林湘岷 沈宗專 李榮 歐燕楠 陶成圓 沈其榮







摘要: 抑病型土壤是植物-土壤-微生物三者相互作用最終形成的可抑制作物土傳病害發生的一種特殊狀態的土壤,是分離、篩選可防治作物土傳病害發生的高效生物防治菌株以及揭示土壤微生物抑制土傳病害發生作用機理的最佳研究材料。因此,有關抑病型土壤的研究經久不衰。本研究利用知識圖譜分析、引文圖譜分析及可視化分析等軟件對Web of Science核心合集數據庫中抑病型土壤相關研究領域的論文發表數量、期刊、所屬學科、作者、作者所在國家和機構、主要研究內容、發展方向等進行文獻計量分析。結果表明,近年來,抑病型土壤的相關研究越來越受關注,土壤學科在此領域的發文數量僅次于植物學科。中國、美國、荷蘭、德國在抑病型土壤研究方面發表論文數量較多,并且國家之間合作密切。美國農業部農業研究局、瓦格寧根大學、法國科學研究中心、南京農業大學、中國科學院等是論文發表數量較多的研究機構。在抑病型土壤領域研究論文的發表期刊中,《Phytopathology》是本地引用次數最多的,《Soil Biology and Biochemistry》是5年(2016- 2020年)影響因子最高的。抑病型土壤領域發表論文較多的學者有Weller D M、沈其榮和Thomashow L S等。生物防治仍是抑病型土壤研究領域一個重要方向。抑病型土壤領域的未來研究趨勢可能將集中于根際微生物組的特征解析、調控技術、機制等方面。綜上所述,抑病型土壤領域過去的研究多聚焦于解析土壤微生物群落組成特征,分離、篩選關鍵抑病微生物,以及闡明關鍵抑病微生物的生防作用機制。根-土-微生物之間的互作機制、多營養級微食物網相互作用關系與調控策略、抑病型土壤功能維持等可能是抑病型土壤領域未來的研究焦點。
關鍵詞: 抑病型土壤; 生物防治; 知識圖譜分析; 可視化分析; 引文圖譜分析
中圖分類號: S154.3?? 文獻標識碼: A?? 文章編號: 1000-4440(2022)03-0821-09
Bibliometric study of the papers in the field of disease-suppressive soil based on the Web of Science database
LIN Xiang-min, SHEN Zong-zhuan, LI Rong, OU Yan-nan, TAO Cheng-yuan, SHEN Qi-rong
(College of Resources and Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)
Abstract: Disease-suppressive soil is a kind of soil that formed through the interactions among plant-soil-microorganisms. It is an excellent research material to isolate and screen the high-efficiency biocontrol strains involved in controlling of crop soil-borne diseases and decipher the mechanisms of soil microbes in inhibiting soil-borne diseases. Therefore, lots of studies related to disease-suppressive soils have been conducted by experts at home and abroad. The bibliometric research was studied to analyze the number of papers, the main published journals, distributions in disciplines, scholars, countries and institutions, scientific hotspots and trends in the field of disease-suppressive soil based on the knowledge map analysis, citation map analysis and visual analysis using the core collection database of the Web of Science in present study. The results showed that the importance of researches on disease-suppressive soils had been increased in recent years. And the number of publications in this field of soil science ranked second only after plant science. The United States, China, the Netherlands, Germany were the top countries that published many articles in the field of disease-suppressive soils. At the same time, the cooperations among these countries were also very close. Further the United States Department of Agriculture, Agricultural Research Service (USDA ARS), Wageningen University, Institut National de la Recherche Agronomique, Nanjing Agricultural University, Chinese Academy of Sciences, and other institutions were the top organizations which published plenty of papers at domestic and foreign. ?Phytopathology ?was the top journal that published most papers in the field of disease-suppressive soil based on local citation frequency. Moreover, ?Soil Biology and Biochemistry ?was the main journal with the highest impact factor in the terms of past five years in the field of disease-suppressive soil. Weller D M, Shen Q, and Thomashow L S were the most productive scholars in this field. Biological control was one of the research hotspot in the field of disease-suppressive soil. The future research trends of disease-suppressive soils may focus on the characterization of rhizosphere microbiota, regulation techniques and mechanisms. In conclusion, the most of researches in the field of disease-suppressive soils focus on deciphering the characteristics of soil microbial community composition, isolating and screening key disease-suppressing microorganisms, and elucidating the biological control mechanism of key disease-suppressing microorganisms. The interaction mechanisms among root, soil and microbes, the multi-nutrient micro-food web interactions and regulation strategies, and maintenance of disease-suppressive soil functions may be the forefront of future researches in the field of disease-suppressive soils.
Key words: disease-suppressive soil; biological control; knowledge map analysis; visual analysis; citation map analysis
土傳病害是一種由土壤中的病原生物在特定條件下侵染植物根部或莖部而導致植物出現生長障礙甚至死亡的植物病害 [1] 。在集約化種植、單一連作等生產模式下,尤其是在全球氣候變暖的背景下,可加快土壤中病原生物的生長和增殖,進一步加劇作物土傳病害的發生 [2-3] 。目前,土傳病害嚴重阻礙了世界范圍內農業的可持續發展,影響作物產量、品質的進一步提升 [4] 。
抑病型土壤指的是一類病原物不能定殖,或能定殖但危害很小或無危害,或能定殖并一時造成危害但隨后即使在病原物存在的情況下發病也較輕的土壤,其由作物、土壤、微生物三者的相互作用而形成 [5-6] 。抑病型土壤是揭示微生物抑制作物土傳病害發生作用機理的最佳研究對象,也是分離、篩選潛在有效生物防治菌株的極佳材料 [7-8] 。解析抑病型土壤微生物組成、功能特征及其抵御病原菌侵染的微生態機制,可為土傳病害的生物防治提供極其重要的生物防治菌種資源和理論指導,已成為過去幾十年土傳病害和生物防治的一個重要研究方向。
文獻計量學是對信息載體用統計學和數學方法進行定量分析的一門交叉學科,可系統地分析某一研究領域的整體發展狀況,探明該領域主要的研究方向和未來發展態勢,為該領域的科學研究提供一定的方向指引 [9] 。盡管目前國內外在抑病型土壤的理化性狀及微生物組成特征等方面開展了大量研究,但是對該領域過去所發表論文的數量、期刊、所屬學科、作者、作者所在國家和機構、主要研究內容、發展方向的分析卻鮮有報道。本研究使用Web of Science(WOS)自帶的數據分析系統和常規文獻計量分析軟件,如知識圖譜分析(CiteSpace)、可視化分析(VOSviewer)及引文圖譜分析(HistCite)等軟件對抑病型土壤的相關研究進行文獻計量分析。其中,CiteSpace軟件和VOSviewer軟件現已被廣泛應用到農學、經濟學、醫學等多個學科領域的研究中 [10-13] 。
本研究擬基于Web of Science核心合集數據庫,收集1990- 2020年抑病型土壤的相關文章,利用WOS自帶的數據分析系統及VOSviewer、CiteSpace、HistCite等軟件對所搜集的相關文獻進行計量分析,了解抑病型土壤相關研究的發展歷程,明確研究現狀及未來發展態勢,以期為抑病型土壤的研究指引未來方向。
1 材料與方法
1.1 數據來源
本研究所采用的文獻檢索數據庫為Web of Science(WOS)核心合集數據庫 [13] 。檢索時間設置為1990-2020年,文章類型設置為Article或Review,以“抑病型土壤”為主題,以TS(主題)=("disease-suppressive*"OR"diseasesuppressive*"OR"diseasesuppression*"OR"suppressive*")AND(soil*)為檢索條件進行高級檢索,共獲取文獻1 863 篇。
1.2 研究方法
將上述1 863篇文獻利用CiteSpace (v. 5.7.R3)、VOSviewer (v.1.6.16)及HistCite (v. Pro 2.1)等軟件工具進行論文發表數量、期刊、所屬學科、作者、作者所在國家和機構、主要研究內容、發展方向的計量分析。
基于VOSviewer軟件對主要發文國家、機構、研究學者之間的合作關系進行共現分析,網絡中圓圈大小代表文章發表數量多少,圓圈越大表示論文發表數量越多;線條粗細代表關聯總強度的強弱,線條越粗表示關聯性越強。通過VOSviewer軟件對關鍵詞進行共現分析,得出該領域的研究熱點,閾值設置為16。此外,通過在CiteSpace軟件中選擇學科類別,分析不同學科的中介中心性;分別選擇每10年的關鍵詞突現指標進行各階段的研究熱點和發展趨勢分析;選擇被引文獻進行共被引分析。若某個期刊在WOS數據庫中屬于多個學科門類,則其所在學科分別計數1次。采用HistCite軟件中本地引用次數( TLCS )、總引用次數( TGCS )參數表征抑病型土壤研究領域的主要發表期刊 [14] 。值得注意的是, TLCS 計算的是某一篇文章被導入HistCite軟件進行分析的所有文獻所引用的次數,由于導入Histcite軟件的文章均是與檢索詞有關的該領域文章,所以若某一篇文獻的 TLCS 值越高,可表明該文獻在領域內的影響越大;而 TGCS 則表示某一篇文章被整個WOS數據庫中的文獻所引用的次數 [15] 。
2 結果與分析
2.1 抑病型土壤研究的學科分布特征和發文情況
通過WOS檢索文章,并用其自帶的數據分析系統進行分析,發現關于抑病型土壤研究的發文數量逐年增加(圖1),說明抑病型土壤的相關研究越來越受科學家的重視。中國科研人員自2006年來開始在該領域持續有研究成果發表,并且發文數量在近年來大幅度提升,其增長曲線符合世界總發文量的增長曲線,表明近年來中國科研人員為該領域的研究進步做出了很大貢獻。抑病型土壤研究領域發文被引量前5位國家的被引趨勢結果(圖1)表明,美國科研人員在該領域共計發表論文485篇,論文的總被引頻次為22 419 次,篇均被引頻次為46.22次,年度總被引頻次和篇均被引頻次均遠超世界其他國家。中國科研人員在該領域共計發表論文168篇,僅次于美國,居第二位,總被引頻次僅為2 892 次,篇均被引頻次為17.21次,雖然近年來被引頻次增幅明顯,但仍是發文被引量前5位國家中總被引頻次和篇均被引頻次最低的,說明論文的影響力有待提高。
通過WOS自帶的數據分析系統進行分析,抑病型土壤的研究涵蓋多個學科,在WOS數據庫上發表文章數量排名前5的學科為植物學科、土壤學科、農藝學科、微生物學科、生物技術應用微生物學科,土壤學科的發文數量占發文數量排名前10學科總發文數量的15.41%,排名第二,僅次于植物學科(圖2)。
學科的中介中心性可以反映該學科與其他學科的交叉情況?;贑iteSpace軟件的學科共現分析結果(表1),對學科中介中心性進行排序,在抑病型土壤類論文發文數量排名前10的學科中,中介中心性最高的是生物技術應用微生物學科,最低的則是園藝學科,與其他學科幾乎沒有交叉。土壤學科雖然發文數量排名位居第二,但其中介中心性較低(僅為0.04),說明土壤學科與其他學科的交叉較少。土壤學科在揭示抑病型土壤的環境因子特征以及驅動形成因素上具有優勢,但仍需加強與其他學科的交叉、融合,如此可進一步延伸土壤學科的研究內涵和研究方向。
利用HistCite軟件對1990- 2020年抑病型土壤領域相關研究主要發文期刊進行統計,結果(表2)表明,抑病型土壤類論文發文量排名前3的期刊為《Phytopathology》(131篇)、《Soil Biology and Biochemistry》(87篇)和《Applied Soil Ecology》(70篇)。本地引用次數、總引用次數較高的期刊有《Phytopathology》、《Applied and Environmental Microbiology》等,盡管這些期刊主要屬于植物學、微生物學領域,但《Soil Biology and Biochemistry》和《Applied Soil Ecology》等則是屬于土壤學的經典期刊。其中,影響因子最高的期刊是《Soil Biology and Biochemistry》,5年(2016- 2020年)影響因子達到8.312?!禔pplied and Environmental Microbiology》期刊具有發文數量不高,篇均被引頻次較高的特點。
2.2 抑病型土壤研究的合作空間特征
基于VOSviewer軟件進行網絡圖譜分析,結果(圖3)表明,從發文數量上看,美國、中國位列前2,分別發表論文485篇、168篇;荷蘭、德國、澳大利亞、西班牙、意大利、巴西、日本、加拿大等緊隨其后,也在抑病型土壤研究領域發表了大量研究論文。國家間的合作是提高科研能力,實現創新性研究的重要手段。根據總聯系強度( TLS ),美國、中國、荷蘭、德國等是影響力較大且與其他國家合作較多的國家,其 TLS 值分別為215、131、129、74。其中,中國與美國、澳大利亞、日本的合作較為頻繁。
從發文機構上看,美國農業部農業研究局與論文產出各主要機構的合作關系密切(圖3)。 TLS 值排名前5的機構分別為美國農業部農業研究局、瓦格寧根大學、法國科學研究中心、烏特勒支大學及華盛頓州立大學, TLS 值分別為112、69、47、45及41。來自中國的2個機構,即南京農業大學和中國科學院,分別位列第六位和第七位,其 TLS 值分別為38、32。中國發表抑病型土壤類論文數量排名前5的機構為南京農業大學、中國科學院、中國農業大學、南京師范大學及海南大學,發文數量分別為30篇、30篇、14篇、10篇及9篇,其中南京農業大學與瓦格寧根大學、烏特勒支大學、美國農業部農業研究局、海南大學等均有較為密切的合作。美國農業部農業研究局、瓦格寧根大學、法國科學研究中心、南京農業大學、中國科學院等是論文發表數量較多的研究機構。
從發文作者來看,來自美國農業部農業研究局的Weller D M、Thomashow L S、Mazzola M,荷蘭瓦格寧根大學的Raaijmakers J M,德國都靈大學的Gullino M L、Garibaldi A,法國科學研究中心的Alabouvette C以及中國南京農業大學的沈其榮等是抑病型土壤研究領域內論文高產出研究學者,發文量均在20篇以上。Weller D M的 TLS 值為54,沈其榮的 TLS 值為52,Thomashow L S的 TLS 值為49,李榮的 TLS 值為45,沈宗專的 TLS 值為34,Raaijmakers J M的 TLS 值為33,Gullino M L的 TLS 值為30,這些作者與該領域其他作者合作密切。值得注意的是,沈其榮、李榮、沈宗專都來自南京農業大學沈其榮教授團隊,說明沈其榮教授團隊目前在抑病型土壤方面的研究水平處于國內外領先地位。
2.3 抑病型土壤研究的熱點和發展趨勢
關鍵詞出現的頻次與研究主題的受關注程度緊密相關。在本研究中,生物防控是出現次數最多的關鍵詞,頻次為633次,表明在抑病型土壤的相關研究中生物防控是焦點(圖4)。在關鍵詞共現網絡中,與生物防控關系密切的關鍵詞有抑病型土壤、根際、微生物種群、熒光假單胞菌、多樣性、生長、鑒別、管理、土壤、立枯病、立枯絲核菌、枯萎病、根腐病、病原體、堆肥等。VOSviewer軟件將抑病型土壤研究領域的關鍵詞劃分成5個不同聚類(圖4)。聚類一(紅色)主要涉及田間管理措施和防治手段,包括的關鍵詞有植化相克、添加物、生物熏蒸、輪作、管理、發芽、綠肥、耕作等。聚類二(綠色)主要包括作物及其土傳病害的生物防控,如生物防控、枯草芽孢桿菌、熒光假單胞菌、擬南芥、黃瓜、香蕉、微生物種群、根際、根際細菌、系統抗性、定殖、基因、生防因子、水楊酸、抗生素、拮抗作用等,其中水楊酸作為植物應對脅迫的信號分子,對植物自身免疫機制有著極其重要的作用。聚類三(藍色)主要包括典型土傳病害的致病微生物及其導致的病癥,如植物病害、立枯病、立枯絲核菌、根腐病等。聚類四(黃色)主要涉及線蟲抑制土傳病害的作用以及對土壤中微生物的影響,關鍵詞主要包括抑病型土壤、抗性、種群數量、生態學、線蟲、穿透巴氏桿菌、真菌、致病性等。聚類五(紫色)則僅有6個節點,主要聚焦于病原菌的存活能力和致病能力。
為分析抑病型土壤領域研究熱點的演變過程,將1990- 2020年發表的論文劃分為3個時間段:1990- 2000年、2001- 2010年、2011- 2020年,并利用CiteSpace軟件查看不同時間段關鍵詞的引用突現情況,由此得出每個時間段的研究方向和研究重點。圖5顯示,1990- 2000年發表論文數量較少,關鍵詞突現強度也相應較低。突現關鍵詞主要圍繞植物病害和有關微生物,其中菌株、根腐病、微生物活性的突顯強度相對較強,阻力、熒光假單胞菌等的突現時間相對較久。2001- 2010年關于抑病型土壤的研究有了一些轉變,突現關鍵詞中出現了16S核糖體核糖核酸、梯度凝膠電泳、根際等詞匯,說明在該時間段分子生物學技術被引入到該研究領域,同時根際環境開始引起研究學者的興趣;突現詞中小麥和全蝕病的突現強度都相對較大,說明小麥的全蝕病是當時的熱點。2011- 2020年關于抑病型土壤領域的論文數量有大幅的增長,所以關鍵詞突現強度也有較大提升,其中微生物活性、梯度凝膠電泳、全蝕病都是之前出現過的關鍵詞,說明這幾個關鍵詞在這個時間段內依然是研究的重要對象。誘導、侵染、生物熏蒸等突現關鍵詞都是生物防控措施的代表性詞語,說明生物防控是2011- 2020年抑病型土壤研究的熱點,再次證明了圖4的結果。根際微生物的突現時間最新,說明最新的研究熱點開始聚焦于根際微生物。
3 結 論
隨著全球范圍內對抑病型土壤微生物特征及調控的持續關注,抑病型土壤的相關研究也越來越受重視 [16-18] 。目前已在世界范圍內,發現多種可抑制細菌性、真菌性、線蟲等土傳病害發生的抑病型土壤,并解析了其微生物的特征和潛在作用機制 [19-21] 。抑病型土壤的研究可以進一步促進關于作物土傳病害生物防治方面的研究。此外,抑病型土壤的形成與植物、土壤、微生物的相互作用密切相關,這已經引起多個學科的共同關注,對土壤學科與多個學科的交叉融合起到一定的推動作用 [22] 。
在抑病型土壤的相關研究中,美國、中國、荷蘭、德國是該領域發表論文數量較多的國家,且合作緊密。Weller D M、沈其榮和Thomashow L S是該領域的論文高產出學者,該研究領域主要發表的學術期刊有《Phytopathology》、《Soil Biology and Biochemistry》和《Applied Soil Ecology》,本地引用次數較高的期刊有《Phytopathology》、《Applied and Environmental Microbiology》等。根據關鍵詞共現網絡分析結果,抑病型土壤的相關研究主要可以分為田間管理措施和防治手段、作物及其土傳病害的生物防控、典型土傳病害的致病微生物及其導致的病癥、線蟲抑制土傳病害的作用以及對土壤中微生物的影響、病原菌的存活能力和致病能力5大類。隨著科技的進步,變性梯度凝膠電泳、高通量測序技術的發展和應用,極大地擴展了對土壤微生物群落結構的理解,近年來對抑病型土壤微生物組的研究已逐漸成為研究前沿 [23-25] 。
綜上所述,抑病型土壤領域過去的研究熱點多集中于解析土壤微生物群落組成特征,分離、篩選關鍵抑病微生物,闡明關鍵抑病微生物的生物防治作用機制。抑病型土壤主要是由作物根系與土壤、微生物之間復雜的相互作用共同形成的,抑病型土壤領域研究未來可能會聚焦于根-土-微生物之間的互作機制、多營養級微食物網相互作用關系和調控策略、抑病型土壤抑病功能的維持等方面的研究,以期進一步提升土傳病害生物防控的精準性與穩定性。
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(責任編輯:王 妮)
收稿日期:2021-10-19
基金項目:中國科學院戰略性先導科技專項項目(XDA28070302);國家自然科學基金項目(31972509、42090065);江蘇省政策引導類計劃(國際科技合作/港澳臺科技合作)項目(BZ2020026);中央本級重大增減支項目(2060302);江蘇省農業科技自主創新基金項目[CX(19)2026]
作者簡介:林湘岷(1998-),男,湖南株洲人,碩士研究生,主要從事土壤微生物與生物肥料研究。(E-mail) 2020803200@stu.njau.edu.cn
通訊作者:沈宗專,(E-mail)shenzongz@njau.edu.cn