馬泉來(lái)， 高鳳杰， 侯大偉， 劉 洋， 姜 晗， 韓文文， 單培明

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150030)

牡丹江市土地利用適宜性評(píng)價(jià)

馬泉來(lái)， 高鳳杰， 侯大偉， 劉 洋， 姜 晗， 韓文文， 單培明

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150030)

摘要：[目的] 評(píng)價(jià)牡丹江市退耕還林地區(qū)土地利用效益，對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，為該區(qū)進(jìn)一步土地開(kāi)發(fā)利用及結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)與支持。 [方法] 選取牡丹江市的坡度、高程、土壤類型、水資源系數(shù)、降水量和≥10 ℃積溫6個(gè)因素作為評(píng)價(jià)因子，通過(guò)模型計(jì)算及GIS空間分析，得出研究區(qū)內(nèi)宜農(nóng)用地、宜林用地適宜性等級(jí)。 [結(jié)果] 處于適宜級(jí)以上的農(nóng)業(yè)用地總面積約9 300 km2，占研究區(qū)面積的22.9%，主要分布于坡度小于5°、海拔500 m以下的區(qū)域；處于適宜級(jí)以上的林業(yè)用地總面積約28 000 km2，占研究區(qū)總面積的69.0%，主要分布于海拔高、坡度大、多水土流失的山區(qū)丘陵地帶。 [結(jié)論] 土地利用現(xiàn)狀分析結(jié)果表明，在農(nóng)林交錯(cuò)地帶存在過(guò)度退耕、造成耕地浪費(fèi)的現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：自然因子； 適宜性評(píng)價(jià)； 牡丹江市

土地利用研究是當(dāng)前土地科學(xué)的熱點(diǎn)問(wèn)題，土地利用空間布局的合理與否取決于土地利用方式與土地自然構(gòu)成要素空間分布的合理程度[1]，土地資源的合理、可持續(xù)的利用關(guān)系到社會(huì)文明、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)安全等諸多方面。采取科學(xué)恰當(dāng)?shù)难芯糠椒ㄅc技術(shù)，對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)的土地資源進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)對(duì)于土地資源的可持續(xù)性利用、土地生態(tài)安全都具有十分重要的意義。現(xiàn)有的土地適宜性評(píng)價(jià)較多地從土地利用的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的角度選取指標(biāo)評(píng)價(jià)[2]，如杜鵬飛等[3]以貴陽(yáng)市為例，構(gòu)建建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)模型，在GIS技術(shù)支持下進(jìn)行了喀斯特地區(qū)建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)，促進(jìn)了區(qū)域內(nèi)土地資源的合理有效利用；劉德林等[4]對(duì)黃土高原上黃試區(qū)的耕地、草地、林地的適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為上黃試區(qū)土地資源的合理開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)；王繁等[5]通過(guò)利用現(xiàn)狀對(duì)海涂土地資源適宜性進(jìn)行了空間分析與研究；鄭文武等[6]在GIS環(huán)境下對(duì)南方丘陵生態(tài)脆弱區(qū)的土地利用適宜性進(jìn)行了相關(guān)研究。以退耕還林典型區(qū)域?yàn)檠芯糠秶约搬槍?duì)區(qū)域范圍內(nèi)土地資源自身結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的適宜性分析較為少見(jiàn)，從區(qū)域土地資源自然結(jié)構(gòu)角度,選取自然屬性因子進(jìn)行適宜性分析還有待進(jìn)一步發(fā)展[2,7-10]。本文以黑龍江省典型山地丘陵地區(qū)——牡丹江市為研究實(shí)例，首先通過(guò)對(duì)研究區(qū)的自然結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析選取合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用指標(biāo)計(jì)算和空間分析進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)，得出研究區(qū)土地資源利用的自然適宜性；其次，在自然適宜性研究的基礎(chǔ)上結(jié)合研究區(qū)退耕還林前后兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的土地利用現(xiàn)狀，進(jìn)行比較分析，對(duì)當(dāng)前土地利用結(jié)構(gòu)給予評(píng)價(jià)，得出土地利用不合理的地方，以期為未來(lái)土地利用格局優(yōu)化提供理論支持。

1研究區(qū)概況

牡丹江市位于黑龍江省東南部(128°02′—131°18′E，43°24′—45°59′N)，地處張廣才嶺、老爺嶺山脈，地形以山地和丘陵為主，區(qū)域總面積4.06×104km2。其中，山地總面積占86.3%(中山占13.4%，低山72.9%)，丘陵占8.6%，平原(包括內(nèi)陸水域)占5.5%[14]。氣候?qū)侔霛駶?rùn)中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫4.9～6.1 ℃，年降水量500～600 mm，無(wú)霜期115～152 d。土壤類型主要有暗棕壤、白槳土、草甸土、沼澤土和泥炭土以及水稻土等6個(gè)土類，其中以暗棕壤分布最廣。主要自然植物屬于長(zhǎng)白山植物區(qū)系，地帶性植被為針闊混交林，主要分布在海拔500～900 m的山地和局部丘陵的頂部；落葉闊葉林分布較廣，主要分布在200～700 m的低山丘陵地帶。社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源供給間的長(zhǎng)期矛盾，使區(qū)域土地利用存在諸多問(wèn)題，不尊重自然規(guī)律，不考慮土地適宜性，隨意確定土地用途，毀林開(kāi)荒、超坡開(kāi)墾、用宜農(nóng)土地營(yíng)造速生豐產(chǎn)林、擠占牧場(chǎng)等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，盡管于黑龍江省率先實(shí)行退耕還林工程，由于政策不完善、利益驅(qū)使和執(zhí)行中的偏頗，在退耕還林中把本不該退耕的耕地還林，造成耕地的浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)研究區(qū)生態(tài)安全產(chǎn)生危害[11-12]。因此，在后退耕還林時(shí)期，確定土地利用適宜用途，從研究區(qū)土地本底適宜性上對(duì)退耕還林區(qū)的林地與耕地間的矛盾進(jìn)行評(píng)價(jià)，為今后的土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整與規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

2研究方法

2.1　研究技術(shù)路線

根據(jù)研究區(qū)為典型的山區(qū)半山區(qū)特點(diǎn)，篩選能夠表征研究區(qū)特征的適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，收集相關(guān)數(shù)據(jù)并處理，通過(guò)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型進(jìn)行基于自然屬性的土地適宜性評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上利用GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)研究區(qū)適應(yīng)性評(píng)價(jià)結(jié)果的空間展布，結(jié)合研究區(qū)退耕前后土地利用現(xiàn)狀，評(píng)價(jià)土地利用合理性狀況，為將來(lái)土地利用規(guī)劃提供決策支持，技術(shù)路線如圖1所示。

圖1　牡丹江市土地利用適宜性評(píng)價(jià)技術(shù)路線

2.2　評(píng)價(jià)指標(biāo)選取與數(shù)據(jù)處理

人口的迅速膨脹以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)資源環(huán)境的開(kāi)發(fā)與掠奪加劇，導(dǎo)致山區(qū)半山區(qū)人地關(guān)系矛盾劇烈，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源保護(hù)之間的平衡點(diǎn)是山區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，而森林景觀是區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全的重要保障。在影響區(qū)域范圍內(nèi)土地利用的諸多自然因子中，坡度和高程對(duì)水土流失影響最大，于農(nóng)林業(yè)用地的開(kāi)發(fā)利用起到關(guān)鍵作用；其次，水資源分布及土壤類型直接決定了地表土地利用景觀的空間分布；降水及≥10 ℃積溫對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及植被的生長(zhǎng)關(guān)系密切，對(duì)地域間的土地利用影響更為明顯[4,6,13]。在已有研究基礎(chǔ)上，從研究區(qū)自然狀態(tài)角度選取影響土地利用的坡度、高程、土壤類型、降水量、水資源分布系數(shù)，≥10 ℃積溫等自然因素作為研究區(qū)土地利用適宜性評(píng)價(jià)因子。

坡度與高程因子由研究區(qū)30 m DEM直接提??；土壤類型由黑龍江省1∶100萬(wàn)土壤類型圖獲??；降水量、水資源分布密度及≥10 ℃積溫通過(guò)黑龍江省氣象站點(diǎn)及相關(guān)市縣統(tǒng)計(jì)資料獲取數(shù)據(jù)，并在ArcGIS平臺(tái)經(jīng)過(guò)克里格(Kriging)空間插值并裁剪獲得，各自然因子如圖2所示。退耕還林前后土地利用現(xiàn)狀分別采用2000年Landsat TM影像和2013年Landsat OLI影像，經(jīng)影像融合、配準(zhǔn)，經(jīng)目視解譯及野外GPS點(diǎn)屬性校驗(yàn)修正獲得(圖3)

圖2　研究區(qū)土地利用評(píng)價(jià)指標(biāo)因子分布圖

圖3　研究區(qū)退耕前(2000年)和退耕后(2013年)土地利用現(xiàn)狀圖

2.3　數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化及因子權(quán)重計(jì)算

采用區(qū)間映射法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，以消除量綱及指標(biāo)性質(zhì)的影響。其中，按評(píng)價(jià)因子的性質(zhì)，將其分為正向評(píng)價(jià)因子和負(fù)向評(píng)價(jià)因子，正向評(píng)價(jià)因子采用公式(1)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

U=(xi-xmin)/(xmax-xmin)

(1)

式中：U——?dú)w一化后的指標(biāo)值；xi——評(píng)價(jià)因子值；xmax,xmin——數(shù)據(jù)中的最大值與最小值。下同。

負(fù)向評(píng)價(jià)因子采用公式(2)處理：

U=1-(xi-xmin)/(xmax-xmin)

(2)

其中，在所選的評(píng)價(jià)因子中，土壤類型屬于定性的因子，根據(jù)王宗明等[14]在土壤類型對(duì)三江平原土地利用/覆被變化的影響的分析結(jié)果予以量化處理，賦予不同的分值，這樣所有參與評(píng)價(jià)的因子都有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提高評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。

評(píng)價(jià)因子權(quán)重的確定直接影響了該評(píng)價(jià)的科學(xué)性與合理性，結(jié)合所選取的評(píng)價(jià)因子，本文通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查獲取相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用層次分析法(AHP)確定不同評(píng)價(jià)因子對(duì)研究區(qū)適宜性評(píng)價(jià)的權(quán)重值(表1)。

表1　土地利用適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重

注：表示為正向評(píng)價(jià)因子；-表示為負(fù)向評(píng)價(jià)因子；

采用簡(jiǎn)單加權(quán)求和法〔公式(3)〕求得土地利用的適宜性評(píng)價(jià)綜合值：

(3)

式中：Q——第i單元適宜性評(píng)價(jià)綜合值；Ui——第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的指標(biāo)值；Vi——第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。

在加權(quán)計(jì)算得出的適宜性評(píng)價(jià)值的基礎(chǔ)上，參照研究區(qū)實(shí)際利用情況及相關(guān)研究成果，建立研究區(qū)土地利用適宜性分級(jí)[15-17](表2)。

3結(jié)果與分析

為保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，參考已有研究成果[18]，確定90 m為研究區(qū)最佳分析粒度，然后，在ArcGIS環(huán)境中，利用公式(1)—(2)得到各評(píng)價(jià)因子去除量綱后的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行空間化處理。利用公式(3)進(jìn)行評(píng)價(jià)因子的空間疊加運(yùn)算，并結(jié)合表2分級(jí)參考值得到研究區(qū)農(nóng)業(yè)用地與林地適宜性空間分布(圖3)及數(shù)量(表3)。

表2　土地利用適宜性等級(jí)

圖4　研究區(qū)農(nóng)業(yè)用地/林業(yè)用地適宜性分級(jí)圖

項(xiàng)目 農(nóng)業(yè)用地面積/km2比重/%林業(yè)用地面積/km2比重/%適宜評(píng)價(jià)930022.92800069.0退耕前(2000年)943423.32704666.6退耕后(2013年)890021.92837270.0

3.1　農(nóng)業(yè)用地適宜性及其分布

研究區(qū)處于山區(qū)半山區(qū)，同時(shí)是國(guó)家退耕還林工程率先實(shí)施地區(qū)，土地利用狀況復(fù)雜，波動(dòng)性大。由適宜性分析結(jié)果(圖4，表3)可以看出，非常適宜、適宜農(nóng)業(yè)發(fā)展的土地主要分布于牡丹江地區(qū)東北至西南走向的中心地帶，總面積約9 300 km2，占研究區(qū)面積的22.9%。該地區(qū)大部分為沿江平原區(qū)，坡度集中于0°~5°之間，海拔高度在500 m以下，地勢(shì)平坦，水資源較為豐富，是天然的適宜于農(nóng)業(yè)發(fā)展的區(qū)域，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了自然條件優(yōu)勢(shì)。限制性適宜、不適宜農(nóng)業(yè)用地主要分布于研究區(qū)四周的山地、丘陵地帶，這些地區(qū)一般坡度陡峭、地勢(shì)起伏較大。退耕前有134 km2不適宜發(fā)展農(nóng)業(yè)的土地開(kāi)墾為耕地，退耕還林工程實(shí)施后后，適宜于農(nóng)業(yè)發(fā)展的土地缺口達(dá)到400 km2，造成耕地資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況分析，造成這一差異的主要原因是，隨著城市化進(jìn)程的加快，城市建設(shè)占用了大量適宜農(nóng)用耕地，另一方面，林地開(kāi)墾為耕地后，土地利用的不經(jīng)濟(jì)性逐漸凸顯，農(nóng)田荒廢并再次還林還草。其次，城市化以及農(nóng)業(yè)收入不景氣的條件下，大量農(nóng)民外出打工，農(nóng)業(yè)人口不斷降低，農(nóng)民為獲得短期利益，將許多農(nóng)用地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值匾誀?zhēng)取國(guó)家退耕還林補(bǔ)貼，使得退耕后適宜農(nóng)業(yè)耕作土地銳減，多方面原因造成了宜農(nóng)用地缺口變大。

3.2　林業(yè)用地適宜性及其分布

林業(yè)發(fā)展在牡丹江地區(qū)占據(jù)主導(dǎo)地位，林業(yè)用地適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果圖4和表3表明，非常適宜、適宜林業(yè)用地約為28 000 km2，主要分布于研究區(qū)西部和東南部海拔較高的張廣才嶺和老爺嶺一帶的山地，其次分布于海拔在600 m以上、坡度在12°以上的地區(qū)，還有一些土質(zhì)疏松、易造成水土流失的12°以下坡度的生態(tài)脆弱地區(qū)。退耕還林后林業(yè)用地明顯增加，林業(yè)用地從還林前的27 046 km2增加至約28 372 km2，研究區(qū)森林覆蓋度由退耕前的66.6%增加值現(xiàn)在的70.0%左右。這對(duì)于改善區(qū)域嚴(yán)重水土流失，增強(qiáng)生態(tài)安全具有重要意義。同時(shí)應(yīng)該看到，由于政策的不完善、當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在短期利益驅(qū)動(dòng)下，不尊重土地利用的適宜性，不能因地制宜地開(kāi)發(fā)利用土地資源，在退耕還林實(shí)施中把部分優(yōu)質(zhì)農(nóng)業(yè)用地、不該退耕的耕地還林，使得研究區(qū)人地關(guān)系矛盾愈加緊張。這種不尊重自然的土地利用模式，使得弊大于利，進(jìn)而限制了研究區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

在適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果(圖4)的基礎(chǔ)上，與圖3退耕還林前后(2000，2013年)土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行比較分析可以得出，研究區(qū)坡度在15°以上的坡耕地應(yīng)堅(jiān)決全部還林還草；坡度在8°~15°的坡地水土流失較為嚴(yán)重[11,18]，且由于土地利用外部不經(jīng)濟(jì)的地方也是合理還林還草的重點(diǎn)區(qū)域；在耕地與林地交錯(cuò)地帶，坡度處于8°，甚至5°以下的宜耕土地部分退耕但同時(shí)又存在過(guò)度退耕的矛盾情形，也是現(xiàn)有林地的空間分布數(shù)量比現(xiàn)有的宜林用地多出約372 km2的缺口所在，這也是后退耕還林時(shí)期的工作重點(diǎn)；可以得出，退耕還林行為發(fā)生于坡度大于15°地區(qū)；其次為農(nóng)林業(yè)交錯(cuò)、距離居民點(diǎn)近、生產(chǎn)活動(dòng)較方便的帶狀區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)坡度較為緩和、坡度多分布在6°~15°之間、高程和水資源處于中等適宜水平，同時(shí)交通便利，改變土地利用類型容易，這些形成了該區(qū)域內(nèi)土地利用類型變化較大的原因。相關(guān)研究也證實(shí)農(nóng)林交錯(cuò)區(qū)的高土地利用動(dòng)態(tài)度特征。因此研究也證實(shí)了該區(qū)域是退耕還林工程實(shí)施的關(guān)鍵地，該區(qū)域也最容易因政策的疏松而造成退耕還林成果的反彈及資源的浪費(fèi)。在后退耕還林時(shí)期加強(qiáng)該區(qū)域內(nèi)的監(jiān)管力度、政策執(zhí)行度是進(jìn)一步落實(shí)完善退耕還林工程的關(guān)鍵。

4結(jié) 論

(1) 研究區(qū)屬典型山區(qū)半山區(qū)，林木業(yè)是該區(qū)域傳統(tǒng)的發(fā)展途徑。2000年以前，社會(huì)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)林業(yè)持續(xù)發(fā)展，森林砍伐，農(nóng)田開(kāi)墾，耕地面積持續(xù)增加，研究區(qū)森林覆蓋度下降，引發(fā)一系列的水土流失等生態(tài)安全問(wèn)題，土地利用間的矛盾愈加明顯。

(2) 國(guó)家退耕還林工程的實(shí)施，使牡丹江市土地利用的不合理行為得到控制，區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境得到恢復(fù)與改善。截止2013年，進(jìn)行還林還草的耕地面積達(dá)到534 km2，坡度15°以上耕地堅(jiān)決全部還林還草，超坡耕種行為被制止，林業(yè)用地所占比重進(jìn)一步擴(kuò)大，農(nóng)林交錯(cuò)、生態(tài)脆弱等土地利用變化大的地區(qū)的土地利用行為趨于規(guī)范，退耕還林還草使牡丹江市土地利用結(jié)構(gòu)更加科學(xué)合理，適宜性程度比2000年明顯提高，但需要警惕退耕過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)度還林還草行為，即在低坡度、地勢(shì)平坦宜耕區(qū)域還林還草，造成耕地資源的浪費(fèi)；農(nóng)林用地交錯(cuò)及距離居民點(diǎn)近的坡度在5°以上、高程、水資源等適中的地帶，作為退耕還林工程的主要區(qū)域，同時(shí)是后退耕還林時(shí)期，嚴(yán)格政策實(shí)施，加強(qiáng)監(jiān)管力度，鞏固并完善退耕成果的主戰(zhàn)場(chǎng)，也是今后工作的重點(diǎn)所在。

(3) 土地資源的開(kāi)發(fā)利用要尊重區(qū)域自然規(guī)律，既不可盲目開(kāi)發(fā)利用，也不能造成資源閑置浪費(fèi)，在土地開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中能夠及時(shí)依據(jù)區(qū)域的自然適宜性特點(diǎn)進(jìn)行土地利用結(jié)構(gòu)的再調(diào)整，使土地利用效益最大。

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Assessment on Land Use Suitability of Mudanjiang City

MA Quanlai， GAO Fengjie， HOU Dawei， LIU Yang， JIANG Han, HAN Wenwen, SHAN Peiming

(SchoolofResourceandEnvironment,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin，Heilongjiang150030,China)

Abstract：[Objective] The land use benefits from grain-for-green project in Mudanjiang City were evaluated, and we expected to propose some scientific bases for rational land exploitation and structural adjustment of land use. [Methods] Based GIS spatial analysis, six natural indicators, including slope gradient, elevation, soil type, coefficient of water resource, precipitation, and ≥10 ℃ accumulated temperature were calculated. They were used as evaluation factors to assess the suitability of lands in Mudangjiang City for cultivated land and forestry land. [Results] The results showed that the land area assessed suitable to cultivation was about 9 300 km2, accounting for 22.9% of the study area. The slope gradient of these lands is below 5° and the elevation is below 500 m. Lands assessed with forestry suitability grade had about 28 000 km2, covered 69.0% of the study area and mainly located at mountainous region, where both the elevation and slope gradient are great and the soil is vulnerable and erosive. [Conclusion] In forest-agriculture zone, present land use exists a phenomenon of overly returning farming land to forestry. This might cause the waste of suitable cultivation lands.

Keywords:natural factors; suitability assessment; Mudanjiang City

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)06-0285-06

中圖分類號(hào)：P208， F293.2

通信作者：高鳳杰(1981—),女(漢族),河北省遷西縣人,副教授,主要從事資源環(huán)境遙感研究。E-mail:gaojiecumt@126.com。

收稿日期：2014-08-21修回日期：2014-09-26

資助項(xiàng)目：黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“寒地山區(qū)退耕還林前后土地生態(tài)安全演變”(12541037)； 寒地黑土利用與保護(hù)省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(ht2012-09)

第一作者：馬泉來(lái)(1992—),男(漢族),河南省禹州市人,碩士研究生,研究方向?yàn)?S技術(shù)。E-mail:mql1992@126.com。