生物炭农田利用领域的研究热点与趋势：基于文献计量学的可视化分析

李瑞瑞，党佩佩，李 琛*

(1.陕西理工大学化学与环境科学学院，汉中 723001； 2.陕西省催化基础与应用技术重点实验室，汉中 723001)

Lehmann对亚马逊黑土的研究揭开了生物炭农田应用的序幕[1]。以废弃农林生物质为原料，经热解制得的生物炭因具有丰富的含氧官能团、发达的孔隙结构、优异的吸附性能而广泛应用于污染治理、土壤改良、碳封存等领域[2-4]。已有的研究表明，通过施用生物炭，可以有效提高土壤微生物活性、降低土壤容重、提高土壤中有效磷/氮含量、改善养分利用效果、提高土壤持水能力，同时，稻田中合理施用还可以显著降低温室气体的排放，受污染土壤中施用生物炭则可以实现污染物的固化或降解。因此，生物炭在农田生态系统中的应用引起全球农业工作者和科研人员的广泛兴趣[5-6]。一些研究人员就生物炭农田利用进行了综述[7-9]，对推动该领域的研究起到了积极作用。但是需要指出的是，这些综述研究通常针对生物炭农田利用的某一特定领域进行了归纳，这种归纳通常基于作者特定的研究领域和学科背景展开，具有较强的主观性。随着计算机科学与信息技术的快速发展，基于科学计量学与信息计量学技术，对特定研究领域的知识脉络进行梳理成为一种新的研究方法。该研究方法通常借助CiteSpace、VOSviewer等科学计量与可视化软件，对特定研究领域进行知识归纳，直观、形象、全面地梳理该领域现有文献资料，进而从宏观上把握该研究主题的发展趋势，洞悉未来研究热点。比如，陈磊等[10]利用CiteSpace软件对煤矿安全生产领域的研究成果进行了梳理，揭示了该领域的发展趋势,汪朋飞等[11]、邓伟等[12]、罗军华等[13]分别对摩擦纳米发电机、应急救援和公路洪灾等知识领域进行了归纳，为新晋研究人员快速把握这些研究领域未来的发展趋势提供有益借鉴。

鉴于此，现采用文献计量学和信息可视化技术，以Web of Science Core Collection (WoSCC)中与生物炭农田利用相关的文献记录为材料，构建本地数据库，借助CiteSpace、Bibliometrix程序，通过知识图谱的构建，挖掘该领域的研究协作状况，直观展示该领域的知识域与知识流动，揭示该领域的热门主题与发展趋势，以期为生物炭农田利用领域的研究提供借鉴。

1 材料与方法

考虑到文献计量学及CiteSpace软件对数据规范性和完整性的要求[14]，以及该研究领域在自然科学、社会经济学领域的跨学科特征，研究使用的英文文献以WoSCC[涵盖SCI-E (science citation index expanded,1975—2021)、SSCI (social sciences citation index,1975—2021)、A&HCI (arts &humanities citation index,1975—2021)、CPCI-S (conference proceedings citation index-science,1991—2021)、CPCI-SSH (conference proceedings citation index-social science &humanities,1991—2021)及ESCI (emerging sources citation index,2015—2021)子库]中所收录的与生物炭农田应用相关研究成果为源数据，通过检索式“[TI=(“biomass*charcoal*”or “biomass*biochar*”or “biochar*”or “bio*carbon*”)or AK=(“biomass*charcoal*”or “biomass*biochar*”or “biochar*”or “bio*carbon*”))and (TI=(“farm*land*”or “crop*land*”or “cultivated*land*”or “soil*”or “paddy field*”or “arable land*”or “paddy soil*”)or AK=(“farm*land*”or “crop*land*”or “cultivated*land*”or “soil*”or “paddy field*”or “arable land*”or “paddy soil*”)]”进行检索。检索时间设置为1900—2021年，语言限定为“English”，文献类型限定为“Article”，检索时间为2021年4月6日，检索得到的文献记录为3 945条，经去重、剔除不相关记录后，最终得到3 916条文献记录。文献的全记录与参考文献以纯文本格式保存，并以download_*.txt格式命名。合作关系(国家/地区、机构、作者)、共被引关系(作者)、共现关系(关键词)以及突现性(关键词)借助陈超美教授所开发的信息可视化分析软件CiteSpace(V 5.7.R5)进行分析[15]，数据统计使用R语言程序包Bibliometrix[16]进行。研究揭示以下内容：①利用Bibliometrix进行文献计量学统计，得到该领域相关文献的统计数据；②利用CiteSpace的共现分析功能，阐述各研究主体在国家、机构、作者层面的合作关系及其学术贡献；③利用CiteSpace的关键词共现分析和突发性检测功能，以科学知识图谱的形式全景展示该研究领域的知识结构、研究热点和发展趋势[17]。

2 结果与讨论

2.1 发文量及其年度变化

Bibliometrix和WoSCC文献统计分析结果显示，WoSCC数据库中与生物炭农田利用相关的3 916条文献记录分布在2007—2021年，这些论文由来自110个国家或地区、2 485个机构的10 166名作者撰写。文献年度出版量如图1所示。特定领域发文量的年际变化在一定程度上可以反映研究人员对该领域的关注程度，在2007—2020年，生物炭农田应用领域年度发文量呈指数增长态势，说明该研究领域的高速发展态势。

图1 WoSCC数据库关于生物炭农田利用研究论文发文量年度变化Fig.1 Publication output performance on the topic of biochar application in farmland from 2007 to 2021 in WoSCC

2.2 生物炭农田利用的主要研究力量

2.2.1 主要研究国家/地区及机构分析

一个国家在某一研究领域的发文数量通常代表着他们在该研究领域的活跃程度[18]。在CiteSpace中将节点类型设定为“country”，可得到国家合作网络，并结合WoSCC数据库中刊文量统计数据，得到发文数量最高的前十个国家/地区列于表1。在表1中，所列的记录数(records)来源于WoSCC出版统计数据，代表着各国家/地区在生物炭农田利用领域的刊文记录数，反映这些国家/地区对该领域的活跃程度，表中所列共现频次(frequency)和中介中心度(centrality)由国家合作网络分析结果导出，代表着一个国家在该研究领域的重要程度。由表1左侧数据可以看出，中国刊文记录(records)最高(1 686篇)，分别是排名第二的美国的2.59倍和排名第三的澳大利亚的4.93倍，说明生物炭农田利用方面的研究已受到中国学者的广泛关注。在表1的右侧，列出了国家合作网络图中共现频次(frequency)最高的前十个国家/地区，国家/地区共现频次在一定程度上表明该国家/地区在领域内与他国合作概况，对同一个国家/地区而言，可能由于其发表的论文并不是全部发生了国家/地区间的合作，导致其共现频次通常会低于WoSCC数据库中的记录数，比如，巴基斯坦研究人员所发表的245篇文献中有243篇文献与其他国家/地区的作者合著完成，而英国研究人员所发表的264篇文献中仅有132篇与其他国家/地区的作者存在共著关系。从排序来说，在共现网络中国家/地区的共现频次排序基本与WoSCC中刊文数量的排序吻合，中国、美国、澳大利亚依然排在前三位，但是英国则由刊文量的第四位变化为共现频次的第十位。在合作网络图中，高中介中心度的节点通常在保证网络完整性方面起到“枢纽”或“桥梁”作用[14]。在生物炭农田利用研究领域，虽然中国以高的共现频次和高的刊文记录排名第一，但是其中介中心性指数仅为0.09，为德国的1/3，不足英国的1/2，表明中国在该研究领域虽然最为活跃，但是其研究成果的国际影响力尚显不足，应加强该领域的开创性研究。英国、德国的刊文量位列第四和第五，共现频次位列第十和第四，但其中介中心性指数分列第一和第二，说明这两个国家/地区在生物炭农田利用领域所发表的文章影响力较强。

在CiteSpace中将节点类型设定为“institution”，可得到机构合作网络，统计得到国内外刊文量最多的前十个研究机构(表1)。在发文量最大的前十个机构中，有8个来自中国，分别位列第一，第三到第九，他们代表着中国在该研究领域的主要研究力量。另外，美国农业部和巴基斯坦的费萨拉巴德农业大学分别位列第二和第十。2009年，美国农业部的Novak介绍了施用山核桃壳生物炭对美国东南沿海平原地区沙质农业土壤的肥力具有显著改良作用[19]。之后，Novak又陆续发现施用生物炭对土壤蓄水能力、固氮能力及农作物产量等产生影响；进一步的，通过对比研究发现不同的原材料、物料配比、热解条件所制备的生物炭对土壤质量的影响存在差异，需要针对土壤特征，选择不同的制备工艺和原料，有针对性地获得所需生物炭基土壤改良剂，为生物炭的制备与农田利用提供了指南，提高了美国在该领域的影响力。中国科学院是生物炭农田利用领域发文量最大的机构，2009年首先报道了土壤施用生物炭可有效降低植物对农药的吸收[20]，并揭示了秸秆生物炭的酸碱度随热解温度升高而增大这一规律[21]，为农田利用秸秆生物炭的制备提供了指导意见，之后又多次在EnvironmentalScienceandTechnology杂志上刊文报道了生物炭在酸性土壤微生物群落丰度提升、温室气体N2O减排、作物产量提升方面的积极作用[22-23]。

表1 生物炭农田利用研究领域发文量最大的前十个国家/地区和机构Table 1 Top 10 most prolific countries/regions and institutions on the topic of biochar application in farmland from 2007 to 2021

2.2.2 主要学者分析

结合WoSCC数据库中的作者刊文统计数据，CiteSpace作者共现分析结果[图2(a)]和作者共被引分析结果[图2(b)]，归纳出该领域发文量最大、共现频次最高、共被引次数最高的前10个作者(表2)。一般的，发文数量的高低通常反映作者在该研究领域的活跃程度，作者合作网络中作者的中介中心性则反映该作者在推动学术合作中所起到的重要作用，而作者共被引频次则该领域同行专家对该作者研究成果的认可度，反映了该作者在该领域的学术影响力。因此，通常认为发文量、中介中心度和共被引频次是从不同角度反映一个学者在特定研究领域内学术贡献和学术影响力[24]。

由图2(a)可以看出，在生物炭农田利用领域已经形成了规模不等的研究团体，团体内各研究人员之间合作较为紧密并形成一定数量的核心作者，同时，各团体间也初步形成合作关系。由表2可以看出，来自韩国高丽大学的Ok Y S在生物炭农田利用领域的学术活动最为活跃，载文记录高达88条。在统计的作者中，来自中国的作者有6位，说明中国学者在该领域的研究中具有较高的活跃度。由表2可以看出，Gao B所代表的节点的中介中心性指数最高，为0.27，在图2(a)中，该节点与3个研究集群密切关联，是3个研究集群的枢纽，在3个研究集群的合作中发挥重要作用。Gao B来自美国佛罗里达大学农业与生物工程系，与浙江大学的Zhou Q F团队、南京大学的Yang L Y团队、南京工业大学的Ding Z H团队、上海交通大学的 Cao X D团队以及巴基斯坦费萨尔巴德农业大学的Muhammad N均有合作，促进了中国、美国、巴基斯坦等国在生物炭农田利用领域的合作。由图2(b)、表2可以看出，来自德国柏林自由大学的Lehmann J的共被引频次最高，为2 396次，其次是来自Glaser B，为887次。Lehmann J在2007年较早地提出了生物质炭对菌根影响机制的4条假说，认为生物炭对菌根的影响机制可能如下：①通过改变土壤理化性质直接对菌根产生影响；②通过影响土壤中其他微生物种群而对菌根产生间接影响；③通过植物-真菌系统所分泌的信号化感物质对有害物质产生解毒效应，改善菌根生境；④生物炭为菌根提供栖息地和庇护作用[25]。这些假说为生物炭农田应用和土壤改良的理论研究具有重要的借鉴和参考意义。Lehmann J及其团队在生物炭施用对土壤微生物群落分布影响、不同原料(热解温度)生物炭对植物生长的影响、生物炭施用对土壤中重金属的吸附固定作用、生物炭在土壤中的变化与分解、生物炭施用对氮氧化物及甲烷释放量的影响等进行了系列研究[26-29]，可以看出，该团队在生物炭土壤应用领域的研究系统而广泛，这可能是该作者的成果被同行学者广泛引用的主要原因。高共引频次的作者是由同行研究人员对其研究成果的引用产生的，这些作者的通常在该领域具有较大的学术影响力，其研究成果对该研究领域的发展与进步起到重要推动作用。

图2 生物炭农田利用研究领域作者合作及共被引概况Fig.2 The author cooperation and co-citation characteristics in the field of biochar application in farmland

表2 2007—2021年间生物炭农田利用研究领域发文量最大、共引频次最高、中介中心度最高的前十个作者Table 2 Top 10 authors with high publications,centrality or co-citation frequency in the field of biochar application in farmland from 2007 to 2021

2.3 生物炭农田利用的研究热点与趋势

论文的关键词通常是其研究内容和研究主题的高度凝练，从一定程度上来说，通过分析某一研究领域的关键词的变迁可以洞悉该领域研究主题的变化[30]。本研究中，将节点类型设置为“keyword”，得到关键词共现网络图(图3)。在关键词共现网络中，高频共现的关键词通常代表着研究人员对该主题关注的热度，而高中介中心性的关键词则通常与更多的研究主题相关联(该类节点通常是枢纽节点)或者衍生出新的研究主题(该类节点通常是转折节点)，因此，通过整理、分析不同研究阶段的高频共现和高中介中心性的关键词有助于发掘该研究领域的研究热点和发展趋势和研究路径。研究以5年为一个研究阶段，将各阶段出现于共现网络中的关键词列于表3，并对高频共现关键词和高中介中心性关键词以及近5年出现于共现网络中的关键词进行归纳分析。

图3 WoS数据库中生物炭农田利用相关研究关键词共现网络聚类视图Fig.3 The cluster view of keyword co-occurrence network in the field of biochar application in farmland (WoS)

表3 生物炭农田应用领域的高频率共现关键词和高中介中心度关键词Table 3 High frequency and high centrality keywords in the field of biochar application in farmland

在2007—2011年，出现了大量的高频共现关键词和高中介中心性关键词，说明这一时间段内产出了大批原创性优秀成果，这些成果为该领域的研究奠定了坚实的基础。通过对该时段关键词共现网络图中凸显关键词的梳理发现，该阶段的研究主要集中在生物炭制备及其农田应用效果方面。其中，biochar(生物炭)、black carbon(黑碳)、carbon(碳)、charcoal(木炭)、sewage sludge(污泥)、biomass(生物质)、activated carbon(活性炭)等代表生物炭原料或产品的关键词均有较高的共现频次，在一定程度上反映该领域研究人员在该时段对生物炭制备的关注。biochar(生物炭)是共现次数最多的关键词，这可能在一定程度上受到本文研究方法的影响(biochar作为检索词用于分析文献的搜集)。在2007—2011年，Terra Preta(亚马逊盆地黑土)中心性指数高达0.24，虽然其共现频次仅为2次，但是依然不能忽略该词在关键词共现网络中的重要作用，对生物炭土壤农田应用研究领域的发展起到重大作用。通过对该关键词溯源发现，生物炭在农田中最早是用作土壤改良剂使用的，它的发现主要受益于南美洲亚马逊盆地黑土的发现和研究。前人的研究发现，由于人类活动、森林火灾、放火毁林等人类活动使得亚马逊盆地出现部分营养异常丰富的土壤，被称之为“Terra Preta”[25]，由于这些土壤中的黑碳对营养物质和微生物菌群具有很好的聚集效果，而使得这些土壤变得肥沃，从而拉开了生物炭农田利用的序幕。秸秆、稻草、稻壳、枯枝等农林废弃物是生物炭制备的主要原料，大量研究人员对原料类型、热解温度、热解时间、升温速度等制备条件对生物炭性能的影响。研究发现，不同的热解温度、升温速度、热解工艺及原料会导致热解产物不同，生物炭产率不同；不同的原料所制备的生物炭在元素组成方面存在差异[31]。农林废弃物生物炭制备适宜采用慢速热解工艺，在350～800 ℃，升温速度低于10 ℃/min的条件下生物炭产率较高[32]。随着研究的深入，部分研究人员还研究了餐厨垃圾、养殖废弃物(动物粪便等)、屠宰废弃物(动物皮毛、骨骼、蹄夹、禽类羽毛)、工业废弃物(织物、造纸等涉植物纤维行业)、城市垃圾、城市污水处理厂污泥等废弃物资源作为原料生产生物炭的研究。研究发现，sewage sludge(污泥)一词既是高频共现关键词(共现频次149次)，也是高中介中心性关键词(中介中心性指数0.31)。充分说明以污泥为原料制备生物炭不仅引起了生物炭土壤利用领域学者的广泛关注，同时也对该领域研究的发展起到巨大的推动作用。在图3中，围绕sewage sludge(污泥)形成了一个全新的小聚类，代表着一个小的研究领域的形成。2010年2月，Hossain等[33]报道了以污泥为原料制备生物炭的一项研究，研究发现，在550 ℃的热解温度下所制备的污泥基生物炭对土壤化学性质、土壤氮、磷有效性均有明显改善，10 t/ha的施用量可使西红柿的产量提高64%。不难看出，2007—2011年，该领域的研究热点是生物炭的制备，而以污泥为原料制备生物炭是该阶段的一个研究前沿。通过对污泥基生物炭农田利用代表性研究成果(高被引论文和新发表论文)的进一步分析发现，该分支领域的研究主要关注点如下：①制备条件对污泥中重金属的稳定效果；②土壤施用对土壤中重金属含量、重金属生物可用性、土壤酶活、植物生长的影响；③污泥基生物炭农田利用的生态、环境安全性评价及其安全施用等方面的研究。

在2012—2016年，网络中未发现高中介中心性关键词，高频关键词主要分布主题领域如下。

(1)生物炭制备与应用相关主题。waste(37,0.03-废物)、pyrolysis temperature(257,0.02-热处理温度)、removal(181,0.02-去除)、immobilization(274,0-固定)、soil amendment(219,0-土壤改良剂)、feedstock(13,0-原料)。

(2)生物炭应用领域与效果相关主题。cadmium(291,0.06-镉)、lead(152,0-铅)、copper(11,0-铜)、polychlorinated biphenyl(5,0-多氯联苯)、compost(206,0-堆肥)、greenhouse gas emission(249,0-温室气体排放)、productivity(168,0-生产能力)、physical property(154,0-物理性质)、retention(30,0-滞留)、nitrate(22,0-硝酸盐)、CO2(16,0-二氧化碳)、leaching(7,0-淋滤)、ferralsol(6,0-铁铝土)、soil enzyme(5,0-土壤酶活)、ash(4,0-灰渣)、release(4,0-释放)。

在2017—2021年，可能由于大量文献尚未得到广泛传播，其影响力尚未有效释放，因此关键词共现网络中也未发现高中介中心性关键词，通过对该时段关键词的梳理发现，该时段的研究主题主要集中在生物炭土壤利用对土壤重金属毒性、生物有效性、土壤性质、土壤酶活的影响。随着重金属污染的加剧，农田土壤重金属污染时有报道，鉴于农田重金属污染对食品安全的巨大威胁，研究人员对土壤重金属污染的控制开展了系统的研究，Paz-Ferreiro 等[49]的研究发现，热解废纸脱墨污泥基生物炭对土壤中的锌具有固定作用，500 ℃下制备的生物质炭对土壤中可生物利用态锌浓度削减最为明显。He等[50]通过3年的盆栽实验发现，施用生物炭显著降低了土壤中离子交换态镉含量和水稻对镉的富集，并对水稻有一定的增产效果。Watson等[51]的研究则发现，施用生物炭可显著提高土壤中微生物呼吸作用，增加种群丰富，缓解苯酚、对硝基苯酚、铜、镉等污染物对微生物的毒性。Jiang 等[52]的研究则证明，生物炭施用强化了土壤对重金属铅和抗生素氟苯尼考的吸附固定能力，对铅的吸附强化主要是由于生物炭中丰富的含氧官能团和芳香结构，而对氟苯尼考的吸附强化主要是由于静电引力。Zhang 等[53]研究发现羟基磷灰石、膨润土和生物炭均可以对镉、铅起到良好的钝化效果，施用3种改良剂显著增加了重金属残渣态比例，降低了重金属迁移率，与生物炭和膨润土相比，羟基磷灰石对稳定金属和保障蔬菜安全更有效。Fan等[54]研究发现，巯基改性可以将硫醇基团负载与稻草基生物炭，提高了生物炭对重金属镉和铅的络合能力，降低土壤中有效态镉、铅含量，削弱了其流动性和生态危害性。Zhang 等[55]发现，磷改性生物炭中磷化合物可以与土壤中的Cu2+和Cd2+结合形成沉淀或络合物，提高生物炭对Cu2+和Cd2+的固定，降低其流动性和生态风险，但是研究还发现，磷改性生物炭会提高土壤中As的流动性和迁移率。Moradi等[56]的研究则发现，与未改性的芦苇基生物炭相比，铁改性进一步强化了生物炭对土壤中镉的固定作用，并进一步提高了土壤中微生物活性。Sun等[57]通过浸渍-热解法制备了Fe/Al/Zn改性生物炭，并用于砷污染土壤的修复，发现，化学改性提高了生物炭的比表面积、总孔容和表面电荷，改性生物炭有效降低了红壤中有效态砷含量，降低了ErucasativaMill.对砷的吸收。Lahori 等[58]的研究发现，钙基膨润土与生物炭混合施用，可以显著降低金矿污染土壤中铜和铅的植物有效性，抑制植物对金属的吸收。Tanzeem-ul-Haq等[59]发现膨润土+壳聚糖复配土壤改良剂可以削弱Lentil各部位对镍的富集，而生物炭+壳聚糖复配土壤改良剂则显著降低了Lentil对镍的氧化应激，并提高了土壤酶活、植物生长及作物品质。Al Mamun等[60]田间试验发现，蚓粪与生物炭混用不仅能够增加红苋菜的产量，同时能够显著降低镉、铬的可生物利用性，抑制红苋菜对镉、铬的吸收，降低人体健康风险。不难看出，该阶段的研究热点主要集中在土壤重金属的矿化处理，合理地施用生物炭、改性生物炭、生物炭复配土壤改良剂可以实现重金属的有效固定，降低重金属的流动性和生物可用度，降低重金属生态风险。

在CiteSpace中，突发性关键词通常是指短时间内使用频率激增的关键词，反映了领域内学者对该主题的关注，可以反映该领域研究前沿的发展趋势，因此，通过对突发性关键词的分析可以探知该领域研究热点的动态变化。研究对WoS数据库中搜集的文献分析得到46个突发性关键词(表4)。在表4中，强度表示该关键词激增的剧烈程度，强度越大说明领域内学者对该关键词的关注度越高。起始年和持续时段则反映该关键词引起领域内学者广泛关注的开始时间和持续时长。部分突发性关键词如“denitrification(脱氮)”“sequestration(封存)”“energy(能源)”“fertilization(施肥)”“CO2”“pH”“emission(排放)”和“degradation(降解)”出现后在次年即消失，通常意味着这些关键词对生物炭土壤领域的研究趋势的变迁并未产生实质性的影响。作为突发性关键词，“soil fertility(土壤肥力)”一词突发强度为31.45，开始于2008年，持续时段为6年，与之相关的热门主题还有始于2009年的突发性关键词为“fertility(肥沃)”，说明在2008—2016年，生物炭农田利用领域广泛关注的前沿和热点主题为生物炭农田利用对土壤肥力的影响。生物炭农田利用领域第二个前沿和热点主题为生物炭的安全施用与管理，代表性突发关键词有始于2008年的“transformation(转化)”、2009年的“management(管理)”、2010年的“desorption(解吸)”、2011年的“decomposition(分解)”、2012年的“manure(肥料)”、2013年的“polycyclic aromatic hydrocarbon(多环芳烃)”等。这一前沿和热门主题主要涉及以污泥等废弃物为原料制备生物炭农田利用后的安全问题、生物炭施用后的长期效应、生物炭混合施用效果等。第三个前沿和热点主题为生物炭农田利用的碳封存与温室气体减排问题，代表性突发关键词有2010年出现的“nitrification(硝化作用)”和“enitrification(脱氮)”；2011年出现的“nitrous oxide(N2O)”“nitrous oxide emission(N2O排放)”和“sequestration(封存)”；2012年出现的“nitrate(硝酸盐)”和 “N2O emission(N2O排放)”；2015年出现的“carbon sequestration(碳封存)”。这一前沿和热门主题主要涉及不同原料、不同热解温度所制备的生物炭单独施用或者与其他改良剂、肥料(尤其是氮肥)混合施用对作物的增产、保产效果及温室气体排放的影响。第四个研究前沿和热门主题为生物炭农田利用对土壤酶活、土壤重金属生物可利用性的影响，代表性突发关键词有2012年出现的“mineralization(矿化)”、2018年出现的“Cd(镉)”以及2019年出现的“enzyme activity(酶活)”和“accumulation(富集)”。这一研究前沿和热门主题主要涉及生物炭、改性生物炭、生物炭混合改良剂施用对土壤中重金属污染的修复。

表4 生物炭农田利用领域的突发主题(2007—2021年)Table 4 Burst term in the field of the application of biochar in farmland(2007-2021)

3 结论

借助文献共被引分析软件CiteSpace(5.7.R3)的作者、机构、国家/地区共现功能，作者共被引分析功能，关键词共现分析与突发性检测功能，对生物炭农田利用领域的研究文献进行了系统分析，从而获得了该研究领域的科研产出特点、知识领域分布特征、研究主题的演替、发展，揭示了生物炭农田利用领域的研究热点与前沿，得出结论如下。

(1)中国学者在该领域的学术研究十分活跃，但国际影响力有待进一步加强。

(2)2007—2011年，该领域的研究主要集中在生物炭的土壤改良，研究的热点主要集中在生物炭制备对土壤改良效果的影响，该阶段的前沿主题是污泥基生物炭的安全施用与土壤改良效果。

(3)2012—2016年，该领域的研究主题主要集中在碳封存与温室气体减排效应，研究的热点主要集中在生物炭农田利用与农艺措施对CO2、N2O、CH4等温室气体排放通量的影响，该阶段的前沿主题是温室气体的转化与减排机理。

(4)2017—2021年，该领域的研究主题主要集中生物炭在土壤污染修复中的应用，研究的热点主要集中在生物炭、改性生物炭、生物炭复合物对土壤中重金属的矿化效果，该阶段的研究前沿是生物炭对重金属、有机污染物的矿化/降解机理。

探索了文献计量学与知识可视化方法(尤其是Citespace软件)在环境生态学领域的适用性，并对生物炭农田应用研究领域的知识域和演进进行了分析，一方面，可以帮助该领域新晋研究人员快速、系统的了解该领域的研究概况，有助于后续研究方向的设计；另一方面，研究还为后续从微观层面深入研究该研究领域打下基础。