基于文献计量学的高海拔地区土壤微生物研究的可视化分析

王君惠， 喻 武， 丁宇浩， 黄莎琳， 徐金杰， 王小姣

(西藏农牧学院 资源与环境学院， 西藏 林芝 860000)

0 引言

【研究意义】土壤微生物是土壤中肉眼看不见或看不清楚的一切微小生物的总称[1]。研究土壤微生物及多样性对于应对全球气候变化、治理环境污染、维持生态系统稳定等方面具有重要意义[2-4]。【前人研究进展】土壤中动植物及微生物的呼吸作用是温室气体(如N2O、CO2和CH4等)的主要来源，因此，土壤微生物对气候变化响应的研究已成为微生物生态学的研究热点[5-10]。其次，微生物在土壤的形成和发育、肥力维持与提高及物质循环过程中发挥着重要作用。近年来，作为指示土壤质量的微生物指标已成为国内外倍受关注的研究热点之一[11-15]。此外，对于诸如高温、盐碱等各种极端环境的土壤微生物研究倍受国内外学者关注。高海拔地区主要分布在高纬度、气候寒冷、土壤养分匮乏及冻土分布广泛的地区[16]。在此恶劣环境中仍栖息着大量微生物，对构建和维持极端环境中的生态系统起着重要作用[17-19]。但由于高海拔地区对气候变化异常敏感，其气候变暖速度高于地球平均水平，随着温度上升，高寒冻土融化、土壤活动层加深，土壤理化性质发生剧烈改变[20-25]。环境条件改变将导致高海拔地区植被覆盖度减少、生物多样性降低、水土流失等问题，从而对微生物群落结构和功能产生直接或间接影响，进而影响生态系统的功能和稳定[26-28]。目前，高海拔地区土壤微生物研究还处于起步阶段，主要集中在对功能微生物[29]、微生物群落结构[30]以及微生物多样性[31]的研究。文献计量学是应用数学和统计学方法研究文献学的交叉科学[32]，在各研究领域都有应用[33-34]。【研究切入点】目前，对高海拔地区土壤微生物的研究呈逐年增多趋势，但对研究成果的量化分析不足。期刊论文能够清晰反映当前微生物研究领域的发展现状和重点，硕博论文则更详细地揭示微生物研究领域的系统性和完整性[35]。【拟解决的关键问题】以2005-2019年中国知网(CNKI)数据库中相关文献为基础，利用CNKI可视化和Excel对高海拔地区土壤微生物进行量化分析，以揭示当前微生物领域研究现状和重点，为后续研究高寒微生物在气候变化下的动态过程奠定基础。

1 资料来源与研究方法

1.1 资料来源

以中国知网(CNKI)(国内最大的、几乎涵盖国内所有研究领域的全文数据库——数据库收录了8 000余种学术期刊和大多数硕博论文[36])为数据源，设置检索类型为“主题”，检索“高寒微生物”，对2005-2019年在国内期刊发表的有关高海拔寒区土壤微生物的文献(含学术论文、出版著作以及文献综述等)进行系统梳理。共检索出高寒土壤微生物研究文献162篇。

1.2 研究方法

基于CNKI可视化模块、Excel统计分析软件，采用文献计量学方法，从文献中分别提取发表年份、资源类型分布、文献来源、作者隶属机构分布、学科领域分布、基金项目等字段，各项数据处理后，分别对其发文量、资源类型、研究机构等进行可视化分析。

2 结果与分析

2.1 不同年份文献的发文量与被引频次

论文发表的时间分布能反映某一时间段内该领域的研究状况和研究热点[37]。从图1看出，2005-2019年有关高寒土壤微生物研究的发文量和被引频次均呈上下波动趋势。从发文量看，2018年发文量达高峰，为25篇；2009年发文献最少，仅3篇；2005年、2006年、2008年、2009年、2010年和2012年发表文献量均低于10篇。2005-2019年该领域发文量最多与最少年间相差约8.3倍。从被引频次看，检出的162篇论文在15年间被引频次总计2421次，年均被引量为161.4次。论文被引频次在2007年达第1次高峰，被引频次为499次；之后呈下降趋势，2011年达第2次高峰，被引频次为320次，随后呈递减趋势。

图1 2005-2019年我国高寒土壤微生物研究文献的数量变化趋势及被引频次

2.2 资源类型分布

从图2可知，检出的162篇文献包括期刊、硕士论文、博士论文和国内会议论文共4个类型，以期刊发文量最多，达118篇，占总发文量的72.84%；硕士论文33篇，占20.37%；博士论文7篇，占4.32%；国内会议为4篇，占2.47%。说明，我国对高寒土壤微生物研究多倾向于期刊发文，期刊在我国高寒土壤微生物文献的资源分布中处于中心地位。

图2 2005-2019年我国高寒土壤微生物文献的资源类型分布

2.3 不同期刊的载文分布

从图3看出，《草业学报》《生态学报》和《兰州大学学报》3种期刊发文量均在10篇以上，分别占总发文量的15.43%、9.26%和9.26%；发文量4～9篇的期刊有《甘肃农业大学学报》《草原与草坪》《水土保持学报》和《草地学报》，分别占总发文量的5.56%、5.56%、3.09%和3.09%；其他达79篇，占48.77%。说明，我国高寒生态系统土壤微生物文献在各期刊上的分布极不平衡，以《草业学报》具明显优势，达25篇，为《生态学报》的1.67倍、《甘肃农业大学学报》的2.78倍和《水土保持学报》的5倍。

图3 2005-2019年我国高寒土壤微生物文献在不同期刊的载文分布

2.4 文献作者的隶属机构分布

从表1可知，检出的162篇文献中论文发表数量≥7篇的机构有6个，发表文献共计117篇，占总检出量的72.22%。其中，甘肃农业大学发表的文献相对较最多(为61篇)，兰州大学和中国科学院西北高原生物研究所发表的文献相对较多，均超过10篇，三者共发文95篇，占总检出量的 58.64%；发表文献数量>2篇的机构有10所，共发表134篇，占总发表量的82.72%；其他28篇，占17.28%。同时看出，我国西南、西北、华北地区对高寒土壤微生物研究分布不平衡，尤以西部地区研究较多。

表1 2005-2019年我国高寒土壤微生物文献作者的隶属分布

2.5 文献主要研究领域

关键词是论文主题和核心观点的集中体现[38]，高频关键词可以反映一定时期高海拔土壤微生物研究的主要方向。从表2可知，2005-2019年CNKI收录的高寒土壤微生物文献的关键词中出现频度最多的10个关键词为高寒草甸、微生物数量、土壤呼吸、酶活性、微生物群落、微生物量碳、微生物多样性、草地土壤微生物、土壤真菌和土壤有机碳。其中，高寒草甸和微生物数量是出现频度最高的关键词，出现频次分别为73次和36次；此外，微生物群落、微生物量碳、土壤呼吸、酶活性、微生物多样性和草地土壤微生物等出现频次相对较高，均超过10次。说明，

表2 2005-2019年我国高寒土壤微生物文献出现频次前10的关键词

我国高海拔地区土壤微生物的相关研究主要集中在高寒草甸土壤微生物数量方面，而其他领域的研究较薄弱。

2.6 基金项目发文量

基金项目是指研究经费来源于国家和各级政府部门及社会团体等拨款资助的科研项目[39]，由于经费来源不同，基金项目大致分为国家级基金项目、部级基金项目、省级基金项目和其他基金项目4种类型，其中，其他基金又包括市级基金项目和所在单位基金项目[40]。从表3看出，检出的162篇文献上述4类基金项目均有不同的占比。国家级基金项目发表文献103篇，占总检出文献的63.58%，其中，国家自然科学基金项目发表文献最多，达76篇，占46.92%；国家科技支撑计划和国家重点基础研究发展规划(973计划)各发表10篇，各占6.17%；中国科学院知识创新工程项目发表5篇，占3.09%；中国科学院“西部之光”人才培养计划发表2篇，占1.23%。省级基金项目发表文献10篇，占6.17%，其中，青海省科技计划发表6篇，占3.70%；甘肃省自然科学基金资助发表4篇，占2.47%。部级基金项目发表文献3篇，占1.85%，经费来源于教育部科学技术研究项目。其他基金项目发表文献46篇，占28.40%。

表3 2005-2019年我国高寒土壤微生物基金项目发文量

3 讨论

由于高海拔地区独特的自然地理环境，孕育了大量、丰富而特殊的适应该环境的微生物，但由于自然环境条件恶劣(如高寒、缺氧等)，限制了对其微生物的研究[18]。目前，高寒微生物的研究较多，主要形成了以高寒草甸土壤微生物数量、群落结构与多样性为中心的基本技术体系；以前所未有的广度和深度拓展了高寒地区的研究；主要围绕土壤呼吸、有机碳分解等过程，在微生物的数量、群落结构及其多样性等方面取得了长足发展；在应对全球气候变化与环境修复等方面也成效显著[43-44]，但相比欧美国家仍存在较大差距，整体研究水平亟待提高。由于以中国知网为研究数据来源，并以“高寒微生物”字段进行检索，利用中国知网自带计量可视化分析工具，对检索论文进行逐年统计，并统计各研究机构的发文量、论文引用频次等，同时将检索到的文献按不同研究领域[41-42]分类，并未检索全网数据库，因此，检索结果难免存有误差。但研究结果从一个侧面反映出高海拔地区恶劣的自然环境条件已成为开展高寒地区土壤微生物研究的最大瓶颈，为解决此问题，一方面，可利用现代新兴技术手段克服传统技术存在的弊端，为后续研究提供技术支撑；另一方面，可通过基金项目资助为高海拔地区土壤微生物研究提供资金支持。

虽然高海拔地区土壤微生物的科研机构队伍不断发展壮大，甘肃农业大学、兰州大学和中国科学院西北高原生物研究所等已成为该研究领域重要的研究机构，但仍缺乏长期专门从事该领域研究的学术团队和机构，今后可考虑开展相关领域人才的培养，建立长期观测站，观测、模拟微生物对温度、大气氮沉降、CO2浓度的响应，探究高寒微生物对全球气候变化的响应及反馈机制，以获得更多数据。

全球范围内的高海拔地区正受到气候变化的深刻影响，其微生物群落及多样性的动态变化反作用于高寒生态系统的功能与稳定。高海拔地区土壤微生物研究起步较晚、发展薄弱，此领域具有广阔的研究前景和极大的研究价值。

4 结论

从中国知网(CNKI)数据库检出162篇2005-2019年收录的有关高海拔地区土壤微生物领域发表的文献，包括期刊论文118篇，硕博论文40篇和4篇国内会议论文。其中，2018年发表论文最多，达25篇。有25所机构论文发表数量≥2篇，占82.72%；发表文献量超过10篇的期刊有3种，占30.95%，且主要集中在《草业学报》；文献作者隶属机构较多集中在甘肃农业大学、兰州大学和中国科学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。有国家级、部级和省级等4类项目基金，其中，国家级基金项目包括国家自然科学基金、国家科技支撑计划和国家重点基础研究发展规划(973计划)等5种，发表文献103篇，占总检出文献的63.6%，以国家自然科学基金项目发表文献最多(76篇，占46.9%)；省级2种，发表文献10篇，占6.2%；部级1种，发表文献3篇，占1.8%；其他基金项目发表文献46篇，占28.4%。当前该领域针的研究较丰富，但缺乏长期专门从事该领域研究的学术团队和机构，今后可考虑开展相关领域人才的培养，建立长期观测站，以获得更多数据，增强高寒微生物的知识积累与理论创新能力，充分理解其在水土流失治理、土壤修复和气候变化中扮演着重要角色，以期为应对全球气候变化下高寒区土壤微生物研究奠定基础。