全 文 ：第21卷 第2期
Vol.21 No.2
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2013年 3月
Mar. 2013
doi:10.11733/j.issn.1007-0435.2013.02.019
4种缓控释氮肥在不同环境条件下
的养分释放特性的研究
王晓巍1,3,蒯佳林3,刘晓静2∗,叶 芳2,张进霞2
(1.甘肃农业大学农学院,甘肃 兰州 730070;2.甘肃农业大学草业学院 草业生态系统教育部重点实验室
中-美草地畜牧业可持续发展研究中心,甘肃 兰州 730070;3.甘肃省农业科学院,甘肃 兰州 730070)
摘要:为探明4种缓控释肥料(IBDU,UF,SCU和ESN)在静水中、不同栽培介质(普通土壤、栽培基质)中、不同栽
培植物(草地早熟禾(PoapratensisL.)和甜瓜(CucumismeloL.))中的养分释放特性,采用水浸法、土壤(基质)培
养法、盆栽试验测定了4种肥料的氮素溶出曲线。结果表明:4种肥料在25℃静水下28d时的氮素累积溶出率均
不超过75%,84d时的氮素累积溶出率为ESN>SCU>IBDU>UF;SCU和ESN在静水的氮素溶出曲线与土壤
(基质)培养下的基本吻合,UF和IBDU则差异较大;4种肥料在基质中的氮素溶出曲线整体上小于土壤培养;草地
早熟禾盆栽培养下4种肥料的氮素溶出曲线整体上大于甜瓜盆栽培养。
关键词:缓控释氮肥;草地早熟禾;甜瓜:养分释放
中图分类号:S144.6 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2013)02-0332-06
NutrientReleaseCharacteristicsofFourSlowandControledRelease
NitrogenFertilizerinDifferentEnvironmentalConditions
WANGXiao-wei1,3,KUAIJia-lin3,LIUXiao-jing2∗,YEFang2,ZHANGJin-xia2
(1.ColegeofAgronomy,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,GansuProvince730070,China;2.Colegeof
GrasslandScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem(GansuAgricultural
University),MinistryofEducation/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou,Gansu
Province730070,China;3.GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou,GansuProvince730070,China)
Abstract:Waterimmersion,soil(substrate)cultivationandpotculturewereusedtostudytheNaccumu-
lativedissolutioncurvesoffourslowandcontroledreleasefertilizersindifferentenvironmentalcondi-
tions.Theobjectivesweretoexplorethenutrientreleasecharacteristicsoffourfertilizer(IBDU,UF,
SCUandESN)inwater,indifferentculturemedia(soil,substrate),andinselectedplants(Kentucky
bluegrass,melon).Resultsshowedthatthenitrogenaccumulativedissolutionrateofaltestedfertilizers
instaticwaterat25℃werelessthan75%after28thday.Theaccumulativedissolutionrateon84thday
wereorderedasESN>SCU>IBDU>UF.NitrogendissolutioncurvesofSCUandESNinstaticwater
showedasimilartendencytothosegrowninsoil(substrate),whereasthenitrogendissolutioncurvesof
UFandIBDUhadsignificantdifferencebetweenthetwoconditions.Thenitrogencumulativedissolution
ratesofaltestedfertilizersinsubstrateswerelessthaninsoil,andinpotcultureoflawngrassshowed
highertendencythaninthatofmelon.
Keywords:Slow-andcontroledreleasefertilizers;Kentuckybluegrass;Melon;Nutrientrelease
缓控释肥料是以各种调控机制使养分最初释放
延缓,延长植物对其有效养分吸收利用的有效期,
使其养分按照设定的释放率和释放期缓慢或控制释
放的肥料[1],因其肥料利用率高、环境污染小,已经
收稿日期:2012-10-29;修回日期:2012-12-06
基金项目:农业部行业专项“西北地区非耕地园艺作物生产关键技术研究与示范”(201203095);甘肃省自然基金项目“甘肃省秦王川灌区
苜蓿草地施肥制度及其对环境的影响研究”(1010RJZA157);草业生态系统教育部重点实验室(甘肃农业大学)项目“供氮水平
及氮素形态对紫花苜蓿养分吸收及根瘤特性的影响研究”(CYZS-2011012)资助
作者简介:王晓巍(1968-),男,甘肃庆阳人,研究员,研究方向为设施作物栽培,E-mail:wangxw1968@sina.com;∗通信作者 Authorfor
correspondence,E-mail:liuxj@gsau.edu.cn
第2期 王晓巍等:4种缓控释氮肥在不同环境条件下的养分释放特性的研究
成为国内外新型肥料领域研究的热点[2],因而在农
业和草业中得到迅速应用,特别在草坪业中已成为
世界肥料领域发展的新趋势[3]。而且,缓控释肥料
养分释放的缓释性和可控性的测定和评价对该类肥
料的质量控制、市场规范与健康发展具有极其重要
的意义[4]。到目前为止国际上仍然没有统一的标准
方法,被绝大多数研究机构普遍接受的是水中溶出
率法。欧洲标准委员会(EuropeanCommitteefor
Standardization,CEN)与我国缓释肥料国家标准
(GB/T23348-2009)中也都规定用25℃静水浸提测
定肥料氮素释放率,作为评价缓控释肥料氮素释放
特性[5-6]。但是,由于水中溶出率法影响因素相对单
一,并不能实际反映出缓控释肥料在施入土壤后土
壤及植物对缓控释肥料养分释放的影响。而且,不
同植物其营养特征不同,不同土壤也具有不同的养
分吸附和供应特征,所以,水中溶出率并不是评价肥
料缓释性能的绝对指标。为此,本研究通过水中溶
出率法、土壤培养法和盆栽试验对4种不同的缓
控释肥料养分在不同环境条件下释放特性进行了
系统的测定,研究了4种缓控释肥料在静水中、在
不同栽培介质(普通土壤、栽培基质)中、在不同栽
培植物(须根系密植植物:草坪草草地早熟禾(Poa
pratensisL.)、直根系单株植物:甜瓜(Cucumisme-
loL.))中的养分释放特性,用以评价4种肥料对
不同栽培环境的适应性,以期为肥料的合理提供
理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于2012年3-7月在甘肃省农业科学院日光
温室中进行,所用植物材料分别为草地早熟禾和甜瓜
银帝3号,栽培介质分别为一般土壤和混配基质(草
炭∶蛭石∶珍珠岩=3∶1∶1);供试肥料如表1所示。
表1 供试肥料
Table1 Testedfertilizers
肥料名称
Fertilizername
英文名称及缩写
Englishnamesandabbreviations
氮素含量/%
Nitrogencontent
肥料来源
Fertilizersources
普通尿素 Urea(U) 46.0 甘肃省农科院蔬菜所
异丁叉二脲 Isobutylidene-diurea(IBDU) 32.0 汉枫缓释肥料公司
脲甲醛 Urea-forma(UF) 38.0 汉枫缓释肥料公司
树脂包膜尿素 ESN(ESN) 44.5 汉枫缓释肥料公司
硫包衣尿素 Sulfurcoatedurea(SCU) 34.0 汉枫缓释肥料公司
1.2 试验方法
1.2.1 静态水溶法 参考BlouinM等[7]提出的方
法。准确称取肥料样品5.00g放入0.15mm尼龙
袋中,置于300mL玻璃瓶中,加入250mL蒸馏水,
25℃培养箱中培养,在培养的前7d每天过滤并收
集滤液,第7d后每隔7d取样一次。取样时用蒸馏
水将网袋连同袋中肥料冲洗干净后再次放入密封瓶
中,然后向瓶中再加入250mL蒸馏水,继续培养,
滤液测定氮素含量直至80%氮素养分溶出,重复3
次。初期溶出率=24h溶出的养分量/试样中该养
分的量×100%;微分溶出率为第2~7d的每天平
均溶出率。
1.2.2 土壤和基质中溶出率法 测定土壤和基质
中溶出率方法相同。过1mm筛的风干土样200.0
g置于杯中,施入1.00g供试缓控释肥料样品(基
质样100.0g,缓控释肥料样品0.5g),考虑到作物
正常生长的墒情范围,以及土壤水分对包膜肥料养
分释放率的影响,按相对含水量的60%浇水,用保
鲜膜密封,置于(25±1)℃恒温箱中,每7d取样待
测,每次各处理取3个重复,用筛网将土、肥分开后
冲洗肥粒。将取出的肥料样品置于60℃培养箱内
烘48h后,称质量3次至恒定,通过质量差减法算
出缓控释肥料的养分释放率。养分释放率=(埋袋
前肥料质量-取出时肥料质量)/埋袋前肥料质量×
100%。
1.2.3 盆栽试验 试验设4个肥料处理,分别为
ESN,SCU,IBDU和UF;2种供试介质为土壤和基
质;2种供试植物,选用禾本科植物草地早熟禾以及
葫芦科植物甜瓜作为盆栽肥效对比试验供试植物。
每个处理重复5次,共4×2×2×5=90个处理。完
全随机排列。种植于高15cm、长20cm、宽12cm
花盆中。草地早熟禾每盆播种量一致为0.6g,甜瓜
每盆定植一株。草地早熟禾每盆均施0.32g纯氮,
甜瓜每盆均施0.5g纯氮,各盆肥料均为4份,将称
好的缓控释肥料装入100目的尼龙网袋中,一次性
施入距花盆表土5cm下,每盆4袋,磷、钾肥用量一
致。每7d取肥料网袋,测定网袋中剩余氮素量,用
差减法测定肥料养分溶出情况。
333
草 地 学 报 第21卷
1.3 指标测定
静水浸提试验中氮素测定采用对二甲氨基苯甲醛
分光光度法;土壤埋肥试验中肥料氮素的测定采用重
量法测定释放的尿素量,经计算转化为氮素释放量。
1.4 数据分析
采用Excel2007和DPS6.5等软件程序进行
统计分析。
2 结果与分析
2.1 4种缓控释氮肥在静水中的养分释放特性
用蒸馏水浸提包膜缓释肥,通过测定一定时间
内养分的溶出量来预测养分释放速率,是评价包膜
缓释肥养分释放特征的常用方法[8]。由图1可知,
UF,IBDU,SCU和ESN这4种缓控释氮肥的初期
氮素溶出率分别为18.11%,3.50%,13.27%和
10.15%;微分溶 出 率 分 别 为 1.04%,2.56%,
1.76%和3.69%。因为初期溶出率反映包膜不完
整的肥料粒子数量,包膜不完整的粒子越多,初期溶
出率就越大,肥料的均匀性也越差[8],所以4种肥料
的均匀性顺序为UF
效期短,因此,ESN的肥效期最短。
由图2可知,4种不同的缓控释氮肥在水中的
氮素累积溶出率的排列顺序为:ESN>SCU>IBDU
>UF,28d的氮素累积溶出率分别为65.86%,
31.93%,24.91%和26.98%,均达到了中华人民共
和国化工行业标准和欧洲标准委员会规定的缓控释
肥料28d的累积释放率不超过75%的标准[9]。从
溶出速率的动态变化来看,ESN在84d内的溶出速
率明显快于其他3种肥料,且达到80%累积氮素释
放率的天数明显早于其他3种肥料,约为44d左
右;而其他3种肥料7d后的溶出率差别并不明显,
溶出曲线比较平缓,氮素溶出速率趋于稳定,在84d
内的氮素累积溶出率均未达到80%。
图1 4种缓控释肥在水中的氮素溶出比率曲线
Fig.1 Naccumulativedissolutionratesoftestedslow-andcontroledreleasefertilizersinwater
图2 4种缓控释肥在水中的氮素累积溶出率曲线
Fig.2 Naccumulativedissolutionratesoftestedslow-andcontroledreleasefertilizersinwater
433
第2期 王晓巍等:4种缓控释氮肥在不同环境条件下的养分释放特性的研究
2.2 4种缓控释氮肥在土壤(基质)中的养分释放
特性
4种缓控释氮肥在2种栽培介质土壤和基质中
的氮素累积溶出率如图3所示。无论是土壤培养还
是基质培养,4种肥料的氮素累积溶出率均为ESN
>UF>SCU>IBDU。除了 UF外,其他3种肥料
基本与在水中的氮素累积溶出率曲线相一致,但就
其动态释放过程来看,4种肥料在静水中比在土壤
或基质中的氮素释放要相对均衡、稳定。同时,4种
肥料在土壤或基质培养中前7d的氮素累积溶出率
要低于水中的氮素溶出率,而在整个试验期内IB-
DU在土壤或基质培养中的氮素溶出率低于其在水
中的氮素溶出率;ESN在基质培养中的氮素溶出率
低于其在水中的氮素溶出率,而在土壤培养中的氮
素溶出率则高于其在水中的氮素溶出率;UF和
SCU则在土壤或基质培养中的氮素溶出率整体要
高于其在水中的氮素溶出率。
图3 4种缓控释肥在土壤(基质)中的氮素累积溶出率曲线
Fig.3 Naccumulativedissolutionratesoftestedslow-andcontroledreleasefertilizersinsoil(substrate)
对比土壤与基质2种栽培介质,4种肥料在基
质中的整体氮素溶出率普遍低于在土壤中的氮素溶
出率。其中,UF在基质中的氮素溶出率较土壤平
均降低9.48%;IBDU平均降低9.20%;SCU平均
降低1.26%;ESN平均降低12.79%。这主要是因
为将肥料分散或吸附于无机基质中,本身就形成了
一种缓释作用,基质不仅可以包裹肥料养分,减少养
分与溶剂的接触面积,降低其溶解速率,延长肥料养
分的释放期,而且可以固定或吸附肥料养分,从而延
缓肥料养分的释放[10]。
2.3 4种缓控释氮肥在草坪草-土壤(基质)中的养
分释放特性
表2所示为4种缓控释氮肥在草坪草盆栽培养
下的养分累积释放规律。在盆栽试验条件基本一致
的情况下,草坪草土壤培养和基质培养下4种肥料
的养分累积溶出率排列顺序均为ESN>UF>SCU
>IBDU,与单一土壤培养或基质培养下的养分累积
释放情况基本一致。对盆栽土壤培养和基质培养进
行对比,基质培养下84d内4种肥料的养分累积溶
出率整体要低于土壤培养,这与实验室土壤(基质)
培养下的结果相吻合。对比实验室土壤(基质)培
养,盆栽土壤培养下4种肥料前7d的养分溶出率
要高于实验室土壤培养,而在84d时的养分溶出率
均低于实验室土壤培养,盆栽基质培养也呈现出相
同的结果。与静水试验相比,盆栽土壤或基质培养
下,UF在在整个试验期内的养分溶出率要高于静
水试验;IBDU的养分溶出率均低于静水试验;SCU
前7d的养分溶出率要低于静水试验,但在84d时
的养分溶出率均高于静水试验;ESN则是前7d的
养分溶出率要高于静水试验,而在84d时的养分溶
出率均低于静水试验,但差异较小。
2.4 4种缓控释氮肥在甜瓜-土壤(基质)中的养分
释放特性
表3所示为4种缓控释氮肥在甜瓜盆栽培养下
的养分累积释放规律。在盆栽试验条件基本一致的
情况下,甜瓜土壤培养和基质培养下4种肥料的养
分累积溶出率排列顺序也均呈现为ESN>UF>
SCU>IBDU,与实验室土壤培养或基质培养下的养
分累积释放情况基本一致。2种栽培介质比较,除
了基质培养下IBDU前14d和SCU前7d的养分
溶出率大于土壤培养,其他各处理在基质培养下84
d内的养分溶出率均小于土壤培养。对比实验室土
壤(基质)培养,除了ESN在盆栽土壤培养下84d
时的养分溶出率大于实验室土壤培养外,其他各肥
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草 地 学 报 第21卷
料在盆栽土壤或基质培养下的养分溶出率均小于实
验室土壤或基质培养。与静水试验相比,UF在2
种栽培介质培养下,其在整个试验期内的养分溶出
率要高于静水试验;IBDU,SCU和ESN在2种栽
培介质培养下在整个试验期内的养分溶出率均低于
静水试验。
表2 4种缓控释氮肥在草坪草-土壤(基质)中的养分溶出率
Table2 Nutrientdissolutionratesoftestedslow-controledfertilizersinturfgrasssoil(substrate)
培养方法
Methods
处理
Treatments
7d 14d 21d 28d 35d 42d 49d 56d 70d 84d
UF 30.10% 35.33% 35.57% 36.88% 38.18% 40.95% 43.56% 45.38% 48.81% 52.02%
基质 IBDU 6.20% 11.78% 12.53% 13.52% 15.48% 17.78% 18.34% 20.56% 22.47% 23.24%
Substrate SCU 8.84% 13.46% 17.73% 22.99% 29.84% 32.43% 36.96% 39.58% 42.81% 44.90%
ESN 37.61% 44.44% 55.56% 61.13% 69.36% 74.34% 79.32% 83.00% 89.64% 91.42%
UF 35.29% 37.95% 42.98% 45.29% 47.67% 54.29% 58.05% 62.85% 75.14% 88.83%
土壤
Soil
IBDU 9.72% 12.96% 13.56% 15.20% 15.78% 18.56% 21.86% 22.63% 29.12% 37.82%
SCU 10.14% 15.21% 19.28% 25.19% 38.64% 41.63% 45.00% 46.50% 51.13% 54.70%
ESN 37.45% 48.23% 58.51% 63.83% 74.86% 77.44% 80.45% 83.11% 88.83% 91.69%
表3 4种缓控释氮肥在甜瓜-土壤(基质)中的养分溶出率
Table3 Nutrientdissolutionratesoftestedslow-controledfertilizerinmelonsoil(substrate)
培养方法
Methods
处理
Treatments
7d 14d 21d 28d 35d 42d 49d 56d 70d 84d
UF 25.07% 28.20% 29.60% 32.12% 35.30% 36.50% 39.83% 44.44% 48.78% 62.81%
基质 IBDU 6.76% 9.87% 11.41% 12.07% 12.78% 13.67% 14.12% 14.51% 15.67% 16.68%
Substrate SCU 6.61% 13.26% 21.70% 23.42% 24.94% 26.65% 27.12% 29.22% 37.89% 38.42%
ESN 22.88% 32.63% 52.52% 63.07% 64.27% 65.00% 71.82% 74.09% 84.66% 86.38%
UF 35.29% 37.67% 40.13% 42.88% 45.29% 51.14% 54.29% 58.05% 61.67% 67.78%
土壤 IBDU 4.58% 8.56% 12.57% 13.35% 14.23% 15.14% 15.99% 17.08% 19.75% 21.77%
Soil SCU 5.14% 13.83% 14.80% 22.19% 25.43% 29.92% 32.48% 38.62% 46.39% 49.85%
ESN 27.75% 40.23% 51.71% 58.36% 66.43% 70.61% 83.71% 85.75% 88.57% 92.47%
2.5 4种缓控释氮肥在草坪草与甜瓜盆栽培养中
氮素释放特性的对比
对比4种缓控释氮肥在草坪草盆栽与甜瓜盆栽
培养中氮素的溶出规律,可以看出,基质培养下,UF
在2种作物培养下的前70d内,其氮素累积溶出曲
线差异不大,而在70d后甜瓜培养下的UF溶出率
有明显的上升,超过草坪草培养,除此之外,表现为
UF在甜瓜培养下的氮素累积溶出曲线低于草坪草
培养;IBDU表现为84d内在甜瓜培养下的氮素累
积溶出曲线要明显低于草坪草培养;SCU在养分释
放的第14~28d内,其在甜瓜培养中的氮素累积溶
出曲线明显高于草坪草培养,而在其他阶段低于草
坪草培养;ESN在甜瓜培养中的氮素累积溶出曲线
的波动明显大于草坪草培养,但整体的溶出曲线小
于草坪草培养。而在土壤培养下,UF在养分释放
的第49~70d内,其在甜瓜培养中的氮素累积溶出
曲线明显高于草坪草培养,而在其他阶段低于草坪
草培养;IBDU和SCU均表现为84d内在甜瓜培养
下的氮素累积溶出曲线要明显低于草坪草培养;
ESN于49d前在甜瓜培养中的氮素累积溶出曲线
低于草坪草培养,49d后则高于草坪草培养。
3 讨论与结论
3.1 4种缓控释氮肥养分释放特性的评价
静态水溶法是目前国际上公认的评价缓控释肥
的常用方法,欧洲标准委员会规定缓控释肥在水中
(25℃)初期溶出率(24h养分释放速率)不大于
15%,28d时不超过75%,在规定时间内至少有
75%被释放[11]。在本试验中,UF初期溶出率超过
了15%,表现出前期养分的“爆裂式释放”,说明UF
工艺不够完善,不够均匀,而其他各肥料均符合标
准。在试验期内,4种肥料总体的氮素累积溶出率
表现为ESN>SCU>IBDU>UF,其中ESN在试
验期的42d氮素累积溶出率就达到了78.91%,明
显快于其他肥料。而从实验室土埋肥料称重法测定
的结果来看,SCU和ESN的养分释放曲线基本上
与静水试验相吻合;而IBDU养分释放曲线小于静
水试验,UF则大于静水试验,造成脲醛类肥料在水
中和土壤中的氮素释放速率差异的原因可能是由于
633
第2期 王晓巍等:4种缓控释氮肥在不同环境条件下的养分释放特性的研究
影响此类肥料在土壤中养分释放特性的因素较多,
其养分释放速率与土壤类型、气候条件、土壤水分、
微生物、自身性质等因素直接相关,故水浸法和称重
法测定其释放特性的合理性还需进一步的研究[12]。
3.2 不同栽培介质对缓控释氮肥养分释放的影响
同种缓控释包膜肥料在水中、土壤(基质)中和
作物-土壤(基质)中具有不同的氮素释放特征。在
本试验中,IBDU在土壤或基质培养中84d时的氮
素溶出率分别比在水中的氮素溶出率低3.33%和
15.49%;ESN在土壤或基质培养中84d时的氮素
溶出率比在水中低4.44%和1.39%;UF和SCU
在土壤或基质培养中84d时的氮素溶出率整体要
高于其在水中的氮素溶出率,分别为61.60%,
48.97%和14.22%,10.10%。这主要是因为水是
一种单一介质,肥料在静水中的养分释放仅受温度
的影响,所以肥料在静水中较之在土壤(基质)中的
养分动态释放要均衡、稳定。而肥料在土壤中或基
质中的养分释放受土壤或基质温度、水分、质地、土
壤微生物及有机质含量等多种因素的综合作用,特
别是由于土壤(基质)胶体对养分离子或分子具有吸
持和固定作用,而且影响到养分的存在状态,进而影
响肥料释放,这是水中溶出率所无法反映的[13]。对
比普通土壤与无机基质培养下肥料的养分释放特
征,整体而言4种肥料在无机基质培养下的养分释
放率要小于土壤培养,平均降低了1.26%~12.79%,
原因可能是不同栽培介质的阳离子交换量和质地不
同造成的综合结果,阳离子交换量越大,介质对养分
离子或分子的吸持量和吸持强度越大,淋出量就越
小;质地的差异主要表现为淋溶水分在介质中的停
滞时间不同而导致淋出量的差异[14]。从盆栽试验
的结果可以看出,肥料在作物-土壤(基质)培养下整
体的养分释放率要小于单一的土壤(基质)培养,因
而在评价缓控释肥料在土壤中的养分释放特征时,
应综合考虑肥料类型、土壤类型、种植作物情况以及
不同类型肥料所受各种环境因素的作用程度等,才
能真正指导缓控释肥料的农业实际应用。
3.3 不同栽培植物对缓控释氮肥养分释放的影响
肥料养分缓释的标准是土壤-作物系统中养分
的供应与吸收的平衡,不同土壤也具有不同的养分
吸附和供应特征,而不同作物其营养特征也不尽同。
在本试验中,4种肥料在盆栽甜瓜培养下的养分释
放率整体要小于盆栽草坪草培养,可能是因为草地
早熟禾作为须根系植物,其根系密集于土壤表层,相
对于直根系植物甜瓜更有利于对肥料的吸收,而造
成草地早熟禾在生长时自身的吸氮作用要强于甜瓜
自身的吸氮作用,从而促进肥料养分的释放。所以
对不同植物供施缓控释肥时必须要根据植物自身的
营养吸收特征以及不同肥料的养分释放特征,选用
匹配于植物需肥规律的肥料,使养分供应与植物需
求同步,增加肥料的利用率。
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(责任编辑 李美娟)
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