淡水湖泊固氮生物类群及固氮速率影响因素研究——文献计量与整合分析
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1.云南大学生态与环境学院云南高原山地生态与退化环境修复重点实验室;2.:中国科学院南京地理湖泊研究所;3.中国科学院南京地理湖泊研究所

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国家自然科学基金项目(U2102216)和云南省基础研究计划项目(202201AT070093)联合资助


Nitrogen-Fixing Organisms and Influencing Factors of Nitrogen Fixation Rates in Freshwater Lakes: A Bibliometric and Meta-Analysis
Author:
Affiliation:

1.Nanjing Institute of Geography and Limnology;2.PRChina;3.Nanjing Institute of Geography and Limnology, CAS

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    摘要:

    固氮作用对海洋、河流和湖泊等生态系统的初级生产力以及碳、氮的生物地球化学循环至关重要,然而对水生生态系统固氮作用的研究目前仍主要集中于海洋。为了解当前淡水湖泊固氮微生物的研究热点与发展趋势,本研究以Web of Science数据库中淡水湖泊固氮微生物及相关领域的文献为数据源,运用Citespace软件和VOSviewer软件构建并分析关于该研究领域发文热点以及未来研究趋势的知识图谱。在此基础上,通过文献整合分析,梳理了水体氮磷营养盐对固氮速率的影响和可能的作用机制。结果显示,(1)自1992年至2024年全球淡水湖泊固氮微生物研究领域的出版物数量和引用频次不断增加;(2)国家、作者、机构合作网络分析显示出淡水湖泊固氮微生物研究是一个多学科交叉、多国家和机构合作的研究领域;(3)聚类分析显示,研究热点主要聚焦于磷限制条件下的营养控制策略及其对蓝藻群落演替的影响、基于nifH基因的固氮微生物多样性解析及其在氮循环中的功能表征、以及环境因子驱动下浮游植物群落组成的长期动态变化规律等。整合分析结果表明:(1)固氮量化研究的地理分布区域不平衡,北美洲建立了涵盖多类型水体的综合指标体系,而亚洲、南美洲侧重蓝藻生物量描述,欧洲以区域性氮磷动态为主;(2)固氮生物物种研究以蓝藻门(长孢藻、束丝藻等)占主导,变形菌、古菌等门类研究薄弱;(3)总磷(TP)与固氮速率呈正相关,非线性分段模型揭示TP临界值(24.97 μg/L)对淡水湖泊水体固氮速率的调控作用,而与总溶解氮(TDN)、硝态氮(NO3-N)、NH??-N(铵态氮)呈现显著负相关。未来固氮过程研究在方法选择(如乙炔还原法与同位素示踪法)和计量单位(面积/体积单位)等方面亟需标准化以提高研究结果的可比性。本研究总结了淡水湖泊固氮微生物研究过去30年热点与前沿的变化趋势,建议通过引入多样化的分析指标(酶活性、转录组)、标准化的测定流程和多指标融合的评价方法,继续拓宽对淡水湖泊固氮过程及其生态贡献的认识。

    Abstract:

    Nitrogen fixation is critical for primary productivity and carbon-nitrogen biogeochemical cycles in marine, riverine, and lacustrine ecosystems. However, research on aquatic nitrogen fixation remains predominantly focused on marine environments. To elucidate research hotspots and trends in freshwater lake nitrogen-fixing microorganisms, this study analyzed literature from the Web of Science database using Citespace and VOSviewer to construct a knowledge map of publication trends and thematic evolution. Results indicate a continuous increase in global publications and citations from 1992 to 2024, with collaborative networks revealing interdisciplinary and multinational research engagement. Cluster analysis identified three core research foci: (1) phosphorus limitation-driven nutrient control strategies and their impacts on cyanobacterial community succession (Cluster 0), (2) functional characterization of nitrogen-fixing microorganisms based onSnifHSgene diversity (Cluster 1), and (3) long-term phytoplankton community dynamics under environmental drivers (Cluster 2). Meta-analysis further revealed: (1) Geographical imbalance in nitrogen fixation quantification, with North America establishing comprehensive indicator systems across diverse water bodies, while Asia and South America prioritize cyanobacterial biomass descriptions, and Europe focuses on regional nitrogen-phosphorus dynamics; (2) Dominance of Cyanobacteria (e.g.,SDolichospermum,SAphanizomenon) in taxonomic studies, with limited research on Proteobacteria and Archaea; (3) Positive correlation between total phosphorus (TP) and nitrogen fixation rates, with a nonlinear threshold (24.97 μg-P/L) regulating fixation in eutrophic systems, while total dissolved nitrogen (TDN), nitrate (NO??-N), and ammonium (NH??-N) exhibit significant negative correlations. Future research should prioritize diversification of measurement indicators (e.g., fixation rates, enzyme activity) to capture niche-specific processes, standardization of methodologies (e.g., acetylene reduction assay, isotopic tracer techniques) and unit systems (area/volume-based metrics), and integration of multi-indicator approaches to enhance accuracy in assessing nitrogen fixation roles. This study synthesizes three decades of research trends, providing insights into frontier topics and guiding future research directions.Keywords: freshwater lakes; nitrogen-fixing microorganisms; Citespace; keyword clustering; research hotspots; nitrogen and phosphorus

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  • 收稿日期:2025-02-28
  • 最后修改日期:2025-07-12
  • 录用日期:2025-07-31
  • 在线发布日期: 2025-08-28
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