黎燕瓊,羅曉聰,陳俊華,龔固堂,鄭紹偉,謝天資,慕長龍
(1.四川省林業(yè)科學(xué)研究院,四川 成都 610081;2.內(nèi)江市市中區(qū)龔家林業(yè)工作站,四川 內(nèi)江 641000)
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不同林分類型對城市水岸土壤的改良效應(yīng)
黎燕瓊1,羅曉聰2,陳俊華1,龔固堂1,鄭紹偉1,謝天資1,慕長龍*
(1.四川省林業(yè)科學(xué)研究院,四川 成都 610081;2.內(nèi)江市市中區(qū)龔家林業(yè)工作站,四川 內(nèi)江 641000)
本文通過對成都市沙河景觀生態(tài)防護(hù)林帶中6種典型林分土壤理化特征,了解林分對城市土壤的改良效應(yīng),指導(dǎo)城市土壤保育提供依據(jù)。選擇了刺槐林,女貞榆樹混交林,黃葛樹女貞混交林、水杉林以及竹林、蒲葵林等6種典型林分類型為對象, 通過對林分土壤的機(jī)械組成、孔隙度和全氮、全磷、全鉀等主要營養(yǎng)元素含量的對比,開展不同林分類型對城市水岸土壤的改良效應(yīng)研究。研究結(jié)果表明:① 6種林分土壤中,女貞榆樹混交林土壤的黏粒和粉粒含量最高,分別為7.79%±0.06%和60.01%±0.15%;黃葛樹女貞混交林和刺槐林次之;蒲葵林和散生竹林最低。②土壤總孔隙度和毛管孔隙度表現(xiàn)為刺槐林最高,分別為47.41%±0.79%和44.22%±0.87%;其次是女貞榆樹混交林>黃葛樹女貞混交林>竹林>水杉林>蒲葵林。③土壤全氮、全磷和全鉀含量均以女貞榆樹混交林最高;土壤全氮和全鉀的最低含量為水杉林含量,土壤全磷的最低含量則為蒲葵林。綜合土壤機(jī)械組成、孔隙度和全氮、全磷、全鉀等主要營養(yǎng)元素含量的表現(xiàn)看,女貞榆樹混交林對城市土壤的改良效應(yīng)最好。
林分類型;土壤改良;土壤機(jī)械組成;土壤孔隙度;土壤養(yǎng)分含量
土壤是動植物生長的介質(zhì)和養(yǎng)分的供應(yīng)者。城市土壤是城市生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在城市化進(jìn)程中,由于受到人類活動的強(qiáng)烈影響和自然環(huán)境的共同作用,造成了城市土壤的壓實和板結(jié)[2],土壤通氣性下降[1],土壤營養(yǎng)元素降低,土壤污染程度加劇、土壤水分含量降低等系列土壤生態(tài)環(huán)境惡化的過程和現(xiàn)象,導(dǎo)致土壤調(diào)節(jié)功能衰退,土壤生產(chǎn)力下降,也嚴(yán)重影響了城市動植物的生長與分布[3]。如何保護(hù)和恢復(fù)城市土壤生態(tài)系統(tǒng)的功能,促進(jìn)土壤生物的正常生長,是目前我國城市綠化土壤保育研究中關(guān)注的焦點。王成等[4~5]就提出通過地表覆蓋有機(jī)物恢復(fù)土壤。本研究以成都沙河景觀生態(tài)防護(hù)林帶土壤為對象,分析了河岸防護(hù)林中不同類型林分下土壤機(jī)械組成、孔隙度及土壤全氮、全磷和全鉀等主要養(yǎng)分的差異,了解不同林分類型對城市土壤的改良作用,為指導(dǎo)城市綠化土壤的保育,恢復(fù)土壤生態(tài)系統(tǒng)功能提出建議。
成都沙河是屬岷江水系,是蓉城的“生命河”,北起成都市北郊洞子口,在市區(qū)東南下河心村歸流府河,全長22.22 km,河寬18.58 m~55 m,水深2.5 m~6.7 m。沙河區(qū)域年平均氣溫16.2℃,年平均降雨量947 mm;夏季悶熱,冬天陰冷,四季分明。河岸土壤主要為黃壤,少有斑塊狀或成片分布的紫色土。根據(jù)2000年~2001年對河岸本底調(diào)查結(jié)果顯示,區(qū)域原為河岸荒地,帶寬6 m~50 m,附近有部分居民在這片區(qū)域從事步行、健身、河邊垂釣等活動,區(qū)域內(nèi)植被蓋度較低。植物主要以自然生長的葎草(Humulusjaponicus)、空心蓮子草(Alternantheraphiloxeroides(Mart.) Griseb.)等草本植物為主;灌木呈零星小塊狀分布,主要為自然生長的構(gòu)樹(Broussonetiapapyrifera)。為推進(jìn)成都市景觀綠化廊道建設(shè),2001年~2004年,開展了沙河綠化整治工程,在河道兩側(cè)建設(shè)了50 m~200 m帶寬的綠化景觀帶,涉及改造面積4.63 km2,河道總長度22.22 km。其中,駟馬橋以上為水源保護(hù)區(qū),兩岸200m寬的生態(tài)綠化帶,進(jìn)行“人水分離”,避免河水污染,同時也減少河流生態(tài)系統(tǒng)的人為干擾。其中位于駟馬橋生態(tài)綠化帶中的綠化景觀林建成后采用近自然方式經(jīng)營;即一是,林內(nèi)不設(shè)置游憩道路,禁止人員進(jìn)入林內(nèi);二是不對林分進(jìn)行人工土壤養(yǎng)分補(bǔ)充;三是不清除林內(nèi)枯落物等養(yǎng)分來源物質(zhì)。
2.1 樣地選擇與取樣
本研究選擇建設(shè)于2002年~2003年,位于洞子口自來水取水口以下至洗瓦堰以上景觀林帶中40 m~100 m帶寬的刺槐林、黃葛樹(Ficusvlrensvar.)女貞混交林,女貞榆樹(UlmuspumilaL.)混交林、蒲葵林(Trachycarpusfortunei)、竹林和水杉林(表1)6種林分為對象進(jìn)行了研究。對照則選擇了沙河景觀生態(tài)綠化帶建設(shè)前,研究區(qū)土壤背景調(diào)查資料。于2013年5月15日-6月15日期間,在6種采樣林分內(nèi),沿河岸方向以40m等距離分布采樣帶;每個采樣帶內(nèi)按垂直河岸的方向,以10 m等距設(shè)定取樣點,每個取樣點挖掘1個土壤剖面,按照0 cm~20 cm 、20 cm~40 cm分層次取樣;先以環(huán)刀取樣,備土壤孔隙度等測定;再以土樣袋取樣,備測定土壤養(yǎng)分元素、土壤機(jī)械組成,其中土壤袋取樣后將每個樣帶內(nèi)土樣分層均勻混合后取約1 kg 土壤樣品。將39個取樣點,78份土壤帶回試驗室進(jìn)行分析。
2.2 樣品處理與分析
土壤孔隙度采用環(huán)刀法測定;土壤的機(jī)械組成,采用吸管法;全氮濃硫酸消解,開氏定氮法測定;全磷、全鉀,HCLO4-HF消解,IPC-AES測定。所有指標(biāo)均由中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所土壤分析實驗室測定。
2.3 數(shù)據(jù)處理
所有指標(biāo)均以平均值進(jìn)行比較分析。數(shù)據(jù)處理采用spss17.0和excel處理。
表1 不同林分樣地概況
3.1 不同林分土壤機(jī)械組成
森林對土壤的影響首先表現(xiàn)在土壤物理性質(zhì)上。從表2可知,林分改變了土壤機(jī)械組成,不同林分中土壤的黏粒與粉粒的含量表現(xiàn)出顯著差異。黏粒含量,在0 cm~20 cm土層中以總體表現(xiàn)為喬灌草植被配置模式林分中含量最高,其中刺槐林和女貞榆樹混交林分別為9.74%±0.09%和9.62%±0.07%,是對照的2.6倍;黃葛樹女貞混交林次之;單層林蒲葵林和竹林含量最低。20 cm~40 cm土層中,則以喬灌草植被配置模式下的女貞、榆樹林黏粒含量最高,為5.96%±0.06%,是對照的2.1倍;蒲葵林和竹林最低。粉粒含量在不同林分內(nèi)0 cm~20 cm土層中的含量大小排序和黏粒大致相同,以女貞、榆樹林含量最高,達(dá)到 62.02%±0.15%;蒲葵林和竹林最低,為42.04%±0.16%。土壤黏粒、粉粒是土壤機(jī)械組成中一個重要成分,尤其是土壤黏粒作為土壤的活動中心,對土壤的物理、化學(xué)和生物特性具有決定性的作用。林分增加了土壤機(jī)械組成中黏粒與粉粒含量,這是因為林分中,這一方面,隨著地面植株根系的生長,加劇了土壤巖石(或母質(zhì))的崩裂破碎等機(jī)械作用,導(dǎo)致土壤機(jī)械組成、孔隙度等物理性質(zhì)也逐漸發(fā)生變化。另一方面,隨著地面林分內(nèi)植株枯落物、死亡植株及其根系等分解,會逐漸增加土壤中動物、微生物等數(shù)量,增加土壤土壤酶活性和土壤生物的新陳代謝,加劇了土壤中的化學(xué)風(fēng)化作用,也會促進(jìn)土壤機(jī)械組成的改變。
表2 不同林分土壤機(jī)械組成含量及在土層上的分配
編號No.黏粒SCP((2.000μm)粉粒SSP(2.00μm~20.00μm)0~20cm20~40cmave(0~40cm)0~20cm20~40cmave(0~40cm)Ⅰ9.74±0.09(a)4.48±0.09(b)7.01±0.09(ab)54.61±0.1(ab)45.75±0.08(b)50.18±0.09(b)Ⅱ7.46±0.07(b)4.35±0.06(b)5.91±0.07(ab)55.37±0.12(ab)54.06±0.11(ab)54.72±0.11(b)Ⅲ9.62±0.07(a)5.96±0.06(a)7.79±0.06(a)62.02±0.15(a)58±0.16(a)60.01±0.15(a)Ⅳ5.96±0.21(c)3.83±0.08(c)4.89±0.07(c)42.04±0.16(bc)33.79±0.27(bc)37.92±0.21(c)Ⅴ5.71±0.04(c)3.5±0.04(c)4.62±0.04(c)47.26±0.23(b)44.71±0.23(ab)45.98±0.23(bc)Ⅵ6.63±0.05(bc)4.58±0.05(b)5.6±0.05(b)56.04±0.06(ab)41.51±0.05(b)48.78±0.01(b)CK3.72±0.23(d)2.8±0.12(d)3.26±0.1(d)39.76±0.02(c)22.22±0.22(c)30.99±0.09(d)
SCP:soil clay particle;SSP:soil silt particle; “+”后面的數(shù)值為變異系數(shù);
同列括號內(nèi)不同字母表示LSD檢驗差異顯著(P≤0.05),括號內(nèi)相同字母表示差異不顯著(P≥0.05);以下表示相同。
3.2 不同林分土壤孔隙度
土壤的孔隙度一方面關(guān)系到土壤的通氣狀況,特別是氧氣的含量,對土壤微生物活動及土壤腐殖質(zhì)腐熟等土壤結(jié)構(gòu)改善等具有重要作用;另一方面,土壤孔隙度也關(guān)系到到土壤中水分的運動,對植物生長具有重要意義。表3為土壤孔隙度含量狀況表,可以看出,非毛管孔隙度,以女貞榆樹混交林含量最高,0 cm~20 cm和20 cm~40 cm土層分別為4.64%±0.1%和3.55%±0.17%,顯著性高于其余林分類型;其次是刺槐林;竹林和蒲葵林的非毛管孔隙度含量最低,分別為1.41%±0.41%、1.18%±0.11%和1.49%±0.15%、2.04%±0.22%。毛管孔隙度總體表現(xiàn)為刺槐林最高,達(dá)到44.22%±0.87%;蒲葵林最低,為36.68%±0.27%。土壤的總孔隙度則總體表現(xiàn)為刺槐林最高,達(dá)47.41%±0.79%;其次是女貞香樟混交林>黃葛樹女貞混交林>水杉林>竹林;蒲葵林最低,為37.97%±0.21%。在土層上,水杉林和對照20 cm~40 cm土層的土壤總孔隙度高于0 cm~20 cm,其余林分和對照均表現(xiàn)為0~20 cm土層的土壤總孔隙度含量高于20 cm~40 cm。
表3 不同林分土壤孔隙度含量及分配
編號No.非毛管孔隙度NCP(%)毛管孔隙度CP(%)總孔隙度TPO(%)0~20cm20~40cmAve(0~40cm)0~20cm20~40cmAve(0~40cm)0~20cm20~40cmAve(0~40cm)Ⅰ4.2±0.11(b)2.18±0.3(bc)3.19±0.03(b)52.37±0.73(a)36.06±1.06(b)44.22±0.87(a)56.57±0.76(a)38.24±0.83(b)47.41±0.79(a)Ⅱ2.5±0.18(c)2.42±0.03(b)2.46±0.08(bc)46.07±0.15(b)40.68±0.01(a)43.37±0.08(a)48.57±0.05(b)43.11±0.01(a)45.84±0.3(ab)Ⅲ4.64±0.1(a)3.55±0.17(a)4.1±0.13(a)44.15±0.05(bc)38.45±0.1(ab)41.30±0.02(ab)48.79±0.14(b)43.01±0.05(a)45.90±0.1(ab)Ⅳ1.41±0.41(d)1.18±0.11(c)1.29±0.17(cd)41.27±0(c)32.08±0.71(c)36.68±0.27(c)42.68±0.11(bc)33.26±0.72(c)37.97±0.21(c)Ⅴ1.49±0.15(d)2.04±0.22(bc)1.77±0.06(c)45.62±0.06(b)36.22±0.12(b)40.92±0.02(b)47.11±0.11(b)38.26±0.24(b)42.69±0.05(b)Ⅵ2.72±0.08(c)3.13±0.27(ab)2.92±0.11(b)40.16±0.33(c)37.99±0.23(ab)39.08±0.28(b)42.88±0.36(bc)41.12±0.04(a)42.00±0.19(b)CK1.83±0.2(cd)1.14±0.33(c)1.49±0.01(cd)24.12±1.12(d)30.09±0.17(c)32.10±0.31(d)25.95±0.9(d)31.23±0.07(c)28.59±0.3(d)
NCP:Non-cap porosity ;CP:Capillary porosity; TPO:Total porosity
3.3 不同林分土壤主要營養(yǎng)元素含量
在土壤各種化學(xué)元素中,氮、磷、鉀對植物的生長發(fā)育影響最為顯著。土壤中氮、磷、鉀元素的供應(yīng)水平直接影響著植物的生長、發(fā)育與繁殖策略。從林分土壤營養(yǎng)元素含量狀況表(表4)可以看出,全氮、全磷和全鉀的含量在不同林分中表現(xiàn)出較大差異。全氮含量在林分以女貞榆樹混交林最高,0 cm~20 cm和20 cm~40 cm土層分別為0.196%±0.004%和0.103%±0.004%,是對照的1.4~27倍,并顯著性高于其余林分;其次是黃葛樹女貞混交林>刺槐林>竹林>蒲葵林;水杉林含量最低,并低于對照。全磷含量也以女貞榆樹混交林最高,0 cm~20 cm和20 cm~40 cm土層分別為0.362±0.036 mg·kg-1和 0.349±0.051 mg·kg-1,并顯著性高于其余林分;蒲葵林含量最低,分別為0.195±0.157 mg·kg-1和0.176±0.039 mg·kg-1。全鉀含量也表現(xiàn)為女貞榆樹混交林含量最高,0 cm~20 cm和20 cm~40 cm土層分別為23.48±0.08 g·kg-1和21.53±0.06 g·kg-1;其次是黃葛樹女貞混交林>蒲葵林>刺槐林>竹林;水杉林最低,分別為17.82±0.08 g·kg-1和16.91±0.08 g·kg-1。
表4 不同林分土壤主要營養(yǎng)元素含量及分配
編號No.全氮TN(%)全磷TP(mg·kg-1)全鉀TK(g·kg-1)0~20cm20~40cmAve(0~40cm)0~20cm20~40cmAve(0~40cm)0~20cm20~40cmAve(0~40cm)Ⅰ0.118±0.005(bc)0.069±0.003(c)0.094±0.004(b)0.279±0.033(b)0.276±0.106(b)0.277±0.061(b)19.10±0.07(b)18.19±0.05(b)18.64±0.07(b)Ⅱ0.131±0.005(b)0.072±0.004(c)0.102±0.004(b)0.249±0.017(b)0.257±0.051(bc)0.253±0.082(b)22.98±0.09(a)21.14±0.06(a)22.06±0.08(a)Ⅲ0.196±0.004(a)0.103±0.004(a)0.149±0.004(a)0.362±0.036(a)0.349±0.051(a)0.356±0.048(a)23.48±0.08(a)21.53±0.06(a)22.51±0.08(a)Ⅳ0.103±0.004(bc)0.062±0.004(c)0.82±0.004(b)0.176±0.039(c)0.195±0.157(cd)0.186±0.084(d)20.23±0.07(ab)19.08±0.08(ab)19.65±0.07(ab)Ⅴ0.102±0.005(bc)0.079±0.003(b)0.091±0.004(b)0.318±0.048(ab)0.217±0.068(c)0.268±0.059(b)19.37±0.08(b)18.27±0.05(b)18.82±0.08(b)Ⅵ0.074±0.019(c)0.058±0.006(d)0.066±0.013(c)0.284±0.047(b)0.171±0.246(cd)0.228±0.08(c)18.82±0.13(b)16.24±0.07(bc)17.53±0.09(bc)CK0.095±0.011(bc)0.051±0.003(d)0.073±0.007(bc)0.282±0.042(b)0.155±0.097(d)0.218±0.046(c)17.82±0.08(bc)16.91±0.08(bc)17.36±0.08(bc)
林分對土壤性質(zhì)的影響首先表現(xiàn)在土壤物理性質(zhì)上。土壤機(jī)械組成、土壤孔隙度等是土壤物理性質(zhì)的主要因素。從本研究表明:河岸林帶6種類型的林分中,土壤的黏粒、粉粒含量以及土壤孔隙度均顯著性高于對照,表明土壤物理性質(zhì)的改良可以通過建設(shè)林分來實現(xiàn)。張學(xué)權(quán)[6~9]等也研究表明林分能改變其林下土壤結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。從6種林分內(nèi)土壤黏粒和粉粒含量看,喬灌草配置模式下的女貞、榆樹混交林,黃葛樹、女貞混交林和刺槐純林最高,喬草復(fù)層林配置模式下的水杉林在次之,單層林竹林和蒲葵林最低。這種差異一方面是在城市景觀防護(hù)林帶中,喬灌草配置模式,降低了林內(nèi)的可達(dá)性。林內(nèi)灌草植被蓋度越大,人們進(jìn)入林分的機(jī)率越低,減少了對林下土壤的踩踏。其次是林分中植物配置的差異,影響林分內(nèi)根系生物量和土壤動物、微生物數(shù)量,從而導(dǎo)致對土壤機(jī)械組成和孔隙度的差異。另外,在蒲葵林和竹林中,因缺乏灌木層和草本層,雨水主要以較大雨滴的林冠雨和樹干徑流的形式直接進(jìn)入林內(nèi),會形成較大的徑流和壤中流,不僅造成更多細(xì)小徑粒土壤的流失,導(dǎo)致其土壤的黏粒、粉粒含量相對降低,也會降低土壤孔隙度。
林分對土壤的影響不僅表現(xiàn)在土壤物理性質(zhì)上,也表現(xiàn)在土壤的化學(xué)性質(zhì)上。從本文研究中表明,6種植被配置模式林內(nèi),土壤全氮、全磷、全鉀含量都相對于對照均有所增加,并表現(xiàn)0 cm~20 cm土層中全氮、全磷、全鉀含量高于20 cm~40 cm土層,這與梁劍[10]和陳奇伯[11]等研究結(jié)論一致。土壤全氮、全磷、全鉀含量在6種配置模式林分中呈顯著性差異,并表現(xiàn)為女貞、刺槐林和黃葛樹、女貞林最高,刺槐林、蒲葵林和竹林次之,水杉林最低。這是因為一方面植被生長本身對土壤中各種營養(yǎng)物質(zhì)需求消耗量有差異。竹林和水杉林均為速生樹種,對養(yǎng)分消耗量較大。其次,不同樹種混交與種植單一樹種相比可極大地增強(qiáng)土壤肥力[12],故蒲葵林、竹林和水杉林土壤的全氮、全磷、全鉀含量較低。另外,地面植物的差異,會影響其林分內(nèi)凋落量、貯量、養(yǎng)分歸還量,及凋落物分解速率,對林下土壤肥力狀況的影響也不盡相同[13~17];加之林分內(nèi)植被配置模式的差異,造成的徑流、壤中流的大小差異,從而影響土壤營養(yǎng)元素的流失量;這也導(dǎo)致在喬灌草植被配置模式下的刺槐林,黃葛樹、女貞林和女貞、榆樹林3種林內(nèi)土壤全氮、全磷、全鉀含量的差異。
從土壤的黏粒、粉粒含量,孔隙度等物理性質(zhì)看, 6種類型林分均表現(xiàn)為對土壤的物理性質(zhì)具有顯著的改變作用。在土壤養(yǎng)分,即全氮、全磷、全鉀含量上,喬灌草配置模式下的女貞+香樟林、銀杏+刺槐林和黃葛樹、女貞林改良效果較好,而喬草配置模式下的水杉林和單層林竹林、蒲葵林改良效果不明顯。從土壤中黏粒、粉粒含量,土壤孔隙度和全氮、全磷、全鉀含量等幾個方面綜合表現(xiàn)看,喬灌草復(fù)層林配置模式較好,并以女貞、香樟混交林改良效果最好。因此,城市對土壤物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分狀況的改良中,宜建立喬灌草配置模式的復(fù)層林,加大林下灌草覆蓋度,降低林內(nèi)可達(dá)性,減少人為干擾。
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Improvement Effects of Different Forest Types on Soil of the Urban Waterfront
LI Yan-qiong1LUO Xiao-cong2CHEN Jun-hua1GONG Gu-tang1ZHENG Shao-wei1XIE Tian-zi1MU Chang-long1
(1.Sichuan Academy of Forestry,Chengdu 610081,China;2.Nei Jiang City Central District Gong jia Forestry Station,Nei jiang 641000,China)
The urban soil was an important part of urban ecosystems.In this paper,six forest types were selected for the study in Shahe River landscape ecology shelterbelts.They were Locust forest,privet-elm forest,Ficusvirens-privet forest which was multiple storied tree,shrub and grass andMetasequoiaforest,bamboo forest and Palmetto forest which was multiple storied tree and grass.Comparative studies were conducted on the soil mechanical composition,porosity,and total nitrogen,total phosphorus,total potassium content of major nutrients.The results showed that ① privet-elm forest had the highest content of clay and silt in six forest types,being 7.79%±0.06% and 60.01%±0.15%;and followed byFicusvirens-privet forest and locust forest second;and Palmettoand bamboo forests had the lowest content; ② Soil porosity and capillary porosity showed the highest in locust forest,being 47.41%±0.79% and 44.22%±0.87%;Several other forests showed privet-elm forest>Ficusvirens-privet forest > bamboo forest >Metasequoiaforest > Palmetto forest in descending order.③ Soil total nitrogen,total phosphorus and total potassium content showed the highest in privet-elm forest; Soil total nitrogen and total potassium content showed the lowest inMetasequoiaforest; Soil total phosphorus showed the lowest in Palmetto forest.④ Considering the soil mechanical composition,porosity,and total nitrogen,total phosphorus,total potassium content of major nutrients,the privet-elm forest which was multiple storied tree,shrub and grass showed the best.
Forest types,Soil improved,Soil mechanical composition,Soil porosity,Soil nutrient content
2017-03-01
林業(yè)公益行業(yè)專項課題“美麗城鎮(zhèn)森林景觀的構(gòu)建技術(shù)研究與示范”(201404301)。
黎燕瓊(1979-),女,重慶石柱縣人,碩士,副研究員,主要從事森林生態(tài)和森林城市等方面研究。
*通訊作者:慕長龍(1964-)男,重慶江津人,博士,研究員,主要從事森林生態(tài)和森林城市等方面研究,e-mail: mucl2006@aliyun.com
10.16779/j.cnki.1003-5508.2017.02.004
S714.6
A
1003-5508(2017)03-0022-05