生物肥部分替代化肥对花椰菜产量、品质、光合特性及肥料利用率的影响

李 杰，贾豪语，颉建明*，郁继华，杨 萍

（1．甘肃农业大学园艺学院，甘肃兰州730070；2．甘肃农业大学农学院，甘肃兰州730070）

生物肥部分替代化肥对花椰菜产量、品质、光合特性及肥料利用率的影响

李 杰1，贾豪语1，颉建明1*，郁继华1，杨 萍2

（1．甘肃农业大学园艺学院，甘肃兰州730070；2．甘肃农业大学农学院，甘肃兰州730070）

高原夏季蔬菜生产面临着化肥过量使用导致的蔬菜品质下降、肥料利用率低和地下水污染等问题，通过研究生物肥部分替代化肥，探讨生物肥的增效作用、替代量和肥料利用率，为菜田合理施肥与提高蔬菜品质提供科学依据。采用随机区组试验，设不施肥（CK）、100%常规施肥（100CF）、80%常规施肥（80CF）、60%常规施肥（60CF）、100%常规施肥＋生物肥（100CFB）、80%常规施肥＋生物肥（80CFB）、60%常规施肥＋生物肥（60CFB）7个处理，研究了化肥配施生物肥对花椰菜产量、品质、养分分配、肥料利用率及光合特性的影响。结果表明，与单施化肥相比，配施生物肥可显著提高花椰菜花球单重，同时提高了氮、磷、钾肥利用率及其吸收量；与100%常规施肥相比，化肥减施20%配施生物肥提高了花球产量，而化肥减施40%配施生物肥显著降低了花球产量，化肥减量配施生物肥显著降低了花球硝酸盐含量，显著提高了花球维生素C和可溶性糖含量；以80CFB处理氮肥利用率和功能叶吸氮量最高，100CF处理花球吸氮量最高，易造成硝酸盐的积累；配施生物肥增加了叶片净光合速率和气孔导度，减小了叶片胞间CO2浓度。因此，适当减施化肥配施生物肥（80%常规施肥＋生物肥）在不影响花椰菜产量的同时，能够显著改善花椰菜的品质、提高肥料利用率和光合效率。

花椰菜；生物肥；产量；品质；光合特性；肥料利用率

花椰菜（Brassica oleracea var．botrytis）是一种低脂肪、高能量并富含多种维生素的短季节蔬菜，具有抵御癌症和心脏病的作用［1］，是甘肃地区夏菜产业中的主要栽培蔬菜之一。目前蔬菜生产中普遍存在化肥过量施用，有机肥使用不足的现象，导致蔬菜体内硝酸盐累积，肥料利用率下降，菜地土壤理化性质变差，从而影响蔬菜生长，降低其产量和品质，引起一系列影响生态环境和人类健康的问题［2-3］。研究发现，生物肥既能培肥改良土壤，又可给作物提供营养，在调控植物生长和改善农产品品质方面具有极其重要的作用［4］。但单施生物肥处理下作物当季产量明显低于化肥处理。因此，从持续农业发展及保护生态环境等方面考虑，生物肥和化肥配施是增加农田土壤生产力，维持和提高土壤质量的有效途径，也是目前肥料科学的研究热点之一［5］。曹丹等［6］研究表明，生物肥配施无机肥显著增强黄瓜（Cucumissativus）根系活力及养分吸收能力，同时，也显著提高了植株叶片叶绿素含量和光合能力。Marcotel等［7］研究发现，增施生物肥有利于改善土壤理化性质，提高土壤微生物数量和土壤转化酶、磷酸酶、过氧化物酶和脲酶活性。黄鹏等［8］研究表明，化肥减量配施生物有机肥处理下玉米（Zea mays）产量与当地最佳施肥量处理无差异，但显著提高了肥料的利用率。Chang等［9］研究表明，生物有机肥能够提高红掌（Anthurium andreanum）鲜切花的品质，而且可以增加鲜切花的数量。赵庆雷等［10］采用长期定位试验结果表明，化肥基础上的有机物循环利用促进了土壤中磷素的活化，改善了磷素肥力水平，对土壤磷的累积解吸率较单施化肥提高幅度达72．2%。Miloševiĉ等［11］研究表明，化肥和生物肥结合使用，可以提高杏子（Prunus armeniaca）果实中次生代谢物质，如黄酮素、总酚类和抗氧化物。在黄花蒿（Artemisia annua）体内次生代谢过程产生的青蒿酸、去氧青蒿素、青蒿素、总黄酮的含量和累积量均以有机和无机肥配施处理最高，且配施有机肥显著提高了黄花蒿的抗疟药效［12］。徐国伟等［13］认为秸秆还田及适宜的氮水平可以显著提高氮素利用率，秸秆还田后产生大量有机物，根系吸收后产生根际效应，调控水稻（Oryza sativa）的生长发育。

以往相关研究大多关注单一元素与生物肥组合对作物生长的影响，但生物肥与化肥配施对蔬菜生长、生理特性的影响报道较少。本试验选择甘肃高原夏季蔬菜生产区，研究单施化肥、化肥减量及配施生物肥对花椰菜产量、品质、光合特性及肥料利用率的影响，探讨生物肥替代化肥的适宜替代量和对花球品质方面的改善作用，旨在为该区域蔬菜合理施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1．1 试验地概况及供试材料

试验于2012年3月在甘肃省榆中县高原夏菜种植基地进行。试验点位于北纬35°53′26″，东经104°10′45″，属于温带大陆性半干旱气候区。平均海拔1717 m，年平均气温6．57℃，年均湿度为65%，无霜期150 d，年均蒸发量为1450 mm，年均降水量400 mm。试验田地势平坦，肥力中等均匀，土壤类型为黄绵土。

试验前0～20 cm土壤的理化性状：有机质15．03 g／kg，全氮1．2 g／kg，碱解氮31．35 mg／kg，全磷4．6 g／kg，速效磷56．00 mg／kg，全钾30．5 g／kg，速效钾174．00 mg／kg，p H值8．03，土壤容重1．13 g／cm3，电导率250μs／cm。

供试蔬菜为花椰菜，品种为“雪洁”，供试的“Bio”生物肥为南京农业大学资源与环境科学学院研制、江苏新天地生物肥料工程中心有限公司生产，用菜籽饼在50℃经7 d发酵而成，有机质含量为44．2%，氨基酸含量为21．9%，每克有效活菌数在0．5亿个以上，氮、磷、钾含量分别为1．2%，0．45%和1．0%，具有较好的土壤培肥和抗重茬效果。尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O516%）、硫酸钾（K2O 52%）均为市售。

1．2 试验设计

试验采用随机区组设计，共7个处理：不施肥（CK）、100%常规施肥（100CF）、80%常规施肥（80CF）、60%常规施肥（60CF）、100%常规施肥＋生物肥（100CFB）、80%常规施肥＋生物肥（80CFB）、60%常规施肥＋生物肥（60CFB），3次重复，小区面积为36 m2，各处理施肥量见表1。花椰菜于2012年3月初育苗，苗龄42 d，4月23日定植，6月20开始采收，7月16日采收结束。采用一垄双行垄面覆膜栽培模式，垄宽60 cm，沟宽40 cm，株距40 cm，生物肥、1／3氮肥、磷肥和钾肥作为底肥一次性施入，1／3氮肥于5月23日（莲座期）追施，1／3氮肥于6月5日（现蕾初期）施入，追肥采用沟施覆土方式，每次施肥后浇水。其他田间管理措施一致。

1．3 测定项目与方法

花球产量按小区分批收获累计计产；每小区随机选取5株测定生物产量（鲜重）。采收当天每小区随机选取3株，将根、花球和茎叶分开，分别在105℃杀青30 min后75℃烘干至恒重，测定植株全氮含量。成熟期每小区随机取3棵花球，用于硝酸盐、维生素C和可溶性糖含量测定。

花椰菜莲座期每小区随机选取3株，取相同节位功能叶片，用CIRAS-2型光合仪（PP-Systems公司生产）测定光合气体交换参数：净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci），蒸腾速率（Tr）。

植株全氮采用高氯酸—硫酸消煮、蒸馏法测定，植株全磷用高氯酸—硫酸消煮、磷钼蓝比色法测定，植株全钾用高氯酸—硫酸消煮、火焰光度计法测定［14-15］，抗坏血酸（维生素C）采用2，6-二氯酚靛酚法测定，可溶性糖采用蒽酮比色法测定，硝酸盐采用硝基水杨酸法测定［16］。

按易琼等［17］的公式计算氮（磷，钾）肥利用率和经济系数：

氮（磷，钾）肥利用率（REN（P，K），%）＝（U1－U0）／F

式中，U1、U0分别为施肥区与空白区单位面积作物吸氮（磷、钾）量，F为氮（磷、钾）肥投入量。

经济系数＝经济产量（鲜质量）／生物产量（鲜质量）×100%

式中，经济产量为花球产量，生物产量为植株全部质量。

1．4 数据处理

用Microsoft Excel 2003软件处理数据和作图，用SPSS 16．0软件对数据进行单因素方差分析，并运用Duncan’s检验法对显著性差异（P＜0．05）进行多重比较。

2 结果与分析

2．1 生物肥部分替代化肥对花椰菜单球重及产量的影响

与100CF相比，100CFB、80CFB均能提高花椰菜单球重，而60CFB降低了单球重（表2）。相同化肥水平下，增施生物肥处理的花椰菜单球重均高于单一化肥处理，说明增施生物肥能提高花椰菜单球重。以100CFB单球重最大，CK单球重最小。100CFB与80CFB无显著性差异。单球重随化肥用量减小而下降。

100CFB、80CFB的经济产量均高于100CF，100CF与100CFB差异显著，与80CFB无显著性差异；60CFB经济产量显著低于100CF，说明增施750 kg／hm2生物肥的条件下，化肥减少20%不影响花椰菜经济产量。同一化肥水平下，增施生物肥后经济产量均高于单一化肥处理。生物产量以100CF最大，80CFB次之，两者无显著差异。

就经济系数而言，80CFB较100CF高1．14%，增施生物肥较单一化肥经济系数平均提高1．29%。说明增施生物肥有利于营养物质在花球中的积累。

2．2 生物肥部分替代化肥对花椰菜花球品质的影响

不同处理下花椰菜硝酸盐含量处于95．00～250．00 mg／kg之间（表3），硝酸盐含量均未超标，符合国家食用卫生标准（GB18406．1-2001）。与100CF相比，80CFB、60CFB均显著降低了花球中硝酸盐的含量（P＜0．05），说明生物肥可以降低花椰菜花球硝酸盐含量，有利于提高花球安全品质。不同化肥用量下，各处理间硝酸盐含量差异显著，且随化肥用量减少而降低。

CK的维生素C含量最高，其余处理维生素C含量与硝酸盐的含量变化趋势相反，随化肥用量的减少而增加。80CFB与80CF相比、60CFB与60CF相比，前者维生素C含量均显著高于后者（P＜0．05），说明增施生物肥能够显著提高花球中维生素C的含量。

不同施肥处理下，花球中可溶性糖的含量以80CFB最大，较100CF增加了15．97%，且差异显著。增施生物肥后可提高花球中可溶性糖含量，较单一施用化肥平均增加3．01%。

2．3 生物肥部分替代化肥对花椰菜氮素吸收、分配以及氮肥利用率的影响

不同施肥处理下花椰菜植株氮肥利用率以80CFB最高，较100CF和80CF分别提高17．81%和17．17%，60CFB较60CF提高11．57%。说明增施生物肥有利于提高花椰菜的氮肥利用率（表4）。

配施生物肥后功能叶吸氮量较单一化肥处理平均提高15．32 kg／hm2，100CFB较100CF、80CFB较80CF其功能叶的吸氮量分别提高12．45和35．61 kg／hm2。功能叶氮素分配率以80CFB最大，较100CF提高3．07%。从生物肥对功能叶氮素分配率来看，增施生物肥比单一化肥处理平均高1．16%。

增施生物肥花球吸氮量低于单施化肥，增施生物肥减少了氮素在花球中积累。花椰菜根的吸氮量以80CF最大，较80CFB提高0．11 kg／hm2。从不同器官氮素吸收的分配率来看，均以功能叶分配率最高，花球次之，根系分配率最小。

2．4 生物肥部分替代化肥对花椰菜磷素吸收、分配以及磷肥利用率的影响

表5表明，不同施肥处理下，花椰菜植株磷肥利用率以60CFB最高，100CF最低。100CFB、80CFB、60CFB分别较100CF、80CF、60CF提高9．07%，6．41%和5．33%。同一化肥施用水平下，增施生物肥的植株磷肥利用率均高于单一施用化肥。

各处理功能叶吸磷量以80CFB最大，CK最小。100CFB处理功能叶的吸磷量与100CF处理无显著差异；60CFB处理功能叶的吸磷量与60CF处理无显著差异；80CFB处理功能叶的吸磷量显著高于80CF处理。表明增施生物肥可提高花椰菜功能叶吸磷量。花球中吸磷量以80CF最高，CK最低，100CF与100CFB、60CF与60CFB的花球吸磷量无显著差异，80CF的花球吸磷量显著高于80CFB。不同施肥处理下，花椰菜根系吸磷量以100CF最高，CK最小。

2．5 生物肥部分替代化肥对花椰菜钾素吸收、分配以及钾肥利用率的影响

表6表明，不同施肥处理下，花椰菜植株钾肥利用率以60CFB最大，100CF最小。100CFB较100CF、80CFB较80CF及60CFB较60CF的钾肥利用率分别提高7．13%，19．60%和15．64%。同一化肥水平下，增施生物肥的钾肥利用率均高于单一施用化肥处理。

100CFB与100CF、80CFB与80CF及60CFB与60CF相比，植株功能叶吸钾量有所提高，差异不显著。60CFB花球吸钾量显著高于60CF，100CFB花球吸钾量显著高于100CF，80CFB花球吸钾量与80CF无显著差异。植株根吸钾量以60CFB最高，CK最低，100CBF根吸钾量显著高于100CF，80CFB根吸钾量与80CF及60CFB根吸钾量与60CF均无显著差异。从各器官吸钾量分配率来看，均以功能叶中吸钾量最高，花球次之，根系最少。

2．6 生物肥部分替代化肥对花椰菜叶片光合参数的影响

不同施肥量对花椰菜的净光合速率（Pn）影响较大，随着化肥施用量的减少，花椰菜叶片的Pn逐渐降低（表7）。在同一化肥水平下，增施生物肥均可提高叶片净光合速率（Pn），但差异不显著，所有处理中CK的Pn最小。80 CFB处理花椰菜叶片的气孔导度（Gs）显著高于其他处理。在同一化肥水平下，配施生物肥处理的Gs均高于单一化肥处理。60CF的胞间CO2浓度（Ci）显著高于100CF和CK，但与其他处理差异不显著。随着化肥施用量的减少蒸腾速率（Tr）降低，60CFB和80CFB的Tr分别显著高于60CF和80CF。

3 讨论

西北高原夏菜是利用西北高原夏季凉爽、日照充足、昼夜温差大等气候特点，在高海拔地区生产的富含维生素C、蛋白质等营养物质的高品质蔬菜［18］。菜农为了单纯提高产量过多的施入化肥，导致高原夏季蔬菜品质下降、肥料利用率下降、地下水污染等问题日益突出。寻找各种途径来减少化肥用量，在不影响产量的情况下改善蔬菜品质，提高肥料利用率具有重要意义。

研究表明［6，8，19］，生物肥本身不仅具有改良土壤和抗板结作用，而且能够提高养分利用率、提高作物产量、改善产品品质。本试验中，80%常规施肥＋生物肥处理显著增加了花椰菜单球重，60%常规施肥＋生物肥显著降低了花椰菜的单球重，说明生物肥能替代20%的化肥不会引起其单球重的降低；如果化肥减量超过20%，750 kg／hm2生物肥则不能与100%常规施肥单球重持平反而会减小单球重。增施生物肥后，经济产量平均增加2．26%，但生物产量有所下降，经济系数增加了1．14%，即提高了有机物转化为经济产量的能力。表明生物肥能够增加花椰菜花球产量和单球重，增大经济系数，同时减缓对土壤生态环境的负面效应。

化肥减量配施生物肥能显著降低花球中硝酸盐的含量，化肥减量幅度越大，其硝酸盐含量越小，并且化肥减量20%与生物肥配施比当地常规施肥处理硝酸盐含量降低49．87%，说明增施生物肥可有效降低花椰菜花球中硝酸盐的积累，提高花球的食用安全性，这与前人在花椰菜［20］、白菜（Brassica pekinensis）［21］上的研究结果一致。施肥量越小，维生素C含量越高，并且配施生物肥显著高于单一施用化肥，研究还发现花球中维生素C含量与硝酸盐含量变化趋势相反，主要原因是维生素C可以阻止硝酸盐还原为亚硝酸盐并抑制胺与亚硝酸盐的结合［22］。施肥过多过少均会降低花球中可溶性糖的含量，80%常规施肥＋生物肥处理其可溶性糖含量最高，且显著高于100%当地常规施肥处理，说明增施生物肥能有效调节植株营养生长和生殖生长，同时合理的氮素营养促进了花球中氨基酸和糖的形成，有利于特征芳香物质的合成，提高了花球的风味品质。

花椰菜根、叶、花球3个不同器官中，氮、磷、钾的分配和吸收因施肥量而异［23］。高志红等［24］在缺少氮素的情况下研究发现，木薯（Manihot esculenta）叶片中的氮会向根部输送。易琼等［17］和王道中等［25］分别对小麦（Triticum sativum）和水稻在氮素减量条件下研究发现，植株、籽粒中氮的吸收减小，增加了氮肥农学利用率和磷肥利用率。汤宏等［26］在辣椒（Capsicum annuum）上的研究发现，有机无机肥配合施用下氮、磷、钾的吸收量和利用率均高于习惯施肥和纯化肥处理。本试验中，在同一化肥水平下，配施生物肥的氮、磷、钾肥利用率均高于单一化肥处理，且以80%常规施肥＋生物肥的肥料利用率最高，同时其功能叶吸氮量、吸磷量和吸钾量相对较高，说明生物肥主要依靠含有的微生物及其分泌物与作物根际环境之间的联系影响作物对养分的吸收，促进花椰菜对氮、磷、钾的吸收利用［27］。而花球吸氮量以100%常规施肥和80%常规施肥相对较高，引起这一结果的原因可能是过量的化肥使氮素向花球转移，导致花球中氮素含量过高，引起硝酸盐的积累，增施生物肥后这一现象有所缓解，进而改善了产品品质。配施生物肥后，功能叶和花球吸磷量、吸钾量高于单一化肥处理，说明配施生物肥有助于植株对磷和钾的吸收，化肥减少的越多，生物肥的效果越明显，但当化肥施用量减少40%时，磷、钾养分难以满足植株对磷钾的吸收量。郑少玲等［28］研究表明，施用生物肥较不施肥显著增强了芥蓝（Brassica alboglabra）地上部氮磷钾的积累，且随着生物肥用量的增多积累量越高。本试验中，花椰菜地下部（根）吸氮量最小，且以单一施用化肥相对较高，主要原因是化肥配施生物肥增加了土壤微生物的数量并供给其所需碳源，土壤微生物吸收充足的碳源和氮源后与作物根际环境相互协调，促进根系向地上部运输氮营养，孟琳等［5］和朱菜红等［29］报道也证实了这一结论。

合理的氮、磷、钾营养在一定程度上可以改善植物的水分状况，提高渗透调节和气孔导度，从而提高光合效率，然而过量的氮、磷、钾水平会导致光合能力下降［30］。本试验中，配施生物肥显著提高了花椰菜的光合速率，其原因是施用生物肥环境下，土壤释放的CO2相对较多，相对较高的CO2环境有利于植物提高光合速率；同时配施生物肥后气孔导度均有所升高，说明化肥减量可以促进叶片气孔导度的增加；配施生物肥对光合作用有着进一步的促进效果，表现在气孔开度和光合速率升高，可能原因是化肥配施生物肥有利于维持较高的气孔开度，CO2容易进入叶肉细胞，从而保证了光合底物CO2的充足供应。化肥减量40%配施生物肥（60CFB）与100%常规施肥（100CF）相比，花椰菜叶片的气孔导度降低，配施生物肥对光合作用无显著影响，说明化肥减量过多时，抑制了气孔的开放，造成胞间CO2浓度减小，光合速率降低。造成植物光合作用下降的自身因素可以分为气孔因素和非气孔因素，如果光合速率和气孔导度变化与胞间CO2浓度变化的趋势相反，则说明光合速率下降是受非气孔因素限制［31-32］。本研究中，光合速率和气孔导度变化与胞间CO2浓度变化趋势相反，说明花椰菜光合速率下降并不是由气孔导度下降使CO2供应减少所致，而是由非气孔因素阻碍了CO2的利用，造成CO2的积累。因此，生物肥处理显著增大花椰菜光合速率的原因可能是由于生物肥处理降低了非气孔因素对光合作用的限制。

4 结论

化肥减量20%，配施生物肥可显著增加花椰菜单球重，提高了花球品质；化肥减量40%，配施生物肥显著降低花球产量。750 kg／hm2生物肥可替代20%的常规施肥量，即化肥施用量：N 278．40 kg／hm2、P2O5204．00 kg／hm2、K2O 74．88 kg／hm2配施生物肥可显著降低花球中硝酸盐含量，提高维生素C、可溶糖含量以及氮、磷、钾肥的利用率，且增强了叶片净光合速率。

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Effects of partial substitution of mineral fertilizer by bio-fertilizer on yield，quality，photosynthesis and fertilizer utilization rate in broccoli

LI Jie1，JIA Haoyu1，XIE Jianming1*，YU Jihua1，YANG Ping2
1.College of Horticulture，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China；2.College of Agronomy，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China

The over-use of inorganic fertilizer in summer vegetable production leads to diminished vegetable quality，nutrient use inefficiency and groundwater pollution．It is not known whether the combined application of bio-fertilizer with mineral fertilizer can improve quality and yield．A field experiment with broccoli（Brassica oleracea var．botrytis）has been under taken to investigate the effects of different combinations on quality，yield，nitrogen，phosphorus and potassium distribution rates，fertilizer utilization rate and photosynthesis．Three different rates（60%，80%and 100%）of the conventional doses of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers（CF）were combined with bio-fertilizer（CK）in 6 treatments as follows：60%CF without bio-fertilizer（60CF），60%CF with bio-fertilizer（60CFB），80%CF without bio-fertilizer（80CF），80%CF with bio-fertilizer（80CFB），100%CF without bio-fertilizer（100CF）and 100%CF with bio-fertilizer（100CFB）．These treatments were applied to the crop in a randomized complete block design with three replicates．The head weight of broccoli with bio-fertilizer treatments significantly increased compared to that of sole mineral fertilizer treatments．The bio-fertilizer treatments’utilization rates and uptake of nitrogen，phosphorus and potassium were also higher．Compared with 100CF，the yield under 80CFB increased，whereas the yield under 60CFB decreased．Compared with 100CF treatment，the nitrate content in the broccoli head decreased significantly，while the vitamin C and soluble sugar contents significantly increased under lower CF and bio-fertilizer treatments．Nitrogen uptake was highest in the functional leaf of broccoli with 80CFB and in the head of broccoli with 100CF．Under the treatments with bio-fertilizer，the photosynthetic rate and stomatal conductance increased，whereas intercellular CO2leaf concentrations reduced．These results demonstrated that the 750 kg／ha bio-fertilizer combined with 80%conventional mineral fertilizer can improve broccoli head quality，fertilizer utilization rate and photosynthesis．

broccoli（Brassica oleracea var．botrytis）；bio-fertilizer；yield；quality；photosynthesis；fertilizer utilization rate

10．11686／cyxb20150107 http：／／cyxb．lzu．edu．cn

李杰，贾豪语，颉建明，郁继华，杨萍．生物肥部分替代化肥对花椰菜产量、品质、光合特性及肥料利用率的影响．草业学报，2015，24（1）：47-55．

Li J，Jia H Y，Xie J M，Yu J H，Yang P．Effects of partial substitution of mineral fertilizer by bio-fertilizer on yield，quality，photosynthesis and fertilizer utilization rate in broccoli．Acta Prataculturae Sinica，2015，24（1）：47-55．

2014-06-16；改回日期：2014-07-11

现代农业产业技术体系专项资金（CARS-25-C-07）和甘肃省高等学校基本科研业务费项目资助。

李杰（1987-），男，甘肃甘谷人，在读博士。E-mail：gsau23＠126．com

*通讯作者Corresponding author．E-mail：xiejianming＠gsau．edu．cn