生物炭在重金属污染领域应用的文献计量分析

摘要：为了解生物炭在重金属污染领域应用的研究进展和未来发展趋势，该研究基于Web of Science核心数据库和中国知网期刊数据库，利用CiteSpace软件从发文量、发文国家、发文机构、发文作者、载文期刊、高被引论文、关键词等方面对2006—2023年生物炭在重金属污染领域应用的文献进行分析。结果表明：该领域的中英文发文量均呈上升趋势，发文量最多的国家和研究机构分别是中国和中国科学院；中文文献中各作者的发文量差异不大，Ok Yong Sik和Wang Hailong是英文文献发文量最多的作者；《农业环境科学学报》和《Science of the Total Environment》分别是发文量最大的中、英文期刊；研究主要集中于生物炭的制备、改性及其对土壤重金属有效性的影响，且生物炭的低成本开发、对污染土壤的修复机制及其在农业实践中的推广应用是未来研究的重要方向。

关键词：生物炭；重金属污染；文献计量分析；研究趋势

中图分类号：X53; G353.1 文献标识码：A 文章编号：1006-060X（2024）10-0104-07

Bibliometric Analysis of the Application of Biochar in the Remediation of Heavy Metal Pollution

SHEN Tao1，ZHAO Kuan1，YAN Yuan-yuan2，LIU Zhi-gang3，XU Ai-ai4，XIAO Xin1，

ZHAO Wen-rui1，LIU Peng1

（1. School of Resources and Environment， Key Laboratory of Intelligent Quality Monitoring and Soil Fertility Improvement for Farmland of Anhui Province， Research Center of Soil Pollution Remediation and Fertility Improvement， Anqing Normal University， Anqing

246133， PRC; 2. Anhui Nongqiaoshi Agricultural Science and Technology Co.， Ltd.， Chizhou 242803， PRC; 3. School of the

Environment & Safety Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang 212013， PRC; 4. Institute of Resources， Environment and Soil

Fertilizer， Fujian Academy of Agricultural Sciences， Fujian Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer， Fuzhou 350013， PRC）

Abstract： To comprehensively investigate the research progress and future development trend of the application of biochar in the remediation of heavy metal pollution， this study used CiteSpace to analyze the relevant publications retrieved from Web of Science Core Collection and China National Knowledge Infrastructure with the time interval of 2006 to 2023. The number， countries， research institutions， authors， journals， cited frequency， and keywords of the publications were analyzed. The results showed that the number of publications on the application of biochar in the remediation of heavy metal pollution rose in recent years， and the country and research institution with the largest number of publications were China and the Chinese Academy of Sciences， respectively. The number of publications in Chinese showed slight differences among authors. Ok Yong Sik and Wang Hailong were the authors publishing the most articles in English. The Journal of Agro-Environment Science and Science of the Total Environment were the main Chinese-language and English-language journals， respectively， with the most publications in this field. The studies focused on the preparation and modification of biochar and the effects of biochar on the bioavailability of heavy metals in soil. The cost-saving development of biochar， the remediation mechanism and application effect of biochar on contaminated soil， and the demonstration of biochar in agricultural practice are the main future directions in this field.

Key words： biochar; heavy metal pollution; bibliometric analysis; research trend

生物炭是指由富含碳的生物质在低氧或无氧环境下热解形成的一种富含养分元素的多孔隙且高度芳香化的富碳黑色疏松物质，生物炭的材料选择、制备条件和改性过程均会影响生物炭的活性[1]。生物炭具有较大的孔隙度、丰富的官能团和比表面积，因此具有优良的吸附能力、抗氧化能力和疏水性能，能在土壤中长时间保持稳定，通过物理吸附、静电吸附、离子交换、络合、沉淀和氧化还原等作用直接吸附重金属离子，可用于重金属污染土壤的治理与修复[2-4]。此外，生物炭在农药及新污染物治理与修复以及碳封存领域也具有重要作用[5-7]。

国内外学者对生物炭在重金属污染领域的应用已经做了大量研究。杨晓庆等[8]研究发现在镉污染土壤中加入2.0%的松木生物炭，培养42 d可使土壤中的可交换态镉含量降低13.52%。Zhao等[9]研究表明，与未改性生物炭相比，在土壤中加入硫改性生物炭，汞从稻壳转向糙米的转移率降低19.1%。Rajendran等[10]研究表明硫改性生物炭和硫铁改性生物炭能提高水稻叶绿素含量以及水稻的根、茎和籽粒生物量，特别是添加硫铁改性生物炭能显著降低水稻籽粒中镉的浓度。施玲芳等[11]研究发现硫改性生物炭能提高生物炭固定重金属的稳定性，王晟等[12]研究发现氯化铁改性后的杨木、柳木、桃木和松木生物炭能提高对铬的去除率，杨金莲等[13]研究发现添加1%的稻壳生物炭能提高水稻植株的生物量和降低水稻对汞的累积水平，Qian等[14]研究发现铁改性生物炭能有效促进土壤中砷的固定、降低水稻砷含量和增加水稻根和茎生物量。

目前，关于生物炭和重金属的文献计量分析已有较多研究[15-18]，且关于生物炭在重金属污染领域方面的研究也较多，但缺乏从宏观尺度上对生物炭在重金属污染领域应用进行全面分析的研究。该研究基于Web of Science（WOS）核心合集数据库和中国知网（CNKI）期刊数据库，采用CiteSpace文献计量软件，对2006—2023年生物炭在重金属污染领域应用的相关文献进行分析，阐明生物炭在重金属污染应用方向的发展趋势，以期为生物炭在重金属污染修复领域的研究提供参考。

1 数据与方法

1.1 数据来源

英文文献数据选自美国科学信息研究所（Institutefor scientific information，ISI）的WOS核心合集数据库，检索“主题（TS）”设置为“‘biochar’ and ‘heavy metalpollution’；or ‘biochar’ and ‘heavy metal contamination’；or ‘biomass charcoal’ and ‘heavy metal pollution’；or ‘biomass charcoal’ and ‘heavy metal contamination’；or ‘biomass biochar’ and ‘heavy metal pollution’；or ‘biomass biochar’ and ‘heavy metal contamination’；or ‘biocarbon’ and ‘heavy metal pollution’；or ‘biocarbon’ and ‘heavy metal contamination’”，检索时间设置为2006—2023年，共得到检索结果1563条。中文文献数据选自CNKI期刊数据库，使用高级检索，检索“主题”设置为“生物炭”“生物质炭”“重金属污染”，检索时间设置为2006—2023年，精确匹配检索，去除学位论文、会议、专利等结果，共得到检索结果713条。

1.2 数据分析

结合CiteSpace 6.2.R2软件和Excel软件，从发文量、发文国家、发文机构、发文作者、载文期刊、高被引论文、关键词等方面系统分析2006—2023年中英文文献中生物炭在重金属污染领域的研究进展情况，通过高被引频次论文分析和文献聚类分析揭示生物炭在重金属污染领域的研究动态和趋势。Citespace参数设置：以1 a为时间切片，节点类型选取被引文献和关键词，文献选取标准为每个时间间隔内被引量前50的文章，选择寻径剪枝方式。

2 结果与分析

2.1 发文量分析

2006—2023年生物炭在重金属污染领域应用的中英文发文量变化趋势如图1所示，英文文献关于生物炭在重金属污染领域的研究起步相对较早，2006年Habib-ur-Rehman等[19]发表了“Sorption studiesof nickel ions onto sawdust of Dalbergia sissoo”，标志着生物炭在重金属领域研究的开始；中文文献关于生物炭在重金属污染领域的研究始于2010年河南农业大学张忠河等[20]发表了《生物炭在农业上的应用》。2014年之前中英文文献发文量相差不大；2014—2022年，英文文献发文量快速增长，中文文献发文量增长趋势较为平缓；2018年以后，中文文献和英文文献的发文量差距逐渐拉大；2018—2023年，英文文献的发文量分别是中文文献的1.18、1.93、2.41、2.48、3.31和2.71倍。

2.2 发文国家分析

基于WOS核心数据库对生物炭在重金属污染领域应用的发文量排名前10的国家进行统计（表1），其中中国作为第一单位或参与单位的发文量为1 027篇，占比为57.63%；其次是巴基斯坦、美国和印度，发文量分别为141篇、129篇和114篇；其他国家的发文量都低于100篇。

2.3 发文机构分析

对生物炭在重金属污染领域应用的中英文文献发文量排名前10的研究机构进行统计，由表2可知，英文文献中，中国科学院和中国农业农村部下属的研究机构发文量分别为138篇和77篇，远远超过其他研究机构的发文量；排名前10的研究机构中，中国的研究机构占了8家。中文文献的发文量数据差异不大，整体而言，农业大学或农业领域有优势的高校和科研院所发文量较为突出，表明了生物炭在农业领域重金属污染治理与修复的研究较为广泛。

2.4 发文作者分析

论文发表的数量一定程度上可以反映该作者在某一领域的影响力[21]。由表3可知。英文文献中，Korea University（韩国高丽大学）的Ok Yong Sik和浙江农林大学的Wang Hailong的发文量最大，均达到28篇；中文文献中各作者的发文量差异不大。

2.5 载文期刊分析

对生物炭在重金属污染领域应用中英文文献发文量排名前10的期刊进行统计，由表4可知，英文期刊中，《Science of the Total Environment》《Environmental

Science and Pollution Research》和《Chemosphere》的发文量较大，都超过了80篇，总占比为47.19%；中文期刊中，《农业环境科学学报》的发文量较大，为46篇，《环境科学》《环境科学与技术》《环境工程》《应用化工》和《生态环境学报》的发文量均超过了15篇。从载文期刊可以看出，英文文献主要集中于研究生物炭对重金属污染修复的作用机理，中文文献则主要侧重于研究农业环境领域生物炭对重金属污染的治理与修复。

2.6 高被引论文分析

WOS核心数据库结果表明，被引频次超过100次的关于生物炭在重金属污染领域应用的论文有93篇，高被引论文88篇。由表5可知，高被引论文中超过2 000次引用的论文1篇，发表于《Chemosphere》；低于2 000超过1 000次引用的论文2篇，分别发表于《Chemosphere》和《Environmental Pollution》；超过500次引用的论文7篇。CNKI数据库结果表明，该领域被引频次超过100次的中文论文有22篇。由表6可知，被引频次超过200次的论文共有5篇，其中《农田重金属污染原位钝化修复研究进展》的被引频次为429次。总体而言，相比英文文献，中文文献的被引量较低，说明我国学术期刊的影响力与国外高水平期刊还有一定的差距。

2.7 关键词分析

关键词可高度概括论文的研究内容和研究热点，网络聚类图中节点的大小代表了文献中关键词出现的频率，节点越大表示该关键词出现的频率越高[22]。由图2可知，英文文献出现频率排名前3的关键词为“heavy metal”“cadmium”和“biochar”，频次分别为881、411和378。此外，“adsorption/sorption”“removal”“bioavailability”“remediation”“immobilization”“aqueous solution/water”“lead/Pb”等关键词出现频率也较高。

由图3可知，中文文献中，生物炭（生物炭和生物质炭）出现的频次最高，为323次；其次为重金属，为204次；其他关键词出现频次从高到低依次为修复、土壤、镉污染、钝化剂、钝化、水稻、土壤污染、吸附。

3 结论与讨论

研究利用CiteSpace软件，基于WOS数据库和CNKI数据库，分析了2006—2023年生物炭在重金属污染领域应用相关的2276篇相关文献，得出如下结论：（1）自2014年开始，生物炭在重金属污染研究领域的中英文发文量快速增长，来自中国的研究机构和学者在该领域做出了巨大贡献，巴基斯坦、美国、印度和澳大利亚也是主要贡献国家；（2）中国科学院在研究机构中的贡献最大，中国学者在该领域的学术研究十分活跃，具有一定的国际影响力，但与顶尖水平相比，尚有一段距离。尤其是中文期刊的影响力和传播力，需进一步加强；（3）2006—2023年间该研究领域主要开展了生物炭的制备、表征及其改性、生物炭对重金属吸附及去除机制、生物炭对重金属污染土壤的修复、其他土壤钝化材料的研发及其与生物炭配施对水/土壤重金属吸附/修复等方面的研究，同时这些研究重点关注生物炭对镉、铅等污染土壤的修复。

生物炭极具开发价值，在土壤污染治理与修复以及碳封存等领域拥有广阔的应用前景[23-25]。生物炭的主要来源是作物秸秆，以废弃物作为原材料制备生物炭逐渐成为该领域的研究热点，将废弃物资源化制备成吸附剂、土壤改良剂、调理剂和新型燃料方面的研究已经取得了一定的进展[26-29]。当前关于生物炭在重金属污染领域应用的研究主要集中在以下几个方面：（1）生物炭的制备成本、制备条件、生物炭的改性及材料选择等方面的研究；（2）生物炭对复合污染土壤的修复机制与应用效果，以及生物炭与其它土壤改良剂/调理剂的配施对农田土壤养分吸收、作物产能提升、土壤改良、盐碱地环境改良以及作物抗盐能力提升等方面的研究；（3）生物炭产品在农业领域的应用及其精准定量施肥等方面的研究。

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（责任编辑：王婷）