稻田金属污染修复领域具有较强影响力的3种期刊为《Journal of Hazardous Materials》 《Chemosphere》和《全国土壤状况调查公报》。2.4水稻田重金属污染类别分析水稻田重金属污染类别的文章数量也代表了某种重金属在一定意义上的污染程度。图2显示了2006年至2017年中国稻田重金属污染的类别。

可见,中文发表的第一篇重金属是镉,发表文章约548篇,占中国稻田重金属污染修复发表文章总数的56.32%;某种程度上,通过分析2006-2017年英国稻田重金属污染的修复类别(图3),发现镉仍是第一个发表的重金属,发表文章约458篇,占31.11%。此外,2006-2017年,中英文稻田重金属污染修复领域的主要关键词经常被相乘(图4和图5),相乘次数最低的前100个关键词被分类拆分。稻田中增殖最低的重金属在一定程度上是镉。

说明镉污染是包括中国在内的全球稻田重金属污染中最引人注目的,这与中国2014年0103010报告的镉的点微克率为7.0%的结论是一致的,是所有无机污染中污染最严重的,铅、砷等重金属的污染也相当严重。中英文稻田重金属污染类别分别为镉、铅、砷、铜、锌。指出重金属在稻田重金属污染修复领域的研究重点是镉、铅、砷、铜、锌,间接解释了世界上稻田主要不受这五种重金属污染。对比中英文发表的关于稻田砷污染的文章比例,英文明显低于中文,指出国外对稻田砷污染修复的研究比国内多。

许多研究指出,管理铅、镉、铜、锌等重金属的化学调理剂,一般可以提高土壤的pH值,可能在相当程度上提高土壤中砷的生物活性。当管理被镉、铅和砷污染的稻田时,它对修复一些重金属污染是有效的,但对砷不一定有效。

因此,不仅要修复和治理稻田单一重金属污染,还要重视修复和治理稻田重金属填充污染的效果。2.5 2006-2017年稻田重金属污染修复技术分析2000年水田重金属污染修复前100个关键词经常出现在中文和英文中(图4和图5)。

研究发现,稻田重金属污染修复主要是通过腐蚀或改良技术使重金属进入土壤,从而降低土壤中重金属的生物有效性,增加水稻对重金属的有效吸收和积累。这种钝化剂包括石灰、硅酸钙、磷酸盐、有机涂料和生物炭。其次,还通过叶面喷施抗性控制剂,阻止重金属转运基因和细胞壁同一部位重金属的传递,从而有效控制重金属向水稻的转运。这种叶片表面的抗性控制剂包括硅、硒和锌等。

还可以采取水管理等农业措施来减少水稻对重金属的吸收和积累。根据修复类型,将2006-2017年1144篇关于稻田重金属污染修复的中英文文献分为6类:基础腐蚀、水稻品种检验、农艺措施、叶片抗性控制、生物修复、机理/综述。公布的金额如图6所示。

国内外稻田重金属污染修复技术主要以基础设施腐蚀为主,中文发表文章377篇,英文发表文章397篇,分别占所有稻田重金属污染修复技术的53.9%和49.0%。与2006-2017年发表的中英文稻田重金属污染修复技术的文章相比,国内研究者更注重水稻品种的检验和叶面抗性控制剂对水稻的抗性和控制效果的研究,而国际研究者更注重生物修复技术和机理/综述的研究工作。就我国而言,重金属污染土壤约1107 hm2,其中轻、中度重金属污染占微克点的94.3%,且大部分地区产于南方水热资源丰富的亚热带地区,修复治理后的土壤具有很大的利用潜力。中度和轻度污染土壤修复后,单位面积产量可提高10%以上。

因此,修复和管理受轻、中度重金属污染的大面积稻田具有重要的现实意义。根据生物地球化学理论,稻田重金属的不道德性是水、土壤、气体和生命共同作用的表面过程。镉、砷等元素从土壤矿物到植物根表面的迁移机制以及从根到籽粒的运输机制是关键的科学问题。

从基础角度来看,发展腐蚀技术减少重金属从矿物质向根表迁移,发展生理隔离技术(叶表抑制剂)防治重金属在可食部位积累,是防治水稻重金属积累的有效途径。2.6水稻田镉污染修复技术效果分析在“2.4水稻田重金属污染类别分析”中,得出水稻田镉污染尤为显著,必须保证水稻的食用安全。

统计分析许多稻田修复镉污染的技术效果(水稻对镉的排斥亲和力),不利于检验稻田镉污染的高效修复技术。对2006-2017年稻田重金属污染修复领域的1144篇文章进行了二次检查,在田间试验条件下筛选出具有稻田镉污染修复技术的文章,收集了修复技术前后土壤性质、修复技术后的pH变化单位、还原态土壤镉的生物有效性、镉含量、水稻产量等统计数据(表4)。稻田镉修复技术还包括石灰类物质、硅钙类物质、粘土类矿物、有机涂料、生物炭、磷酸盐、生物肥料、无机有机复合改良剂、叶面抗性控制剂、叶面抗性控制剂基础应用改良剂、水分管理基础应用改良剂、品种检验等。

从表4可以看出,试验场地土壤的pH值多为酸性,土壤中的镉含量相当严重微克。除了叶片抗性c
其中,水稻的排镉亲本率最低,为74.50%,其次为46.85%、44.52%、42.19%、41.19%、38.69%、35.67%、34.62%、33.89%、31.28%、27.23%、21.1%磷和生物炭是稻田镉污染的修复技术,分别增产13.86%和13.16%。

结论(1)2006-2017年我国稻田重金属污染修复领域发表论文数量与世界基本持平,2011年以来发表论文数量迅速下降。研究的轻金属元素主要是镉、铅、砷、铜和锌。研究重点主要是稻田镉污染的修复和管理,相同/稳定技术最常用于基础设施的腐蚀修复。

(2)根据2006-2017年稻田镉污染修复技术修复效果的统计数据,镉累积量较低的水稻对镉的排斥效果最差,其次是粘土矿物、叶面肥效控制剂基础施用改良剂、无机有机化合物改良剂、水分管理基础施用改良剂、无机有机化合物改良剂,对镉的排斥亲和力依次为74.50%、46.85%和44.52%。

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