孟阿靜，嚴(yán)晶 ，庫德熱提·巴吾東，顧成剛，王治國，付彥博，

饒曉娟4，盛建東1，馮耀祖4(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院拜城農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站，新疆拜城 8423001； 3.哈密市巴里坤縣奎蘇鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，新疆哈密 839203；4.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091)

增溫水灌溉對(duì)棉花根際土壤養(yǎng)分和土壤微生物數(shù)量的影響

孟阿靜1,2,3，嚴(yán)晶2，庫德熱提·巴吾東2，顧成剛3，王治國4，付彥博4，

饒曉娟4，盛建東1，馮耀祖4(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院拜城農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站，新疆拜城 8423001； 3.哈密市巴里坤縣奎蘇鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，新疆哈密 839203；4.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091)

【目的】通過田間增溫水灌溉(ZW)和井水灌溉(CK)小區(qū)實(shí)驗(yàn)，研究滴灌溫度對(duì)棉花根際土壤養(yǎng)分及微生物數(shù)量的影響。【方法】在膜下滴灌條件下，設(shè)置增溫滴灌和井水滴灌2水平3重復(fù)處理，在棉花蕾期、鈴期時(shí)采集棉花根際0～20 cm土壤，測定土壤速效N、有效P、速效K及有機(jī)質(zhì)含量，并在蕾期時(shí)取完整灌水周期中根際土壤鮮樣測定土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量?！窘Y(jié)果】 蕾期時(shí)ZW處理土壤速效氮含量較CK減少13.51%(P<0.05)，鈴期時(shí)，有效磷含量減少26.7%(P<0.05)，兩時(shí)期中ZW處理下速效鉀，有機(jī)質(zhì)含量均略低于CK處理(P>0.05)；完整灌水周期內(nèi)ZW處理土壤微生物數(shù)量均有所增加，其中灌水后第3 d，細(xì)菌、真菌、放線菌分別增加了41.5%(P<0.05)、45%(P<0.01)、19%(P<0.05)，灌后第5 d，放線菌數(shù)量增加了93.2%(P<0.01)，總增加量為細(xì)菌>放線菌>真菌?！窘Y(jié)論】增溫水灌溉可以促進(jìn)棉花對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收，降低土壤中養(yǎng)分含量，亦可豐富土壤中微生物總量，促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)轉(zhuǎn)化。

棉花；增溫滴灌；土壤養(yǎng)分；微生物數(shù)量

0 引言

【研究意義】土壤養(yǎng)分及土壤微生物數(shù)量是反應(yīng)土壤肥力的重要指標(biāo)[1]，二者受自然因素的影響，溫度變化將直接影響土壤生物系統(tǒng)，從而可能影響土壤養(yǎng)分狀況和微生物數(shù)量[2-3]，研究增溫水灌溉下棉花根際土壤養(yǎng)分狀況及微生物數(shù)量變化，了解增溫對(duì)棉花生長的影響具有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤速效N、P、K 含量反映了土壤中N、P、K 的現(xiàn)實(shí)供應(yīng)狀況，對(duì)作物的生長發(fā)育起著十分重要的作用[1]，李伏生等[4]研究表明溫度升高后，作物的生育期縮短，地上部分的生物量增加，地下養(yǎng)分的吸收加快，最終增溫促進(jìn)了作物的生長發(fā)育。土壤微生物數(shù)量與土壤肥力呈正相關(guān)關(guān)系，許多研究表明[5-7]土壤溫度升高對(duì)土壤微生物數(shù)量，活性等方面影響顯著。【本研究切入點(diǎn)】棉花是新疆最重要的經(jīng)濟(jì)作物，也是喜溫作物[8]，而新疆地下井水水溫很低，春季井水平均水溫約9℃[9]，一般夏季井水溫度為10～15℃，80%的棉花滴灌時(shí)抽取地下井水不進(jìn)行任何增溫處理就滴入棉田，而低溫井水與土壤環(huán)境溫度存在差異，進(jìn)入土壤必然會(huì)與其發(fā)生熱量的交換與轉(zhuǎn)移，從而降地土壤溫度，抑制棉花對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收，影響棉花生長發(fā)育?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究增溫水灌溉和井水灌溉對(duì)棉花根際土壤養(yǎng)分及微生物數(shù)量的影響，來反應(yīng)不同溫度環(huán)境下棉花生長情況，為新疆低溫井水滴灌技術(shù)提出應(yīng)對(duì)措施，為新疆棉花的持續(xù)高產(chǎn)提供理論與技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2014年4～10月在新疆烏魯木齊市國家灰漠土肥力與肥料效益重點(diǎn)野外科學(xué)觀測試驗(yàn)站 (N：43°95′26″，E：87°46′45″) 進(jìn)行。該試驗(yàn)站位于新疆烏魯木齊市以北22 km 的新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院安寧區(qū)綜合試驗(yàn)場內(nèi)。國家灰漠土肥力與肥料效益重點(diǎn)野外科學(xué)觀測試驗(yàn)站，海拔高度 680～920 m，4月20日～10月20日(棉花生育期)平均氣溫為20.25℃，年降水量180～250 mm，年蒸發(fā)量1 600～2 200 mm，年均日照時(shí)數(shù)2 594 h，無霜期156 d，屬干旱半干旱荒漠氣候。試驗(yàn)土壤類型為中度熟化的灰漠土。試驗(yàn)地土壤狀況為，土層深度0～20 cm，速效氮69.41 g/kg，速效磷10.14 mg/kg，速效鉀122.00 mg/kg，有機(jī)質(zhì)10.89 g/kg，總鹽1.80 g/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)分增溫水灌溉(ZW)和井水灌溉(CK)兩個(gè)處理，ZW處理是將從井里抽出來的水，流入容積400 L的桶中，桶內(nèi)置一增壓泵與即時(shí)熱水器相連，即井水流入儲(chǔ)水桶中，通過增壓泵將水泵入熱水器中，加熱后在流入桶中，當(dāng)桶中溫度升至30℃(通過已有的棉花最適生長的土溫為30℃左右[10]及膜下滴灌棉花土壤溫度動(dòng)態(tài)變化規(guī)律確定[11])時(shí)進(jìn)行灌溉；CK處理即直接用井水灌溉，通過瞬時(shí)溫度計(jì)測定滴頭溫度，ZW處理滴頭溫度為28～32℃，CK處理滴頭溫度16～19℃。

試驗(yàn)設(shè)2個(gè)處理，6個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積9.6 m2。全生育期灌水量為3 900 m3/hm2，每周灌水1次，共灌水13次；全生育期共施入尿素、磷酸二銨、磷酸二氫鉀為：300、300和75 kg/hm2，其中尿素30%基施，70%追施，磷酸二銨、磷酸二氫鉀全部基施；播種日期為4月24日， 9月28日測產(chǎn)收獲。圖1

注：1.水源water；2.出水口water outlet；3.即時(shí)熱水器instant water heater；4.控水閥control water valve；5.儲(chǔ)水桶storage bucket；6.出水口water outlet；7.入水口entry nozzle；8.潛水泵submersible pump；9.回水管return pipe；10.瞬時(shí)溫度計(jì)instantaneous thermometer；11.調(diào)壓閥pressure regulating valve；12.水表water meter；13.控水閥control water valve；14.施肥罐fertilization pot；15.壓力表pressure gauge；16.滴灌支管drip irrigation pipe；17.毛管capillary

圖1 增溫灌溉裝置
Fig.1 Temperature increasing device for drip irrigation

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 溫度記錄

采用DT-80(美國TENMARS)溫度采集器，在滴頭正下方5、10、15和20 cm深處埋下溫度探頭，每20 min記錄一次溫度，定期采集數(shù)據(jù)。

1.2.2.2 土壤養(yǎng)分

于2014年6月25日(蕾期)、8月15日(鈴期)采用5點(diǎn)法在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采取0～20 cm棉花根際土壤3份并混合成一份樣品，共2處理，6個(gè)小區(qū)，即每處理3組土樣。采集的土壤樣品，自然風(fēng)干，過篩處理后，按照常規(guī)方法進(jìn)行養(yǎng)分的測定。有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀容量法，堿解氮測定采用堿解擴(kuò)散法，有效磷測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀測定采用醋酸銨浸提-火焰光度法[12]。

1.2.2.3 微生物數(shù)量

于2014年6月23日(灌后1 d)、6月25日(灌后3 d)、6月27日(灌后5 d)取棉花0～20 cm根際土壤樣品，根際土壤采用抖土法采集[13]，土樣于4℃冰箱中進(jìn)行保存，微生物數(shù)量測定采用稀釋平板涂抹培養(yǎng)計(jì)數(shù)法分析。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，放線菌采用改良的高氏一號(hào)培養(yǎng)基(每300 mL 培養(yǎng)基中加3%重鉻酸鉀1 mL)，真菌采用PDA 培養(yǎng)基(每100 mL 培養(yǎng)基加1%鏈霉素溶液0.3 mL)[14]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析均在Microsoft Excel 2010和DPS 3.01統(tǒng)計(jì)軟件上完成，采用單因素分析LSD法比較不同處理間各參數(shù)的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 增溫水灌溉下土壤溫度變化規(guī)律

蕾期(于6月22～28日監(jiān)測)增溫水灌溉與井水灌溉相比，灌水后5、10、15和20 cm處土壤溫差分別為：4.65、3.69、3.40和2.36℃。隨著灌水后時(shí)間的增長不同土層間溫差逐漸變小，其中灌后1 d 0～20 cm土層溫差依次為：2.33、2.15、2.57和2.32℃,灌后2～6 d，不同土層間溫差均小于0.5℃，土壤溫度與氣溫呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系(圖2-1)。鈴期(于8月5～11日監(jiān)測)，增溫水灌溉下不同土層溫度均高于井水灌溉，灌后1～5 d，溫差保持在4℃左右，灌后第6 d溫差降到2℃，除灌后第4 d，氣溫略高于增溫水灌溉0～20 cm土層溫度，其余時(shí)間為土溫略高于氣溫，井水灌溉下整個(gè)灌水周期0～20 cm土層溫度均低于氣溫，最高溫差達(dá)4.65℃，平均溫差為3.43℃(圖2-2)。圖2

注：2-1 蕾期時(shí)土溫變化規(guī)律；2-2 鈴期時(shí)土溫變化規(guī)律

Note :
Fig 2-1 Changes of soil temperature during the bud stage；Fig 2-2 Changes of soil temperature during the boll stage

圖2 完整灌水周期內(nèi)土溫變化規(guī)律
Fig.2 Change rule of soil temperature in an irrigation period

2.2 增溫水灌溉對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

2.2.1 速效氮變化情況

氮是土壤中最為活躍的大量營養(yǎng)元素之一，速效氮含量在一定程度上可以反映出土壤氮素的供應(yīng)強(qiáng)度。蕾期時(shí)ZW處理下土壤中速效氮含量為59.3 mg/kg，較CK降低9.3 mg/kg，降幅為13.51%(P<0.05)；鈴期時(shí)ZW處理速效氮含量為43.2 g/kg，較CK減少7.89%(P>0.05)。由此說明ZW處理有助于棉花對(duì)土壤中N素的吸收。圖3

注：小寫字母(a,b,c)別表示差異達(dá)P<0.05 顯著性水平，下同

Note :Values followed by differen lowercase(a,b,c) is significantly different atP<0.05, respectively, the sae as below

圖3 0～20 cm土層速效氮含量
Fig.3 Available N uptake of 0-20 cm soil

2.2.2 有效磷變化

土壤有效磷是土壤磷素養(yǎng)分供應(yīng)水平高低的指標(biāo), 土壤磷素含量高低在一定程度反映了土壤中磷素的貯量和供應(yīng)能力。蕾期時(shí)ZW處理土壤中有效磷含量為10.6 mg/kg，較CK增加了3.4%(P>0.05)，鈴期時(shí)ZW處理有效磷較CK減少了26.7%(P<0.05)，由此說明鈴期時(shí)增溫灌溉明顯促進(jìn)了植株對(duì)P素的吸收。圖4

圖4 0～20 cm土層有效磷含量

Fig.4 Available P2O5uptake of 0-20 cm soil

2.2.3 速效鉀變化

鉀可以提高作物抗逆性，土壤鉀的有效性與土壤速效鉀的含量成正比關(guān)系，兩個(gè)時(shí)期中0～20 cm土層中ZW處理速效鉀含量均低于CK，但兩處理下速效鉀含量差異均小于2%(P<0.05)，說明增溫水灌溉對(duì)速效鉀含量影響較小。圖5

圖5 0～20 cm土層速效鉀含量

Fig.5 Available K2O uptake of 0-20 cm soil

2.2.4 有機(jī)質(zhì)變化

蕾期時(shí)，增溫水灌溉與井水灌溉,土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為11.9和13.6 g/kg，ZW較CK減少了1.7 g/kg，降幅12.3%(P>0.05)；鈴期時(shí)兩灌水處理有機(jī)質(zhì)含量分別為10.4和10.5 g/kg，ZW較CK減少了1.28%(P>0.05)，兩時(shí)期中ZW處理有機(jī)質(zhì)含量較CK均略有降低(P>0.05)，增溫促進(jìn)了微生物生長從而加速了土壤有機(jī)質(zhì)的分解速度。圖6

2.3 增溫水灌溉對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

2.3.1 細(xì)菌數(shù)量變化

縱觀整個(gè)灌水周期ZW處理細(xì)菌數(shù)量均高于CK，灌后1、3和5 d的細(xì)菌數(shù)量與CK相比，增幅分別為23.7%、41.5%、14.4%，其中灌后第3 d時(shí)細(xì)菌數(shù)量達(dá)最大，處理間差異顯著(P<0.05)。圖7

圖6 0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量
Fig.6 Organic matter uptake of 0-20 cm soil

圖7 完整灌水周期內(nèi)0～20 cm土層細(xì)菌數(shù)量變化
Fig.7 Changes of 0-20 cm soil bacteria counts under an irrigation cycle

2.3.2 真菌數(shù)量變化

縱觀整個(gè)灌水周期，0～20 cm土層中真菌含量隨灌后時(shí)間的增長而不斷增加，兩處理相比，ZW處理真菌數(shù)量始終高于CK， ZW處理下真菌數(shù)量分別為：5.89×103CFU、8.50×103CFU、8.88×103CFU，較CK增幅分別為15.94%(P>0.05)、45%(P<0.01)、19%(P>0.05)。圖8

注：數(shù)值后不同大(A,B,C)、小寫字母(a,b,c)分別表示差異達(dá)P<0.01和P<0.05 顯著性水平，下同

Note :Values followed by different capital(A,B,C) and lowercase(a,b,c) are significantly different atP<0.01 andP<0.05, respectively, the same as below

圖8 完整灌水周期內(nèi)0～20 cm土層真菌數(shù)量變化
Fig.8 Changes of 0-20 cm soil fungus counts under an irrigation cycle

2.3.3 土壤中放線菌數(shù)量變化

隨著灌后時(shí)間的增長，ZW處理放線菌數(shù)量不斷增加，CK處理放線菌數(shù)量先增加后降低， ZW處理下土壤放線菌數(shù)量均高于CK。灌后1、3和5 d，ZW較CK分別增加了3.55%(P>0.05)、19.0%(P<0.05)、93.2%(P<0.01)。圖9

圖9 完整灌水周期內(nèi)0～20 cm土層放線菌變化
Fig.9 Changes of soil actinomycetes strain under single irrigation cycle

3 討 論

土壤養(yǎng)分含量對(duì)作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成具有重要作用[15]，魏建軍等[16]在研究土壤養(yǎng)分變化與大豆養(yǎng)分吸收之間的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)土壤中速效N、P、K的減少量與大豆N、P、K吸收量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，張明乾等[15]在研究夜間增溫對(duì)冬小麥根系生長和土壤養(yǎng)分有效性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)夜間增溫促進(jìn)了小麥根系生長，從而促進(jìn)的植株對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收，降低了土壤養(yǎng)分含量。試驗(yàn)中通過增溫水滴灌發(fā)現(xiàn)蕾期時(shí)，增溫滴灌與井水滴灌相比，前者土壤速效N、P、K及有機(jī)質(zhì)含量均低于后者，其中解氮含量顯著降低(P<0.05)，鈴期時(shí)，增溫水滴灌下土壤中速效N、P、K、有機(jī)質(zhì)含量均降低，其中有效P含量降幅明顯(P<0.05)，說明增加土壤溫度可以促進(jìn)棉花對(duì)土壤中養(yǎng)分的吸收從而降低了土壤中養(yǎng)分含量，這與以上相關(guān)研究相一致。

土壤微生物是土壤生態(tài)體系的重要組成部分也是衡量農(nóng)田質(zhì)量的重要指標(biāo)。它通過參與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、有機(jī)物分解、物質(zhì)代謝等多種生化反應(yīng)過程來促進(jìn)土壤養(yǎng)分的平衡供應(yīng)，從而提供植物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)發(fā)揮了對(duì)土壤中有效態(tài)養(yǎng)分儲(chǔ)備的庫與源的作用[17， 18]。影響土壤微生物因素有很多，其中溫度作為主要因素之一， 土壤溫度升高將使土壤微生物的生物量、活性和結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變[19]試驗(yàn)中增溫滴灌下整個(gè)灌水周期中土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量都有所增加，細(xì)菌作為土壤生態(tài)系統(tǒng)中的主要菌落群體，雖然增幅較真菌、放線菌小，但增加量仍為最大。Asfaw研究表明，土壤溫度增加2℃，土壤中微生物總量明顯增加。張明乾等[15,20]研究表明土壤溫度增加，土壤中有效養(yǎng)分降低，土壤微生物量及微生物活性也有所降低，而試驗(yàn)中土壤溫度增加，表現(xiàn)出土壤有效養(yǎng)分降低，土壤中微生物數(shù)量增加的結(jié)果，原因可能是土溫增加促進(jìn)了植株對(duì)養(yǎng)分的吸收使土壤中養(yǎng)分降低，但土壤中養(yǎng)分依然充裕，不會(huì)出現(xiàn)作物與土壤微生物相爭養(yǎng)分的情況，所以溫度增加給微生物提供了更好地生長環(huán)境，使土壤中微生物數(shù)量呈增長態(tài)勢。

4 結(jié) 論

4.1 增溫水灌溉與井水灌溉相比，棉花蕾期時(shí)，土壤中速效氮含量顯著降低(P<0.05)；鈴期時(shí)，有效磷含量較CK減少了26.7%(P<0.05)，兩時(shí)期中土壤有效鉀和有機(jī)質(zhì)含量均略有降低(P>0.05)，說明增溫水灌溉可以促進(jìn)棉花對(duì)土壤中養(yǎng)分的吸收。

4.2 增溫水灌溉下的土壤細(xì)菌，真菌，放線菌的數(shù)量均高于井水灌溉，灌水后第1 d，細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量較CK均小幅增加(P>0.05)；灌后第3 d，細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量較CK分別增加了41.5%(P<0.05)、45%(P<0.01)、19%(P<0.05)；灌后5 d兩處理間放線菌差值達(dá)到最大，增幅為93.2%(P<0.01)，增溫可以促進(jìn)土壤微生物繁殖生長。

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Supported by:NFSC "Mechanism research into the effect of drip irrigation water temperature on the environment of gray desert soil and the cotton growth in Xinjiang (51169025)

Effects of Temperature-increasing Water Irrigation on Soil Nutrients and Soil Microbial Biomass in Cotton Rhizosphere

MENG A-jing1,2,3, YAN-Jing2, Kudereti Bawudon2, GU Cheng-gang3, WANG Zhi-guo4,FU Yan-bo4, RAO Xiao-juan4, SHENG Jian-dong1, FENG Yao-zu4

(1.CollegeofPrataculturalandEnvironmentalSciences,Urumqi830052,China；2.BaichengAgriculturalExperimentStation,BaichengXinjiang842301,China; 3.AgriculturalDevelopmentServiceCenterofKuisuzhenTownship,BalikunCountyXinjiang839203,China; 4.ResearchInstituteofSoil,FertilizerandAgriculturalWaterConservation,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China)

【Objective】 This project aims to explore the effects of drip irrigation temperature on soil nutrients and soil microbial biomass in cotton rhizosphere by the field experiment of temperature-increasing water irrigation (ZW) and well water irrigation (CK).【Method】This experiment set a water warming irrigation and well irrigation of 2 levels and 3 repeats with drip irrigation under plastic film to research the content of cotton rhizosphere soil available N,available P，available K and organic matter during cotton bud stage and boll stage, and collected the rhizosphere fresh soil within the depths of 0-20 cm to detect soil bacteria, fungi, actinomycetes number in complete irrigation cycle during the bud stage.【Result】The result showed that in the bud stage, soil available N content by ZW treatment was reduced by 13.51% (P<0.05) than the CK, in the boll stage, soil available P was reduced by 26.7% (P<0.05)，the content of available K and organic matter were decreased slightly in both stages (P>0.05). The number of soil microorganisms by ZW treatment was increased during the single irrigation period. Three days after irrigation, bacteria, fungi and actinomycetes were increased by 41.5% (P< 0.05), 45% (P< 0.01), 19% (P< 0.05). Five days after irrigation，the number of actinomycetes was increased by 93.2% (P< 0.01). Total increase order was bacteria > actinomycetes > fungi.【Conclusion】Water warming irrigation can not only promote the absorption of soil nutrients in cotton, thus reducing the nutrient content in soil, but also enrich the amount of microorganism in soil and accelerate soil nutrient cycling.

cotton; warming irrigation;soil nutrient;microbial number

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.02.017

2016-11-04

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“滴灌灌溉水溫對(duì)新疆灰漠土環(huán)境及棉花生長影響機(jī)制研究”(51169025)

孟阿靜(1989-)，女，河南人，助理研究員，碩士研究生，研究方向?yàn)橹参锷砩?E-mail)maj19890917@163.com

馮耀祖(1973-)，男，甘肅人，研究員，研究方向?yàn)橹参餇I養(yǎng)，(E-mail)fengyaozu@sina.com

S562；S153

A

1001-4330(2017)02-0336-07