控失肥與普通化肥對(duì)夏玉米養(yǎng)分積累與生長發(fā)育的影響

蔣　遷,李　磊,張鳳路,袁柳柳,王聚輝,吳瑞娟

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,河北 保定　071001)

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控失肥與普通化肥對(duì)夏玉米養(yǎng)分積累與生長發(fā)育的影響

蔣遷,李磊,張鳳路,袁柳柳,王聚輝,吳瑞娟

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,河北 保定071001)

為了比較研究控失肥和普通化肥對(duì)夏玉米養(yǎng)分累積與生長發(fā)育的影響,于2014-2015年在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)辛集試驗(yàn)站進(jìn)行了大田試驗(yàn)。采用玉米雜交種鄭單958為試材,測(cè)定了不同時(shí)期玉米形態(tài)和生理性狀及其養(yǎng)分吸收效率。結(jié)果表明:在施入相同養(yǎng)分含量(N 144 kg/hm2,P2O572 kg/hm2,K2O 72 kg/hm2)的控失肥和普通肥料后,玉米生長發(fā)育、干物質(zhì)積累和營養(yǎng)元素累積量均發(fā)生了顯著的變化,控失肥處理玉米產(chǎn)量顯著高于普通肥料。與普通肥料相比,控失肥可提高玉米千粒質(zhì)量、干物質(zhì)和產(chǎn)量分別為12.3%,12.8%和6.9%;控失肥處理的器官營養(yǎng)元素含量高于對(duì)照肥料。 控失肥處理提高了玉米灌漿期葉面積指數(shù)和光合強(qiáng)度。同時(shí),控失肥處理增加了基部莖稈粗度和抗穿刺強(qiáng)度,抗倒伏性大為提高。控失肥作為一種新型肥料將對(duì)提高玉米產(chǎn)量、提高施肥效益和保護(hù)資源環(huán)境起到重要作用。

玉米;控失肥;養(yǎng)分累積;生長發(fā)育;產(chǎn)量;養(yǎng)分吸收效率

我國是世界上最大的化肥生產(chǎn)國和消費(fèi)國,施用化肥可使農(nóng)作物增產(chǎn)40%～60%[1]。我國肥料利用率較低,這不僅直接引起經(jīng)濟(jì)損失,而且因施肥不當(dāng)引起環(huán)境污染[2]。前人研究表明,干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系[3-4],高生物量是高產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ),因此,增強(qiáng)玉米生育期內(nèi)干物質(zhì)的積累能力是提高籽粒產(chǎn)量的有效途徑[5]。而施肥技術(shù)直接影響著植株干物質(zhì)積累與分配,進(jìn)而影響產(chǎn)量[6-8]。玉米對(duì)氮素吸收量最多,鉀次之,磷最少[9-10];隨著玉米產(chǎn)量的提高,氮、磷、鉀的吸收量增加[11]。拔節(jié)至吐絲期是養(yǎng)分吸收的關(guān)鍵階段,養(yǎng)分吸收速率高、積累量大,吐絲后植株仍能吸收較多的氮、磷[12-13]。本試驗(yàn)以我國首家通過環(huán)保生態(tài)肥料認(rèn)證的“六國網(wǎng)”控失肥為試材,在大田條件下比較研究控失肥與普通化肥對(duì)玉米的產(chǎn)量形成與養(yǎng)分累積動(dòng)態(tài),對(duì)探明該新型肥料的增產(chǎn)、增效機(jī)理,提高玉米產(chǎn)量、保障糧食安全和減少面源污染具有重要意義。

1　材料和方法

1.1試驗(yàn)材料

田間試驗(yàn)于2014-2015年在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)科研基地辛集試驗(yàn)站進(jìn)行。供試品種為鄭單958。土壤為壤土,土壤各肥力指標(biāo):0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量為14.79 g/kg,全N含量為1.2 g/kg,堿解氮含量為82.7 mg/kg,速效鉀含量為109.8 mg/kg,速效磷含量為30.7 mg/kg。大田玉米采用單粒精量播種機(jī)于6月14日播種。行距60 cm,種植密度7.5萬株/hm2。10月5日收獲。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用三因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),小區(qū)面積5 m×20 m。處理1為安徽銅陵六國化工生產(chǎn)的控失復(fù)合肥(FC)48%(24-12-12),施用量為600 kg/hm2,即：N 144 kg/hm2,P2O572 kg/hm2,K2O 72 kg/hm2。在播種時(shí)一次施用;處理2為普通施肥區(qū)(FN),采用尿素、磷酸二銨和氯化鉀肥料混合肥,調(diào)整為和處理1相同的氮、磷和鉀養(yǎng)分含量,但全部磷、鉀肥和40% N肥在播種時(shí)施用,剩余的60%的N肥在玉米大喇叭口期施用;處理3為不施肥對(duì)照(CK)。3次重復(fù)。除施肥外,其他灌水、植保和收獲管理一致。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

分別于拔節(jié)期(V6)、大喇叭口期(V12)、吐絲期(R1)、乳熟期(R3)、臘熟期(R5)和完熟期(R6)取樣,取樣時(shí)每小區(qū)取有代表性的植株3株,完熟期取6株。將地上部按照葉片(含苞葉)、莖稈(含雄穗、葉鞘、穗軸和地下莖)、籽粒分開,105 ℃殺青30 min,之后在80 ℃烘至恒重,測(cè)定地上部干物質(zhì)積累量。

根系取樣采用田間挖掘法。取長60 cm(垂直于行向,以植株為中心)×寬20 cm(沿行向,以植株為中心)的面積,取樣深度150 cm。土壤挖出后裝入網(wǎng)袋,在水池沖洗根系,剔除雜質(zhì)后置于80 ℃烘箱中烘至恒重,測(cè)定根系干質(zhì)量。

養(yǎng)分含量測(cè)定:在成熟期對(duì)稱重后的各器官粉碎,以H2SO4-H2O2消煮后用BRAN+LUEBBE 3型連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定全氮、全磷含量,用FP6410型火焰光度計(jì)測(cè)定全鉀含量。

按照下列公式計(jì)算氮磷鉀養(yǎng)分吸收利用效率[8,14]:

氮素吸收效率(NUPE,kg/kg)= 植株地上部氮素累積量/施氮量;

氮素(或磷鉀)吸收指數(shù)(HI)=玉米籽粒吸N(P2O5或K2O)量/玉米地上部植株總吸N(P2O5或K2O)量×100%;

氮肥(磷鉀肥)偏生產(chǎn)力(PFP,kg/kg)=籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)/施N(P2O5或K2O)量(kg/hm2)。

葉面積測(cè)定:采用定株觀測(cè),記載連續(xù)5株玉米的葉面積。單葉面積的測(cè)量采用系數(shù)法:葉面積=長度×寬度×0.75(未展開葉片校正系數(shù)為0.5)。

葉片光合強(qiáng)度:采用CID-340光合測(cè)定系統(tǒng)進(jìn)行。

莖稈穿刺強(qiáng)度:每個(gè)小區(qū)選取3株具有代表性的植株,剝?nèi)ト~和鞘,用YYD-1型莖稈強(qiáng)度測(cè)定儀將一橫截面積為0.01 cm2探測(cè)頭沿莖稈中部垂直緩慢勻速插入,讀取穿刺莖稈表皮的最大值。

小區(qū)產(chǎn)量和果穗性狀考種:在預(yù)留的測(cè)產(chǎn)區(qū)進(jìn)行測(cè)產(chǎn),將區(qū)域內(nèi)全部果穗收獲、脫粒并曬干至籽粒含水量14%時(shí),測(cè)定籽粒的產(chǎn)量。并取連續(xù)15～20穗玉米進(jìn)行果穗性狀考察,獲得穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒質(zhì)量等指標(biāo)。

1.4數(shù)據(jù)處理

2年間試驗(yàn)結(jié)果有類似的結(jié)果,本研究以分析2015年數(shù)據(jù)為主。數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel(2003版)和SAS軟件(SAS Institute,2009)進(jìn)行方差統(tǒng)計(jì)分析,利用鄧肯多重比較進(jìn)行差異顯著性分析。

2　結(jié)果與分析

2.1夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

比較了不同處理玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成要素情況,由表1可見,控失肥處理玉米穗行數(shù)不及對(duì)照肥料,其穗粒數(shù)為578.9,比常規(guī)施肥低3%,但比對(duì)照高6.7%;千粒質(zhì)量以控失肥處理最高,為374.7 g,分別比不施肥空白和對(duì)照肥料增加14.7%和12.3%。因此,控失肥處理的玉米產(chǎn)量達(dá)到14.0 t/hm2,分別比不施肥和常規(guī)施肥增產(chǎn)30.8%和6.9%。

表1　不同肥料處理玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成要素

注:CK.對(duì)照,FN.常規(guī)肥料,FC.控失肥;同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示肥料間差異達(dá)5%顯著水平。表2-3,圖3-5同。

Note:CK.Contrast,FN.Normal fertilizer,FC.Loss control fertilize;Values followed by different letters in a column are significant difference at 5% level.The same as Tab.2-3,Fig.3-5.

2.2不同施肥處理的干物質(zhì)積累

表2列出了不同施肥處理植株在不同生育時(shí)期干物質(zhì)積累情況。在拔節(jié)期施肥處理的莖稈干物質(zhì)積累量顯著高于空白處理,但不同肥料處理間無顯著差異?？厥Х侍幚碛衩浊o稈質(zhì)量在乳熟期達(dá)到最高,之后逐漸降低。對(duì)照肥和空白處理的莖稈在蠟熟期達(dá)到高峰,之后降低,但均顯著低于控失肥處理。對(duì)葉片質(zhì)量而言,在大喇叭口期之前不同施肥處理均大于不施肥空白對(duì)照,但施肥處理間差異不顯著。施肥處理葉片質(zhì)量在乳熟期達(dá)到高峰,之后降低,但控失肥處理自乳熟期至蠟熟期一直顯著高于其他處理,在完熟期處理間葉片質(zhì)量無顯著差異。

在乳熟期控失肥處理籽粒質(zhì)量低于對(duì)照肥料,但之后快速增重,在蠟熟期達(dá)到144.8 g,顯著高于其他處理,在完熟期控失肥處理比空白和常規(guī)肥籽粒質(zhì)量分別提高23.4%和11.1%。從不同處理玉米的收獲指數(shù)看,變動(dòng)在52%～54%，未達(dá)顯著差異。從根系質(zhì)量看,各處理均在乳熟期達(dá)到最大,且控失肥處理一直高于其他處理。在完熟期控失肥處理比空白和常規(guī)肥根重分別提高33.4%和60.3%，控失肥的整株干物質(zhì)量比對(duì)照肥料處理增加12.8%。

表2　不同生育時(shí)期干物質(zhì)積累

注:V6.拔節(jié)期;V12.大喇叭口期;R1.吐絲期;R3.乳熟期;R5.蠟熟期;R6.完熟期。圖2同。

Note:V6.Jointing stage;V12.Large bell shaped stage;R1.Silking stage；R3.Milk stage;R5.Dough stage;R6.Full ripe stage.The same as Fig.2.

2.3不同施肥處理養(yǎng)分積累

圖1 顯示了不同施肥處理氮磷鉀在不同器官的累積情況。氮素累積在莖稈和葉片中有類似的變化規(guī)律,呈單峰曲線變化,但在莖稈中峰值出現(xiàn)在吐絲期,而在葉片中則出現(xiàn)在乳熟期,且累積量表現(xiàn)為控失肥>常規(guī)肥>空白。氮素在籽粒中均呈增高趨勢(shì),控失肥和常規(guī)肥之間差異不明顯,但各時(shí)期空白處理籽粒的氮素累積量均低于施肥處理。在根系中施肥處理的峰值出現(xiàn)在吐絲期,之后逐漸降低,而空白處理峰值出現(xiàn)在乳熟期。在后期控失肥處理根系的氮累積量低于空白和常規(guī)肥處理。

磷素的累積量在莖稈和葉片中呈相似的單峰曲線變化,峰值均出現(xiàn)在乳熟期。在籽粒中磷素含量呈相似的快速升高趨勢(shì),各處理間差異不明顯。在根系中,磷素峰值出現(xiàn)在乳熟期,但控失肥處理根中磷素含量快速降低,與其他處理間差異明顯。

在莖稈和葉片中鉀素的累積量較多,均在乳熟期達(dá)到峰值,之后降低。鉀素累積量表現(xiàn)為控失肥>常規(guī)肥>空白。在籽粒中均呈增高趨勢(shì),控失肥和常規(guī)肥之間差異不明顯。在根系中控失肥處理在吐絲期鉀含量達(dá)到峰值,之后降低,而常規(guī)施肥和空白處理峰值出現(xiàn)在乳熟期。

控失肥、常規(guī)肥和空白處理植株的總氮素累積量分別為3.94,3.54,3.06 g;總磷素累積量分別為1.58,1.51,1.38 g;總鉀素累積量分別為3.41,3.24,2.91 g。因此,植株對(duì)三要素的吸收量表現(xiàn)為N>K>P。

圖1　不同生育階段N、P和K的積累量

2.4氮、磷、鉀養(yǎng)分利用效率

比較了不同肥料處理養(yǎng)分利用效率(表3),不同肥料對(duì)氮鉀的吸收效率相對(duì)較高,而對(duì)磷的吸收相對(duì)較低;控失肥氮磷鉀養(yǎng)分吸收效率顯著高于對(duì)照常規(guī)肥料。從養(yǎng)分收獲指數(shù)看,對(duì)氮磷的養(yǎng)分收獲指數(shù)較高,平均在56.1%;對(duì)鉀的收獲指數(shù)較低,平均在30.6%,不同處理間收獲指數(shù)差異未達(dá)顯著水平。從肥料的偏生產(chǎn)力看,氮肥和磷鉀肥的偏生產(chǎn)力均值分別為19.3,38.6 kg/kg,控失肥的偏生產(chǎn)力平均比常規(guī)施肥高39%。

2.5玉米葉面積及光合性能

2.5.1不同肥料處理的葉面積情況比較了不同肥料處理下植株葉面積的變化情況,由圖2可見，不同處理葉面積有著相同的變化趨勢(shì),隨著生育進(jìn)程葉面積逐漸增大,在乳熟期前后達(dá)到峰值,之后逐漸下降。不同肥料處理在吐絲前差異不明顯。控失肥處理在乳熟期后仍保持較高綠葉面積,而普通肥料和空白處理則下降趨勢(shì)明顯。在完熟期控失肥處理葉面積分別比對(duì)照和普通肥料處理高35%,19%。控失肥在后期的葉面積系數(shù)(LAI)仍高達(dá)6.1,而普通肥料和空白處理分別為5.1,4.5?？厥Х侍幚磔^大的光合勢(shì)為干物質(zhì)生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

注:UPE.吸收效率;HI.收獲指數(shù);PFP.偏生產(chǎn)力。

Note:UPE.Uptake efficiency;HI.Harvest index;PFP.Partial factor productivity.

圖2　植株葉面積變化

2.5.2不同肥料處理的葉片光合強(qiáng)度變化比較了不同處理玉米穗位葉的光合速率(Pn)變化(圖3)。在乳熟期控失肥處理的Pn為31.6 μmol/(m2·s),普通肥料和空白處理的相應(yīng)值為29.1,28.0 μmol/(m2·s),但處理間差異未達(dá)顯著水平。在蠟熟期各處理光合速率顯著降低,控失肥處理Pn為17.2 μmol/(m2·s),普通肥料和空白處理的相應(yīng)值為13.6,9.3 μmol/(m2·s),處理間差異達(dá)到顯著水平。說明控失肥處理穗位葉仍保持了較高的光合能力,為籽粒灌漿增重打下基礎(chǔ)。

圖3　穗位葉片光合速率變化

2.6玉米的莖稈粗度與抗倒伏性能

2.6.1玉米的莖稈粗度圖4顯示了不同處理玉米莖稈基部1-6節(jié)節(jié)間粗度在乳熟期和完熟期的變化情況,由圖4可見,完熟期莖稈粗度均有不同程度降低,可能與物質(zhì)的調(diào)運(yùn)和含水量的變化有關(guān)。在乳熟期控失肥處理莖稈粗度在2.36 cm,高于普通肥料的2.28 cm,但差異未達(dá)顯著水平。與空白處理相比施肥的莖粗顯著大于空白處理(2.08 cm)。在完熟期,控失肥莖粗為2.3 cm顯著高于普通肥料的2.00 m和空白處理的1.89 cm。普通肥料與空白處理的莖粗無顯著差異,且后期莖粗的縮減帶來嚴(yán)重的倒伏風(fēng)險(xiǎn)。

圖4　莖稈粗度變化

2.6.2玉米莖稈的抗穿刺力比較了乳熟期不同處理玉米基部2-5節(jié)的抗穿刺能力,由圖5可見，控失肥的莖稈抗穿刺能力較強(qiáng),抗折力為135 N,顯著高于普通肥料處理的109 N,空白處理莖稈抗穿刺力較弱，為95.7 N。

圖5　玉米莖稈的抗穿刺力

3　討論

早在 20 世紀(jì) 60年代,美國、日本等發(fā)達(dá)國家已開始研制并推出緩控釋肥料產(chǎn)品,明顯地提高了肥料利用率[15-20]?？厥Х适菄鴥?nèi)新一代緩控釋肥的更新?lián)Q代產(chǎn)品,是一種新的肥料品類。其針對(duì)化肥施用中養(yǎng)分遷移問題,原理為固定養(yǎng)分、控制流失,其中控失劑是其關(guān)鍵因素?？厥┦峭ㄟ^對(duì)天然礦物材料用高能離子束進(jìn)行輻射改性,并與多種輔配材料精準(zhǔn)配制而成的高科技產(chǎn)品。其遇水后自組織成微納互穿網(wǎng)絡(luò),“網(wǎng)捕”并固定住化肥養(yǎng)分,減少其在土壤中的滲漏、徑流和揮發(fā),達(dá)到控制化肥養(yǎng)分損失的目的。從本試驗(yàn)看,采用600 kg/hm2控失肥一次基施,可比相同養(yǎng)分的常規(guī)肥料增產(chǎn)6.9%,具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

從玉米對(duì)氮、磷、鉀元素的吸收量看，以氮鉀較多、磷素較低,這與前人結(jié)果一致[9]。與常規(guī)肥料相比,控失肥的供肥能力持久且流失少,因此表現(xiàn)出較好的增產(chǎn)效果。在根系中控失肥處理其氮磷鉀的峰值出現(xiàn)早,之后快速降低,可能與向籽粒轉(zhuǎn)移有關(guān)。從本試驗(yàn)結(jié)果看,植株對(duì)氮磷鉀養(yǎng)分的吸收效率均是控失肥大于常規(guī)肥料。營養(yǎng)元素的收獲指數(shù)在不同肥料處理中未達(dá)顯著差異,說明植株對(duì)營養(yǎng)向籽粒的分配有其固有規(guī)律。鉀素在秸稈中占的比例較高,秸稈還田是補(bǔ)充土壤有機(jī)質(zhì)和鉀素的重要途徑。控失肥的偏生產(chǎn)力平均比常規(guī)施肥高39%,增產(chǎn)效果十分顯著。

在玉米品種更替過程中,產(chǎn)量的提高是生物量和收獲指數(shù)協(xié)同提高的結(jié)果[21-22]。從本試驗(yàn)結(jié)果看，玉米的收獲指數(shù)變動(dòng)在52%～54%,不同肥料處理間未達(dá)顯著差異。因此,生物量的提高是高產(chǎn)的重要前提。莖稈、葉和根系的干物質(zhì)積累與分配是玉米籽粒產(chǎn)量形成的重要因素[23]。

葉片作為光合源對(duì)干物質(zhì)累積起著至關(guān)重要的作用[21],本試驗(yàn)中控失肥從吐絲期開始到完熟期一直保持了相對(duì)較高的光合勢(shì),這與其充足而持久的營養(yǎng)供應(yīng)有關(guān),延緩了葉片衰老進(jìn)程?？厥Х侍幚碓谕陆z至完熟階段穗位葉仍保持了較高的光合能力,為籽粒灌漿增重打下基礎(chǔ)。因此,控失肥處理較高的千粒質(zhì)量是其高產(chǎn)的重要原因。玉米莖稈作為光合支持系統(tǒng)和光合產(chǎn)物暫存場所,其對(duì)吐絲后物質(zhì)生產(chǎn)和運(yùn)輸起著重要作用[24]。從本試驗(yàn)看,玉米莖稈有逐漸增粗又緩慢變細(xì)的過程,但控失肥處理莖稈直徑一直高于其他處理,且完熟期莖稈直徑顯著大于普通肥料處理,這為后期粒重增加和抗倒伏提供保障。控失肥處理根系干物質(zhì)分配比例高于常規(guī)肥料,這對(duì)后期根系活力具有重要意義,前人研究也證實(shí)保持生育后期根系活力高，利于吸收土壤中較多的水分和養(yǎng)分而獲得高產(chǎn)[25]。

由于本試驗(yàn)是在高產(chǎn)栽培條件下進(jìn)行的,土壤的基礎(chǔ)地力較高,使得施肥的效果受到一定影響,但對(duì)供肥形式不同的2種肥料而言,通過比較礦質(zhì)養(yǎng)分吸收、玉米干物質(zhì)生產(chǎn)與分配、葉片光合性能和根系與莖稈支持抗倒伏功能來研究網(wǎng)狀控失肥的增產(chǎn)作用和內(nèi)在機(jī)理是適當(dāng)?shù)摹Ｑ芯拷Y(jié)果對(duì)普及網(wǎng)狀控失肥應(yīng)用、提高作物產(chǎn)量和減少農(nóng)業(yè)污染具有重要意義。

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Effects of Loss Control and Conventional Fertilizer on Nutrient Accumulation and Growth and Development of Summer Maize

JIANG Qian,LI Lei,ZHANG Fenglu,YUAN Liuliu,WANG Juhui,WU Ruijuan

(College of Agronomy,Agricultural University of Hebei,Baoding071001,China)

In order to study the effects of loss control and ordinary fertilizers on nutrient accumulation and growth and development of summer maize,field experiments were conducted at the Xinji experimental station of Agricultural University of Hebei during 2014-2015.Maize morphology and physiology characters and nutrient uptake efficiency were studied using maize hybrid Zhengdan 958 as material.The results showed that with the same nutrient amount (N 144 kg/ha,P2O572 kg/ha,K2O 72 kg/ha) of loss control and ordinary fertilizer applied,there were significant changes on maize growth and development,dry matter accumulation and nutrient accumulation,and the effects of loss control fertilizer treatment were significantly better than those of ordinary fertilizer.Compared with ordinary fertilizer,the 1 000 grains weight,dry matter and yield of maize of loss control fertilizer could be increased by 12.3%,12.8% and 6.9%,respectively.The content of nutrient elements in organs of loss control fertilizer treatment was higher than that of the ordinary fertilizer.Maize leaf area index and photosynthetic rate at kernel filling stage were enhanced by loss control fertilizer treatment.Stalk thickness and puncture resistance of basal internodes of loss control fertilizer treatment maize were also enhanced,so the lodging resistance ability was increased.As a new type of fertilizer,loss control fertilizer would play an important role in improving the yield of maize,increasing the efficiency of fertilization and protecting the environment.

Maize;Loss control fertilizer;Nutrient accumulation;Growth and development;Yield;Nutrient uptake efficiency

2016-06-14

安徽銅陵六國化工資助項(xiàng)目(2015);河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(C2013204002)

蔣遷(1982-),女,河北滿城人,碩士,主要從事作物栽培研究。

張鳳路(1965-),男,河北臨城人,教授,博士,主要從事作物生理研究。

S143;S 513.01

A

1000-7091(2016)04-0199-07

10.7668/hbnxb.2016.04.031