包头工业区周边耕地砷和镉环境地球化学特征研究

包凤琴, 成杭新, 永胜, 袁宏伟, 杨宇亮, 陈文恒. 包头工业区周边耕地砷和镉环境地球化学特征研究[J]. 地质与资源, 2022, 31(4): 516-522. doi: 10.13686/j.cnki.dzyzy.2022.04.008
引用本文: 包凤琴, 成杭新, 永胜, 袁宏伟, 杨宇亮, 陈文恒. 包头工业区周边耕地砷和镉环境地球化学特征研究[J]. 地质与资源, 2022, 31(4): 516-522. doi: 10.13686/j.cnki.dzyzy.2022.04.008
BAO Feng-qin, CHENG Hang-xin, YONG Sheng, YUAN Hong-wei, YANG Yu-liang, CHEN Wen-heng. ENVIRONMENTAL GEOCHEMISTRY OF ARSENIC AND CADMIUM IN CULTIVATED LAND AROUND BAOTOU INDUSTRIAL ZONE[J]. Geology and Resources, 2022, 31(4): 516-522. doi: 10.13686/j.cnki.dzyzy.2022.04.008
Citation: BAO Feng-qin, CHENG Hang-xin, YONG Sheng, YUAN Hong-wei, YANG Yu-liang, CHEN Wen-heng. ENVIRONMENTAL GEOCHEMISTRY OF ARSENIC AND CADMIUM IN CULTIVATED LAND AROUND BAOTOU INDUSTRIAL ZONE[J]. Geology and Resources, 2022, 31(4): 516-522. doi: 10.13686/j.cnki.dzyzy.2022.04.008

包头工业区周边耕地砷和镉环境地球化学特征研究

  • 基金项目:
    内蒙古自治区自然科学基金面上项目(编号2022MS04020);内蒙古自治区国土资源厅土地专项资金项目
详细信息
    作者简介: 包凤琴(1979-), 女, 在站博士后, 高级工程师, 主要从事环境地球化学调查研究工作, 通信地址内蒙古自治区呼和浩特市金桥开发区世纪五路, E-mail//541206780@qq.com
    通讯作者: 成杭新(1964-), 男, 博士, 研究员, 主要从事土地质量地球化学调查评价工作, 通信地址河北省廊坊市金光道84号, E-mail//916679036@qq.com
  • 中图分类号: P595

ENVIRONMENTAL GEOCHEMISTRY OF ARSENIC AND CADMIUM IN CULTIVATED LAND AROUND BAOTOU INDUSTRIAL ZONE

More Information
  • 耕地中重金属含量超标直接影响农作物和灌溉水的质量, 而且严重影响人体健康. 通过调查内蒙古包头工业区周边灌溉水、化肥、农作物及根系土中砷和镉含量及形态特征, 研究其转化和富集规律, 结果表明, 区内土壤和灌溉水呈偏碱性, 灌溉水和化肥中砷、镉含量符合国家标准; 玉米、向日葵、甘蓝、葱的根系土和可食部分砷含量均未超标, 砷主要以残渣态形式存在; 4种农作物根系土中镉有不同程度超标现象, 向日葵籽粒镉含量超标50%, 其余作物可食部分镉含量均未超标. 通过分析发现, 向日葵籽粒镉超标的原因是与镉赋存形态主要为碳酸盐态和腐殖酸态及向日葵籽粒对镉的富集高于其他植物有关.

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  • 表 1  农作物根系土和灌溉水pH值特征值表

    Table 1.  The pH eigenvalues of crop root soil and irrigation water

    参数统计 根系土(n=42) 灌溉水
    浅水井(n=6) 深水井(n=17)
    范围 7.53~8.99 7.90~8.32 7.96~8.29
    平均值 8.55 8.14 8.10
    标准差 0.28 0.16 1.54
    变异系数 0.03 0.02 0.19
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    表 2  农田灌溉水和化肥中砷含量特征值表

    Table 2.  Eigenvalues of As content in irrigation water and chemical fertilizers

    参数统计 灌溉水(mg/L) 化肥/10-6
    浅水井(n=6) 深水井(n=17) 复合肥(n=2) 磷酸二铵(n=7) 尿素(n=3) 碳酸氢铵(n=4)
    范围 0~0.012 0~0.014 0.44~2.09 7.63~32.1 0.45~0.50 0.30~0.37
    平均值 0.002 0.002 1.27 20.29 0.48 0.34
    标准差 0.005 0.004 1.17 8.36 0.03 0.03
    变异系数 2.45 2.29 0.92 0.41 0.05 0.09
    国标限定值 0.1 0.1 50 50 50 50
    超标率/% 0 0 0 0 0 0
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    表 3  农田灌溉水和化肥中镉元素含量特征值表

    Table 3.  Eigenvalues of Cd content in irrigation water and chemical fertilizers

    参数统计 灌溉水(mg/L) 化肥/10-6
    浅水井(n=6) 深水井(n=17) 复合肥(n=2) 磷酸二铵(n=7) 尿素(n=3) 碳酸氢铵(n=4)
    范围 0.0001~0.000 5 0~0.000 2 0.052~0.078 0.072~1.63 0.064~0.065 0.025~0.055
    平均值 0.000 23 0.000 08 0.07 0.99 0.065 0.039
    标准差 0.000 18 0.000 06 0.02 0.53 0.001 0.01
    变异系数 0.75 0.77 0.28 0.54 0.01 0.37
    国标限定值 0.01 0.01 10 10 10 10
    超标率/% 0 0 0 0 0 0
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    表 4  玉米、向日葵、甘蓝、葱的食用部分和根系土砷、镉含量特征值表

    Table 4.  Eigenvalues of As and Cd contents in edible parts and root soil of corn, sunflower, cabbage and green onion

    参数统计 玉米根系土(n=14) 向日葵根系土(n=10) 甘蓝根系土(n=8) 葱根系土(n=10)
    范围 4.95~12.2 0.14~0.82 5.60~12.1 0.23~0.68 5.37~7.19 0.20~1.03 5.05~7.80 0.11~1.57
    平均值 7.94 0.41 7.31 0.44 5.98 0.44 6.30 0.76
    标准差 2.15 0.22 2.06 0.15 0.62 0.29 0.82 0.47
    变异系数 0.27 0.52 0.28 0.33 0.10 0.66 0.13 0.62
    国标限定值 25 0.6 25 0.6 25 0.6 25 0.6
    超过风险筛选值比率/% 0 14 0 10 0 25 0 70
    参数统计 玉米籽粒(n=14) 向日葵籽粒(n=10) 甘蓝叶(n=8) 葱叶(n=10)
    范围 0.13~0.42 0.004~0.011 0.04~0.07 0.054~0.20 0.002~0.028 0.001~0.013 0.005~0.018 0.0025~0.014
    平均值 0.20 0.01 0.05 0.12 0.006 0.003 0.01 0.01
    标准差 0.08 0.002 0.01 0.06 0.009 0.004 0.004 0.004
    变异系数 0.38 0.36 0.26 0.47 1.49 1.55 0.44 0.51
    国标限定值 0.5 0.1 0.5 0.1 0.5 0.1 0.5 0.1
    超标率/% 0 0 0 50 0 0 0 0
    富集系数/% 2.52 2.44 0.68 27.3 0.10 0.68 0.16 1.32
    含量单位:10-6
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    表 5  根系土砷、镉相态分析表

    Table 5.  Phase analysis of As and Cd in root soil

    参数统计 砷(n=4)/10-6
    水溶态 离子交换态 碳酸盐态 腐殖酸态 铁锰氧化态 强有机态 残渣态
    范围 0.018~0.036 0.014~0.021 0.029~0.035 1.06~2.17 0.95~1.42 0.021~0.025 4.12~6.99
    平均值 0.027 0.019 0.031 1.70 1.17 0.023 5.63
    标准差 0.008 0.003 0.003 0.550 0.215 0.002 1.18
    变异系数 0.311 0.171 0.091 0.325 0.184 0.073 0.209
    比率/% 0.28 0.19 0.32 17.3 11.9 0.24 57.4
    参数统计 镉(n=4)/10-6
    水溶态 离子交换态 碳酸盐态 腐殖酸态 铁锰氧化态 强有机态 残渣态
    范围 0.003~0.007 0.024~0.066 0.079~0.172 0.06~0.092 0.016~0.046 0.014~0.036 0.010~0.13
    平均值 0.006 0.039 0.12 0.08 0.03 0.03 0.06
    标准差 0.002 0.020 0.04 0.01 0.014 0.01 0.057
    变异系数 0.33 0.51 0.32 0.17 0.42 0.34 0.95
    比率/% 1.39 9.30 29.3 18.2 7.99 6.68 14.4
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  • [1]

    徐明岗, 卢昌艾, 张文菊, 等. 我国耕地质量状况与提升对策[J]. 中国农业资源与区划, 2016, 37(7): 8-14. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGNZ201607003.htm

    Xu M G, Lu C A, Zhang W J, et al. Situation of the quality of arable land in China and improvement strategy[J]. Journal of China Agricultural Resources and Regional Planning, 2016, 37(7): 8-14. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGNZ201607003.htm

    [2]

    Rehman Z U, Khan S, Shan M T, et al. Transfer of heavy metals from soils to vegetables and associated human health risks at selected sites in Pakistan[J]. Pedosphere, 2018, 28(4): 666-679. doi: 10.1016/S1002-0160(17)60440-5

    [3]

    徐明岗, 曾希柏, 周世伟, 等. 施肥与土壤重金属污染修复[M]. 北京: 科学出版社, 2014: 1-216.

    Xu M G, Zeng X B, Zhou S W, et al. Fertilization and remediation of heavy metal pollution in soil[M]. Beijing: Science Press, 2014: 1-216. (in Chinese)

    [4]

    徐明岗, 张文菊, 黄绍敏, 等. 中国土壤肥力演变[M]. 2版. 北京: 中国农业科学出版社, 2014: 1-1124.

    Xu M G, Zhang W J, Huang S M, et al. Soil fertility evolution in China[M]. 2nd ed. Beijing: Agricultural Science and Technology Press, 2014: 1-1124. (in Chinese)

    [5]

    曾希柏, 苏世鸣, 马世铭, 等. 我国农田生态系统重金属的循环与调控[J]. 应用生态学报, 2010, 21(9): 2418-2426. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB201009036.htm

    Zeng X B, Su S M, MA S M, et al. Heavy metals cycling and its regulation in China cropland ecosystems[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(9): 2418-2426. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB201009036.htm

    [6]

    曾希柏, 徐建明, 黄巧云, 等. 中国农田重金属问题的若干思考[J]. 土壤学报, 2013, 50(1): 186-194. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TRXB201301023.htm

    Zeng X B, Xu J M, Huang Q Y, et al. Some deliberations on the issues of heavy metals in farmlands of China[J]. Acta Pedologica Sinica, 2013, 50(1): 186-194. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TRXB201301023.htm

    [7]

    孙凤霞, 张伟华, 徐明岗, 等. 长期施肥对红壤微生物生物量碳氮和微生物碳源利用的影响[J]. 应用生态学报, 2010, 21(11): 2792-2798. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB201011011.htm

    Sun F X, Zhang W H, Xu M G, et al. Effects of long-term fertilization on microbial biomass carbon and nitrogen and on carbon source utilization of microbes in a red soil[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(11): 2792-2798. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB201011011.htm

    [8]

    吴曼, 徐明岗, 张文菊, 等. 土壤性质对单一及复合污染下外源镉稳定化过程的影响[J]. 环境科学, 2012, 33(7): 2503-2509. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJKZ201207053.htm

    Wu M, Xu M G, Zhang W J, et al. Effects of soil properties on the stabilization process of cadmium in Cd alone and Cd-Pb contaminated soils[J]. Environmental Science, 2012, 33(7): 2503-2509. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJKZ201207053.htm

    [9]

    Yan H, Filardo F, Hu X T, et al. Cadmium stress alters the redox reaction and hormone balance in oilseed rape (Brassica napus L. ) leaves[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2016, 23 (4): 3758-3769. doi: 10.1007/s11356-015-5640-y

    [10]

    Yu H Y, Ding X D, Li F B, et al. The availabilities of arsenic and cadmium in rice paddy fields from a mining area: The role of soil extractable and plant silicon[J]. Environmental Pollution, 2016, 215: 258-265. doi: 10.1016/j.envpol.2016.04.008

    [11]

    宋正国, 徐明岗, 李菊梅, 等. 钙对土壤镉有效性的影响及其机理[J]. 应用生态学报, 2009, 20(7): 1705-1710. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB200907029.htm

    Song Z G, Xu M G, Li J M, et al. Effects of calcium on cadmium bioavailability in lateritic red soil and related mechanisms[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2009, 20(7): 1705-1710. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB200907029.htm

    [12]

    和秋红, 曾希柏, 李莲芳, 等. 好气条件下不同形态外源砷在土壤中的转化[J]. 应用生态学报, 2010, 21(12): 3212-3216. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB201012032.htm

    He Q H, Zeng X B, Li L F, et al. Transformation of different exogenous arsenic forms in soil under aerobic condition[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(12): 3212-3216. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB201012032.htm

    [13]

    铁梅, 梁彦秋, 臧树良, 等. 工业污染土壤中镉的化学形态及植物修复研究[J]. 应用生态学报, 2006, 17(2): 348-350. doi: 10.3321/j.issn:1001-9332.2006.02.038

    Tie M, Liang Y Q, Zang S L, et al. Chemical forms of cadmium in industrial contaminated soil and its phytoremediation[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2006, 17(2): 348-350. doi: 10.3321/j.issn:1001-9332.2006.02.038

    [14]

    李莲芳, 曾希柏, 白玲玉, 等. 石门雄黄矿周边地区土壤砷分布及农产品健康风险评估[J]. 应用生态学报, 2010, 21(11): 2946-2951. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB201011032.htm

    Li L F, Zeng X B, Bai L Y, et al. Soil arsenic content and its health risk assessment for agricultural products in the region surrounding Shimen arsenic sulphide mine[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(11): 2946-2951. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB201011032.htm

    [15]

    曾希柏, 李莲芳, 白玲玉, 等. 山东寿光农业利用方式对土壤砷累积的影响[J]. 应用生态学报, 2007, 18(2): 310-316. doi: 10.3321/j.issn:1001-9332.2007.02.013

    Zeng X B, Li L F, Bai L Y, et al. Arsenic accumulation in different agricultural soils in Shouguang of Shandong Province[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2007, 18(2): 310-316. doi: 10.3321/j.issn:1001-9332.2007.02.013

    [16]

    丁平, 庄萍, 李志安, 等. 镉在土壤-蔬菜-昆虫食物链的传递特征[J]. 应用生态学报, 2012, 23(11): 3116-3122. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB201211030.htm

    Ding P, Zhuang P, Li Z A, et al. Transfer characteristics of cadmium in soil-vegetable-insect food chain[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(11): 3116-3122. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB201211030.htm

    [17]

    徐晟徽, 郭书海, 胡筱敏, 等. 沈阳张士灌区重金属污染再评价及镉的形态分析[J]. 应用生态学报, 2007, 18(9): 2144-2148. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB200709038.htm

    Xu S H, Guo S H, Hu X M, et al. Revaluation of soil heavy metals pollution in Zhangshi irrigation area of Shenyang and analysis of Cd forms in soil[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2007, 18(9): 2144-2148. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB200709038.htm

    [18]

    朱有为, 段丽丽, 周银, 等. 浙江省主要优势农产品产地土壤-农作物镉含量空间分布及相关性研究[J]. 农业资源与环境学报, 2014, 31(1): 79-84. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NHFZ201401014.htm

    Zhu Y W, Duan L L, Zhou Y, et al. Spatial pattern and interrelation of total Cd in soils and crops across the agricultural regions of Zhejiang Province, China[J]. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2014, 31(1): 79-84. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NHFZ201401014.htm

    [19]

    余垚, 朱丽娜, 郭天亮, 等. 我国含磷肥料中镉和砷土壤累积风险分析[J]. 农业环境科学学报, 2018, 37(7): 1326-1331. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NHBH201807004.htm

    Yu Y, Zhu L N, Guo T L, et al. Risk assessment of cadmium and arsenic in phosphate fertilizer[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2018, 37(7): 1326-1331. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NHBH201807004.htm

    [20]

    周永锋, 刘兴成, 周艳琳, 等. 肥料中重金属含量及其对干旱灌溉农区玉米吸收累积的影响[J]. 农业环境科学学报, 2006, 25(S1): 503-506. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NHBH2006S2008.htm

    Zhou Y F, Liu X C, Zhou Y L, et al. Contents of heavy metals in fertilizers and their accumulation in corn under arid agriculture with irrigation[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2006, 25(S1): 503-506. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NHBH2006S2008.htm

    [21]

    王美, 李书田. 肥料重金属含量状况及施肥对土壤和作物重金属富集的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(2): 466-480. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZWYF201402024.htm

    Wang M, Li S T. Heavy metals in fertilizers and effect of the fertilization on heavy metal accumulation in soils and crops[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2014, 20(2): 466-480. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZWYF201402024.htm

    [22]

    杜彩艳, 张乃明, 雷宝坤, 等. 不同玉米(Zea mays)品种对镉锌积累与转运的差异研究[J]. 农业环境科学学报, 2017, 36(1): 16-23. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NHBH201701003.htm

    Du C Y, Zhang N M, Lei B K, et al. Differences of cadmium and zinc accumulation and translocation in different varieties of Zea mays [J]. Journal of Agro-Environment Science, 2017, 36(1): 16-23. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NHBH201701003.htm

    [23]

    辛艳卫, 梁成华, 杜立宇, 等. 不同玉米品种对镉的富集和转运特性[J]. 农业环境科学学报, 2017, 36(5): 839-846. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NHBH201705004.htm

    Xin Y W, Liang C H, Du L Y, et al. Accumulation and translocation of cadmium in different maize cultivars[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2017, 36(5): 839-846. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NHBH201705004.htm

    [24]

    李霞, 张慧鸣, 徐震, 等. 农田Cd和Hg污染的来源解析与风险评价研究[J]. 农业环境科学学报, 2016, 35(7): 1314-1320. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NHBH201607013.htm

    Li X, Zhang H M, Xu Z, et al. Source apportionment and risk assessment of Cd and Hg pollution in farmland[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2016, 35(7): 1314-1320. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NHBH201607013.htm

    [25]

    冯倩, 台培东, 李培军, 等. 三种农作物中镉积累与全硫含量的关系[J]. 生态学杂志, 2009, 28(3): 461-465. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-STXZ200903015.htm

    Feng Q, Tai P D, Li P J, et al. Cadmium accumulation and its relationship with sulfur content in three crops[J]. Chinese Journal of Ecology, 2009, 28(3): 461-465. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-STXZ200903015.htm

    [26]

    杨洋, 陈志鹏, 黎红亮, 等. 两种农业种植模式对重金属土壤的修复潜力[J]. 生态学报, 2016, 36(3): 688-695. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-STXB201603012.htm

    Yang Y, Chen Z P, Li H L, et al. The potential of two agricultural cropping patterns for remediating heavy metals from soils[J]. Acta Ecologica Sinica, 2016, 36(3): 688-695. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-STXB201603012.htm

    [27]

    Hassan S E, Hijri M, St-Arnaud M. Effect of arbuscular mycorrhizal fungi on trace metal uptake by sunflower plants grown on cadmium contaminated soil[J]. New Biotechnology, 2013, 30(6): 780-787. doi: 10.1016/j.nbt.2013.07.002

    [28]

    Júnior C A L, de Sousa Barbosa H, Galazzi R M, et al. Evaluation of proteome alterations induced by cadmium stress in sunflower (Helianthus annuus L. ) cultures[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2015, 119: 170-177. doi: 10.1016/j.ecoenv.2015.05.016

    [29]

    刘艳丽, 徐莹, 杜克兵, 等. 无机砷在植物体内的吸收和代谢机制[J]. 应用生态学报, 2012, 23(3): 842-848. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB201203038.htm

    Liu Y L, Xu Y, Du K B, et al. Absorption and metabolism mechanisms of inorganic arsenic in plants: A review[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(3): 842-848. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSB201203038.htm

    [30]

    王兴明, 刘登义, 涂俊芳, 等. 芜湖钢铁厂周边土壤及油菜籽中镉、铜、锌、铅含量和形态分布研究[J]. 应用生态学报, 2005, 16 (10): 1924-1931. doi: 10.3321/j.issn:1001-9332.2005.10.025

    Wang X M, Liu D Y, Tu J F, et al. Cd, Cu, Zn and Pb contents and forms in soils and rapeseeds around Wuhu Plant[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2005, 16(10): 1924-1931. doi: 10.3321/j.issn:1001-9332.2005.10.025

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出版历程
收稿日期:  2021-12-14
修回日期:  2022-01-20
刊出日期:  2022-08-25

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