馬蓓，周萍*，童成立，肖和艾，楊友才，吳金水

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2. 中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，湖南 長沙 410125）

亞熱帶丘陵區(qū)紅壤不同土地利用方式下土壤有機碳的變化特征

馬蓓1,2，周萍2*，童成立2，肖和艾2，楊友才1*，吳金水2

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2. 中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，湖南 長沙 410125）

以位于亞熱帶丘陵區(qū)紅壤的桃源縣為例，通過對1979年第二次土壤普查資料和2011年實地采樣分析的表層（0-20 cm）土壤有機碳數(shù)據(jù)進行對比，分析近32年來林地、稻田、旱地等幾種不同利用方式土壤有機碳（SOC）的變化。結(jié)果表明，1979年研究區(qū)林地、稻田和旱地SOC含量平均值分別為13.10 g/kg、14.15 g/kg和11.17 g/kg，2011年分別為18.28 g/kg、18.89 g/kg和12.19 g/kg，近32年來稻田、林地和旱地土壤SOC含量分別增加了40%、33%和9%，以林地和稻田土壤的SOC增幅較大，而旱地土壤的增幅明顯較小。林地、稻田和旱地土壤的平均SOC密度分別從1979年的32.82 t/hm2、33.62 t/hm2和28.99 t/hm2增加到2011年的44.39 t/hm2、43.50 t/hm2和33.53 t/hm2，增長幅度分別為35%、29%和16%，增長速率分別為0.36 t/(hm2.a)、0.31 t/(hm2.a)和0.14 t/(hm2.a)，也是以林地和稻田土壤的增長幅度相對較高，分別是旱地土壤的2.6倍和2.2倍?？梢?，過去32年來亞熱帶丘陵區(qū)紅壤不同利用方式土壤均表現(xiàn)為“碳匯”模式，在不同程度上貢獻于該地區(qū)較強的有機碳積累，其中以林地和稻田土壤的貢獻能力最強。

土壤有機碳；碳密度；紅壤；土地利用；區(qū)域尺度；時間尺度

土壤碳庫作為陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫，對人類活動和環(huán)境變化的響應(yīng)非常敏感。土壤是大氣CO2重要的“源”或“匯”，其變化對全球氣候變化影響顯著[1-5]。土地利用是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支最直接的影響因子之一，制約著土壤碳庫的容量和有機碳積累水平[6-11]。合理的土地利用可以有效促進土壤有機碳（SOC）的積累，充分發(fā)揮土壤的固碳功能。

近年來，國內(nèi)關(guān)于區(qū)域不同利用方式下SOC的時間變化研究開展了大量工作，研究報道了不同區(qū)域SOC固碳能力的差異明顯，但是某些區(qū)域SOC的“源匯”功能尚存在不確定性，這主要與不同生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)來源的差異性等有關(guān)[9-14]。如有研究報道川東平行嶺谷區(qū)和關(guān)中地區(qū)農(nóng)田表層土壤（0-20 cm）均表現(xiàn)為固碳現(xiàn)象，固碳速率約為0.07 t/(hm2.a)[9-10]，而江漢平原區(qū)和典型黑土區(qū)農(nóng)田表層土壤（0-20 cm）則表現(xiàn)為丟碳現(xiàn)象，SOC下降速率分別為0.10和0.14 t/(hm2.a)[11-12]。但是也有研究報道，江漢平原區(qū)存在有機碳庫增加的現(xiàn)象[14]。因此，充分了解區(qū)域土壤有機碳不同利用方式下的分布現(xiàn)狀與時間變化特征對于評價區(qū)域土壤碳庫的“源匯”特征及其對氣候變化的影響具有重要意義。

我國亞熱帶地區(qū)是世界上一個重要的生態(tài)類型區(qū)，該區(qū)域水熱資源豐富，森林生產(chǎn)力高，土地利用方式多樣，土壤固碳效應(yīng)與固碳潛力明顯。最近，Piao等[15]在評估我國陸地碳平衡時指出，亞熱帶地區(qū)碳匯占到全國總碳匯的65%以上。因此，很有必要深入了解亞熱帶地區(qū)不同利用方式土壤有機碳的分布與變化特點，區(qū)分不同利用方式土壤固碳的能力及其對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能的貢獻。前期對于亞熱帶丘陵區(qū)紅壤景觀單元尺度不同利用方式不同時期土壤實地采樣分析的SOC結(jié)果顯示，稻田土壤SOC含量明顯高于林地和旱地，且在1979-2003年期間稻田土壤SOC含量穩(wěn)定增加了60%，而旱地土壤基本保持不變[13,16]。由于上述研究結(jié)果是景觀單元尺度上的實地采樣分析結(jié)果，所選景觀單元內(nèi)林地覆蓋度較低，植被主要為近年來人工種植的馬尾松林等，并不能完全反映整個亞熱帶區(qū)域不同利用方式，特別是林地土壤有機碳變化的實際情況?？h域是我國國家尺度土壤碳庫估算的基本地域單元，很有必要基于縣域尺度單元對亞熱帶丘陵區(qū)有機碳分布與變化情況進行進一步分析，但是現(xiàn)有研究大多集中于國家、省級等大區(qū)域尺度及樣地尺度的定位觀測，而對縣域尺度單元不同利用方式土壤有機碳變化的研究相對較少[9,11]。

本研究以位于亞熱帶丘陵區(qū)紅壤的桃源縣為例，于2011年根據(jù)第二次土壤普查時土壤采樣點的位置描述（地理位置盡量精確到村），通過“點對點”實地密集采樣，在縣域尺度上分析林地、稻田、旱地等不同利用方式SOC的分布現(xiàn)狀與差異，并與1979年第二次土壤普查數(shù)據(jù)進行對比，估算近32年來桃源縣不同利用方式SOC的長期變化，以期為亞熱帶丘陵區(qū)紅壤基于土壤固碳減排的土地利用對策的選取提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

桃源縣位于湖南省西北部（28°24'-29°24' N，110°50'-111°36' E），洞庭湖西南邊緣，沅水流域中下游。地勢西峻東緩，南部和西北部隆起，中東部凹陷，三面環(huán)山，自南北兩側(cè)朝沅水谷底呈馬鞍型逐級降低、逐步傾斜的山間丘陵盆地。氣候?qū)儆谥衼啛釒虮眮啛釒н^渡的季風(fēng)濕潤氣候。年平均降水量1 448 mm，年平均氣溫16.5 ℃。全縣土地面積中林地面積26.67萬hm2，占37.0%，農(nóng)田面積9萬hm2，以稻田為主，占農(nóng)田總面積的88%，其余12%為旱地。林地主要分布在桃源縣南部和西北部，植被以常綠闊葉林為主；稻田主要分布在中東部，以種植雙季稻為主；旱地主要分布在南部和西北部，主要種植棉花、玉米、花生等。土壤類型主要以酸性紅壤和黃壤、水稻土、紫色土和潮土為主，有少量黃棕壤分布。

1.2 土壤樣點布設(shè)與樣品采集

農(nóng)田土壤樣點的布設(shè)遵從綜合性、均衡性和可對照性的原則，主要考慮土壤類型和土地利用方式的不同，采用土壤類型-土壤利用聯(lián)合單元布點的方法進行，各布點單元的樣點數(shù)取決于其面積所占比例的大小，面積比例較大的單元相應(yīng)布設(shè)較多的樣點數(shù)量，土壤樣點在各類型單元中的數(shù)目及在空間分布上大致均勻。所布設(shè)的樣點與第二次土壤普查資料中所記載的樣點位置盡可能做到“點對點”比對，至少精確到同一個村級單位。因林地多分布于南部和西北部的山區(qū)，土壤取樣難度大，僅布設(shè)少量樣點。全縣共布設(shè)樣點231個，其中稻田樣點169個，旱地樣點44個，林地樣點18個。

于2011年9月進行土壤樣品采集，在采樣地10 m×10 m范圍內(nèi)，按照5點法在4個頂點和中心部位采集0-20 cm土樣，混合為1個土壤樣品，并采用環(huán)刀（容積100 cm3）取原狀土樣測量土壤容重，3次重復(fù)。采樣的同時記錄每個樣點的經(jīng)緯度、海拔、地形地貌等自然環(huán)境，并調(diào)查當(dāng)?shù)靥镩g施肥管理與產(chǎn)量等狀況。采集的新鮮土樣帶回實驗室，剔除可見的動植物殘體，置于通風(fēng)、陰涼、干燥的室內(nèi)自然風(fēng)干，過2 mm篩，一部分用于測定土壤pH值和土壤顆粒組成，另一部分繼續(xù)過0.045 mm篩，用于測定土壤有機碳（SOC）和全氮（TN）等指標(biāo)。第二次土壤普查數(shù)據(jù)來源于1979年的桃源縣土壤志以及桃源縣土壤肥料工作站提供的1979年土壤有機質(zhì)含量測定的數(shù)據(jù)表復(fù)印件。

1.3 分析測定與計算方法

土壤有機碳含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定[17]。

土壤有機碳密度采用下列公式計算[13]：

式中：SOCD為土壤有機碳密度（t/hm2），SOC為土壤有機碳含量（g/kg），γ為土壤容重（g/cm3），H為土層厚度（cm，本研究取20 cm）。δ為＞2 mm顆粒所占土壤樣品的百分數(shù)（%）。對于第二次土壤普查時某些樣點表層土壤采樣深度＜ 20 cm時，采用加權(quán)平均法換算成20 cm深度的SOC含量。對于部分樣點缺失表層土壤容重時，稻田（γp）、旱地（γd）和林地（γf）土壤容重的計算方法[11,18-19]分別為：

土壤有機碳密度變化速率計算方法為：

式中：Dr為土壤有機碳密度變化速率（t/(hm2.a)），SOCDt為2011年采樣時的土壤有機碳平均密度（t/hm2），SOCD0為第二次土壤普查時的土壤平均有機碳密度（t/hm2），t為年限（a）。

1.4 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003進行處理，統(tǒng)計分析用SPASS 13.0統(tǒng)計軟件對不同年份與利用方式之間土壤有機碳差異進行ANOVA分析，LSD法進行差異顯著性檢驗（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同利用方式土壤有機碳含量分布的統(tǒng)計特征

1979年林地、稻田和旱地土壤有機碳（SOC）含量的頻率分布特征差別明顯（圖1）。林地土壤SOC含量主要分布在5-10 g/kg和15-20 g/kg之間，分布頻率各占30%。稻田土壤SOC含量主要分布在10-15 g/kg之間，約占57%，其次為15-25 g/kg，占30%。旱地土壤SOC含量則主要分布在10-15 g/kg之間，分布頻率達60%，其次為5-10 g/kg，占27%。

與1979年相比，2011年林地、稻田、旱地土壤SOC含量的分布頻率變化較大，其中SOC含量在較大區(qū)間的分布頻率明顯增大（圖1）。林地土壤15-20 g/kg區(qū)間的SOC含量分布頻率較1979年相比有明顯降低的趨勢，但是20-30 g/kg的分布頻率卻增加到約35%左右，并有30-35 g/kg和40-45 g/kg的較大分布區(qū)間出現(xiàn)。稻田土壤2011年SOC含量的主要分布區(qū)間與1979年相同，也是以10-15 g/kg和15-20 g/kg為主，但是10-15 g/kg區(qū)間的頻率大小較1979年明顯降低，而15-20 g/kg的頻率則較1979年明顯增加。旱地土壤SOC含量的分布與1979年相似，依然以10-15 g/kg為主，分布頻率達50%。

圖1 1979年與2011年不同利用方式0-20 cm土壤有機碳含量的頻率分布Fig. 1 The frequency distribution of soil organic carbon content with different land uses (0-20 cm) in 1979 and 2011

2.2 不同利用方式土壤有機碳含量與密度的變化

與1979年相比，2011年林地、稻田和旱地土壤SOC含量均有不同程度的增加（表1）。林地和稻田土壤SOC增長最為明顯，其中林地土壤SOC從1979年的13.10 g/kg增加到2011年的18.28 g/kg，增長幅度為40%；稻田土壤SOC從1979年的14.15 g/kg增加到2011年的18.89 g/kg，增長幅度為33%。而旱地土壤SOC的增長趨勢明顯較弱，僅從1979年的11.17 g/kg增加到2011年的12.19 g/kg，增長幅度僅為9%（表1）。三種利用方式中以林地土壤SOC含量的變異系數(shù)明顯最大，兩個時期均在60%左右，而稻田土壤的變異系數(shù)最小，介于21%-28%之間。

從土壤有機碳密度來看，近32年來不同利用方式土壤有機碳密度均表現(xiàn)為上升趨勢，且不同利用方式之間差異明顯（表2）。林地土壤有機碳密度從1979年的32.82 t/hm2上升到2011年的44.39 t/hm2，增長幅度為35%，增長速率為0.36 t/(hm2.a)；稻田土壤有機碳密度從1979年的33.62 t/hm2上升到2011年的43.50 t/hm2，增長幅度為29%，增長速率為0.31 t/(hm2.a)，與林地土壤相似；而旱地土壤有機碳密度從1979年的28.99 t/hm2上升到2011年的33.55 t/hm2，增長幅度為16%，增長速率僅為0.14 t/(hm2.a)，明顯低于林地和稻田土壤。經(jīng)計算，林地土壤和稻田土壤有機碳密度的增長速率分別是旱地土壤的2.6倍和2.2倍。

表1 不同利用方式土壤有機碳含量的變化（g/kg）Table 1 The temporal changes of soil organic carbon content with different land uses（g/kg）

表 2 不同利用方式土壤有機碳密度的變化Table 2 The temporal changes of soil organic carbon density with different land uses

3 討論

本文研究結(jié)果表明，1979-2011年桃源縣不同利用方式土壤有機碳含量和密度均呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢，以林地土壤和稻田土壤有機碳含量和密度的增長幅度明顯較高，其中林地土壤和稻田土壤有機碳密度的增長速率分別是旱地土壤的2.6和2.2倍。這與邵景安等[9]報道的川東平行嶺谷區(qū)域土壤有機碳的變化趨勢相一致。從1979年的土壤有機碳密度來看，林地土壤有機碳密度為32.82 t/hm2，稻田土壤有機碳密度為33.62 t/hm2，旱地土壤有機碳密度為28.99 t/hm2，均明顯低于亞熱帶地區(qū)的現(xiàn)有水平（34.3-60.4 t/hm2）[13,16]和全國尺度的平均水平（36.7 t/hm2）[20]。而2011年不同土地利用方式土壤有機碳密度較1979年有不同程度的上升趨勢，林地土壤有機碳密度增長到44.40 t/hm2，稻田土壤有機碳密度增長到42.81 t/hm2，旱地土壤有機碳密度增長到32.42 t/hm2，其中林地土壤與稻田土壤有機碳密度已經(jīng)明顯高于亞熱帶地區(qū)的現(xiàn)有水平和全國尺度的平均水平。

所選研究區(qū)內(nèi)不同土地利用方式下林地和稻田土壤有機碳含量和密度值均相似，且兩者均明顯高于旱地土壤。林地土壤較高的有機碳水平可能與該研究區(qū)境內(nèi)的天然林植被覆蓋率較高（包括原生的常綠闊葉林和次生林地），植被生產(chǎn)力大，生物量與凋落物數(shù)量豐富，土壤中有機物質(zhì)的歸還量大，促進土壤有機碳保持較高的積累水平有關(guān)[21-23]。相比于旱地土壤，稻田的植稻歷史悠久，稻草還田與施肥等改良措施促使土壤中有機物質(zhì)歸還量增多，且稻田土壤的長期淹水環(huán)境在一定程度上抑制了土壤有機質(zhì)的分解，有利于土壤有機碳的積累[23-24]。前期關(guān)于湖南省農(nóng)田（88%為稻田）有機物質(zhì)投入量的研究證實，湖南省通過肥料有機物質(zhì)投入、地下生物量、秸稈留茬量和秸稈還田量所產(chǎn)生的土壤有機物質(zhì)投入量高達6.39 t/hm2[25]。但是，很多研究表明，林地土壤有機碳水平一般高于稻田和旱地土壤[23-24]，而本文中并未發(fā)現(xiàn)林地土壤有機碳有明顯高于稻田土壤的趨勢，究其原因可能跟本研究區(qū)中林地分布偏遠而樣品采集困難，土壤樣點采集密度較低，有機碳的變異性較大有關(guān)（表1、表2）。因為合理的土壤樣品采集密度是保證估算精度要求的基礎(chǔ)，而估算縣域尺度土壤有機碳的最佳樣點密度為0.15個/km2[26]。顯然，本文所選研究區(qū)內(nèi)林地土壤的樣點數(shù)可能會低估該利用方式土壤有機碳的儲量。此外，劉歡瑤等[16]、唐國勇等[27]對亞熱帶丘陵紅壤景觀單元的研究認為，稻田土壤有機碳含量明顯大于林地土壤，與本文研究結(jié)果不同。這可能是因為劉歡瑤等[16]、唐國勇等[27]所選的景觀單元內(nèi)原生林植被嚴重破壞，天然林覆蓋率較低，主要以人工種植的馬尾松林和杉木林為主，林分結(jié)構(gòu)簡單，植被凈生產(chǎn)力遠低于天然林甚至是稻田土壤，有機物質(zhì)輸入量有限，故而影響了林地土壤有機碳的積累水平。

很多研究顯示，不同區(qū)域土壤有機碳庫隨時間變化的差異較大[8-16]。本文結(jié)果表明，所選研究區(qū)域內(nèi)林地、稻田、旱地土壤有機碳含量與密度在過去32年來均表現(xiàn)出不同程度的增加趨勢，以林地和稻田土壤有機碳的增加幅度最為顯著，從而貢獻于該研究區(qū)內(nèi)土壤有機碳的有效積累。這與邵景安等[9]對川東平行嶺谷區(qū)域的報道、張曉偉等[10]對關(guān)中地區(qū)的報道、張世熔等[28]對黃淮海沖擊平原區(qū)的報道相一致。但是，王玉竹等[11]對江漢平原區(qū)農(nóng)田土壤有機碳分布與變化趨勢的分析表明，該區(qū)稻田土壤有機碳呈下降趨勢，而旱地土壤有機碳水平卻輕微上升。這與本文報道的結(jié)果并不一致。王小利等[29]研究發(fā)現(xiàn)黃土丘陵區(qū)旱地土壤有機碳含量與林地相似，而本研究區(qū)旱地土壤有機碳含量卻遠小于林地。此外，陶春軍等[30]、王充等[12]關(guān)于安徽滁州地區(qū)和典型黑土區(qū)有機碳變化的研究結(jié)果也與本文研究結(jié)果相反。因此，鑒于母質(zhì)、地形、質(zhì)地、氣候等自然和人為因素的綜合影響，不同區(qū)域土壤有機碳庫存在空間異質(zhì)性，在對較大區(qū)域尺度或全國尺度土壤碳庫進行估算時，需要充分考慮不同區(qū)域，特別是不同縣域尺度土壤碳庫分布與變化的差異。

4 結(jié)論

1979年與2011年所選亞熱帶丘陵區(qū)紅壤不同利用方式（林地、稻田、旱地）之間土壤有機碳含量與密度的差異明顯。兩個時期林地土壤有機碳含量和密度與稻田土壤相似，但是旱地土壤有機碳含量和密度卻明顯低于林地和稻田土壤。

近32年來林地、稻田和旱地土壤有機碳含量和密度均呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢，表現(xiàn)為明顯的“碳匯”模式。林地、稻田和旱地土壤有機碳含量分別增加了40%、33%和9%，有機碳密度分別增加了35%、29%和16%，其中以林地和稻田土壤的有機碳積累最為明顯，對亞熱帶丘陵區(qū)紅壤“碳匯”效應(yīng)的貢獻最大，而旱地土壤對該地區(qū)碳匯的貢獻相對較弱。

致謝：感謝湖南省土壤肥料工作站、桃源縣土壤肥料工作站、桃源縣農(nóng)業(yè)局在土壤采樣過程中給予的大力支持；感謝中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所公共技術(shù)服務(wù)中心王久榮主任對本研究工作的幫助。

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（責(zé)任編輯：童成立）

Change in soil organic carbon with different land uses in subtropical hilly red soil region

MA Bei1,2, ZHOU Ping2, TONG Cheng-li2, XIAO He-ai2, YANG You-cai1, WU Jin-shui2
（1. College of Biology and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China; 2. Key Laboratory of Agro-Ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha, Hunan 410125, China）

In this study, Taoyuan County was chosen to represent the subtropical hilly red soil region, and the topsoils (0-20 cm) were sampled and soil organic carbon (SOC) analyzed with different land uses (forest, paddy, and upland) in 2011. The SOC data were compared with those collected in the second soil survey period (1979). The purpose was to analyze the temporal changes in soil organic carbon (SOC) with different land uses during the last 32 years (1979-2011). Results showed that the average SOC content in forest soil, paddy soil, and upland soil was 13.10 g/kg, 14.15 g/ kg, and 11.17 g/kg, respectively in 1979, and was 18.28 g/kg, 18.89 g/kg, and 12.19 g/kg, separately in 2011. During the last 32 years, SOC content was increased by 40% in forest soil, 33% in paddy soil, and 9% in upland soil, with the larger increment in forest and paddy soils but smaller one in upland soil. In addition, the average SOC density in the forest soil, paddy soil, and upland soil was increased from 32.82 t/hm2, 33.62 t/hm2, and 28.99 t/hm2in 1979 to 44.39 t/hm2, 43.50 t/hm2, and 33.53 t/hm2in 2011, with the increased rate of 35% (0.36 t/(hm2.a)), 29% (0.31 t/(hm2.a)), and 16% (0.14 t/(hm2.a)), respectively. The increased rate of SOC density in the forest soil and the paddy soil was 2.6 and 2.2 times of that in the upland soil, respectively. Thus, soils with different land uses were all “carbon sink” in the subtropical hilly red soil region during the last 32 years, of which forest soil and paddy soil conveyed stronger SOC sequestration capacity than upland soil. The soil carbon sequestration capacity contributes to the larger SOC accumulation in the subtropical hilly red soil region.

soil organic carbon; carbon density; red soil; land use; regional scale; time scale

ZHOU Ping, E-mail: zhouping@isa.ac.cn; YANG You-cai, E-mail: yangyc163@163.com.

X144

A

1000-0275（2017）01-0176-06

10.13872/j.1000-0275.2016.0130

馬蓓, 周萍, 童成立, 肖和艾, 楊友才, 吳金水. 亞熱帶丘陵區(qū)紅壤不同土地利用方式下土壤有機碳的變化特征[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2017, 38(1): 176-181.

Ma B, Zhou P, Tong C L, Xiao H A, Yang Y C, Wu J S. Change in soil organic carbon with different land uses in subtropical hilly red soil region[J]. Research of Agricultural Modernization, 2017, 38(1): 176-181.

國家自然科學(xué)基金項目 (41371252、41371304、41671242)；國家重點研發(fā)計劃項目（2016YFD0300902）。

馬蓓（1992-），女，湖南株洲人，碩士生，主要從事土壤生態(tài)學(xué)研究，E-mail: 284391948@qq.com；通訊作者：周萍（1982-），女，江蘇濱海人，博士，副研究員，主要從事土壤碳循環(huán)研究，E-mail: zhouping@isa.ac.cn；楊友才（1969-），男，湖南岳陽人，教授，主要從事土壤生態(tài)學(xué)研究，E-mail: yangyc163@163.com。

2016-09-07，接受日期：2016-10-25

Foundation item: National Natural Science Foundation of China (41371252, 41371304, 41671242); National Key Basic Research Program of China (2016YFD0300902).

Received 7 September, 2016;Accepted 25 October, 2016