1993—2023年草原土壤微生物领域的文献计量学分析

摘要：为了更好地管理草原资源、营造健康的土壤微生物环境和草原的可持续发展，所以对长时间尺度下的草原土壤微生物研究进行总结归纳。本文基于Web of Science（WoS）和中国知网（CNKI）的数据，使用可视化软件对1993至2023年草地土壤微生物研究的文献进行了统计分析。研究发现，该领域的研究可划分为三个阶段：诞生（1993—2002年）、启蒙（2003—2012年）和成熟（2013—2023年）。主要贡献国家为中国、美国和德国，其中中美学者合作最为紧密；土壤科学、畜牧与动物医学、自然地理学和测绘学是与该领域研究关联最紧密的学科。研究主题从初期的“微生物活动”逐渐转向“生态功能”，近十年则聚焦于“微生物多样性与土壤理化性质”；未来研究应关注多样性、生态功能、土壤健康及应用技术，以促进草原生态系统的保护与管理。

关键词：草原生态；土壤微生物；可视化分析；生态修复

地球的草原覆盖了约40%的表面积，这些广阔的区域不仅为以动物为核心的产业提供了支持，还帮助保持土壤的完整性和生物的多样性。草原是中国最大的陆地生态系统，它的面积是我国耕地面积的4倍，森林面积的3.6倍。虽然我国草原面积仅居澳大利亚之后，但人均利用率仅为世界平均水平的1/2，草原资源的稀缺与重要性值得重视。因此，必须加强对草原生态环境的保护、修复和利用，充分发挥草原的生态效益和经济效益[1]。

草原土壤微生物是草原生态系统中最主要的组成成分之一，在整个草原生态系统中发挥着重要的功能。土壤微生物具有丰富的多样性，因其生活周期短暂和对环境的敏感性，促使其在土壤中营养元素的转化过程中可以快速响应，进而引起结构和组分的变化。在草地生态系统中，土壤微生物是营养物质转化与循环的驱动因子，也是植物营养元素的主要来源，其对土壤的形成与演变具有重要的影响，同时也是土壤肥力的动态指示器、土壤物质循环的调节器、能量流的调节器。目前，对于草原土壤微生物的研究主要集中在短时间尺度下的草原土壤微生物群落结构及性质等方面，有关长时间尺度下的草原土壤微生物的研究还相对较少，不足以对草原土壤微生物研究现状进行更好的分析。草原土壤微生物通过调节草原的生态平衡来改善大气质量，从而降低雾霾、沙尘暴等恶劣天气的出现频率，并且还会加强草原生态系统的防风固沙和涵养水源双重功能，所以应该准确掌握草原土壤微生物的研究前沿动态[2]。

本文采用文献计量分析方法，利用VOSviewer等软件，对近30年来与草原土壤微生物研究相关文献的发文数量、发文国家和研究热点等进行可视化分析，系统梳理了草原土壤微生物的研究历程，以期为合理管理草原资源、营造健康的土壤微生物环境和草原的可持续发展提供理论依据。

1 数据与方法

1.1 数据来源

本文使用的文献数据包括中文文献和英文文献。利用中国知网（CNKI）文献数据库检索中文文献，检索时间为1993—2023年，数据来源包括学术期刊（CSCD、CSSIC和北大核心）、博士论文、硕士论文和国内会议，采用专业检索的方式，以“土壤微生物”“草地”“草原”等为检索词，共检索到975篇，去除无关且重复的文章信息，得到837篇文献。利用Web of Science（WoS）核心文献合集检索英文文献，其检索时间为1993—2023年，文献类型为“Article”，以

“Soil microorganism”“Grassland ecosystem or Grassland”

等为检索词，共检索到1 373篇，删除无关且重复的文章信息，得到1 148篇文献。

1.2 研究方法

文献计量学，依托统计与数学，深度挖掘海量文献，揭示学科结构与发展动向，广泛应用于各学科前沿研究。该方法精析文献主题，定性与定量结合，客观系统探究趋势。VOSviewer作为主流可视化工具，基于共引理论，通过关键词共现展现领域热点，聚类分析国家、作者及关键词，实现可视化展示。本文借此绘制知识图谱，剖析草原土壤微生物研究的知识架构与演进路径，梳理近30年发展脉络，为后续研究提供借鉴。

2 结果与分析

2.1 国内外发文基本情况分析

2.1.1 发文数量分析

1993—2023年间，草原土壤微生物研究的文献数量呈现稳步增长态势，发文量由初期的6篇（1993年）跃升至190篇（2023年），标志着领域活跃度的显著提升。基于年发文量的变化特征，该领域的发展历程可划分为三大阶段：初期为诞生阶段（1993—2002年），

随后是启蒙阶段（2003—2012年），最终进入发展成熟阶段（2013—2023年）。

启蒙阶段（1993—2002年）：程东升于1993年出版了《森林微生物生态学》，填补了森林微生物生态领域的空白。相较之下，草原土壤微生物生态研究起步较晚，滞后于农业和林业领域，且国外研究领先国内约半个世纪。国内自20世纪80年代起，虽有学者涉足该领域，但研究范围有限，深度不足。此阶段，草原土壤微生物研究逐渐引起学术界关注，但文献产出较少，年均发文量约为7篇。

诞生阶段（2003—2012年）：微生物学被预见为未来的研究热点，特别是在纪念美国微生物学学会成立的大会上。同期。草地与牧业科学大会聚焦草地生态系统，草原土壤微生物作为关键要素频繁亮相。此阶段，研究深入到微生物的物种、遗传、结构及功能多样性，标志着草原土壤微生物多样性研究的全面展开。近年来，随着学科的深入和研究的深入，微生物多样性的研究也有了新的突破，如PCR-DGGE、PLFA、BIOLOG、克隆文库、稳定性同位素探针等。上述方法的出现及其观察结果的实用性使得21世纪初的草原土壤微生物研究热度升高，年均发文量增长至21篇。

成熟阶段（2013—2023年）：近年来，我国草地土壤微生物生态研究备受瞩目，发展迅速，研究广度涵盖微生物群落多样性、功能特性、环境互作机制及全球气候变化响应等多个维度。国际微生物生态学大会频繁召开，汇聚全球顶尖学者，特别是草原土壤微生物生态领域的专家，共同分享在微生物多样性、功能探索及其环境适应性等方面的最新科研进展。此外，土壤学大会亦聚焦草原土壤微生物议题，深入研讨其在土壤构建、养分流转及生态系统功能中的关键作用。此系列会议与学者贡献共促草原土壤微生物研究热度攀升，年均发表成果达65篇。

2.1.2 发文国家分析与发文机构分析

根据文献的第一作者国籍，VOSviewer分析显示，中国知网中文文献第一作者全为中国籍；WoS英文文献中，结果显示第一作者为中国国籍的文献占总发文量的31.39％；通过检索得到的以上文献数据集中没有包含蒙古文和俄文发表的相关文献。从目前分析中英文文献的结果显示，中国学者是草原土壤微生物研究的主要力量，其次是美国、德国等国家。

使用VOSviewer对英文文献进行可视化分析，筛选出论文总数超28篇的国家合作网络。节点大小与论文数量成正比，连线粗细代表合作频次。核心国家为中国、美国及德国，我国论文占比约61.91%。从合作上看，中美合作最为紧密，随后是德国与英国等国学者间的合作。

近30年，草原土壤微生物英文文献发文量前10机构中，中国科学院和中国科学院大学的发文量最多，发文量之和占总发文量的58％。国外机构则主要以哥根廷大学、法国农业科学研究院、霍恩海姆大学等机构为主，其发文量之和占总发文量的25％。

2.1.3 发文学科分析

由数据分析可知，土壤科学、畜牧与动物医学、自然地理学与测绘学在草原土壤微生物研究中领先。其中土壤科学显而易见是综合排名第一的发文学科，其全面探讨了土壤生态，含微生物组成与功能；而畜牧与动物医学次之，主要关注土壤微生物对牧草生长及畜牧业的影响。此外，在草原土壤微生物研究中，自然地理学和测绘学提供了草原空间分布、地形地貌等关键数据，通过GIS等技术支持了研究，共同推动该领域发展。

2.2 国内外发文关键词分析

研究热点、发文数量和关键词的出现频率有密切联系，高频关键词更迭代表着研究热点的变化，发文增长反映内容扩展。本文用VOSviewer分析草原土壤微生物文献关键词，合并同义词后列出前十，剔除检索词 “土壤微生物”“草原”“草地”等后，结合时间成果分析热点：

（1）“carbon”“microbial biomass”“decomposition”

等关键词的出现频次占总频次的36％。2002年前，草原土壤微生物活动为研究焦点，尤其是其参与的碳循环、生物量变化及有机物分解过程。自20世纪中后期以后，学者们对于草原土壤微生物的研究逐渐深入，除参与有机质、氮转化的过程之外，还涉及土壤酶、根际微生物[3]、菌根、微生物与土壤结构形成、人造有机物（农药、塑料）降解、金属转化等多个领域。例如，从被镉污染的农田土中分离鉴定出一株镉抗性细菌假单胞菌B7，培养后可利用该菌株完全去除样品溶液中的镉离子。

（2）21世纪初“土壤酶活性”“放牧强度”

“diversity”“nitrogen”等关键词为主导，其出现频次占总频次的26％，表明2003—2012年草原土壤微生物的生态功能成为研究热点。草原土壤微生物在养分循环、土壤结构改善、生物固氮、促进植物生长以及病害防治等方面发挥着重要的生态功能。这些功能保障草原生态系统健康稳定，促进可持续发展。如农业生态系统中豆科植物和根瘤菌共生固氮是草原土壤微生物发挥生态功能的重要体现。“荒漠草原”的高频出现则表明该时期研究区域已经开始扩展到荒漠草原地区。

（3）近10年，“高通量测序”“土壤理化性质”

“diversity”“responses”等关键词占主导，其出现频次占总频次的28％，说明2013—2023年草原土壤微生物多样性及其对土壤理化性质响应成为主题。在高通量测序技术的助力下，可以快速准确获取微生物群落遗传信息，揭示其分布多样性与变化规律[4]。通过研究草原生态系统微生物生态过程，促进草原资源的保护与可持续利用。“荒漠草原”“高寒草原”等词高频出现则表明该时期研究区域除了荒漠草原地区也已经扩展到高寒草原地区。

2.3 国内外研究未来发展预测

对草原土壤微生物研究各个发展阶段的高频关键词进行分析后，可以看出，草原土壤微生物研究的未来方向主要包括以下三个方面。

首先，未来草原土壤微生物研究将深耕土壤理化性质，特别是营养含量与比例、质地等。通过综合分析这些因素，以精确揭示微生物多样性与土壤环境的关联。

其次，微生物生态学研究手段不断进化，从培养分离到测序与生物信息学，再引入分子生物学技术，突破微生物研究局限。第三代测序技术因长序列、快速及便携等优势，预示了现场测序的趋势。但目前该技术成熟度不及第二代，后者仍为当前主流测序手段。

最后，随着全球气候变化的加剧，草原土壤微生物对气候变化的响应也将成为研究的热点。研究人员将关注温度升高、降雨模式改变等因素对土壤微生物多样性的影响，以及微生物如何适应和响应这些变化[5]。

3 结论

通过对近30年草原土壤微生物的相关研究进行详细梳理后，得出以下结论。

（1）草原土壤微生物研究的发文数量经历了诞生阶段（1993—2002年）、启蒙阶段（2003—2012年）、

成熟阶段（2013—2023年）三个阶段的变化，发展到21世纪以来英文文献的发文量急剧增加，其中第一作者为中国国籍的文献占31.39％，中国科学院在发文单位中排名第一。

（2）发文学科中土壤科学、畜牧与动物医学、自然地理学和测绘学这三个学科排名靠前，说明这些学科与草原土壤微生物的研究有着密切的关联。同时，这也反映了草原土壤微生物研究是一个多学科交叉的领域，需要不同学科的知识和方法共同推动其发展。

（3）近30年草原土壤微生物相关研究依次集中在草原土壤微生物参与的活动、草原土壤微生物的生态功能、草原土壤微生物多样性及其对土壤理化性质响应这三个方面。同时，21世纪初，研究还主要集中在荒漠草原地区，到了2013—2023年，研究区域已经扩展到高寒草原地区和荒漠草原地区。

参考文献

[1] 最保.草原生态保护修复和利用技术[J].农家参谋，2022（11）：141-143.

[2] 李江涛.草原生态修复与治理问题探析[J].当代农机，2023（3）：99-100.

[3] Carrillo Y，Bell C，Koyama A，et al.Plant traits，stoichiometry

and microbes as drivers of decomposition in the rhizosphere

in a temperate grassland [J].Journal of Ecology，2017，

105（6）：1750-1765.

[4] 李婷婷，张西美.全球变化背景下内蒙古草原土壤微生物多样性维持机制研究进展[J].生物多样性，2020，28（6）：749-758.

[5] 孙忠超，周玉蓉，赵亚楠，等.荒漠草原土壤微生物矿化对灌丛引入过程及水分的响应[J].生态学报，2021，41（4）：1537-1550.