基于文獻計量學的高海拔地區土壤微生物研究的可視化分析

王君惠， 喻 武， 丁宇浩， 黃莎琳， 徐金杰， 王小姣

(西藏農牧學院 資源與環境學院， 西藏 林芝 860000)

0 引言

【研究意義】土壤微生物是土壤中肉眼看不見或看不清楚的一切微小生物的總稱[1]。研究土壤微生物及多樣性對于應對全球氣候變化、治理環境污染、維持生態系統穩定等方面具有重要意義[2-4]。【前人研究進展】土壤中動植物及微生物的呼吸作用是溫室氣體(如N2O、CO2和CH4等)的主要來源，因此，土壤微生物對氣候變化響應的研究已成為微生物生態學的研究熱點[5-10]。其次，微生物在土壤的形成和發育、肥力維持與提高及物質循環過程中發揮著重要作用。近年來，作為指示土壤質量的微生物指標已成為國內外倍受關注的研究熱點之一[11-15]。此外，對于諸如高溫、鹽堿等各種極端環境的土壤微生物研究倍受國內外學者關注。高海拔地區主要分布在高緯度、氣候寒冷、土壤養分匱乏及凍土分布廣泛的地區[16]。在此惡劣環境中仍棲息著大量微生物，對構建和維持極端環境中的生態系統起著重要作用[17-19]。但由于高海拔地區對氣候變化異常敏感，其氣候變暖速度高于地球平均水平，隨著溫度上升，高寒凍土融化、土壤活動層加深，土壤理化性質發生劇烈改變[20-25]。環境條件改變將導致高海拔地區植被覆蓋度減少、生物多樣性降低、水土流失等問題，從而對微生物群落結構和功能產生直接或間接影響，進而影響生態系統的功能和穩定[26-28]。目前，高海拔地區土壤微生物研究還處于起步階段，主要集中在對功能微生物[29]、微生物群落結構[30]以及微生物多樣性[31]的研究。文獻計量學是應用數學和統計學方法研究文獻學的交叉科學[32]，在各研究領域都有應用[33-34]。【研究切入點】目前，對高海拔地區土壤微生物的研究呈逐年增多趨勢，但對研究成果的量化分析不足。期刊論文能夠清晰反映當前微生物研究領域的發展現狀和重點，碩博論文則更詳細地揭示微生物研究領域的系統性和完整性[35]。【擬解決的關鍵問題】以2005-2019年中國知網(CNKI)數據庫中相關文獻為基礎，利用CNKI可視化和Excel對高海拔地區土壤微生物進行量化分析，以揭示當前微生物領域研究現狀和重點，為后續研究高寒微生物在氣候變化下的動態過程奠定基礎。

1 資料來源與研究方法

1.1 資料來源

以中國知網(CNKI)(國內最大的、幾乎涵蓋國內所有研究領域的全文數據庫——數據庫收錄了8 000余種學術期刊和大多數碩博論文[36])為數據源，設置檢索類型為“主題”，檢索“高寒微生物”，對2005-2019年在國內期刊發表的有關高海拔寒區土壤微生物的文獻(含學術論文、出版著作以及文獻綜述等)進行系統梳理。共檢索出高寒土壤微生物研究文獻162篇。

1.2 研究方法

基于CNKI可視化模塊、Excel統計分析軟件，采用文獻計量學方法，從文獻中分別提取發表年份、資源類型分布、文獻來源、作者隸屬機構分布、學科領域分布、基金項目等字段，各項數據處理后，分別對其發文量、資源類型、研究機構等進行可視化分析。

2 結果與分析

2.1 不同年份文獻的發文量與被引頻次

論文發表的時間分布能反映某一時間段內該領域的研究狀況和研究熱點[37]。從圖1看出，2005-2019年有關高寒土壤微生物研究的發文量和被引頻次均呈上下波動趨勢。從發文量看，2018年發文量達高峰，為25篇；2009年發文獻最少，僅3篇；2005年、2006年、2008年、2009年、2010年和2012年發表文獻量均低于10篇。2005-2019年該領域發文量最多與最少年間相差約8.3倍。從被引頻次看，檢出的162篇論文在15年間被引頻次總計2421次，年均被引量為161.4次。論文被引頻次在2007年達第1次高峰，被引頻次為499次；之后呈下降趨勢，2011年達第2次高峰，被引頻次為320次，隨后呈遞減趨勢。

圖1 2005-2019年我國高寒土壤微生物研究文獻的數量變化趨勢及被引頻次

2.2 資源類型分布

從圖2可知，檢出的162篇文獻包括期刊、碩士論文、博士論文和國內會議論文共4個類型，以期刊發文量最多，達118篇，占總發文量的72.84%；碩士論文33篇，占20.37%；博士論文7篇，占4.32%；國內會議為4篇，占2.47%。說明，我國對高寒土壤微生物研究多傾向于期刊發文，期刊在我國高寒土壤微生物文獻的資源分布中處于中心地位。

圖2 2005-2019年我國高寒土壤微生物文獻的資源類型分布

2.3 不同期刊的載文分布

從圖3看出，《草業學報》《生態學報》和《蘭州大學學報》3種期刊發文量均在10篇以上，分別占總發文量的15.43%、9.26%和9.26%；發文量4～9篇的期刊有《甘肅農業大學學報》《草原與草坪》《水土保持學報》和《草地學報》，分別占總發文量的5.56%、5.56%、3.09%和3.09%；其他達79篇，占48.77%。說明，我國高寒生態系統土壤微生物文獻在各期刊上的分布極不平衡，以《草業學報》具明顯優勢，達25篇，為《生態學報》的1.67倍、《甘肅農業大學學報》的2.78倍和《水土保持學報》的5倍。

圖3 2005-2019年我國高寒土壤微生物文獻在不同期刊的載文分布

2.4 文獻作者的隸屬機構分布

從表1可知，檢出的162篇文獻中論文發表數量≥7篇的機構有6個，發表文獻共計117篇，占總檢出量的72.22%。其中，甘肅農業大學發表的文獻相對較最多(為61篇)，蘭州大學和中國科學院西北高原生物研究所發表的文獻相對較多，均超過10篇，三者共發文95篇，占總檢出量的 58.64%；發表文獻數量>2篇的機構有10所，共發表134篇，占總發表量的82.72%；其他28篇，占17.28%。同時看出，我國西南、西北、華北地區對高寒土壤微生物研究分布不平衡，尤以西部地區研究較多。

表1 2005-2019年我國高寒土壤微生物文獻作者的隸屬分布

2.5 文獻主要研究領域

關鍵詞是論文主題和核心觀點的集中體現[38]，高頻關鍵詞可以反映一定時期高海拔土壤微生物研究的主要方向。從表2可知，2005-2019年CNKI收錄的高寒土壤微生物文獻的關鍵詞中出現頻度最多的10個關鍵詞為高寒草甸、微生物數量、土壤呼吸、酶活性、微生物群落、微生物量碳、微生物多樣性、草地土壤微生物、土壤真菌和土壤有機碳。其中，高寒草甸和微生物數量是出現頻度最高的關鍵詞，出現頻次分別為73次和36次；此外，微生物群落、微生物量碳、土壤呼吸、酶活性、微生物多樣性和草地土壤微生物等出現頻次相對較高，均超過10次。說明，

表2 2005-2019年我國高寒土壤微生物文獻出現頻次前10的關鍵詞

我國高海拔地區土壤微生物的相關研究主要集中在高寒草甸土壤微生物數量方面，而其他領域的研究較薄弱。

2.6 基金項目發文量

基金項目是指研究經費來源于國家和各級政府部門及社會團體等撥款資助的科研項目[39]，由于經費來源不同，基金項目大致分為國家級基金項目、部級基金項目、省級基金項目和其他基金項目4種類型，其中，其他基金又包括市級基金項目和所在單位基金項目[40]。從表3看出，檢出的162篇文獻上述4類基金項目均有不同的占比。國家級基金項目發表文獻103篇，占總檢出文獻的63.58%，其中，國家自然科學基金項目發表文獻最多，達76篇，占46.92%；國家科技支撐計劃和國家重點基礎研究發展規劃(973計劃)各發表10篇，各占6.17%；中國科學院知識創新工程項目發表5篇，占3.09%；中國科學院“西部之光”人才培養計劃發表2篇，占1.23%。省級基金項目發表文獻10篇，占6.17%，其中，青海省科技計劃發表6篇，占3.70%；甘肅省自然科學基金資助發表4篇，占2.47%。部級基金項目發表文獻3篇，占1.85%，經費來源于教育部科學技術研究項目。其他基金項目發表文獻46篇，占28.40%。

表3 2005-2019年我國高寒土壤微生物基金項目發文量

3 討論

由于高海拔地區獨特的自然地理環境，孕育了大量、豐富而特殊的適應該環境的微生物，但由于自然環境條件惡劣(如高寒、缺氧等)，限制了對其微生物的研究[18]。目前，高寒微生物的研究較多，主要形成了以高寒草甸土壤微生物數量、群落結構與多樣性為中心的基本技術體系；以前所未有的廣度和深度拓展了高寒地區的研究；主要圍繞土壤呼吸、有機碳分解等過程，在微生物的數量、群落結構及其多樣性等方面取得了長足發展；在應對全球氣候變化與環境修復等方面也成效顯著[43-44]，但相比歐美國家仍存在較大差距，整體研究水平亟待提高。由于以中國知網為研究數據來源，并以“高寒微生物”字段進行檢索，利用中國知網自帶計量可視化分析工具，對檢索論文進行逐年統計，并統計各研究機構的發文量、論文引用頻次等，同時將檢索到的文獻按不同研究領域[41-42]分類，并未檢索全網數據庫，因此，檢索結果難免存有誤差。但研究結果從一個側面反映出高海拔地區惡劣的自然環境條件已成為開展高寒地區土壤微生物研究的最大瓶頸，為解決此問題，一方面，可利用現代新興技術手段克服傳統技術存在的弊端，為后續研究提供技術支撐；另一方面，可通過基金項目資助為高海拔地區土壤微生物研究提供資金支持。

雖然高海拔地區土壤微生物的科研機構隊伍不斷發展壯大，甘肅農業大學、蘭州大學和中國科學院西北高原生物研究所等已成為該研究領域重要的研究機構，但仍缺乏長期專門從事該領域研究的學術團隊和機構，今后可考慮開展相關領域人才的培養，建立長期觀測站，觀測、模擬微生物對溫度、大氣氮沉降、CO2濃度的響應，探究高寒微生物對全球氣候變化的響應及反饋機制，以獲得更多數據。

全球范圍內的高海拔地區正受到氣候變化的深刻影響，其微生物群落及多樣性的動態變化反作用于高寒生態系統的功能與穩定。高海拔地區土壤微生物研究起步較晚、發展薄弱，此領域具有廣闊的研究前景和極大的研究價值。

4 結論

從中國知網(CNKI)數據庫檢出162篇2005-2019年收錄的有關高海拔地區土壤微生物領域發表的文獻，包括期刊論文118篇，碩博論文40篇和4篇國內會議論文。其中，2018年發表論文最多，達25篇。有25所機構論文發表數量≥2篇，占82.72%；發表文獻量超過10篇的期刊有3種，占30.95%，且主要集中在《草業學報》；文獻作者隸屬機構較多集中在甘肅農業大學、蘭州大學和中國科學院西北高原生物研究所；研究主要集中在高寒草甸土壤微生物方面。有國家級、部級和省級等4類項目基金，其中，國家級基金項目包括國家自然科學基金、國家科技支撐計劃和國家重點基礎研究發展規劃(973計劃)等5種，發表文獻103篇，占總檢出文獻的63.6%，以國家自然科學基金項目發表文獻最多(76篇，占46.9%)；省級2種，發表文獻10篇，占6.2%；部級1種，發表文獻3篇，占1.8%；其他基金項目發表文獻46篇，占28.4%。當前該領域針的研究較豐富，但缺乏長期專門從事該領域研究的學術團隊和機構，今后可考慮開展相關領域人才的培養，建立長期觀測站，以獲得更多數據，增強高寒微生物的知識積累與理論創新能力，充分理解其在水土流失治理、土壤修復和氣候變化中扮演著重要角色，以期為應對全球氣候變化下高寒區土壤微生物研究奠定基礎。