土壤是自然界最复杂的生态系统之一。健康的土壤为动植物生长提供必需的养分和栖息地，是保障全球粮食安全和可持续发展的关键^[1]。土壤质量是指土壤在生态系统中保持生物的生产能力、维持环境质量及促进动植物健康的能力^[2]，包含土壤肥力、土壤环境及土壤健康三个方面^[3-4]。目前，土壤质量评价指标分为物理、化学和生物学指标，其中物理指标包括土壤容重、含水量、机械组成、总孔隙度等，这些指标决定了土壤的通气性、保水能力和支持植物生长的能力；化学指标包括有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和pH等，直接反映土壤养分的供应能力；生物指标包括微生物生物量、微生物群落组成和多样性、酶活性等，是土壤质量最为敏感和活跃的组成部分^[5]。毋庸置疑，土壤物理、化学和生物因素的综合作用决定了土壤质量^[6]。其中，生物因素（特别是土壤微生物）是反映土壤质量好坏的关键指标之一^[7]。

在土壤微生物中，丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）可与90%以上的陆生植物形成共生关系^[8-9]，构成了植物与土壤之间物质交流的关键桥梁^[10-11]。植物将约20%的光合产物输送至AMF^[12]，而AMF的根外菌丝可协助植物高效获取土壤养分^[13]。此外，AMF在菌丝际招募微生物，协同促进土壤养分周转，进一步增强植物的养分吸收能力^[9]。在土壤物理方面，AMF通过根外菌丝和球囊霉素相关土壤蛋白（Glomalin-related soil protein，GRSP）的胶结作用，促进土壤团聚体的形成和稳定^[14]；AMF菌丝生长还能增加土壤孔隙度，提高土壤通气性和保水能力^[15]。在土壤生物方面，AMF能够调整土壤微生物群落结构，促进有益微生物的繁殖，从而提高土壤生物活性^[16]；AMF产生的激素类（如赤霉素、生长素等）信号分子可刺激植物生长，并通过根系活动改善土壤酶系统^[17]。更为重要的是，AMF能够降低农业化肥的施用量，提升肥料的利用效率，增强植物对病虫、干旱、盐碱、重金属等胁迫的抵抗力^[18-19]。因此，近年来菌根生物技术的研发及其在农业生产及生态修复领域的应用受到了广泛关注^[20]。

20多年来，AMF在土壤生态系统中的作用和机制已经得到了广泛研究。总体而言，AMF在中低纬度的森林和草原生态系统中分布最为普遍^[21]，并能与超过150种的粮食、蔬菜和水果作物形成共生关系。但是，目前对AMF影响土壤质量的整体评价仍相对缺乏。本文采用CiteSpace文献可视化分析，对2003—2023年间国际上AMF影响土壤质量的相关研究进行了归纳和整理，对全球及主要国家的研究趋势和学术影响力进行了比较；并进一步采用Meta分析方法，从土壤理化和生物学性状多维度评价了接种AMF对土壤质量的影响，旨在全面梳理AMF在土壤质量提升中的作用和潜力，为AMF生物肥料研发及其在农业可持续发展和土壤生态修复中的应用提供科学依据。

CiteSpace分析文献收集：本文以Web of Science核心数据集为数据来源，检索文献时间范围为2003—2023年，以TS =（AMF OR AM fungi OR arbuscular mycorrhiza OR arbuscular mycorrhizal fungi OR mycorrhiza * OR vesicular arbuscular * OR vesicular arbuscular mycorrhizal）AND TS =（soil quality OR SQI OR soil health OR soil fertility OR land quality OR soil capability OR soil properties OR soil nutrient OR soil physicochemical properties）进行检索，共检索到6 035篇文献，选择文章类型为Article，手动剔除会议、书籍、通知等非学术性文章，最终获得有效文献4 854篇。

Meta分析文献收集：在Web of Science数据库（ISI，美国），以TS =（AMF inoculation OR AM fungi inoculation OR arbuscular mycorrhiza inoculation OR arbuscular mycorrhizal fungi inoculation OR mycorrhiza * inoculation）AND TS =（physical and chemical soil properties OR soil physical - chemical properties OR physicochemical properties of soil OR physical and chemical properties of soil OR soil enzyme activity * OR soil enzymatic activity * OR soil biological properties）进行检索，共检索到1 956篇文献，阅读标题和摘要初步筛选后剩余538篇，全文阅读后筛选出86篇文章，共2 340条观测值。

Meta分析文献筛选标准：（1）文章必须是原创，类型为论文（Article）；（2）文章应以接种AMF为处理组，以不接种AMF为对照组，并同时包含数值统计分析；（3）文章至少需同时包括物理、化学和生物学三大类性状中的任意两大类指标，并且这些指标在接种AMF处理组和对照组中均需被测试；（4）文章需对实验条件进行明确说明；（5）每一项指标均需包含均值和样本数；（6）仅选取观测值数量≥5的指标进行效应值分析。共筛选15个与土壤质量相关的指标，包括物理指标：容重；化学指标：土壤pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾；生物指标：微生物生物量碳、细菌数量、放线菌数量、真菌数量、土壤酶活性和植物生物量。

CiteSpace分析：本研究采用CiteSpace 6.2.R4软件进行可视化分析，以揭示研究领域的现状、发展趋势和热点。相关文献数据从Web of Science核心数据库检索并导出，导出的文本以download _ xxx. txt格式命名。创建input、output、data和project四个空文件夹，并将待分析的文献数据放入data文件夹内，随后使用CiteSpace软件进行数据转换，时间跨度选择为2003年1月—2023年12月。设置时间切片（time slicing）为1年，选择标准包括TopN设为50，TopN%设为10.0，网络修剪方式（pruning）选择Pathfinder、Pruning sliced networks和Pruning the merged network。聚类网络图谱中，节点的中心性是指与其他任意两个节点之间的所有最短路径经过该节点的次数，以此可以衡量节点在整个网络中的重要程度^[22]。在CiteSpace软件中，选择节点类型为“Country”，软件会自动统计各国发文量并生成合作网络图谱。节点大小直接体现了发文量的多少，节点越大，则表明该国家的发文量越高。节点间的连线表示国家间合作关系，连线越粗、颜色越深代表合作越紧密。选择“Keyword”、使用对数极大似然率（Log-Likelihood Ratio，LLR）算法进行关键词聚类共现分析。

Meta分析：本研究采用软件MetaWin 3.0对数据进行了效应值、异质性和安全系数等分析。选取平均数和标准差作为数据类型，若某项指标未提供标准差、标准误或置信区间信息，则默认采用均值的10%作为标准差进行估算^[23]。此外，图片数据通过GetData Graph Digitizer 2.24进行提取。采用响应比（In response ratio）计算效应值^[24]，计算公式为lnR = ln（Mean _ T）- ln（Mean _ C）；效应值方差公式：

采用随机效应模型（α = 0.05）来评估各指标分组间的差异显著性，判断依据为置信区间是否与0重叠^[25]。

采用OriginPro 2019、CiteSpace 6.2.R4和GraphPad Prism 9.5软件制图。

在2003—2023年间，AMF在土壤质量研究领域的发文量总体上呈现逐年增加趋势，表明研究热度持续上升（图 1a）。发文量波动情况表明，2003—2007年间年发文量在100篇以下，相对较低；2008—2017年间年发文量翻番，从124篇增加至250篇；2017—2021年间年发文量再次翻番，达到500篇左右并保持稳定。2003—2013年间中国发文量与其他国家相比并没有明显优势，但在2014年后超过其他国家，且优势不断扩大，其他国家发文量则长期相对稳定（图 1a）。对总发文量而言，中国以1194篇位居首位（占24.6%），中心性为0.10；紧随其后的是美国、印度、德国、巴西，分别发表论文809、384、352和298篇，中心性为0.22、0.04、0.22和0.02（图 1b和图 2）。尽管法国发文量仅排第十，仅为189篇，但其中心性却高居第三，达到0.18。节点中心性与传播影响力正相关，若一个节点的中心性超过0.1，则认为这个节点是关键节点。因此，在发文量排名前十的国家中，美国、德国、法国、中国和意大利是关键节点国家（中心性≥0.1）。

图 1 2003—2023年发文量的变化趋势（a）排名前十国家和全球总发文量（b）期间排名前十国家总发文量（参照图（a）图例） Fig. 1 The change trend of publication size from 2003 to 2023:(a)the top 10 countries and the annual number of global publications; (b)the total number of publications of the top 10 countries during this period(Refer to the legend in Fig. 1(a))

图 2 国家合作网络图谱及发文量排名前十国家的中心性 Fig. 2 The national cooperation network map and the centrality of top 10 countries with the highest publication size

2003—2007年，AMF研究主要集中于对植物养分吸收、生长和抗逆的影响，在土壤质量领域的发文量相对较低。2008—2016年，高通量测序技术的应用极大缓解了AMF形态学鉴定的难题^[26]，AMF群落组成和多样性研究领域不断拓展，其对土壤质量的影响开始受到更多关注，相关研究的论文发表量呈现出稳步上升的趋势。植物-土壤反馈理论的发展和AM真菌种质资源库的建立也是促进该领域增长的重要原因^[27]。2017—2023年，随着高通量测序成本的不断降低以及宏基因组和基因芯片等技术的广泛推广^[28]，AMF对土壤质量影响的研究发文量迅速增长。

尽管我国在AMF领域是高产和关键节点国家，但影响力还不够高，主要局限于国内，与国际同行间的交流不足，未能有效促进跨国的知识交流与整合。未来应该提高发文质量，减少冗余发文，提高学术或行业认可度。同时，应鼓励我国菌根学学者加强国际交流，特别是与菌根学领域水平较高的研究机构和学者联合开展工作、发表成果，以提升我国菌根学研究的国际影响力。

通过关键词聚类分析，共得到soil properties、nutrient uptake、glomalin-related soil protein、elevated CO₂、phytoremediation、mycorrhizal colonization等6个聚类（图 3a）。聚类#0聚焦土壤性状，土壤物理、化学和生物性质会影响AMF的定殖和功能，反之，AMF也会影响以上土壤性质，作为AMF与土壤质量相关研究的背景数据或响应指标，土壤性状分析广泛存在^[16]。聚类#1涉及植物养分吸收功能，植物生长表现直接决定于养分状况，但很多植物存在养分吸收障碍，AMF可通过其根外菌丝网络促进植物养分吸收，特别是对难移动元素（如磷）吸收的贡献更为显著^[29]。聚类#2关注GRSP，GRSP是AMF分泌的一种疏水性糖蛋白，具有强大的胶结性能、长时间的周转期和富含多种金属元素亲和官能团的显著特点，因而可发挥促进土壤结构形成、增加土壤碳汇和螯合重金属强化污染修复的作用，有望提升土壤质量^[30-31]。聚类#3为CO₂浓度升高，CO₂浓度升高的施肥和增温效应提升植物光合作用效率，植物对AMF的依赖度提高，同时转运至根系的碳水化合物增加，根际环境和菌根共生体的形成发生变化，对土壤质量有显著影响^[32]。聚类#4关注植物修复，伴随工业高速发展，土壤污染事件频发且难以治理，植物修复是解决该问题的重要方法^[33]。然而，植物修复措施也存在见效较慢、稳定性欠佳和修复范围有限等局限性，而AMF可促进植物生长、提升植物抗逆性和根系修复范围，进而提升植物修复效率、修复稳定性和修复范围，改善土壤质量^[34-35]。聚类#5关注AMF侵染率，侵染率是表征植物与AMF建立共生关系的重要指标，是保证AMF正常发挥功能的前提，因而成为多数研究的基本数据。

图 3 关键词聚类分析与突现分析 Fig. 3 Keyword clustering analysis and burst analysis

从关键词突现分析中可以发现，AMF在土壤质量领域的研究热点大致可分为四个依次出现又相互交叉的时期：基础探索期（2003—2015年）、机制深化期（2003—2017年）、功能转型期（2012—2020年）和应用整合期（2019—2023年）（图 3b）。（1）基础研究期以共生机制和植物响应为核心，这一时期的研究聚焦于AMF与植物根部的互作机制，涵盖了AMF的侵染过程（infection）及其根外菌丝（external hyphae）的结构。因此，infection（侵染）现象表现出最强的突发强度和最长的持续时间。此外，AMF对宿主植物养分吸收，尤其是磷的吸收，具有显著影响，这使得以玉米（Zea mays L.）为代表的作物生长受益于AM共生关系。（2）机制深化期向生态功能延伸，此阶段的研究聚焦于AMF在土壤改良领域的效能，涵盖了磷素循环相关的酶活性、团聚体的稳定性、元素的转运机制以及有益真菌的作用，并探讨了其在草地及高草草原生态修复中的应用，着重强调了土壤肥力与土壤质量的改善。（3）功能转型期侧重于土壤生物过程及群落结构的变化，诸如固氮过程、生态系统服务等，同时深入探讨了微生物群落的变化，包括孢子密度、群落组成及分子多样性等方面，以及它们与土地利用之间的复杂关联。（4）应用整合期聚焦可持续农业和环境适应性，特别是土壤健康（soil health）的维护和养分生物有效性（bioavailability）的提升，同时探索与根际促生细菌（plant growth-promoting rhizobacteria，PGPR）在胁迫条件下（如水分胁迫、抗氧化活性）协作改善作物（crop）生长特性（如根系性状）的策略。

由此可以看出，AMF与土壤质量相关研究脉络从共生机制探索，到生态系统功能深化，再到农业与环境应用集成^[36]。在过去20年中，研究呈现从微观到宏观、从基础到应用的清晰演变路径。当前的研究趋势愈加重视AMF在全球变化情境下的响应机制与调控策略，这预示着菌根学正在逐步迈向服务于绿色农业与生态工程的跨学科融合阶段^[27]）。而且，为应对国家“双碳”目标、农业发展等领域的挑战，AMF对土壤质量影响的研究热点仍会持续。

Meta分析发现，接种AMF对土壤容重的影响相对微弱，仅在土壤来源为其他及AMF混合接种条件下，观察到容重有所增加；对土壤pH的影响效应则受土壤质地、实验条件以及宿主植物类型等因素的综合影响，在无胁迫、农田土壤、非砂质土壤、盆栽试验以及宿主为作物等情况下会显著上升，而在土壤来源为其他、砂质土壤以及宿主为草本植物等情况下则显著下降（图 4）。研究表明，接种AMF后，土壤有机质含量普遍增长5%；在特定条件下，如存在胁迫、不施肥、接种土著AMF、单独接种以及播种前接种等，土壤有机质含量的增幅达10%；而在盆栽试验或宿主为乔木的情况下，土壤有机质含量的增幅甚至超过20%。养分总量分析表明，接种AMF促使土壤全磷增加6%，全钾降低14%，而全氮则没有显著变化；在亚组分析中，实验类型与土壤是否灭菌是影响土壤养分总量效应的显著因素：在大田条件下土壤全氮含量提升14%，而在温室条件下土壤全钾含量显著降低；在土壤未灭菌条件下土壤全量养分含量未见显著变化，而在土壤灭菌条件下土壤全钾含量显著降低18%。接种AMF显著增加土壤养分有效性，且效应值表现为有效磷（+19%） > 碱解氮（+10%） > 速效钾（+9%）；亚组分析显示，对有效磷的促进作用比较稳定，未受到土壤质地、实验类型、接种剂来源、接种方式、土壤灭菌和接种时间等因素的影响；特别是混合接种后，土壤速效养分指标的提升效果尤为明显，其中速效钾的增幅更是高达46%；种植前接种的效果明显优于种植后接种，具体而言，种植前接种可使有效磷含量提升24%，而种植后接种的增幅则仅为10%。

注：均值两端的条形代表95%置信区间，红色代表接种AMF显著低于对照处理，蓝色代表接种AMF显著高于对照处理，白色代表与对照无显著差异，NA代表观测值≤5，后面的数代表观测值数量。  Note: Bars around the means denote 95% CIs. Mean values < 0 indicate a higher value in the control treatment(red dots), while mean values > 0 indicate a higher value in the control treatment(blue dots). The number of observations is provided beside each attribute. NA stands for observations ≤ 5, and the number following it represents the count of observations. 图 4 接种AMF对土壤理化和生物学指标的影响 Fig. 4 The effect of AMF inoculation on soil physicochemical indicators

从土壤生物学指标来看，AMF总体上会提升土壤微生物生物量碳，但会受到施肥、土壤质地、接种剂来源和接种方式等多因素的影响；同时会显著提高土壤微生物数量，真菌、细菌和放线菌总效应值分别增加6%、32%和44%（图 4）。亚组分析表明，细菌和放线菌呈现相似趋势，而真菌则表现出较大差异，如在农田土壤中细菌和放线菌数量分别增加49%和66%，而真菌数量显著下降100%。真菌受多种因素的共同作用，包括接种方法、接种剂的来源以及宿主植物的种类等，如施用外源性AMF可显著提升真菌数量，而应用土著AMF则可能导致真菌数量下降；接种混合AMF后，土壤真菌数量的效应值降低了17%，相反，接种单一AMF菌剂则使真菌数量的效应值提升了17%。接种AMF显著提升了土壤酶活性，增幅均超过25%，提升效应除了土壤来源和宿主植物类型之外，不受其他条件影响。接种AMF对植物生长的促进作用明显，植物生物量增幅可达39%，该促生效应在胁迫、土壤施肥、土壤来源、宿主类型、实验种类等因素作用下保持稳定；在宿主为草本或乔木植物、混合接种AMF、土壤来源为森林以及无胁迫条件下，效应值均显著超过50%。

由上可知，AMF增加土壤有机质含量，是与植物建立共生关系后诱导更多光合产物转移至土壤^[37]；对土壤养分总量影响不明显，但对土壤养分有效性具有提升作用，特别是通过优化接种方式会有更大潜力。AMF对土壤养分活化的贡献，与其引发的细菌和放线菌丰度增加有关，而AMF与其他微生物互作增加土壤酶活性可能是土壤养分有效性提升的直接原因^[38]。在灭菌条件下，AMF对土壤养分有效性的促进作用不明显，更加反映了AMF与其他微生物互作的重要性^[39]。接种顺序也会影响AMF对土壤养分有效性的作用，体现了AMF具有优先效应^[40]。研究显示，AMF与菌丝际微生物的互作显著提高了磷素的有效性^[41]，并揭示了AMF在土壤结构稳定、污染物分解，以及缓解植物胁迫等方面的重要作用，这些功能可能同样依赖于菌丝际微生物的相互作用。同时，与土壤理化指标相比，接种AMF对土壤生物学性质的影响更为显著。接种AMF在不同条件下均能显著增加植物生物量，表现出稳定的促生效应，这对农林生产和生态修复均有积极作用^[36]。AMF是连接植物和土壤的纽带，过去20余年的研究更多关注AMF对植物营养吸收的直接作用。实际上，AMF与植物、其他微生物互作，对塑造土壤质量有更为综合的效果。近年来AMF相关研究热点分析表明，AMF在土壤修复、土壤结构改良、土壤肥力提升等方面的研究逐渐受到重视，未来应该更加重视AMF与其他土壤微生物协同提升土壤质量方面的研究。

AMF会影响土壤理化性质和生物学特性，不同研究针对各自主题选取了多样化的指标，这无疑增加了全面评估AMF对土壤质量影响的难度。目前，通常使用土壤质量指数（Soil Quality Index，SQI）量化土壤在支持生态系统服务（如养分循环、水分保持、作物生产）方面的能力^[42]。但是，AMF广泛分布于全球各类生态系统、不同利用方式土壤中，不同的生态系统类型（如农田、森林、草原等）相关研究测定指标各有侧重：例如，农业系统可能侧重土壤养分含量（如全磷、速效钾等），而森林系统更关注有机质和持水能力^[43]。这种差异使得跨生态系统的指标难以综合计算SQI，限制了该指标在AMF影响土壤治理的Meta分析中的应用。土壤质量评价是一项复杂而系统的工程，需要综合考虑土壤的物理、化学和生物特性，以及土地利用方式和生态系统类型等多种因素。因此，需要进一步探索和研究适合AMF接种研究的土壤指标数据集，以期全面、准确且稳定地反映AMF等有益微生物影响土壤质量状况的指标^[44]。

在2003—2023年间，AMF对土壤质量的研究主要集中在土壤特性、养分吸收、球囊霉素相关土壤蛋白、CO₂浓度升高、植物修复和侵染率等6个方面，研究主题随着时间的推移也发生了明显变化，研究热点经历了从促进植物生长与健康，到强化土壤生物过程的转变，并最后聚焦于提高生态系统多功能性，同时这一研究也在全球气候变化领域得到了延伸。接种AMF促使土壤物理、化学、生物学质量指标均得到显著改善，且增加幅度表现为生物学指标 > 理化指标，体现了接种AMF对土壤质量的综合提升效应。AMF对土壤质量的改善作用会受农事活动（如施肥）、菌剂来源和接种方式、AMF与本土微生物的兼容性等方面的影响，在实际应用时应综合考虑以上因素，以期实现接种AMF菌肥的效应最大化，促进农业和生态环境的可持续发展。