基于VOSviewer和Citespace可视化分析微塑料与生物炭交互作用研究进展

摘 要：为明确目前国内外微塑料及生物炭在土壤-植株领域的研究热点和发展趋势，研究利用可视化软件VOSviewer和Citespace等知识图谱工具，以中国知网（CNKI）和Web of Science（WOS）为数据检索源，分别从国内外文献发表、期刊来源、文章被引率、作者群体、研究热点和研究领域知识主题演化路径等多角度分析阐释了2018—2022年微塑料、生物炭及其交互作用对土壤-植株领域的研究现状与演变趋势，以期为深入研究提供新思路和新视野。

关键词：微塑料；生物炭；热点与前沿；VOSviewer；Citespace

中图分类号：G353.1 文献标志码：A 文章编号：1674-7909（2024）14-122-7

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.14.028

0 引言

微塑料（Microplastics，MPs）是指塑料在环境中经过风力、光照和人为作用而裂解、破碎与磨损等形成的直径小于5 mm的塑料碎片或颗粒物［1］。MPs具有直径小、难以回收和不易降解等特点［2］，广泛存在于大气［3］、水体［4］和土壤［5］环境中，继而通过运移和富集过程进入生物体而造成不利影响。生物炭（Biochar，BC）是在厌氧或缺氧条件下对生物物质原料进行热裂解和炭化所产生的一类含碳丰富的固态稳定物质［6］。目前，在全球许多地区均开展了对BC的系列研究和应用［7］，涉及农业土壤改良、环境净化、能源转化和利用等多个方面［8］。

对MPs与BC及其交互作用的研究发表文献较多，但均无法有效、直观和全面反映该领域的发展脉络及研究进展。因此，有必要采用文献计量学对土壤-植株系统中MPs与BC交互作用的最新研究进展进行梳理，获得该领域最新发展动态及研究热点。文献计量学是利用可视化分析软件，采用数学和统计学相结合的方式，对当前的研究内容、研究前沿及研究热点进行交叉和定量研究［9］，具有客观性、定量化和模型化特点［10］。该研究以CNKI和WOS为数据检索源，以2018—2022年已公开发表的土壤-植株系统中MPs和BC交互作用的研究论文为研究对象，借助VOSviewer和Citespace软件构建知识共现网络和可视化图谱，整合分析、挖掘、提炼和总结文献研究现状、发展历程、研究进展、前沿热点和演进脉络等，为土壤-植株系统中MPs与BC交互作用的协同发展和未来研究提供思路借鉴和方法参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

研究所用中文文献来源于CNKI。以主题词=（“生物炭”）+（“微塑料”）进行高级检索，利用生态环境科学、环境科学、土壤学、污染评估控制与管理、生态学等主题词进行再次检索，时间跨度设置为2018年1月1日至2022年12月31日，最终得到中文文献共5 952篇。依据上述检索词及背景知识，人工剔除与主题不相关的文献，最终得到3 067篇文献样本，并以RefWorks格式导出。

研究所用英文文献来源于科睿唯安（Clarivate Analytics）WOS核心合集数据库。以主题词=（biochar*）and（microplastics *）进行检索，后续设置TS = Pollution assessment， Control and management* or Eco-environmental science* or Environmental science* or Pedology*和文章类型=article or review进行精炼，检索时间跨度为2018年1月1日至2022年12月31日。依据上述人工剔除方法，逐条筛选后得到相关文献5 847篇，并以Tab-delimited files和纯文本格式导出。

1.2 研究方法

为使数据更加全面和准确，首先利用COOC软件对检索到的中英文文献进行数据清洗，包括同义词合并、无意义词删除及文献去重等［11］。数据清洗后的英文文献和中文文献分别来源于155和215个期刊，然后采用VOSviewer和Citespace软件分析2018—2022年MPs和BC所涉领域进行知识图谱分析，实现知识单元矩阵的标准化和可视化。

2 结果与讨论

2.1 期刊来源分析

对2018年1月1日至2022年12月31日MPs与BC领域国内外刊文期刊进行分析，筛选出刊文量排名Top5的中英文期刊。中文文献中，《西北农林科技大学学报》刊载文献量占总文献样本数据的4.84%；《农业环境科学学报》《环境科学》《东北农业大学学报》和《沈阳农业大学学报》刊载文献量分别占总文献样本数据的3.70%、3.58%、2.69%和2.54%。英文文献刊文量最多的期刊是Science of the Total Environment，刊载文献量占总文献样本数据的17.9%；其次是Chemosphere、Journal of Hazardous Materials、Environmental Pollution和Environmental Science and Pollution Research，刊载文献量分别占总文献样本数据的8.4%、6.8%、6.6%和6.5%。对比国内外发文期刊研究内容可知，国内研究领域绝大部分集中在农田土壤-植物生态系统，而国外则集中在河流、海洋生态系统及人体健康评价等方面。

2.2 文章被引率分析

此次调查中，中文高被引文章是许云翔等于2019年发表在《应用生态学报》上的“施用生物炭6年后对稻田土壤酶活性及肥力的影响”，引用频次达165次。WOS库中高被引Top3的文献分别是Alimi Olubukola等、Machado等 和Wang等发表在Environmental Science & Technology、Water Research和Journal of Cleaner Production上的综述文章，被引频次分别高达1 259次、991次和940次。对中英文高被引文献进行分析可知，被引频次较高的文章主要发表于2018年，中文文献被引次数均大于600且大部分文献为综述文章。此外，对比中英文高被引文献，发现两者所关注领域不同，中文文献更侧重于BC领域，而英文文献大多集中于MPs领域相关研究。

2.3 作者群体分析

对CNKI和WOS库文献中涉及的所有作者姓名进行提取和频次分析，发现我国MPs与BC土壤-植株领域活跃学术团体有官会林、刘国顺、贾俊香等学者团队，基本形成了该领域内核心作者群的分布网络。同时，这些活跃作者是该领域内的文献高产作者［见图1（a）和图2］，其中李娜发表中文文献最多（9篇），其次是徐万里、官会林（均发表8篇），唐光木、刘国顺、徐武美发文量均为7篇。对英文文献活跃作者群体分析表明［见图1（b）和图3］，发文量最高的为OK. Yong Sik和Wang Hailong 2位学者，发文量依次为119和88篇。这些活跃作者是MPs与BC研究领域的中坚力量，其研究方向代表着该领域的研究前沿进展，持续性推动该领域的前进与发展。

2.4 研究热点分析

基于VOSviewer软件分别对2018—2022年CNKI和WOS数据库提取的关键词进行统计分析，中英文文献样本中共有关键词分别为5 523和16 050个，构建核心关键词的共现可视化图（见图4和图5）。以5为阈值，对2018—2022年MPs与BC有关土壤效应领域CNKI论文中的462个高频词进行聚类分析并绘制知识图谱，在中文文献核心关键词图谱（见图4）中，大致可分为3个关键词：①BC施用后土壤成分及理化性质；②MPs对土壤的作用；③重金属吸附。以20为阈值，对2018—2022年MPs和BC对土壤影响的WOS论文中的540个高频词进行聚类分析并绘制知识图谱，识别出4个关键词簇，分别为生物炭应用、MPs、土壤污染处理、被污染的土壤。

2.5 研究领域知识主题演化路径分析

2018—2022年国内MPs与BC研究热点的变化情况如图6所示。2018—2021年MPs与BC的研究热点集中在BC吸附特性、生物炭土壤改良、施用生物炭作物产量、重金属老化、钝化及修复等方面，而现阶段的土壤MPs污染、重金属形态、微生物群落有成为研究热点的趋势。由图7可知，2018—2022年，国际上MPs与BC研究热点演变趋势与国内趋势一致。由表1可以看出，2018—2022年，中文文献中出现了氮肥、地膜覆盖、油菜、水分利用效率、壳聚糖、土壤调理剂、土壤改良剂等突现的关键词，并且侧重于氮肥、油菜。2019—2022年，与BC相关的关键词不再突现，说明研究趋势逐渐向MPs有关研究转变。2018—2022年，氮肥、油菜、土壤改良剂、生物炭基肥和烤烟的突现强度较高。而英文文献关键词中的黑炭、磷酸盐、酸碱度突现强度较高。2018—2022年，Phosphate、Black carbon、Manure、Phytoremediation、Organic carbon、Charcoal和Soil remediation等成为2018—2022年的突现关键词。其中，强度在20以上的关键词为Black carbon、Phosphate和Manure，突现强度分别为24.898 9、24.307 0和20.755 1，表明国内外关于MPs与BC的研究热点在2018—2022年仍以BC为主。

3 结论与展望

3.1 结论

2018—2022年，MPs与BC研究一直受国内外科研工作者的关注和重视，并逐渐成为研究热点。目前，国内外对土壤-植株系统中MPs与BC交互作用的研究呈持续增长态势。整体而言，国外对MPs的研究比国内超前，MPs已逐渐成为环境生态专业的研究热点，现阶段对MPs的研究主要是吸附、生物降解、毒性分析、空间分布、样品采集等方面。

3.2 展望

MPs与BC对土壤-植株系统效应的研究具有重要的理论和实践意义。未来，MPs与BC对土壤效应的研究将从以下方面开展。①深入研究MPs和BC在土壤-植株系统中的相互作用机制与机理，揭示两者对土壤环境和作物生长的影响规律和内在空间分布情况等；②探索MPs和BC在不同环境条件下的迁移转化行为，为环境污染治理提供科学依据；③研究MPs和BC对土壤微生物群落结构和功能的影响，揭示它们在土壤生态系统中的作用；④开发新型MPs和BC治理技术，为环境污染治理提供技术支撑；⑤加强国际交流与合作，共同推动MPs与BC对土壤效应的研究进展。

参考文献：

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［3］周倩，田崇国，骆永明.滨海城市大气环境中发现多种微塑料及其沉降通量差异［J］.科学通报，2017，62（33）：3902-3909..

［4］ FREE C M， JENSEN O P， MASON S A， et al. High-levels of microplastic pollution in a large， remote， mountain lake［J］. Marine pollution bulletin， 2014， 85（1）： 156-163.

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［6］LEHMANN J， RILLIG M C， THIES J， et al. Biochar effects on soil biota-a review［J］. Soil Biology and Biochemistry， 2011， 43（9）：1812-1836.

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［10］杨金康，赵鹏，睢福庆，等.纳米颗粒与植物相互作用的研究热点和演变趋势分析：基于CiteSpace和VOSviewer的知识图谱方法［J］.生态毒理学报，2023，18（1）：460-472.

［11］陈亚茹，张巧明，杨英军.我国户外游憩研究现状与热点：基于COOC的知识图谱分析［J］.农业与技术，2023，43（17）：120-125.