综述：生物炭在农业中的应用研究趋势：科学计量分析

这篇综述通过科学计量学方法系统分析了2001-2021年生物炭（Biochar）在农业领域的研究动态，揭示了中国（PRC）以44%的论文占比引领全球研究，重点探讨了其在土壤改良（如提高持水性、降低容重）、碳封存（C sequestration）及气候变化缓解（GHGs减排）中的多重作用，同时指出未来需关注其环境风险（如PAHs释放）和技术经济可行性。

　　

引言

生物炭（Biochar）作为生物质热解（Pyrolysis）产生的多孔碳材料，近年来因其在农业和环境领域的多重功能成为研究热点。其独特的理化性质（如高比表面积、丰富官能团）使其能够改善土壤结构、增强养分保持力，并实现碳的长期封存。本文基于Web of Science（WoS）数据库2001-2021年的4194篇文献，通过科学计量学工具（VOS viewer、Biblioshiny）揭示了全球研究趋势、合作网络及未来方向。

研究方法

数据采集采用关键词组合（如"biochar AND soil"），排除非相关文献后，通过共现分析和可视化技术绘制研究热点图谱。统计指标包括总发文量（TP）、总被引（TC）、h指数等，重点关注国家、机构、期刊和作者的贡献。

研究趋势与热点

1. 时间分布：2010年后研究激增，2021年发文量达882篇（2001年仅8篇），反映生物炭从理论探索转向规模化应用。
2. 国家贡献：中国（PRC）以1834篇论文（44%）居首，美国（687篇）和澳大利亚（305篇）分列二三位。中国机构如中国科学院（418篇）和南京农业大学（131篇）表现突出。
3. 研究主题：高频关键词包括"碳封存"（Carbon sequestration）、"土壤修复"（Soil remediation）和"吸附"（Adsorption），显示研究聚焦于环境修复与农业增效。

生物炭的农业价值

• 土壤改良：生物炭可降低土壤容重（Bulk density），提升孔隙度（>20%）和阳离子交换量（CEC），尤其对酸性土壤的pH调节效果显著（如提升1-2个单位）。
• 污染控制：通过表面官能团（如羧基、酚羟基）吸附重金属（如Cd²⁺）和有机污染物（如PAHs），降低其生物有效性。
• 气候效益：减少N₂O排放达30-50%，并通过稳定碳结构实现百年尺度的封存。

技术挑战与风险

1. 改性技术：化学修饰（如酸处理）和生物修饰（微生物负载）可增强性能，但成本较高。
2. 环境风险：部分生物炭含持久性自由基（PFRs）和多环芳烃（PAHs），需优化热解条件（如温度>500°C）以降低毒性。
3. 经济性：相比活性炭，生物炭原料成本低（如农业废弃物），但规模化生产仍需政策支持。

未来展望

研究建议结合人工智能优化制备工艺，探索生物炭在动物饲料添加剂和能源催化（如生物柴油生产）中的跨界应用，同时建立长期生态监测网络以评估其可持续性。

结论

生物炭作为"土壤-气候-能源"协同治理的关键材料，其研究已形成以中国为核心的全球合作网络。未来需平衡效益与风险，推动标准化应用，助力联合国可持续发展目标（SDGs）的实现。