摘要：为了客观全面地了解国内应用生物炭时农田土壤改良的现状和动态以及未来的主要发展趋势，基于中国知网数据库，对有关生物炭改良农田土壤的相关文献进行了检索与分析。结果表明：我国生物炭改良土壤方面的研究从发文量来看正处于快速发展阶段;我国生物炭改良土壤领域的研究，发文量最多的机构是西北农林科技大学，被引频次最多的也是西北农林科技大学;发文量最多的是华中农业大学姜存仓教授，被引频次最多的则是西北农林科技大学何绪生教授。该领域的研究主要以国家层面的基金资助为主，占到了72.33%;生物炭改良土壤研究的热点研究主要集中于土壤改良、土壤养分、重金属修复等方面，这也是生物炭用于土壤改良未来的主要研究方向。

關键词：生物炭;改良;农田土壤;CNKI数据库

中图分类号：S513 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）22-0072-04

1 引言

生物炭是在无氧或者厌氧环境下通过热解生物质而获得的一种含有丰富孔隙、含碳量高，并且具有较高热值而无污染的固体生物燃料川，属于黑炭的一种，其主要特征是颗粒细致、质地轻、呈蓬松状态，主要元素包括碳、氢、氧、氮等，其中碳含量一般在70%以上，是碳在环境中存在的一种非常稳定的形态，其自身的生物降解速率以及氧化速率极慢，可在环境中存在长达1000年以上[2]。它的原料来源十分广泛，一些常见的农业废弃物，诸如秸秆、畜禽粪便、木屑等以及工业有机废弃物和城市污泥等都可以作为生产生物炭的原料[3，4]，常见的生物炭有竹炭、木炭、桔秆炭、污泥炭、稻壳炭等。生物炭可溶性极低，具有较大的比表面积、孔隙度和离子吸附交换能力，由于这些性质，使得生物炭具有较强的吸附性能、抗氧化能力以及抗生物分解的能力，这些性质也决定了其他土壤中高效的改良作用[5]。在土壤中添加生物炭不仅可以改善土壤结构进而提高土壤质量，还可以有效保存水分和养分，促进作物增产;此外，生物炭还在污染土壤修复、废弃生物质资源再利用等方面具有巨大的潜力。

目前，全球对于生物炭的科学研究重视源于对亚马逊盆地中部黑土的认识[6]。然而在20世纪80年代以前，全球关于生物炭相关的科学研究论文极少[7]，随后日本一些科学家将生物炭用于盆景植物土壤的改良剂以及生物菌肥的载体开展了一些相关研究，并发表了论文[8]。全球真正科学认识生物炭主要始于20世纪90年代，一些科学家认识到生物炭在俘获二氧化碳和封存方面具有重要作用，从此关于生物炭改良土壤的相关研究和应用日益增加。

然而有关于生物炭作为土壤改良材料的研究（制备方法、制备材料、使用方法等）众多，以文献阅读、归纳总结、定性探讨等为主要方法的传统文献综述存在一定的局限性，无法客观和全面地反映该领域的发展动态和热点。因此，本文拟采用文献计量的方法，利用目前中国收录文献最全、更新时间最快、涉及学科范围最广的中文数据库CNKI数据库，对国内生物炭改良土壤的相关研究进行归纳分析，明确研究的进展，为生物炭材料的高效和合理利用提供理论依据。

2 数据来源与方法

2.1 数据来源

CNKI数据库是国内目前提供引文回溯数据最深的数据库，所收录的文献基本覆盖了全国最重要和最有影响力的研究成果，是国内公认的进行科学统计和评价的主要检索工具[9]。

2.2 研究方法

运用文献计量学方法进行统计分析。本文基于CNKI中国期刊全文数据库，采用高级检索方式，以“生物炭”+“土壤改良”为篇名进行检索，检索跨度为1990年1月1日至2019年10月1日，共检索文献1423篇，逐篇去除不相关文献43篇，获得生物炭改良土壤的文章1380篇。利用Excel进行文献统计分析，统计指标主要有文献类型和数量、研究机构、期刊、作者、研究层次及热点等，揭示我国生物炭改良土壤研究领域的动态和趋势。

3 结果分析与讨论

3.1 文献发表数量

文献的发表数量是科学界对某一领域关注程度的总体表现，在一定程度上反映了该领域的发展速度、现状和趋势。2019年10月1日前，CNKI数据库收录的生物炭改良土壤的相关论文1380篇（剔除不相关文献），总体上该领域发表的论文随时间变化呈显著的上升趋势，由于2019年文献不全，因此图1中只截取了2018年12月31日以前的相关论文。通过统计拟合发现，我国应用生物炭改良土壤的相关研究文献数量年度变化逐年递增，其决定系数R²=0.9896，表明我国在该方向开展的研究越来越多，对生物炭改良土壤的相关研究越来越受到重视。根据统计分组方法可以发现，19992013年之间，该方向的研究处于初期起步阶段，总计发表论文107篇，期间多年没有相关论文的发表，年均发表论文7.64篇，发展极为缓慢;2014年以后为快速发展阶段，截至目前，总共发表1141篇，年均发表论文190.17篇，发展速度极为迅猛。根据这种态势可以推测，未来一段时间内，研究生物炭改良土壤的相关研究仍将是相关领域关注的热点课题。

我国最早关于生物炭改良土壤的报道发表与1999年《世界环境》上的论文《新的炭生产技术使炭大规模应用于环境工程成为可能》，该论文综述了生物炭在改良土壤方面的作用和机制，认为土壤施加生物炭之后，有助于土壤吸收太阳光和热量，提高地表温度，增强土壤的透气性能，有助于防止土壤板结等[10]。

3.2 主要研究机构

期刊论文被重要数据库收录的数量和被引频次反映了该研究机构的整体科研能力和影响力[11]。本文重点关注了关于生物炭改良土壤方面研究发文量居前十位的科研机构（表1）。除浙江大学和中国科学院大学以外，该方向的研究主要集中在各农业大学。我国生物炭改良土壤的研究主要集中在高校，科研院所较少，二者之间发文量的比例达18：1。其中，发表相关研究论文数量最多的是西北农林科技大学，共发表104篇。居前十的科研机构依次为西北农林科技大学、沈阳农业大学、河南农业大学、东北农业大学、浙江大学、华中农业大学、湖南农业大学、山东农业大学、内蒙古农业大学和中国科学院大学。

3.3 资金资助

基金资助情况可以反映某领域的受关注程度。因此，本文还重点关注了生物炭改良土壤相关研究所受资助的基金情况（图2）。通过CNKI统计发现，1380篇有关于生物炭改良土壤的研究论文共涉及资助基金582个，其中国家自然科学基金、国家科技支撑计划、“863”计划、“973”计划、水利部“948”、农业部“948”等国家级的基金资助文章为421篇，占总资助量的72.33%，可见该方面的研究受到了国家层面的重点关注和重视。此外，该方面研究还受到了中科院和各省自然科学基金的资助，其中江苏、湖南和福建等南方省份极为重视该领域的科学研究。江苏省自然科学基金对于生物炭改良土壤的研究资助较多，主要与南京农业大学、中科院南京土壤所的研究机构有关。

3.4 高引论文和核心作者分析

通过分析生物炭改良土壤领域高频次引用论文，可以有助于评估相关研究机构的科研能力与学术水平;对该领域主要作者的分析，有助于了解作者的研究概况，促进学术交流。研究发现（表2），通过对选定的论文按照被引频次进行排序，可以发现被引频次校稿的论文主要发表在农业工程学报、中国农学通报和环境化学等EI期刊上;通过进一步分析发表生物炭改良土壤领域的核心作者发现（图3），发文量前10为的作者共计发表论文95篇，仅占总发文量的6.88%，表明从事该领域研究的作者数量较多。其中，华中农业大学的姜存仓教授发表相关论文是数量最多，共计13篇。其中，西北农林科技大学何绪生教授的论文被引频次最高，分别占据了被引频次论文的前两位，分别是发表在《农业工程学报》的《生物炭生产与农用的意义及国内外动态》以及发表在《中国农学通报》的《生物炭对土壤肥料的作用及未来研究》，对于开展相关研究具有重要的启发和指导作用。

3.5 期刊来源

研究刊载生物炭改良土壤的相关期刊有助于科研人员确定该研究领域的重点期刊，进而有选择性和针对性的投稿和阅读文献。表3是我国在生物炭改良土壤研究方面发文前20位的期刊，发文总量为334篇，占总发文量的24.20%。《沈阳农业大学学报》是发表生物炭改良土壤相关文献最多的期刊，总发文量为41篇，其次是《东北农业大学学报》和《西北农林科技大学學报》，均为36篇。总体来看，农业类大学的学报发表的相关研究较多，此外《农业机械学报》、《环境科学》等EI类期刊以及《水土保持学报》、《土壤通报》、《农业环境科学学报》等核心期刊发表的先关论文数量也比较多，表明该方面的研究较为深入。

3.6 主要研究热点分析

随着我国发展的不断加快，对于耕地质量的提高需求越来越大，如何生态环保的提高土壤质量成为时下研究的热点，由于生物炭自身的特性及其无污染的优势，对于生物炭改良土壤的研究逐渐成为研究热门，尤其是在废弃资源再利用以及高标准农田建设等方面具有十分巨大的潜力。由图4可知，搜索“生物炭”+“土壤改良”的热点研究主要集中于土壤改良、土壤养分、重金属修复等方面，这也是生物炭用于土壤改良未来的主要研究方向。

4 结论

（1）我国生物炭改良土壤方面的研究从发文量来看正处于快速发展阶段。

（2）我国生物炭改良土壤领域的研究，发文量最多的机构是西北农林科技大学，被引频次最多的也是西北农林科技大学;发文量最多的是华中农业大学姜存仓教授，被引频次最多的则是西北农林科技大学何绪生教授。该领域的研究主要以国家层面的基金资助为主，占到了72.33%。

（3）生物炭改良土壤研究的热点研究主要集中于土壤改良、土壤养分、重金属修复等方面，这也是生物炭用于土壤改良未来的主要研究方向。

参考文献：

[1]Lehmann J.Joseph S.Biochar for environmental management：science and technology [M].London：Earthscan，2009.

[2]Skjemstad J n.Reicosky D C，Wilts A R，et al.Charcoal carbonin U.S.agricultural soils [J].Soil Science Society of Americajournal，2002，66（4）：1249～1255.

[3]Hossain M K，Strezov V，Chan K Y，et al.Influence of pyrolysistemperature on production and nutrient properties of wastewatersludge biochar [J].Journal of Environmental Management，2011，92（1）：223～228.

[4]Sohi S，Loez—Capel E，Krull E，et al.Biochars roles in soil andclimate change：A review of research needs[M].UK：CSIROLand and Water Science Report，2009（9）：64.

[5]LuaAC，Yang T.Effects of vacuum pyrolysis conditions on thecharacteristics of activated carbons derived from pistachio-nutshells[J].Journal of Colloid and Interface Science，2004，276（2）：364～372.

[6]何绪生.耿增超，佘雕，等.生物炭生产与农用的意义及国内外动态[J].农业工程学报，2011，27（2）：1～7.

[7]Sombroek W.Amazon soils：A Reconnaissance of the Soils of theBrazilian Amazon Region[M].Wageningen：Center for Agricul-tural Publications and Documentation，1966.

[8]Ogawa M，Okimori Y.Pioneering works in biochar research，Ja-pan [J].Australian Journal of Soil Research，2010，48（6/7）：489～500.

[9]陈梦军，肖盛杨，舒英格.基于CNKI数据库对土壤质量评价研究现状的分析[J].山地农业生物学报，2018，37（5）：45～52.

[10]佚名.新的炭生产技术使炭大规模应用于环境工程成为可能[J].世界环境，1999（2）.

[11]安显金，李维.基于CNKI的我国生物炭研究趋势文献计量学分析[J].农业资源与环境学报，2018，35（6）.

收稿日期：2019-10-11

作者简介：单玉琳（1986-），女，工程师，主要从事土地工程研究相关工作。