李 慧，汪景寬，裴久渤，李雙異

沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院, 沈陽(yáng) 110866

基于結(jié)構(gòu)方程模型的東北地區(qū)主要旱田土壤有機(jī)碳平衡關(guān)系研究

李 慧，汪景寬*，裴久渤，李雙異

沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院, 沈陽(yáng) 110866

土壤有機(jī)碳平衡是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，是潛變量與潛變量，潛變量與可測(cè)變量及可測(cè)變量之間相互作用的結(jié)果。結(jié)構(gòu)方程模型的建立很好地描述了這一復(fù)雜關(guān)系。應(yīng)用2011年?yáng)|北地區(qū)敦化、榆樹(shù)、公主嶺、昌圖和阜新5個(gè)典型縣(市)農(nóng)田表層土壤有機(jī)碳(0—20 cm)數(shù)據(jù)，建立了東北地區(qū)主要旱田土壤有機(jī)碳平衡關(guān)系結(jié)構(gòu)方程模型，探討了影響有機(jī)碳平衡關(guān)系的各潛變量和可測(cè)變量的相互影響關(guān)系。結(jié)果表明：在土壤有機(jī)碳的平衡過(guò)程中，潛變量之間(氣候環(huán)境、土壤性質(zhì)和人為管理)具有兩兩相關(guān)性，土壤性質(zhì)對(duì)有機(jī)碳平衡具有直接正向作用，其路徑系數(shù)為1.01；氣候環(huán)境和人為管理通過(guò)土壤性質(zhì)傳遞并影響土壤有機(jī)碳平衡，且氣候環(huán)境的影響力大于人為管理的影響力，其路徑系數(shù)分別為1和0.87。因此，針對(duì)有機(jī)碳平衡關(guān)系計(jì)算出的路徑系數(shù), 需要強(qiáng)化人為管理在土壤有機(jī)碳平衡過(guò)程中的作用, 特別要在耕作方式上加強(qiáng)管理, 促使有機(jī)碳平衡向更優(yōu)化方向發(fā)展。

潛變量；路徑系數(shù)；影響因素；耕作方式

陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究對(duì)于應(yīng)對(duì)全球氣候變暖具有重要意義，土壤碳固定是減緩溫室氣體排放的主要途徑之一[1- 2]。土壤有機(jī)碳的平衡是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，不僅受氣候、植被、土壤屬性、地形等自然因素影響，也受土地利用變化、耕種管理措施等人為因素的影響，且各種因素之間也存在相互作用。多種影響因子共同決定著土壤有機(jī)碳在空間上的分布和再分布格局，以及土壤有機(jī)碳的形成、分解的轉(zhuǎn)化方向和變化速率[3- 8]。

在土壤有機(jī)碳平衡關(guān)系研究中，人們多從定性的角度來(lái)分析影響有機(jī)碳的平衡因素，即使進(jìn)行定量化研究也僅僅采用回歸分析、因子分析、相關(guān)性分析、多變量方差分析等[9]傳統(tǒng)的方法來(lái)闡述各要素之間的關(guān)系。但是，這些方法僅限于可測(cè)變量的自變量與因變量之間的關(guān)系分析，事實(shí)上，可測(cè)變量不能完全描述有機(jī)碳平衡之間的內(nèi)在關(guān)系，更需要弄清潛變量之間的關(guān)系，因?yàn)闈撟兞考捌潢P(guān)系往往決定了有機(jī)碳平衡發(fā)展的方向[10]。結(jié)構(gòu)方程模型(Structural Equation Modeling，SEM)解決了這一問(wèn)題，該模型思想起源于20世紀(jì)20年代Sewall提出的路徑分析概念[11- 12]，Judea正式將其定義為結(jié)構(gòu)方程模型[13]。目前該模型已在心理學(xué)、行為科學(xué)、教育學(xué)得到很大程度的應(yīng)用，取得了較好的效果[14- 16]。在農(nóng)業(yè)方面，王繼軍等初步將結(jié)構(gòu)方程模型在農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中進(jìn)行了應(yīng)用[10]；在土壤有機(jī)碳的研究中，Brahim等應(yīng)用了結(jié)構(gòu)方程模型對(duì)半干旱的地中海地區(qū)的土壤有機(jī)碳和土壤理化性質(zhì)進(jìn)行了研究[17]。

我國(guó)東北地區(qū)是主要的糧食生產(chǎn)基地，旱田占農(nóng)田總面積的86.49%[18]，弄清東北地區(qū)旱田土壤有機(jī)碳平衡關(guān)系對(duì)于提高土壤有機(jī)碳固碳潛力和指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。基于此，本研究應(yīng)用東北地區(qū)典型糧食生產(chǎn)基地(敦化市、榆樹(shù)市、公主嶺市、昌圖縣和阜新縣5個(gè)典型市縣)的99個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用結(jié)構(gòu)方程模型探討了東北地區(qū)主要旱田土壤有機(jī)碳平衡關(guān)系，以期為東北地區(qū)旱田土壤有機(jī)碳的循環(huán)和固定研究提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

東北地區(qū)主要包括遼寧省、吉林省和黑龍江省。本研究選取遼寧省阜新縣和昌圖縣，吉林省公主嶺市、敦化市和榆樹(shù)市作為研究區(qū)域(圖1)。其中，阜新縣位于遼寧西部，地理位置為121°1′—122°46′E，41°41′—42°56′N，耕地面積約占轄區(qū)面積35%，土壤類型以褐土為主；昌圖縣位于遼寧省最北部，松遼平原南端，遼、吉、蒙三省(區(qū))交界，地理位置為123°32′—124°26′E，42°23′—43°29′N，耕地面積約占轄區(qū)面積65%，是我國(guó)東北重要商品糧基地縣，土壤類型以棕壤和黑土為主；公主嶺市地處吉林省中西部，松遼平原腹地，位于124°02′—125°18′E，43°11′—44°9′N，耕地面積約占所轄面積55%，是國(guó)家首批確定的商品糧基地之一，土壤類型以黑土為主；敦化市位于吉林省東部山區(qū)，長(zhǎng)白山腹地，四周環(huán)山，地處127°28′—129°13′E，42°42′—44°30′，耕地面積約占轄區(qū)面積9%，土壤類型以灰棕壤為主；榆樹(shù)市地處吉林省中北部，地理位置為126°01′—127°05′E，44°30′—45°15′N，耕地面積約占轄區(qū)面積68%，該市坐落在世界黃金玉米帶上，是吉林省著名的產(chǎn)糧大市，也是全國(guó)重點(diǎn)商品糧基地，被譽(yù)為“天下第一糧倉(cāng)”，主要土壤類型為黑鈣土。

圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)位置Fig.1 Location of sampling sites in study areas

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

采樣點(diǎn)是土壤調(diào)查過(guò)程中最小的的基本單元，選擇采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析更具可操作性。研究區(qū)共采集2011年表層土壤(0—20 cm)采樣點(diǎn)114個(gè)，根據(jù)覆蓋多種地貌類型、土壤類型的原則進(jìn)行采樣，采樣時(shí)在中心樣點(diǎn)四周呈輻射狀另采4個(gè)樣點(diǎn)，用四分法對(duì)5個(gè)樣點(diǎn)混合樣進(jìn)行選取，以減小采樣誤差。每個(gè)中心樣點(diǎn)均采用GPS進(jìn)行定位，樣點(diǎn)間距約為0.5km，并詳細(xì)記錄了樣點(diǎn)的氣候，土壤性質(zhì)、農(nóng)戶管理等數(shù)據(jù)資料，通過(guò)整理和篩選，本研究共選取其中99個(gè)有效樣點(diǎn)進(jìn)行模型的構(gòu)建(圖1)。

1.3 研究方法

結(jié)構(gòu)方程模型(SEM)是基于變量的協(xié)方差矩陣來(lái)分析變量之間關(guān)系的一種方法。目前最常用的是線性結(jié)構(gòu)方程模型。結(jié)構(gòu)方程模型有效地整合了統(tǒng)計(jì)學(xué)的因子分析與路徑分析兩大主流技術(shù)，主要用于對(duì)復(fù)雜的多變量研究數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。該方法是一種集因子分析和通徑分析于一身的可以描述不可直接測(cè)量變量之間關(guān)系的多元統(tǒng)計(jì)方法[19]，屬于驗(yàn)證性模型。在結(jié)構(gòu)方程模型中包含了兩種變量，一種是可以測(cè)量的顯變量，一種是不可直接測(cè)量的潛變量。結(jié)構(gòu)方程模型由測(cè)量方程和結(jié)構(gòu)方程兩部分構(gòu)成，測(cè)量方程是用來(lái)描述潛變量和顯變量之間的關(guān)系，結(jié)構(gòu)方程是用來(lái)描述潛變量與潛變量之間的關(guān)系。由下列方程表示：

x= ∧xξ+δ

(1)

y= ∧yη+ε

(2)

η=Bη+Γξ+ζ

(3)

其中,方程(1)和方程(2)被稱之為測(cè)量方程, 方程(3)則是結(jié)構(gòu)方程。x是外生可測(cè)變量向量；ξ是外生潛變量向量；y是內(nèi)生可測(cè)變量向量；η是內(nèi)生潛變量向量；∧x為外生可測(cè)變量與外生潛變量之間的關(guān)系，是外生可測(cè)變量在外生潛變量上的因子負(fù)荷矩陣；∧y為內(nèi)生可測(cè)變量與內(nèi)生潛變量之間的關(guān)系，是內(nèi)生可測(cè)變量在內(nèi)生潛變量上的因子負(fù)荷矩陣；B是內(nèi)生潛變量的關(guān)系陣；Γ則表示外生潛變量對(duì)于內(nèi)生潛變量的影響；δ和ε為測(cè)量方程的誤差項(xiàng)；ζ為結(jié)構(gòu)方程的誤差項(xiàng)。

1.4 軟件平臺(tái)

數(shù)據(jù)處理采用軟件Microsoft Excel和SPSS19.0。模型運(yùn)行采用Amos 7.0。

2 東北地區(qū)主要旱田土壤有機(jī)碳平衡關(guān)系概念模型建立與計(jì)算

2.1 概念模型建立

根據(jù)東北地區(qū)土壤有機(jī)碳變化的特征，建立東北地區(qū)主要旱田土壤有機(jī)碳平衡關(guān)系的概念模型(圖2)，模型包括4個(gè)潛變量：自然環(huán)境ξ1、土壤性質(zhì)ξ2、人為管理ξ3和土壤碳平衡η；10個(gè)可測(cè)變量：年均溫度x1、年均降水量x2、坡度x3、土壤質(zhì)地x4、pHx5、肥料施用量x6、秸稈施用量x7、耕種方式x8、作物單產(chǎn)y1和土壤有機(jī)碳含量y2。

圖2 有機(jī)碳平衡關(guān)系概念模型(測(cè)量模型和結(jié)構(gòu)模型)Fig.2 Conceptual model of organic carbon equilibrium(measurement model and structural model)

根據(jù)前人對(duì)于影響有機(jī)碳平衡關(guān)系及因素的分析，對(duì)于概念模型，給出如下假設(shè)：

假設(shè)1 自然環(huán)境對(duì)土壤有機(jī)碳平衡有正向的影響

假設(shè)2 土壤性質(zhì)對(duì)土壤有機(jī)碳平衡有正向的影響

假設(shè)3 人為管理對(duì)土壤有機(jī)碳平衡有正向的影響

假設(shè)4 自然環(huán)境與土壤性質(zhì)有相互影響

假設(shè)5 土壤性質(zhì)與人為管理有相互影響

假設(shè)6 自然環(huán)境與人為管理有相互影響

2.2 結(jié)構(gòu)方程計(jì)算

(1)結(jié)構(gòu)方程模型數(shù)據(jù)處理及信度分析

表1 各變量一覽表及數(shù)據(jù)信度值Table 1 Variables list and data reliability values

應(yīng)用SPSS19.0對(duì)99個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效度，即信度分析，信度分析結(jié)果如表1，4個(gè)潛變量的信度值分別為0.751、0.736、0.76、0.705，信度均大于0.7，認(rèn)為數(shù)據(jù)具有較好的一致性。

(2)東北地區(qū)主要旱田土壤有機(jī)碳平衡關(guān)系的結(jié)構(gòu)方程模型模擬

結(jié)構(gòu)方程模型是一個(gè)驗(yàn)證性模型，是一個(gè)擬合、評(píng)價(jià)、修正、再評(píng)價(jià)的反復(fù)過(guò)程，直至模型不僅具有統(tǒng)計(jì)學(xué)的理論意義，而更能從現(xiàn)實(shí)角度出發(fā)具有現(xiàn)實(shí)意義。

對(duì)已建立的概念模型和假設(shè)，利用Amos 7.0進(jìn)行第一次初始模型擬合，擬合結(jié)果如圖3，模型擬合系數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2?？梢钥闯?，人為管理對(duì)土壤有機(jī)碳平衡路徑系數(shù)/載荷系數(shù)是否顯著加以判定的P值為0.631，表明該路徑系數(shù)為零的概率達(dá)到了63.1%，大于5%的顯著性水平，沒(méi)有足夠理由認(rèn)為其在95%置信水平下與零存在顯著性差異，顯著性檢驗(yàn)沒(méi)有通過(guò)。模型擬合指數(shù)顯示模型擬合一般。依據(jù)建立模型的實(shí)際意義，需要對(duì)路徑系數(shù)進(jìn)行釋放，采納修正指數(shù)的建議，對(duì)模型進(jìn)行第二次擬合，通過(guò)模型的多次反復(fù)擬合、修正和運(yùn)算，直至各路徑系數(shù)均通過(guò)顯著性檢驗(yàn)(表3)，最終得出標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)修正模型(圖4)和潛變量及可測(cè)變量之間總的影響效果(表4)。

圖3 結(jié)構(gòu)方程模型第一次擬合參數(shù)估計(jì)結(jié)果圖Fig.3 The first fitting results of parameter estimation

表2 第1次模型擬合系數(shù)估計(jì)結(jié)果Table 2 The first estimated results of modeling fitting coefficient

P表示假設(shè)檢驗(yàn)中的概率; ***表示在P﹤0.05水平顯著

3 結(jié)果與分析

3.1 模型假設(shè)分析

在模型反復(fù)擬合、評(píng)價(jià)、修正過(guò)程后得到了如圖4的最后標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)修正模型，其結(jié)果表明初始模型假設(shè)中自然環(huán)境對(duì)有機(jī)碳平衡狀態(tài)有正向的影響以及人為管理對(duì)有機(jī)碳平衡狀態(tài)有正向的影響的兩個(gè)假設(shè)不被模型擬合的結(jié)果支持(表5)。

表3 第3次模型擬合系數(shù)估計(jì)結(jié)果Table 3 The third estimated results of modeling fitting coefficient

P表示假設(shè)檢驗(yàn)中的概率; ***表示在P﹤0.05水平顯著

3.2 模型擬合指數(shù)分析

運(yùn)用Amos7.0進(jìn)行結(jié)構(gòu)方程模型的分析，可以得到較多的擬合指數(shù)，根據(jù)許多學(xué)者對(duì)結(jié)構(gòu)方程模型相關(guān)研究的建議，本研究采用絕對(duì)擬合指數(shù)、相對(duì)擬合指數(shù)和精簡(jiǎn)指數(shù)三類擬合指數(shù)，包括x2/df、GFI、RMSEA、NFI、TLI、CFI、IFI、AIC和ECVI，并確定了擬合標(biāo)準(zhǔn)，分別為x2/df大于10表示模型很不理想，小于5可以接受，小于3則模型擬合較好；RMSEA介于0—1之間，小于0.05表示模型擬合較好，GFI、NFI、TLI、CFI、IFI應(yīng)大于0.9，且越接近1越好，AIC和ECVI數(shù)值越小越好。本研究修正后模型擬合指數(shù)分析結(jié)果如表6所示。模型擬合指數(shù)總體表現(xiàn)較好，均達(dá)到擬合指數(shù)要求，認(rèn)為從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度經(jīng)過(guò)修正后得到的東北地區(qū)主要旱田土壤有機(jī)碳平衡關(guān)系模型比較合理。

圖4 有機(jī)碳平衡關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)修正模型Fig.4 Standardized coefficients correction model of organic carbon equilibrium

表4 潛變量及可測(cè)變量之間總的影響效果情況Table 4 Total effects between latency variables and measurable variables

表5 模型假設(shè)結(jié)果驗(yàn)證表Table 5 Verification results of model assumption

表6 擬合指數(shù)表Table 6 Fitting coefficients list

3.3 模型計(jì)算結(jié)果分析

(1)對(duì)于有機(jī)碳平衡應(yīng)該重點(diǎn)提升人為管理這一潛變量

土壤性質(zhì)對(duì)有機(jī)碳平衡狀態(tài)有正向的影響，路徑系數(shù)為1.01，影響巨大；自然環(huán)境、土壤性質(zhì)和人為管理具有兩兩相關(guān)關(guān)系。自然環(huán)境與土壤性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)為0.99，相關(guān)性極大，從可測(cè)變量中可以看出，年均溫和土壤性質(zhì)有較大程度的相關(guān)性，氣候環(huán)境影響著土壤的形成和發(fā)展，如降水對(duì)其進(jìn)行著水分的調(diào)節(jié)與分配，同時(shí)土壤自身對(duì)氣候環(huán)境有著影響；土壤性質(zhì)與人為管理相關(guān)系數(shù)為0.86；自然環(huán)境與人為管理相關(guān)系數(shù)為0.98，相關(guān)性極大，從可測(cè)變量中可以看到，坡度與耕作方式有很大程度的相關(guān)性。氣候環(huán)境和人為管理對(duì)有機(jī)碳平衡狀態(tài)均為間接效應(yīng)，其間接影響路徑系數(shù)分別為1和0.87，自然環(huán)境的間接影響效應(yīng)大于人為管理的效應(yīng)，因此，對(duì)于有機(jī)碳平衡的影響自然環(huán)境更大些。這一結(jié)論與最初建立模型假設(shè)不符，究其原因，主要是在人們常規(guī)的認(rèn)知中，自然環(huán)境和人為管理都直接影響著土壤有機(jī)碳的變化，但是細(xì)究之，不難發(fā)現(xiàn)，不論是氣候環(huán)境里的溫度、降水和坡度還是人為管理中的肥料施用量、秸稈施用量和耕作制度都是作用在土壤本身，而碳也同樣依附在土壤中，所以自然環(huán)境和人為管理都是通過(guò)土壤的性質(zhì)間接地影響著土壤有機(jī)碳的平衡。從圖4和上述論述可以得出，土壤性質(zhì)對(duì)土壤有機(jī)碳平衡的影響是直接的，路徑系數(shù)為1.01，氣候環(huán)境和人為管理對(duì)有機(jī)碳平衡狀態(tài)均為間接效應(yīng)，其間接影響路徑系數(shù)分別為1和0.87，氣候環(huán)境和土壤性質(zhì)對(duì)有機(jī)碳平衡的影響相當(dāng)高，因此可以說(shuō)，在未來(lái)有機(jī)碳平衡研究和實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)提升人為管理這一潛變量。

(2)反映各個(gè)潛變量的可測(cè)變量之間存在重要的相互影響的關(guān)系

有機(jī)碳平衡的過(guò)程是一個(gè)多因素共同作用的過(guò)程，潛變量之間的關(guān)系揭示了有機(jī)碳平衡的主線，可測(cè)變量除了表征潛變量外，相互之間的關(guān)系使其間接地影響了相關(guān)潛變量，進(jìn)一步揭示了各個(gè)潛變量之間的間接關(guān)系。由可測(cè)變量之間的互動(dòng)關(guān)系可進(jìn)一步顯示有機(jī)碳平衡過(guò)程中各個(gè)潛變量所代表的系統(tǒng)之間作用的重點(diǎn)，對(duì)潛變量的現(xiàn)狀關(guān)系做出進(jìn)一步解釋[17]。從表4可以看出，可測(cè)變量作物產(chǎn)量除了表征有機(jī)碳平衡這一潛變量外，同時(shí)與土壤性質(zhì)這一潛變量相關(guān)，其影響系數(shù)為0.568；而可測(cè)變量有機(jī)碳含量除了表征有機(jī)碳平衡這一潛變量外，對(duì)土壤性質(zhì)也有著間接影響，其影響系數(shù)高達(dá)0.993。這與土壤性質(zhì)對(duì)有機(jī)碳平衡具有正向直接影響的結(jié)果相吻合。

(3)表征潛變量的各個(gè)可測(cè)變量對(duì)其潛變量的貢獻(xiàn)程度有差異

從土壤機(jī)碳平衡潛變量的兩個(gè)可測(cè)變量來(lái)看，有機(jī)碳含量貢獻(xiàn)程度大于作物單產(chǎn)，其路徑系數(shù)分別為0.99、0.58，這個(gè)與實(shí)際情況相符；從自然環(huán)境潛變量的兩個(gè)可測(cè)變量來(lái)看，年均溫對(duì)于自然環(huán)境的貢獻(xiàn)最大，其次為坡度，最后為降雨量，其路徑系數(shù)依次為0.84、0.77、0.56，公認(rèn)溫度對(duì)土壤有機(jī)碳影響較大，是影響關(guān)系和趨勢(shì)較為明顯的可測(cè)變量；坡度影響著有機(jī)碳在空間上的遷移和再分布，也是影響較明顯的可測(cè)變量；而降雨量對(duì)土壤有機(jī)碳平衡影響較為復(fù)雜，易受到其他因素的影響；從土壤性質(zhì)潛變量的兩個(gè)可測(cè)變量可以看出，土壤質(zhì)地和pH對(duì)土壤性質(zhì)的表征比較接近，土壤性質(zhì)略微大于pH,分別為0.77和0.74；對(duì)于人為管理這個(gè)潛變量，耕種方式這一可測(cè)變量影響較大些，其次為秸稈施用量，最后為肥料施用量，其路徑系依次為0.9、0.69、0.57，根據(jù)路徑系數(shù)的結(jié)果判定，應(yīng)對(duì)人為管理這個(gè)潛變量中的耕作方式進(jìn)行更為科學(xué)合理的管理，以使有機(jī)碳平衡向更高狀態(tài)平衡發(fā)展。

4 結(jié)論與討論

土壤有機(jī)碳平衡是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，是潛變量與潛變量、潛變量與可測(cè)變量、可測(cè)變量與可測(cè)變量相互作用的結(jié)果。結(jié)構(gòu)方程模型的建立很好地描述了這一復(fù)雜關(guān)系。本研究通過(guò)對(duì)東北地區(qū)5個(gè)典型市縣結(jié)構(gòu)方程模型的建立、運(yùn)算和分析表明：土壤性質(zhì)對(duì)有機(jī)碳平衡具有直接影響作用；在土壤有機(jī)碳的平衡過(guò)程中，氣候環(huán)境、土壤性質(zhì)和人為管理具有兩兩相關(guān)性，且氣候環(huán)境和人為管理通過(guò)土壤性質(zhì)傳遞并影響土壤有機(jī)碳平衡，氣候環(huán)境的影響力大于人為管理的影響力。針對(duì)有機(jī)碳平衡關(guān)系所計(jì)算出的路徑系數(shù)，需要強(qiáng)化人為管理在土壤有機(jī)碳平衡過(guò)程中的作用，特別要在耕作方式上加強(qiáng)管理，促使有機(jī)碳平衡向更優(yōu)化方向發(fā)展。

當(dāng)然本研究探索性地將結(jié)構(gòu)方程模型引入了土壤有機(jī)碳平衡關(guān)系研究中，定量化研究影響有機(jī)碳平衡的因素，研究結(jié)果是由已有現(xiàn)狀數(shù)據(jù)所支撐的，是反映當(dāng)前狀態(tài)下的有機(jī)碳平衡關(guān)系，對(duì)于其形成的歷史根源及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)尚難以定論。因此，對(duì)于不同時(shí)期、不同尺度和不同條件下的有機(jī)碳平衡關(guān)系則需要更加完善和翔實(shí)指標(biāo)和調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)擬合，從而使結(jié)論更具科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

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Equilibrium relationships of soil organic carbon in the main croplands of northeast china based on structural equation modeling

LI Hui，WANG Jingkuan*，PEI Jiubo，LI Shuangyi

CollegeofLandandEnvironment,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang110866,China

Soil organic carbon equilibrium (SOCE) is a complex process determined by the interactions between of different latent variables, or between measurable variables, and between the latent and measurable variables. The interaction relationships could be well expressed by the structural equation modeling (SEM). Based on the surface soil (0—20 cm)data of some typical counties (Dunhua, Yushu, Gongzhuling, Changtu and Fuxin) in the Northeast China, a SEM of soil organic carbon equilibrium in those counties was simulated, and the relationships of SOCE as affected by different variables were evaluated. The results indicated that there were significant interactions between latent variables (climate regimes, soil properties and management practices). Soil properties had a direct positive effect on SOCE with a path coefficient 1.01, while climate regimes and management practices influenced on SOCE indirectly through soil properties. Moreover, the influence of climate was greater than that of the management with path coefficients of 1 and 0.87, respectively. According to the path coefficients calculated by the SEM on SOCE, it is very important to pay more attention to the effect of human activities (especially tillage practices), on the process of SOCE and it is extremely crucial to optimize SOCE by a better development.

latent variables; path coefficients; impact factors; tillage practices

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41171237); 中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)子課題“東北農(nóng)田土壤固碳潛力與速率研究”(XDA05050501)

2013- 03- 30;

日期:2014- 03- 25

10.5846/stxb201303300562

*通訊作者Corresponding author.E-mail: j-kwang@163.com

李慧，汪景寬，裴久渤，李雙異.基于結(jié)構(gòu)方程模型的東北地區(qū)主要旱田土壤有機(jī)碳平衡關(guān)系研究.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(2):517- 525.

Li H，Wang J K，Pei J B，Li S Y.Equilibrium relationships of soil organic carbon in the main croplands of northeast china based on structural equation modeling.Acta Ecologica Sinica,2015,35(2):517- 525.