本文摘要：摘要：随着农业经济发展，人类及其他动植物等的活动为外源微生物在食物链、环境介质中传播创造了条件，造成外源微生物频繁流动并对土壤生态系统产生扰动，进而引发微生物入侵。为了解国内外微生物入侵相关研究进展，本文利用CiteSpace、VOSviewer及HistCite对WebofScie
摘要：随着农业经济发展，人类及其他动植物等的活动为外源微生物在食物链、环境介质中传播创造了条件，造成外源微生物频繁流动并对土壤生态系统产生扰动，进而引发微生物入侵。为了解国内外微生物入侵相关研究进展，本文利用CiteSpace、VOSviewer及HistCite对WebofScience核心合集数据库中微生物入侵领域的主要研究热点及其变化趋势等进行计量分析。结果表明：微生物入侵相关研究文献数量逐年上升，受到的关注度越来越高;美国、中国、德国、印度、澳大利亚等国家在该领域发文量居前列，且具有较紧密的国际学术合作网络;高通量测序与宏基因组为核心的微生物测定分析技术的快速发展，使得微生物入侵成为研究热点，当前的研究文献集中于根际促生菌作用机制、根际微生物群与植物健康等方面。研究指出有益微生物入侵可有效防治植物病害、促进植物生长以及修复污染土壤等，但病原微生物入侵土壤可造成作物减产、质量下降，甚至可经食物链传播而威胁人类及其他动物的健康，因此微生物入侵的影响与入侵菌株性质紧密相关。未来研究趋势主要集中于入侵微生物与特异性土著微生物的相互作用关系、植物病原微生物的防控机制与技术应用等方面，以期为土壤健康与绿色农业生产提供理论依据。
关键词：土壤;微生物入侵;文献计量;WebofScience;CiteSpace;VOSviewer
微生物入侵指外源性微生物经自然或人为途径进入到新生态系统，通过竞争、协同等作用对侵入地的群落组成、结构及功能产生效应的过程[1]。有害微生物入侵土壤造成土壤生态系统的组成结构以及功能的失衡，形成微生物污染。土壤生态系统组成多样，功能复杂，其健康因子主要包括酸碱度、有机质、碳氮磷以及微生物等，其中微生物作为影响土壤健康的关键因子，可参与有机质分解、土壤结构和耕性改善、矿物质分解及固氮等过程，是土壤物质转化和能量流动的核心驱动力[2]。
经济社会的快速发展以及人类活动的日益频繁，为外源生物的传播创造了良好的前提条件。微生物正随着水体、动植物迁移以及经济贸易等方式以前所未有的规模在全球范围内进行传递，其中包括细菌克隆体与抗性基因在全球陆地环境间的快速传播[3]。外源微生物进入土壤生态系统可对土著微生物群落结构与功能产生影响[4]，主要包括以下两个方面：
积极影响：主要指有益微生物入侵，如人为添加外源根际促生菌，可促进植物生长，修复土壤污染，降低土传病害发生率等，例如人为将固氮螺菌(Azospirillum)大量投入土壤中可显著提高植物固氮能力、植物激素活性以及防控病虫害等[5];解钾菌、溶磷菌与苍白杆菌组成的植物根际促生混合菌剂可显著提高蒲儿根在铜污染土壤中的抗逆性和对铜的富集能力[6];多黏类芽孢杆菌(Paenibacilluspolymyxa)可通过降解尖孢镰刀菌毒素以减轻黄瓜枯萎病病害程度[7]。
消极影响：主要指有害微生物入侵，如沙门氏菌(Salmonella)、尖孢镰刀菌(Fusariumoxysporum)、致病性大肠杆菌(EnteropathogenicEscherichiacoli)等，可显著改变土著微生物群落结构与功能，造成农作物病害，降低农产品产量。此类病原微生物可通过土壤、水、空气、食物等途径进入人体，对人类健康产生威胁。例如1996年日本暴发的大肠杆菌O157:H7疫情导致44个都府县受到污染。美国于2009年由于番茄受到种植土壤中沙门氏菌污染后造成人群沙门氏菌疫情暴发等[10];湖北省武汉市于019年末发生的新冠肺炎病毒传染事件对人群健康以及社会经济造成了极大的影响。
早期监控追踪技术相对落后，对微生物入侵关注度较低，随着现代科技手段的不断发展，开展微生物入侵相关的研究结果对防控土传病害、提高土壤生产力、保护人类健康具有重要的科学意义和实际价值。目前，关于土壤生态系统的“微生物入侵”相关内容的计量整合分析还十分有限，本文基于WebofScience(WoS)核心数据库，结合CiteSpace、OSviewer等软件，对国内外近20年内(2000年—2021年)微生物入侵土壤生态系统的发文数量、主要国家及研究机构、研究学者、学科门类以及关键词聚类等内容进行计量分析，重点关注土壤学领域微生物入侵的研究热点，全面了解外源微生物入侵对植物土壤生态体系的影响，旨在为培育健康土壤和保障作物安全提供理论支撑。
1材料与方法
1.1数据来源
本文分析论文数据库检索源为WebofScience核心合集数据库，根据研究目标，以“soil”AND“invasive”OR“invasion”AND“soilmicrobial”OR“soilpathogen”OR“soilmicrobe”OR“soilbornedisease”等关键词进行检索，时间设置为2000年—2021年，筛选数据类型为“article”，检索文献截止日期设置为2021年月号，最终检索结果为23333篇。选择筛选得到的所有文献数据，导出为纯文本格式，保存于“input”文件夹。在CiteSpace中点击Data—>Import/Export，进入CiteSpace功能界面，并在菜单中选择数据的预处理菜单，进入数据预处理功能界面。选择工作文件夹为“input”和“output”，数据加载结束后，点击“Removeduplicates(WoS)”执行去重过程，得到的文件即为后续分析数据源。
1.2研究方法
利用WebofScience自带分析检索结果功能，对2000年—2021年间发表的23333篇文献进行发文国家地区、学科的计量分析，采用Excel2013(MicrosoftCorporation，Redmond，WA，USA)与Origin2019软件进行统计图计算与绘制;利用CiteSpace分析数据源文献得到关键词突现信息(Burstness)并计算关键文献中心度;采用VOSviewer的Coauthorship功能分析发文国家与机构之间合作紧密程度，阈值均设置为50;通过共现分析(Cooccurence)，将阈值设置为100，选定所有关键词(AllKeywords)选项统计出现频率较多的关键词，反映该领域的研究热点;Cocitation分析近二十年来被引频次最高，影响最大的文献;利用HistCite运算期刊本地引用及总引用。
2结果与讨论
2.1文献产出趋势
Webofcience核心数据库检索数据达2333篇，核心数据库检索分析表明发文学科主要集中在植物科学、微生物学、环境科学与土壤学等，在检索文献时间范围内，植物科学比重最大为17.76，其次为环境科学(15.21)、微生物学(14.53%)、生态学(10.78)、土壤科学(0.73%)等学科。目前微生物入侵研究热点主要集中于有益微生物的植物促生与病害防治功能[11]以及病原微生物入侵对植物与土壤造成生物污染[12]等方面，因此植物科学成为微生物入侵研究领域文章发表的主要学科。
微生物入侵相关研究的发文数量逐年增加，发文数量最多的国家为美国，其次为中国，且该领域逐渐出现了多角度的研究：包括探究外源微生物入侵的影响因子、微生物入侵的阶段划分、微生物入侵的干扰效应等。产出量位列前十的期刊及其2021年影响因子如表所示，发表论文较多的学术期刊包括SoilBiologyBiochemistry(770篇)、FrontiersinMicrobiology(521篇)、oSne(489篇)、PlantandSoil(441篇)、AppliedSoilEcology(421篇)等，其中2021年单年影响因子大于的学术期刊有SoilBiologyBiochemistry、FrontiersinMicrobiology、ScienceoftheTotalEnvironment等。
其中，研究领域的发文学科划分是根据3333篇文献进行综合分析的结果，而关键期刊仅展示了排名靠前的部分期刊，可分别展示出该研究领域的重点学科与主要期刊。结果表明本地引用次数(TLCS)、总引用(TGCS)次数较高的期刊有SoilBiology&Biochemistry、PlantandSoil、AppliedSoilEcology、AppliedandEnvironmentalMicrobiology等，论文产出量前十期刊中大多数被归类至土壤科学学科(1191篇)、植物科学学科(1148篇)及微生物学学科(602篇)，结果显示该研究领域土壤科学学科总发文量低于其他学科，但该学科代表性期刊的发文量最高，表明微生物入侵相关研究一直是土壤科学学者的研究重点。
2.2发文的国家
地区与机构在合作网络分析中，圆圈大小表征相应国家或机构发文情况，各圆圈之间连线表征个体之间的联系，连线愈密集合作关系愈强，圆圈越大表明发文数量越多。在所搜集2000年—2021年的文献中，中国科学院发文数量最多，其中南京农业大学与其他机构合作最为密切。此外，本文对论文产出国进行了网络分析，结果显示发文国家中美国与其他国家之间联系最为密切，其次为中国、德国、印度等，与中国合作较为密切的国家地区主要有印度、澳大利亚、巴基斯坦、马来西亚等国。
2.3文献共被引
对外源微生物入侵领域进行文献共被引分析，其中心性最大的文献为Lugtenberg和amilova发表的“PlantgrowthpromotingRhizobacteria”，以及Stinson发表的“InvasivePlantSuppressestheGrowthofNativeTreeSeedlingsbyDisruptingBelowgroundMutualisms”。中心度是建立起个不相关节点之间关系的桥梁，其中“PlantgrowthpromotingRhizobacteria”中心度最高为0.09，凸显出该节点的位置重要性，其中与植物相关的有益菌、病原菌研究在2000年—2021年的中心性值排名前十的文献中占据近80%的比例，表明现阶段学者的研究热点主要集中于有益菌及病原菌入侵植物土壤体系的效应。
Lugtenberg和Kamilova[13]于AnnualReviewerofMicrobiology上发表的“PlantgrowthpromotingRhizobacteria”文章，主要归纳介绍了植物根际促生菌的定义、种类以及其直接与间接促生作用，并展望了植物根际促生菌在未来可持续农业上的应用;Stinson等[14]发表于oSBiology上的“InvasivePlantSuppressestheGrowthofNativeTreeSeedlingsbyDisruptingBelowgroundMutualisms”文章。
主要介绍了入侵植物大蒜芥菜(Alliariapetiolata)可通过改变土壤中菌根真菌与植物的互作机制进而抑制本土树种的健康生长;Lundberg等[15]发表在Nature上的“DefiningtheCoreArabidopsisThalianaRootMicrobiome”主要阐明了拟南芥核心根际细菌菌群与内生菌菌群的互作与寄主、土壤类型显著相关，可知稳定的微生物区系在受到外源微生物扰动时对植物土壤微生物互作可造成显著影响;其他文献主要关注于根际细菌与植物健康的作用机理、地上菌群与地下菌群的生态功能等[1617]，揭示了微生物群落的稳定性与植物土壤体系的生态功能息息相关。
3结论
2000年—2021年微生物入侵领域文章发表最多的学科为植物科学，但发文量前十期刊里土壤学科占比最高;我国近两年关于微生物入侵研究的发文数量超越美国而跃居第一，表明我国对土壤健康、生态健康的重视程度显著提高;植物促生与生物防控是微生物入侵领域的研究热点。随着微生物科技手段的进一步发展，极大扩展了学者对植物土壤体系微生态平衡的理解，近些年来对微生物群落结构功能的研究已逐渐深入，该领域未来研究趋势主要集中于提高有益微生物对植物生长的促进作用以及病原微生物的防控效果等方面。
参考文献(References)：
[1]BottonS,vanHeusdenM,ParsonsJR,etal.Resilienceofmicrobialsystemstowardsdisturbances[J].CriticalReviewsinMicrobiology,2006,32(2):101112.
[2]ZhangGL,WuHY.From“problems”to“solutions”:Soilfunctionsforrealizationofsustainabledevelopmentgoals[J].BulletinofChineseAcademyofSciences,2018,33(2):124134.张甘霖,吴华勇.从问题到解决方案:土壤与可持续发展目标的实现[J].中国科学院院刊,2018,33(2):124134.]
[3]ZhuYG,GillingsM,SimonetP,etal.Microbialmassmovements[J].Science,2017,357(6356):10991100.
[4]vanElsasJD,ChiurazziM,MallonCA,etal.Microbialdiversitydeterminestheinvasionofsoilbyabacterialpathogen[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica,2012,109(4):11591164.
[5]BashanY,deBashanLE.HowtheplantgrowthpromotingbacteriumAzospirillumpromotesplantgrowth—Acriticalassessment[J].AdvancesinAgronomy,2010,108:77136.
[6]ShenT,WangQY,CuiYL,etal.EffectsofplantgrowthpromotingrhizobacteriaonthecopperenrichmentabilityofSinoseneciooldhamianusandphysicochemicalpropertiesofsoil[J].JournalofAgroEnvironmentScience,2020,39(3):572580.[沈甜王琼瑶,崔永亮,等.植物根际促生细菌对蒲儿根富集铜及土壤理化性质的影响[J].农业环境科学学报2020,39(3)572580
[7]DuNS,ShiL,YuanYH,etal.ProteomicanalysisrevealsthepositiverolesoftheplantgrowthpromotingrhizobacteriumNSY50intheresponseofcucumberrootstoFusariumoxysporumf.sp.cucumerinuminoculation[J].FrontiersinPlantScience,2016,7:1859.
作者：陈敏1,2，秦华1,2，常健玮1,2，徐建明，邢佳佳1,2†
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