基于文獻計量學的氮沉降對土壤微生物影響的可視化分析

于美佳 葉彥輝 段少榮 韓艷英

摘要?[目的]為了解國內氮沉降對土壤微生物研究的方向和熱點。[方法]選取2005—2019年CNKI數據庫中文核心期刊、碩博論文和Web of Science（WoS）核心合集收錄的相關文獻為數據樣本，基于文獻計量學的可視化分析，以知識圖譜為研究載體，通過Excel、CiteSpace等分析軟件為工具，對所選數據進行關鍵詞的聚類分析，同時繪制各類相關數據分析以及圖譜。[結果]從發表年份來看，我國氮沉降對土壤微生物研究較晚，始于2005年，一直到2015年左右才達到峰值狀態，核心期刊近些年保持平穩狀態，碩博論文從2016年發文達到峰值之后，逐漸回落。SCI論文除2009、2012、2016年有輕微下降外，從總體上看保持上升趨勢。從關鍵詞來看，在核心期刊和碩博論文中，土壤微生物與土壤呼吸有緊密聯系?！疤肌保╟arbon）、“多樣性”（diversity）和“生物”（bioma）一直是SCI論文中氮沉降對土壤微生物的研究熱點。從研究作者來看，我國氮沉降對土壤微生物研究領域的核心作者形成了以盧明珠、方華軍、曹子鋮和徐夢等人、商帥帥、王春梅和李俊青等人、向元彬、周世興和黃從德等人為聯系的作者合作關系圖譜。發表SCI論文最多的作者是Donald R Zak，Stefan Scheu和Stefan Scheu發文量緊隨其后。從研究機構來看，中國科學院大學在氮沉降對土壤微生物領域研究發文量最多，從碩博論文來看，東北師范大學最多。SCI論文發文量排前2位的主要是Chinese Acad SCI和Chinese Acad SCI University，說明中國的科研機構就氮沉降對土壤微生物研究較廣泛。[結論]近些年的研究熱點與未來發展有可能是生物多樣性、荒漠草原、常綠闊葉林和磷脂脂肪酸等研究。SCI論文中顯示出的未來研究熱點可能是細菌群落和有機碳的研究。

關鍵詞?氮沉降;土壤微生物;文獻計量學;CiteSpace;可視化分析

中圖分類號?S058?文獻標識碼?A?文章編號?0517-6611（2021）09-0230-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.09.062

Abstract?[Objective] To understand domestic nitrogen deposition on soil microbial research direction and hotspot. [Method] Database of CNKI from 2005 to 2019 Chinese core journals， Thurber papers and Web of SCIence（WoS）core collection of relevant literature were selected as the data samples. Based on the visual analysis of literature metrology， we used knowledge map as the research carrier. Keywords clustering analysis of the selected data was selected through the analysis software tools such as Excel， CiteSpace. At the same time，?all kinds of related data analysis and mapping were carried out. [Result] From the aspect of year of publication， the research of nitrogen deposition on soil microorganisms in China was relatively late， which started in 2005 and did not reach its peak until 2015. The core journals maintained a stable state in recent years， and the master and doctoral papers gradually declined after reaching their peak in 2016. Except for a slight decline in 2009， 2012 and 2016， SCI papers generally maintain an upward trend. From the aspect of key words， soil microorganisms are closely related to soil respiration in core journals and master and Doctoral dissertations. “Carbon”， “diversity” and “bioma” have been the research sites of soil microorganisms by nitrogen deposition in SCI papers. From the aspect of study author， the core authors of the research field of nitrogen deposition on soil microorganisms in China formed a cooperative relationship map of authors with Lu Mingzhu， Fang Huajun， Cao Zicheng， Xu Meng， Shang Shuaishuai， Wang Chunmei and Li Junqing， Xiang Yuanbin， Zhou Shixing and Huang Congde as human contacts. Donald R Zak is the author of the most SCI papers， followed by Stefan Scheu and Stefan Scheu. From the aspect of research institutions， the University of Chinese Academy of Sciences has published the most papers on nitrogen deposition in the field of soil microorganisms， and from the perspective of Master and doctoral theses， northeast Normal University has the most papers. Chinese Acad SCI and Chinese Acad SCI University rank the top two in the number of SCI papers published， indicating that Chinese scientific research institutions have conducted extensive researches on soil microorganisms regarding nitrogen deposition. [Conclusion] Recent research hotspots and future development may be biodiversity， desert steppe， evergreen broad-leaved forest and phospholipid fatty acids. The future research hotspot shown in SCI papers may be the research of bacterial community and organic carbon.

Key words?Nitrogen deposition;Soil microorganisms;Bibliometrics;CiteSpace;Visual analysis

化石燃料的燃燒、化肥的生產和使用以及畜牧業集約化經營等人類活動向大氣排放了大量的氮化物，并不斷向陸地和水生生態系統沉降[1]。隨著我國社會經濟的發展，氮沉降量可能還會繼續升高[2]。我國是世界三大氮沉降集中區域之一，僅次于歐洲和美國，1961—2000年我國活性氮的排放從1.4×1010 kg/a升至6.8×1010 kg/a，預計在2030年將上升至1.05×1011 kg/a[3]。因此，氮沉降引發的一系列全球問題會越來越受到人類廣泛關注。

土壤微生物有適合自己的土壤氮環境，過量的氮沉降會對土壤微生物造成一定程度的影響，可以改變土壤微生物群落結構組成，甚至可以改變一些微生物的生物功能[4]。隨著過量的氮沉降輸入和氮飽和的出現，微生物群落的結構和功能將會發生改變，過高的氮沉降會減少微生物量，降低物種多樣性[5-8]。氮添加對土壤微生物的影響還要考慮到施氮量、類型、季節以及微生物種類等因素。

氮沉降對土壤微生物的影響一直是科研人員研究的重點，所以相關的文獻計量學統計分析很有必要。文獻計量學就是以文獻體系和計量特征作為研究的對象，運用數學、統計學等計量方法，研究文獻的分布、數量、變化和管理，進一步探討科學技術的某些結構、特征和規律的一門學科[9]。筆者采用文獻計量學的研究方法，借助Excel、Origin和CiteSpace等對2005—2019年氮沉降對土壤微生物在知網和WoS收錄的文獻進行統計，通過統計出的文獻，探尋氮沉降對土壤微生物的規律、分布以及未來走向，為今后土壤微生物對氮沉降的響應研究提供參考。

1?數據來源與研究工具

1.1?數據來源

該研究的中文核心數據庫選自中國知網（China National Knowledge Infrastructure，簡稱CNKI），搜索中國知網官網，進入高級檢索頁面，首先在期刊欄勾選核心期刊，然后選擇碩博論文。時間選擇2005年1月1日—2019年12月31日，檢索字段勾選“主題”，檢索主題詞為“氮沉降”和“土壤微生物”，進行檢索。去除無效信息以及人工糾錯后，將2005—2019年我國氮沉降對土壤微生物影響的所有文獻進行篩選統計，最后統計出核心期刊154篇，碩博論文181篇。

英文SCI（Scientific Citation Index）數據庫來自Web of Science（WoS）核心合集為數據來源，時間跨度為2005—2019年，搜索主題（Topic）為“nitrogen deposition“和“soil microorganism”。下載文件格式選擇“純文本文檔”，以便為后續分析做準備，篩選統計出英文文獻216篇。檢索日期為2020年7月31日。

1.2?研究工具

借助Excel、Origin以及可視化處理軟件CiteSpace，用Excel軟件對檢索數據進行合并、去重統計進行分析[10]。CiteSpace是由美國德雷賽爾大學陳超美博士開發的信息可視化分析軟件，具有開放性、可視化性等特征[11]，適用于多元、分時、動態的復雜網絡分析，能夠顯示特定知識點在一定時期的研究布局和前沿領域，是梳理知識結構的重要工具[12]。該研究以可視化分析為載體，從整體上把握氮沉降對土壤微生物的影響，梳理未來研究熱點問題，為今后的深入分析研究提供參考。

2?結果與分析

2.1?發文情況

每年的發文情況可以清楚直觀地表明我國氮沉降對土壤微生物影響情況[13]。如圖1所示，我國氮沉降對土壤微生物影響的相關文獻大致呈現逐年增加趨勢。在核心期刊論文方面，一共有154篇。其中2005—2010年我國關于氮沉降對土壤微生物影響方面的發文保持平穩增長;2011—2012年保持平穩狀態，即每年6篇核心期刊的發文量;2013—2015年再次呈近乎直線增長態勢，其中2015年發文量最多，達21篇;2016—2019年，除2017年有輕微波動外，其他年份保持每年發文20篇的平穩發展。國內以“氮沉降”和“土壤微生物”為關鍵詞發表在核心期刊的文獻始于2005年，薛璟花等[4]“氮沉降增加對土壤微生物的影響”發表在《生態環境》期刊上，開創了中國氮沉降對土壤微生物領域研究的新紀元，為今后中國進一步研究相關研究作出了理論依據。

在碩博論文方面，氮沉降對土壤微生物研究領域發文量一共有181篇。2005—2008年除了2005和2008年發文量是空白之外，其余每年各有1篇發文;2009—2016年，碩博論文發文量呈現出增加趨勢，其中2016年發文量達到頂峰，有30篇;2017—2019年，發文量又趨于下降態勢。國內以“氮沉降”和“土壤微生物”為關鍵詞發表在碩博論文始于2004年，榮興民[14]研究了王朗國家級自然保護區森林土壤養分與微生物的分異特征，為王朗自然保護區土壤微生物種群研究提供指導意見。該研究的2005—2019年時間段內，第1篇碩博論文為2006年，萬宏偉[15]研究了內蒙古高原成熟和退化羊草草原群落物種功能特性與土壤微生物量C、N、P對氮素添加的響應，進一步解釋了氮素添加對草地生態系統的影響，對今后研究氮沉降對陸地生態系統響應有借鑒意義。

在英文論文SCI方面，氮沉降對土壤微生物研究領域發文量共有216篇。2005—2019年中，除2009、2012、2016年發文有輕微下降之外，從總體上看保持上升趨勢。2005年Johnson等[16]揭示了土壤微生物氮磷循環。2005—2007年發文量都保持5篇/a，2008年論文土壤急劇增加到10篇，2009—2010年又開始緩慢下降，但幅度不明顯。2011—2015年，除2012年小幅度下降之外，其他年份都保持穩步上升趨勢。2016年小幅回落之后，從2017年開始一直到2019年，發文量又開始保持上升趨勢，2019年發文量驟增，達到31篇/a。2019年Zhang等[17]研究表明，隨著未來大氣氮沉降量的增加，微生物對沉降NH4+和NO3-的選擇性利用可能會增加森林土壤NO3-的潛在損失，特別是在中國，近年來大氣沉降NH4+/NO3-有所下降，這對未來進一步研究氮沉降對土壤微生物的影響有一定啟示性意義。

2.2?研究狀況

文章中的關鍵詞表達了論文主題以及核心觀點[18]，以“關鍵詞”為切入點了解我國氮沉降對土壤微生物影響的研究進展對今后進一步研究很有意義。通過CitesSpace 5.7.R1對154篇核心期刊的關鍵詞進行可視化分析，見圖2a。在CNKI以Refworks格式導出并保存，WoS中以純文本導出。在CiteSpace中設置時間段為2005—2019年，時間切片為1 a，節點類型為keyword，TopN=50，TopN%=10%，共得到243個節點、554條關系連線，網絡密度為0.018 8，Q值為0.696 6，大于0.500 0，S值為0.807 3，大于0.500 0，圖譜結果可信。節點數表示關鍵詞個數，邊數是關鍵詞之間的連線數，文字大小與出現頻次成正比，字體越大，出現頻次越多，連線粗細代表緊密程度[19]。通過知網自帶可視化分析對181篇碩博論文關鍵詞進行聚類分析，得到關鍵詞聚類圖譜，見圖2b，歸納分析得出2005年以來我國氮沉降對土壤微生物影響研究的高頻詞，見表1。通過CitesSpace 5.7.R1對216篇SCI論文的關鍵詞進行可視化分析，見圖2c。在CiteSpace中設置時間段為2005—2019年，時間切片為1 a，節點類型為keyword，TopN=50，TopN%=10%，共得到353個節點、1 963條關系連線，網絡密度為0.0316，Q值為0.427 1，略小于0.500 0，S值為0.745 9，大于0.500 0，圖譜結果基本可信。

2.2.1?期刊論文關鍵詞分析。

從圖2a和表1可以看出，氮沉降對土壤微生物研究在微生物群落組成方面研究更多。倪壯等[20]對南亞熱帶常綠闊葉林土壤微生物群落研究發現，南亞熱帶地區氮添加增加會改變土壤微生物的群落組成，且施氮的影響具有明顯的季節差異，進而可能影響這些微生物驅動的關鍵生態過程，真菌與細菌比率也會隨施氮水平增加而減少[21]。

2.2.2?碩博論文關鍵詞解釋的研究現狀。

從圖2b和表1可以看出，土壤呼吸是氮沉降對土壤微生物研究的分析熱點與紐帶。王澤西等[22]通過對亞高山林的土壤微生物和土壤呼吸施氮監測發現，對土壤呼吸各指標和土壤微生物碳氮都有極顯著的影響，施氮能促進土壤全呼吸、自養呼吸、異養呼吸通量和土壤微生物生物量碳氮的增長。不同濃度梯度氮沉降處理對土壤微生物和土壤呼吸的影響不同，低氮處理對林分根生物量密度有促進作用，同時顯著提高了土壤微生物量，從而增強土壤呼吸溫度敏感性[23]。高氮處理下土壤微生物量增量降低，而其微生物活性下降[24]，導致土壤呼吸溫度敏感性降低。在氮輸入對土壤呼吸的利弊方面，試驗認為氮輸入促進了植物生長，增加了生態系統初級生產力和凋落物量，這些改變增加了根和土壤微生物活動所需的碳源，為土壤呼吸提供更多的物質基礎[25]。但Mo等[26]認為，氮沉降降低了根系生物量和土壤微生物量碳，從而導致土壤呼吸速率降低。Zhu等[27]在內蒙古半干旱草原的研究發現，氮沉降通過影響地下生物量從而對土壤呼吸速率產生影響。

2.2.3?SCI論文關鍵詞解釋的研究現狀。

從圖2c和表1可以看出，“碳”（carbon）、“多樣性”（diversity）和“生物”（bioma）一直是SCI論文中氮沉降對土壤微生物的研究重點。Sun等[28]通過對含有微生物群落和土壤有機碳組成的青藏高原亞高山針葉林增溫和施氮發現，氣候引起的土壤變暖可能會增加土壤CO2排放，但這種影響可能很大程度上抵消同時增加N沉積亞高山針葉林。Zhou等[29]對盆栽試驗10個月的大氣氮沉降試驗發現，NH+4/NO-3為2/1時，提高土壤酶活性和微生物碳氮量，施氮降低了土壤微生物活性，改變了土壤細菌群落。眾多文獻表明，SCI論文中氮沉降對土壤微生物的研究多集中在微觀領域研究。

2.3?研究作者

研究作者共現圖譜表明氮沉降對土壤微生物領域研究的核心作者與關聯作者合作關系，核心期刊的研究作者更能體現作者合作關系。通過CitesSpace 5.7.R1，對154篇核心期刊的發表作者進行可視化聚類分析，生成氮沉降對土壤微生物研究作者的共現圖譜，見圖3a，共得到265個節點，567條關系連線，Q值為0.947 3，大于0.500 0，S值為0.638 9，大于0.500 0，圖譜結果可信。形成了以盧明珠、方華軍、曹子鋮和徐夢等人、商帥帥、王春梅和李俊青等人、向元彬、周世興和黃從德等人為聯系的作者合作關系圖譜。對216篇SCI論文的發表作者進行可視化聚類分析，生成氮沉降對土壤微生物研究作者的共現圖譜，見圖3b，共得到357個節點，401條關系連線，Q值為0.977 8，大于0.500 0，S值為0.696 3，大于0.500 0，圖譜結果可信。

發表核心期刊論文在8篇以上的作者分別是盧明珠、方華軍、曹子鋮、徐夢、商帥帥、程淑蘭、王春梅、耿靜、李俊青和向元彬。其中，盧明珠在氮沉降對土壤微生物研究的發文量最高，達16篇;方華軍發文量僅次于盧明珠，為15篇。發表SCI論文最多的作者是Donald R Zak，達9篇，Stefan Scheu和Stefan Scheu發文緊隨其后，有4篇（表2）。這些專業領域的研究者，為氮沉降對土壤微生物領域研究作出了突出貢獻，有利于今后相關問題研究的進一步探討。

2.4?研究機構

研究機構反映了科研實力和學術方向。借助CitesSpace 5.7.R1對154篇核心期刊的研究機構進行聚類分析，見圖4a，共得到164個節點，175條關系連線，Q值為0.826 7，大于0.500 0，S值為0.559 1，高于0.500 0，圖譜結果可信。從圖4a可以看出核心期刊的研究機構，分別形成了以中國科學院、四川農業大學和北京林業大學為核心的研究機構。一般來說，碩博論文聯合培養較少，餅狀圖更能體現研究機構占比情況，通過知網可視化分析對181篇碩博論文進行分析，見圖4b。從圖4b可以看出，東北師范大學在氮沉降對土壤微生物研究方面培養人才較多，共發表碩博論文21篇，占總數的11.6%，北京林業大學緊隨其后。借助CitesSpace 5.7.R1對216篇SCI論文的研究機構進行聚類分析，見圖4c，共得到254個節點，396條關系連線，Q值為0.776 5，大于0.5，S值為0.612 5，高于0.500 0，圖譜結果可信。其中中國科學院（Chinese Acad Sci）發文量最多，達44篇;發文第2多的為中國科學院大學（Chinese Acad Sci University），達18篇以上。

根據2005—2019年核心期刊發文情況分析可知，排名前10的研究機構見表3。中國科學院大學在氮沉降對土壤微生物領域研究的發文量達到26篇，是該領域發文數量最多的研究機構。中國科學院二級學院發文量較多的有地理科學與資源研究所、資源與環境學院、研究生院和沈陽應用生態研究所。除此之外，福建師范大學地理科學學院、北京林業大學環境科學與工程學院、北京建筑大學建筑結構與環境修復功能材料北京市重點實驗室和北京林業大學林學院發文量也遙遙領先。核心期刊發文量在前10名的研究機構一共發文有153篇，占總發文量的99.4%，說明氮沉降對土壤微生物研究的科研機構分布特別集中，以中科院及相關科研機構為主。SCI論文發文量在排前2位的主要是Chinese Acad Sci和Chinese Acad Sci University，說明中國的科研機構關于氮沉降對土壤微生物研究較廣泛。除此之外，發文量排在前10名的還有Gottingen University（哥廷根大學）、Minnesota University（明尼蘇達大學）和Michigan University（密歇根大學）等。這說明氮沉降對土壤微生物研究已經成為世界熱點研究話題，共同深入探討形成機理對揭示其中的未來影響很有啟示性意義。

2.5?研究熱點

CiteSpace的Timezone選項可以依據關鍵詞圖譜說明不同時段的研究熱點，如圖5a所示。從前沿態勢圖譜可以看出，最開始的氮沉降對土壤微生物研究始于2006年，曹裕松等[30]首次在森林層面進行研究，結果表明模擬氮沉降對濕地松林表土碳釋放過程有非常強的抑制作用，且隨著氮處理濃度的升高而加強?？v觀時區態勢圖譜，在2005—2019年氮沉降對土壤微生物研究的最右端發展趨勢與熱點有：生物多樣性、荒漠草原、常綠闊葉林和磷脂脂肪酸等。這些熱點關鍵詞可以作為今后該領域的前沿討論方向。近些年，通過分子手段進行微觀分析逐漸成為研究熱點話題。黃靜等[31]通過模擬氮沉降和增溫對荒漠草原土壤細菌群落組成和多樣性等影響進行試驗，以了解氣候變化對荒漠草原土壤細菌群落組成和多樣性的影響。關于常綠闊葉林的文獻眾多，如鄭裕雄等[32]在季節方面的研究，周世興等[33]通過施氮和降水結合的試驗。磷脂脂肪酸相關研究在近些年很熱，高士杰等[34]利用靜態箱-氣相色譜法研究土壤呼吸組分和磷脂脂肪酸方法研究微生物群落豐度和群落結構的改變，微生物呼吸的降低反映了土壤有機質分解速度的降低，促進土壤碳的積累，進而氮促碳匯。

從圖5b可以看出，就SCI論文研究熱點而言，從2005年就開始了土壤微生物群落（Soil microbial community）的研究，研究人員通過對發生在海岸鼠尾草灌叢植被的南加州草本入侵和施氮，分析了這些變化對土壤微生物群落的影響[35]。近些年，SCI論文開始著重研究細菌群落（fungal community）和有機碳（organic carbon）的研究。2019年，Li等[36]對濕地森林微生物群落進行研究，發現在中性土壤pH環境中，pH波動是細菌和真菌豐度和多樣性的主要影響因素。真菌的多樣性更依賴于土壤中固相組分的種類和相對含量，而不是細菌。Fang等[37]通過5年模擬氮磷添加在田間養分調控試驗發現，氮沉降通過改變土壤微生物群落和酶活性，抑制了氮沉降對森林有機碳分解的積極作用，而施氮會提高土壤磷的有效性，可能會增加森林有機碳的積累，說明今后在微觀群落和土壤有機碳研究可能成為熱點話題。

3?結論與建議

縱觀氮沉降對土壤微生物研究歷程，土壤呼吸、土壤養分與土壤酶活性是與之聯系密切的熱點。該研究通過Excel統計、CNKI可視化和CiteSpace軟件，分析了2005—2019年氮沉降對土壤微生物領域發表的154篇核心期刊論文、181篇碩博論文和216篇SCI論文，從一定角度揭示了氮沉降對土壤微生物領域的研究情況，有助于分析今后該領域的積極

發展。

①發表年份。我國氮沉降對土壤微生物研究較晚，始于2005年，一直到2015年左右才達到峰值狀態，核心期刊近些年保持平穩狀態，碩博論文在2016年發文達到峰值，之后逐漸回落，說明碩博研究氮沉降對土壤微生物研究有一定研究空間。SCI論文除2009、2012、2016年有輕微下降之外，從總體上看保持上升趨勢。

②關鍵詞。在核心期刊和碩博論文中，土壤微生物與土壤呼吸有緊密聯系?！疤肌保╟arbon）、“多樣性”（diversity）和“生物”（bioma）一直是SCI論文中氮沉降對土壤微生物的研究熱點。

③研究作者。我國氮沉降對土壤微生物研究領域的核心作者形成了以盧明珠、方華軍、曹子鋮和徐夢等人、商帥帥、王春梅和李俊青等人、向元彬、周世興和黃從德等人為聯系的作者合作關系圖譜。發表SCI論文最多的作者是Donald R Zak，Stefan Scheu和Stefan Scheu發文緊隨其后。

④研究機構。從核心期刊來看，中國科學院大學在氮沉降對土壤微生物領域研究發文量最多，從碩博論文來看，東北師范大學最多。SCI論文發文量在排前2位的主要是Chinese Acad SCI和Chinese Acad SCI University，說明中國的科研機構對氮沉降對土壤微生物的影響研究較廣泛。

⑤研究熱點。2005—2019年，核心期刊論文中，近些年的研究熱點與未來發展有可能是生物多樣性、荒漠草原、常綠闊葉林和磷脂脂肪酸等研究。SCI論文中顯示出的未來研究熱點可能是細菌群落（fungal community）和有機碳（organic carbon）的研究。

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