張 婷,唐光輝 ,賀 虹*,李小軍,劉 偉
(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院,陜西楊凌 712100;2.陜西省黃帝陵管理局,陜西黃陵 727300)
黃帝陵古柏林地表昆蟲(chóng)多樣性研究
張 婷1,唐光輝1,賀 虹1*,李小軍2,劉 偉2
(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院,陜西楊凌 712100;2.陜西省黃帝陵管理局,陜西黃陵 727300)
通過(guò)巴氏罐誘集法對(duì)黃帝陵4個(gè)不同類型側(cè)柏林地及1個(gè)對(duì)照樣地進(jìn)行了地表昆蟲(chóng)多樣性研究,從5個(gè)樣地共采集到地表昆蟲(chóng)1816頭,隸屬7目29科,以鞘翅目(占59.65%)和膜翅目(占26.1%)昆蟲(chóng)數(shù)量最多,其中步甲科(占33.75%)、蟻科(占25.98%)、金龜科(占14.88%)是優(yōu)勢(shì)類群。在科級(jí)水平上,物種數(shù)和Shannon-Wiener多樣指數(shù)由高到低的順序均依次為樣地Ⅴ(梨園村古柏林)>樣地Ⅰ(側(cè)柏幼樹(shù)林)>樣地Ⅲ(側(cè)柏中齡林)>樣地Ⅱ(側(cè)柏古樹(shù)林)>樣地Ⅳ(古柏-油松混交林)。樣地間的植被覆蓋率、坡向、人為管理措施等是影響該地域地表昆蟲(chóng)多樣性的主要因素。
地表昆蟲(chóng);昆蟲(chóng)多樣性;古柏林地;黃帝陵
黃帝陵位于陜西省延安市黃陵縣橋山,是中華民族始祖黃帝軒轅氏陵墓的所在地,也是全世界炎黃子孫每年清明節(jié)公祭華夏始祖的中心。
側(cè)柏Platycladusorientalis是黃帝陵景區(qū)主要的樹(shù)種,最為著名的軒轅手植柏至今已有五千年的樹(shù)齡。此外,景區(qū)內(nèi)還有8萬(wàn)多棵古柏,其中上千年的古柏就有3萬(wàn)多株,形成我國(guó)覆蓋面積最大、保存最為完整的古柏林,是黃帝陵最有價(jià)值的自然景觀與歷史遺存?;邳S帝陵古柏承載的特殊人文歷史自然景觀,古柏林的保護(hù)成為非常重要的歷史責(zé)任。長(zhǎng)期以來(lái),許多學(xué)者圍繞黃帝陵古柏林開(kāi)展了相關(guān)研究,包括瀕危古柏保護(hù)和復(fù)壯技術(shù)(王勛陵等,2004;楊玲等,2014);古柏病蟲(chóng)害的發(fā)生及防治(劉銘湯和施德祥,1995;李小軍等,2012);鳥(niǎo)類調(diào)查(梁剛和方榮盛,1997);人為擾動(dòng)對(duì)黃帝陵側(cè)柏生理生態(tài)學(xué)特性的影響(李方民和王勛陵,2003),以及古柏林的健康評(píng)價(jià)和林下天然更新(楊玲等,2014,2015)等。但是,隨著旅游業(yè)的發(fā)展,古柏生境遭到嚴(yán)重的人為干擾,加上植被單一,生境碎片化嚴(yán)重,從而造成古柏樹(shù)勢(shì)衰弱、病蟲(chóng)害頻發(fā)。
昆蟲(chóng)是地球上種類和數(shù)量最多的動(dòng)物類群,昆蟲(chóng)多樣性作為生態(tài)系統(tǒng)多樣性的重要組成部分,是現(xiàn)代生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。昆蟲(chóng)已成為重要的生物指示物種用于生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境監(jiān)測(cè),尤其地表昆蟲(chóng)的種類組成和多樣性水平與生境土壤理化性質(zhì)、地表植被和林木健康生長(zhǎng)狀況等關(guān)系密切(Komonenetal., 2015)。因此,為了黃帝陵古柏林生境的健康評(píng)估和物種多樣性保護(hù),從生態(tài)系統(tǒng)角度加強(qiáng)古柏生境建設(shè),提高古柏自身的病蟲(chóng)害抵御能力,本研究主要對(duì)黃帝陵四種不同類型的側(cè)柏林地表昆蟲(chóng)的組成和多樣性水平進(jìn)行了調(diào)查研究,旨在為加強(qiáng)黃帝陵生物多樣性和古柏生境保護(hù)提供基礎(chǔ)信息。
1.1 研究區(qū)域概況
黃帝陵位于陜西省延安市黃陵縣城西北的橋山上,處于北緯35°35′、東經(jīng)109°15′。該地屬暖溫帶半濕潤(rùn)氣候類型,年平均氣溫9.4℃,年平均降水量630 mm,海拔800-980 m。
1.2 樣地設(shè)置和取樣方法
1.2.1 樣地設(shè)置
在黃帝陵景區(qū)內(nèi)根據(jù)地形和林分類型共設(shè)置4個(gè)樣地,分別為:樣地Ⅰ為側(cè)柏幼樹(shù)林,樣地Ⅱ?yàn)閭?cè)柏古樹(shù)林,樣地Ⅲ為側(cè)柏中齡林,樣地Ⅳ為古柏-油松混交林。此外,在距離黃帝陵最近的梨園村古柏林內(nèi)設(shè)置樣地Ⅴ作為對(duì)照,該地距離黃帝陵15 km,比較偏僻,人為干擾少,與黃帝陵頻繁的人為管理形成對(duì)比,因此選擇該地作為研究黃帝陵景區(qū)內(nèi)地表昆蟲(chóng)多樣性的對(duì)照。各樣地生境特征見(jiàn)表1。
樣地Ⅰ是位于黃帝陵景區(qū)山腳的側(cè)柏幼樹(shù)林,海拔852 m,側(cè)柏林位于陽(yáng)坡但坡度較小。地表植被覆蓋率80%,主要植被有:野棉花Anemonevitifolia、老鶴草Geraniumwilfordiimaxim、酸模Rumexacetosa、大車前Plantagomajor、小車前Plantagominuta、蓍草Achilleasibirca、白蒿HerbaartimisiaeSieversianae、狗尾草Setairaviridisbeauv、透骨草Phrymaleptostachya、赤雹Thladianthadubia、蓼科植物Polygonaceae、多年生蒿類Artemisia、菊科Asteraceae等。
樣地Ⅱ是位于黃帝陵景區(qū)山腰位置的古側(cè)柏林,海拔919 m,古柏林位于陰坡且坡度較大,約40°左右。地表植被較稀疏,植被覆蓋率約40%,主要植被有:蛇莓DuchesneaindicaFock、葎草Humulusjaponicus、狗尾草、透骨草、苦苣菜Sonchusoleraceus、蒲公英Herbataraxac等。
樣地Ⅲ是位于黃帝陵景區(qū)山腰位置的側(cè)柏中齡林,海拔911 m,側(cè)柏林位于陰坡,坡度約27°。由于樣地位于側(cè)柏林的低洼處,距離人行道路較遠(yuǎn),因此植被較為茂盛,植被覆蓋率約95%,主要有:野棉花、老鶴草、酸模、早熟禾Poaannua、蛇莓、蒲公英、葎草、拉拉藤Galiumaparine、野豌豆Viciasepium、蟹甲草Parasenecioforrestii、蓍草、白蒿、狗尾草、透骨草、赤雹、多年生蒿類、菊科等。
樣地Ⅳ是位于黃帝陵景區(qū)山上的古柏-油松混交林,處于黃帝陵景區(qū)海拔最高位置,海拔981 m,位于陰坡但坡度較小,約為16°。地表草本植被稀疏,覆蓋率約55%,主要植被有:野棉花、老鶴草、水芹菜Oenanthejavanica、赤雹、菊科、大車前、蛇莓等。
樣地Ⅴ是位于距離黃帝陵15 km的梨園村古柏林,海拔883 m,位于陽(yáng)面地勢(shì)較平坦。由于人為干擾較少,所以地表植被茂盛,覆蓋率約90%。地表植被與黃帝陵基本一致,主要為灌木和草本植物,包括:薔薇科Rosaceae、狗尾草、野棉花、早熟禾、多年生蒿類、菊科等。各樣地特征見(jiàn)表1。
1.2.2 取樣方法
主要采用巴氏罐誘捕法(Barrattetal.,2015),在直徑7.5 cm、高9 cm、體積450 mL的一次性塑料水杯中加入糖醋引誘液60 mL,將杯子埋入地下,杯口與地表齊平,誘液的質(zhì)量比為糖 ∶醋 ∶酒精 ∶水=1 ∶2 ∶2 ∶20。為了防止雨水溢滿造成標(biāo)本流失,在杯口2 cm處打孔若干。每樣地設(shè)3個(gè)10 m×10 m樣方,每樣方設(shè)9個(gè)陷阱(3×3排列),各樣地均間隔500 m以上。于2015年7月中旬設(shè)置誘捕器,每間隔15 d進(jìn)行一次收集,分別于7月末和8月中收集昆蟲(chóng)兩次,捕獲昆蟲(chóng)用尼龍網(wǎng)過(guò)濾后用75%酒精殺死固定,帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)和分類鑒定。
表1 研究樣地生境特征
1.3 數(shù)據(jù)分析
多樣性分析主要采用物種數(shù)(S)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)、Pielou均勻度指數(shù)(J)和Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(C)進(jìn)行分析,采用Jaccard相似性系數(shù)(q)分析各樣地物種相似性。
(1)物種數(shù)(S):以物種數(shù)來(lái)反映樣地中的物種豐富度;
(2)Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)(H′)評(píng)價(jià)群落的物種多樣性;
(3)Pielou均勻度指數(shù)(J);
J=H′/lnS
(4)Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(C);
以上各式中,pi是群落中第i個(gè)物種的個(gè)體數(shù)量占群落中總個(gè)體數(shù)的比例;S為觀察到物種數(shù)。
(5)Jaccard相似性系數(shù)(q);q=c/(a+b-c)
其中,c為兩個(gè)群落共有的類群數(shù),a和b分別為群落A和群落B的類群數(shù)。根據(jù)相似性系數(shù)原理,判斷相似性程度。當(dāng)q為0-0.25時(shí),為極不相似;當(dāng)q為0.25-0.5時(shí),為中等不相似;q為0.5-0.75時(shí),為中等相似;q大于0.75時(shí),為極相似。
2.1 各樣地昆蟲(chóng)類群及數(shù)量分布
本研究共捕獲到昆蟲(chóng)標(biāo)本1816頭,分別隸屬于7目29科(表2)。鞘翅目和膜翅目的數(shù)量最多,是古柏林地表昆蟲(chóng)的主要組成部分,分別占總個(gè)體數(shù)的59.65%和26.1%。鞘翅目昆蟲(chóng)包括10科,其中步甲科和金龜科的數(shù)量最多,分別占總個(gè)體數(shù)的33.75%和14.88%;其次為葬甲科、叩頭甲科、象甲科和虎甲科分別占總個(gè)體數(shù)的3.01%、2.47%、2.05%和1.72%。膜翅目昆蟲(chóng)包括3個(gè)科,蟻科為優(yōu)勢(shì)類群,占總個(gè)體數(shù)的25.98%。雙翅目昆蟲(chóng)占總個(gè)體數(shù)的6.39%,包括5個(gè)科,其中麻蠅科和實(shí)蠅科數(shù)量較多,各占總個(gè)體數(shù)的1.87%和3.03%。直翅目昆蟲(chóng)占4.89%,其中螽斯科數(shù)量較多,占總個(gè)體數(shù)的4.4%。其它昆蟲(chóng)類群的數(shù)量較少,占總個(gè)體數(shù)的比例均低于1%。
從各個(gè)樣地捕獲的昆蟲(chóng)數(shù)量看,5個(gè)樣地中捕獲的昆蟲(chóng)數(shù)量相差較大,其中樣地Ⅴ(梨園村)的昆蟲(chóng)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于黃帝陵景區(qū)內(nèi)的4個(gè)樣地。但是在黃帝陵景區(qū)內(nèi)的4個(gè)樣地中捕獲的數(shù)量不存在顯著性差異(P>0.05),其中樣地Ⅰ和樣地Ⅲ捕獲的昆蟲(chóng)數(shù)量略高于樣地Ⅱ和樣地Ⅳ,這可能與樣地所處的坡向和植被覆蓋率有關(guān)。從表1可以看出,樣地Ⅰ和樣地Ⅲ位于陽(yáng)坡,地表植被覆蓋率為80%和95%;而樣地Ⅱ和樣地Ⅳ位于陰坡,植被覆蓋率僅為40%和55%,因此,陽(yáng)坡溫暖,植被豐富,更有利于昆蟲(chóng)棲息和活動(dòng)。
表2 不同樣地地表昆蟲(chóng)的組成和個(gè)體數(shù)
鞘翅目和膜翅目昆蟲(chóng)作為黃帝陵地表昆蟲(chóng)的優(yōu)勢(shì)類群,其數(shù)量在各樣地中的分布存在明顯差異(P<0.01)。在鞘翅目昆蟲(chóng)中,優(yōu)勢(shì)類群步甲科和金龜科在5個(gè)樣地中均有分布,但在樣地Ⅴ(梨園村)中數(shù)量遠(yuǎn)大于其他樣地;在膜翅目昆蟲(chóng)中,蟻科昆蟲(chóng)在4個(gè)樣地中有分布,尤其在樣地Ⅴ(梨園村)中數(shù)量最多。這應(yīng)該與各昆蟲(chóng)類群的棲息、取食習(xí)性,以及樣地的生境特征等密切相關(guān)。
2.2 各樣地昆蟲(chóng)群落多樣性指數(shù)和相似性分析
多樣性分析結(jié)果表明(表3):在5個(gè)樣地中,樣地Ⅴ(梨園村)的物種數(shù)(S=31)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H=1.92)均高于其他4個(gè)樣地。多樣指數(shù)由高到低的順序?yàn)闃拥丌?樣地Ⅰ>樣地Ⅲ>樣地Ⅱ>樣地Ⅳ。樣地Ⅰ、樣地Ⅲ和樣地Ⅴ的Pielou均勻性指數(shù)(J)較為接近,分別為0.53、0.53和0.56,而樣地Ⅱ和樣地Ⅳ的Pielou均勻性指數(shù)較低,為0.33和0.32。樣地Ⅴ的Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)最高(C=0.391),其它4個(gè)樣地的較低。
此外,各樣地昆蟲(chóng)群落組成的相似性系數(shù)處于均在0.25-0.5(表4),為中等不相似,說(shuō)明5個(gè)樣地地表昆蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)差異較大,這主要是與各樣地的植被覆蓋率、坡向等因素有關(guān)。
表3 不同樣地地表昆蟲(chóng)多樣性指數(shù)比較
表4 不同樣地地表昆蟲(chóng)群落的相似性系數(shù)(q 值)
黃帝陵景區(qū)樹(shù)種單一,95%以上的樹(shù)種為側(cè)柏,并且林下灌木層和草本層植物種類也比較簡(jiǎn)單。此外,景區(qū)為了安全管理,每年夏季都會(huì)對(duì)林下植被割灌和除草,冬季進(jìn)行枯枝落葉清理,再加上春秋季病蟲(chóng)害的化學(xué)防治和游人踩踏造成的土壤板結(jié),這些人為的活動(dòng)和管理措施都直接影響和干擾昆蟲(chóng)正常的生命活動(dòng),從而又間接影響了地表昆蟲(chóng)的分布及其多樣性水平。本次調(diào)查研究共獲得地表昆蟲(chóng)標(biāo)本1816頭,隸屬于7目29科,景區(qū)內(nèi)的樣地?zé)o論是從采集的昆蟲(chóng)種類,還是從昆蟲(chóng)數(shù)量看,都要低于對(duì)照樣地。從整體采集的昆蟲(chóng)種類和數(shù)量看,鞘翅目和膜翅目的昆蟲(chóng)數(shù)量最多,分別占總個(gè)體數(shù)的59.65%和26.1%,兩者合計(jì)占采集昆蟲(chóng)總數(shù)的85%。鞘翅目是昆蟲(chóng)綱中乃至動(dòng)物界種類最多分布最廣的第一大目,其生態(tài)適應(yīng)性較廣,食性復(fù)雜,能夠在各種環(huán)境中生存,尤其是一些步甲科和金龜子科昆蟲(chóng)主要在地表活動(dòng)和取食,是地表昆蟲(chóng)的優(yōu)勢(shì)類群。此外,膜翅目中的蟻科昆蟲(chóng)也主要是在土壤中筑巢、在地表取食和活動(dòng),況且其為社會(huì)性昆蟲(chóng),不僅種類繁多,而且種群數(shù)量龐大,對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力非常強(qiáng)。因此,這可能是這兩類昆蟲(chóng)在本次研究中占優(yōu)勢(shì)的主要原因。
昆蟲(chóng)與植物在長(zhǎng)期的生長(zhǎng)進(jìn)化過(guò)程中互利共生,關(guān)系密切。植物為昆蟲(chóng)提供了多樣的棲息環(huán)境和食物,而昆蟲(chóng)也為植物授粉、搬運(yùn)植物種子和果實(shí),收集營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),同時(shí)也為植物的生長(zhǎng)提供保護(hù)(欽俊德,1987)。許多研究表明植物的豐富度、組成、蓋度、高度等都會(huì)對(duì)昆蟲(chóng)的多樣性產(chǎn)生直接影響(Root,1973;Strongetal.,1984;Poyryetal.,2006)。尤其地表昆蟲(chóng)主要在林木下層和土壤中取食、筑巢,它們的活動(dòng)不僅影響植被的分布、土壤質(zhì)地,而且它們對(duì)于生境的變化亦十分敏感。從本研究的結(jié)果可以看出,對(duì)照樣地Ⅴ(梨園村)的地表昆蟲(chóng)的物種數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻性指數(shù)和Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)均是5個(gè)樣地中最高的。這主要是因?yàn)樵摰剡h(yuǎn)離景區(qū),處于偏僻的農(nóng)村,人煙稀少,林下灌木茂盛,自然生長(zhǎng),無(wú)人管護(hù),因此地表昆蟲(chóng)多樣性較高。景區(qū)內(nèi)的4個(gè)樣地相比較,發(fā)現(xiàn)樣地Ⅰ和樣地Ⅲ捕獲的昆蟲(chóng)數(shù)量、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)均高于樣地Ⅱ和樣地Ⅳ,這應(yīng)該是與樣地的植被覆蓋率以及所處坡向有關(guān)。從4個(gè)樣地的生境特征可以看出(表1),樣地Ⅰ和樣地Ⅲ位于陽(yáng)坡,地表植被覆蓋率為80%和95%;而樣地Ⅱ和樣地Ⅳ位于陰坡,植被覆蓋率僅為40%和55%。陽(yáng)坡溫暖,植被豐富,為昆蟲(chóng)的棲息和活動(dòng)提供了較為理想的場(chǎng)所。因此,本研究的結(jié)果進(jìn)一步證明了生長(zhǎng)狀態(tài)較好、覆蓋率高的的植被群落中昆蟲(chóng)多樣性較豐富。
人為干擾是黃帝陵昆蟲(chóng)多樣性較低的另一個(gè)主要原因。黃帝陵是國(guó)家級(jí)的風(fēng)景名勝保護(hù)區(qū),景區(qū)林地長(zhǎng)期受到專人看護(hù),但人為的過(guò)度干預(yù)和管理如殺蟲(chóng)劑的使用、割灌除草等對(duì)景區(qū)生態(tài)環(huán)境造成擾動(dòng)。加之景區(qū)內(nèi)客流量大,游客隨意進(jìn)入林地踩踏造成土壤板結(jié),干擾地表昆蟲(chóng)正常的取食和筑巢活動(dòng)。此外,過(guò)度的人為干擾也會(huì)導(dǎo)致植被群落受到影響,如多樣性減少、森林生態(tài)功能下降,從而影響當(dāng)?shù)氐睦ハx(chóng)多樣性(蘇志剛等,2013;楊立軍等,2014)。本研究中對(duì)照樣地Ⅴ地處偏僻,人為干擾少所以昆蟲(chóng)多樣性指數(shù)高于其他樣地。在黃帝陵的4個(gè)樣地中,樣地Ⅲ距離人行道路較遠(yuǎn),受到人為干擾少,因此其采集到的昆蟲(chóng)數(shù)量和多樣性指數(shù)也較高,僅次于樣地Ⅰ。
因此,提高黃帝陵生物多樣性應(yīng)主要采取以下兩方面的措施。首先, 增加植物多樣性,保護(hù)植被群落生境。引進(jìn)更多的樹(shù)種和灌木植物增加森林群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,適當(dāng)減少灌木和草本層割灌,穩(wěn)定地表昆蟲(chóng)生存環(huán)境。其次,減少人為干擾??醋o(hù)人員應(yīng)采取更加合理的管護(hù)措施,如降低農(nóng)藥使用劑量和濃度,同時(shí)建設(shè)圍欄阻止游客進(jìn)入林地踩踏。這些措施都會(huì)增加地表昆蟲(chóng)的多樣性,有利于加強(qiáng)古柏群森林結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,增強(qiáng)古柏樹(shù)勢(shì)、延長(zhǎng)古柏壽命,使古柏持續(xù)發(fā)揮環(huán)境、文化和經(jīng)濟(jì)效益。讓更多的子孫后代能瞻仰黃帝陵古柏群的風(fēng)采,感受中華民族的悠久歷史和文化,寄托對(duì)先祖的敬仰之情。
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Diversity of litter-layer insect ofPlatycladusorientalisforest in Huangdi Mausoleum
ZHANG Ting1,TANG Guang-Hui1,HE Hong1*,LI Xiao-Jun2,LIU Wei2
(1.College of Forestry, Northwest A & F University, Yangling 712100,Shaanxi Province,China;2.Huangling Administration, Huangling 727300, Shaanxi Province, China)
Litter-layer insect communities in 4 different kinds ofPlatycladusorientalisforest in Huangdi Mausoleumand and one control sampling area were investigated by means of pitfall traps. 1816 specimens were collected in five sampling areas, which belonged to 7 orders and 29 families. In these specimens, Coleoptera (accounting for 59.65%)and Hymenoptera (accounting for 26.1%)were the most abundant groups. Carabidae (accounting for 33.75%), Formicidae (accounting for 25.98%)and Scarabaeidae (accounting for 14.88%)were dominant groups.On family level, the species richness and Shannon-Wiener index were the highest in sampling areaⅤ(old cypress forest in Liyuan village), followed by sampling areaⅠ(young cypress forest), sampling area Ⅲ (middle age cypress forest), sampling area Ⅱ (old cypress forest)and sampling area Ⅳ (mixed old cypress and Chinese-pine forest). Insect diversity level is closely related to the factors such as vegetation coverage, slope aspect and management meatures, etc.
Litter-layer insect;insect biodiversity;ancientPlatycladusorientalisforest;Huangdi Mausoleum
林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201404302-4);楊凌示范區(qū)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目(2015NY-32)
張婷,女,1991年生,陜西人,碩士,研究方向?yàn)樯掷ハx(chóng)學(xué),E-mail:18700809458@163.com
*通訊作者Author for correspondence,E-mail:hehong@nwsuaf.edu.cn
Received:2016-01-27;接受日期Accepted:2016-03-17
Q968.1;S433
A
1674-0858(2017)01-0160-07
張婷,唐光輝,賀虹,等.黃帝陵古柏林地表昆蟲(chóng)多樣性研究[J].環(huán)境昆蟲(chóng)學(xué)報(bào),2017,39(1):160-166.