H型栽培架組合方式對(duì)光照及草莓生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

王春玲，宋衛(wèi)堂，趙淑梅，曲明山

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H型栽培架組合方式對(duì)光照及草莓生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

王春玲1,2，宋衛(wèi)堂1,3※，趙淑梅1,3，曲明山4

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083； 2. 塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，阿拉爾 843300；3. 農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；4. 北京市農(nóng)業(yè)局土肥工作站，北京100029）

H型立體栽培架是目前在生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的一種草莓立體栽培裝置。針對(duì)草莓立體栽培過程中產(chǎn)生的遮光和植株生長(zhǎng)不良等問題，該研究提出將兩層和三層的H型栽培架進(jìn)行不同組合，通過在日光溫室中設(shè)置兩層+兩層（T1）、兩層+三層交替（T2）、三層+三層（T3）的H型栽培架的3種布置組合方式，比較不同組合處理下草莓的光照環(huán)境、生長(zhǎng)及產(chǎn)量的差異。結(jié)果表明：T1上、下層草莓的光照條件最佳，T2次之，T3最差；試驗(yàn)期內(nèi)，T1上層的草莓達(dá)到光飽和點(diǎn)（light saturation point，LSP）的時(shí)間比T2增加了40.0%，并且T1上、下層草莓達(dá)到光補(bǔ)償點(diǎn)（light compensation point，LCP）的時(shí)間分別比T2中兩層栽培架的上、下層增加了9.3%和21.3%；T1處理草莓的生長(zhǎng)狀況最佳。T1的單元產(chǎn)量最高，為50.8 kg，分別比T2與T3的單元產(chǎn)量提高了2.8%和33.7%。因此，日光溫室內(nèi)H型栽培架以兩層與兩層相鄰的布置方式較適合用于草莓的立體栽培，可在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

日光溫室；栽培；光照；H型栽培架；草莓；產(chǎn)量

0 引 言

草莓立體栽培首先于20世紀(jì)80年代在日本出現(xiàn)[1]，因其產(chǎn)量高、效益好、節(jié)省土地、勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)深受廣大生產(chǎn)者的喜愛[2]。隨著草莓反季節(jié)栽培規(guī)模的擴(kuò)大，中國(guó)草莓立體栽培的研究速度也逐步加快。近年來的研究表明：草莓立體栽培可以提高土地利用率3～5倍、提高單位面積產(chǎn)量2～3倍[3]。國(guó)內(nèi)外對(duì)草莓立體栽培的模式進(jìn)行了很多研究，如國(guó)內(nèi)常用的傳統(tǒng)A字型、改良架式[4-5]、后墻式[6]，吊柱式等，國(guó)外的如上下擺動(dòng)式、懸掛式、可拆卸式、可移動(dòng)式等[7-10]。

在立體栽培模式的開發(fā)和使用過程中，人們對(duì)各種模式的環(huán)境特點(diǎn)、草莓生長(zhǎng)狀況進(jìn)行了研究，同時(shí)也進(jìn)行了相應(yīng)地改進(jìn)和調(diào)整[11-14]。宗靜等[15]通過對(duì)草莓雙層高架栽培模式的氣象條件進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)下層的溫、光條件都較上層差，上層草莓可提前13 d進(jìn)行采收。張?jiān)コ萚16]對(duì)3種草莓立體栽培架的生產(chǎn)性能進(jìn)行了比較研究，明確了單層雙列架型操作最便捷，雙層品字形架型投入產(chǎn)出比最優(yōu)，四層階梯形架型適合草莓立體觀光采摘。楊振華[17]認(rèn)為A型槽架式與立柱式栽培模式經(jīng)濟(jì)效益高于高畦栽培。陳一飛等[18]研發(fā)了一種日光溫室草莓立體栽培的智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以使草莓的掛果期比傳統(tǒng)種植方式平均提前40 d，產(chǎn)量平均提高33%。

Li等[19]在比較了A字型、H型、品字型3種立體栽培架草莓的生長(zhǎng)狀況后認(rèn)為，H型栽培架的通風(fēng)和光照更好，同時(shí)其種植密度也較另外兩種大，獲得的產(chǎn)量最高。目前，H型栽培架因其構(gòu)造簡(jiǎn)單、管理方便、使用年限長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在草莓立體栽培中應(yīng)用較為廣泛。本文對(duì)2種H型栽培架的3種不同布置方式：兩層與兩層相鄰布置、兩層與三層交替布置、三層與三層相鄰布置，進(jìn)行草莓的光照環(huán)境特點(diǎn)測(cè)試和研究，并對(duì)其生長(zhǎng)及產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)量分析。比較并確定一種布置方式，能夠使草莓的光環(huán)境較優(yōu)、生長(zhǎng)和產(chǎn)量較佳，以期為生產(chǎn)應(yīng)用提供指導(dǎo)和建議。

1 H型栽培架

1.1 栽培架結(jié)構(gòu)

如圖1，H型栽培架由栽培支架、栽培槽、進(jìn)水管、回水管等組成。栽培架長(zhǎng)6 m，寬0.4 m，南北向放置于日光溫室內(nèi)，其中栽培支架是由直徑20 mm的鍍鋅鋼管焊接而成，為整個(gè)栽培架的骨架結(jié)構(gòu)，側(cè)面呈H型；栽培槽由卡子固定于栽培骨架各層上，其結(jié)構(gòu)從外向內(nèi)依次由黑白膜（正、反面分別為黑、白兩色的聚乙烯薄膜）、無紡布、防蟲網(wǎng)、基質(zhì)組成；進(jìn)水管安裝在栽培架北部，回水管在南部，栽培架由北向南有5°～10°的傾角，以利于多余的水和營(yíng)養(yǎng)液流出。圖1a、1b分別為三層和兩層的H型栽培架。三層栽培架僅比兩層栽培架多一層栽培槽，其他結(jié)構(gòu)相同，具體尺寸如圖2。

a. 三層

a. Three layers

b. 兩層

b. Two layers

1.栽培支架 2.栽培槽 3.進(jìn)水管 4.回水管 5.草莓植株

1.Cultivation structure support 2.Cultivation trough 3.Water inlet pipe 4.Water return pipe 5.Strawberry

圖1 不同層數(shù)H型栽培架示意圖

Fig.1 Sketch map of different H-cultivation layers

1.2 兩種栽培架的三種布置組合

2種栽培架的組合分為兩層與兩層相鄰布置（T1）、兩層與三層交替布置（T2）、三層與三層相鄰布置（T3）三種，如圖2。兩層栽培架的總高度為95 cm，三層栽培架的總高度為160 cm；栽培槽厚度為20 cm，相鄰兩層的間距為65 cm，最下層距地面30 cm；相鄰兩栽培架的間距為60 cm[20]。

2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)條件

本試驗(yàn)于2015年8月至2016年4月在北京市昌平區(qū)興壽鎮(zhèn)的一個(gè)日光溫室內(nèi)進(jìn)行，溫室東西長(zhǎng)度為100 m，南北跨度為8 m。草莓品種為“紅顏”，定植日期為2015年8月29日，株距為20 cm，行距為30 cm。每個(gè)栽培槽定植兩列，共60株草莓。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試栽培架均放置在溫室中部，所處環(huán)境基本一致，每個(gè)處理栽培架20個(gè)，選擇中間位置的6個(gè)栽培架為試驗(yàn)區(qū)，重復(fù)3次。栽培架和栽培槽的編號(hào)見表1。

表1 不同栽培架組合中栽培槽的位置編號(hào)

采用順序排列的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將S-LIA-M003型光照傳感器布置于試驗(yàn)區(qū)每個(gè)栽培架各層的中部、基質(zhì)上方約25 cm的位置，進(jìn)行草莓冠層光合有效光量子流密度（photosynthetic photon flux density, PPFD）的測(cè)量。

待草莓緩苗后，在每個(gè)處理試驗(yàn)區(qū)栽培架的每層上，選擇植株健壯、長(zhǎng)勢(shì)一致的草莓24株進(jìn)行標(biāo)記。2015年10月5日開始對(duì)標(biāo)記的草莓的株高和葉片葉綠素相對(duì)含量（soil and plant analyzer development，SPAD）值進(jìn)行測(cè)量。葉綠素相對(duì)含量測(cè)量方法：采用SPAD-502便攜式葉綠素測(cè)量?jī)x[21]，選擇草莓新葉外第3片葉進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)應(yīng)避開葉脈，每個(gè)葉片測(cè)量3次取平均值。草莓成熟后測(cè)量草莓的單株果實(shí)個(gè)數(shù)、平均單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量，測(cè)試時(shí)間為：2016年1月15日－2016年4月15日。

采用SPSS20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，顯著性由Duncan新復(fù)極差法檢測(cè)，采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 不同處理栽培架上的光環(huán)境特點(diǎn)

為使數(shù)據(jù)具有代表性，選擇典型天氣的光照數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。圖3是2016-03-02－2016-03-05（4 d）中T2和T3中的三層栽培架上、中、下各層的光照數(shù)據(jù)，其中3月4日為陰天。由圖3可以看出，2個(gè)處理中的栽培架中各層草莓冠層的PPFD曲線走勢(shì)基本一致，但在4 d內(nèi)的相同時(shí)刻中2S、2Z、2X的草莓冠層PPFD值均高于3S、3Z、3X。以3月2日為例，2S達(dá)到草莓光飽和點(diǎn)[22]（light saturation point，LSP）377.4～566.0mol/(m2·s)的時(shí)長(zhǎng)比3S長(zhǎng)約250 min；2Z達(dá)到LSP的時(shí)長(zhǎng)約為240 min，而3Z的全天光照都在LSP以下；此外，2X達(dá)到草莓光補(bǔ)償點(diǎn)[22]（light compensation point，LCP）94.3～188.7mol/(m2·s)的時(shí)長(zhǎng)約為230 min，但3X的光照全天都在LCP以下。以上結(jié)果說明，T3與T2相比，栽培架增加一層會(huì)使其中、下層的光照受到了較大程度的遮擋，不利于草莓的生長(zhǎng)。

a. T2三層處理中上、中、下各層的PPFD曲線圖

a. PPFD curves of each layer of treatment T2

表2是3月12—13日2 d內(nèi)T1和T2中的兩層栽培架上、下層的光照情況。可以看出T1上、下兩層2 d內(nèi)達(dá)到LSP和LCP的時(shí)長(zhǎng)均大于T2上、下層。累積計(jì)算2 d的LSP，結(jié)果顯示：1U的草莓冠層達(dá)到LSP的時(shí)長(zhǎng)比2U增加了40%；1L、2L達(dá)到LSP的時(shí)長(zhǎng)分別為100、0 min。1U、1L草莓冠層達(dá)到LCP的時(shí)長(zhǎng)分別比2U、2L增加了9.3%、21.4%。因此，T1處理比T2處理的光照環(huán)境更佳。

表2 T1與T2中兩層不同布置方式的各層光照環(huán)境（2016-03-02—03-13）

注：LSP表示光飽和點(diǎn)，LCP表示光補(bǔ)償點(diǎn)；累計(jì)采集測(cè)量時(shí)間為每日7:00-19:00。

Note: LSP represents light saturation point, LCP represents light compensation point; cumulative acquisition time is 7:00-19:00 each day.

3.2 不同處理草莓的生長(zhǎng)指標(biāo)

苗期時(shí)，對(duì)各處理不同層草莓的株高和SPAD進(jìn)行了測(cè)量。從圖4a、4b中可以看出，T1與T2處理中各層草莓的株高不存在顯著性差異（≤0.05）。T2與T3中的三層栽培架上層與中層草莓的株高不存在顯著性差異，但其下層草莓株高顯著低于上、中層；2S、2Z、2X的株高分別比3S、3Z、3X分別增加了2.7%、3.3%、6.7%。說明T2的三層栽培架上的草莓植株生長(zhǎng)情況優(yōu)于T3相應(yīng)的栽培架上的草莓。

草莓葉片葉綠素含量、含氮量與SPAD值顯著相關(guān)[23]，葉片含氮量會(huì)影響草莓和其他植物的生長(zhǎng)及產(chǎn)量[24-26]，因此測(cè)量草莓葉片的SPAD值可以直接反應(yīng)其生長(zhǎng)狀況。

由圖4c可以看出，1U與1L的草莓SPAD值無顯著性差異，均分別顯著高于2U與2L。說明在兩層栽培架中，同一處理栽培架上、下層之間草莓的SPAD 值無顯著性差異；相同層之間T1與T2處理相比，能顯著地提高草莓的SPAD。圖4d顯示，T2和T3處理的上、中層草莓的SPAD高于下層的。其中2S、2X為30.3、25.2高于3S、3X的29.6、24.7，且有2Z的27.9顯著高于3Z的25.7。說明T2的三層栽培架與T3相比，各層草莓的葉綠素含量均有所提高，反映了T2的草莓生長(zhǎng)狀況在某種程度上優(yōu)于T3。

3.3 不同處理草莓的產(chǎn)量及效益

光照環(huán)境是引起草莓生長(zhǎng)及產(chǎn)量品質(zhì)變化的重要環(huán)境因素[27-33]，表3、表4為各處理草莓的產(chǎn)量指標(biāo)。

表3 T1、T2處理兩層栽培架上各層草莓的產(chǎn)量指標(biāo)

注：同一列中不同小寫字母表示不同位置草莓間差異顯著，顯著水平為0.05，下同。

Note: Same columns with the different small letters indicate that there is significant difference on strawberry yield index between different sites, and significant level is 0.05, the same as below.

表4 T2、T3處理三層栽培架上各層草莓的產(chǎn)量指標(biāo)

從表3可以看出，1U、1L的單株產(chǎn)量分別顯著高于2U、2L，增加量為94.3、38.9 g；同時(shí)1U、1L的單株果實(shí)個(gè)數(shù)也分別顯著高于2U、2L，產(chǎn)生此種現(xiàn)象主要是由于T2處理中三層栽培架對(duì)光照的遮擋所造成。平均單果質(zhì)量均是上層顯著高于下層，并且T1大于T2。由此可見T1處理較T2處理顯著地增加了果實(shí)的單株產(chǎn)量和單株果實(shí)個(gè)數(shù)，但2個(gè)處理對(duì)果實(shí)的平均單果質(zhì)量無顯著性影響。此外，從表4中可以看出2S、2Z、2X的單株果實(shí)個(gè)數(shù)和單株產(chǎn)量分別顯著高于3S、3Z、3X，表現(xiàn)出此差異的主要原因是：T2的兩層與三層栽培架交替布置，光照條件在一定程度上優(yōu)于T3處理的全部三層栽培架的布置方式。T1處理的草莓單株產(chǎn)量和單株果實(shí)個(gè)數(shù)高于其他處理，T3處理草莓產(chǎn)量的相關(guān)指標(biāo)最差，但是其單位土地面積上的種植密度最大。因此，需進(jìn)一步測(cè)試和計(jì)算單元面積上各處理草莓的產(chǎn)量和成本，以確定較優(yōu)的布置組合。

根據(jù)不同處理組合中定植的草莓株數(shù)，計(jì)算試驗(yàn)期間內(nèi)草莓總產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、栽培架成本。每個(gè)處理由2個(gè)栽培架為組成單元，因此，以每個(gè)處理的2個(gè)栽培架為計(jì)算單位，占地面積為8.4 m2。栽培架按照10 a的使用年限來計(jì)算。3個(gè)處理的草莓總產(chǎn)量及栽培架年成本如表5。試驗(yàn)期內(nèi)為草莓產(chǎn)量形成的主要時(shí)間段，其平均價(jià)格約為60元/ kg，由表可知3個(gè)月內(nèi)T1、T2、T3的收益分別約為3 048、2 964、2 280元。由此可知，所獲收益遠(yuǎn)大于栽培架年成本消耗，因此3個(gè)處理的效果可直接通過其產(chǎn)量進(jìn)行比較分析。

表5 T1、T2、T3處理試驗(yàn)期間草莓的總產(chǎn)量及成本

注：每個(gè)處理單元的總產(chǎn)量所占面積為8.4 m2，試驗(yàn)測(cè)產(chǎn)期為2016-01-15－2016-04-15。

Note: The total area of each treatment unit is 8.4 m2, the yield test was measured from 2016-01-15－2016-04-15.

從表5可以看出，T1的栽培密度最低，但其單元產(chǎn)量在試驗(yàn)期間內(nèi)最高，為50.8 kg，同時(shí)其年消耗成本最低。T1雖較T2栽培密度減少了，但總產(chǎn)量卻提高了2.8%；T3的種植密度雖然最大，但其平均單株產(chǎn)量最低。T1平均單株產(chǎn)量較T3增加了100.3%，試驗(yàn)期內(nèi)T1的草莓總產(chǎn)量較T3增加了33.7%。由此可知3個(gè)處理中T1是最適合于草莓栽培的布置方式。

4 結(jié) 論

本研究對(duì)2種H形栽培架的3種不同布置方式，進(jìn)行了草莓光照環(huán)境及其生長(zhǎng)狀況的測(cè)試分析，并對(duì)產(chǎn)量和效益進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果如下：

1）兩層與兩層栽培架相鄰布置的方式（T1）草莓能夠獲得較佳的光照環(huán)境，三層與三層相鄰布置（T3）的最差，兩層與三層交替布置（T2）的介于前兩者之間。典型晴天下，兩層栽培架上：T1上層草莓達(dá)到LSP的時(shí)間比T2增加了40.0%，且T1上、下層達(dá)到LCP的時(shí)間分別較T2上、下層增加了9.3%、21.3%；三層栽培架中T3的上、中、下三層的PPFD值均低于T2相應(yīng)位置。

2）T1與T2的兩層栽培架中，上、下層之間草莓的株高和SPAD值無顯著性差異（≤0.05），但T2與T3的下層，草莓植株顯著低于上、中層，說明T3處理的下層草莓的生長(zhǎng)受到了影響。

3）試驗(yàn)期間T1的單元總產(chǎn)量最高為50.8 kg，分別比T2、T3處理的單元總產(chǎn)量提高了2.8%、33.7%。

因此，在長(zhǎng)度100 m，跨度8 m的日光溫室內(nèi)，H型栽培架以兩層與兩層相鄰的布置方式可使草莓的光環(huán)境達(dá)到較佳，生長(zhǎng)較適宜，同時(shí)成本也較低，并且可以獲得較高的效益，適宜在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

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Effect of different combinations of H-type cultivation frames on light and strawberry growth and yield

Wang Chungling1,2, Song Weitang1,3※, Zhao Shumei1,3, Qu Mingshan4

(1.,,100083,; 2.,,843300,; 3.,,100083,; 4.,100029,)

In the process of facility horticulture cultivation, the model of three-dimensional cultivation has been paid more and more attention. “H” type cultivation frame is widely used in stereo-cultivation of strawberry at present. In practical applications, growers choose the different layers of cultivation for planting. The most common arrangement of planting frame is two or three layers, which way can reduce the costs with higher yields and benefits, we do not know now. Therefore, an experiment aimed to select a better combination of cultivation frame was performed in this study. In this experiment, three combinations of “H” type cultivating shelves were set up, namely, two-layer frames arranged adjacently (T1), two-layer frame and three-layer frame are alternately arranged (T2), three-layer frames are arranged adjacently(T3), to compare the light conditions, growth status and yield differences. The experiment was carried out in a solar greenhouse in Changping district of Beijing from August 2015 to April 2016. The length of the greenhouse is 100 m and the span is 8 m. Strawberry varieties is “Hong Yan”, planting date was August 29, 2015. Photosynthetic photon flux density (PPFD) of strawberry canopy and growth index were measured during the trial. Growth index include strawberry plant height and leaf chlorophyll relative content (SPAD), strawberry yield per plant, the number of fruits per plant, the average weight of fruit. Measured production time was three months. Results showed that under T1 treatment, the strawberries light conditions were the best of the upper and lower cultivars. During the experiment, the trend of light curves of the three cultivars in T2 and T3 were basically the same, but PPFD of the upper, middle and lower layers in T2 were higher than that in T3 corresponding position. During the experiment, the time length that light intensity at strawberry canopy reached light saturation point (LSP) of T2 upper layer was longer than that of T3 corresponding position; the time length of T2 middle layer reached the strawberry LSP was 240 min, and that of T3 middle layer was always below the LSP. In addition, the light intensity at strawberry canopy in the lower layer of T2 reached light compensation point was 230 min, and that of T3 lower layer was always below the light compensation point (LCP) all day. During the experiment, the time length that light intensity at strawberry canopy reached the LSP within two days of T1 and T2 were calculated, results showed that the time length reached LSP in T1 upper layer increased by 40% compared with that of T2. The time length of reaching at LSP in lower of T1 and T2 was 100 min and 0 min, respectively. The time length of reaching the LCP in the upper, lower layers of T1 increased by 9.3%, 21.4% compared with that of T2, respectively. Thus, the light environment of T1 was better than that of T2. Growth index of T1 strawberry was the best, yield per plant and the number of fruits per plant in T1 was higher than that of other treatments. Correlation indexes of strawberry yield were the worst in T3. During the test period, the yield per unit area of T1 was 50.8 kg, and the cost of T1 was the lowest in three treatments, yield per unit area of T1 was increased by 2.8%, 33.7% compared with that of T2 and T3, respectively. Therefore, strawberries of all two layers arrangement of “H” type cultivation frame got better lighting conditions, reduced costs and obtained better economic benefit. All two layers arrangement of “H” type cultivation frame (T1) was suitable for application in actual production.

greenhouse; cultivation; light; “H” cultivation frame; strawberry; yield

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.02.032

S625.3; S628

A

1002-6819(2017)-02-0234-06

2016-07-11

2016-11-30

“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃課題——植物工廠立體多層栽培系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究（2013AA103002）；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-25-06B）

王春玲，河北承德人。主要從事草莓立體栽培技術(shù)方面研究。阿拉爾塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，843300。Email：chunlingw130@163.com

宋衛(wèi)堂，博士，教授，主要從事設(shè)施園藝栽培技術(shù)與設(shè)備研究。北京中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，100083。Email：songchali@cau.edu.cn 中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)會(huì)員：宋衛(wèi)堂（E040100004M）

王春玲，宋衛(wèi)堂，趙淑梅，曲明山. H型栽培架組合方式對(duì)光照及草莓生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(2)：234－239. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.02.032 http://www.tcsae.org

Wang Chungling, Song Weitang, Zhao Shumei, Qu Mingshan. Effect of different combinations of two H-type cultivation frames on light and strawberry growth and yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(2): 234－239. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.02.032 http://www.tcsae.org