張錄，張芳，2，熊黑鋼，3，段鵬程，李榮榮，張南

（1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，教育部綠洲生態(tài)重點(diǎn)試驗(yàn)室，新疆烏魯木齊830046；2.新疆大學(xué)生態(tài)學(xué)博士后流動(dòng)站，新疆烏魯木齊830046；3.北京聯(lián)合大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院，北京100191）

不同季節(jié)強(qiáng)堿土土壤呼吸影響因子分析與模型預(yù)測(cè)

張錄1，張芳1，2，熊黑鋼1，3，段鵬程1，李榮榮1，張南1

（1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，教育部綠洲生態(tài)重點(diǎn)試驗(yàn)室，新疆烏魯木齊830046；2.新疆大學(xué)生態(tài)學(xué)博士后流動(dòng)站，新疆烏魯木齊830046；3.北京聯(lián)合大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院，北京100191）

利用LI－8100土壤碳通量測(cè)量?jī)x測(cè)定了春夏秋三季晴朗天氣下強(qiáng)堿土土壤呼吸速率、溫度（氣溫和地溫）、濕度（空氣相對(duì)濕度和土壤濕度）數(shù)據(jù)，分析了它們之間的相關(guān)關(guān)系，獲得不同季節(jié)對(duì)土壤呼吸影響較大的因子，并建立不同類別的多種回歸模型；在精度檢驗(yàn)及簡(jiǎn)單易行原則基礎(chǔ)上，得到各季節(jié)土壤呼吸預(yù)測(cè)的最優(yōu)模型。結(jié)果表明：（1）雖然溫濕度均是影響不同季節(jié)強(qiáng)堿土土壤呼吸的主要因素，但均以溫度的影響較大，其中氣溫是春秋兩季土壤呼吸的最大直接影響因子，地溫是夏季的最大直接影響因子，而土壤濕度為各季節(jié)最大的間接影響因子。（2）春秋季土壤呼吸的最佳預(yù)測(cè)模型均為10 cm處氣溫和土壤濕度所建的雙因子方程，該方程具有較小的均方根誤差（RMSE）（分別為0.159和0.259），且相對(duì)分析誤差（RPD）＞2（分別為2.9、2.094），具有非常好的預(yù)測(cè)能力。夏季土壤呼吸最佳預(yù)測(cè)模型則為包含10 cm處氣溫、地溫、空氣相對(duì)濕度和土壤濕度所建的4因子方程，RMSE為0.248，RPD＞2（為2.406），可用于精確預(yù)測(cè)。（3）各季節(jié)土壤呼吸變化趨勢(shì)與其影響因子的變化，因春季的完全同步，夏季基本一致，而秋季一致性較差，故春季土壤呼吸最佳預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度最高（92.67%），夏季次之（84.99%），秋季較差（77.23%）。

強(qiáng)堿土；土壤呼吸；影響因子；預(yù)測(cè)模型

土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，是土壤碳素向大氣輸出的主要途徑［1－2］。土壤碳庫(kù)的較小變動(dòng)即會(huì)顯著改變大氣中CO2濃度和土壤碳沉積速率［3］。干旱半干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，具有極端的非生物生態(tài)因子，該區(qū)域土壤有機(jī)碳含量偏低，土壤呼吸對(duì)溫度與水分變化極為敏感，因此成為衡量區(qū)域氣候變化的重要指標(biāo)之一［4］。對(duì)于土壤呼吸的影響因子研究較多，尤其以溫度和水分較為突出，了解這些因子與土壤呼吸之間的關(guān)系，對(duì)于區(qū)域碳循環(huán)的估計(jì)和預(yù)測(cè)有重要意義。溫度是調(diào)節(jié)和控制許多生態(tài)學(xué)過程的關(guān)鍵因素，也是影響土壤呼吸的決定性因子之一。土壤呼吸與溫度間的擬合方式較多，主要有線性方程［5］、指數(shù)方程［6］、Arrhenius方程［7］、冪函數(shù)方程［8］和邏輯斯蒂方程［9］。水分對(duì)土壤呼吸的影響也很重要，與土壤呼吸存在著不同的相關(guān)關(guān)系，擬合方式主要有線性方程［10－12］、三次曲線模型［13］等。對(duì)干旱半干旱區(qū)土壤呼吸及影響因子的研究多集中在森林、沙漠、農(nóng)田等［14－17］，而強(qiáng)堿土土壤呼吸的影響因子分析及建立估測(cè)模型的相關(guān)研究相對(duì)較少。本文以干旱區(qū)強(qiáng)堿土為研究對(duì)象，通過分析春、夏、秋季土壤呼吸與其同步所測(cè)定的溫濕度氣象因子的相關(guān)關(guān)系，找出不同季節(jié)強(qiáng)堿土土壤呼吸日變化的主要影響因子，以此建立估測(cè)模型，并以簡(jiǎn)單易行為原則，選出各季節(jié)最佳模型，為干旱區(qū)碳儲(chǔ)量的快速估測(cè)提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于天山山脈東段北坡與準(zhǔn)噶爾盆地東南緣地區(qū)過渡地帶的新疆奇臺(tái)縣草原站（44°04′42.62″N，89°53′24.81″E），海拔791 m，處于中部沖積平原區(qū)，屬于中溫帶大陸性干旱半干旱氣候，年平均氣溫4.7℃，年平均降水量176 mm，蒸發(fā)潛力2 141 mm，年日照時(shí)數(shù)2 280～3 230 h。這里存在大面積堿化土壤，在準(zhǔn)噶爾盆地東南緣范圍內(nèi)具有很強(qiáng)的代表性。

2 材料與方法

2.1 樣地選擇及土壤性質(zhì)

奇臺(tái)縣平原區(qū)東部草原站土壤堿化情況嚴(yán)重且面積較大，在此區(qū)域內(nèi)采用梅花樁采樣法，設(shè)5個(gè)樣點(diǎn)，取0～20 cm土層土樣，混合均勻，得到均一土樣。其所含基本成分由中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所專業(yè)土壤分析人員測(cè)定，基本土壤性質(zhì)如下：pH值范圍在10以上，有機(jī)質(zhì)含量極低，約為2.5 g·kg－1，電導(dǎo)率的范圍在3.34～4.57 ms·cm－1之間（表1）。根據(jù)中國(guó)土壤地理發(fā)生學(xué)分類和系統(tǒng)分類近似參比［18］及堿化土壤分級(jí)相關(guān)研究結(jié)果［19］，樣區(qū)土壤屬于強(qiáng)堿土（堿積鹽成土），本文以此為研究對(duì)象，在地勢(shì)平坦，避開農(nóng)田、居民點(diǎn)和道路等人為影響的區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 土壤基本性質(zhì)Table 1 The properties of tested soil

2.2 土壤呼吸和溫濕度的測(cè)定

在樣地內(nèi)設(shè)置一個(gè)土壤呼吸環(huán)（因5個(gè)樣點(diǎn)的土壤理化性質(zhì)差異不明顯，設(shè)置1個(gè)呼吸環(huán)可代表整個(gè)研究對(duì)象），即直徑20 cm，高20 cm的PVC管，將其置入土中，露出地表約3 cm。為避免安置PVC管對(duì)土壤呼吸速率造成短時(shí)間的擾動(dòng)，需靜置24 h待其平衡。利用開路式土壤碳通量測(cè)量?jī)xLI－8100（LI－COR，USA）每1 h自動(dòng)測(cè)1次土壤呼吸速率（每次測(cè)2個(gè)值，取其平均值），進(jìn)行24 h動(dòng)態(tài)觀測(cè)，共測(cè)定3 d。同時(shí)用Testo625溫濕度計(jì)同步記錄了近地表氣溫與空氣相對(duì)濕度（10 cm處），10 cm處土壤濕度和地溫的數(shù)據(jù)則分別由LI－8100儀器所帶的ML2x水分和E型熱電偶溫度傳感器測(cè)得。試驗(yàn)選取春、夏、秋季中具有代表性的4、8、10月進(jìn)行，且期間均為晴朗天氣。

2.3 數(shù)據(jù)處理

由于各次試驗(yàn)期間每天之間的溫度和濕度的變化相差不大，因此將前2天的觀測(cè)數(shù)據(jù)平均成一天，進(jìn)行建模，第3天的數(shù)據(jù)作為檢驗(yàn)樣本，對(duì)土壤呼吸速率與各因子所建模型進(jìn)行檢驗(yàn)。數(shù)據(jù)整理和作圖在Microsoft Excel 2003中進(jìn)行，分析在SPSS19.0和DPS7.5中完成。

2.4 通徑分析

通徑分析是應(yīng)用通徑系數(shù)分析方法，在相關(guān)分析與回歸分析基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究因變量與自變量之間的數(shù)量關(guān)系，并可將相關(guān)系數(shù)分解為直接作用系數(shù)和間接作用系數(shù)，以揭示各個(gè)因素對(duì)因變量的相對(duì)重要性。通徑系數(shù)是從簡(jiǎn)單的相關(guān)系數(shù)矩陣開始，通過求解通徑系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化正規(guī)方程，進(jìn)而求出直接通徑系數(shù)和間接通徑系數(shù)［20］。

設(shè)在p個(gè)自變量x1，x2，x3，…，xp中，每?jī)蓚€(gè)變量之間與因變量y之間的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)可以構(gòu)成求解通徑系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化正規(guī)方程：

其中，ρ1，ρ2，…，ρp為直接通徑系數(shù)。直接通徑系數(shù)可以通過求上述相關(guān)矩陣的逆矩陣而獲得。假設(shè)Cij為相關(guān)矩陣rij的逆矩陣，那么直接通徑系數(shù)ρi（i＝1，2，…，p）為

直接通徑系數(shù)ρi常表示為ρi→y；間接通徑系數(shù)ρi→j→y可以通過相關(guān)系數(shù)rij和直接通徑系數(shù)ρj→y來計(jì)算，ρi→j→y＝rijρj→y。

2.5 模型檢驗(yàn)

通過以下3個(gè)檢驗(yàn)參數(shù)來判定模型的精度：（1）均方根誤差（RMSE）：其值越小，表明實(shí)際值和模型預(yù)測(cè)值之間的偏差越小，模型的精度越高。計(jì)算公式為：

其中，n為樣本個(gè)數(shù)，yi和分別代表實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值。

（2）相對(duì)分析誤差（RPD）：當(dāng)RPD＞2時(shí)，表明模型具有非常好的預(yù)測(cè)能力；當(dāng)2＞RPD＞1.4時(shí)，說明模型可對(duì)樣品進(jìn)行粗略估計(jì)，RPD＜1.4時(shí)，則表明模型無法對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)測(cè)［21］。公式如下：

公式中，S.D.為樣本標(biāo)準(zhǔn)差。

（3）模型判定系數(shù)（R2）：即模型預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)的平方來判定模型的精度，R2越高，表明預(yù)測(cè)模型精度越高。其公式如下：

3 結(jié)果與分析

3.1 溫度和濕度與土壤呼吸的相關(guān)關(guān)系

將三個(gè)季節(jié)強(qiáng)堿土土壤呼吸速率與同步所測(cè)得的溫度、濕度進(jìn)行相關(guān)分析（表2）。春、秋季土壤呼吸均與氣溫、空氣相對(duì)濕度和土壤濕度達(dá)到了極顯著相關(guān)，且前者與地溫的相關(guān)性顯著，而后者與地溫?zé)o顯著相關(guān)性。兩季節(jié)相關(guān)性大?。ń^對(duì)值）分別依次為氣溫＞空氣相對(duì)濕度＞土壤濕度＞地溫、氣溫＞土壤濕度＞空氣相對(duì)濕度＞地溫。氣溫為其土壤呼吸變化的最主要影響因子（0.923和0.669）。同時(shí)，它們除與空氣相對(duì)濕度為負(fù)相關(guān)外，與其它3因子均為正相關(guān)。

夏季土壤呼吸與氣溫、地溫、空氣相對(duì)濕度和土壤濕度均達(dá)到了極顯著相關(guān)關(guān)系，同時(shí)，與空氣相對(duì)濕度為正相關(guān)，而與其它3個(gè)因子為負(fù)相關(guān)。這與春、秋季與其影響因子的關(guān)系相反。此外，以土壤呼吸與地溫的相關(guān)系數(shù)為最大（0.748），其余依次為土壤濕度、空氣相對(duì)濕度、氣溫。

上述相關(guān)分析表明，春、秋季強(qiáng)堿土土壤呼吸受氣溫的影響最大，而夏季則受地溫的影響最大。此外，不論哪個(gè)季節(jié)強(qiáng)堿土土壤呼吸受濕度的影響也較大（相關(guān)性均達(dá)極顯著）。

3.2 土壤呼吸影響因子的通徑分析

為進(jìn)一步分析各季節(jié)土壤呼吸與其影響因子的關(guān)系，使用通徑分析方法，對(duì)比其通徑系數(shù)絕對(duì)值的大小來找出最大的直接和間接影響因子（表3）。氣溫對(duì)強(qiáng)堿土春、秋季節(jié)土壤呼吸的直接作用最大（1.5735、2.3722），而對(duì)夏季土壤呼吸直接作用最大的因子是地溫（－2.7964）。

對(duì)比間接通徑系數(shù)，春、秋季的土壤濕度與空氣相對(duì)濕度的間接作用均較大（－1.4809和1.5119、－2.2611和2.3275），且均通過氣溫起間接作用。而夏季氣溫、空氣相對(duì)濕度、土壤濕度的間接作用亦較大（－2.4114、2.5718、－2.7123），均通過地溫來影響。土壤濕度是影響春、夏、秋季土壤呼吸的最大間接因子。此外，各季節(jié)所選的這些較大間接通徑系數(shù)均與其最大直接通徑系數(shù)在同一量級(jí)，表明其它因子的間接作用對(duì)于土壤呼吸的影響也大。

表2 溫度、濕度與土壤呼吸的相關(guān)關(guān)系Table 2 Correlation coefficients between soil respiration rate，temperature and humidity

表3 各季節(jié)土壤呼吸影響因子的通徑分析Table 3 Path analysis on soil respiration influencing factors in each season

通徑分析結(jié)果與上述相關(guān)分析的結(jié)論一致，更進(jìn)一步表明溫度因子是各季節(jié)強(qiáng)堿土的最主要影響因素，但溫濕度的耦合作用對(duì)于它的影響也不可忽略。

3.3 模型建立

3.3.1 單因子最優(yōu)模型選取各季節(jié)與土壤呼吸的相關(guān)系數(shù)最大的因子建立線性、冪函數(shù)、指數(shù)、負(fù)指數(shù)、雙曲線、對(duì)數(shù)、二階、三階函數(shù)模型進(jìn)行對(duì)比，在此僅列出R2≥0.5，且P為0.000的模型（表4）。春季的Yɑ1、Yɑ6、Yɑ7方程的R2均達(dá)到了0.86以上，但后兩者比前者僅大0.011和0.022，其差距不明顯，且方程更復(fù)雜，所以Yɑ1方程為春季土壤呼吸預(yù)測(cè)的最佳單因子模型。同理，夏季的Yb1和秋季的Yc1方程，均具有較大的R2，且更簡(jiǎn)單易操作，所以二者為兩季節(jié)土壤呼吸預(yù)測(cè)的最佳單因子模型。同時(shí)，這反映出氣溫不僅是影響春、秋季強(qiáng)堿土土壤呼吸的最主要因子并且兩者呈線性關(guān)系，而夏季強(qiáng)堿土的土壤呼吸最主要影響因子則為地溫。上述單因子模型，春季的R2達(dá)到0.8，夏、秋季的R2均達(dá)到0.5以上，雖然溫度是影響各季節(jié)土壤呼吸的主要因素，但是夏、秋季模型R2仍然較低?？梢姖穸纫蛩氐淖饔貌豢珊雎裕寥篮粑鞘軠?、濕度共同控制的，需將二者共同引入建立方程。

表4 單因子土壤呼吸預(yù)測(cè)模型Table 4 Single factor forecastingmodel for soil respiration

3.3.2 多因子最優(yōu)模型利用線性擬合分析將各季節(jié)與土壤呼吸相關(guān)性達(dá)到極顯著水平的因子進(jìn)行多因子建模（表5）。因變量為實(shí)測(cè)土壤呼吸速率，自變量為同步所測(cè)的氣溫、地溫、空氣相對(duì)濕度和土壤濕度。所有模型均通過P＜0.01檢驗(yàn)，即模型均有效。

春、秋季所建的模型中，除Yɑ9、Yc7模型R2（0.779和0.415）明顯小于兩季節(jié)所選的最優(yōu)單因子方程R2（0.867和0.505）外，其余方程的R2隨建模因子的增多而明顯提高。可見，由濕度因子建立的模型精度差，表明濕度不是影響土壤呼吸的主要因子，而氣溫是最主要的影響因子，它與濕度共同建立的模型更好，即精度更高。

夏季的Yb7、Yb8、Yb11、Yb14方程R2低于土壤呼吸與地溫所建的最佳單因子方程R2（0.572），而其余方程R2則隨建模因子的增多而明顯提高?？梢?，氣溫和濕度因子建模，以及濕度因子獨(dú)立建模，精度均較差。地溫因子參與建模，方程精度均較高，表明其是影響夏季土壤呼吸的最主要因子，且加入其它因素后模型更好。

將春、夏、秋季R2最高的多因子模型（Yɑ11、Yb16、Yc8）與所選最佳單因子模型（Yɑ1、Yb1、Yc1）對(duì)比，從R2的大小來看，多因子模型比單因子模型分別高0.12、0.279、0.309。這反映出，不論哪個(gè)季節(jié)溫、濕度的耦合控制了強(qiáng)堿土的土壤呼吸。

3.4 模型選擇與精度檢驗(yàn)

將選取的最優(yōu)單因子、多因子模型進(jìn)行精度檢驗(yàn)并對(duì)比分析（表6）。春季所選的3個(gè)方程，其RPD均大于2，都可對(duì)強(qiáng)堿土土壤呼吸做精確的預(yù)測(cè)。從R2來看，Yɑ1方程擬合優(yōu)度明顯較低，而另外兩模型的R2較大，且相差不大，但是雙因子Yɑ10模型更簡(jiǎn)便易行，RMSE最?。?.159），RPD最大（2.9），其有更好的預(yù)測(cè)能力，是春季土壤呼吸日變化的最佳預(yù)測(cè)模型。此外，Yɑ1方程反映出氣溫是決定春季強(qiáng)堿土土壤呼吸估測(cè)模型精度的最主要因子，也可以直接用來預(yù)測(cè)春季土壤呼吸。Yɑ10方程在氣溫的建?；A(chǔ)上加入了土壤濕度因子，模型預(yù)測(cè)精度進(jìn)一步提升，但在此基礎(chǔ)上加入了空氣相對(duì)濕度因子的Yɑ11方程，其預(yù)測(cè)精度（RPD）降低，這因?yàn)榭諝庀鄬?duì)濕度的日際變化大，沒有氣溫和土壤濕度的日際變化穩(wěn)定，它的參與降低了預(yù)測(cè)模型的精度。

夏季的Yb1、Yb6、Yb13、Yb16方程較優(yōu)，其中地溫是決定夏季強(qiáng)堿土土壤呼吸預(yù)測(cè)模型精度的最主要影響因子，但是只能做粗略的估測(cè)。隨著建模因子的增加，R2不斷增大（分別為0.572、0.643、0.768、0.851）。與前者的R2相比，后三者方程R2分別增加了0.071、0.196、0.279。從4個(gè)方程的精度檢驗(yàn)結(jié)果可看出，RMSE隨建模因子的增加不斷變小，且RPD不斷增大，4個(gè)因子共建的方程Yb16具有最小的RMSE和最大的RPD（2.406），其是夏季土壤呼吸日變化的最優(yōu)模型，可做精確預(yù)測(cè)。這表明除地溫外，其它3個(gè)因子的間接作用也較大，這與通徑分析結(jié)果一致。

表5 各季節(jié)土壤呼吸與溫、濕度模型Table 5 Themodel of soil respiration and temperature and humidity for seasons

秋季3個(gè)模型的R2相比，Yc6、Yc8比Yc1分別增加了0.232和0.309，但前者比后者僅小0.077，同時(shí)其RMSE最小，RPD最大，為2.094，且其為雙因子模型，更簡(jiǎn)單，所以選擇Yc6方程為秋季土壤呼吸日變化的最佳估測(cè)模型。Yc1所建立的最主要影響因子（氣溫）模型，不能對(duì)土壤呼吸進(jìn)行粗略預(yù)測(cè)，但Yc6模型中加入土壤濕度因子，就具有很高的預(yù)測(cè)精度，說明土壤濕度對(duì)于秋季土壤呼吸有重要的作用。Yc8模型在加入空氣相對(duì)濕度因子后，其預(yù)測(cè)精度較Yc6差，這與春季相同。

3.5 各季節(jié)最佳預(yù)測(cè)模型對(duì)比及影響因子分析

將春、夏、秋季土壤呼吸日變化的最佳預(yù)測(cè)模型Yɑ10、Yb16和Yc6所計(jì)算的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值作圖以及方程擬合（圖1）?？煽闯觯杭镜膶?shí)測(cè)與預(yù)測(cè)土壤呼吸值吻合最好，其方程的決定系數(shù)R2最大（0.9267），夏季次之（R2＝0.8499），秋季較差（R2＝0.7723）。

由于春季融雪及凍土解融后，土壤濕度大，有利于表層土壤碳酸鹽（CaCO3、Na2CO3等）吸收CO2，其反應(yīng)生成的重碳酸鹽（Ca（HCO3）2、NaHCO3等）在白天氣溫升高（氣溫低于20℃）狀態(tài)下分解釋放，而夜間（9∶00—次日8∶00）低溫下又緩慢吸收，土壤呼吸日變化與氣溫、土壤濕度日變化的趨勢(shì)完全一致（均在13∶00左右達(dá)到最大，夜間一致降低），線性方程可很好地?cái)M合它們之間的關(guān)系，模型精度最高。

夏季氣溫、地溫、土壤濕度變化曲線與土壤呼吸變化相反（3因子均在16∶00左右達(dá)到最大值，而土壤呼吸早1 h達(dá)到最小值，夜間時(shí)段其隨三者的降低而增大），而空氣相對(duì)濕度變化則與其變化基本一致。在9∶00—15∶00時(shí)段土壤呼吸隨地溫的升高而降低（因溫度高，其氣溫、地溫分別在35℃、30℃左右，土壤濕度在11%左右，高溫加速了碳酸鹽與CO2的化學(xué)反應(yīng)速率，吸收CO2），而16∶00—21∶00時(shí)段則隨溫度的降低而增大（溫度降低，使得土壤中化學(xué)反應(yīng)變慢，消耗CO2的量減少）。各影響因子與土壤呼吸的變化大致同步，故模型的精度較低。

而秋季土壤呼吸日變化在11∶00—15∶00時(shí)段與氣溫、土壤濕度變化完全相反，但在其它時(shí)段卻變化一致（此時(shí)段氣溫較高，其接近30℃，加之土壤濕度較大，有利于近地表土壤中碳酸鹽與CO2的反應(yīng)吸收）。其影響因子與土壤呼吸的變化一致性最差，模型精度也最低。

圖1 實(shí)測(cè)與預(yù)測(cè)土壤呼吸速率的對(duì)比及模型擬合（a1、a2：春季；b1、b2：夏季；c1、c2：秋季）Fig.1 The comparisons and model fitting of soil respiration rate between themeasured and predicted values（a1，a2：Spring；b1，b2：Summer；c1，c2：Autumn）

4 結(jié)論

1）春、秋季強(qiáng)堿土土壤呼吸與氣溫、空氣相對(duì)濕度和土壤濕度均達(dá)到了極顯著相關(guān)，與氣溫的相關(guān)性最強(qiáng)。夏季土壤呼吸與溫、濕度四因子均存在極顯著的相關(guān)關(guān)系，與地溫的相關(guān)性最高。通徑分析表明，氣溫是春、秋季土壤呼吸的最大直接影響因子，夏季則為地溫因子，且均以土壤濕度間接作用最大。溫、濕度的耦合控制土壤呼吸變化。

2）各季節(jié)土壤呼吸與相關(guān)性最大因子所建的8種模型中，以線性模型為最佳，均具有較大R2，且簡(jiǎn)便易操作。隨著建模因子的增加，多因子模型R2基本上不斷增大，但單獨(dú)的濕度因子所建模型精度均較差。

表6 土壤呼吸估測(cè)模型的精度檢驗(yàn)Table 6 The precision test of soil respirationpredictingmodels

3）在簡(jiǎn)單易行的原則下，春、秋季土壤呼吸的最佳預(yù)測(cè)模型均為10 cm處氣溫和土壤濕度所建的雙因子方程。夏季最佳預(yù)測(cè)模型則為與10 cm處氣溫、地溫、空氣相對(duì)濕度和土壤濕度所建的4因子方程。

4）各季節(jié)土壤呼吸最佳預(yù)測(cè)模型，春季的預(yù)測(cè)精度最高（R2＝0.9267），夏季次之（R2＝0.8499），秋季較差（R2＝0.7723）。

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Impact factor analysis and model prediction of strong alkaline soil respiration in different seasons

ZHANG Lu1，ZHANG Fang1，2，XIONG Hei-gang1，3，DUAN Peng-cheng1，LIRong-rong1，ZHANG Nan1
（1.College of Resourcesɑnd Environmentɑl Science，Xinjiɑng University／Key Lɑborɑtory of Oɑsis Ecology ofMinistry of Educɑtion，Urumqi，Xinjiɑng 830046，Chinɑ；2.Ecology Post-doctorɑl Reseɑrch Stɑtion，Xinjiɑng University，Urumqi，Xinjiɑng 830046，Chinɑ；3.College of Artsɑnd Sciencesof Beijing Union University，Beijing 100191，Chinɑ）

In this paper，strong alkaline soil respiration rate has beenmeasured in spring，summer，autumn under sunny weather condition by using LI－8100 soil carbon fluxmeter，temperature（air temperature and soil temperature），humidity（relative humidity and soilmoisture）were also recorded simultaneously，and the correlation among above factors has been analyzed to identify the key factors influencing soil respiration in different season，and establish a variety of regressionmodels.On the basis of the accuracy test and simple principle，the optimalmodel to predict the seasonal soil respiration has been selected.The results show that：（1）Although the temperature and humidity are themain factors affecting strong alkaline soil respiration in different seasons，but the temperature has relatively larger effect，where the air temperature is the biggestdirect impact factor on soil respiration in spring and autumn，while in summer，the soil temperature is the greatest direct impact factor，and soilmoisture is the largest indirect factor in all season.（2）The best predictionmodel of soil respiration in spring and autumn is the two-factor equation composed of air temperatures at 10 cmlayer and soilmoisture，which has a smaller RMSE（0.159 and 0.259，respectively），and the RPD＞2（2.9，2.094，respectively），has a better predictive accuracy.The best soil respiration predictivemodel for summer season is composed of air temperature at 10 cm，surface temperature，relative humidity and soilmoisture，RMSE is 0.248，RPD＞2（of 2.406）.（3）The trend of soil respiration variation and their impact factorswas similar in spring，but different in summer and autumn.In spring the soil respiration model has the highest prediction accuracy（92.67%），followed by summer（84.99%）and poor in fall（77.23%）.

strong alkaline soil；soil respiration；impact factor；prediction model

S154.1

：A

1000-7601（2017）01-0071-08

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.01.11

2016-01-25

國(guó)家自然科學(xué)基金（41261049、41171165）；中國(guó)博士后科學(xué)基金（2013M532100）；北京市屬高等學(xué)校高層次人才引進(jìn)與培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目（IDHT20130322）

張錄（1989—），男，陜西漢中人，碩士，主要從事干旱區(qū)環(huán)境研究。E-mail：zhanglu1356＠126.com。

張芳（1969—），女，山東嘉祥人，副教授，主要從事干旱區(qū)環(huán)境與人地關(guān)系的研究。E-mail：zhangf602＠163.com。