《Frontiers in Environmental Science》：Trends and research gaps in nano-biochar soil applications: a scientometric analysis
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这篇综述通过科学计量分析系统梳理了2012-2025年纳米生物炭（NBC）土壤应用研究进展。文章揭示了NBC从吸附主导的探索期（2012-2016）到整合纳米颗粒与微生物群落的扩展期（2017-2021），再到功能化纳米复合材料与风险评估框架并重的巩固期（2022-2025）的三阶段演化路径。重点探讨了吸附机制、微生物互作及生态毒理风险三大核心领域，指出机器学习辅助建模、NBC-微生物相互作用等前沿方向，强调需建立标准化风险评估体系以推动NBC技术在土壤修复中的安全应用。
纳米生物炭土壤应用的研究图谱与未来走向
土壤污染已成为威胁全球生态安全和农业可持续性的重大环境挑战。近年来，纳米生物炭（Nano-Biochar, NBC）作为传统生物炭的纳米尺度衍生物，因其卓越的理化特性而成为土壤修复领域的研究热点。本文通过科学计量分析方法，对2012至2025年间NBC土壤应用研究进行了全景式扫描，揭示了该领域的发展轨迹、研究热点与未来趋势。
研究演进的三阶段特征
科学计量数据显示，NBC土壤研究呈现出明显的阶段性特征。2012-2016年为探索期，研究主要聚焦于NBC的基础吸附性能与理化优化，关注其对重金属、有机污染物等的去除效果。2017-2021年进入扩展期，研究范畴显著拓宽，开始整合零价铁（nZVI）等纳米颗粒，探索NBC与微生物群落的协同作用以及植物修复的联合应用。2022-2025年则步入巩固期，研究重点转向功能化纳米复合材料、多功能NBC系统，以及风险评估框架的建立，标志着该领域逐渐走向成熟。
吸附机制的核心地位与多元化发展
吸附作用始终是NBC土壤修复的核心机制。早期研究主要关注物理吸附、离子交换、π-π相互作用等传统途径。随着研究深入，NBC的吸附机制呈现多元化发展趋势。功能化改性后的NBC展现出更强大的污染物亲和能力，如磁性生物炭对微塑料的去除、钴基纳米颗粒活化过氧单硫酸盐（PMS）降解持久性有机污染物等。近期研究甚至开始探索NBC与酶的结合应用，为塑料生物降解等新兴领域提供了新思路。
微生物群落的关键角色
随着研究进入第二、三期，"细菌群落"和"微生物群落"成为新兴关键词，反映出学术界对NBC-微生物相互作用的日益重视。研究表明，磁性生物炭能促进土壤中诺卡氏菌（Nocardioides）和根瘤菌（Rhizobium）等微生物的协作，加速微塑料降解。NBC作为微生物载体，可优化菌群结构，增强土壤酶活性，从而提升修复效率。这种生物与非生物措施的协同，为土壤生态修复提供了更可持续的方案。
风险评估：从边缘到核心的转变
风险评估主题的演变尤为引人注目。在第二研究期，它仅作为"新兴或衰落主题"出现；到第三期，则发展为具有高发展度与高相关性的"利基主题"。这种转变凸显了NBC应用安全性的重要地位。研究表明，改性NBC虽能有效降低土壤中镉（Cd）、砷（As）等重金属的生物有效性，但其纳米尺度特性也可能带来新的环境风险，如颗粒迁移、生物累积等。因此，建立包括残留土壤有效性（RSA）、植物相对富集量（RPB）等指标在内的生态毒理风险评估（Eco-toxicological Risk Assessment, ERA）体系至关重要。
可持续发展面临的挑战
尽管NBC展现出良好的应用前景，但其规模化应用仍面临诸多挑战。生命周期评估（Life Cycle Assessment, LCA）显示，高温改性、金属掺杂等工艺会增加环境足迹和生产成本。目前缺乏针对NBC的全面技术经济分析（Techno-Economic Analysis, TEA），难以评估其大规模应用的经济可行性。此外，NBC在土壤中的长期行为、老化效应及多周期性能稳定性等关键问题尚待深入研究，这些知识缺口制约着NBC从实验室向实地应用的转化。
未来展望与政策启示
NBC研究正朝着多功能、智能化方向发展。机器学习辅助建模、NBC-微生物相互作用机制解析等将成为未来重点。然而，当前研究对政策框架、监管体系的讨论明显不足。将NBC技术纳入国家土壤质量标准认证体系，建立从实验室到田间的全链条风险评估规范，是推动其安全应用的必要条件。只有解决这些基础性问题，NBC才能真正成为支撑土壤可持续管理和循环生物经济发展的重要技术工具。
