?生物炭在重金屬污染領(lǐng)域應(yīng)用的文獻計量分析 ?

摘要：為了解生物炭在重金屬污染領(lǐng)域應(yīng)用的研究進展和未來發(fā)展趨勢，該研究基于Web of Science核心數(shù)據(jù)庫和中國知網(wǎng)期刊數(shù)據(jù)庫，利用CiteSpace軟件從發(fā)文量、發(fā)文國家、發(fā)文機構(gòu)、發(fā)文作者、載文期刊、高被引論文、關(guān)鍵詞等方面對2006—2023年生物炭在重金屬污染領(lǐng)域應(yīng)用的文獻進行分析。結(jié)果表明：該領(lǐng)域的中英文發(fā)文量均呈上升趨勢，發(fā)文量最多的國家和研究機構(gòu)分別是中國和中國科學院；中文文獻中各作者的發(fā)文量差異不大，Ok Yong Sik和Wang Hailong是英文文獻發(fā)文量最多的作者；《農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報》和《Science of the Total Environment》分別是發(fā)文量最大的中、英文期刊；研究主要集中于生物炭的制備、改性及其對土壤重金屬有效性的影響，且生物炭的低成本開發(fā)、對污染土壤的修復機制及其在農(nóng)業(yè)實踐中的推廣應(yīng)用是未來研究的重要方向。

關(guān)鍵詞：生物炭；重金屬污染；文獻計量分析；研究趨勢

中圖分類號：X53; G353.1 文獻標識碼：A 文章編號：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質(zhì)在低氧或無氧環(huán)境下熱解形成的一種富含養(yǎng)分元素的多孔隙且高度芳香化的富碳黑色疏松物質(zhì)，生物炭的材料選擇、制備條件和改性過程均會影響生物炭的活性[1]。生物炭具有較大的孔隙度、豐富的官能團和比表面積，因此具有優(yōu)良的吸附能力、抗氧化能力和疏水性能，能在土壤中長時間保持穩(wěn)定，通過物理吸附、靜電吸附、離子交換、絡(luò)合、沉淀和氧化還原等作用直接吸附重金屬離子，可用于重金屬污染土壤的治理與修復[2-4]。此外，生物炭在農(nóng)藥及新污染物治理與修復以及碳封存領(lǐng)域也具有重要作用[5-7]。

國內(nèi)外學者對生物炭在重金屬污染領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)做了大量研究。楊曉慶等[8]研究發(fā)現(xiàn)在鎘污染土壤中加入2.0%的松木生物炭，培養(yǎng)42 d可使土壤中的可交換態(tài)鎘含量降低13.52%。Zhao等[9]研究表明，與未改性生物炭相比，在土壤中加入硫改性生物炭，汞從稻殼轉(zhuǎn)向糙米的轉(zhuǎn)移率降低19.1%。Rajendran等[10]研究表明硫改性生物炭和硫鐵改性生物炭能提高水稻葉綠素含量以及水稻的根、莖和籽粒生物量，特別是添加硫鐵改性生物炭能顯著降低水稻籽粒中鎘的濃度。施玲芳等[11]研究發(fā)現(xiàn)硫改性生物炭能提高生物炭固定重金屬的穩(wěn)定性，王晟等[12]研究發(fā)現(xiàn)氯化鐵改性后的楊木、柳木、桃木和松木生物炭能提高對鉻的去除率，楊金蓮等[13]研究發(fā)現(xiàn)添加1%的稻殼生物炭能提高水稻植株的生物量和降低水稻對汞的累積水平，Qian等[14]研究發(fā)現(xiàn)鐵改性生物炭能有效促進土壤中砷的固定、降低水稻砷含量和增加水稻根和莖生物量。

目前，關(guān)于生物炭和重金屬的文獻計量分析已有較多研究[15-18]，且關(guān)于生物炭在重金屬污染領(lǐng)域方面的研究也較多，但缺乏從宏觀尺度上對生物炭在重金屬污染領(lǐng)域應(yīng)用進行全面分析的研究。該研究基于Web of Science（WOS）核心合集數(shù)據(jù)庫和中國知網(wǎng)（CNKI）期刊數(shù)據(jù)庫，采用CiteSpace文獻計量軟件，對2006—2023年生物炭在重金屬污染領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)文獻進行分析，闡明生物炭在重金屬污染應(yīng)用方向的發(fā)展趨勢，以期為生物炭在重金屬污染修復領(lǐng)域的研究提供參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

英文文獻數(shù)據(jù)選自美國科學信息研究所（Institutefor scientific information，ISI）的WOS核心合集數(shù)據(jù)庫，檢索“主題（TS）”設(shè)置為“‘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’”，檢索時間設(shè)置為2006—2023年，共得到檢索結(jié)果1563條。中文文獻數(shù)據(jù)選自CNKI期刊數(shù)據(jù)庫，使用高級檢索，檢索“主題”設(shè)置為“生物炭”“生物質(zhì)炭”“重金屬污染”，檢索時間設(shè)置為2006—2023年，精確匹配檢索，去除學位論文、會議、專利等結(jié)果，共得到檢索結(jié)果713條。

1.2 數(shù)據(jù)分析

結(jié)合CiteSpace 6.2.R2軟件和Excel軟件，從發(fā)文量、發(fā)文國家、發(fā)文機構(gòu)、發(fā)文作者、載文期刊、高被引論文、關(guān)鍵詞等方面系統(tǒng)分析2006—2023年中英文文獻中生物炭在重金屬污染領(lǐng)域的研究進展情況，通過高被引頻次論文分析和文獻聚類分析揭示生物炭在重金屬污染領(lǐng)域的研究動態(tài)和趨勢。Citespace參數(shù)設(shè)置：以1 a為時間切片，節(jié)點類型選取被引文獻和關(guān)鍵詞，文獻選取標準為每個時間間隔內(nèi)被引量前50的文章，選擇尋徑剪枝方式。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文量分析

2006—2023年生物炭在重金屬污染領(lǐng)域應(yīng)用的中英文發(fā)文量變化趨勢如圖1所示，英文文獻關(guān)于生物炭在重金屬污染領(lǐng)域的研究起步相對較早，2006年Habib-ur-Rehman等[19]發(fā)表了“Sorption studiesof nickel ions onto sawdust of Dalbergia sissoo”，標志著生物炭在重金屬領(lǐng)域研究的開始；中文文獻關(guān)于生物炭在重金屬污染領(lǐng)域的研究始于2010年河南農(nóng)業(yè)大學張忠河等[20]發(fā)表了《生物炭在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用》。2014年之前中英文文獻發(fā)文量相差不大；2014—2022年，英文文獻發(fā)文量快速增長，中文文獻發(fā)文量增長趨勢較為平緩；2018年以后，中文文獻和英文文獻的發(fā)文量差距逐漸拉大；2018—2023年，英文文獻的發(fā)文量分別是中文文獻的1.18、1.93、2.41、2.48、3.31和2.71倍。

2.2 發(fā)文國家分析

基于WOS核心數(shù)據(jù)庫對生物炭在重金屬污染領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)文量排名前10的國家進行統(tǒng)計（表1），其中中國作為第一單位或參與單位的發(fā)文量為1 027篇，占比為57.63%；其次是巴基斯坦、美國和印度，發(fā)文量分別為141篇、129篇和114篇；其他國家的發(fā)文量都低于100篇。

2.3 發(fā)文機構(gòu)分析

對生物炭在重金屬污染領(lǐng)域應(yīng)用的中英文文獻發(fā)文量排名前10的研究機構(gòu)進行統(tǒng)計，由表2可知，英文文獻中，中國科學院和中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部下屬的研究機構(gòu)發(fā)文量分別為138篇和77篇，遠遠超過其他研究機構(gòu)的發(fā)文量；排名前10的研究機構(gòu)中，中國的研究機構(gòu)占了8家。中文文獻的發(fā)文量數(shù)據(jù)差異不大，整體而言，農(nóng)業(yè)大學或農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有優(yōu)勢的高校和科研院所發(fā)文量較為突出，表明了生物炭在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域重金屬污染治理與修復的研究較為廣泛。

2.4 發(fā)文作者分析

論文發(fā)表的數(shù)量一定程度上可以反映該作者在某一領(lǐng)域的影響力[21]。由表3可知。英文文獻中，Korea University（韓國高麗大學）的Ok Yong Sik和浙江農(nóng)林大學的Wang Hailong的發(fā)文量最大，均達到28篇；中文文獻中各作者的發(fā)文量差異不大。

2.5 載文期刊分析

對生物炭在重金屬污染領(lǐng)域應(yīng)用中英文文獻發(fā)文量排名前10的期刊進行統(tǒng)計，由表4可知，英文期刊中，《Science of the Total Environment》《Environmental

Science and Pollution Research》和《Chemosphere》的發(fā)文量較大，都超過了80篇，總占比為47.19%；中文期刊中，《農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報》的發(fā)文量較大，為46篇，《環(huán)境科學》《環(huán)境科學與技術(shù)》《環(huán)境工程》《應(yīng)用化工》和《生態(tài)環(huán)境學報》的發(fā)文量均超過了15篇。從載文期刊可以看出，英文文獻主要集中于研究生物炭對重金屬污染修復的作用機理，中文文獻則主要側(cè)重于研究農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域生物炭對重金屬污染的治理與修復。

2.6 高被引論文分析

WOS核心數(shù)據(jù)庫結(jié)果表明，被引頻次超過100次的關(guān)于生物炭在重金屬污染領(lǐng)域應(yīng)用的論文有93篇，高被引論文88篇。由表5可知，高被引論文中超過2 000次引用的論文1篇，發(fā)表于《Chemosphere》；低于2 000超過1 000次引用的論文2篇，分別發(fā)表于《Chemosphere》和《Environmental Pollution》；超過500次引用的論文7篇。CNKI數(shù)據(jù)庫結(jié)果表明，該領(lǐng)域被引頻次超過100次的中文論文有22篇。由表6可知，被引頻次超過200次的論文共有5篇，其中《農(nóng)田重金屬污染原位鈍化修復研究進展》的被引頻次為429次?？傮w而言，相比英文文獻，中文文獻的被引量較低，說明我國學術(shù)期刊的影響力與國外高水平期刊還有一定的差距。

2.7 關(guān)鍵詞分析

關(guān)鍵詞可高度概括論文的研究內(nèi)容和研究熱點，網(wǎng)絡(luò)聚類圖中節(jié)點的大小代表了文獻中關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率，節(jié)點越大表示該關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率越高[22]。由圖2可知，英文文獻出現(xiàn)頻率排名前3的關(guān)鍵詞為“heavy metal”“cadmium”和“biochar”，頻次分別為881、411和378。此外，“adsorption/sorption”“removal”“bioavailability”“remediation”“immobilization”“aqueous solution/water”“l(fā)ead/Pb”等關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率也較高。

由圖3可知，中文文獻中，生物炭（生物炭和生物質(zhì)炭）出現(xiàn)的頻次最高，為323次；其次為重金屬，為204次；其他關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次從高到低依次為修復、土壤、鎘污染、鈍化劑、鈍化、水稻、土壤污染、吸附。

3 結(jié)論與討論

研究利用CiteSpace軟件，基于WOS數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫，分析了2006—2023年生物炭在重金屬污染領(lǐng)域應(yīng)用相關(guān)的2276篇相關(guān)文獻，得出如下結(jié)論：（1）自2014年開始，生物炭在重金屬污染研究領(lǐng)域的中英文發(fā)文量快速增長，來自中國的研究機構(gòu)和學者在該領(lǐng)域做出了巨大貢獻，巴基斯坦、美國、印度和澳大利亞也是主要貢獻國家；（2）中國科學院在研究機構(gòu)中的貢獻最大，中國學者在該領(lǐng)域的學術(shù)研究十分活躍，具有一定的國際影響力，但與頂尖水平相比，尚有一段距離。尤其是中文期刊的影響力和傳播力，需進一步加強；（3）2006—2023年間該研究領(lǐng)域主要開展了生物炭的制備、表征及其改性、生物炭對重金屬吸附及去除機制、生物炭對重金屬污染土壤的修復、其他土壤鈍化材料的研發(fā)及其與生物炭配施對水/土壤重金屬吸附/修復等方面的研究，同時這些研究重點關(guān)注生物炭對鎘、鉛等污染土壤的修復。

生物炭極具開發(fā)價值，在土壤污染治理與修復以及碳封存等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景[23-25]。生物炭的主要來源是作物秸稈，以廢棄物作為原材料制備生物炭逐漸成為該領(lǐng)域的研究熱點，將廢棄物資源化制備成吸附劑、土壤改良劑、調(diào)理劑和新型燃料方面的研究已經(jīng)取得了一定的進展[26-29]。當前關(guān)于生物炭在重金屬污染領(lǐng)域應(yīng)用的研究主要集中在以下幾個方面：（1）生物炭的制備成本、制備條件、生物炭的改性及材料選擇等方面的研究；（2）生物炭對復合污染土壤的修復機制與應(yīng)用效果，以及生物炭與其它土壤改良劑/調(diào)理劑的配施對農(nóng)田土壤養(yǎng)分吸收、作物產(chǎn)能提升、土壤改良、鹽堿地環(huán)境改良以及作物抗鹽能力提升等方面的研究；（3）生物炭產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用及其精準定量施肥等方面的研究。

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（責任編輯：王婷）