第22卷第4期
2002年7月
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""文章编号：（0253-24682002）-04-0494-05中图分类号：X511文献标识码：A环境科学学报ACTASCIENTIAECIRCUMSTANTIAEVol.22，No.4Jul.，2002
北京市春季沙尘暴天气大气气溶胶污染特征研究王玮1，岳欣1，刘红杰1，潘志1，汤大钢1，王英2，杜尧国2，
钱枫3，坂本和彦4（1.中国环境科学研究院大气环境研究所，苏红梅3，北京100012；2.吉林大学
环境科学系，长春130061；北京100081；日本338）3.北京工商大学环境工程系，4.日本琦玉大学研究生院，
（总悬浮颗粒物，、（可吸入颗粒物，摘要：采集并分析了北京市2次沙尘暴天气和非沙尘暴天气TSP!100!m）PM10!10!m）
发生沙尘暴时大气气溶胶的污染水平极高，这种情况在北京市只有发生的质量浓度、离子浓度、元素浓度等.研究结果表明，
沙尘暴时才可能出现；地表扬尘对大气气溶胶的贡献显著，显示出沙尘暴时的污染特征.
关键词：大气气溶胶；沙尘暴；北京市
Studyonpollutioncharacteristicsofaerosolsduringsand-duststormweatherinbeijing
WANGWei1，YUEXin1，LIU~ongjie1，PANZhi1，TANGDagang1，WANGYing2，DURaoguo2，SU~ongmei3，GIANFeng3，Sakamotokazuhiko4（1.AtmosphericEnvironmentInstitute，ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences，Beijing100012；2.DepartmentofEnvironmentalSciences，JilinUniversity，Changchun130061；
3.DepartmentofEnvironmentalEngineering，BeijingIndustrialandCommercialUniversity，Beijing
SaitamaUniversity，Japan338）100081；4.GraduateSchoolof
Abstract：Inthespringof2000，therewere12sand-duststormsthatbroughtenormousimpactstoatmosphericenvironmentanddailylifeinBeijing.2sand-duststormswereeXperiencedinthisstudy.Massconcentrations，ionicconcentrations，elementaryconcentrations
（（totalsupspendedparticulate，!100!m）andPM10inhalableparticulate，!10!m）weresampledandanalyzed.ResultsandetcofTSP
showedthatpollutionlevelofaerosolswaseXtremelyhighandsuchkindofseriouspollutiononlyoccurredduringsand-duststorms.
whichmightbethepollutioncharacteristicsofsand-duststorminBeijing.Contributionofgrounddusttoaerosolswasverysignificant，
Keywords：aerolsos；sand-duststorm；Beijing
近年中国西北部地区春季都会发生沙尘暴天气，而随着人类活动对自然破坏的加剧和气
［1，2］候的变化，沙尘暴有逐渐加剧和向东南部推移的倾向中国北方发生了多次.2000年春季，
大范围扬尘、浮尘和沙尘暴天气，特别是北京市在3—其中2次5月发生了12次沙尘暴天气，强度非常大.为了解和研究北京市春季特殊气象条件下大气气溶胶的污染状况和污染特征，我们于2000年4月在北京市北部采集了发生沙尘暴时和非沙尘暴天气时TSP（总悬浮颗粒物，
和PM10（可吸入颗粒物，样品，分析了其质量浓度、离子浓度、元素浓度，本!100!m）!10!m）
文将就所得到的结果进行分析和讨论.
1
1.1样品的采集和分析方法样品的采集方法
在中国环境科学研究院内（在北京市亚运村北6km处）以滤膜法采集TSP样品和PM10样品.样品采集装置为北京地质仪器厂生产的kB采样流量-80型中流量大气颗粒物采样器，
收稿日期：修订日期：2000-08-15；2001-10-25
作者简介：王玮（，男，副研究员（博士）1962—）
期王玮等：北京市春季沙尘暴天气大气气溶胶污染特征研究
为78L／（PF020）min.样品采集滤膜为日本东洋滤纸公司生产的聚四氟乙烯滤膜.
1.2样品的分析方法
样品采集前后，将滤膜放置在温度20C和相对湿度48%的恒温恒湿室内24h，然后用日本岛津制造的十万分之一精密天平称重，由样品采集前后滤膜的质量差和大气的采样体积求出大气气溶胶的质量浓度.分取一定面积的样品滤膜，用去离子水经超声波震荡浸取滤膜，浸取液用0.47!（北京化工学校制）过滤，滤液定容后用美国DIONEX公司生产的m的微孔滤膜
2+--等阴、DX100型离子色谱仪分析其中的Na+、NH4+、 +、Ca2+、MCl-、NO3-、SO2g和F、4
阳离子.分取一定面积的样品滤膜，用混合酸HF加热分解后的残渣-HNO3-HClO4加热分解，
用定量的去离子水溶解，使用日本岛津仪器公司制造的ICP@-1000型耦合诱导等离子发射光谱分析仪分析样品水溶液中的主要元素，其中包括Al、Ba、Ca、MTi、Li、Cr、Co、Cu、Fe、Ga、g、
根据上述元素的分析结果和采样体积可计算样品的元素 、Mn、Na、Ni、Pb、Sr、V、Zn等元素，
浓度.
!结果和讨论
2.1质量浓度的结果和讨论
图1是TSP和PM10质量浓度的逐日变化曲线.
以
极
均
到
华
准质
卷
沙
以
胶
现
高，人
4期王玮等：北京市春季沙尘暴天气大气气溶胶污染特征研究
表l
Table1（!TSP元素浓度的分析结果m3）g／（ElementalconcentrationsofTSPm3）g／!497
AlBaCaCoCrCuFeGaKLiMg
4.0668.560.6245.070.0150.040.0535.090.5236.250.04016.684.075.420.0614.900.0020.030.012.920.0410.090.0034.854.0811.930.1618.450.0030.030.026.440.1035.240.0086.524.0916.540.1917.570.0040.060.018.750.1522.000.0095.33
4.1010.040.1515.360.0030.040.025.530.0812.720.0054.31
4.115.570.1219.620.0030.030.023.440.0620.490.0054.82
4.124.740.0618.160.0020.050.012.990.0525.360.0043.99
Ave.133.770.1026.510.0080.040.0317.500.2725.660.0198.85Ave.26.720.0317.010.0030.040.023.840.0619.380.0054.84
21.870.0095.87Ave.313.620.0519.440.0040.040.027.330.12!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!日期，月!日元素总浓度元素总浓度／质量浓度，.MnNaNiPbSrTiVZn%
4.060.719.900.040.200.183.820.090.20218.084.26
4.070.074.610.000.040.020.330.010.0643.469.45
4.080.149.910.010.100.040.740.020.1890.059.19
4.090.196.980.010.100.061.070.020.1779.226.55
4.100.146.030.010.050.030.630.020.1455.326.36
4.110.096.520.010.080.040.500.010.2361.6712.85
4.120.077.620.010.060.040.370.010.2163.8111.00
Ave.10.367.870.020.120.101.970.050.17119.544.82
Ave.20.096.550.010.070.030.480.010.1762.2610.21
Ave.30.166.870.010.080.050.860.020.1776.887.05
注：非沙尘暴时和总加权平均值Ave.1—3分别为沙尘暴时、
表2
Table2
日期，月.日（!PMlo元素浓度的分析结果m3）g／（ElementalconcentrationsofPM10m3）g／!日期，月.日AlBaCaCoCrCuFeGaKLiMg4.0624.690.3416.920.0060.010.0213.160.1812.250.0156.134.071.680.037.740.0010.020.010.830.017.390.0022.224.085.980.1012.370.0010.020.012.840.0425.080.0043.944.097.080.159.710.0020.030.013.410.0412.530.0042.85
4.104.150.126.820.0010.020.012.190.035.470.0032.30
4.112.670.109.510.0020.020.022.010.0213.210.0092.81
4.122.510.0510.640.0020.020.001.340.0116.650.0082.77
Ave.112.890.2012.310.0030.020.026.570.0915.000.0073.73Ave.23.070.088.770.0010.020.011.710.028.160.0052.84Ave.35.670.1110.050.0020.020.013.000.0413.190.0063.08!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!日期，月.日元素总浓度元素总浓度／质量浓度，MnNaNiPbSrTiVZn%4.060.305.960.020.080.071.280.040.0981.574.94
4.070.043.270.000.020.010.040.000.0523.3714.61
4.080.096.430.010.060.020.260.010.1257.4111.48
4.090.094.450.010.070.030.240.010.1240.8312.01
4.100.074.210.000.020.020.190.010.0925.717.79
4.110.053.550.010.060.030.190.010.2034.5813.30
4.120.063.800.000.040.020.120.000.1738.2313.18
14.114.130.043.190.000.040.010.280.010.2129.63
Ave.10.165.800.010.050.040.590.020.1348.266.19
Ave.20.063.730.000.050.020.150.010.1237.2212.83
注：非沙尘暴时和总加权平均值Ave.1—3分别为沙尘暴时、
498环境科学学报22卷了100左右，表明上述元素有可能受到了人为污染的影响，Pb的富集因子比较高说明即使目前已经停止使用含铅汽油，但是以往沉降到土壤中的铅还会在相当长的时间内造成一定的污染.特别是通过发生沙尘暴和无沙尘暴时Pb富集因子的比较，可以发现在发生沙尘暴时Pb的富集因子有很大的下降，这种污染特征与沙尘暴源区大气气溶胶的污染特征比较接近，这表
［1，2］与其它的分析和计算结果明发生沙尘暴时大气气溶胶中非本地源的贡献有很大的增加.
相比较，本次研究得到的富集因子显著比较小，表明此时大气气溶胶受自然来源的影响大，而
［7］从计算结果还可以发现，受人为来源影响相对较小未发生沙尘暴时上述元素受人为污染.
的影响较大，这从PM10上述元素的富集因子大于TSP也可以反映.
表3TSP和PM10元素富集因子的计算结果
Table3
种类CalculationofenrichmentfactorsofTSPandPM10元素AlBaCaCoCrCuGaKLi
总平均1.353.383.041.113.262.6354.0710.313.38沙尘暴平均TSP1.402.831.740.911.741.5852.744.313.18无沙尘暴平均总平均1.375.743.841.244.114.3342.0315.195.40沙尘暴平均PM101.424.631.890.952.172.1244.344.293.25无沙尘暴平均1.307.276.541.666.777.3938.8530.238.37!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!种类元素MMnNaNiSrTiPbVZng
总平均1.681.292.411.0911.400.7966.450.9316.23沙尘暴平均1.061.211.080.939.430.7638.180.886.07TSP无沙尘暴平均总平均2.151.623.666.4113.680.6195.781.0929.81沙尘暴平均PM101.191.431.831.3010.720.6147.510.919.84无沙尘暴平均3结论
（这表现在TSP和PM10质量浓度和1）2000年春季北京市大气气溶胶的污染非常严重，
化学成分水平很高，特别是发生沙尘暴时TSP和PM10的质量浓度极高，远远超过了相应的标准，同时大气气溶胶的污染也表现出沙尘暴的污染特征.（根据对沙尘暴和非沙尘暴天气以2）
可以发现在发生沙尘暴时来源于沙尘和土壤的大及TSP和PM10化学成分浓度的对比分析，
粒子对大气气溶胶的贡献明显增加，其中来源于土壤的离子和元素浓度骤增；而在非沙尘暴时来源于人为排放的离子和元素的相对比例则增加，这些元素主要存在于细粒子中.（富集因3）子的计算结果也表明观测期间沙尘暴对大气气溶胶的贡献显著，同时可以发现Pb等元素的富集因子比较大，但是在沙尘暴期间其富集因子降低，表明其受人为污染的影响比较大.参考文献：
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北京市春季沙尘暴天气大气气溶胶污染特征研究
作者：
作者单位：王玮， 岳欣， 刘红杰， 潘志， 汤大钢， 王英， 杜尧国， 苏红梅， 钱枫， 坂本和彦王玮,岳欣,刘红杰,潘志,汤大钢(中国环境科学研究院大气环境研究所,北京
,100012)， 王英,杜尧国(吉林大学环境科学系,长春,130061)， 苏红梅,钱枫
(北京工商大学环境工程系,北京,100081)， 坂本和彦(日本琦玉大学研究生院
,日本 338)
环境科学学报
ACTA SCIENTIAE CIRCUMSTANTIAE
2002,22(4)
31次刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
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（总悬浮颗粒物，、（可吸入颗粒物，摘要：采集并分析了北京市2次沙尘暴天气和非沙尘暴天气TSP!100!m）PM10!10!m）
发生沙尘暴时大气气溶胶的污染水平极高，这种情况在北京市只有发生的质量浓度、离子浓度、元素浓度等.研究结果表明，
沙尘暴时才可能出现；地表扬尘对大气气溶胶的贡献显著，显示出沙尘暴时的污染特征.
关键词：大气气溶胶；沙尘暴；北京市
Studyonpollutioncharacteristicsofaerosolsduringsand-duststormweatherinbeijing
WANGWei1，YUEXin1，LIU~ongjie1，PANZhi1，TANGDagang1，WANGYing2，DURaoguo2，SU~ongmei3，GIANFeng3，Sakamotokazuhiko4（1.AtmosphericEnvironmentInstitute，ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences，Beijing100012；2.DepartmentofEnvironmentalSciences，JilinUniversity，Changchun130061；
3.DepartmentofEnvironmentalEngineering，BeijingIndustrialandCommercialUniversity，Beijing
SaitamaUniversity，Japan338）100081；4.GraduateSchoolof
Abstract：Inthespringof2000，therewere12sand-duststormsthatbroughtenormousimpactstoatmosphericenvironmentanddailylifeinBeijing.2sand-duststormswereeXperiencedinthisstudy.Massconcentrations，ionicconcentrations，elementaryconcentrations
（（totalsupspendedparticulate，!100!m）andPM10inhalableparticulate，!10!m）weresampledandanalyzed.ResultsandetcofTSP
showedthatpollutionlevelofaerosolswaseXtremelyhighandsuchkindofseriouspollutiononlyoccurredduringsand-duststorms.
whichmightbethepollutioncharacteristicsofsand-duststorminBeijing.Contributionofgrounddusttoaerosolswasverysignificant，
Keywords：aerolsos；sand-duststorm；Beijing
近年中国西北部地区春季都会发生沙尘暴天气，而随着人类活动对自然破坏的加剧和气
［1，2］候的变化，沙尘暴有逐渐加剧和向东南部推移的倾向中国北方发生了多次.2000年春季，
大范围扬尘、浮尘和沙尘暴天气，特别是北京市在3—其中2次5月发生了12次沙尘暴天气，强度非常大.为了解和研究北京市春季特殊气象条件下大气气溶胶的污染状况和污染特征，我们于2000年4月在北京市北部采集了发生沙尘暴时和非沙尘暴天气时TSP（总悬浮颗粒物，
和PM10（可吸入颗粒物，样品，分析了其质量浓度、离子浓度、元素浓度，本!100!m）!10!m）
文将就所得到的结果进行分析和讨论.
1
1.1样品的采集和分析方法样品的采集方法
在中国环境科学研究院内（在北京市亚运村北6km处）以滤膜法采集TSP样品和PM10样品.样品采集装置为北京地质仪器厂生产的kB采样流量-80型中流量大气颗粒物采样器，
收稿日期：修订日期：2000-08-15；2001-10-25
作者简介：王玮（，男，副研究员（博士）1962—）
期王玮等：北京市春季沙尘暴天气大气气溶胶污染特征研究
为78L／（PF020）min.样品采集滤膜为日本东洋滤纸公司生产的聚四氟乙烯滤膜.
1.2样品的分析方法
样品采集前后，将滤膜放置在温度20C和相对湿度48%的恒温恒湿室内24h，然后用日本岛津制造的十万分之一精密天平称重，由样品采集前后滤膜的质量差和大气的采样体积求出大气气溶胶的质量浓度.分取一定面积的样品滤膜，用去离子水经超声波震荡浸取滤膜，浸取液用0.47!（北京化工学校制）过滤，滤液定容后用美国DIONEX公司生产的m的微孔滤膜
2+--等阴、DX100型离子色谱仪分析其中的Na+、NH4+、 +、Ca2+、MCl-、NO3-、SO2g和F、4
阳离子.分取一定面积的样品滤膜，用混合酸HF加热分解后的残渣-HNO3-HClO4加热分解，
用定量的去离子水溶解，使用日本岛津仪器公司制造的ICP@-1000型耦合诱导等离子发射光谱分析仪分析样品水溶液中的主要元素，其中包括Al、Ba、Ca、MTi、Li、Cr、Co、Cu、Fe、Ga、g、
根据上述元素的分析结果和采样体积可计算样品的元素 、Mn、Na、Ni、Pb、Sr、V、Zn等元素，
浓度.
!结果和讨论
2.1质量浓度的结果和讨论
图1是TSP和PM10质量浓度的逐日变化曲线.
以
极
均
到
华
准质
卷
沙
以
胶
现
高，人
4期王玮等：北京市春季沙尘暴天气大气气溶胶污染特征研究
表l
Table1（!TSP元素浓度的分析结果m3）g／（ElementalconcentrationsofTSPm3）g／!497
AlBaCaCoCrCuFeGaKLiMg
4.0668.560.6245.070.0150.040.0535.090.5236.250.04016.684.075.420.0614.900.0020.030.012.920.0410.090.0034.854.0811.930.1618.450.0030.030.026.440.1035.240.0086.524.0916.540.1917.570.0040.060.018.750.1522.000.0095.33
4.1010.040.1515.360.0030.040.025.530.0812.720.0054.31
4.115.570.1219.620.0030.030.023.440.0620.490.0054.82
4.124.740.0618.160.0020.050.012.990.0525.360.0043.99
Ave.133.770.1026.510.0080.040.0317.500.2725.660.0198.85Ave.26.720.0317.010.0030.040.023.840.0619.380.0054.84
21.870.0095.87Ave.313.620.0519.440.0040.040.027.330.12!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!日期，月!日元素总浓度元素总浓度／质量浓度，.MnNaNiPbSrTiVZn%
4.060.719.900.040.200.183.820.090.20218.084.26
4.070.074.610.000.040.020.330.010.0643.469.45
4.080.149.910.010.100.040.740.020.1890.059.19
4.090.196.980.010.100.061.070.020.1779.226.55
4.100.146.030.010.050.030.630.020.1455.326.36
4.110.096.520.010.080.040.500.010.2361.6712.85
4.120.077.620.010.060.040.370.010.2163.8111.00
Ave.10.367.870.020.120.101.970.050.17119.544.82
Ave.20.096.550.010.070.030.480.010.1762.2610.21
Ave.30.166.870.010.080.050.860.020.1776.887.05
注：非沙尘暴时和总加权平均值Ave.1—3分别为沙尘暴时、
表2
Table2
日期，月.日（!PMlo元素浓度的分析结果m3）g／（ElementalconcentrationsofPM10m3）g／!日期，月.日AlBaCaCoCrCuFeGaKLiMg4.0624.690.3416.920.0060.010.0213.160.1812.250.0156.134.071.680.037.740.0010.020.010.830.017.390.0022.224.085.980.1012.370.0010.020.012.840.0425.080.0043.944.097.080.159.710.0020.030.013.410.0412.530.0042.85
4.104.150.126.820.0010.020.012.190.035.470.0032.30
4.112.670.109.510.0020.020.022.010.0213.210.0092.81
4.122.510.0510.640.0020.020.001.340.0116.650.0082.77
Ave.112.890.2012.310.0030.020.026.570.0915.000.0073.73Ave.23.070.088.770.0010.020.011.710.028.160.0052.84Ave.35.670.1110.050.0020.020.013.000.0413.190.0063.08!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!日期，月.日元素总浓度元素总浓度／质量浓度，MnNaNiPbSrTiVZn%4.060.305.960.020.080.071.280.040.0981.574.94
4.070.043.270.000.020.010.040.000.0523.3714.61
4.080.096.430.010.060.020.260.010.1257.4111.48
4.090.094.450.010.070.030.240.010.1240.8312.01
4.100.074.210.000.020.020.190.010.0925.717.79
4.110.053.550.010.060.030.190.010.2034.5813.30
4.120.063.800.000.040.020.120.000.1738.2313.18
14.114.130.043.190.000.040.010.280.010.2129.63
Ave.10.165.800.010.050.040.590.020.1348.266.19
Ave.20.063.730.000.050.020.150.010.1237.2212.83
注：非沙尘暴时和总加权平均值Ave.1—3分别为沙尘暴时、
498环境科学学报22卷了100左右，表明上述元素有可能受到了人为污染的影响，Pb的富集因子比较高说明即使目前已经停止使用含铅汽油，但是以往沉降到土壤中的铅还会在相当长的时间内造成一定的污染.特别是通过发生沙尘暴和无沙尘暴时Pb富集因子的比较，可以发现在发生沙尘暴时Pb的富集因子有很大的下降，这种污染特征与沙尘暴源区大气气溶胶的污染特征比较接近，这表
［1，2］与其它的分析和计算结果明发生沙尘暴时大气气溶胶中非本地源的贡献有很大的增加.
相比较，本次研究得到的富集因子显著比较小，表明此时大气气溶胶受自然来源的影响大，而
［7］从计算结果还可以发现，受人为来源影响相对较小未发生沙尘暴时上述元素受人为污染.
的影响较大，这从PM10上述元素的富集因子大于TSP也可以反映.
表3TSP和PM10元素富集因子的计算结果
Table3
种类CalculationofenrichmentfactorsofTSPandPM10元素AlBaCaCoCrCuGaKLi
总平均1.353.383.041.113.262.6354.0710.313.38沙尘暴平均TSP1.402.831.740.911.741.5852.744.313.18无沙尘暴平均总平均1.375.743.841.244.114.3342.0315.195.40沙尘暴平均PM101.424.631.890.952.172.1244.344.293.25无沙尘暴平均1.307.276.541.666.777.3938.8530.238.37!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!种类元素MMnNaNiSrTiPbVZng
总平均1.681.292.411.0911.400.7966.450.9316.23沙尘暴平均1.061.211.080.939.430.7638.180.886.07TSP无沙尘暴平均总平均2.151.623.666.4113.680.6195.781.0929.81沙尘暴平均PM101.191.431.831.3010.720.6147.510.919.84无沙尘暴平均3结论
（这表现在TSP和PM10质量浓度和1）2000年春季北京市大气气溶胶的污染非常严重，
化学成分水平很高，特别是发生沙尘暴时TSP和PM10的质量浓度极高，远远超过了相应的标准，同时大气气溶胶的污染也表现出沙尘暴的污染特征.（根据对沙尘暴和非沙尘暴天气以2）
可以发现在发生沙尘暴时来源于沙尘和土壤的大及TSP和PM10化学成分浓度的对比分析，
粒子对大气气溶胶的贡献明显增加，其中来源于土壤的离子和元素浓度骤增；而在非沙尘暴时来源于人为排放的离子和元素的相对比例则增加，这些元素主要存在于细粒子中.（富集因3）子的计算结果也表明观测期间沙尘暴对大气气溶胶的贡献显著，同时可以发现Pb等元素的富集因子比较大，但是在沙尘暴期间其富集因子降低，表明其受人为污染的影响比较大.参考文献：
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北京市春季沙尘暴天气大气气溶胶污染特征研究
作者：
作者单位：王玮， 岳欣， 刘红杰， 潘志， 汤大钢， 王英， 杜尧国， 苏红梅， 钱枫， 坂本和彦王玮,岳欣,刘红杰,潘志,汤大钢(中国环境科学研究院大气环境研究所,北京
,100012)， 王英,杜尧国(吉林大学环境科学系,长春,130061)， 苏红梅,钱枫
(北京工商大学环境工程系,北京,100081)， 坂本和彦(日本琦玉大学研究生院
,日本 338)
环境科学学报
ACTA SCIENTIAE CIRCUMSTANTIAE
2002,22(4)
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