海洋生態(tài)學(xué)-第12章-過(guò)度捕撈與海水養(yǎng)殖問(wèn)題及漁業(yè)講課稿_第1頁(yè)
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第十二章過(guò)度捕撈與海水養(yǎng)殖問(wèn)題(wèntí)及漁業(yè)管理學(xué)習(xí)目的掌握可更新自然資源的特點(diǎn)、持續(xù)(chíxù)產(chǎn)量和最大持續(xù)(chíxù)產(chǎn)量的概念;了解傳統(tǒng)漁業(yè)資源管理模式及有關(guān)的持續(xù)(chíxù)產(chǎn)量模型、動(dòng)態(tài)庫(kù)模型,明確傳統(tǒng)漁業(yè)資源管理模式的局限性;掌握大海洋生態(tài)系的基本概念和管理目標(biāo),了解生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基本理論及其對(duì)海洋生物資源開(kāi)放利用和管理的意義,了解海洋增養(yǎng)殖業(yè)的基本原理和實(shí)踐上存在的問(wèn)題。第一頁(yè),共34頁(yè)。第一節(jié)傳統(tǒng)的漁業(yè)(yúyè)資源管理模式一、持續(xù)(chíxù)產(chǎn)量和最大持續(xù)(chíxù)產(chǎn)量的原理(一)持續(xù)產(chǎn)量和最大持續(xù)產(chǎn)量持續(xù)產(chǎn)量(sustainableyield)就是在生態(tài)環(huán)境基本穩(wěn)定的條件下,每年從該種群資源中捕撈一定的數(shù)量而不影響資源量繼續(xù)保持在一定的水平上,這種漁獲量可以年復(fù)一年的獲得就稱為持續(xù)產(chǎn)量或平衡(pínghéng)漁獲量也稱剩余產(chǎn)量。第二頁(yè),共34頁(yè)。一個(gè)漁業(yè)種群生物量的自然(zìrán)增長(zhǎng)量(dB/dt,即種群剩余生產(chǎn)部分)與種群大?。˙)有關(guān)。當(dāng)種群生物量處于極低水平(B≈0)或達(dá)到最大(B=B∞)時(shí),dB/dt為零;當(dāng)種群為中等大小時(shí),dB/dt最大圖11.l種群大小與漁業(yè)產(chǎn)量關(guān)系示意圖B為種群生物量,B∞為最大種群生物量(引自Pitcher&Hart1982)

最大持續(xù)產(chǎn)量

置換線

“剩余生產(chǎn)部分”

=持續(xù)產(chǎn)量

B∞

B2

B1

第三頁(yè),共34頁(yè)。在每一生物量水平上(低于環(huán)境(huánjìng)最大負(fù)載量)都有一個(gè)持續(xù)產(chǎn)量最大持續(xù)產(chǎn)量(maximumsustainableyield,MSY):海洋漁業(yè)資源科學(xué)管理的目標(biāo)第四頁(yè),共34頁(yè)。捕撈力量或稱捕撈努力量(fishingeffect)通常是指特定時(shí)間內(nèi)投入漁業(yè)的捕撈生產(chǎn)工具設(shè)備(shèbèi)的數(shù)量和強(qiáng)度,網(wǎng)目大小則與種群中被捕撈的年齡有關(guān)。(二)捕撈力量、網(wǎng)目大小(dàxiǎo)與持續(xù)產(chǎn)量的關(guān)系捕撈力量f

平衡漁獲量Y

c

a

b

圖11.2不同種類的總漁獲量和捕撈力量的關(guān)系

p

n

m

平衡漁獲量Y

捕撈力量f

0

圖11.3同一種類不同網(wǎng)目的捕撈力量和總漁獲量的關(guān)系

0

第五頁(yè),共34頁(yè)。有關(guān)漁業(yè)管理的數(shù)學(xué)模型很多,其目的均為在可持續(xù)利用的前提下,盡可能獲得最大產(chǎn)量。剩余產(chǎn)量模型為其中較為簡(jiǎn)單一種,其特點(diǎn)是只考慮產(chǎn)量因素。1.在未開(kāi)發(fā)利用的情況(qíngkuàng)下種群增長(zhǎng)模式可表達(dá)為:dB/dt=rB[(B∞-B)/B∞]上式為拋物線圖形二、持續(xù)(chíxù)產(chǎn)量模型(sustainableyieldmodel)0

B∞/

2

B∞

dB/dt

圖11.4未開(kāi)發(fā)利用時(shí)自然增長(zhǎng)率與生物量的關(guān)系

第六頁(yè),共34頁(yè)。要使dB/dt達(dá)到最大值,只要對(duì)其求導(dǎo)并令其為零:d2B/dt2=rB∞-2rB=0,得:B=B∞/2時(shí)增長(zhǎng)速率最快2.在開(kāi)發(fā)利用的情況下,種群的增長(zhǎng)速率還受捕撈的影響設(shè)捕撈死亡系數(shù)為F,則:dB/dt=rB[(B∞-B)/B∞]-FB(F:捕撈死亡系數(shù))假設(shè)捕撈死亡系數(shù)F與捕撈力量f成直線正比,即F=qf(q:可捕系數(shù))dB/dt=rB(B∞-B)/B∞-qfBqfB=rB-rB2/B∞時(shí),dB/dt=0,種群生物量不變,達(dá)持續(xù)產(chǎn)量(chǎnliàng)或平衡漁獲量,以Y表示。第七頁(yè),共34頁(yè)。持續(xù)產(chǎn)量模型:Y=fqB=rB-rB2/B∞(表示平衡狀態(tài)下漁獲量與種群(zhǒnɡqún)生物量呈拋物線關(guān)系,此外Y有多個(gè))由于實(shí)際現(xiàn)存的生物量難以確定,將Y-B關(guān)系轉(zhuǎn)換為Y-f關(guān)系:由Y=fqB=rB-rB2/B∞,得:B=B∞-fqB∞/r,代入上式得:Y=fqB=fq(B∞-fq/r)=(qB∞)f-(q2B∞/r)f2表明在平衡狀態(tài)下,平衡漁獲量與捕撈力量亦呈拋物線關(guān)系。設(shè)a=qB∞,b=q2B∞/r即Y=af-bf2或Y/f=a—bf表明平衡狀態(tài)下,單位捕撈力量漁獲量與捕撈力量為線性關(guān)系。3.MSY與fMSY由Y=af-bf2求Y最大值,須令dY/df=a—2bf=0得:f=fMSY=a/2b=rB∞/2q,MSY=a2/4b=rB∞2/4只要算得參數(shù)a、b就可計(jì)算得MSY及其相應(yīng)的fMSY第八頁(yè),共34頁(yè)。4、參數(shù)估算(1)f標(biāo)準(zhǔn)化:用于當(dāng)量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)船、作業(yè)時(shí)間、網(wǎng)次(2)估算原理:根據(jù)平衡狀態(tài)(zhuàngtài)下單位捕撈力量漁獲量與捕撈力量為線性關(guān)系,進(jìn)行直線回歸①如果獲得平衡狀態(tài)(zhuàngtài)下的第i年平衡漁獲量Yi及其相應(yīng)的捕撈力量fi的資料。可根據(jù)Yi/fi=a—bfi進(jìn)行回歸應(yīng)用上的主要問(wèn)題:Yi與fi是否處于平衡狀態(tài)(zhuàngtài)難以確定,可能出現(xiàn)f不斷變化,難以達(dá)穩(wěn)定或f一直不變,始終處于一點(diǎn)平衡的狀況。第九頁(yè),共34頁(yè)。②“一年滯后法”原理:種群在外來(lái)(wàilái)壓力下,有恢復(fù)到平衡狀態(tài)的能力或趨勢(shì)Y(i+1)/f(i+1)=a—bfi③“一年滯后法”的推廣5、評(píng)述:優(yōu)點(diǎn):不需要鑒定研究對(duì)象的年齡、生長(zhǎng)率、出生率、死亡率和補(bǔ)充率等參數(shù),只要有多年的漁獲量和捕撈力量資料,即可滿足計(jì)算要求,簡(jiǎn)便,適合一些生活史短,年齡鑒定困難的種類。缺點(diǎn):不易獲得數(shù)據(jù);人為與自然(zìrán)因素影響較多。第十頁(yè),共34頁(yè)。動(dòng)態(tài)庫(kù)模型把種群作為個(gè)體的總和,處于連續(xù)的補(bǔ)充、生長(zhǎng)與死亡之中,通過(guò)分析這些因素與人類捕撈的關(guān)系,作出模型,指導(dǎo)捕撈。又稱為單位補(bǔ)充群體產(chǎn)量模型。(一)同齡群體在生命周期中的數(shù)量和生物量變動(dòng)原因:平衡狀態(tài)下,一個(gè)種群一年內(nèi)提供的漁獲量等于一個(gè)同齡群體一生所提供的漁獲量。對(duì)某一魚(yú)類種群中的同齡群體,其一生中的數(shù)量因死亡隨年齡增加而減少;各年齡組的平均(píngjūn)體重由于生長(zhǎng)隨年齡的增加而增加到最大體重。生物量(數(shù)量乘以個(gè)體平均(píngjūn)重量)呈開(kāi)始增加,至最大值后又逐漸下降的過(guò)程,同齡群體在其生命周期中所能提供的捕撈量也隨之不斷變化。三、動(dòng)態(tài)(dòngtài)庫(kù)模型(dynamicpoolmodel)第十一頁(yè),共34頁(yè)。

圖11.5魚(yú)類種群同齡群體在其生命期間數(shù)量和重量的變化

同齡群體總體重

最大體重(W∞)

數(shù)量或重量

補(bǔ)充年

齡(tr)

捕撈年

齡(tc)

年齡(t)

個(gè)體體重Wt第十二頁(yè),共34頁(yè)。通過(guò)分析補(bǔ)充、生長(zhǎng)與死亡選擇(xuǎnzé)何時(shí)抓,捕撈力量多大。設(shè)某一時(shí)期初資源重量為P1,這一時(shí)期末資源重量為P2,則:P2=P1+(R+G)-(F+M)R:因繁殖增加的資源量(補(bǔ)充量),G:因生長(zhǎng)而增加的重量,F(xiàn):因捕撈而減少的生物量,M:因自然死亡而減少的生物量。要維持持久產(chǎn)量,就要使這種群保持平衡,即P2=P1,必須:R+G=F+M在資源未利用時(shí)期內(nèi),生產(chǎn)量和補(bǔ)充量與自然死亡相平衡。當(dāng)開(kāi)始利用資源時(shí)還要考慮捕撈造成的死亡損失。第十三頁(yè),共34頁(yè)。(二)補(bǔ)充量tr為進(jìn)入補(bǔ)充群的年齡(人為確定),tc為開(kāi)始被捕撈的年齡(網(wǎng)目大?。瑃λ為該魚(yú)種(yúzhǒnɡ)群的最大年齡。tc-tr=ρtλ-tc=λ由于補(bǔ)充量預(yù)報(bào)困難,在動(dòng)態(tài)庫(kù)模型中,主要是研究單位補(bǔ)充漁獲量(Y/R)模型,而不是產(chǎn)量(Y)模型。即估算單位補(bǔ)充最大持續(xù)產(chǎn)量MYR(maximumyield/recruit),而不是最大持續(xù)產(chǎn)量MSY。

補(bǔ)充時(shí)期

捕撈階段

未捕撈階段

λ

ρ

tc

tr

未補(bǔ)充

時(shí)

齡t

圖11.6魚(yú)類種群生命周期示意圖

第十四頁(yè),共34頁(yè)。1、經(jīng)驗(yàn)公式(gōngshì):伯塔蘭菲(VonBertalanffy)體重增長(zhǎng)方程式可表示為:Wt:年齡t的平均體重;W∞:隨年齡增長(zhǎng)而增長(zhǎng)的漸近體重;K:生長(zhǎng)曲線的曲率,決定趨向W∞的變動(dòng)率的一個(gè)常數(shù);t0:體重為零時(shí)(línɡshí)的理論年齡,小于零。Wt

W∞〔1―e―K

(t

t

0

)〕3

(三)魚(yú)類的生長(zhǎng)(shēngzhǎng)第十五頁(yè),共34頁(yè)。2、生長(zhǎng)(shēngzhǎng)參數(shù)計(jì)算:由體重生長(zhǎng)(shēngzhǎng)方程式可推導(dǎo)得:體重W

0

時(shí)間t

W∞

圖11.7魚(yú)類體重生長(zhǎng)曲線

第十六頁(yè),共34頁(yè)。Z=F+M為簡(jiǎn)化,模型假設(shè)M是常數(shù),討論(tǎolùn)如何控制F達(dá)到合理開(kāi)發(fā)。1.自然死亡系數(shù)dN/dt=-MNt定積分,得:Nt=N0e-M(t-t0)設(shè)t0為生命周期開(kāi)始時(shí)間,t0=0,則上式為:Nt=N0e-Mt在補(bǔ)充年齡為tr,補(bǔ)充量為R時(shí):Nt=Re-M(t-tr)2.捕撈死亡系數(shù)當(dāng)M=0Nt=N0e-Ft3.總死亡系數(shù)在捕撈階段,Nt=N0e-(F+M)t(四)魚(yú)類的死亡(sǐwáng)第十七頁(yè),共34頁(yè)。當(dāng)捕撈的最初年齡為tc,年齡tc時(shí)數(shù)量為R'則:Nt=R'·e-(F+M)(t-tc)或Nt=R'e-Z(t-tc)瞬時(shí)總死亡系數(shù)的估算及其分離:(1)瞬時(shí)總死亡系數(shù)Z的估算單位捕撈力量漁獲量:CPUE=Y(jié)/fCPUE是某水域中魚(yú)類分布密度的指標(biāo)數(shù),所以它可以用來(lái)表示漁場(chǎng)中種群數(shù)量大小的相對(duì)(xiāngduì)特征值,即平均相對(duì)(xiāngduì)種群數(shù)量的指標(biāo)。假設(shè)漁獲量與種群數(shù)量成正比設(shè)t1時(shí),CPUE是n0,種群數(shù)量N0;t1時(shí),CPUE是n1,種群數(shù)量N1則n0/n1=N0/N1由Nt=N0e-(F+M)t,得N1=N0e-(F+M)第十八頁(yè),共34頁(yè)。N0/N1=e(F+M)=etln(N0/N1)=F+M=Z=ln(n0/n1)同一世代t齡到t+1齡的總死亡Z:Z=ln[(Yt/ft)/(Y(t+1)/f(t+1))](2)瞬時(shí)自然死亡系數(shù)和瞬時(shí)捕撈死亡系數(shù)的分離Z=F+M若能估算出M,即可求得F根據(jù)Z=qf+M設(shè)q、M為常數(shù),通過(guò)一系列Z與f,經(jīng)直線回歸,可得出。上述各方程參數(shù)(cānshù)的估算需用一些實(shí)踐參數(shù)(cānshù),包括年齡鑒定、各年齡體重、各年齡數(shù)量、捕撈力量和漁獲量。第十九頁(yè),共34頁(yè)。(五)動(dòng)態(tài)(dòngtài)庫(kù)模型公式中,W∞、M、t0、K是常數(shù),需求出;F、ρ、λ是變量,而ρ、λ由tc決定,因此公式本質(zhì)上反映(fǎnyìng)了YW與F、tc的關(guān)系。由模型作圖,得等產(chǎn)量曲線。模型推導(dǎo):在一定捕撈強(qiáng)度下,某世代群體在t齡時(shí)的可能漁獲量YW和相應(yīng)(xiāngyīng)的捕撈死亡系數(shù)F,可用微分方程表示:dYW/dt=FNtWt第二十頁(yè),共34頁(yè)。15

14

12

10

8

6

4

2

0

F

圖11.8

北海鰈的等產(chǎn)量曲線圖

第二十一頁(yè),共34頁(yè)。如果捕撈量超過(guò)種群本身的自然(zìrán)增長(zhǎng)能力,將導(dǎo)致資源量不斷下降,表現(xiàn)在總漁獲量和單位捕撈力量漁獲量隨捕撈力量的增加而減少,同時(shí)捕撈對(duì)象的自然(zìrán)補(bǔ)充量也不斷下降,引起資源衰退(甚至最終形成不了漁汛)。生物學(xué)捕撈過(guò)度:1.生長(zhǎng)型捕撈過(guò)度:過(guò)度捕撈小個(gè)體2.補(bǔ)充型捕撈過(guò)度:過(guò)度捕撈親體3.生態(tài)系統(tǒng)過(guò)度捕撈4.種質(zhì)資源過(guò)度捕撈經(jīng)濟(jì)學(xué)捕撈過(guò)度二、過(guò)度(guòdù)捕撈(overfishing)(一)過(guò)度(guòdù)捕撈的概念第二十二頁(yè),共34頁(yè)。(二)過(guò)度捕撈對(duì)漁業(yè)產(chǎn)量(chǎnliàng)及漁獲物組成的影響傳統(tǒng)漁業(yè)資源的破壞漁獲物平均營(yíng)養(yǎng)層級(jí)的下降對(duì)珍稀物種及生態(tài)群落(qúnluò)優(yōu)勢(shì)種、關(guān)鍵種的損害兼捕及捕撈作業(yè)對(duì)生物資源及海洋生境的破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能退化第二十三頁(yè),共34頁(yè)。三、海水養(yǎng)殖(yǎngzhí)問(wèn)題(一)海水養(yǎng)殖狀況我國(guó)早就對(duì)某些海洋生物(如縊蟶、牡蠣、蚶等)進(jìn)行過(guò)人工或半人工養(yǎng)殖,近幾十年來(lái),海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)有很大的發(fā)展。藻類:海帶養(yǎng)殖南移,年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到200萬(wàn)噸(濕重),紫菜、裙帶菜、江蘺等大型海藻的養(yǎng)殖也有一定規(guī)模。貝類:貽貝、扇貝(shànbèi)、牡蠣、菲律賓蛤仔對(duì)蝦:20年前開(kāi)始發(fā)展,長(zhǎng)毛對(duì)蝦、中國(guó)對(duì)蝦、日本對(duì)蝦、斑節(jié)對(duì)蝦、南美白對(duì)蝦等。魚(yú)類:近年來(lái)內(nèi)灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖發(fā)展很快,主要養(yǎng)殖對(duì)象是一些產(chǎn)量和價(jià)值都較高的種類,如石斑魚(yú)、真鯛、黃花魚(yú)、牙鲆等。在海洋牧業(yè)方面,我國(guó)還處在起步階段,已有一些種類(如對(duì)蝦、海蜇)進(jìn)行苗種放流實(shí)踐。第二十四頁(yè),共34頁(yè)。(二)養(yǎng)殖水域有機(jī)污染和富營(yíng)養(yǎng)化配合飼料的使用培育耐低魚(yú)粉的養(yǎng)殖種類(三)養(yǎng)殖區(qū)生境破壞(四)生態(tài)(shēngtài)安全問(wèn)題第二十五頁(yè),共34頁(yè)。在世界面臨著人口、資源及環(huán)境三大問(wèn)題的今天,海洋資源的開(kāi)發(fā)、海洋環(huán)境的保護(hù)與利用等已成了各沿海(yánhǎi)國(guó)家普遍關(guān)注的問(wèn)題基本(jīběn)目的是為保護(hù)海洋環(huán)境及海洋資源的開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù),生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是大海洋生態(tài)系管理的理論基礎(chǔ)。第二十六頁(yè),共34頁(yè)。“全球海洋生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究計(jì)劃(GLOBEC)”已于1995年被確定為國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃(IGBP)的核心計(jì)劃。目標(biāo):提高對(duì)全球海洋生態(tài)系統(tǒng)及其主要亞系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能以及它對(duì)物理壓力響應(yīng)的認(rèn)識(shí),預(yù)測(cè)海洋生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化的響應(yīng)。主要任務(wù)包括:(1)認(rèn)識(shí)多尺度的物理環(huán)境過(guò)程如何強(qiáng)迫大尺度的海洋生態(tài)系統(tǒng)變化;(2)確定生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與海洋系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變異之間的關(guān)系,重點(diǎn)研究營(yíng)養(yǎng)動(dòng)力學(xué)通道(tōngdào)、它的變化以及營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量在食物網(wǎng)中的作用;(3)使用物理、生物、化學(xué)耦合模型確定全球變化對(duì)群體動(dòng)態(tài)的影響;(4)通過(guò)定性、定量反饋機(jī)制確定海洋生態(tài)系統(tǒng)變化對(duì)整個(gè)地球系統(tǒng)的影響。第二十七頁(yè),共34頁(yè)。GLOBEC實(shí)施計(jì)劃由國(guó)際核心研究(yánjiū)計(jì)劃、區(qū)域研究(yánjiū)計(jì)劃和國(guó)家研究(yánjiū)計(jì)劃三個(gè)部分分別進(jìn)行又相互銜接。海洋生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究(yánjiū)還處于剛起動(dòng)階段,中國(guó)是開(kāi)展這方面研究(yánjiū)較早的國(guó)家之一,目前國(guó)家層次的GLOBEC正在實(shí)施。我國(guó)近海海洋生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究(yánjiū)目標(biāo)的核心是認(rèn)識(shí)海洋生態(tài)系統(tǒng)的變化規(guī)律,并量化其動(dòng)態(tài)變化,以生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵物理過(guò)程、化學(xué)過(guò)程和生物生產(chǎn)過(guò)程及其相互作用進(jìn)行重點(diǎn)研究(yánjiū)和建模,對(duì)生物資源開(kāi)發(fā)利用的可持續(xù)性進(jìn)行探討和預(yù)測(cè)。第二十八頁(yè),共34頁(yè)。優(yōu)先研究的領(lǐng)域包括:(1)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)力和容納量評(píng)估研究。(2)關(guān)鍵(guānjiàn)物理過(guò)程研究。(3)生源元素生物地球化學(xué)循環(huán)和生物生產(chǎn)過(guò)程研究。(4)食物網(wǎng)和營(yíng)養(yǎng)動(dòng)力學(xué)研究。(5)生物資源補(bǔ)充量動(dòng)態(tài)和優(yōu)勢(shì)種交替機(jī)制研究。(6)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況評(píng)估與可持續(xù)性優(yōu)化技術(shù)。(7)生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與預(yù)測(cè)。第二十九頁(yè),共34頁(yè)。海洋水產(chǎn)生產(chǎn)(shēngchǎn)農(nóng)牧化一、海洋生產(chǎn)農(nóng)牧化的原理增殖放流就是根據(jù)自然種群補(bǔ)充過(guò)程各階段中,幼體的死亡率最高這一規(guī)律,通過(guò)人工繁殖苗種,經(jīng)過(guò)中間飼養(yǎng)(sìyǎng)后放流的方法可提高幼體在海區(qū)的成活率,也就是等于人為地提高資源種群的補(bǔ)充量?!案O業(yè)”則是在港灣或池塘利用天然餌料(營(yíng)養(yǎng))或以人工投餌方式進(jìn)行的“圈養(yǎng)式”養(yǎng)殖生產(chǎn)。第三十頁(yè),共34頁(yè)。三、目前面臨主要問(wèn)題過(guò)度養(yǎng)殖、病害嚴(yán)重、養(yǎng)殖品種品質(zhì)退化(tuìhuà)、對(duì)野生種群的影響等等四、解決途徑的研究1、倡導(dǎo)生態(tài)養(yǎng)殖、防止病害爆發(fā)2、開(kāi)展養(yǎng)殖容量的研究容量:一個(gè)特定種群在一個(gè)時(shí)間,在特定的環(huán)境條件下,生態(tài)系統(tǒng)所能支持的種群的有限大小。第三十一頁(yè),共34頁(yè)。環(huán)境容量:自然環(huán)境或環(huán)境要素(如水、空氣、土壤和生物等)對(duì)污染物質(zhì)的承受

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