姚露露,胡海軍*,姜 丹,周清蓮,饒 靜

(1.遵義師范學院,貴州 遵義 563006; 2.遵義市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,貴州 遵義 563125)

在有限的氧氣條件下生物質(zhì)原料通過熱化學分解產(chǎn)生的富碳物質(zhì)被稱為生物炭(Biochar),又稱為生物質(zhì)炭(Biomass charcoal)、生物黑炭(Biomass black charcoal)、生物焦(Biological coke),具有比表面積大、穩(wěn)定性好等特點,有效吸附重金屬、有機小分子及離子等污染物,可作為污染物吸附劑、土壤改良劑被廣泛應(yīng)用于污染吸附應(yīng)急土壤改良與重金屬吸附及能源與化工等領(lǐng)域[1]。文獻計量學(Bibliometrics)是以已發(fā)表的文獻體系和文獻計量特征為研究對象進行文獻定量分析,目前已廣泛應(yīng)用于生物學、化學、醫(yī)學、農(nóng)林、生態(tài)學、食品安全等領(lǐng)域,方法較為成熟,不僅能夠?qū)ρ芯款I(lǐng)域的現(xiàn)狀進行全面總結(jié),還可通過數(shù)據(jù)分析研究熱點,預(yù)測該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢,為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供方向和參考依據(jù)[2]。

1 材料與方法

數(shù)據(jù)來源。來源于中國知網(wǎng)(CNKI),檢索時間跨度為1992年1月—2022年12月,用主題詞(SU)進行檢索,檢索格式如下：SU=(生物炭or生物質(zhì)炭or生物黑炭or生物焦)。剔除不相關(guān)文獻后,共獲得數(shù)據(jù)7504篇。

研究方法。采用文獻資料法,對生物炭研究領(lǐng)域的相關(guān)信息,如作者、研究機構(gòu)、發(fā)文數(shù)量和時間等進行統(tǒng)計,通過計算機技術(shù),對期刊、著者等研究對象的引用情況進行分析,通過文獻之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)生物炭研究領(lǐng)域中各研究方向和主題的結(jié)構(gòu)關(guān)系,從而獲得生物炭研究領(lǐng)域中的研究熱點及前景。采用數(shù)理統(tǒng)計法,運用Origin、CiteSpace及Excel 2020對所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理與作圖。

2 文獻基本特征

2.1 發(fā)文數(shù)量及時間統(tǒng)計

發(fā)文量可以表征科研人員對某個研究領(lǐng)域的重視度與關(guān)注度,能夠在一定程度上反映該領(lǐng)域的發(fā)展速度與發(fā)展程度[3]。由圖1可知,在檢索時間范圍內(nèi),對生物炭研究的文獻分為以下兩個時期：1992—2010是平穩(wěn)波動期,2011—2022是快速發(fā)展波動期,呈指數(shù)增長,在2021年達到最大,為1316篇。

圖1 1992—2022年發(fā)文數(shù)量的變化

2.2 發(fā)文數(shù)量及研究人員

對1992—2022年生物炭相關(guān)領(lǐng)域的第一作者發(fā)文量進行統(tǒng)計。30年間,有上千名作者發(fā)表過生物炭領(lǐng)域的相關(guān)論文,其中,超過80%的作者發(fā)文量在1～3篇,僅約20%的作者發(fā)文量超過3篇。表1是發(fā)文量超過3篇的22位代表作者。

表1 1992—2022年生物炭領(lǐng)域發(fā)文數(shù)量及研究作者

2.3 主要研究機構(gòu)

由表2可知,發(fā)文量排名第1、第2的研究機構(gòu)分別是西北農(nóng)林科技大學和沈陽農(nóng)業(yè)大學,而第3的是東北農(nóng)業(yè)大學,發(fā)文量均在200篇以上。排名第4、第5的機構(gòu)發(fā)文量均未超過200篇,第6名至第10名發(fā)文量均未超過150篇。以上10個單位的發(fā)文量占總發(fā)文量的22.53%,說明其在該領(lǐng)域活躍程度較高,在生物炭研究及應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。

表2 1992—2022年生物炭領(lǐng)域發(fā)文量排名前10的研究機構(gòu)

2.4 被引頻次文獻分布

文章被引用次數(shù)能夠在一定程度上反映出其在該領(lǐng)域的研究水平及權(quán)威性[4]。由表3可以看出,1992—2022年生物炭研究領(lǐng)域被引用次數(shù)排名前10的文獻。其主要集中發(fā)表于2009—2013年,陳溫福的《農(nóng)業(yè)生物炭研究進展與前景》被引次數(shù)最高。

表3 1992—2022年生物炭研究領(lǐng)域被引用文獻次數(shù)排名前10的文章

2.5 學科領(lǐng)域發(fā)文量分布

圖2選取了前10個學科領(lǐng)域的發(fā)文量,發(fā)現(xiàn)研究領(lǐng)域主要集中于環(huán)境科學與資源利用、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學、農(nóng)藝學,分別占總發(fā)文量的46.04%、23.20%、18.94%;農(nóng)物學、有機化工、自然地理學與測繪學、園藝、化學、生物學、無機化工和新能源等較少,占比分別為11.02%、7.28%、7.26%、4.25%、3.80%、3.44%、2.81%和1.85%。說明生物炭研究與應(yīng)用在不同學科之間存在明顯差異,在環(huán)境科學與資源利用及農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學方面應(yīng)用及研究相對較為廣泛。

圖2 1992—2022年生物炭研究涉及的學科領(lǐng)域

2.6 文獻來源

對來源期刊進行分析有助于了解某一領(lǐng)域的主要發(fā)文期刊情況。由表4可知,生物炭發(fā)文量最高的期刊是環(huán)境科學,排在第2的期刊是農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,第3和第4的期刊分別是江蘇農(nóng)業(yè)科學、環(huán)境工程學報,第5～10名的期刊是環(huán)生態(tài)環(huán)境學報、環(huán)境化學、環(huán)境科學與技術(shù)、水土保持學報、農(nóng)業(yè)工程學報、中國環(huán)境科學,說明生物炭研究領(lǐng)域來源期刊相對較為分散。

表4 1992—2022年生物炭研究領(lǐng)域發(fā)文量排名前10的期刊

3 結(jié)論與展望

對CNKI數(shù)據(jù)庫中的生物炭相關(guān)文獻進行分析,概述了生物炭研究情況。發(fā)文數(shù)量在2010年之后呈顯著增長趨勢,主要集中于高等院校和農(nóng)業(yè)科研研究所;農(nóng)業(yè)、環(huán)境科學與生態(tài)學、化學等相關(guān)學科是生物炭的主流研究領(lǐng)域[5];改良生物炭性質(zhì),使生物炭的有效性達到最優(yōu)、使用率達到最佳是生物炭研究的一個熱點。

通過關(guān)鍵詞分析可把握該研究領(lǐng)域的發(fā)展過程、特點、規(guī)律及聯(lián)系,反映出該領(lǐng)域研究前沿和熱點[6]。以生物炭為中心目標,研究人員致力于研究生物炭對重金屬的吸附及土壤修復(fù)。近年來,我國農(nóng)用地土壤環(huán)境總體狀況不佳,需應(yīng)用不同修復(fù)技術(shù)來降低土壤安全風險[6],其中生物炭修復(fù)土壤是其中一種。但由于生物炭的作用機理仍存在一些爭議且理論研究不足,目前對生物炭的評估研究較少,尚不能滿足日益擴大的土壤修復(fù)市場及相關(guān)部門的需求,有待于進一步完善。此外,不同條件下制備的生物炭對不同污染物的去除和鈍化機制差異較大,通過研究其對污染物的吸附去除機理,篩選出最佳的生物炭制備方法及吸附工藝條件將是未來研究的重點[7]。

生物炭的研究還可能聚焦在生物炭的遷移轉(zhuǎn)換、原位修復(fù)、吸附固定等。生物炭對水分的管理,生物炭對土壤酶活性、土壤pH等的影響,用豬糞、牛糞、雞糞來制備生物炭,還有生物炭與其他材料結(jié)合改良生物炭性質(zhì)。目前已有部分學者將生物炭與納米材料等結(jié)合制備成新的復(fù)合物材料,但這些復(fù)合材料是否會影響土壤環(huán)境質(zhì)量,導(dǎo)致土壤中微生物的減少,還有待進一步研究,為更好地利用土壤提供科學依據(jù)[8]。

在生物炭的定義、結(jié)構(gòu)、功效及應(yīng)用等方面依然存在爭議[9]。目前大多數(shù)的文獻為研究論文,缺少綜述與資訊類的文獻,研究層次主要為應(yīng)用基礎(chǔ)研究與技術(shù)研究,缺少技術(shù)開發(fā)和工程研究等研究。應(yīng)大力開展大數(shù)據(jù)合作模式,使研究成果得以共享,為生物炭的發(fā)展奠定大量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[10]。