張 凱,楊永安,唐紅軍,許肖云,劉 兵,王 潔
(遂寧市環(huán)境監(jiān)測中心站,四川 遂寧 629000)
· 環(huán)境監(jiān)測 ·
遂寧市觀音湖早春富營養(yǎng)化現(xiàn)狀及原因分析
張 凱,楊永安,唐紅軍,許肖云,劉 兵,王 潔
(遂寧市環(huán)境監(jiān)測中心站,四川 遂寧 629000)
根據(jù)2016年遂寧市觀音湖早春富營養(yǎng)化調(diào)查數(shù)據(jù),研究了其現(xiàn)狀,并借助近年來的變化趨勢,對其成因進行了探討。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),在早春時段觀音湖水質(zhì)呈現(xiàn)出輕度富營養(yǎng)化的現(xiàn)狀,右岸的富營養(yǎng)化程度較左岸輕,擬多甲藻是浮游植物中的絕對優(yōu)勢種。觀音湖早春富營養(yǎng)化程度呈現(xiàn)出加重的態(tài)勢,富含營養(yǎng)鹽污水的不斷注入和每年早春時的適宜氣候分別是觀音湖發(fā)生早春富營養(yǎng)化的內(nèi)外因素,浮游植物的生存特點和城鎮(zhèn)的快速發(fā)展助推了觀音湖富營養(yǎng)化的發(fā)生。最后,針對觀音湖早春富營養(yǎng)化的現(xiàn)狀和趨勢,提出了4條應(yīng)對措施,以期為觀音湖的治理提供參考。
富營養(yǎng)化;現(xiàn)狀;原因;觀音湖
水體富營養(yǎng)化是指在人類活動的影響下,氮、磷、有機碳等植物營養(yǎng)素進入湖泊、水庫、海灣等緩流地表水體,引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖導(dǎo)致水質(zhì)惡化的現(xiàn)象[1]。天然水體中的藻類以硅藻、綠藻為主,隨著富營養(yǎng)化的發(fā)展,最后變成以藍藻為主,藍藻的大量出現(xiàn)是水體富營養(yǎng)化的征兆。水面覆蓋藍藻現(xiàn)象,在湖泊中稱為水華,在海洋中叫做赤潮[2]。
涪江是長江支流嘉陵江的右岸最大支流,是遂寧市城區(qū)的生活飲用水水源地,其主要污染源來自流域兩岸及其支流排放的生活污水和工業(yè)廢水。觀音湖位于遂寧市主城區(qū)東西兩岸圍合的中心地帶,老城區(qū)和新城區(qū)之間涪江干流上,由2006年底過軍渡水利樞紐下閘蓄水而形成,總面積約19 km2。由于觀音湖的形成,使得周邊的生態(tài)環(huán)境條件發(fā)生了改變,涪江水流速變慢,尤其在早春時段易發(fā)生富營養(yǎng)化事件。為了及時掌握涪江水環(huán)境質(zhì)量狀況、改善涪江出川水質(zhì)、弄清觀音湖早春富營養(yǎng)化的狀況、找出早春富營養(yǎng)化的原因,從2010年,開始在早春時段對觀音湖水質(zhì)營養(yǎng)化的狀況進行調(diào)查。
本文根據(jù)2016年觀音湖早春富營養(yǎng)化的調(diào)查數(shù)據(jù),分析了其現(xiàn)狀,并借助近年來觀音湖早春富營養(yǎng)化的變化趨勢,結(jié)合觀音湖周邊污染源狀況和自身特點,對觀音湖早春富營養(yǎng)化的成因進行了探討,以期為觀音湖的治理提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。
2.1 樣品采集及頻次
樣品采集按照《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 91-2002)、《水質(zhì)湖泊和水庫采樣技術(shù)指導(dǎo)》(GB/T 14581-1993)的要求執(zhí)行;樣品保存按《水質(zhì)樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定》(HJ 493-2009)的要求執(zhí)行;評價標(biāo)準(zhǔn)按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中的Ⅲ類執(zhí)行,其中總氮和總磷按湖、庫標(biāo)準(zhǔn)評價;評價方法為單因子評價。
觀音湖早春富營養(yǎng)化調(diào)查共布設(shè)5個監(jiān)測點位,分別是明月河入涪江前100 m處(☆1)、觀音湖下穿隧道處(☆2)、涪江二橋處(☆3)、聯(lián)盟河入涪江前500 m處(☆4)、過軍渡壩處(☆5),詳見圖1,此圖來源于Google Earth,利用Adobe Illustrator CS 11.0處理而成。
2016年2月8~12日上午每個監(jiān)測點位各采集水樣1次。采樣時段的平均氣溫為10.0 ℃,平均水溫11.5 ℃。
圖1 遂寧市觀音湖富營養(yǎng)化調(diào)查監(jiān)測點位Fig.1 Monitoring points of eutrophication investigation of the Guanyin lake in Suining
2.2 監(jiān)測指標(biāo)和分析方法
監(jiān)測指標(biāo):高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷、溶解氧、葉綠素a、浮游生物。
分析方法:高錳酸鹽指數(shù)采用《水質(zhì) 高錳酸鹽指數(shù)的測定》(GB 11892-1989);總磷采用《水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》(GB 11893-1989);總氮采用《水質(zhì) 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》(HJ 636-2012);溶解氧采用《水質(zhì) 溶解氧的測定 電化學(xué)探頭法》(HJ 506-2009);葉綠素a和浮游生物分別采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)中可見分光光度法和鏡檢法。
2.3 評價方法
采用《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定》中的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI)對營養(yǎng)化程度進行評價[3],按照公式(1)、公式(2)計算TLI,并進行富營養(yǎng)狀態(tài)分級,詳見表1。
(1)
(2)
式中:TLI為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重;TLI(j)為代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);rij為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)chl-a的相關(guān)系數(shù);m為評價參數(shù)的個數(shù)。
表1 湖泊(水庫)營養(yǎng)狀態(tài)分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Classification standard of nutritional status in lake or reservoir
3.1 早春富營養(yǎng)化現(xiàn)狀
2016年富營養(yǎng)化調(diào)查結(jié)果如表2所示,按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中的Ⅲ類(總氮和總磷按湖、庫計)標(biāo)準(zhǔn)評價,5個監(jiān)測點的水質(zhì)均為劣Ⅴ類,水質(zhì)為嚴(yán)重污染,超標(biāo)項目為總氮和總磷,且所有監(jiān)測點位的溶解氧均處于過飽和狀態(tài)。富營養(yǎng)化評價結(jié)果表明:☆2和☆3水體的營養(yǎng)狀態(tài)為輕度富營養(yǎng),其余監(jiān)測點位均為中度富營養(yǎng),各監(jiān)測點位綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在56~63之間,同時表征水體營養(yǎng)化程度的葉綠素a偏離正常值,各監(jiān)測點位的營養(yǎng)狀態(tài)整體處于輕度富營養(yǎng)至中度富營養(yǎng)狀態(tài)。
對涪江三橋河段流量的測定結(jié)果表明,觀音湖庫區(qū)水體主流方向為涪江右岸,左岸基本無流速。在低流速情況下,水體自凈能力減弱,且營養(yǎng)化物質(zhì)磷、氮含量高,隨著氣溫升高,藻類生長速度加快,出現(xiàn)了富營養(yǎng)化現(xiàn)象。
調(diào)查期間,發(fā)現(xiàn)左岸水色較右岸水色深,表明左岸藻密度大于右岸,通過監(jiān)測結(jié)果,也發(fā)現(xiàn)左岸葉綠素a高于右岸,這是由于涪江干流來水優(yōu)先滿足飲用水源渠河,當(dāng)渠河流量滿足后其余的水量沿涪江干流的右岸注入觀音湖,加之觀音湖右岸河岸線平直,有利于水體流動,因此右岸水質(zhì)稍好;而左岸由于干流滿足渠河后,多余的水量一般不能流到左岸(汛期除外),加上左岸河岸線彎曲,形成的回水灣較多,使得水體流速較之右岸更緩慢,水體交換頻率低,平緩乃至接近于靜止的水體,有利于形成局部富營養(yǎng)化。一旦遇到適合的氣溫將造成藻類的大量繁殖引起富營養(yǎng)化,故左岸的營養(yǎng)化程度較右岸更嚴(yán)重。
表2 各點位監(jiān)測結(jié)果和營養(yǎng)狀態(tài)評價表Tab.2 Monitoring results and evaluation of nutritional status in each point
為弄清水體呈黃褐色現(xiàn)象的原因,將采集的水樣按浮游生物測定相關(guān)技術(shù)規(guī)定進行固定濃縮,并通過鏡檢進行分析。如圖2所示,圖中五角多邊形狀的為甲藻,圓環(huán)狀的是硅藻中的小環(huán)藻,長鏈狀的是硅藻中的直鏈藻,因此黃褐色的物質(zhì)主要為甲藻和硅藻,并以擬多甲藻為絕對優(yōu)勢種。這些藻類釋放出的氧使觀音湖水體中溶解氧呈飽和狀態(tài)和葉綠素a的濃度升高。若富營養(yǎng)化狀態(tài)進一步加劇,在溫度適宜的情況下可能導(dǎo)致藻類大量繁殖,使水體變色、發(fā)臭,使水中溶解氧急劇下降,出現(xiàn)區(qū)域性水生生物死亡,出現(xiàn)嚴(yán)重的富營養(yǎng)化現(xiàn)象。
圖2 觀音湖早春富營養(yǎng)化的鏡檢圖片F(xiàn)ig.2 Microscopic examination pictures of the early spring eutrophication of Guanyin lake
3.2 早春富營養(yǎng)化變化趨勢
觀音湖早春富營養(yǎng)化調(diào)查始于2010年,當(dāng)時監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)觀音湖水質(zhì)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為51,表明觀音湖整體處于中營養(yǎng)水平。在“十二五”期間,通過對觀音湖早春富營養(yǎng)化調(diào)查發(fā)現(xiàn),除2013年外,其余年份均發(fā)生了不同程度的富營養(yǎng)化。比較分析近年來的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(見圖3),發(fā)現(xiàn)富營養(yǎng)化最嚴(yán)重的年份是2011年,其次是2015年,均達到了中度富營養(yǎng)化水平。從整個趨勢來看,觀音湖早春富營養(yǎng)化呈現(xiàn)出加重的態(tài)勢。
從每年的鏡檢結(jié)果發(fā)現(xiàn),擬多甲藻一直是絕對優(yōu)勢種,即使是富營養(yǎng)化程度最低的2012年,因為甲藻并非總發(fā)生在富營養(yǎng)化的水體中,在中營養(yǎng)或貧營養(yǎng)水體中也經(jīng)常發(fā)生[4-5],這是由于甲藻有不同的營養(yǎng)方式[6]。
圖3 近年來觀音湖水體綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化趨勢圖Fig.3 Variation of comprehensive nutritive index of Guanyin lake in recent years
3.3 原因分析
3.3.1 富含營養(yǎng)鹽的污水不斷注入
根據(jù)近年來觀音湖監(jiān)測結(jié)果,發(fā)現(xiàn)監(jiān)測點均存在著超標(biāo)項目,水質(zhì)不達標(biāo),水質(zhì)類別處于Ⅳ類至劣Ⅴ類之間,而觀音湖水質(zhì)功能類別為Ⅲ類。觀音湖富營養(yǎng)化所需的營養(yǎng)鹽,主要來自不斷輸入的外來污水(明月河、聯(lián)盟河和開善河這些小支流水質(zhì)較差,營養(yǎng)鹽含量較高),同時根據(jù)觀音湖上游國控監(jiān)測點位桂花2015年每月監(jiān)測結(jié)果可知(見圖4),涪江干流上游來水水質(zhì)中的總磷和總氮均不滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)(按湖、庫型評價),總氮和總磷年均濃度分別超標(biāo)1.18倍和0.8倍,這說明涪江上游來水對觀音湖營養(yǎng)鹽富集有一定量的貢獻。過軍渡水利樞紐下閘蓄水而導(dǎo)致水流變緩和停留時間變長,加劇了外來水中營養(yǎng)鹽的沉積速度,沉積的營養(yǎng)鹽在合適的條件下就會發(fā)生觀音湖富營養(yǎng)化。
大多學(xué)者研究認(rèn)為,水溫、pH和營養(yǎng)鹽是甲藻發(fā)生富營養(yǎng)化的主要限制性因子,其中營養(yǎng)鹽中的氮磷比常作為關(guān)鍵性因子。Redfield定律認(rèn)為,藻類細(xì)胞組織的碳、氮、磷的原子比率為106∶16∶1,當(dāng)?shù)妆刃∮?0∶1時,氮被認(rèn)為限制性因素;當(dāng)?shù)妆却笥?6∶1時,磷被認(rèn)為是限制性因素;當(dāng)?shù)妆葹?0∶1~20∶1時限制性因素變得不確定[7~11]。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明2015年氮是限制性因素,而2014年和2016年磷是限制性因素,氮磷的超標(biāo)為富營養(yǎng)化發(fā)生提供了內(nèi)在條件,因此對于觀音湖水質(zhì)來說,控制氮磷營養(yǎng)鹽的注入是控制其富營養(yǎng)化的根本原因。盡管涪江上游還建有多個梯級電站水庫,但因每個湖庫周邊的污染源不同,氮磷營養(yǎng)鹽的注入量也不同,因此早春富營養(yǎng)化目前僅限于涪江干流觀音湖段,是否適合于整個涪江干流有待于進一步考證。
圖4 2015年桂花斷面每月總氮和總磷監(jiān)測結(jié)果Fig.4 Monthly monitoring results of total nitrogen and total phosphorus in Guihua section in 2015
3.3.2 氣候的影響
歷年爆發(fā)富營養(yǎng)化的時段正好是每年初春氣溫回升而降水偏少的時節(jié),而遂寧市屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候,降雨主要集中在5~9月(見圖5),而1~4月的降雨量之和不足全年總降雨量的10%。當(dāng)早春季節(jié),氣溫和水溫驟升,且降雨稀少,庫區(qū)水力停留時間較長時,適宜較低水溫的浮游植物優(yōu)勢種(擬多甲藻等)在營養(yǎng)鹽較高的環(huán)境中,浮游植物快速生長,導(dǎo)致富營養(yǎng)化的爆發(fā),隨著初夏的到來,降水增多、氣溫及水溫升高迅速緩解,因此早春的氣候條件是觀音湖發(fā)生富營養(yǎng)化的必要條件。一次富營養(yǎng)化平息后,形成孢囊進入底泥中休眠,在環(huán)境適宜(光照、水溫、營養(yǎng)充足)的條件下迅速萌發(fā),進入水體,再次形成富營養(yǎng)化[12]。因此觀音湖富營養(yǎng)化現(xiàn)象具有周期性。
圖5 遂寧市近5年來月均降雨量隨時間變化趨勢Fig.5 Tendency of monthly mean atmospheric precipitation with time in Suining for the past five years
3.3.3 浮游生物分布廣且密度較高
浮游生物的鏡檢結(jié)果顯示,觀音湖的浮游植物優(yōu)勢種以擬多甲藻為主,擬多甲藻是一種廣溫性種類,可在10 ℃~28 ℃大量繁殖,最適合生長水溫為13 ℃~15 ℃[13],近年來在我國淡水水域形成富營養(yǎng)化現(xiàn)象時有發(fā)生。監(jiān)測結(jié)果顯示,擬多甲藻各采樣點均有分布且密度較高,富營養(yǎng)化水面表觀顏色為褐色,其能在水中上下垂直遷移,選擇所需的最佳水層[6]。擬多甲藻具有趨光性,在光照逐漸升高的上午,藻類聚集于水庫或湖泊水面致使水色逐漸加深,夜晚沉到水下攝取營養(yǎng)導(dǎo)致表觀顏色逐漸降低,白天當(dāng)它們聚集于水面時,水面呈現(xiàn)出現(xiàn)褐色或紅褐色,因此致使在早春時段涪江三橋至過軍渡大壩的水域水色呈褐色。
3.3.4 快速發(fā)展的城鎮(zhèn)化
隨著城鎮(zhèn)化的快速推進,尤其是城鄉(xiāng)結(jié)合部的快速發(fā)展,而相應(yīng)的規(guī)劃和管理相對缺失,給當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成不同程度破壞,再結(jié)合人們的生態(tài)環(huán)境保護意識的相對缺乏,導(dǎo)致涪江及其支流不同程度的污染,特別是直接注入觀音湖的明月河、聯(lián)盟河和開善河,這些河流流經(jīng)近年來快速發(fā)展的城鄉(xiāng)結(jié)合部,亂排的生活污水和亂扔的生活垃圾致使其污染相對較為嚴(yán)重,營養(yǎng)鹽含量較高。
因此,近年來觀音湖早春發(fā)生富營養(yǎng)化的根本原因是由于匯入其中的水質(zhì)較差,帶來了過多的營養(yǎng)物質(zhì),導(dǎo)致水體中氮、磷和有機物濃度畸高,無法被正常消耗,為水體富營養(yǎng)化的發(fā)生提供了營養(yǎng)基礎(chǔ);再結(jié)合每年初春氣溫、水溫升高而降水稀少,和過軍渡水電站為保持觀音湖水面高度維持其市政景觀而停止泄流,導(dǎo)致水流變緩甚至靜止,水力停留時間變長,就會引發(fā)藻類大量繁殖,從而爆發(fā)藻類富營養(yǎng)化。
3.4 應(yīng)對措施
3.4.1 加強觀音湖的環(huán)境管理。
建立觀音湖富營養(yǎng)化信息系統(tǒng),及時掌握氣候、水文、水質(zhì)以及水生生物的動態(tài)變化資料,為防治富營養(yǎng)化提供詳盡的信息庫。密切關(guān)注來水和溫度變化,一旦氣溫回升迅速而降水偏少,應(yīng)適時采取綜合協(xié)調(diào)措施,增加觀音湖的來水量,加大庫區(qū)水體流速,降低富營養(yǎng)化發(fā)生的必要條件,并實時關(guān)注觀音湖庫區(qū)水質(zhì)營養(yǎng)狀態(tài)變化趨勢及其水質(zhì)狀況。建立濕地生態(tài)系統(tǒng),加強湖體的自凈能力。濕地一方面可通過基質(zhì)吸收、吸附、過濾、離子交換等途徑去除水中的營養(yǎng)物;另一方面濕地的水生植物也可以吸收水中的營養(yǎng)物質(zhì),其根部還能提供微生物降解營養(yǎng)物質(zhì)的良好條件。
3.4.2 控制營養(yǎng)物質(zhì)的輸入
加強對匯入遂寧境內(nèi)涪江干流及其支流的水質(zhì)管控,尤其是在城鄉(xiāng)結(jié)合部,從源頭上減少觀音湖水體營養(yǎng)物質(zhì)的輸入,進一步對直接匯入庫區(qū)的小流域進行污染綜合整治,杜絕污水直排和垃圾亂丟棄。建立健全觀音湖管理體系,制定相應(yīng)的規(guī)定和配套政策,以保證各項管理工作的順利進行。同時還有加強執(zhí)法力度,加大工業(yè)企業(yè)污染治理力度,對企業(yè)污水處理的設(shè)施和實際運行情況進行嚴(yán)格監(jiān)管,對超標(biāo)排放營養(yǎng)物質(zhì)或其它污染物的單位和個人,加大處罰力度。
3.4.3 利用生物操縱技術(shù)
采用生物操縱技術(shù),有選擇性的調(diào)控不同食性的魚種及其投放比例,來消除水體中過多的浮游植物和浮游動物,既能促進漁業(yè)生產(chǎn),又能凈化水質(zhì)。在淺水區(qū)域通過種植高等植物(如蓮藕、蒲草等),營養(yǎng)物隨著這些水生植物收獲一起離開水體,達到除去氮、磷營養(yǎng)鹽的目的,這是一項既有經(jīng)濟效益又有環(huán)境效益的措施。
3.4.4 加強宣傳教育
加強觀音湖庫區(qū)的生態(tài)景觀的管理,增大環(huán)保宣傳教育的力度,進一步提高當(dāng)?shù)鼐用窈吐糜握叩沫h(huán)保意識,增強公眾的社會責(zé)任感,避免觀音湖水質(zhì)發(fā)生二次污染。同時,要推行公眾參與政策,廣為接納各方群眾的合理化建議和意見,確保觀音湖管理機制的正常運行。
(1)在早春時段,遂寧市觀音湖水質(zhì)整體呈現(xiàn)出輕度富營養(yǎng)化的現(xiàn)狀,所有監(jiān)測點位的溶解氧均處于過飽和狀態(tài),葉綠素a偏離正常值,各監(jiān)測點位綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在56~63之間,擬多甲藻是浮游植物中的絕對優(yōu)勢種。江岸平直程度和水流方向的差別,使得觀音湖右岸的富營養(yǎng)化程度較左岸輕。
(2)通過近年來觀音湖早春富營養(yǎng)化調(diào)查結(jié)果,發(fā)現(xiàn)呈現(xiàn)出加重的態(tài)勢,富含營養(yǎng)鹽污水的不斷注入和每年早春時的適宜氣候是觀音湖發(fā)生早春富營養(yǎng)化的內(nèi)在和外在因素,浮游植物的生存特點和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展對觀音湖富營養(yǎng)化的發(fā)生起到了一定的推動作用。
(3)根據(jù)遂寧市觀音湖早春富營養(yǎng)化的現(xiàn)狀和趨勢,有針對性地提出了4條應(yīng)對措施,以期為當(dāng)?shù)刂鞴懿块T治理觀音湖早春富營養(yǎng)化提供參考。
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Current Situation and Cause Analysis of the Early Spring Eutrophication of Guanyin Lake in Suining
ZHANG Kai,YANG Yong-an,TANG Hong-jun,XU Xiao-yun,LIU Bing,WANG Jie
(SuiningEnvironmentalMonitoringCenter,Suining,Sichuan629000,China)
The current situation of the early spring eutrophication of Guanyin lake in Suining was researched based on the investigation data in 2016, the cause of the early spring eutrophication was analyzed through the change tendency for the past few years. The results showed that Guanyin lake water quality in spring was lightly eutrophicated, and the eutrophication of the right bank was lighter than the left bank, Peridiniopsis sp. was the absolute dominant species of phytoplankton. The trend of the early spring eutrophication of Guanyin lake has been becoming worse, the polluted water containing abundant nutritive salt flows into Guanyin lake and suitable climate in every early spring were the internal and external factors. The survival characteristics of phytoplankton and the rapid development of town speed up the lake eutrophication. Finally, four measures were proposed according to the current situation and tendency of the early spring eutrophication of Guanyin lake, in order to provide the reference for the management of Guanyin lake.
Eutrophication; current situation; cause; Guanyin lake
2016-11-13
張 凱(1975-),男,四川省遂寧市人,1996年本科畢業(yè)于西南農(nóng)業(yè)大學(xué)獸醫(yī)公共衛(wèi)生專業(yè),高級工程師,主要從事環(huán)境監(jiān)測與管理方面的研究。
楊永安,ysan13@163.com。
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1001-3644(2017)02-0062-06