本文摘要:摘要:客观综合分析我国生物碳领域的发展脉络及研究动向,利用CNKI中国期刊全文数据库的出版发行年度、论文数量、研究机构、资金支持等指标,融合Citespace关键词可视化分析方法,系统阐述我国生物碳研究领域概况,综合分析我国生物碳研究的主要热点问题和趋势。

土壤

摘要:客观综合分析我国生物碳领域的发展脉络及研究动向,利用CNKI中国期刊全文数据库的出版发行年度、论文数量、研究机构、资金支持等指标,融合Citespace关键词可视化分析方法,系统阐述我国生物碳研究领域概况,综合分析我国生物碳研究的主要热点问题和趋势。结果表明,我国生物碳领域的研究处于较慢的发展阶段,总发文量呈圆形指数快速增长趋势。

文阳最多的研究机构是南京农业大学,最少的被称为西北农林科技大学。(威廉莎士比亚,Northern Exposure(美国电视),)我国生物碳领域的研究主要不由国家一级的基金领导。南京农业大学的潘根兴被称为“西北农林科技大学的增强”,其中生物木炭文章公开最多,作者最少。

发文量和总人数最少的期刊都是《农业环境科学学报》,都是提及次数最少的期刊是《应用于生态学报》。我国生物碳研究的热点主要集中在肥料、土壤、有机碳、土壤养分、导电解吸改良剂等方向。

总的来说,我国生物碳研究热点从农业领域向环境领域转变,土壤环境污染修复、土壤质量提高、土壤可持续发展、碳库储量增加是我国未来生物碳研究的主要趋势。随着现代农业的缓慢发展,农作物秸秆的合理利用已经沦为国家、政府、科学家关心的热点问题。近年来,作物秸秆是在氧气条件下通过热解过程产生的生物碳,由于具有高稳定性和强导电性,因此得到了普遍研究。例如,碳是减少全球气候变化、减少土壤环境污染和替代能源等领域的研究。

国际顶级杂志Science、Nature、PNAS等陆续公开了关于大气CO2浓度下降、土壤环境不道德性转换等问题的生物炭研究报道。生物碳对提高土壤肥力,减少土壤碳库储量,保持土壤生态系统平衡具有重要意义。生物碳研究的文献很多,以文献读者、总结摘要、定性探索为主要方法的传统文献综合没有局限性,无法客观全面地反映这一领域的发展脉络和研究动态。因此,适当利用文献计量学和更直观的分析软件,开展了对生物木炭研究的认识,获得了生物木炭领域的发展动力。

文献计量学具有客观性、量化、模型简化等优点,已用于宏观研究各领域、各学科的发展。Citespace可视化分析软件是美国德雷塞尔大学英国华裔陈超美教授2004年以Java环境为基础开发的锡网络分析工具,能够准确、轻松、高效地展示科学领域的新趋势和新趋势。尽管对利用文献计量学进行国际生物碳研究动态发展的研究,但通过Citespace可视化分析,生物碳领域的研究热点和我国在该领域的研究过程尚未报道。本文旨在对生物碳领域的相关文献展开计量及可视化分析,使科研人员能够准确控制该领域的研究概况和前沿动态,以及我国的整体情况,从而为我国更好地理解的生物碳研究获得宏观和战略指导。

1数据源及统计方法1.1数据源数据来源于CNKI中国期刊全文数据库,使用高级搜索工具搜索以“生物炭”或“生物炭”为主题的期刊论文,时间不减,来源类别为完整期刊,检索时间为2018年5月14日,共提供文献2552篇,文献33篇一篇去除。1.2研究方法研究利用CNKI固有的统计功能,利用Excel融合Citespace(5.2.R2 Version)软件分析我国生物碳研究领域发文、主要研究机构、资助基金、主要作者、主要期刊等指标,并通过Citespace。Citespace参数设置:“持续时间”为1年时间切片,“节点类型”选择所谓文献和关键词,“文献选择标准”自由选择各时间间隔内引用的前50句、“寻径修剪方法”。

2结果与讨论2.1发文量发文量和科学界对特定领域关注度的整体密切相关,可以在一定程度上反映该领域的发展速度和发展过程。截至2018年5月14日,CNKI数据库收录的生物木炭相关论文共有2519篇(手动清除不包括文献),总体稳定增长趋势(2018年只有上半年数据,因此图1数据仅于2017年12月31日捕获)。

从数值趋势线出发,我国生物碳研究文献数量的年度变化趋势以圆形指数迅速增长,R2为0.80,说明我国学者对生物炭的研究更加推崇,其关注度迅速下降。(威廉莎士比亚,Northern Exposure(美国电视),)从统计资料小组学方法来看,我国生物碳研究主要经历了两个阶段。1982-2010年为赶上阶段,共144部,年均5.76部,发展更慢。从2011年到现在,处于比较缓慢的发展阶段,以统计数据为基准,总发文量2375篇,年均发文296.9篇,发展非常迅速。

根据我国相关生物碳文献公开发表总量和大幅减少的态势,今后我国生物碳研究仍将是学术界关注的热点问题。我国生物碳研究的第一篇文献报道是1982年荆条在《环境保护》公开发表的论文《生物炭法处置毛纺染色废水的探究》。

关于生物木炭制的第一篇报道是1995年夏朝长在《农业工程学报》上公开的文章《农业生物质热降解实验研究》。生物碳对土壤环境的影响首先是刘玉学在2009年《应用于生态学报》公开了一篇名为《土壤生物炭环境不道德与环境效益》的文章,该文章也被称为我国生物碳领域迄今为止最低的文章,424篇。2.2主要研究机构定期论文收录在最重要的数据库中的数量,以及该研究机构的整体科研能力和影响力的倍增表现。CNKI数据库搜索我国生物炭研究发文量前10个机构,如图1中的右图所示。

发文量最大的研究机构是南京农业大学,共公开发表了123篇。我国生物碳研究主要集中在高校,科研院所比较少,双边发文量比例为433601。

如表1所示,我国生物木炭研究文献依次为西北农林科技大学、中国科学院南京土壤研究所、沈阳农业大学、南京农业大学、浙江大学、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所、南开大学、中国科学院大学、中国农业资源及农业部门研究所、中国科学院地球化学研究所。2.3基金某研究领域的基金支援可以反映这一领域的关注。因此,文章统计了我国生物碳研究领域的基金支援情况(图2)。

2519生物木炭文献相关基金1892个,其中国家级基金支援(国家自然科学基金、国家科学技术委托计划、863计划、973计划、水利部948项目)的研究文章共1265篇,占公开发表论文总数的50.2%,可见我国生物碳领域的研究受到国家层面的高度关注。此外,对我国生物木炭的研究还在高中我国沿海省份对生物碳的研究兴趣很高。这与该省高校和科学研究所对生物碳的关注有关。

例如,江苏省自然科学基金资助的文章数量很多,主要与江苏省包括南京农业大学和中国科学院南京土壤研究所等在内的机构有关。2.4主要作者和较低的所谓文献可以通过对我国生物炭研究的人力分析,大致了解我国这一领域的主要作者,不利于读者了解作者的研究概况,可以增进这一领域的学术研究和交流合作。对我国生物木炭研究领域发文量前20名作者进行统计后(表2),发文量前20名作者表示,发文总数457篇,占我国生物木炭总发文量的18.1%。南京农业大学的潘根兴公开的生物碳文章最多,有51篇,篇共17.3篇。

西北农林科技大学公开发表的文章总是最低的一倍,1448篇,篇共53.6篇。通过分析表2可以看出,南京农业大学共有6名学者转入前20名高发文量作家,农业农村部规划设计研究院有3名,沈阳农业大学和西北农林科技大学各有2名学者。

兰州交通大学、河南农业大学、昆明理工大学、中国地质大学(武汉)、新疆农业科学院土壤肥料和农业节水研究所、中国科学院地球化学研究所、中国科学院南京土壤研究所各调入前20名,可见这些大学和研究院的研究人员对我国生物炭领域的发展正在取得最重要的进步。据报道,Web of Science收录的生物木炭研究论文排在第二位前20位,是来自我国(作者是上海交通大学小心德),我国文献均低一倍,只有被称为编制两倍的最低国家的54%,可见我国生物木炭领域的研究与海外先进设备水平有着明显的差异。(威廉莎士比亚,Northern Exposure(美国电视连续剧),)Citespace不能说CNKI数据库中的文献总和是所谓的分析,因此作者从CNKI数据库中挑选最少的20篇文献,展开统计分析(表3)。

值得注意的是,低的所谓文献和总的所谓文献有明显的差异。总所谓文献是生物碳领域的关键,在我国生物碳研究方面取得了最重要的进展。

2.5来源期刊通过对我国刊登生物炭研究论文的出版物的统计,可以确认该领域的主要期刊,有助于研究人员自由选择重点期刊,开展投稿和读者工作。表4数据显示,发文量前20名期刊的发文总量为912篇,占生物碳总文献量的36.2%。

《农业环境科学学报》是与生物木炭相关的文献最少的期刊,总发行量为151篇。总是成倍最低的期刊仍然是《农业环境科学学报》,达到2366次。所有最低的杂志为《应用于生态学报》,为42.5次。

2.6关键词是一篇文章的核心,也是对文章主题的高度总结。本文利用Citespace对2519篇我国生物碳研究文章关键词聚类分析。关键词提取是10倍,同时发生次数为3的句子,我国生物碳研究领域最少的关键词经常出现。

土壤

(阿尔伯特爱因斯坦、Northern Exposure(美国电视)、成功)通过Citespace描绘的图3展示了我国生物碳研究热点的变迁。我国生物碳研究领域的热点主要是导电、土壤、重金属、产量、秸秆、烟草、生物质、浸渍、玉米、化学和性质、浸渍温度、质量、土壤养分、土壤改良、水稻、传导动力学、土壤恢复、土壤恢复图中关键词之间的关系例如,当“土壤”关键词经常出现时,关于重金属和稻草的研究通常不包括在内。但是,在关键词强调关系图中,不能定性地展示我国生物炭研究热点,不能反映其时间变化关系,关键词强调分析(表5)可以定量地应对研究年限不同的研究热点和变迁规律。从表5结果来看,2000年前我国生物碳研究的热点主要是肥料、土壤有机碳、玉米秸秆、土壤养分、生物活性炭、印染废水、结构等。

2000年以来,我国生物碳领域的研究热点经常出现缓慢的过渡期,各研究热点的持续时间比较短。通过各阶段的关键词分析可以看出,生物碳结构和深度废弃技术仍然是该领域长期持续的研究热点。此外,中国生物炭的早期研究热点主要集中在玉米、化肥、土壤有机碳和生产等农业上,随着这一领域研究的深入,研究热点正在开发有机污染物、竹炭、导电力学、解吸和氧化亚氮等一些研究热点,表明我国生物炭研究逐渐偏向环境。

2.7今后,我国生物碳研究的趋势可以通过对我国生物碳研究领域关键词经常出现的期间的综合分析和处理国际、国内、低所谓文献的读者来总结。今后,我国生物碳领域的研究可能有以下三个主要趋势:2.7.1土壤质量提高及土壤可持续发展将成为我国生物碳研究的焦点,伴随着我国农业现代化的缓慢发展,我国每年作物秸秆产量平均生产8亿T,这些传统的“农业废弃物”因其独特的性质,目前在我国农业和环境领域掀起了研究热潮。现代生物质将转化为可利用这些“农业废弃物”的生物碳,确保提高土壤质量和实现土壤可持续发展的有效途径。

生物碳提高土壤质量主要有以下几个方面:(1)生物碳为原碱性,可作为酸性土壤的改良剂。(2)生物木炭具有大量的孔缝结构,可以提高土壤结构,减少土壤的保有量,从而提高土壤中利用作物的有效含水量,对作物生长有很大的影响。

(3)生物木炭本身含有非常丰富的官能团,应用土壤后可以提高土壤的电荷总量,阳离子交换量(CEC)也明显提高。(4)在生物木炭的小孔隙中传导和储存多种物质,为土壤微生物确保充足的养分来源,影响土壤微生物的数量和活动,提高土壤质量,增强土壤生态系统功能,构建土壤可持续发展。(5)生物木炭和农业肥料的调配可以增加肥料养分的萎缩,有效地增加农用肥料的药,防止土壤板结,提高土壤质量。生物碳在提高土壤质量的小范围内被报道,但在我国大面积土壤障碍和低产田改建方面,生物碳的应用还没有积极开展。

同时,我国土壤类型多样,不同的生物碳对不同类型的土壤修复机制没有差异。目前,关于提高生物木炭的其他类型土壤质量研究还没有报道。生物碳的土壤活性还没有不确定性。

(威廉莎士比亚、生物炭、生物炭、生物炭、生物炭、生物炭)由于生物碳对土壤地力的有利影响尚未显现,今后将不可避免地遇到许多未知问题,因此,生物碳将应用于提高土壤质量和土壤可持续发展的研究,今后较长时间内将成为我国这一领域的研究热点。(威廉莎士比亚、哈姆雷特、生物木炭、生物木炭、生物木炭、生物木炭、生物木炭、生物木炭)这一研究方向的主要切入点如下。(1)不同类型土壤中几种典型的生物木炭对土壤质量的影响(2)不同生物木炭对土壤质量的提高肯定不同,根据土壤特性选择特定的生物木炭开展土壤改良是必要的。

(3)在国内制造大面积的生物木炭仅限于数据库。2.7.2生物木炭研究引发了我国土壤环境污染修复热潮,报道称我国未污染耕地约1000万hm2,占总耕地面积的8.3%,其中大部分是重金属污染和有机污染。

我国每年因土壤污染而损失的粮食约1200万吨,总经济损失约200亿元,因此,我国的土壤环境污染和水利将成为未来土壤学、环境学研究的热点趋势。生物炭由于其低稳定性和强吸附性,在土壤环境修复中被普遍研究。研究表明,药用生物炭可以影响土壤中真菌的活性,减少重金属的生物利用潜力。但是也有研究表明,重金属被生物碳传导后,随着土壤CEC、pH值、沉淀有机碳含量的提高,重金属的溶解性得到加强,生物毒性也减少了。

研究表明,由于生物碳对有机污染物的传导,土壤溶液中浓度的减少是影响生物量效果的关键因素。生物木炭转移到土壤环境后,土壤性质、微生物活性等不变,但目前研究主要集中在生物木炭导电有机污染物的机制上,从土壤性质的变化来探讨土壤中有机污染物的生物效应的研究报道更加不足。生物碳对土壤微生物的影响复杂多变,其机制尚未开发。

生物碳与土壤相互作用过程、基本性质对影响土壤化学和特征的详细机械研究的研究过于全面。特别是在土壤类型、充电污染、土壤异质性不同的条件下,生物碳对土壤重金属和有机污染的影响研究非常不足。

同时,生物木炭本身的制造过程不会装载重金属、多环芳烃等部分污染物,如何有效地控制和增加这些污染物对环境的危害是生物木炭制造的重要方面,因此,对生物木炭土壤污染的研究需要更系统地了解。研究方向的切入点主要有:(1)减少生物炭在制造过程中减少污染物的发生和生物碳修复环境污染效率的平衡和协商;(2)生物木炭修补环境污染物必须受多种因素控制,但目前大部分只考虑单个或几个因素,因此今后要在多种因素的影响下综合分析生物木炭的修补效果。(3)生物木炭对环境污染物不能产生同样的效果,也不能避免,因此,更多的研究应该考虑生物木炭等污染物的时效,分析污染物第二次释放带来的环境影响。

2.7.3减缓全球温室效应是今后我国生物碳研究的趋势。全球化石燃料尾气中的二氧化碳等于60多亿T碳,二氧化碳尾气被认为是全球气候变化的主要因素之一。

生物碳碳碳减排的机制主要是自身碳含量低,稳定性低。促进作物生长,获得碳利用效率。增加化肥,减少生产能源消耗。

木炭

引导温室气体的排放生物质能的使用会增加对化石能源的依赖,生物质能利用大气二氧化碳构成有机物,转化为能源后,将新释放二氧化碳到大气中,从而降低大气二氧化碳浓度。研究表明,土壤生物炭可以在土壤中存留数千年,生物炭是稳定的碳固定载体,因此,生物炭对提高碳储量具有根本意义。(威廉莎士比亚、碳、碳、碳、碳、碳、碳、碳)生物木炭每年排放的温室气体量是目前人类温室气体总量的12%,可以减缓气候变化。

预计到2100年,全球将有9.51010 t碳作为生物炭报废在土壤中。我国大部分土壤有机碳含量比世界平均水平高约20%,耕层土壤碳密度低于世界平均水平的70%,因此我国土壤生态系统的碳减排潜力非常大。

我国对生物炭的生产工艺和生物炭的性质、特点缺乏系统的研究,缺乏统一的生物炭相关标准,标准不统一,无法比较研究结果,也无法保证研究的可靠性。生物碳的大规模药物在我国还比较少,国家对生物碳固定和碳减排还不够推崇。

因此,碳减排和全球温室效应放缓将成为我国生物碳研究的热点之一。生物碳减缓全球温室效应的研究切入点主要是:(1)生物碳剂的标准化。(2)国家如何宏观控制生物碳,平衡的生物碳如何用于提高土壤质量和提高碳固定效率;(3)改善生物碳制造技术,有效控制采集过程中带来的二氧化碳,建立不同的生物碳碳高碳效率数据库,根据农业地区寻找比成本更大、效率更高的生物碳高碳原料。

(4)建立用于准确计算生物碳固定能力和效率的普遍模型。3结论(1)从发文量来看,我国生物碳领域的研究处于较慢的发展阶段,但实际上,我国生物碳研究和国际研究水平差异还很小。(2)我国生物碳领域研究发文量最多的机构是南京农业大学,倍最少的机构是西北农林科技大学。

发行最多的研究者是南京农业大学的潘根兴,最少的论文作者被认为是西北农林科技大学的证明。(威廉莎士比亚,Northern Exposure(美国电视),对我国生物木炭的研究主要是国家一级的基金,主要占50.2%。我国生物碳研究的热点主要集中在肥料、土壤有机碳、土壤养分、结构、有机污染物的导电解吸等方面。

(3)我国生物碳研究热点呈从农业领域向环境领域转变的趋势。今后,我国生物碳领域的研究趋势将主要集中在提高土壤质量、土壤可持续发展、土壤环境污染修复、碳减排、温室效应减缓等三个方面。

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