全 文 ：第 16 卷 第 1 期
Vol. 16 No . 1
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2008 年 1 月
Jan. 2008
草坪根系层基质和氮肥类型对氮淋失的影响
李书英1 , 韩建国1* , 刘存琦2
( 1.中国农业大学草地研究所, 北京 100094; 2.克劳沃集团草业技术开发中心, 北京 100029)
摘要: 为更好地了解高尔夫球场草坪施用氮肥对水环境的影响,在温室里模拟高尔夫果岭用 PVC 管建造 4 种基质
类型的小型蒸渗仪播种建植匍匐翦股颖 ( A grostis stolonif er a L . cv. Penncr oss) , 出苗后施用 H oag land 和 Arnon
营养液培育至成坪,成坪后选用速效氮尿素和控释肥丁异叉双缩脲进行氮肥类型处理, 每两周施 1. 8 g m- 2 N 。
结果表明: 4 种基质类型的草坪幼坪期都存在污染地下水的可能性, 但随草坪的成熟而降低,其中改良沙基质的草
坪可能性最小;速效氮肥处理的草坪氮的淋失显著高于缓释氮肥处理。综合比较, 高尔夫果岭根系层采用改良沙
基质、少量多次地施用缓释肥可以有效控制氮的淋失。
关键词: 草坪; 基质类型; 速效氮肥; 缓释氮肥; 淋失
中图分类号: S688. 4 文献标识码: A 文章编号: 1007-0435( 2008) 01-0054-06
Effects of Rootzone Materials and Nitrogen Sources on Nitrogen Leaching
from Greens of Golf Course
LI Shu-ying
1
, HA N Jian-guo
1*
, L IU Cun-qi
2
( 1. Ins t itu te of Grass lan d S cien ce, China Agricultu ral University, Beijing 100094, C hina;
2. Clover Grou p Project Department , Beijing 100029, C hina)
Abstract: Nitrog en leaching of simulated go lf greens w as studied using PV C lysimeters filled w ith four ro-
o tzone mixture materials in g reenhouse in order to invest igate the effect of nit rog en fer tilizers on g rounder
w ater in golf course. The creeping bentg rass ( A grost is stolonif era L. cv . Penncross) w as sow ed in 32 ly-
simeters and fert ilized w ith Hoagland and Arnon nutrient so lut ion at the rate of 100 mL/ ly simeter ev ery
w eek for 8 w eeks. And then 16 lysimeters w ere fert ilized w ith readily w ater-soluble nit rog en fert il izer ( u-
r ea) and another half w ere fert ilized w ith contr o-l r elease nit rogen fer tilizer ( IBDU ) every tw o w eeks at
same rate of 1. 8 g m- 2 N for 24 w eeks, respect iv ely . In seedling stag e, four roo tzone mix tures w ere all
likely to degrade g roundw ater quality. How ever the po ssibility decreased along w ith the turf maturity. A-
mong four rootzone m ixtures, fully amended medium sand w as least possible to po llute gr oundw ater. At
the beginning, more N leaching occurred for the lysimeters tr eated w ith w ater-soluble nit rog en than tho se
fert ilized w ith contro-l release nit rog en. Nit rog en leaching could be ef fect ively reduced by frequent nit rogen
application, using slow-r elease nit ro gen fert ilizer at appropriate r ate, and ameliorat ion of sandy rootzone
materials.
Key words: T urfg rass; Rootzone; Readily w ater-soluble nitro gen fer tilizer; Slow-release nitr ogen fert il iz-
er; Leaching
高尔夫球场对环境的影响一直是国内外草坪界
人士研究的热点,每个地方都有公众关注高尔夫施用
农药、化肥对水源的影响。为了获得高质量的草坪,
高尔夫球场必须施用大量的氮肥。高尔夫球场对环
境有可能造成危害的主要是氮肥的淋洗[ 1]。NO3-N
淋溶是肥料氮损失的重要途径之一,经由该途径损失
收稿日期: 2007-04-04; 修回日期: 2007-12-18
基金项目: 北京市教育委员会重点学科重点实验室共建基金资助( XK1001900552, JD100190531)
作者简介: 李书英( 1978-) ,女,河南遂平人,在读博士生,研究方向为草坪施肥和环境的关系, E-mail: yizis huicao@ 163. com; * 通讯作
者: Au th or for corresponden ce, E- mail : grass lab@ public3. b ta. net. cn
第 1期 李书英等: 草坪根系层基质和氮肥类型对氮淋失的影响
的肥料氮要比氨挥发和草屑带走损失的氮多得
多[ 2]。影响 NO 3-N 淋溶的因素有施肥量、肥料种
类、基质类型、降水和喷灌、气候条件和施肥季节等。
施肥量和氮肥种类对肥料氮的淋溶损失影响最大[ 3]。
根系层基质类型也是影响氮淋失的关键因素[ 4] , 因为
基质类型影响水分渗漏率和渗漏量、反硝化作用,在
一定程度上还影响土壤吸附铵离子的能力[ 5]。
目前世界上公认的高尔夫果岭根系层的建造方
法是美国高尔夫协会推荐的建造标准[ 6]。但国内高
尔夫球场的管理水平及化肥产品的种类与发达国家
不尽相同,对此必须进行调查研究并采取相应对策
以适应我国高尔夫运动的发展。本试验通过测定 4
种基质类型的模拟果岭施用速效氮肥和缓释氮肥后
氮的淋失,分析基质和氮肥类型影响氮淋失的内在
机制,以期为我国高尔夫球场的管理提供理论参考
和技术支持。
1 材料与方法
1. 1 温室条件
试验温室在中国农业大学科学园内, 长 25 m,
宽 20 m, 室内光照充足,有通风及温控设备, 秋季到
春季白天温度 28 2 ; 晚上温度 18 2 。夏季白
天温度 32 2 ,晚上温度 22 2 。光周期 14 h,
采用高压钠灯补光。
1. 2 试验设计
试验分幼坪期和成坪期两个阶段(表 1)。幼坪
期采用单因素随机区组设计, 4种基质类型每个处
理 8次重复随机排列。成坪期采取两因素随机区组
设计, 4个根系层基质类型, 2个氮肥类型,共 8个处
理( 4种基质类型 2种氮肥) ,每个处理4次重复。
表 1 试验设计
T able 1 Exper iment al design
试验阶段
Exp eriment phas e
幼坪期(年-月-日)
S eedling stag e( year- month- day)
( 2005-10-28- 2005-12-28)
成坪期 (年-月-日)
M ature stage( year-m on th-day)
( 2005-12-28- 2006-06-15)
实验设计 Ex perim ental d esign 单因素随机区组设计
Randomized block design w ith one factor
两因素随机区组设计
Randomized b lock des ign w ith tw o factor s
因素 Factor 4种基质类型 Four root zone materials 4种基质类型 2种氮肥
Four root z on es tw o n it rogen ty pes
氮肥 Nit rogen source H oaglan d营养液 H oagland nut rit ion solut ion
速效氮尿素( F1) ;缓释氮 IBDU ( F2)
Readily soluble nit rogen fert ilizer ( F1) ;
Slow- release nit rogen fert iliz er ( F2) ;
施氮频率和氮水平( g m - 2)
N applicat ion fr equen cy & rate
每周一次; 每次 1. 19
1. 19 w eekly
每两周一次每次; 1. 8
1. 8 every tw o w eeks
处理 Tr eatm ent T1 T 1F1 T 1F2
T2 T 2F1 T 2F2
T3 T 3F1 T 3F2
T4 T 4F1 T 4F2
注: T 1, 0~ 30 cm 纯沙; T 2, 0~ 10 cm 改良沙, 10~ 30 cm 纯沙; T 3, 0~ 30 cm 改良沙; T 4, 0~ 30 cm 沙壤土
Note: T1, 0~ 30 cm pu re s and; T2, 0~ 10 cm am ended sand and 10~ 30 cm pure san d; T3, 0~ 30 cm amended sand; T 4, 0~ 30cm sandy
loam soil
1. 3 试验材料
草坪草选用匍匐翦股颖 ( A gr osti s stoloni f er a
L. cv . Penncross)。模拟果岭建造的小型蒸渗仪采
用内径 15 cm, 高度 40 cm 的 PVC 管构建, 管内上
层30 cm 装人工配置的根系层混合物,下层10 cm为
砾石层,底部用 PVC 管板封底, 中间有乳胶管引出
淋失液。4种根系层混合物分别为: T1, 0~ 30 cm
纯沙; T2, 0~ 10改良沙, 10~ 30 cm 纯沙; T 3, 0~
30 cm 改良沙; T4, 0~ 30 cm 沙壤土。试验所用纯
沙均为北京市馨叶高尔夫球场提供的河沙(粒经分
析见表 2) , T2的改良沙和 T3同为纯沙草炭= 5
1(体积比)比例人工配制;土壤为北京市通州区沙壤
土(沙粒 68%:粉粒 18%:粘粒 14%)。根系层混合物
的物理化学特性分析见表 3。所有处理在 2005年 12
月 28日成坪,在此之前的 8周为草坪的幼坪期,期间
没有氮肥因素处理, 所有处理每周每管施用 Hoag-
land营养液( N- P- K= 210- 31- 235 mg L- 1 ; Ca
- Mg- S= 160- 49- 64 mg L- 1 )和 Arnon营养各
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草 地 学 报 第 16卷
100 mL ( Mn, Zn, Cu, B, Mo, Fe= 0. 5, 0. 05,
0. 02, 0. 5, 0. 04, 3 mg L - 1 )。从成坪到 2006 年 6
月 15日(共 24周) ,每种基质类型处理分别施用两
种氮肥:速效肥尿素( F1)和缓释肥 Isobuty lidened-i
urea 丁异叉双缩脲(简称为 IBDU ) ( F2) , 氮水平同
为每两周施 1. 8 g m- 2 N。磷肥和钾肥采用磷酸
氢钾( 0- 52- 35)和硫酸钾( 0- 0- 54) ,每 8周施磷
( P 2O 5 ) 2. 4 g m- 2 ,施钾( K 2O) 3. 6 g m- 2。
表 2 根系层混合物的粒径分析
T able 2 Particle size distr ibution of r ootzone mix ture
分类
Category
粒级
Diameter( mm)
沙壤土
Sandy loam ( % )
纯沙
Pure san d( % )
改良沙
Sand/ compost ( % )
草炭
Compost ( % )
砾石 Gravel > 3. 2 1. 25 4. 97 3. 07 -
小砾石 Fin e gravel 2- 3. 2 2. 03 1. 40 1. 83 -
极粗沙 Very coarse sand 1- 2 3. 74 3. 78 4. 35 -
粗沙 Coars e sand 0. 50- 1. 0 10. 86 30. 48 28. 23 -
中沙 Medium sand 0. 25- 0. 50 16. 49 35. 45 33. 99 -
细沙 Fine sand 0. 15- 0. 25 21. 59 15. 17 20. 16 -
极细沙 Very fin e sand 0. 05- 0. 15 11. 53 4. 91 4. 09 -
粉粒 Silt 0. 002- 0. 05 18. 44 3. 30 3. 13 -
粘粒 Clay < 0. 002 14. 10 2. 51 2. 06
1. 4 草坪的建植与管理
2005年 10月 27日进行播种建植,播种量 15 g
m- 2。2005年 11月 2日苗齐后第 1次施肥,幼坪
期肥料全部以营养液的方式随灌溉施入, 成坪期氮
肥施用采用表施灌水的方式, 磷肥和钾肥配成营养
液施入。幼坪期每天少量多次灌溉, 成坪后每天灌
溉一次, 每次 5 mm。苗高 5~ 6 cm 时,进行初次修
剪,修剪高度初期控制在3~ 4 cm 之间,以后逐步降
低到 1 cm 左右。草坪每两周铺沙 1次平整坪面。
幼坪期有少量杂草,人工拔除。整个试验期间没有
病虫害发生。
表 3 根系层混合物的物理化学特性
Table 3 Physical and chemical char act eristics of selected ro otzone mix tures
项目
Item
沙壤土
Sandy loam soil
纯沙
Pure sand
改良沙
Sand/ compost
草炭
Compost
有机质 Organ ic mat ter ( % , w /w ) 1. 250 0. 120 1. 400 28. 690
饱和导水率 K sat ( cm h - 1) 0. 540 25. 700 22. 600 -
总空隙度 T otal porosity ( % , v/ v) 34. 170 44. 710 38. 850
通气空隙度 Water-f illed porosity at- 3 kPa ( % , v/ v) 20. 960 30. 940 22. 620
毛管空隙度 Air- fil led porosity at-3kPa ( % , v/ v) 13. 210 13. 770 16. 230
容重 Bulk density ( g cm- 3 ) 1. 510 1. 620 1. 530 0. 220
pH( in w ater) 8. 090 8. 380 7. 000 5. 060
总氮 T otal N ( % ) 0. 044 0. 003 0. 041 1. 947
硝态氮 NO-3 ( mg k g- 1) 8. 490 0. 580 0. 860 -
氨态氮 NH +4 ( mg kg- 1 ) 10. 640 3. 950 9. 370 -
总磷 T otal P ( P2O 5% ) 0. 074 0. 026 0. 063 0. 158
M ehl ich3-P ( m g kg- 1) 36. 750 2. 180 2. 580 -
有效钾 Avai lab le K ( mg kg- 1) 88. 440 12. 870 13. 890 106. 390
1. 5 测定指标和方法
试验从 2005 年 11 月 2 日施肥开始取样至
2006年 6月 15日结束。每天收集 PVC 管中排出
的淋失液,采集到棕色玻璃瓶中, 用硫酸酸化到 pH
< 2, 2~ 4 低温避光保存, 合并 1 周内收集的水样
进行总氮( TN)测定。淋失液中全氮( TN)测定采用
GB1l894-89碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法。
2 结果与分析
2. 1 基质和氮肥类型对淋失液体积的影响
方差分析的结果显示,根系层基质类型对淋失
液体积有显著影响( P< 0. 01)。1- 8周 4种基质处
理淋失液体积大小顺序为 T1> T 2> T 3> T 4;随着
草坪的不断成熟, 不同基质的草坪有着不同变化趋
势(图 1) , T4处理相比其他 3个沙性基质淋失液体
56
第 1期 李书英等: 草坪根系层基质和氮肥类型对氮淋失的影响
积下降要慢, 24周以后 T4 处理的淋失液体积显著
高于 T 3处理。草坪施用的氮肥类型也影响淋失液
的体积,缓释肥处理的淋失液体积高于同样基质类
型的速效肥处理, 9- 16周氮肥处理之间的差异不
显著, 25周后达到显著水平( P< 0. 01) ; 整个试验
期间根系层基质类型和氮肥类型两因素之间没有显
著的交互作用。
图 1 根系层不同基质类型和氮肥类型对氮淋
失液体积的影响
F ig. 1 Effects of different ro otzones mix tur es and two
nitr og en sour ces on nitr og en leaching vo lume
2. 2 基质和氮肥类型对淋失液全氮浓度的影响
基质类型对淋失液中全氮浓度有显著影响,
而且和氮肥类型之间有显著的交互作用 ( P<
0. 001)。4种基质施用 2种类型氮肥浓度高低顺
序不同,施用尿素的处理淋失液的氮浓度 T1> T 2
> T 4> T 3, 施用 IBDU 的处理淋失液中从高到低
为 T4> T1> T2> T 3, 4种基质无论施用哪种类型
氮肥, 改良沙基质淋失液中全氮含量最低, 说明改
良沙基质污染地下水的可能性最小。另外, 所有
处理淋失液中氮浓度随时间逐渐降低, 与沙性基
质相比土壤基质淋失液中氮的浓度随时间下降比
较慢。
氮肥类型也显著影响淋失液中的全氮浓度
( P< 0. 001)。同样基质施用不同类型的氮肥表现
出阶段性差异, IBDU 处理氮浓度下降的速度显著
高于尿素处理, 9- 23周这段时间尿素处理的氮浓
度一直显著高于 IBDU 处理;从 26周开始 IBDU 处
理淋失液的浓度缓慢升高, 而这段时间施用尿素的
处理氮的浓度还是缓慢的降低, 32周 IBDU 处理氮
浓度已显著高于尿素处理。
由氮浓度随时间的动态变化曲线(图 2)看出,
随草坪年限的增加,淋失液中全氮的浓度显著降低,
重复测量方差分析结果也表明草坪使用年限对氮淋
失影响显著( P< 0. 001) , 24周以后淋失液中全氮的
浓度都低于 10 mg L- 1。尽管处理之间的差异依
然存在,但淋失液中全氮浓度都在非常低的水平。
现行的地表水环境质量标准限定地表水中农业用
水区和一般景观水域( V类)水体中的总氮浓度不能
超过 2. 0 mg L - 1。可见, 4 种基质类型的成熟的
草坪都不会对地下水造成污染。
图 2 淋失液中全氮浓度
F ig . 2 Concentrat ion of to tal nit rog en in leachate
2. 3 基质和氮肥类型对氮淋溶量的影响
根系层基质类型和氮肥类型对氮的淋失量都有
显著影响, 而且二者之间的交互作用非常显著。4
种基质类型淋失量大小顺序为 T1> T2> T4> T3,
淋失量最大的纯沙基质整个试验期间施入氮的
34%通过淋失损失, 淋失量最低的改良沙基质也有
25%的氮淋失。说明基质类型对氮的淋失有至关重
要的作用。
从表 4还可以看出,随着草坪的成熟,氮的淋失
量迅速下降。幼坪期氮的淋失量非常高, T1幼坪期
的淋失量达 3. 659 g m- 2 , 占幼坪期施氮量的
38. 5% , T4最低, 占 29. 5%。土壤基质的淋失量下
降速度最慢,成坪期基质类型处理淋失量的大小顺
序为 T1> T 2> T 4> T 3。可见,在草坪逐渐成坪的
过程中 T 3氮淋失的下降速度最快, 污染地下水的
可能性最小。
另外, 氮肥类型也是影响氮淋失量的一个重要
因素, IBDU 处理显著低于同基质的尿素处理, 9-
24周氮肥处理间的差异最为显著, 尿素处理和
IBDU 处理氮淋失平均分别为2. 665和 1. 614 g
m
- 2。这充分证明, 缓释氮肥在满足了草坪正常生
长的情况下,氮淋失较少。
57
草 地 学 报 第 16卷
表 4 不同处理 4个阶段氮总淋失量
T able 4 Summary of nitr og en leaching during 4 exper imental phases o f fertilizer application to turfg rass
Tr eatm ent
淋失量 Cumulat ive N leach ed( g m- 2 ) 占施氮量% Percentage to N appl ied
1- 8 w eek 9- 16 w eek 17- 24 w eek 25- 32 w eek 1- 8 w eek 9- 16 w eek 17- 24 w eek 25- 32 w eek
T 1F1 3. 659 2. 435 0. 857 0. 100 38. 464 33. 823 11. 904 1. 388
T 2F1 3. 394 2. 173 0. 686 0. 084 35. 677 30. 187 9. 533 1. 170
T 3F1 3. 197 1. 672 0. 373 0. 061 33. 601 23. 222 5. 182 0. 843
T 4F1 2. 804 1. 891 0. 572 0. 081 29. 475 26. 265 7. 942 1. 122
T 1F2 1. 501 0. 308 0. 131 20. 848 4. 274 1. 821
T 2F2 1. 270 0. 247 0. 120 17. 632 3. 429 1. 669
T 3F2 0. 985 0. 179 0. 083 13. 676 2. 491 1. 159
T 4F2 1. 458 0. 506 0. 138 20. 247 7. 032 1. 922
P 值
F - < 0. 001 < 0. 001 < 0. 001 - < 0. 001 < 0. 001 < 0. 001
T < 0. 001 < 0. 001 < 0. 001 < 0. 001 < 0. 001 < 0. 001 < 0. 001 < 0. 001
F T - < 0. 001 < 0. 001 < 0. 001 - < 0. 001 < 0. 001 < 0. 001
注: 1- 8周是单因素试验,数值只代表基质类型之间的差异
Note: 1- 8 w eeks w as one-factor experiment an d values represent the dif ference among rootz one mixtures only
3 讨 论
草坪生长的基质显著影响氮的淋失。U SGA
资助的研究结果表明不同的土壤氮素淋失率各不相
同,其顺序为:沙土( 11%) > 沙土+ 泥炭( 3%) > 沙
壤土 (小于 1% ) > 壤土 (小于 1% ) > 粘土 (小于
1%) [ 7] 。James [ 8]总结 5所大学对土壤类型影响氮
淋失的研究结果发现,纯沙和沙/泥炭改良沙的淋失
量大于沙壤土, 泥炭的加入有效地减少了纯沙中氮
的淋失。Brauen [ 9]等人也研究发现纯沙中加入泥炭
后氮的淋失比沙土小 3% ~ 6%。本试验所用的基
质与 James试验相似,结果比较相近。本实验中 4
种基质饱和透水率以及空隙度等物理特性存在显著
差异(表 3) , 直接影响水的渗漏量和渗漏速率, 从而
影响可溶态氮的淋失。
氮淋失很大程度上决定于氮肥的类型。
Dressel等人的研究结果表明,每年施氮 30 g m- 2
的情况下, IBDU 和尿素处理的淋洗液中氮素分别
为 0. 72 g m- 2和 0. 77 g m- 2 [ 10]。Sheard 等 [ 11]
发现匍匐翦股颖草坪一年施入 29. 4 g m- 2 N 的情
况下,尿素和包膜尿素分别有 2. 0%和 1. 2%的氮经
由淋失进入地下水。Br own用沙、黏土和泥炭人工
配置不同比例的根系层基质比较几种速效氮肥和缓
释氮肥的淋失情况,发现和速效肥相比缓释氮肥可
以大大减少氮肥的淋失[ 12] ;在佛罗里达州两个沙壤
土上的比较试验出现了同样的结果[ 13] 。本试验中
淋失量最高的处理是纯沙基质每周施用 1. 19 g
m- 2 N 的营养液, 38. 5%的氮透过根系层进入到环
境中去; 淋失量最低的改良沙基质每两周施用 IB-
DU 1. 8 g m - 2 N 的情况下,淋失最低的阶段只有
0. 083 g m- 2 , 占施氮量的1. 2%, 与 Dr essel 和
Sheard 等人的结论一致。以上试验环境条件、氮水
平、生长基质、灌溉量和施肥条件虽不尽相同,但都
发现缓释氮肥的淋失量显著低于速效氮肥。可知,
无论在什么基质类型上,水溶性越大的肥料,越容易
透过草坪根系层进入到地下水中; 而缓效态的氮肥
通过淋失的损失量要小。产生这种差别的原因可能
是缓释氮肥养分释放比较缓慢, 可以持续不断地供
给草坪,避免了供过于求时随灌溉水透过根系层进
入到环境中。
草坪的年限对于氮肥去向也有着至关重要的影
响[ 1 4, 15]。Shuman 则认为建植后的 1年内有机质层
可以滞留贮存施入的氮肥, 1年后微生物的活动促
使氮的滞留和矿化之间达到平衡 [ 16]。本研究表明
草坪播种后几个月内根系层有机质含量不断增加
(资料尚未发表) , 根系层中氮含量也一直在增加(资
料尚未发表) ,说明施入的氮有一部分被滞留到根系
层,也解释了氮的淋失量由高到低显著变化的原因,
这也与Brauen等人的结论一致。Petrovic[ 5]认为建植
25年以上的成熟草坪有机质含量非常高,已经失去
了贮存氮营养的能力,应该降低氮肥的施用量以减少
氮肥的损失。所以, 成熟的草坪则不论是施用 IBDU
还是尿素,都应该减少氮肥的施用量,以防止大量的
氮肥通过淋失进入到地下水中。
另外, 本文只报道了 32周的淋失试验结果, 试
验的周期很短, 不代表高尔夫球场的实际情况。例
如两周施用 1次 IBDU 只是为了和尿素处理在研究
58
第 1期 李书英等: 草坪根系层基质和氮肥类型对氮淋失的影响
条件的一致性, 实际球场施缓释氮肥不会这么频繁,
1次的施肥量也不会这么小。这也有可能对氮的淋
失产生影响,对此我们将在高尔夫球场实地进行更
深一步的研究。
4 结 论
4. 1 在草坪播种建植后的 4 个月左右果岭氮淋失
量很大, 4 种基质类型都存在对地下水污染的可能
性,淋失量的大小顺序为 T 1> T2> T4> T 3。
4. 2 随着草坪的逐渐成熟,氮淋失量显著降低。成
熟的草坪氮淋失量非常小, 4 种基质类型都不会造
成地下水的污染。
4. 3 尿素和 IBDU 相比氮淋失量显著较高, 尤其在
草坪幼坪期;随着 IBDU 逐渐分解和不断施肥,两种
类型氮肥之间差异不再明显。
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(责任编辑 梁艳萍)
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