深翻對小麥玉米連作區(qū)小麥生長及赤霉病發(fā)生的影響

摘要小麥玉米連作區(qū)的秸稈還田已經(jīng)成為大多數(shù)小麥玉米連作區(qū)的重要生產(chǎn)模式，由于秸稈不斷還田和全球氣候條件的改變，由鐮刀菌Fusarium spp.引起的小麥赤霉病（Fusarium head blight）已經(jīng)成為小麥生產(chǎn)中的重要威脅之一。本研究通過在河北省小麥主產(chǎn)區(qū)石家莊北營、邢臺塔底、廊坊北黃垡、邢臺白木四地比較深翻（30 cm）與旋耕（15 cm） 2種耕作方式對小麥生長和赤霉病發(fā)生的影響，旨在尋找高產(chǎn)、綠色、安全的防治小麥赤霉病途徑。通過研究發(fā)現(xiàn)，深翻處理可以有效減少地表秸稈量，深翻地塊的地表秸稈量較旋耕的減少53.8%～89.0%;深翻促進(jìn)了小麥的生長，提高小麥產(chǎn)量6.97%～11.96%;深翻處理田塊中捕獲的赤霉病菌的有性孢子數(shù)量少于旋耕處理，赤霉病的發(fā)病率降低。在測試的北營、塔底、北黃垡、白木試驗(yàn)地中深翻對赤霉病的控制效果分別達(dá)到40.56%、43.62%、60.00%和50.26%。深翻措施能有效提高小麥的生長勢和產(chǎn)量，減輕小麥赤霉病的發(fā)生程度，是一種綠色、安全、利于小麥高產(chǎn)的方法。

關(guān)鍵詞小麥赤霉病;秸稈還田;耕作方法;病害防控;禾谷鐮孢

中圖分類號：S 474.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16688/j.zwbh.2023493Effect of deep tilling on the occurrence of wheat Fusarium head blight in

wheat-maize continuous cropping areaLIANG Maili1#，TIAN Jiaojiao1，2#，LI Na3，LI Meifang3，WANG Wei3，ZHANG Na1，YANG Wenxiang1*（1. College of Plant Protection， Hebei Agricultural University， Technological Innovation Center for Biological Control

of Crop Diseases and Insect Pests of Hebei Province， National Engineering and Technology Research Center for

Northern Mountain Agriculture， Baoding071001， China; 2. Qinghe County Vocational Education Center，

Xingtai054800， China; 3. Hebei Plant Protection and Quarantine Station， Shijiazhuang050035， China）AbstractStraw returning to the wheat-maize continuous cropping area has become one of the most important production models in most wheat production areas in China. Due to the continuous straw returning and global climate changes， wheat Fusarium head blight （FHB） is gradually aggravated and has become one of the most threats to wheat production. How to safely and efficiently reduce the losses and hazards is the main issue facing wheat production today. In this study， we compared the effects of two tillage methods， deep tillage and rotary tillage， in Shijiazhuang Beiying， Xingtai Tadi， Langfang Beihuangfa， and Xingtai Baimu on the occurrence of FHB， and clarified the effect of deep tillage on wheat growth and the disease control. The results showed that deep tillage （30 cm） could effectively reduce the amount of straw on the surface of field by 53.8%-89.0% compared with that of rotary tillage （15 cm）. The deep tillage treatment also promoted the wheat plant growth and increased the wheat yield by 6.97%-11.96%. The number of sexual spores of F.graminearum caught in deep tillage treatment was less than that in rotary tillage treatment， which reduced the incidence of FHB in wheat， and the control efficacy to wheat FHB was 40.56%， 43.62%， 60.00% and 50.26% in Beiying， Tadi， Beihuangfa and Baimu fields， respectively. Deep tillage could effectively improve the growth potential and yield of wheat， and reduce the occurrence of wheat FHB， indicating that it is a green， safe and beneficial method for wheat high yield.

Key wordsFusarium head blight;straw returning;tillage method;disease control;Fusarium graminearum

小麥赤霉?。‵usarium head blight，F(xiàn)HB）是小麥生產(chǎn)中的重要病害，一般可造成產(chǎn)量損失10%～40%，嚴(yán)重發(fā)生時(shí)病穗率可高達(dá)80%［12］。該病害是一種世界性的流行病害［3］，其流行周期一般持續(xù)在3～5年，給小麥生產(chǎn)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失［46］。小麥赤霉病不僅造成產(chǎn)量損失，而且病原菌產(chǎn)生的多種毒素，如脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（deoxynivalenol，DON），嚴(yán)重威脅著人類的糧食和食品安全［7］。如何有效、綠色、安全防控該病害成為當(dāng)今小麥生產(chǎn)中的重要任務(wù)之一。應(yīng)用抗病品種是高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的防病、控病方法［8］，已經(jīng)在生化和分子水平上闡明了抗病機(jī)制［910］，但目前只有7個(gè)抗赤霉病基因被正式命名，抗病品種嚴(yán)重不足，抗病資源匱乏［11］?；瘜W(xué)防治是一項(xiàng)應(yīng)急性措施，但過度使用殺真菌劑往往造成殺真菌劑抗性和食品安全問題的不斷發(fā)生，減少化學(xué)農(nóng)藥的使用成為發(fā)展趨勢［12］。生物防治是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ姆乐畏椒?，主要是利用活的微生物或次級代謝產(chǎn)物對鐮刀菌的有效預(yù)防和控制，然而目前可使用的生防制劑非常有限［13］。農(nóng)業(yè)防治措施，如清除鐮刀菌寄主、調(diào)整作物耕作方式、種植非鐮刀菌寄主作物，可以減少初侵染菌源，減少赤霉病的發(fā)生和流行［14］，探索農(nóng)業(yè)防治的途徑不失為有效控制該病害的方法。

秸稈還田是目前主要的耕作措施之一。研究發(fā)現(xiàn)該措施能改變土壤腐殖質(zhì)組成及特性，影響作物生長發(fā)育，促進(jìn)作物產(chǎn)量提高［15］。近年來小麥玉米連作區(qū)秸稈還田率不斷攀升，造成土壤中病殘?bào)w和鐮刀菌含量不斷增加，進(jìn)而不斷加重小麥赤霉病的發(fā)生。有研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田的地塊小麥赤霉病的病穗率為未還田對照區(qū)的2.78倍，給生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的威脅［16］。有研究發(fā)現(xiàn)，耕作方式對小麥赤霉病存在影響，當(dāng)前茬作物為玉米并實(shí)施減耕或免耕時(shí)，小麥和大麥FHB感染和毒素污染的風(fēng)險(xiǎn)最高［1719］。Leplat等［20］研究表明，留在土壤表面的作物殘?bào)w為鐮刀菌Fusarium spp. 的存活提供場所。因此，掩埋病殘?bào)w是控制FHB的常見做法［12］。Drakopoulos等［21］在小麥播種前，在田間小區(qū)施用人工接種禾谷鐮孢Fusarium graminearum的玉米殘茬，模擬了小麥玉米免耕輪作系統(tǒng)，通過覆蓋白芥Sinapis alba、印度芥菜Brassica juncea和埃及車軸草Trifolium alexandrinum，測試對小麥、大麥赤霉病發(fā)生的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)利用這些材料覆蓋麥田能抑制鐮刀菌的侵染，降低小麥籽粒中的真菌毒素含量，提高產(chǎn)量。此外，研究發(fā)現(xiàn)深耕處理還可以改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)根系下扎，打破因常年旋耕形成的堅(jiān)硬犁底層，保證小麥生長后期的水肥供給，增加小麥穗粒數(shù)和千粒重［22］。而長期采用保護(hù)性耕作還會導(dǎo)致犁底層的板結(jié)，使土壤垂直結(jié)構(gòu)僵化，降低土壤生產(chǎn)力［23］?？梢?，合理的耕作方式是當(dāng)今農(nóng)業(yè)防治的有效途徑。盡管前人對于不同耕作方式進(jìn)行了研究，證明了深耕對于秸稈的利用、微生物區(qū)系、土壤養(yǎng)分的利用率以及植株的生長有利，但翻耕對于小麥生長及對小麥赤霉病發(fā)生的影響尚缺乏系統(tǒng)的研究。

本研究分析翻耕30 cm和旋耕15 cm 兩種耕作方式對小麥的生長發(fā)育以及赤霉病發(fā)病的影響，揭示出深翻耕作的優(yōu)點(diǎn)，為有效控制小麥赤霉病及制定小麥綠色生產(chǎn)模式提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用小麥品種‘藁優(yōu)5766’由河北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧油作物研究所提供，‘石麥26’‘中麥175’‘馬蘭一號’由石家莊市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。耕地用HXP-440液壓翻轉(zhuǎn)犁為河南商丘柘城縣鴻鑫設(shè)備機(jī)械廠生產(chǎn)，1G-200旋耕機(jī)購自河北農(nóng)哈哈機(jī)械集團(tuán)有限公司，TPBZ3便攜式孢子捕捉儀購自鄭州歐柯奇儀器制造有限公司。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1耕地處理與地表秸稈分析

試驗(yàn)于2020年-2021年小麥生長季進(jìn)行，試驗(yàn)地設(shè)在石家莊藁城北營村、廊坊固安北黃垡村、邢臺寧晉塔底村和邢臺白木村試驗(yàn)基地，試驗(yàn)設(shè)深翻（30 cm）和旋耕（15 cm）2種耕作方式處理，以旋耕為對照。耕地前撒施復(fù)合肥（N18-P22-K7施肥44 kg/667m2），用HXP-440液壓翻轉(zhuǎn)犁深翻30 cm，耙地2遍后，鎮(zhèn)壓1次后播種。旋耕則在前茬作物還田后撒施肥料（同上），用1G-200旋耕機(jī)旋耕至15 cm，整地后播種，北營試驗(yàn)基地于2020年10月13日播種‘藁優(yōu)5766’;北黃垡試驗(yàn)基地于2020年10月12日播種‘中麥175’;塔底試驗(yàn)基地于2020年10月15日播種‘石麥26’;白木試驗(yàn)田在2020年10月15日播種‘馬蘭一號’;播種量為225 kg/hm2，采用15 cm等行播種，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)0.67 hm2。小麥出苗30 d后，采用5點(diǎn)隨機(jī)取樣法，每點(diǎn)測定1 m2范圍內(nèi)的秸稈重量，分析深翻和旋耕麥地的地表秸稈殘留量。

1.2.2小麥生長與產(chǎn)量的測定

在小麥的不同生育時(shí)期隨機(jī)選取5個(gè)取樣點(diǎn)取樣，每點(diǎn)取樣30莖（穗）。冬前調(diào)查深翻對秸稈殘留量的影響。出苗期調(diào)查小麥的株高、分蘗數(shù)等生長指標(biāo);拔節(jié)期調(diào)查各地區(qū)小麥的發(fā)根數(shù)、分蘗數(shù)和均鮮重等;成熟期每點(diǎn)隨機(jī)取30穗小麥統(tǒng)計(jì)病害發(fā)生情況。

在小麥蠟熟末期，每地塊隨機(jī)調(diào)查9個(gè)有代表性1 m雙行樣點(diǎn)的穗數(shù)，計(jì)算667 m2穗數(shù);然后在樣點(diǎn)中隨機(jī)取20穗，剔除無效小穗，計(jì)算穗粒數(shù);最后，根據(jù)各處理所得的667 m2穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重計(jì)算小麥產(chǎn)量。

計(jì)算公式如下：

667 m2穗數(shù)=1 m雙行穗數(shù)/6×104;

理論產(chǎn)量=（單位面積有效穗數(shù)×穗粒數(shù)×千粒重）/106×0.85。

1.2.3深翻對菌源量的影響

對塔底村（114°50′E， 37°33′N）、北黃垡村（116°29′E，39°43′N）試驗(yàn)點(diǎn)利用便攜式孢子捕捉儀（TPBZ3）進(jìn)行孢子監(jiān)測，將孢子捕捉儀的風(fēng)口固定在離地表90 cm的位置，在小麥穗部的上方30 cm左右，運(yùn)行時(shí)間為2021年4月18日至5月21日，共34 d。將孢子捕捉器放置到地塊中央，放置之前將載玻片（7101型）一面涂抹凡士林，每天收集8 h，觀察孢子種類及數(shù)量。觀察載玻片時(shí)使用五點(diǎn)取樣法，首先在10倍鏡視野下觀察，在40倍鏡視野下統(tǒng)計(jì)孢子種類及數(shù)量。

1.2.4深翻對小麥赤霉病發(fā)生的影響

采用五點(diǎn)法在小麥乳熟期，調(diào)查塔底、白木，北營、北黃垡試驗(yàn)基地自然發(fā)病情況，每個(gè)處理每點(diǎn)隨機(jī)取苗，依據(jù)大田試驗(yàn)小麥赤霉病級分級標(biāo)準(zhǔn)（表1）進(jìn)行分級，計(jì)算病情指數(shù)。

病穗率=（發(fā)病穗數(shù)/調(diào)查總穗數(shù)）×100%;

病情指數(shù)=∑（各病級株數(shù)×病級代表值）/（調(diào)查總株數(shù)×最高病級代表值）×100;

防效=（對照區(qū)病情指數(shù)－處理區(qū)病情指數(shù)）/對照區(qū)病情指數(shù)×100%。

利用Excel 2019和SPSS 22.0對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan氏新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

2.1深翻對秸稈殘留量的影響

小麥出苗30 d后，采用5點(diǎn)隨機(jī)取樣法對深翻（30 cm）和旋耕（15 cm）試驗(yàn)田的地表秸稈殘留量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，北營、塔底、北黃垡、白木試驗(yàn)基地深翻處理秸稈殘留量較旋耕處理均顯著下降，其中塔底試驗(yàn)基地深翻與旋耕處理的秸稈殘留量差異最大，減少了86.5%（表2）。

返青期，北營、塔底、北黃垡和白木試驗(yàn)地各處理間的秸稈殘留量差異顯著，其中塔底深翻秸稈殘留量較旋耕減少了89.0%。秸稈殘留量的減少，使病原菌失去所生存的環(huán)境，對病原菌的數(shù)量產(chǎn)生一定的影響。

2.2深翻對小麥生長指標(biāo)的影響

通過對大田小麥出苗期、返青期的生長指標(biāo)測定發(fā)現(xiàn)（表3），不同試驗(yàn)基地小麥在不同生育期的生長指標(biāo)存在一定差異。

出苗期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，白木試驗(yàn)基地深翻處理的株高和均鮮重較旋耕依次增加了8.71%、27.62%，其他各個(gè)試驗(yàn)基地深翻處理對均鮮重的促進(jìn)作用不顯著。

返青期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，北營、塔底、北黃垡、白木試驗(yàn)基地深翻處理的發(fā)根數(shù)顯著高于旋耕處理，分別增加了18.51%、7.17%、20.00%和32.59%。北營、白木試驗(yàn)基地深翻處理的株高較旋耕增加了20.10%和4.53%。北營、北黃垡、白木試驗(yàn)基地深翻處理的分蘗數(shù)顯著高于旋耕，分別增加了22.59%、50.38%和37.24%。北營、塔底、白木試驗(yàn)基地深翻處理的均鮮重較旋耕處理高，依次增加了38.77%、29.74%和17.35%。

2.3深翻對小麥產(chǎn)量的影響

深翻（30 cm）處理在一定程度上影響了小麥的成穗數(shù)，在北營、塔底、北黃垈、白木深翻處理小麥的成穗數(shù)均顯著高于旋耕處理，其中白木試驗(yàn)基地的‘馬蘭一號’深翻處理成穗數(shù)的提高幅度最大，為3.19%（表4）。深翻處理對小麥的穗粒數(shù)具有一定的影響，在北營、塔底、北黃垡、白木試驗(yàn)區(qū)，深翻處理的穗粒數(shù)均顯著高于旋耕處理。4個(gè)試驗(yàn)基地經(jīng)深翻處理的小麥產(chǎn)量均顯著高于旋耕處理，北營、塔底、北黃垡、白木分別增產(chǎn)11.96%、10.05%、6.97%、11.38%。

2.4深翻對赤霉病菌菌量及小麥赤霉病發(fā)生的影響在2021年4月21日至5月21日期間對塔底、北黃垡試驗(yàn)基地開展孢子捕捉試驗(yàn)，測定不同耕作條件下，對病害發(fā)生、菌源數(shù)量的影響。通過對赤霉病菌子囊孢子的數(shù)量統(tǒng)計(jì)和動態(tài)分析，2個(gè)設(shè)置點(diǎn)的赤霉病菌子囊孢子的數(shù)量在4月17日-5月21日觀測期間，均呈現(xiàn)上升趨勢。

北黃垡試驗(yàn)基地小麥于4月底5月初抽穗，從捕捉孢子量可見，在4月26日-5月8日期間捕捉孢子數(shù)量極低（圖1），但期間在旋耕地塊出現(xiàn)一個(gè)高峰，出現(xiàn)在5月4日，雖然深翻地塊的孢子釋放量也有上升，但均低于旋耕區(qū)域。在5月12日捕獲孢子的數(shù)量出現(xiàn)上升，同樣旋耕區(qū)的孢子量高于深翻區(qū)（圖1a），盡管孢子數(shù)量有所增加，但已錯(cuò)過小麥易受感染的時(shí)期，所以赤霉病未嚴(yán)重發(fā)生，旋耕和深翻處理的小麥赤霉病發(fā)生率為1.95%、0.78%。塔底位于河北省的南部，抽穗早于北黃垡試驗(yàn)地，在4月中旬至4月底，且小麥品種‘石麥26’屬于早播品種，在4月17日-4月25日捕捉的孢子數(shù)量盡管呈上升趨勢（圖1b），但總體數(shù)量較低，最多為5個(gè)，5月14日-16日連續(xù)陰雨天氣，孢子沉降，捕捉孢子數(shù)量較少。在整個(gè)監(jiān)測期間，降雨量少，不適合赤霉病的發(fā)生。

2.5深翻對赤霉病發(fā)生率的影響

通過對不同耕翻處理?xiàng)l件下小麥赤霉病的發(fā)生情況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果列于表5。北營、塔底、北黃垡和白木試驗(yàn)基地，深翻處理對小麥赤霉病表現(xiàn)出較好的防效，分別為40.56%、43.62%、60.00%和50.26%。

3討論

3.1深翻對秸稈還田后赤霉病菌源的影響

在中國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕作中，精耕細(xì)作一直是主要的農(nóng)田管理方式。由于人口的極速膨脹，對糧食的需求也日益增加，從而導(dǎo)致對農(nóng)田的過度開墾愈加嚴(yán)重。農(nóng)田耕地質(zhì)量的退化、農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的破壞等問題都亟待解決［24］。小麥玉米連作是我國北方小麥種植區(qū)的主要種植模式，目前秸稈還田已成為當(dāng)前北方麥區(qū)普遍的耕作方式，但這種措施會造成田間病原菌菌源量不斷加大，加重了作物各類病害的發(fā)生率和嚴(yán)重度。王芳芳［25］的研究表明，深翻會改變土壤微生物群落，從而創(chuàng)造利于小麥生長而不利病原菌生存的環(huán)境。孫秀娟［26］研究發(fā)現(xiàn)，稻稈還田深度顯著影響赤霉菌存活時(shí)間和存活率，將稻稈深翻掩埋還田可有效地減少田間菌源量；稻稈覆蓋、旋耕還田及淺埋還田會引起土壤帶菌，而20、35、50 cm深埋還田不會引起菌源聚集，主要原因是病原菌的子囊殼在土壤表面，遇到合適的條件即萌發(fā)從而引起大面積侵染，深翻掩埋能有效地消滅病殘?bào)w，減少田間菌源量。本研究發(fā)現(xiàn)，在苗期及返青期4塊試驗(yàn)基地的深翻30 cm處理與旋耕處理相比較，秸稈殘留量均有所下降，其中塔底試驗(yàn)基地深翻與旋耕處理的秸稈殘留量差異最大，苗期減少86.5%，返青期減少89.0%。秸稈殘留量的減少，使病原菌失去生存的環(huán)境，對病原菌的數(shù)量產(chǎn)生影響，減少了一定的菌源量。

3.2深翻對小麥產(chǎn)量的影響

很多研究表明，深松或深耕能降低土壤機(jī)械阻力，利于作物根系向土壤深層下移，并提高作物根系后期的活力以及抗逆性［12， 27］。雷友等［28］的研究發(fā)現(xiàn)，深耕處理（深度20 cm）較旋耕（深度10～12 cm）明顯增加小麥根系數(shù)量，且耕層以下（15～100 cm）土壤中的根量比旋耕處理的增長了1.22倍。同時(shí)，深松或深耕能打破犁底層，改善土壤結(jié)構(gòu)［29］，為作物生長發(fā)育提供良好的土壤環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)作物生長、提高作物產(chǎn)量［30］。本研究針對北方小麥玉米連作區(qū)的玉米秸稈還田問題開展研究，通過分析比較不同地區(qū)深翻（30 cm）和常規(guī)旋耕（15 cm）對地表秸稈殘留量發(fā)現(xiàn)，深翻減少了麥田土表秸稈殘留量、菌源量，促進(jìn)小麥的生長。不同地區(qū)的深翻處理對小麥赤霉病都有一定的防治效果，產(chǎn)量均有所增加，其中白木深翻處理的返青期發(fā)根數(shù)與旋耕相比增加了32.59%，小麥產(chǎn)量增加了11.38%，對赤霉病的防效達(dá)到50.26%。深翻對于病殘?bào)w的掩埋，有效減少了病原物的初侵染來源，而深翻滅茬是減少病菌來源的主要方法。進(jìn)行秸稈深翻掩埋還田也可阻止赤霉菌的滋長［14］，為植物病原生物的防治提供了基礎(chǔ)。

3.3深翻對赤霉病發(fā)生的影響

F.graminearum具有很強(qiáng)的腐生能力，可以感染125種野生植物和49個(gè)科的作物的根或莖，包括小麥、水稻、玉米和大麥，它以子囊殼、菌絲體和分生孢子在各種宿主植物的病殘?bào)w上越冬成為初侵染源［31］。本研究結(jié)果表明，不同地區(qū)深耕與旋耕相比，秸稈殘留量均有所降低，通過對處理地塊赤霉病菌子囊孢子數(shù)量的統(tǒng)計(jì)和動態(tài)分析，在北黃垡試驗(yàn)基地深翻處理地塊4月底到5月初小麥初抽穗時(shí)期的孢子捕捉量一直低于旋耕處理地塊，到5月12日孢子量均有所升高，但是深翻處理依舊低于旋耕處理，而此時(shí)已不再是小麥易感染時(shí)期，旋耕和深翻處理的小麥赤霉病發(fā)生率為1.95%和0.78%，并未發(fā)生嚴(yán)重的赤霉病。塔底播種的‘石麥26’屬于早播品種，在4月中旬至4月底抽穗，在此期間，捕捉的孢子數(shù)量呈上升趨勢，但總體數(shù)量較低。研究表明，深翻可以降低孢子量的釋放，從而減輕赤霉病的發(fā)生。

4結(jié)論

與旋耕相比，深翻能促進(jìn)小麥發(fā)根和分蘗，提高小麥的產(chǎn)量;試驗(yàn)田秸稈殘留量均下降，整體的孢子數(shù)量呈下降趨勢，對病原菌的數(shù)量產(chǎn)生一定的影響，對小麥赤霉病也表現(xiàn)出較好的防治效果，是小麥高產(chǎn)、綠色、安全生產(chǎn)的一種有效方法。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：田喆）