基于CNKI的烟草农业生物炭文献计量学分析

郜军艺 李彩斌 杨金印 沈浦 何轶 罗贞宝 孙希文 蔡何青 张龙 郑加玉 张继光 吴曼

摘要  为探索近年来国内有关生物炭在烟草农业研究的热点及研究趋势方向，运用文献计量学方法分析收录在中国期刊全文数据库（CNKI）中的有关生物炭应用于烟草农业研究的论文，对文献数量、年度分布、著者信息、出版刊物及研究内容等进行统计分析，采用CiteSpace V可视化软件进行了研究热点预测和分析。结果显示，共检索到生物炭在烟草种植方面应用期刊论文共114篇，学位论文共81篇，其中8篇博士学位论文、73篇硕士学位论文。国内研究最多的机构是河南农业大学，刘国顺是发表论文最多的学者。国内关于烟草农业领域生物炭研究尚缺少稳定核心作者群体，且核心作者人数较少。烟草农业生物炭应用研究热点集中在烟草品质、化学成分及植烟土壤方面，近年来研究热点趋向于生物炭对土壤微生物群落和烟叶重金属方向。

关键词  生物炭；烟草；CNKI；CiteSpace V；文献计量

中图分类号  S-058  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）09-0220-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.09.047

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Bibliometric Analysis of the Application of Biochar in Tobacco Agriculture on CNKI

GAO Jun-yi1， LI Cai-bin1， YANG Jin-yin2 et al

（1. Bijie Tobacco Branch Company， Bijie， Guizhou 551700;2. Tobacco Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences， Qingdao， Shandong 266101）

Abstract  In order to explore the hotspots and research trends of domestic research on biochar in tobacco agriculture in recent years， bibliometric methods were used to analyze papers about biochar application in tobacco planting research included in the China National Knowledge Infrastructure （CNKI）. The numbers， annual distribution， author information， publications and research content were statistically analyzed， and the CiteSpace V visualization software was used to predict and analyze research hotspots. The results showed that a total of 114 journal papers and 81 dissertations on the application of biochar to tobacco planting were retrieved， including 8 doctoral dissertations and 73 masters dissertations. The institution with the most research in China was Henan Agricultural University， and Liu Guoshun was the scholar with the most published papers. Domestic research on tobacco biochar still lacked a stable core author group， and the number of core authors was small. Tobacco biochar application hotspots focused on tobacco quality， chemical composition and tobacco-growing soil. In recent years， research hotspots tended to be on the effects of biochar on soil microbial communities and heavy metals in tobacco leaves.

Key words  Biochar;Tobacco;CNKI;CiteSpace V;Bibliometrics

基金项目  贵州省烟草公司毕节市公司科技项目（2020520500240072，2021520500240048）；中國农业科学院科技创新工程项目（ASTIP-TRIC06）。

作者简介  郜军艺（1989—），男，河南长垣人，农艺师，从事烟田生物炭及烟叶种植技术研究。*通信作者，副研究员，博士，从事生物炭研究。

收稿日期  2023-05-25

生物炭（Biochar）是指农林废弃物等生物质在部分缺氧或完全缺氧环境中，在相对高温条件下经过热解而形成的含碳量较高的一类物质［1］。生物炭的原料来源非常广泛，主要有农业、林业废弃物以及工业和城市生活垃圾等，其中农作物秸秆、林业废弃物、烟草秸秆废弃物等是常用的材料［2-3］。生物炭具有稳定性强、比表面积大、孔隙结构发达、富含碳素等特点［4-5］。研究表明，生物炭施用于土壤时可以增加土壤中碳的储量，减少CO2的释放，同时还能改良土壤结构，提高土壤肥力和生产力［6-7］。此外，生物炭还具有促进植物生长、降低重金属和有机污染物生物有效性等作用，在农业生产中得到了广泛应用［8-9］。但是生物炭原材料本身可能含有一定量的重金属，制成生物炭施用于土壤中可能产生潜在重金属风险，需要引起关注［10］。文献计量学是以文献为对象，采用统计分析等方法研究文献之间关联、分布和变化规律，了解文献之间的内在结构，是信息学的分支［11］。文献计量学既可以系统地评估某一领域科研的发展态势和科研结果的重要总结，还可以了解科研领域的新兴趋势和研究热点。目前文献计量学在教育、生态、农业等方面研究中发挥了重要的作用［12-14］。李瑞瑞等［15］利用文献计量学研究了生物炭在农田中的应用，关注了整个农业中的应用，较为宽泛。关于生物炭在烟草种植应用方面研究较少。我国是烟草种植大国，了解生物炭在烟草种植方面的应用研究现状具有重要意义。鉴于此，笔者利用文献计量学方法对1975年至今CNKI数据库中收录的烟草生物炭方面研究文献进行深入分析，对文献数量、年度分布、国家、著者信息、出版刊物及研究内容等进行统计分析，采用CiteSpace V可视化软件进行了研究热点预测和分析，客观呈现烟草生物炭研究重点和薄弱点，以期为相关研究人员及时掌握烟草生物炭研究态势提供重要参考。

1  材料与方法

1.1  數据来源及检索方法

选择中国知网期刊全文数据库（CNKI）作为研究的数据来源。中国知网是目前国内最大、内容最全面丰富的中文期刊数据库，为使用者持续提供各个领域动态更新的学术成果，是促进知识传播与资源利用最有效的数据库。其学术领域涉及社会科学、农业科技、信息科技、医学、文学、工程学等各个领域。因此，该研究将中国知网作为数据来源，保证检索数据的全面性。

中文检索式为“主题=“烟草”或“烤烟”并含主题=“生物炭”或“生物质炭”。为提高检索文献质量，期刊论文来源类别选择为SCI来源期刊、EI来源期刊、北大核心、CSSCI、CSCD。为保证期刊论文和学位论文的检索结果的查准率和查全率，对检索结果进行筛查，识别剔除不相关文献。检索的时间跨度为1975—2022年，检索日期为2022年6月8日。

1.2  分析方法

利用引文网络分析工具CiteSpace Ⅴ进行文献数据挖掘和可视化分析［16］。在进行关键词共现分析之前，对关键词进行聚类，使用LLR 算法提取研究前沿术语。时间划分（Timing Slicing）设置为1975—2022年，时间节点（Years Per Slice）设为1年，节点类型（Node Types）勾选为关键字（Keyword），阈值设置为top=50［17］，得出关键词的频次并生成烟草生物炭的可视化知识图谱。

2  结果与分析

2.1  发文量及其随年度变化

由图1可知，在中国知网数据库中，检索到烟草生物炭方面的期刊研究论文共114篇，学位论文共81篇，其中有8篇博士学位论文、73篇硕士学位论文。学位论文最早发表于2013年，期刊论文最早的文献发表于2014年。学位论文发表从2013年的1篇，上升至2017年的15篇，随后呈波动下降趋势。期刊论文的发表从2014年的4篇，上升至2018年的24篇，随后亦出现波动下降趋势。对比学位论文和期刊论文发文量随时间变化可知，两者趋势基本相同，且期刊论文的变动滞后于学位论文约1年，由此可见，国内烟草生物炭的研究基本上为导师指导下的师生共同科学研究为主。

2.2  烟草生物炭主要研究机构分析

CNKI数据库结果显示（表1），国内发表烟草生物炭研究相关论文3篇及以上的研究机构有24个。相关高校、科研院所及烟草公司是烟草生物炭研究的主力。这些研究机构主要集中在农业科研及其学术力量雄厚的大省，如河南省（河南农业大学42篇、河南中烟工业责任公司8篇、中国烟草总公司郑州烟草研究院5篇）、山东省（中国农业科学院烟草研究所10篇、山东潍坊烟草有限公司3篇、山东中烟工业有限责任公司3篇）、广东省（广东中烟工业有限责任公司8篇）、湖南省（湖南农业大学8篇、湖南省烟草公司湘西州公司6篇、湖南省烟草科学研究所4篇）、山西省（西北农林科技大学8篇、陕西省烟草公司4篇）、云南省（云南农业大学7篇）、贵州省（贵州省烟草公司毕节市公司7篇、贵州省烟草科学研究院4篇、贵州大学3篇）。此外，福建省也有3家发文量在3篇以上机构。这些高校、科研院所及烟草公司均具有较强研发能力，是烟草农业生物炭领域科研及推广的重要力量。

CNKI学位论文数据库结果显示，烟草生物炭研究的硕士、博士学位授予单位共有14个（表2）。学位授予单位相关研究论文篇数最多的为河南农业大学，47篇；次之为湖南农业大学13篇；中国农业科学院为5篇，居第3位；再次为南京农业大学为3篇；西南大学、西北农林科技大学、福建农林大学各为2篇，安徽师范大学、河南科技大学等7家单位各有1篇。这些单位也是烟草农业生物炭相关研究中较活跃的高校，属于国内该领域发文的领军团体。

2.3  烟草生物炭研究的文献来源

CNKI数据库中烟草生物炭研究的期刊结果显示，载文量≥2篇的期刊有20种，共发文97篇（表3）。其中，发文量超过6篇的期刊有《中国烟草科学》（11篇）、《中国烟草学报》（10篇）和《河南农业科学》（9篇）、《中国土壤与肥料》（8篇）、《烟草科技》（7篇）、《河南农业大学学报》（6篇）、《土壤通报》（6篇）；发文量为5篇的期刊有《土壤》和《中国农业科技导报》；《西南农业学报》《云南农业大学学报（自然科学）》《浙江农业学报》等分别发文量2～4篇。对比研究这些期刊可知，烟草生物炭方面的研究文献主要发表在农业类的专业学术期刊中。

2.4  烟草生物炭研究的作者分析

烟草生物炭相关文献发文量结果见表4。由表4可知，发文量4篇及以上的作者（以第一或通信作者计）有24人，共发表论文139篇。其中，河南农业大学刘国顺18篇、河南农业大学任天宝9篇、湖南农业大学周清明8篇、河南农业大学叶协锋8篇、湖南农业大学黎娟8篇、中国农业科学院烟草研究所张继光7篇、湖南省国际工程咨询中心刘卉7篇、河南农业大学云菲6篇。此外，上海烟草集团有限责任公司的程森、蔡宪杰及河南农业大学的赵铭钦、于晓娜的发文量均为5篇。这些作者往往是推动烟草生物炭学术创新与学科发展、提升学术影响力和竞争力的中坚力量。然而，与普赖斯的推论“核心作者的论文数应占论文总数50%”的指标尚存一定差距，这显示烟草生物炭研究目前尚缺少稳定核心作者群体，且核心作者人数较少。

对烟草生物炭期刊论文和学位论文进行关键词分析，一般认为关键词出现频次高、中心性强的为研究热点，相关关键词频次如表5所示。对于期刊论文，关注的热点是烤烟（70次）、生物炭（63次）、产量（14次）、品质（12次）、药草（12次）、化学成分（10次），此外有机肥、土壤养分、植烟土壤均为7次，有机物料、土壤、农艺性状、生物质炭均为6次，氮肥、经济性质、经济效益、根系活力均为5次。学位论文前4个关注热点（烤烟46次、生物炭38次、烟草16次、品质12次）与期刊论文一致，其后为生长发育11次、土壤9次、土壤养分7次、土壤改良6次，植烟土壤、化学成分、土壤特性均为5次。从出现年份看，这样研究出现的年份多从2013至2015年开始，有关研究主要集中在烟草生物炭对土壤性质及植物生长发育的影响方面，2017年后相关研究开始关注其对重金属、产值等方面影响。

2.5  烟草生物炭研究内容分析

基于CNKI期刊论文数据库以上关键词共现网络基础上，进行聚类分析得到烟草生物炭关键词共现聚类图，结果见图2。烟草生物炭文献关键词共现网络共形成以#0有机物料、#1烟叶、#2甲霜灵、#3经济效益、#4生物质炭、#5影响因素、#6产量为标签的6个聚类，这些聚类标识了该研究领域的知识基础结构及其动态演进的过程。图中聚类标签通常采用一定算法从标题、关键词和摘要中抽取得到。每个色块代表一个聚类，聚类序号与聚类大小呈反比，最大的聚类以#0标记，其他依次类推。网络的模块化是对其整体结构的一个全局性量度，模块化Q值和平均轮廓值是评估网络整体结构性能的2个重要指标。Q值0.534 2 > 0.3表示聚类是有效的，0.653 5的平均轮廓值表明结果是可信的。

基于CNKI学位论文數据库关键词共现网络基础进行聚类分析，得到烟草生物炭关键词共现聚类图，如图3所示。由图3可知，烟草生物炭文献关键词共现网络共形成以#0品质、#1烟草、#2化学成分、#3农艺性状、#4生物炭、#5有机物料、#6植烟土壤为标签的6个聚类，这些聚类标识了该研究领域的知识基础结构及其动态演进的过程。分析显示模块化Q值0.558 7> 0.3表示聚类是有效的，0.674 1的平均轮廓值表明结果是可信的。结果显示，学位论文和期刊论文研究关键词有差异，学位论文更关注烟叶品质、化学成分及植烟土壤等生物炭对烟草内在品质及烟田环境的影响。

3  讨论

国内关于生物炭在烟草中应用研究开始较晚，最早的研究始于2013年，河南农业大学张园营发表硕士学位论文，研究了烟草炭基一体肥不同的生物炭用量对烤烟生长发育、烟叶品质及田间土壤特性的影响［18］。特定领域发文量的年际变化在一定程度上可以反映研究人员对该领域的关注程度，在2017—2018年，相关研究的热度最高，随后呈波动下降趋势。湖南农业大学刘卉2015发表硕士毕业论文《不同生物炭用量与氮肥配施对植烟土壤改良及烤烟产质量的影响》，之后在2016年连续发表相关期刊论文2篇［19-21］，其他研究学位论文和期刊发表之间也存在相似的规律，表明国内烟草生物炭的研究基本上以导师指导下的师生共同科学研究为主。

河南农业大学是生物炭在烟草种植应用领域发文量最大的机构，2013年首先研究了生物炭用量对烤烟生长发育及烟叶品质的影响［18］。之后又陆续发表了一系列论文，报道了土壤改良、烤烟品质、产量提升等方面研究成果［22-24］。中国农业科学院烟草研究所在生物炭应用于烟田方面也开展了较多研究［25-26］。河南农业大学刘国顺、中国农业科学院烟草研究所张继光在相关领域都发表了大量论文，但是整体上研究者与普赖斯的推论“核心作者的论文数应占论文总数50%”的指标尚存一定差距，这显示烟草生物炭研究目前尚缺少稳定核心作者群体，且核心作者人数较少。

论文的关键词通常是其研究内容和研究主题的高度凝练，从一定程度上来说，通过分析某一研究领域的关键词的变迁可以洞悉该领域研究主题的变化［27］。通过对关键词的梳理发现，研究主要集中在烤烟、生物炭以及对烟草产质量方面。其中烤烟和生物炭是出现次数第1、2的关键词，这可能与该研究方法有关（将烟草和生物炭设为检索词）。烟草是经济型作物，烤烟的产量、质量是重要的经济指标，因而受到关注很高。叶协锋等［28］以云烟87为研究对象，发现生物炭提高了烤后烟叶品质、产量、经济效益，以常规施肥配施生物炭用量600 kg/hm2的处理效果最好。张继旭等［29］报道了适量秸秆生物炭添加促进了烤烟生长发育，表现在株高、叶面积及生物量的增加，但是高添加量则有抑制作用。牛政洋等［24］的研究发现，施用生物炭不仅可以提高烟叶产量和产值，还可以提高上等烟比例和烤烟中性致香物质含量。由此可见，适量生物炭施用对烟草生长发育有促进作用。

聚类分析结果表明，学位论文前3位的是“品质”“烟草”和“化学成分”，而期刊论文则是“有机物料”“烟叶”和“甲霜灵”，可以看出，学位论文研究内容较深，注重生物炭对烟草内在品质影响研究。近年来，相关研究热点在关注烤烟产质量影响的同时，趋向于重金属残留和微生物影响方面。冯慧琳等［30］研究发现，生物炭能够显著提高4种土壤酶活及土壤养分，在一定程度上增加细菌多样性及改变菌群结构。李茂森等［31］报道了施用生物炭改变了土壤真菌的群落结构，提高了毛霉菌门（Mucoromycota）、担子菌门（Basidiomycota）的相对丰度，降低了子囊菌门（Ascomycota）相对丰度。李晓锋等［32］研究发现，秸秆生物炭能够降低烟草各部位Cd吸收。刘跃东等［33］研究也有相似的结果，生物炭施用降低烟草根和叶的镉富集系数。烟叶中重金属含量的降低能有效提高卷烟制品的安全性。

4  结论

借助文献共被引分析软件CiteSpace，对生物炭烟草种植领域的研究文献进行了分析，研究明确了相关文献的分布，显示了相关领域的研究热点与发展趋势，得出如下结论：

（1）2017—2018年是研究热度最高的年份，国内烟草生物炭的研究基本上为导师指导下的师生共同科学研究为主。

（2）河南农业大学和中国农业科学院烟草研究所是生物炭在烟草种植应用研究的主力机构，也是相关研究作者集中的单位。目前有关烟草生物炭研究尚缺少稳定核心作者群体，且核心作者人数较少。

（3）对烟草生物炭方面的研究文献主要发表在农业类的专业学术期刊中，中国烟草科学是发文量最高的期刊。与期刊论文相比，学位论文研究的内容更深，烟叶品质和化学成分是学位论文关注的热点。

（4）生物炭在烟草中应用之前过聚焦于生物炭施用后对土壤改良、烤烟产质量及化学成分等方面，近年来研究热点趋向于生物炭对土壤微生物群落结构及烟叶重金属残留等方面。

参考文献

［1］ LEHMANN J，GAUNT J，RONDON M.Bio-char sequestration in terrestrial ecosystems-A review［J］.Mitigation and adaptation strategies for global change，2006，11（2）：403-427.

［2］ 陈志良，袁志辉，黄玲，等.生物炭来源、性质及其在重金属污染土壤修复中的研究进展［J］.生态环境学报，2016，25（11）：1879-1884.

［3］ 杨继鑫，张久权，郜军艺，等.烟草废弃物生物炭元素组成及其重金属安全性研究［J］.中国烟草科学，2022，43（1）：42-48.

［4］ PANAHI H K S，DEHHAGHI M，OK Y S，et al.A comprehensive review of engineered biochar：Production，characteristics，and environmental applications［J］.Journal of cleaner production，2020，270：1-29.

［5］ ABDULLAH H，WU H W.Biochar as a fuel：1.Properties and grindability of biochars produced from the pyrolysis of mallee wood under slow-heating conditions［J］.Energy & fuels，2009，23（8）：4174-4181.

［6］ LIANG B Q，LEHMANN J，SOLOMON D，et al.Stability of biomass-derived black carbon in soils［J］.Geochimica et cosmochimica acta，2008，72（24）：6069-6078.

［7］ XIE T，REDDY K R，WANG C W，et al.Characteristics and applications of biochar for environmental remediation：A review［J］.Critical reviews in environmental science and technology，2015，45（9）：939-969.

［8］ 黄磊，陈玉成，赵亚琦，等.生物炭添加对湿地植物生长及氧化应激响应的影响［J］.环境科学，2018，39（6）：2904-2910.

［9］ 熊静，王蓓丽，刘渊文，等.生物炭去除土壤重金属的研究进展［J］.环境工程，2019，37（9）：182-187.

［10］ 范世锁，汤婕，程燕，等.污泥基生物炭中重金属的形态分布及潜在生态风险研究［J］.生态环境学报，2015，24（10）：1739-1744.

［11］ 高俊宽.文献计量学方法在科学评价中的应用探讨［J］.图书情报知识，2005（2）：14-17.

［12］ 李宝贵，尚笑可.我国汉语国际教育研究现状分析（2008—2018）：基于文献计量学视角［J］.辽宁师范大学学报（社会科学版），2019，42（3）：12-21.

［13］ 虞依娜，徐曼，叶有华.近5年森林生态系统服务价值评估研究进展：基于CiteSpace文献计量学分析方法［J］.生态环境学报，2020，29（2）：421-428.

［14］ 吴同亮，王玉军，陈怀满，等.基于文献计量学分析2016年环境土壤学研究热点［J］.农业环境科学学报，2017，36（2）：205-215.

［15］ 李瑞瑞，党佩佩，李琛.生物炭农田利用领域的研究热点与趋势：基于文献计量学的可视化分析［J］.科学技术与工程，2021，21（33）：14440-14450.

［16］ 侯海燕，陈超美，刘则渊，等.知识计量学的交叉学科属性研究［J］.科学学研究，2010，28（3）：328-332，350.

［17］ 樊一阳，许京京.基于CiteSpace文献计量法的石墨烯研究文献可视化图谱分析［J］.现代情报，2015，35（8）：81-91，99.

［18］ 张园营.烟草专用炭基一体肥生物炭适宜用量研究［D］.郑州：河南农业大学，2013.

［19］ 刘卉.不同生物炭用量与氮肥配施对植烟土壤改良及烤烟产质量的影响［D］.长沙：湖南农业大学，2015.

［20］ 刘卉，周清明，黎娟，等.生物炭与氮肥配施对烤烟生长及烟叶主要化学成分的影响［J］.华北农学报，2016，31（5）：159-166.

［21］ 刘卉，周清明，黎娟，等.生物炭施用量对土壤改良及烤烟生长的影响［J］.核农学报，2016，30（7）：1411-1419.

［22］ 刘新源，刘国顺，刘宏恩，等.生物炭施用量对烟叶生长、产量和品质的影响［J］.河南农业科学，2014，43（2）：58-62.

［23］ 王欢欢，任天宝，张志浩，等.生物质炭对牡丹江植烟土壤改良及烤烟品质的影响研究［J］.中国农学通报，2017，33（1）：96-101.

［24］ 牛政洋，闫伸，郭青青，等.生物炭对两种典型植烟土壤养分、碳库及烤烟产质量的影响［J］.土壤通报，2017，48（1）：155-161.

［25］ 郑加玉，张忠锋，程森，等.稻壳生物炭对整治烟田土壤养分及烟叶产质量的影响［J］.中国烟草科学，2016，37（4）：6-12.

［26］ 王毅，张俊清，况帅，等.施用小麦秸秆或其生物炭对烟田土壤理化特性及有机碳组分的影响［J］.植物营养与肥料学报，2020，26（2）：285-294.

［27］ LI C，JI X H，LUO X G.Phytoremediation of heavy metal pollution：A bibliometric and scientometric analysis from 1989 to 2018［J］.International journal of environmental research and public health，2019，16（23）：1-28.

［28］ 葉协锋，李志鹏，于晓娜，等.生物炭用量对植烟土壤碳库及烤后烟叶质量的影响［J］.中国烟草学报，2015，21（5）：33-41.

［29］ 张继旭，张继光，张忠锋，等.秸秆生物炭对烤烟生长发育、土壤有机碳及酶活性的影响［J］.中国烟草科学，2016，37（5）：16-21.

［30］ 冯慧琳，徐辰生，何欢辉，等.生物炭对土壤酶活和细菌群落的影响及其作用机制［J］.环境科学，2021，42（1）：422-432.

［31］ 李茂森，王丽渊，杨波，等.生物炭对烤烟成熟期根际真菌群落结构的影响及功能预测分析［J］.农业资源与环境学报，2022，39（5）：1041-1048.

［32］ 李晓锋，吴锋颖，剧永望，等.石灰、羟基磷灰石、秸秆生物炭对烟草吸收镉的影响［J］.生态毒理学报，2022，17（1）：381-394.

［33］ 刘跃东，郑梅迎，刘祥，等.海泡石及生物炭对甲霜灵和镉复合污染条件下烟草生长发育和污染物含量的影响［J］.烟草科技，2020，53（7）：1-9.