棉花-花生輪作模式對(duì)土壤養(yǎng)分及其產(chǎn)量的影響

摘 要：【目的】研究棉花-花生輪作模式下土壤養(yǎng)分及作物產(chǎn)量變化規(guī)律，為新疆綠洲農(nóng)區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供一定的理論依據(jù)。

【方法】試驗(yàn)為長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，設(shè)棉花-花生、花生-棉花、花生-花生（對(duì)照）、棉花-棉花4個(gè)處理（對(duì)照），于各輪作作物收獲后取土樣，測(cè)定0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、水解氮、有效磷、速效鉀含量。

【結(jié)果】棉花-花生輪作下，0～20 cm土壤有效磷含量最高，是棉花連作的2倍左右，且土壤速效鉀含量明顯高于棉花連作，在0～40 cm土層花生連作的土壤全氮含量最高，棉花-花生輪作的土壤水解氮含量最高；棉花-花生輪作的花生、棉花產(chǎn)量均高于連作棉花、連作花生，且棉花-花生輪作，較花生-花生連作的花生增產(chǎn)16.33%；2017年花生-棉花輪作下，棉花產(chǎn)量較棉花輪作增產(chǎn)8.2%。

【結(jié)論】棉花-花生輪作模式可以提高連作棉田土壤肥力，提高棉花和花生產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：輪作；棉花；花生；土壤養(yǎng)分；產(chǎn)量

中圖分類(lèi)號(hào)：S344.1；S15"" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"" 文章編號(hào)：1001-4330（2024）07-1657-09

0 引 言

【研究意義】新疆是我國(guó)棉花的主產(chǎn)區(qū)，近年來(lái)新疆棉花種植面積在2 499×103 hm2左右，占新疆總耕地面積的1/3，新疆棉花面積總產(chǎn)、單產(chǎn)均列全國(guó)第一［1］。但隨著棉花種植年限的增加，棉花連作時(shí)間長(zhǎng)將造成土壤養(yǎng)分不均衡、用地養(yǎng)地不協(xié)調(diào)、土傳病害加重［2］。花生是我國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，也是重要的油料作物，較耐貧瘠，作為豆科植物，本身具有固氮作用［2、3］，可以減少氮肥的使用。棉花-花生間作可以作為一種改善土壤肥力的耕作措施，不僅可以提高作物產(chǎn)量，而且具有一定的生態(tài)效益，花生固氮可以為棉花提供氮素，棉花根系可以活化土壤中的磷為花生所吸收［2］。棉花-花生間作過(guò)程中存在一定的養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)，但棉花-花生輪作可以避免這種養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)，研究棉花-花生輪作對(duì)土壤速效養(yǎng)分及其產(chǎn)量的影響，對(duì)新疆綠洲農(nóng)區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整具有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】唐朝輝等［4］研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)甘薯-花生輪作可有效緩解花生連作障礙，提高花生產(chǎn)量和品質(zhì)；范業(yè)賡等［5］研究發(fā)現(xiàn)，甘蔗輪作青飼玉米和花生，促進(jìn)了甘蔗生產(chǎn)提質(zhì)增效，輪作提高了土壤中微生物數(shù)量和相關(guān)酶活性，進(jìn)一步改善了蔗區(qū)酸性土壤的pH值，加速土壤有效養(yǎng)分的釋放，在促進(jìn)甘蔗的生長(zhǎng)發(fā)育的同時(shí)緩解連作障礙。姚凡云等［6］研究發(fā)現(xiàn)，半干旱區(qū)玉米-花生輪作、秸稈還田改善了作物播前的土壤水分狀況，花生種植區(qū)土壤平均含水量提高了11.0%～13.9%，同時(shí)，玉米-花生輪作模式下，耕地中的速效氮含量將增加，并且豆科作物收獲后，殘留的作物碎片和腐爛的作物根將釋放有機(jī)氮化物，從而提高耕地中土壤的有效養(yǎng)分含量。Zhao等［7］研究發(fā)現(xiàn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中輪作的模式開(kāi)展，具有較高的產(chǎn)量和收益，豆科植物與小麥輪作的增產(chǎn)幅度較無(wú)豆科植物與小麥輪作高14.0％；李銀水等［8］研究發(fā)現(xiàn)，花生-油菜輪作周年的產(chǎn)投比均以花生高鉀、油菜低鉀處理最高，在輪作周年鉀肥總用量有限條件下，將鉀肥適當(dāng)前移至花生生長(zhǎng)季有利于提高肥料利用率?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】關(guān)于新疆棉花-花生輪作后土壤養(yǎng)分變化未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。需要研究新疆棉花-花生輪作后作物產(chǎn)量變化以及土壤養(yǎng)分變化規(guī)律?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用多年長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，分析棉花-花生輪作模式下不同土層土壤的養(yǎng)分變化，以及對(duì)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的影響，為新疆耕地用養(yǎng)結(jié)合提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)點(diǎn)位于新疆烏魯木齊市新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗(yàn)場(chǎng)。

試驗(yàn)于2016年5月至2020年5月進(jìn)行（選擇2016～2017年試驗(yàn)數(shù)據(jù)）。試驗(yàn)地前茬為油菜，土壤為灰漠土，土壤肥力中等，播種前施1.2×104 kg/hm2農(nóng)家肥及 450 kg/hm2 （NH4）2HPO4用作底肥。棉花品種為新陸早50號(hào)，花生品種為花育9610（均由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供）。

棉花、花生后期追肥田間管理按常規(guī)進(jìn)行，氮、磷施用量采用當(dāng)?shù)刈罴咽┓柿俊?/p>

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以英國(guó)洛桑研究所（Rothamsted Research）長(zhǎng)期定位試驗(yàn)為參照，處理包括2個(gè)2 年為一輪的輪作模式。

試驗(yàn)為長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，試驗(yàn)田地勢(shì)平坦、肥力均勻一致。按輪作作物設(shè)棉花-花生，花生-棉花、花生-花生（對(duì)照，CK）、棉花-棉花（對(duì)照，CK）4個(gè)處理。每個(gè)處理 3個(gè)重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)，小區(qū)為 12 m×15 m，面積 180 m2，小區(qū)間走道 0.5 m，重復(fù)間走道 1 m，四周設(shè) 1 m 保護(hù)行。小區(qū)面積1 334 m2，各作物行、株（穴）距按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田標(biāo)準(zhǔn)。采用地膜覆蓋栽培，播種及田間管理按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田進(jìn)行。不同輪作模式、不同處理間每年或每輪作周期施入肥料總量一致。表1，圖1

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

各輪作作物收獲后取土樣，各小區(qū)采用5點(diǎn)采樣法，采集0～20 cm， 20～40 cm，40～60 cm土層土壤，去雜，自然風(fēng)干，將5點(diǎn)土壤充分混合后保存500 g。土壤全氮采用凱氏定氮法測(cè)定； 土壤全磷測(cè)定：HClO4-H2SO4 消煮法；土壤全鉀測(cè)定：NaOH熔融，火焰光度計(jì)法（GB-7854-87）；土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定：重鉻酸鉀容量法； 土壤速效磷測(cè)定：0.5 mol L-1NaHCO3； 土壤速效鉀測(cè)定：NH4OAc 浸提，火焰光度計(jì)法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)利用 Excel 2010進(jìn)行整理及圖表制作，使用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析，多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉花-花生輪作對(duì)土壤全氮的影響

研究表明，不同種植模式下，同一土層土壤全氮含量差異顯著。2016～2017年隨著土層深度的增加，土壤全氮含量降低。2016年花生-花生連作下，隨著土層深度的增加土壤中全氮含量降低較顯著，而棉花-棉花連作下，土壤全氮含量變化較小，在20～40 cm與40～60 cm土層全氮含量無(wú)變化（0.05%）；但在0～40 cm土層中，花生-花生連作下土壤全氮含量高于棉花-棉花連作，40～60 cm土層中棉花-棉花連作下土壤全氮含量高于花生-花生連作；2017年在0～20 cm土層，花生-花生連作、棉花-花生輪作下土壤全氮含量高于棉花-棉花連作、花生-棉花輪作，但在20～40 cm土層全氮含量低于棉花-棉花連作、花生-棉花輪作。圖2

2.2 棉花-花生輪作下對(duì)土壤全磷的影響

研究表明，不同連作下，同一土層土壤全磷含量差異顯著。2016年花生試驗(yàn)地土壤全磷含量隨著土層深度的增加逐漸增加，而棉花試驗(yàn)地全磷含量變化較?。?017年花生-花生連作、棉花-花生輪作0～20 cm土層全磷含量高于棉花-棉花連作、花生-棉花輪作，且花生-棉花輪作全磷含量最低（0.63 g/kg）；在20～40 cm土層花生-棉花輪作全磷含量高于棉花-棉花連作，棉花-花生輪作在40～60 cm土層棉花-棉花連作下土壤全磷含量最高（1.71 g/kg）。圖3

2.3 棉花-花生輪作對(duì)土壤全鉀的影響

研究表明，不同種植模式下，同一土層土壤全鉀含量差異顯著；在2016年棉花、花生試驗(yàn)地土壤全鉀含量變化較??； 2017年花生-花生連作下土壤全鉀含量隨著土層深度的增加含量降低，而棉花-棉花連作下全鉀含量隨著土層深度的增加而增加，花生-棉花輪作，棉花-花生輪作下，土壤全鉀含量變化趨勢(shì)一樣，但是變化幅度較小；在0～20 cm土層棉花-花生輪作下土壤全鉀含量最高（46.70 mg/kg），最低的是花生-棉花輪作（25.12 mg/kg），在20～40 cm土層，棉花-花生輪作下土壤全鉀含量最高（23.21 mg/kg），花生-花生連作最低（17.89 mg/kg），棉花主要吸收20 cm土層的鉀。圖4

2.4 棉花-花生輪作對(duì)土壤中有效磷的影響

研究表明，不同種植模式下同一土層土壤有效磷差異顯著。2016年不同土層土壤有效磷含量在花生-花生連作下最高，在20～40 cm土層，棉花-棉花連作有效磷含量與花生-花生連作差異不顯著；2017年，在0～20 cm土層中棉花-花生輪作下土壤有效磷含量最高（17.65 mg/kg），其次是花生-花生連作（17.26 mg/kg），棉花-棉花連作最低（7.45 mg/kg），在20～40 cm土層下，花生-花生連作下土壤有效磷含量最高，其次是棉花-花生輪作，而在40～60 cm土層棉花-棉花連作下土壤有效磷含量最高，棉花主要吸收0～20 cm土層的有效磷，花生主要吸收40～60 cm土層的有效磷。圖5

2.5 棉花-花生輪作對(duì)土壤中速效鉀的影響

研究表明，不同種植模式下同一土層土壤速效鉀差異顯著。2016年在20～40 cm土層中差異較大；而在40～60 cm土層中花生-花生連作的速效鉀小于棉花-棉花連作；2017年0～20 cm棉花-花生輪作下土壤速效鉀含量最高，棉花-棉花連作下土壤速效鉀含量最低，在20～40 cm、40～60 cm土層中花生-花生連作下土壤速效鉀含量最低，在20～40 cm含量最高的棉花-棉花連作，在40～60 cm土層中速效鉀含量最高的是棉花-花生輪作（78.0 g/kg）。圖6

2.6 棉花-花生輪作對(duì)土壤中水解氮的影響

研究表明，不同種植模式下同一土層土壤水解氮差異顯著。2016年在0～20 cm土層中土壤水解氮在2種種植模式下差異顯著，在20～60 cm土層差異不顯著；2017年在0～20 cm、20～40 cm土層中棉花-花生輪作下土壤水解氮含量最高，在花生-花生連作下土壤水解氮含量最低；40～60 cm土層中棉花-花生輪作下土壤水解氮含量最高（89.06 mg/kg）。圖7

2.7 棉花-花生輪作對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)的影響

研究表明，在不同種植模式下，同一土層土壤有機(jī)質(zhì)含量差異顯著，2016年花生試驗(yàn)地土壤有機(jī)質(zhì)含量在0～20 cm、20～40 cm土層高于棉花試驗(yàn)地，且在0～20 cm土層差異顯著， 而在40～60 cm土層低于棉花試驗(yàn)地；2017年在0～20 cm土層下花生-花生連作有機(jī)質(zhì)含量最高（20.6 g/kg），而20～40 cm土層下棉花-花生輪作有機(jī)質(zhì)含量最高（17.55 g/kg）；隨著土層深度的增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量降低，而棉花-花生輪作下，隨著土層深度的增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量降低幅度較小。圖8

2.8 棉花-花生輪作對(duì)作物產(chǎn)量的影響

研究表明，其中2016年、2017年棉花連作產(chǎn)量低于花生-棉花輪作，且差異不顯著（P＞0.05）；棉花-花生輪作下的花生產(chǎn)量高于花生-花生連作，且差異顯著（P＜0.05），2016年棉花-花生輪作花生單產(chǎn)475.00 kg/667m2，較花生-花生連作增產(chǎn)16.33%；2017年棉花-花生輪作的花生較連作花生增產(chǎn)3.39%。棉花花生輪作較棉花連作，棉花產(chǎn)量均表現(xiàn)增產(chǎn)，其中2016年增產(chǎn)1.4%，2017年增產(chǎn)8.2%。表1

3 討 論

3.1 棉花-花生輪作對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

土壤氮磷鉀以及有機(jī)質(zhì)含量是土壤肥力的主要指標(biāo)，棉花-花生輪作模式對(duì)土壤養(yǎng)分含量的積累和再利用，起到了至關(guān)重要的作用。研究表明［9-11］，輪作模式有利于減少氮肥的施加，因?yàn)橐环矫娑箍浦参锉旧砭哂泄痰淖饔?，另一方面豆科植物可以將空氣中的氮轉(zhuǎn)化成作物所需的氮元素，所以豆科植物的種植對(duì)提高土壤中氮含量起著相當(dāng)重要作用。通過(guò)分析輪作模式對(duì)土壤中氮含量的影響以及不同深度土壤中氮含量的研究發(fā)現(xiàn)，在0～40 cm土層花生連作種植模式下土壤全氮含量最高，棉花-花生輪作下，土壤中水解性氮含量最高，說(shuō)明棉花-花生輪作可以提高土壤中氮素含量，與鄭永美等［12］、田麗彬等［13］、張曉娜等［14］研究花生作物豆科作物在與其他作物間作、輪作過(guò)程中具有顯著的增氮作用研究結(jié)果一致。

Feiziene等［15］研究發(fā)現(xiàn)，豆科植物同其他作物輪作過(guò)程中，可有效提高土壤有效磷的含量，試實(shí)驗(yàn)中，采用棉花-花生輪作模式，土壤中的有效磷含量0～20 cm最高，是棉花連作的2倍左右，花生相對(duì)于錦葵科植物更能吸收磷素養(yǎng)分，花生

相對(duì)于大豆根際能分泌更多的有機(jī)酸，并且吸收鈣元素能力強(qiáng)，因此吸收磷元素能力也強(qiáng)。從輪作模式和土層深度進(jìn)行分析，土層深度可以單獨(dú)影響土壤有效磷含量，隨土層深度的增加，有效磷的含量逐漸降低，不同處理也間接影響土壤有效磷含量，豆科植物根際附著根瘤菌，根瘤菌以磷固氮作用使得土壤磷素均聚集在豆科作物的根際周?chē)顚拥耐寥烙行Я缀枯^低。

研究表明［16.17.18］，豆科植物對(duì)于鉀素養(yǎng)分的要求較高，土壤膠體中鉀素養(yǎng)分析出較多。研究中棉花-花生輪作且0～20 cm土壤速效鉀含量明顯高于棉花連作。與此同時(shí)豆科作物根瘤菌固氮作用，對(duì)于鉀素養(yǎng)分需求較高，將土壤中鉀素解離出來(lái)，提高土壤中速效鉀的含量，降低深層土壤中速效鉀的含量。

不同作物之間進(jìn)行輪作可以提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)土壤肥力［19-21］。Zuber等［22］、Campbell等［23］研究發(fā)現(xiàn)，在作物輪作連作下，增加作物的種類(lèi)可以顯著提高土壤有機(jī)物含量，且與休閑地相比，輪作次數(shù)越高土壤有機(jī)質(zhì)含量增加越多，主要是因?yàn)樾蓍e地、連作的過(guò)程中土壤中的有機(jī)碳礦化速率增加；研究發(fā)現(xiàn)棉花-花生輪作模式下土壤機(jī)質(zhì)含量明顯高于棉花連作，花生-棉花輪作，同時(shí)發(fā)現(xiàn)花生-棉花輪作模式下土壤機(jī)質(zhì)含量低于花生連作，輪作作物的順序?qū)ν寥赖挠袡C(jī)物含量具有顯著的影響，從長(zhǎng)期地位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，種植花生收獲后，0～20 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量高于棉花，種植花生對(duì)長(zhǎng)期連作的棉田進(jìn)行輪作倒茬可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。

3.2 棉花-花生輪作對(duì)作物產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

不同作物的輪作與連作相比可以有效提高作物產(chǎn)量［24-28］，Varvel等［29］研究發(fā)現(xiàn)，多作物輪作相對(duì)于單一作物連作更能降低產(chǎn)量的波動(dòng)，與試驗(yàn)研究結(jié)果相同。韓麗娜［30］等研究發(fā)現(xiàn)，冬油菜-苜蓿輪作2年，冬油菜產(chǎn)量增加了34.9%；輪作可以提高土壤蓄水保墑能力，可以提高作物產(chǎn)量［31.32］。徐文修［33］通過(guò)對(duì)連作8年以上的棉田進(jìn)行不同作物輪作倒茬，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)不同作物的輪作倒茬，連作棉田的土壤肥力得到提高，棉花產(chǎn)量也得到提升；試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)棉花-花生輪作下花生、棉花的產(chǎn)量均高于棉花、花生連作，且棉花-花生輪作下，較花生-花生連作，花生增產(chǎn)16.33%；花生-棉花輪作下，棉花產(chǎn)量較棉花連作增產(chǎn)9%，與前人研究結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

棉花-花生輪作模式下，0～20 cm土壤有效磷含量最高，是連作棉花的2倍左右，且土壤速效鉀含量明顯高于連作棉花，在0～40 cm土層花生連作種植模式下土壤全氮含量最高，棉花-花生輪作下土壤水解性氮含量最高；棉花-花生輪作下的花生、棉花產(chǎn)量均高于連作棉花、連作花生，且棉花-花生輪作下，較花生-花生連作的花生增產(chǎn)16.33%；棉花花生輪作較棉花連作，棉花產(chǎn)量均表現(xiàn)增產(chǎn)，其中2016年增產(chǎn)1.4%，2017年增產(chǎn)8.2%。

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Effects of cotton-peanut rotation on the soil

physicochemical properties and the yield of crop

HOU Xianfei1， LI Qiang1， MIAO haocui1， JIA Donghai1， GU Yuanguo1，

Maimaiyiming Simayi1，CUI Fuyang2

（1. Institute of Economic Crops， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences， Urumqi 830091，China;2. College of Biology and Geography Sciences， Ili Normal University， Yining Xinjiang 835000， China）

Abstract：【Objective】 This project aims to study the changes of soil nutrients and crop yield under cotton-peanut rotation mode in order to provide a theoretical basis for industrial adjustment in oasis agricultural area of Xinjiang.

【Methods】" The experiment was a long-term positioning experiment. According to the rotation crops， there wee four treatments： cotton-peanut， peanut-cotton， peanut-peanut and cotton-cotton （the last two were the control treatment）. Soil samples were collected from 0-20 cm， 20-40 cm， 40-60 cm after the harvest of each rotation crop， and soil organic matter， total nitrogen， total phosphorus， total potassium， hydrolyzed nitrogen， available phosphorus and available potassium were determined.

【Results】 Under the cotton peanut rotation mode， the content of available phosphorus in 0-20 cm soil was the highest， which was about twice that of cotton continuous cropping， and the content of soil available potassium was significantly higher than that of cotton continuous cropping. The content of soil total nitrogen was the highest under the peanut continuous cropping mode in 0-40 cm soil layer， and the content of soil hydrolytic nitrogen was the highest under the cotton peanut cropping mode; In terms of yield， the yield of peanut and cotton under cotton peanut rotation was higher than that of cotton and peanut continuous cropping， and the yield of peanut under cotton peanut planting mode was 16.33% higher than that under peanut planting mode; Under peanut cotton rotation， cotton yield increased by 9% compared with cotton continuous cropping.

【Conclusion】" Cotton-peanut rotation planting mode can improve soil fertility and crop yield in continuous cropping cotton field in Xinjiang.

Key words：crop rotation; cotton；peanut；soil nutrients；yield

Fund project：Xinjiang Uygur Autonomous Region ' Tianshan Talents ' training program ： High-level talents of modern agriculture and animal husbandry （ 2023SNGGGCC018 ）; China Agriculture Research System of MOF and MARA（CARS-13）; Central Guide Local Projects：Cotton， oil， sugar digital precision and efficient production technology system integration and demonstration promotion ' ZYYD2024CG23

Correspondence author： LI Qiang （1989- ）， male， from Xinjiang researcher， PhD， Research direction： oil crop breeding and cultivation， （E-mail） lq19820302@126.com

MIAO Haocui （1981-）， female， researcher， research direction ： peanut cultivation and adversity physiology，（E-mail）mc09876@ 163. com

收稿日期（Received）：

2023-11-30

基金項(xiàng)目：

新疆維吾爾自治區(qū)“天山英才”培養(yǎng)計(jì)劃-現(xiàn)代農(nóng)牧業(yè)高層次人才（2023SNGGGCC018）；財(cái)政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部：國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助（CARS-13）：中央引導(dǎo)地方項(xiàng)目“棉、油、糖數(shù)字精準(zhǔn)高效生產(chǎn)技術(shù)體系集成與示范推廣”（ZYYD2024CG23）

作者簡(jiǎn)介：

侯獻(xiàn)飛（1989- ），男，甘肅慶陽(yáng)人，助理研究員，碩士，研究方向?yàn)橛土献魑镞z傳育種，（E-mail）hou544805196@163.com

通訊作者：

李強(qiáng)（1980-） ，男，新疆人，研究員，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橛土献魑镉N與栽培，（E-mail）lq19820302@126.com

苗昊翠（ 1981- ） ，女，研究員，研究方向?yàn)榛ㄉ耘嗯c逆境生理，（E-mail）mc09876@ 163. com