卜 康 敏 孫 毅 濤 李 文 佳 海 江 波

（西北農(nóng)林科技大學農(nóng)學院，陜西 楊凌 712100）

引言

生物炭活化期間能夠增加土壤的吸附能力，促進農(nóng)田水分蓄存和養(yǎng)分提升，為作物營造一個良好的生長環(huán)境，使養(yǎng)分更大效率的被作物利用［1］.農(nóng)業(yè)上應用生物炭可顯著提高作物的產(chǎn)量、保護農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展.由于生物炭顆粒的平均密度小于土壤顆粒的平均密度［2］，農(nóng)田通過增施生物炭，可以有效的降低土壤容重，從而降低農(nóng)業(yè)機械耕作的能量需求［3］、節(jié)省農(nóng)業(yè)成本、減輕農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染.因此，生物炭在農(nóng)業(yè)上的應用及價值受到了國內(nèi)外眾多學者們的關注與研究，成為了近些年學術上的熱點題材.隋陽輝［4］等研究表明，低量生物炭配施常規(guī)氮肥可提高營養(yǎng)生長期玉米單株干物質(zhì)積累；俞若涵［5］等研究發(fā)現(xiàn)，向土壤中施入一定量的生物炭，可顯著促進作物的生長發(fā)育，從而為作物的增產(chǎn)增收奠定基礎；張楠［6］等研究表明，土壤中添加生物炭可提高其磷素含量，促進苗期植株磷吸收，從而在較低化學磷肥用量條件下保持棉田高產(chǎn)和磷肥的高效利用；李輝［7］等研究表明，生物質(zhì)炭基肥對改善黃土高原旱塬區(qū)蘋果葉片營養(yǎng)和果實品質(zhì)以及提高經(jīng)濟效益具有顯著作用；顧博文［8］等研究表明，連續(xù)施用生物炭可以有效地緩解花生開花下針期和成熟期葉片放氧復合體的受損程度.而國外學者們也對其有相當多的研究，例如：Ahmad等研究表明［9］，生物炭由于其優(yōu)異的吸附性能，開始被廣泛用作吸附劑.Khan，HA等研究表明［10］，生物炭有改善環(huán)境的結果，且可用作緩釋的潛在肥料，以實現(xiàn)可持續(xù)和綠色農(nóng)業(yè)應用.Semida，WM等研究表明［11］，生物炭可以提高土壤在不同生物和非生物脅迫下的作物生產(chǎn)能力，促進全球糧食安全.總之，隨著我國農(nóng)業(yè)供給側結構改革不斷深入，以及環(huán)保監(jiān)管日益嚴格，各地區(qū)化肥使用量有所下降，作為天然肥料的生物炭肥市場迎來了良好發(fā)展契機.

有關農(nóng)業(yè)用生物炭領域的文章數(shù)量較多，僅僅以文獻閱讀、總結歸納等方式了解該領域在一定的局限性，因此有必要運用文獻計量學對農(nóng)業(yè)用生物炭的研究進行可視化分析，從而填補該領域研究的空白.本文基于CiteSpace 可視化分析軟件，對中國知網(wǎng)（CNKI）中文數(shù)據(jù)庫有關“農(nóng)業(yè)用生物炭”進行文獻計量統(tǒng)計分析，檢索了1994年至2021年的相關文獻，通過對研究熱點、研究趨勢等計量的分析，從而給中國未來農(nóng)業(yè)領域中從事生物炭研究的相關科研人員提供有價值的參考信息和研究方向，進而推動我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新與進步.尤其是近年來國家對秸稈綜合利用的重視度較高，生物炭技術作為秸稈綜合利用的重要途徑之一，必將在全國范圍內(nèi)得到大規(guī)模推廣和應用，同時在“雙碳”背景下，我國生物炭產(chǎn)業(yè)化進程將不斷加快，未來行業(yè)發(fā)展前景可期.

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文全部的數(shù)據(jù)均來源于中國知網(wǎng)（CNKI）中文數(shù)據(jù)庫，在CNKI數(shù)據(jù)庫中進行高級檢索，具體檢索參數(shù)設置為：“主題=［（生物炭AND農(nóng)業(yè)）OR（生物質(zhì)炭AND農(nóng)業(yè)）］”，檢索范圍為全文數(shù)據(jù)庫至2021年11月，檢索日期為2021年11月11日，共檢索出1310篇期刊文獻及論文.為保證分析統(tǒng)計結果更加具有權威性、精確性及代表性，將選取范圍設置成僅核心期刊、CSCCI期刊和CSCD期刊，并對檢索結果中出現(xiàn)的一些與“生物炭”有關，但不屬于應用在農(nóng)業(yè)領域的、結果重復的記錄等科學噪點進行人工排查剔除［12］，最終得到的有效文獻數(shù)量集合為870篇.

1.2 研究方法

CiteSpace 是由華人學者陳超美博士開發(fā)的一款文獻計量軟件，利用數(shù)學和統(tǒng)計學將科學研究結果和文獻動態(tài)可視化，從而便于科研人員進行研究［13，14］.CiteSpace 利用國內(nèi)的中國知網(wǎng)（CNKI）、國外的（Web of Science）等全文數(shù)據(jù)庫檢索出的結果進行可視化圖譜的繪制，從而分析檢索對象的研究路徑及前沿探測［15］.2007年CiteSpace初引入我國，便受到國家及各領域學者的關注和廣泛應用［16］.可視化圖譜的一系列主要屬性，包括其學科構成、發(fā)文作者、發(fā)文機構、內(nèi)容、關鍵詞及其相互關系，共同構成了科學領域的知識結構［17］.本文使用CiteSpace5.8.R3進行可視化圖譜的繪制，通過對結果的聚類可視化分析，得出我國農(nóng)業(yè)用生物炭的相關文獻數(shù)量、逐年變化趨勢、高頻關鍵詞、高產(chǎn)發(fā)文作者、發(fā)文機構，以及機構間、作者間的合作關系等信息.

2 文獻計量分析

2.1 發(fā)文量與時間分布分析

年度發(fā)文量可以清晰的展現(xiàn)出不同研究領域文獻的發(fā)表情況及受關注程度，是讀者們了解該領域演變的重要指標［18］.本文通過檢索知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫1994 年至2021 年11 月前的核心、CSCCI 和CSCD三個期刊，檢索日期為2021年11月11日，得到有關我國農(nóng)業(yè)用生物炭研究領域文獻共870篇.中國農(nóng)業(yè)用生物炭的發(fā)展經(jīng)歷了萌芽起步、加速上升、緩慢下降3個主要階段（圖1）.

1994年-2009年為萌芽起步階段，在中國知網(wǎng)（CNKI）上共發(fā)表了2篇文獻，從圖1可以看出，在我國第一次出現(xiàn)農(nóng)業(yè)用生物炭的文章是在1994年，在接下來的15年里，農(nóng)業(yè)用生物炭的相關研究關注度較低，鮮有學者從事該方面的研究.

圖1 我國農(nóng)業(yè)用生物炭文獻的發(fā)文量變化趨勢

2010 年至2019 年為加速上升階段，該階段發(fā)文數(shù)量達到最大值，在中國知網(wǎng)（CNKI）上共發(fā)表了651篇相關文獻，年均發(fā)文獻量為65篇，并在2019年達到了年度發(fā)文量的最大值144篇.2011年，國家頒布了《“十二五”農(nóng)作物秸稈綜合利用實施方案》，提出到2015年力爭秸稈綜合利用率超過80%；2016年，國家頒布了《關于推進農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用試點的方案》，采取肥料化、原料化等多種途徑，著力提升秸稈綜合利用水平；2019年，頒布了《關于全面做好秸稈綜合利用工作的通知》，明確因地制宜的確定秸稈利用方式.由此可以看出，此階段在農(nóng)業(yè)上應用生物炭已經(jīng)成為中國的熱點話題，國內(nèi)大量學者、機構開始對這一領域展開充分的研究與分析.

從2020年至2021年為緩慢下降階段，兩年發(fā)文量為217篇，年均發(fā)文獻量為109篇，雖然較2019年有關農(nóng)業(yè)用生物炭的文獻數(shù)量有所下降，但從擬合曲線趨勢可以看出未來該領域研究文獻數(shù)量仍會增長，整體數(shù)量較萌芽起步階段仍是處于大幅度增加的狀態(tài)，年均發(fā)表文獻總量遠超過萌芽起步和加速上升兩個階段，由此可以推測出，農(nóng)業(yè)上應用生物炭的相關研究在未來仍將是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展領域的熱點.

2.2 農(nóng)業(yè)用生物炭的關鍵詞分析

2.2.1 關鍵詞頻率分析

關鍵詞作為一篇文獻的核心，是從文獻主要內(nèi)容中凝練出的具有實質(zhì)意義的詞語，對一個領域的學術研究具有高度的指導作用.將從中國知網(wǎng)（CNKI）人工排查篩選后的870篇有關農(nóng)業(yè)用生物炭的文獻導入CiteSpace5.8.R3軟件，提取頻次大于20的15個關鍵詞（表1）.從表1中可以清晰的看出，該領域頻次最高的關鍵詞為“生物炭”，共出現(xiàn)418次，中介中心性為值為0.35，最早出現(xiàn)這一關鍵詞的年份為2010年；由于生物炭也稱為生物質(zhì)炭，因此，頻次排在第二位的與表1 中結果一致為“生物質(zhì)炭”，共出現(xiàn)168次，其關鍵詞中介中心性為0.47，最早出現(xiàn)的年份同樣為2010年；“吸附”共出現(xiàn)了30次，最早出現(xiàn)該關鍵詞的年份為2012年，其中介中心性最大，為0.52；“玉米”出現(xiàn)了27次，最早出現(xiàn)該關鍵詞在2015年，“品質(zhì)”出現(xiàn)了21次，最早出現(xiàn)該關鍵詞在2014年，這兩個關鍵詞的中介中心性值最小，同為0.02.

表1 我國農(nóng)業(yè)用生物炭文獻的高頻關鍵詞

2.2.2 關鍵詞共現(xiàn)圖譜分析

關鍵詞共現(xiàn)，即挖掘高頻關鍵詞之間的聯(lián)系.如果某個關鍵詞同時以高頻出現(xiàn)在不同文獻中，則它們的相關性十分的密切，能夠代表該領域的熱點研究［19］.將提取的870篇農(nóng)業(yè)用生物炭相關的文獻集合導入CiteSpace5.8.R3軟件并進行數(shù)據(jù)分析轉換，節(jié)點處理區(qū)設置為關鍵詞，年份切片參數(shù)設置為1年，選中尋徑網(wǎng)絡剪裁（pathfi-nder）、修剪切網(wǎng)絡（Pruning sliced networks）、修建合并網(wǎng)絡（Pruning the merged ne-twork）3個處理，共產(chǎn)生404個節(jié)點和817條連線，最后生成關鍵詞共現(xiàn)圖譜（圖2）并進行分析.關鍵詞出現(xiàn)頻次的高低可用知識圖譜中圖形節(jié)點的大小表示，關鍵詞出現(xiàn)次數(shù)越多，圖形節(jié)點越大；各個關鍵詞之間存在的相互聯(lián)系可由圖中的連線表示，連線的顏色代表了各關鍵詞首次關聯(lián)的時間.由圖2可知，關鍵詞“生物炭”的圖形節(jié)點最大，表明其出現(xiàn)頻率最多，從“生物炭”與“農(nóng)業(yè)”、“生產(chǎn)”等存在多條連線可以清晰的看出關鍵詞之間的相關性.

圖2 我國農(nóng)業(yè)用生物炭的關鍵詞共現(xiàn)圖譜

2.2.3 關鍵詞聚類圖譜分析

關鍵詞聚類是關鍵詞共現(xiàn)的進一步深入研究，也是陳超美教授推薦的一種聚類方法.通過關鍵詞聚類，可以很好的從該知識圖譜中反映出各個關鍵詞間的相關性，展現(xiàn)出某項技術或學科領域形成了哪幾個主要的研究類團.聚類的序號，表明聚類內(nèi)部成員數(shù)量的多少，序號從“0”開始，序號越小，則聚類內(nèi)部成員數(shù)量越多，類團越大；反之，序號越大，則聚類內(nèi)部成員數(shù)量越少，類團越小.當聚類團中成員數(shù)量（Size）小于10時，聚類效果較差，研究的意義不大；剪影度（Silhouette），反應一個類團內(nèi)部各成員的緊密程度（成員間同質(zhì)性），當其值大于0.7時，則緊密程度良好，類團內(nèi)部成員聚類成功；當其值等于1時，聚類效果最好；文獻出版平均年份（mean year），反映出該類團的研究主要處于哪一年.

本文通過篩選前10的聚類結果（圖3），對所選文獻進行關鍵詞聚類分析.從表2可以得出，聚類#0“生物炭”，發(fā)表相關文獻數(shù)量最多，共41篇，主要集中在2015年發(fā)表，其剪影度為1，該類團成員的聚類程度最佳，主要研究農(nóng)業(yè)用生物炭對農(nóng)業(yè)、溫室氣體強度、重金屬等方面影響；聚類#1“水稻”，共發(fā)表34 篇相關文獻，剪影度為0.975，主要集中在2016 年發(fā)表，研究農(nóng)業(yè)用生物炭對水稻、土壤養(yǎng)分、產(chǎn)量等方面影響；聚類#7“熱解”發(fā)表相關文獻數(shù)量20篇，主要集中在2012年發(fā)表，主要研究農(nóng)業(yè)用生物炭對生物質(zhì)、孔隙結構、焦油等方面影響，剪影度與“生物炭”一致為1，該類團成員的聚類程度同樣最佳.

圖3 我國農(nóng)業(yè)用生物炭的關鍵詞聚類圖譜

表2 我國農(nóng)業(yè)用生物炭文獻的聚類關鍵詞

2.2.4 關鍵詞時間線圖譜分析

時間線圖譜是陳超美教授近些年更推薦的一種時間圖譜的展現(xiàn)方式，它主要側重于展現(xiàn)聚類內(nèi)部各成員之間的相關性、技術的演進以及歷史的跨度過程，可以直觀的反應出不同關鍵詞在不同年份的出現(xiàn)情況，時間線圖譜上的同一個聚類節(jié)點按順序出現(xiàn)的年份依次排列在同一條水平線上［20，21］.為探究有關農(nóng)業(yè)用生物炭領域的熱點變遷及演變趨勢，利用CiteSpace 軟件，選擇“Timeline View”，對研究熱點分布作時間線圖譜分析，篩選前10個聚類結果，如圖4所示.從時間線圖譜可以看出，1994年-2009年，我國對于農(nóng)業(yè)用生物炭領域的研究及關注還較少，側重點在“固化”、“生物質(zhì)”和“熱解”3 個主題；從2010年開始，可以明顯看出聚類的成果開始增多，側重點在“生物炭”、“生物質(zhì)炭”、“秸稈”、“農(nóng)業(yè)”等主題.由此可以得出，我國對于該領域研究的關注度從2010年開始呈井噴式增長，大量的學者對其展開科研，由此可以推斷出，未來該領域仍將會是學者們研究方向的熱點與趨勢.

圖4 我國農(nóng)業(yè)用生物炭的關鍵詞時間線圖譜

2.3 主要作者合作分析

某個領域的研究作者之間的合作圖譜，即學者們以研究生產(chǎn)新的科學知識為目的而在一起工作所展現(xiàn)的圖譜.通過作者合作圖譜的閱讀，可以了解到國內(nèi)有哪些研究人員在農(nóng)業(yè)用生物炭領域具有很高的造詣，以及幫助讀者了解到該領域核心帶頭學者的變化和更新，從而促進該領域的學術研究與合作.將提取的農(nóng)業(yè)用生物炭的相關文獻合集導入CiteSpace軟件并進行數(shù)據(jù)分析轉換，節(jié)點處理區(qū)設置為作者，年份切片參數(shù)設置為1年，不進行網(wǎng)絡剪裁，最后生成作者間合作圖譜（圖5）.圖中節(jié)點（作者名字）的大小代表作者發(fā)表文獻的數(shù)量，節(jié)點越大，則發(fā)表的數(shù)量越多；各個節(jié)點的連線代表作者之間存在的合作關系，連線的顏色代表了各作者首次合作的時間.圖5中共包括442個節(jié)點和1030條連線，農(nóng)業(yè)用生物炭作者合作網(wǎng)絡密度為0.0106.由圖5可知，學者潘根興和李戀卿的節(jié)點最大并存在連線，表明二人發(fā)表與農(nóng)業(yè)用生物炭有關的文章最多并存在合作關系.

對農(nóng)業(yè)用生物炭領域發(fā)文量前10位作者進行統(tǒng)計分析，如表3所示.發(fā)文數(shù)量最多的為南京農(nóng)業(yè)大學的潘根興，總發(fā)文數(shù)量為56篇，最早發(fā)文年份為2011年，表明其在該領域為核心帶頭人物這與上文圖5中結論一致.發(fā)文量前10位作者中，潘根興、李戀卿、張旭輝、鄭金偉、劉曉雨、鄭聚鋒6位學者均屬于南京農(nóng)業(yè)大學，由此可以看出該領域最具代表性和權威性的機構是南京農(nóng)業(yè)大學.

圖5 我國農(nóng)業(yè)用生物炭的研究作者合作圖譜

表3 我國農(nóng)業(yè)用生物炭文獻的高產(chǎn)作者統(tǒng)計表

2.4 主要機構分析

某個研究領域的發(fā)文機構能夠具體表現(xiàn)機構的專業(yè)性、權威性、代表性和科研完善的進度.將提取的農(nóng)業(yè)用生物炭的相關文獻合集導入CiteSpace軟件并進行數(shù)據(jù)分析轉換，節(jié)點處理區(qū)設置為作者，年份切片參數(shù)設置為1年，不進行網(wǎng)絡剪裁，最后生成機構間合作圖譜（圖6）.圖6共有3個類團，每個類團中的節(jié)點大小代表了機構發(fā)文數(shù)量，各個節(jié)點之間的連線代表了機構之間的合作關系，連線的顏色代表了各個機構首次合作的時間.由此可以得出，南京農(nóng)業(yè)大學有關農(nóng)業(yè)用生物炭領域的發(fā)文數(shù)量最多，其與中國農(nóng)業(yè)科學院、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學、中國農(nóng)業(yè)大學等多機構存在合作關系.

圖6 我國農(nóng)業(yè)用生物炭的研究機構合作圖譜

通過對發(fā)文量前10的機構進行統(tǒng)計分析，如表4所示.可以看出進行農(nóng)業(yè)用生物炭領域相關研究的機構主要是我國高等農(nóng)業(yè)院校和國家重點研究所.其中發(fā)文量處于領頭的機構為南京農(nóng)業(yè)大學和沈陽農(nóng)業(yè)大學，南京農(nóng)業(yè)大學的發(fā)文量最多，達89篇，這與上文主要作者發(fā)文量的趨勢一致；其次是沈陽農(nóng)業(yè)大學，雖然該機構總發(fā)文獻量共65篇，但其發(fā)文量總數(shù)排在前10的學者僅有1位，表明該校從事農(nóng)業(yè)用生物炭領域研究的團隊較多，領頭核心人物只有1位，這可能與該校在2020年11月15日專門成立了生物炭研究院有關.

表4 我國農(nóng)業(yè)用生物炭文獻的機構發(fā)文量

2.5 主要資助基金分析

某個研究領域資助基金的數(shù)量可以反映出該領域的價值及受關注程度.通過對870篇有關農(nóng)業(yè)用生物炭文獻的資助基金數(shù)量前10 位進行統(tǒng)計，如表5 所示.“國家自然科學基金”、“國家重點研發(fā)計劃”、“國家科技支撐計劃”、“國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）”4個基金資助為國家級的基金資助，共發(fā)文獻549篇，占總發(fā)文量的63.10%.其中基金發(fā)文量最多的是“國家自然科學基金”，共發(fā)文326篇.從上述數(shù)據(jù)得出，我國國家層面對該領域也達到了高度重視并給予了大量的基金支持，由此可以推測出該領域在未來仍然會是各個學者、研究機構以及國家關注的重點.

表5 我國農(nóng)業(yè)用生物炭文獻的基金資助項目

3 農(nóng)業(yè)用生物炭的研究前沿

爆發(fā)性檢測，指一個變量的值短時間內(nèi)爆發(fā)式增加，突然變成了熱點研究領域，被學者、學術機構和國家廣泛關注.爆發(fā)性檢測可以發(fā)現(xiàn)某研究領域從單一到多元的演進趨勢，可從關鍵詞中得到出現(xiàn)頻次在短時間內(nèi)突然增加的研究領域或主題，進而預測那些關鍵詞在未來是否會成為熱點領域［22］.通過對870篇文獻進行爆發(fā)性檢測，可清晰的看出關鍵詞出現(xiàn)的時間、結束的時間、關鍵詞強度以及未來熱點領域的研究趨勢（圖7）.其中“土壤”這一關鍵詞的強度最大，其值為5.11，爆發(fā)期持續(xù)了3年；“水稻土”的強度為1.81，“品質(zhì)”的強度為2.03，但二者爆發(fā)期持續(xù)時間最長，同為5年.由圖7可知，隨著該領域的深入研究，2019年-2021年出現(xiàn)了“小麥”、“水稻”等與農(nóng)業(yè)有關的關鍵詞，進一步延伸了農(nóng)業(yè)用生物炭領域，表明未來農(nóng)業(yè)用生物炭依舊是研究熱點趨勢.從“廢棄物”、“cd”、“生長”和“土壤性質(zhì)”4個關鍵詞可以看出，未來農(nóng)業(yè)用生物炭的研究前沿將更多的傾向于農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境治理等方面.

圖7 我國農(nóng)業(yè)用生物炭的文獻突現(xiàn)詞

4 未來我國農(nóng)業(yè)用生物炭的研究熱點趨勢

由于有關農(nóng)業(yè)用生物炭領域的關鍵詞中具有較多專業(yè)術語，難以直觀清晰理解.通過查閱聚類相關國內(nèi)外在該領域的高被引文獻及核心文獻，排除分類不當及概述不清的關鍵詞，從而總結出3大研究熱點主題，分別為農(nóng)作物品質(zhì)改善及增產(chǎn)、農(nóng)田土壤理化性質(zhì)的改良及養(yǎng)分的提高、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的修復及可持續(xù)發(fā)展.

4.1 農(nóng)作物品質(zhì)改善及增產(chǎn)

隨著農(nóng)業(yè)用生物炭的不斷深入研究，其在農(nóng)作物生產(chǎn)及品質(zhì)改良方面的積極作用已愈發(fā)受到重視［23，24］，并在水稻、小麥、大豆、玉米等農(nóng)作物增產(chǎn)上取得了良好的功效.Jeffery等［25］，研究發(fā)現(xiàn)將生物炭摻入農(nóng)田土壤中，將提高大約10%的農(nóng)作物生產(chǎn)率.在亞馬遜河地區(qū)的大田試驗表明，在土壤中施入生物炭用量為11t·hm-2時，2年4個生長季后水稻和高粱產(chǎn)量累積增加了約75%［26］.張偉明等［27］研究表明，當對水稻施用生物炭用量為10g kg-1時，將促進其各器官協(xié)同發(fā)育，從而達到增產(chǎn)；在完全隨機的田間試驗中，在氮肥用量相同的情況下，小麥產(chǎn)量和SOC含量隨著生物炭用量的增加而增加［28］；生物炭的應用增強了大豆中的碳同化，促進生物量積累和產(chǎn)量增加，從而提高大豆的產(chǎn)量［29］；生物炭對農(nóng)作物的增效存在一定的累加作用，Major等［30］，通過進行4年的施用生物炭于玉米和大豆輪作農(nóng)田試驗結果表明，當生物炭用量為20t·hm-2時，第1年玉米產(chǎn)量并未提高，從第2年至第4年，玉米產(chǎn)量逐年較對照增加了28%、30%和140%.生物炭不僅可以提高農(nóng)田作物的產(chǎn)量，還對作物抗逆性有一定的改善.Akhtar S等［31］研究表明，通過農(nóng)田施用生物炭，可降低了小麥對Na+的吸收轉化，進而提高小麥生長和生產(chǎn)力；同時生物炭的施用可顯著改善鹽堿地的中馬鈴薯的生長發(fā)育及產(chǎn)量形成［32］.

盡管目前生物炭應用在農(nóng)田上可以顯著提高作物的產(chǎn)量及改善品質(zhì)，但我國土壤類型眾多，當前針對農(nóng)業(yè)用生物炭的適宜用量于不同類型農(nóng)作物以及生物炭對不同氣候、地區(qū)下農(nóng)作物影響的研究鮮有報道，生物炭是否對農(nóng)作物產(chǎn)生負面效應還存在不確定性及未知性，因此，未來生物炭對農(nóng)作物品質(zhì)及產(chǎn)量的影響，仍將是我國該領域的研究熱點趨勢.

4.2 農(nóng)田土壤理化性質(zhì)的改良及養(yǎng)分的提高

土壤肥力對農(nóng)作物生長起著至關重要的作用，并對農(nóng)作物生產(chǎn)力的高低有著重要的影響［33］.生物炭改善農(nóng)田土壤理化性質(zhì)及養(yǎng)分提高主要有以下方面：（1）施用生物炭在農(nóng)田進行碳化時，由于生物炭顆粒的平均密度小于土壤顆粒的平均密度，可以有效的降低土壤容重，從而降低農(nóng)業(yè)機械耕作的能量需求，形成多孔結構，顯著提高土壤中的有效含水量［34］；（2）pH值可影響農(nóng)田土壤養(yǎng)分的微生物多樣性和植物生理生化過程［35］，生物炭呈堿性，可顯著中和酸性土壤，降低土壤酸化度［36］；（3）生物炭可影響農(nóng)田各物質(zhì)循環(huán)和C和N的陽離子交換，從而提高土壤養(yǎng)分［37］.（4）生物炭可作為有機肥與農(nóng)肥配合施用，從而有效減少肥料養(yǎng)分流失及農(nóng)肥施用，避免農(nóng)田土壤板結，改善土壤質(zhì)量［38］.

目前，針對農(nóng)業(yè)用生物炭在不同農(nóng)田土壤類型及不同溫度下對農(nóng)作物的影響鮮有報道，在室溫中研究的結果與實際的結果仍存在差異，農(nóng)業(yè)用生物炭對農(nóng)田土壤的弊端還未完全顯現(xiàn)出來，因此未來生物炭對農(nóng)田土壤理化性質(zhì)的影響仍需進一步系統(tǒng)研究.

4.3 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的修復及可持續(xù)發(fā)展

如今，我國農(nóng)業(yè)在發(fā)展中越來越注重環(huán)境保護，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展已成為大部分農(nóng)業(yè)區(qū)的主要發(fā)展目標［39］.生物炭的存在與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)密不可分，Smith 等［40］研究表明，農(nóng)業(yè)生態(tài)工程中可通過增加土壤碳儲存量從而調(diào)節(jié)土壤碳排放到大氣，其中的一種策略是在生物質(zhì)中捕獲大氣中的二氧化碳，然后生產(chǎn)生物炭并將其儲存在土壤中［41］.生物炭對于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中存在的部分重金屬污染物存在一定的修復機理.其中最常見的就是生物炭灰分中存在某些元素能夠有效的促使重金屬在農(nóng)田土壤中鈍化，從而形成穩(wěn)定化合物，減輕重金屬的毒害作用［42］.

生物炭通過減輕農(nóng)田土壤重金屬的污染，提高作物產(chǎn)量，保護生態(tài)環(huán)境，從而促進農(nóng)業(yè)生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展，但目前生物炭對于環(huán)境污染物只能起到吸附、減緩的作用，未能完全消除污染，后續(xù)研究需要考慮并分析農(nóng)業(yè)用生物炭的時效性及最大效率吸附污染物的用量；農(nóng)業(yè)用生物炭有關治理農(nóng)田重金屬污染多為鎘污染，考慮的因素較為單一，對于其他農(nóng)田重金屬污染的有效防治及預防二次污染有待進一步研究.

5 結論

農(nóng)業(yè)用生物炭，在改良土壤理化性質(zhì)、提高作物產(chǎn)量等方面具有十分突出的優(yōu)勢，有助于推動我國農(nóng)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展與保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境. 本文統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)基于中國知網(wǎng)（CNKI）全文數(shù)據(jù)庫至2021年11月有關農(nóng)業(yè)用生物炭1310篇期刊文獻及論文，將選取范圍設置成僅核心期刊、CSCCI期刊和CSCD期刊3個期刊，人工排除科學噪點，最終得到的有效文獻數(shù)量集合為870篇.通過對研究進程、研究熱點、研究現(xiàn)狀、研究內(nèi)容等方面統(tǒng)計，利用CiteSpace軟件進行可視化分析及知識圖譜的繪制，結果表明：

5.1 我國農(nóng)業(yè)用生物炭研究領域的發(fā)展主要經(jīng)歷了萌芽起步、加速上升、緩慢下降3個主要階段，年度發(fā)文數(shù)量逐年增加，研究內(nèi)容逐漸從單一到多元化.從2019年起，年度發(fā)文數(shù)量逐漸下降，但整體數(shù)量較萌芽起步階段仍是處于大幅度增加的狀態(tài)，年度發(fā)表文獻總量遠超過萌芽起步和加速上升兩個階段，由此可以推測出，農(nóng)業(yè)上應用生物炭的相關研究在未來仍將是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展領域的熱點.

5.2 研究作者之間合作密切，具備穩(wěn)定的科研團隊與技術，該領域的代表性研究員主要是潘根興、李戀卿等高等農(nóng)業(yè)院校和國家重點研究所的學者和技術人員.

5.3 該領域研究中，南京農(nóng)業(yè)大學與中國農(nóng)業(yè)科學院、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學、中國農(nóng)業(yè)大學等多高校機構存在合作關系，具有代表性的研究機構為發(fā)文量89篇的南京農(nóng)業(yè)大學和發(fā)文量65篇的沈陽農(nóng)業(yè)大學.5.4 我國國家層面十分重視該領域的研究，63.1%數(shù)量的文章都具有“國家自然科學基金”、“國家重點研發(fā)計劃”等國家重點基金項目支持及保障.

5.5 我國農(nóng)業(yè)用生物炭正在逐漸轉向維持農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的方向邁進.未來我國農(nóng)業(yè)用生物炭的研究趨勢可能主要集中在農(nóng)作物品質(zhì)改善及增產(chǎn)、農(nóng)田土壤理化性質(zhì)的改良及養(yǎng)分的提高、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的修復及可持續(xù)發(fā)展三個方面.