综述：生物炭在改善干旱地区土壤健康方面的作用：关于生物炭在防治荒漠化和应对气候变化方面的潜力及机制的文献计量学综述

《Journal of Arid Environments》：Biochar-mediated improvements in soil health in drylands: A bibliometric review of the potential and mechanisms for combating desertification and climate change

本研究通过文献计量法分析2013-2024年生物炭在干旱区土壤健康中的应用，发现中国研究领先，但亚非、拉美及欧洲部分地区研究不足，需关注长期效果和区域差异。

　　在气候变化的背景下，干旱地区面临着日益严峻的挑战，包括水资源短缺和作物产量低下。这些区域占据了地球表面的大约一半，支撑着约30亿人口，预计到21世纪末，其面积可能会增加11%至23%（Mirzabaev et al., 2022）。干旱地区的土壤由于自然植被稀疏和有限的土壤形成过程，通常更为脆弱。不当的土壤管理方式，如过度放牧、频繁耕作以及农田生物质的过度采集，会导致一系列土地退化现象，如土壤侵蚀、养分耗竭和盐碱化，最终可能引发沙漠化。这种持续的土地退化和沙漠化不仅削弱了土壤提供基本环境服务的能力，如食物和纤维生产、水源供应和气候调节，还对这些地区的人类发展构成潜在威胁（Abdelhak et al., 2022）。

尽管干旱地区的土壤有机碳（SOC）储量总体较低，但这些土壤仍然储存着约614皮克摩尔（Pg）的碳，占全球碳储量的36%（Hanan et al., 2021）。因此，采用能够保护SOC储量的管理策略，对于控制大气中二氧化碳（CO?）的增加具有重要意义（Lal, 2004）。然而，随着全球变暖的加剧，SOC的矿化和沙漠化过程加快，导致原本稳定的碳形式转化为CO?，从而削弱了干旱地区土壤的长期碳固存能力（Huang et al., 2017; Han et al., 2024）。在这种情况下，识别和实施有效的策略以减轻干旱地区的土地退化、恢复土壤功能并增强其对气候变化的适应能力，是实现可持续发展目标（SDGs）的关键，如零饥饿（SDG 2）、气候行动（SDG 13）和陆地生命（SDG 15）。

为了应对沙漠化问题，保护性措施如有机残余物的掺入、免耕系统、永久土壤覆盖和高效水资源管理已被优先考虑，旨在恢复土壤功能并提高其对气候和人为压力的适应能力（Lal, 2015; FAO, 2017）。其中，生物炭作为土壤改良剂的使用，因其环境效益，被认为是一种有效的手段，有助于减少干旱地区的土地退化。生物炭在这些地区的应用可能具有多种功能：改善土壤化学性质（Ghanem et al., 2022）、促进碳固存（Blanco-Canqui, 2021）以及为有益微生物提供栖息地（Xu et al., 2014）。此外，生物炭的孔隙结构可能增强土壤的水分保持能力，提高土壤对干旱的适应性，并在水分胁迫条件下维持植物的生产力（Razzaghi et al., 2020; Nascimento et al., 2023）。这些效益是提升土壤在极端事件中适应能力的重要工具，例如长时间的降水减少，这些事件在气候变化的背景下更为频繁。因此，生物炭不仅可以被视为缓解土地退化的一种策略，还可以作为支持气候适应和粮食安全的重要手段。

由于影响环境结果的因素多种多样，土壤健康评估近年来受到越来越多的关注，因其能够评估新采用管理措施的整体效果。土壤健康通常被定义为土壤作为生态系统的能力，该生态系统能够维持植物、动物和人类的生命（Karlen et al., 2019）。在这一研究领域，学者们通过评估土壤性质来衡量土壤健康，这些性质能够作为生态系统服务的代理指标。这些指标通常涵盖一系列生物、化学和物理参数，提供了更全面的视角来理解土壤在管理措施下的功能（Cherubin et al., 2016）。因此，对以土壤健康为核心的研究进行文献计量分析，可以为生物炭在这些生态系统中的应用提供有价值的见解。

尽管生物炭在干旱地区的应用具有诸多潜在好处，但其最终效果受到多种因素的影响，包括生物炭本身的特性（如原料类型、应用率和热解温度）、农业管理实践以及土壤和气候条件（如土壤质地、pH值和降水模式）（Albuquerque et al., 2018; Ehsani et al., 2021; Jan et al., 2023）。这种响应的差异性，即使不会导致不良影响，也突显了相关交互作用的复杂性，并强调了系统整合当前知识的必要性。虽然之前的研究已经探讨了生物炭在不同情境下的影响，但仍然缺乏将文献计量方法与干旱地区土壤健康指标相结合的研究。因此，本研究的目标是收集和分析以土壤健康为核心的研究数据，评估生物炭在干旱地区的应用效果。此外，我们还希望讨论生物炭对土壤物理、化学和生物指标的潜在影响，这些指标最终决定了土壤在环境挑战中的健康状况和适应能力。

为了获取关于生物炭在干旱地区应用对土壤健康影响的相关文献，我们从Scopus和Web of Science数据库中检索了同行评审的论文，时间范围是从2013年4月至2024年3月。为了获取这些论文，我们使用了以下布尔搜索字符串：“BIOCHAR”或“BLACK CARBON”与“SOIL HEALTH”或“SOIL QUALITY”与“DRY-LANDS”或“SEMI-ARID”或“DRYLANDS”或“SAVANNA”。通过这些搜索，我们能够获取相关的研究资料，并进一步分析其内容。

关键词共现网络揭示了生物炭在干旱地区研究的结构，这些研究主要围绕土壤健康相关的主题（图2）。其中，“biochar”这一术语占据中心位置，并且在分析的数据库中被频繁提及，突显了其作为主要主题轴的重要性。围绕“biochar”这一核心术语，有较强的关联性，包括“soil quality”、“carbon”、“soil organic matter”、“soil fertility”和“bulk density”等，这些术语表明了研究的主要关注点。这些研究主要集中在土壤化学性质、碳固存、土壤肥力以及土壤结构等方面，以评估生物炭对土壤健康的影响。

通过对文献的分析，我们发现中国在生物炭研究方面的论文数量领先，其次是巴基斯坦和伊朗，这突显了撒哈拉以南非洲、拉丁美洲以及中东和欧洲部分地区在该领域的研究空白。这些研究中，评估土壤健康的主要参数包括化学相关的pH值和磷含量，以及生物和物理属性的土壤有机碳和容重。然而，物理参数在这些研究中被评估的频率最低，尽管它们在土壤健康评估中具有重要意义。研究显示，生物炭在干旱地区的应用具有增强关键土地保护参数的潜力，如养分可用性、水分保持、碳固存和作物生产力。然而，目前的研究仍然有限，并且分布不均。因此，我们建议未来的研究应针对这些区域的研究空白，并在田间条件下探索长期效果，以增强对生物炭在干旱地区应用效益的理解。

生物炭作为一种土壤改良剂，在干旱地区的应用已经显示出其在改善土壤健康方面的潜力。然而，其实际效果受到多种因素的影响，包括生物炭的特性、农业管理实践以及土壤和气候条件。因此，为了全面评估生物炭在干旱地区土壤健康中的作用，需要进一步的研究和系统性的分析。目前的研究表明，生物炭在干旱地区的应用能够提高土壤的养分可用性、水分保持能力以及作物生产力，但这些研究在不同地区和不同条件下的分布并不均衡。因此，未来的研究应更加注重这些区域的差异，并探索生物炭在长期田间条件下的应用效果，以更好地理解和应用生物炭在干旱地区的潜力。

在干旱地区的土壤健康研究中，生物炭的应用已经显示出一定的成效。然而，其实际效果受到多种因素的影响，包括生物炭的特性、农业管理实践以及土壤和气候条件。因此，为了全面评估生物炭在干旱地区土壤健康中的作用，需要进一步的研究和系统性的分析。目前的研究表明，生物炭在干旱地区的应用能够提高土壤的养分可用性、水分保持能力以及作物生产力，但这些研究在不同地区和不同条件下的分布并不均衡。因此，未来的研究应更加注重这些区域的差异，并探索生物炭在长期田间条件下的应用效果，以更好地理解和应用生物炭在干旱地区的潜力。

为了更好地评估生物炭在干旱地区土壤健康中的作用，我们需要进一步的研究和系统性的分析。目前的研究表明，生物炭在干旱地区的应用能够提高土壤的养分可用性、水分保持能力以及作物生产力，但这些研究在不同地区和不同条件下的分布并不均衡。因此，未来的研究应更加注重这些区域的差异，并探索生物炭在长期田间条件下的应用效果，以更好地理解和应用生物炭在干旱地区的潜力。此外，还需要进一步研究生物炭对土壤物理、化学和生物指标的潜在影响，这些指标最终决定了土壤在环境挑战中的健康状况和适应能力。

为了更好地理解和应用生物炭在干旱地区的潜力，我们需要进一步的研究和系统性的分析。目前的研究表明，生物炭在干旱地区的应用能够提高土壤的养分可用性、水分保持能力以及作物生产力，但这些研究在不同地区和不同条件下的分布并不均衡。因此，未来的研究应更加注重这些区域的差异，并探索生物炭在长期田间条件下的应用效果，以更好地理解和应用生物炭在干旱地区的潜力。此外，还需要进一步研究生物炭对土壤物理、化学和生物指标的潜在影响，这些指标最终决定了土壤在环境挑战中的健康状况和适应能力。

通过本研究，我们希望为干旱地区的土壤健康管理提供科学依据，并推动生物炭在这些地区的应用。生物炭作为一种土壤改良剂，具有改善土壤化学性质、促进碳固存以及为有益微生物提供栖息地的潜力。此外，生物炭的孔隙结构可以增强土壤的水分保持能力，提高土壤对干旱的适应性，并在水分胁迫条件下维持植物的生产力。这些效益对于提升土壤在极端环境条件下的适应能力至关重要，尤其是在气候变化背景下，干旱和降水减少的频率可能增加。因此，生物炭不仅可以作为缓解土地退化的一种策略，还可以作为支持气候适应和粮食安全的重要手段。

本研究的成果表明，生物炭在干旱地区的应用具有显著的潜力，能够改善土壤健康并增强其对环境挑战的适应能力。然而，目前的研究仍然存在一定的局限性，尤其是在不同地区和不同条件下的分布不均。因此，未来的研究应更加注重这些区域的差异，并探索生物炭在长期田间条件下的应用效果，以更好地理解和应用生物炭在干旱地区的潜力。此外，还需要进一步研究生物炭对土壤物理、化学和生物指标的潜在影响，这些指标最终决定了土壤在环境挑战中的健康状况和适应能力。

通过本研究，我们希望为干旱地区的土壤健康管理提供科学依据，并推动生物炭在这些地区的应用。生物炭作为一种土壤改良剂，具有改善土壤化学性质、促进碳固存以及为有益微生物提供栖息地的潜力。此外，生物炭的孔隙结构可以增强土壤的水分保持能力，提高土壤对干旱的适应性，并在水分胁迫条件下维持植物的生产力。这些效益对于提升土壤在极端环境条件下的适应能力至关重要，尤其是在气候变化背景下，干旱和降水减少的频率可能增加。因此，生物炭不仅可以作为缓解土地退化的一种策略，还可以作为支持气候适应和粮食安全的重要手段。

本研究的成果表明，生物炭在干旱地区的应用具有显著的潜力，能够改善土壤健康并增强其对环境挑战的适应能力。然而，目前的研究仍然存在一定的局限性，尤其是在不同地区和不同条件下的分布不均。因此，未来的研究应更加注重这些区域的差异，并探索生物炭在长期田间条件下的应用效果，以更好地理解和应用生物炭在干旱地区的潜力。此外，还需要进一步研究生物炭对土壤物理、化学和生物指标的潜在影响，这些指标最终决定了土壤在环境挑战中的健康状况和适应能力。

通过本研究，我们希望为干旱地区的土壤健康管理提供科学依据，并推动生物炭在这些地区的应用。生物炭作为一种土壤改良剂，具有改善土壤化学性质、促进碳固存以及为有益微生物提供栖息地的潜力。此外，生物炭的孔隙结构可以增强土壤的水分保持能力，提高土壤对干旱的适应性，并在水分胁迫条件下维持植物的生产力。这些效益对于提升土壤在极端环境条件下的适应能力至关重要，尤其是在气候变化背景下，干旱和降水减少的频率可能增加。因此，生物炭不仅可以作为缓解土地退化的一种策略，还可以作为支持气候适应和粮食安全的重要手段。

综上所述，生物炭在干旱地区的应用具有显著的潜力，能够改善土壤健康并增强其对环境挑战的适应能力。然而，目前的研究仍然存在一定的局限性，尤其是在不同地区和不同条件下的分布不均。因此，未来的研究应更加注重这些区域的差异，并探索生物炭在长期田间条件下的应用效果，以更好地理解和应用生物炭在干旱地区的潜力。此外，还需要进一步研究生物炭对土壤物理、化学和生物指标的潜在影响，这些指标最终决定了土壤在环境挑战中的健康状况和适应能力。通过这些研究，我们可以为干旱地区的可持续发展提供科学支持，并推动生物炭在这些地区的广泛应用。