基于WebofScience土壤微生物多樣性領域文獻計量分析

摘要：為進一步了解和明確土壤微生物多樣性的全球現狀和研究熱點，基于Web of Science 全數據庫對1999-2019年土壤微生物多樣性領域的所有文獻進行計量學分析，利用VOSviewer分析關鍵詞熱點分布，探討此領域的研究熱點以及未來的發展趨勢。結果表明，在世界范圍內發文量總體呈逐年上升趨勢，美國的發文量第一，中國的發文量次之;中國科研機構發文量第一，法國次之;其中中國科學院產出的文章總數最多，對我國土壤微生物多樣性的貢獻最大;來自美國密歇根大學的學者Kozich， JamesJ的文章被引用次數最多。

關鍵詞：Web of Science;微生物生態學;土壤微生物多樣性;文獻計量分析;VOSviewer;

Bibliometric Analysis of Soil Microbial Diversity Based on Web of Science

Abstract： In order to further understand and clarify the global status and research hotspots of soil microbial diversity， all the literatures in the field of soil microbial diversity in 1999-2019 were analyzed based on the Web of Science database， and VOSviewer was used to analyze the distribution of key words. Explore research hotspots and future trends in this area. The results show that the number of publications in the world is increasing year by year， the number of publications in the United States is the first， and the number of publications in China is second. The number of publications by Chinese institutions is the highest， followed by France. The total number of articles

produced by the Chinese Academy of Sciences is the highest. Microbial diversity has contributed the most; articles from the University of Michigan， Kozich， JamesJ， have been cited the most.

Key words： Web of Science; Microbial ecology; soil microbial diversity; bibliometric analysis; VOSviewer;

0引言

微生物生態學是微生物學、生態學、生態系統學的交叉學科，涉及微生物種群、多樣性、功能以及微生物與微生物生態系統中的生物和生物環境之間的關系。土壤微生物是森林生態系統中的重要組成部分，包含原核生物與真核生物。土壤微生物在生態系統中起到極為重要的作用，有利于有機物的分解和轉化、菌根的形成、促進土壤生物化學循環等作用[1-3]。除此之外，在碳、氮、磷等物質的分解以及養分的循環中起到重要的影響，可以應對變化的氣候所帶來的影響[4]。細菌和真菌都可以通過自身的方式來改善土壤質量，從而提高作物的產量[5，6]。而土壤中的環境因子也會對土壤微生物有一定的影響，例如土壤的pH、重金屬含量、有機質的濃度等[7]。現今土壤微生物多樣性的研究也出現一些新的方法，應用分子系統發育學，DNA微陣列，功能基因組學的復雜分析將提供大量新數據，可能增加我們對土壤微生物生態系統的結構和功能以及其中發生的相互作用的理解。因此，研究土壤微生物多樣性對研究微生物生態學有很大的價值與意義。

目前，文獻計量學在各個領域中被廣泛應用，是以檢索文獻為研究對象，運用統計方法對檢索結果進行分析，可以客觀地反映研究領域的發展趨勢和研究熱點[8]。現有很多學科領域利用文獻計量學的方法揭示和預測該研究領域的發展，取得很好的效果[9-10]。本文對20年間在Web of Science數據庫中發表的有關于土壤微生物多態性的文獻進行檢索分析，研究該領域的發展趨勢及熱點，為國內的研究學者提供一定的數據參考。

1 數據收集與分析

Web of Science數據庫中收錄了豐富的全球期刊，包括自然科學、生物醫學等一萬多個領域，是覆蓋學科最多的學術資源庫[11]。本研究基于Web of Science全部數據庫作為樣本，采用普通檢索方式，以“microbial ecology*”作為檢索主題詞，“soil microbial diversity*”為精煉依據主題詞。檢索時間跨度為1999-2019年，截止到2019年6月，共檢索文獻18219篇。運用Web of Science數據庫中的文獻檢索分析結果功能對檢索結果進行分析，然后利用文獻計量分析軟件Ucinet[12]、NetDraw[13]將數據整合表達，進行發文量統計、年發文量變化、發文國家、作者、機構、期刊分布、高被引論文分布等分析，本文利用Excel對土壤微生物多樣性的論文數據進行文獻計量分析[14]。VOSviewer依據文獻之間的被引關系進行知識網絡圖譜的繪制，廣泛用于文獻計量分析的軟件[15]。本文運用VOSviewer對檢索結果的文獻關鍵詞進行分析，研究領域中的研究熱點的分布[16]。

2 結果與分析

2.1文獻產出時間趨勢

發文量隨著發表年份的變化趨勢可以看出研究領域專題動態變化。根據檢索分析得到，1999年-2019年間，Web of science 數據庫中全世界有關微生物生態學下土壤微生物多樣性的文獻量共有18219篇。從圖1可以看出發文量隨著發文年份總體呈上升趨勢。從1999年的發文量僅為26篇，到2019年發文量為增長為822篇。可看出全球土壤微生物多樣性研究大致呈平穩增長趨勢。1998-2006年研究處于低速發展階段，發文量增長相對遲緩。2006-2019年土壤微生物多樣性研究呈現高速增長趨勢，2011年世界發文量突破1000篇;2014年相較2013年發文量僅增長54篇，發文量出現較小平臺期。2018年的發行量達到峰值為2020篇，是1998年發行量的81倍，是1999年的45倍。截止2019年6月，全球土壤微生物多樣性論文發行量已達817篇，預計2019年底發現量在2000篇左右。從發展趨勢來看，近年來基于土壤微生物多樣性的領域得到重視，預測從2019年起論文發行量還會延續平穩增長的狀態。

2.2國家和地區

國家與地區發表的論文數可以反映出該國對該領域的研究熱度與活躍度。圖2中展示了有關于土壤微生物多樣性領域的文獻里，發文量排名前15的國家和地區。在前15位國家中，美國的發文量較領先于其他國家，占發文量的25.15%。中國僅次于美國，位居第二位，占發文量的13.36%。其后依次是德國、法國，發文量均在1000篇以上，加拿大、英格蘭、澳大利亞、西班牙等國家發文量均在1000篇以下，發文量的篇數相差不大。美國和中國的總發文量約占世界發文總量的50%。可以看出，美國和中國在微生物生態學土壤微生物多樣性領域中的研究較為領先。

針對總發文量居于前五位國家制作年度發文量變化趨勢如圖3，1999-2019年間，美國在基于微生物生態學微生物多樣性領域的發文量呈現緩慢上升的趨勢。中國在1999和2000年并未發表有關文章，2001年發表第一篇文章后，年發文量快速增長，逐年呈現指數型增長，直至2015年，中國的年發文量已達到458篇，并一直處于領先地位。從發文量可以看出，中國在土壤微生物多態性研究領域一直處于積極活躍狀態，其他國家例如德國、法國、加拿大和英格蘭在該領域中的發文量只呈現小幅度的增長，活躍程度較低。

2.3來源機構分析

表1中選取了在土壤微生物多樣性領域中，近20年來發文量排名前10的研究機構。從表格中可以看出發文量最多的研究機構是中國科學院，統計結果為2969篇，發文量可占據總發文量的16.296%，遠超其他研究機構，顯然這表明中國相較于其他國家在土壤微生物多樣性方向投入最大。法國國家科研中心以總發文量689篇位列第二位，美國加利福尼亞大學以總發文量628篇位列第三。排名前十名的機構來自五個不同國家，分別為中國、美國、法國、西班牙和德國。其中來自中國和美國的科研機構最多，均有3個上榜。這表明，在微生物生態學領域土壤微生物多樣性方向上中國與美國相對于其他國家占據更大優勢。

2.4主要作者及來源期刊

科研人員是科研工作的核心，表2展示了Web of science上1999-2019年基于微生物生態學土壤微生物多樣性的發文量最多的前10位的學者分布排名，這10位科學家總共發文1280篇，占全部作者總發文量的7.027%。其中，來自美國俄克拉荷馬大學的學者周集中ZHOU JZ以參與發文總量311的記錄數位列榜首，其文章總被引頻次達17003次，篇均被引次數達80.92次，可以看出這位學者土壤微生物多樣性領域以絕對優勢占據領先地位，為該領域奉獻極大。排名前10名學者中，有8位來自中國，發文總量累計可達871篇，可以看出，中國在該領域的研究中的技術水平和重視程度較高于其他國家。從被引頻次角度來看，來自國外研究機構的周集中ZHOU JZ和SCHLOTER M文章總被引頻次明顯多于中國學者，中國學者在文章發表數量上有一定優勢，但在被引頻次方面還有很大的提升空間。

將世界范圍內有關土壤微生物多樣性文獻發文量居前10名的期刊進行統計，匯集成表3。1999-2019年間，排名前十的期刊總發文量為5899篇，平均影響因子為4.148;其中《Soil biology and biochemistry》收納的文章數量最多，為841篇。主要的發文國家為美國（237篇）、中國（208篇）、德國（108篇）、法國（92篇）、澳大利亞（78篇），總共發文量為723篇;影響因子最高的雜志是《Sience of the Total Environment》，為5.589;總被引次數與篇均被引次數最高的雜志是《Applied and Environmental microbiology》，為76340篇和99.4篇，其h指數為144（h指數是基于以“被引頻次”計數降序排列的出版物列表，表明有h篇文章已被引用至少h次）。

2.5高被引論文分析

高被引論文的研究內容可以在一定程度上反映一個領域的研究熱點。在檢索到有關微生物生態學土壤微生物多樣性的18219篇文獻中，高被引論文有312篇。本次列舉了按被引頻次排列前十名的文章繪制成表4。排名前10篇高被引頻次論文作者中有4人來自美國，2人來自德國，瑞典、奧地利、愛沙尼亞共和國和澳大利亞均有一人上榜。由Kozich， JamesJ.2003年發表題為“用于分析MiSeq Illumina測序平臺上擴增子序列數據的雙指數測序策略和管理流程的開發”的文章以被引頻次1660次高居榜首，該文章主要采用重新測序來自人類糞便，小鼠糞便和土壤的模擬群落和天然樣品的方法來評估16S rRNA基因的三個重疊區域，提出了一種基因測序改進的方法，即使用Illumina的MiSeq平臺對16S rRNA基因內的可變區進行測序[17]。被引用頻次排名第2位的論文是由美國科羅拉多大學Lauber，Christian L.在2009撰寫發表，他提出 “基于焦磷酸測序的土壤pH值評估作為大陸土壤細菌群落結構的預測指標”的有關研究，揭示了土壤細菌群落的結構在一定程度上可以在較大的空間尺度上預測，并且即使是相對粗略的分類學分辨率，土壤pH也對細菌群落組成造成明顯影響[18]。排名第三位的是瑞典隆德大學科學家在2010年發表的“在耕地土壤中通過pH梯度土壤細菌和真菌群落”，說明了相比于細菌，真菌通常表現出更寬的pH范圍以實現最佳生長[19]。

2.6關鍵詞及研究熱點分析

對關鍵詞的統計分析可以幫助我們更好地了解某一領域的熱點，它可以準確地表達文章的中心，是揭示文章內容的重要方式[20]。將1999-2019年之間有關于土壤為生物多樣性研究的18219篇相關文獻導入VOSviewer，進行標題與摘要的關鍵詞分析（詞頻>207）。圖4是通過VOSviewer構建的以土壤生物多樣性為主題的知識圖譜。由圖，每個圓圈代表一個術語，基于標題和摘要的共現詞進行分布，兩個術語共同出現的次數越多兩個圓圈距離越近，其次具有相同顏色的術語代表一個主題。可以得出幾個熱點研究方向如環境科學生態學、農學、遺傳信息、生物多樣性保護、微生物學、生物化學與分子生物學、植物科學與進化生物學等，同時可以分析得出在土壤微生物多樣性方向存在以下幾種熱點：一是土壤微生物群的復雜性問題;二是土壤微生物的結構與能問題;三是與作物疾病相關的土壤微生物群落的不同作用分析。

對1999-2019年土壤為生物多樣性文章進行整合，將排名前20摘要高頻關鍵詞繪制成表5，由表可知排名前三的關鍵詞為effect（影響），bacterium（細菌），species（物種）

3 分析與討論

本文對Web of Science 1999-2019年間基于微生物生態學的土壤微生物多樣性的文獻進行文獻計量分析，從年發文量、文獻國家/地區來源、作者、機構、來源期刊、關鍵詞以及高被引論文等方面進行統計分析，研究表明自1999年起全球基于土壤微生物多樣性文章發行數量大致呈現逐年遞增的上升趨勢。從文章發行數目上看美國總發文量處于領先地位，中國僅次于美國位列第二名。從年發表趨勢來看，美國與中國20年間年發表量均呈上升趨勢，但美國發文數年增長幅度小。中國在2001年前沒有相關領域的論文的產出，在2001-2011年年發文量增勢緩慢;2001-2019年每年發文數呈指數形式增長，并于2015年趕超美國位列第一。以如此的增長速度觀察下去，在不久的將來，中國在土壤微生物多樣性領域的文獻產出量將趕超美國，說明中國近幾年在該領域的研究勢頭相較于其他國家最為強勁。中國科學院是世界在土壤微生物多樣性領域發文數量最多的機構，以2969篇的絕對優勢處于領先地位，占全球總發文量的16.296%。結合發文量排名前十作者的總被引次數與平均被引次數和高被引文論文排名來看，中國科學家在發文數量上占有絕對優勢，但是相較于他國作者來說被引次數相對較小，在高被引論文top10排行榜上并沒有中國科學家上榜，說明來自中國的文章在綜合實力方面還有很大的提升空間。縱觀關鍵詞的分布熱點，我們可以看出，近20年的研究主題主要涉獵在細菌、真菌等微生物多樣性的影響，土壤微生物種類、群落等變化、微生物與植物關系，微生物基因測序等方面。

根據對1999-2019年Web of Science數據庫中收錄的有關于土壤微生物多樣性研究領域的文獻進行統計和分析，檢索結果表明在世界范圍內對微生物生態學、土壤微生物多樣性的重視程度很高，來自發達國家的貢獻力度很大，對作者、機構、期刊等相關指數分析，在發展中國家中中國對該領域投入對多，研究勢頭最盛，貢獻力量最大。但相比于美國為代表的發達國家，中國在研究層次、團隊實力、國際合作以及論文質量等方面均有很大的進步空間，應明確研究熱點、增強國際交流、增強創新能力，加快科研進度，從而提升我國在微生物生態學土壤微生物多樣性領域的綜合實力。

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作者簡介：楊永軍（1975-），男，黑龍江虎林人，工程師，主要從事造林等方面的工作。15045777000