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The Effects of Split-nitrogen Application in Spring on Seed Yield and Nitrogen Use Efficiency in Russian Wildrye

春季分施氮肥对新麦草种子产量及氮肥利用率的影响



全 文 :第 16 卷 第 5 期
Vol. 16  No . 5
草地学报
ACTA AGRESTIA SINICA
  2008 年 9 月
 Sep.  2008
春季分施氮肥对新麦草种子产量
及氮肥利用率的影响
江生泉1, 2 , 李德荣2 , 韩建国1 , 刘富渊3, 张泽宏3 , 王赟文1*
( 1.中国农业大学草地研究所, 北京 100193; 2.江西农业大学农学院, 南昌 330045;
3.成都大业国际投资股份有限公司甘肃总部, 酒泉 735009)
摘要: 本文研究了春季分施氮肥对新麦草( Psathy ros tachy s j uncea ( Fisch. ) Nevski)肥料利用率、种子产量构成要
素和种子产量的影响,旨在提高种子产量和氮肥利用效率。结果表明, 在春季总施氮量为 200 kg / hm2 N 的条件
下,返青期和抽穗初期分次施肥( 1: 1) ,种子产量达到 2761. 8 kg/ hm2 , 较春季不施肥处理、返青期和抽穗期一次施
肥分别增产 117%、113%和 61% ; 与返青期施氮肥相比, 抽穗初期施氮肥表现出小穗数/生殖枝和小花数/小穗增
加,而生殖枝数/ m2和种子数/小穗略有减少; 而返青期和抽穗初期分施氮肥可以发挥两个时期的施氮肥效应,种子
产量构成要素的各项指标均达到最高;返青期与抽穗初期分施氮肥处理的种子生产氮素利用效率与返青期一次施
肥的效果相当,但其氮肥表观回收率更高, 抽穗初期一次施肥处理的干物质量和种子生产效率, 以及氮肥表观回收
率均最低。
关键词: 新麦草; 氮肥; 种子产量; 氮肥利用率; 氮肥回收率
中图分类号: S812     文献标识码: A      文章编号: 1007-0435( 2008) 05-0512-06
The Effects of Split-nitrogen Application in Spring on Seed Yield and
Nitrogen Use Efficiency in Russian Wildrye
JIAN G Sheng- quan1, 2 , L I De-rong2 , H AN Jian-guo1 ,
LIU Fu-yuan3 , ZHANG Ze-hong3 , WANG Yun-w en1*
( 1. Inst itute of Grassland Science, C ol lege of Animal S cien ce and Technology, China Agricultur al University, Beijing 100193, C hina;
2. College of Agron omy, Jiangxi Agricu ltural U nivers ity, Nanchang, Jiangxi Provin ce 330045, C hina;
3. M anagem ent Division in Gan su Pr ovin ce, Chengdu Daye In ternat ional Investmen t Co. L td. , Jiuquan, Gansu Province 735009, Chin a)
Abstract: Aimed to increase seed y ield and nitr ogen utilizat ion ef f iciency , the ef fect of split-nitr ogen appl-i
cation in spring on the seed yield, seed components and nitr ogen use eff iciency in Russian w ildrye ( Psathy-
rostachy s j uncea ( F isch. ) Nevski) w as studied. Split applicat ion of 100 kg N per hm2 at regreening stage
and ear ly earing stag e respect ively w ith a total spring nit rog en applicat ion of 200 kg N per hm2 resulted in
the highest seed yield o f 2761. 8 kg hm
- 2
, w hich w as 117% higher than the control w ith no nit rog en appl-i
cation. Seed yield increased o f 113% and 61% than the contro l by the t reatments w hich applied 200 kg N
per hm2 once either at regr eening stage or at early earing stage, r espect ively. Compared w ith the N appl-i
cation once at reg reening stage, spikelet no. per fert ile t iller and f loret no . per spikelet w ere increased and
fert ile t iller no. per m
2
and seed no. per spikelet decreased by applying N fert ilizer once at ear ly earing
stage. A max imum value w as reached for each seed yield component under the split N application in spring
w hich utilized the advantag es of nit ro gen applicat ion at both regreening and early earing stages. The nit ro-
gen seed product ion eff iciency ( NSPE) of the spring-split N applicat ion tr eatment w as appr ox imately same
as the t reatment that applied nit ro gen fert ilizer once at regreening stag e, but the apparent nit rogen recovery
收稿日期: 2007-11-30; 修回日期: 2008-04-11
基金项目: 十一五国家科技支撑计划子课题( 2006BAD16B02-2)
作者简介: 江生泉( 1982-) ,男,江西婺源人,硕士,研究方向为牧草种子生产,现就职于江西省红壤研究所; * 通讯作者: Author for corre-
spondence, E-mail: wyw@ cau. edu. cn
第 5期 江生泉等:春季分施氮肥对新麦草种子产量及氮肥利用率的影响
percentag e ( ANP) w as higher in split N applicat ion t reatment. A ll indices o f nit ro gen utilizat ion ef ficien-
cy, including nit rogen dr y mat ter product ion ef f iciency , NSPE and A NP, w ere low est for the t reatment
that applied N fer tilizer once at early earing stage.
Key words: Russian w ildrye; Nit rogen fert ilizer; Seed yield; Nit rog en ut ilizat ion eff iciency; Apparent n-i
t ro gen recover y percentage
 在气候、土壤质地和水分适宜的情况下, 氮肥是
提高禾本科牧草种子产量最重要的因素[ 1] , 主要包
括施肥量和施肥时间两个方面[ 2~ 5] 。在生长季较短
的温带大陆型气候区域, 前一年秋季和当年春季分
两次施氮肥有利于提高禾本科牧草种子产量, 通常
秋季施氮量占年总施氮量的 1/ 3,春季占 2/ 3 [ 4~ 6]。
新麦 草 ( P sathy r ostachy s j uncea ( Fisch. )
Nev ski)是干旱半干旱地区天然草地补播或人工放
牧草地建植的适宜草种之一[ 7] ,在我国北方草原地
区具有广泛的适应性和优良的生产表现 [ 8]。随着国
家推牧还草和草地改良政策的实施,国内对新麦草
良种种子的需求逐渐增加。甘肃河西走廊地区气候
干旱,灌溉体系完备,是新麦草等温带牧草种子生产
的适宜区域。王佺珍 [ 9]通过回归模型研究, 提出该
地区新麦草种子高产的氮素需要量为 201 ~ 209
kg / hm2 N。本文在相同的春季施氮肥总量条件下,
研究了春季返青期和抽穗期一次施肥与分次施氮肥
对新麦草种子产量和氮肥利用率的影响, 目的是探
讨实现提高新麦草种子产量与氮肥利用效率的方
法,为新麦草种子的产业化生产提供依据。
1 材料与方法
1. 1试验地概况
试验地点位于甘肃省酒泉市中国农业大学甘肃
草业试验研究站上坝基地。该基地位于河西走廊中
部西端( 3937N, 9830E) , 海拔 1480 米, 干燥少
雨,蒸发量大, 昼夜温差大, 是典型的大陆性气候。
年均气温 7. 3 ,  10年积温 2954. 4 ;年均降雨
量 85. 3 mm,集中在 6-8月份;年均相对湿度 46%,
蒸发量 2148 mm; 年日照时数 3033. 4 h, 年辐射量
145. 6千卡/ cm2。试验地土壤略偏碱性, 为轻度盐
化土壤,土壤有机质和含氮量均较低,施肥处理之前
土壤 0~ 60cm 分层肥力情况见表 1。
表 1 试验地土壤分层理化状况
T able 1  P ropert ies of the so il at 0-60 cm depth in the field
土层深度
S oi l depth
pH
全盐
Total sal t
%
有机质
Organic mat ter
%
全氮
T otal N
g  kg- 1
全磷
T otal P
g  kg- 1
全K
T otal K
g  kg- 1
碱解氮
Alkal-i hydrolyzed N
mg  kg- 1
速效磷
Availab le P
mg  kg- 1
速效钾
Available K
mg  k g- 1
0- 15 cm 7. 89 1. 20 0. 61 0. 40 0. 81 21. 37 21. 76 29. 99 156. 99
15- 30 cm 7. 89 1. 11 0. 58 0. 36 0. 78 24. 95 18. 88 28. 43 200. 10
30- 45 cm 7. 81 0. 96 0. 53 0. 35 0. 77 27. 46 16. 83 28. 48 258. 72
45- 60 cm 7. 86 0. 95 0. 50 0. 33 0. 76 28. 70 14. 27 28. 31 310. 30
1. 2试验设计
试验材料为 2002年春播的新麦草种子生产田,
条播, 行距 45cm, 播种量为 15 kg/ hm2 , 品种为 Bo-
zoisky,种子购自美国。试验于 2005 年 4 月- 7 月
进行,春季施氮肥总量为 200 kg/ hm2N, 各处理施
肥时间和施肥量见表 2。
 试验采用随机区组排列设计,每个处理 4 次重
复,小区面积为 30 m2 ( 3 m  10 m )。施肥均采用开
沟埋入的方式, 施肥后均立即灌溉。除春季施氮肥
量和施肥时间外,各试验处理均采用相同的田间管
理方式, 主要包括 2005年种子收获后,在 8月中旬
用割草机刈割残茬, 留茬高度 10~ 15 cm,秋季施氮
肥 85 kg/ hm 2 N, 磷肥 45 kg/ hm2 P2O 5。2006 年分
别在拔节期、开花期、灌浆期进行灌溉, 适时进行锄
草等田间管理。2006 年 6 月 26日, 种子含水量达
到 40%时人工收获种子。
表 2  春季分施氮肥试验设计
Table 2  Application r ate and application date
o f nitro gen fertilizer
处理
T reatment
返青期( 4月 1日)
Regreenin g period( 1 Ap ril)
抽穗初期( 5月 9日)
Early earin g s tage ( 9 May)
 N kg  hm- 2
CK 0 0
T 1 200 0
T 2 100 100
T 3 0 200
513
草地学报 第 16卷
1. 3观测内容及方法
1. 3. 1生长分析在抽穗初期各小区随机取 3 个
1 m 样段,人工齐地面刈割地上部分,称取地上部分
总生物量鲜重, 装袋,在 65烘干 72 h,测定单位面
积地上部分干物质生物量。在成熟期每个小区随机
取 20个生殖枝, 用游标卡尺(精度 0. 02 mm)测量
生殖枝基部直径,用钢卷尺(精度 0. 01 m)测定生殖
枝从基部到小穗顶部的生殖枝绝对高度。
1. 3. 2种子产量构成因素测定在开花期各小区
随机取3个 1 m 样段,统计单位面积的生殖枝数, 同
时每个小区随机取 20 生殖枝,分别统计小穗数/生
殖枝、小花数/小穗。在成熟期每个小区随机取 20
个生殖枝, 统计种子数/小穗, 并用游标卡尺(精度
0. 02 mm)测量小穗长度。收获后, 从净种子中随机
数取 500粒种子, 称量, 重复 4 次, 计算种子的千
粒重。
1. 3. 3种子产量测定当种子含水量为 40%左右
时,各小区按 1. 8 m2 ( 1. 0 m  1. 8 m)样方测产。人
工刈割生殖枝, 自然晾晒风干后,脱粒, 用风筛清选,
称重, 按实际种子产量= 收获的种子重量/收获面
积,计算各小区的实际种子产量。
1. 3. 4地上部分生物量与含氮量的测定 在种子
成熟期,各小区随机取3个 1 m 样段,人工齐地面刈
割,按每个样段为单位,将茎叶(营养体)、生殖枝稿
秆与种子样品分开, 称取各部分鲜重。在 70条件
下烘干 72 h, 称重, 换算单位面积的地上部分干物
质生物量,其中生殖生长干物质为生殖枝稿秆与种
子样品干物质生物量之和,地上部分干物质生物量
为营养体与生殖生长干物质生物量之和。将获得的
营养体茎叶、生殖枝稿秆和种子样品分别粉碎, 过筛
( 1 mm ) ,各部分取得的三份 1 m 样段的样品组成一
份混合样品,用凯氏定氮法测定营养体茎叶、生殖枝
稿秆和种子三部分的含氮量, 参照 Zemenchik[ 10] 和
Cookson等[ 11] 的方法分别计算氮素积累总量、氮素
干物质生产效率、氮素种子生产效率、氮素利用率和
氮素表观回收效率。
1. 4数据分析
采用 SAS 9. 0 软件进行单因素方差分析和相
关分析, Excel软件作图。
2 结果与分析
2. 1春季各施氮肥处理对植株生长与地上部分生
物量形成的影响
在抽穗初期, 即在春季第二次施肥之前, 对照
( CK)和 T 3处理没有施肥,地上部分干物质生物量
比较低,两者之间差异不显著。而 T 1处理与 T 2处
理相比,返青期施肥量高, 地上部分的生物量较高,
差异达到显著水平( P< 0. 05) (表 3)。
表 3 春季分施氮肥对成熟期新麦草生物量的影响
T able 3 Effect of spring- split N application on the biomass of Russian wildry e at seed ha rvesting st age
处理
T reatment
地上部分干物质生物量
Aboveground DM biomass
g  m- 2
成熟期生物量分配
DM biomass dist ribut ion at seed harvest ing stage
g  m- 2
抽穗初期
E arly earin g
s tage
成熟期
Seed harves tin g
stag e
生殖生长
Reproduct ive
biomass ( RB)
营养生长
Vegetative
biomass ( VB)
生殖生长/营养生长
Rat io of RB to VB
CK 509. 6 c 635. 0d 500. 5c 134. 5b 3. 7
T 1 801. 9 a 1039. 4b 700. 0a 339. 4a 2. 1
T 2 703. 2 b 1169. 7a 739. 4a 430. 3a 1. 7
T 3 498. 8 c 927. 9c 609. 4b 318. 5a 1. 9
  注:同列不同字母表示在 P < 0. 05水平达到显著差异,下表同此注
Note: Mean s with dif feren t let ters in same column are s ignif ican tly dif f erent at the 0. 05 level, the sam e as below
 与对照相比, 春季施氮肥处理均显著 ( P <
005)提高了成熟期地上部分干物质生物量、以及生
殖生长部分和营养生长部分的干物质生物量, 其中
T 2处理成熟期地上部分干物质生物量最高, 对照
( CK)最低(表 3)。说明相同施氮肥量水平下, 分次
施肥有利于促进新麦草植株生长与地上部分生物积
累,与抽穗初期施肥相比,返青期施肥促进植株生长
的效果更显著。从成熟期地上部分生物量分配在生
殖生长部分和营养生长部分的分析可见, 分次施肥
和不同时期施氮肥对生殖生长的促进作用更为显
著, 而营养生长部分在施肥处理之间差异不显
著(表 3)。
514
第 5期 江生泉等:春季分施氮肥对新麦草种子产量及氮肥利用率的影响
2. 2春季各施氮肥处理对生殖枝性状、种子产量与
产量构成要素的影响
与对照( CK)相比,春季施氮肥各处理均显著提
高了生殖枝高度、茎秆大小和小穗长度, 其中 T 1处
理与 T 2处理的效果最为明显, T3 处理的作用次之
(表 4)。春季施氮肥各处理均显著提高了新麦草种
子产量,其中 T 2处理最高,较对照增产 117%; T 1处
理次之,增产 113% ;再次是 T 3处理, 增产 61%。比
较返青期与抽穗初期施氮肥对新麦草种子产量构成
要素的影响,虽然 T 1和 T 3处理之间种子产量的各
构成要素差异不显著, 但可以看出返青期施肥有利
于生殖枝形成和小穗结实率的提高;而抽穗初期施
肥则促进了花器官的发育, 促进单个生殖枝的小穗
数和单个小穗小花数的提高; 两者之间的种子千粒
重差异不大,而 T 2处理的种子产量构成要素的各项
指标均达到最高(表 4)。
2. 3春季各施氮肥处理对植株含氮量水平与肥料
利用效率的影响
新麦草春季各施氮肥处理在成熟期营养体茎
秆、生殖枝稿秆和种子含氮量均较对照显著提高
( P< 005) ,其中生殖枝稿秆含氮量提高幅度最大,
达到 536% ~ 982% ; 营养体茎叶增加幅度居中,
为 372% ~ 628%; 而种子含氮量的增加幅度最
小,仅为 121% ~ 205%。说明种子作为繁殖器
官,在植物体中的养分供应与分配中具有优先地位,
表现出较高的含氮量。成熟期营养体茎秆、生殖枝
稿秆和种子含氮量均以 T 3处理为最高,分次施氮的
T 2处理居中, T 1处理最低(表 5)。
表 4  春季分施氮肥对新麦草生殖枝、种子产量构成要素与种子产量的影响
Table 4  Ef fect o f spr ing- split N application on the fertile tiller char acter istic, seed yield, and seed
y ield components o f Russian w ildr ye
处理
T reatmen t
生殖枝性状 Fert ile t ill er characteris ti c
高度
Height
m
基部直径
Basal diameter
mm
穗长
Spikelet len gth
cm
生殖枝/ m 2
Fertil e t iller
no. per m 2
小穗/生殖枝
Spikelet no.
per fert ile
t il ler
小花数/小穗
Floret no.
per spikelet
种子数/小穗
Seed n o.
per spikelet
千粒重( g)
1000 seed
w eigh t
种子产量
S eed yield
k g  hm- 2
CK 1. 17c 2. 280c 10. 1c 428. 2b 35. 52c 5. 10b 3. 95c 2. 847b 1272. 4b
T 1 1. 52a 3. 613a 13. 6a 595. 6a 36. 92 bc 6. 99ab 5. 70b 3. 345a 2712. 7 a
T 2 1. 54a 3. 470a 13. 6a 621. 3a 40. 00a 8. 30a 6. 75a 3. 363a 2761. 8 a
T 3 1. 38 b 3. 167b 11. 8b 518. 4 ab 38. 25ab 7. 84a 5. 35b 3. 347a 2049. 7b
表 5  春季分施氮肥处理对新麦草成熟期不同部位氮积累量的影响
Table 5 T he effect of spr ing- split N application on the to tal nit rog en accumulation o f st em and
leaf, fer tile tiller and seed at seed harv est ing stage in Russian wildry e
处理
T reatment
含氮量 Nit rogen conten t, % DM
茎、叶
Stem & leaf
生殖枝稿秆
Fertil e t iller
种子
Seed
氮素积累总量 T otal nit rogen accumulat ion , g  m- 2
茎、叶
Stem & leaf
生殖枝稿秆
Fertil e t iller
种子
S eed
合计
T otal
CK 1. 80c 0. 56c 2. 39c 2. 44c 2. 78c 3. 06c 8. 28 c
T 1 2. 47b 0. 86b 2. 68b 8. 37b 5. 99b 7. 28a 21. 64 b
T 2 2. 61b 0. 91b 2. 75ab 11. 24a 6. 75a 7. 56a 25. 55 a
T 3 2. 93a 1. 11a 2. 88a 7. 94b 7. 27a 5. 86b 21. 07 b
 各处理的地上部分氮素积累总量与营养体茎
叶、生殖枝稿秆和种子各组分的氮素积累总量,均以
分施氮肥的 T 2处理最高, 说明春季分施氮肥有利于
植株的吸收与利用。T 3仅提高了生殖枝稿秆的氮
素积累,而营养体茎叶、种子和地上部分氮素积累总
量均低于 T 1处理, 总之, 前者的氮素吸收与利用的
量较后者低(表 5)。
分析氮肥利用效率, T 1处理条件下氮素的地上
部分干物质生产效率与种子生产效率均最高, 而 T 3
处理最低, 两者之间差异达到显著水平( P < 0. 05)
(表 6) ; T 2处理的种子生产氮素利用率和氮素表观
回收率均表现为最高, T 3处理均表现最低(表 6)。
表明对于新麦草种子生产,春季分施氮肥的肥料损
失较少,利用率较高。
515
草地学报 第 16卷
表 6  新麦草春季施氮肥处理的氮肥利用率
Table 6  Nitr og en use eff iciency of spring N application treatments in Russian w ildr ye
处理
T reatment
干物质生产效率
N dry m at ter production
ef fi cien cy
种子生产效率
N seed pr odu ct ion
ef fi cien cy
种子生产氮素利用率
Seed produ ct ion N
ut ili zat ion ef f icien cy
氮素表观回收效率
Apparen t N recovery
percentage
T 1 48. 03a 12. 54a 4. 32a 31. 03b
T 2 45. 78ab 10. 81 b 4. 33a 40. 15a
T 3 44. 04
b 9. 73b 2. 33b 29. 64b
3 讨 论
3. 1在禾本科牧草种子生产中,春季施肥期为返青
期到开花期之间,施肥的作用是促进生殖分蘖的生
长,提高小穗的结实种子数和种子的千粒重。春季
施氮肥的适宜时期和施肥次数与牧草种类、土壤肥
力和施肥量有关。对于鸭茅 ( Dacty l i s g lomer ata
L. )、紫羊茅 ( F. r ubr a L. )、丛生型紫羊茅 ( F.
rubr a var . commutate Gaudin )、高 羊 茅 ( F.
ar undinacea Schreb. )和草地早熟禾( Poa p ratensis
L. )等开花期较早的牧草, 春季不论前一年秋季施
氮肥的量多少, 推迟当年春季施氮肥的时间, 将减少
生殖分蘖的数量, 造成种子减产[ 12~ 14] ; 猫尾草
( Phleum p retense L. )等开花期较晚的牧草, 春季
适宜的施氮肥时期则略晚, 在拔节期以后[ 13] ; 而多
年生黑麦草( L ol ium per enne L. )和草地羊茅 ( F.
p r atensi s Huds. )等牧草则对春季从花芽形成开始
到抽穗期施氮肥时间的变化不敏感 [ 12, 14, 15]。在酒泉
地区,新麦草在 6 月上旬开花, 6 月末种子成熟收
获, 生育期较高羊茅、无芒雀麦 ( B romus inermis
Leyss. )等牧草还早 15~ 20天左右。新麦草在抽穗
初期施氮肥的种子增产效果不及返青期施肥, 符合
新麦草属于早熟类型的生长特点。
3. 2在相同的施氮肥水平下,返青期与抽穗初期分
施氮肥( 1  1)的增产效果与返青期一次施肥之间没
有显著差异, 这与 Nordestg aard [ 13, 14] 和 Young
 [ 16]等人的研究结果相一致。但通过植株含氮量
变化分析氮肥利用效率, 分次施氮肥处理的肥料利
用率与返青期一次施肥相近, 均高于抽穗初期施肥
的肥料利用率, 且以分次施肥处理的氮肥表观回收
率最高。考虑到当前在我国禾本科牧草种子生产中
使用最为普遍的氮肥是尿素, 它价格便宜,但在土壤
中的状态并不稳定, 当土壤温度超过 15 , 或者灌
溉(降水)超过 50 mm的条件下, 挥发或淋溶损失显
著,造成部分 N 肥植物无法吸收利用, 而且对于地
下水位较浅的地方氮肥淋溶还可以造成地下水的污
染[ 5 ]。因此,春季较高的施氮肥量 (超过 100 kg /
hm2 N)采用分次施肥的方法, 可以减少肥料损失,
提高肥料利用效率, 减少土壤污染。本研究仅在
200 kg/ hm 2 N 施氮肥水平下进行了一年的田间试
验,考虑到实际生产的经济效益,可以从不同施肥量
梯度与分次施入比例入手,进一步研究春季分施氮
肥的利用效率与经济效益,提出新麦草种子高产的
施氮肥优化模式。
4 结 论
4. 1在春季施氮肥总量为 200 kg / hm2 N 的条件
下,返青期和抽穗初期分两次施肥( 1 1)可显著促
进新麦草生殖生长,种子产量达到 2761. 8 kg/ hm2 ,
较对照增产 117%; 返青期一次施肥种子产量为
2712. 7 kg/ hm2 ,增产 113% ; 抽穗初期一次施肥的
增产幅度最低,为 2049. 7 kg/ hm 2 ,增产 61%。
4. 2在相同的施氮肥水平下, 与返青期施氮肥相
比,新麦草在抽穗初期施肥可提高小穗数/生殖枝和
小花数/小穗, 而生殖枝数/ m2和种子数/小穗略有
减少。返青期和抽穗初期分施氮肥( 1  1) ,可以发
挥两个时期的施肥效应, 种子产量构成要素的各项
指标均达到最高。
4. 3在相同的施氮肥水平下,返青期与抽穗初期分
施氮肥( 1 1)的种子生产氮素利用效率与返青期一
次施肥的效果相当,但氮肥表观回收率较高,抽穗初
期一次施肥的干物质和种子生产效率, 以及氮素利
用效率均最低。
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(责任编辑 梁艳萍 李 扬)
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(责任编辑孙洪仁)
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