基于VOSviewer和Citespace可視化分析微塑料與生物炭交互作用研究進展

摘 要：為明確目前國內外微塑料及生物炭在土壤-植株領域的研究熱點和發展趨勢，研究利用可視化軟件VOSviewer和Citespace等知識圖譜工具，以中國知網（CNKI）和Web of Science（WOS）為數據檢索源，分別從國內外文獻發表、期刊來源、文章被引率、作者群體、研究熱點和研究領域知識主題演化路徑等多角度分析闡釋了2018—2022年微塑料、生物炭及其交互作用對土壤-植株領域的研究現狀與演變趨勢，以期為深入研究提供新思路和新視野。

關鍵詞：微塑料；生物炭；熱點與前沿；VOSviewer；Citespace

中圖分類號：G353.1 文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909（2024）14-122-7

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.14.028

0 引言

微塑料（Microplastics，MPs）是指塑料在環境中經過風力、光照和人為作用而裂解、破碎與磨損等形成的直徑小于5 mm的塑料碎片或顆粒物［1］。MPs具有直徑小、難以回收和不易降解等特點［2］，廣泛存在于大氣［3］、水體［4］和土壤［5］環境中，繼而通過運移和富集過程進入生物體而造成不利影響。生物炭（Biochar，BC）是在厭氧或缺氧條件下對生物物質原料進行熱裂解和炭化所產生的一類含碳豐富的固態穩定物質［6］。目前，在全球許多地區均開展了對BC的系列研究和應用［7］，涉及農業土壤改良、環境凈化、能源轉化和利用等多個方面［8］。

對MPs與BC及其交互作用的研究發表文獻較多，但均無法有效、直觀和全面反映該領域的發展脈絡及研究進展。因此，有必要采用文獻計量學對土壤-植株系統中MPs與BC交互作用的最新研究進展進行梳理，獲得該領域最新發展動態及研究熱點。文獻計量學是利用可視化分析軟件，采用數學和統計學相結合的方式，對當前的研究內容、研究前沿及研究熱點進行交叉和定量研究［9］，具有客觀性、定量化和模型化特點［10］。該研究以CNKI和WOS為數據檢索源，以2018—2022年已公開發表的土壤-植株系統中MPs和BC交互作用的研究論文為研究對象，借助VOSviewer和Citespace軟件構建知識共現網絡和可視化圖譜，整合分析、挖掘、提煉和總結文獻研究現狀、發展歷程、研究進展、前沿熱點和演進脈絡等，為土壤-植株系統中MPs與BC交互作用的協同發展和未來研究提供思路借鑒和方法參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

研究所用中文文獻來源于CNKI。以主題詞=（“生物炭”）+（“微塑料”）進行高級檢索，利用生態環境科學、環境科學、土壤學、污染評估控制與管理、生態學等主題詞進行再次檢索，時間跨度設置為2018年1月1日至2022年12月31日，最終得到中文文獻共5 952篇。依據上述檢索詞及背景知識，人工剔除與主題不相關的文獻，最終得到3 067篇文獻樣本，并以RefWorks格式導出。

研究所用英文文獻來源于科睿唯安（Clarivate Analytics）WOS核心合集數據庫。以主題詞=（biochar*）and（microplastics *）進行檢索，后續設置TS = Pollution assessment， Control and management* or Eco-environmental science* or Environmental science* or Pedology*和文章類型=article or review進行精煉，檢索時間跨度為2018年1月1日至2022年12月31日。依據上述人工剔除方法，逐條篩選后得到相關文獻5 847篇，并以Tab-delimited files和純文本格式導出。

1.2 研究方法

為使數據更加全面和準確，首先利用COOC軟件對檢索到的中英文文獻進行數據清洗，包括同義詞合并、無意義詞刪除及文獻去重等［11］。數據清洗后的英文文獻和中文文獻分別來源于155和215個期刊，然后采用VOSviewer和Citespace軟件分析2018—2022年MPs和BC所涉領域進行知識圖譜分析，實現知識單元矩陣的標準化和可視化。

2 結果與討論

2.1 期刊來源分析

對2018年1月1日至2022年12月31日MPs與BC領域國內外刊文期刊進行分析，篩選出刊文量排名Top5的中英文期刊。中文文獻中，《西北農林科技大學學報》刊載文獻量占總文獻樣本數據的4.84%；《農業環境科學學報》《環境科學》《東北農業大學學報》和《沈陽農業大學學報》刊載文獻量分別占總文獻樣本數據的3.70%、3.58%、2.69%和2.54%。英文文獻刊文量最多的期刊是Science of the Total Environment，刊載文獻量占總文獻樣本數據的17.9%；其次是Chemosphere、Journal of Hazardous Materials、Environmental Pollution和Environmental Science and Pollution Research，刊載文獻量分別占總文獻樣本數據的8.4%、6.8%、6.6%和6.5%。對比國內外發文期刊研究內容可知，國內研究領域絕大部分集中在農田土壤-植物生態系統，而國外則集中在河流、海洋生態系統及人體健康評價等方面。

2.2 文章被引率分析

此次調查中，中文高被引文章是許云翔等于2019年發表在《應用生態學報》上的“施用生物炭6年后對稻田土壤酶活性及肥力的影響”，引用頻次達165次。WOS庫中高被引Top3的文獻分別是Alimi Olubukola等、Machado等 和Wang等發表在Environmental Science amp; Technology、Water Research和Journal of Cleaner Production上的綜述文章，被引頻次分別高達1 259次、991次和940次。對中英文高被引文獻進行分析可知，被引頻次較高的文章主要發表于2018年，中文文獻被引次數均大于600且大部分文獻為綜述文章。此外，對比中英文高被引文獻，發現兩者所關注領域不同，中文文獻更側重于BC領域，而英文文獻大多集中于MPs領域相關研究。

2.3 作者群體分析

對CNKI和WOS庫文獻中涉及的所有作者姓名進行提取和頻次分析，發現我國MPs與BC土壤-植株領域活躍學術團體有官會林、劉國順、賈俊香等學者團隊，基本形成了該領域內核心作者群的分布網絡。同時，這些活躍作者是該領域內的文獻高產作者［見圖1（a）和圖2］，其中李娜發表中文文獻最多（9篇），其次是徐萬里、官會林（均發表8篇），唐光木、劉國順、徐武美發文量均為7篇。對英文文獻活躍作者群體分析表明［見圖1（b）和圖3］，發文量最高的為OK. Yong Sik和Wang Hailong 2位學者，發文量依次為119和88篇。這些活躍作者是MPs與BC研究領域的中堅力量，其研究方向代表著該領域的研究前沿進展，持續性推動該領域的前進與發展。

2.4 研究熱點分析

基于VOSviewer軟件分別對2018—2022年CNKI和WOS數據庫提取的關鍵詞進行統計分析，中英文文獻樣本中共有關鍵詞分別為5 523和16 050個，構建核心關鍵詞的共現可視化圖（見圖4和圖5）。以5為閾值，對2018—2022年MPs與BC有關土壤效應領域CNKI論文中的462個高頻詞進行聚類分析并繪制知識圖譜，在中文文獻核心關鍵詞圖譜（見圖4）中，大致可分為3個關鍵詞：①BC施用后土壤成分及理化性質；②MPs對土壤的作用；③重金屬吸附。以20為閾值，對2018—2022年MPs和BC對土壤影響的WOS論文中的540個高頻詞進行聚類分析并繪制知識圖譜，識別出4個關鍵詞簇，分別為生物炭應用、MPs、土壤污染處理、被污染的土壤。

2.5 研究領域知識主題演化路徑分析

2018—2022年國內MPs與BC研究熱點的變化情況如圖6所示。2018—2021年MPs與BC的研究熱點集中在BC吸附特性、生物炭土壤改良、施用生物炭作物產量、重金屬老化、鈍化及修復等方面，而現階段的土壤MPs污染、重金屬形態、微生物群落有成為研究熱點的趨勢。由圖7可知，2018—2022年，國際上MPs與BC研究熱點演變趨勢與國內趨勢一致。由表1可以看出，2018—2022年，中文文獻中出現了氮肥、地膜覆蓋、油菜、水分利用效率、殼聚糖、土壤調理劑、土壤改良劑等突現的關鍵詞，并且側重于氮肥、油菜。2019—2022年，與BC相關的關鍵詞不再突現，說明研究趨勢逐漸向MPs有關研究轉變。2018—2022年，氮肥、油菜、土壤改良劑、生物炭基肥和烤煙的突現強度較高。而英文文獻關鍵詞中的黑炭、磷酸鹽、酸堿度突現強度較高。2018—2022年，Phosphate、Black carbon、Manure、Phytoremediation、Organic carbon、Charcoal和Soil remediation等成為2018—2022年的突現關鍵詞。其中，強度在20以上的關鍵詞為Black carbon、Phosphate和Manure，突現強度分別為24.898 9、24.307 0和20.755 1，表明國內外關于MPs與BC的研究熱點在2018—2022年仍以BC為主。

3 結論與展望

3.1 結論

2018—2022年，MPs與BC研究一直受國內外科研工作者的關注和重視，并逐漸成為研究熱點。目前，國內外對土壤-植株系統中MPs與BC交互作用的研究呈持續增長態勢。整體而言，國外對MPs的研究比國內超前，MPs已逐漸成為環境生態專業的研究熱點，現階段對MPs的研究主要是吸附、生物降解、毒性分析、空間分布、樣品采集等方面。

3.2 展望

MPs與BC對土壤-植株系統效應的研究具有重要的理論和實踐意義。未來，MPs與BC對土壤效應的研究將從以下方面開展。①深入研究MPs和BC在土壤-植株系統中的相互作用機制與機理，揭示兩者對土壤環境和作物生長的影響規律和內在空間分布情況等；②探索MPs和BC在不同環境條件下的遷移轉化行為，為環境污染治理提供科學依據；③研究MPs和BC對土壤微生物群落結構和功能的影響，揭示它們在土壤生態系統中的作用；④開發新型MPs和BC治理技術，為環境污染治理提供技術支撐；⑤加強國際交流與合作，共同推動MPs與BC對土壤效應的研究進展。

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