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喷施浓缩沼液对棉花幼苗生长发育和生理特性的影响

更新时间:2009-03-28

施肥是实现作物增产的主要手段之一。但农业生产中化肥大量施用和化肥利用率低下使所施化肥以各种形式流失到环境中,导致了严重的农业化肥面源污染问题[1-6]。农业生产过多的依赖化肥与可持续农业生产理念相悖,单一的传统有机农业又无法满足当代人类对农产品日益增长的需求。因此,提高肥料的利用率,减轻肥料对环境的危害,已成为亟需解决的问题。自2015年国家提出《到2020年化肥使用量零增长行动方案》(农农发 〔2015〕2号)、《土壤污染防治行动计划》(国发〔2016〕31号)的政策以来,如何解决农业生产中的化肥依赖这一问题逐渐变成研究热点。沼液是禽畜粪便发酵产生沼气后的残留液。诸多学者大量研究表明,沼液部分替代化肥不仅可以有效促进作物生长发育,还能提高作物产量[7-8]、改善品质[9];沼液与无机肥料配施能提高无机肥料的利用率[10-12],长期施用沼液能够增加土壤的有效养分[13-15],减少作物对化肥的依赖。然而沼液营养成分含量低,运输成本高,直接作为液体肥料使用的经济价值较低;沼液也含有部分污染成分,直接排放会导致土壤和水体污染[16-18]。浓缩沼液是将沼液通过多级膜处理技术浓缩后生成的一种高效肥料资源。浓缩沼液不但兼具沼液的种种优势,同时相体积更小、运输成本更低,矿质元素和有机活性物质含量更高,能有效避免沼液施用过程中的种种弊端[19-20]。研究表明,施用浓缩沼液能够促进作物生长发育[21],改善作物品质,提高作物光和能力[22],对大田作物尤其是经济作物有明显的增产作用[23-25];同时适量的浓缩沼液可提高植株体内的氧化酶活性及代谢活动[26],还能明显抑制叶绿素的降解[27],从而在一定程度上起到改善作物生长微环境、增强作物抗逆性、延缓叶片衰老的功效[28-31]。浓缩沼液兼顾了生态环境和社会经济的协调发展,将是今后农业可持续发展的一个重要方向。然而目前国内关于浓缩沼液的研究较少,且多数集中在浓缩沼液对园艺类、茄果类作物生长发育和产量变化的影响研究[19-21];而关于浓缩沼液作用机理的研究更少,主要以大田作物玉米、水稻[24-26]为主,在棉花上鲜见报道。本研究以新型浓缩沼液为原料,通过叶面喷施的方法,研究不同喷施浓缩沼液对棉花幼苗生长发育和生理特性的影响,为浓缩沼液的科学施用提供理论指导。

这些中国艺术人类学理论,生发自本土艺术田野实证研究,研究者已经认识到了本土化理论建构的重要性和紧迫性,这是学科发展到一定阶段所生发的学术自觉。虽然研究对象有别,但对于理论建构的愿望却是不谋而合,具有相当的普适性和实践指导意义。

1 材料和方法

1.1 试验材料

以棉花新陆早57号[32]为供试材料,于2017年在新疆农业大学作物栽培实验室内进行。试验盆钵为塑料圆桶,上桶口内直径和桶底直径分别为30 cm和23 cm,桶高32 cm,总容积4 857 cm3,桶底部有开孔。供试基质为草炭和蛭石1∶1(体积比)混合,于烘箱中120℃高温灭菌24 h后,等量分装入圆桶。供试的浓缩沼液为中国农业科学院棉花研究所与山东民和生物科技有限公司共同研制生产的棉花专用 “新壮态”浓缩沼液水溶肥,主要成分为有机质(占2.51%)、腐植酸(10.2 g·L-1)、全氮(2.76 g·L-1)、硝态氮(1.7 g·L-1),并含有氨基酸及多种微量元素。

1.2 试验设计

试验以浓缩沼液的不同喷施用量为单因素,设置随机区组试验,采用室内盆栽试验的方法,以浓缩沼液原液163~815 mL·hm-2,以等差梯度设置 6 个处理,分别为:CK(清水)、A(163 mL·hm-2)、B (326 mL·hm-2)、C (489 mL·hm-2)、D(668 mL·hm-2)和 E(815 mL·hm-2),所有处理浓缩沼液原液均加水稀释300倍后,于棉花第4片真叶完全展开时一次性喷施。每个处理3个重复,每批次试验18个盆钵,试验分两批次进行,共计36个盆钵。具体实验步骤如下:挑选大小、饱满度一致的种子,用浓度为0.1%的HgCl2溶液浸泡消毒30 min后,蒸馏水冲洗4次;再用蒸馏水浸泡诱导发芽24 h,选择预处理后露白一致的种子等株距(5 cm)种植,每个盆钵播种20粒棉籽,播深4 cm,再覆一层塑料薄膜保湿,置于通风透光良好的室内,白天温度(24~30±2)℃,夜间温度(22±2)℃。棉花生长过程中正常浇水,无底肥和追肥,播种后的第7天揭膜,第10天剔去弱苗,每盆留长势均匀的棉花幼苗12株。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 株高和叶面积的测定。于喷施浓缩沼液前1天和喷施后的第2天、第4天、第6天,各处理选取长势均匀一致的棉花幼苗4株,测定棉花子叶节到主茎生长点的长度,即为棉花的株高。同期取各处理棉花幼苗4株,测定棉花的第一片真叶的叶面积,参考田立文等[33]的方法,采用长宽系数法,系数取0.78。

1.3.2 干物质积累与分配的测定。于喷施浓缩沼液前1天和喷施后的第2天、第4天、第6天,各处理选取长势均匀一致的棉花幼苗4株,冲洗干净后分成根、茎、叶三部分,分别置于105℃的烘箱中杀青20 min,在80℃下烘干至恒重,称其干物质质量,并计算根冠比和单株干物质质量。

1.3.3 光合色素含量的测定。于喷施浓缩沼液前1天和喷施后的第2天、第4天、第6天,各处理选取长势一致的棉花4株,取第1片真叶将其冲洗干净后吸干表面水分并剪成0.5 cm2的小碎叶,称取0.1 g置于15 mL的试管中,加入10 mL 95%丙酮-乙醇提取液 (体积比1∶1),盖好胶塞,暗处放置48 h后于663 nm、645 nm波长下比色,计算叶绿素 a(Chl a)、叶绿素 b(Chl b)、叶绿素a+叶绿素b(Chl a+Chl b)含量和叶绿素a/叶绿素 b(Chl a/Chl b)。

由表1可知,从单株干物质质量来看,两批次喷施浓缩沼液6天后,除E外,各处理的单株干物质质量均显著高于对照,最高的C两批次单株干物质质量比对照分别高出41.61%和30.29%,说明喷施浓缩沼液能有效提高棉花的单株干物质含量。从各器官干物质来看,两批次喷施了浓缩沼液后各处理的茎干物质质量和叶干物质质量均比对照有所提高,且两批次C、D处理均达到显著水平,根干物质质量虽然也有所增加,但和对照无显著差异。两批次试验的茎干物质质量、根干物质质量、叶干物质质量均以C为最高,分别比对照增加了38.1%,24.0%,53.1%和20.2%,3.9%,47.7%,从C各器官干物质质量的增幅来看,叶干物质质量的增幅最大,根干物质质量的增幅最小,进一步分析其他处理可知,两批次除E外其他处理各器官干物质增幅也呈现叶>茎>根的规律,表明浓缩沼液对棉花叶的促进作用最大,对根的促进作用最小。随着浓缩沼液用量的增加,各器官干物质和单株干物质均呈现先增加后下降的趋势,喷施量最多的E各器官干物质和单株干物质均最低,表明过量喷施浓缩沼液会抑制棉花干物质形成,正好与株高的变化规律相吻合。

光合色素含量的变化是作物光合能力大小的直观体现。由表3可知,各处理间Chl a(叶绿素a)含量基本相同,无显著差异;而Chl b(叶绿素 b)和 Chl a+Chl b(叶绿素 a+叶绿素 b)含量存在差异,随着浓缩沼液喷施量的增加各处理Chl b含量和Chl a+Chl b含量均呈现出先增加后减小的趋势;C最高,喷施浓缩沼液后第6天两批次C处理Chl b含量分别比对照高26.32%和15.53%,Chl a+Chl b含量的平均分别比对照平均高出11.36%,7.78%;而D、E处理喷施量更大,Chlb和Chla+Chlb含量却反而低于C处理,喷施用量最大的E处理两批次喷施6天后Chlb含量平均分别比C处理低 38.89%,24.37%,Chl a+Chl b含量平均分别比C处理低12.24%,8.25%。这表明喷施浓缩沼液可以增加棉花Chl b的含量,从而增加棉花光和色素含量,提高棉花的光合能力,适宜用量的浓缩沼液对棉花光合色素合成有促进作用,但过量的浓缩沼液会抑制光合色素的合成。各处理的Chl a/Chl b含量无显著差异。

1.3.4 可溶性糖含量的测定。于喷施浓缩沼液前1天和喷施后的第2天、第4天、第6天,各处理选取长势均匀一致的棉花4株,取其第一片真叶采用蒽酮法测定棉花可溶性糖的含量。

1.3.5 可溶性蛋白含量的测定。于喷施浓缩沼液前1天和喷施后的第2天、第4天、第6天,各处理选取长势均匀一致的棉花4株,取其第一片真叶采用考马斯亮蓝法测定棉花可溶性蛋白的含量。

1.4 数据处理

式中:I0为红外光源入射光强,I为有气体吸收时出射光强,k(λ)为CO2气体吸收系数,l为红外光光程,C为CO2气体的体积比浓度,单位为×10-6。

2 结果分析

2.1 叶面喷施浓缩沼液对棉花株高的影响

由表2可知,喷施浓缩沼液对棉花幼苗的干物质分配比例有一定影响,具体表现在两批次喷施浓缩沼液的处理叶片的干物质分配比例比对照有所提高,除E外其余处理均显著高于对照,C的叶片干物质分配比例最高,两批次试验分别比对照高出2.89和5.97百分点,这表明适量喷施浓缩沼液能够促使棉花干物质向叶片部分转移,这种分配模式有利于棉花叶片的发育,提高了棉花的光和能力。除E处理外,各处理茎和根的干物质分配比例无极显著差异。从根冠比来看,E根冠比最高,两批次相比对照分别高出3.37和4.63百分点,而其余喷施浓缩沼液处理的根冠比与对照无显著差异,说明过量喷施浓缩沼液会抑制棉花地上部分的生长和发育,不利于棉花形成壮苗。

式中:μm 为混合油黏度,mPa·s;μA、μB为组分油黏度,mPa·s;X A、X B为组分油质量分数;α为经验常数;δA、δB、△δ分别为组分油 A、B的密度和密度差,kg/m3。

采用Microsoft Excel 2010和OriginLab O-riginPro 8.5软件处理数据和绘表绘图,采用SPSS 17.0等软件进行数据统计分析,采用最小显著极差法 (LSD)进行差异显著性检验 (P<0.05)。

  

图1 两批次喷浓缩沼液后棉花幼苗株高的变化Fig.1 Change of seedling height of cotton seedlings after two batches of concentrated biogas slurry

2.2 叶面喷施浓缩沼液对棉花幼苗干物质的影响

但我们不能据此就肯定上古楚方言中照三归精,心母书母无别。因为舌面塞音与舌尖塞擦音发音方法不同,但有相通之处,正如董氏所言“难免带一些塞擦音的色彩”,且精组、照三组字通假或者谐声的例证不在少数。而心母、书母关系密切,在其它出土文献中也是如此。据赵立伟先生统计“《银雀山汉简》中章组书母与精组心母通假16次,与精组其它声母通假3次;在《阜阳汉简》中,与书母通假37次,而与精组其它声母只接触3次;在《睡简》中,章组书母与精组心母接触21次,而与精组其它声母只接触4次。”[6]郭店楚简书母与精组心母通假4次,与邪母接触2次。如:

 

表1 两批次喷施浓缩沼液后第6天各处理棉花单株幼苗不同器官干物质的变化Table 1 Changes of dry matter of cotton seedlings were treated in the sixth day after two batches of concentrated biogas slurry

  

注:不同字母表示差异显著(P<0.05)。Note:Different letters showed significant difference(P<0.05).

 

批次Batch No.处理Treatment茎干物质质量Stem dry weight/g根干物质质量Root dry weight/g叶干物质质量Leaf dry weight/g CK 0.63±0.0.6 c 0.25±0.01 a 0.49±0.03 c 1.37±0.11 c A 0.71±0.0.3 bc 0..26±0..01 a 0..57±0..01 b 1.54±0.03 b B 0.75±0.11 b 0.27±0.03 a 0.66±0.22 ab 1.68±0.1 b C 0.87±0.04 a 0.31±0.01 a 0.75±0.07 a 1.94±0.19 a D 0.87±0.01 a 0.28±0.03 a 0.68±0.01 ab 1.82±0.01 a E 0.62±0.08 c 0.28±0.02 a 0.47±0.04 c 1.37±0.12 c第Ⅱ批The second batch单株干物质质量Total dry weight/g第Ⅰ批The first batch CK 0.92±0.08 bc 0.32±0.01 a 0.77±0.25 c 2.01±0.16 c A 0.92±0.04 bc 0.34±0.03 a 0.85±0.01 bc 2.11±0.06 b B 0.96±0.08 b 0.36±0.01 a 0.94±0.03 b 2.27±0.11 b C 1.13±0.06 a 0.37±0.03 a 1.2±0.01 a 2.71±0.04 a D 1.07±0.02 a 0.35±0.02 a 1.04±0.06 ab 2.47±0.1 ab E 0.88±0.05 c 0.45±0.01 a 0.82±0.07 bc 2.15±0.01 b

2.3 叶面喷施浓缩沼液对棉花幼苗干物质分配的影响

由图1可知,两批次喷浓缩沼液后,除E处理外其它处理的株高均高于对照,说明喷施浓缩沼液能增加棉花的株高,并且随着浓缩沼液用量的增加,各处理对棉花株高的促进作用更加明显,表现为两批次试验D处理测定的3次株高均获得最大值,两批次喷施第6天后D处理株高分别比对照高出20.9%和21.4%;但用量最多的E处理株高反而最低,两批次喷施第6天后E处理株高分别均比对照矮2.9%和3.1%。由此得出,过量施用浓缩沼液会对棉花的生长产生抑制效果。进一步分析各处理株高的增长速率可知,喷施了浓缩沼液的处理株高增长速率基本呈先上升后下降的趋势,喷施后第2天到第4天的株高增长速率最大,喷施后第6天开始株高增长速率减小,表明喷施浓缩沼液对棉花株高有促进作用。

 

表2 两批次喷施浓缩沼液后第6天各处理棉花幼苗干物质分配及根冠比的变化Table 2 Distribution of dry matter of cotton seedling and the change of root ratio in the 6 d after two batches of concentrated biogas slurry

  

注:不同字母示差异显著(P<0.05)。Note:Different letters showed significant difference(P<0.05).

 

批次Batch No.处理Treatment分配比例Distribution proportion/% 根冠比Root-shoot ratio/%茎Stem 根Root 叶Leaf第Ⅰ批The first batch CK 45.99 a 18.25 b 35.77 b 22.32±0.01 ab A 46.35 a 16.89 b 37.01a 20.31±0.01 b B 44.64 a 16.07 b 39.29 a 19.15±0.01 b C 44.85 a 15.98 b 38.66 a 19.02±0.02 b D 47.8 ba 15.38b 37.36 a 18.18±0.03 b E 45.26 a 20.44 a 34.31 b 25.69±0.01 a A 43.6 a 16.61 b 40.28 a 19.21±0.02 b B 42.29 a 15.86 b 41.41 a 18.85±0.01 b C 41.69 a 13.65 b 44.28 a 15.81±0.03 b D 43.32 a 14.17 b 42.11 a 16.51±0.01 b E 40.93b 20.93 a 38.14 b 23.56±0.01 a第Ⅱ批The second batch CK 45.77 a 15.92 b 38.31 b 18.93±0.04 b

2.4 叶面喷施浓缩沼液对棉花幼苗叶面积的影响

由图2可知,浓缩沼液对棉花叶面积的影响较为显著,两批次喷施浓缩沼液后,除E外,其余处理叶面积均高于对照,表明喷施浓缩沼液能够增大棉花叶面积,并且在一定用量范围内,随着液态肥用量的增加,棉花幼苗的叶面积也逐渐增大;C获得最大叶面积,喷施浓缩沼液后第6天两批次C处理叶面积分别比对照增加了31.49%和31.21%%。喷施用量最多的E处理反而表现最差,两批次喷施后第6天叶面积比最高的C处理低了21.39%和21.79%,仅比对照高出了3.36%和2.62%,表明过量喷施浓缩沼液会抑制棉花叶片的生长。

WEI Dong-po, JIANG Wei-wei, WANG Sheng-yun, HE Chao, LI Wen-fang

  

图2 两批次喷施浓缩沼液后棉花叶面积的变化Fig.2 Change of cotton leaf area after two batches of Concentrated biogas slurry

2.5 叶面喷施浓缩沼液对棉花幼苗光合色素的影响

区内地下水的补给来源主要为大气降水,地下水主要受大气降水补给,大气降水通过地表风化裂隙及灰岩出露区落水洞、岩溶裂隙等垂直下渗,补给下部地下水。接受降水补给后,地下水一部分在沟谷低洼处以下降泉方式季节性排泄,另一部分以区域径流方式流出区外。

 

表3 两批次喷施浓缩沼液后第6天棉花(鲜物质质量)光合色素的变化Table 3 Changes of photosynthetic pigments of the 6d cotton after two batches of concentrated biogas(fresh weight)

  

注:不同字母示差异显著(P<0.05)。Note:Different letters showed significant difference(P<0.05).

 

批次Batch No. 处理Treatment Chl a Chl b Chl a+Chl b Chl a/Chl b第Ⅰ批The first batch CK 0.46 a 0.57 b 1.03 b 0.81 a A 0.47 a 0.61 b 1.08 b 0.76 a B 0.47 a 0.65 ab 1.12 ab 0.73 a C 0.47 a 0.72 a 1.19 a 0.65 a D 0.47 a 0.68 ab 1.15 ab 0.69 a E 0.46 a 0.59 b 1.05 b 0.79 a第Ⅱ批The second batch CK 0.46 a 0.44 b 0.90 b 1.05 a A 0.47 a 0.46 ab 0.92 ab 1.02 a B 0.47 a 0.46 ab 0.93 ab 1.02 a C 0.47 a 0.49 a 0.97 a 0.96 b D 0.47 a 0.44 b 0.91 b 1.07 a E 0.46 a 0.43 b 0.89 b 1.09 a

2.6 叶面喷施浓缩沼液对棉花幼苗可溶性糖含量的影响

可溶性糖含量的变化可以反映作物抗胁迫的能力。由图3可知,两批次喷施浓缩沼液后,除E外,各处理的可溶性糖含量相比对照均所有提高,表明喷施浓缩沼液能够提高棉花可溶性糖含量。随着浓缩沼液用量的增加,棉花幼苗的可溶性糖含量随之增大,至喷施489 mL·hm-2浓缩沼液的(C)时达到最大,然后开始下降,两批次C可溶性糖含量最高时分别高出对照22.24%和25.82%;喷施用量最高的E处理表现反而较差,两批次E处理可溶性糖含量平均最高值仅比对照高出6.53%。这表明适宜用量的浓缩沼液能够提高棉花的可溶性糖含量,增加棉花的抗逆性,改善棉花生长环境,若浓缩沼液过量则其促进棉花合成可溶性糖的能力就会降低。喷施浓缩沼液除E外,各处理均表现为0~4天内可溶性糖含量快速升高,至喷施后第4天达到最大;喷施后4~6天可溶性糖含量有所下降,表明作物可溶性糖对浓缩沼液反应灵敏,喷施浓缩沼液短期内就能引起作物可溶性糖含量的迅速升高,因而可将喷施浓缩沼液作为一种解除作物逆境的手段。

2.7 叶面喷施浓缩沼液对棉花幼苗可溶性蛋白含量的影响

  

图3 两批次喷施浓缩沼液后棉花可溶性糖含量的变化Fig.3 Changes in the content of soluble sugar in cotton after two batches of concentrated biogas

可溶性蛋白与作物抗逆性和吸收养分的能力休戚相关。由图4可知,两批次喷施浓缩沼液后除E外,各处理可溶性蛋白含量相比对照均所有提高,喷施后第2天、第4天、第6天的可溶性蛋白含量均以C为最高,两批次最高平均值比对照平均高出3.16%;喷施量最大的E处理可溶性蛋白含量反而较低,两批平均最高值仅比对照高0.08%,表明适宜喷施量的浓缩沼液能够促进棉花体内可溶性蛋白的合成,喷施量过大促进作用就会减弱。喷施浓缩沼液后,随着时间的推移,可溶性蛋白含量呈现出与可溶性糖含量相似的变化规律,除E处理外,各处理均表现为0~4 d内可溶性蛋白含量快速升高,至喷施后第4天达到最大;喷施后4~6天可溶性蛋白含量有所下降,这表明浓缩沼液同样能够快速提高棉花体内可溶性蛋白的含量,改善棉花生长环境,提高棉花吸收养分的能力。

3 讨论

3.1 浓缩沼液对棉花生长发育的影响

  

图4 两批次喷施浓缩沼液后棉花可溶性蛋白含量的变化Fig.4 Changes in the content of soluble protein in cotton after two batches of concentrated biogas

植物生长量是植物生长发育的综合体现。徐海东等[34]通过设置浓缩沼液不同的施肥方案,证明施用浓缩沼液能够提高棉花的生物量积累,改善棉花的养分吸收状况,汪群英[35]也有相似结论。前人的研究表明[36-38],施用浓缩沼液能够促进作物的生长,无论是营养钵育苗还是大田中施用,均对作物生长发育有良好的促进作用,这些研究的结论与本试验结果基本一致。本文通过研究不同浓缩沼液的施用量表明,适宜用量的浓缩沼液能够提高棉花幼苗的株高、单株干物质积累量、叶面积;但过量喷施浓缩沼液时,棉花幼苗的生长反而会受到抑制,与张凤华等[39]的研究结果相似,这可能是由于过量的营养元素对棉花幼苗产生了胁迫,反而抑制了棉花的生长。

3.2 浓缩沼液对棉花生理特性的影响

前人研究表明,浓缩沼液中含有Zn、Mn、Fe、S等多种微量元素,能够辅助叶绿素合成中的功能酶,叶面喷施浓缩沼液,能够促及植物合成叶绿素或叶体蛋白,从而提高植物叶绿素的含量[40]。本试验的结果表明,喷施浓缩沼液后各处理棉花幼苗的Chl b含量显著增加,喷施489 mL·hm-2浓缩沼液的最高,两批次分别相比对照高出26.32%和11.36%,而Chl a含量却变化不大,这与前人实践研究[41-42]不一致,可能是因为不同浓缩沼液之间含量和成分存在差异,导致其作用机理和结果也不尽相同。

可溶性糖和可溶性蛋白不但是反应作物抗胁迫能力的重要指标,还与作物吸收养分的能力显著相关[21,43],马龙[40]的研究表明,浓缩沼液有着改善作物品质,改良作物生长环境的功效,施用有机肥后,作物体内的可溶性糖、可溶性蛋白含量都有所增加,本文与此研究结果一致。本试验中两批次试验可溶性糖含量和可溶性蛋白含量均以喷施489 mL·hm-2浓缩沼液的最高,其平均值比对照提高了13.60%。而喷施了815 mL·hm-2浓缩沼液处理,两批次平均值仅比未喷施浓缩沼液的高3.30%,这表明过量喷施浓缩沼液对棉花可溶性糖和可溶性蛋白的含量提升不大,只有基于适宜用量的浓缩沼液才能有效的改良棉花的生理特性,改善棉花的生长发育环境。

4 结论

适宜用量的浓缩沼液能够促进棉花的生长发育,显著提高棉花幼苗的株高、干物质积累、叶面积,喷施了489 mL·hm-2浓缩沼液综合表现最优,两批次喷施后第6天各生长指标平均值均比对照高21.15%,35.95%,18.84%。喷施浓缩沼液能促进棉花Chl b含量的增加,促进棉花光合色素的合成,提高棉花的光合能力;同时喷施浓缩沼液还能提高棉花幼苗可溶性糖和可溶性蛋白含量,增强棉花抗逆性,其中喷施了489 mL·hm-2浓缩沼液综合表现最优,其Chl b含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量平均比对照分别提高了18.84%,24.03%,3.16%。而过量的浓缩沼液会抑制棉花的生长。

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《棉花学报》 2018年第03期
《棉花学报》2018年第03期文献

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