施氮量對膜下滴灌甜菜生長速率及氮肥利用效率的影響

郭曉霞，蘇文斌，樊福義，黃春燕，任霄云，王玉芬，閆文芝

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院特色作物研究所， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2.內(nèi)蒙古大學生命科學學院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021； 3.巴彥淖爾市農(nóng)牧業(yè)科學院， 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000)

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施氮量對膜下滴灌甜菜生長速率及氮肥利用效率的影響

郭曉霞1，蘇文斌1，樊福義1，黃春燕1，任霄云1，王玉芬2，閆文芝3

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院特色作物研究所， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2.內(nèi)蒙古大學生命科學學院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021； 3.巴彥淖爾市農(nóng)牧業(yè)科學院， 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000)

摘要：為探明內(nèi)蒙古冷涼干旱區(qū)不同施氮水平對膜下滴灌甜菜生長速率和氮素分配、轉(zhuǎn)移及利用效率的影響，并進一步篩選出適宜該地區(qū)膜下滴灌甜菜的最佳施氮量。本文通過兩年田間試驗，分析了不同施氮水平對甜菜全生育期干物質(zhì)積累、不同器官氮素積累量以及氮素增長速率和產(chǎn)量構(gòu)成因素的動態(tài)變化規(guī)律，揭示了不同施氮水平下甜菜的氮肥利用效率、產(chǎn)量及含糖率的差異效應(yīng)。通過田間定位試驗，采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)4次。結(jié)果表明，甜菜各農(nóng)藝性狀隨施氮量的增大呈先增加后降低的變化趨勢，其中以50、100 kg·hm-2和150 kg·hm-2處理較好。甜菜含糖率隨氮肥用量的增加而降低，且無底肥施氮量為0 kg·hm-2較在磷鉀肥基礎(chǔ)上施氮量為0、50、100、150 kg·hm-2和200 kg·hm-2處理甜菜含糖率分別增加了3.20%、3.63%、8.30%、13.07%和12.24%。甜菜氮素積累量隨施氮水平的增加及生育時期的推進均呈增加趨勢；隨施氮量的增加氮肥吸收利用率呈先增加后降低的變化規(guī)律，氮肥農(nóng)學利用率、氮肥生理利用率和氮肥偏生產(chǎn)力則呈降低趨勢。綜合甜菜農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、含糖量及氮肥利用率的分析可知，該地區(qū)膜下滴灌甜菜的最佳施氮量為100 kg·hm-2。

關(guān)鍵詞：施氮水平；膜下滴灌；甜菜；氮肥利用率；含糖率；產(chǎn)量

膜下滴灌技術(shù)可有效地提高土壤溫度，抑制棵間蒸發(fā)和減少土壤深層滲漏，可減少水分消耗，節(jié)水達40%～50%，增產(chǎn)20%～30%左右[1-3]。內(nèi)蒙古是我國甜菜種植的主產(chǎn)區(qū)之一，其種植區(qū)域大都分布在干旱冷涼區(qū)，由于水資源短缺、春寒春旱等氣候條件的影響，造成甜菜產(chǎn)量低而不穩(wěn)、含糖率低等問題。而膜下滴灌技術(shù)的節(jié)水、保墑、增溫等優(yōu)勢恰好解決了甜菜種植區(qū)的系列難題，為干旱冷涼區(qū)發(fā)展高效甜菜栽培開辟了一條新路，其技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。

國內(nèi)外大量研究表明，氮肥的施用為增加作物產(chǎn)量做出了巨大貢獻[4]，然而施用氮肥造成水體富營養(yǎng)化日趨嚴重[5]，大氣氮沉降量持續(xù)升高[6]，過量施用氮肥不僅降低氮肥利用率而且加劇了環(huán)境污染[7]，還出現(xiàn)了病蟲害發(fā)生加劇、甜菜品質(zhì)降低等一系列問題。氮肥當季利用率低是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在的主要問題，也是近年來我國學者特別關(guān)注的問題。在實際生產(chǎn)中，氮肥施用量一直呈增長趨勢[8]。部分研究表明，氮肥施用可以培肥地力[9-11]，提高產(chǎn)量[12-14]，但也有研究表明，氮肥施用到一定程度，產(chǎn)量不再增加甚至有減產(chǎn)趨勢，主要是由于氮肥施用過多造成作物貪青晚熟從而導(dǎo)致減產(chǎn)。研究表明，在減少施氮量的情況下小麥[15-17]和玉米[18]有增產(chǎn)增收現(xiàn)象。甜菜對氮肥的需求是不可或缺的，但施用量過多或過少都存在明顯負效應(yīng)，氮營養(yǎng)條件對甜菜的生理過程和產(chǎn)量有很大影響，當?shù)适┯昧繂畏矫嬖黾訒r可相應(yīng)地提高其產(chǎn)量，而氮不足時可明顯降低其產(chǎn)量。由于甜菜屬無限生長型作物，氮肥過量施用會造成莖葉明顯徒長，影響?zhàn)B分向塊根轉(zhuǎn)移造成減產(chǎn)；同時施氮量增加也明顯降低甜菜含糖率和品質(zhì)[19]。因此，為了甜菜的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效栽培，篩選出適合該地區(qū)膜下滴灌的適宜氮肥施量，是該技術(shù)長足發(fā)展的前提。

針對內(nèi)蒙古冷涼干旱區(qū)的氣候特點，本文研究膜下滴灌條件下不同施氮量對甜菜生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的影響，旨在篩選出符合本地區(qū)膜下滴灌甜菜生產(chǎn)的施氮模式，并進一步實現(xiàn)甜菜的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效栽培，提高肥料利用效率，減少資源浪費，為甜菜旱地栽培的可持續(xù)發(fā)展提供一定的技術(shù)支持。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗設(shè)在內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院院內(nèi)試驗田，供試甜菜品種：kws7156，供試土壤為壤土。試驗地土壤養(yǎng)分狀況見表1。

1.2試驗設(shè)計

試驗在P2O5為300 kg·hm-2(P300)，K2O為50 kg·hm-2(K50)的肥底基礎(chǔ)上，設(shè)置5個施氮水平，氮素處理分別為0、50、100、150、200 kg·hm-2，依次以N1、N2、N3、N4、N5表示，N0為無肥底處理(施氮量為0 kg·hm-2)，試驗共6個處理。采取隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)4次。試驗小區(qū)面積為30 m2，行距50 cm，株距25 cm。供試肥料中氮肥為尿素(含N 46%)，磷肥為重過磷酸鈣(含P2O546%)，鉀肥為硫酸鉀(含K2O 50%)，所有肥料以基肥的形式一次性施入。

膜下滴灌采用0.008 mm(厚)×70 cm(寬)聚乙烯地膜，配置模式為“一膜一管雙行”，覆膜前將毛管放在兩行中間，滴距為25cm滴管帶，滴管帶有滴水孔的一面必須朝上。膜邊覆土厚度3～5 cm，在膜上每隔2 m放置一小土堆壓膜，防止大風刮走或刮破地膜。

1.3測定指標與方法

1.3.1氮含量測定植株樣品以葉片、莖稈、塊根分器官取樣，于烘箱中105℃殺青后，降溫至75℃烘干，稱重，粉碎后留樣。采用凱氏定氮法測定植株全氮含量。樣品分別于甜菜的苗期(6月5日)、葉叢快速生長期(7月4日)、塊根及糖分增長期(8月9日)、糖分積累期(9月6日)和收獲期(10月9日)進行采樣測定。

1.3.2測產(chǎn)與檢糖甜菜成熟期從每個小區(qū)隨機取40株甜菜作為考種材料，測定單位面積產(chǎn)量、錘度和含糖率，并計算產(chǎn)糖量。

1.3.3計算方法

產(chǎn)糖量(kg·hm-2)=產(chǎn)量×含糖率；

氮肥農(nóng)學利用率(kg·kg-1)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量；

氮肥吸收利用率(%)=(施氮區(qū)地上部分吸氮量-不施氮區(qū)地上部吸氮量)/施氮量×100%；

氮肥生理利用率(kg·kg-1)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/(施氮區(qū)地上部吸氮量-不施氮區(qū)地上部吸氮量)；

氮肥偏生產(chǎn)力(kg·kg-1)=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量。1.3.4統(tǒng)計方法采用SAS9.0數(shù)據(jù)處理軟件

2結(jié)果與分析

2.1施氮水平對膜下滴灌甜菜生長進程的影響

由表2可知，不同施氮水平對膜下滴灌甜菜生長動態(tài)趨勢的影響基本一致，甜菜株高、葉鮮重、莖鮮重和葉面積指數(shù)均隨生育時期的推進呈先增加后降低的變化趨勢，主要是由于甜菜這種作物比較特殊，到生育后期老葉逐漸變黃枯萎脫落，尤其在褐斑病發(fā)生時，促進脫落速度和數(shù)量，導(dǎo)致后期甜菜株高和生物量均有下降趨勢。不同處理間甜菜莖葉鮮重及葉面積指數(shù)大小順序為N3>N4>N2>N5>N0>N1，且各處理間基本達差異顯著性水平(P<0.05)。在生育后期(9月6日)，N3、N4、N2、N5和N0分別較N1甜菜的葉鮮重增加了57.80%、45.88%、31.19%、42.66%和11.47%；莖鮮重增加了43.20%、21.69%、14.16%、5.52%和4.78%；葉面積指數(shù)增加了69.43%、47.16%、56.77%、37.99%和1.75%。而甜菜葉片隨老葉的枯萎，新葉不斷長出，到生育中后期一直保持在20～30片之間，且處理間的差異性逐漸減小。甜菜塊根鮮重在生育期內(nèi)一直呈增加趨勢，不同處理間為N3>N4>N2>N5>N0>N1，其鮮重依次較N1處理增加了18.91%、10.08%、17.01%、7.81%和2.56%，且各處理間基本達差異顯著性水平(P<0.05)。各性狀指標在兩個無氮處理中為N0>N1，可能是由于N0在無底肥的情況下N、P、K肥比例適宜，而N1盡管增加了P、K含量，但由于缺氮呈現(xiàn)木桶效應(yīng)而影響其生長，且養(yǎng)分離子比例失衡容易造成植株的拮抗作用，影響其生長。

2.2不同施氮量對膜下滴灌甜菜產(chǎn)量的影響

由圖1可知，不同施氮量對膜下滴灌甜菜塊根干鮮重產(chǎn)量均有顯著影響。由塊根全生育期內(nèi)干重的變化趨勢可知，隨施氮量的增加塊根干重較對照均有不同程度的增加，總體表現(xiàn)為N3>N4>N2>N5>N0>N1。10月9日甜菜塊根干重在N1、N2、N3、N4和N5處理中分別較N0提高了-4.29%、8.46%、23.17%、14.00%和4.09%。且隨塊根的生長發(fā)育，處理間的差異更加明顯，基本達到了顯著性差異水平(P<0.05)。經(jīng)產(chǎn)量測定結(jié)果可知，不同處理間甜菜產(chǎn)量總體表現(xiàn)為隨施氮量的增加呈先增加后降低的變化趨勢，不同處理間表現(xiàn)為N3>N4>N2>N5>N0>N1，且N3處理顯著高于其它處理，分別較N0、N1、N2、N4、N5增加了10.25%、11.87%、5.87%、4.39%和13.32%，處理間基本達顯著性差異水平(P<0.05)。

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平。

Note： Values followed by different letters in a column are significantly different among treatments at the 5% level.

2.3施氮量對膜下滴灌甜菜糖分的影響

由圖2可知，施氮量對膜下滴灌甜菜的含糖率和產(chǎn)糖量均存在不同變化規(guī)律，隨施氮量的增加甜菜含糖率呈下降趨勢，且N0較N1、N2、N3、N4和N5甜菜含糖率分別增加了3.20%、3.63%、8.30%、13.07%和12.24%。甜菜產(chǎn)糖量由于受產(chǎn)量和含糖率兩個因素的影響，結(jié)合二者對膜下滴灌甜菜共同作用的結(jié)果，在不同處理間總體表現(xiàn)為N3>N0>N1>N2>N4>N5，且以N3處理顯著(P<0.05)高于其它處理，其中N3分別較N0、N1、N2、N4和N5甜菜產(chǎn)糖量增加0.70%、1.30%、3.92%、14.25%和15.47%?？梢娫谠摰貐^(qū)不同施氮量對膜下滴灌甜菜產(chǎn)糖量的影響整體以N3處理最佳。

2.4施氮量對膜下滴灌甜菜干重動態(tài)分配及塊根氮素增長速率的影響

由圖3可知，施氮量對膜下滴灌甜菜干重動態(tài)分布存在明顯差異，不同生育階段甜菜各器官的生長速度和生物量均存在較大差異。在6月5日甜菜生長發(fā)育前期，生物量主要集中在葉片上，且生長速度較快。隨生育進程的推進，甜菜莖葉生長逐漸達到旺盛階段，且干重比例較大，明顯高于根的干重。然而到生育后期主要利用莖葉進行光合作用而促進根的生長發(fā)育，且在后期根的生長速度很快，明顯超過莖葉的干重，且與莖葉干重的比例差異明顯，直到成熟期塊根的干重一直呈增加的變化趨勢，且與莖葉的比例逐漸增大。隨著甜菜各器官生長變化，甜菜氮素增長速率在不同處理間均表現(xiàn)為隨生育時期的推進氮素單位含量均呈增加趨勢，且增長較快，在8月9日以后達到高峰，在不同處理間總體表現(xiàn)為N3>N4>N2>N5>N1>N0，到后期有緩慢下降的變化趨勢，主要是由于甜菜后期莖葉變黃，老葉枯萎，氮損失增加，造成氮素增長速率呈下降趨勢。在10月9日氮素增長速率N3、N4、N2、N5和N1較N0分別增加了28.77%、19.18%、13.39%、8.82%、4.55%。

圖3施氮量對膜下滴灌甜菜干重動態(tài)分配及塊根氮素增長速率的影響

Fig.3Effects of nitrogen fertilization amount on dynamic allocation of sugar beet dry matter and nitrogen increasing rate

2.5施氮水平對膜下滴灌甜菜氮素積累量的影響

由表3可知，不同施氮水平對膜下滴灌甜菜全株及各器官的氮素積累均存在顯著性差異，總體表現(xiàn)為隨施氮量的增加甜菜各器官及全株氮素積累量均呈增加的趨勢，即N5>N4>N3>N2>N1>N0。隨出苗天數(shù)的增加，甜菜全株及各器官氮素積累量均呈先增加后降低的變化趨勢，且全株和莖葉的最大值在出苗后的105 d，主要受莖葉損失的影響；塊根的最大值在出苗后的135 d。在出苗后170 d左右為甜菜的收獲期，N5、N4、N3、N2和N1分別較N0甜菜全株氮素積累量增加了79.40%、70.91%、56.15%、40.24%和23.83%；葉片氮素積累量增加了103.20%、92.96%、75.05%、37.53%和22.17%；莖稈氮素積累量增加了63.41%、59.35%、58.13%、33.74%和23.58%；塊根氮素積累量增加了71.03%、62.22%、45.31%、43.57%和24.80%。在甜菜生育前期由于葉片生長旺盛，相應(yīng)的氮素積累量主要集中在葉片上，后期由于莖稈和塊根都相繼達到快速生長期，在吸收氮素的同時，莖葉中的氮素也逐漸轉(zhuǎn)移到甜菜塊根中，使塊根中氮素含量明顯增多。但在后期甜菜的氮素積累呈降低的變化趨勢，主要是由于甜菜的莖葉損失造成大量氮素流失，以及甜菜本身氮素的分解、轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移造成的。

2.6施氮水平對膜下滴灌甜菜氮肥利用率的影響

由表4可知，不同施氮量對膜下滴灌甜菜的氮肥利用率均有較大影響，氮肥農(nóng)學利用率、氮肥生理利用率和氮肥偏生產(chǎn)力總體表現(xiàn)為隨施氮量的增加呈下降趨勢，處理間均達差異顯著性(P<0.05)水平。隨施氮量的增加膜下滴灌甜菜的氮肥吸收利用率呈先增加后降低的趨勢，各處理間基本達到了差異顯著性水平(P<0.05)，在N3水平下氮肥吸收利用率最高，分別較N2、N4、N5的氮肥吸收利用率提高了29.91%、30.91%、205.17%。

3討論與結(jié)論

氮肥是甜菜生長必需的營養(yǎng)元素，也是土壤中含量較低而需求量最多的營養(yǎng)元素，確定合理施氮量是施肥的關(guān)鍵[20]。近年來，為追求高產(chǎn)而過量施用氮肥，導(dǎo)致氮肥利用率降低，造成的氮素污染對生態(tài)環(huán)境和人類健康的危害日趨嚴重[21]。題為“Fertilized to death”的文章指出[22]，如不重視過量施用氮肥所帶來的一系列問題，其后果不堪設(shè)想。因此，在篩選甜菜生長發(fā)育的適宜施氮量的研究中，盡量減少氮肥的施用量，有效地控制農(nóng)田氮素帶來的環(huán)境污染已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中迫切需要解決的問題[23]。

在本試驗中，不同施氮量對膜下滴灌甜菜塊根干鮮重產(chǎn)量及各農(nóng)藝性狀均有顯著影響，總體以N2、N3和N4處理對甜菜的生長發(fā)育效果較好，尤其以N3處理最佳，在兩個無氮處理中N0>N1，可能是由于N0在無底肥的情況下N、P、K肥比例適宜，而N1盡管增加了P、K含量，但由于缺氮呈現(xiàn)木桶效應(yīng)而影響其生長，且養(yǎng)分離子失衡容易造成植株的拮抗作用，影響其生長。甜菜隨施氮量增加其生長量總體呈先增加后降低的變化趨勢，可見增加氮素能不同程度提高甜菜生長發(fā)育進程，但過量增加氮肥特別是對甜菜這種葉片生長繁茂的作物來說，更容易造成徒長，影響其養(yǎng)分向塊根轉(zhuǎn)移而降低產(chǎn)量。同時氮素對甜菜含糖率有直接影響，能明顯降低其含糖率和品質(zhì)，其中甜菜含糖率N0較N1、N2、N3、N4和N5分別增加了3.20%、3.63%、8.30%、13.07%和12.24%。因此應(yīng)根據(jù)甜菜生長發(fā)育、糖分積累規(guī)律和氮肥吸收利用等綜合特性，充分發(fā)揮根系的潛力，提高土壤養(yǎng)分的生物有效性，實現(xiàn)養(yǎng)分供需的時空一致性，將根層土壤養(yǎng)分調(diào)控在既能滿足作物高產(chǎn)需求，又不至于過量造成環(huán)境污染的范圍內(nèi)。從全生育期看，甜菜株高、葉鮮重、莖鮮重和葉面積指數(shù)均表現(xiàn)為隨生育進程的推進呈先增加后降低的變化趨勢。理論上應(yīng)呈增加趨勢，后期降低的主要原因是由于在8月份甜菜大面積發(fā)生褐斑病，導(dǎo)致葉片枯黃脫落，從而明顯降低甜菜各產(chǎn)量構(gòu)成因素的生長量。同時甜菜莖葉鮮重降低的另一個原因是由于甜菜本身莖葉生長到一定時期就會脫落，導(dǎo)致鮮重降低。甜菜屬無限生長型植物，一季中葉片至少有60～70 片·株-1，而生長在植物體上的最多保持在20～30 片·株-1，枯葉很難回收，盡管回收也不完全，因此后期呈降低的變化。

氮肥是農(nóng)民使用最多的肥料，農(nóng)民對氮肥施用量缺乏合理、科學的判斷。本文從甜菜塊根氮素積累速率、各生育階段甜菜不同器官及全株氮素累積量及氮肥利用率等不同指標、不同角度進行綜合分析，闡明了氮肥對甜菜生長發(fā)育及養(yǎng)分供應(yīng)的必要性，揭示了氮肥在甜菜中的吸收、轉(zhuǎn)移、利用規(guī)律，為冷涼干旱區(qū)優(yōu)質(zhì)高效的膜下滴灌甜菜提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

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Effects of nitrogen fertilization amount on growth rate and nitrogen use efficiency of sugar beet by drip irrigation with mulch

GUO Xiao-xia1, SU Wen-bin1, FAN Fu-yi1, HUANG Chun-yan1,REN Xiao-yun1, WANG Yu-fen2, YAN Wen-zhi3

(1.InnerMongoliaAcademyofAgriculturalandAnimalHusbandrySciencesSpecialCropsInstitute,Hohhot,InnerMongolia010031,China;2.CollegeofLifeScience,InnerMongoliaUniversity,Hohhot,InnerMongolia010021,China;3.BayannaoerAcademyofAgriculturalandAnimalSciences,Bayannaoer,InnerMongolia, 015000,China)

Keywords:nitrogen fertilization amount; drip irrigation with mulch; sugar beet; nitrogen use efficiency; sugar content; yield

Abstract：In order to investigate the effects of nitrogen fertilization amount on the growth rate and the accumulation, transfer and use efficiency of nitrogen in sugar beet under drip irrigation in the cool and dry region of Inner Mongolia and in order to select the best nitrogen fertilization amount for sugar beet by drip irrigation with mulch in this area, a two years field test was carried out to perform a dynamic analysis on sugar beet dry matter accumulation, nitrogen accumulation amount in different organs, nitrogen increasing rate and yield components. The differences in nitrogen use efficiency, yield and sugar content among different nitrogen levels were elucidated. The field locating trials with single factor randomized block design were repeated for 4 times. The results showed that the agronomic characteristics of sugar beet all showed an increasing firstly and then decreasing trend with the increase of nitrogen fertilization amounts. 50, 100 kg·hm-2and 150 kg·hm-2showed better result than others. The sugar content became decreased with the increase of nitrogen fertilization. Furthermore, sugar contents by non-basal fertilizer treatment were 3.20%, 3.63%, 8.30%, 3.07% and 12.24% respectively higher than those by 0, 50, 100, 150 kg·hm-2and 200 kg·hm-2. The nitrogen accumulation amount of sugar beet both showed an increasing trend with the increase of nitrogen rate and the progression of growth period. The nitrogen recovery efficiency showed a firstly increasing and then decreasing trend with the increase of nitrogen fertilization amount, but the nitrogen agronomic efficiency, nitrogen physiological efficiency and nitrogen partial factor productivity all showed a decreasing trend. Based on the results from agronomic characteristics, yield, sugar content and nitrogen use efficiency, the treatment of 100 kg·hm-2was the best for this area. Through the analysis of the law for sugar beet yield formation and the variation law of nitrogen accumulation, transfer and use efficiency under different nitrogen fertilization amount can be employed to provide a theoretical and technological basis for high yield, good quality and high benefit of sugar beet.

文章編號：1000-7601(2016)03-0039-07

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.03.06

收稿日期：2015-05-25

基金項目：內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院青年創(chuàng)新基金(2014QNJJN10)；國家甜菜現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-2103)；內(nèi)蒙古自治區(qū)“保水劑蓄水保墑生態(tài)效應(yīng)研究”(NJZC13028)

作者簡介：郭曉霞(1983—)，女，內(nèi)蒙古通遼人，博士，助理研究員，主要從事作物栽培學與耕作學研究。 E-mail：guoxiaoxia2008@126.com。

中圖分類號：S143.1； S566.3

文獻標志碼：A