梅雨季節高溫高濕環境下調虧灌溉對設施番茄生產的影響*

江曉東，張建取，雷 虎

梅雨季節高溫高濕環境下調虧灌溉對設施番茄生產的影響*

江曉東，張建取，雷 虎

（江蘇省農業氣象重點實驗室/南京信息工程大學氣象災害預報預警與評估協同創新中心/南京信息工程大學氣象應用氣象學院，南京 210044）

2021年6?7月梅雨期間在南京信息工程大學日光溫室開展田間試驗，以充分灌溉（100% ET0）為對照（CK），在番茄開花結果期設置T1（90% ET0）、T2（75% ET0）和T3（50% ET0）3個調虧灌溉處理，測定不同灌溉水平下番茄的生長指標、營養品質、感官品質和產量。結果表明，番茄的株高、葉面積、根莖葉干物質積累量等生長指標均隨灌溉量的減少呈現先增加后減少的趨勢，T1處理各項指標均最大，T2處理次之，顯著高于CK和T3處理。番茄產量表現為T1>T2>CK>T3，T1和T2處理分別比CK增產23.21%和9.33%，而T3處理則比CK減產19.36%。番茄可溶性蛋白、可溶性固形物、可溶性糖和可滴定酸含量以及糖酸比等營養品質指標，果實顏色、光澤、氣味、果皮厚度、甜度等感官品質指標也隨灌溉量的減少呈現先增加后減少的趨勢，T2處理可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、果實顏色、氣味、甜度和果皮厚度為各處理最大，T1處理次之。采用隸屬函數法評價各處理果實營養品質和感官品質，結果均表現為T2>T1>T3>CK。綜合番茄植株的生長狀況、果實的營養品質、感官品質和產量認為，T1處理可顯著促進番茄植株生長，提高產量并改善品質，為南京梅雨季節高溫高濕環境條件下設施番茄開花結果期的推薦灌溉量。

梅雨；高溫高濕；調虧灌溉；設施番茄；產量和品質

調虧灌溉是一種在作物生長發育過程中進行人為水分虧缺的調控措施，在節水的前提下實現作物高產優質的灌溉技術[1]。番茄是需水量較大的作物，為了節約用水，提高番茄的產量與品質，眾多學者開展了番茄的調虧灌溉研究。劉宇曦等[2?3]認為調虧灌溉可以提高番茄葉片光合速率和抗氧化能力，促進植株生長；張坤等[4]研究認為，調虧灌溉可以促進加工番茄根系生長；Machado等[5?7]等指出，調虧灌溉可以提高番茄水分利用效率和產量；Zhang等[7?10]研究發現，調虧灌溉條件下的番茄可溶性固形物、可溶性糖、番茄紅素、可溶性蛋白、維生素C（Vc）的含量和糖酸比均高于充足灌溉的番茄，番茄品質得以提高。

番茄適宜的生長溫度為15～25℃[11]，適宜的相對濕度為50%～70%[12]，當溫度超過30℃，番茄生長發育就會受到嚴重影響[13]，當空氣相對濕度超過70%，會加重番茄的高溫熱害[14?16]。灌溉是提高作物抵御高溫的重要農藝措施[17?18]，但在溫室密閉環境中，過量的灌溉有增加空氣相對濕度、加重高溫熱害的風險，所以適宜的水分管理措施對設施番茄生產尤為重要。長江流域是中國番茄的優勢產區，塑料棚是該地區主要的溫室類型。梅雨是長江流域特有的天氣氣候現象，因塑料棚的環境主動調控能力差，梅雨季節塑料棚內高溫高濕的環境嚴重制約番茄生產。調虧灌溉以節水增效為宗旨，但目前有關設施番茄的調虧灌溉研究多在氣候正常條件下進行，梅雨季節氣候特征下的研究鮮見報道，因此，開展梅雨季節設施番茄的調虧灌溉研究，明確調虧灌溉對番茄產量和品質的影響，可為該地區梅雨季節番茄生產提供理論和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2021年6?7月在南京信息工程大學農業氣象試驗站日光溫室內進行。溫室南北走向，長30m，寬10m，頂高5m。供試番茄品種為“合作903”，采用池栽方式進行，栽培池長8m，寬1m，深0.5m，每池栽植3行，番茄行距和株距皆為33cm。供試土壤pH（H2O）值為6.1，有機質含量12.6g·kg?1，全氮含量1.7g·kg?1。番茄于2021年5月定植，定植后進行足量灌溉，保持土壤濕潤。灌溉處理在番茄第一穗花現蕾時開始（6月9日），在第三穗果采收后結束（7月20日），每周灌溉1次。以灌溉日前7d的累計參考作物蒸散量（ET0）為依據，設置3個調虧灌溉處理，分別為90% ET0（T1）、75% ET0（T2）、50% ET0（T3），以100% ET0為對照（CK）。試驗采用隨機區組處理，不同灌溉處理之間使用埋深為50cm的PVC板加塑料薄膜進行隔離，防止水分相互滲漏，每個小區的種植面積為5m2，每處理重復3次。

1.2 項目測定

1.2.1 氣象要素觀測

溫室內空氣溫度、相對濕度和太陽凈輻射等氣象數據由安裝在溫室中央的HOBO U30小型自動氣象站（ONSET，USA）測定，每0.5h采集數據1次。溫室外氣象數據來自溫室西南方向100m處的南京信息工程大學大氣與環境實驗教學中心綜合氣象觀測基地，氣溫、相對濕度和降水量數據由DZZ4型自動氣象站（中國）測定，每0.5h采集數據1次。試驗期間溫室內外的氣象要素變化見圖1。由圖可見，2021年試驗期間溫室外降雨日數為21d，降水量為362.8mm，平均氣溫28.0℃，平均相對濕度73.8%，屬于典型的梅雨氣候[19]；期間溫室內平均溫度和平均相對濕度分別為31.4℃和72.0%，因實驗溫室沒有主動的環境調控措施，溫室內環境受室外環境影響明顯，對于番茄來講，溫室內屬于高溫高濕環境。

圖1 2021年試驗期間（6月9日?7月20日）溫室內外氣象要素變化過程

1.2.2 參考作物蒸散量（ET0）計算

采用Qiu[20]等針對溫室特點修正的FAO 56 Penman-Monteith模型，計算番茄的參考作物蒸散量（ET0），表達式為

式中，ET0為參考作物蒸散量（mm·d?1），Δ為飽和水汽壓的曲線斜率，Rn為凈輻射（MJ·m?2·d?1），G為土壤熱通量（MJ·m?2），γ為濕度計常數（kPa·℃?1），T為平均溫度（℃），es為飽和水汽壓（kPa），ea為實際水汽壓（kPa）。

1.2.3 生長指標與產量

每個處理隨機選取9株長勢均勻的植株，進行以下指標測定。

株高（cm）：用直尺（精度為1mm）測量地面至植株頂部的高度。

莖粗（mm）：用游標卡尺測定植株基部1cm處的莖稈粗度。

葉面積（cm2·株?1）：通過剪紙稱重法[21]測量每株植株的葉面積。

干物質積累量（g·株?1）：植株取樣后洗凈，按根、莖、葉分開裝入紙袋，然后放入75℃恒溫干燥箱中烘干至恒重，用0.01g精度的電子天平稱量。

根冠比計算式為

式中，R/S為根冠比，Wr為根系干重（g），Wl為葉片干重（g），Ws為莖稈干重（g）。

產量測定（g·株?1）：每株番茄的每個果實成熟時采收，用0.01g精度的電子天平稱量單果鮮重，單株產量為該植株所有成熟番茄果實的總和。

以上測定項目包括株高、莖粗、葉面積、干物質積累量和根冠比均在試驗結束時（7月20日）測定，產量數據為試驗過程中測定每株番茄果實質量數據的累計值。

1.2.4 番茄營養品質指標測定

從第二穗和第三穗果實中隨機挑選15個果實進行品質分析。采用考馬斯亮藍G-250染色法測定可溶性蛋白含量，采用酸堿滴定法測定VC含量，采用蒽酮比色法測定可溶性總糖含量，采用酸堿滴定法測定可滴定酸含量，采用手持折光儀測定可溶性固形物含量。以上測定皆參照李合生方法[22]。

糖酸比計算式為

式中，S/A代表糖酸比，Cs代表果實中可溶性糖含量（%），Ca代表果實中可滴定酸含量（%）。

1.2.5 番茄感官品質指標測定

隨機選取10人作為志愿者，現場隨機品嘗，以打分的方式進行果實感官品質測定。從顏色、果皮厚度、澀味、氣味、光澤、水分、甜度和酸度8個方面對不同處理番茄感官品質進行評分，評分標準如表1所示。

表1 番茄果實感官品質評價標準

1.3 數據處理

采用隸屬函數法[23]對番茄的營養品質和感官品質進行綜合評價，計算方法為

式中，x為不同處理某一品質指標的測定值，xmin、xmax分別為所有處理中該指標的最小值和最大值，所測指標與品質呈正相關時則采用式（4）計算隸屬值，呈負相關時用式（5）計算。最后將每個處理各項指標隸屬函數值求平均，平均值越大說明品質越好，反之說明品質越差。

采用SPSS 22.0進行數據統計分析，采用Excel 2010繪圖。

2 結果與分析

2.1 高溫高濕環境下調虧灌溉對番茄生長狀況的影響

由表2可見，番茄莖粗在8.10～8.81mm區間波動，充分灌溉（CK，100%ET0）與各調虧灌溉處理有一定差異，但處理間差異不顯著，說明調虧灌溉對番茄莖粗的影響不大。從番茄植株高度來看，輕度和中度調虧灌溉兩處理（T1，90%ET0和T2，70%ET0）植株高度分別為73.67cm和70.67cm，分別比CK高6.45cm和3.45cm，而重度調虧灌溉處理（T3，50%ET0）植株比CK矮3.89cm。從單株葉面積來看，T1和T2處理的葉面積分別為3452.92和3180.61cm2·株?1，分別比CK高26.59%和16.61%，比T3處理高39.13%和28.16%，T1和T2處理顯著高于CK和T3處理。可見，適量的調虧灌溉處理（T1和T2處理）可促進番茄植株株高和葉面積的生長，充分灌溉和重度調虧灌溉明顯抑制植株生長。

表2 不同灌溉處理番茄植株生長指標的比較

注：數據為平均值±標準誤。小寫字母表示處理間在0.05水平上的差異顯著性。CK為對照，表示充分灌溉處理（100% ET0），T1為調虧灌溉處理（90% ET0），T2為調虧灌溉處理（75% ET0），T3為調虧灌溉處理（50% ET0）。下同。

Note：The values are mean ± SE. Lowercase indicates the difference significance among treatments at 0.05 level. CK represent the control, indicating 100% ET0for adequate irrigation treatment, T1, T2 and T3 represents 90% ET0,75% ET0and 50% ET0of regulated deficit irrigation(RDI), respectively. The same as below.

2.2 高溫高濕環境下調虧灌溉對番茄植株干物質積累量的影響

由表3可見，調虧灌溉處理顯著影響番茄植株地上部的干物質積累。各處理葉片干重為19.47～25.25g·株?1，T1處理葉片干重為25.25g·株?1，顯著高于T2、T3和CK處理3.17、5.78和5.15g·株?1。各處理莖稈干重為22.67～35.26g·株?1，T1和T2處理莖稈干重分別為35.26和32.70g·株?1，分別比CK顯著高6.23和3.67g·株?1，T3處理則比CK顯著低6.36g·株?1。地上部干物重為葉片和莖稈干重之和，T1和T2處理分別為60.15和54.78g·株?1，T1顯著高于T2處理7.83%，兩處理皆顯著高于T3和CK，T3處理最低，分別比T1和T2處理低18.37和12.64g·株?1。調虧灌溉顯著促進番茄根系的干物質積累，T1、T2和T3處理的番茄根系質量分別比CK增加1.20、0.98和0.77g·株?1。地上部干重和根系干重的變化引起了根冠比的變化，隨灌溉量的減少，植株的根冠比顯著增加，T1、T2和T3處理皆顯著高于CK，T3處理的根冠比為0.12，為最高值，T1與T2處理無顯著差異。可見，適量的調虧灌溉處理（T1和T2處理）可促進番茄植株根、莖、葉的干物質積累，保持適宜的根冠比，協調地上部與地下部的關系，而充分灌溉（CK）和重度調虧灌溉（T3）明顯抑制植株的干物質積累。

2.3 高溫高濕環境下調虧灌溉對番茄產量的影響

由圖2可見，在調虧灌溉處理初期，CK、T1、T2和T3處理的第一穗果實產量分別為485.00、500.46、439.18和348.56g·株?1，CK與T1、T2處理無顯著差異，T3處理顯著低于CK處理136.44g·株?1，說明重度調虧灌溉處理在灌溉初期即引起番茄顯著減產。在調虧灌溉處理中期和末期，T1和T2處理的第二穗和第三穗果實產量顯著高于CK和T3處理，CK與T3處理無顯著差異，表明輕度和中度調虧灌溉可以顯著提高番茄結實中后期的產量。T1和T2處理番茄總產量分別為1232.96和1094.02g·株?1，分別比CK增產23.21%和9.33%，而T3處理產量僅為806.96g·株?1，比CK減產19.36%，說明高溫高濕環境下，輕度虧缺灌溉（T1）最有利于產量的形成，而重度調虧灌溉（T3）導致嚴重減產。

2.3 高溫高濕環境下調虧灌溉對番茄品質的影響

2.3.1 對番茄營養品質的影響

由表4可見，T1和T2處理番茄果實可溶性蛋白含量分別為0.63和0.56mg·g?1，顯著高于CK的0.43和T3的0.29mg·g?1。可溶性固形物含量各處理間差異顯著，T2含量最高，為8.94%，分別比T1、T3和CK高8.05%、27.37%和18.73%。可溶性糖含量T2處理含量最高，為3.49mg·g?1，分別比T1、T3和CK高6.88%、12.07%和24.76%，處理間差異顯著。不同處理果實Vc含量和可滴定酸含量變化趨勢一致，CK和T1處理含量顯著高于T2和T3處理，CK含量最高，T3含量最低，CK與T1處理差異不顯著。糖酸比以T2處理最高，為1.04，CK處理最低，為0.73。可見，適量的調虧灌溉處理（T1和T2處理）可顯著提高果實可溶性蛋白、可溶性固形物、可溶性糖和Vc含量，保持果實中高的糖酸比，提高果實的營養品質。

番茄的營養品質是多指標的綜合表現，采用隸屬函數法對可溶性蛋白質、可溶性糖、Vc含量、可滴定酸含量和糖酸比等指標進行綜合評價。由表5可見，各處理綜合排序以T2最優，其次為T1，CK處理排序最后，說明中度調虧灌溉（T2處理）的番茄營養品質最好，輕度調虧灌溉（T1處理）次之，CK處理番茄的營養品質最差。

表3 不同灌溉處理番茄植株各部位干物質積累量比較（7月20日測）

圖2 不同灌溉處理番茄植株產量比較

注：不同小寫字母代表不同處理同一穗果實產量差異顯著（P<0.05）。

Note: Different lowercase letters represent significant differences in yield of the same fruit ear under different treatments (P<0.05).

2.3.2 對番茄感官品質的影響

灌水量的不同對番茄感官品質有不同的影響。由表6可知，從“光澤”指標看，隨灌溉量的減少，果實光澤度降低，但不同處理的評分之間無顯著差異。從“顏色”和“氣味”這兩個指標來看，T2處理評分最高，分別為7.3和6.7，而T3處理評分最低，分別為5.9和5.3，表明中度調虧灌溉水平下生產的番茄果實對消費者最具有吸引力，而重度調虧灌溉水平下番茄對消費者的吸引力最低。對于“果皮厚度”和“含水量”兩個適口性指標，4個處理之間的評分無顯著差異，但從數值上看，CK和T1兩處理番茄果實果皮厚度評分最低，皆為6.8，果皮最薄，含水量評分分別為7.2和7.1，高于T2和T3處理，說明CK和T1兩處理番茄果實水分含量高，適口性好。對于“澀味”、“甜度”和“酸度”3個口感指標，T1和T2處理番茄的澀味最低，評分皆為1.0，“甜度”以T2處理評分最高，為5.4，“酸度”以T1處理評分最低，為5.0，說明T1和T2處理的番茄口感好。表7為隸屬函數法對不同處理番茄感官品質的綜合評價結果。由表可知，T2、T1、CK和T3處理排序依次為1、2、3和4，說明T2處理的番茄果實最受品嘗者青睞，感官品質最好，而T3處理番茄果實最不受品嘗者歡迎，感官品質最差。

表4 不同灌溉處理番茄營養品質指標比較

表5 番茄營養品質指標隸屬值及其綜合評價

表6 不同灌溉處理番茄感官品質分值比較

表7 番茄感官品質指標隸屬值及綜合評價

3 結論與討論

3.1 討論

3.1.1 高溫高濕環境下調虧灌溉對番茄生長發育與產量的影響

適宜的溫度和水分供應是番茄高產的基礎。研究表明，高溫高濕脅迫下番茄光合速率降低，干物質積累量減少，產量明顯下降[13?16]。在番茄適宜生長的季節，水分虧缺也會導致番茄產量降低[8,24?25]。本研究結果表明，梅雨季節高溫高濕環境下，輕度和中度調虧灌溉顯著提高了番茄的產量，這與高溫高濕條件下植物蒸騰減少，植株對土壤水分的需求減少有關[15]，也與高溫高濕環境下調虧灌溉對番茄生長發育的調控有關。本研究表明，在高溫高濕環境下，輕度（90% ET0）和中度（70% ET0）調虧灌溉可以顯著提高番茄植株的葉面積，地上部和地下部干物質積累量增加，促進高溫高濕環境下番茄植株的生長，有效協調了植株地上部與地下部的關系，促進了植株的物質轉化效率，產量顯著提高。充分灌溉（100% ET0）和重度調虧灌溉（50% ET0）顯著降低了番茄葉面積及干物質積累的增加，根系干重顯著減少，植株的生長受到抑制。這是因為在重度調虧灌溉處理下，番茄植株根冠比顯著升高，植株積累的干物質更多地向根部分配，不利于產量的形成，而在充分灌溉條件下，土壤過多的水分限制了根系的生長，植株的根冠比最低，根系干物質分配量少，不利于對土壤養分的吸收，番茄產量顯著降低。

3.1.2 高溫高濕環境下調虧灌溉對番茄品質的影響

高溫影響作物的碳氮代謝，高溫下果實總糖含量下降[26]，有機酸含量明顯升高，糖酸比明顯降低[14]，果皮變硬，Vc含量降低[27]，果實品質變差。番茄果實品質受灌溉量影響明顯，調虧灌溉可提高番茄果實中的可溶性固形物、可溶性蛋白質、Vc、可溶性糖、可滴定酸和糖酸比等指標，從而改善果實品質[2,7?10,24?25]，而嚴重的調虧灌溉會導致果實糖酸比和Vc含量降低[9,28]。本研究結果表明，在梅雨季節高溫高濕環境下，輕度和中度調虧灌溉處理有效提高了番茄果實的可溶性固形物、可溶性蛋白質、Vc、可溶性糖、可滴定酸和糖酸比，果實品質得到顯著提高，中度調虧灌溉處理的番茄果實品質最好，而充分灌溉和重度調虧灌溉處理下果實可溶性蛋白質、Vc和可溶性糖含量降低，糖酸比下降，果實品質變差。這是因為在高溫高濕條件下，適宜的調虧灌溉提高了番茄的光合活性[2?3]，光合產物以蔗糖的形式運轉到果實中，提高了果實的可溶性糖含量和糖酸比，加之果實中較高的糖分積累同時促進了Vc含量的升高，改善了番茄的營養品質。

適宜的調虧灌溉還有利于提高果實的番茄紅素含量[8,10]和揮發物中芳香物質的濃度[29?30]，使果實具有更加誘人的色澤和香氣。綜合果實顏色、光澤、氣味、甜度等指標，志愿者對本試驗中度調虧灌溉處理的番茄口感評分最高，輕度調控灌溉處理次之，充分灌溉和重度調虧灌溉的評分最低，表明高溫高濕環境下適度的調虧灌溉有利于提高番茄果實的感官品質。

3.1.3 高溫高濕環境下番茄的最佳灌溉量

為了協調番茄的產量和品質，國內外學者在調虧灌溉方面做了大量的研究，張坤等[4]指出，75% ET0的灌水定額為西北地區加工番茄種植的較優灌溉制度。Machado等[5]指出，采用滴灌方法0.9 ETc為最佳的灌溉量。Zhang等[7]在河套平原沙壤土的實驗表明，80% ETc處理的番茄產量最高、品質較好。鄭鳳杰等[6]指出，在河套灌區大田畦灌方式下，加工番茄果期實施67%灌水量產量最高，還可以提高品質。本試驗結果與之相似，在梅雨季節高溫高濕條件下，溫室內灌溉量為90% ET0時產量最高、品質較好，而灌溉量為75% ET0時品質最好，產量較高。綜合考慮認為，長江中下游地區梅雨季節設施高溫高濕環境下，番茄開花結果期的推薦灌溉量為90% ET0。

3.2 結論

調虧灌溉顯著影響番茄品質，在高溫高濕的梅雨季節，輕度調虧灌溉（90% ET0）可顯著促進番茄植株生長，提高產量；中度調虧灌溉（75% ET0）可顯著改善番茄的營養品質和感官品質；充分灌溉（100% ET0）和重度調虧灌溉（50% ET0）條件下番茄植株長勢弱，減產顯著，果實品質變差。綜合產量和品質表現，輕度調虧灌溉是南京梅雨季節設施番茄生產的推薦灌溉量。

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Effect of Regulated Deficit Irrigation on Greenhouse Tomato Production under High Temperature and High Humidity Environment in Meiyu Season

JIANG Xiao-dong, ZHANG Jian-qu, LEI Hu

(Jiangsu Key Laboratory of Agricultural Meteorology/Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters/ School of Applied Meteorology, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China)

In order to study the effects of regulated deficit irrigation (RDI) on the yield and quality of tomato under high temperature and high humidity environment in the Meiyu season, a field experiment was conducted in the solar greenhouse of Nanjing University of Information Technology during the Meiyu season from June to July in 2021. Using adequate irrigation (100% ET0) as the control (CK), three levels of RDI treatments were set up from flowering to fruiting stage of tomato, which were T1 (90% ET0), T2 (75% ET0) and T3 (50% ET0) respectively. The growth indices, nutritional quality, sensory quality and yield of tomato under different irrigation treatments were measured. The results showed that the plant height, leaf area, dry matter accumulation of root, stem and leaf of tomato increased first and then decreased with the decrease of irrigation amount. The plant height, leaf area, dry matter accumulation of root, stem and leaf of tomato in T1 treatment were the highest, followed by T2 treatment, and which were significantly higher than CK and T3 treatment. The yield of each treatment was T1>T2>CK>T3. The yield of T1 and T2 treatments were 23.21% and 9.33% higher than that of CK respectively, while that of T3 treatment was 19.36% lower than that of CK. The content of soluble protein, soluble solids, soluble sugar, titratable acid, the ratio of sugar to acid and the sensory quality such as color, luster, smell, peel thickness and sweetness all increased first and then decreased with the decrease of irrigation amount. Nutritional quality indicators such as soluble protein content, soluble solids content, soluble sugar content, titratable acid content, sugar-acid ratio, and sensory quality indicators such as fruit color, luster, aroma, pericarp thickness, sweetness also increased first and then decreased with the decrease of irrigation amount. The soluble solid content, soluble sugar content, sugar-acid ratio, fruit color, fruit smell, fruit sweetness and pericarp thickness of T2 treatment were the highest, followed by T1 treatment. The nutritional quality and sensory quality of fruits were evaluated by membership function method, and the results were T2>T1>T3>CK. According to the growth status of tomato plants, the nutritional quality, sensory quality and yield of tomato fruits, T1 treatment could significantly promote the growth of tomato plants, increase fruit yield and improve fruit qualityunder the environmental conditions of high temperature and high relative humidity in Meiyu season.Therefore, T1 treatment is the recommended irrigation amount for greenhouse tomato from flowering to fruiting stage under the high temperature and high humidity environment in Meiyu season of Nanjing.

Meiyu season; High temperature and high humidity; Regulated deficit irrigation; Greenhouse tomato; Yield and quality

10.3969/j.issn.1000-6362.2023.08.004

江曉東,張建取,雷虎.梅雨季節高溫高濕環境下調虧灌溉對設施番茄生產的影響[J].中國農業氣象,2023,44(8):685-694

2022?09?23

國家重點研發計劃（2019YFD1002202）

江曉東，E-mail：jiangxd@nuist.edu.cn