控釋氮肥配施尿素對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮、微生物及水稻生長(zhǎng)的影響①

李玉浩，何 杰，王昌全*，李 冰，梁靖越，李新悅，張敬昇，尹 斌

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控釋氮肥配施尿素對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮、微生物及水稻生長(zhǎng)的影響①

李玉浩1，何 杰1，王昌全1*，李 冰1，梁靖越1，李新悅1，張敬昇1，尹 斌2

(1 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，成都 611130；2 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，南京 210008)

為發(fā)揮控釋氮肥與速效氮肥各自優(yōu)勢(shì)，從土壤氮素供應(yīng)與作物生長(zhǎng)角度探索其適宜配比，通過(guò)盆栽試驗(yàn)研究了不同控釋氮肥配比(0，10%，20%，40%，80%，100%)尿素處理對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮含量、微生物數(shù)量及水稻株高、干物質(zhì)累積和產(chǎn)量構(gòu)成的影響。結(jié)果表明，配施40% 控釋氮肥處理對(duì)水稻生育中后期土壤無(wú)機(jī)氮影響最優(yōu)，NH4+-N和NO– 3-N含量較單施尿素處理分別提高10.11% ~ 17.02% 和12.17% ~ 17.21%。拔節(jié)至成熟期，40% 控釋氮肥處理土壤細(xì)菌數(shù)量最多，與單施尿素處理差異顯著；放線菌數(shù)量以20% ~ 40% 控釋氮肥處理較為豐富；真菌數(shù)量在80% 控釋氮肥處理下最大。水稻生育中后期，40% 控釋氮肥處理的水稻株高和干物質(zhì)量較單施尿素處理提高4.73% ~ 10.18% 和13.7% ~ 17.88%；水稻產(chǎn)量以40% 控釋氮肥處理最高，較單施尿素和單施控釋氮肥分別提高13.59% 和11.4%，且水稻有效穗數(shù)、千粒重和穗粒數(shù)顯著高于單施尿素處理。綜上，40% 控釋氮肥+ 60% 尿素處理增加了土壤中無(wú)機(jī)氮含量，促進(jìn)土壤微生物繁殖，水稻株高和干物質(zhì)積累量大，優(yōu)化了產(chǎn)量構(gòu)成因子，達(dá)到了水稻增產(chǎn)目標(biāo)，是值得推薦的控釋氮肥配施處理。

控釋氮肥；土壤無(wú)機(jī)氮；土壤微生物；水稻產(chǎn)量

眾所周知，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用化肥不合理，不僅會(huì)造成肥料養(yǎng)分的流失，也可能導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低。據(jù)世界糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，亞洲三分之一的水稻種植區(qū)域在中國(guó)，其施肥管理對(duì)保障糧食安全和促進(jìn)肥料高效利用具有重要現(xiàn)實(shí)意義[1-2]。水稻氮肥的施用對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成至關(guān)重要，稻田中常規(guī)尿素施用，具有成本低、養(yǎng)分供應(yīng)快、適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)[3]，但往往存在隨水流失嚴(yán)重、肥料利用率低等問(wèn)題，控釋氮肥能有效避免常規(guī)尿素氮素釋放過(guò)快造成的氮素流失[4]。但控釋氮肥的價(jià)格普遍較高[2]，且受溫度、氣候限制較大[5]。因此，將常規(guī)尿素與控釋氮肥進(jìn)行配比施用，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可以在降低施肥成本的同時(shí)使氮肥養(yǎng)分得到充分利用[5]。土壤無(wú)機(jī)氮是植物能直接吸收的氮素形態(tài)，能促進(jìn)植物生長(zhǎng)；土壤微生物是土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的重要媒介，常常作為評(píng)定土壤養(yǎng)分的因素之一[6]。因此，本文采用不同比例控釋摻混氮肥處理，探究水稻各生育期土壤無(wú)機(jī)氮含量、微生物數(shù)量，以及水稻生長(zhǎng)、干物質(zhì)積累與產(chǎn)量構(gòu)成等的變化特征，以此從土壤養(yǎng)分供應(yīng)和水稻生長(zhǎng)發(fā)育角度，探索適宜的控釋氮肥配施尿素比例，為控釋氮肥在水稻生產(chǎn)上的合理施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

盆栽試驗(yàn)于2016年5–9月在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院盆栽研究室進(jìn)行。供試土壤采自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)崇州市榿泉鎮(zhèn)試驗(yàn)基地0 ~ 30 cm耕層，土壤類型為水稻土。土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)26.96 g/kg，全氮1.33 g/kg，堿解氮58.25 mg/kg，有效磷12.45 mg/kg，速效鉀95.04 mg/kg，pH 6.45。

1.2 供試水稻

供試水稻品種為F優(yōu)498，由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所提供，生育期約為130 d。

1.3 供試肥料

控釋氮肥由南京土壤研究所研制，氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為41.4%，氮素釋放時(shí)間約為90 d。

尿素由四川美豐化工有限公司生產(chǎn)，氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.4%。

磷源、鉀源分別為分析純KH2PO4和KCl，由北京鵬彩精細(xì)化工有限公司生產(chǎn)。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽塑料盆內(nèi)徑35 cm、高33 cm，每盆裝過(guò)1 mm篩的風(fēng)干土15 kg。設(shè)計(jì)7個(gè)處理：CK(不施氮肥)，T1(100% 尿素)，T2(10% 控釋氮肥+ 90% 尿素)，T3(20% 控釋氮肥+ 80% 尿素)，T4(40% 控釋氮肥+ 60% 尿素)，T5(80% 控釋氮肥+ 20% 尿素)，T6 (100% 控釋氮肥)。施氮量保持一致(CK不施氮)，以N0.15 g/kg、P2O50.075 g/kg、K2O0.06 g/kg施入土壤，混合均勻。試驗(yàn)于2016年5月25日播種，每盆移栽長(zhǎng)勢(shì)均勻良好的水稻4株。每個(gè)處理重復(fù)12次，共計(jì)84盆，隨機(jī)擺放。盆栽試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，水稻拔節(jié)期前進(jìn)行淹水處理，拔節(jié)期后對(duì)每個(gè)盆栽每周澆水2 ~ 3次，每次1 L，除草。

1.5 樣品采集與測(cè)定

在水稻分蘗期(播種后33 d)、拔節(jié)期(播種后62 d)、孕穗期(播種后81 d)、成熟期(播種后126 d)采集土樣，對(duì)每個(gè)處理3個(gè)盆栽的水稻根系帶土樣挖出，抖掉根系外圍土，取根表附近土樣，裝入無(wú)菌袋中，放入4 ℃冰箱中冷藏保鮮，用以測(cè)定土壤微生物數(shù)量及無(wú)機(jī)氮含量。對(duì)每盆4株水稻植株量取株高后，于65 ℃烘干至恒重，稱量，記錄。

土壤細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量采用涂抹平板計(jì)數(shù)法測(cè)定，分別用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、高氏I號(hào)培養(yǎng)基及馬丁氏培養(yǎng)基進(jìn)行分離培養(yǎng)，然后測(cè)定數(shù)量[7]，以每克干土中微生物菌落數(shù)表征微生物數(shù)量。

土壤NH4+-N和NO– 3-N分別采用靛酚藍(lán)比色法和紫外雙波段比色法測(cè)定[8]。

干物質(zhì)量烘干處理后直接稱量。

水稻成熟期測(cè)定水稻籽粒產(chǎn)量，統(tǒng)計(jì)相關(guān)產(chǎn)量構(gòu)成因子。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)處理分析，采用單因素方差分析(＜0.05)、LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)單季稻土壤無(wú)機(jī)氮含量的影響

2.1.1 土壤NH4+-N 水稻全生育期內(nèi)，土壤NH4+-N含量先增加后減少，成熟期含量最低，且施氮處理顯著增加土壤NH4+-N含量(表1)。水稻分蘗期，施氮處理NH4+-N含量隨控釋氮肥配施比例升高而下降，單施尿素T1處理與配施40% ~ 100% 控釋氮肥處理差異顯著。拔節(jié)至孕穗期，土壤NH4+-N含量隨控釋氮肥配施比例升高呈現(xiàn)先上升后下降，均在T4處理達(dá)到峰值，且配施20% 以上控釋氮肥處理土壤NH4+-N含量均顯著高于單施尿素T1處理。水稻成熟期，配施40% ~ 100% 控釋氮肥處理土壤NH4+-N含量顯著高于其余處理，但各處理間無(wú)顯著差異。

表1 不同處理對(duì)土壤NH4+-N含量的影響(mg/kg)

注：表中同列數(shù)據(jù)小寫(xiě)字母不同表示處理間差異顯著(<0.05)，下同。

2.1.2 土壤NO– 3-N 由表2可知，隨水稻生育期推進(jìn)，土壤NO– 3-N含量先增加后減少，孕穗期NO– 3-N含量最高，施肥處理土壤NO– 3-N含量較CK處理顯著增多。分蘗期，水稻土壤NO– 3-N含量隨控釋氮肥比例升高而下降。拔節(jié)期，NO– 3-N含量隨控釋氮肥添加比例先升高后下降，以T5處理最優(yōu)，T4處理次之。孕穗至成熟期，添加40% ~ 100% 控釋氮肥處理土壤NO– 3-N含量顯著高于其余處理，且均以T4處理含量最高。

表2 不同處理對(duì)土壤NO– 3-N含量的影響(mg/kg)

2.2 不同處理對(duì)水稻土壤微生物數(shù)量的影響

2.2.1 細(xì)菌 由表3可知，水稻全生育期內(nèi)，施氮處理顯著增加土壤細(xì)菌數(shù)量。分蘗期，單施尿素T1處理顯著高于配施40% ~ 100% 控釋氮肥處理。拔節(jié)至成熟期，土壤細(xì)菌數(shù)量隨控釋氮肥配施比例升高呈現(xiàn)先上升后下降，均在T4處理達(dá)到峰值，且與單施尿素處理差異顯著。水稻各生育期細(xì)菌數(shù)量總和隨配施比例升高呈先上升后下降趨勢(shì)，T4處理下達(dá)到峰值，與其余處理差異顯著，較單施尿素和單施控釋氮肥處理分別提高13.86% 和2.62%。

表3 不同處理對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量的影響(×106 cfu/g)

2.2.2 放線菌 由表4可知，水稻生育期內(nèi)土壤放線菌變化整體呈現(xiàn)“升-降-升”趨勢(shì)，成熟期數(shù)量最多。 CK處理土壤放線菌數(shù)量顯著小于施肥處理。分蘗期，單施尿素T1處理放線菌數(shù)量最多，顯著高于配施40% ~ 100% 控釋氮肥處理，但配施控釋氮肥處理間無(wú)顯著差異。拔節(jié)期，T3處理放線菌數(shù)量最多，顯著高于其余處理；孕穗到成熟期，配施20% ~ 100% 控釋氮肥處理較單施尿素T1處理均顯著增加土壤放線菌數(shù)量，且均以T3處理最高，T4處理次之。隨控釋氮肥配施比例升高，各生育期土壤放線菌總量先升高后降低，以T3處理數(shù)量最多，其次為T4處理，均與單施尿素T1處理差異顯著，分別提高12.52% 和7.48%。

表4 不同處理對(duì)土壤放線菌數(shù)量的影響(×105 cfu/g)

2.2.3 真菌 與土壤細(xì)菌和土壤放線菌的數(shù)量相比，土壤真菌的數(shù)量相對(duì)較少(表5)。分蘗期，單施尿素T1處理，水稻土壤真菌數(shù)量最高；除單施控釋氮肥T6處理外，其余控釋氮肥處理真菌數(shù)量無(wú)顯著差異。拔節(jié)期，配施40% ~ 100% 控釋氮肥處理真菌數(shù)量較單施尿素顯著增加。孕穗到成熟期，施氮處理真菌數(shù)量均在T5處理最大，其次為T4處理。各生育期土壤真菌總量以T4和T5處理最多，與其余處理差異顯著，且分別較單施尿素T1處理提高19.89% 和23.9%。

表5 不同處理對(duì)土壤真菌數(shù)量的影響(×104 cfu/g)

2.3 不同處理對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響

2.3.1 株高 由表6可知，水稻株高隨生育期推進(jìn)而逐漸增加，施肥處理與CK處理水稻株高差異顯著。分蘗期，施氮處理水稻株高總體隨控釋氮肥配施比例升高而下降，配施0 ~ 20% 控釋氮肥處理顯著高于配施40% ~ 100% 控釋氮肥處理。拔節(jié)期，水稻株高隨控釋氮肥配施比例升高呈現(xiàn)先上升后下降，配施40% 控釋氮肥處理達(dá)到峰值。孕穗期，控釋氮肥添加比例越高，株高值越大，T6處理下達(dá)到峰值。成熟期，T5處理下水稻株高最高，但配施20% ~ 80% 控釋氮肥無(wú)顯著差異。

2.3.2 干物質(zhì)積累 水稻全生育期內(nèi)，施氮處理較CK處理水稻干物質(zhì)量積累顯著增加(表7)。分蘗期，單施尿素T1處理干物質(zhì)累積量最多，與配施40% ~ 100% 控釋氮肥處理差異顯著。拔節(jié)至成熟期，水稻干物質(zhì)積累量隨控釋氮肥配施比例增加呈先升高后下降趨勢(shì)，均在T4處理達(dá)到峰值，且與單施尿素T1處理差異顯著。

表6 不同處理對(duì)水稻株高的影響(cm)

表7 不同處理對(duì)水稻干物質(zhì)積累的影響(g/株)

2.3.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因子 由表8可知，不同處理對(duì)水稻籽粒產(chǎn)量影響顯著，施氮處理均顯著增加籽粒產(chǎn)量，其中配施40% 控釋氮肥處理水稻產(chǎn)量最高，相較于單施尿素和單施控釋氮肥分別增長(zhǎng)15.7% 和12.9%。產(chǎn)量構(gòu)成因子中，千粒重和有效穗數(shù)均隨控釋氮肥添加比例增加而呈現(xiàn)先升高后下降規(guī)律，在T4處理達(dá)到峰值，且均與單施尿素T1處理差異顯著。添加40% ~ 100% 控釋氮肥處理對(duì)水稻穗粒數(shù)影響較優(yōu)，與單施尿素T1處理差異顯著，增加13.83% ~ 16.54%。

表8 不同處理對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

3 討論

大量研究表明，NH4+-N和NO– 3-N 是植物吸收利用土壤氮素的主要形態(tài)，是土壤無(wú)機(jī)氮的主要組成成分，對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育起著重要作用[9]。本試驗(yàn)表明，單施尿素處理在水稻分蘗期NH4+-N和NO– 3-N 含量較高，分別較配施40% 控釋氮肥增加12.6% 和5.24%，這是由尿素的快速分解供氮導(dǎo)致的[3]，與王寅等[5]的研究結(jié)果類似。尿素的快速供氮致使土壤中無(wú)機(jī)氮含量迅速上升，但水稻生育前期需氮較少，可能造成氮素的大量流失，同時(shí)過(guò)高的氮素水平將會(huì)對(duì)水稻的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用[10-14]；且單施尿素處理不具有持續(xù)供氮能力，水稻生育中后期無(wú)機(jī)氮含量過(guò)低，NH4+-N和NO– 3-N較配施40% 控釋氮肥處理分別降低17.02% ~ 26.02% 和8.5% ~ 12.17%，可能無(wú)法為水稻生長(zhǎng)提供充足養(yǎng)分。添加控釋氮肥處理較單施尿素處理則體現(xiàn)出較好的氮素后移效果[15]，且添加40% 及以上控釋氮肥處理的效果較優(yōu)，配施40% 控釋氮肥處理下NH4+-N和NO– 3-N含量相較單施尿素處理分別增加20.52% 和12.17%。有研究表明，控釋氮肥與尿素合理配施能有效調(diào)節(jié)氮素供應(yīng)速率，使肥料供氮與作物需氮規(guī)律更匹配[16]，相較單施尿素能夠明顯提高氮素利用率，增加作物產(chǎn)量[17]。本研究中，相較單施尿素處理的氮素供應(yīng)短暫性和單施控釋氮肥的前期供氮不足，添加40% 控釋氮肥處理能持續(xù)供氮，使水稻生育期內(nèi)保持較為充足的氮素水平，有利于維持土壤良好的肥力狀況，促進(jìn)水稻優(yōu)良發(fā)育，增加產(chǎn)量。

土壤微生物能夠促進(jìn)土壤物質(zhì)循環(huán)，加快土壤氮素的轉(zhuǎn)化[18-20]，從而提高土壤肥力水平[21]。本研究結(jié)果表明，單施尿素處理能有效促進(jìn)水稻分蘗期土壤微生物生長(zhǎng)繁殖，這可能是水稻生育前期無(wú)機(jī)氮含量較高的原因，配施20% ~ 80% 控釋氮肥處理使水稻生育中后期土壤微生物數(shù)量豐富，其中細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量分別以配施40%、20% 和80% 控釋氮肥處理最多。這可能是因?yàn)榭蒯尩侍幚碓谒旧泻笃谕寥罒o(wú)機(jī)氮供應(yīng)水平增加，從而為土壤微生物生長(zhǎng)繁殖提供了充足的氮源[22-23]。同時(shí)，也有研究表明，控釋氮肥配施速效氮肥既能保證土壤氮素養(yǎng)分豐富且持續(xù)，能促進(jìn)水稻優(yōu)良生長(zhǎng)，還能增加根際分泌物[24]及土壤孔隙度，為微生物生長(zhǎng)繁殖提供更為適宜的生長(zhǎng)條件[25-26]。綜合來(lái)看，配施40% 控釋氮肥處理，不僅促進(jìn)了水稻生育中后期土壤氮素供應(yīng)，增加了無(wú)機(jī)氮含量，而且對(duì)增加土壤微生物數(shù)量的效果最優(yōu)，細(xì)菌、放線菌、真菌各生育期總量較單施尿素處理分別提高24.9%、7.48%、19.89%。

已有研究表明，控釋氮肥能有效延長(zhǎng)養(yǎng)分釋放周期，促進(jìn)作物產(chǎn)量構(gòu)成因子，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)目標(biāo)[27-28]。本試驗(yàn)中，配施40% 及以上控釋氮肥處理在水稻生育中后期的株高及干物質(zhì)累積量顯著優(yōu)于單施尿素處理，其可能原因是這些配比處理下水稻能更好地將土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為作物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，加之土壤無(wú)機(jī)氮供應(yīng)與土壤微生物數(shù)量之間的相互促進(jìn)作用，為水稻生長(zhǎng)發(fā)育提供了充足的營(yíng)養(yǎng)條件，特別是為提高水稻株高和穗部發(fā)育提供動(dòng)力，從而能夠促進(jìn)干物質(zhì)的積累，為水稻高產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[29]，本試驗(yàn)中配施40% 控釋氮肥處理下，水稻干物質(zhì)積累量最大，成熟期較單施尿素和單施控釋氮肥處理增加17.88% 和8.2%，水稻產(chǎn)量較單施尿素處理增長(zhǎng)13.4%，水稻千粒重和有效穗數(shù)均為最高值，且穗粒數(shù)亦顯著高于單施尿素處理。這說(shuō)明配施40% 控釋氮肥處理能有效提高干物質(zhì)積累，優(yōu)化產(chǎn)量構(gòu)成因子，顯著增產(chǎn)，這與相關(guān)研究結(jié)果趨勢(shì)類似[30-31]。

4 結(jié)論

控釋氮肥和尿素旳合理配施，可以利用尿素前期釋放氮素較快、后期控釋氮肥緩釋的特點(diǎn)，保持水稻生長(zhǎng)過(guò)程中氮素的充分供應(yīng)，促進(jìn)水稻產(chǎn)量增加。本試驗(yàn)中，40% 控釋氮肥+ 60% 尿素處理下水稻土壤無(wú)機(jī)氮適量、微生物量適宜，有利于植株對(duì)氮素的利用，且顯著提高水稻干物質(zhì)量的積累，符合水稻的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，產(chǎn)量相較于單施尿素和單施控釋氮肥分別增長(zhǎng)15.7% 和12.9%，對(duì)于水稻的增產(chǎn)有顯著的促進(jìn)效果。

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Effects of Controlled Release Nitrogen Fertilizer Combined with Urea on Soil Inorganic Nitrogen, Microorganism and Rice Growth

LI Yuhao1, HE Jie1, WANG Changquan1*, LI Bing1, LIANG Jingyue1, LI Xinyue1, ZHANG Jingsheng1, YIN Bin2

(1 College of Resources, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China; 2 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China)

A pot experiment of different controlled release nitrogen fertilizer (0, 10%, 20%, 40%, 80% and 100%) combined with different urea using were conducted to explore the proper combined proportion of controlled and fast release nitrogen fertilizer based on soil nitrogen supply and the growth of crop, in which inorganic nitrogen content and microbial biomass in soils as well as height, dry matter accumulation and yield components of rice were analyzed. The results showed the application of 40% controlled–release nitrogen fertilizer had the best effect on soil inorganic nitrogen in the middle and late stages of rice growth, soil ammonium nitrogen and nitrate nitrogen contents were respectively increased by 10.11%–17.02% and 8.8%–19.96% compared to the treatment of single urea using. From the jointing stage to mature stage, combined application of 40% controlled-release nitrogen fertilizer had the highest biomass of bacterial, significantly high than in single urea using. The most abundant actinomycete number was found in the treatment of 20%–40% controlled–release nitrogen fertilizers. Fungi number was the highest under the combined treatment of 80% controlled release nitrogen. In the treatment of 40% controlled release nitrogen fertilizer, rice plant height and dry matter were increased by 4.73%–10.18% and 13.7%–17.88% compared to the treatment of single urea using during the middle and late stages. Rice grain yield was the highest with 40% controlled–release nitrogen application, increased respectively by 13.59% and 11.4% compared to single urea using and 100% controlled–release nitrogen application. The effective panicle number, 1 000 grain weight and grain number per panicle were in the optimum levels under the application of 40% controlled release nitrogen. In summary, 40% combined application of controlled–release nitrogen fertilizer increases the content of soil inorganic nitrogen, promotes the reproduction of soil microbial, increases rice plant height and dry matter accumulation, optimizes rice yield components, thus 40% controlled release nitrogen with urea is recommendable in rice fertilizer management.

Controlled release nitrogen fertilizer; Soil inorganic nitrogen; Soil microorganism; Rice yield

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFD0301701)資助。

(w.changquan@163.com)

李玉浩(1997—)，男，山東泰安人，本科生，主要研究方向?yàn)橥寥赖剞D(zhuǎn)化。E-mail: talyh2016@163.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.03.005

S146

A