摘要
固氮作用是生态系统生物地球化学循环的重要环节。目前对水生生态系统固氮作用的研究起步相对较晚，主要集中在海洋和湖泊等水体。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和VOSviewer软件构建知识图谱，分析该研究领域的发文热点及未来研究趋势。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及其可能的作用机制。结果表明，（1）1992-2024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，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）聚类分析结果表明，当前研究热点主要聚焦于3个方向：磷限制情境下的营养调控策略及其对蓝藻群落演替过程的生态响应；基于nifH基因的固氮微生物多样性解析及其在氮循环功能中的生态位特征；环境因子驱动下浮游植物群落结构的长期时空动态演替规律。（4）整合分析结果表明：固氮量化研究的地理分布区域不平衡，北美洲构建了涵盖多类型水体的综合指标体系，而亚洲、南美洲则侧重蓝藻生物量描述，欧洲多聚焦于氮磷动态变化和固氮过程的耦合关系；固氮生物物种研究以蓝藻门（长孢藻、束丝藻等）为主，变形菌、古菌等门类研究相对较少；总磷与固氮速率呈显著正相关关系，而与总溶解氮、硝态氮、铵态氮呈显著负相关关系。非线性分段模型拟合发现总磷对淡水湖泊固氮速率的调控存在临界值（25 μg/L）。未来固氮过程研究在测定方法（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）、标准化的分析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 a vital process in biogeochemical cycles within ecosystems. While current research on nitrogen fixation in aquatic ecosystems has mainly focused on marine environments, studies on waters, such as lakes, have only recently begun. To understand current research hotspots and development trends regarding nitrogen-fixing microorganisms in freshwater lakes, this study examined literature on the topic from the Web of Science database. CiteSpace and VOSviewer were used to construct and analyze knowledge maps, revealing current research hotspots and future research trends in this field. Based on these findings, we conducted a literature integration analysis to outline the effects of nitrogen and phosphorus nutrients on nitrogen fixation rates in water and their underlying mechanisms. The results show that: (1) From 1992 to 2024, the number of publications and citations in the field of nitrogen-fixing microorganisms in global freshwater lakes has steadily increased. (2) National, author and institutional collaboration network analyses indicate that research on nitrogen-fixing microorganisms in freshwater lakes is an interdisciplinary field involving cooperation among multiple countries and institutions. (3)Cluster analysis reveals that research hotspots mainly focus on: nutrient control strategies under phosphorus limitation and their impact on cyanobacterial community succession; the analysis of nitrogen-fixing microbial diversity based on the nifH gene; and the functional characterization of this gene in the nitrogen cycle. The analysis also reveals long-term dynamic changes in phytoplankton community composition driven by environmental factors. (4) The results of the integration analysis indicate that: the geographical distribution of nitrogen fixation quantification studies is imbalanced. North America has established a comprehensive indicator system covering various water types. In contrast, Asia and South America focus on describing cyanobacterial biomass, while Europe primarily focuses on the dynamic changes of nitrogen and phosphorus, as well as the coupling relationship of the nitrogen fixation process. Research on nitrogen-fixing species mainly centres on the phylum Cyanobacteria (e.g., Nostoc and Dolichospermum), while other phyla such as Proteobacteria and Archaea are relatively scarce. Total phosphorus shows a significant positive correlation with nitrogen fixation rates, whereas total dissolved nitrogen, nitrate nitrogen and ammonium nitrogen show significant negative correlations. Non-linear segmented model fitting revealed a critical value of 25 μg/L for total phosphorus in regulating nitrogen fixation rates in freshwater lakes. Future research on nitrogen fixation processes urgently requires standardised measurement methods (e.g., acetylene reduction and isotope tracing) and metric units (e.g., area/volume) to improve the comparability of research results. This study summarises changes in the research hotspots and frontiers of nitrogen-fixing microorganisms in freshwater lakes over the past 30 years, suggesting that our understanding of nitrogen fixation processes and their ecological contributions should continue to expand by incorporating diverse analytical indicators (e.g., enzyme activity and transcriptomics), standardized analytical procedures and multi-indicator fusion evaluation methods.
氮（N）元素作为生物必需的大量元素，对水生生态系统的生产力起着至关重要的作用。环境中的氮元素以各种无机（如氮气（N2）、铵根离子（NH+4）、硝酸根离子（NO-3）、亚硝酸根离子（NO-2）和有机形式（如氨基酸和核酸等）存在，其迁移转化涉及多个复杂过程，包括同化作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用[1]。虽然氮是大气中最丰富的元素，但其生物利用率在很大程度上取决于微生物催化的一系列转化过程[2]，例如一些原核生物通过消耗16分子ATP将N2固定为2分子NH3，随后通过谷氨酰胺合成酶-谷氨酸合成酶（GS-GOGAT）途径进行同化的生物固氮过程[3]。在淡水和海洋生态系统中，固氮作用主要由微生物完成，包括蓝藻[4-5]。固氮是水生生态系统生物地球化学循环的一个关键环节，它能够抵消由于反硝化过程造成的氮损失[6]，是缓解淡水和海洋生态系统氮需求的主要过程[7-8]。由于蓝藻是光合自养生物，因此水体生物固氮的效率通常与光照可利用性相关[4]；此外，以氮磷为主的营养元素浓度、营养盐的化学计量比、微量元素含量等因素都会对固氮速率造成影响[9-11]。
与海洋固氮过程研究相比，国内外研究人员对淡水湖库生物固氮关注度不足。目前关于淡水湖泊固氮研究主要集中在固氮微生物类型，包括固氮蓝藻在不同类型生态系统中的物种组成和功能特征，固氮过程的影响因素[12]，以及固氮过程在生态系统氮收支中的贡献等方面[13]。当前全球淡水湖泊正面临前所未有的挑战：一方面，富营养化问题日益加剧，大量氮、磷等营养物质的输入导致蓝藻水华频繁暴发，严重破坏了湖泊生态系统的平衡，威胁着水生生物生存和人类饮用水安全[14]。另一方面，全球气候变化也在深刻影响着淡水湖泊的生态环境，改变了水体温度、光照和营养盐循环等关键因素，进一步加剧湖泊生态系统的脆弱性[15]。上述挑战往往通过直接或间接的作用对湖泊固氮微生物多样性、群落结构和功能以及氮循环产生深刻影响。因此，系统解析淡水系统固氮微生物群落结构和功能特征，识别影响固氮速率的生物和非生物因素，并阐明微生物固定氮的再释放及其在氮循环中的作用，已变得尤为迫切[16]；尤其在富营养化湖泊中，厘清固氮蓝藻与湖泊营养盐的关系，已成为湖泊治理和生态恢复的关键任务之一。因此，亟待对淡水湖泊固氮作用的研究进展进行系统总结。
近年来，文献计量学通过数学和统计学方法[17]，系统分析文献的分布结构、数量变化及变化规律[18]，已成为揭示学科动态和前沿热点的有效工具[19]。因此，本研究借助文献计量可视化分析软件，对1992年1月-2024年8月国内外的淡水湖泊固氮微生物方面的文献进行统计和可视化分析，以探究淡水湖泊中固氮微生物的研究概况、发展演变规律、研究热点和前沿等问题。在此基础上，针对哪些类群是淡水湖泊固氮的主要贡献者，氮磷营养盐水平对固氮速率的影响等问题，本研究采用整合分析（Meta-analysis）方法，构建湖泊固氮生物研究的地理分布图，探究淡水湖泊中主要固氮生物类群并量化氮磷对固氮速率的影响，为富营养化治理提供理论依据。
1 数据来源与分析方法
Web of Science（WOS）核心数据库被认为是最适合文献计量分析的数据库[20]，因此被用作本研究的数据来源。2024年8月10日，在WOS核心数据库中检索了所有与淡水湖泊固氮微生物相关的文章，相关出版物主要根据标题（TI）和摘要（AB）进行收集。使用以下检索公式：（AB=（"nitrogen-fix*" OR "N2-fix*" OR "diazotroph*"））AND（AB=（microorganism* OR microbe* OR microbi* OR microflora OR prokaryot* OR eukaryote* OR Bacteria OR Archaea OR Actinomycet* OR Actinobacteria OR Cyanobacteria OR Fungi OR protist OR algae OR Phytoplankton））AND（AB=（"inland lake*" OR "inland water" OR "fresh lake*" OR "fresh water" OR lake* OR river* OR reservoir* OR pond* OR strait* OR channel* OR wetland* OR marsh* OR swamp* OR stream* OR creek* OR brook* OR inlet*））NOT（AB=（mari* OR ocean* OR sea* OR coast* OR beach* OR saltwater* OR bay* OR estuary* OR lagoon* OR fjord*））AND（（（TI=（"nitrogen-fix*" OR "N2-fix*" OR "diazotroph*"））OR TI=（microorganism* OR microbe* OR microbi* OR microflora OR prokaryot* OR eukaryote* OR Bacteria* OR Archaea*OR Actinomycet* OR Actinobacteria OR Cyanobacteria OR Fungi OR protist OR algae OR Phytoplankton））OR（TI=（"inland lake*" OR "inland water" OR "fresh lake*" OR "fresh water" OR lake* OR river* OR reservoir* OR pond* OR strait* OR wetland* OR marsh* OR swamp* OR stream* OR creek* OR brook* OR inlet*）））NOT（TI=（mari* OR ocean* OR sea* OR coast* OR beach* OR saltwater* OR bay* OR estuary* OR lagoon* OR fjord*）），文献类型设置为“Article”、“Early Access”、“Proceeding Paper”和“Review Article”。检索时间跨度不受限制，排除灰色文献、非英文文献、信件、评论及会议摘要后，共获得398篇英文文献。通过手动筛选去除了与研究主题无关的文献，最终获得298篇文献。这些文献发表于1992-2024年，分析对象包含完整的书目信息，包括标题、摘要、作者、关键词、机构、期刊和参考文献。下载所选文献的完整记录和引用参考文献，保存为纯文本文件格式。文献计量学分析使用包括文献计量分析平台（bibliometric.com）、CiteSpace（6.3.R1版本）和VOSviewer（1.6.20版本）软件在内的文献计量学工具对学术文献的统计结果进行可视化：使用文献计量分析平台（bibliometric.com）对出版物数量以及国际合作关系进行可视化；使用CiteSpace软件对该研究领域的国家、机构和作者的合作网络进行文献计量学分析，并联合VOSviewer软件针对该研究领域的关键词部分进行共现网络、聚类以及关键词突显的可视化分析；通过直接引用或借助图像数据提取软件WebPlotDigitizer-4.5从出版物中提取固氮作用相关指标（如固氮速率、异形胞密度等），以及氮磷元素水平相关指标（总磷、总溶解氮、硝态氮、铵态氮等）的数据用于数据整合分析。运用函数绘图软件Origin2021绘制氮磷营养盐水平对固氮速率影响的散点图并拟合曲线。针对总磷（TP）对固氮速率的影响，使用分段回归模型将其分为两段，通过非线性（低TP段）和线性（高TP段）组合的方式，精确描述TP与固氮速率之间的关系。本研究的技术路线图如图1所示。
2 文献计量学分析结果与讨论
2.1 发表物和研究类别分析
1992-2024年间，共查找到298篇淡水湖泊固氮微生物相关研究。出版物数量与引用情况（图2a，附图Ⅰ）的时间变化趋势为：1999年以前年均发文量不足1篇，反映出该领域关注度较低；2000-2012年间研究逐步增长，年均发表超过5篇，年引用频次也由2000年的8次上升至2012年的295次，表明该领域受到越来越多的关注。2013年后进入相对快速的发展阶段，出版物数量与引用频次大幅提升，文献总引用量达8995次，平均被引频次为33.28。2014-2023年出版物的年均复合增长率达到16.19%，表明该研究方向具有持续发展的潜力[21]。
图1文献搜集与文献计量学分析技术路线
Fig.1Technical route of literature collection and bibliometric analysis
图21992年以来全球淡水湖泊固氮微生物研究的文献计量分析：（a）发表文献总数以及各国历年文献数量变化，（b）关键词共现网络的网络可视化，（c）发表文献中前5个关键词聚类，（d）淡水湖泊固氮微生物文献关键词突变统计（蓝色代表关键词出现的时间，红色代表关键词爆发式增长的时间）
Fig.2Bibliometric analysis of nitrogen-fixing microbial research in global freshwater lakes since1992: (a) Total number of published papers and annual changes in publication numbers by country, (b) Network visualization of keyword co-occurrence, (c) Clustering of the five most frequent keywords in published papers, (d) Statistical analysis of keyword burst in the literature on nitrogen-fixing microorganisms in freshwater lakes (blue represents the time of keyword occurrence, red represents the time of explosive growth of the keyword)
298篇文献的发表类型涉及研究论文（97.65%）、会议论文（3.8%）、综述论文（2.2%）和在线优先出版论文（0.6%）（附图Ⅱ）。使用“Web of Science”类别进行研究主题的分析[22]（附图Ⅲ），可以看出“Environmental Sciences”领域出版物数量最多（95篇，占31.88%），其次是“Microbiology”和“Marine Freshwater Biology”领域。这些数据反映出淡水湖泊固氮微生物研究属于交叉学科方向，涉及环境科学、生物学、微生物学和生态学等多个领域。
2.2 国家、机构和作者合作网络分析
通过分析不同国家出版物的数量和中心性可以分析各国在淡水湖泊固氮生物相关领域研究的影响以及贡献[23-24]。发文量最多的国家依次为：中国（92篇，占30.87%）、美国（78篇，占26.17%）、加拿大（20篇，占6.71%）、德国（17篇，占5.70%）和俄罗斯（16篇，占5.37%）（图2a和附图Ⅳ）。美国和加拿大在湖泊领域的发文量高可能得益于北美五大湖的研究优势，两国学者1988年合作发表的有关淡水、河口、海洋系统固氮作用的综述[25]成为该领域的高被引论文。中国学者在2000年以后发文量快速增加，也产出了高被引论文，例如 Zhao等[26]研究了中国东部平原的浅水淡水湖中低氮磷比如何增强固氮作用。德国在该研究领域的贡献可能得益于1922年在柏林成立的国际湖沼学会（International Society of Limnology，SIL）——它是世界上最古老和最具影响力的湖泊研究组织之一。中国和美国的单个国家出版物和国际合作出版物均高于其他国家（附表Ⅰ和附图Ⅴ）。然而，中国的国际合作出版物比率（ICP ratio）指数排名靠后，表明该领域科研人员参与的国际合作较少。
截至2024年4月，1438位研究人员参与淡水湖泊固氮微生物研究（附表Ⅱ），来自UK Centre for Ecology & Hydrology的James A. Elliott发表相关主题论文数量最多，其次是来自Griffith University的David P. Hamilton。目前，发表淡水湖泊固氮微生物相关论文的作者中心性数值均较低，合作分析的关键节点数量较少，这反映了该研究领域的科研人员合作关系相对较少，未来可以通过加强合作，拓展对该研究领域的认知。
2.3 关键词（共现网络、聚类、突现）分析
2.3.1 关键词分析
关键词是对文章内容的高度概括和提炼，能直观体现作者的学术思想和观点，可以为特定领域的研究趋势和热点提供见解。淡水湖泊固氮微生物研究领域相关出版物中共出现了522个关键词，其中出现频度最高的10个关键词（附表Ⅲ）是“cyanobacteria”（在45篇文献中出现）、“nitrogen fixation”（35篇）、“eutrophication”（15篇）、“phosphorus”（13篇）、“phytoplankton”（13篇）、“microbial community”（11篇）、“nitrogen”（10篇）、“metagenomics”（9篇）、“nifH gene”（8篇）和“bacteria”（8篇）。这些关键词涉及氮的固定和转化过程、微生物群落的结构和功能，以及其与磷、浮游植物等因子的相互关系。
2.3.2 关键词共现网络分析
使用VOSviewer软件分析了关键词共现网络的网络可视化和密度可视化（图2b和附图Ⅵ）。依据VOSviewer默认阈值[27-28]设置关键词最小出现次数为5，共获得122个关键词节点、2193条连线，总链接强度为3777。其中，每个节点表示一个关键词，节点的大小与该关键词的出现频次呈正相关，线条表示关键词之间的共现关联，线条粗细反映关联紧密程度。图中相似的颜色表示具有相似主题的相关研究。
基于VOSviewer软件的关联强度算法与模块度最大化原则，按照关键词网络包含元素的多少[29]，得到4类关键词网络可视化（图2b）。其中第一类关键词（绿色显示，50 项）主要包括“phosphorus”（频度=313，下同）、“cyanobacteria”（288）、“phytoplankton”（254）、“eutrophication”（195）、“growth” （184），表明大量研究聚焦于营养盐以及由此引发的富营养化对湖泊中浮游植物和湖泊生态系统的影响。第二类关键词（蓝色显示，39 项）包括“diversity”（313）、“nitrogen fixation”（164）、“fixation”（138）、“communities”（81）和“nifH gene”（67）等，该部分主要围绕生物固氮这一重要的生态过程从微观到宏观展开。第三类关键词（红色显示，18 项）主要包括“sediment”（133）、“microbial community”（126）、“bacteria”（112）、“denitrification”（108）和“water”（101），本部分侧重于微生物群落的宏观研究，突出沉积物是湖泊固氮微生物的重要生境。第四类关键词（黄色显示，17 项）主要包括“fresh water”（157）、“dynamics”（85）、“nutrient limitation”（79）、“phosphorus limitation”（73）和“carbon”（63），聚焦于环境动态变化与营养元素之间的关系，特别是氮和磷元素在淡水生态系统中的循环特征。
2.3.3 关键词聚类分析
本研究运用CiteSpace6.3.R1软件对已发表文献的关键词进行分析，绘制与湖泊固氮微生物相关的知识图谱，形成该领域的可视化知识网络；同时利用关键词共现分析以及突现分析等对该研究领域的知识结构、研究热点以及未来发展趋势进行了总结和梳理。在知识图谱中，一个节点代表该领域的一个主题，主题之间的连线代表彼此之间存在联系。利用CiteSpace软件对关键词组进行分析，CiteSpace的参数设置如下：将Node Types设定为关键词，时间切片选择在1992年1月至2024年12月，每个切片的年份为1，选择标准（g-index，，k∈Z+，k=25）。运行CiteSpace结果如图2c所示。WOS数据库中共有节点553个，连线2352条。
所有关键词形成了5个主要的聚类分析模块（图2c），分别是“#0 phosphorus limitation”“#1 biological nitrogen fixation”“#2 compositional variability”“#3 nitrogen fixation”和“#4 aquatic plants”。附图Ⅶ直观地呈现了5个主要聚类涉及的关键词时间线图，且每个聚类中出现的关键词均显著。附表Ⅳ详细展示了前5个主要聚类的相关信息。逆文档频率（IDF）与关键词在文档本身的出现频率（TF）结合使用的术语权重方案已被证明非常稳健[30]，这种方法更能区分出能代表不同聚类特点的关键词。
聚类“phosphorus limitation”（Cluster 0）主要涉及以下关键词：phosphorus limitation（TF-IDF加权值=10.31，下同）、fresh water（10.31）、nutrient limitation（9.63）、growth（9.15）和eutrophication（7.48）。该聚类研究主要聚焦于以氮、磷为核心的营养盐调控机制，以及气候变化背景下不同蓝藻分类群之间的竞争和演替关系。结果与VOSviewer软件得出的关键词网络中第一类关键词高度吻合（图2b，绿色显示）。研究结果表明，由于氮、磷等营养盐的持续输入，诸多湖泊水体出现不同程度的富营养化[24]。富营养化通常表现为蓝藻水华在频率和强度上的显著增加。一般认为，在氮限制条件下，固氮蓝藻更具竞争优势；而在氮过量时，非固氮蓝藻更易占据主导地位。进一步研究发现，磷有效性对这一演替过程的调控同样关键，不同蓝藻物种对磷的响应存在差异，这使得针对性营养盐削减措施的效果很大程度上取决于当前优势物种[31]。例如，与非固氮蓝藻群落相比，减磷措施对固氮蓝藻群落的控藻效果更佳；但从整体富营养化系统来看，同步削减氮、磷负荷能更显著地降低总浮游植物生物量，且可避免单一控磷可能引发的群落逆向演替[32]。除了营养盐的直接影响，气候变化可以通过影响固氮酶活性间接介入固氮过程，同时水温升高会降低水中O2与N2的溶解度，这可能导致固氮蓝藻通过减少异形胞、调整细胞壁厚度和渗透性来适应环境变化，进而改变不同蓝藻分类群的生态地位。这些研究都强调了营养削减和气候变化对不同蓝藻分类群生态地位的影响，明确不同蓝藻分类群间的演替和竞争的驱动机制有助于在气候变暖和氮磷失衡的背景下指导湖泊修复。
聚类“biological nitrogen fixation”（Cluster 1）主要围绕关键词biological nitrogen fixation（10.59）、extreme environments（10.59）、metagenomics（10.05）、community（7.05），关键词图谱显示了nifH gene、diversity、microbial community等多次出现或占比较大。该类研究主要通过探讨湖泊、湿地等不同环境中固氮菌类群及浮游固氮生物的群落结构与丰度，运用功能基因分析方法，基于nifH固氮酶基因研究固氮微生物的多样性和功能，来探究固氮微生物在氮循环中的作用。该结果与VOSviewer软件得出的关键词网络中第二类关键词十分吻合（图2b，蓝色显示）。nifH基因是编码合成铁蛋白——固氮酶组分之一的固氮基因，由于其序列保守性，在该研究领域中常被作为分子标记来研究固氮微生物的系统发育和环境分布多样性[33-35]。富营养化生境中的固氮微生物具有独特的群落结构。Tian等[36]对太湖关键固氮微生物的系统发育分析表明，太湖中关键固氮微生物在第一类和第三类群中的α变形菌和δ变形菌亚群中具有很高的多样性。Wang等[37]的研究表明，属于第四类的产甲烷菌是抚仙湖水柱中的主要固氮微生物类群。Yan等[38]对东湖的浮游固氮生物进行了nifH基因多样性的研究，表明几乎所有直接从浮游生物DNA克隆的nifH基因序列都与蓝藻nifH序列高度相似。尽管不同湖区间营养水平差异显著，但从浮游生物DNA克隆的nifH基因序列都与蓝藻nifH序列高度相似，且湖区的浮游固氮生物群落组成也表现出较高的相似性。这些对固氮酶基因多样性和表达的研究拓宽了我们对富营养化淡水湖氮循环和营养盐管理的认识。
聚类“compositional variability”（Cluster 2）主要涉及关键词：compositional variability（4.47）; mid-holocene（4.47）; long-term phytoplankton（4.47）; kumaun lakes（4.47）; inter-annual trends（4.47）。该类研究主要通过长期监测观察环境因素或时空变化等导致的淡水湖泊中浮游植物（固氮蓝藻等）群落组成和丰度变化。该结果与VOSviewer软件得出的关键词网络中第三类关键词（图2b，红色显示）有很大程度重叠（主要涉及微生物群落）。多项长期监测研究揭示了浮游植物（尤其是固氮蓝藻）对环境因子的敏感响应机制。例如，Wei等[39]对洪泽湖的长期监测发现，春季水温的升高和夏秋季硝酸盐的减少都可能促进固氮丝状蓝藻的生长。水文条件的波动（如水位变化）也会通过改变营养盐输入格局影响群落结构。Valeriano等[40]的研究表明，高水位时期周边低海拔区域输入的溶解无机氮可能抑制固氮蓝藻（如念珠藻）的出现；而在人为干扰层面，农业活动导致的氮沉积变化会影响蓝藻优势类群。氮沉积初期减少时，湖泊水体中仍残留一定量的无机氮，此时非固氮蓝藻凭借更高的氮源利用效率和生长速率更易成为优势种，固氮类群则处于次要地位 [41]。这些研究有助于我们理解湖泊中浮游植物群落对自然变化和人为干扰的动态响应，为制定湖泊管理策略提供科学依据。
聚类“nitrogen fixation”（Cluster 3）主要涉及关键词nitrogen fixation（12.77）、methane production（8.05）、ammonium（4.52）、ecosystems（4.52），该类研究集中于固氮过程本身在自然生态系统中的作用。例如Chen等[42]以贵州省典型喀斯特湿地为研究对象，发现氮代谢的主要形式包括反硝化作用和异化硝酸盐还原，同时伴随着固氮作用等。Mellado等[43]的研究探讨了自然湿地和人工湿地中的生物化学循环，特别是微生物在湿地恢复和污水处理性能中的作用，发现变形菌门在氮、磷、硫循环以及有机物降解中的贡献都十分显著，尤其是在氮循环中的硝化与反硝化作用。该结果与VOSviewer软件得出的关键词网络中第四类关键词（图2b，黄色显示）有一定重叠（主要涉及碳、氮、磷营养）。基于VOSviewer软件的综述结果表明，在湖泊生态系统中，生物固氮因其与富营养化和营养管理密切相关而受到广泛关注。例如Schindler[44]指出，固氮可以抵消氮缺乏并维持湖泊中浮游植物的丰度，这意味着减少氮排放对湖泊的富营养化管理无效；然而Lewis等[45]认为固氮未能支持生物体的全部需求，因此减少氮磷排放是必要的。
聚类“aquatic plants”（Cluster 4）主要涉及关键词aquatic plants（10.46）、functional genes（6.79）、bacteria（6.76）、phytoremediation（5.22）、organic residues degradation（5.22）。综合来看，这个聚类主要研究湖泊生态系统和湿地生态系统中的水生植物及其相关的微生物群落丰度、群落结构以及基因丰度等。例如Wang等[46]对湿地沉积物中微生物群落的生物地球化学潜力进行了探究，发现湿地沉水植物可显著提升沉积物中固氮、反硝化及同化硝酸盐还原等功能基因的相对丰度。Bae等[47]发现佛罗里达沼泽湿地中的产甲烷菌普遍携带nifH基因，并揭示了产甲烷菌在氮限制湿地中通过nifH基因介导的固氮作用与甲烷生成的代谢耦合。
2.3.4 关键词突现分析
CiteSpace提供Burst detection功能来探测关键词在某一时段引用量有较大变化的情况，能够显示当前某一研究主题的研究热点及过去产生的热点，可以反映一段时间内影响力较大的研究主题，发现某一关键词兴起或衰落的情况，从而分析未来该领域的发展趋势，对演化进程及发展趋势有较好的预判优势。本研究利用CiteSpace软件进行共现分析后，在“Nodes”中选择“Compute Node Centrality”计算关键词中介中心性；在Control Panel中选择“Burstness”，设置突变强度值γ[0，1]为0.6，Minimum Duration为2，检测到WOS数据库中20个突变关键词。将WOS数据库中检测到的突变关键词、突变强度及年份进行统计得到图2d。在初期阶段的研究可以用blue green algae（突变强度=2.96，下同）、carbon（3.36）、phytoplankton（2.22）来表征，这些关键词主要出现在1996-2008年，研究重点主要集中在湿地土壤和水体中的固氮微生物，特别是蓝藻和其他浮游植物，相关研究涉及微生物固氮过程、碳循环与氮循环的相互作用以及新属和新种的发现等[48-50]。中期阶段的研究重点可以用关键词nifH gene（3.35）转向微生物的固氮基因组学和调控，特别是关于nifH基因的分子生物学研究，并继续探讨微生物在固氮过程中的作用。从2012年至今的研究可以用microbial community（2.30）、eutrophication（2.91）、nitrogen（2.39）和phosphorus limitation（3.10）等关键词来说明，更加关注微生物群落结构、氮循环、富营养化现象以及环境因素对微生物和氮代谢路径的影响，特别是对氧化还原条件、有机物质以及磷限制对固氮微生物和生态系统的影响研究变得更加深入。总体研究热点从关注固氮微生物本身及其基础过程，转向对微生物固氮相关的基因组学、调控机制以及环境因素影响的综合研究。
3 湖泊固氮微生物类群整合分析与讨论
为了量化淡水生态系统中营养盐浓度，尤其是磷水平对固氮过程的影响，本研究从WOS数据库和CNKI数据库的相关文献中筛选出25个研究（附表Ⅴ），涵盖了87个水体，299组数据。以下筛选标准用于确保所选各项研究的数据具有可比性：（1）所有数据均来自实验测量，包含固氮作用相关指标以及氮磷浓度相关指标，且能够被图像数据提取软件（WebPlotDigitizer）提取；（2）研究采用乙炔还原法或稳定同位素法测定原位固氮速率。如果在实验中有任何处理（如营养添加等），则仅选择空白对照组数据。为了方便各研究之间的比较，本文依据Hayes等[13]提出的固氮速率与异形胞密度的比率（8.845×10-17 g N/（heterocyte·s）），必要时将原位异形胞密度转化为蓝藻的固氮速率。
3.1 湖泊固氮微生物研究的地理分布
固氮过程的研究在区域分布上呈现出关注程度与研究深度的明显不均衡（图3）。图3a和图3b显示大部分关于固氮的研究和出版物集中于北美洲，其研究水体类型丰富多样，包括河流、湖泊、水库、河口等多种水生生态系统，并且所采用的指标体系相对完善，包括固氮速率、固氮酶活性、异形胞密度以及固氮相关微生物群落的结构变化。这与北美洲拥有大量的湖泊、河流等典型水体，以及较为完备的科研基础设施和长期监测网络密不可分。例如，美国五大湖[11]长期以来被视为研究湖泊生态系统的典型区域，为固氮研究提供了宝贵的数据资源。北美洲固氮量化研究的指标丰富性还得益于其对不同营养盐梯度水体的广泛覆盖[9，51]。以北美长期生态研究项目（LTER）为例，其构建的多尺度长期观测体系覆盖了从单个站点到跨区域比较的不同维度，同时建立了覆盖全美的站点网络（如北温带湖泊、草原站点）。各站点沿环境梯度布局，并借助长期数据平台（如LTER数据共享系统）实现跨区域数据协同，从而实现对生态系统时空动态的系统性解析[52]。同时，相对多样化的实验采样设计使得研究能够全面评估固氮行为在不同水体类型和营养状况下的差异。此外，北美洲的研究在时间尺度上也具有显著优势，部分研究关注季节性变化[16]，能够捕捉固氮速率和相关生态过程的时空动态特征。
图3全球淡水生态系统固氮研究的空间分布及其测定指标：（a）全球淡水生态系统中固氮研究地理分布及研究指标（红色代表研究水体为湖泊；蓝色代表研究水体为水库；棕色代表研究水体为河流）；（b）被研究固氮速率指标的水体及相应出版物的数量
Fig.3Spatial distribution of nitrogen fixation researches in global freshwater ecosystems and the indicators being used: (a) Geographic distribution of nitrogen fixation researches in global freshwater ecosystems and their indicators (red representing lakes, blue representing reservoirs, and brown representing rivers) ; (b) Number of water bodies being studied for nitrogen fixation rate indicators, and number of the involved publications
相比之下，其他地区的固氮研究相对较少，且研究内容和指标体系较为单一。例如，亚洲地区的固氮量化研究主要集中在大型湖泊，如中国的太湖[53]，研究多以描述固氮相关微生物（如蓝藻）的生物量及其在藻类水华形成中的作用为主，未对固氮酶的活性或固氮速率进行系统量化。南美洲的固氮量化研究则以河口和水库为主[54]，部分研究试图探讨热带环境中固氮过程的特征，但在测定指标上对固氮微生物的生物学特征和生态功能的深入研究较少。巴西亚马逊河拥有丰富的生物多样性，但当地的科学研究和监测资源仍然稀缺。许多研究基于遥感获取的水体叶绿素a浓度来反演浮游植物生物量，但很少有文章提供实测的藻类生物量或蓝藻计数结果[55]。欧洲部分地区对固氮的量化研究也有一定进展，例如对匈牙利Kis-Balaton水库的系统研究[56]，侧重于固氮速率和氮磷动态变化的分析；北欧浅水湖泊的研究[57]则关注固氮生物量在不同氮磷比条件下的变化。这些研究虽然提供了重要的区域性数据，但在研究范围和指标体系的广度和深度上，与北美地区相比仍存在差距。此外，一些国家的科研监测工作仍受限于专业设备、分析技术及相关测试所需的高昂费用。各国研究固氮微生物的科研人员数量和科研项目存在差异，这也会影响研究的质量和数量[58]。
总体而言，全球水生生态系统中的固氮研究显示出显著的地理分布差异。北美洲因其地理特性和科研资源的优势，在研究水体类型、测定指标以及数据积累方面表现突出。其他地区的研究则多以描述性为主，研究深度受限，在方法学上对固氮过程的动态监测和机制解析较少。需要指出的是，本研究文献整合分析筛选基于英文数据库（Web of Science）和中文数据库（CNKI），可能导致区域性研究成果的遗漏。这一偏倚可能影响整合分析中地理分布（如亚洲、南美洲研究指标单一性）和研究热点趋势的全面性。未来研究需整合多语言数据库（如SciELO）以提升全球尺度分析的代表性。
3.2 淡水湖泊固氮微生物类群研究
淡水湖泊中已经报道的固氮微生物类群涉及蓝藻门（Cyanobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、脱硫杆菌门（Desulfobacterota）和广古菌门（Euryarchaeota）等多个门类（图4），其中蓝藻门是被研究最为广泛的一类固氮微生物。全球湖泊富营养化的进程以及由此导致的蓝藻大规模暴发可能也促使蓝藻成为固氮微生物中广受关注的类群。蓝藻门中常见的固氮蓝藻属包括长孢藻（Dolichospermum）、鱼腥藻（Anabaena）、束丝藻（Aphanizomenon）、念珠藻（Nostoc）和胶刺藻（Gloeotrichia）等。Yancey等[59]的研究表明，以长孢藻和束丝藻为主的固氮蓝藻是伊利湖西部主要的固氮微生物，这在很大程度上得益于它们能够高效吸收氮，能有效缓解外源氮限制的特性[60]。固氮蓝藻（如长孢藻和束丝藻）是富营养化湖泊与水库中最常见的固氮类群之一[34]。水体中固氮蓝藻细胞丰度的增加，通常与固氮速率的升高呈正相关[61]。固氮蓝藻占总浮游植物群落的相对丰度，以及长孢藻、束丝藻的生物量和相对丰度都能一定程度上反映湖泊固氮水平的强弱。
过往研究往往聚焦于蓝藻门在固氮过程中的主导地位，而对其他门类固氮微生物的关注相对较少。淡水湖泊生态系统中，不同门类的固氮微生物可以基于功能互补共同推动氮循环过程。例如，Hu等[62]的研究揭示变形菌门是固氮微生物中分布最为广泛且多样化的类群，无论在何种生境下，其丰度在群落中均有重要贡献。在天然湿地生态系统的氮循环中，γ-变形菌门和 δ-变形菌门在生物固氮环节发挥着关键作用[47]。对东非裂谷苏打湖[63]的研究显示，变形菌门的盐单胞菌属携带nifH基因，能在氮素匮乏的高盐碱环境中固氮，且与非固氮菌共培养时可释放氨态氮支撑群落生长。Wu等[64]对鄱阳湖子湖沉积物的研究表明，变形菌门是沉积物中的主要固氮菌门，其序列占比颇高，平均相对丰度达88.20%，并且在属水平上存在多种优势固氮菌属，是沉积物固氮菌共现网络中的关键物种。在Laguna Lejía湖[65]的古代沉积物中，变形菌门也是较为丰富的细菌类群之一。古菌虽在Laguna Lejía湖古代沉积物中的种类相对较少，但研究推测部分古菌类群中存在氨单加氧酶，这意味着古菌可能参与硝化过程，将氨氧化为亚硝酸盐，进而对固氮过程产生间接影响。一项典型喀斯特湿地氮代谢微生物群落结构研究发现，产甲烷古菌能够参与固氮过程，其活性与有机磷矿化相关[42]。在湖泊沉积物中，化能异养营养和化能有机营养的细菌和古菌也可以进行N2固定[66]。沉积物细菌群落的N2固定潜力广泛存在，因为携带nifH基因的细菌广泛分布，甚至数量超过其他细菌类群[67]。目前相关研究较少，对湖泊固氮作用的研究仍集中于蓝藻。不过，已有研究表明，部分底栖固氮微生物对无机氮的敏感性低于水柱中的固氮蓝藻[68]。这凸显了无机氮对固氮过程影响的复杂性，也提示仅考虑表层水体固氮过程的传统氮收支估算法，因忽视沉积物固氮而存在低估的可能性。
图4淡水湖泊固氮微生物主要的物种组成（变形菌门、脱硫杆菌门、蓝藻门、厚壁菌门、广古菌门）
Fig.4Major species composition of nitrogen-fixing microorganisms in freshwater lakes (Proteobacteria, Desulfobacterota, Cyanobacteria, Firmicutes, Euryarchaeota)
4 淡水湖泊固氮速率影响因素整合分析与讨论
4.1 固氮速率的测定方法
当前用于量化湖泊固氮速率的研究方法大致有3种：实验估算法、基于标记的地球化学估算法和模型估算法[69]。实验估算法包括乙炔还原技术和稳定氮同位素示踪技术，这是该领域使用最广泛的两种方法[70]。基于标记的地球化学估算法以Redfield比率为理论基础，即在海洋生态系统中，硝酸盐（NO-3）和磷酸盐（PO3-4）的摩尔比值平均为16∶1。这个比率被认为是浮游生物生长的典型营养物质需求。在实际应用中，当观测到的NO-3∶PO3-4比率偏离16∶1时，可以推测这是由于固氮作用（增加氮）或反硝化作用（去除氮）导致的变化[71]。基于标记的地球化学估算法通常用于分析大尺度上的固氮变化，现在主要用于海洋生态系统的分析[72]。模型估算法使用隐式（诊断性）和显式（预测性）的固氮参数化方法，如箱式模型[73]。然而，这些模型仍需要通过更多的数据来优化。因此，在上述3种方法中，基于标记的地球化学估算法和模型估算法，更有可能高估或低估固氮速率[74]。因此，本研究只选择实验估算的数据来反映自然湖泊的真实情况。
不同实验估算方法有着不同的缺陷与差异。在水环境固氮作用研究领域，乙炔还原法凭借其独特优势成为广泛应用的经典技术。该方法操作流程简洁，实验成本较低，不仅能保证测定结果的高准确度和高精度，且灵敏度相较于同位素示踪法高出103~104倍[74]。此外，其反应产物C2H4性质稳定，便于长期储存与分析，这使得乙炔还原法在各类水体的固氮研究中备受青睐[75]。但该方法存在一定劣势，不同供试样品需预先通过逐时测定乙炔还原反应，以明确培养时间与固氮酶活性的线性关系，并且操作中培养容器密封不严、针头堵塞、硅胶垫漏气等环节易引入误差，导致测定结果出现偏差。与之相对，氮同位素示踪法通过直接使用氮同位素标记的氮气（或溶解态氮气）作为固氮反应底物，为固氮量测定提供了可靠的技术路径。但氮同位素示踪法在实际应用中常面临诸多挑战，例如实验周期长、操作步骤复杂，依赖同位素及质谱仪等专业设备，导致测定成本居高不下[76]。尤为重要的是，氮同位素在水体环境中建立溶解平衡需要较长时间，若实验周期过短，难以实现充分平衡，极易造成固氮速率的低估[51]，这些因素极大地限制了该方法的应用便捷性和普适性。
为提高研究结果的可比性，研究中应使用多种方法进行分析对比，以此评估每种方法的准确性和可能存在的偏差。如Hayes等同时使用基于同位素的自然丰度方法和异形胞估算方法，根据δ15N的变化和已知的浮游植物生物量，计算湖泊中固氮引入的氮量，并估算固定氮的净累积速率，得到的结果与通过异形胞密度来估算固氮速率的结果呈现强线性相关，表明结果可靠 [13]。另一方面，研究人员应该对实验方法进行标准化操作，严格控制实验条件，减少因操作差异导致的误差。同时，不断积累长期监测数据，进一步优化模型，使其能更准确地反映实际的固氮过程。此外，长期的湖泊观测实验可以选用传统的乙炔还原技术，其实验设置简单，且能够将固氮速率与之前的研究进行比较[77]。未来研究人员应统一实验方法，规范操作流程，综合运用多指标全面评估固氮作用，结合多种技术深入研究固氮微生物，提升研究准确性与可比性。
4.2 固氮速率计量单位
在研究固氮速率时，使用不同单位（ng N/（m2·h）和 ng N/（L·h））会对数据的可比性造成影响，然而本研究检索到的多个湖泊调查虽未在描述固氮速率时统一单位，但不同营养盐对固氮速率的影响趋势通常是一致的。面积单位（ng N/（m2·h））更多地关注于固定效氮在水体表面或沉积物表面的积累情况，而体积单位（ng N/（L·h））则强调在水体整体的固定效氮。虽然这些单位在计算和解释时需要考虑不同的物理尺度（如水体深度或体积），但在分析氮磷营养盐对固氮速率的影响时，结果显示这些差异并不会改变营养盐与固氮速率之间的基本关系（附图Ⅷ）。
4.3 湖泊营养水平对水体固氮速率的影响
天然水体中，氮和磷的可用性会限制初级生产过程，而过量的氮和磷会引发藻类水华，导致溶解氧损耗等[78]。本研究聚类分析发现，“phosphorus limitation”（Cluster #0）是当前研究的核心焦点，关键词（如“phosphorus limitation”“eutrophication”）表明学术界长期关注磷主导的营养调控机制。
4.3.1 总磷对淡水湖泊固氮过程的影响
总磷对固氮速率影响的整合分析结果（图5a和附图Ⅸ）显示，TP与N2固定速率呈正相关，这表明随着TP浓度升高，水体的N2固定速率增强。TP平均值通常高于25 μg/L，表明磷可用性较高，推测是由所研究水体多处于轻度富营养化状态所致。较高的磷水平有利于固氮蓝藻的生长，同时也影响着不同水生生态系统中的生物固氮作用[79]。这可能是因为N2固定是一个非常耗能的过程，进行N2固定需要消耗ATP，还原1个N2分子需要12~16个ATP分子[80]，而磷在ATP能量生产过程中起着重要作用。作为水体藻类生长的关键营养盐，磷元素对固氮藻类及其固氮速率具有促进作用[81]。磷负荷的重要性在一项使用波罗的海样本的中尺度实验中得到了证明[82]。同样，对38个湖泊的调查显示，固氮与TP浓度呈正相关[83]。
本研究运用分段回归模型揭示了固氮速率对TP浓度变化的非线性响应特征（附表Ⅵ和附图Ⅹ）。数据分析发现，TP浓度与固氮速率间存在显著阈值效应，阈值X1为24.97 μg/L。当TP浓度低于该阈值时，固氮速率呈多项式函数关系，受光照、水温等多种生态因子协同调控；超过此阈值后，固氮速率呈线性增长，TP浓度成为主导因素。模型95%置信区间显示，低磷和高磷区间多项式关系的参数估计具有统计可靠性，而阈值X1因标准误差大，其阈值显著性水平较低。高TP浓度区间，固氮速率与磷浓度存在显著的线性相关关系（P＜0.001），模型整体解释力良好（R2=0.864）；残差分布未发现明显的趋势性偏差，模型对数据的拟合误差较小。但该阈值基于的水体样本数据较少，普适性有限。未来应扩大样本范围，控制混杂因素，更精准地确定TP浓度影响固氮速率的临界值，为湖泊生态管理提供依据。
4.3.2 无机氮对淡水湖泊固氮过程的影响
总溶解性氮（TDN）中包含的可溶性无机氮DIN（硝态氮NO-3-N、亚硝态氮NO-2-N和铵态氮NH+4-N）被认为是控制溪流N2固定速率的关键因素[84]。本研究系统考察了TDN及不同溶解态氮对固氮速率的影响（图5b、c、d）。结果显示，TDN与固氮速率呈显著负相关（R2=0.42），其中NH+4-N（R2=0.41）和NO-3-N（R2=0.39）与固氮速率的负相关性尤为显著。从机制层面来看，这种负相关性与无机氮对固氮微生物生理过程的抑制作用密切相关。Hiatt等[84]研究指出，在3种无机氮形态（NO-3-N、NO-2-N和NH+4-N）中，NH+4-N对固氮基因（nif基因）的表达具有最强的抑制效应。NH+4-N可通过反馈调节抑制固氮酶合成相关基因的转录，进而减少固氮酶的生物合成量。而除了转录水平的调控，固氮酶的活性还会在翻译阶段受到直接影响，Horne[85]通过实验室培养实验证实，NO-3-N和NH+4-N的存在能够竞争性结合固氮酶的活性位点，直接降低酶促反应效率，从而在转录后水平调控固氮速率。环境条件的差异进一步塑造了无机氮与固氮速率的关系。Kunza和Hall[86]对美国科罗拉多州溪流的研究表明，仅当环境NO-3-N浓度低于0.5 mg/L时，N2固定过程才会显著增强。这一现象可归因于蓝藻固氮的高能耗特性——每还原1分子N2需要消耗12~16分子ATP[84]。当水体中无机氮可利用性较高时，微生物优先选择能量成本更低的无机氮摄取途径[87]；而在无机氮匮乏条件下，蓝藻通过上调nifH基因表达和激活固氮酶活性以维持其氮素需求。
图5营养盐浓度对固氮速率的影响：（a）TP浓度对固氮速率的影响（P＜0.05），（b）TDN浓度对固氮速率的影响（P＜0.05），（c）NO-3-N浓度对固氮速率的影响（P＜0.05），（d）NH+4-N浓度对固氮速率的影响（P＜0.05）
Fig.5Effects of nutrient concentration on nitrogen fixation rates： (a) Effect of total phosphorus concentration on nitrogen fixation rates (P＜0.05) , (b) Effect of total dissolved nitrogen concentration on nitrogen fixation rates (P＜0.05) , (c) Effect of NO-3-N concentration on nitrogen fixation rates (P＜0.05) , (d) Effect of NH+4-N concentration on nitrogen fixation rates (P＜0.05)
4.3.3 控磷和控氮对淡水湖泊固氮过程的影响
在藻类生长的营养限制研究领域，控氮与控磷的策略之争由来已久。过往研究中，部分观点认为磷的可用性对藻类生长存在限制作用，相应的管理措施着重于减少磷输入[88]；另有研究表明，氮也可能成为限制性营养元素，尤其在富营养化水体中，氮磷失衡会改变蓝藻群落结构（如固氮蓝藻与非固氮蓝藻的演替）[89]。部分研究指出富营养化系统中氮的限制作用不可忽视[90]。例如，Kim等[91]的研究发现，在有利于非固氮蓝藻属的河流条件下，氮控制策略似乎比单独减少磷的策略更有效；Wang等[92]的研究也指出氮负荷的减少可能不会减少总浮游植物的生物量，反而可能刺激固氮蓝藻的大量繁殖，而采用氮磷协同控制可显著降低浮游植物生物量[93]。Cotner提出在不同水体类型或不同生态系统（如农业、城市环境等）中，减少水体系统中的氮和磷是重要的管理目标[94]。因此，本研究认为富营养化湖泊需要氮磷协同控制，在降低磷负荷的同时削减无机氮浓度，通过抑制固氮微生物对氮源的利用优势，阻断固氮过程对氮循环的额外补充，来遏制浮游植物增长；贫营养湖泊应优先控制外源磷的输入，严格管控农业面源、生活污水等磷污染源，监测总磷浓度，避免磷浓度突破阈值触发固氮速率的线性增长。
5 结论
1）本研究收集了298篇文献进行文献计量学分析，发现淡水湖泊固氮微生物研究文献始于1992年，从2014年开始进入快速发展阶段。Web of Science类别分析显示，淡水湖泊固氮微生物研究是一个多学科交叉的领域，涵盖了环境科学、生物学、微生物学和生态学等多个方面。
2）目前的研究主要集中于以氮磷元素为主的营养控制以及气候变化背景下不同蓝藻分类群之间的演替和竞争。探讨了在以湖泊、湿地为主的不同生境中固氮菌类群或浮游固氮生物群落结构和丰度。通过长期定位观测可以揭示环境因素或时空变化等导致的淡水湖泊中浮游植物（如固氮蓝藻等）群落组成和丰度的改变。
3）整合分析发现，淡水湖泊固氮生物量化研究的类群主要为蓝藻门，还有变形菌门、厚壁菌门等异养微生物。水体营养水平对固氮速率存在影响，水体TP浓度升高对N2固定速率有明显的促进作用，非线性分段模型进一步揭示其阈值效应（TP临界值为24.97 μg/L）。无机氮（如TDN、NH+4-N、NO-3-N）浓度均与N2固定速率呈现显著的负相关关系。
4）当前淡水湖泊固氮微生物的研究领域缺乏使用标准化的固氮指标（固氮速率、固氮酶活性，异形胞密度等）来评价固氮水平的研究。一方面，大多数研究关注固氮蓝藻，亟待加强对其他固氮微生物功能和贡献的解析；另一方面，实验方法的系统误差（如乙炔还原法与同位素示踪技术的固有偏差）及数据单位的异质性（面积/体积基准差异），进一步限制了研究结果的标准化整合与跨系统比较。
5）探讨氮磷营养盐与固氮速率的关系有助于精准调控水体营养盐浓度，合理控制固氮过程，优化浮游植物群落结构，抑制蓝藻水华。明确固氮生物类群作用，可利用有益微生物改善湖泊氮循环，增强生态系统稳定性，为湖泊富营养化治理提供关键理论与技术支撑，推动湖泊生态环境修复与保护。
6 附录
附图Ⅰ~Ⅹ、附表Ⅰ~Ⅵ见电子版（DOI: 10.18307/2026.0202）。
