基于VOSviewer和Citespace可視化分析微塑料與生物炭交互作用研究進展

摘 要：為明確目前國內(nèi)外微塑料及生物炭在土壤-植株領(lǐng)域的研究熱點和發(fā)展趨勢，研究利用可視化軟件VOSviewer和Citespace等知識圖譜工具，以中國知網(wǎng)（CNKI）和Web of Science（WOS）為數(shù)據(jù)檢索源，分別從國內(nèi)外文獻發(fā)表、期刊來源、文章被引率、作者群體、研究熱點和研究領(lǐng)域知識主題演化路徑等多角度分析闡釋了2018—2022年微塑料、生物炭及其交互作用對土壤-植株領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與演變趨勢，以期為深入研究提供新思路和新視野。

關(guān)鍵詞：微塑料；生物炭；熱點與前沿；VOSviewer；Citespace

中圖分類號：G353.1 文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909（2024）14-122-7

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.14.028

0 引言

微塑料（Microplastics，MPs）是指塑料在環(huán)境中經(jīng)過風(fēng)力、光照和人為作用而裂解、破碎與磨損等形成的直徑小于5 mm的塑料碎片或顆粒物［1］。MPs具有直徑小、難以回收和不易降解等特點［2］，廣泛存在于大氣［3］、水體［4］和土壤［5］環(huán)境中，繼而通過運移和富集過程進入生物體而造成不利影響。生物炭（Biochar，BC）是在厭氧或缺氧條件下對生物物質(zhì)原料進行熱裂解和炭化所產(chǎn)生的一類含碳豐富的固態(tài)穩(wěn)定物質(zhì)［6］。目前，在全球許多地區(qū)均開展了對BC的系列研究和應(yīng)用［7］，涉及農(nóng)業(yè)土壤改良、環(huán)境凈化、能源轉(zhuǎn)化和利用等多個方面［8］。

對MPs與BC及其交互作用的研究發(fā)表文獻較多，但均無法有效、直觀和全面反映該領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)及研究進展。因此，有必要采用文獻計量學(xué)對土壤-植株系統(tǒng)中MPs與BC交互作用的最新研究進展進行梳理，獲得該領(lǐng)域最新發(fā)展動態(tài)及研究熱點。文獻計量學(xué)是利用可視化分析軟件，采用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)相結(jié)合的方式，對當(dāng)前的研究內(nèi)容、研究前沿及研究熱點進行交叉和定量研究［9］，具有客觀性、定量化和模型化特點［10］。該研究以CNKI和WOS為數(shù)據(jù)檢索源，以2018—2022年已公開發(fā)表的土壤-植株系統(tǒng)中MPs和BC交互作用的研究論文為研究對象，借助VOSviewer和Citespace軟件構(gòu)建知識共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和可視化圖譜，整合分析、挖掘、提煉和總結(jié)文獻研究現(xiàn)狀、發(fā)展歷程、研究進展、前沿?zé)狳c和演進脈絡(luò)等，為土壤-植株系統(tǒng)中MPs與BC交互作用的協(xié)同發(fā)展和未來研究提供思路借鑒和方法參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究所用中文文獻來源于CNKI。以主題詞=（“生物炭”）+（“微塑料”）進行高級檢索，利用生態(tài)環(huán)境科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、土壤學(xué)、污染評估控制與管理、生態(tài)學(xué)等主題詞進行再次檢索，時間跨度設(shè)置為2018年1月1日至2022年12月31日，最終得到中文文獻共5 952篇。依據(jù)上述檢索詞及背景知識，人工剔除與主題不相關(guān)的文獻，最終得到3 067篇文獻樣本，并以RefWorks格式導(dǎo)出。

研究所用英文文獻來源于科睿唯安（Clarivate Analytics）WOS核心合集數(shù)據(jù)庫。以主題詞=（biochar*）and（microplastics *）進行檢索，后續(xù)設(shè)置TS = Pollution assessment， Control and management* or Eco-environmental science* or Environmental science* or Pedology*和文章類型=article or review進行精煉，檢索時間跨度為2018年1月1日至2022年12月31日。依據(jù)上述人工剔除方法，逐條篩選后得到相關(guān)文獻5 847篇，并以Tab-delimited files和純文本格式導(dǎo)出。

1.2 研究方法

為使數(shù)據(jù)更加全面和準確，首先利用COOC軟件對檢索到的中英文文獻進行數(shù)據(jù)清洗，包括同義詞合并、無意義詞刪除及文獻去重等［11］。數(shù)據(jù)清洗后的英文文獻和中文文獻分別來源于155和215個期刊，然后采用VOSviewer和Citespace軟件分析2018—2022年MPs和BC所涉領(lǐng)域進行知識圖譜分析，實現(xiàn)知識單元矩陣的標準化和可視化。

2 結(jié)果與討論

2.1 期刊來源分析

對2018年1月1日至2022年12月31日MPs與BC領(lǐng)域國內(nèi)外刊文期刊進行分析，篩選出刊文量排名Top5的中英文期刊。中文文獻中，《西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報》刊載文獻量占總文獻樣本數(shù)據(jù)的4.84%；《農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報》《環(huán)境科學(xué)》《東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報》和《沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報》刊載文獻量分別占總文獻樣本數(shù)據(jù)的3.70%、3.58%、2.69%和2.54%。英文文獻刊文量最多的期刊是Science of the Total Environment，刊載文獻量占總文獻樣本數(shù)據(jù)的17.9%；其次是Chemosphere、Journal of Hazardous Materials、Environmental Pollution和Environmental Science and Pollution Research，刊載文獻量分別占總文獻樣本數(shù)據(jù)的8.4%、6.8%、6.6%和6.5%。對比國內(nèi)外發(fā)文期刊研究內(nèi)容可知，國內(nèi)研究領(lǐng)域絕大部分集中在農(nóng)田土壤-植物生態(tài)系統(tǒng)，而國外則集中在河流、海洋生態(tài)系統(tǒng)及人體健康評價等方面。

2.2 文章被引率分析

此次調(diào)查中，中文高被引文章是許云翔等于2019年發(fā)表在《應(yīng)用生態(tài)學(xué)報》上的“施用生物炭6年后對稻田土壤酶活性及肥力的影響”，引用頻次達165次。WOS庫中高被引Top3的文獻分別是Alimi Olubukola等、Machado等 和Wang等發(fā)表在Environmental Science amp; Technology、Water Research和Journal of Cleaner Production上的綜述文章，被引頻次分別高達1 259次、991次和940次。對中英文高被引文獻進行分析可知，被引頻次較高的文章主要發(fā)表于2018年，中文文獻被引次數(shù)均大于600且大部分文獻為綜述文章。此外，對比中英文高被引文獻，發(fā)現(xiàn)兩者所關(guān)注領(lǐng)域不同，中文文獻更側(cè)重于BC領(lǐng)域，而英文文獻大多集中于MPs領(lǐng)域相關(guān)研究。

2.3 作者群體分析

對CNKI和WOS庫文獻中涉及的所有作者姓名進行提取和頻次分析，發(fā)現(xiàn)我國MPs與BC土壤-植株領(lǐng)域活躍學(xué)術(shù)團體有官會林、劉國順、賈俊香等學(xué)者團隊，基本形成了該領(lǐng)域內(nèi)核心作者群的分布網(wǎng)絡(luò)。同時，這些活躍作者是該領(lǐng)域內(nèi)的文獻高產(chǎn)作者［見圖1（a）和圖2］，其中李娜發(fā)表中文文獻最多（9篇），其次是徐萬里、官會林（均發(fā)表8篇），唐光木、劉國順、徐武美發(fā)文量均為7篇。對英文文獻活躍作者群體分析表明［見圖1（b）和圖3］，發(fā)文量最高的為OK. Yong Sik和Wang Hailong 2位學(xué)者，發(fā)文量依次為119和88篇。這些活躍作者是MPs與BC研究領(lǐng)域的中堅力量，其研究方向代表著該領(lǐng)域的研究前沿進展，持續(xù)性推動該領(lǐng)域的前進與發(fā)展。

2.4 研究熱點分析

基于VOSviewer軟件分別對2018—2022年CNKI和WOS數(shù)據(jù)庫提取的關(guān)鍵詞進行統(tǒng)計分析，中英文文獻樣本中共有關(guān)鍵詞分別為5 523和16 050個，構(gòu)建核心關(guān)鍵詞的共現(xiàn)可視化圖（見圖4和圖5）。以5為閾值，對2018—2022年MPs與BC有關(guān)土壤效應(yīng)領(lǐng)域CNKI論文中的462個高頻詞進行聚類分析并繪制知識圖譜，在中文文獻核心關(guān)鍵詞圖譜（見圖4）中，大致可分為3個關(guān)鍵詞：①BC施用后土壤成分及理化性質(zhì)；②MPs對土壤的作用；③重金屬吸附。以20為閾值，對2018—2022年MPs和BC對土壤影響的WOS論文中的540個高頻詞進行聚類分析并繪制知識圖譜，識別出4個關(guān)鍵詞簇，分別為生物炭應(yīng)用、MPs、土壤污染處理、被污染的土壤。

2.5 研究領(lǐng)域知識主題演化路徑分析

2018—2022年國內(nèi)MPs與BC研究熱點的變化情況如圖6所示。2018—2021年MPs與BC的研究熱點集中在BC吸附特性、生物炭土壤改良、施用生物炭作物產(chǎn)量、重金屬老化、鈍化及修復(fù)等方面，而現(xiàn)階段的土壤MPs污染、重金屬形態(tài)、微生物群落有成為研究熱點的趨勢。由圖7可知，2018—2022年，國際上MPs與BC研究熱點演變趨勢與國內(nèi)趨勢一致。由表1可以看出，2018—2022年，中文文獻中出現(xiàn)了氮肥、地膜覆蓋、油菜、水分利用效率、殼聚糖、土壤調(diào)理劑、土壤改良劑等突現(xiàn)的關(guān)鍵詞，并且側(cè)重于氮肥、油菜。2019—2022年，與BC相關(guān)的關(guān)鍵詞不再突現(xiàn)，說明研究趨勢逐漸向MPs有關(guān)研究轉(zhuǎn)變。2018—2022年，氮肥、油菜、土壤改良劑、生物炭基肥和烤煙的突現(xiàn)強度較高。而英文文獻關(guān)鍵詞中的黑炭、磷酸鹽、酸堿度突現(xiàn)強度較高。2018—2022年，Phosphate、Black carbon、Manure、Phytoremediation、Organic carbon、Charcoal和Soil remediation等成為2018—2022年的突現(xiàn)關(guān)鍵詞。其中，強度在20以上的關(guān)鍵詞為Black carbon、Phosphate和Manure，突現(xiàn)強度分別為24.898 9、24.307 0和20.755 1，表明國內(nèi)外關(guān)于MPs與BC的研究熱點在2018—2022年仍以BC為主。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

2018—2022年，MPs與BC研究一直受國內(nèi)外科研工作者的關(guān)注和重視，并逐漸成為研究熱點。目前，國內(nèi)外對土壤-植株系統(tǒng)中MPs與BC交互作用的研究呈持續(xù)增長態(tài)勢。整體而言，國外對MPs的研究比國內(nèi)超前，MPs已逐漸成為環(huán)境生態(tài)專業(yè)的研究熱點，現(xiàn)階段對MPs的研究主要是吸附、生物降解、毒性分析、空間分布、樣品采集等方面。

3.2 展望

MPs與BC對土壤-植株系統(tǒng)效應(yīng)的研究具有重要的理論和實踐意義。未來，MPs與BC對土壤效應(yīng)的研究將從以下方面開展。①深入研究MPs和BC在土壤-植株系統(tǒng)中的相互作用機制與機理，揭示兩者對土壤環(huán)境和作物生長的影響規(guī)律和內(nèi)在空間分布情況等；②探索MPs和BC在不同環(huán)境條件下的遷移轉(zhuǎn)化行為，為環(huán)境污染治理提供科學(xué)依據(jù)；③研究MPs和BC對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的影響，揭示它們在土壤生態(tài)系統(tǒng)中的作用；④開發(fā)新型MPs和BC治理技術(shù)，為環(huán)境污染治理提供技術(shù)支撐；⑤加強國際交流與合作，共同推動MPs與BC對土壤效應(yīng)的研究進展。

參考文獻：

［1］CHAE Y， AN Y J. Current research trends on plastic pollution and ecological impacts on the soil ecosystem：a review［J］. Environmental Pollution， 2018，240：387-395.

［2］THOMPSON R C， OLSEN Y， MITCHELL R P， et al. Lost at sea： where is all the plastic？［J］. Science， 2004， 304（5672）： 838.

［3］周倩，田崇國，駱永明.濱海城市大氣環(huán)境中發(fā)現(xiàn)多種微塑料及其沉降通量差異［J］.科學(xué)通報，2017，62（33）：3902-3909..

［4］ FREE C M， JENSEN O P， MASON S A， et al. High-levels of microplastic pollution in a large， remote， mountain lake［J］. Marine pollution bulletin， 2014， 85（1）： 156-163.

［5］RILLIG M C. Microplastic in terrestrial ecosystems and the soil？［J］. Environmental science amp; technology， 2012， 46（12）： 6453-6454.

［6］LEHMANN J， RILLIG M C， THIES J， et al. Biochar effects on soil biota-a review［J］. Soil Biology and Biochemistry， 2011， 43（9）：1812-1836.

［7］張紅娟，陳夢華，何珊珊，等.有機肥配施生物炭對設(shè)施番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤養(yǎng)分和重金屬累積的影響［J］.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2023，32（12）：1978-1986.

［8］劉俊希，姚峰，鄭梅迎，等.基于文獻計量的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域生物炭技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2023，43（15）：168-173.

［9］安顯金，李維.基于CNKI的我國生物炭研究趨勢文獻計量學(xué)分析［J］.農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報，2018，35（6）：483-491.

［10］楊金康，趙鵬，睢福慶，等.納米顆粒與植物相互作用的研究熱點和演變趨勢分析：基于CiteSpace和VOSviewer的知識圖譜方法［J］.生態(tài)毒理學(xué)報，2023，18（1）：460-472.

［11］陳亞茹，張巧明，楊英軍.我國戶外游憩研究現(xiàn)狀與熱點：基于COOC的知識圖譜分析［J］.農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2023，43（17）：120-125.