本文摘要：摘要：隨著農業經濟發展，人類及其他動植物等的活動為外源微生物在食物鏈、環境介質中傳播創造了條件，造成外源微生物頻繁流動并對土壤生態系統產生擾動，進而引發微生物入侵。為了解國內外微生物入侵相關研究進展，本文利用CiteSpace、VOSviewer及HistCite對WebofScie
摘要：隨著農業經濟發展，人類及其他動植物等的活動為外源微生物在食物鏈、環境介質中傳播創造了條件，造成外源微生物頻繁流動并對土壤生態系統產生擾動，進而引發微生物入侵。為了解國內外微生物入侵相關研究進展，本文利用CiteSpace、VOSviewer及HistCite對WebofScience核心合集數據庫中微生物入侵領域的主要研究熱點及其變化趨勢等進行計量分析。結果表明：微生物入侵相關研究文獻數量逐年上升，受到的關注度越來越高;美國、中國、德國、印度、澳大利亞等國家在該領域發文量居前列，且具有較緊密的國際學術合作網絡;高通量測序與宏基因組為核心的微生物測定分析技術的快速發展，使得微生物入侵成為研究熱點，當前的研究文獻集中于根際促生菌作用機制、根際微生物群與植物健康等方面。研究指出有益微生物入侵可有效防治植物病害、促進植物生長以及修復污染土壤等，但病原微生物入侵土壤可造成作物減產、質量下降，甚至可經食物鏈傳播而威脅人類及其他動物的健康，因此微生物入侵的影響與入侵菌株性質緊密相關。未來研究趨勢主要集中于入侵微生物與特異性土著微生物的相互作用關系、植物病原微生物的防控機制與技術應用等方面，以期為土壤健康與綠色農業生產提供理論依據。
關鍵詞：土壤;微生物入侵;文獻計量;WebofScience;CiteSpace;VOSviewer
微生物入侵指外源性微生物經自然或人為途徑進入到新生態系統，通過競爭、協同等作用對侵入地的群落組成、結構及功能產生效應的過程[1]。有害微生物入侵土壤造成土壤生態系統的組成結構以及功能的失衡，形成微生物污染。土壤生態系統組成多樣，功能復雜，其健康因子主要包括酸堿度、有機質、碳氮磷以及微生物等，其中微生物作為影響土壤健康的關鍵因子，可參與有機質分解、土壤結構和耕性改善、礦物質分解及固氮等過程，是土壤物質轉化和能量流動的核心驅動力[2]。
經濟社會的快速發展以及人類活動的日益頻繁，為外源生物的傳播創造了良好的前提條件。微生物正隨著水體、動植物遷移以及經濟貿易等方式以前所未有的規模在全球范圍內進行傳遞，其中包括細菌克隆體與抗性基因在全球陸地環境間的快速傳播[3]。外源微生物進入土壤生態系統可對土著微生物群落結構與功能產生影響[4]，主要包括以下兩個方面：
積極影響：主要指有益微生物入侵，如人為添加外源根際促生菌，可促進植物生長，修復土壤污染，降低土傳病害發生率等，例如人為將固氮螺菌(Azospirillum)大量投入土壤中可顯著提高植物固氮能力、植物激素活性以及防控病蟲害等[5];解鉀菌、溶磷菌與蒼白桿菌組成的植物根際促生混合菌劑可顯著提高蒲兒根在銅污染土壤中的抗逆性和對銅的富集能力[6];多黏類芽孢桿菌(Paenibacilluspolymyxa)可通過降解尖孢鐮刀菌毒素以減輕黃瓜枯萎病病害程度[7]。
消極影響：主要指有害微生物入侵，如沙門氏菌(Salmonella)、尖孢鐮刀菌(Fusariumoxysporum)、致病性大腸桿菌(EnteropathogenicEscherichiacoli)等，可顯著改變土著微生物群落結構與功能，造成農作物病害，降低農產品產量。此類病原微生物可通過土壤、水、空氣、食物等途徑進入人體，對人類健康產生威脅。例如1996年日本暴發的大腸桿菌O157:H7疫情導致44個都府縣受到污染。美國于2009年由于番茄受到種植土壤中沙門氏菌污染后造成人群沙門氏菌疫情暴發等[10];湖北省武漢市于019年末發生的新冠肺炎病毒傳染事件對人群健康以及社會經濟造成了極大的影響。
早期監控追蹤技術相對落后，對微生物入侵關注度較低，隨著現代科技手段的不斷發展，開展微生物入侵相關的研究結果對防控土傳病害、提高土壤生產力、保護人類健康具有重要的科學意義和實際價值。目前，關于土壤生態系統的“微生物入侵”相關內容的計量整合分析還十分有限，本文基于WebofScience(WoS)核心數據庫，結合CiteSpace、OSviewer等軟件，對國內外近20年內(2000年—2021年)微生物入侵土壤生態系統的發文數量、主要國家及研究機構、研究學者、學科門類以及關鍵詞聚類等內容進行計量分析，重點關注土壤學領域微生物入侵的研究熱點，全面了解外源微生物入侵對植物土壤生態體系的影響，旨在為培育健康土壤和保障作物安全提供理論支撐。
1材料與方法
1.1數據來源
本文分析論文數據庫檢索源為WebofScience核心合集數據庫，根據研究目標，以“soil”AND“invasive”OR“invasion”AND“soilmicrobial”OR“soilpathogen”OR“soilmicrobe”OR“soilbornedisease”等關鍵詞進行檢索，時間設置為2000年—2021年，篩選數據類型為“article”，檢索文獻截止日期設置為2021年月號，最終檢索結果為23333篇。選擇篩選得到的所有文獻數據，導出為純文本格式，保存于“input”文件夾。在CiteSpace中點擊Data—>Import/Export，進入CiteSpace功能界面，并在菜單中選擇數據的預處理菜單，進入數據預處理功能界面。選擇工作文件夾為“input”和“output”，數據加載結束后，點擊“Removeduplicates(WoS)”執行去重過程，得到的文件即為后續分析數據源。
1.2研究方法
利用WebofScience自帶分析檢索結果功能，對2000年—2021年間發表的23333篇文獻進行發文國家地區、學科的計量分析，采用Excel2013(MicrosoftCorporation，Redmond，WA，USA)與Origin2019軟件進行統計圖計算與繪制;利用CiteSpace分析數據源文獻得到關鍵詞突現信息(Burstness)并計算關鍵文獻中心度;采用VOSviewer的Coauthorship功能分析發文國家與機構之間合作緊密程度，閾值均設置為50;通過共現分析(Cooccurence)，將閾值設置為100，選定所有關鍵詞(AllKeywords)選項統計出現頻率較多的關鍵詞，反映該領域的研究熱點;Cocitation分析近二十年來被引頻次最高，影響最大的文獻;利用HistCite運算期刊本地引用及總引用。
2結果與討論
2.1文獻產出趨勢
Webofcience核心數據庫檢索數據達2333篇，核心數據庫檢索分析表明發文學科主要集中在植物科學、微生物學、環境科學與土壤學等，在檢索文獻時間范圍內，植物科學比重最大為17.76，其次為環境科學(15.21)、微生物學(14.53%)、生態學(10.78)、土壤科學(0.73%)等學科。目前微生物入侵研究熱點主要集中于有益微生物的植物促生與病害防治功能[11]以及病原微生物入侵對植物與土壤造成生物污染[12]等方面，因此植物科學成為微生物入侵研究領域文章發表的主要學科。
微生物入侵相關研究的發文數量逐年增加，發文數量最多的國家為美國，其次為中國，且該領域逐漸出現了多角度的研究：包括探究外源微生物入侵的影響因子、微生物入侵的階段劃分、微生物入侵的干擾效應等。產出量位列前十的期刊及其2021年影響因子如表所示，發表論文較多的學術期刊包括SoilBiologyBiochemistry(770篇)、FrontiersinMicrobiology(521篇)、oSne(489篇)、PlantandSoil(441篇)、AppliedSoilEcology(421篇)等，其中2021年單年影響因子大于的學術期刊有SoilBiologyBiochemistry、FrontiersinMicrobiology、ScienceoftheTotalEnvironment等。
其中，研究領域的發文學科劃分是根據3333篇文獻進行綜合分析的結果，而關鍵期刊僅展示了排名靠前的部分期刊，可分別展示出該研究領域的重點學科與主要期刊。結果表明本地引用次數(TLCS)、總引用(TGCS)次數較高的期刊有SoilBiology&Biochemistry、PlantandSoil、AppliedSoilEcology、AppliedandEnvironmentalMicrobiology等，論文產出量前十期刊中大多數被歸類至土壤科學學科(1191篇)、植物科學學科(1148篇)及微生物學學科(602篇)，結果顯示該研究領域土壤科學學科總發文量低于其他學科，但該學科代表性期刊的發文量最高，表明微生物入侵相關研究一直是土壤科學學者的研究重點。
2.2發文的國家
地區與機構在合作網絡分析中，圓圈大小表征相應國家或機構發文情況，各圓圈之間連線表征個體之間的聯系，連線愈密集合作關系愈強，圓圈越大表明發文數量越多。在所搜集2000年—2021年的文獻中，中國科學院發文數量最多，其中南京農業大學與其他機構合作最為密切。此外，本文對論文產出國進行了網絡分析，結果顯示發文國家中美國與其他國家之間聯系最為密切，其次為中國、德國、印度等，與中國合作較為密切的國家地區主要有印度、澳大利亞、巴基斯坦、馬來西亞等國。
2.3文獻共被引
對外源微生物入侵領域進行文獻共被引分析，其中心性最大的文獻為Lugtenberg和amilova發表的“PlantgrowthpromotingRhizobacteria”，以及Stinson發表的“InvasivePlantSuppressestheGrowthofNativeTreeSeedlingsbyDisruptingBelowgroundMutualisms”。中心度是建立起個不相關節點之間關系的橋梁，其中“PlantgrowthpromotingRhizobacteria”中心度最高為0.09，凸顯出該節點的位置重要性，其中與植物相關的有益菌、病原菌研究在2000年—2021年的中心性值排名前十的文獻中占據近80%的比例，表明現階段學者的研究熱點主要集中于有益菌及病原菌入侵植物土壤體系的效應。
Lugtenberg和Kamilova[13]于AnnualReviewerofMicrobiology上發表的“PlantgrowthpromotingRhizobacteria”文章，主要歸納介紹了植物根際促生菌的定義、種類以及其直接與間接促生作用，并展望了植物根際促生菌在未來可持續農業上的應用;Stinson等[14]發表于oSBiology上的“InvasivePlantSuppressestheGrowthofNativeTreeSeedlingsbyDisruptingBelowgroundMutualisms”文章。
主要介紹了入侵植物大蒜芥菜(Alliariapetiolata)可通過改變土壤中菌根真菌與植物的互作機制進而抑制本土樹種的健康生長;Lundberg等[15]發表在Nature上的“DefiningtheCoreArabidopsisThalianaRootMicrobiome”主要闡明了擬南芥核心根際細菌菌群與內生菌菌群的互作與寄主、土壤類型顯著相關，可知穩定的微生物區系在受到外源微生物擾動時對植物土壤微生物互作可造成顯著影響;其他文獻主要關注于根際細菌與植物健康的作用機理、地上菌群與地下菌群的生態功能等[1617]，揭示了微生物群落的穩定性與植物土壤體系的生態功能息息相關。
3結論
2000年—2021年微生物入侵領域文章發表最多的學科為植物科學，但發文量前十期刊里土壤學科占比最高;我國近兩年關于微生物入侵研究的發文數量超越美國而躍居第一，表明我國對土壤健康、生態健康的重視程度顯著提高;植物促生與生物防控是微生物入侵領域的研究熱點。隨著微生物科技手段的進一步發展，極大擴展了學者對植物土壤體系微生態平衡的理解，近些年來對微生物群落結構功能的研究已逐漸深入，該領域未來研究趨勢主要集中于提高有益微生物對植物生長的促進作用以及病原微生物的防控效果等方面。
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作者：陳敏1,2，秦華1,2，常健瑋1,2，徐建明，邢佳佳1,2†
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