金濤濤，趙 明，毛潔瑩，羅天宇，劉 瑋，王 瓊

（1江西農(nóng)業(yè)大學林學院，南昌 330045；2江西省森林培育重點實驗室，南昌 330045）

0 引言

土壤微生物是地球上多樣性最高的生物類群，是土壤有機質(zhì)與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化循環(huán)的主要參與者和調(diào)節(jié)者，在土壤生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著至關重要的作用[1]。叢枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）是一類重要的土壤微生物，能與陸地上近90%的高等植物根系形成共生關系[2]，形成的共生體不僅可以促進植物生長、提高植物的抗逆性[3]，而且對改善土壤結(jié)構(gòu)、維持土壤健康有著積極的效應[4]。1996年，美國WRIGHT等[5]在AMF根內(nèi)球囊霉菌(Glomus intraradices)菌絲表面發(fā)現(xiàn)了一種性質(zhì)穩(wěn)定且不溶于水的未知蛋白，此蛋白能和Mab32B11單克隆抗體發(fā)生免疫性熒光反應。進一步研究發(fā)現(xiàn)，這種蛋白由AMF產(chǎn)生，屬于AMF球囊霉屬產(chǎn)生并釋放到土壤中的專性蛋白，主要由N、C、O、P、Fe等元素組成，最初將它命名為球囊霉素[6]。由于不明確其中是否含有其他非球囊霉素的成分，RILLIG等[7]認為用“球囊霉素相關土壤蛋白”(Glomalin-related soil protein,GRSP)取代球囊霉素更加合理。自GRSP被確定命名后，國內(nèi)外學者圍繞GRSP的分布、結(jié)構(gòu)和功能開展了一系列的研究工作。在分布范圍上，大部分生態(tài)系統(tǒng)都可以檢測到GRSP的存在，WANG&WANG[8]發(fā)現(xiàn)森林、農(nóng)田、草地（灌木）生態(tài)系統(tǒng)的GRSP含量集中在0.16～15.67 g/kg。SINGH等[9]總結(jié)出農(nóng)業(yè)、森林、沙漠、溫帶森林、溫帶草地、熱帶雨林的土壤GRSP含量分別集中在0.32～0.71 g/kg、1.1 g/kg、0.003～0.13 g/kg、0.6～5.8 g/kg、0.23～2.5 g/kg、2.6～13.5 g/kg。在結(jié)構(gòu)方面，GRSP被認為是一種含有天冬酰胺連接鏈的糖基化蛋白[6]，其部分氨基酸序列顯示與熱激蛋白的Hsp60序列相同，該蛋白序列上有3個N端糖基化位點，C端上有一系列GGM氨基酸殘基[10]。SCHINDLER等[11]用核磁共振對泥炭土中的GRSP進行分析發(fā)現(xiàn)該蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)主要由碳水化合物、有機質(zhì)和氨基酸組成。在功能方面，大量研究證實GRSP是土壤碳庫的重要組分[12]、土壤健康的指示和調(diào)節(jié)者之一[13]、改善土壤團聚體結(jié)構(gòu)[14]、增強植物抗逆性[15]及固定土壤重金屬[16]等。鑒于GRSP分布廣泛、結(jié)構(gòu)復合、生態(tài)功能強大，對現(xiàn)有國內(nèi)外GRSP相關文獻進行綜合分析，為今后GRSP的研究發(fā)展提供一定的參考與借鑒。

目前，國內(nèi)外關于GRSP的綜述都以傳統(tǒng)的定性描述為主[17-19]，鮮有使用定量方法進行歸納和總結(jié)。傳統(tǒng)的文獻分析方法存在明顯的局限性，數(shù)量較多的文獻資料查閱耗時較長、重復性大，且易受閱覽者主觀偏好等因素的干擾，難以在短時間內(nèi)揭示國內(nèi)外GRSP研究的動態(tài)發(fā)展及趨勢，且無法直觀清晰地概括研究的主要內(nèi)容及所蘊含的潛在知識。2004年，美國德雷賽爾大學陳超美教授基于Java語言在科學計量學、數(shù)據(jù)和信息可視化背景下開發(fā)了CiteSpace分析軟件，中文譯為“引文空間”，主要用于對文獻數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，顯示出某個領域的發(fā)展趨勢與動態(tài)，并在分析與可視化共引網(wǎng)絡方面具有準確、多元、高效等特點[20]。其通過可視化的手段呈現(xiàn)科學知識結(jié)構(gòu)、規(guī)律和分布情況，獲得科學知識圖譜，對圖譜的解讀可轉(zhuǎn)化為對該學科領域發(fā)展前沿的分析[21]。如今，多數(shù)學者已通過CiteSpace軟件對草原碳匯[22]、土壤團聚體[23]、重金屬土壤污染修復[24]、土壤有機碳[25]等領域研究進行文獻知識圖譜解讀，并總結(jié)歸納出該領域的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)。

基于此，本文運用CiteSpace軟件并結(jié)合文獻計量學方法對國內(nèi)外GRSP研究相關文獻進行可視化分析，定量梳理GRSP發(fā)展脈絡，系統(tǒng)總結(jié)GRSP研究進程、熱點、成果及未來方向，以期為GRSP研究發(fā)展帶來清晰的思路與啟示。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文中研究數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)(CNKI)和Web of Science(WOS)核心合集數(shù)據(jù)庫，檢索條件為主題=“GRSP”，由于GRSP是在2004年才被確定命名，所以檢索時段設置為“2004—2020”，刪除會議報告、書籍介紹等與主題不相關的文獻后，共導出中文文獻118條、外文文獻229條。

1.2 參數(shù)設置

將檢索到的文獻導入CiteSpace5.6.R4中，首先進行參數(shù)設置，Time Slicing（時間切片）設置為“From 2004 to 2020#Years Per Slice 1”（“Years Per Slice 1”表示以每1年為一時間切片）。然后根據(jù)分析對象不同，Node Type（節(jié)點類型）每次分別選擇Keyword、Country、Institution以及Cited Reference等來進行可視化。隨后分別生成國家、機構(gòu)、文獻共被引關系、關鍵詞共現(xiàn)、突現(xiàn)性關鍵詞等可視化圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文量與時間分析

發(fā)文量可直觀地反映學術界對某一研究領域的重視程度，一般情況下發(fā)文量與該領域研究活躍程度成正比。自2004年球囊霉素被命名為GRSP，十幾年來相關文獻發(fā)表數(shù)量較多，中英文共347篇，年均發(fā)表量21.7篇，其中GRSP英文文獻占65.99%。圖1顯示了GRSP研究的發(fā)文量動態(tài)變化，根據(jù)發(fā)表時間和發(fā)表數(shù)量，可以將GRSP研究分為3個階段，即起步階段（2004—2009年），此時只有英文文獻發(fā)表，且數(shù)量較少；快速增長階段（2010—2017年），此階段中英文文獻數(shù)量不斷增加，到2017年達到小高峰；穩(wěn)定發(fā)展階段（2018—2020年），且WOS和CNKI線性預測趨勢線均呈極顯著上升趨勢(P＜0.01)，表明GRSP研究受到廣泛關注，且研究不斷深入。

圖1 中英文文獻數(shù)量變化及線性預測圖

2.2 國家及機構(gòu)發(fā)文分布特征

CNKI數(shù)據(jù)庫發(fā)文所屬國家以中國為主，且文獻數(shù)量較少，因而不對其進行國家及機構(gòu)聚類分析。利用CiteSpace對WOS文獻中不同國家及機構(gòu)進行分析，形成的網(wǎng)絡圖譜（圖2）可以直觀地展現(xiàn)該領域各國的研究情況，并將發(fā)文量較高的前10個國家，列于表1。由中心性、連接線等量化值可分析國家的合作緊密程度。圖2中每個圓代表一個國家，圓圈大小代表發(fā)文數(shù)量，以連線表示共被引。由圖2可知網(wǎng)絡密度為0.0676，表明各國之間合作并不緊密。該領域研究論文發(fā)表量較高的國家依次為中國、美國、西班牙、智利、印度等。中國是發(fā)表論文量最多的國家，雖然中國起步較晚（2010年），但是近年來對GRSP的研究已與其他國家逐漸縮小差距。而中國、西班牙及智利三個國家中心性最高，表明這3個國家與其他國家間合作次數(shù)較多。

表1 國家發(fā)文特征及頻次統(tǒng)計

圖2 國家發(fā)文圖譜

由圖3的機構(gòu)圖譜可知，研究機構(gòu)以高校和科研院所為主。其中發(fā)文量較多的機構(gòu)為：中國科學院(Chinese Acad Sci)、長江大學(Yangtze Univ)以及智利的拉弗朗特拉大學(Univ La Frontera)。這也再次證明了中國是文獻數(shù)量貢獻最多的國家。其中圖譜網(wǎng)絡密度為0.01，表明高校和科研院所之間初步形成合作網(wǎng)絡，但聯(lián)系與合作程度依然較低，各研究領域較為獨立，未來的合作還有待加強，以期更深入的研究。

圖3 機構(gòu)發(fā)文圖譜

2.3 文獻共被引分析

由于CiteSpace軟件對CNKI文獻共被引的不支持，所以此處只對WOS中文獻進行“Cited Reference”分析，即文獻共被引分析，形成文獻引證網(wǎng)絡圖譜（圖4）。圖譜共生成519個節(jié)點，1503條連線，網(wǎng)絡密度為0.0112。每個圓代表一篇文獻，圓圈大小表明文獻共被引頻次，頻次越大說明文獻越突出。由圖4可知，視圖中最突出的文章是FOKOM R(2012)[26]（47次）、GILLESPIE AW(2011)[27]（37次）以及RILLIG MC(2004)[7]（32次），中國學者中WU QS(2012)[13]（吳強盛）的研究共被引次數(shù)也較多（28次）。

圖4 GRSP文獻共被引網(wǎng)絡

通常，文獻共被引次數(shù)最多的3篇文章可作為GRSP研究發(fā)展的里程碑文獻。其中RILLIG等[7]在2004年提出建議使用球囊霉素相關土壤蛋白(GRSP)新術語來描述球囊霉素更為準確，這為后續(xù)的研究奠定了基礎。GILLESPIE等[27]在2011年使用新的研究手段更深入地探索了GRSP的結(jié)構(gòu)組成，通過X射線、熱解場電離質(zhì)譜以及蛋白質(zhì)組學等研究手段揭示出GRSP是由蛋白質(zhì)、腐殖質(zhì)、脂質(zhì)和無機物構(gòu)成的復雜混合物。在此之前，大部分學者僅是對不同生態(tài)系統(tǒng)的GRSP含量進行揭示和比較[28-29]，只能對其進行表征研究，而GILLESPIE等[27]推動了GRSP研究領域的深入發(fā)展。FOKOM等[26]在2012年通過研究不同土地利用方式（森林、免耕地及耕地）發(fā)現(xiàn)GRSP含量存在顯著差異，其中森林＞免耕地＞耕地，并指出GRSP在穩(wěn)定土壤團聚體時發(fā)揮著重要作用，提出GRSP含量可作為監(jiān)測土壤質(zhì)量的一個重要指標。而中國學者吳強盛等[13]圍繞柑橘植物菌根調(diào)控、抗旱性開展一系列GRSP相關研究，可通過改善土壤水穩(wěn)性團聚體結(jié)構(gòu)，并提出了一些重要觀點。從這些共被引程度較高的文獻可看出，相關研究在GRSP的定名、結(jié)構(gòu)特征、生態(tài)功能等方面做出了極大貢獻，對于后續(xù)GRSP的研究領域發(fā)展有重要的指導意義。

2.4 研究熱點

關鍵詞是一篇文獻的核心思想及內(nèi)容的提煉與濃縮，出現(xiàn)頻率越高的關鍵詞，其受研究學者的關注度越高，因此能夠充分反映出相關領域的研究熱點[30]。本研究利用CiteSpace軟件對文獻關鍵詞進行共現(xiàn)及聚類分析，繪制出關鍵詞知識圖譜（圖5），同時統(tǒng)計出關鍵詞的中介中心性（表2）。關鍵詞由節(jié)點表示，關鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)越多節(jié)點越大，表示越受關注。除“GRSP”關鍵詞外，其余均代表了該領域重點關注的研究對象。WOS與CNKI關鍵詞共現(xiàn)圖譜中內(nèi)容幾乎趨于一致，表明兩個數(shù)據(jù)庫文獻中研究內(nèi)容相似。從圖譜與表2中可看出“arbuscular mycorrhizal fungi”出現(xiàn)最多（132次），主要由于GRSP的分泌與AM真菌密切相關；其次出現(xiàn)較多的“aggregate stability”、“carbon”、“organic matter”等關鍵詞表示GRSP的功能研究主要集中在穩(wěn)定團聚體和碳匯功能；“l(fā)and use”、“colonization”、“diversity”、“plant”、“elevated CO2”等表明GRSP的影響因素研究也被重視。此外，從CNKI圖譜中可看出土壤因子、土壤養(yǎng)分、土壤理化性質(zhì)及其土壤酶活性出現(xiàn)較為頻繁，表明國內(nèi)的GRSP影響因素研究主要關注于土壤本身。中介中心性是反映節(jié)點在網(wǎng)絡中重要程度的指標，在一定程度上體現(xiàn)了GRSP研究領域的熱點，表2中除GRSP關鍵詞外，中心性最大的兩個關鍵詞為“organic matter”和“aggregate stability”，表明有機質(zhì)與團聚體穩(wěn)定性一直是GRSP研究領域的熱點。

圖5 GRSP關鍵詞共現(xiàn)圖譜(a：WOS，b：CNKI)

表2 WOS中關鍵詞特征及數(shù)量統(tǒng)計

2.5 研究前沿

突現(xiàn)詞(Burst terms)是指在一定時間內(nèi)頻率驟增的關鍵詞，可以表征研究前沿的發(fā)展動態(tài)[31]。因CNKI中文獻數(shù)量較少，關鍵詞頻次達不到CiteSpace突現(xiàn)性要求，故此處只對外文文獻做關鍵詞突現(xiàn)性分析（圖6）。從關鍵詞突顯圖譜可看出GRSP領域研究不斷深入且呈現(xiàn)出多樣化特征。通過文獻梳理，可以總結(jié)為以下三方面前沿研究。

圖6 GRSP研究關鍵詞突顯圖譜

（1）GRSP的提取純化研究，包括提取(Extraction)、量化(Quantification)、碳水化合物(Carbohydrate)等關鍵詞，自從GRSP被發(fā)現(xiàn)以來，許多科學家都很關注其提取方法和結(jié)構(gòu)特征，但目前它仍然是混合物，無法從土壤中分離獲得純度較高的蛋白，這是由于它的性質(zhì)在自然狀態(tài)下十分穩(wěn)定，難于分解，只有用檸檬酸鈉溶液于121℃高溫下才能被提取獲得[5]。根據(jù)提取的難易程度將其分為易提取GRSP（Easily extractable GRSP，EE-GRSP）和 難 提 取 GRSP（Difficulty extractable GRSP，DE-GRSP）兩大類[32]。截止目前，研究學者對GRSP的結(jié)構(gòu)特征認知尚不十分明確。通過一些先進的化學技術手段，可以初步確定GRSP主要由碳水化合物組成，并由N連接而成的糖蛋白，其中含有36%～59%的C、33%～49%的O、4%～6%的H、3%～5%的N、0.03%～0.1%的P等[28]。SCHINDLER等[11]采用核磁共振技術分析發(fā)現(xiàn)GRSP是一種混合物，主要包括芳香烴(42%～49%)、羧基(24%～30%)、碳和低脂肪(4%～11%)、碳水化合物(4%～16%)等[33]。大部分研究都是通過檸檬酸鈉提取方法對GRSP的表征進行探索，但這種方法不能提取純度較高的蛋白[18]，阻礙了人們對其深入的研究及應用，因此GRSP的結(jié)構(gòu)特征及提取純化方法研究仍然是未來重點關注的方向。

（2）GRSP的生態(tài)功能研究，包括穩(wěn)定性(Stability)、重金屬污染(Heavy metal pollution)、有機碳(Organic carbon)等關鍵詞，GRSP在土壤碳固持、結(jié)構(gòu)改良和重金屬固定中發(fā)揮著重要作用。首先，GRSP是土壤有機碳的重要組分，并對土壤碳庫的變化有明顯的指示作用[7]。由于GRSP具有豐富的蛋白質(zhì)和碳水化合物，這也是對土壤有機碳貢獻的基礎[34]。有研究表明，GRSP可貢獻土壤有機碳的27%左右，土壤腐殖質(zhì)只貢獻了8%左右的碳，GRSP的碳貢獻能力是土壤腐殖質(zhì)的2～24倍[35]。GRSP作為惰性碳組分，可有效防止有機碳的流失，特別是活性碳的損失，從而提高土壤碳匯能力[36]。但是，GRSP如何直接影響土壤碳庫，目前研究還未得出較準確的結(jié)論。其次，GRSP也被稱為“土壤膠水”[37]，能把細小的土壤顆粒粘結(jié)成較大的土壤顆粒進而形成穩(wěn)定的土壤團聚體，改善土壤結(jié)構(gòu)。研究表明，GRSP粘附土壤顆粒的能力比其他碳水化合物強3～10倍[38]，說明GRSP對土壤穩(wěn)定性有重要意義。不僅如此，GRSP對固定重金屬也有積極作用，能有效抑制土壤重金屬由根系往植物地上部轉(zhuǎn)運，對重金屬起到隔離與固定作用，以減少重金屬對植物的毒害作用[39]。GRSP能穩(wěn)定Pb、Cd、Zn、Cu、Fe、Mn等多種重金屬元素[40]，因此可將其應用于重金屬污染土壤的生態(tài)修復[19]。但目前為止，對于GRSP與重金屬的具體螯合機制還尚不明確。綜上，GRSP在碳匯、重金屬封存及土壤結(jié)構(gòu)改善中都發(fā)揮著重要作用。但GRSP在生態(tài)功能方面的研究不能只停留在理論水平，其應用方面仍有很大的研究空間，如在一些污染的土壤中（有機物污染、微塑料污染等），GRSP的生態(tài)功能是否可以有效發(fā)揮。因此，未來的GRSP生態(tài)功能研究應主要集中在應用方面，將其改善土壤質(zhì)量功能落在實處。

（3）GRSP的影響因素研究，包括草地(Grassland)、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)(Agroecosystem)、菌根(Mycorrhiza)、物理性質(zhì)(Physical property)等關鍵詞，揭示不同土地利用方式、AM真菌種類、土壤理化性質(zhì)等對GRSP的影響。GRSP特征差異主要受植物種類、菌根類型、土壤性質(zhì)變化影響[41-43]。植物能為AMF分泌GRSP提供碳源[44]，所以對于植物量多的生態(tài)系統(tǒng)而言，GRSP含量通常也較高，如在耕地[45]、林地[46]、荒地[47]、草地[48]、果園[49]、濕地[50]中，GRSP含量以荒地最低，耕地與果園其次，草地、濕地和林地最高。在退耕還林實驗中，GRSP的變化趨勢也與植物量密切相關，測定退耕0年、7年、12年、17年、22年、32年的土壤中GRSP含量，結(jié)果表明GRSP含量與自然恢復時間呈顯著正相關關系[51]。此外，SOUSA等[52]研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的單一種植模式相比，具有多種植物的復合種植方式可以提高GRSP含量，即植物多樣性豐富的土壤也會提高GRSP含量[19]。同時，不同AM真菌種類與宿主形成菌根后產(chǎn)生的GRSP也有較明顯的差異[53]。AM真菌對宿主植物沒有固定性，但有一定的選擇性，意味著對不同植物根系侵染程度不同[19,54]，這也會導致GRSP產(chǎn)生差異。此外，土壤性質(zhì)變化會影響植物及AM真菌的生長發(fā)育，進而影響GRSP的產(chǎn)生[19]。目前大多數(shù)研究集中于對土壤有機碳、氮、磷、電導率、容重、pH等因子的研究，結(jié)果表明GRSP與這些土壤因子密切相關[55-58]。近期在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)土壤擾動也是限制GRSP產(chǎn)生的重要因素。SEKARAN等[14]指出免耕與耕作相比能顯著提高GRSP含量。以上的這些影響因素研究相對單一，未來，我們需要結(jié)合植物、土壤和AM真菌三者互作機制深入探討如何有效提高GRSP產(chǎn)量，同時增加考慮在大環(huán)境變化下（如氣候變暖、氮沉降、二氧化碳升高等）GRSP的變化趨勢研究。

3 結(jié)論

本研究利用CiteSpace可視化軟件，以CNKI和WOS兩大數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)來源，總結(jié)分析了2004—2020年的GRSP相關文獻，對發(fā)文量、國家、機構(gòu)、文獻共被引及關鍵詞進行系統(tǒng)分析，得出以下結(jié)論：

（1）GRSP研究經(jīng)歷了三個階段，2004—2009年的起步階段，2010—2017年的快速增長階段，2018—2020年穩(wěn)定發(fā)展階段，且GRSP發(fā)文量呈顯著上升趨勢。

（2）除中國、美國和西班牙外，其他國家對于GRSP的研究還較少；機構(gòu)以中國科學院發(fā)文量最多，是該領域的中堅力量；未來，國家、機構(gòu)間還應加強合作，積極推進GRSP領域研究進程。

（3）GILLESPIE AW(2011)、FOKOM R(2012)以及RILLIG MC(2004)三篇文章是GRSP被定義以來最具有里程碑意義的文章，為后面的研究奠定了基礎。

（4）GRSP領域的研究熱點較多，呈現(xiàn)出多樣化及深入化特征，研究內(nèi)容主要集中在GRSP結(jié)構(gòu)特征、生態(tài)功能、影響因素等方面；未來，學者們應在此研究基礎上積極拓展GRSP領域的研究內(nèi)容與范圍，豐富和創(chuàng)新GRSP的提取與量化方法，深入探索GRSP的生態(tài)功能及應用，明確影響GRSP產(chǎn)量的關鍵機制。