華北落葉松林分生長對間伐和修枝的響應

趙匡記，紀福利，劉延文，劉曉蘭，賈忠奎，馬履一（.北京林業大學 省部共建森林培育與保護重點實驗室，北京 00083；.河北省塞罕壩機械林場，河北圍場068466）

華北落葉松林分生長對間伐和修枝的響應

趙匡記1，紀福利2，劉延文2，劉曉蘭2，賈忠奎1，馬履一1
（1.北京林業大學 省部共建森林培育與保護重點實驗室，北京 100083；2.河北省塞罕壩機械林場，河北圍場068466）

揭示撫育對林木生長指標的影響，是確定合理間伐和修枝經營決策的重要內容，對促進林木生長，增加林分木材儲量，擺脫木材匱乏困境有著重要意義。以河北省塞罕壩地區華北落葉松Larix principis-rupprechtii（幼齡林15年生，中齡林22年生，近熟林38年生）為研究對象，研究不同間伐強度（T0對照，T1輕度間伐10%，T2中度間伐20%，T3重度間伐30%，T4極重度間伐35%）和修枝強度（P1輕度修枝，P2中度修枝50%，P3重度修枝66%）對林分生長（胸徑、樹高、蓄積量）的影響。結果表明：15年生林分蓄積3 a總生長量（V）隨間伐強度及修枝強度增加均呈增加趨勢，V（T0）＜V（T2）＜V（T1）＜V（T4）＜V（T3），V（P1）＜V（P2）＜V（P3）。22年生林分除T2外，蓄積總生長量隨間伐強度增加而減小，V（T0）＞V（T1）＞V（T3）＞V（T4）＞V（T2）；隨修枝強度增加而減小，V（P1）＞V（P2）＞V（P3）。38年生林分除T3外，蓄積總生長量隨間伐強度的增加而增加，V（T3）＜V（T0）＜V（T1）＜V（T2）＜V（T4）；隨修枝強度的增加呈先減后增趨勢，V（P1）＞V（P3）＞V（P2）。林齡與間伐強度存在交互效應，15，22，38年生蓄積3 a總生長量分別以V（T4+P2）（2.10 m3·hm－2），V（T0+P2）（1.13 m3·hm－2），V（T4+P3）（0.63 m3·hm－2）最大。通過本試驗研究明確了撫育對各林木生長指標的影響，為合理開展人工林撫育技術增加林木生長量提供科學依據。圖6表2參24

森林培育學；蓄積量；間伐；修枝；撫育強度；華北落葉松

中國木材消費世界排名第2位，但是森林面積僅為19 545萬hm2，森林蓄積量為137.21億m3，人均僅10.45 m3，列世界第142位［1］。解決木材儲量問題已迫在眉睫。合理的森林撫育可以大力提高森林質量，增加森林蓄積量，擴大木材儲量。因此，揭示撫育對林木生長的影響對于提升森林產量有重要意義。合理的撫育經營措施能有效促進森林的生長。間伐強度和修枝強度的選擇是森林經營措施中的關鍵環節。專家學者進行了大量的相關研究，其中漆良華等［2］和王懿祥等［3］研究了間伐對森林生長的影響，任世奇等［4］研究了修枝對尾巨桉Eucalyptus urophylla×E.grandis生長的影響，李孝良等［5］研究了修枝對歐美107楊Populus euramericana‘Neva'生長量的影響，但是在間伐和修枝對華北落葉松Larix principisrupprechtii林木生長量綜合影響方面的研究較少。華北落葉松是喜光樹種，適應性強，對土壤水分條件和土壤養分條件的適應范圍很廣，是華北山區重要的造林樹種之一。本試驗選擇華北落葉松作為研究對象，以間伐和修枝對林分蓄積量的影響作為研究方向，對不同間伐強度、不同修枝強度及修枝間伐綜合處理措施對華北落葉松生長量的影響進行了研究，為利用人工林撫育技術，增加木材儲量提供科學依據。

1　研究地概況

本試驗布設在河北省塞罕壩機械林場陰河林場前曼甸營林區，地處河北省圍場滿族蒙古族自治縣北部，42°02′～42°36′N，116°51′～117°39′E。地形以丘陵、曼甸為主。該地區屬寒溫帶半干旱半濕潤季風氣候區，海拔為1 600～1 800 m，年平均氣溫為-1.5℃，極端最高氣溫29.7℃，極端最低氣溫-38.7℃，≥10℃活動積溫為1 663.5℃；年平均降水量為433.0 mm。土壤以暗灰色森林土為主，華北落葉松為優勢樹種。

2　研究方法

于2010年6月對華北落葉松林分胸徑、樹高、蓄積量測定后，進行不同撫育處理。2013年7月對林分胸徑、樹高和蓄積量等3種生長指標進行復測，以方差分析等方法分析不同撫育措施對華北落葉松3 a總生長量的影響。

2.1固定標準地設置

通過對試驗地的全面踏查，選擇了具有代表性、生長正常的15，22，38年生3個林齡的華北落葉松人工林作為研究對象。所選人工林土壤類型均為灰色森林土，立地條件均為曼甸；撫育前15年生華北落葉松林分密度均為5 000株·hm-2，22年生華北落葉松林分密度均為2 800株·hm-2，38年生華北落葉松林分密度均為870株·hm-2。2010年4月進行固定標準樣地的設置，其中15，22，38年生林分各設置了45塊固定樣地，標準樣地面積均為20 m×20 m。

2.2固定標準地調查及處理

2010年6月對標準樣地內的林木進行每木檢尺，記錄樹高（利用激光測高測距儀測定）、胸徑（胸徑尺測定）、郁閉度、海拔（全球定位系統測定），獲得林地撫育前的基本信息（表1）。根據所測數據對每塊標準樣地進行基本調查，確定其撫育間伐強度和修枝強度。本試驗于2010年7月設置了5種間伐強度和3種修枝強度（表2），其中間伐強度以采伐林木蓄積量占所在樣地林木總蓄積量的比例確定，分為弱度10%（T1），中度20%（T2），強度30%（T3），極強度35%（T4）和對照（T0）。結合當地生產實際，每種間伐強度處理設置3種不同修枝強度（按照冠高比計算），分別為輕度2∶3（P1），中度1∶2（P2）和重度1∶3 （P3），其中每種處理組合設置3個重復。

2.3數據分析

分別于2010年6月和2013年7月對標準樣地內的林木進行每木檢尺，得到林木樹高、胸徑。同時選取標準木1株·樣地-1制作解析木，135塊樣地，共135株標準木。通過對解析木的分析進行林木材積的推算，結合林分密度計算林分蓄積量［6－8］。所得數據采用Excel 2007及SPSS 20.0進行統計分析，采用單因素方差分析（one-way ANOVA），雙因素方差分析和Duncan法進行方差分析和多重比較。

表1　撫育前樣地調查信息Table 1　Investigation information before tending

表2　不同林齡華北落葉松人工林間伐和修枝試驗處理Table 2　Different ages of Larix principis-rupprechtii thinning and pruning treatments

3　結果與分析

3.1撫育對華北落葉松胸徑生長的影響

3.1.1間伐對華北落葉松胸徑生長的影響胸徑生長量是反應林木生長狀況的重要指標。試驗結果表明：不同間伐強度對不同林齡林分的影響不同（圖1）。15年生華北落葉松人工林胸徑（D）3 a總生長量為D（T0）（1.41 cm）＜D（T1）（1.50 cm）＜D（T4）（1.51 cm）＜D（T3）（1.60 cm）＜D（T2）（1.88 cm），隨著間伐強度的增強呈先增后減的趨勢，T2胸徑3 a總生長量最大，是T0胸徑（最小值）的1.33倍；22年生林木胸徑總生長量除T2外，隨著間伐強度的增強而增加，D（T0）（1.01 cm）＜D（T1）（2.47 cm）＜D（T3）（2.83 cm）＜D（T2）（2.84 cm）＜D（T4）（2.89 cm）；38年生林木胸徑3 a總生長量除T3外，隨著間伐強度的增強呈增加趨勢，為D（T0）（0.44 cm）＜D（T1）（1.26 cm）＜D（T2）（1.73 cm）＜D（T4）（2.04 cm）＜D（T3）（2.25 cm），T3胸徑總生長量最大為2.25 cm，各間伐強度之間存在顯著差異（P＜0.01）。3個林齡胸徑總生長量為D（22 a）（2.41 cm）＞D（15 a）（1.58 cm）＞D（38 a）（1.48 cm）。

圖1　胸徑總生長量對間伐強度的響應Figure 1　Response of DBH growth to thinning

3.1.2修枝對華北落葉松胸徑生長的影響通過對不同修枝強度處理華北落葉松胸徑（D）3 a總生長量進行分析，結果表明：胸徑總生長量15年生為D（P1）（1.77 cm）＞D（P3）（1.51 cm）＞D（P2）（1.46 cm）；22年生為D（P1）（2.53 cm）＞D（P2）（2.42 cm）＞D（P3）（2.27 cm），隨修枝強度增強而減小，P1胸徑總生長量最大是P3（最小值）的1.11倍；38年生為D（P3）（1.73 cm）＞D（P2）（1.36 cm）＞D（P1）（1.34 cm），隨修枝強度增強而增大，與22年生趨勢正好相反，P3胸徑總生長量是P1的1.29倍。22年生和38年生林分不同修枝強度間胸徑3 a總生長量差異顯著（P＜0.05）。

3.1.3間伐、修枝和林齡交互效應對華北落葉松胸徑生長的影響對撫育后華北落葉松胸徑3 a總生長量進行多因素（間伐、修枝、林齡）方差分析，結果表明：只有間伐和林齡及兩者交互作用對胸徑總生長量表現出顯著差異（P＜0.01）。對3個林齡不同撫育措施胸徑總生長量分析比較（圖2），得知：15年生以T1+P3胸徑總生長量最大，為2.51 cm，T0+P1最小為1.27 cm，各處理間差異不顯著；22年生以T3+P1胸徑總生長量最大，為3.02 cm，T0+P1最小為0.92 cm，T0+P1，T0+P2，T0+P3與其他處理存在顯著差異（P＜0.05）；38年生以T4+P2胸徑總生長量最大為2.73 cm，T0+P2最小為0.4 cm，處理間差異顯著（P＜0.05）。

圖2　撫育對15，22，38年生華北落葉松胸徑總生長量綜合影響Figure 2　Response of DBH growth of 15，22，38 years old Larix principis-rupprechtii to tending

圖3　樹高總生長量對間伐強度的響應Figure 3　Response of tree height growth to thinning

3.2撫育對華北落葉松樹高生長的影響

3.2.1間伐對華北落葉松樹高生長的影響樹高是評價林木生長狀況的重要指標之一。樹高（H）3 a總生長量對間伐強度響應見圖3。15年生華北落葉松人工林樹高總生長量為H（T3）＞H（T1）＞H（T2）＞H（T4）＞H（T0），隨著間伐強度的增強基本表現為先增后減的趨勢，T3樹高總生長量最大，為1.55 m，是最小T0（1.17 m）的1.32倍，各撫育間伐強度間差異不顯著（P＞0.05）；22年生林木樹高總生長量隨著間伐強度的增強表現為先增后減的趨勢，為H（T0）（1.49 m）＜H（T1）（1.82 m）＜H（T4）（1.93 m）＞H（T3）（2.03 m）＞H（T2）（2.10 m），T2樹高總生長量最大，是最小T0（最小值）的1.41倍，各撫育間伐強度間差異不顯著（P＞0.05）；38年生樹高總生長量除T3外，隨著間伐強度的增強表現為先增后減的趨勢，為H（T0）（1.58 m）＜H （T1）（2.01 m）＜H（T3）（2.33 m）＞H（T4）（2.59 m）＞H（T2）（2.99 m），T2樹高總生長量最大，是最小值T0的1.89倍，間伐強度之間存在極顯著差異（P＜0.01）。3個林齡樹高總生長量為H（38 a）（2.25 m）＞H（22 a）（1.87 m）＞H（15 a）（1.35 m）。

3.2.2修枝對華北落葉松樹高生長的影響修枝對華北落葉松樹高3 a總生長量的影響：15年生為H （P3）（1.47 m）＞H（P1）（1.31 m）＞H（P2）（1.26 m），隨修枝強度增強呈先減后增趨勢，P3樹高總生長量最大是最小值P2的1.17倍；22年生為H（P3）（2.08 m）＞H（P1）（1.88 m）＞H（P2）（1.66 m），與15年生趨勢相同，P3樹高總生長量最大是P2（最小值）的1.25倍；38年生為H（P3）（2.35 m）＞H（P2）（2.34 m）＞H（P1）（2.06 m），隨修枝強度增強呈增大的趨勢，P3樹高總生長量最大是最小值P1的1.14倍。38年生林分不同修枝強度間存在顯著差異。15和22年生林木生長適應性較弱，修枝對其生長有一定的損傷作用，但重度修枝較大程度上去除了林木的消耗枝，同時增加了林分透光度，反而促進林木的高生長。38年生林分適應性強，修枝對林木損傷造成的抑制生長的效應較小，故隨著修枝強度的增加，樹高總生長量增加［9］。

3.2.3間伐、修枝和林齡交互效應對華北落葉松樹高生長的影響對撫育后華北落葉松樹高3 a總生長量進行多因素（間伐、修枝、林齡）方差分析的結果表明：只有間伐和林齡對樹高總生長量表現出顯著差異（P＜0.01），修枝對樹高總生長量的影響差異不顯著，間伐、修枝、林齡間不存在交互效應。通過對3個林齡不同撫育措施樹高總生長量的分析比較（圖4）：15年生以T4+P2樹高總生長量最大，為1.71 m，T2+P1最小，為0.92 m，各處理間差異不顯著；22年生以T2+P2樹高生長量最大，為2.66 m，T0+P1最小，為1.27 m，各處理間差異不顯著；38年生以T2+P1樹高總生長量最大為3.75 m，T0+P1最小為1.26 m，處理間差異顯著（P＜0.05）。

3.3撫育對華北落葉松蓄積3年總生長量的影響

3.3.1間伐對華北落葉松蓄積量變化的影響間伐強度對蓄積（V）3 a總生長量的影響結果見圖5。15年生華北落葉松人工林蓄積總生長量隨間伐強度的增加大體呈增加趨勢為V（T0）（0.15 m3·hm－2），V（T1）（1.02 m3·hm－2），V（T2）（0.89 m3·hm－2），V（T3）（1.76 m3·hm－2），V（T4）（1.64 m3·hm－2），T3蓄積總生長量最大是T0（最小值）的11.73倍，T0與T3和T4差異顯著（P＜0.05）；22年生林木除T2外，蓄積總生長量隨著間伐強度的增加呈減小趨勢，為V（T0）（1.00 m3·hm－2）＞V（T1）（0.95 m3·hm－2）＞V（T3）（0.90 m3·hm－2）＞V（T4）（0.78 m3·hm－2）＞V（T2）（0.67 m3·hm－2），T0蓄積總生長量最大，是T2的1.49倍，各撫育間伐強度間差異不顯著（P＞0.05）；38年生林分除T3外，蓄積總生長量隨著間伐強度增加而增加，V（T4）（0.49 m3·hm－2）＞V（T2）（0.36 m3·hm－2）＞V（T1）（0.32 m3·hm－2）＞V（T0）（0.30 m3·hm－2）＞V （T3）（0.26 m3·hm－2），T4蓄積總生長量最大是最小值T0的1.88倍，間伐強度不存在顯著差異。3個林齡蓄積總生長量為V（15 a）（1.09 m3·hm－2）＞V（22 a）（0.86 m3· hm－2）＞V（38 a）（0.34 m3·hm－2）。由上述結果可知：華北落葉松各齡級林分蓄積3 a總生長量基本隨間伐強度的增加而增加。究其原因，可能是間伐處理能夠增大林木個體生長空間，減緩林內競爭，優化林木生長環境，進而促進林木材積的增長［10］。

圖4　撫育對15，22，38年生華北落葉松樹高3 a總生長量綜合影響Figure 4　Response of tree height growth of 15，22，38 years old Larix principis-rupprechtii to tending

圖5　蓄積3 a總生長量對間伐強度的響應Figure 5　Response of tree volume growth to thinning

3.3.2修枝對華北落葉松蓄積量變化的影響修枝對華北落葉松蓄積3 a總生長量的影響：15年生蓄積量變化量為V（P3）（1.36 m3·hm－2）＞V（P2）（1.05 m3·hm－2）＞V（P1）（0.86 m3·hm－2），隨修枝強度增強呈增大趨勢，P3蓄積總生長量最大是P1的1.58倍；22 a蓄積量變化量為V（P1）（0.92 m3·hm－2）＞V（P2）（0.86 m3· hm－2）＞V （P3）（0.80 m3·hm－2），與15年生趨勢相反，隨著修枝強度的增加而減小，P1蓄積總生長量最大是P3的1.15倍；38年生為V（P1）（0.37 m3·hm－2）＞V（P3）（0.34 m3·hm－2）＞V（P2）（0.32 m3·hm－2），隨修枝強度增強呈先減后增的趨勢，P1蓄積總生長量最大，是P2的1.16倍。3個林齡不同修枝強度間差異均顯著（P＜0.05）。

3.3.3間伐、修枝和林齡交互效應對華北落葉松蓄積總生長量的影響對撫育后華北落葉松蓄積總生長量進行多因素（間伐、修枝、林齡）方差分析的結果表明：只有間伐和林齡及兩者交互作用對蓄積總生長量表現出極顯著差異（P=0.001＜0.01）。對3個林齡不同撫育措施蓄積3 a總生長量的分析比較（圖6）：15年生以T4+P2蓄積總生長量最大，為2.10 m3·hm－2，是T1+P3最?。?.17 m3·hm－2）的12.35倍；22年生以T0+P2蓄積總生長量最大，為1.13m3·hm－2，是T2+P1最?。?.51 m3·hm－2）的2.22倍；38年生以T4+P3蓄積總生長量最大為0.63 m3·hm－2，是T0+P3最?。?.14 m3·hm－2）的4.50倍。3個林齡各撫育處理間差異不顯著。

4　討論

在一定范圍內，林木胸徑3 a總生長量隨間伐強度的增加呈增加趨勢。推測可能的原因有2點：①對同一林分而言，在一定撫育強度范圍內，間伐強度增加，生長空間、光輻射等有利條件不斷得到擴充，保留木生長環境逐步優化，出現林分胸徑增長效應；但是間伐強度過大，則會對林分生長環境帶來較大改變和沖擊，保留木為適應急劇改變后的生長環境，出現林分生長的失去效應。調整林分結構，選擇最佳撫育強度對于保留木生長極為重要［11－12］。②對不同林齡林分而言，林齡大的林分生長更為穩定，適應性更強，更容易接受強度較大撫育措施對其環境帶來的改變，并利用新的生長環境進行生長，它們的最佳撫育強度也較高［13－14］。

圖6　撫育對15，22，38年生華北落葉松蓄積總生長量綜合影響Figure 6　Response of volume growth of 15，22，38 years old Larix principis-rupprechtii to tending

15年生華北落葉松未修枝林分的胸徑3 a總生長量最大，重度修枝強度的林分胸徑總生長量大于輕度修枝強度的林分。22年生林分的胸徑總生長量隨著修枝強度增大而減小，而38年生林分的胸徑總生長量隨著修枝強度增大而增加?？梢?，本研究支持前人的林木修枝后存在補償機制的學說［15-17］和前人對紅松Pinus koraiensis人工林效果調查的理論［18－19］，即15年生和22年生林分在修枝后，同化物從樹冠向下經樹木韌皮部運輸，在經過樹皮切口處時不能直接通過，只能沿修枝切口之間的狹窄韌皮區域向下運輸，從而影響了同化物的向下運輸的速度，造成了切口上部同化物積累，下部同化減少的情況，表現出輕度修枝后胸徑總生長量減??；強度修枝措施使修枝切口較多，造成物質積累較少，突破開啟補償作用的閾值，林木為了補償枝葉缺失對物質積累的不利影響，在一定條件下，通過提高光合效率等途徑進行補償，增加同化物供給量，從而表現出重度修枝胸徑總生長量較輕度修枝胸徑總生長量略有增加的現象。38年生林木，林齡較大，樹冠更為茂密，側枝生長需要的物質量更多，但是由于樹冠茂密樹冠下層枝葉光合效率較低，修枝能除去樹冠下部受光差的枝條，除去妨礙主干生長的競爭枝，大側枝及枯枝，能夠促進林木的徑級生長。因38年生林木樹干直徑大，修枝切口間的韌皮區域較寬，切口對同化物質向下運輸的阻礙較小，且修枝減少了不必要的營養消耗，改善了林內的生長條件，故38年生林木胸徑總生長量隨著修枝強度的增加而增加。

一定范圍內林分樹高生長隨間伐強度增加而增加，不同修枝強度林分的高生長量差異不顯著，林分密度是影響華北落葉松樹高生長的重要因素；撫育前密度僅為870株·hm－2的近熟林樹高生長量在3個齡級林分中最大。這一研究結果，間接證實這個觀點。鄭世鍇等［20］的研究表明： “在純林中，撫育采伐對林分平均樹高的影響并不顯著，樹高的生長主要取決于立地條件”。推測其原因，可能是因研究樹種不同，不同樹種高生長對環境條件的要求有所差異。王偉峰等［21］的研究也證實這一說法。

樹冠枝葉進行光合作用產生同化物的同時其自身生長也消耗同化物質，當枝葉過于茂盛，樹冠下部枝葉光合作用產生的同化物較少甚至少于其自身生長消耗的同化物，從而成為林木生長的負擔，這主要是由于下部枝葉的部分物質累積來自于臨近枝葉的光合作用［22］，故進行修枝去除光合效率低的枝葉使得林木生長加快；但修枝強度過大，使得枝葉大量減少，枝葉產生的同化物使林木不能充分發揮其生長潛能，也使得林木生長受到抑制。適宜的修枝強度可去除對林木生長產生負擔的枝葉，并能為林木生長提供足量的同化物［23－24］。

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Growth of Larix principis-rupprechtii with thinning and pruning

ZHAO Kuangji1，JI Fuli2，LIU Yanwen2，LIU Xiaolan2，JIA Zhongkui1，MA Lüyi1
（1.Key Laboratory for Silviculture and Conservation of the Ministry of Education，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China；2.Saihanba Mechanical Forest Farm of Hebei Province，Weichang 068466，Hebei，China）

To promote tree growth，increase timber reserves，and decrease the scarcity of timber forests，this study identified the influence of thinning and pruning on tree growth indexes and provided a technological basis for tree growth through artificial forest tending techniques.For the Saihanba area，treatments of Larix principisrupprechtii forest types［young forest of 15 years（a），middle-age forest of 22 a，and near-mature forest of 38 a］，of effects of different thinning intensities（T0-no thinning，T1-mild thinning-10%，T2-moderate thinning-20%，T3-severe thinning-30%，and T4-extremely severe thinning-35%），and of pruning intensities（P1-no pruning，P2-mild pruning-50%，and P3-severe pruning-66%），on stand growth（DBH，tree height，and volume）were researched.Results were as follows.In the 15 a stand，volume growth（V）increased with an increase in thinning intensity［V（T0）＜ V（T2）＜V（T1）＜ V（T4）＜ V（T3）］；and with an increase in pruning intensity［V（P1）＜V（P2）＜V（P3）］；in the 22 a stand，except for T2，volume growth decreased as thinning intensity increased ［V（T0）＞ V（T1）＞V（T3）＞V（T4）＞V（T2）］，decreased with an increase in pruning intensity［V（P1）＞V（P2）＞V（P3）］；and in the 38 a stand，except for T3，accumulation growth increased with increased thinning intensity，［V（T3）＜V（T0）＜V（T1）＜V（T2）＜V（T4）］，but with pruning intensity［V（P1）＞V（P3）＞V（P2）］.For age and thinning intensity，the maximum volume growth for 15 a was V（T4+P2）（2.10 m3·hm-2），for 22 a was V（T0+P2）（1.13 m3·hm-2），and for 38 a was V（T4+P3）（0.63 m3·hm-2）.This study identified the influence of thinning and pruning on the tree growth，and guide the application of artificial forest tending technique for tree growth.［Ch，6 fig.2 tab.24 ref.］

silviculture；stock volume；thinning；pruning；thinning intension；Larix princpis-rupprechtii

S753.5

A

2095-0756（2016）04-0581-08

10.11833/j.issn.2095-0756.2016.04.005

2015-08-27；

2015-10-22

中央高?；究蒲袠I務費專項資金資助項目（TD2011-08）；國家林業公益性行業科研專項（201004021）

趙匡記，博士，從事用材林與能源林培育理論與技術研究。E-mail：zhaokj@bjfu.edu.cn。通信作者：賈忠奎，副教授，從事用材林與能源林培育理論與技術研究。E-mail：jiazk@bjfu.edu.cn