基于文献计量的植物根系构型研究热点及趋势分析.pdf
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1、【目的】通过检索分析根系构型相关研究数据库,以期为进一步研究提供新视野新思路。【方法】基于 Web of Science 数据库收录 20112020 年有关根系构型研究的相关文献 753 篇,采用 Citespace 信息可视化手段对根系构型研究年发文量、研究国家与机构、关键词、研究主旨进行分析,旨在归纳当前研究热点与趋势,总结研究现状,展望未来研究方向。【结果】结果表明,20112020 年 10 a 间根系构型文献发表量呈快速上升趋势;主要学科涉及植物科学、农学、土壤科学。中国在该研究发文量占全球总的 28.69%;主要关键词为根系生理、根系构型、植物类型等 3 个聚类,热点关键词为“干
2、旱”和“耐受性”;研究方向可分为探测技术、环境影响、根系生长特性、自身调控等 4 个聚类,其中环境影响为热点研究方向。研究方向自探测技术和根系生长特性(20112013年)、植株自身调控及根系生长特性(20142017 年)至环境影响(20182020 年)逐步过渡。【结论】鉴于目前研究多集中于根系本身或根系周围环境对土壤微生物、土壤水分生态及土壤养分生态的影响,推断地上部响应根系构型变化以适应全球气候变化可能会成为未来研究热点。关键词:根系构型;知识图谱;研究热点;根-土互作;研究趋势;环境影响中图分类号:N99;S184文献标志码:A文章编号:1000-2340(2023)04-0570-
3、11A bibliometric analysis of studies hotspots and trends in plant root system architectureLIU Changshuo1,WU Pengnian 2,WANG Yanli 2,QIAO Yibo1,LIU Shuimiao1,LI Yuming1,GAO Chenkai1,ZHAO Zhiheng1,WEN Pengfei1,WANG Tongchao1,GUAN Xiaokang1(1.College of Agronomy,Henan Agricultural University,Zhengzhou
4、450046,China;2.College of Resources and Environment,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450046,China)Abstract:【Objective】This study was conducted to provide new vision and new ideas for further re-search through analyzing the related research data of plant root system architecture.【Method】Synthe
5、sis research was conducted to illustrate the research outline of root system architecture based on 753 pieces of literatures in the database of Web of Science from 2011 to 2020 with the subject of“root system ar-chitecture”.Citespace information visualization method was used to analyze the annual nu
6、mber of liter-atures,countries and institutions,keywords,and research themes in the field of root system architec-ture,aim to summarize current research hotspots and trends,summarize the current research status,and prospects for future research directions.【Result】The result showed that the number of
7、 literature publications was continually increased from 2011 to 2020.The main subject categories were plant sci-ence,agronomy,and soil science.China contributed 28.69%of the total global research output in this 第 4 期刘长硕,等:基于文献计量的植物根系构型研究热点及趋势分析571 field.The main keywords were divided into three clus
8、ters:root physiology,root system architecture,and plant type,with“drought”and“tolerance”being the hot keywords.The research interests were classified into four clusters:detection technology,effects of environment factors,root growth characte-ristics,and self-regulation.Among these,effects of environ
9、ment factors emerged as a hotspot research direction.The research direction gradually transitioned from detection technology and root growth cha-racteristics(2011 to 2013),plant self-regulation and root growth characteristics(2014 to 2017),to environmental impact(2018 to 2020).【Conclusion】Given that
10、 current research mostly focuses on the effects of root architecture on soil microbiota,soil water and nutrient ecology around the root system,it is inferred that the aboveground response to changes in root architecture to adapt to global climate change may become a future research hotspot.Key words
11、:root system architecture;knowledge map;research hotspots;root-soil interactions;re-search trends;effects of environment植物根系结构和空间分布决定了其获取土壤资源的能力,土壤资源分布异质性又反作用于植物自身,进而调控其生长发育和产量形成。根系的空间分布可以称为根系结构,而根系的根长、根表面积、根体积等则称为根系形态,在研究中多将二者统称为根系构型1。农业生产中通过栽培措施调控资源分布状态和供应能力调节根系生长发育,影响作物地上部生长,进而调控产量形成2-3。研究发现,环境因子
12、中根系分布层土壤水分和养分对植物根系具有显著调节作用4。水分空间分布状态可诱导植物根系构型产生变异5,表面灌溉由于水分分布于表层土壤,因此诱导植物根系分布层上移6,而通过地下 1030 cm 灌溉供水能够促使植物根系下扎,且这种深扎根方式形成的根系构型便于植物从深层土壤中吸取水分7。土壤有效养分空间分布同样能够促进根系构型变异使其具有高度可塑性,塑造适宜的根系构型能够显著提高植物养分吸收效率8-10。大量降水或漫灌条件下,来源于土壤或施肥的硝酸盐与铵盐随水分入渗扩散分布至深层土壤,作物根系由于氮素的诱导作用,根系层下移11;磷元素在土壤中以难溶解的矿质形态存在,扩散系数较低,多分布于土壤表层,
13、并且该元素能够促进作物根系生长与分枝结构形成,因此,造成作物主要根系层偏向于上移12-13;钾元素主要依赖于施肥,受施肥深度影响,钾元素主要分布在土壤表层,加之该元素参与根系伸长生长,因此能够诱导根系在土壤表层不断伸长生长14。土壤环境因子对植物根系具有显著的诱导效应,能够通过外部措施调控来实现对作物根系构型的诱导分异,同 时作物自身 基因型也参 与根系发 育调控15。番茄 SINPF68 基因在植株处于缺氮条件下可显著增加根总长度16,大豆 GmPIN2 基因则可介导生长素运输进而调控根系生长17,小麦中,ARF 基因可参与根系抗旱杂种优势基因表达18。可见,作物根系构型形成是环境因子和作物
14、基因型两者协同作用共同诱导调控形成的最终结果。对于作物根系构型研究涉及作物基因型差异、环境因子效应等多个方面,如何准确把握当前研究热点及未来研究趋势仍具有挑战性,通过文献计量分析软件对已发表文献数据进行分析,可以帮助研究者及时把握研究动态。Citespace 是美国 Dexrel大学陈超美教授基于 Java 开发的一款可将信息可视化的开源文献计量分析软件,以可视化图谱的方式展示某一领域相关文献的宏观结构和研究发展脉络19。通过文本挖掘技术并结合文献计量分析方法,可以将抽象数据统一整合在一起,为研究人员发现不同领域研究热点提供便利20。Citespace以自 2004 年发布以来已经深入多个学科
15、的研究之中21。共现网络分析中最具代表性的关键词分析可得出目前全球研究的热点,对于了解全球研究前沿及热点问题有很好的帮助22。刘彬等23通过Citespace 分析园艺学基础研究发展状况,为未来园艺学发展提供建议。秦晓楠等24分析国内生态安全研究,得出当前生态安全研究的前沿进展。共被引文献是指所选文献同时引用的数篇文献,这些文献之间就是共被引文献关系;同理,这些文献的作者也成共被引关系。共被引聚类分析可将较多的文献系统化为较少研究主题之间的联系,进而发现研究主题的演变,对文献研究具有重要意义25。陈静飞等26通过 Citespace 分析了全球炭疽研究演变。曹文杰等27分析国际农业污染研究进展
16、,通过热点关键词预示研究热点指向。而以根系构型研究为主题,通过文献计量学的相关研究尚未见相关报道。572 河南农业大学学报第 57 卷自 20112020 年以来,以根系为主题的 SCI文 献 共 260 496 篇,较 20012010 年 上 升99.83%,且每年发文量呈上升趋势,可见根系研究已成为近年来研究热点之一。通过对根系构型的文献计量分析,可以从另一个方面深入了解根系研究的发展概况,从整体视角探明该领域基础研究脉络。本研究基于 20112020 年 Web of Science 核心合集数据库,使用 Citespace-V 知识图谱对数据进行分析,以可视化的方式显示根系构型的研究
17、进程,从多元的视角出发,对根系相关文献进行信息挖掘,分析根系构型的研究主题和前沿,明确其发展趋势,为指导改善植物根系构型研究提供理论方向。1数据采集与方法1.1数据搜集以 Web of Science 的 核 心 合 集(SCI、SSCI、A&HCI、ESCI、CPCI-S、CPCI-SSH、IC 和 CCR-EX-PANDED)作为数据源,使用高级检索,语言类型为全部语言,文献类型为“Article”,以“root system ar-chitecture”为主题进行检索(TS=(“root system ar-chitecture”),时间跨度设置为自定义年份范围20112020
18、年。检索日期为 2021-01-12,共检索出 753 篇文献。1.2可视化分析本研 究 使 用 Citespace(版 本 5.7.R3)对 自2011 年到 2020 年的 753 篇文献进行可视化分析,时间跨度为 20112020 年,间隔为 1 a;国家/地区合作网络分析、关键词网络分析、共被引共现网络分析数据选择为 Top25(每年数量排名前 25 的关键词、国家、被引文献等),研究机构合作网络分析数据选择阈值为 c=2、cc=2、ccv=20(文献被引频次为 2,文 献共被引频 次为 2,文 献共引系 数 为20)。选择 Pathfinder 的裁剪方式,裁剪切割网络结构,以突出重
19、要特征,并选择 Cluster View-static和 Show Merged Network 显示可视化分析方式呈现最终分析结果。研究从发文量和被引频次时间分析,国家/地区和机构等合作网络分析,关键词及突现词分析,共被引文献可视化分析等方面进行研究热点与趋势分析。2结果及分析2.1发文量和被引频次的时间分布图谱对 20112020 年所发表文献进行可视化分析(图 1),在此期间,全球关于根系构型研究的相关文献发表量及其被引频次呈上升趋势。年发文量在 2014 年和 2018 年增加明显,分别较前一年增长74.42%和 41.89%,表明学界对根系构型研究在2014 年和 2018 年均有所
20、突破。基于发文量变化,根系构型研究可划分为 3 个阶段:20112013 年、20142017 年和 20182020 年。图 120112020 年文献发表量及被引频次的时间分布图Fig.1Time distribution of literature publication and citation frequency from 2011 to 2020对所得文献的研究领域和学科类别进行分析,形成根系构型相关研究领域的初步认识。如表 1 所示,该研究领域主要集中在植物科学(62.95%)、农业(24.17%)和分子生物化学(12.35%)。而与之对应的学科类别则主要集中在植物科学(62.9
21、5%)、农学(16.87%)和土壤科学(11.16%)。相较于其他学科,植物科学领域的根系构型研究一直居于首位,而其他领域也有关于植物根系构型的研究,表明植物根系构型研究逐渐出现跨学科研究,研究领域也不仅仅局限于根系构型对植物本身的影响,还逐渐向环境与植物构型互作交叉领域发展。学科类别分布也可反映此发展趋势,对根际环境的研究也具有较高的比例,且根系构型研究也不局限于植物,根系构型影响周围微生物及生态环境也占据较高比例。2.2国家/地区与研究机构合作网络分析通过 Citespace 对发文国家/地区和研究机构进行分析(表 2),可得出根系构型研究的主要研究国家/地区(图 2)和机构(图 3)并了
22、解其主要合作关系。分析共得节点 72 个,连线 77 条,表明至少有 72 个国家参与该领域研究。尽管中国近 10 a发文量位居全球第一,但中心度只有 0.05,表明与中国与其他国家在该领域的合作较少,而美国和德国分别位居第二和第三,但其中心度分别为 0.27第 4 期刘长硕,等:基于文献计量的植物根系构型研究热点及趋势分析573 和 0.38,均远高于中国,因此,中国根系构型研究仍需加强与美国、德国等国家相关研究机构的国际交流合作。表 1所选文献的研究领域和学科分类Table 1Selected literatures research area and subject category研究
23、领域Research area记录数Records比例/%Proportion学科类别Subject category记录数Records比例/%Proportion植物科学Plant sciences47462.95植物科学Plant science47462.95农业Agriculture18224.17农学Agronomy12716.87分子生物化学Biochemistry molecular biology9312.35土壤科学Soil science8411.16其他科学技术Science technology other topics618.10分子生物化学Biochemistry
24、 molecular biology739.69环境生态学Environmental sciences ecology496.51混合学科Multidisciplinary sciences597.84遗传学Genetics heredity405.31遗传学Genetics heredity405.31应用微生物技术Biotechnology applied microbiology243.19环境科学Environmental science395.18细胞生物学Cell biology182.39园艺Horticulture283.72化学Chemistry182.39应用微生物技术Bi
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