黃腐酸鉀與化肥控釋袋促進桃樹生長及氮肥吸收利用

張亞飛，羅靜靜，彭福田，王國棟，郜懷峰

（山東農業大學園藝科學與工程學院/作物生物學國家重點實驗室，山東泰安271018）

黃腐酸鉀與化肥控釋袋促進桃樹生長及氮肥吸收利用

張亞飛，羅靜靜，彭福田*，王國棟，郜懷峰

（山東農業大學園藝科學與工程學院/作物生物學國家重點實驗室，山東泰安271018）

【目的】腐植酸和緩(控)釋肥已被證明可有效減少氨揮發，提高氮肥利用率。本試驗將黃腐酸鉀與化肥置于紙塑復合材料制備的肥料袋內以實現肥料中養分的控制釋放，以期為桃園科學高效施肥提供新的手段。【方法】以2年生盆栽桃‘京青14’(毛桃嫁接苗)為試材，進行了普通化肥和15N示蹤技術兩個盆栽試驗。在相同養分投入量和施用方法前提下，試驗均設2個肥料處理：化肥(CF)、化肥加黃腐酸鉀(CF+FA)。使用兩種肥料袋：普通80目尼龍袋(NB，孔徑0.178mm)；特制紙塑復合材料控釋袋(PB，孔徑為0.2mm，微孔間距0.5 cm)，共四個處理。氨揮發用靜態箱內置硼酸吸收池法采集后，用0.005mol/L H2SO4滴定；桃幼樹新梢停長后，對桃樹地上部生長指標進行測量；利用WinRHIZO根系掃描系統分析根系的總根長、總表面積、總體積和平均直徑等數據；全氮含量用凱氏定氮法測定，15N豐度用MAT-251質譜計測定。【結果】1)NB/CF+FA、PB/CF和PB/CF+FA處理能夠降低氨揮發總累積量，與NB/CF相比分別降低14.4%、54.3%和63.1%；且能夠降低氨揮發速率峰值并延后峰值出現的時間。2)NB/CF+FA、PB/CF和PB/CF+FA處理能夠提高植株氮肥利用率和土壤中氮肥殘留率，分別提高33.6%、100.5%、157.9%和8.6%、30.0%、39.8%。3)與NB/CF相比，NB/CF+FA、PB/CF和PB/CF+FA處理可以促進桃幼樹的生長發育，根系的總根長、總表面積、總體積和平均直徑均顯著提高；根系活力分別提高6.6%、17.5%和22.7%；植株干莖增量分別提高12.2%、26.2%和41.8%；植株一級側枝總長度分別提高16.2%、35.1%和53.6%；植株一級側枝莖粗分別提高8.2%、20.8%和28.4%。【結論】與普通尼龍袋相比，黃腐酸鉀與化肥置于控緩袋中，能顯著減少氨揮發，增加土壤氮肥殘留，提高根系活力并增加根系生物量，從而提高氮肥利用率，有利于桃樹新梢生長和樹勢健壯。

黃腐酸鉀；袋控緩釋；氮肥利用率；氮肥殘留；氨揮發

我國在不到世界1/10的耕地上使用了世界1/3的氮肥，化肥尤其是氮肥的過量施用十分普遍[1–3]，不僅造成了資源浪費和生產成本增加，還帶來了土壤質量下降、水體污染等環境問題[4–9]。氮肥的損失途徑主要有氨揮發、硝化–反硝化、淋溶和徑流等，其中氨揮發是氮肥氣態損失的重要途徑，相關研究表明，在利于氨揮發的條件下，氨揮發損失率可高達施氮量的40%～50%[6]。因此，提高科學施肥水平，減少化學肥料用量從而提高養分的吸收利用率，將成為現代農業高產高效可持續發展的必然要求。

黃腐酸鉀(fulvic acid potassium,FA-K)是一種黃腐酸肥料，既能對植物生長起調控作用，又能為植物生長提供鉀元素。楊金娟等[10]分析認為，黃腐酸鉀能有效降低土壤pH，與無機化肥配合施用提高土壤養分有效性；莊振東等[11]研究認為腐植酸氮肥能顯著提高玉米氮肥利用率，促進玉米對土壤氮素的吸收利用，顯著增加土壤中氮素殘留量，減少淋溶損失；黨祝慶等[12]研究認為生化黃腐酸鉀配施化肥能促進桃樹根系生長，提高根系活力和桃幼樹氮素利用率，進而促進桃樹地上部的生長。

近年來袋控緩釋肥因其肥效期長、養分釋放速率與果樹的需肥規律基本吻合的特性[13–14]，實現了養分的穩定供應，在果樹生產中得到很好的應用。目前對袋控緩釋肥提高氮素利用率的研究較多[15–17]，而袋控緩釋肥減少氮素損失(如氨揮發)的研究較少。孫克君等[18]和杜雅琴等[19]研究表明包膜控釋肥可以減少NH3揮發量和N2O的排放量，而袋控緩釋肥與包膜控釋肥在養分釋放機理上有很多相似之處，王建等[20]在模擬試驗條件下研究發現，與普通復合肥相比，袋控緩釋肥能夠顯著延后和削減NH3日排放高峰，減少NH3的累積排放量和土壤氮素損失。

本實驗室一直致力于袋控緩釋肥中肥料芯成分的改良，而黃腐酸鉀和化肥袋控緩釋對桃樹土壤氮肥損失和氮肥利用的研究未見報道，本研究以2年生盆栽桃樹為試材，研究了黃腐酸鉀與化肥袋控緩釋對桃樹生長、氮肥利用及氮肥損失的影響，旨在為桃園肥料科學施用，減少環境污染提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗以2年生桃品種‘京青14’(毛桃嫁接苗)為試材，于2016年3～10月在山東農業大學園藝試驗站進行。供試土壤為褐土，基本理化性狀：有機質9.06g/kg、有效磷36.19mg/kg、速效鉀96.47 mg/kg、硝態氮25.67mg/kg、銨態氮9.52mg/kg、土壤全氮1.23g/kg、pH6.78。供試化肥：普通尿素(全N含量46%)、15N尿素(上海化工研究院生產，豐度10.21%)、磷酸氫二銨(P2O546%，全氮含量18%)、硫酸鉀(K2O含量50%)。供試生化黃腐酸鉀購自山東省濰坊市東陽化工廠，其水溶性黃腐酸含量>50%、全氮含量2.8%、全磷(P2O5)含量0.6%、全鉀(K2O)含量9.7%。

袋控肥肥料袋用紙塑復合材料制成，袋寬5cm、袋長7cm，袋上正反面均勻打有微孔，微孔直徑0.2 mm，微孔間距0.5cm。普通復合肥料裝入用80目(孔徑0.178mm)紗網制成的相同大小的尼龍袋(網孔大小恰好不使肥料露出，使網內肥料能與土壤完全接觸)。

1.2 試驗設計

試驗包括普通肥料試驗和15N尿素試驗，均為盆栽試驗，花盆直徑為30cm、高為45cm。兩個試驗的試驗處理方法和氮磷鉀肥用量均相同，只是在15N尿素試驗中，用0.5g15N尿素代替0.5g普通尿素。普通肥料試驗用于氨揮發、生長指標測定，15N尿素試驗用于氮肥利用率和土壤氮肥殘留測定。

試驗共設4個處理，在氮磷鉀總量相同的前提下，設化肥裝于普通尼龍袋內(NB/CF)；化肥加黃腐酸鉀裝于普通尼龍袋內(NB/CF+FA)；化肥裝于紙塑控釋袋內(PB/CF)；化肥加黃腐酸鉀置于紙塑控釋袋內(PB/CF+FA)。普通肥料試驗每個處理21株桃樹，3株為一個小區，7次重復，用于氨揮發、生長指標測定；15N尿素試驗每個處理6株桃樹，2株為一個小區，3次重復。各養分含量一致(N、P2O5和K2O含量分別為3.88g、1.71g和3.71g)。于2016年3月25日定植，待桃樹正常生長后(4月30日)進行施肥試驗，分別于距樹干兩側5cm處挖深15cm的施肥穴，每個施肥穴放1包袋控或網包肥料。當田間持水量低于50%時進行灌溉，每次每盆灌水量為2.5L。

1.3 測定項目與方法

氨氣的采集用靜態吸收法[20]，將內徑30cm、高20cm的拆分塑料桶以施肥點為中心倒扣在土壤表面，塑料桶外及與樹干接觸處嚴格密封，內置盛有200mL2%硼酸和指示劑的長方形塑料盒，于9:00～11:00更換一次硼酸，前30d每2d采集一次，之后每10d采集一次，直到各個處理均監測不到氨揮發。采用0.005mol/L H2SO4滴定硼酸中所吸收的氨(mi)；土壤氨揮發速率和土壤氨揮發累計損失量的計算公式如下：

土壤氨揮發速率(mg/d)=平均每次測得的土壤氨揮發量mi/每次連續捕獲的時間(t)

式中，每次連續捕獲的時間(t)，前30d為2，30d之后為10。

土壤氨揮發累計量(mg)=m1+m2+…+mi

桃幼樹新梢停長后(2016年9月30日)測量新梢總長度、干莖、枝莖等生長指標；用水將根系沖洗干凈，采用TTC法測定根系活力；采用WinRHIZO根系分析系統對根系進行掃描，計算根系的總根長、總表面積、總體積和平均直徑。于2016年10月5日對15N尿素標記的桃幼樹進行整株采樣分析，將整株解析為葉片、新梢、主干、粗根(直徑>2mm)、細根(直徑≤2mm)5部分，然后將各部位樣品按清水→洗滌劑→清水→1%鹽酸→3次去離子水順序沖洗后，立即在105℃下殺青，隨后在75℃下烘干至稱重，用不銹鋼電磨粉碎后過80目篩(孔徑0.178 mm)，裝袋貯存，待測。另將盆中土烘干稱重，過60目篩(孔徑0.25mm)備用。全氮含量用凱氏定氮法測定，15N豐度由中國農業科學院農產品加工研究用MAT-251質譜計測定。

Ndff=(植物樣品中15N豐度–15N自然豐度)/(肥料15N豐度–15N自然豐度)×100%

氮肥分配率=各器官從氮肥中吸收的氮量/總吸收氮量×100%氮肥利用率=Ndff×器官全氮量/施肥量×100%土層氮肥殘留率=(Ndff×土層全氮量)/施肥量× 100%

氮肥表觀損失率(15N)=(施氮量–15N測定的氮肥殘留量–15N測定的植物吸氮量)/施氮量×100%

1.4 數據處理與分析

試驗數據采用Excel2007進行圖表繪制，用SPSS19.0軟件對數據進行單因素方差分析及最小顯著差異性檢驗(Duncan’s新復極差法，P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 黃腐酸鉀與化肥控釋袋對土壤氨揮發的影響

2.1.1 黃腐酸鉀與化肥控釋袋對土壤氨揮發速率的影響由圖1可知，普通尼龍袋處理與控釋袋處理的氨揮發速率明顯不同，NB/CF和NB/CF+FA處理的氨揮發分別在施肥后的第3d和第7d達到高峰，峰值分別為N135.94、86.65mg/d，之后迅速下降，逐漸趨于平緩，分別在50d、60d低于檢測限；PB/CF和PB/CF+FA處理的氨揮發分別在第19d和第21d達到高峰，峰值分別為N23.60、20.55mg/d，之后平緩下降，分別在130d、140d低于檢測限。普通尼龍袋處理的氨揮發速率峰值要顯著高于控釋袋處理，其中NB/CF處理是PB/CF處理的5.75倍，NB/CF+FA是PB/CF+FA處理的4.22倍。與單施化肥相比，黃腐酸鉀與化肥配施能夠降低氨揮發速率峰值，且延后峰值出現的時間。

2.1.2 黃腐酸鉀與化肥控釋袋對土壤氨揮發累積量的影響從圖2可以看出，控釋袋能夠顯著減少氨的揮發損失，氮肥通過氨揮發的損失量為NB/CF> NB/CF+FA>PB/CF>PB/CF+FA，NB/CF處理氨累積揮發量為1092.30mg，顯著高于其他處理。普通尼龍袋處理與控釋袋處理，黃腐酸鉀與化肥配施比單施化肥氨累積揮發量分別減少了14.4%和19.2%；NB/CF+FA處理和NB/CF處理，氨累積揮發量分別是PB/CF+FA和PB/CF處理的2.19倍和2.32倍。氨揮發是造成氮素損失的重要途徑，如果不考慮本身土壤中氮素的影響，NB/CF處理氨揮發損失占施氮量的比例最大，達到14.1%，顯著高于其他處理。NB/CF和NB/CF+FA處理造成的氮素損失均值為13.1%，而控釋袋的兩個處理造成的氮素損失均值為5.8%。黃腐酸鉀與化肥控釋袋處理(PB/CF+FA)比化肥普通尼龍袋處理(NB/CF)氮素損失減少63.1%。

2.2 黃腐酸鉀與化肥控釋袋對植株氮肥利用率的影響

由表1可知，不同處理桃樹植株的總干物重存在顯著差異，其中處理PB/CF+FA最高，為236.52g，而處理NB/CF為149.37g。不同處理各器官氮肥分配率無明顯差異；NB/CF+FA、PB/CF和PB/CF+FA處理桃樹植株所有器官中Ndff均高于NB/CF處理，表明黃腐酸鉀與肥料控釋袋配合提高了桃樹各器官對氮肥的吸收征調能力；NB/CF+FA、PB/CF和PB/CF+FA處理的植株氮肥利用率分別為NB/CF處理的1.34倍、2.00倍和2.58倍，其中PB/CF+FA效果最好，黃腐酸鉀和化肥控釋袋可以明顯提高植株對氮肥的吸收利用。

圖1 施肥后土壤氨揮發速率變化Fig. 1 The change of ammonia volatilization rate after fertilization

圖2 不同處理土壤氨揮發累積損失量Fig. 2 Cumulative amount of ammonia volatilization loss under different treatments

2.3 黃腐酸鉀與化肥控釋袋對土壤中15N殘留的影響

15N示蹤技術測定的氮肥在土壤中的殘留率結果(圖3)表明，施用的氮肥有34.6%～48.3%殘留在土壤中，NB/CF+FA、PB/CF和PB/CF+FA處理與NB/CF相比，土壤中氮肥殘留率差異達到顯著水平，分別比NB/CF高3.0個百分點、10.4個百分點和13.8個百分點。NB/CF+FA處理土壤中15N殘留率僅比NB/CF處理高3.0%，但PB/CF+FA比NB/CF+FA處理土壤中15N殘留率高10.8個百分點，肥料控釋袋可以明顯提高土壤中的15N殘留率，原因可能是肥料控釋袋養分釋放慢，灌溉淋溶損失較少。

表1 不同處理氮肥利用率Table 1 Nitrogen utilization rate under different treatments

2.4 黃腐酸鉀與化肥控釋袋對桃幼樹生長的影響

2.4.1 黃腐酸鉀與化肥控釋袋對桃幼樹根系生長的影響由表2可知，桃樹植株根系總根長、總表面積、平均直徑及總體積從高到低均為PB/CF+FA> PB/CF>NB/CF+FA>NB/CF；NB/CF+FA、PB/CF和PB/CF+FA處理桃樹植株根系活力分別為NB/CF處理的1.06倍、1.18倍及1.23倍。表明黃腐酸鉀與化肥配施及肥料控釋袋促進根系的大量發生，提高根系活力，從而增加氮素吸收，增加了根系生物量。

2.4.2 黃腐酸鉀與化肥控釋袋對桃幼樹地上部生長的影響由表3可知，9月底桃樹植株干莖增量、一級側枝總長度及莖粗從高到低均為PB/CF+FA> PB/CF>NB/CF+FA>NB/CF。PB/CF+FA、PB/CF和NB/CF+FA處理桃樹植株干莖增量分別為NB/CF處理的1.42倍、1.26倍及1.12倍；桃樹植株一級側枝總長度及莖粗以PB/CF+FA最大，分別為443.99cm和8.13mm，分別是NB/CF的1.54倍和1.28倍；肥料控釋袋處理能夠減輕施肥對果樹生長的刺激，減少二級側枝的數量。

圖3 15N示蹤技術測定氮肥在土壤中的殘留Fig. 3 Nitrogen residues in different soil layers using the15N tracer technology

表2 不同處理桃樹根系相關參數Table 2 Roots related parameters of peach trees under different treatments

表3 不同處理對桃樹地上部生長量Table 3 Effects of different treatments on aboveground biomass of peach trees

3 討論

3.1 黃腐酸鉀與化肥控釋袋對氮肥損失的影響

目前關于黃腐酸鉀與化肥控釋袋對氨揮發、硝化–反硝化作用、淋溶和徑流等造成氮肥損失影響的研究相對較少。本研究結果表明，NB/CF、NB/CF+ FA、PB/CF及PB/CF+FA處理的氮肥表觀損失率分別為57.2%、51.5%、38.6%和30.5%，表明黃腐酸鉀與化肥配施、袋控釋技術均能減少氮素損失，且黃腐酸鉀與控釋袋相結合起協同效應，NB/CF+FA、PB/CF處理氮肥表觀損失率分別較PB/CF+FA處理提高47.6%、26.6%。

莊振東等[11]研究認為腐植酸氮肥能顯著增加土壤中氮素殘留量，減少淋溶損失；王建等[20]研究發現，袋控緩釋肥能夠減少氨累積排放量和土壤氮素損失。本試驗中，PB/CF+FA處理氨揮發累積量為N 403.11mg，顯著低于其他處理，土壤中氮素殘留率為48.3%，顯著高于其他處理。本研究中黃腐酸鉀與化肥控釋袋處理土壤中氮素殘留率顯著提高，氨揮發累積量顯著降低，減少了氮肥損失。原因可能是：一方面腐植酸因含有多種活性基團而具有較強的吸附能力，可以增加對土壤銨態氮和硝態氮的吸附而減少土壤氮素淋溶，增加土壤氮素殘留[11]，而且腐植酸能有效地抑制脲酶的活性[23]，而脲酶可以催化尿素水解釋放出氨和二氧化碳，因而黃腐酸鉀的施用可以減少氨揮發；另一方面袋控緩釋肥因養分緩慢釋放特性而減少了氨揮發。

3.2 黃腐酸鉀與化肥控釋袋對桃幼樹氮肥吸收利用及生長的影響

根系是植物吸收水分和養分的主要器官，養分類型和供應方式影響土壤中養分的含量與分布，進而影響根系的生長、根系形態和分布[21]。根系對土壤養分高效利用的生物學潛力能否發揮是制約養分利用效率的直接原因。張守仕等[15]研究表明袋控緩釋肥料中各種養分能被控制釋放，尤其是容易被土壤固定的磷和易流失的鉀，因此養分釋放比較均衡，根系在生長季中一直能夠吸收到足夠的養分，普通的施肥方式處理只在施肥后一段時間內有足夠養分可供吸收，較長時間處于養分虧缺狀態，且養分不宜平衡，因此肥料置于控釋袋內能夠顯著促進根系生長。Canellas等[22]試驗表明，從蚯蚓中提取的腐植酸能顯著促進玉米幼苗根系生長和側根發生。本研究中黃腐酸鉀與化肥控釋袋處理(PB/CF+FA)能夠顯著提高根系活力，增加桃幼樹根構型參數，促進根系生長。

黨祝慶等[12]研究表明，黃腐酸鉀與化肥配施處理可以提高桃樹根系活力和桃幼樹生長后期抗氧化酶活性，并顯著提高氮素利用率；梁太波等[24]和王汝娟等[25]研究也認為，腐植酸能提高根系活力，增強根系對養分的吸收利用。本試驗中PB/CF+FA處理根系活力和氮肥利用率分別是NB/CF處理的1.23倍和2.58倍，進而促進了桃幼樹地上部的生長。一方面由于黃腐酸鉀和化肥控釋袋減少了氨揮發，增加了土壤氮素殘留，土壤中有效養分濃度穩定；另一方面黃腐酸鉀和化肥控釋袋提高了根系活力并增加了根系生物量，有利于養分的吸收利用。

3.3 黃腐酸鉀與化肥控釋袋的協同效應

化肥與黃腐酸鉀配合，置于普通尼龍袋和特制控釋袋內均能顯著減少氨揮發、提高氮肥利用率，控釋袋與黃腐酸鉀配合(PB/CF+FA處理)的效果最好，氨揮發總積累量比普通袋裝化肥和腐植酸鉀減少19.2%；氮肥利用率是PB/CF和NB/CF+FA處理的1.29倍和1.93倍。本研究通過比較黃腐酸鉀與化肥配施、袋控緩釋技術對桃樹生長及氮肥吸收利用的影響，發現兩者相結合起到一定協同效應，其中在降低氨揮發和提高氮肥利用率方面控釋袋影響更大，這也說明相對于黃腐酸鉀對養分的吸附能力，肥料養分的釋放方式更能影響氨揮發和氮肥利用率，在生產中可作為重要的參考。此外本試驗結果在田間生產上的應用及對桃果實產量品質的影響還有待進一步研究。

4 結論

黃腐酸鉀與化肥控釋袋處理改變了養分的釋放特性，降低了氨揮發，增加了土壤氮素殘留；與單施化肥相比，顯著提高根系密度，延緩根系衰老，提高植株氮肥利用率，有利于桃幼樹生長健壯。相對于黃腐酸鉀對養分的吸附能力，肥料養分的釋放方式是影響氨揮發和氮肥利用率的主要因素。

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Fulvic acid potassium and nutrient-controlled release paperbag enhance peach tree growth, nitrogen absorption and utilization

ZHANG Ya-fei,LUO Jing-jing,PENG Fu-tian*,WANG Guo-dong,GAO Huai-feng
(College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an, Shandong 271018, China)

【Objectives】Fulvic acid and paper bag have been proved to be effective in reducing ammonia volatilization and improving the utilization rate of nitrogen.This project studied the combined effects of special paper-bag made for nutrient-controlled release and fulvic acid potassium on peach growth,ammonia volatilization,nitrogen absorption and utilization,in order to provide an alternative fertilization method in orchard.【Methods】Two-year-old‘Jingqing14’(wild peach,Amygdalus persica Linn.)seedlings were used as materials,two pot experiments were conducted separately using common urea and15N urea as Nresource, respectively.Two fertilizer treatments of chemical fertilizer(CF)and chemical fertilizer plus fulvic acid potassium(FA),and two kinds of fertilizer containing bag treatments using common nylon bag with0.178mm of hole size(NB),and paper-plastic bag with0.2mm of pores and0.5cm intervals(PB)were set up.Volatilized ammonia was gathered inside astatic box and titrated with0.005mol/L H2SO4.The above-ground growth index ofthe peach tree was measured after new shoots stopped growing.The total root length,the total surface area,the root volume and the average diameter were analyzed by WinRHIZO root analysis system.The total nitrogen content was detected by the micro-kjeldahl method,and the15N abundance was detected by MAT-251mass spectrometer.【Results】1)Compared with the NB/CF treatment,the ammonia volatilization cumulant of NB/CF+FA,PB/CF and PB/CF+FA treatments were significantly reduced by14.4%,54.3%and63.1% respectively.The peak rate of ammonia volatilization was reduced,and the peak time was delayed.2)Compared with NB/CF treatment,the nitrogen utilization rates and soil nitrogen residue rates were significantly increased by 33.6%,100.5%,157.9%and8.6%,30.0%,39.8%respectively under the treatments of NB/CF+FA,PB/CF and PB/CF+FA.3)Compared with NB/CF treatment,NB/CF+FA,PB/CF and PB/CF+FA treatments significantly promoted the growth and development of young peach trees.The total root length,total root surface area,total root volume and average diameter were improved significantly.The root activity were increased by6.5%,17.5% and22.7%respectively.The raising of trunk straight stems was increased by12.2%,26.2%and41.8%.The primary lateral branch lengths were increased by16.2%,35.1%,53.6%and the primary lateral branch thickness were increased by8.2%,20.8%,28.4%.【Conclusions】When mixed with acertain amount of fulvic acid potassium and loaded inside the specific made paper-plastic bags,the ammonia volatilization from the chemical fertilizer will be reduced significantly,and the root activity and the roots biomass will be increased,consequently, the soil nitrogen retention time,the shoot growth and tree vigor will be promoted.

fulvic acid potassium;bag-controlled release;nitrogen utilization rates;nitrogen residue; ammonia volatilization

2016–12–21接受日期：2017–04–26

國家現代農業產業技術體系建設專項資金項目（CARS:31-3-03）資助。

張亞飛（1990—），男，山東聊城人，博士研究生，主要從事果樹栽培生理生態研究。E-mail：791526210@qq.com *通信作者E-mail：pft@sdau.edu.cn