史方穎，張風(fēng)寶，楊明義

（1. 中國科學(xué)院水利部水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，陜西楊凌，712100；2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西楊凌，712100；3. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京，100049）

土壤是地球系統(tǒng)大氣圈、水圈、巖石圈及生物圈相互作用最復(fù)雜、最活躍的交界面，同時也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要的碳庫，其有機(jī)碳儲量為1 576 Pg，超過大氣和植被有機(jī)碳儲量的總和。想要重新進(jìn)入土壤生物地球化學(xué)循環(huán)的各種土壤有機(jī)質(zhì)，必須經(jīng)過分解和礦化過程。土壤有機(jī)碳礦化是土壤碳庫向大氣中釋放CO的最大凈輸出途徑，其0.1%的變化將導(dǎo)致大氣圈CO濃度1 mg·L的變化，并可通過與植被的凈初級生產(chǎn)力的差值判斷是碳源還是碳匯，所以土壤有機(jī)碳礦化在全球碳循環(huán)中發(fā)揮著重要作用。當(dāng)前影響土壤碳礦化的因素主要包括土壤溫濕度、耕作管理措施、氧的有效性、CO的濃度、添加外源碳氮磷和土壤理化性質(zhì)等。有研究表明，當(dāng)溫度升高時，由于土壤酶失活使得土壤有機(jī)碳礦化速率下降。當(dāng)溫度恒定時，主導(dǎo)有機(jī)碳礦化速率的因素就變?yōu)榱似渌h(huán)境因素，比如濕度、培養(yǎng)時間、外源碳氮磷的添加等。大量研究證明，隨著土壤濕度的增加，土壤有機(jī)碳礦化速率增加，其主要內(nèi)在原因可能是由于濕度的增加顯著增加了微生物的活性，進(jìn)而促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分解和礦化。而土壤有機(jī)碳礦化對于培養(yǎng)時間的響應(yīng)是復(fù)雜的：在培養(yǎng)早期，溫度對土壤有機(jī)碳礦化是產(chǎn)生正向的促進(jìn)作用，所有土壤中可利用的碳都為微生物提供了充足的食物；在培養(yǎng)后期時，可利用的碳被消耗完以后就剩下難分解的、穩(wěn)定的碳，導(dǎo)致微生物的分解速率下降，進(jìn)而影響礦化速率。外源碳氮磷的添加主要是為土壤微生物提供營養(yǎng)，使其活性增加，從而加快土壤有機(jī)碳礦化速率。此外，有機(jī)碳礦化是個復(fù)雜的過程，有研究通過核磁共振和熱分析技術(shù)探究長期土壤有機(jī)碳礦化、微生物活性及激發(fā)效應(yīng)對有機(jī)碳礦化的動力學(xué)機(jī)制。

當(dāng)前關(guān)于有機(jī)碳礦化的研究十分廣泛并且種類繁多，而文獻(xiàn)計量法可有效總結(jié)研究成果并揭示其未來的發(fā)展方向。因此，本文引入文獻(xiàn)計量學(xué)的方法探究土壤有機(jī)碳礦化已有文獻(xiàn)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)和潛在熱點(diǎn)，利用統(tǒng)計學(xué)和數(shù)學(xué)的方法，量化各種評價指標(biāo)，描述土壤有機(jī)碳礦化研究的性質(zhì)和方向。通過對檢索文獻(xiàn)的聚類、分析和可視化，顯示土壤有機(jī)碳礦化在1982—2020 年開展的科學(xué)研究的發(fā)展歷程和結(jié)構(gòu)關(guān)系，并對此進(jìn)行描述。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)收集

Web of Science 是一個綜合多學(xué)科核心期刊的數(shù)據(jù)庫。本文選用Web of Science 核心合集（Science Citation Index Expanded，SCIE） 數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)源，檢索式為：（TI =（（mineralizat*） and（"soil carbon" or "soil organic carbon" or "SOC"））） OR（AB =（（mineralizat*） and（"soil carbon" or "soil organic carbon" or "SOC"）））。檢索時間為2020 年7月7 日。使用該檢索式共檢索到文獻(xiàn)1 435 篇，檢索到的文獻(xiàn)類型包括論文、會議記錄、會議摘要和綜述。為減小誤差、提高精度，將文獻(xiàn)導(dǎo)入到Endnote中逐條整理挑選，刪除重復(fù)文獻(xiàn)、會議論文，以及與研究主題和檢索式不符合的文獻(xiàn)。經(jīng)篩選后共獲取文獻(xiàn)1 045 篇，將選取的文獻(xiàn)通過館藏號重新檢索和選取并以.txt 格式導(dǎo)出。

1.2 數(shù)據(jù)分析

利用Web of Science 的分析檢索結(jié)果功能，對檢索到的文獻(xiàn)進(jìn)行分類存儲，運(yùn)用Excel 對年發(fā)文量、發(fā)文國家、發(fā)文機(jī)構(gòu)、發(fā)文作者等進(jìn)行統(tǒng)計，同時使用了CiteSpace 和VOS viewer 對文獻(xiàn)的標(biāo)題、摘要、關(guān)鍵詞中提取重要的名詞短語進(jìn)行文獻(xiàn)共詞、共現(xiàn)和突現(xiàn)詞分析，并使用以上兩個軟件和GIS 進(jìn)行繪圖以獲得有機(jī)碳礦化的發(fā)展歷程和研究熱點(diǎn)圖。在 CiteSpace（5.6.R3）中選擇時間跨度為1982—2020 年，時間節(jié)點(diǎn)設(shè)置為1 年，節(jié)點(diǎn)類型選擇Country（國家）、Keyword（關(guān)鍵詞），節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度默認(rèn)Cosine（余弦函數(shù)），閾值選擇TOP 50，網(wǎng)絡(luò)裁剪功能區(qū)選擇Minimum Spanning Tree（最小生成樹）進(jìn)行圖譜分析，在分析關(guān)鍵詞隨時間變化時，選擇time-zone。使用VOS viewer 對關(guān)鍵詞、作者進(jìn)行分析，選擇數(shù)據(jù)類型來源于WOS，計數(shù)方法設(shè)置為Full counting（全計數(shù)）并添加詞表用以清洗數(shù)據(jù)，而后設(shè)置詞條最小出現(xiàn)頻次，最終形成圖譜。

2 結(jié)果與討論

2.1 時間發(fā)展脈絡(luò)

學(xué)術(shù)領(lǐng)域每年的發(fā)文數(shù)量能在一定程度上代表該領(lǐng)域在近年來被關(guān)注的趨勢。有機(jī)碳礦化的論文數(shù)量總體呈現(xiàn)出上升趨勢，并大致分為兩個階段：第一階段為1982—1993 年，發(fā)文量較少，研究處于萌芽期。1982 年發(fā)表了第一篇與關(guān)于有機(jī)碳礦化的論文，10 年內(nèi)僅有7 篇有機(jī)碳礦化的論文。第二階段為1993—2019 年，是研究的高速發(fā)展期（圖1）。從1993 年開始，有機(jī)碳礦化的論文數(shù)量穩(wěn)步增長，其主要原因可能是由于1992 年通過了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》，該條約第二條明確規(guī)定的最終目標(biāo)為：“減少溫室氣體（CO、CH、NO 等）排放，減少人為活動對氣候系統(tǒng)的危害，減緩氣候變化，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的適應(yīng)性，確保糧食生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展?！庇捎谕寥捞紟炀薮蟮奶純α?，就成為了極度需要保護(hù)的碳源和碳匯地。在2013 年時，全球大氣CO濃度首次超過了400 mg·L，之后發(fā)文數(shù)量呈指數(shù)型增長。發(fā)文數(shù)量在2019 年達(dá)到121 篇，被引頻次高達(dá)4400 多次，且有持續(xù)增長的趨勢。這些政策和學(xué)術(shù)成果有效推動了科研人員對有機(jī)碳礦化的研究工作，說明在學(xué)術(shù)成果日益增多的同時，科研人員對于有機(jī)碳礦化的認(rèn)知也越來越深入。

圖1 有機(jī)碳礦化的年度發(fā)文數(shù)量及被引頻次Fig. 1 Annual number of papers and cited times on organic carbon mineralization

2.2 國家及國際合作

美國是總發(fā)文數(shù)量第一的國家，發(fā)文量為302篇，總被引頻次高達(dá)13 360 次，說明研究受到領(lǐng)域內(nèi)學(xué)者們的認(rèn)可（圖2a）。中國的總發(fā)文數(shù)量排名第二，總被引頻次逐年上升但平均被引頻次較低，說明論文的創(chuàng)新性和影響力有待提高（圖2a，圖3）。美國年均發(fā)文量呈現(xiàn)出平穩(wěn)增長狀態(tài)；中國的有機(jī)碳礦化研究雖起步較晚，但自2010 年起論文數(shù)量大幅增長，并從2016 年起年均發(fā)文數(shù)量超過美國，成為年均發(fā)文數(shù)量第一的國家（圖2b）。

圖2 排名前10 的國家的發(fā)文數(shù)量與被引頻次（a）及排名前5 的國家1990—2020 年的年發(fā)文量（b）Fig. 2 The number of papers and citations of the top 10 countries（a） and the annual number of papers published by the top 5 countries（b）

圖3 顯示了各個國家之間的發(fā)文數(shù)量、合作關(guān)系及其文章影響力，節(jié)點(diǎn)大小代表文章數(shù)量，連線代表合作關(guān)系，括號內(nèi)數(shù)字代表中介中心性，具有粉紫色外圈代表中介中心性大于0.1。由于中介中心性是用來測試節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中重要性的指標(biāo)，并以此來發(fā)現(xiàn)和衡量文獻(xiàn)的重要程度，所以國家中介中心性用來代表該國家在某研究領(lǐng)域的國際影響力。美、中、德、法之間合作強(qiáng)度高且與其他國家的合作較為緊密（圖3）。對國家的中介中心性進(jìn)行排名，法國和德國的中介中心性最高為0.34，中國雖年均發(fā)文數(shù)量已經(jīng)成為第一，但中介中心性（0.06）僅為德法兩個國的17.6%。表明近年來中國雖在該研究領(lǐng)域較為活躍，但研究成果的國際影響力并不高，應(yīng)加強(qiáng)在該領(lǐng)域的科研創(chuàng)新性。

圖3 有機(jī)碳礦化的國家合作圖Fig. 3 Cooperation between major countries in the field of organic carbon mineralization

2.3 發(fā)文機(jī)構(gòu)

中國科學(xué)院是發(fā)文數(shù)量和合著發(fā)表文章數(shù)量第一的機(jī)構(gòu)，其次分別是美國農(nóng)業(yè)部和法國農(nóng)業(yè)研究院（表1）。經(jīng)VOS viewer 統(tǒng)計，共出現(xiàn)了1 153 個研究機(jī)構(gòu)，合著發(fā)表了2 篇（≥2）文章的機(jī)構(gòu)共有369 個（數(shù)據(jù)未顯示），占合作機(jī)構(gòu)總數(shù)的32%。說明機(jī)構(gòu)之間的合作較為緊密，學(xué)術(shù)交流與合作較為頻繁。對中國科學(xué)院從屬機(jī)構(gòu)展開后發(fā)現(xiàn)沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所（27 篇）、水土保持研究所（26 篇）、東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所（25 篇）和南京土壤研究所（19 篇）等科研院所做出了杰出貢獻(xiàn)。沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所的研究地區(qū)主要集中在亞熱帶、溫帶地區(qū)的森林和高山高寒草地上，研究內(nèi)容為通過輸入外源碳氮、改變立地條件等探究碳氮動態(tài)變化、微生物生物量和群落結(jié)構(gòu)、酶活性以及（根際）激發(fā)效應(yīng)對土壤碳礦化產(chǎn)生的影響；水土保持研究所的研究地區(qū)集中在黃土高原和青藏高原的退化土壤、高山草甸土壤上，研究內(nèi)容為碳氮的分布與碳礦化的穩(wěn)定性、溫度敏感性和溫室氣體的排放在不同土地利用方式和土壤管理制度、生物炭和氮的添加以及土壤侵蝕沉積與植被恢復(fù)下的響應(yīng)機(jī)制；東北地理農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所的研究地區(qū)主要集中在東北的黑土地區(qū)、淡水濕地和淡水沼澤上，研究內(nèi)容為不同土地利用和耕作管理方式、氮和凋落物的輸入以及溫濕度對土壤有機(jī)碳礦化和碳氮氧化物的溫度敏感性的影響；南京土壤所的研究地區(qū)較為廣泛，研究內(nèi)容主要為不同土地利用方式下，長期或短期添加外源物質(zhì)產(chǎn)生的有機(jī)碳礦化的差異以及碳動態(tài)變化。

表1 發(fā)文數(shù)量在前5 的機(jī)構(gòu)及其他信息Table 1 Top 5 most published institutions on organic carbon mineralization

排在第二的是美國農(nóng)業(yè)部，總被引頻次為1 777次，平均被引頻次為46.76。其研究區(qū)域主要集中在旱地和半干旱地區(qū)，研究內(nèi)容為耕作制度、溫濕度或干濕交替等對土壤碳氮組分、礦化能力和土壤碳庫的影響。排名前5 的研究機(jī)構(gòu)中，美國的研究機(jī)構(gòu)占比為40%，其文章的平均被引頻次較高，可能由于研究內(nèi)容多為大空間尺度下的碳動態(tài)（如碳組分變化、碳收支平衡等），被大量研究學(xué)者引用。

2.4 作者與合作

經(jīng)VOS viewer 統(tǒng)計顯示共有4 290 名作者進(jìn)行了土壤有機(jī)碳礦化的研究，經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗后，整理出發(fā)文數(shù)量在前5 的作者。表2 表明，俄亥俄州立大學(xué)的Lal R 是發(fā)文數(shù)量最多的作者（26 篇），總被引頻次也最高，在此數(shù)據(jù)集為1 572 次。

表2 發(fā)文數(shù)量在前5 的作者及其他信息Table 2 Top 5 most published researchers on organic carbon mineralization

在VOS viewer 中檢測到的核心作者共有211位，核心作者是推動學(xué)術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展力量的主要人員，通過對其發(fā)文量的分析，可以有效識別研究領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)。根據(jù)普萊斯理論：=0.749()，為發(fā)文數(shù)量最多的作者，為核心作者的最低發(fā)文數(shù)量。經(jīng)計算發(fā)文數(shù)量≥3 篇（=2.802）的學(xué)者可被認(rèn)為是核心作者，其合作關(guān)系由圖4 所示，共有12 個聚類組，呈現(xiàn)出聚類組內(nèi)合作緊密，聚類組外合作較少的情況。與Lal R 合作較為緊密的作者有Kan Zhengrong（闞正榮）、Zhao Xin（趙鑫）、Ma Shoutian（馬守田）等，其合作的研究方向為不同地區(qū)、不同耕作方式和氣候條件下的土壤碳固持、碳礦化和碳儲量的模擬變化研究；與Lehmann J 合作的作者較少，其主要研究方向是探究添加熟化或新鮮有機(jī)質(zhì)對土壤有機(jī)碳的礦化度和正負(fù)激發(fā)效應(yīng)的影響以及產(chǎn)生激發(fā)效應(yīng)的機(jī)制；與Sainju U M 合作緊密的作者是Wang Jun（王?。?，其合作的研究方向是耕作制度如長期耕作、輪作、灌溉制度、種植順序等的改變對土壤碳組分和作物產(chǎn)量的影響，從而導(dǎo)致土壤有機(jī)碳礦化速率的改變；與Kuzyakov Y 合作緊密的作者有Wang Wei（王衛(wèi)）、Hu Ronggui（胡榮桂）等，其合作的研究方向是不同土地利用類型下土壤有機(jī)碳的微生物群落和微生物生物量（碳）的變化以及碳固持原理和碳穩(wěn)定機(jī)制；與Chenu C 合作緊密的作者大多為法國作者，如Mary B、Fontaine S、Chevallier T等，其合作的研究方向為輸入穩(wěn)定/不穩(wěn)定碳和養(yǎng)分的有效性是如何影響碳儲量以及土壤碳礦化和激發(fā)效應(yīng)的。其研究大多為微尺度的異質(zhì)性，同時極具參考價值。研究人員可根據(jù)自己的研究需求，通過檢索聚類組內(nèi)某一研究方向的所有核心作者后獲得較為全面的文章。

圖4 基于VOS viewer 分析有機(jī)碳礦化論文的作者合作圖Fig. 4 Network visualization of authors cooperation based on VOS viewer

2.5 研究領(lǐng)域

在GIS 軟件中使用Kriging 插值法繪出研究領(lǐng)域的發(fā)文數(shù)量圖，每個等高線之間有66 篇文章。圖5 中紅色部分代表發(fā)文量密集，藍(lán)色部分代表發(fā)文量稀疏。發(fā)文數(shù)量最多的4 個研究領(lǐng)域為農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境科學(xué)、地理學(xué)和植物科學(xué)領(lǐng)域，其中農(nóng)業(yè)領(lǐng)域占所有研究領(lǐng)域中的43.44%。發(fā)文數(shù)量第二的是生態(tài)環(huán)境科學(xué)，占比為28.25%，這兩個研究領(lǐng)域更受研究人員的重視，其研究成果可用于生產(chǎn)實(shí)踐與環(huán)境保護(hù)，因此其發(fā)表的文章數(shù)量占論文總數(shù)的70%以上。

圖5 有機(jī)碳礦化研究領(lǐng)域與發(fā)文數(shù)量分布圖Fig. 5 Distribution map of research field and numbers on organic carbon mineralization

2.6 研究熱點(diǎn)與前沿

關(guān)鍵詞是文獻(xiàn)研究主題高度概括，可以將論文準(zhǔn)確、精煉地表達(dá)出來。通過分析關(guān)鍵詞，有助于研究者了解該領(lǐng)域的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞中出現(xiàn)頻次最高的為soil organic matter（465 次）。根據(jù)計算，核心詞匯出現(xiàn)的頻次應(yīng)大于等于 16（=16.13），共有124 個核心詞匯。關(guān)鍵詞的共現(xiàn)和聚類情況如圖6 所示。

圖6 有機(jī)碳礦化的關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)圖Fig. 6 Network visualization of keyword on organic carbon mineralization

紅色聚類組內(nèi)的核心詞匯為土壤有機(jī)質(zhì)、碳氮動態(tài)、土地利用變化等。該聚類組的研究內(nèi)容主要是土地利用變化造成土壤有機(jī)質(zhì)的改變和礦化，從而影響碳固持和周轉(zhuǎn)。研究表明有機(jī)質(zhì)的添加會顯著增加土壤有機(jī)碳礦化，其次，有機(jī)質(zhì)在不同土地利用方式下，其輸入和輸出會使得土壤性質(zhì)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致土壤碳礦化釋放的二氧化碳含量具有較大差異，進(jìn)而影響土壤有機(jī)碳的組成和礦化過程。需進(jìn)一步加強(qiáng)的研究為：不同來源和不同土地利用條件下的有機(jī)質(zhì)添加后對土壤有機(jī)碳礦化的影響機(jī)制。

綠色聚類組內(nèi)的核心詞匯為激發(fā)效應(yīng)和生物炭。該聚類組的研究內(nèi)容主要是外源物質(zhì)在土壤有機(jī)碳發(fā)生礦化時產(chǎn)生的正負(fù)激發(fā)效應(yīng)。激發(fā)效應(yīng)是指外源物質(zhì)進(jìn)入土壤使得土壤原有的有機(jī)碳C 或N礦化速率發(fā)生改變的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象是外源物質(zhì)與土壤元素交互作用的結(jié)果。由于外源物質(zhì)輸入而導(dǎo)致分解速率加快被定義為正激發(fā)效應(yīng)；對分解速率產(chǎn)生抑制作用則定義為負(fù)激發(fā)效應(yīng)。影響激發(fā)效應(yīng)的因素有很多，如外源物質(zhì)的性質(zhì)和數(shù)量、土壤性質(zhì)、氮肥的施用、土壤中的微生物等。目前實(shí)驗中添加的主要外源物質(zhì)是生物炭，有研究表明添加外源生物炭對土壤有機(jī)碳礦化產(chǎn)生明顯作用，但由于試驗條件的不同導(dǎo)致了不同的結(jié)果，所以研究者們開始探究生物炭對土壤有機(jī)碳礦化的內(nèi)在作用機(jī)制。現(xiàn)有的內(nèi)在作用機(jī)制主要有兩種：一種是生物炭進(jìn)入土壤環(huán)境后由于其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)和外表面對土壤有機(jī)質(zhì)的吸附保護(hù)可以發(fā)揮固碳作用，促進(jìn)土壤無機(jī)—有機(jī)復(fù)合體穩(wěn)定，對土壤中微生物和酶存在抑制作用，增加碳的儲存；另一種是生物炭進(jìn)入土壤后為微生物提供碳源，促進(jìn)微生物的活動，土壤和生物炭中易分解的組分被礦化，最終促進(jìn)了土壤碳的排放。關(guān)于生物炭對土壤有機(jī)碳礦化產(chǎn)生影響的機(jī)理需進(jìn)一步深入。

藍(lán)色聚類組內(nèi)的核心詞匯有微生物生物量（碳）、土壤呼吸、氣候變化和碳礦化。此聚類組集合了微生物在有機(jī)碳礦化的研究，包括了微生物的類型和群落結(jié)構(gòu)以及微生物在礦化過程中進(jìn)行的r/K選擇策略等。微生物生物量碳是土壤有機(jī)質(zhì)里最易發(fā)生變化和性質(zhì)最活躍的組分，雖然在土壤碳庫里的比例較小，但卻是土壤有效碳的供應(yīng)源。許多研究表明，微生物生物量碳含量與土壤有機(jī)碳礦化速率存在極顯著的相關(guān)性，甚至可與激發(fā)效應(yīng)相鏈接；微生物對有機(jī)碳儲量也具有重要影響，其通過與有機(jī)礦物的相互作用來影響碳儲量，因此了解微生物作用機(jī)制及其相互依賴性十分重要。土壤有機(jī)碳礦化時土壤會發(fā)生呼吸作用，微生物會分解有機(jī)質(zhì)中的碳，在有氧呼吸時釋放CO，無氧呼吸時釋放CH等溫室氣體，從而進(jìn)行碳降解功能。所以礦化作用離不開微生物，也離不開呼吸作用。微生物體中碳的轉(zhuǎn)化過程有兩種：一種是在微生物的作用下礦化和釋放溫室氣體到大氣中去；或經(jīng)過微生物的利用，變成微生物生物量碳和微生物殘留物，然后經(jīng)過長期的累積形成穩(wěn)定碳庫。氣候變化同樣對土壤碳庫的周轉(zhuǎn)過程造成巨大的影響。

黃色聚類組內(nèi)的突出詞匯為土壤有機(jī)碳、侵蝕與沉積等。中國是全球水土流失最嚴(yán)重的國家，水土流失占國土面積的51.1%。有侵蝕就有沉積，侵蝕和沉積會造成土壤理化性質(zhì)改變，導(dǎo)致不同土層或不同位置的環(huán)境要素如溫度、濕度等產(chǎn)生異質(zhì)性。之后經(jīng)過侵蝕的分選，土壤團(tuán)聚體在不同位置分散或聚集，導(dǎo)致有機(jī)碳水平差異大，微生物生物量碳等含量差異也增大，空間分異加劇且存在季節(jié)性和年際之間的差異。目前由侵蝕引起的土壤碳礦化的含量和機(jī)制尚不明確，因侵蝕而流失的碳和留在原位的碳的動態(tài)仍缺少明確的理論解釋，無法估算有機(jī)碳庫因侵蝕而發(fā)生的礦化流失。

紫色聚類組內(nèi)的核心詞匯為穩(wěn)定性機(jī)制、碳儲量與碳周轉(zhuǎn)。研究中涉及的穩(wěn)定機(jī)制有化學(xué)、物理和生物穩(wěn)定機(jī)制。對土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性影響較大的為生物穩(wěn)定性，包括植物自身穩(wěn)定性和土壤生物穩(wěn)定性。如土壤生物在分解植物時，由于植物自身穩(wěn)定性（大分子或芳香環(huán)結(jié)構(gòu)）導(dǎo)致植物很難被降解，就會產(chǎn)生殘留物和土壤生物自身代謝的分泌物，從而在土壤中形成穩(wěn)定有機(jī)碳庫。碳的穩(wěn)定性越高，碳礦化的速度越慢，說明碳周轉(zhuǎn)越慢。而土壤中的有機(jī)碳進(jìn)行分解、轉(zhuǎn)化和輸出是土壤碳周轉(zhuǎn)的生態(tài)過程。氣候因素、土壤理化性質(zhì)、植被類型和狀況、土地利用方式的影響、微生物群落結(jié)構(gòu)、相關(guān)酶的活性以及接觸程度等均會影響碳周轉(zhuǎn)的過程。需加深這些影響因素對碳周轉(zhuǎn)和建模的作用，同時確定非線性土壤C 動力學(xué)過程（如激發(fā)效應(yīng)）對碳循環(huán)的貢獻(xiàn)。

將綜上所述的研究熱點(diǎn)進(jìn)行深入挖掘，可以看出，當(dāng)前學(xué)者們對土壤有機(jī)碳礦化的影響因素以及外源物質(zhì)添加后有機(jī)碳礦化的變化趨勢進(jìn)行了著重研究，但微生物與激發(fā)效應(yīng)在土壤有機(jī)碳礦化中扮演的角色尚不明確。此外，溫度敏感性和土壤有機(jī)碳礦化對土壤碳排放與固持的解釋程度及其內(nèi)在機(jī)理的研究力量尚顯薄弱。未來有機(jī)碳礦化研究應(yīng)加強(qiáng)對礦化機(jī)理的了解，從多個學(xué)科、多個尺度、多個領(lǐng)域?qū)ζ溥M(jìn)行解釋。

2.7 研究熱點(diǎn)的演變

圖7 是對文章中的科學(xué)名詞進(jìn)行提取后，根據(jù)其首次出現(xiàn)的時間及其出現(xiàn)頻次繪制的時間區(qū)劃圖（time-zone），可體現(xiàn)研究的發(fā)展進(jìn)程。圖中具有十字標(biāo)記代表在該年份出現(xiàn)頻次激增的關(guān)鍵詞，說明此關(guān)鍵詞是該年份新出現(xiàn)的研究前沿和熱點(diǎn)；圖中的關(guān)鍵詞具有不同的字號，關(guān)鍵詞字號越大說明出現(xiàn)的頻次越高，受到的關(guān)注也越多。由圖7 可知早期對土壤有機(jī)碳礦化的研究集中在微生物群落，管理措施，碳動態(tài)等方面上，近年來研究逐漸偏向激發(fā)效應(yīng)、生物炭和土壤侵蝕等研究方向，并涉及到土壤、微生物、植被、大氣等諸多研究對象。近10 年來的研究前沿為溫度敏感性、激發(fā)效應(yīng)、微生物群落結(jié)構(gòu)、模型等，與關(guān)鍵詞的熱點(diǎn)和前沿具有一致性。

圖7 研究熱點(diǎn)在1990—2020 年間的變化圖Fig. 7 The chart shows the change in hotspots of research from 1990 to 2020

3 結(jié) 論

土壤有機(jī)碳礦化研究自1982 年起，經(jīng)歷了研究萌芽期（1982—1993）和高速發(fā)展期（1993—2019）。近30 年來有關(guān)土壤有機(jī)碳礦化研究的文獻(xiàn)數(shù)量快速增加并具有持續(xù)增長的潛力。通過文獻(xiàn)計量法對土壤有機(jī)碳礦化的研究進(jìn)行分析，結(jié)果表明美國總發(fā)文量最大且與其他國家合作密切，同時具有較高的中介中心性，說明其科研能力和國際影響力受到領(lǐng)域內(nèi)學(xué)者們的認(rèn)可。與國外同類研究相比，中國在土壤有機(jī)碳礦化領(lǐng)域的研究起步較晚，但近20 年來發(fā)展迅速，甚至在2016 年時年均發(fā)文量超過美國，而后保持年均發(fā)文量第一，但由于研究的滯后性使得文獻(xiàn)的平均被引頻次不高，需加強(qiáng)本研究領(lǐng)域的科研創(chuàng)新性和國際影響力。對研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計分析，中國科學(xué)院是發(fā)文數(shù)量第一的研究機(jī)構(gòu)，遠(yuǎn)超美國農(nóng)業(yè)部，但存在平均被引頻次較低的情況。對研究領(lǐng)域進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)碳礦化受到多學(xué)科、多領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，因此帶來學(xué)科之間知識的交叉融合，從而使得新興研究領(lǐng)域和主題不斷涌現(xiàn)。今后應(yīng)更加注重學(xué)科與領(lǐng)域之間的融會貫通，為土壤有機(jī)碳礦化研究提供新思路。

當(dāng)前土壤有機(jī)碳礦化的研究方向不斷轉(zhuǎn)化，研究內(nèi)容的廣度和深度不斷得到拓展，研究對象呈現(xiàn)出多樣性，如植被、微生物、土壤、大氣等?？傮w而言，土壤有機(jī)碳礦化的研究尺度涉及到群落、生態(tài)系統(tǒng)、景觀、區(qū)域和全球等，呈現(xiàn)出兩極分化性，如土壤有機(jī)碳礦化的模型與機(jī)制的研究由中小尺度轉(zhuǎn)向大尺度研究，而研究土壤有機(jī)碳礦化的影響因素等則由宏觀的變化趨勢轉(zhuǎn)向由微觀的生物動態(tài)和化學(xué)鍵能加以闡釋。由于影響土壤有機(jī)碳礦化的影響因子較多，如土壤類型、土地利用變化、氣候變化等，因此，外部環(huán)境條件對土壤有機(jī)碳礦化量，周轉(zhuǎn)量及其時空分布狀況具有重要影響。盡管當(dāng)前土壤有機(jī)碳礦化的文章已有很多，但還有很多方面不夠成熟，有關(guān)土壤有機(jī)碳礦化的機(jī)理需進(jìn)一步深化，模型體系相對較少。綜上所述，不同條件下的土壤有機(jī)碳礦化的研究需更有針對性和綜合性：今后應(yīng)更加注重土壤有機(jī)碳礦化在不同環(huán)境因素、不同土地利用條件下的內(nèi)在機(jī)制研究，為全球碳儲量、碳周轉(zhuǎn)與循環(huán)模型提供準(zhǔn)確的參數(shù)與路徑，對緩解溫室效應(yīng)和提高碳儲量提供理論依據(jù)；應(yīng)深化外源碳氮添加產(chǎn)生的激發(fā)效應(yīng)對土壤有機(jī)碳礦化的影響機(jī)理研究，明確發(fā)生變化的關(guān)鍵因子及其內(nèi)在機(jī)制；應(yīng)弄清不同穩(wěn)定性的碳與侵蝕—沉積碳在土壤有機(jī)碳礦化時所起作用及其變化規(guī)律，為土壤碳穩(wěn)定性機(jī)制提供研究思路和理論依據(jù)。

感謝中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報中心宋秀芳老師對檢索式的修訂以及提供本文所使用到的文獻(xiàn)計量分析方法；感謝中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所李祿軍老師對本文關(guān)于土壤有機(jī)碳礦化的內(nèi)容進(jìn)行專業(yè)上的指導(dǎo)和幫助。