基于Web of Science的土壤微生物研究現狀與熱點分析

曹洋 謝冬冬 徐嬌

摘 要：為了解近5年土壤微生物研究現狀和熱點，以Web of Science核心集合為數據源，利用CiteSpace軟件、VOSviewer軟件，分析2015—2020年發表的與土壤微生物有關的研究性論文的數量、學科、刊物、國家/地區與機構、研究熱點。結果表明：（1）土壤微生物相關研究越來越受重視，發文數量增加迅速;（2）環境科學與生態學、農學和環境科學等學科對土壤微生物的相關研究最多，土壤微生物相關研究在Soil Biology & Biochemistry、Applied Soil Ecology和Science of The Total Environment等期刊上具有較高的發文量和引用次數;（3）中國、美國、德國、澳大利亞、英格蘭等國家在該領域發文最多且合作密切;中國科學院、中國科學院大學、俄克拉荷馬大學、清華大學、美國勞倫斯伯克利國家實驗室等機構發文較多且合作密切;周集中和Kuzyakov Yakov是土壤微生物領域發文數量和被引用次數最多的作者;（4）該領域研究熱點從前期土壤微生物量及組成與功能研究，到土壤微生物群落的結構和功能，再到土壤微生物多樣性、土壤微生物結構與功能，以及在土壤元素生物地球化學循環，土壤微生物與環境之間關系等方面。

關鍵詞：土壤微生物;文獻計量分析;VOSviewer;CiteSpace;Web of Science

中圖分類號 S154.36文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）15-0023-05

Abstract： In order to understand the current research status and hot spots of soil microorganisms in the past five years， the number， disciplines， journals， countries/regions， institutions and research hotspots of research papers related to soil microorganisms published from 2015 to 2020 were analyzed with the core collection of Web of Science as the data source and the software CiteSpace and VOSviewer as the software. The results showed that ：（1） More and more attention was paid to soil microbial research， and the number of articles published increased rapidly;（2） Subjects such as Environmental Science and Ecology， Agriculture and Environmental Science have the most studies on soil microorganisms. Soil microbial researches have a high number of publications and citations in journals such as Soil Biology & Biochemistry， Applied Soil Ecology and Science of The Total Environment.（3） China， the United States， Germany， Australia， England and other countries have the most publications and close cooperation in this field; The Chinese academy of sciences， the university of Chinese academy of sciences， the university of Oklahoma， Tsinghua university， Lawrence Berkeley national laboratory and other institutions have published many articles and cooperated closely. Zhou Jizhong and Kuzyakov Yakov are the authors with the most published and cited articles in the field of soil microbiology.（4） Research focuses in this field range from the preliminary study of soil microbial biomass and composition and function， to the structure and function of soil microbial community， to soil microbial diversity， soil microbial structure and function， as well as the biogeochemical cycle of soil elements and the relationship between soil microorganisms and the environment.

Key words： Soil Microorganism; Bibliometric Analysis; VOSviewer; CiteSpace; Web of Science

土壤微生物數量巨大，種類繁多，是連接不同圈層物質與能量交換的重要紐帶，同時也是推動土壤物質轉化、能量流動和營養元素生物地球化學循環的動力，被稱為地球關鍵元素生物地球化學循環過程的引擎[1-4]。土壤微生物對環境變化敏感，可反映生態系統功能變化和土壤質量的敏感指標[5，6]。隨著分子技術的不斷成熟，從初期對細菌、真菌以及放線菌等的描述性研究，到分子、細胞、群落等不同尺度的系統研究，深入到農業、環境、生態等重要領域進行了大量的基礎研究[7]。目前，土壤微生物多樣性及其功能、土壤微生物與環境相互作用的機制、土壤微生物為基礎的生物地球化學循環等多方面已取得了重要進展。

文獻計量是一種用數學和統計學的方法，以文獻數量、作者、詞匯數量等為研究對象，研究文獻的分布、結構、數量關系、變化規律及定量管理，進而探討科學技術的研究重點、未來趨勢[8，9]。文獻計量具有客觀、準確、應用廣泛等特點，已成為學者分析文獻、獲取領域研究進展與發展趨勢等方面信息的重要途徑[10-16]。田亞平等[17]利用文獻計量法分了中國生態脆弱性的研究進展，研究表明脆弱性實證評價發展迅速，理論研究相對滯后，評價方法缺乏統一規范;李賀等[18]以Web of science為數據源，從大數據理論、儲存與處理分析技術、應用方面分析當前熱點和對未來的展望。

本研究以Web of Science核心合集數據庫（WOS）為數據源，基于文獻計量法，利用WOS自帶分析工具、CiteSpace軟件、VOSviewer軟件分析了土壤微生物領域的發文數量、主要發文刊物、學科分布、國家/地區與機構，了解土壤微生物領域的研究現狀;通過分析關鍵詞、關鍵詞共現網絡等，掌握土壤微生物領域的熱點，以期為土壤微生物研究提供理論指導。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源 本研究以Web of Science數據庫的核心集合為數據源，“soil microbial”、“soil microorganism”、“soil microbe”為檢索詞，檢索時間為近5年（2015—2020年，包含2020年1—3月），文獻類型為“article”，在檢索結果的基礎上手動篩選出土壤微生物相關文獻，最終獲得文獻為4730篇。

1.2 研究方法 利用WOS自帶分析工具、CiteSpace軟件、VOSviewer軟件分析近5年發表的土壤微生物相關文章，對發文數量（1900—2020年）、刊物、學科、國家/地區、機構、關鍵詞進行計量分析。WOS自帶分析工具和CiteSpace分析發文數量、刊物、學科等指標;VOSviewer分析國家/地區、機構、關鍵詞等指標。另外，文中的圖和表格分別用Origin和EXCEL軟件完成。

2 結果與分析

2.1 發文數量、學科分布與刊物

2.1.1 發文數量 圖1為WOS檢索出1900—2020年關于土壤微生物的發文數量。由圖1可知，自1909年有第1篇關于土壤微生物的研究性論文發表以來，總體上發文數量呈上升趨勢，尤其是進入21世紀后增加趨勢加速。關于土壤微生物的研究可分為3個階段，第1階段（1909—1960年）的起步階段，發文數量好，甚至出現中斷現象;第2階段（1961—1992年）文章逐漸增加，這一階段土壤微生物的研究方法取得一定突破，在土壤微生物量方面研究逐漸增加;第3階段（1993—至今）以rRNA為基礎的3域分類理論逐漸得到學術界認可，隨著分子技術的不斷發展[7]，改變了以往土壤微生物學的研究理念，并得到了不同領域和學科的高度關注，發文量呈現快速增加的趨勢。

2.1.2 發文的主要學科和刊物 表1為近5年WOS核心數據集中關于土壤微生物發文數量發文前10位的學科，前3位的學科為環境科學與生態學（Environmental Sciences & Ecology）、農學（Agriculture）和環境科學（Environmental Sciences），發文量分別為1353篇、1261篇、1061篇;中介中心性環境科學與生態學最高，為0.23，其次是土壤科學（Soil Science），為0.22;而微生物（Microbiology）僅排在第5位，發文量為329篇。總體上，土壤微生物受到多學科重視，并進行著多學科交叉研究，從微觀到宏觀多尺度研究，有利于土壤微生物學的發展。從土壤微生物發文數量前10位的期刊（表2）看出，近5年期刊發文量和總引用量的前3位分別為Soil Biology & Biochemistry、Applied Soil Ecology和Science of The Total Environment發文數量321、260和199篇，總引用量分別為5764次、2287次和2017次;從單篇平均引用量看，最高的為Isme Journal，單篇平均引用量為27.32次，其次為Agriculture Ecosystems & Environment，單篇平均引用量為23.78次，而前10位最低的是Applied Soil Ecology，單篇平均引用量為8.80次。從發文數量和引用量看出，土壤微生物的相關論文主要發表在微生物、生態環境、農業、土壤等相關期刊上，而且具有較高的影響因子。

2.2 發文的主要國家/地區、機構和研究學者

2.2.1 主要國家、地區、機構 通過VOSviewer軟件對WOS核心集合近5年發表的土壤微生物論文的主要國家/地區和機構的合作關系進行分析（見圖2、圖3），圖中圓圈代表國家/地區的發文數量，圓圈之間的連線表示國家/機構的聯系強度。從發文數量來看，中國最多（1940篇）、其次是美國（1032篇），排第3名的是德國（389篇），澳大利亞、英格蘭、法國、西班牙、加拿大等國家也發表了較多的論文;從引用量來看，與發文量排序大致相同，單篇平均引用次數瑞士最高（23.36次），其次是英格蘭（17.30次），排第3位是德國（15.67次）。中國發文數量較多的機構有中國科學院（732篇）、中國科學院大學（282篇）、西北農林科技大學（117篇）、中國農業科學院（110篇）、南京農業大學（91篇）等。從總聯系強度（total link strength，TLS）參數值來看，國家層面中國（956）、美國（896）、德國（551）、澳大利亞（370）、英格蘭（299）、法國（281）、西班牙（232）、加拿大（211）等國家在土壤微生物研究上聯系緊密;機構層面中國科學院（1359）、中國科學院大學（599）、俄克拉荷馬大學（Univ Oklahoma，204）、清華大學（178）、美國勞倫斯伯克利國家實驗室（lawrence berkeley natl lab，126）、中國農業科學院（91）、美國密歇根州立大學（michigan state univ，65）、加利福尼亞大學伯克利分校（univ calif berkeley，62）、西北農林科技大學（61）等機構合作較為緊密。

2.2.2 主要研究學者 圖4為近5年發文的主要學者合作關系圖，圖中的圓圈大小代表發文數量，圓圈之間的連線的粗細代表學者之間合作關系的緊密程度。從發文數量和引用次數看，Zhou Jizhong（周集中，發文數量55篇，引用次數1036次）、Kuzyakov Yakov（發文數量47篇，引用次數1073次）、Delgado-Baquerizo Manuel（發文數量28篇，引用次數402次）、Singh Brajesh K.（發文數量28篇，引用次數455次）、Wang Jun（王軍，發文數量28篇，引用次數225次）、Yang Yunfeng（楊云峰，發文數量28篇，引用次數484次）是土壤微生物研究領域高產和引用學者。TLS分析表明，Zhou Jizhong、Van Nostrand Joy D.、He Zhili、Wu Liyou、Deng Ye、Yang Yunfeng、Wang Jun、Tiedje James M.、Luo Yiqi、Wang Jinhua、Zhu Lusheng等人在土壤微生物領域與其他學者合作比較密切。

2.3 熱點分析

2.3.1 高頻關鍵詞分析 關鍵詞是文章內容的高度凝練和總結，可以從本質上表達文章的研究內容，某一關鍵詞出現的頻率越高，說明相關主題受關注程度越高，即反映該研究領域的熱點問題[19]。通過VOSviewer軟件導出高頻關鍵詞，如表3所示。從表3可以看出，關于土壤微生物出現最多的關鍵詞是多樣性（Diversity，詞頻為1108次），其次為微生物量（Microbial Biomass，詞頻為1052次）、排第3位的為微生物群落（Microbial Community，詞頻為1030次），表明這個3個關鍵詞是研究領域的核心部分;細菌（Bacterial）、碳（Carbon）、氮（Nitrogen）、細菌群落（Bacterial Community）、有機質（Organic-Matter）是土壤微生物重要研究內容。從高頻關鍵詞可以看出，土壤微生物研究領域在微生物群落多樣性、土壤微生物對碳氮循環的作用以及對有機質的轉化[20];此外，群落結構（Community Structure）、動態（Dynamics）、降解（Decomposition）、根際（Rhizosphere）、退化（Degradation）等詞頻不斷增加，說明相關方向的研究也受到了重視。

2.3.2 高頻關鍵詞共現網絡分析 通過高頻關鍵詞共現網絡可以分析一個領域高頻關鍵詞及高頻關鍵詞之間的聯系[21]。從圖5可以看出，多樣性、微生物量、微生物、微生物群落、碳、氮、有機質、酶活性等高頻次關鍵詞與其他關鍵詞均有較高的共現性，說明不同研究熱點之間聯系緊密，共同推動著土壤微生物研究領域的發展。研究熱點從前期土壤微生物量及組成與功能研究，到土壤微生物群落的結構和功能，再到土壤微生物多樣性、土壤微生物結構與功能，以及在土壤元素生物地球化學循環，土壤微生物與環境之間關系等方面。這些研究熱點取得的成就有土壤氮素轉化微生物機制、氣候變化下的土壤微生物功能、土壤微生物-土壤肥力影響機制、根際微生物生態環境、土壤表面礦物與微生物的相互影響機理、土壤污染微生物反應機制及污染控制機理等眾多方面[22-32]。

3 結論

隨著分子技術的不斷發展，改變了以往土壤微生物學的研究理念，逐漸受到各學科的重視，尤其是進入21世紀后發文量迅速增加。近5年發文量排前3位的學科為環境科學與生態學、農學和環境科學，發文量分別為1353篇、1261篇、1061篇;發文量和總引用量排前3位期刊分別為Soil Biology & Biochemistry、Applied Soil Ecology和Science of The Total Environment，發文數量分別為321、260和199篇，總引用量分別為5764次、2287次和2017次;從發文數量來看，中國最多（1940篇）、其次是美國（1032篇），排第3名的是德國（389篇）;從總聯系強度看，中國（956）、美國（896）、德國（551）等國家在土壤微生物研究上聯系緊密，其中中國科學院（1359）、中國科學院大學（599）、俄克拉荷馬大學（204）、清華大學（178）、美國勞倫斯伯克利國家實驗室（126）等機構合作較為緊密。Zhou Jizhong（周集中）和Kuzyakov Yakov是土壤微生物領域發文數量和被引用次數最多的作者。多樣性、微生物量、微生物、微生物群落、碳、氮、有機質、酶活性等高頻次關鍵詞與其他關鍵詞均有較高的共現性，說明不同研究熱點之間聯系緊密，共同推動著土壤微生物研究領域的發展。

參考文獻

[1]Wagg C，Bender S F，Widmer F，et al.Soil biodiversity and soil community composition determine ecosystem multifunctionality[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2014，111（14）：5266.

[2]Bardgett R D，van der Putten W H.Belowground biodiversity and ecosystem functioning[J].Nature，2014，515（7528）：505-511.

[3]Devi N B，Yadava P S.Seasonal dynamics in soil microbial biomass C，N and P in a mixed-oak forest ecosystem of Manipur，North-east India[J].Applied Soil Ecology，2006，31（3）：220-227.

[4]付美云，楊寧，楊滿元，等.衡陽紫色土丘陵坡地不同恢復階段土壤微生物與養分的耦合關系[J].生態環境學報，2015，24（01）：41-48.

[5]Ushio M，Balser T C，Kitayama K.Effects of condensed tannins in conifer leaves on the composition and activity of the soil microbial community in a tropical montane forest[J].Plant and Soil，2013，365（1）：157-170.

[6]Li H，Ye D，Wang X，et al.Soil bacterial communities of different natural forest types in Northeast China[J].Plant and Soil，2014，383（1）：203-216.

[7]宋長青，吳金水，陸雅海，等.中國土壤微生物學研究10年回顧[J].地球科學進展，2013，28（10）：1087-1105.

[8]鐘賽香，曲波，蘇香燕，等.從《地理學報》看中國地理學研究的特點與趨勢——基于文獻計量方法[J].地理學報，2014，69（08）：1077-1092.

[9]Nederhof A J.Bibliometric monitoring of research performance in the Social Sciences and the Humanities： A Review[J].Scientometrics，66（1）：81-100.

[10]呂明權，吳勝軍，陳春娣，等.三峽消落帶生態系統研究文獻計量分析[J].生態學報，2015，35（11）：3504-3518.

[11]高懋芳，邱建軍，劉三超，等.基于文獻計量的農業面源污染研究發展態勢分析[J].中國農業科學，2014，47（06）：1140-1150.

[12]鄔亞文，夏小東，職桂葉，等.基于文獻的國內外水稻研究發展態勢分析[J].中國農業科學，2011，44（20）：4129-4141.

[13]趙慶齡，路文如.土壤重金屬污染研究回顧與展望——基于web of science數據庫的文獻計量分析[J].環境科學與技術，2010，33（06）：105-111.

[14]呂紅，馬海群.近8年我國信息構建論文的文獻計量統計分析與評價[J].情報科學，2010，28（10）：1526-1531.

[15]張玲玲，房勇，楊濤，等.管理科學與工程熱點研究領域的文獻計量分析[J].管理學報，2005（04）：379-385.

[16]石慶平，王聞聲，曾曉麗，等.光催化研究與發展的文獻計量分析[J].催化學報，1999（03）：293-296.

[17]田亞平，常昊.中國生態脆弱性研究進展的文獻計量分析[J].地理學報，2012，67（11）：1515-1525.

[18]李賀，袁翠敏，李亞峰.基于文獻計量的大數據研究綜述[J].情報科學，2014，32（06）：148-155.

[19]王耕，常暢，于小茜，等.基于文獻計量分析的珊瑚礁研究現狀與熱點[J].生態學報，2019，39（03）：1114-1123.

[20]Bowles T M，Jackson L E，Cavagnaro T R.Mycorrhizal fungi enhance plant nutrient acquisition and modulate nitrogen loss with variable water regimes[J].Global Change Biology，2018，24（1）：e171-e182.

[21]張玲玲，鞏杰，張影.基于文獻計量分析的生態系統服務研究現狀及熱點[J].生態學報，2016，36（18）：5967-5977.

[22]Balazs H E，Schmid C A O，Podar D，et al.Development of microbial communities in organochlorine pesticide contaminated soil： A post-reclamation perspective[J].APPLIED SOIL ECOLOGY，2020，150（UNSP 103467）.

[23]Li J，Nie M，Pendall E.Soil physico-chemical properties are more important than microbial diversity and enzyme activity in controlling carbon and nitrogen stocks near Sydney，Australia[J].GEODERMA，2020，366（114201）.

[24]Ramirez P B，Fuentes-Alburquenque S，Diez B，et al.Soil microbial community responses to labile organic carbon fractions in relation to soil type and land use along a climate gradient[J].SOIL BIOLOGY & BIOCHEMISTRY，2020，141（107692）.

[25]Liu X，Jiang Q，Hu X，et al.Soil microbial carbon metabolism reveals a disease suppression pattern in continuous ginger mono-cropping fields[J].APPLIED SOIL ECOLOGY，2019，144：165-169.

[26]Shao P，Liang C，Lynch L，et al.Reforestation accelerates soil organic carbon accumulation： Evidence from microbial biomarkers[J].SOIL BIOLOGY & BIOCHEMISTRY，2019，131：182-190.

[27]Piscitelli L，Malerba A D，Mezzapesa G N，et al.Potential microbial remediation of pyrene polluted soil： the role of biochar[J].SOIL RESEARCH，2019，57（8）：807-813.

[28]Li Y，Li Y，Chang S X，et al.Biochar reduces soil heterotrophic respiration in a subtropical plantation through increasing soil organic carbon recalcitrancy and decreasing carbon degrading microbial activity[J].SOIL BIOLOGY & BIOCHEMISTRY，2018，122：173-185.

[29]Liang X，Chen L，Liu Z，et al.Composition of microbial community in pig manure biochar-amended soils and the linkage to the heavy metals accumulation in rice at harvest[J].LAND DEGRADATION & DEVELOPMENT，2018，29（7SI）：2189-2198.

[30]Edwards J D，Pittelkow C M，Kent A D，et al.Dynamic biochar effects on soil nitrous oxide emissions and underlying microbial processes during the maize growing season[J].SOIL BIOLOGY & BIOCHEMISTRY，2018，122：81-90.

[31]Thi H H T，Marschner P.Respiration，available N and microbial biomass N in soil amended with mixes of organic materials differing in C/N ratio and decomposition stage[J].GEODERMA，2018，319：167-174.

[32]Liu Y，He N，Wen X，et al.The optimum temperature of soil microbial respiration： Patterns and controls[J].SOIL BIOLOGY & BIOCHEMISTRY，2018，121：35-42.

（責編：張宏民）