不同畜禽糞肥對農(nóng)田栽參土壤養(yǎng)分及腐殖物質(zhì)組成的影響

高紀(jì)超 關(guān)松 許永華

摘要：為提高農(nóng)田人參產(chǎn)出量，通過田間定位施用畜禽糞肥，研究黑土增施豬糞、鹿糞、雞糞、牛糞180 d后對農(nóng)田栽參土壤養(yǎng)分和腐殖物質(zhì)組成的影響。研究結(jié)果表明，黑土施入畜禽糞肥后，土壤全氮、全磷、速效鉀含量分別較對照提高114.47%～185.53%、38.36%～180.82%、28.30%～347.35%；土壤有機碳、可提取腐殖物質(zhì)分別增加 20.43%～80.34%、20.06%～80.32%；可提取腐殖物質(zhì)的色調(diào)系數(shù)、E465/E665比值均較對照提高。與對照比較，牛糞處理土壤有機碳、胡敏酸、富里酸、胡敏素分別增加了80.32%、46.23%、116.58%、113.95%，豬糞處理土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀分別增加了100.34%、429.25%、347.35%。畜禽糞肥的添加為農(nóng)田栽參土壤補充了養(yǎng)分，促進了腐殖物質(zhì)的形成，增強了腐殖物質(zhì)的活性和有效性，施入牛糞對于土壤有機碳增加和腐殖物質(zhì)形成的貢獻最大，而豬糞能全面為植物提供氮、磷、鉀養(yǎng)分。

關(guān)鍵詞：畜禽糞肥；養(yǎng)分；腐殖物質(zhì)；人參；土壤

中圖分類號：158.2文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1002-1302（2017）06-0255-04

我國的人參栽培以往一直采用伐林栽參的生產(chǎn)方式，由于人參不能連作，伐林面積不斷擴大，20世紀(jì)80年代初，我國人參栽培每年需要伐林1 600 hm2以上[1]，造成水土流失與生態(tài)破壞。為解決參林矛盾，保護生態(tài)平衡，改山上栽參為農(nóng)田栽參已成為我國參業(yè)發(fā)展的必然趨勢。林地土壤與大田土壤的肥力和性質(zhì)存在一定的差異，吉林省種植山參的林地土壤類型主要為暗棕色森林土和白漿土，土壤表層為枯枝落葉和腐殖質(zhì)，有機質(zhì)含量高達8%～17%，結(jié)構(gòu)好，通氣透水，被稱為腐殖土，富含Ca、Mg、Al、Fe[2]。與林地土壤相比，農(nóng)田土壤理化性質(zhì)表現(xiàn)為：（1）有機質(zhì)含量較低，林地腐殖土有機質(zhì)含量比其高6～10倍；（2）農(nóng)田土壤的容重明顯高于林地腐殖土，而總孔隙度、毛管孔隙度則遠低于腐殖土；（3）農(nóng)田土壤營養(yǎng)成分含量低，除全鉀含量基本一致外，全氮、全磷、有效磷、速效鉀含量均遠低于腐殖土，而土壤養(yǎng)分與人參生育及產(chǎn)量有直接關(guān)系。為了提高農(nóng)田栽參的產(chǎn)量和質(zhì)量，對農(nóng)田栽參土壤改良技術(shù)的研究顯得尤為重要，有機肥料的施用是改土培肥實現(xiàn)農(nóng)田栽參的重要手段之一。

目前，國內(nèi)外進行農(nóng)田栽參土壤改良的措施已有報道，李春金等在農(nóng)田栽參的地塊施用綠肥、豬糞、鹿糞、炕土、過磷酸鈣等有機肥料、無機肥料，施肥量綠肥、豬糞、鹿糞、炕土各50 kg/m2，過磷酸鈣0.1 kg/m2，2年生苗產(chǎn)量達1.10～1.13 kg/m2，相當(dāng)于山坡參地6年生商品參獲得的產(chǎn)量[3]。從長期的增產(chǎn)效應(yīng)來看，有機肥料的增產(chǎn)效應(yīng)絕不亞于化肥，甚至超過化肥[4]；增施有機肥料，不僅為人參生長提供營養(yǎng)物質(zhì)，而且可以改善土壤理化性狀，降低土壤容重，增加孔隙度，改變土壤板結(jié)現(xiàn)象[5]。眾所周知，腐殖物質(zhì)可以促進團粒結(jié)構(gòu)的形成，改變沙土分散無結(jié)構(gòu)的狀態(tài)和黏土的堅韌大塊狀結(jié)構(gòu)，并且具有巨大的比表面積和親水基團，吸水量是黏土礦物的5倍，使土壤的透水性、蓄水性、通氣性以及根系的生長環(huán)境有所改善[6]。關(guān)于人參栽植與腐殖物質(zhì)間的關(guān)系研究已有報道，研究表明，腐殖物質(zhì)對人參生長具有顯著的促進作用[7]；以動物糞肥為主的有機肥可以增加土壤腐殖質(zhì)的含量，提高土壤養(yǎng)分的有效性[8]。而對不同種類畜禽糞肥施入農(nóng)田栽參土壤后對土壤腐殖質(zhì)組分產(chǎn)生的影響研究較少。因此，我們以農(nóng)田栽參土壤為研究對象，通過田間小區(qū)試驗，研究增施豬糞、鹿糞、雞糞、牛糞后對農(nóng)田栽參土壤養(yǎng)分和腐殖質(zhì)組成的影響，為提高農(nóng)田人參產(chǎn)出量、保護森林資源、加強水土資源保持和保護生態(tài)平衡提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地概況與材料

供試土壤采自吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)藥用植物試驗田（43°48′11″N，125°24′28″E），土壤類型為發(fā)育于黃土母質(zhì)上的中層黑土，相當(dāng)于美國系統(tǒng)分類制中的黏化黑軟土（argaltoll）。取樣地所處氣候條件為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均降水量400～600 mm，年均溫2～6 ℃。土壤基本性質(zhì)如下：沙粒（2 000～20 μm）20.00%、粉粒（<20～2 μm）46.40%、黏粒（<2 μm）33.60%，土壤質(zhì)地為黏壤土。容重 1.07 g/cm3，孔隙度60%，pH值6.82，含有機碳16.89 g/kg、全氮0.76 g/kg、全磷0.72 g/kg、堿解氮20.35 mg/kg、有效磷10.29 mg/kg、速效鉀73.41 mg/kg。

供試肥料：分別將豬糞、牛糞、鹿糞、雞糞分別混勻，在自然狀態(tài)下堆腐49 d，發(fā)酵后在陰涼處風(fēng)干。發(fā)酵后糞肥主要養(yǎng)分含量見表1。

1.2試驗設(shè)計

試驗共設(shè)5個處理：（1）不施肥對照（CK）；（2）牛糞；（3）豬糞；（4）鹿糞；（5）雞糞。隨機區(qū)組排列，重復(fù)3次，施肥量為22.5 kg/m2。小區(qū)面積200 m2。施肥時間為2014年4月，施肥深度40 cm，采樣時間為2014年10月，各試驗小區(qū)于 0～20 cm土層分別進行5個樣點的隨機采樣，同種處理樣本混合后，揀出碎石、沙礫和植物殘體，風(fēng)干，部分土樣研磨、過篩，用于土壤基本性質(zhì)測定，其他樣品保存待用。

1.3測定項目及方法

1.3.1土壤腐殖物質(zhì)組分的提取土壤腐殖物質(zhì)組分的提取采用腐殖質(zhì)組成修改法[9]：稱取5.00 g風(fēng)干土壤，過 0.25 mm 篩，于100 mL離心管中，加入50 mL 0.1 mol/L NaOH、0.1 mol/L Na4P2O7混合液，pH值13，攪拌均勻，在恒溫水浴振蕩器上（70±2）℃ 145 r/min振蕩提取1 h，3 500 r/min 離心15 min，過濾，上清液即為可提取腐殖物質(zhì)（HE），沉淀為胡敏素（HM）。

土壤可提取腐殖質(zhì)組分胡敏酸（HA）、富里酸（FA）的分離：吸取HE 30 mL于三角瓶中，加入0.5 mol/L H2SO4，調(diào)節(jié)至pH值為1.0～1.5。將溶液置于（70±2）℃水浴鍋中保溫1～2 h，靜置過夜，次日過濾，沉淀為HA，上清液為FA，沉淀繼續(xù)用0.5 mol/L H2SO4洗3次，棄去洗液，將沉淀溶解于 0.05 mol/L 的NaOH中，定容至50 mL。

HM中鐵結(jié)合胡敏素（HMi）、黏粒結(jié)合胡敏素（HMc）提?。簩㈦x心管中HM用0.5 mol/L H2SO4溶解鐵、鋁氧化物和氫氧化物，在恒溫水?。?0±2）℃上加熱3 h后離心棄去洗液，然后加入0.2 mol/L的NaOH溶液，25 ℃振蕩4 h后離心，上清液為HMi，向殘渣中加入1 mol/L HF-HCl混合液破壞黏土礦物與HM的緊密結(jié)合，振蕩，離心，上清液為HMc，剩余不溶的殘渣為不溶性胡敏素（HMr）。

1.3.2土壤養(yǎng)分的測定土壤與糞肥中全氮的測定采用半微量凱氏法，全磷采用HClO4-H2SO4消解法，堿解氮采用NaOH擴散法，速效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用CH3COONH4浸提-火焰光度法，土壤有機碳和腐殖物質(zhì)各組分有機碳的測定采用重鉻酸鉀外加熱法測定[10]，F(xiàn)A有機碳含量采用差減法獲得。

1.3.3土壤腐殖物質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的測定分別取5 mL腐殖物質(zhì)各組分溶液用蒸餾水定容至50 mL，用722E型可見分光光度計分別測定D400 nm、D465 nm、D600 nm、D665 nm處的吸光值，并計算E465/E665、色調(diào)系數(shù)（ΔlgK）值[9]。E465/E665為腐殖物質(zhì)在波長D465 nm、D665 nm的吸光值之比；ΔlgK為腐殖物質(zhì)在波長D400 nm和D600 nm處吸光值的對數(shù)之差。

1.4數(shù)據(jù)處理

用Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)整理，用DPS 9.5統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)差異性分析。

2結(jié)果與分析

2.1施用不同畜禽糞肥土壤養(yǎng)分含量

從表2可以看出，土壤施用畜禽糞肥后，土壤養(yǎng)分含量顯著增加。與CK相比，土壤施用豬糞、雞糞、鹿糞、牛糞后，全氮含量分別提高123.68%、114.47%、130.26%、185.53%；全磷含量分別提高164.38%、38.36%、153.42%、180.82%；堿解氮含量分提高100.34%、71.11%、71.50%、100.10%；有效磷含量分別提高429.25%、85.33%、233.14%、437.93%；速效鉀含量分別提高347.35%、131.73%、72.79%、28.30%，方差分析結(jié)果表明，不同處理間差異顯著。與施用其他糞肥處理相比，施用牛糞處理后土壤全氮、全磷含量高于其他處理，堿解氮、有效磷含量高于雞糞、鹿糞處理，施用豬糞更有利于土壤速效鉀的提高。

不同畜禽糞肥處理后土壤中堿解氮占全氮比例從大到小依次為CK、豬糞、雞糞、鹿糞、牛糞，CK比例最高，為2.68%，與其他處理相比，差異顯著。有效磷占全磷比例大小依次為豬糞、牛糞、雞糞、鹿糞、CK，豬糞和牛糞比例較高，與其他處理相比差異顯著。

2.2施用不同畜禽糞肥土壤有機碳及腐殖物質(zhì)含量

從表3可以看出，土壤施入畜禽糞肥后，土壤有機碳（SOC）和腐殖物質(zhì)含量顯著增加。與CK相比，土壤施用豬糞、雞糞、鹿糞、牛糞后，SOC含量分別提高33.63%、20.43%、32.68%、80.34%；可提取腐殖物質(zhì)（HE）含量分別提高32.13%、20.06%、32.13%、80.32%；其中，胡敏酸（HA）含量分別提高36.28%、13.50%、36.28%、46.23%；富里酸（FA）含量分別增加27.80%、27.09%、27.80%、116.58%。SOC、HE、HA含量大小依次為：牛糞>鹿糞、豬糞>雞糞>CK。與其他施肥處理相比，施用牛糞更有利于土壤有機碳及腐殖物質(zhì)含量的提高。PQ作為可提取腐殖物質(zhì)中HA的比例，可以用來描述土壤腐殖化程度[9]，在牛糞處理中，PQ小于其他處理，表明施用牛糞后土壤腐殖化程度低于其他施肥處理，與其他處理間差異顯著。

Pallo修改法將胡敏素分成鐵結(jié)合胡敏素（HMi）、黏粒結(jié)合胡敏素（HMc）、不溶性胡敏素（HMr）3個部分[11]。從表4可以看出，HM各組分中，不同畜禽糞肥處理土壤中均以HMr為主，各形態(tài)胡敏素的含量依次為HMr>HMi>HMc，胡敏素組成的表征指標(biāo)HMi/HMc比值均大于1，不同施肥處理中，HMi/HMc比值大小依次為雞糞>豬糞、牛糞>鹿糞，而不同處理之間的（HMi+HMc）/HM比值差異不顯著，表明不同畜禽糞肥處理對溶性胡敏素在HM組成中所占的比例沒有顯著影響。

與CK相比，土壤施用豬糞、雞糞、鹿糞、牛糞后，HMi分別提高24.14%、27.59%、48.28%、81.03%，HMc含量分別提高43.75%、34.38%、87.50%、115.63%，HMr含量分別提高25.25%、17.51%、68.69%、120.20%。施用不同有機糞肥在增加土壤HM的作用上，依次為牛糞>鹿糞>豬糞、雞糞，牛糞提高效果最佳，為113.95%，與其他處理間差異顯著。

2.3施用不同畜禽糞肥土壤腐殖物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)

一般認為暗色是腐殖物質(zhì)最重要的特征之一，腐殖物質(zhì)形成在本質(zhì)上就是一種顏色逐漸變暗的過程。這種色調(diào)的差別和腐殖化程度的差別是相對應(yīng)的。而E465/E665和色調(diào)系數(shù)（ΔlgK）是與顏色有關(guān)的指標(biāo)，能反映腐殖質(zhì)分子的復(fù)雜程度。一般來說，腐殖物質(zhì)的ΔlgK或E465/E665比值越高，說明它們的分子結(jié)構(gòu)越簡單，數(shù)均分子量越小[12]。

圖1中不同處理腐殖物質(zhì)各組分的ΔlgK與圖2的E465/E665比值具有一致的變化規(guī)律，腐殖物質(zhì)各組分之間相比，F(xiàn)A的ΔlgK和E465/E665比值最高，表明與HA、HMi、HMc相比，F(xiàn)A的分子結(jié)構(gòu)最簡單。

與CK相比，土壤中畜禽糞肥的施用提高了FA和HA的ΔlgK和E465/E665比值（雞糞處理FA的ΔlgK與牛糞處理HA的E465/E665比值除外），使FA和HA分子結(jié)構(gòu)趨于簡單。對于HMc而言，牛糞處理HMc的ΔlgK和E465/E665比值顯著提

高，表明施用牛糞使HMc的分子結(jié)構(gòu)簡單化。

3討論與結(jié)論

3.1施用不同種類畜禽糞肥對土壤養(yǎng)分含量的影響

土壤全氮、全磷均由有機態(tài)和無機態(tài)組成，氮素中98%以上是有機態(tài)氮，無機氮較少，一般只占土壤全氮量的1%～2%，植物生長所需氮素主要來源于無機態(tài)氮[6]。不同畜禽糞肥施入土壤后，土壤全氮、全磷、堿解氮、有效磷含量均高于對照，施用有機糞肥顯著提高了土壤的氮、磷養(yǎng)分，與劉曉玲等研究結(jié)論[13]一致。全氮、堿解氮含量對照顯著低于其他糞肥處理，但礦質(zhì)態(tài)氮占全氮的百分比卻高于其他施肥處理，表明未施肥土壤中高比例的礦質(zhì)態(tài)氮來源于原有有機態(tài)氮的長期礦化。不同糞肥處理間相比，礦質(zhì)態(tài)氮占全氮的百分比由大至小依次為豬糞、雞糞、鹿糞、牛糞，其中，豬糞處理堿解氮/全氮比值顯著高于牛糞處理，歸因于豬糞自身的C/N比值低于牛糞，低的C/N比值有利于有機態(tài)氮向礦質(zhì)態(tài)氮轉(zhuǎn)化。礦質(zhì)態(tài)氮盡管占土壤中全氮含量的比例不高，卻最易被植物吸收，具有重大的農(nóng)學(xué)意義。牛糞與豬糞處理中有效磷占全磷的百分比高于其他處理，表明土壤施用牛糞、豬糞有利于全磷中有效磷含量的增加，為作物提供可吸收利用的磷素。

3.2施用不同種類畜禽糞肥對土壤有機碳及腐殖物質(zhì)含量的影響

土壤施用畜禽糞肥后，顯著提高了SOC及其腐殖物質(zhì)HA、FA、HM含量，供試畜禽糞肥的有機碳含量為107.92～266.84 g/kg，當(dāng)其腐解施入土壤后，直接或間接影響到了土壤有機質(zhì)含量、腐殖物質(zhì)組成及結(jié)合形態(tài)特征。腐殖物質(zhì)是有機殘體腐解過程中形成的一類復(fù)雜的高分子有機化合物，是土壤有機質(zhì)的主要部分，對土壤肥力、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)具有重要的調(diào)節(jié)功能[6]。研究表明，人參土壤中添加腐殖酸能提高人參的抗病能力和存苗率，使人參增產(chǎn)[7]。土壤施用畜禽糞肥后，促進土壤有機碳的提高及腐殖物質(zhì)的形成對于人參種植產(chǎn)業(yè)意義重大。本研究中土壤添加糞肥后可提取腐殖物質(zhì)（HA與FA）含量占SOC的比例高達71.78%～74.01%，或許歸因于畜禽糞肥施入土壤腐解時間較短（180 d）且供試糞肥自身含有較高的類似于土壤HA、FA的化學(xué)成分。隨著糞肥施入土壤腐解時間的增加，SOC及可提取腐殖物質(zhì)含量會有所變化，相關(guān)問題還有待進一步深入研究。

與其他糞肥處理相比，土壤施用牛糞后SOC、HA、FA含量高于其他處理，與史振鑫等研究結(jié)果[14]一致，但PQ值低于其他施肥處理，表明施用牛糞的土壤腐殖化程度低于其他糞肥處理，歸因于不同有機物料中化學(xué)組成存在差異，在土壤中分解與轉(zhuǎn)化的過程也存在差異[15]，而牛糞含有許多未分解的秸稈，秸稈進入土壤后會增加土壤FA的含量，降低土壤腐殖化程度[16]。

土壤施用豬糞、雞糞、鹿糞、牛糞后，HMi、HMc、HMr含量顯著增加，對于人參土壤結(jié)構(gòu)的改善和養(yǎng)分保持與供給具有重要的作用。HM是與無機礦物成分（包括鐵鋁氧化物、鈣離子、黏土礦物）牢固結(jié)合的有機質(zhì)組分，不溶于任何pH值條件下水溶液，是土壤中的惰性物質(zhì)，在碳截獲、土壤結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分固持及有效性和生物地球化學(xué)循環(huán)等方面起著重要作用[11]。與HA、FA相比，HM結(jié)合的氨基酸、氨基糖對微生物和植物具有更高的有效性[17]。張晉京等研究表明，施用有機肥后HM有機碳含量增加，烷基化程度提高，疏水程度增強，分子結(jié)構(gòu)趨于簡單[18]，這對于增強土壤有機碳和團聚體穩(wěn)定性是有利的，因為HM主要控制小粒級微團聚體的形成，因此，施用有機肥有利于提高小粒級微團聚體的穩(wěn)定性，從而有利于土壤肥力的保持。

李凱等把HMi/HMc、（HMi+HMc）/HM比值作為HM組成的表征指標(biāo)[11]。應(yīng)該提及的是，Al3+、Fe3+、Ca2+等多價金屬離子可以充當(dāng)黏土礦物與腐殖物質(zhì)之間的鍵橋，在土壤有機-無機復(fù)合體形成過程中起著重要作用，在我國北部中性或石灰性土壤中主要以鈣鍵結(jié)合的腐殖物質(zhì)為主，也有鐵、鋁鍵結(jié)合的腐殖物質(zhì)，而在南方酸性土壤中，則主要是以鐵、鋁鍵結(jié)合的腐殖物質(zhì)[6]。歸因于供試土壤為東北的黑土，且黑土黏粒礦物組成以伊利石和蒙脫石為主，其中蒙脫石礦物膨脹性大，腐殖物質(zhì)甚至被吸附在硅酸鹽礦物的晶層之間，可能會導(dǎo)致提取HMc的難度增加，降低HMc的提取含量，而可提取的HMi是鈣、鐵、鋁鍵結(jié)合的HM，特別是Ca2+是較弱的陽離子鍵橋，易被破壞，本研究不同處理中，HMi/HMc比值均大于1，與竇森等的研究結(jié)果[19]一致。

土壤施用豬糞、雞糞、鹿糞、牛糞后，與CK相比，HMi、HMc含量均顯著增加，但HMi/HMc比值低于CK，表明與HMi相比，HMc在施肥處理后所占比例有所增加，更有利于黏粒之間相互富集形成團粒結(jié)構(gòu)，改善土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)。

3.3施用畜禽糞肥對土壤腐殖物質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的影響

ΔlgK和E465/E665能反映腐殖質(zhì)分子的復(fù)雜程度。在不同處理中，與HA、HMi、HMc相比，F(xiàn)A的ΔlgK和E465/E665值最高，差異顯著，表明FA分子結(jié)構(gòu)簡單，相關(guān)研究表明，與HA相比，F(xiàn)A分子量較小，芳化度和縮合程度較低[20]。與CK相比，土壤中畜禽糞肥的施用提高了FA和HA的ΔlgK和E465/E665比值（雞糞處理FA的ΔlgK與牛糞處理HA的 E465/E665 比值除外），使FA和HA分子結(jié)構(gòu)趨于簡單。關(guān)松等研究表明，黑土中植物殘體的添加使黑土FA分子的脂族性增強，芳香性減弱，縮合度和氧化度下降，F(xiàn)A分子結(jié)構(gòu)趨于簡單化[21]。史振鑫等研究認為，黑土添加牛糞后HA和FA的縮合度和氧化度下降[14]。對于HMc而言，牛糞處理HMc的ΔlgK和E465/E665比值顯著提高，表明施用牛糞使HMc分子結(jié)構(gòu)簡單化，竇森等研究結(jié)果表明，土壤添加植物殘體后，HMi和HMc的脂族性增強，分子結(jié)構(gòu)較簡單[19]。本研究歸因于畜禽糞肥施入土壤腐解時間較短（180 d），不同糞肥處理之間HMi和HMc的光學(xué)性質(zhì)沒有表現(xiàn)出一定的差異性，有關(guān)施肥時間問題，還有待進一步深入研究。

黑土施入畜禽糞肥后，顯著提高了土壤全氮、全磷、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。不同糞肥處理之間相比，全氮含量依次為牛糞>鹿糞>豬糞>雞糞；全磷含量依次為牛糞>豬糞>鹿糞>雞糞；堿解氮含量依次為牛糞、豬糞>鹿糞、雞糞；有效磷含量依次為牛糞、豬糞>鹿糞>雞糞；速效鉀含量依次為豬糞>雞糞>鹿糞>牛糞。豬糞處理能全面、充足地為植物提供氮磷鉀養(yǎng)分。

黑土施入畜禽糞肥后，SOC和腐殖物質(zhì)（HA、FA、HE）含量顯著增加。不同糞肥處理之間相比，SOC和HA為牛糞>鹿糞、豬糞>雞糞；FA為牛糞>鹿糞、豬糞、雞糞；HE為牛糞>鹿糞、豬糞>雞糞。土壤施入牛糞更有利于腐殖物質(zhì)的形成，其次是鹿糞。

黑土施入畜禽糞肥使HA和FA的分子結(jié)構(gòu)趨于簡單，增強了腐殖物質(zhì)的活性。

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doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.067