基于CNKI我国生物炭对作物影响研究趋势分析

胡建宇 郑恩楠

(黑龙江大学水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080)

前言

当今人们对作物的产量需求日益增加，对土壤开发过度，导致土壤肥力不断下降，影响作物的产量，危害人类生命安全[1]。为解决土壤退化现象，研究人员将目标瞄准了生物炭。生物炭是良好的土壤改良剂，具有疏松多孔的结构，有利于改善土壤肥力，促进作物生长发育[2]。我国农作物秸秆年产量接近10亿t[3]，秸秆资源丰富却难以高效还田，降低土壤肥力，导致极大的浪费[4]。以往人们常采用焚烧还田的方式改良土壤，但焚烧不仅易造成雾霾，也会产生大量有毒物质，危害人类生命健康[5]。将秸秆通过处理转化为生物炭，不仅可以大大增加秸秆还田的效率，同时还能更加有效改良土壤，促进作物生长发育[6]。随着陈温福“原始秸秆炭化还田”理念的提出，极大地推动了生物炭的研究研究应用[7]。因此，人们通过秸秆炭化的方式制得生物炭，用来改良土壤，促进肥力达到高产目标。为获得生物炭对作物的影响研究动态[8]，使用CiteSpace软件对生物炭对作物影响进行研究。

文献是科研的产出结果，文献计量学可以很好地对诸多文献进行一个客观的描述[9]。陈超美教授基于Java环境开发了CiteSpace工具，通过该软件可以将文献形成知识图谱可视化[10]，进一步直观表达国内外研究动态及趋势。本文通过CiteSpace对研究生物炭对作物的影响领域进行可视化分析，揭示生物炭对作物的影响效应，为相关领域学者的研究提供参考信息。

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学术期刊数据库，检索日期为2021年11月23日。中国知网数据库使用“高级搜索”中的“主题”标识，检索2001—2020年的相关文献，具体设置：(主题：作物)AND(主题：生物炭加生物质炭)；期刊来源为全部期刊；时间范围为2001年1月1日—2020年12月31日；进行中文检索，共有1298篇文献。剔除与学术无关的报纸、会议、科技成果与外文图书，保留具有学术意义的文献，共1263篇文献[11]。包括504篇期刊，759篇硕博论文。

1.2 研究方法

先通过CNKI的自带可视化操作得到发文量的关系，然后通过CiteSpace分析中国知网数据库导出的数据。统计文献的关键词、发文单位、中介中心性、关键词聚类等，将其图谱呈现出来，可以反映研究动态以及主体研究单位和研究趋势的热点，便于为科研实验的探究提供参考[12]。

将中国知网数据库中检索到的文献数据仅保留学术期刊和硕博论文进行分析，与学术无关的会议和报纸等剔出。对该研究学术期刊、硕士论文、博士论文分别通过中国知网自带可视化进行研究，得到年发文量的数据，将数据导入Origin进行对比，得到各类文献的发文量点线图。同时将中国知网获得的关于该研究的硕博论文及学术期刊导出保存为refworks格式，将文献通过CiteSpace转化为适用的WOS格式[13]，运用CiteSpace进行对转化后的文献进行文献计量分析。形成相关的可视化图谱，更加直观地表达研究热点及趋势。

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“生物炭对作物影响”领域的理论发展及受关注程度，是“生物炭作物影响”研究领域发展演化的重要指标。2001—2020年，共检索到生物炭作物效益研究领域文献1298篇，其中具有学术意义的期刊和硕博论文共1263篇。由图1可知，对生物炭对作物生长影响的研究主要集中在2011年以后，在2017年发文量达到顶峰233篇。发文量上,硕士学位论文>学术期刊>博士论文，虽然近3a该研究的发文量略微有所减少，但整体依旧是呈现递增的趋势，可以预测在生物炭对作物的影响研究在未来的很长一段时间内还将会是学术界的热点。

图1 我国生物炭对作物影响研究发文量

2.2 发文作者及机构

图2分析了生物炭对作物的影响领域的作者分布情况，有利于了解各发文作者之间的联系情况，有助于了解作者之间的合作情况，更好地促进小方向之间的交流，促进该领域的发展。由研究图谱可知，发文作者都是以团队的形式合作，以下是各团队的合作情况：以潘根兴、胡学玉等团队为主要发文团体，潘根兴团队有邓金伟、张旭辉、李爱卿等；王琦、张登奎、周旭姣等为同一团队；陈心想、耿增超、何绪生、张雯、高海英等为同一团队；张伟明、陈温福等为同一团队。由作者合作关系可以看出，不同团队间交流较少，不利于该领域研究的互相促进。

图2 生物炭对作物影响研究作者共现图谱

图3反映了该研究的发文单位之间的关系，能表达出各单位中间的联系交流程度，交流多有利于学术的延展。由图3可知，中国科学院大学及西南大学资源环境学院与其他发文单位之间联系较为密切。

图3 我国生物炭对作物影响研究发文单位

由年发文量统计可知，前3名分别是中国科学院大学、西北农林科技大学资源环境学院和西南大学资源环境学院。中国科学院在2012年发文量达到16篇，同时也是中介中心性最高的。中介中心性可以反映学术间的交流程度，发文量与中介中心性存在正相关性，同时从表1可知，年发文量集中体现在近10a。

表1 我国生物炭作物影响各单位年度发文量

2.3 关键词共现分析

通过关键词可以较快速了解该研究领域的前沿，CiteSpace通过计算关键词的频率确定研究趋势[14]。通过CiteSpace将研究时间设置为2011—2020年，时间切片为1a；Node Types设置为keyword；Pruning设置为Pruning sliced networks。生成的图谱有425个节点，1919条连线，表明各方向之间有着大量密切联系。按照关键词频排布，前面的分别是“生物炭”、“产量”、“生物质炭”、“土壤”、“作物产量”、“玉米”、“温室气体”等，见图4。通过文献阅读可知，在生物炭对作物影响领域研究较多的还是产量的关系，以及对土壤和环境的影响。

图4 关键词共现图谱

2.4 关键词突现分析

通过CiteSpace关键词突现功能可以得到关键词突现时间及突现强度[15]，见图5。设置前9个突现关键词，分别是“温室气体”、“土壤性质”、“糜子”、“作物产量”、“大豆”、“有机物料”、“钝化剂”、“地膜覆盖”、“连作障碍”。突现强度前3名分别是“温室气体”、“作物产量”、“土壤性质”。“温室气体”突现时间为2011—2014年，“作物产量”突现时间为2013—2016年，“土壤性质”突现时间为2012—2014年。

图5 关键词突现图谱

2.5 关键词聚类及时间线分析

通过关键词的聚类可以得到以下主要类别，分别是“#0土壤”、“#1吸附”、“#2产量”、“#3温室气体”、“#4作物产量”、“#5土壤养分”、“#6腐植酸”、“#7生物炭覆盖”、“#8氧化亚氮”。

图6 关键词聚类图谱

得到的聚类土设置为可视化Timeline View，可以得到该9个聚类的时间线视图。从图7可以看出，我国对生物炭研究依旧是非常重视的，“#0土壤”包括“固碳潜力”、“作物生产”、“农田土壤”、“生物有效性”、“作物”、“节水增产”等关键词；“#1吸附”包括“生物炭”、“农业废弃物”、“粮食安全”、“土壤性状”、“微生物群落”等关键词；“#2产量”包括“生物质炭”、“吸附”、“竹炭”、“小白菜”等关键词，这是前3名聚类。

图7 聚类时间线图谱

3 展望

本研究通过文献计量分析功能对大量文献进行可视化处理，对知网上关于生物炭与作物的研究有了一个初步分析，但该分析的准确性不仅局限于算法的运算方式，也受到分析样本的影响。为了对该研究有更进一步的探索，达到更加客观全面的结果，今后还将会从Web of science等数据库进行分析[16]。目前生物炭的研究正处于一个高速发展阶段，作为一个热门的研究领域，对生物炭的研究还有着必要的意义，也需要大量技术支持，如高通量测序、分子探针等。

当前文献中研究的作物主要有水稻、大豆、小白菜、小麦、玉米、马铃薯等。由聚类时间线图谱可知，研究的作物种类在逐年扩展，生物炭还将会有更加广袤的应用。目前对生物炭的研究主要还是聚焦于农田类，在林业等方面涉及的还是比较少，未来应当扩大生物炭的应用空间，同时为生物炭的大面积推广应用提供理论基础推动绿色发展。并通过生物炭标准制定，以及相应的政策支持与科研人员实践方面的协调配合，实现生物炭在农业领域的推广[17]。