中國(guó)土壤微生物領(lǐng)域研究現(xiàn)狀與前沿?zé)狳c(diǎn)分析

趙麗麗，張新民

（1.浙江大學(xué)圖書(shū)館，杭州 310027；2.浙江大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院，杭州 310027）

1 引言

土壤中的微生物數(shù)量巨大、種類繁多，是聯(lián)系不同圈層物質(zhì)與能量交換的重要紐帶，被稱為地球關(guān)鍵元素生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程的引擎，微生物是土壤最活躍的組成，是評(píng)價(jià)土壤健康的關(guān)鍵生物指標(biāo)[1]。土壤微生物參與了土壤發(fā)生、發(fā)展、發(fā)育的全過(guò)程，土壤微生物在維持生態(tài)系統(tǒng)整體服務(wù)功能方面發(fā)揮了重要作用，被比擬為土壤養(yǎng)分元素循環(huán)的“轉(zhuǎn)換器”、環(huán)境污染物的“凈化器”、陸地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的“調(diào)節(jié)器”[2]。

首先，土壤微生物對(duì)土壤肥力形成與演變具有重要意義，土壤生物學(xué)性狀（土壤微生物種群、群落結(jié)構(gòu)及功能群、微生物量、酶活性等）可以反映土壤質(zhì)量、土壤肥力的演變。其次，土壤微生物對(duì)溫室氣體排放與控制具有重要意義，大氣溫室氣體的動(dòng)態(tài)變化與土壤生物過(guò)程緊密相關(guān)，僅濕地和水稻田產(chǎn)甲烷菌引起的CH4排放約占全球總排放量的1/3，而農(nóng)田施肥導(dǎo)致的N2O 排放量約占全球年總量的75%。第三，土壤微生物對(duì)污染物形態(tài)轉(zhuǎn)化與控制具有重要意義，有的微生物可以控制重金屬的氧化還原及相應(yīng)的形態(tài)轉(zhuǎn)化，還有的土壤微生物攜帶雙加氧酶功能基因，所表達(dá)的蛋白是降解有機(jī)污染物的關(guān)鍵酶，有效調(diào)控這些功能基因的表達(dá)可以達(dá)到有機(jī)污染物的生物降解和污染土壤的生物修復(fù)效果[1,2]。因此把握好土壤微生物的群落種類、功能特性、影響因子以及調(diào)控機(jī)理等，對(duì)維持土壤生命力和生態(tài)環(huán)境健康發(fā)展具有重要意義。

科學(xué)知識(shí)圖譜通常包括共詞分析、共引分析、多元統(tǒng)計(jì)分析、詞頻分析和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析，以文獻(xiàn)的作者、關(guān)鍵詞、標(biāo)題、引文、摘要和機(jī)構(gòu)等作為數(shù)據(jù)單元，采用Ucinet、CiteSpace、VOSviewer 等可視化分析軟件進(jìn)行繪制[3]。本文選用的CiteSpace 軟件，是美國(guó)德雷克塞爾大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的陳超美教授開(kāi)發(fā)的信息可視化軟件[4]。在重金屬污染土壤修復(fù)[5]、有機(jī)肥料[6]、土壤養(yǎng)分循環(huán)的微生物機(jī)制[7]等研究領(lǐng)域，已有相關(guān)文獻(xiàn)運(yùn)用知識(shí)圖譜工具對(duì)其進(jìn)行研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)的可視化分析，揭示相應(yīng)主題研究的知識(shí)基礎(chǔ)、研究熱點(diǎn)、研究前沿以及發(fā)展趨勢(shì)等。但尚無(wú)采用CiteSpace 軟件對(duì)近年中國(guó)土壤微生物領(lǐng)域的研究前沿與熱點(diǎn)進(jìn)行知識(shí)圖譜分析。因此，本文采用中國(guó)知網(wǎng)學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的土壤微生物研究的相關(guān)文獻(xiàn)作為數(shù)據(jù)源，進(jìn)行科學(xué)計(jì)量分析和可視化圖譜繪制，并探討土壤微生物研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，以便相關(guān)研究工作人員對(duì)土壤微生物研究現(xiàn)狀在整體上有一個(gè)大致的了解認(rèn)識(shí)，并對(duì)今后的進(jìn)一步研究有所引導(dǎo)和幫助，促進(jìn)土壤微生物研究的深入發(fā)展，進(jìn)而為維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和人類健康打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 研究數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

以CNKI 中國(guó)學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫(kù)為檢索來(lái)源，檢索主題：“土壤微生物”。時(shí)間限定為：2010—2019 年；期刊來(lái)源類別為：核心期刊；以Refworks 格式導(dǎo)出文獻(xiàn)，以“download_”開(kāi)頭命名TXT 文件，共得到有效文獻(xiàn)5 890 篇。檢索時(shí)間：2020 年10 月25 日。

2.2 研究方法

本文采用CiteSpace V（5.7.R2）軟件對(duì)獲取的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析。該軟件為美國(guó)德克賽爾大學(xué)陳超美教授研究開(kāi)發(fā)的一款多元、分時(shí)、動(dòng)態(tài)的引文可視化分析軟件，可對(duì)國(guó)家、作者、文獻(xiàn)等合作共現(xiàn)、文獻(xiàn)研究脈絡(luò)、研究熱點(diǎn)與研究前沿等信息提供直觀的可視化分析圖譜[8]。

CiteSpace V 軟件參數(shù)設(shè)置：分析時(shí)間范圍為2010年1 月—2019 年12 月，時(shí)間切片為1 年，詞語(yǔ)來(lái)源同時(shí)選擇“Title”“Abstract”“Descriptors”和“Identifiers”。數(shù)據(jù)抽取對(duì)象為Top50，即每一年中選擇前50個(gè)高頻出現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)類型依次選擇“Institution”“Author”和“Keyword”。剪枝方式選擇尋徑網(wǎng)絡(luò)算法“Pathfinder”，其他為系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置。

3 土壤微生物領(lǐng)域的中文文獻(xiàn)計(jì)量分析

3.1 發(fā)文量分析

通過(guò)對(duì)檢索所得文獻(xiàn)進(jìn)行時(shí)間分布分析可知（圖1），土壤微生物研究近10 年來(lái)一直保持較高熱度，2010—2017 年保持平穩(wěn)中略有增長(zhǎng)趨勢(shì)。盡管2018 年論文數(shù)量突然降到最低411 篇，但其余年份的文獻(xiàn)出版量均保持在500 篇以上，2019 年達(dá)最高752 篇。這說(shuō)明盡管在2018 年文獻(xiàn)量有突然減少現(xiàn)象，而2019 年的文獻(xiàn)量直接上升到10 年最高值，土壤微生物領(lǐng)域的研究熱度并沒(méi)有消失，2018 年可能是一個(gè)研究準(zhǔn)備或者反思整合階段，預(yù)示著土壤微生物的相關(guān)研究將出現(xiàn)新趨勢(shì)。

圖1 土壤微生物研究中文文獻(xiàn)篇數(shù)的年度分布Fig.1 The number distribution of published Chinese articles of soil microorganism research

3.2 發(fā)文機(jī)構(gòu)分析

統(tǒng)計(jì)得到中國(guó)土壤微生物研究領(lǐng)域文獻(xiàn)發(fā)文機(jī)構(gòu)有681 個(gè)，為統(tǒng)一機(jī)構(gòu)層次，將某高校的下屬單位發(fā)文量統(tǒng)一到某高校范疇，如分析出現(xiàn)的西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院、西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所、西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院等規(guī)劃到西北農(nóng)林科技大學(xué)，但是中國(guó)科學(xué)院大學(xué)作為中科院的教育機(jī)構(gòu)，中科院各研究所培養(yǎng)學(xué)生均同時(shí)屬于中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，部分國(guó)科大與研究所的合作發(fā)文不屬于通常意義上的跨機(jī)構(gòu)科研合作，因此其下屬研究所仍作為獨(dú)立機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)發(fā)文量，表1 列出了發(fā)文量排名前20 位的發(fā)文機(jī)構(gòu)。從圖譜可以看出各研究單位之間雖然有連線分布（N=823），但合作網(wǎng)絡(luò)密度并不大（Density=0.003 6），說(shuō)明中國(guó)各研究機(jī)構(gòu)之間欠缺合作交流，應(yīng)在日后研究工作中引起重視。結(jié)合知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖譜可知（圖2），中國(guó)科學(xué)院大學(xué)作為中國(guó)科學(xué)技術(shù)最高學(xué)府，西北農(nóng)林科技大學(xué)作為著名農(nóng)林院校，在土壤微生物領(lǐng)域都做出了重大研究貢獻(xiàn)。另外，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院也凸顯了較高的學(xué)術(shù)科研力量。

圖2 土壤微生物研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜Fig.2 Co-occurrence knowledge mapping of institutions of soil microorganism research

表1 土壤微生物研究主要機(jī)構(gòu)及發(fā)文量Table 1 The main institutions and publications of soil microorganism research

3.3 核心作者分析

核心研究作者對(duì)該領(lǐng)域發(fā)展脈絡(luò)、研究趨勢(shì)、學(xué)術(shù)熱點(diǎn)、研究方向的把握明顯優(yōu)于其他研究人員，甚至在很多時(shí)候會(huì)引領(lǐng)該學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域的發(fā)展方向[8]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)土壤微生物研究中文發(fā)文量最多的作者是沈其榮（28 篇），其次楊殿林和毛志泉并列27 篇，胡鋒（26篇），阮宏華（25 篇），陳學(xué)森（24 篇），楊寧和劉滿強(qiáng)（23 篇），吳鳳芝和李忠佩（22 篇），楊萬(wàn)勤和吳金水（19 篇），姚拓、李輝信、劉洋和劉明（18 篇），沈向和林先貴（16 篇）。

普賴斯定律是在洛特卡定律基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究科學(xué)家人數(shù)和科學(xué)論文數(shù)量之間的關(guān)聯(lián)所提出的。推導(dǎo)公式為M=0.749(Nmax)1/2，其中，Nmax 為杰出科學(xué)家中最高產(chǎn)作者發(fā)表論文數(shù)，M 為杰出科學(xué)家中最低產(chǎn)作者發(fā)表數(shù)[9,10]。統(tǒng)計(jì)得出作者總數(shù)為677 人，沈其榮是統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)發(fā)文量最多（28 篇）的學(xué)者，因此發(fā)文4 篇以上（M=3.96）的學(xué)者可以認(rèn)為是該領(lǐng)域的核心作者。通過(guò)對(duì)發(fā)文作者的知識(shí)圖譜（圖3）分析得出，核心作者合作團(tuán)隊(duì)成員之間聯(lián)系緊密（Q=0.9687；S=0.989），呈現(xiàn)團(tuán)隊(duì)共同研究趨勢(shì)，但整體合作關(guān)系較為松散（Density=0.0031）。表2 列舉了幾位具有特色研究的核心作者及其高被引文章的概況，楊殿林團(tuán)隊(duì)和沈其榮團(tuán)隊(duì)是土壤微生物研究的核心力量。

表2 土壤微生物研究核心作者概況Table 2 The general situation of core authors of soil microorganism research

圖3 土壤微生物研究作者合作圖譜Fig.3 Co-occurrence knowledge mapping of authors of soil microorganism research

其中，楊寧教授[11]在2012—2016 年期間，主要以紫色土植被恢復(fù)為研究背景，展開(kāi)了對(duì)土壤微生物生物量、微生物群落結(jié)構(gòu)功能多樣性、土壤酶活性等的研究，結(jié)果闡釋了植被恢復(fù)可使土壤微生物代謝功能增強(qiáng)，土壤微生物繁殖加快、數(shù)量增大，從而促進(jìn)土壤微生物對(duì)土壤C 源的利用強(qiáng)度。以高產(chǎn)高突現(xiàn)作者毛志泉、陳學(xué)森和沈向?yàn)橹鞯膱F(tuán)隊(duì)，建立分析果樹(shù)根際微生物多樣性的PCR-DGGE、T-RFLP、qPCR 等分子生物學(xué)技術(shù)體系，對(duì)蘋果樹(shù)連作土壤下甜茶幼苗的研究表明，施加菌肥可提高連作平邑甜茶幼苗的根系呼吸速率以及土壤酶活性，降低土壤腐皮鐮孢菌的基因拷貝數(shù)，施用菌肥可作為減緩蘋果連作障礙的良好防控措施[12]。以中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所的曾馥平、彭晚霞為主的團(tuán)隊(duì)，其特色研究發(fā)現(xiàn)喀斯特峰叢洼地的不同退耕還林還草模式能提高土壤微生物總數(shù)量、微生物量含量，增加土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性，得出“退耕還林還草模式能改善土壤微生物特性”的結(jié)論，從而為喀斯特峰叢洼地脆弱生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建提供重要依據(jù)[13]。

3.4 核心期刊分析

布拉德福定律是描述專業(yè)論文在期刊中分布情況的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律的定律，將期刊按其刊載某專業(yè)論文數(shù)量的多少以遞減順序排列，則可分出一個(gè)核心區(qū)和相繼的幾個(gè)區(qū)域，當(dāng)每區(qū)刊載的論文量相等時(shí)，核心期刊數(shù)Nc和外圍一區(qū)期刊數(shù)N1、外圍二區(qū)期刊數(shù)N2成Nc:N1:N2=1:a:a2關(guān)系，其中a 約等于5[9]。運(yùn)用此定律確定土壤微生物研究領(lǐng)域核心期刊，期刊數(shù)量及其載文量等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表3，期刊總量為320，則核心期刊數(shù)量約等于10（Nc=期刊總量/31），占總期刊數(shù)的3.13%，核心區(qū)相關(guān)論文數(shù)2 005 篇，占總發(fā)文量的34.04%，也就是說(shuō)占期刊數(shù)量3.13%的核心期刊共刊載了34.04%的相關(guān)論文。土壤微生物研究的核心期刊載文量及占比詳見(jiàn)表4，其中《生態(tài)學(xué)報(bào)》 發(fā)表的文章數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他期刊達(dá)到365 篇，比例為6.20%，說(shuō)明該學(xué)術(shù)期刊比較關(guān)注和偏好土壤微生態(tài)研究領(lǐng)域，也是該領(lǐng)域研究學(xué)者信任和專注的期刊之一。其次為《應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)》 《土壤通報(bào)》 和 《生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)》，發(fā)文量均在200 篇以上。《生態(tài)學(xué)報(bào)》 是由中國(guó)生態(tài)學(xué)學(xué)會(huì)和中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心主辦，綜合影響因子為2.321，旨在探索生態(tài)學(xué)奧秘，為生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論研究搭建交流平臺(tái)，促進(jìn)生態(tài)學(xué)研究深入發(fā)展?！稇?yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)》 是由中國(guó)生態(tài)學(xué)學(xué)會(huì)和中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所主辦的綜合性學(xué)術(shù)期刊，主要報(bào)道應(yīng)用生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新性科研成果與科研進(jìn)展，綜合影響因子為2.166。因此相關(guān)科研工作者可根據(jù)自身研究?jī)?nèi)容與期刊特點(diǎn)高效獲取文獻(xiàn)和發(fā)表文章。

表3 土壤微生物研究相關(guān)期刊數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 3 The statistics of related journals of soil microorganism research

表4 土壤微生物研究核心期刊數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 4 The data statistics of core journals of soil microorganism research

3.5 高被引文獻(xiàn)分析

檢索得到的高被引文獻(xiàn)中去除文獻(xiàn)綜述類文章，排名前五的高被引文獻(xiàn)詳見(jiàn)表5。2010—2011 年為起點(diǎn)，秸稈還田、生物質(zhì)炭、農(nóng)作物連作以及施肥等作為土壤微生物的影響因素，被高度關(guān)注和深入研究。2014 年作為另一個(gè)起點(diǎn)，著重將土壤微生物研究細(xì)化，涉及到微生物碳、氮及土壤呼吸和新型微生物研究方法的探討。說(shuō)明土壤微生物研究的層次從宏觀走向微觀，研究方法無(wú)論在定性還是定量技術(shù)層面都逐步趨于先進(jìn)可靠。

表5 土壤微生物研究高被引文獻(xiàn)Table 5 The high-cited articles of soil microorganism research

4 土壤微生物領(lǐng)域研究熱點(diǎn)及前沿趨勢(shì)

4.1 研究熱點(diǎn)分析

利用CiteSpace V 軟件對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)分析，裁剪方式對(duì)話框中選擇“Pathfinder”“Pruning sliced net-works”和“Pruning the merged network”，得到關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜，共得到136 個(gè)節(jié)點(diǎn)，151 條連線，如圖4 所示。圖4 中的節(jié)點(diǎn)代表關(guān)鍵詞，外圈越大，相關(guān)論文數(shù)越多，節(jié)點(diǎn)的最外圈代表中心性大小，中心性越大，外圈就越厚[8]。

圖4 土壤微生物研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜Fig.4 Co-occurrence knowledge mapping of keywords of soil microorganism research

研究領(lǐng)域內(nèi)廣受關(guān)注的核心問(wèn)題探索會(huì)形成高頻次、高中心性的文章關(guān)鍵詞。關(guān)鍵詞是對(duì)文章主題的高度概括和提煉，能夠較好地反應(yīng)某一研究領(lǐng)域的主題分布與特點(diǎn)，隨著學(xué)科的逐漸發(fā)展，核心關(guān)鍵詞的數(shù)量會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定并成為該領(lǐng)域的核心[8]。關(guān)鍵詞中心性則反映了其在整個(gè)關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的中介作用及影響力，中心性越高，表明該節(jié)點(diǎn)在共現(xiàn)圖譜中總的最短路徑出現(xiàn)的越多，其他節(jié)點(diǎn)與其建立共現(xiàn)關(guān)系的可能性就越大，可以借助高中心性、高頻關(guān)鍵詞來(lái)確定土壤微生物研究的熱點(diǎn)與焦點(diǎn)[8]。在統(tǒng)計(jì)得出的高頻、高中心性關(guān)鍵詞（表6）中，分別剔除了與檢索主題詞相同的關(guān)鍵詞“土壤”和“微生物”，以及與研究領(lǐng)域無(wú)明顯關(guān)系的非專業(yè)特征詞“多樣性”和“產(chǎn)量”。結(jié)合高頻次、高中心性關(guān)鍵詞分布，可以基本確定研究熱點(diǎn)為：土壤酶活性及土壤呼吸、土壤養(yǎng)分、微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性、微生物研究方法（磷脂脂肪酸、變性梯度凝膠電泳）、土壤微生物量（碳、氮）、根際土壤、不同農(nóng)作物影響（黃瓜、番茄、玉米），以及施肥等方面。

表6 土壤微生物研究高頻及高中心性關(guān)鍵詞Table 6 The high frequency and high centricity keywords of soil microorganism research

土壤酶參與了土壤中一切生物化學(xué)過(guò)程：腐殖質(zhì)的合成與分解，有機(jī)化合物、動(dòng)植物和微生物殘?bào)w的水解與轉(zhuǎn)化，以及土壤中有機(jī)、無(wú)機(jī)化合物的各種氧化還原反應(yīng)等。這些過(guò)程與土壤中各營(yíng)養(yǎng)元素的釋放與貯存、土壤中腐殖質(zhì)的形成與發(fā)育、以及土壤的結(jié)構(gòu)和物理狀況都是密切相關(guān)的。趙娜等[14]研究表明施用家畜糞便堆肥改變土壤微生物群落多樣性和土壤酶活性，提高番茄植株抗病性。官會(huì)林等[15]通過(guò)綠肥輪作試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)植煙生長(zhǎng)期內(nèi)根區(qū)土壤酶活、土壤微生物量均高于麥-煙復(fù)種及冬閑連作地，差異顯著。

土壤微生物活動(dòng)是土壤呼吸作用的主要來(lái)源，可以把測(cè)定土壤呼吸強(qiáng)度看作是衡量土壤微生物總的活性指標(biāo)。土壤有機(jī)質(zhì)含量、PH、溫度、水分以及有效養(yǎng)分含量等影響土壤微生物活動(dòng)的各類因素，都能影響土壤呼吸強(qiáng)度。臧逸飛等[16]研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期氮磷肥配施、單施有機(jī)肥及有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施均可以增強(qiáng)土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度，單施氮肥、磷肥使土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度降低，產(chǎn)生抑制作用。涂利華等[17]采用紅外CO2分析法測(cè)定土壤呼吸速率，發(fā)現(xiàn)土壤呼吸速率與土壤溫度呈極顯著正指數(shù)關(guān)系，與微生物生物量碳、氮呈極顯著正線性關(guān)系，且模擬氮沉降顯著促進(jìn)了土壤呼吸。

土壤微生物量氮在土壤氮循環(huán)與轉(zhuǎn)化過(guò)程中起著重要的調(diào)節(jié)作用，土壤微生物量氮含量多少?zèng)Q定于土壤中微生物的數(shù)量。微生物量碳是土壤中易于利用的養(yǎng)分庫(kù)及有機(jī)物分解和氮礦化的動(dòng)力，微生物的活性與土壤有機(jī)碳的關(guān)系非常密切，可以把土壤中有機(jī)碳分解的快慢看作是土壤微生物活動(dòng)強(qiáng)弱的外在表現(xiàn)。微生物對(duì)有機(jī)碳的利用率越高，維持相同微生物量所需的能源越少，說(shuō)明土壤環(huán)境有利于土壤微生物的生長(zhǎng)，質(zhì)量比較高。張奇等[18]研究得出秸稈還田處理的土壤微生物生物量碳和氮分別比對(duì)照增加了5%～35%和9%～52%，土壤微生物量碳氮比下降。

其他方面，劉素慧等[19]研究大蒜長(zhǎng)期連作對(duì)其根際土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)連作15～20年，根際土壤微生物結(jié)構(gòu)失調(diào)，土壤酶活性下降，連作障礙明顯。楊宇紅等[20]發(fā)現(xiàn)施用常規(guī)復(fù)合肥利于氨基酸類、胺類物質(zhì)為碳源的微生物生長(zhǎng)，施用有機(jī)肥利于羧酸類物質(zhì)為碳源的微生物生長(zhǎng)，而施用農(nóng)家肥則利于糖類、脂肪酸、酚酸類物質(zhì)為碳源的微生物生長(zhǎng)。楊濱娟等[21]研究了秸稈還田配施化肥能夠增加根際土壤總細(xì)菌、放線菌、真菌、氨氧化細(xì)菌、好氣性自生固氮菌、亞硝酸細(xì)菌、磷細(xì)菌和好氣性纖維素分解菌的數(shù)量，提高過(guò)氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶的酶活性，從而改善土壤生態(tài)環(huán)境。

4.2 研究前沿分析

研究前沿是一個(gè)研究領(lǐng)域中最近、最具有發(fā)展?jié)摿Φ难芯恐黝}，能夠展現(xiàn)學(xué)科未來(lái)的發(fā)展方向。CiteSpace V 主題詞類型選擇“Burst Terms”，節(jié)點(diǎn)類型選擇“keyword”，剪裁方式選擇“Pathfinder”，可視化方式采取“timeline”，獲得土壤微生物研究領(lǐng)域突現(xiàn)詞共現(xiàn)時(shí)間線視圖（圖5）。運(yùn)用LLR 算法對(duì)各個(gè)聚類進(jìn)行標(biāo)識(shí)來(lái)確定研究前沿，其中聚類序號(hào)與聚類大小呈反比，節(jié)點(diǎn)大小與被引頻次呈正比。視圖評(píng)價(jià)指標(biāo)顯示：Q值=0.818 8，S 值=0.942 6，表明視圖聚類效果顯著良好。同一聚類的節(jié)點(diǎn)按照時(shí)間順序排布在同一水平線上，展示該聚類的歷史演變。0 號(hào)聚類“Biolog-ECO”時(shí)間線上的專業(yè)術(shù)語(yǔ)較多且貫穿整個(gè)時(shí)間線，這表明“Biolog-ECO 方法”的應(yīng)用是土壤微生物研究領(lǐng)域的核心研究技術(shù)，也是學(xué)者始終關(guān)注的熱點(diǎn)和前沿主題。高通量測(cè)序（聚類1）時(shí)間線上出現(xiàn)了小麥、鹽堿地、有機(jī)碳、氮沉降、細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性等節(jié)點(diǎn)術(shù)語(yǔ)，涉及的范圍較廣，在土壤微生物領(lǐng)域利用高通量測(cè)序技術(shù)從2013 年開(kāi)始出現(xiàn)零星研究，2017 年文獻(xiàn)量突發(fā)性增長(zhǎng)并保持高增長(zhǎng)率至2019 年達(dá)到78 篇，高通量測(cè)序技術(shù)作為基因組學(xué)研究領(lǐng)域的里程碑，成功應(yīng)用到土壤微生物研究工作中，為土壤微生物定量研究開(kāi)拓了新天地。聚類4“植被恢復(fù)”時(shí)間線上有微生物群落結(jié)構(gòu)、紫色土、生物質(zhì)炭、土壤有機(jī)質(zhì)、植煙土壤等術(shù)語(yǔ)，以2016 年出現(xiàn)的生物質(zhì)炭為重要節(jié)點(diǎn)。

圖5 土壤微生物研究突現(xiàn)詞時(shí)間線圖譜Fig.5 Timeline view of burst keywords of soil microorganism research

突現(xiàn)詞（Burst）探測(cè)算法可以探測(cè)在某一時(shí)間段內(nèi)被引頻次或共現(xiàn)頻次突現(xiàn)度增加的節(jié)點(diǎn)，突現(xiàn)值的大小表現(xiàn)了其研究方向的重要性，以此來(lái)預(yù)測(cè)領(lǐng)域內(nèi)的研究方向[10]。經(jīng)探測(cè)得到前15 個(gè)突現(xiàn)詞（圖6），其中出現(xiàn)最早的突現(xiàn)詞為“dgge”，持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的關(guān)鍵詞是“氮沉降”（2014—2019 年），最近出現(xiàn)的突現(xiàn)詞為“高通量測(cè)序”“biolog-eco”和“氮肥”。突現(xiàn)值最大的關(guān)鍵詞為“高通量測(cè)序”，突現(xiàn)值為40.40，可以認(rèn)為高通量測(cè)序是自2017 年出現(xiàn)以來(lái)被熱門關(guān)注和探討的主題，研究學(xué)者在利用高通量測(cè)序方法分析土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及數(shù)量方面進(jìn)行了深入探討，成為土壤微生物研究領(lǐng)域的前沿。楊廣榮等[22]利用Illumina 高通量測(cè)序技術(shù)測(cè)定分析16S rDNA，研究了茶園土壤細(xì)菌群落多樣性；王悅等[23]采用MiSeq 高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)不同種植模式下丹參根際土壤中細(xì)菌的16S rDNA 基因V3～V4 區(qū)片段和真菌18S rDNA 基因V4 區(qū)片段進(jìn)行測(cè)序，研究了細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)的變化。隨著分子生物學(xué)及生物信息學(xué)的迅速發(fā)展，利用高通量測(cè)序、核酸雜交技術(shù)、DNA 指紋圖譜技術(shù)和基因芯片等分子生物學(xué)方法來(lái)分析土壤微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)，以及應(yīng)用宏基因組學(xué)、宏蛋白組學(xué)及代謝組學(xué)等系統(tǒng)生物學(xué)的方法研究土壤微生物活性及功能的演變規(guī)律已成為土壤生物學(xué)領(lǐng)域的趨勢(shì)。

圖6 土壤微生物研究突現(xiàn)詞分布圖譜Fig.6 Distribution of burst keywords of soil microorganism research

（1）在2017 年利用Biolog-ECO 方法研究土壤微生物群落功能多樣性成為焦點(diǎn)前沿。Biolog-ECO 技術(shù)是研究微生物群落功能多樣性的方法，由于操作簡(jiǎn)單、獲得信息量大等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注[24,25]。孫雪等[26]采用Biolog-ECO 微平板檢測(cè)法研究原始紅松林及次生林中土壤微生物功能多樣性的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)原始林土壤微生物對(duì)各類碳源的綜合利用強(qiáng)度均大于次生林，不同林型下土壤微生物群落的優(yōu)勢(shì)碳源類型存在一定的差異；翟文婷等[27]研究發(fā)現(xiàn)放牧活動(dòng)能顯著影響環(huán)青海湖地區(qū)高寒草原土壤微生物群落代謝特征。

（2）氮沉降是自2014 年以來(lái)持續(xù)被高度關(guān)注的研究主題。隨著人類活動(dòng)向大氣中排放的活性氮化合物激增，大氣氮素沉降也呈迅猛增加的趨勢(shì)。大氣氮沉降數(shù)量的急劇增加將嚴(yán)重影響陸地及水生生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和穩(wěn)定性[28]。氮添加通常會(huì)減少微生物的生物量，改變微生物群落結(jié)構(gòu)。氮沉降會(huì)導(dǎo)致土壤微生物生物量、真菌生物量以及真菌與細(xì)菌生物量比值下降，細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成改變，土壤微生物活性下降，某些功能基因豐度下降[29]。另外，氮添加可通過(guò)影響土壤養(yǎng)分的有效性來(lái)改變土壤酶活性，增加土壤有效氮的含量從而降低與微生物氮獲取相關(guān)的酶活性。鄧玉峰等[30]的研究結(jié)果表明模擬氮沉降下施用石灰措施能夠改善休耕紅壤生境，降低因氮沉降造成的酸化對(duì)根際微生物群落的危害，加速土壤生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。

（3）生物炭作為有效的土壤改良劑，對(duì)土壤微生物也具有一定影響。借由生物炭封存的獨(dú)特方式，捕捉與清除大氣中的溫室氣體，并轉(zhuǎn)化成非常穩(wěn)定的形式，可儲(chǔ)存在土壤中達(dá)數(shù)千年之久[31]。另外，生物炭特殊的蜂窩狀結(jié)構(gòu)成為水分和肥料的儲(chǔ)存庫(kù)，可以提高土壤肥力。王彩云等[32]研究表明生物炭施用可以改善溫室黃瓜連作土壤的理化性質(zhì)，提高土壤細(xì)菌數(shù)量，降低有害真菌數(shù)量，使根際土壤微生物的代謝活性增強(qiáng)，功能多樣性提高，改良了土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)。

5 結(jié)論與討論

經(jīng)上述分析可知，近10 年來(lái)中國(guó)土壤微生物領(lǐng)域的研究一直保持較高熱度，2010—2017 年保持平穩(wěn)中略有增長(zhǎng)趨勢(shì)，各年份的文獻(xiàn)出版量均保持在500 篇以上（2018 年除外），2019 年達(dá)最高752 篇。核心發(fā)文機(jī)構(gòu)由西北農(nóng)林科技大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)等著名農(nóng)林院校和中科院、農(nóng)科院下屬的研究所組成，專業(yè)屬性極明顯，《生態(tài)學(xué)報(bào)》 為土壤微生物研究中文論文發(fā)表的首要平臺(tái)。

2010—2015 年的研究熱點(diǎn)主要集中在DGGE 研究方法、土壤微生物量碳氮、土壤微生物區(qū)系、不同土地利用方式、土壤類型（紫色土）方面。2015 年之后，在馬鈴薯、微生物功能多樣性、氮沉降和生物炭方面形成了熱點(diǎn)研究主題。2017 年開(kāi)始高通量測(cè)序既是土壤微生物領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，又是該學(xué)科的前沿趨勢(shì)。由于溫室氣體排放導(dǎo)致氣候變化給全球帶來(lái)的影響不容小覷，氮沉降作為自2014 年開(kāi)始的突現(xiàn)熱點(diǎn)至今仍被高度關(guān)注，繼續(xù)作為土壤微生物研究的前沿方向等待科研學(xué)者深入挖掘。生物炭可作為碳匯儲(chǔ)存碳，微生物作為不同形態(tài)碳的加工者，運(yùn)用生物炭的特性來(lái)改善土壤微生態(tài)環(huán)境的利弊，引發(fā)了眾多學(xué)者紛紛加入到此研究主題中，作為土壤微生物領(lǐng)域至今爭(zhēng)論不休的熱點(diǎn)及前沿。

隨著科學(xué)研究的進(jìn)步與發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)土壤微生物在土壤生態(tài)環(huán)境乃至整個(gè)生物圈中扮演著至關(guān)重要的角色。中國(guó)聚焦在森林土壤、鹽堿土、青藏高原凍土、污染土壤等方面，利用不同技術(shù)方法（基于16S rRNA 序列分析的各種方法、穩(wěn)定同位素探針技術(shù)、宏基因組學(xué)技術(shù)等），也持續(xù)展開(kāi)了對(duì)土壤微生物多樣性的深入研究并獲取相關(guān)重要數(shù)據(jù)，具有較高的參考價(jià)值。將來(lái)對(duì)土壤微生物的研究其涉及面會(huì)越來(lái)越廣，跨學(xué)科跨領(lǐng)域（環(huán)境學(xué)、微生物學(xué)、農(nóng)業(yè)資源利用、植物學(xué)等）將成為常態(tài)，科研工作者可以跨學(xué)校單位進(jìn)行研討合作，各團(tuán)隊(duì)間增強(qiáng)溝通交流，獲取新生力量和智庫(kù)資源。

由于文獻(xiàn)量較多，受寫作篇幅所限，本文選擇的土壤微生物研究相關(guān)文獻(xiàn)的發(fā)表年度是2010—2019年，側(cè)重于利用CNKI 學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫(kù)中文文獻(xiàn)分析中國(guó)近10 年該領(lǐng)域的研究狀況，通過(guò)利用CiteSpace軟件繪制知識(shí)圖譜，取得了直觀良好的分析效果。在今后的工作中若同步分析英文文獻(xiàn)，將會(huì)給研究人員提供更全面詳盡的情報(bào)資料。