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LI-2100 | 全自動真空冷凝抽提系統(tǒng)在礦區(qū)生態(tài)修復(fù)方面的應(yīng)用
研究背景水分是限制植物生長的關(guān)鍵因素,特別是在全球氣候變化的背景下,干旱半干旱地區(qū)的生態(tài)水文過程和植被水分利用策略受到顯著影響。煤礦開采,尤其是露天礦,對環(huán)境破壞嚴(yán)重。黑岱溝露天煤礦位于黃土高原生態(tài)脆弱區(qū),礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)已成為重點工作。排土場的植被恢復(fù)對于合理利用水土資源和促進煤礦可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。目前,礦區(qū)生態(tài)修復(fù)中的水問題研究主要集中在土壤水文效應(yīng)、物理性質(zhì)和坡面侵蝕等方面,但對植物水源及其利用機制的定量研究較少。利用穩(wěn)定同位素技術(shù),可以高效分析植物的水源,并通過多源混合模型量化各水源的貢獻率。例如,深根植物通常利用深層土壤水,而淺根植物則更多依賴淺層水分。由于煤礦開采擾動了土壤結(jié)構(gòu),植物的水源利用方式與自然狀態(tài)下有所不同。此外,雨季的不同月份中,植物水源及其利用機制也存在差異。 因此,本研究以黑岱溝露天礦排土場為例,分析蒙古松、檸條和紫花苜蓿在雨季的水分來源及其利用機制,并提出兩項假設(shè):H1,三種植物的水源可能相似;H2,不同月份的水源利用程度會有所不同。實驗過程研究區(qū)黑岱溝露天煤礦位于準(zhǔn)格爾煤田中部(圖1),礦區(qū)屬溫帶半干旱大陸性氣候,海拔1256m,年平均氣溫7.2 ℃,年平均降雨量408mm。研究期間,6月至8月的總降雨量占全年的70%以上。無霜期在125至150天之間,平均日照時數(shù)為3119.3 h。礦區(qū)排土場為多級臺地式排土場,由搗蒜溝排土場、東排土場、北排土場、西排土場、內(nèi)排土場、東排土場6座排土場組成。土壤類型以黃綿土為主,養(yǎng)分含量較低。該區(qū)植被屬暖溫帶草原區(qū),以低矮稀疏的天然植被為主,蓋度不足30%,優(yōu)勢種有長山針茅、蒙古百里香、賴草等。排土場內(nèi)人工植被有檸條、臭柏、山杏等(表1)。圖1. 研究區(qū)域的位置表1. 研究區(qū)域概況選擇3種典型的可恢復(fù)樣地的植物作為研究對象,即蒙古楊樣地、檸條樣地和苜蓿樣地(圖2)。試驗于2023年6月...
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2025
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Palas | 如何在沙塵天氣中監(jiān)測空氣質(zhì)量?
自3月15日起,非洲撒哈拉沙漠刮來強風(fēng),猛烈的沙塵暴不僅侵襲了西班牙、葡萄牙、法國、瑞士等地,甚至波及到了更偏北的英國。受氣流影響多地城市出現(xiàn)紅色降雨,空氣中彌漫著沙塵的氣味受到嚴(yán)重污染。因此,歐洲各地的粒徑分布可能因地而異。顆粒物監(jiān)測專家Palas® 帶來了監(jiān)測空氣質(zhì)量的解決方案,通過使用AQ Guard空氣質(zhì)量監(jiān)測儀,可以對沙塵粒徑進行監(jiān)測并得到準(zhǔn)確穩(wěn)定的測量結(jié)果。沙塵暴危害西班牙國家氣象局表示,在沙塵暴影響區(qū)域,大氣中的可吸入的細(xì)微顆粒物增加,大氣污染加劇。沙塵落在冰川上會加速冰川的融化,覆蓋在植物葉面上會影響光合作用造成作物減產(chǎn),并對人們的健康造成危害。由于沙塵的流動性,大量沙塵顆粒物傳輸范圍廣。在空氣中飄蕩的過程中,這些塵埃會不斷聚集并傳輸一路經(jīng)過地區(qū)的微生物,重金屬、農(nóng)藥等有害化學(xué)污染物。在其所到之處傳播過敏原、細(xì)菌和病毒,并能透過層層防護進入到人們的口、鼻、眼、耳中,增加呼吸系統(tǒng)疾病、過敏的發(fā)生幾率。圖1:電子顯微鏡圖像所示撒哈拉塵埃包含的粗顆粒的部分Palas®解決方案由于降雨,大部分撒哈拉沙塵被沖刷為降水,而造成紅色雨水的原因是由于顆粒中的高氧化鐵含量造成了如圖1所示的微紅色顆粒。測量到的粒經(jīng)大小在 1-10 µm 范圍內(nèi),由于粗粒徑顆粒在氣溶膠狀態(tài)下的停留時間并不長,所以就需要有精準(zhǔn)的儀器來進行測量。Palas®在德國卡爾...
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2022
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Resonon | Resonon Pika L在估算冬小麥動態(tài)收獲指數(shù)上的應(yīng)用
作物收獲指數(shù)(HI)是評價作物產(chǎn)量和栽培效果的重要生物學(xué)參數(shù),是進一步提高作物產(chǎn)量的重要決定因素。對作物育種、作物生長模擬、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作物管理、作物產(chǎn)量估算及其它方面的應(yīng)用研究具有重要意義。近年來,遙感憑借其在速度、精度和覆蓋范圍等方面的優(yōu)勢已逐漸成為獲取大尺度作物HI的有效技術(shù)手段。而無人機(UAV)遙感技術(shù)也迅速發(fā)展,成為農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測的新手段。目前,UAV遙感傳感器主要包括數(shù)碼相機、多光譜相機和高光譜相機。其中,高光譜相機具有較多的波段,可以獲取與作物生長狀況密切相關(guān)的波段信息,可以為作物動態(tài)生長監(jiān)測提供豐富的信息源,并可靠收集作物HI動態(tài)變化信息。然而,目前利用UAV高光譜遙感估算作物HI并無相關(guān)報道。基于此,在所附文章中,來自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院的一組研究團隊以冬小麥為研究對象,充分考慮其開花期至成熟期生物量和灌漿過程的變化以獲取作物動態(tài)HI(D-HI)的空間信息。動態(tài)fG(D-fG)參數(shù)估算為開花期至成熟期期間不同生長期累積的地上生物量與對應(yīng)時期地上生物量的比值。作者基于無人機高光譜遙感(DJI M600 Pro UAV+ Resonon Pika L 高光譜成像)數(shù)據(jù)進行了D-fG參數(shù)估算,提出了一種獲取冬小麥D-HI空間信息的技術(shù)方法,并驗證了所提出方法的精度。通過UAV高光譜數(shù)據(jù)計算的歸一化差異光譜指數(shù)(NDSI)和D-fG測量值之間的相關(guān)關(guān)系篩選出D?fG估算的敏感波...
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2022
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同位素 | 青藏高原東北部高寒沙地沙蒿根系在沙丘不同地貌部位的吸水策略
位于青藏高原東北部的青海湖,擁有著豐富的自然景觀,既優(yōu)美壯麗又獨具特色。然而,在氣候變化和人類過度開墾畜牧等因素的影響下,青海湖的環(huán)境逐漸惡化,生態(tài)遭到破壞,沙漠化面積也日益擴大。據(jù)統(tǒng)計,青海湖周邊地區(qū)現(xiàn)有沙化土地170.7萬畝、占區(qū)域土地總面積的11.7%。在植被恢復(fù)的過程中,青海湖地區(qū)的典型固沙植物沙蒿、沙棘和烏柳等對土壤養(yǎng)分及土壤有機質(zhì)的提高發(fā)揮了較大的作用,其中自然植被沙蒿對土壤養(yǎng)分的改良效果最明顯。沙蒿 (學(xué)名:Artemisia desertorum)是菊科蒿屬多年生半灌木狀植物,天然生長在沙漠地區(qū),分布甚廣。在我國主要分布在黑龍江、內(nèi)蒙古、陜西、寧夏、甘肅、青海、新疆、四川、西藏等地,多生長于草原、草甸、森林草原、高山草原、荒坡、礫質(zhì)坡地、干河谷、河岸邊、林緣及路旁等。沙蒿枝條匍匐生長,有利于防風(fēng)阻沙,具有適應(yīng)性強、耐干早、抗風(fēng)蝕、喜沙埋、生長快、固沙作用強等特點,為固沙先鋒植物。接下來我們來了解一篇關(guān)于青藏高原東北部高寒沙地沙蒿根系在沙丘不同地貌部位的吸水策略的論文。沙漠化是青藏高原東北部的主要土地退化問題之一。青海湖位于青藏高原東北部,屬于高寒半干旱氣候影響下的生態(tài)脆弱區(qū)和全球氣候變化敏感區(qū),青海湖周邊土地沙漠化嚴(yán)重。以前針對本區(qū)固沙植物的研究主要集中在植物的防風(fēng)固沙機理與生態(tài)功能上,對植物與水分關(guān)系的關(guān)注較少,尤其是本土物種在不同微地貌導(dǎo)致的不同供水條件下。基于...
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2022
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Resonon | WinRoots:用于土壤脅迫下植物表型研究的高通量栽培和表型分析系統(tǒng)
土壤是重要的自然資源,地球上95%的食物來源于土壤,土壤保存了至少四分之一的全球生物多樣性,不僅是糧食安全、水安全和更廣泛的生態(tài)系統(tǒng)安全的基礎(chǔ),更是為人類提供多種服務(wù)、幫助抵御和適應(yīng)氣候變化的重要因素。由土壤組成造成的脅迫,例如鹽、重金屬和養(yǎng)分虧缺是作物減產(chǎn)的主要原因。作物土壤耐逆性是一種復(fù)雜性狀,涉及植物形態(tài)、代謝和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)等多種遺傳和非遺傳因素的調(diào)控。傳統(tǒng)的作物表型研究通常在田間進行,費事費力、勞動密集、低通量、且受研究人員無法控制的自然環(huán)境因素的影響。在此情形下,難以獲得高精度的表型數(shù)據(jù)以滿足表型組學(xué)的研究需求。在過去幾十年,已經(jīng)開發(fā)了幾種HTP(高通量表型)平臺在現(xiàn)場或可控條件下使用,但其運維成本極高。此外,作物表型相關(guān)研究通常只關(guān)注植物地上部分,而對根系形態(tài)數(shù)據(jù)的獲取有限。然而,根系是植物吸收水分和養(yǎng)分的主要途徑,也是碳水化合物的儲存器官和土壤脅迫的直接感知器官。因此,根系表型是土壤脅迫條件下植物表型研究的重要組成部分。就通量、環(huán)境可控性和根系表型獲取而言,現(xiàn)有的植物表型平臺無法完全滿足植物對土壤脅迫響應(yīng)的表型組學(xué)研究的特定需求。基于此,在本文中,來自山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院和濰坊農(nóng)科院的一組研究團隊描述了其最近開發(fā)的高通量植物栽培和表型系統(tǒng)—WinRoots平臺。以大豆植物為研究對象,將其暴露在鹽脅迫中,證明了土壤鹽脅迫條件的一致性和可控性以及WinRoots系統(tǒng)的高通...
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Palas?儀器如何滿足計量院多樣化監(jiān)測需求?
顆粒物,又稱塵,是氣溶膠體系中均勻分散的各種固體或液體微粒??諝庵械臍馊苣z也是COVID-19的主要傳播途徑之一。借助準(zhǔn)確的粒徑分析可得到準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù),Palas®憑借先進的氣溶膠測量技術(shù)和空氣粒子測量解決方案,為計量院提供了SMPS掃描電遷移率粒徑譜儀、 Promo®氣溶膠粒徑譜儀,以及氣溶膠稀釋系統(tǒng)等監(jiān)測儀器。Palas®以其穩(wěn)定的監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果、寬泛的粒徑范圍,為計量院的檢定業(yè)務(wù)和相關(guān)研究提供助力Palas®專業(yè)監(jiān)測,值得信賴的選擇計量院的顆粒物實驗室負(fù)責(zé)對顆粒物監(jiān)測儀、塵埃粒子計數(shù)器、凝聚核計數(shù)器CPC、氣溶膠粒徑譜儀開展計量標(biāo)準(zhǔn)、量值溯源。同時也開展對過濾材料、過濾器和空氣凈化器的檢測工作。如何應(yīng)對眾多的計量和校準(zhǔn)任務(wù)?計量院已選擇多款Palas®作為他們的得力助手。目前COVID-19主要的傳播途徑之一是通過空氣中的氣溶膠進行傳播,佩戴口罩能有效阻斷病毒傳播的途徑??谡值姆雷o效果需要相關(guān)過濾效率測試儀來檢測,而對過濾效率測試儀的檢定和校準(zhǔn)就顯得更為重要。為此,計量院選擇了來自氣溶膠監(jiān)測專家Palas®的U-SMPS2100X 掃描電遷移率粒徑譜儀、DC 10000 氣溶膠稀釋系統(tǒng)和UF-CPC 100凝聚核計數(shù)器,Charme®靜電計等設(shè)備用于呼吸防護過濾效率測試儀的校準(zhǔn)和測試。Palas®...
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同位素 | 利用穩(wěn)定同位素研究亞高山生境植物水源差異
水分是植物生長不可或缺的因素,水分有效性的波動直接影響植物的生長、數(shù)量和空間分布。在全球氣候變化下,區(qū)域降水格局已經(jīng)發(fā)生了改變。植物不同水源的貢獻率反映了生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng)程度。因此,追蹤和分析植物水源可以為研究全球氣候變化提供參考。祁連山位于青藏高原東北緣,是中國西北地區(qū)重要的生態(tài)屏障。因此,研究亞高山生境植物水源對于理解祁連山生態(tài)和水文過程具有重要意義。已有很多學(xué)者利用氫氧穩(wěn)定同位素(δ2H和δ18O)進行了諸如此類的研究,但關(guān)于亞高山生境不同坡向植物水源的研究鮮少報道?;诖?,在本研究中,來自西北師范大學(xué)和中科院西北生態(tài)環(huán)境資源研究所的研究團隊監(jiān)測了青藏高原東北緣祁連山東段冷龍嶺北坡的上池溝(37°38′10″N,101°51′9″E,3080 m a.s.l.,圖1)的降水、土壤水、木質(zhì)部水、降水和泉水的穩(wěn)定同位素組成以及相關(guān)環(huán)境變量(氣象和土壤水變量),利用LI-2100全自動真空冷凝抽提系統(tǒng)(北京理加聯(lián)合科技有限公司)提取土壤和木質(zhì)部中的水分,并利用ABB LGR T-LWIA-45-EP液態(tài)水同位素分析儀測定所有水樣的δ2H值和δ18O值。基于這些數(shù)據(jù),分析了不同水體穩(wěn)定同位素的變化,并利用多源線性混合模型(IsoSource)計算不同水源對植物的相對貢獻率。本研究目標(biāo)是:(1)觀察相同和不同生境下亞高山灌木的水源以及(2)研究亞高山灌木對水...
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同位素 | 三種不同氣候下露水的穩(wěn)定同位素變化
全球變暖增加了當(dāng)?shù)卮髿鈱λ值男枨?,?dǎo)致許多地區(qū)降水減少,兩者都會導(dǎo)致干旱。水汽可以在輻射冷卻到露點溫度以下的表面凝結(jié)成露水。露水因其對地表水平衡的重要貢獻而被認(rèn)為是一個重要水源,尤其是在半干旱和干旱地區(qū)。干旱地區(qū),年露水量占降雨量的9%-23%。在熱帶島嶼旱季,露水可以作為一種替代水源。露水對干旱地區(qū)或干旱期植物的生存、生長和發(fā)育十分重要,例如帶來夜間水分以及通過植物氣孔或特殊的物理特征(如氣生植物)直接被葉片吸收利用。因此,露水可以增加葉片的凈光合產(chǎn)物積累,提高植物水分利用效率。露水還參與了大氣中的化學(xué)過程,例如亞硝酸鹽氧化物的晝夜(和夜間)循環(huán)。從1961-2010,中國露水頻率降低了5.2天/10年,這主要是因為近地表增溫和相對濕度(RH)下降。此外,中國干旱區(qū)露水頻率下降率(50%)高于半濕潤和濕潤地區(qū)(40%和28%)。因此,隨著全球氣候變化,不同地區(qū)露水具有不同的趨勢,需了解不同氣候區(qū)域的露水特征以更好地預(yù)測未來露水動態(tài)變化。δ2H和δ18O是天然和傳統(tǒng)的水文示蹤劑,在追蹤與不同類型水(例如降雨、降雪、露水、霧、地表水、植物水和冰芯)相關(guān)的不同水文氣象過程中發(fā)揮著重要作用。兩種質(zhì)量分餾過程,平衡分餾和動力學(xué)分餾,是水相變過程中同位素差異的根本原因。它們分別由飽和水汽壓和不同同位素的擴散速率決定。17O-excess(17O-excess = ln(δ17O + 1)-...
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ASD | 基于GF-5號高光譜衛(wèi)星影像反演露天煤礦區(qū)土壤重金屬濃度
隨著人類社會工農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、城市化的發(fā)展,人為因素造成土壤重金屬污染是當(dāng)今世界越來越不容忽視的環(huán)境問題。盡管煤礦資源的開發(fā)對社會經(jīng)濟至關(guān)重要,但其對自然環(huán)境產(chǎn)生的不利影響也是不可避免的。因此,我們有必要調(diào)查露天煤礦的土壤重金屬分布,以發(fā)現(xiàn)受污染的農(nóng)田,提供和制定土地復(fù)墾策略以及進一步的公共健康策略。原位土壤采樣與實驗室化學(xué)分析方法(利用高精度的原子吸收光譜法(AAS)和電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS))相結(jié)合,已廣泛應(yīng)用于土壤重金屬濃度的調(diào)查和制圖。然而,該方法難以獲得連續(xù)的土壤重金屬濃度制圖、耗時費力、成本高、效率低,適用范圍小,且可能會再次對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。遙感技術(shù)的發(fā)展為快速、高效、大尺度監(jiān)測重金屬含量提供了新的視角。而部分所使用的高光譜傳感器存在數(shù)據(jù)質(zhì)量差、圖像連續(xù)性受限、光譜范圍窄、空間分辨率低、需要輔助環(huán)境變量、易受大氣干擾等問題。與現(xiàn)有高光譜衛(wèi)星傳感器相比,GF-5 AHSI高光譜成像儀的空間分辨率、光譜分辨率、光譜范圍、時間分辨率等明顯增強。然而,關(guān)于使用GF-5 AHSI高光譜影像反演土壤重金屬含量的相關(guān)研究報道較少?;诖?,在本研究中,來自西安科技大學(xué)的張波(第一作者)、郭斌(通訊作者)課題組聯(lián)合其它研究團隊針對高分5號高光譜衛(wèi)星影像反演中國北部某露天煤礦區(qū)(圖1)土壤重金屬含量問題進行了研究。旨在(1)利用直接校正(DS)算法在實驗室測量的和GF-5 A...
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土壤呼吸 | 極端干旱通過改變高寒泥炭地土壤微生物功能群豐度來降低土壤異養(yǎng)呼吸而非甲烷通量
【溫室氣體】人類活動造成溫室氣體排放急劇增加,全球地表溫度持續(xù)上升,顯著改變了自然生態(tài)系統(tǒng)碳水循環(huán)格局。極端氣候事件,尤其是極端干旱事件發(fā)生的頻率和強度不斷升高,對土壤含水量、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能、土壤異養(yǎng)呼吸(Rh)以及土壤甲烷(CH4)通量具有重要影響。高寒泥炭地?fù)碛芯薮蟮奶純α?,對氣候變化高度敏感。雖然目前圍繞高寒泥炭地碳排放開展了一些研究,但對高寒泥炭地生態(tài)系統(tǒng)碳排放對極端干旱響應(yīng)的微生物機制仍不清楚?;诖?,中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所的研究團隊以青藏高原東部若爾蓋國家級自然保護區(qū)高寒泥炭地(33°47′56.62′′ N,102°57′28.44′′ E,3430 m.a.s.l.)為研究對象,依托模擬極端干旱的野外控制實驗平臺,通過原位觀測和室內(nèi)試驗相結(jié)合,旨在解決以下問題:(1)不同植物生長期,極端干旱如何影響Rh和CH4通量?(2)極端干旱如何影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能群?以及(3)驅(qū)動Rh和CH4通量變化的主要因素是什么?作者于2019年6月18日至9月25日測量了Rh(PS-9000便攜式土壤碳通量自動測量系統(tǒng)(北京理加聯(lián)合科技有限公司))和CH4通量(一個閉路靜態(tài)室(0.5×0.5×0.5 m)+ABB LGR便攜式溫室氣體分析儀(UGGA,GLA132-GGA))。試驗三個生長期結(jié)束時,作者測量了樣地0-20 ...
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同位素 | 濕地土壤CO2和CH4排放及其碳同位素特征
CO2和CH4排放增加是全球變暖的主要原因(IPCC,2013),人類活動導(dǎo)致大約44%和60%的CO2和CH4排放到大氣中。人類活動如攔河筑壩干擾濕地的結(jié)構(gòu)和功能,引發(fā)大量土壤CO2和CH4排放。然而,目前對濕地水庫CO2和CH4排放及其碳同位素特征的影響機制知之甚少?;诖?,為了填補研究空白,在本研究中,來自云南大學(xué)和中科院武漢植物園的研究團隊在三峽消落區(qū)原位條件下調(diào)查了4個海拔梯度(即不同淹水狀態(tài))(175 m,160–175 m,145–160 m和<147 m)飽和和排干狀態(tài)下CO2和CH4排放模式及其碳同位素特征,以及相關(guān)的控制因子。他們作出了如下假設(shè):1)由于淹水下優(yōu)勢植物種的轉(zhuǎn)變,土壤條件(例如土壤基質(zhì)質(zhì)量,土壤水分和溫度)的變化將會改變CO2排放以及CO2的δ13C值;2)CH4排放模式及其同位素特征對淹水更敏感,反映了土壤厭氧環(huán)境的增加;3)不同淹水狀態(tài)下(例如飽和和排干狀態(tài)下)將會導(dǎo)致酶表達(dá)和微生物屬性的改變,進而極大影響CO2和CH4排放。圖1 重慶忠縣研究區(qū)位置(a);三峽消落區(qū)采樣地衛(wèi)星圖像及沿海拔梯度詳細(xì)的靜態(tài)通量室放置圖(b)。作者于2017年6-8月測量了土壤/水大氣界面CO2和CH4的交換率。利用ABB LGR CO2同位素分析儀分析CO2的濃度及δ13C,并利用ABB LGR甲烷碳同位素分析儀分析CH4的濃度及δ13C?!窘Y(jié)果】高海拔地區(qū)CO2...
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