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摘 要：针对河北省滨海地区夏玉米地土壤耕层变浅、病虫草害严重的问题，以当地习惯的耕作方式免耕为对照，设置深翻30 cm后旋耕（T1）、深松40 cm后旋耕（T2）、旋耕（T3）3种耕作方式，分析各处理对土壤水分及夏玉米生长发育的影响。研究结果表明，T1或T2处理均提高了土壤耕层含水量，其中以深松40 cm后旋耕保墒效果最佳；T1或T2处理均增大了玉米叶面积指数、穗长、穗粒数、千粒质量和产量，降低了空秆率，其中以播前深松40 cm后旋耕效果最佳。本研究选用的3种耕作措施中，播前先深松40 cm再翻耕的耕作方式最适宜该地区。
关键词：夏玉米；耕作方式；土壤水分；滨海地区
中图分类号： S513；S565.1 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.08.023
Abstract：The soil characters of Hebei Province in coastal area are that the top layer becomes shallow， and the diseases and insect pests and weeds are serious problems. According to the characters， 3 kinds of tillage managements were designed to study the effects of different tillage managements on soil moisture and development of summer maize. CK was the tillage， the others were deep plowing 30 cm after rotary （T1）， sub-soiling 40 cm after rotary （T2） and rotary （T3）. The results showed that T1 or T2 treatments could improve soil topsoil moisture， and T2 keeping moisture effect was the best. T1 and T2 treatments increased maize leaf area index， grain numbers per spike， spike length， TKW （thousand kernel weight） and grain yield， reduced the rate of empty stalk， the effect of T2 was better than that of T1. The sub-soiling 40 cm after rotary was the best tillage managements.
Key words： summer corn；tillage methods；soil moisture；coastal areas
夏玉米免耕播种技术已在我国北方小麦玉米一年两熟旱作区进行了大面积的推广应用， 对于夏玉米抢时播种、提高产量起到了积极作用[1]。但是，随着免耕年限的增加，夏玉米地的涝害、草害、病虫鼠害等日益严重。此外，免耕的同时伴随着化肥多年过量施入，造成土壤耕层越来越浅、犁底层厚且坚硬，保水能力下降，从而限制了作物产量的提高[2]。许多研究表明[3-6]，合理的耕作措施可以改善土壤结构，提高土壤的持水性能，增加作物对水分及养分的吸收，有利于植物的生长发育。本研究针对河北省黄骅滨海地区玉米产区的实际情况，设置不同耕作方式，分析其对土壤水分、夏玉米生长发育及产量等指标的影响，探讨适合该地区的科学有效的耕作方式。
1 材料和方法
1.1 试验设计
黄骅位于东经117°05'～117°49'，北纬38°09'～38°39' ，属暖温带半湿润季风气候区。因临近渤海湾而略带海洋性气候特征，季风显著。年平均降雨567.9 mm，雨热同季，气候温和，无霜期210 d。
试验设在黄骅市大贾乡云庄村，该试验地近20年来没有进行深翻或深松，属于滨海盐化黏潮土区。土壤全氮、全磷、全钾含量分别为1.46，1.00，10.09 g·kg-1；速效氮、速效磷、速效钾分别为98.91，6.90，154.51 mg·kg-1；有机质含量为6.54 g·kg-1；全盐含量为0.19%；pH值为7.77。
从2013年开始，按照当地耕作习惯实施夏整地。试验设深翻30 cm后旋耕（T1）、深松40 cm后旋耕（T2）、旋耕（T3）和免耕 （CK）共4个处理。大区设计，不设重复，每区面积为1 020 m2。
6月下旬播种，播种密度为4 800株·667 m-2。播前条施复合肥30 kg·667 m-2作为底肥，于大喇叭口追施46%的尿素20 kg·667 m-2。玉米品种为郑单958，玉米生育期间按当地习惯进行田间管理。
1.2 测定项目及方法
在苗期、大喇叭口期、成熟期用ECA-SW1土壤水分测定仪测定0～100 cm土壤含水量，用ECA-YL01土壤紧实度仪测定0～40 cm土壤紧实度；苗期、大喇叭口、吐丝期、成熟期测玉米叶面积，计算叶面积指数；在苗期、大喇叭口、吐丝期、成熟期测定株高、穗位叶光合速率、干物产量；收获时测定产量，每处理取3 点，选取有代表性的5穗进行考种。
2 结果与分析
2.1 不同耕作方式对土壤水分状况的影响
由图1可知，在苗期，各土层的土壤含水量T1、T2、T3 处理均大于CK， T2处理的各土层的土壤含水量与CK相比，分别提高7.1，26.8，21.8，17，26.2个百分点，T1 处理相比CK 分别增加6.7，18.6，8.7，9.5，0.8个百分点。 大喇叭口期正值高温季节，是玉米需水的关键时期。各土层水分变化趋势基本一致。在根系较集中的0～40 cm土层中土壤含水量依次为T2>T1>CK>T3，T2极显著高于其他3个处理，较对照提高17.4个百分点；在41～60 cm土层，处理间差异较小，但T2稍低于其他3个处理，原因可能是T2处理利于玉米吸收利用水分。对于61～100 cm土层的土壤含水量，各处理之间差异不显著。
成熟期土壤水分总体下降，这与当时的气候环境和土壤状况有关。在0～20 cm土层，土壤含水量依次为T2>T1>T3>CK处理，3个处理的土壤含水量比对照分别提高16.03，29.8，13.74个百分点。随着土层的增加，土壤含水量逐渐升高，对于21～40 cm土层，T1、T2、T3 处理分别比CK高11.57，40.5，22.3个百分点；对于41～60 cm土层，各个处理分别比CK 高19.8，26.4，15.3个百分点；对于61～100 cm土层的土壤含水量，各处理与CK相近。
2.2 不同耕作方式对土壤紧实度的影响
土壤紧实度由土壤抗剪力、压缩力和摩擦力等构成，是土壤强度的一个合成指标。它主要决定于土壤质地、容量和含水量。其中含水量的影响最大。土壤紧实度可预测土壤承载量、耕性和根系伸展的阻力。土壤紧实度的大小可影响作物根系的穿孔和生长，是一个重要的土壤物理特性指标，常用于评价土壤耕性。紧实的土壤可阻止水分的入渗，降低化肥的利用率，影响植物根系生长，导致作物减产。
由表1可知，随着玉米的生长，土壤的紧实度逐渐增大。但不同的耕作方式对土壤紧实度的影响不同。苗期土壤紧实度顺序为T1 2.3 不同耕作方式对玉米叶面积指数的影响
叶面积指数（Leaf area index，简称LAI）是指单位面积上植物叶片的垂直投影面积的总和，它不仅是进行生物量估算的一个重要参数，也是定量分析地球生态系统能量交换特性的重要参数，还是对农作物产量估算的一个重要参数[7]。
从图2可以看出，不同生育时期叶面积指数不同，从出苗到吐丝期叶面积指数不断增大，从吐丝期到成熟期叶面积指数逐渐降低，整个生育期叶面积指数变化成倒U形曲线分布。
由表2可知，不同耕作方式对玉米叶面积指数的影响不同。在整个生育时期，T2处理叶面积指数最大，显著高于对照。苗期和大喇叭口期，T2和T1、T3差异不显著。到了吐丝期，叶面积指数顺序为T2>T1>T3>CK，分别比CK增加13.6%，7.3%，1.5%；成熟期，叶面积指数的大小次序与吐丝期相同，T1、T2分别比CK高出9.04%，12.06%，T3与CK的差异没有达到显著水平。这说明深松40 cm后旋耕和深翻30 cm后旋耕均能有效增大叶面积指数，延缓叶片衰老，促进玉米增产。但是，深松40 cm后旋耕这种耕作方式的促进作用最大。
2.4 不同耕作方式对玉米株高的影响
株高是反映玉米生长状况的一个有效指标。不同耕作方式对夏玉米株高的影响见表3。在整个生育期内，玉米植株高度的变化呈现出先快后慢的趋势，到了吐丝期，植株达到最大值，在成熟期株高略有下降，与先前他人的研究相同[8-13]。在4种不同的耕作方式下，旋耕对苗期株高的影响最大，显著高于其他3个处理。但是，到了大喇叭口期以后，这4种整地方式对玉米株高的影响差异并没有达到显著水平。
2.5 不同耕作方式对植物干物质积累的影响
由表4可知，苗期干物质量依次为T2=T3>T1=CK处理，处理间相差较小；大喇叭口期干物质量依次为T2>T1>T3>CK，干物质量分别比CK高出80.4%，37%和17.4%；吐丝期不同处理下植株的干物质积累大小为CK>T1>T3>T2；成熟期不同处理下植株的干物质积累大小为T1>T2>T3>CK，分别比CK高26.7%，21.8%和20%，但T1和T2之间差异不显著。
以上结果表明，秋季深松40 cm之后再旋耕一遍的耕作方式与其他处理相比，植株的整体素质最好。
2.6 不同耕作方式对玉米产量及植株性状的影响
试验结果（表5）表明，深松40 cm后旋耕（T2）处理产量最高，达7 593.87 kg·hm-2，比CK（对照）提高29.53%，与其他几个处理之间有显著差异。4个处理的产量表现为T2>T1>T3>CK。
各处理的成苗数比CK（免耕）分别高2.26%，12.43%，3.96%，总体趋势是T2（深松40 cm后旋耕）>T3（旋耕） >T1（深翻30 cm后旋耕）>CK（免耕）；穗粒数表现为T1>T3>T2>CK，T2和T3之间差异不显著；空秆率由小到大是T2 综上所述，在环渤海雨养旱作区深翻、深松和旋耕均能提高夏玉米产量，但深松40 cm后旋耕这种耕作方式最有利于该地区夏玉米增产。
3 结 论
（1）在滨海旱作区不同耕作方式的土壤保水能力和紧实度不同。深翻30 cm后旋耕和深松40 cm后旋耕均比当地习惯性耕作方式——免耕能提高土壤蓄水能力，降低土壤紧实度。在夏玉米根系分布密集的耕层中，以深松40 cm后旋耕这种耕作方式的保墒和降低紧实度效果最好。
（2）深松40 cm后旋耕和深翻30 cm后旋耕均能有效增大叶面积指数，延缓叶片衰老，促进玉米增产。但是，深松40 cm后旋耕这种耕作方式的促进作用最大。
（3）深松40 cm后旋耕和深翻30 cm后旋耕处理不同程度地改善了玉米的产量性状，增大了穗粒数、穗长和千粒质量，降低了空秆率。其中，深松40 cm后旋耕的增产效果最明显。试验结果表明，从提高土壤保水能力、促进植株生长、增加玉米产量的角度，结合黄骅滨海雨养旱作区现状，最适合该地区的耕作措施为“深松40 cm后旋耕”。 参考文献：
[1] 王秀，赵四申，高清海，等.夏玉米免耕播种不同机械施肥方式的生态及经济效益分析[J].河北农业大学学报，2000，23（1）：85-87.
[2] 孙建利.过量使用化肥危害的思考[J].资源与环境科学，2010（16）：278-279.
[3] 李旭，闫洪奎，曹敏建，等.不同耕作方式对土壤水分及玉米生长发育的影响[J].玉米科学，2009，17（6）：76-78，81.
[4] 付国占，李潮海，王俊忠，等.残茬覆盖与耕作方式对夏玉米叶片衰老代谢和籽粒产量的影响[J]. 西北植物学报， 2005， 25（1） ： 0155-0160.
[5] 李少昆，王克如，冯聚凯，等.玉米秸秆还田与不同耕作方式下影响小麦出苗的因素[J].作物学报，2006，32（3）：463-465.
[6] 刘海忠，王保强，武玉华，等.小麦、夏玉米两茬秸秆还田不同耕作方式施肥技术研究[J].河北农业大学学报，2004，27（3）：7-9.
[7] 许迪， Schmid R，Mermoud A.耕作方式对土壤水动态变化及夏玉米产量的影响[J].农业工程学报，1999，15（3）：101-106
[8] 闫海丽，张淑香，严凯兵，等.冷凉地区不同耕作措施对土壤环境和作物生长发育的影响[J]. 中国土壤与肥料，2006（4）：16-19.
[9] 张伟，张冬梅，樊修武，等.不同耕作方式对旱地土壤环境和玉米产量的影响[J].山西农业科学，2010（7）：44-47.
[10] 胡守林，张改生，郑德明，等.不同耕作方式玉米地下部生长发育及土壤水分状况的研究[J].水土保持研究，2006（4）：223-225.
[11] 李永平，王孟本，史向远，等.不同耕作方式对土壤理化性状及玉米产量的影响[J].山西农业科学，2012（7）：723-727.
[12] 王鸿斌，赵兰坡.不同耕作制度对土壤渗透性和玉米生长的影响研究[J].水土保持学报，2005（6）：2 825-2 827.
[13] 张国合，常建智，李彦昌，等. 不同耕作方式对夏玉米生长发育及产量的影响[J].河南农业科学，2013（11）：14-16.
关键词：夏玉米；耕作方式；土壤水分；滨海地区
中图分类号： S513；S565.1 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.08.023
Abstract：The soil characters of Hebei Province in coastal area are that the top layer becomes shallow， and the diseases and insect pests and weeds are serious problems. According to the characters， 3 kinds of tillage managements were designed to study the effects of different tillage managements on soil moisture and development of summer maize. CK was the tillage， the others were deep plowing 30 cm after rotary （T1）， sub-soiling 40 cm after rotary （T2） and rotary （T3）. The results showed that T1 or T2 treatments could improve soil topsoil moisture， and T2 keeping moisture effect was the best. T1 and T2 treatments increased maize leaf area index， grain numbers per spike， spike length， TKW （thousand kernel weight） and grain yield， reduced the rate of empty stalk， the effect of T2 was better than that of T1. The sub-soiling 40 cm after rotary was the best tillage managements.
Key words： summer corn；tillage methods；soil moisture；coastal areas
夏玉米免耕播种技术已在我国北方小麦玉米一年两熟旱作区进行了大面积的推广应用， 对于夏玉米抢时播种、提高产量起到了积极作用[1]。但是，随着免耕年限的增加，夏玉米地的涝害、草害、病虫鼠害等日益严重。此外，免耕的同时伴随着化肥多年过量施入，造成土壤耕层越来越浅、犁底层厚且坚硬，保水能力下降，从而限制了作物产量的提高[2]。许多研究表明[3-6]，合理的耕作措施可以改善土壤结构，提高土壤的持水性能，增加作物对水分及养分的吸收，有利于植物的生长发育。本研究针对河北省黄骅滨海地区玉米产区的实际情况，设置不同耕作方式，分析其对土壤水分、夏玉米生长发育及产量等指标的影响，探讨适合该地区的科学有效的耕作方式。
1 材料和方法
1.1 试验设计
黄骅位于东经117°05'～117°49'，北纬38°09'～38°39' ，属暖温带半湿润季风气候区。因临近渤海湾而略带海洋性气候特征，季风显著。年平均降雨567.9 mm，雨热同季，气候温和，无霜期210 d。
试验设在黄骅市大贾乡云庄村，该试验地近20年来没有进行深翻或深松，属于滨海盐化黏潮土区。土壤全氮、全磷、全钾含量分别为1.46，1.00，10.09 g·kg-1；速效氮、速效磷、速效钾分别为98.91，6.90，154.51 mg·kg-1；有机质含量为6.54 g·kg-1；全盐含量为0.19%；pH值为7.77。
从2013年开始，按照当地耕作习惯实施夏整地。试验设深翻30 cm后旋耕（T1）、深松40 cm后旋耕（T2）、旋耕（T3）和免耕 （CK）共4个处理。大区设计，不设重复，每区面积为1 020 m2。
6月下旬播种，播种密度为4 800株·667 m-2。播前条施复合肥30 kg·667 m-2作为底肥，于大喇叭口追施46%的尿素20 kg·667 m-2。玉米品种为郑单958，玉米生育期间按当地习惯进行田间管理。
1.2 测定项目及方法
在苗期、大喇叭口期、成熟期用ECA-SW1土壤水分测定仪测定0～100 cm土壤含水量，用ECA-YL01土壤紧实度仪测定0～40 cm土壤紧实度；苗期、大喇叭口、吐丝期、成熟期测玉米叶面积，计算叶面积指数；在苗期、大喇叭口、吐丝期、成熟期测定株高、穗位叶光合速率、干物产量；收获时测定产量，每处理取3 点，选取有代表性的5穗进行考种。
2 结果与分析
2.1 不同耕作方式对土壤水分状况的影响
由图1可知，在苗期，各土层的土壤含水量T1、T2、T3 处理均大于CK， T2处理的各土层的土壤含水量与CK相比，分别提高7.1，26.8，21.8，17，26.2个百分点，T1 处理相比CK 分别增加6.7，18.6，8.7，9.5，0.8个百分点。 大喇叭口期正值高温季节，是玉米需水的关键时期。各土层水分变化趋势基本一致。在根系较集中的0～40 cm土层中土壤含水量依次为T2>T1>CK>T3，T2极显著高于其他3个处理，较对照提高17.4个百分点；在41～60 cm土层，处理间差异较小，但T2稍低于其他3个处理，原因可能是T2处理利于玉米吸收利用水分。对于61～100 cm土层的土壤含水量，各处理之间差异不显著。
成熟期土壤水分总体下降，这与当时的气候环境和土壤状况有关。在0～20 cm土层，土壤含水量依次为T2>T1>T3>CK处理，3个处理的土壤含水量比对照分别提高16.03，29.8，13.74个百分点。随着土层的增加，土壤含水量逐渐升高，对于21～40 cm土层，T1、T2、T3 处理分别比CK高11.57，40.5，22.3个百分点；对于41～60 cm土层，各个处理分别比CK 高19.8，26.4，15.3个百分点；对于61～100 cm土层的土壤含水量，各处理与CK相近。
2.2 不同耕作方式对土壤紧实度的影响
土壤紧实度由土壤抗剪力、压缩力和摩擦力等构成，是土壤强度的一个合成指标。它主要决定于土壤质地、容量和含水量。其中含水量的影响最大。土壤紧实度可预测土壤承载量、耕性和根系伸展的阻力。土壤紧实度的大小可影响作物根系的穿孔和生长，是一个重要的土壤物理特性指标，常用于评价土壤耕性。紧实的土壤可阻止水分的入渗，降低化肥的利用率，影响植物根系生长，导致作物减产。
由表1可知，随着玉米的生长，土壤的紧实度逐渐增大。但不同的耕作方式对土壤紧实度的影响不同。苗期土壤紧实度顺序为T1
叶面积指数（Leaf area index，简称LAI）是指单位面积上植物叶片的垂直投影面积的总和，它不仅是进行生物量估算的一个重要参数，也是定量分析地球生态系统能量交换特性的重要参数，还是对农作物产量估算的一个重要参数[7]。
从图2可以看出，不同生育时期叶面积指数不同，从出苗到吐丝期叶面积指数不断增大，从吐丝期到成熟期叶面积指数逐渐降低，整个生育期叶面积指数变化成倒U形曲线分布。
由表2可知，不同耕作方式对玉米叶面积指数的影响不同。在整个生育时期，T2处理叶面积指数最大，显著高于对照。苗期和大喇叭口期，T2和T1、T3差异不显著。到了吐丝期，叶面积指数顺序为T2>T1>T3>CK，分别比CK增加13.6%，7.3%，1.5%；成熟期，叶面积指数的大小次序与吐丝期相同，T1、T2分别比CK高出9.04%，12.06%，T3与CK的差异没有达到显著水平。这说明深松40 cm后旋耕和深翻30 cm后旋耕均能有效增大叶面积指数，延缓叶片衰老，促进玉米增产。但是，深松40 cm后旋耕这种耕作方式的促进作用最大。
2.4 不同耕作方式对玉米株高的影响
株高是反映玉米生长状况的一个有效指标。不同耕作方式对夏玉米株高的影响见表3。在整个生育期内，玉米植株高度的变化呈现出先快后慢的趋势，到了吐丝期，植株达到最大值，在成熟期株高略有下降，与先前他人的研究相同[8-13]。在4种不同的耕作方式下，旋耕对苗期株高的影响最大，显著高于其他3个处理。但是，到了大喇叭口期以后，这4种整地方式对玉米株高的影响差异并没有达到显著水平。
2.5 不同耕作方式对植物干物质积累的影响
由表4可知，苗期干物质量依次为T2=T3>T1=CK处理，处理间相差较小；大喇叭口期干物质量依次为T2>T1>T3>CK，干物质量分别比CK高出80.4%，37%和17.4%；吐丝期不同处理下植株的干物质积累大小为CK>T1>T3>T2；成熟期不同处理下植株的干物质积累大小为T1>T2>T3>CK，分别比CK高26.7%，21.8%和20%，但T1和T2之间差异不显著。
以上结果表明，秋季深松40 cm之后再旋耕一遍的耕作方式与其他处理相比，植株的整体素质最好。
2.6 不同耕作方式对玉米产量及植株性状的影响
试验结果（表5）表明，深松40 cm后旋耕（T2）处理产量最高，达7 593.87 kg·hm-2，比CK（对照）提高29.53%，与其他几个处理之间有显著差异。4个处理的产量表现为T2>T1>T3>CK。
各处理的成苗数比CK（免耕）分别高2.26%，12.43%，3.96%，总体趋势是T2（深松40 cm后旋耕）>T3（旋耕） >T1（深翻30 cm后旋耕）>CK（免耕）；穗粒数表现为T1>T3>T2>CK，T2和T3之间差异不显著；空秆率由小到大是T2
3 结 论
（1）在滨海旱作区不同耕作方式的土壤保水能力和紧实度不同。深翻30 cm后旋耕和深松40 cm后旋耕均比当地习惯性耕作方式——免耕能提高土壤蓄水能力，降低土壤紧实度。在夏玉米根系分布密集的耕层中，以深松40 cm后旋耕这种耕作方式的保墒和降低紧实度效果最好。
（2）深松40 cm后旋耕和深翻30 cm后旋耕均能有效增大叶面积指数，延缓叶片衰老，促进玉米增产。但是，深松40 cm后旋耕这种耕作方式的促进作用最大。
（3）深松40 cm后旋耕和深翻30 cm后旋耕处理不同程度地改善了玉米的产量性状，增大了穗粒数、穗长和千粒质量，降低了空秆率。其中，深松40 cm后旋耕的增产效果最明显。试验结果表明，从提高土壤保水能力、促进植株生长、增加玉米产量的角度，结合黄骅滨海雨养旱作区现状，最适合该地区的耕作措施为“深松40 cm后旋耕”。 参考文献：
[1] 王秀，赵四申，高清海，等.夏玉米免耕播种不同机械施肥方式的生态及经济效益分析[J].河北农业大学学报，2000，23（1）：85-87.
[2] 孙建利.过量使用化肥危害的思考[J].资源与环境科学，2010（16）：278-279.
[3] 李旭，闫洪奎，曹敏建，等.不同耕作方式对土壤水分及玉米生长发育的影响[J].玉米科学，2009，17（6）：76-78，81.
[4] 付国占，李潮海，王俊忠，等.残茬覆盖与耕作方式对夏玉米叶片衰老代谢和籽粒产量的影响[J]. 西北植物学报， 2005， 25（1） ： 0155-0160.
[5] 李少昆，王克如，冯聚凯，等.玉米秸秆还田与不同耕作方式下影响小麦出苗的因素[J].作物学报，2006，32（3）：463-465.
[6] 刘海忠，王保强，武玉华，等.小麦、夏玉米两茬秸秆还田不同耕作方式施肥技术研究[J].河北农业大学学报，2004，27（3）：7-9.
[7] 许迪， Schmid R，Mermoud A.耕作方式对土壤水动态变化及夏玉米产量的影响[J].农业工程学报，1999，15（3）：101-106
[8] 闫海丽，张淑香，严凯兵，等.冷凉地区不同耕作措施对土壤环境和作物生长发育的影响[J]. 中国土壤与肥料，2006（4）：16-19.
[9] 张伟，张冬梅，樊修武，等.不同耕作方式对旱地土壤环境和玉米产量的影响[J].山西农业科学，2010（7）：44-47.
[10] 胡守林，张改生，郑德明，等.不同耕作方式玉米地下部生长发育及土壤水分状况的研究[J].水土保持研究，2006（4）：223-225.
[11] 李永平，王孟本，史向远，等.不同耕作方式对土壤理化性状及玉米产量的影响[J].山西农业科学，2012（7）：723-727.
[12] 王鸿斌，赵兰坡.不同耕作制度对土壤渗透性和玉米生长的影响研究[J].水土保持学报，2005（6）：2 825-2 827.
[13] 张国合，常建智，李彦昌，等. 不同耕作方式对夏玉米生长发育及产量的影响[J].河南农业科学，2013（11）：14-16.