何 艷，黃曉偉，程中一，王天宇，施加春，徐建明

（浙江大學(xué)土水資源與環(huán)境研究所，浙江省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310058）

大豆是一種重要的高蛋白農(nóng)產(chǎn)品，在我國食用、飼用、醫(yī)療以及工業(yè)等領(lǐng)域被廣泛利用，尤其在我國人體膳食結(jié)構(gòu)中具有重要的不可替代性[1]。在過去20 年中，中國本土消耗的大豆主要依靠進(jìn)口[2]，提升大豆自給力一直是重要的國家需求之一。2019年中央一號文件提出實(shí)施大豆振興計(jì)劃，多途徑在我國本土擴(kuò)種大豆[3-4]；與此同時(shí)，我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展進(jìn)入新的歷史階段，土壤污染防治與質(zhì)量提升在農(nóng)業(yè)綠色和高質(zhì)量發(fā)展中的作用更加凸顯。圍繞土壤功能的研究已從聚焦土壤肥力、追求作物產(chǎn)量，到更加突出土壤環(huán)境質(zhì)量和健康以支撐農(nóng)業(yè)高質(zhì)量綠色發(fā)展的變化歷程[5]。過去高投入的農(nóng)業(yè)耕作模式造成各類污染物在農(nóng)田系統(tǒng)中不斷累積，加劇了土壤質(zhì)量退化及農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，對大豆產(chǎn)地的土壤環(huán)境質(zhì)量和微生態(tài)平衡構(gòu)成威脅，極大程度限制了國家大豆振興計(jì)劃的有效實(shí)施。

近年來，我國大豆產(chǎn)地除草劑施用量整體呈上升趨勢[6]。除草劑的土壤殘留常危害后茬作物生長[7-8]，環(huán)境友好型除草劑持續(xù)多年施用也可干擾生態(tài)環(huán)境，并可能通過對土壤微生態(tài)的負(fù)面影響導(dǎo)致大豆更易遭受病蟲害侵襲[9-11]；目前我國耕地重金屬污染問題較為突出[12-14]，使得近年來“鎘麥”、“鎘米”等農(nóng)產(chǎn)品安全事件頻發(fā)，大豆產(chǎn)地重金屬污染對大豆品質(zhì)安全造成的威脅不容忽視；大豆集約化種植過程連年單作導(dǎo)致土壤微生態(tài)失衡，地下病蟲害日趨嚴(yán)重[15]，不僅造成減產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)損失，還加劇了種植過程對農(nóng)藥的依賴程度。因此，當(dāng)前迫切需要從大豆種植條件下產(chǎn)地土壤環(huán)境與微生態(tài)演變出發(fā)，準(zhǔn)確認(rèn)識限制我國大豆產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量綠色健康發(fā)展的關(guān)鍵問題，在系統(tǒng)梳理國內(nèi)外已有研究進(jìn)展和研究重點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出未來研究方向，以推動我國大豆產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

有鑒于此，本文基于Web of Science（WoS）核心數(shù)據(jù)庫，檢索大豆產(chǎn)地土壤環(huán)境與微生態(tài)過程研究領(lǐng)域的所有文獻(xiàn)，利用VOSviewer 軟件進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，探討全球近20 年內(nèi)國內(nèi)外不同時(shí)期相關(guān)大豆種植體系中大豆生長受除草劑殘留、重金屬累積、地下病害發(fā)生等影響的研究熱點(diǎn)和進(jìn)展，為解決限制我國大豆高產(chǎn)創(chuàng)建和品質(zhì)提升的大豆產(chǎn)地土壤環(huán)境與微生態(tài)問題提供研究思路。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

國際文獻(xiàn)計(jì)量的數(shù)據(jù)來自美國湯森路透公司（Thomson Reuters）WoS 核心合集數(shù)據(jù)庫。依據(jù)前期文獻(xiàn)調(diào)研，并結(jié)合本文研究領(lǐng)域核心關(guān)鍵詞制定英文檢索式。除草劑相關(guān)研究的英文檢索式為：（“soybean” or “glycine max”）and（“herbicide” or“glyphosate” or “imazethapyr” or “glufosinate” or“atrazine” or “dicamba”）；重金屬相關(guān)研究的英文檢索式為：（“soybean” or “glycine max”）and（“heavy metal” or “heavy metals” or “cadmium” or“chromium” or “nickel” or “copper” or “arsenic” or“l(fā)ead not lead to” or “mercury” or “zinc”）；關(guān)于地下病害，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)以及第三版《中國農(nóng)作物病蟲害》[16]，挑選出國內(nèi)外典型的、危害嚴(yán)重的大豆地下病害并制定英文檢索式，即：（“soybean” or“glycine max”）and（“soil borne disease” or “soilborne disease”）（此處省略地下病害病原菌及其具體名稱）；出版年為2000—2019 年（2000 年1 月1 日至2019 年12 月31 日），選定文獻(xiàn)類型為Article 和Review。經(jīng)檢索，獲得除草劑相關(guān)文獻(xiàn)2 877 篇，重金屬相關(guān)文獻(xiàn)2 329 篇，地下病害相關(guān)文獻(xiàn)2 447篇。此外，為深入分析從土壤科學(xué)領(lǐng)域開展的針對大豆產(chǎn)地環(huán)境與微生態(tài)過程的研究，在上述檢索基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將關(guān)于除草劑、重金屬和地下病害檢索關(guān)鍵詞合并，并分別增加土壤為關(guān)鍵詞（“soil” or“l(fā)and” or “farmland”）進(jìn)行綜合搜索分析，得到相關(guān)文獻(xiàn)2 119 篇。

1.2 研究方法

在WoS 核心數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出以上關(guān)鍵詞檢索結(jié)果，通過VOSviewer 進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析（Co-occurrence、All keywords，熱圖顏色深淺、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)大小代表關(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)），以反映關(guān)于該科學(xué)問題的研究熱點(diǎn)；某個(gè)關(guān)鍵詞出現(xiàn)次數(shù)越多，代表該研究領(lǐng)域越受到國家以及科學(xué)界的關(guān)注。對某些意義一致的關(guān)鍵詞進(jìn)行合并，包括相同名詞單數(shù)和復(fù)數(shù)（例如herbicide 與herbicides）、意義相同的名詞或詞組（例如soybean 與glycine max、root rot 與root-rot、crop rotation 與rotation）、意義相同的縮寫（例如zinc 與Zn）等。

2 大豆產(chǎn)地土壤環(huán)境研究現(xiàn)狀及趨勢

2.1 “大豆與除草劑”研究

圖1 聚類圈中高頻關(guān)鍵詞的共現(xiàn)反映關(guān)于除草劑在大豆種植過程中的施用管控（management）、多種除草劑復(fù)合施用（mixture）以及對雜草控制（weed control、weed management）方面的功效（efficacy）、下茬作物易感性（sensitivity）和相關(guān)農(nóng)藝過程（crop rotation，tillage）是該領(lǐng)域的重要研究方向之一；由于具有極強(qiáng)除草效果，環(huán)境友好型除草劑草甘膦及相關(guān)耐性作物品種的研究是近二十年來的研究熱點(diǎn)[17]。通過關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雜草抗性（weed resistance）與草甘膦抗性（glyphosate resistance）等高頻關(guān)鍵詞聯(lián)系緊密，反映出因利用耐草甘膦大豆品種進(jìn)行生產(chǎn)導(dǎo)致的雜草抗性提高的相關(guān)問題受到學(xué)界重點(diǎn)關(guān)注[18-19]。除草劑對大豆植株的毒理效應(yīng)（phytotoxicity）[20]以及解毒機(jī)制（mechanism）[21-22]也是學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注對象；同時(shí)除草劑也會抑制根瘤菌活性，這將進(jìn)一步影響根瘤菌的結(jié)瘤、發(fā)育及固氮功能[23-24]，但相關(guān)研究較少。水（water）、吸附（sorption）、解吸（desorption）、消減（dissipation）、遷移（transport）、持久性（persistence）等高頻關(guān)鍵詞的出現(xiàn)反映基于物理化學(xué)污染過程的除草劑土-水界面吸附與遷移是研究熱點(diǎn)之一[25-26]。多數(shù)研究表明，環(huán)境中農(nóng)藥降解過程通常由微生物主導(dǎo)[27]，土壤中菌群間的互作極大程度促進(jìn)除草劑的降解效率[28]；然而目前關(guān)于殘留除草劑在大豆種植土壤中生物降解過程的研究較少。同時(shí)現(xiàn)有研究指出，氟磺胺草醚會對大豆根際土壤微生物群落豐度及酶活性產(chǎn)生負(fù)面影響[29]；在土壤中添加草甘膦后，耐草甘膦大豆根際微生物功能受到抑制[30]；但針對除草劑脅迫下根際微生物群落組成、功能以及互作網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)鮮有報(bào)道，相關(guān)關(guān)鍵詞詞頻基本低于25 次。

2.2 “大豆與重金屬”研究

農(nóng)田土壤中（agricultural soil）重金屬的毒害作用（toxicity）包括直接造成大豆組織（leaves、roots）損傷[31-32]以及抑制大豆對土壤氮（nitrogen）[33]、磷（phosphorus）[34]等養(yǎng)分的吸收（absorption）。除此之外，重金屬在根瘤中的積累（accumulation）會抑制根瘤菌固氮活性（nitrogen fixation），這將進(jìn)一步抑制大豆生長[33，35]（圖1）；而添加鈣（calcium）等鹽基離子則可以緩解重金屬對大豆的毒害[36]。目前關(guān)于大豆解毒機(jī)制的研究主要集中于緩解重金屬引起的氧化脅迫（oxidative stress），包括抗氧化物（antioxidan）、金屬螯合有機(jī)酸（citric acid、phytic acid）的分泌和金屬螯合蛋白例如谷胱甘肽（glutathione）[37]的合成；重金屬積累也會降低大豆籽粒質(zhì)量（protein、lipid）[38-39]，這可能會影響相關(guān)大豆產(chǎn)品品質(zhì)（soybean oil、fatty-acid）[40]，同時(shí)造成食物鏈安全風(fēng)險(xiǎn)（soybean meal diet、bioavailability）（圖1）。目前關(guān)于重金屬在大豆產(chǎn)地土壤中的污染過程與修復(fù)的研究較少，對重金屬土壤污染過程的研究大部分停留在土壤性質(zhì)對重金屬的遷移（transport）和吸附（adsorption）；植物修復(fù)（phytoremediation）是一種綠色高效去除（removal）土壤中重金屬的方法[41]，因此更偏向于利用植物修復(fù)污染土壤（contaminated soil）（圖1）。大量研究指出，重金屬污染會影響土壤微生物活性、生物量以及碳、氮、磷養(yǎng)分循環(huán)[42-45]，進(jìn)而影響土壤肥力和健康；但類似研究較少針對大豆產(chǎn)地土壤展開，因而，目前對重金屬脅迫下大豆產(chǎn)地土壤肥力和健康功能如何演變、以及這種演變進(jìn)一步對大豆產(chǎn)量產(chǎn)生何種影響還缺乏全面的認(rèn)知。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)銅、鋅與豬（pig）、雞（broiler）等畜禽關(guān)鍵詞聯(lián)系較為緊密，經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)得出是部分研究探討飼料大豆中銅、鋅作為微量營養(yǎng)元素對畜禽生長的影響[46]；本研究將銅、鋅作為關(guān)鍵詞之一進(jìn)行檢索，這可能是引起該誤差的原因。

圖1 近20 年相關(guān)“大豆與除草劑、重金屬及地下病害”研究熱點(diǎn)及進(jìn)展Fig. 1 Hotspots and progress of the research on ‘Soybean and Herbicide/Heavy metal/Soil-borne Diseases’ in the recent 20 years

2.3 “大豆與地下病害”研究

大豆胞囊線蟲病（soybean cyst nematode）以及導(dǎo)致該病害發(fā)生的大豆胞囊線蟲（Heterodera glycines Ichinohe）在所有關(guān)鍵詞中出現(xiàn)頻次最高，在我國主要分布在東北和黃淮海大豆主產(chǎn)區(qū)[16]。關(guān)鍵詞頻數(shù)排第三的是南方根結(jié)線蟲（Meloidogyne incognita），該病原菌導(dǎo)致的病害為大豆根結(jié)線蟲?。╯oybean root-knot nematode）（圖1）。關(guān)鍵詞頻數(shù)排第二的大豆病原菌是大豆疫霉菌（Phytophthora sojae），其引起的大豆疫霉根腐病是危害大豆生產(chǎn)的嚴(yán)重病害之一[47]；此外，能夠?qū)е赂。╮oot rot）的病原菌還包括禾谷鐮孢（F. graminearum）和尖鐮孢（F. oxysporum）[48]、腐皮鐮孢（F. solani）以及腐霉菌屬（Pythium）[47]、立枯絲核菌（Rhizoctonia solani）[49]等；由于地區(qū)性差異，各地報(bào)道的根腐病病原菌優(yōu)勢種各不相同。F. virguliforme 引起的大豆猝死綜合征（sudden-death syndrome）是美洲（圖1）大豆重要病害之一[50-51]；除多種病原菌導(dǎo)致的根腐病外，也包括線蟲-真菌-卵菌共侵染引起的病害問題[52]。聚類圈中出現(xiàn)種（races）、毒性（virulence）、鑒定（identification）、植物防御（plant defence）、水楊酸（salicylic acid）等高頻關(guān)鍵詞表明針對病原體不同亞種鑒定及其對不同大豆品種的毒性和探究植物抗病機(jī)理是各國學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注的研究方向。目前關(guān)于大豆地下病害防治的研究方向主要有：1）農(nóng)藝手段：與非宿主作物輪作[16，53]以及抗性品種的選育、種植[53]；2）生物防治（biocontrol）：利用食線蟲真菌（nematophagous fungi）、寄生真菌（parasitism）[54]以及細(xì)菌（bacteria）[55]等進(jìn)行線蟲病防治是當(dāng)前該領(lǐng)域研究重點(diǎn)（圖1）。越來越多的研究指出，植物根際關(guān)鍵微生物種群能夠通過高效表達(dá)抗病基因抵御病原菌在根際的定植以有效保障植物健康[56-60]，因此近年來針對豆科植物根際（rhizosphere）中細(xì)菌（bacteria）群落在抑制根腐病病原入侵中所起的關(guān)鍵作用受到各國學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注[59-60]；同時(shí)土壤病毒、真菌以及原生生物在地下病害防治中也起到重要作用[61-63]，通過強(qiáng)化根際免疫能力防控地下病害發(fā)生是未來研究的重點(diǎn)。地下病害的發(fā)生不僅與種植季節(jié)氣候相關(guān)（damping-off），也受田間耕作方式的影響[16]。除與共同宿主輪作外，除草劑的持續(xù)投入也會提高大豆染病風(fēng)險(xiǎn)：十年持續(xù)施用草甘膦會促進(jìn)鐮孢菌屬在耐草甘膦大豆根系上的定殖[64]；同時(shí)草甘膦的施用也會提高其他作物根腐病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[9-10]；這可能與草甘膦持續(xù)施用抑制土壤中重要拮抗菌活性導(dǎo)致大豆根際免疫下降有關(guān)[64-65]。但目前關(guān)于除草劑持續(xù)投入下土壤微生態(tài)的響應(yīng)以及與地下病害的發(fā)病機(jī)制尚不清楚。

2.4 大豆相關(guān)研究中“產(chǎn)地土壤環(huán)境與微生態(tài)過程”方向成果產(chǎn)出

地下土壤微生態(tài)系統(tǒng)與地上植物系統(tǒng)緊密聯(lián)系，相互依存，共同決定著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特征、過程和農(nóng)田系統(tǒng)功能，其中土壤微生物在植物-土壤物質(zhì)交換、養(yǎng)分循環(huán)以及植物抗逆過程中起到關(guān)鍵作用[66-68]。為探討除草劑、重金屬以及地下病害引起的大豆產(chǎn)地土壤環(huán)境與微生態(tài)問題的國內(nèi)外研究熱點(diǎn)以及研究趨勢，進(jìn)一步將上述關(guān)于除草劑、重金屬和地下病害檢索關(guān)鍵詞合并，并添加土壤為關(guān)鍵詞（“soil”or “l(fā)and” or “farmland”）進(jìn)行綜合搜索分析。

2.4.1 “產(chǎn)地土壤環(huán)境與微生態(tài)過程”方向的文獻(xiàn)計(jì)量分析 從關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析結(jié)果可以看出，近20年關(guān)于“產(chǎn)地土壤環(huán)境與微生態(tài)過程”的研究熱點(diǎn)主要包括以下三個(gè)方面：

其一，除草劑的土壤環(huán)境過程與農(nóng)業(yè)管理。從關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析圖中出現(xiàn)的高頻關(guān)鍵詞可知，引起土壤污染的除草劑來源主要是在玉米-大豆輪作體系下進(jìn)行相關(guān)雜草控制和農(nóng)業(yè)管理過程中形成的除草劑土壤殘留（residue），進(jìn)而影響大豆的產(chǎn)量（impact、yield）（圖2）。由土壤污染引發(fā)的水環(huán)境二次污染問題以及基于物理化學(xué)過程的除草劑土-水界面吸附與遷移也是研究熱點(diǎn)之一。同時(shí)在降解研究中，主要關(guān)注生物降解和礦化的過程與機(jī)制，針對除草劑脅迫下根際微生態(tài)過程的關(guān)注較少（圖2）。

其二，重金屬積累與毒理效應(yīng)。從圖2 中可以看出，鋅、鎘、銅、鉛是學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注的大豆產(chǎn)地土壤重金屬元素。聚類圈中出現(xiàn)了農(nóng)田土壤（agricultural soil）、施肥（fertilizer、fertilization）、污水污泥（sewage sludge），反映學(xué)者們對農(nóng)田土壤中重金屬污染源有一定研究；同時(shí)學(xué)者著重探討土壤中重金屬對植物生長的影響機(jī)理，其中還涉及食品安全風(fēng)險(xiǎn)（food safety）。此外，針對大豆根際微生態(tài)過程對土壤重金屬的響應(yīng)，包括重金屬對細(xì)菌、叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungus）等微生物的生態(tài)效應(yīng)、以及對根瘤菌固氮（nitrogen fixation）、結(jié)瘤（nodulation）能力的探討也是近20年的研究重點(diǎn)之一。為應(yīng)對土壤重金屬污染帶來的大豆減產(chǎn)以及食物鏈安全風(fēng)險(xiǎn)，各國學(xué)者重點(diǎn)研究了土壤重金屬污染生物修復(fù)技術(shù)（bioremediation），其中主要是利用植物提?。╬hytoextraction）的植物修復(fù)技術(shù)，研究的核心重點(diǎn)關(guān)注了修復(fù)技術(shù)應(yīng)用前后對土壤重金屬有效性（available）的影響。

其三，地下病害發(fā)生及防治。從圖2 中可以得到，聚類圈中大豆胞囊線蟲、大豆根結(jié)線蟲及其病原菌相關(guān)關(guān)鍵詞出現(xiàn)次數(shù)最多，表明在研究地下病害發(fā)生的土壤過程中，線蟲病是近20 年關(guān)注度最高的地下病害，其次是根腐病以及大豆猝死綜合征；同時(shí)抗病品種選育以及生物防治以緩解地下病害仍是各國研究的重點(diǎn)。與生物防治以及根際聯(lián)系緊密的有真菌、根腐病、胞囊線蟲、根結(jié)線蟲、細(xì)菌、捕食性真菌、微生物（microorganisms）、微生物群落（microbial community）、多樣性（diversity）等，表明基于根際微生物群落組成以及功能多樣性調(diào)控，通過提升根際免疫力以對地下病害進(jìn)行生物防治是本階段的研究熱點(diǎn)（圖2）。

圖2 增加引入“土壤”為合并檢索關(guān)鍵詞所得近20 年國際上相關(guān)研究熱點(diǎn)及進(jìn)展Fig. 2 Hotspots and progress of the research on introduction of ‘soil’ as a joint key word for retrieval in the recent 20 years

2.4.2 中國在“產(chǎn)地土壤環(huán)境與微生態(tài)過程”方向的研究特點(diǎn)及學(xué)術(shù)貢獻(xiàn) 近20 年國際上關(guān)于除草劑、重金屬以及地下病害引起的大豆土壤環(huán)境與微生態(tài)問題共計(jì)發(fā)表2 119 篇文獻(xiàn)，h 指數(shù)達(dá)76；發(fā)文量居前3 位的國家分別是大豆主產(chǎn)國美國、中國以及巴西，共占總發(fā)文量的72.9%。美國關(guān)于該科學(xué)問題發(fā)文量最高，占比接近50%，h 指數(shù)為63；中國發(fā)文量與美國差距較大，僅為美國的1/3（表1）。然而，中國學(xué)者在近五年關(guān)于該科學(xué)問題的發(fā)文量超過2000—2014 年發(fā)文量的總和，尤其是h 指數(shù)在2010—2019 時(shí)段內(nèi)與美國差距甚微，這表明隨著中國土壤科學(xué)的發(fā)展以及世界大豆貿(mào)易格局的變化，尤其是國家“大豆振興計(jì)劃”出臺和實(shí)施，中國學(xué)者在本領(lǐng)域研究的數(shù)量和影響力迅速增大，這為后續(xù)立足當(dāng)下國情實(shí)際，在保障主糧豐產(chǎn)增效的同時(shí)提升我國大豆自給力，實(shí)現(xiàn)大豆高產(chǎn)創(chuàng)建和品質(zhì)安全，打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

進(jìn)一步以美國作為國際研究的代表，分析中國與國際上該方向研究特色與關(guān)注熱點(diǎn)的差異。近20年美國學(xué)者相關(guān)研究中的關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析結(jié)果表明（圖3），美國關(guān)于除草劑引起的土壤環(huán)境與微生態(tài)問題的研究方向已經(jīng)從農(nóng)業(yè)管理向除草劑的土壤環(huán)境過程方面過渡，包括除草劑土-水界面的吸附、遷移、殘留、消減以及降解；同時(shí)，因常年反復(fù)施用導(dǎo)致的除草劑殘留對土壤養(yǎng)分循環(huán)過程的影響也是美國學(xué)者近年來研究的側(cè)重點(diǎn)[69]。在土壤重金屬污染引起的大豆土壤生態(tài)環(huán)境問題方面，美國學(xué)者僅關(guān)注重金屬對植物的毒害作用以及食物鏈安全風(fēng)險(xiǎn)，關(guān)于土壤重金屬污染過程以及生態(tài)效應(yīng)等方面研究較少（圖3），這可能與美國大豆主產(chǎn)區(qū)耕地土壤質(zhì)量相對優(yōu)良，由土壤污染源引起大豆重金屬污染的安全風(fēng)險(xiǎn)不典型有關(guān)；地下病害發(fā)生及防治也是美國學(xué)者的研究重點(diǎn)（圖3）。聚類圈中出現(xiàn)次數(shù)最多的地下病害關(guān)鍵詞是大豆胞囊線蟲病，其次是大豆猝死綜合征以及根腐病。隨著微生物測序手段的進(jìn)步，關(guān)于地下病害的研究熱點(diǎn)由宏觀防控逐漸過渡到微觀發(fā)病/抗病機(jī)理（針對具體病原菌）研究，尤其是在大豆根際微域中，微生物群落，包括細(xì)菌以及真菌群落多樣性在植物抗性以及生物防治中起到的作用成為研究熱點(diǎn)[70-71]。

表1 2000—2019 年大豆主產(chǎn)國關(guān)于“土壤環(huán)境與微生態(tài)過程”領(lǐng)域發(fā)文情況Table1 Publication of papers ‘Soil Environment and Micro-ecological Process of soybean’ in major soybean producing countries in 2000-2019

圖3 近20 年美國學(xué)者關(guān)于“大豆土壤環(huán)境與微生態(tài)過程”研究熱點(diǎn)及進(jìn)展Fig. 3 Hotspots and progress of the researches on ‘Soil Environment and Micro-ecological Process of Soybean’ accomplished by American scholars in the recent 20 years

根據(jù)圖4 關(guān)鍵詞共現(xiàn)結(jié)果，可以總結(jié)近20 年中國學(xué)者在該方向研究中取得的主要學(xué)術(shù)成就。對于土壤除草劑殘留引發(fā)的大豆產(chǎn)地土壤環(huán)境與微生態(tài)問題，中國學(xué)者多聚焦于除草劑在土-水界面削減的生物化學(xué)過程，相關(guān)成果產(chǎn)出與美國差距較大。目前，我國大豆產(chǎn)區(qū)除草劑施用種類繁多，導(dǎo)致除草劑的土壤殘留特征復(fù)雜、對土壤微生態(tài)過程以及土壤功能的影響未知，這將成為限制大豆高產(chǎn)創(chuàng)建的重要問題之一。

圖4 近20 年中國學(xué)者關(guān)于“大豆土壤環(huán)境與微生態(tài)過程”研究熱點(diǎn)及進(jìn)展Fig. 4 Hotspots and progress of the research on ‘Soil Environment and Micro-ecological Process of Soybean’ accomplished by Chinese scholars in the recent 20 years

在土壤重金屬污染與修復(fù)方面，中國學(xué)者則關(guān)注較多，推動了中國在該領(lǐng)域研究的長足發(fā)展。關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析結(jié)果表明，國內(nèi)學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注鎘、鋅、鉛、銅等典型重金屬元素，研究熱點(diǎn)內(nèi)容包括土壤重金屬污染與修復(fù)、重金屬形態(tài)及有效性、重金屬吸附-解吸過程、植物積累與毒理效應(yīng)、根際生物化學(xué)與微生物過程以及健康安全風(fēng)險(xiǎn)等；2014 年《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，耕地重金屬污染問題較為突出[12-14]，但具體針對大豆產(chǎn)地的重金屬污染情況的調(diào)研還相當(dāng)有限，對不同大豆產(chǎn)區(qū)主推品種的重金屬富集能力也未可知，這是相關(guān)大豆品質(zhì)安全的一大隱患。今后的工作亟待全面排查我國大豆產(chǎn)地重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，并因土而宜地在具有優(yōu)良生產(chǎn)性狀的大豆主推品種中進(jìn)一步篩選兼具重金屬低積累特性的品種，以保障重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的大豆安全生產(chǎn)。

在地下病害防控方面，中國與美國學(xué)者都十分重視。中國學(xué)者除了重點(diǎn)探討大豆胞囊線蟲病的防治外，針對大豆疫霉以及尖鐮孢菌引起的大豆根腐病也是近年來中國學(xué)者研究側(cè)重點(diǎn)。同時(shí)，對于大豆土壤微生物與病原體拮抗過程和機(jī)理，尤其是在根際土壤中微生物間分子互作機(jī)制近年來成為中國學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注的研究內(nèi)容[72-73]。在大豆實(shí)際生產(chǎn)中，除草劑持續(xù)投入可能破壞大豆根際微生態(tài)平衡，從而提高地下病原菌入侵的風(fēng)險(xiǎn)；結(jié)合我國不同大豆產(chǎn)地中不同耕作制度、除草劑施用背景和降解周期，探討土壤微生物-地下病害致病菌互作機(jī)制，有助于理解不同農(nóng)業(yè)管理過程中土壤功能演變對大豆增產(chǎn)和農(nóng)業(yè)節(jié)本增效的影響。

3 分析結(jié)論與“十四五”研發(fā)展望

大豆產(chǎn)地土壤環(huán)境與微生態(tài)過程的研究工作開展近20 年以來，針對除草劑與重金屬污染、以及地下病害發(fā)生與防治的研究已取得重大突破。2000 年以來，國際上相關(guān)研究的主要熱點(diǎn)可以概括歸納為除草劑的土-水界面吸附與遷移過程、重金屬污染的食物鏈安全風(fēng)險(xiǎn)、大豆生長與污染毒理、地下病害防治等方面。目前，國際上更加關(guān)注影響大豆高產(chǎn)創(chuàng)建和品質(zhì)安全的除草劑殘藥危害和重金屬解毒生理機(jī)制，在地下病害生物防治方面，相關(guān)病原真菌/卵菌的侵染、寄生以及大豆抗病分子機(jī)理是主要的熱點(diǎn)，病原菌與大豆根際土著微生物的網(wǎng)絡(luò)互作關(guān)系也正在成為最新的研究前沿。但是，各國學(xué)者更多關(guān)注大豆抵抗污染脅迫和病害的逆境適應(yīng)性生理調(diào)節(jié)機(jī)制，缺少對影響大豆生長和引起大豆減產(chǎn)的地下土壤過程的研究。中國近年來在本領(lǐng)域的研究主要圍繞大豆重金屬積累及解毒機(jī)制、重金屬污染修復(fù)、病原體株系鑒定與大豆抗病機(jī)制等展開，雖然科研產(chǎn)出位于世界前列，尤其是近5 年的成果質(zhì)量逐漸向國際看齊，但結(jié)合文獻(xiàn)計(jì)量分析來說，缺乏系統(tǒng)性，與國際水平尚存在差距，尤其是對于大豆產(chǎn)區(qū)的地下土壤環(huán)境過程與微生態(tài)效應(yīng)的關(guān)注較少。

在當(dāng)前的新形勢下，國家糧食安全戰(zhàn)略調(diào)整及農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革對我國大豆產(chǎn)業(yè)提出了更高要求，如何結(jié)合主糧豐產(chǎn)增效和污染耕地安全利用攻堅(jiān)戰(zhàn)，更加凸顯產(chǎn)地土壤環(huán)境保護(hù)與功能提升在大豆綠色生產(chǎn)和高質(zhì)量發(fā)展中的作用，以增強(qiáng)國產(chǎn)大豆自給力和競爭力，是當(dāng)前大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的巨大挑戰(zhàn)。未來，圍繞大豆產(chǎn)業(yè)的研究迫切需要注重從只聚焦土壤肥力、優(yōu)化育種及栽培生理、追求大豆產(chǎn)量，向同時(shí)關(guān)注土壤安全與微生態(tài)健康、保障大豆質(zhì)量安全、支撐大豆產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量綠色發(fā)展的重大轉(zhuǎn)變。協(xié)同大豆產(chǎn)地土壤健康與污染防控的高產(chǎn)創(chuàng)建是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變并解決提升國產(chǎn)大豆自給力的“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)核心技術(shù)的關(guān)鍵紐帶。有鑒于此，后續(xù)工作應(yīng)更加注重除草劑、重金屬和病原生物的地下過程研究，尤其是如何基于土壤環(huán)境與微生態(tài)過程的研究降低歷史遺留或前茬殘留除草劑的殘藥危害、減少重金屬的食物鏈遷移、增強(qiáng)大豆抵抗病害的能力。建議在微觀機(jī)制方面，從分子水平上探討大豆產(chǎn)地土壤中功能微生物（含大豆內(nèi)生微生物、根際微生物組）在除草劑殘留/重金屬污染脅迫下相關(guān)功能基因的表達(dá)，并從地下微生態(tài)動態(tài)響應(yīng)與地下-地上適應(yīng)反饋的角度，基于根際免疫調(diào)控的新思路，系統(tǒng)探討污染物及病原生物根際過程對大豆高產(chǎn)創(chuàng)建和品質(zhì)提升、土壤環(huán)境功能及健康質(zhì)量的影響；在對接產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求方面，通過產(chǎn)、學(xué)、研、政聯(lián)合，以及崗崗聯(lián)合、崗站對接，瞄準(zhǔn)大豆產(chǎn)地土壤生態(tài)功能優(yōu)化與高產(chǎn)創(chuàng)建的綜合調(diào)控原理與技術(shù)研發(fā)來整體推進(jìn)，系統(tǒng)開展相關(guān)共性、關(guān)鍵方法原理及技術(shù)的研究、集成、試驗(yàn)和示范，保障公眾“舌尖上的安全”和維護(hù)大豆產(chǎn)地土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡健康，引領(lǐng)國產(chǎn)大豆產(chǎn)業(yè)的健康有序發(fā)展。支撐上述研究的關(guān)鍵科學(xué)研發(fā)任務(wù)建議包括：

1）大豆產(chǎn)地土壤典型除草劑復(fù)合污染防控與修復(fù)

瞄準(zhǔn)環(huán)境友好型除草劑殘藥危害的產(chǎn)業(yè)問題，調(diào)研國內(nèi)大豆產(chǎn)地作物種植全周期除草劑施用狀況，篩選建立適用于不同糧豆輪作制度的典型污染因子監(jiān)測指標(biāo)體系，探明東北、黃淮海及南方區(qū)域不同種植制度（含玉米-大豆輪作、小麥-大豆輪作、大豆單作等）土壤中除草劑的復(fù)合污染與結(jié)合殘留特征；評估環(huán)境友好型除草劑土壤系統(tǒng)結(jié)合殘留的長期暴露效應(yīng)與風(fēng)險(xiǎn)，重點(diǎn)關(guān)注宏觀尺度下土壤生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與微觀尺度下土壤生態(tài)功能的長期動態(tài)響應(yīng)，厘清除草劑長期施用對土壤關(guān)鍵微生物調(diào)控養(yǎng)分循環(huán)和地力提升的影響機(jī)理，在分子生物學(xué)基因水平上闡明除草劑復(fù)合污染與結(jié)合殘留的大豆高產(chǎn)障礙介導(dǎo)機(jī)制，基于同位素示蹤的結(jié)合殘留污染削減原理研究，構(gòu)建大豆產(chǎn)地除草劑殘藥危害的綠色削減與輕簡化阻控技術(shù)。

2）基于根際免疫的大豆病害綜合防控新原理與方法

瞄準(zhǔn)大豆地下病害頻發(fā)的產(chǎn)業(yè)問題，定期對大豆產(chǎn)地地下病原體（細(xì)菌、真菌、病毒）進(jìn)行普查，表征其豐度、多樣性及區(qū)域分布特征，基于微流控技術(shù)超高通量挖掘土壤難培養(yǎng)病原體暗物質(zhì)，提高對大豆產(chǎn)地土壤病原體認(rèn)知的精準(zhǔn)度；搭建基于多組學(xué)技術(shù)的大豆根際微生物培養(yǎng)組學(xué)分析平臺，深度挖掘大豆根際病原體關(guān)鍵拮抗微生物資源庫；厘清大豆地下病害發(fā)病規(guī)律與生物、非生物因子間的潛在聯(lián)系，明確病原體與土壤組分（含礦物、有機(jī)質(zhì)）相互作用的多要素耦合界面過程、及其在調(diào)控土壤病毒-原核生物-原生動物多營養(yǎng)級微食物網(wǎng)動態(tài)演化過程中的影響作用，闡明環(huán)境/條件致病的土壤生態(tài)學(xué)機(jī)制，發(fā)展完善地下病害發(fā)病過程及土壤生態(tài)防控的基礎(chǔ)理論；構(gòu)建以生物防治為主的綠色防控技術(shù)，研發(fā)新型多功能微生物生防關(guān)鍵技術(shù)和核心產(chǎn)品，基于大豆根際免疫強(qiáng)化推進(jìn)大豆地下病害防治的專業(yè)化、綠色化，形成大豆產(chǎn)地土壤地下病害綠色生態(tài)調(diào)控理論與技術(shù)體系。

3）南方重金屬污染土壤上青貯大豆替代種植技術(shù)與強(qiáng)化應(yīng)用的成套措施

結(jié)合主糧豐產(chǎn)增效和污染耕地安全利用，監(jiān)測南方大豆產(chǎn)地土壤重金屬污染特征，協(xié)同分析土壤與大豆籽粒中重金屬累積的對應(yīng)關(guān)系，評價(jià)大豆籽粒的重金屬污染安全風(fēng)險(xiǎn)；在水稻產(chǎn)區(qū)不易或不能開展水稻安全種植的污染區(qū)域（如重金屬地質(zhì)高背景山區(qū)、重度污染區(qū)等）推行青貯大豆替代種植，開展重金屬低積累青貯大豆育種、土宜性品種篩選及其污染適應(yīng)性的生理與分子機(jī)制研究，在玉米產(chǎn)區(qū)推行玉米-大豆帶狀復(fù)合種植，通過重金屬低積累耐陰大豆品種選育及配套間作效應(yīng)優(yōu)化，在保障玉米不減產(chǎn)的前提下增收大豆，提升污染耕地糧食種植利用率；在此基礎(chǔ)上，協(xié)同大豆種植過程，開展基于水肥耦合優(yōu)化的不同區(qū)域重金屬污染同步鈍化及其穩(wěn)定性和安全性研究，構(gòu)建重金屬污染產(chǎn)地土壤高效鈍化-農(nóng)藝調(diào)控-大豆低吸耦合技術(shù)，集成適用于南方重金屬污染土壤上青貯大豆替代種植的技術(shù)體系與強(qiáng)化應(yīng)用成套措施。