赵 玲，潘 涛，王 妍，蔡 悦
(上海海洋大学，海洋文化与法律学院学院，上海 201306)
海洋垃圾是指在沿海和海洋环境中处置或废弃的所有持久性的、人工制造或加工的固体物质[1-2]。随着海洋环境恶化，海洋垃圾给人类和环境造成的巨大威胁愈发受到关注[3]。各沿海国家政府、学界以及社会组织对此展开了大量研究，促使海洋垃圾研究在全球范围内不断深化，研究领域不断扩展。
目前，关于海洋垃圾的研究综述主要集中在海洋垃圾监测[4]，海洋垃圾来源、组成和分布[5]，海洋垃圾的负面影响及其评估[6-7]，海洋垃圾管理和防治[8-9]，海洋微塑料的分布、毒理和检测及分析方法等几个方面[10-12]。但还缺乏对该领域及其进展的全面把握，对全球海洋垃圾领域的主要研究力量、重点问题和发展脉络等探讨都略显不足。
为从宏观上把握海洋垃圾研究的整体态势，本文通过文献计量方法，对Web of Science核心合集数据库1987—2021年发表的相关文献进行扫描式研究。通过可视化知识图谱工具，厘清全球海洋垃圾研究的现状和热点趋势，以期缩小我国在海洋垃圾污染研究方面的知识差距，提升我国研究的国际化水平。同时，研究成果有助于减少我国在该领域的决策复杂性，为未来相关研究提供有益参考及启示。
1.1 数据来源
Web of Science(WOS)作为当今国际上最具影响力和权威性的数据库之一，其学术研究成果在一定程度上代表着学科发展的国际趋势和世界先进水平[13]。本研究以WOS核心合集数据库进行检索，设置检索式为：TS=("marine garbage"OR" marine litter" OR"marine debris" OR" marine waste" )，OR TS=( "microplastic"OR"micro-plastics" )，AND TI=("ocean" OR "sea" OR "marine" OR "channel" OR " bay" OR " strait" OR"coast" OR "beach")，设置时间跨度为1987—2021年。从原始记录中选取 Article和Review作为有效数据，经过查重等文献清洗方法共筛选出文献2 884篇，检索时间为 2021年5月25日。
1.2 分析方法
文献计量学(bibliometrics)以文献体系和文献计量特征为研究对象，进行定量分析，评价某个研究领域的发展现状和水平，进而对未来的发展趋势做出预测[14]。本研究以WOS核心合集数据文献信息为数据源，利用文献计量软件Bibexcel描述海洋垃圾主题文献的年度变化、期刊、国家、机构和作者研究状况，借助 Pajek、VOSviewer 可视化工具绘制高频关键词共现知识网络图谱，以此来探索全球海洋垃圾领域的研究现状、热点和趋势。
2.1 发文趋势分析
文献的发表年度分布情况是衡量科研成果和学科发展程度的一项重要指标，有助于我们了解该领域内学术研究的发展态势[15]。将筛选的文献数据按发表年度划分后发现，全球海洋垃圾研究成果已形成相当规模，总体呈现逐年递增的发展态势(如图1所示)。借用一阶线性齐式差方程(Nonhomogeneous Difference Equation)Pt=a×Pt-1(a为常数，t为年份，Pt为截至年份t已累积发表的文献数量)[16]，发现该领域的研究大致可分为三个阶段(具体见图1)：
1987—2007年为波动起步期。此阶段a值在[1.08，2]区间内波动，相邻年份间值域波动较大。研究以基础性工作为主，研究学科主要集中在环境科学与生态学、海洋淡水生物学上。
2008—2017年为匀速增长期。此阶段a 值主要在1.19上下徘徊。9 a共计发文708篇，占总发文量的35.6%，平均年增长率为37.27%，增长较为匀速。主要学科有生态学、毒理学、海洋学和环境研究等。
2018—2021年为高速增长期。该阶段研究成果数量激增，三年累计发文1 101篇，占总发文量的55.4%。其中，2020年发文437篇，占发文总量的15.15%。且该阶段研究学科和研究内容更加丰富，出现了生理学、教育学等新的学科及生物多样性保护、绿色可持续科技等新的内容。根据发展趋势分析可以预测，相关研究在今后一段时间仍将保持高速增长态势。
图1 海洋垃圾主题研究文献量年变化(1987—2021)Fig.1 Annual numbers of references on the topic of marine litter during 1987-2021
2.2 科研力量分析
2.2.1 主要研究国家/地区分析
不同国家论文发表数量可以在某种程度上反映出该国家对于该领域的影响力和重视程度[17]。本文筛选出的2 884篇文献共涉及全球119个国家和地区，将发文量前十的国家/地区进行了汇总(表1)。表中“总被引频次”和“篇均被引频次”是衡量学术影响力的重要指标，能够客观反映该项研究成果受重视的程度。H指数能够科学地反映出研究人员、科研机构、学科、出版物或国家的学术产出数量与水平，H指数越高，说明文献的影响力越大或拥有的高质量论文越多[18]。发文量、被引频次、H指数等数个指标综合起来才能科学地判断该国在该领域的学术影响力。
如表1所示，欧美发达国家发文量远高于发展中国家，是该领域研究的中坚力量；
发展中国家尤其是中国发文数排名全球第四名，实力不容小觑。此外，单凭发文量这一指标并不能科学地衡量一个国家的学术影响力，如中国发文量低于意大利，但是总被引频次、篇均被引频次及H指数却高于意大利。
表1 海洋垃圾领域发文量居前十的国家/地区Table 1 The top 10 countries(regions)of published literature related to marine litter
2.2.2 主要研究机构分析
学术研究机构水平表明其学术影响力在国际上的相对位置和成就水平[19]。本文列出发文量前10的机构，见表2。发文量居于前3的机构分别是Chinese Acad Sci(中国科学院)、Inst Francais Rech Exploitat Mer(法国海洋开发研究院)和Natl Ocean & Atmosphere Adm(美国海洋与大气管理局)。整体来看，高产机构主要分布在发达国家，高校是主力。我国的中国科学院发文量排名第一，但H指数还偏低，学术影响力有待提高。高产机构间的合作形式多为国家内部或区域内部合作，外部合作相对不足(图2)，未来我国科研机构之间还需加强外部合作。
表2 海洋垃圾领域发文量居前10研究机构Table 2 The top 10 research institutions of published literature related to marine litter
图2 高产机构合作关系网络图Fig.2 Network diagram of high yield organization cooperation relationship
2.2.3 主要研究学者分析
核心作者发文量是衡量和判断某一研究领域发展程度的重要指标[19]。按照普赖斯定律( Nmin=0.749(Nmax) )1/2，发表论文数在Nmin篇以上的作者可视为核心作者[20]。本文计算得出Nmin值为5，据此共筛选出290位核心作者。其中，发文量4倍于基本标准的有13位学者(表3)，表明该领域已有了稳定的、较强科研能力和较高著述能力的学术群体，其中，澳大利亚核心作者分别排名第一、第三和第十名，研究实力较强。但核心作者间合作多以国家和机构内部合作为主，国际合作还有待加强(图3)。
表3 海洋垃圾领域发文量≥20的作者Table 3 Authors with more than 20 papers published in the field of marine litter
2.2.4 主要期刊分析
追踪研究领域内的主流核心期刊，有助于及时了解最新研究动态，追踪研究前沿热点和预测未来发展方向[21]。按期刊来源，样本数据共涉及475家不同类型期刊，具有多学科和跨学科研究的特点。本文列出了发文量前10的期刊(表4)。其中，Marine Pollution Bulletin(海洋污染通报)在该研究领域内的发文量最多，占发文总量的47.29%，影响因子4.049，是该研究领域发文的主流期刊。此外，发文前10的期刊中，有5个出自英国，可见英国对该领域的重视程度、影响力和先进水平。
图3 高频作者合作关系图Fig.3 High frequency author collaboration map
表4 “海洋垃圾”领域发文量居前10的期刊Table 4 The top 10 journals of published literature related to marine litter
2.3 关键词共现分析及研究热点识别
2.3.1 高频关键词分析
如图4A所示，95个高频关键词最终形成了由1171条连接线和3个主题聚类组成的高频关键词共现网络。图中圆圈节点代表高频关键词，节点大小代表频次高低，节点之间连线代表各节点彼此间的共现性，连线粗细代表彼此间联系的强弱。由“海洋垃圾”、“微塑料”、“塑料”3个核心词束位引领的知识圈构成了当前海洋垃圾研究的整体样貌。总体来看，“海洋垃圾”领域的研究呈现出一种中心集中局部分散的概貌，且随着时间的推移，研究领域范围不断扩大，内容不断聚焦深入。
图4A 高频关键词可视化聚类图谱Fig.4A High-frequency keyword visualization clustering map
图4B 高频关键词共现聚类密度可视化聚类Fig.4B High frequency keyword co-occurrence cluster density visualization map
2.3.2 研究热点分析
在VOSviewer高频关键词聚类密度视图中(图4B)，关键词从冷色调(蓝色)到暖色调(红色)的转变表示其共现的频次越来越高，即研究主题的热度越来越高[24]。综合图4A和图4B可知，样本数据共产生三个聚类，在一定程度上代表了当前全球海洋垃圾学科领域的基本研究内容。结合各聚类中的关键词并分析相关文献可知，当前全球海洋垃圾研究主要集中于三大热点。
热点一，内容主要包括塑料(Plastic)、污染(Pollution)、来源(Source)、海滩(Beach)、海洋(Marine)、深海(Deep Sea)等，因此该主题主要研究海洋垃圾(塑料)的来源和分布。热点二，涉及的内容比较广泛，包括海洋垃圾(Marine Litter)、塑料污染(Plastic Pollution)、摄入(Ingestion)、公民科学(Citizen Science)、监测(Monitoring)、风险评估(Risk Assessment)、欧盟海洋战略框架指令(MSFD)等方面，研究内容集中于海洋垃圾治理。热点三，主要研究海洋微塑料分布特征和生物效应研究。初期，研究人员主要关注微塑料的来源、影响、分布特征，通过构建微塑料的迁移动力学模型，探求其运输路线及可能的沉积场所[25-26]。之后，人们开始关注微塑料的生物效应和复合污染效应。研究工作主要围绕微塑料与其他环境污染物相互作用(吸附/解吸)的能力、塑料微粒在海洋和沿海环境中的定量和定性、海洋生物对微塑料的摄入及其在不同营养链生物之间的潜在转移以及微塑料提取检测技术和分析方法等方面开展[27]。当下，研究者正进一步完善这两个阶段的研究，并把重点聚焦在量化表征微塑料[28]、探究生物效应[29]、改进检测手段[30]等方面。
本文基于Web of Science数据库，对 1987—2021年以海洋垃圾为主题的2884篇文献运用文献计量和可视化分析方法进行梳理，得出以下结论：
(1)从发文趋势看，全球海洋垃圾研究经历了波动起步期、缓慢增长期和高速增长期三个发展阶段，目前正处于高速增长期。
(2)从研究力量看，高产科研机构、高产作者和高质量期刊主要集中在欧美等发达国家，发展中国家相关科研水平和国际影响力还有待提升。
(3)从研究热点上看，海洋垃圾(塑料)的来源及分布研究，海洋垃圾治理研究，海洋微塑料分布特征和生物效应研究三大研究热点随时间的推移，研究范围不断扩大，问题不断聚焦，多学科交叉互动趋势不断加强，不断朝着多元化方向发展。
未来，我国在研究内容方面，还需要不断拓宽研究方向，细化研究问题。在海洋垃圾的来源及分布研究方面，要继续加强海洋垃圾来源“陆基”还是“海基”的探讨。在海洋垃圾治理方面，要加强海洋垃圾调查监测、污染和风险评估、区域合作治理、相关法律和政策框架和我国现代化海洋垃圾治理体系等方面的研究。在海洋微塑料研究方面，一是要优化和实施微塑料高通量取样方法，以便更好地比较不同研究的结果；
二是要继续开发检测水和沉积物中微塑料的方法；
三是要继续加强海洋微塑料(纳米塑料)的毒理学研究，增强对毒性物质的浓度随时间变化的影响、其生物利用度、迁移和累积后果等问题的了解；
四是要加强微塑料污染评估，通过研究微塑料及其污染物在营养相互作用下通过海洋食物链的能力和运输机制，评估对种群和生态系统层面的相关影响。
在研究支持方面，要加强相关科研力量培养和平台建设。国家层面，需继续补充和完善海洋环境保护及海洋垃圾管控等相关政策，加大清理资金和技术投入；
科研机构层面，要加强海洋垃圾治理管理型和技术型人才、海洋环境保护复合型人才的培养，鼓励各科研机构之间开展内、外部合作，积极营造引进来与走出去相结合的科研氛围；
科研人员层面，不仅要注重多学科交叉互动，还要积极参与国际交流与合作，注重产学研相融合，推动相关理论和技术创新。