國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)用生物炭的研究脈絡(luò)和趨勢(shì)
——基于CiteSpace的可視化分析

卜 康 敏 孫 毅 濤 李 文 佳 海 江 波

（西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

引言

生物炭活化期間能夠增加土壤的吸附能力，促進(jìn)農(nóng)田水分蓄存和養(yǎng)分提升，為作物營(yíng)造一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境，使養(yǎng)分更大效率的被作物利用［1］.農(nóng)業(yè)上應(yīng)用生物炭可顯著提高作物的產(chǎn)量、保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展.由于生物炭顆粒的平均密度小于土壤顆粒的平均密度［2］，農(nóng)田通過(guò)增施生物炭，可以有效的降低土壤容重，從而降低農(nóng)業(yè)機(jī)械耕作的能量需求［3］、節(jié)省農(nóng)業(yè)成本、減輕農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染.因此，生物炭在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用及價(jià)值受到了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者們的關(guān)注與研究，成為了近些年學(xué)術(shù)上的熱點(diǎn)題材.隋陽(yáng)輝［4］等研究表明，低量生物炭配施常規(guī)氮肥可提高營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期玉米單株干物質(zhì)積累；俞若涵［5］等研究發(fā)現(xiàn)，向土壤中施入一定量的生物炭，可顯著促進(jìn)作物的生長(zhǎng)發(fā)育，從而為作物的增產(chǎn)增收奠定基礎(chǔ)；張楠［6］等研究表明，土壤中添加生物炭可提高其磷素含量，促進(jìn)苗期植株磷吸收，從而在較低化學(xué)磷肥用量條件下保持棉田高產(chǎn)和磷肥的高效利用；李輝［7］等研究表明，生物質(zhì)炭基肥對(duì)改善黃土高原旱塬區(qū)蘋果葉片營(yíng)養(yǎng)和果實(shí)品質(zhì)以及提高經(jīng)濟(jì)效益具有顯著作用；顧博文［8］等研究表明，連續(xù)施用生物炭可以有效地緩解花生開(kāi)花下針期和成熟期葉片放氧復(fù)合體的受損程度.而國(guó)外學(xué)者們也對(duì)其有相當(dāng)多的研究，例如：Ahmad等研究表明［9］，生物炭由于其優(yōu)異的吸附性能，開(kāi)始被廣泛用作吸附劑.Khan，HA等研究表明［10］，生物炭有改善環(huán)境的結(jié)果，且可用作緩釋的潛在肥料，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)和綠色農(nóng)業(yè)應(yīng)用.Semida，WM等研究表明［11］，生物炭可以提高土壤在不同生物和非生物脅迫下的作物生產(chǎn)能力，促進(jìn)全球糧食安全.總之，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革不斷深入，以及環(huán)保監(jiān)管日益嚴(yán)格，各地區(qū)化肥使用量有所下降，作為天然肥料的生物炭肥市場(chǎng)迎來(lái)了良好發(fā)展契機(jī).

有關(guān)農(nóng)業(yè)用生物炭領(lǐng)域的文章數(shù)量較多，僅僅以文獻(xiàn)閱讀、總結(jié)歸納等方式了解該領(lǐng)域在一定的局限性，因此有必要運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)對(duì)農(nóng)業(yè)用生物炭的研究進(jìn)行可視化分析，從而填補(bǔ)該領(lǐng)域研究的空白.本文基于CiteSpace 可視化分析軟件，對(duì)中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）中文數(shù)據(jù)庫(kù)有關(guān)“農(nóng)業(yè)用生物炭”進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量統(tǒng)計(jì)分析，檢索了1994年至2021年的相關(guān)文獻(xiàn)，通過(guò)對(duì)研究熱點(diǎn)、研究趨勢(shì)等計(jì)量的分析，從而給中國(guó)未來(lái)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中從事生物炭研究的相關(guān)科研人員提供有價(jià)值的參考信息和研究方向，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新與進(jìn)步.尤其是近年來(lái)國(guó)家對(duì)秸稈綜合利用的重視度較高，生物炭技術(shù)作為秸稈綜合利用的重要途徑之一，必將在全國(guó)范圍內(nèi)得到大規(guī)模推廣和應(yīng)用，同時(shí)在“雙碳”背景下，我國(guó)生物炭產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程將不斷加快，未來(lái)行業(yè)發(fā)展前景可期.

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文全部的數(shù)據(jù)均來(lái)源于中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）中文數(shù)據(jù)庫(kù)，在CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行高級(jí)檢索，具體檢索參數(shù)設(shè)置為：“主題=［（生物炭AND農(nóng)業(yè)）OR（生物質(zhì)炭AND農(nóng)業(yè)）］”，檢索范圍為全文數(shù)據(jù)庫(kù)至2021年11月，檢索日期為2021年11月11日，共檢索出1310篇期刊文獻(xiàn)及論文.為保證分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果更加具有權(quán)威性、精確性及代表性，將選取范圍設(shè)置成僅核心期刊、CSCCI期刊和CSCD期刊，并對(duì)檢索結(jié)果中出現(xiàn)的一些與“生物炭”有關(guān)，但不屬于應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的、結(jié)果重復(fù)的記錄等科學(xué)噪點(diǎn)進(jìn)行人工排查剔除［12］，最終得到的有效文獻(xiàn)數(shù)量集合為870篇.

1.2 研究方法

CiteSpace 是由華人學(xué)者陳超美博士開(kāi)發(fā)的一款文獻(xiàn)計(jì)量軟件，利用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)將科學(xué)研究結(jié)果和文獻(xiàn)動(dòng)態(tài)可視化，從而便于科研人員進(jìn)行研究［13，14］.CiteSpace 利用國(guó)內(nèi)的中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）、國(guó)外的（Web of Science）等全文數(shù)據(jù)庫(kù)檢索出的結(jié)果進(jìn)行可視化圖譜的繪制，從而分析檢索對(duì)象的研究路徑及前沿探測(cè)［15］.2007年CiteSpace初引入我國(guó)，便受到國(guó)家及各領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注和廣泛應(yīng)用［16］.可視化圖譜的一系列主要屬性，包括其學(xué)科構(gòu)成、發(fā)文作者、發(fā)文機(jī)構(gòu)、內(nèi)容、關(guān)鍵詞及其相互關(guān)系，共同構(gòu)成了科學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)結(jié)構(gòu)［17］.本文使用CiteSpace5.8.R3進(jìn)行可視化圖譜的繪制，通過(guò)對(duì)結(jié)果的聚類可視化分析，得出我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭的相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量、逐年變化趨勢(shì)、高頻關(guān)鍵詞、高產(chǎn)發(fā)文作者、發(fā)文機(jī)構(gòu)，以及機(jī)構(gòu)間、作者間的合作關(guān)系等信息.

2 文獻(xiàn)計(jì)量分析

2.1 發(fā)文量與時(shí)間分布分析

年度發(fā)文量可以清晰的展現(xiàn)出不同研究領(lǐng)域文獻(xiàn)的發(fā)表情況及受關(guān)注程度，是讀者們了解該領(lǐng)域演變的重要指標(biāo)［18］.本文通過(guò)檢索知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫(kù)1994 年至2021 年11 月前的核心、CSCCI 和CSCD三個(gè)期刊，檢索日期為2021年11月11日，得到有關(guān)我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭研究領(lǐng)域文獻(xiàn)共870篇.中國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭的發(fā)展經(jīng)歷了萌芽起步、加速上升、緩慢下降3個(gè)主要階段（圖1）.

1994年-2009年為萌芽起步階段，在中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）上共發(fā)表了2篇文獻(xiàn)，從圖1可以看出，在我國(guó)第一次出現(xiàn)農(nóng)業(yè)用生物炭的文章是在1994年，在接下來(lái)的15年里，農(nóng)業(yè)用生物炭的相關(guān)研究關(guān)注度較低，鮮有學(xué)者從事該方面的研究.

圖1 我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭文獻(xiàn)的發(fā)文量變化趨勢(shì)

2010 年至2019 年為加速上升階段，該階段發(fā)文數(shù)量達(dá)到最大值，在中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）上共發(fā)表了651篇相關(guān)文獻(xiàn)，年均發(fā)文獻(xiàn)量為65篇，并在2019年達(dá)到了年度發(fā)文量的最大值144篇.2011年，國(guó)家頒布了《“十二五”農(nóng)作物秸稈綜合利用實(shí)施方案》，提出到2015年力爭(zhēng)秸稈綜合利用率超過(guò)80%；2016年，國(guó)家頒布了《關(guān)于推進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用試點(diǎn)的方案》，采取肥料化、原料化等多種途徑，著力提升秸稈綜合利用水平；2019年，頒布了《關(guān)于全面做好秸稈綜合利用工作的通知》，明確因地制宜的確定秸稈利用方式.由此可以看出，此階段在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用生物炭已經(jīng)成為中國(guó)的熱點(diǎn)話題，國(guó)內(nèi)大量學(xué)者、機(jī)構(gòu)開(kāi)始對(duì)這一領(lǐng)域展開(kāi)充分的研究與分析.

從2020年至2021年為緩慢下降階段，兩年發(fā)文量為217篇，年均發(fā)文獻(xiàn)量為109篇，雖然較2019年有關(guān)農(nóng)業(yè)用生物炭的文獻(xiàn)數(shù)量有所下降，但從擬合曲線趨勢(shì)可以看出未來(lái)該領(lǐng)域研究文獻(xiàn)數(shù)量仍會(huì)增長(zhǎng)，整體數(shù)量較萌芽起步階段仍是處于大幅度增加的狀態(tài)，年均發(fā)表文獻(xiàn)總量遠(yuǎn)超過(guò)萌芽起步和加速上升兩個(gè)階段，由此可以推測(cè)出，農(nóng)業(yè)上應(yīng)用生物炭的相關(guān)研究在未來(lái)仍將是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的熱點(diǎn).

2.2 農(nóng)業(yè)用生物炭的關(guān)鍵詞分析

2.2.1 關(guān)鍵詞頻率分析

關(guān)鍵詞作為一篇文獻(xiàn)的核心，是從文獻(xiàn)主要內(nèi)容中凝練出的具有實(shí)質(zhì)意義的詞語(yǔ)，對(duì)一個(gè)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究具有高度的指導(dǎo)作用.將從中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）人工排查篩選后的870篇有關(guān)農(nóng)業(yè)用生物炭的文獻(xiàn)導(dǎo)入CiteSpace5.8.R3軟件，提取頻次大于20的15個(gè)關(guān)鍵詞（表1）.從表1中可以清晰的看出，該領(lǐng)域頻次最高的關(guān)鍵詞為“生物炭”，共出現(xiàn)418次，中介中心性為值為0.35，最早出現(xiàn)這一關(guān)鍵詞的年份為2010年；由于生物炭也稱為生物質(zhì)炭，因此，頻次排在第二位的與表1 中結(jié)果一致為“生物質(zhì)炭”，共出現(xiàn)168次，其關(guān)鍵詞中介中心性為0.47，最早出現(xiàn)的年份同樣為2010年；“吸附”共出現(xiàn)了30次，最早出現(xiàn)該關(guān)鍵詞的年份為2012年，其中介中心性最大，為0.52；“玉米”出現(xiàn)了27次，最早出現(xiàn)該關(guān)鍵詞在2015年，“品質(zhì)”出現(xiàn)了21次，最早出現(xiàn)該關(guān)鍵詞在2014年，這兩個(gè)關(guān)鍵詞的中介中心性值最小，同為0.02.

表1 我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭文獻(xiàn)的高頻關(guān)鍵詞

2.2.2 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜分析

關(guān)鍵詞共現(xiàn)，即挖掘高頻關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系.如果某個(gè)關(guān)鍵詞同時(shí)以高頻出現(xiàn)在不同文獻(xiàn)中，則它們的相關(guān)性十分的密切，能夠代表該領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究［19］.將提取的870篇農(nóng)業(yè)用生物炭相關(guān)的文獻(xiàn)集合導(dǎo)入CiteSpace5.8.R3軟件并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析轉(zhuǎn)換，節(jié)點(diǎn)處理區(qū)設(shè)置為關(guān)鍵詞，年份切片參數(shù)設(shè)置為1年，選中尋徑網(wǎng)絡(luò)剪裁（pathfi-nder）、修剪切網(wǎng)絡(luò)（Pruning sliced networks）、修建合并網(wǎng)絡(luò)（Pruning the merged ne-twork）3個(gè)處理，共產(chǎn)生404個(gè)節(jié)點(diǎn)和817條連線，最后生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜（圖2）并進(jìn)行分析.關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次的高低可用知識(shí)圖譜中圖形節(jié)點(diǎn)的大小表示，關(guān)鍵詞出現(xiàn)次數(shù)越多，圖形節(jié)點(diǎn)越大；各個(gè)關(guān)鍵詞之間存在的相互聯(lián)系可由圖中的連線表示，連線的顏色代表了各關(guān)鍵詞首次關(guān)聯(lián)的時(shí)間.由圖2可知，關(guān)鍵詞“生物炭”的圖形節(jié)點(diǎn)最大，表明其出現(xiàn)頻率最多，從“生物炭”與“農(nóng)業(yè)”、“生產(chǎn)”等存在多條連線可以清晰的看出關(guān)鍵詞之間的相關(guān)性.

圖2 我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

2.2.3 關(guān)鍵詞聚類圖譜分析

關(guān)鍵詞聚類是關(guān)鍵詞共現(xiàn)的進(jìn)一步深入研究，也是陳超美教授推薦的一種聚類方法.通過(guò)關(guān)鍵詞聚類，可以很好的從該知識(shí)圖譜中反映出各個(gè)關(guān)鍵詞間的相關(guān)性，展現(xiàn)出某項(xiàng)技術(shù)或?qū)W科領(lǐng)域形成了哪幾個(gè)主要的研究類團(tuán).聚類的序號(hào)，表明聚類內(nèi)部成員數(shù)量的多少，序號(hào)從“0”開(kāi)始，序號(hào)越小，則聚類內(nèi)部成員數(shù)量越多，類團(tuán)越大；反之，序號(hào)越大，則聚類內(nèi)部成員數(shù)量越少，類團(tuán)越小.當(dāng)聚類團(tuán)中成員數(shù)量（Size）小于10時(shí)，聚類效果較差，研究的意義不大；剪影度（Silhouette），反應(yīng)一個(gè)類團(tuán)內(nèi)部各成員的緊密程度（成員間同質(zhì)性），當(dāng)其值大于0.7時(shí)，則緊密程度良好，類團(tuán)內(nèi)部成員聚類成功；當(dāng)其值等于1時(shí)，聚類效果最好；文獻(xiàn)出版平均年份（mean year），反映出該類團(tuán)的研究主要處于哪一年.

本文通過(guò)篩選前10的聚類結(jié)果（圖3），對(duì)所選文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞聚類分析.從表2可以得出，聚類#0“生物炭”，發(fā)表相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量最多，共41篇，主要集中在2015年發(fā)表，其剪影度為1，該類團(tuán)成員的聚類程度最佳，主要研究農(nóng)業(yè)用生物炭對(duì)農(nóng)業(yè)、溫室氣體強(qiáng)度、重金屬等方面影響；聚類#1“水稻”，共發(fā)表34 篇相關(guān)文獻(xiàn)，剪影度為0.975，主要集中在2016 年發(fā)表，研究農(nóng)業(yè)用生物炭對(duì)水稻、土壤養(yǎng)分、產(chǎn)量等方面影響；聚類#7“熱解”發(fā)表相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量20篇，主要集中在2012年發(fā)表，主要研究農(nóng)業(yè)用生物炭對(duì)生物質(zhì)、孔隙結(jié)構(gòu)、焦油等方面影響，剪影度與“生物炭”一致為1，該類團(tuán)成員的聚類程度同樣最佳.

圖3 我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭的關(guān)鍵詞聚類圖譜

表2 我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭文獻(xiàn)的聚類關(guān)鍵詞

2.2.4 關(guān)鍵詞時(shí)間線圖譜分析

時(shí)間線圖譜是陳超美教授近些年更推薦的一種時(shí)間圖譜的展現(xiàn)方式，它主要側(cè)重于展現(xiàn)聚類內(nèi)部各成員之間的相關(guān)性、技術(shù)的演進(jìn)以及歷史的跨度過(guò)程，可以直觀的反應(yīng)出不同關(guān)鍵詞在不同年份的出現(xiàn)情況，時(shí)間線圖譜上的同一個(gè)聚類節(jié)點(diǎn)按順序出現(xiàn)的年份依次排列在同一條水平線上［20，21］.為探究有關(guān)農(nóng)業(yè)用生物炭領(lǐng)域的熱點(diǎn)變遷及演變趨勢(shì)，利用CiteSpace 軟件，選擇“Timeline View”，對(duì)研究熱點(diǎn)分布作時(shí)間線圖譜分析，篩選前10個(gè)聚類結(jié)果，如圖4所示.從時(shí)間線圖譜可以看出，1994年-2009年，我國(guó)對(duì)于農(nóng)業(yè)用生物炭領(lǐng)域的研究及關(guān)注還較少，側(cè)重點(diǎn)在“固化”、“生物質(zhì)”和“熱解”3 個(gè)主題；從2010年開(kāi)始，可以明顯看出聚類的成果開(kāi)始增多，側(cè)重點(diǎn)在“生物炭”、“生物質(zhì)炭”、“秸稈”、“農(nóng)業(yè)”等主題.由此可以得出，我國(guó)對(duì)于該領(lǐng)域研究的關(guān)注度從2010年開(kāi)始呈井噴式增長(zhǎng)，大量的學(xué)者對(duì)其展開(kāi)科研，由此可以推斷出，未來(lái)該領(lǐng)域仍將會(huì)是學(xué)者們研究方向的熱點(diǎn)與趨勢(shì).

圖4 我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭的關(guān)鍵詞時(shí)間線圖譜

2.3 主要作者合作分析

某個(gè)領(lǐng)域的研究作者之間的合作圖譜，即學(xué)者們以研究生產(chǎn)新的科學(xué)知識(shí)為目的而在一起工作所展現(xiàn)的圖譜.通過(guò)作者合作圖譜的閱讀，可以了解到國(guó)內(nèi)有哪些研究人員在農(nóng)業(yè)用生物炭領(lǐng)域具有很高的造詣，以及幫助讀者了解到該領(lǐng)域核心帶頭學(xué)者的變化和更新，從而促進(jìn)該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究與合作.將提取的農(nóng)業(yè)用生物炭的相關(guān)文獻(xiàn)合集導(dǎo)入CiteSpace軟件并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析轉(zhuǎn)換，節(jié)點(diǎn)處理區(qū)設(shè)置為作者，年份切片參數(shù)設(shè)置為1年，不進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)剪裁，最后生成作者間合作圖譜（圖5）.圖中節(jié)點(diǎn)（作者名字）的大小代表作者發(fā)表文獻(xiàn)的數(shù)量，節(jié)點(diǎn)越大，則發(fā)表的數(shù)量越多；各個(gè)節(jié)點(diǎn)的連線代表作者之間存在的合作關(guān)系，連線的顏色代表了各作者首次合作的時(shí)間.圖5中共包括442個(gè)節(jié)點(diǎn)和1030條連線，農(nóng)業(yè)用生物炭作者合作網(wǎng)絡(luò)密度為0.0106.由圖5可知，學(xué)者潘根興和李戀卿的節(jié)點(diǎn)最大并存在連線，表明二人發(fā)表與農(nóng)業(yè)用生物炭有關(guān)的文章最多并存在合作關(guān)系.

對(duì)農(nóng)業(yè)用生物炭領(lǐng)域發(fā)文量前10位作者進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如表3所示.發(fā)文數(shù)量最多的為南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的潘根興，總發(fā)文數(shù)量為56篇，最早發(fā)文年份為2011年，表明其在該領(lǐng)域?yàn)楹诵膸ь^人物這與上文圖5中結(jié)論一致.發(fā)文量前10位作者中，潘根興、李戀卿、張旭輝、鄭金偉、劉曉雨、鄭聚鋒6位學(xué)者均屬于南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，由此可以看出該領(lǐng)域最具代表性和權(quán)威性的機(jī)構(gòu)是南京農(nóng)業(yè)大學(xué).

圖5 我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭的研究作者合作圖譜

表3 我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭文獻(xiàn)的高產(chǎn)作者統(tǒng)計(jì)表

2.4 主要機(jī)構(gòu)分析

某個(gè)研究領(lǐng)域的發(fā)文機(jī)構(gòu)能夠具體表現(xiàn)機(jī)構(gòu)的專業(yè)性、權(quán)威性、代表性和科研完善的進(jìn)度.將提取的農(nóng)業(yè)用生物炭的相關(guān)文獻(xiàn)合集導(dǎo)入CiteSpace軟件并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析轉(zhuǎn)換，節(jié)點(diǎn)處理區(qū)設(shè)置為作者，年份切片參數(shù)設(shè)置為1年，不進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)剪裁，最后生成機(jī)構(gòu)間合作圖譜（圖6）.圖6共有3個(gè)類團(tuán)，每個(gè)類團(tuán)中的節(jié)點(diǎn)大小代表了機(jī)構(gòu)發(fā)文數(shù)量，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連線代表了機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系，連線的顏色代表了各個(gè)機(jī)構(gòu)首次合作的時(shí)間.由此可以得出，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)有關(guān)農(nóng)業(yè)用生物炭領(lǐng)域的發(fā)文數(shù)量最多，其與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)等多機(jī)構(gòu)存在合作關(guān)系.

圖6 我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭的研究機(jī)構(gòu)合作圖譜

通過(guò)對(duì)發(fā)文量前10的機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如表4所示.可以看出進(jìn)行農(nóng)業(yè)用生物炭領(lǐng)域相關(guān)研究的機(jī)構(gòu)主要是我國(guó)高等農(nóng)業(yè)院校和國(guó)家重點(diǎn)研究所.其中發(fā)文量處于領(lǐng)頭的機(jī)構(gòu)為南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的發(fā)文量最多，達(dá)89篇，這與上文主要作者發(fā)文量的趨勢(shì)一致；其次是沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，雖然該機(jī)構(gòu)總發(fā)文獻(xiàn)量共65篇，但其發(fā)文量總數(shù)排在前10的學(xué)者僅有1位，表明該校從事農(nóng)業(yè)用生物炭領(lǐng)域研究的團(tuán)隊(duì)較多，領(lǐng)頭核心人物只有1位，這可能與該校在2020年11月15日專門成立了生物炭研究院有關(guān).

表4 我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭文獻(xiàn)的機(jī)構(gòu)發(fā)文量

2.5 主要資助基金分析

某個(gè)研究領(lǐng)域資助基金的數(shù)量可以反映出該領(lǐng)域的價(jià)值及受關(guān)注程度.通過(guò)對(duì)870篇有關(guān)農(nóng)業(yè)用生物炭文獻(xiàn)的資助基金數(shù)量前10 位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表5 所示.“國(guó)家自然科學(xué)基金”、“國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃”、“國(guó)家科技支撐計(jì)劃”、“國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）”4個(gè)基金資助為國(guó)家級(jí)的基金資助，共發(fā)文獻(xiàn)549篇，占總發(fā)文量的63.10%.其中基金發(fā)文量最多的是“國(guó)家自然科學(xué)基金”，共發(fā)文326篇.從上述數(shù)據(jù)得出，我國(guó)國(guó)家層面對(duì)該領(lǐng)域也達(dá)到了高度重視并給予了大量的基金支持，由此可以推測(cè)出該領(lǐng)域在未來(lái)仍然會(huì)是各個(gè)學(xué)者、研究機(jī)構(gòu)以及國(guó)家關(guān)注的重點(diǎn).

表5 我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭文獻(xiàn)的基金資助項(xiàng)目

3 農(nóng)業(yè)用生物炭的研究前沿

爆發(fā)性檢測(cè)，指一個(gè)變量的值短時(shí)間內(nèi)爆發(fā)式增加，突然變成了熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，被學(xué)者、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和國(guó)家廣泛關(guān)注.爆發(fā)性檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)某研究領(lǐng)域從單一到多元的演進(jìn)趨勢(shì)，可從關(guān)鍵詞中得到出現(xiàn)頻次在短時(shí)間內(nèi)突然增加的研究領(lǐng)域或主題，進(jìn)而預(yù)測(cè)那些關(guān)鍵詞在未來(lái)是否會(huì)成為熱點(diǎn)領(lǐng)域［22］.通過(guò)對(duì)870篇文獻(xiàn)進(jìn)行爆發(fā)性檢測(cè)，可清晰的看出關(guān)鍵詞出現(xiàn)的時(shí)間、結(jié)束的時(shí)間、關(guān)鍵詞強(qiáng)度以及未來(lái)熱點(diǎn)領(lǐng)域的研究趨勢(shì)（圖7）.其中“土壤”這一關(guān)鍵詞的強(qiáng)度最大，其值為5.11，爆發(fā)期持續(xù)了3年；“水稻土”的強(qiáng)度為1.81，“品質(zhì)”的強(qiáng)度為2.03，但二者爆發(fā)期持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，同為5年.由圖7可知，隨著該領(lǐng)域的深入研究，2019年-2021年出現(xiàn)了“小麥”、“水稻”等與農(nóng)業(yè)有關(guān)的關(guān)鍵詞，進(jìn)一步延伸了農(nóng)業(yè)用生物炭領(lǐng)域，表明未來(lái)農(nóng)業(yè)用生物炭依舊是研究熱點(diǎn)趨勢(shì).從“廢棄物”、“cd”、“生長(zhǎng)”和“土壤性質(zhì)”4個(gè)關(guān)鍵詞可以看出，未來(lái)農(nóng)業(yè)用生物炭的研究前沿將更多的傾向于農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境治理等方面.

圖7 我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭的文獻(xiàn)突現(xiàn)詞

4 未來(lái)我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭的研究熱點(diǎn)趨勢(shì)

由于有關(guān)農(nóng)業(yè)用生物炭領(lǐng)域的關(guān)鍵詞中具有較多專業(yè)術(shù)語(yǔ)，難以直觀清晰理解.通過(guò)查閱聚類相關(guān)國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的高被引文獻(xiàn)及核心文獻(xiàn)，排除分類不當(dāng)及概述不清的關(guān)鍵詞，從而總結(jié)出3大研究熱點(diǎn)主題，分別為農(nóng)作物品質(zhì)改善及增產(chǎn)、農(nóng)田土壤理化性質(zhì)的改良及養(yǎng)分的提高、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的修復(fù)及可持續(xù)發(fā)展.

4.1 農(nóng)作物品質(zhì)改善及增產(chǎn)

隨著農(nóng)業(yè)用生物炭的不斷深入研究，其在農(nóng)作物生產(chǎn)及品質(zhì)改良方面的積極作用已愈發(fā)受到重視［23，24］，并在水稻、小麥、大豆、玉米等農(nóng)作物增產(chǎn)上取得了良好的功效.Jeffery等［25］，研究發(fā)現(xiàn)將生物炭摻入農(nóng)田土壤中，將提高大約10%的農(nóng)作物生產(chǎn)率.在亞馬遜河地區(qū)的大田試驗(yàn)表明，在土壤中施入生物炭用量為11t·hm-2時(shí)，2年4個(gè)生長(zhǎng)季后水稻和高粱產(chǎn)量累積增加了約75%［26］.張偉明等［27］研究表明，當(dāng)對(duì)水稻施用生物炭用量為10g kg-1時(shí)，將促進(jìn)其各器官協(xié)同發(fā)育，從而達(dá)到增產(chǎn)；在完全隨機(jī)的田間試驗(yàn)中，在氮肥用量相同的情況下，小麥產(chǎn)量和SOC含量隨著生物炭用量的增加而增加［28］；生物炭的應(yīng)用增強(qiáng)了大豆中的碳同化，促進(jìn)生物量積累和產(chǎn)量增加，從而提高大豆的產(chǎn)量［29］；生物炭對(duì)農(nóng)作物的增效存在一定的累加作用，Major等［30］，通過(guò)進(jìn)行4年的施用生物炭于玉米和大豆輪作農(nóng)田試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)生物炭用量為20t·hm-2時(shí)，第1年玉米產(chǎn)量并未提高，從第2年至第4年，玉米產(chǎn)量逐年較對(duì)照增加了28%、30%和140%.生物炭不僅可以提高農(nóng)田作物的產(chǎn)量，還對(duì)作物抗逆性有一定的改善.Akhtar S等［31］研究表明，通過(guò)農(nóng)田施用生物炭，可降低了小麥對(duì)Na+的吸收轉(zhuǎn)化，進(jìn)而提高小麥生長(zhǎng)和生產(chǎn)力；同時(shí)生物炭的施用可顯著改善鹽堿地的中馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成［32］.

盡管目前生物炭應(yīng)用在農(nóng)田上可以顯著提高作物的產(chǎn)量及改善品質(zhì)，但我國(guó)土壤類型眾多，當(dāng)前針對(duì)農(nóng)業(yè)用生物炭的適宜用量于不同類型農(nóng)作物以及生物炭對(duì)不同氣候、地區(qū)下農(nóng)作物影響的研究鮮有報(bào)道，生物炭是否對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)還存在不確定性及未知性，因此，未來(lái)生物炭對(duì)農(nóng)作物品質(zhì)及產(chǎn)量的影響，仍將是我國(guó)該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)趨勢(shì).

4.2 農(nóng)田土壤理化性質(zhì)的改良及養(yǎng)分的提高

土壤肥力對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)起著至關(guān)重要的作用，并對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)力的高低有著重要的影響［33］.生物炭改善農(nóng)田土壤理化性質(zhì)及養(yǎng)分提高主要有以下方面：（1）施用生物炭在農(nóng)田進(jìn)行碳化時(shí)，由于生物炭顆粒的平均密度小于土壤顆粒的平均密度，可以有效的降低土壤容重，從而降低農(nóng)業(yè)機(jī)械耕作的能量需求，形成多孔結(jié)構(gòu)，顯著提高土壤中的有效含水量［34］；（2）pH值可影響農(nóng)田土壤養(yǎng)分的微生物多樣性和植物生理生化過(guò)程［35］，生物炭呈堿性，可顯著中和酸性土壤，降低土壤酸化度［36］；（3）生物炭可影響農(nóng)田各物質(zhì)循環(huán)和C和N的陽(yáng)離子交換，從而提高土壤養(yǎng)分［37］.（4）生物炭可作為有機(jī)肥與農(nóng)肥配合施用，從而有效減少肥料養(yǎng)分流失及農(nóng)肥施用，避免農(nóng)田土壤板結(jié)，改善土壤質(zhì)量［38］.

目前，針對(duì)農(nóng)業(yè)用生物炭在不同農(nóng)田土壤類型及不同溫度下對(duì)農(nóng)作物的影響鮮有報(bào)道，在室溫中研究的結(jié)果與實(shí)際的結(jié)果仍存在差異，農(nóng)業(yè)用生物炭對(duì)農(nóng)田土壤的弊端還未完全顯現(xiàn)出來(lái)，因此未來(lái)生物炭對(duì)農(nóng)田土壤理化性質(zhì)的影響仍需進(jìn)一步系統(tǒng)研究.

4.3 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的修復(fù)及可持續(xù)發(fā)展

如今，我國(guó)農(nóng)業(yè)在發(fā)展中越來(lái)越注重環(huán)境保護(hù)，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展已成為大部分農(nóng)業(yè)區(qū)的主要發(fā)展目標(biāo)［39］.生物炭的存在與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)密不可分，Smith 等［40］研究表明，農(nóng)業(yè)生態(tài)工程中可通過(guò)增加土壤碳儲(chǔ)存量從而調(diào)節(jié)土壤碳排放到大氣，其中的一種策略是在生物質(zhì)中捕獲大氣中的二氧化碳，然后生產(chǎn)生物炭并將其儲(chǔ)存在土壤中［41］.生物炭對(duì)于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中存在的部分重金屬污染物存在一定的修復(fù)機(jī)理.其中最常見(jiàn)的就是生物炭灰分中存在某些元素能夠有效的促使重金屬在農(nóng)田土壤中鈍化，從而形成穩(wěn)定化合物，減輕重金屬的毒害作用［42］.

生物炭通過(guò)減輕農(nóng)田土壤重金屬的污染，提高作物產(chǎn)量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，從而促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展，但目前生物炭對(duì)于環(huán)境污染物只能起到吸附、減緩的作用，未能完全消除污染，后續(xù)研究需要考慮并分析農(nóng)業(yè)用生物炭的時(shí)效性及最大效率吸附污染物的用量；農(nóng)業(yè)用生物炭有關(guān)治理農(nóng)田重金屬污染多為鎘污染，考慮的因素較為單一，對(duì)于其他農(nóng)田重金屬污染的有效防治及預(yù)防二次污染有待進(jìn)一步研究.

5 結(jié)論

農(nóng)業(yè)用生物炭，在改良土壤理化性質(zhì)、提高作物產(chǎn)量等方面具有十分突出的優(yōu)勢(shì)，有助于推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展與保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境. 本文統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)基于中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）全文數(shù)據(jù)庫(kù)至2021年11月有關(guān)農(nóng)業(yè)用生物炭1310篇期刊文獻(xiàn)及論文，將選取范圍設(shè)置成僅核心期刊、CSCCI期刊和CSCD期刊3個(gè)期刊，人工排除科學(xué)噪點(diǎn)，最終得到的有效文獻(xiàn)數(shù)量集合為870篇.通過(guò)對(duì)研究進(jìn)程、研究熱點(diǎn)、研究現(xiàn)狀、研究?jī)?nèi)容等方面統(tǒng)計(jì)，利用CiteSpace軟件進(jìn)行可視化分析及知識(shí)圖譜的繪制，結(jié)果表明：

5.1 我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭研究領(lǐng)域的發(fā)展主要經(jīng)歷了萌芽起步、加速上升、緩慢下降3個(gè)主要階段，年度發(fā)文數(shù)量逐年增加，研究?jī)?nèi)容逐漸從單一到多元化.從2019年起，年度發(fā)文數(shù)量逐漸下降，但整體數(shù)量較萌芽起步階段仍是處于大幅度增加的狀態(tài)，年度發(fā)表文獻(xiàn)總量遠(yuǎn)超過(guò)萌芽起步和加速上升兩個(gè)階段，由此可以推測(cè)出，農(nóng)業(yè)上應(yīng)用生物炭的相關(guān)研究在未來(lái)仍將是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的熱點(diǎn).

5.2 研究作者之間合作密切，具備穩(wěn)定的科研團(tuán)隊(duì)與技術(shù)，該領(lǐng)域的代表性研究員主要是潘根興、李戀卿等高等農(nóng)業(yè)院校和國(guó)家重點(diǎn)研究所的學(xué)者和技術(shù)人員.

5.3 該領(lǐng)域研究中，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)等多高校機(jī)構(gòu)存在合作關(guān)系，具有代表性的研究機(jī)構(gòu)為發(fā)文量89篇的南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和發(fā)文量65篇的沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué).5.4 我國(guó)國(guó)家層面十分重視該領(lǐng)域的研究，63.1%數(shù)量的文章都具有“國(guó)家自然科學(xué)基金”、“國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃”等國(guó)家重點(diǎn)基金項(xiàng)目支持及保障.

5.5 我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭正在逐漸轉(zhuǎn)向維持農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的方向邁進(jìn).未來(lái)我國(guó)農(nóng)業(yè)用生物炭的研究趨勢(shì)可能主要集中在農(nóng)作物品質(zhì)改善及增產(chǎn)、農(nóng)田土壤理化性質(zhì)的改良及養(yǎng)分的提高、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的修復(fù)及可持續(xù)發(fā)展三個(gè)方面.