基于文献计量的生物炭土壤效应分析

来源：核心期刊咨询网时间：12

摘要：摘要：生物炭是指由生物质在无氧或限氧条件下热解生成的有机材料。近年来，由于其在土壤性质改良、土壤固碳减排以及土壤污染修复等方面表现出的积极效果，越发受到相关学者的关注。本研究通过文献计量方法，对生物炭土壤效应研究领域中国知网(CNKI)数据库收

　　摘要：生物炭是指由生物质在无氧或限氧条件下热解生成的有机材料。近年来，由于其在土壤性质改良、土壤固碳减排以及土壤污染修复等方面表现出的积极效果，越发受到相关学者的关注。本研究通过文献计量方法，对生物炭土壤效应研究领域中国知网(CNKI)数据库收录论文的数量及被引情况、载文期刊分布等进行统计;并借助CiteSpace文献可视化软件，分析论文的作者合作、机构合作、研究热点与趋势等。结果表明，在我国生物炭土壤效应研究领域，CNKI数据库共收录文献2215篇，年度发文量呈明显上升趋势，表现出缓慢增长—平稳增长—快速增长3个阶段;文献被引频次最高的论文是2009年發表在《应用生态学报》上的“土壤生物质炭环境行为与环境效应”;耿增超、陈温福和孟军是发文量、文献被引频次与篇均被引频次均较高的学者;发文量最多的机构为南京农业大学，西北农林科技大学与中国科学院南京土壤研究所的发文量、被引频次、篇均被引频次和中介中心性均较高;《农业环境科学学报》刊载文献数量最多，文献被引频次最高，《生态环境学报》刊载文献篇均被引频次最高;近阶段基于CNKI文献的研究热点为生物炭植烟土壤效应、生物炭土壤NH4+吸附作用及N2O减排机制、生物炭对土壤酶活性的影响、生物炭对黄瓜生长与产质量的影响以及生物炭紫色土效应等。上述研究结果从相关文献的角度，定量、客观、科学地描述了生物炭土壤效应研究现状与趋势，以期促进生物炭土壤效应的深入研究，并为相关学者凝练研究动向和科学问题等提供参考信息。

　　关键词：文献计量;生物炭;土壤;知识图谱;CiteSpace;研究热点;研究趋势

　　作者：严陶韬

　　通信作者：薛建辉

　　亚马逊黑土(Amazoniandarkearths)，早期也被称为印第安黑土(terrapretadeIndio)，它的发现揭开了生物炭研究的序幕[1]。生物炭由生物质原料在缺氧条件下高温热解产生，其结构不仅稳定，而且难以被微生物分解[2]，是一种体积密度小、比表面积大、吸附能力强的碱性多孔有机材料[3]。

　　向土壤中添加生物炭可以改变土壤的物理性质，如增加土壤容重、提高土壤孔隙度、促进团聚体形成[4]，进而改善土壤结构。生物炭能够改变土壤化学性质，如提高酸性土壤pH值、增加土壤阳离子交换量(CEC)，生物炭可以在短期内迅速提高土壤有机质含量[5]，还可以通过吸附固定氮磷元素[6]，降低土壤养分的淋溶与流失，生物炭对NH4+吸附性强，可以减少氮素挥发，进而提高土壤肥力，促进植物生长发育[7]。生物炭可以改善土壤微生物特性以及土壤酶活性，如增加土壤微生物量及碳氮磷含量，促进土壤中细菌及某些功能菌的生长，生物炭可为真菌菌丝提供附着位点，进而促进土壤真菌的生长，生物炭对菌根真菌有潜在增效作用，能够提高菌根真菌的丰度与活性，促进菌根真菌对植物根部的侵染与定殖。生物炭对微生物的增效作用间接提高了土壤中脱氢酶、β-葡萄糖苷酶、脲酶和磷酸酶等酶活性[8]。此外，生物炭对土壤重金属与有机污染物具有吸附作用[9]，在土壤固碳减排方面也有积极效果[10]。因此，生物炭在土壤改良中的研究应用越发受到学者们的关注。

　　文献是科研成果产出的主要表现形式。生物炭在2007年被第一届国际生物炭大会确定名称后[11]，相关学者在生物炭土壤性质改良、土壤固碳减排以及土壤污染修复等方面开展了大量研究工作，发表了很多学术论文。本文运用文献计量学方法，对生物炭土壤效应相关研究成果进行统计描述和内容分析，并结合知识图谱[12]，直观展现文献内在规律，以中国知网(CNKI)数据库为数据源，检索截至2019年的生物炭土壤效应研究文献，通过计量分析文献的各种特征，揭示生物炭土壤效应研究现状与趋势，以期为确定生物炭土壤效应未来的研究方向提供一定科学依据，促进生物炭土壤效应研究的深入，并为该领域相关学者凝练研究动向和科学问题等提供参考信息。

　　1数据来源与研究方法

　　1.1数据来源

　　文献数据来源于中国知网(CNKI)提供的中国学术期刊全文数据库，检索日期为2020年4月1日。CNKI数据库使用期刊“专业检索”中的“主题”标识，检索自2009年开始至2019年的相关文献，具体设置如下：“主题SU=土壤ANDSU=(生物炭ORSU=生物质炭)”。查阅检索到的文献标题与摘要，判断文献研究内容是否与生物炭土壤效应研究相关，剔除不相关文献[13]。

　　1.2研究方法

　　对发表年份、期刊、作者、作者所属机构和关键词等文献题录信息进行筛选与提取。利用CNKI数据库的文献计量分析功能获取作者的发文量和被引用次数，依据载文量、总引用频次、篇均被引频次和影响因子等指标综合评价期刊的重要性及影响力。运用CiteSpace[14]文献计量可视化软件分别挖掘分析CNKI数据库文献，统计文献题录信息中各个类别出现的频次，从而获得文献的分布结构、数量关系和变化规律等信息。CiteSpace软件可基于关联强度或相似度对文献、作者、机构和关键词等进行聚类共现可视化分析，具有很强的图谱呈现能力，其图谱中节点同心圆的大小、颜色和同心圆之间的距离等可以展现文献之间的知识流动和转移，反映研究领域前沿热点、主题演化趋势、以及探测知识基础之间的关系[15]。将在CNKI数据库中检索的文献数据保存为Refworks格式，通过CiteSpace将数据转换处理，再运用CiteSpace进行分析。利用CiteSpace绘制作者间、机构间合作图谱以及关键词聚类图谱，图谱中发文量用节点同心圆大小表示，并用节点同心圆之间的距离表示不同作者、不同机构间的合作关系强弱;利用文献关键词的共现频次绘制关键词聚类知识图谱，图谱中1个节点代表1个关键词，节点同心圆大小代表关键词出现的频次，越大说明该关键词出现的次数越多;同心圆颜色代表时间，粗细代表频率;节点之间距离代表关键词共现频率的高低，距离越近，共现频率越高[16]。

　　2结果与分析

　　2.1年度发文量与被引频次

　　年度发文量可以反映出某研究领域的理论发展及受关注程度，是该研究领域发展演化的重要指标[15]。至2019年，共检索到生物炭土壤效应研究领域文献2215篇，年度发文量呈明显上升趋势。分析发现，2009—2011年该领域发文量为31篇，占文献总量的1.4%;2012—2015年该领域发文量为523篇，占文献总量的23.61%;2016—2019年该领域发文量为1661篇，占文献总量的74.99%。结果表明，生物炭土壤效应研究经历缓慢增长—平稳增长—快速增长3个阶段(图1)。2011年之前该研究领域所受关注度较弱，为起步阶段;2012—2015年理论基础基本形成，出现较多的相关文献，进入平稳增长阶段;2016—2019年该领域所受关注度迅速上升，进入快速增长阶段。表明生物炭土壤效应研究领域已引起研究学者们的广泛关注。由此推测，随着相关工作的持续开展，生物炭土壤效应研究将继续趋于深入与完善。

　　文献被引频次是衡量某篇文献受其他学者的认可度以及文献重要性的指标，一定程度上反映了相关学者对该项研究工作的关注程度[17]。从表1可以看出，文献“土壤生物质炭环境行为与环境效应”是被引频次最高的论文，该篇论文从生物炭特性、生物炭生物与非生物氧化机制、全球气候变化对生物炭的响应和生物炭土壤环境效应等方面，概述了土壤生物炭的研究进展，并提出未来的研究工作应针对土壤施用生物炭后，从土壤理化性质、土壤养分、生物炭性质、土壤微生物生态以及生物炭缓释肥等方面开展[18]。

　　“生物质炭的性质及其对土壤环境功能影响的研究进展”重点概述了生物炭理化性质、生物炭对土壤物理性质和保水能力的影响、生物炭的稳定性与土壤固碳作用以及生物炭对污染土壤的修复功能等方面的研究进展，并指出生物炭长期农业利用的环境风险、热带和亚热带以外地区生物炭施用、生物炭大规模推广应用、生物炭对除农作物以外其他研究对象(草地、灌木、森林)养分与生长状况的影响、生物炭对土壤和农业生态系统环境功能的影响机制以及生物炭施用长期效果等研究还有待进一步开展[19]。

　　“生物炭生产与农用的意义及国内外动态”从生物炭与碳减排、生物炭农用与多赢战略、生物炭生产与原料以及国内外研究动态与方向等方面概述了生物炭农用研究进展，并提出今后应加强生物炭的研究与开发，推动废弃生物质综合利用，促进土壤与农业可持续发展[11]。

　　“生物炭对土壤肥料的作用及未来研究”整理分析了生物炭性质与特征、生物炭对土壤改良作用及作物效应、肥料增效载体、土壤生物炭固碳潜力等方面的研究进展，指出未来应加强生物炭性质特征研究以便制定生物炭定义与标准，通过系统性、长期性试验评估生物炭对土壤及环境的影响研究以便制定生物炭农用标准，此外，还需进一步研发生物炭与肥料复合工艺及合理配施技术[20]。

　　“生物炭的环境效应及其应用的研究进展”介绍了生物炭的结构与特性，并对生物炭改良土壤肥力机制、生物炭固碳作用机制以及生物炭对有机污染物与重金属吸附行为等研究进行归纳提炼，分析出今后的研究工作应关注以下方面：土壤中生物炭定性定量分析方法与微观结构解析、生物炭影响土壤理化性质的具体作用机制、生物炭对土壤重金属迁移性与有效性的影响、生物炭针对性优化以及大规模应用生物炭的可行性分析[21]。

　　2.2作者及合作关系

　　分析生物炭土壤效应研究领域的作者分布情况，有助于明确该领域的主要学者，有利于了解相关学者的研究概况，从而促进该领域的学术交流合作，推动研究的深入发展[22]。中介中心性由CiteSpace计算生成，中介中心性可以识别共现网络中高度连接的节点。由作者合作关系共现网络生成的节点中介中心性，可以反映该作者在学科领域知识发展过程中的关键性和影响力[23]，体现网络结构中该作者的重要性[24]。

　　从表2可以看出，在发文量排名前10的作者中，文献被引频次排前3位的作者分别是耿增超、孟军、陈温福，篇均被引频次排前3位的作者分别是耿增超、陈温福、孟军。发文量较大、被引频次与篇均被引频次均较高的耿增超、陈温福、孟军是生物炭土壤效应研究领域具有重要影响力的关键学者。

　　作者合作共现图谱可以直观展现引领某个研究领域的关键学者[25]。分析作者合作共现图谱，可以揭示出合作密切的学者群，发掘学术研究的团队效应[15]。从图2可以看出，潘根兴、李恋卿和张旭辉等为同一科研团队，主要研究生物炭对农田土壤特性以及水稻、白菜、葡萄等粮食果蔬作物生长与产量的影响[26];耿增超、徐万里、唐光木和何绪生等为同一科研团队，主要研究生物炭对西北地区土、灰漠土土壤性质以及小麦、棉花等作物生长与产量的影响[27];刘国顺和任天宝等为同一科研团队，主要研究生物炭对河南地区植烟土壤养分以及烤烟产量与品质的影响[28];陈温福、孟军和韩晓日等為同一科研团队，主要研究生物炭对东北地区棕壤理化性质以及玉米、水稻、大豆和花生等农作物生长及产量的影响[29];屈忠义和勾芒芒等为同一科研团队，主要研究生物炭对内蒙古地区沙壤土土壤含水率、土壤肥力和土壤温度以及番茄的生长与产量的影响[30]。从作者合作共现网络可以看出，不同团队间的交流较为缺乏，其原因主要是各个团队研究地点与研究对象不同，同时根据中介中心性的缺失(表2)，同一团队内的核心作者较模糊。

　　2.3研究机构及合作关系

　　分析研究机构分布情况，能够帮助了解学术界对该研究领域的支持与认可程度，有利于机构间的交流与合作[30]。重要数据库收录的文献数量、被引频次及篇均被引频次反映了该研究机构的整体科研能力和学术影响力[31]。从表3可以看出，在发文量位列前10的研究机构中，南京农业大学发文量排第1位，西北农林科技大学发文量位居第2位，发文量位居第3位的是中国科学院南京土壤研究所;被引频次排第1位的是西北农林科技大学，中国科学院南京土壤研究所被引频次位居第2，被引频次位居第3的是沈阳农业大学;篇均被引频次位居第1的是西北农林科技大学，其次是中国科学院南京土壤研究所，第3的是中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所;中介中心性大于0.1的研究机构从高到底依次为西北农林科技大学、中国科学院南京土壤研究所、东北农业大学。综合分析上述结果可知，西北农林科技大学与中国科学院南京土壤研究所以较高的发文量、被引频次及篇均被引频次，成为该领域具有较强影响力的核心研究机构，2家机构所发文献具有重要的学术价值。从合作网络(图3)来看，研究机构之间交流较频繁，联系较紧密。

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