1993—2023年草原土壤微生物領(lǐng)域的文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)分析

摘要：為了更好地管理草原資源、營(yíng)造健康的土壤微生物環(huán)境和草原的可持續(xù)發(fā)展，所以對(duì)長(zhǎng)時(shí)間尺度下的草原土壤微生物研究進(jìn)行總結(jié)歸納。本文基于Web of Science（WoS）和中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）的數(shù)據(jù)，使用可視化軟件對(duì)1993至2023年草地土壤微生物研究的文獻(xiàn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。研究發(fā)現(xiàn)，該領(lǐng)域的研究可劃分為三個(gè)階段：誕生（1993—2002年）、啟蒙（2003—2012年）和成熟（2013—2023年）。主要貢獻(xiàn)國(guó)家為中國(guó)、美國(guó)和德國(guó)，其中中美學(xué)者合作最為緊密；土壤科學(xué)、畜牧與動(dòng)物醫(yī)學(xué)、自然地理學(xué)和測(cè)繪學(xué)是與該領(lǐng)域研究關(guān)聯(lián)最緊密的學(xué)科。研究主題從初期的“微生物活動(dòng)”逐漸轉(zhuǎn)向“生態(tài)功能”，近十年則聚焦于“微生物多樣性與土壤理化性質(zhì)”；未來(lái)研究應(yīng)關(guān)注多樣性、生態(tài)功能、土壤健康及應(yīng)用技術(shù)，以促進(jìn)草原生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)與管理。

關(guān)鍵詞：草原生態(tài)；土壤微生物；可視化分析；生態(tài)修復(fù)

地球的草原覆蓋了約40%的表面積，這些廣闊的區(qū)域不僅為以動(dòng)物為核心的產(chǎn)業(yè)提供了支持，還幫助保持土壤的完整性和生物的多樣性。草原是中國(guó)最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，它的面積是我國(guó)耕地面積的4倍，森林面積的3.6倍。雖然我國(guó)草原面積僅居澳大利亞之后，但人均利用率僅為世界平均水平的1/2，草原資源的稀缺與重要性值得重視。因此，必須加強(qiáng)對(duì)草原生態(tài)環(huán)境的保護(hù)、修復(fù)和利用，充分發(fā)揮草原的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益[1]。

草原土壤微生物是草原生態(tài)系統(tǒng)中最主要的組成成分之一，在整個(gè)草原生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的功能。土壤微生物具有豐富的多樣性，因其生活周期短暫和對(duì)環(huán)境的敏感性，促使其在土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化過(guò)程中可以快速響應(yīng)，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)和組分的變化。在草地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤微生物是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化與循環(huán)的驅(qū)動(dòng)因子，也是植物營(yíng)養(yǎng)元素的主要來(lái)源，其對(duì)土壤的形成與演變具有重要的影響，同時(shí)也是土壤肥力的動(dòng)態(tài)指示器、土壤物質(zhì)循環(huán)的調(diào)節(jié)器、能量流的調(diào)節(jié)器。目前，對(duì)于草原土壤微生物的研究主要集中在短時(shí)間尺度下的草原土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及性質(zhì)等方面，有關(guān)長(zhǎng)時(shí)間尺度下的草原土壤微生物的研究還相對(duì)較少，不足以對(duì)草原土壤微生物研究現(xiàn)狀進(jìn)行更好的分析。草原土壤微生物通過(guò)調(diào)節(jié)草原的生態(tài)平衡來(lái)改善大氣質(zhì)量，從而降低霧霾、沙塵暴等惡劣天氣的出現(xiàn)頻率，并且還會(huì)加強(qiáng)草原生態(tài)系統(tǒng)的防風(fēng)固沙和涵養(yǎng)水源雙重功能，所以應(yīng)該準(zhǔn)確掌握草原土壤微生物的研究前沿動(dòng)態(tài)[2]。

本文采用文獻(xiàn)計(jì)量分析方法，利用VOSviewer等軟件，對(duì)近30年來(lái)與草原土壤微生物研究相關(guān)文獻(xiàn)的發(fā)文數(shù)量、發(fā)文國(guó)家和研究熱點(diǎn)等進(jìn)行可視化分析，系統(tǒng)梳理了草原土壤微生物的研究歷程，以期為合理管理草原資源、營(yíng)造健康的土壤微生物環(huán)境和草原的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文使用的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)包括中文文獻(xiàn)和英文文獻(xiàn)。利用中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索中文文獻(xiàn)，檢索時(shí)間為1993—2023年，數(shù)據(jù)來(lái)源包括學(xué)術(shù)期刊（CSCD、CSSIC和北大核心）、博士論文、碩士論文和國(guó)內(nèi)會(huì)議，采用專業(yè)檢索的方式，以“土壤微生物”“草地”“草原”等為檢索詞，共檢索到975篇，去除無(wú)關(guān)且重復(fù)的文章信息，得到837篇文獻(xiàn)。利用Web of Science（WoS）核心文獻(xiàn)合集檢索英文文獻(xiàn)，其檢索時(shí)間為1993—2023年，文獻(xiàn)類型為“Article”，以

“Soil microorganism”“Grassland ecosystem or Grassland”

等為檢索詞，共檢索到1 373篇，刪除無(wú)關(guān)且重復(fù)的文章信息，得到1 148篇文獻(xiàn)。

1.2 研究方法

文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)，依托統(tǒng)計(jì)與數(shù)學(xué)，深度挖掘海量文獻(xiàn)，揭示學(xué)科結(jié)構(gòu)與發(fā)展動(dòng)向，廣泛應(yīng)用于各學(xué)科前沿研究。該方法精析文獻(xiàn)主題，定性與定量結(jié)合，客觀系統(tǒng)探究趨勢(shì)。VOSviewer作為主流可視化工具，基于共引理論，通過(guò)關(guān)鍵詞共現(xiàn)展現(xiàn)領(lǐng)域熱點(diǎn)，聚類分析國(guó)家、作者及關(guān)鍵詞，實(shí)現(xiàn)可視化展示。本文借此繪制知識(shí)圖譜，剖析草原土壤微生物研究的知識(shí)架構(gòu)與演進(jìn)路徑，梳理近30年發(fā)展脈絡(luò)，為后續(xù)研究提供借鑒。

2 結(jié)果與分析

2.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)文基本情況分析

2.1.1 發(fā)文數(shù)量分析

1993—2023年間，草原土壤微生物研究的文獻(xiàn)數(shù)量呈現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，發(fā)文量由初期的6篇（1993年）躍升至190篇（2023年），標(biāo)志著領(lǐng)域活躍度的顯著提升?；谀臧l(fā)文量的變化特征，該領(lǐng)域的發(fā)展歷程可劃分為三大階段：初期為誕生階段（1993—2002年），

隨后是啟蒙階段（2003—2012年），最終進(jìn)入發(fā)展成熟階段（2013—2023年）。

啟蒙階段（1993—2002年）：程?hào)|升于1993年出版了《森林微生物生態(tài)學(xué)》，填補(bǔ)了森林微生物生態(tài)領(lǐng)域的空白。相較之下，草原土壤微生物生態(tài)研究起步較晚，滯后于農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域，且國(guó)外研究領(lǐng)先國(guó)內(nèi)約半個(gè)世紀(jì)。國(guó)內(nèi)自20世紀(jì)80年代起，雖有學(xué)者涉足該領(lǐng)域，但研究范圍有限，深度不足。此階段，草原土壤微生物研究逐漸引起學(xué)術(shù)界關(guān)注，但文獻(xiàn)產(chǎn)出較少，年均發(fā)文量約為7篇。

誕生階段（2003—2012年）：微生物學(xué)被預(yù)見(jiàn)為未來(lái)的研究熱點(diǎn)，特別是在紀(jì)念美國(guó)微生物學(xué)學(xué)會(huì)成立的大會(huì)上。同期。草地與牧業(yè)科學(xué)大會(huì)聚焦草地生態(tài)系統(tǒng)，草原土壤微生物作為關(guān)鍵要素頻繁亮相。此階段，研究深入到微生物的物種、遺傳、結(jié)構(gòu)及功能多樣性，標(biāo)志著草原土壤微生物多樣性研究的全面展開(kāi)。近年來(lái)，隨著學(xué)科的深入和研究的深入，微生物多樣性的研究也有了新的突破，如PCR-DGGE、PLFA、BIOLOG、克隆文庫(kù)、穩(wěn)定性同位素探針等。上述方法的出現(xiàn)及其觀察結(jié)果的實(shí)用性使得21世紀(jì)初的草原土壤微生物研究熱度升高，年均發(fā)文量增長(zhǎng)至21篇。

成熟階段（2013—2023年）：近年來(lái)，我國(guó)草地土壤微生物生態(tài)研究備受矚目，發(fā)展迅速，研究廣度涵蓋微生物群落多樣性、功能特性、環(huán)境互作機(jī)制及全球氣候變化響應(yīng)等多個(gè)維度。國(guó)際微生物生態(tài)學(xué)大會(huì)頻繁召開(kāi)，匯聚全球頂尖學(xué)者，特別是草原土壤微生物生態(tài)領(lǐng)域的專家，共同分享在微生物多樣性、功能探索及其環(huán)境適應(yīng)性等方面的最新科研進(jìn)展。此外，土壤學(xué)大會(huì)亦聚焦草原土壤微生物議題，深入研討其在土壤構(gòu)建、養(yǎng)分流轉(zhuǎn)及生態(tài)系統(tǒng)功能中的關(guān)鍵作用。此系列會(huì)議與學(xué)者貢獻(xiàn)共促草原土壤微生物研究熱度攀升，年均發(fā)表成果達(dá)65篇。

2.1.2 發(fā)文國(guó)家分析與發(fā)文機(jī)構(gòu)分析

根據(jù)文獻(xiàn)的第一作者國(guó)籍，VOSviewer分析顯示，中國(guó)知網(wǎng)中文文獻(xiàn)第一作者全為中國(guó)籍；WoS英文文獻(xiàn)中，結(jié)果顯示第一作者為中國(guó)國(guó)籍的文獻(xiàn)占總發(fā)文量的31.39％；通過(guò)檢索得到的以上文獻(xiàn)數(shù)據(jù)集中沒(méi)有包含蒙古文和俄文發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)。從目前分析中英文文獻(xiàn)的結(jié)果顯示，中國(guó)學(xué)者是草原土壤微生物研究的主要力量，其次是美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家。

使用VOSviewer對(duì)英文文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，篩選出論文總數(shù)超28篇的國(guó)家合作網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)大小與論文數(shù)量成正比，連線粗細(xì)代表合作頻次。核心國(guó)家為中國(guó)、美國(guó)及德國(guó)，我國(guó)論文占比約61.91%。從合作上看，中美合作最為緊密，隨后是德國(guó)與英國(guó)等國(guó)學(xué)者間的合作。

近30年，草原土壤微生物英文文獻(xiàn)發(fā)文量前10機(jī)構(gòu)中，中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)科學(xué)院大學(xué)的發(fā)文量最多，發(fā)文量之和占總發(fā)文量的58％。國(guó)外機(jī)構(gòu)則主要以哥根廷大學(xué)、法國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院、霍恩海姆大學(xué)等機(jī)構(gòu)為主，其發(fā)文量之和占總發(fā)文量的25％。

2.1.3 發(fā)文學(xué)科分析

由數(shù)據(jù)分析可知，土壤科學(xué)、畜牧與動(dòng)物醫(yī)學(xué)、自然地理學(xué)與測(cè)繪學(xué)在草原土壤微生物研究中領(lǐng)先。其中土壤科學(xué)顯而易見(jiàn)是綜合排名第一的發(fā)文學(xué)科，其全面探討了土壤生態(tài)，含微生物組成與功能；而畜牧與動(dòng)物醫(yī)學(xué)次之，主要關(guān)注土壤微生物對(duì)牧草生長(zhǎng)及畜牧業(yè)的影響。此外，在草原土壤微生物研究中，自然地理學(xué)和測(cè)繪學(xué)提供了草原空間分布、地形地貌等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，通過(guò)GIS等技術(shù)支持了研究，共同推動(dòng)該領(lǐng)域發(fā)展。

2.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)文關(guān)鍵詞分析

研究熱點(diǎn)、發(fā)文數(shù)量和關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻率有密切聯(lián)系，高頻關(guān)鍵詞更迭代表著研究熱點(diǎn)的變化，發(fā)文增長(zhǎng)反映內(nèi)容擴(kuò)展。本文用VOSviewer分析草原土壤微生物文獻(xiàn)關(guān)鍵詞，合并同義詞后列出前十，剔除檢索詞 “土壤微生物”“草原”“草地”等后，結(jié)合時(shí)間成果分析熱點(diǎn)：

（1）“carbon”“microbial biomass”“decomposition”

等關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻次占總頻次的36％。2002年前，草原土壤微生物活動(dòng)為研究焦點(diǎn)，尤其是其參與的碳循環(huán)、生物量變化及有機(jī)物分解過(guò)程。自20世紀(jì)中后期以后，學(xué)者們對(duì)于草原土壤微生物的研究逐漸深入，除參與有機(jī)質(zhì)、氮轉(zhuǎn)化的過(guò)程之外，還涉及土壤酶、根際微生物[3]、菌根、微生物與土壤結(jié)構(gòu)形成、人造有機(jī)物（農(nóng)藥、塑料）降解、金屬轉(zhuǎn)化等多個(gè)領(lǐng)域。例如，從被鎘污染的農(nóng)田土中分離鑒定出一株鎘抗性細(xì)菌假單胞菌B7，培養(yǎng)后可利用該菌株完全去除樣品溶液中的鎘離子。

（2）21世紀(jì)初“土壤酶活性”“放牧強(qiáng)度”

“diversity”“nitrogen”等關(guān)鍵詞為主導(dǎo)，其出現(xiàn)頻次占總頻次的26％，表明2003—2012年草原土壤微生物的生態(tài)功能成為研究熱點(diǎn)。草原土壤微生物在養(yǎng)分循環(huán)、土壤結(jié)構(gòu)改善、生物固氮、促進(jìn)植物生長(zhǎng)以及病害防治等方面發(fā)揮著重要的生態(tài)功能。這些功能保障草原生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。如農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中豆科植物和根瘤菌共生固氮是草原土壤微生物發(fā)揮生態(tài)功能的重要體現(xiàn)?！盎哪菰钡母哳l出現(xiàn)則表明該時(shí)期研究區(qū)域已經(jīng)開(kāi)始擴(kuò)展到荒漠草原地區(qū)。

（3）近10年，“高通量測(cè)序”“土壤理化性質(zhì)”

“diversity”“responses”等關(guān)鍵詞占主導(dǎo)，其出現(xiàn)頻次占總頻次的28％，說(shuō)明2013—2023年草原土壤微生物多樣性及其對(duì)土壤理化性質(zhì)響應(yīng)成為主題。在高通量測(cè)序技術(shù)的助力下，可以快速準(zhǔn)確獲取微生物群落遺傳信息，揭示其分布多樣性與變化規(guī)律[4]。通過(guò)研究草原生態(tài)系統(tǒng)微生物生態(tài)過(guò)程，促進(jìn)草原資源的保護(hù)與可持續(xù)利用。“荒漠草原”“高寒草原”等詞高頻出現(xiàn)則表明該時(shí)期研究區(qū)域除了荒漠草原地區(qū)也已經(jīng)擴(kuò)展到高寒草原地區(qū)。

2.3 國(guó)內(nèi)外研究未來(lái)發(fā)展預(yù)測(cè)

對(duì)草原土壤微生物研究各個(gè)發(fā)展階段的高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行分析后，可以看出，草原土壤微生物研究的未來(lái)方向主要包括以下三個(gè)方面。

首先，未來(lái)草原土壤微生物研究將深耕土壤理化性質(zhì)，特別是營(yíng)養(yǎng)含量與比例、質(zhì)地等。通過(guò)綜合分析這些因素，以精確揭示微生物多樣性與土壤環(huán)境的關(guān)聯(lián)。

其次，微生物生態(tài)學(xué)研究手段不斷進(jìn)化，從培養(yǎng)分離到測(cè)序與生物信息學(xué)，再引入分子生物學(xué)技術(shù)，突破微生物研究局限。第三代測(cè)序技術(shù)因長(zhǎng)序列、快速及便攜等優(yōu)勢(shì)，預(yù)示了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)序的趨勢(shì)。但目前該技術(shù)成熟度不及第二代，后者仍為當(dāng)前主流測(cè)序手段。

最后，隨著全球氣候變化的加劇，草原土壤微生物對(duì)氣候變化的響應(yīng)也將成為研究的熱點(diǎn)。研究人員將關(guān)注溫度升高、降雨模式改變等因素對(duì)土壤微生物多樣性的影響，以及微生物如何適應(yīng)和響應(yīng)這些變化[5]。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)近30年草原土壤微生物的相關(guān)研究進(jìn)行詳細(xì)梳理后，得出以下結(jié)論。

（1）草原土壤微生物研究的發(fā)文數(shù)量經(jīng)歷了誕生階段（1993—2002年）、啟蒙階段（2003—2012年）、

成熟階段（2013—2023年）三個(gè)階段的變化，發(fā)展到21世紀(jì)以來(lái)英文文獻(xiàn)的發(fā)文量急劇增加，其中第一作者為中國(guó)國(guó)籍的文獻(xiàn)占31.39％，中國(guó)科學(xué)院在發(fā)文單位中排名第一。

（2）發(fā)文學(xué)科中土壤科學(xué)、畜牧與動(dòng)物醫(yī)學(xué)、自然地理學(xué)和測(cè)繪學(xué)這三個(gè)學(xué)科排名靠前，說(shuō)明這些學(xué)科與草原土壤微生物的研究有著密切的關(guān)聯(lián)。同時(shí)，這也反映了草原土壤微生物研究是一個(gè)多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，需要不同學(xué)科的知識(shí)和方法共同推動(dòng)其發(fā)展。

（3）近30年草原土壤微生物相關(guān)研究依次集中在草原土壤微生物參與的活動(dòng)、草原土壤微生物的生態(tài)功能、草原土壤微生物多樣性及其對(duì)土壤理化性質(zhì)響應(yīng)這三個(gè)方面。同時(shí)，21世紀(jì)初，研究還主要集中在荒漠草原地區(qū)，到了2013—2023年，研究區(qū)域已經(jīng)擴(kuò)展到高寒草原地區(qū)和荒漠草原地區(qū)。

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