李貝貝，張永慧，蘇友波

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650102）

【研究意義】土壤酶是一種具有生物催化能力和蛋白質(zhì)性質(zhì)的高分子活性物質(zhì)［1］。主要來源于土壤微生物活動、植物根系分泌和土壤動植物殘體分解［2］。土壤中酶的來源不同，種類繁多，已經(jīng)被鑒定出的約60種酶活性，根據(jù)作用原理可以分為水解酶、氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、裂合酶、異構(gòu)酶和合成酶等六大類［3］。土壤酶作為生態(tài)系統(tǒng)中一切復(fù)雜的生物化學(xué)過程的催化劑，在土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過程中起著重要作用［4］，不僅可以反映土壤生物活性的高低，表征土壤物質(zhì)能量代謝旺盛程度，而且可以間接評價土壤肥力狀況［5］?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤酶活性對環(huán)境變化敏感，成為土壤生態(tài)系統(tǒng)變化的預(yù)警指標(biāo)，在一定程度上反映了土壤環(huán)境和質(zhì)量，在土壤生態(tài)系統(tǒng)中扮演著重要的角色［6］。土壤酶作為農(nóng)業(yè)土壤中的重要生物活性指標(biāo)，從20世紀(jì)80年代開始我國開展了大量研究工作［1］。面對越來越多的研究文獻(xiàn)，及時把握最新研究成果及學(xué)科發(fā)展態(tài)勢，對于土壤酶研究來說十分必要。

【本研究切入點(diǎn)】文獻(xiàn)計量法基于大量的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的定量分析并進(jìn)行可視化表達(dá)，相比傳統(tǒng)的文獻(xiàn)綜述方法更科學(xué)直觀［7-8］。CiteSpace軟件能夠?qū)μ囟I(lǐng)域文獻(xiàn)進(jìn)行計量，探尋出學(xué)科領(lǐng)域演化的關(guān)鍵路徑及知識轉(zhuǎn)折點(diǎn)，并繪制相關(guān)的可視化圖譜，為我們直觀地展示了某學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)及研究熱點(diǎn)［9-10］。目前，國內(nèi)還沒有關(guān)于土壤酶主題的文獻(xiàn)計量分析內(nèi)容發(fā)表?！緮M解決的關(guān)鍵問題】為全面了解我國土壤酶的研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢，本研究基于CNKI期刊數(shù)據(jù)庫采用文獻(xiàn)計量學(xué)方法，運(yùn)用Excel及CiteSpace可視化分析軟件，對國內(nèi)土壤酶研究文獻(xiàn)進(jìn)行計量及可視化分析，以期為我國土壤酶研究提供科學(xué)依據(jù)與參考資料。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)采集于2021年2月15日，來源為中國知網(wǎng)（CNKI）檢索平臺，選擇中國期刊全文數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)源。以“土壤酶”為主題，對2021年之前發(fā)表的期刊文獻(xiàn)進(jìn)行“精確”檢索，檢索到相關(guān)中文文獻(xiàn)共6 929篇。選擇近5年即2015—2020年共2 602篇文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究熱點(diǎn)和趨勢的詳細(xì)分析，將數(shù)據(jù)記錄分6批次導(dǎo)出為“Refworks”文件格式，按次序命名為“download_ XXXX.txt”。

1.2 分析方法

運(yùn)用CNKI可視化分析功能及Excel軟件對國內(nèi)土壤酶研究發(fā)文數(shù)量、發(fā)文機(jī)構(gòu)、學(xué)科分布和主題等進(jìn)行計量統(tǒng)計分析。通過CiteSpace軟件，對2 602篇文獻(xiàn)進(jìn)行研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)合作網(wǎng)絡(luò)、關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析。通過對圖譜可視化及計量結(jié)果分析總結(jié)得出土壤酶研究領(lǐng)域的高產(chǎn)機(jī)構(gòu)、研究前沿與熱點(diǎn)領(lǐng)域。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤酶研究基本情況

2.1.1 年發(fā)文特征分析 某領(lǐng)域的年度發(fā)文量代表該領(lǐng)域知識量的變化，也可以反映其近年的學(xué)術(shù)關(guān)注程度［11］。以“土壤酶”為主題在CNKI學(xué)術(shù)期刊庫中進(jìn)行檢索，國內(nèi)土壤酶研究各年度發(fā)文量趨勢見圖1。由圖1可知，1978年發(fā)表第1篇土壤酶主題研究文獻(xiàn)，至今共收錄相關(guān)文章6 929篇，發(fā)文數(shù)量總體呈上升態(tài)勢；2000年以前，共發(fā)表以“土壤酶”為主題的論文451篇，僅占總發(fā)文量6.58%，國內(nèi)土壤酶研究尚處于初始階段；進(jìn)入21世紀(jì)后，相關(guān)主題發(fā)表的學(xué)術(shù)論文數(shù)量呈指數(shù)增長態(tài)勢，并在2020年達(dá)到年發(fā)文量最大值593篇。這說明進(jìn)入新世紀(jì)以來，土壤酶研究在我國逐漸成為熱點(diǎn)，且目前仍處于高速發(fā)展期。由此預(yù)測，近幾十年國內(nèi)期刊還將有大量以土壤酶為主題的論文繼續(xù)發(fā)表。近5年即2015—2020年共發(fā)表相關(guān)論文2 602篇，占總發(fā)文量的38%，年均發(fā)文量500篇左右，總體處于較高水平。為此本研究選擇2015—2020年2 602篇論文進(jìn)行研究熱點(diǎn)及趨勢分析。

圖1 1978—2020年國內(nèi)土壤酶研究發(fā)文數(shù)量變化趨勢Fig.1 Trend of number of published articles on soil enzyme research in China from 1978 to 2020

2.1.2 基金來源統(tǒng)計 將土壤酶研究發(fā)文基金來源進(jìn)行統(tǒng)計，由表1可知，土壤酶研究主要由國家級項(xiàng)目基金支持，占近5年總發(fā)文量的55.65%。尤其是在國家自然科學(xué)基金的支持下，以“土壤酶”為主題發(fā)表論文900篇，占比34.59%。該結(jié)果體現(xiàn)了國家對土壤酶研究的重視，同時國內(nèi)土壤酶研究也在國家基金的支持下取得較大進(jìn)展。此外，其他相關(guān)研究主要為各省科學(xué)基金支持。

表1 近5年土壤酶研究主要基金來源統(tǒng)計Table 1 Statistics of main fund sources for soil enzyme research in recent five years

2.1.3 高產(chǎn)發(fā)文機(jī)構(gòu) 發(fā)文量是研究機(jī)構(gòu)科研能力的一個側(cè)面表現(xiàn)［12］。表2統(tǒng)計了土壤酶研究發(fā)文量前10的機(jī)構(gòu)，通過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)各地涉農(nóng)高校是土壤酶研究的核心力量，尤其是近5年發(fā)文量第1名的西北農(nóng)林科技大學(xué)、共發(fā)文106篇，其次是甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)92篇、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)82篇。

表2 近5年土壤酶研究主要研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計Table 2 Statistics of main research institutions of soil enzyme research in recent five years

圖2為土壤酶研究發(fā)文機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜，圓形節(jié)點(diǎn)代表研究機(jī)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)半徑越大表明該機(jī)構(gòu)的合作發(fā)文量越多，各層年輪厚度與對應(yīng)年份合作發(fā)表的論文頻次呈正比；紫色外圈代表中介中心性，其厚度代表合作研究活躍程度［13］。節(jié)點(diǎn)間連線代表共現(xiàn)關(guān)系，連線的粗細(xì)反映合作密切程度，不同的合作年份用不同顏色表示。整體來看，國內(nèi)各土壤酶研究機(jī)構(gòu)間聯(lián)系較多，具有較好的合作關(guān)系。尤其是中國科學(xué)院大學(xué)合作研究最活躍，反映了其在國內(nèi)土壤酶研究領(lǐng)域的影響較大。合作發(fā)文量較高的機(jī)構(gòu)依次為中國科學(xué)院大學(xué)、寧夏大學(xué)及西北農(nóng)林科技大學(xué)，且三者間的交叉合作緊密。發(fā)文量機(jī)構(gòu)排名（表2）與合作發(fā)文量排序在一定程度上有重疊，說明合作研究在土壤酶研究中發(fā)揮著重要作用。在當(dāng)今信息化時代，知識交流和資源互補(bǔ)更加便捷，科研單位間的合作將促進(jìn)土壤酶的研究發(fā)展。

圖2 近5年國內(nèi)土壤酶研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜Fig.2 Co-occurrence map of soil enzyme research institutions in China in recent five years

2.1.4 發(fā)表期刊統(tǒng)計 按近5年發(fā)文量對刊物進(jìn)行排序，排前10名的期刊均為北京大學(xué)《中文核心期刊要目總覽2020》來源期刊（表3），依次為生態(tài)學(xué)報（79篇）、應(yīng)用生態(tài)學(xué)報（59篇）、植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報（39篇）和環(huán)境科學(xué)（33篇）等，涉及生態(tài)、環(huán)境、植物營養(yǎng)及農(nóng)林科學(xué)等學(xué)科。前10名的期刊共載文316篇，僅占近5年總發(fā)文量的12.14%，說明土壤酶發(fā)表期刊較為分散，可刊領(lǐng)域廣泛。

表3 近5年土壤酶研究主要發(fā)表期刊統(tǒng)計Table 3 Statistics of main published journals of soil enzyme research in recent five years

2.2 土壤酶研究熱點(diǎn)及方向

2.2.1 涉及學(xué)科 由圖3可知，土壤酶研究發(fā)文量較高的學(xué)科依次為農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科、農(nóng)藝學(xué)、農(nóng)作物、園藝及自然地理學(xué)和測繪學(xué)等。主要集中在農(nóng)學(xué)和理學(xué)兩大領(lǐng)域，尤其是農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)和農(nóng)藝學(xué)兩個專業(yè)發(fā)文量占土壤酶研究總發(fā)文量的50%。在信息傳遞便捷的當(dāng)今，增強(qiáng)學(xué)科融合交叉會對某領(lǐng)域研究發(fā)展產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用［14］。土壤酶學(xué)已不僅限于土壤學(xué)的研究范疇，與林學(xué)、生態(tài)學(xué)、農(nóng)學(xué)和環(huán)境科學(xué)等學(xué)科相互滲透，成為陸地生態(tài)系統(tǒng)研究中的必測指標(biāo)［4］。

圖3 近5年土壤酶研究前10名學(xué)科分布Fig.3 Top ten disciplines of soil enzyme research in recent five years

2.2.2 高頻主題詞 對不同劃分階段的土壤酶研究進(jìn)行主題詞統(tǒng)計，結(jié)果（表4）顯示，自1978年國內(nèi)第1篇土壤酶主題文獻(xiàn)發(fā)表以來，高頻研究主題分布在土壤酶活性、土壤酶、土壤微生物、土壤養(yǎng)分及肥力等方面。近5年來研究主題仍集中在土壤酶活性、土壤微生物及土壤養(yǎng)分等方面，而關(guān)于土壤肥力、根際土壤酶等方面的研究稍有下降，土壤理化性質(zhì)研究較為穩(wěn)定，有機(jī)肥研究顯著增加，尤其是生物炭代替秸稈還田進(jìn)入高頻主題詞前10名，說明國內(nèi)關(guān)于生物炭及土壤酶活性間的關(guān)系在近年逐漸成為新的研究熱點(diǎn)［15］。

表4 不同階段土壤酶研究高頻主題詞統(tǒng)計Table 4 Statistics of high frequency key words in soil enzyme research at different stages

2.2.3 關(guān)鍵詞統(tǒng)計分析 關(guān)鍵詞是對論文主題的概括性描述。對關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)分析有助于挖掘某領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，進(jìn)行聚類分析可以辨析該領(lǐng)域研究方向［16-17］。運(yùn)用CiteSpace分析軟件繪制近5年土壤酶研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜（圖4），由圖4可知，各研究熱點(diǎn)之間聯(lián)系緊密。土壤酶研究圍繞土壤酶活性集中在土壤微生物、土壤肥力等方面，與近5年熱點(diǎn)主題詞的統(tǒng)計結(jié)果相近?；陉P(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜進(jìn)行聚類分析，提取聚類信息見表5，近5年土壤酶研究領(lǐng)域共提取出12個聚類，最大聚類包含50個文獻(xiàn)研究，最小包含18個，聚類結(jié)果可靠（silhouette＞0.7）。

表5 近5年土壤酶研究發(fā)文關(guān)鍵詞聚類信息Table 5 Cluster information of key words in soil enzyme research paper in recent five years

圖4 近5年土壤酶研究發(fā)文關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜Fig.4 Keywords co-occurrence map of soil enzyme research paper in recent five years

聚類0土壤、聚類1土壤肥力、聚類9土壤有機(jī)碳和聚類10氮沉降這4類聚類為土壤酶研究領(lǐng)域最主要的方向，涉及土壤養(yǎng)分與土壤酶的關(guān)系。土壤酶能促進(jìn)土壤系統(tǒng)中養(yǎng)分循環(huán)，提高養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化利用效率［18］。有機(jī)肥的施用能夠補(bǔ)充土壤養(yǎng)分，更重要的是有助于改善土壤的微生物環(huán)境，提高酶活性［19-20］。通過研究不同種類有機(jī)肥施用和不同施肥措施對農(nóng)田土壤理化性狀、生物學(xué)性狀、養(yǎng)分利用以及作物產(chǎn)量等的影響，提出合理的施肥建議［21-24］。

聚類3微生物、聚類7土壤微生物、聚類8微生物量和聚類11微生物群落這4類聚類關(guān)注點(diǎn)主要在改善土壤微生物群落及提高微生物量的研究方面。土壤微生物是土壤酶的主要來源，對土壤酶活性水平具有決定性作用［25］。農(nóng)田土壤微生物群落豐度與土壤理化性質(zhì)密切相關(guān)，主要受耕作方式和種植年限的影響［26］。秸稈還田、免耕等保護(hù)性耕作方式降低了耕層土壤容重，改善了水熱環(huán)境，進(jìn)而增加土壤微生物數(shù)量和多樣性［27-28］。連作年限較長容易導(dǎo)致致病菌數(shù)量積累，土傳病害加重，產(chǎn)生連作障礙，影響作物產(chǎn)量［29］。

聚類2連作障礙的研究目的為解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中各類作物連作導(dǎo)致的病害加重、產(chǎn)量降低的問題。連作障礙的土壤普遍酶活性降低［29］。輪茬相比連作能顯著提高土壤酶活性,優(yōu)化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu),提高土地生產(chǎn)力進(jìn)而提高產(chǎn)量［30］。

聚類5酶活性和聚類6脲酶關(guān)注提升土壤酶活性的最佳農(nóng)事措施，主要通過增加養(yǎng)分含量及改善農(nóng)田土壤微生態(tài)［31］。

聚類4通徑分析和聚類12高通量測序這兩種聚類涉及試驗(yàn)分析方法。高通量測序法是對土壤細(xì)菌群落多樣性進(jìn)行分析的先進(jìn)方法［30］。通徑分析與簡單相關(guān)分析相比能更深入的揭示土壤酶活性和影響因子的關(guān)系［32］。表明近年來土壤酶相關(guān)研究試驗(yàn)分析技術(shù)的進(jìn)步。

根據(jù)上述13個聚類關(guān)鍵詞分析可知，近5年國內(nèi)土壤酶研究熱點(diǎn)主要集中在3個方面：（1）探尋不同農(nóng)事措施和有機(jī)肥料施用等對改善土壤理化性狀、提高土壤酶活性和養(yǎng)分利用效率的影響；（2）改善土壤微生態(tài)和微生物群落結(jié)構(gòu)，通過保護(hù)性耕作等措施降低土傳病害，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題；（3）應(yīng)用高通量測序和通徑分析等新技術(shù)方法精確全面解釋土壤酶問題。

3 討論

本研究對國內(nèi)土壤酶相關(guān)研究進(jìn)行梳理，并著重對近5年的研究成果進(jìn)行分析。借助計量學(xué)方法和可視化分析討論總結(jié)了土壤酶的研究狀況和熱點(diǎn)趨勢：

從不同時間發(fā)文量特征來看，我國進(jìn)行土壤酶相關(guān)研究已有40多年歷史，起步時間相對較早。在2005年以前，即約前30年的研究中發(fā)文量增長緩慢，關(guān)注度較低；而在2005年以后呈現(xiàn)指數(shù)增長，尤其近10年達(dá)到土壤酶研究史以來的發(fā)文最高峰，說明土壤酶相關(guān)研究仍處于蓬勃發(fā)展期。

土壤酶相關(guān)研究主要來源于國家項(xiàng)目基金支持，涉農(nóng)高校是土壤酶研究的重要力量。各大科研院所及農(nóng)業(yè)院校積極合作研究，挖掘土壤酶在農(nóng)學(xué)、園藝和自然地理等多領(lǐng)域的應(yīng)用價值。

由高頻主題及關(guān)鍵詞分析可知，土壤酶活性、土壤微生物和土壤肥力一直是土壤酶研究的關(guān)注熱點(diǎn)，目前國內(nèi)土壤酶研究主要集中在以下3個方向：不同施肥和農(nóng)事措施對提高土壤酶活性和養(yǎng)分利用效率的影響；改善土壤微生態(tài)和微生物群落結(jié)構(gòu)，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題；應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)提高土壤酶研究的試驗(yàn)分析水平。

4 結(jié)論

自20世紀(jì)70年代國內(nèi)開展土壤酶相關(guān)研究以來，土壤酶一直受到國內(nèi)學(xué)者的高度重視。研究方向趨向多樣化，研究深度和廣度不斷得到拓展，研究方法和手段持續(xù)更新。隨著與環(huán)境、生態(tài)等領(lǐng)域的融合發(fā)展，土壤酶已成長為自然科學(xué)研究中重要的一部分，并將在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用方面發(fā)揮越來越重要的作用。