基于Web of Science 對土傳病害研究現狀和趨勢的計量分析*

嚴 康，汪海珍?，樓 駿，2，徐建明

（1. 浙江大學土水資源與環境研究所，浙江省農業資源與環境重點實驗室，杭州 310058；2. 湖州師范學院生命科學學院，浙江省媒介生物學與病原控制重點實驗室，浙江湖州 313000）

作物的土傳病害是指生活史中部分或者大部分存在于土壤當中的病原體（真菌、細菌、病毒、線蟲和原生動物）在外部條件適宜時侵染植物進而引發的病害[1]。土傳病害已經成為一個世界性的問題[2-3]，危害農業的可持續發展。過去的幾十年里已經開展了大量關于土傳病原微生物的研究，立枯絲核菌[4]、大麗輪枝菌[5]、尖孢鐮刀菌[6]、青枯雷爾氏菌[7]、生痂鏈霉菌[8]和根結線蟲[9]等均為常見的土傳病原體，它們具有廣泛的寄主范圍，可以引起作物減產，造成巨大的經濟損失。由于集約化種植、單一連作等生產模式，土傳病害越來越成為限制作物產量和質量的重要因素[10]。此外，土傳病害的蔓延使得作物產量對農藥依賴程度越來越大，進而造成環境污染的問題[11]。因此，開展土傳病害的研究并對其進行合理防控具有科學意義和實際價值。

在土傳病害的防治中，常采用的有效方法主要有：（1）化學熏蒸，如施用氯化苦、1,3-二氯丙烯與異硫氰酸甲酯等熏蒸劑[12]。溴甲烷最先作為一種土壤熏蒸劑曾被廣泛應用于土傳病害防治中，現因其被確認為是破壞臭氧層的物質而被禁用[13]；（2）嫁接或者選育一些抗病品種，如通過嫁接抗性砧木可以有效減少番茄細菌性枯萎病的發生[14]；（3）在作物種植前采用高溫、蒸汽滅菌、熱水滲濾等物理方式防治土傳病害，這些物理措施不會對環境造成污染[15]；（4）接種熒光假單胞菌[16]、木霉菌[17]等拮抗微生物，或使用從該拮抗微生物中提取出來的抗生物質來防控土傳病害[3,16-17]。（5）接種可以引起作物系統免疫的微生物，達到促進作物生長，提高作物抗性的目的，在一定程度上避免或減少土傳病害帶來的損失[18-19]。（6）作物輪作以及田間覆蓋等農藝措施，例如將菠蘿和香蕉進行輪作可以有效降低土壤中尖孢鐮刀菌的數量，降低下茬香蕉土傳枯萎病的發病率[10]；蔡祖聰團隊報道了土壤中添加易分解有機物料并結合灌溉覆膜可達到強還原土壤滅菌作用，顯著抑制病原微生物的生長[20]。

目前關于土傳病害及其防治的研究較多，但是對該領域的發文數量、學科分布、發文地區、主要學術期刊、研究學者（團隊）、研究熱點及其變化趨勢等的計量分析卻鮮有報道。引文網絡分析工具CiteSpace 具有準確、高效的特點，現已被廣泛應用到醫學、體育、教育以及經濟學等多個領域[21]，另外一個文獻計量軟件VOSviewer 亦已經廣泛應用到多個學科的計量研究[22]。由Web of Science（WOS）的數據庫檢索到的發文數量，可體現科學界對于一個領域的關注重視程度以及該領域的發展程度[23]。基于 CiteSpace 得到的不同學科發文比重可反映不同學科對該領域的研究程度，另一指標中介中心性則體現了一個學科與其他學科的交叉融合程度，且CiteSpace 中關鍵詞的突現分析可揭示領域的研究發展趨勢[24]。采用文獻計量工具VOSviewer，對主要發文國家/地區及機構、作者進行計量分析，可得到不同國家/地區及機構、主要研究學者（團隊）在某一領域中的研究程度與合作強度[25]。關鍵詞能簡要表達全文主旨，代表文章主要研究內容，基于VOSviewer 關鍵詞共現網絡，可反映一個領域研究熱點[26]。CiteSpace 和VOSviewer 均可以進行作者、機構、文獻共被引、期刊共被引的分析，但是兩者的分析結果存在差異，VOSviewer 更加接近Web of Science（WOS）的數據[27]。

本文結合CiteSpace 和VOSviewer 軟件的各自優勢，利用 CiteSpace 對土傳病害研究領域學科分布及關鍵詞突現指標進行分析，利用 VOSviewer軟件對主要發文國家/地區、機構及作者合作關系進行分析，基于VOSviewer 的關鍵詞共現網絡，分析該領域的研究熱點。同時運用HistCite 引文圖譜分析工具的重要參數即本地總引用次數（Total local citation score，TLCS）與總引用次數（Total global citation score，TGCS）來定位主要學術期刊等信息[28]。通過計量分析，全面了解土傳病害研究領域發展現狀與前沿趨勢，并對土壤科學及其工作者在該領域的研究展開了剖析，以期為未來土傳病害研究及防控提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本文文獻計量的數據來源于美國湯森路透公司（Thomson Reuters）WOS 核心合集數據庫，該數據庫被廣泛應用于文獻計量的研究中[25]。文獻檢索的主題詞土傳病害設置為（soil borne disease）OR（soilborne disease）OR（soil-borne disease）。設置檢索時間為1990 年至2019 年，所有文獻的檢索日期為 2019 年 2 月 21 日，選定文獻類型為 Article 和Review。通過檢索，得到的文獻數量是3795 篇。

1.2 研究方法

利用WOS 核心合集自帶的分析工具、CiteSpace軟件、VOSviewer 軟件與 HistCite 軟件對 1990—2019間發表的3795 篇文獻從發文量及學科分布、發文國家/地區與機構、期刊來源、研究團隊、研究熱點及發展趨勢進行計量分析。CiteSpace 分析的節點類型（Node Types）選擇學科領域（Category）分析學科分布，選擇2014 年以后的關鍵詞（Keyword）突現指標（Burstness）來描述近五年來的研究發展趨勢。通過VOSviewer 科研合作網絡來分析主要的發文國家/地區（Countries）、機構（Origanizations）、作者（Authors）之間的合作關系，并分析節點間的連接總強度（Total link strength，TLS）。基于VOSviewer的共現分析（Co-occurrence），選定所有關鍵詞（All keywords）這一選項，并設置閾值（35）統計出現次數較多的關鍵詞，反應該領域的研究熱點。其中，關鍵詞biological control 與biocontrol 屬于同義詞，對其進行合并。此外，利用 HistCite 中本地總引用次數（TLCS）與總引用次數（TGCS）兩個重要參數來確定土傳病害研究領域的主要學術期刊。

2 結果與討論

2.1 發文數量與學科分布

檢索結果表明發文量逐年增加（圖 1a），亦即土傳病害越來越受到人們的重視。土傳病害的研究涉及多個學科與領域。在 WOS 類別中發文較多的有植物科學、農學等（圖1b）。對WOS 類別選定soil science 來精煉，歸屬到土壤科學的文獻數量增加幅度相較于植物科學來說并不大。基于 WOS 核心合集檢索到的結果與蔡祖聰等基于百鏈網檢索到的結果一致[29]，即總體發文數量上升，但是發表在土壤科學相關期刊上的文章有限（百鏈網檢索占比不足2%）。利用CiteSpace 進行領域的共現分析，結果表明土傳病害的研究涉及多個研究領域，已引起多個學科的共同關注（表1）。發文數量排在前三位的學科有植物科學、農學、農藝學，但環境科學與生態學的中介中心性最高。值得注意的是，土壤科學領域發文數量較少（前十學科中占比5.19%）、中介中心性低，且土壤科學在土傳病害研究領域與其他學科交叉有限。土壤科學在揭示土壤病原微生物生長狀況及防控上具有優勢[29]，加強土壤學工作者對土傳病害的研究將促進土傳病害和土壤學領域的協同發展。

圖1 1990—2019 年文獻產出量（a）及前十發文學科的占比（b）Fig. 1 Document output（a）and proportions of the top 10 disciplines（b）during1990-2019

表1 發文數量與中介中心性排名前十的學科Table 1 Top 10 disciplines in terms of number of papers and intermediary centrality

2.2 發文的主要國家/地區與機構

利用VOSviewer 可視化軟件對世界各國在土傳病害研究領域發文數量及各國間的合作關系進行分析，結果如圖2 所示，圖中圈的大小反映了國家/地區發文情況，連線則表示相互間聯系的密切程度。發文數量統計結果為，美國最多（發文1 080 篇），其次為中國（發文472 篇）。此外，澳大利亞、法國、德國、意大利、印度、西班牙、加拿大、日本等也均在土傳病害研究領域發表了很多優秀論文。中國主要發文機構包括南京農業大學（發文80 篇）、中國農業科學院（發文76 篇）、中國科學院（發文43篇）、中國農業大學（發文28 篇）、浙江大學（發文24 篇）、華中農業大學（發文 18 篇）、南京師范大學（發文14 篇）等。

根據 VOSviewer 的總聯系強度（TLS）參數值來看，美國（TLS 值為 429）、中國（TLS 值為 196）、英國（TLS 值為142）、法國（TLS 值為138）等國家在土傳病害研究領域的國際合作聯系密切。由圖2 中的連線可知，美國、澳大利亞、加拿大、日本等在土傳病害問題的研究上與中國合作緊密。另由機構合作分析網絡中可見，美國農業部農業研究組織（USDA ARS）與論文產出各主要機構的合作關系密切（圖 3），總聯系強度參數（TLS）大小為美國農業部農業研究組織（USDA ARS，TLS 值為155）、華盛頓州立大學（Washington State Univ，TLS值為82）、法國農業科學研究院（INRA，TLS 值為71）、佛羅里達大學（Univ Florida，TLS 值為 66）。由圖3 中的連線可見，南京農業大學和中國農科院、浙江大學、美國農業部農業研究組織、中國科學院等機構均有較密切合作。

圖2 論文產出國之間的合作Fig. 2 Cooperations between paper contributor countries

圖3 論文產出主要機構之間的合作Fig. 3 Cooperations between main paper contributor institutions

2.3 發文的主要國際刊物

由HistCite 軟件分析結果可見，發文數量TOP3的期刊是Plant Disease（發文 193 篇）、European Journal of Plant Pathology（發文 148 篇）和Crop Protection（發文136 篇）。本地引用次數（TLCS）、總引用（TGCS）次數較高的期刊有Phytopathology、Plant Disease等，其中大多數期刊被歸類至植物科學（Plant Science）中，也有典型的土壤科學期刊如Soil Biology & Biochemistry和 Applied Soil Ecology等，但是發表在這些期刊上的文章數量遠少于植物科學的相關期刊（表 2）。土傳病害研究領域主要的發文期刊中影響因子較高的有：Soil Biology & Biochemistry（6.065）、Plant Disease（3.770）、Plant and Soil（3.761）以及Applied Soil Ecology（3.714）等。

表2 1990—2019 年土傳病害研究領域研究發文量排名TOP10 期刊Table 2 Top10 journals in terms of number of papers published addressing soil borne diseases during the 1990—2019

2.4 發文的主要研究學者

如圖4 所示，圓圈大小表示發文數量的多少，圖中僅顯示合作關系密切的作者之間的聯系。由發文數量上來看，Shen Qirong（沈其榮，發文50 篇）、Gilligan Christopher A（發文 19 篇）、Mazzola Mark（發文17 篇）、Weller David M（發文16 篇）、Cao Aocheng（曹坳程，發文14 篇）、Cai Zucong（蔡祖聰，發文10 篇）等是土傳病害研究領域高產作者。另根據VOSviewer 的總聯系強度參數（TLS）分析表明，沈其榮（TLS 參數為127）、曹坳程（TLS 參數為71）、王秋霞（TLS 參數為71）、顏冬冬（TLS參數為71）等與該領域其他作者間合作密切。

2.5 土傳病害研究熱點

2.5.1 生物防控 關鍵詞簡要表達全文主旨，代表文章主要研究內容，一個關鍵詞出現頻率越大，表示相關主題受關注程度就越高。biocontrol 是出現次數最高的關鍵詞，出現次數766 次，表明對于土傳病害的生物防控是目前研究的熱點（圖5）。在關鍵詞共現網絡中與 biocontrol 關系密切的有根際（rhizosphere）、哈茨木霉（Trichoderma harzianum）、熒光假單胞菌（Pseudomonas fluorescens）、系統抗性（systemic resistance）、立枯絲核菌（Rhizoctonia solani）、尖 孢 鐮 刀 菌 （Fusarium oxysporum）、 機 制（mechanisms）、抑制（suppression）、多樣性（diversity）、生長（growth）、土傳病原微生物（soil-borne pathogens）、熏蒸（fumigation）、存活（survival）等（圖5）。

以青枯病為例，目前生物防控青枯病致病性勞爾氏菌的措施主要分成兩個方面：（1）從田間植物根際土壤中篩選出拮抗菌來防控青枯病。如圖 5所示，生物防控關鍵詞與一些典型拮抗菌（熒光假單胞菌、木霉等）關系密切。拮抗微生物如哈茨木霉、熒光假單胞菌均為土傳病害生物防治的潛力菌株[16-17]。有研究報道施用含有木霉的生物有機肥可以明顯降低根際土壤中勞爾氏菌的相對豐度，對煙草的青枯病有一定的防控效果[30]。（2）利用無致病力的勞爾氏菌抑制致病性勞爾氏菌的生長。有研究表明將無致病力的勞爾氏菌接種于番茄土壤中，無致病力的病原微生物可抑制致病菌的生長[18]。此外，目前熏蒸結合生物防治的方法能在較大程度上減少土壤中病原微生物的相對豐度，抑制土傳病害[3]。

圖4 重要作者之間的合作關系Fig. 4 Cooperations between major authors.

圖5 關鍵詞共現網絡Fig. 5 Keywords co-occurrence network

2.5.2 重點關注的病原微生物 這些高頻關鍵詞中，出現頻數排名前四的土傳病原微生物分別是立枯絲核菌（Rhizoctonia solani）、大麗輪枝菌（Verticillium dahlia）、尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum）和青枯雷爾氏菌（Ralstonia solanacearum）等典型的病原微生物，出現頻數排名前三名的均為典型的真菌病害，也反映了土傳病原微生物中真菌占主導地位。這些土傳病原微生物寄主范圍廣，且會使重要的糧食經濟作物減產甚至絕收，造成巨大的經濟損失[4-7]。如禾本科作物（玉米、水稻等）、豆科（大豆、花生等）、茄科（煙草、馬鈴薯等）、十字花科（如油菜）等均為立枯絲核菌的侵染對象[4]。立枯絲核菌能廣泛適應土壤的溫度濕度條件，具有很強的生存能力[4]。大麗輪枝菌是一種典型的土傳病原微生物，可以引起作物患黃萎病，并且能以微菌核的形式長時間存活在土壤當中，很難控制[5]。尖孢鐮刀菌導致香蕉的枯萎病，造成巨大的經濟損失[3]。青枯雷爾氏菌是一種典型的細菌性病害，寄主范圍很廣，包括多種重要的經濟作物，通過傷口或根尖、裂縫進入到根部、并侵入植物木質部導管，阻礙植物水分運輸[7]。

2.5.3 土傳病害研究熱點聚類 根據關鍵詞共現網絡（圖 5），土傳病害研究領域關鍵詞可以劃分為四個聚類，圖中不同的顏色表示不同的聚類。關鍵詞聚類一主要是土傳病害的熏蒸和田間管理措施，包括的主要關鍵詞有amendments（改良）、biofumigation（生物熏蒸）、crop rotation（輪作）、fumigation（熏蒸法）、management（管理）、methyl bromide（溴甲烷）、tillage（耕種）等。關鍵詞聚類二主要是土傳病害的生物防控，在本聚類中涵蓋了典型的拮抗微生物，包括的主要關鍵詞有biocontrol（生物防控）、Bcillus subtilis（芽孢桿菌）、Clar mycorrhizal（ 叢 枝 菌 根 ）、Fuorescent pseudomonads（假單胞菌）、Trichoderma harzianum（哈茨木霉）、bacterial communities（細菌群落）、antifungal activity （ 抗 真 菌 活 性 ）、 microbial communities（微生物群落）、rhizosphere（根際）、rhizobacteria（根際細菌）、systemic resistance（系統抗性）等。關鍵詞聚類三主要是植物對土傳病害誘導抗性及其機制， 包括的主要關鍵詞有Arabidopsis-thaliana（擬南芥）、colonization（定殖）、gene（基因）、gene expression（基因表達）、infection（感染）、protein（蛋白）、salicylic acid（水楊酸）、systemic acquired-resistance（誘導抗病性）等。水楊酸是植物啟動自身免疫機制，抵御外界病原微生物入侵過程中的關鍵信號分子，參與植物對生物和非生物的脅迫的應答[31]。關鍵詞聚類四主要是土傳病原微生物及相關分子研究技術，包括的關鍵詞有1st report（初次報道）、climate change（氣候變化）、diversity（多樣性）、ecology（生態）、genetic diversity（遺傳多樣性）、genome（基因組）、real-time PCR（實時熒光定量 PCR）、markers（標記）、strains（菌株）、transmission（傳播）、virulence（毒性）、quantification（量化）等。需要指出的是，對土傳病原微生物的數量生態學研究越來越引起了重視，利用現代分子生物學手段對土壤中病原微生物（特定基因）定量的相關研究越來越多[3,10]。

2.6 土傳病害研究領域發展趨勢

基于 CiteSpace 對土傳病害研究領域關鍵詞突現指標的分析，選擇 2014 年以后的突現詞來描述近五年來的研究發展趨勢（表 3）。通過對研究熱點（圖5）及關鍵詞突現分析（表3），進行總結與歸納，可以發現目前土傳病害研究領域主要呈現以下幾個研究趨勢。

2.6.1 土壤微生物多樣性與土傳病害間的關系

關鍵詞突現指標中，多樣性（diversity，16.967）、微生物群落（microbial community，11.230）、細菌群落（bacterial community，10.826）等有很高的突現強度（表3），這些關鍵詞在關鍵詞共現網絡中出現次數也較高（圖5）。高通量測序技術的發展極大推動了對微生物群落與多樣性等的理解，為探求病原微生物與土壤微生物群落間的交互作用提供了有力手段[3,10]，并使得在基因水平上研究土壤微生物成為了可能。通過研究土壤微生物多樣性對功能明確的典型土傳病原微生物（如2.5.2 中所提及）存活及其侵入寄主植物的影響，可明晰土壤微生物多樣性與土傳病害間的關系[29]，并對高效防控土傳病害、挖掘土壤微生物多樣性與功能信息以及土壤生物學的發展起到推動作用。

2.6.2 寄主植物與病原微生物間的關系 植物生長（plant growth，14.161）、尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum，11.753）、擬南芥（Arabidopsis-thaliana，11.658）與根際微生物組（rhizosphere microbiome，9.341）等突現強度也較高，在關鍵詞共現網絡中也出現了典型病原微生物與易感植物（圖5）。其中，擬南芥（Arabidopsis-thaliana）是研究植物病害的模式植物，擬南芥的植物微生物組在植物免疫中發揮重要作用[32]。需要指出的是，自2017 年以來關于根際微生物組的研究逐漸引起重視（表 3），土傳病原微生物和根際微生物相互關系是決定作物健康生長的關鍵因素[1]。植物根際有益菌和有害菌共同互作決定寄主植物的健康生長，研究土傳病害發生的根際微生態機理將加深對土傳病害的認識，獲得更有效的土傳病害防控措施。

表3 近5 年關鍵詞突現指標Table 3 Keywords with the strongest citation bursts in the recent 5 years

2.6.3 土傳病害防控機制與技術 首次報道（1st report，14.052）、毒性（virulence，13.795）、有機改良劑（organic amendment，7.318）等的突現強度也較高（表3）。首次報道（1st report）的論文主要關注于土傳病害防控機制的研究，如Shrestha 等[33]首次報道蘇云金芽孢桿菌可以降解病原真菌的細胞壁，在一定程度上抑制了菌核病。毒性（virulence）往往是指一些病原微生物會釋放有毒的代謝物質，近期有研究表明生物炭的添加有利于在植物根附近去除毒力因子，降低病原微生物對植物的危害作用[34]。此外，有機改良劑（organic amendment）的合理施用在一定程度上可抑制土傳病害的發生與蔓延。如沈其榮團隊長期從事土壤微生物與有機（類）肥料的研究與開發工作，前期工作中篩選到大量土傳病原微生物的拮抗菌，如SQR9、NJN-6 等均對病原微生物生長具有明顯抑制作用[35-36]，并將拮抗菌制備成生物有機肥，且結合土壤熏蒸更能減少土壤中病原微生物相對豐度，起到抑制土傳病害的作用[3]。高效、綠色及長效的土傳病害防治技術開發與應用，仍將是該領域未來的一個研究重點。

3 結 論

全球范圍內對土傳病害相關研究重視程度越來越高。土傳病原微生物屬于土壤生物的研究范疇，病原微生物存活在土壤環境中，土壤學工作者對土傳病害及其生物防控研究的重視將對土壤學的發展起到一定的推動作用。美國、中國、澳大利亞、法國等國家在該領域發文較多，相互合作密切。土傳病害研究領域主要的發文期刊主要有PlantDisease、European Journal of Plant Pathology和Crop Protection， 本地應用次數較高的期刊有Phytopathology和Plant Disease等。國內學者沈其榮、曹坳程、蔡祖聰等在土傳病害研究領域均發表了較多文章，研究方向有所側重。典型的土傳病原微生物有立枯絲核菌、大麗輪枝菌、尖孢鐮刀菌、青枯雷爾氏菌等，生物防控是土傳病害的研究熱點，根據關鍵詞共現網絡主要可以分為土傳病害的熏蒸和田間管理措施、土傳病害的生物防控、植物對土傳病害誘導抗性及其機制及土傳病原微生物及相關分子研究技術等4 大類。隨著高通量測序的發展，極大地擴展了對土壤微生物群落結構的理解，近些年來對微生物群落、根際微生物的研究已逐年增加。土傳病害未來研究趨勢主要集中于土壤微生物多樣性與土傳病害間的關系、寄主植物與病原微生物間的關系及土傳病害防控機制與技術等方面。