基于CNKI數據庫的土壤酶研究文獻計量分析

李貝貝，張永慧，蘇友波

（云南農業大學資源與環境學院，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性質的高分子活性物質［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，已經被鑒定出的約60種酶活性，根據作用原理可以分為水解酶、氧化還原酶、轉移酶、裂合酶、異構酶和合成酶等六大類［3］。土壤酶作為生態系統中一切復雜的生物化學過程的催化劑，在土壤生態系統的物質循環和能量轉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，表征土壤物質能量代謝旺盛程度，而且可以間接評價土壤肥力狀況［5］。【前人研究進展】土壤酶活性對環境變化敏感，成為土壤生態系統變化的預警指標，在一定程度上反映了土壤環境和質量，在土壤生態系統中扮演著重要的角色［6］。土壤酶作為農業土壤中的重要生物活性指標，從20世紀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，及時把握最新研究成果及學科發展態勢，對于土壤酶研究來說十分必要。

【本研究切入點】文獻計量法基于大量的文獻數據進行快速、準確的定量分析并進行可視化表達，相比傳統的文獻綜述方法更科學直觀［7-8］。CiteSpace軟件能夠對特定領域文獻進行計量，探尋出學科領域演化的關鍵路徑及知識轉折點，并繪制相關的可視化圖譜，為我們直觀地展示了某學科領域的發展脈絡及研究熱點［9-10］。目前，國內還沒有關于土壤酶主題的文獻計量分析內容發表。【擬解決的關鍵問題】為全面了解我國土壤酶的研究熱點與發展趨勢，本研究基于CNKI期刊數據庫采用文獻計量學方法，運用Excel及CiteSpace可視化分析軟件，對國內土壤酶研究文獻進行計量及可視化分析，以期為我國土壤酶研究提供科學依據與參考資料。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本研究數據采集于2021年2月15日，來源為中國知網（CNKI）檢索平臺，選擇中國期刊全文數據庫作為數據源。以“土壤酶”為主題，對2021年之前發表的期刊文獻進行“精確”檢索，檢索到相關中文文獻共6 929篇。選擇近5年即2015—2020年共2 602篇文獻數據進行研究熱點和趨勢的詳細分析，將數據記錄分6批次導出為“Refworks”文件格式，按次序命名為“download_ XXXX.txt”。

1.2 分析方法

運用CNKI可視化分析功能及Excel軟件對國內土壤酶研究發文數量、發文機構、學科分布和主題等進行計量統計分析。通過CiteSpace軟件，對2 602篇文獻進行研究機構的科學合作網絡、關鍵詞的共現網絡分析。通過對圖譜可視化及計量結果分析總結得出土壤酶研究領域的高產機構、研究前沿與熱點領域。

2 結果與分析

2.1 土壤酶研究基本情況

2.1.1 年發文特征分析 某領域的年度發文量代表該領域知識量的變化，也可以反映其近年的學術關注程度［11］。以“土壤酶”為主題在CNKI學術期刊庫中進行檢索，國內土壤酶研究各年度發文量趨勢見圖1。由圖1可知，1978年發表第1篇土壤酶主題研究文獻，至今共收錄相關文章6 929篇，發文數量總體呈上升態勢；2000年以前，共發表以“土壤酶”為主題的論文451篇，僅占總發文量6.58%，國內土壤酶研究尚處于初始階段；進入21世紀后，相關主題發表的學術論文數量呈指數增長態勢，并在2020年達到年發文量最大值593篇。這說明進入新世紀以來，土壤酶研究在我國逐漸成為熱點，且目前仍處于高速發展期。由此預測，近幾十年國內期刊還將有大量以土壤酶為主題的論文繼續發表。近5年即2015—2020年共發表相關論文2 602篇，占總發文量的38%，年均發文量500篇左右，總體處于較高水平。為此本研究選擇2015—2020年2 602篇論文進行研究熱點及趨勢分析。

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

2.1.2 基金來源統計 將土壤酶研究發文基金來源進行統計，由表1可知，土壤酶研究主要由國家級項目基金支持，占近5年總發文量的55.65%。尤其是在國家自然科學基金的支持下，以“土壤酶”為主題發表論文900篇，占比34.59%。該結果體現了國家對土壤酶研究的重視，同時國內土壤酶研究也在國家基金的支持下取得較大進展。此外，其他相關研究主要為各省科學基金支持。

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

2.1.3 高產發文機構 發文量是研究機構科研能力的一個側面表現［12］。表2統計了土壤酶研究發文量前10的機構，通過統計分析發現，國內各地涉農高校是土壤酶研究的核心力量，尤其是近5年發文量第1名的西北農林科技大學、共發文106篇，其次是甘肅農業大學92篇、山東農業大學82篇。

表2 近5年土壤酶研究主要研究機構統計Table 2 Statistics of main research institutions of soil enzyme research in recent five years

圖2為土壤酶研究發文機構共現圖譜，圓形節點代表研究機構，節點半徑越大表明該機構的合作發文量越多，各層年輪厚度與對應年份合作發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］。節點間連線代表共現關系，連線的粗細反映合作密切程度，不同的合作年份用不同顏色表示。整體來看，國內各土壤酶研究機構間聯系較多，具有較好的合作關系。尤其是中國科學院大學合作研究最活躍，反映了其在國內土壤酶研究領域的影響較大。合作發文量較高的機構依次為中國科學院大學、寧夏大學及西北農林科技大學，且三者間的交叉合作緊密。發文量機構排名（表2）與合作發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揮著重要作用。在當今信息化時代，知識交流和資源互補更加便捷，科研單位間的合作將促進土壤酶的研究發展。

圖2 近5年國內土壤酶研究機構共現圖譜Fig.2 Co-occurrence map of soil enzyme research institutions in China in recent five years

2.1.4 發表期刊統計 按近5年發文量對刊物進行排序，排前10名的期刊均為北京大學《中文核心期刊要目總覽2020》來源期刊（表3），依次為生態學報（79篇）、應用生態學報（59篇）、植物營養與肥料學報（39篇）和環境科學（33篇）等，涉及生態、環境、植物營養及農林科學等學科。前10名的期刊共載文316篇，僅占近5年總發文量的12.14%，說明土壤酶發表期刊較為分散，可刊領域廣泛。

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

2.2 土壤酶研究熱點及方向

2.2.1 涉及學科 由圖3可知，土壤酶研究發文量較高的學科依次為農業基礎學科、農藝學、農作物、園藝及自然地理學和測繪學等。主要集中在農學和理學兩大領域，尤其是農業基礎科學和農藝學兩個專業發文量占土壤酶研究總發文量的50%。在信息傳遞便捷的當今，增強學科融合交叉會對某領域研究發展產生積極的促進作用［14］。土壤酶學已不僅限于土壤學的研究范疇，與林學、生態學、農學和環境科學等學科相互滲透，成為陸地生態系統研究中的必測指標［4］。

圖3 近5年土壤酶研究前10名學科分布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行主題詞統計，結果（表4）顯示，自1978年國內第1篇土壤酶主題文獻發表以來，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分等方面，而關于土壤肥力、根際土壤酶等方面的研究稍有下降，土壤理化性質研究較為穩定，有機肥研究顯著增加，尤其是生物炭代替秸稈還田進入高頻主題詞前10名，說明國內關于生物炭及土壤酶活性間的關系在近年逐漸成為新的研究熱點［15］。

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

2.2.3 關鍵詞統計分析 關鍵詞是對論文主題的概括性描述。對關鍵詞進行共現分析有助于挖掘某領域的研究熱點，進行聚類分析可以辨析該領域研究方向［16-17］。運用CiteSpace分析軟件繪制近5年土壤酶研究關鍵詞共現圖譜（圖4），由圖4可知，各研究熱點之間聯系緊密。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年熱點主題詞的統計結果相近。基于關鍵詞共現圖譜進行聚類分析，提取聚類信息見表5，近5年土壤酶研究領域共提取出12個聚類，最大聚類包含50個文獻研究，最小包含18個，聚類結果可靠（silhouette＞0.7）。

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

圖4 近5年土壤酶研究發文關鍵詞共現圖譜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土壤有機碳和聚類10氮沉降這4類聚類為土壤酶研究領域最主要的方向，涉及土壤養分與土壤酶的關系。土壤酶能促進土壤系統中養分循環，提高養分的轉化利用效率［18］。有機肥的施用能夠補充土壤養分，更重要的是有助于改善土壤的微生物環境，提高酶活性［19-20］。通過研究不同種類有機肥施用和不同施肥措施對農田土壤理化性狀、生物學性狀、養分利用以及作物產量等的影響，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類聚類關注點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］。農田土壤微生物群落豐度與土壤理化性質密切相關，主要受耕作方式和種植年限的影響［26］。秸稈還田、免耕等保護性耕作方式降低了耕層土壤容重，改善了水熱環境，進而增加土壤微生物數量和多樣性［27-28］。連作年限較長容易導致致病菌數量積累，土傳病害加重，產生連作障礙，影響作物產量［29］。

聚類2連作障礙的研究目的為解決農業生產中各類作物連作導致的病害加重、產量降低的問題。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,優化細菌群落結構,提高土地生產力進而提高產量［30］。

聚類5酶活性和聚類6脲酶關注提升土壤酶活性的最佳農事措施，主要通過增加養分含量及改善農田土壤微生態［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分析方法。高通量測序法是對土壤細菌群落多樣性進行分析的先進方法［30］。通徑分析與簡單相關分析相比能更深入的揭示土壤酶活性和影響因子的關系［32］。表明近年來土壤酶相關研究試驗分析技術的進步。

根據上述13個聚類關鍵詞分析可知，近5年國內土壤酶研究熱點主要集中在3個方面：（1）探尋不同農事措施和有機肥料施用等對改善土壤理化性狀、提高土壤酶活性和養分利用效率的影響；（2）改善土壤微生態和微生物群落結構，通過保護性耕作等措施降低土傳病害，解決農業生產問題；（3）應用高通量測序和通徑分析等新技術方法精確全面解釋土壤酶問題。

3 討論

本研究對國內土壤酶相關研究進行梳理，并著重對近5年的研究成果進行分析。借助計量學方法和可視化分析討論總結了土壤酶的研究狀況和熱點趨勢：

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

土壤酶相關研究主要來源于國家項目基金支持，涉農高校是土壤酶研究的重要力量。各大科研院所及農業院校積極合作研究，挖掘土壤酶在農學、園藝和自然地理等多領域的應用價值。

由高頻主題及關鍵詞分析可知，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注熱點，目前國內土壤酶研究主要集中在以下3個方向：不同施肥和農事措施對提高土壤酶活性和養分利用效率的影響；改善土壤微生態和微生物群落結構，解決農業生產問題；應用分子生物學技術提高土壤酶研究的試驗分析水平。

4 結論

自20世紀70年代國內開展土壤酶相關研究以來，土壤酶一直受到國內學者的高度重視。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更新。隨著與環境、生態等領域的融合發展，土壤酶已成長為自然科學研究中重要的一部分，并將在農業生產應用方面發揮越來越重要的作用。