综述：基于文献计量学的养殖废水处理技术研究热点与趋势分析

《Water》：Analysis of Research Hotspots and Trends in Aquaculture Wastewater Treatment Technology Based on Bibliometrics Jing Lyu, Qingqing Liu, Jian Zhao, Haixia Liu, Huawei Gao and Yuxia Wei

　　

本研究采用文献计量学方法，系统分析了2000年至2024年间养殖废水处理领域的研究趋势。通过利用Citespace6.1软件对Web of Science核心合集和中国知网（CNKI）核心期刊数据库进行知识图谱与关键词共现分析，研究人员旨在阐明现有研究格局中的分布特征、研究热点的演变以及技术路径的差异，同时识别出综合知识合成与跨区域比较分析方面的空白。结果表明：（1）过去五年中国在该领域的发文量显著超过国际水平，反映了区域研究活动的不平衡；（2）抗生素、氮磷、有机污染物和重金属构成主要污染物类别，近年来对抗生素和重金属污染的关注日益增加；（3）国内研究偏好自然生态处理技术，而国际研究主要倾向于生物处理技术。通过整合中英文文献数据与可视化分析，本研究弥补了现有系统知识图谱与区域技术路径比较分析方面的空白，并强调了从污染消除向资源回收转变的持续范式转换。研究结果为制定差异化区域治理政策、引导低碳环保技术研发投资提供了实证依据，从而推动养殖业向绿色可持续发展转型。

以下是对论文主体部分内容的学术性总结，保留了原文中的小标题，并基于各小节内容进行了概括，同时按要求标注了专业术语的英文缩写，去除了引用和图示标识。

**1. 引言**

养殖业（Aquaculture）是经济价值水生生物在适宜水体中的培育。自21世纪初以来，全球养殖业快速发展，中国作为最大的生产国，产量从1950年的319,000吨激增至2020年的5224.2万吨。然而，快速扩张加剧了水体生态污染，特别是养殖水体的严重富营养化及清塘尾水的集中排放。养殖废水中的污染物主要来源于残饵、养殖生物排泄物、水生植物腐烂及底泥氨化，包括有机物、氨氮（NH₃-N）、总氮（TN）、总磷（TP）和悬浮固体。同时，用于疾病预防的抗生素的过度使用也造成了二次污染。该领域研究日益关注高级生物技术、生态工程和综合处理模式。现有文献计量学分析存在三大局限性：依赖单一数据源、分析维度浅表、未能充分捕捉从“末端污染控制”向“资源能源回收”的范式转变。为解决这些空白，本研究整合了Web of Science（WoS）和中国知网（CNKI）数据库，采用知识图谱、聚类分析、突现检测与深入内容解读的综合方法，旨在构建均衡反映中英文研究格局的知识体系，批判性分析不同技术路径的演变逻辑与适用边界，并揭示资源回收导向研究范式兴起的动因。

**2. 数据来源与研究方法**

**2.1 数据来源与检索策略**

中文文献来自中国知网（CNKI）数据库，检索式涵盖养殖与废水处理相关术语，限定时间为2000年1月1日至2024年12月31日，初始检索2207篇，经排除综述、会议论文等非研究文献后，最终获得1982篇有效研究论文。国际文献来自Web of Science（WoS）核心合集（SCI-Expanded），检索式涵盖养殖废水与处理技术相关术语，时间限制相同，初始检索827篇，排除非研究记录后获得818篇有效研究论文。

**2.2 研究方法**

从CNKI检索的有效中文文献以RefWorks格式导出为纯文本文件；WoS文献以“全记录与引用的参考文献”格式导出。将文件导入CiteSpace 6.1.R6软件进行处理与分析，并使用OriginPro 2024b软件生成统计图表，以系统识别养殖废水处理领域的研究热点与发展趋势。

**3. 结果与讨论**

**3.1 年发文量**

通过分析发文趋势可洞察领域现状与发展速度。本研究回顾了2000至2024年的数据。中国在养殖尾水处理技术方面的发文量可分为三个阶段：2000-2005年为技术探索积累期；2006-2020年为快速发展期，发文量稳步增长；2021-2024年出现下降，可能表明技术进入成熟稳定阶段。国际发文量则分为两个阶段：2000-2015年为探索发展阶段；2016-2024年呈线性增长，标志着国际领域的快速发展期。

**3.2 学科分布**

分析学科分布有助于识别跨学科趋势。在CNKI文献中，环境科学与资源利用以1752篇居首，农业基础科学次之（1306篇），渔业科学（384篇）和生物学（84篇）位列其后，表明国内研究聚焦于环境与农业科学。在WoS文献中，环境科学与生态学以794篇居首，工程环境与工程化学分别以619和522篇位列第二、三，生物技术与应用微生物学以484篇位列第四，显示国际研究侧重化学处理技术与环境工程，且微生物处理技术占据重要地位。进一步分析WoS学科合作关系发现，环境科学与环境工程构成技术核心，生物技术与应用微生物学作为桥梁连接农业工程与能源燃料，但渔业与海洋淡水生物学等源头学科与核心学科联系较弱，表明理论研究与养殖实践存在脱节。

**3.3 作者与研究机构**

**3.3.1 作者**

对国际高产作者的分析显示，自2018年以来发文量持续增长，但作者合作网络图中仅有两个研究团队（由You H.和Ma X.N.领导）建立了学术合作，表明国际合作仍处于分散发展阶段。高产量作者包括Gao M.C.、Guo L.、Zhao Y.G.等，其中Gao M.C.团队专注于微藻在海水养殖废水处理中的应用，特别是高效脱氮途径。在国内，发文量在2023年左右达到峰值后开始下降，作者合作网络显示学术合作仍相对薄弱。高产作者包括何绪刚、王新珍等，其中何绪刚团队主要研究海水养殖池塘固体废物处理及人工湿地尾水净化。

**3.3.2 研究机构**

全球发文量前50的机构中，中国科学院以31篇（占10.28%）居首，且被引次数最高；中国海洋大学和浙江大学分列二三，前十名中仅马来西亚国立大学为非中国机构，凸显中国的主导地位。国内机构中，上海海洋大学以30篇居首，浙江大学和南昌大学紧随其后。但国内机构合作网络落后于国际合作，提示需加强国内协作。

**4. 研究热点与发展趋势**

**4.1 关键词共现分析**

通过CiteSpace 6.1.R6进行关键词共现分析。WoS数据库关键词共现网络显示，“removal”“performance”“aquaculture wastewater”“growth”等高频率关键词及“nitrogen removal”“microbial community”“constructed wetland”（CW）“recirculating aquaculture system”（RAS）等关键词频率均大于20且中心性大于0.02，反映这些领域较为成熟。CNKI数据库关键词共现网络（379个节点，493条连线，密度0.0069）中，排除常见词后，研究热点聚焦于人工湿地、抗生素、氮磷去除和生物膜。

**4.2 污染物类型**

依据中国生态环境部《排放标准》，系统分析了监测项目中的关键污染物。国际研究中，“removal”中心性0.1，“nitrogen”“ammonia”“phosphorus”“carbon”“antibiotics”“heavy metal”中心性均大于0.01。养殖业每年使用数百吨抗生素导致抗生素耐药细菌（ARB）及抗生素耐药基因（ARGs）的传播，ARGs可通过水平基因转移威胁公共健康。“nitrogen”和“ammonia”出现次数分别为46和14，中心性0.09和0.08；“phosphorus”出现13次中心性0.03。总磷（TP）排放限值（一级0.7 mg/L，二级1.0 mg/L）的关键驱动因素是富营养化。仅约30%的饲料被有效利用，导致有机物和氮素大量积累。无机氮浓度过高不仅加剧富营养化，还可直接毒害水生动物。“antibiotics”出现9次中心性0.04，其过度使用是紧迫环境问题。“antibiotic resistance genes”出现9次中心性0.01。“heavy metal”出现5次中心性0.01，可经食物链累积。“carbon”出现10次中心性0.02，反映对养殖废水碳排放（如CH₄和N₂O）的日益关注。国内研究的关键污染物类型与国际一致，但更强调抗生素，约75%的饲料抗生素通过排泄和未处理药饵进入环境。不同国家和地区对食用水产品中抗生素的最大残留限量（MRLs）存在差异，例如欧盟、韩国、巴西、印度和中国通常设定为100 μg/kg。

**4.3 处理技术**

国际高频关键词显示主要处理方法包括生物处理和自然生态处理。生物处理包括硝化、反硝化、生物膜、小球藻（Chlorella vulgaris）和微生物燃料电池（MFCs）。自然生态处理包括人工湿地（CW）和生态浮床（EFB）。人工湿地的效果取决于植物组合和基质配比。异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）细菌因能同步实现硝化与反硝化而受关注。移动床生物膜反应器（MBBR）因成本适中、处理高效而流行，开发新型生物载体是关键。小球藻处理技术自1990年代起用于开放池塘废水生物修复，可吸收CO₂、产生氧气、去除碳氮磷。微生物燃料电池提供环保方式处理废水同时回收能量。生态浮床通过植物与微生物协同作用提高处理效率，新型外源复合菌剂（ECB）可扩大底物利用范围。国内高频关键词涵盖人工湿地、微藻、小球藻、吸附、“三池两坝”和光催化等，分为物理化学（吸附、光催化）、生物（微藻、小球藻）和自然生态（人工湿地、“三池两坝”）方法。人工湿地存在投资高、二次污染风险等问题，“三池两坝”工艺整合沉淀、过滤、曝气和生物同化，实现尾水达标排放或回用。半导体光催化氧化是一种有前景的新型水净化工艺。

**4.4 关键词研究演变趋势**

国际研究的演变呈现阶段性：2011年之前聚焦养殖本身，随后转向处理，人工湿地成为热点；发展阶段聚焦生物膜和硝化反硝化；2020年后进入爆发期，出现小球藻、微生物燃料电池、生态浮床等新概念。国内研究在爆发期之前已出现人工湿地、微藻等关键词，爆发期新关键词主要为“三池两坝”和光催化，国内长期关注生态处理方法。“三池两坝”虽早期出现但沉寂，直至2021年重回研究焦点，体现持续创新。

**4.5 资源化利用**

传统粗放式养殖效率低、污染高。循环水养殖系统（RAS）因能高效处理废水并回收资源而受关注，其中溶解氧（DO）调控是关键。在可持续发展与“双碳”目标驱动下，RAS正朝着高效、可持续、低碳方向发展。电催化硝酸盐还原是一种高效绿色的氨合成方法，金属有机框架（MOF）衍生多孔碳材料的应用是废水处理从污染物去除向资源回收范式转变的具体实例。

**5. 结论与展望**

基于WoS核心合集与CNKI核心期刊文献的综合分析，过去十年（2011-2024）该领域学术研究聚焦于环境科学与生态学及环境科学与资源利用两大核心领域。随着养殖业快速扩张，除常规污染物外，抗生素等新兴污染物研究关注度日益增加。该领域发文量快速增长，学术影响力稳步提升，具有显著跨学科整合特征。国际上研究重点集中在生物脱氮系统中硝化与反硝化过程的优化，旨在通过调控微生物群落和反应器结构提高脱氮效率；人工湿地、生态浮床等生态工程技术成为重要研究方向。国内研究主要围绕人工湿地技术开发，近年“三池两坝”生态处理系统作为国内创新成果，集成多级沉淀、生态净化和资源循环，成为核心方向与应用趋势。养殖废水的资源化利用是行业从传统“取水-排放”线性模式向“处理-回收-再利用”循环经济范式转变的关键路径，在可持续发展与碳达峰-碳中和目标驱动下，资源回收技术正朝着更高效、更可持续、更低碳排放的方向发展。