CN113287383A - 一种沙质河道基质生态改良方法 - Google Patents

一种沙质河道基质生态改良方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种沙质河道基质生态改良方法，包括砾石河段基质改良和细沙质河段基质改良。砾石河段基质改良包括预处理、基底层改良、铺设养护层以及加固处理等步骤；细沙质河段基质改良包括预处理、铺设基质层、铺设养护层以及加固处理等步骤。本发明针对不同特性的沙质河道采用不同的处理方法，可以对河道基质进行针对性处理，能够达到最佳的改良效果。沙质河道基质经过本发明中的改良方法改良后，河道边坡稳固性大大提升，渗水性能降低，并且具有了较好的保水保肥能力，植被可以在改良后的河道上较好的定植，有利于河道生态环境的改善。

Description

一种沙质河道基质生态改良方法
技术领域
本发明属于河道改良技术领域，具体涉及一种沙质河道基质生态改良方法。
背景技术
沙质河道基质松软，植被难以定植，且渗透性较强，难以保水保肥，植被的生长发育缺乏必需的营养物质而生长不良，难以保障河流生态系统物质、能量和信息的产生与传递。当前采取的防渗及减渗技术，较好的解决了河道渗透失水的问题，但过度的防渗及减渗措施则切断了地表水与地下水的水力联系，造成河道潜流区生源物质随水流下行-上行过程受阻，植物根区溶解氧匮乏，生物化学反应受到影响，植物生长受到制约，河流初级生产力不足。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种沙质河道基质生态改良方法，以改善沙质河道土壤性能，促进植物定植。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种沙质河道基质生态改良方法，包括砾石河段基质改良和细沙质河段基质改良。其中，砾石河段基质改良包括以下步骤：
(1)预处理：将粒径为1～4mm的细沙填充至砾石河段的砾石孔隙之间，形成基底层；
(2)基底层改良：按3500～4000mL/m2的用量向基底层上喷施菌液，喷完后晾渗1～3h，再按4000～5000mL/m2的用量喷施胶结液，喷完后晾渗10～15h；随后重复前述喷施菌液和胶结液的操作2～4次；所述的菌液为高产脲酶的细菌的水溶液；胶结液为氯化钙和尿素的水溶液，并且溶液中氯化钙和尿素的浓度相同，均为1～2mol/L；
(3)铺设养护层：在改良后的基底层上铺设厚度为10～30cm的养护层，养护层由养护料铺设而成，养护料由生物炭、促生剂和粒径为1～4mm的细沙复配而成，养护料中生物炭和促生剂的质量百分比分别为18～25％和0.5～2％；
(4)加固处理：按800～1200mL/m2的用量向基质层上喷施菌液，喷完后晾渗2～5h，再按1500～2000mL/m2的用量喷施胶结液，喷完后覆膜12～16h，完成砾石河段基质生态改良；所用菌液和胶结液同步骤(2)；
细沙质河段基质改良包括以下步骤：
(1)预处理：将沙质河道表层厚度为10～20cm的原沙铲除；
(2)铺设基质层：在预处理后的河道上铺设厚度为10～20cm的基质层，基质层由基料铺设而成，基料由沸石、陶粒、砾石和步骤(1)铲除的原沙复配而成，基料中原沙的质量百分比为78～85％；
(3)铺设养护层：在基质层上铺设厚度为10～30cm的养护层，养护层由养护料铺设而成，养护料由生物炭、促生剂和步骤(1)铲除的原沙复配而成，养护料中生物炭和促生剂的质量百分比分别为18～25％和0.5～2％；
(4)加固处理：按600～1000mL/m2的用量向基质层上喷施菌液，喷完后晾渗2～5h，再按800～1200mL/m2的用量喷施胶结液，喷完后覆膜12～16h，完成沙质河道生态改良；菌液为高产脲酶的细菌的水溶液；胶结液为氯化钙和尿素的水溶液，并且溶液中氯化钙和尿素的浓度相同，均为1～2mol/L。
本发明采取上述技术方案的有益效果是：本发明针对不同特性的沙质河道基质采用不同的处理方法，可以对河道基质进行针对性处理，能够达到最佳的改良效果。
针对砾石河段，先用细沙填充砾石之间的空隙形成基底层，再进行改良。改良是在基质层上依次喷施菌液和胶结液，菌液中含有高产脲酶的细菌，胶结液中含有氯化钙和尿素。高产脲酶的细菌能以尿素为能源，通过新陈代谢活动产生大量的高活性脲酶，催化尿素水解生成的氨和二氧化碳，并通过细胞壁分散到体系溶液中迅速水解生成NH4 +和CO3 2-，由于微生物特殊的细胞壁结构，其表面一般带有大量负离子基团从而吸附溶液中的Ca2+，微生物通过自身生命活动将CO3 2-运输到细胞表面与Ca2+结合形成碳酸钙晶体，生成的碳酸钙晶体起到两点作用，一是碳酸钙晶体会填充基底层中的缝隙，增加密实程度以及颗粒之间的摩擦，二是碳酸钙晶体会对颗粒之间产生胶结作用，相当于一种粘结剂将微小土粒粘结在一起，形成密实块状体，增加了砾石间的粘聚力，从而提高基底层的抗渗性。即经过改良后，基底层更加紧密和稳固，且具有良好的防渗保水效果。
基底层改良后在基底层上铺设养护层，养护层的材料由生物炭、促生剂和铲除的原沙组成。其中，生物炭内部分子之间的空隙比较大，具有良好的吸水能力，并可以使土壤具有一定的透气性，同时生物炭还可以起到增加基底层土壤肥力的作用；促生剂可以促进植物根系生长，促使植物根系向基底中下层中扎，有利于植被的定植。
在铺设养护层后继续进行了加固处理，加固处理后养护层和基底层紧密贴合，形成稳固性良好的河道基质修复层。所形成的河道基质修复层具有优良的防渗性能，并且可以保水保肥，有利于植被在河道基质修复层上定植、生长。
针对细沙质河段，先将河道表层原沙铲除，留下相对坚固的地表，可保证后续基质层以及养护层的稳固。然后在预处理后的河道上铺设基质层，基质层的材料由沸石、陶粒、砾石和铲除的原沙组成，其中原沙占比为80％左右，铲除的原沙得以重复利用，省去了原沙的运输成本。沸石、陶粒、砾石和原沙混合制成类似于混凝土的基料，其中，沸石、陶粒具有较高的孔隙率，它们混入基料后，赋予了基料良好的保水性能；砾石作为骨料可以提升基料的强度，使得到的基质层具有良好的稳固性。
铺设完基质层后，继续铺设养护层，铺设养护层的方法与砾石河段改良时相同，所产生的效果也相同。铺设养护层后同样进行了加固处理，加固处理同样是为了使养护层和基质层紧密贴合，形成稳固性良好的河道基质修复层，所形成的河道基质修复层具有优良的防渗性能，并且可以保水保肥，有利于植被在河道基质修复层上定植、生长。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，砾石河段基质改良的步骤(2)中菌液和胶结液分别喷施4次，菌液每次喷施量均为3800mL/m2，胶结液每次喷施量均为4500mL/m2。
进一步，砾石河段基质改良的步骤(2)先通过水浸的方式将基底层中的空气排出，再喷施菌液和胶结液。
本发明采取上述进一步技术方案的有益效果是：在对基底层进行改良前，先采用注水的方式将基底层中的孔隙填满，以将基质层中的空气全部排出，在后续喷施菌液和胶结液时，菌液和胶结液可以更加均匀的分散在基质层的孔隙中，所形成的晶体结构也更完整，使基质层的防渗及稳固性更好。
进一步，基料中沸石、陶粒和砾石的质量之比为5～10:5～10:15～25。
进一步，沸石、陶粒和砾石的粒径为20～40mm。
进一步，养护料中生物炭和促生剂的质量百分比分别为20％和1％。
进一步，促生剂包括以下质量份的组分：
磷酸盐镁粉2～5份，尿素1～3份，吲哚-3-乙酸0.1～0.3份，蔗糖0.3～0.5份和磷酸二氢铵1～3份。
进一步，砾石河段基质改良步骤(4)加固处理时菌液喷施量为1000mL/m2，胶结液喷施量为1800mL/m2；细沙质河段基质改良步骤(4)加固处理时菌液喷施量为800mL/m2，胶结液喷施量为1000mL/m2
进一步，高产脲酶的细菌为巴氏生孢八叠球菌，菌液于600nm下的吸光度为1～2；胶结液中氯化钙和尿素的浓度为1mol/L。
进一步，养护层的厚度为20cm。
本发明的有益效果是：沙质河道基质经过本发明中的生态改良方法改良后，河道边坡稳固性大大提升，渗水性能降低，并且沙质河道具有了较好的保水保肥能力，河道潜流区对生源物质的暂储能力增强，作为营养盐“汇”，滞纳上覆水中过量营养物质，降低上覆水富营养化风险；同时作为营养盐“源”为河道植物生长发育提供营养基础，植被可以在改良后的河道基质层上较好的定植，有利于河道生态环境的改善。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例1
一种沙质河道基质生态改良方法，本实施例中的改良方法主要针对砾石河段，包括以下步骤：
(1)预处理：将粒径为2mm左右的细沙填充至砾石河段的砾石孔隙之间，形成基底层；
(2)基底层改良：从河道顶部缓慢向下倒水，通过水流的渗透作用，将基质层内的空气排出；按3800mL/m2的用量向基底层上喷施菌液，喷完后晾渗2h，再按4500mL/m2的用量喷施胶结液，喷完后晾渗12h；随后重复前述喷施菌液和胶结液的操作3次，每次菌液和胶结液的喷施量相同；
(3)铺设养护层：在改良后的基底层上铺设厚度为20cm的养护层，养护层由养护料铺设而成，养护料由生物炭、促生剂和粒径为2mm左右的细沙复配而成，养护料中生物炭和促生剂的质量百分比分别为20％和1％；
促生剂包括以下质量份的组分：
磷酸盐镁粉4份，尿素2份，吲哚-3-乙酸0.2份，蔗糖0.4份和磷酸二氢铵2份；
(4)加固处理：按1000mL/m2的用量向基质层上喷施菌液，喷完后晾渗3h，再按1800mL/m2的用量喷施胶结液，喷完后覆膜15h，完成砾石河段基质生态改良；
本实施例步骤(2)和步骤(4)中所用菌液为巴氏生孢八叠球菌的水溶液，菌液在分光光度计下测定波长为600nm的吸光度达1.5左右；所用胶结液为氯化钙和尿素的水溶液，并且溶液中氯化钙和尿素的浓度相同，均为1mol/L。
实施例2
一种沙质河道基质生态改良方法，本实施例中的改良方法主要针对砾石河段，包括以下步骤：
(1)预处理：将粒径为2mm左右的细沙填充至砾石河段的砾石孔隙之间，形成基底层；
(2)基底层改良：从河道顶部缓慢向下倒水，通过水流的渗透作用，将基质层内的空气排出；按3500mL/m2的用量向基底层上喷施菌液，喷完后晾渗3h，再按4000mL/m2的用量喷施胶结液，喷完后晾渗15h；随后重复前述喷施菌液和胶结液的操作4次，每次菌液和胶结液的喷施量相同；
(3)铺设养护层：在改良后的基底层上铺设厚度为30cm的养护层，养护层由养护料铺设而成，养护料由生物炭、促生剂和粒径为2mm左右的细沙复配而成，养护料中生物炭和促生剂的质量百分比分别为25％和0.5％；
促生剂包括以下质量份的组分：
磷酸盐镁粉2份，尿素3份，吲哚-3-乙酸0.1份，蔗糖0.5份和磷酸二氢铵1份；
(4)加固处理：按1200mL/m2的用量向基质层上喷施菌液，喷完后晾渗2h，再按2000mL/m2的用量喷施胶结液，喷完后覆膜12h，完成砾石河段基质生态改良；
本实施例步骤(2)和步骤(4)中所用菌液为巴氏生孢八叠球菌的水溶液，菌液在分光光度计下测定波长为600nm的吸光度达1.5左右；所用胶结液为氯化钙和尿素的水溶液，并且溶液中氯化钙和尿素的浓度相同，均为2mol/L。
实施例3
一种沙质河道基质生态改良方法，本实施例中的改良方法主要针对砾石河段，包括以下步骤：
(1)预处理：将粒径为2mm左右的细沙填充至砾石河段的砾石孔隙之间，形成基底层；
(2)基底层改良：从河道顶部缓慢向下倒水，通过水流的渗透作用，将基质层内的空气排出；按4000mL/m2的用量向基底层上喷施菌液，喷完后晾渗1h，再按5000mL/m2的用量喷施胶结液，喷完后晾渗10h；随后重复前述喷施菌液和胶结液的操作2次，每次菌液和胶结液的喷施量相同；
(3)铺设养护层：在改良后的基底层上铺设厚度为10cm的养护层，养护层由养护料铺设而成，养护料由生物炭、促生剂和粒径为2mm左右的细沙复配而成，养护料中生物炭和促生剂的质量百分比分别为18％和2％；
促生剂包括以下质量份的组分：
磷酸盐镁粉5份，尿素1份，吲哚-3-乙酸0.3份，蔗糖0.3份和磷酸二氢铵3份；
(4)加固处理：按800mL/m2的用量向基质层上喷施菌液，喷完后晾渗5h，再按1500mL/m2的用量喷施胶结液，喷完后覆膜16h，完成砾石河段基质生态改良；
本实施例步骤(2)和步骤(4)中所用菌液为巴氏生孢八叠球菌的水溶液，菌液在分光光度计下测定波长为600nm的吸光度达1.5左右；所用胶结液为氯化钙和尿素的水溶液，并且溶液中氯化钙和尿素的浓度相同，均为2mol/L。
实施例4
一种沙质河道基质生态改良方法，本实施例中的改良方法主要针对砾石河段，改良方法与实施例1相比只是在对基底层进行改良时，未进行水浸排气处理，其余步骤完全相同。
实施例5
一种沙质河道基质生态改良方法，本实施例中的改良方法主要针对细沙质河段，包括以下步骤：
(1)预处理：将沙质河道表层厚度为20cm左右的原沙铲除；
(2)铺设基质层：在预处理后的河道上铺设厚度为20cm的基质层，基质层由基料铺设而成，基料由沸石、陶粒、砾石和步骤(1)铲除的原沙复配而成，基料中原沙的质量百分比为80％，沸石、陶粒和砾石的质量之比为8:8:20，并且沸石、陶粒和砾石的粒径均为30mm；
(3)铺设养护层：在改良后的基质层上铺设厚度为20cm的养护层，养护层由养护料铺设而成，养护料由生物炭、促生剂和步骤(1)铲除的原沙复配而成，养护料中生物炭和促生剂的质量百分比分别为20％和1％；促生剂包括以下质量份的组分：
磷酸盐镁粉4份，尿素2份，吲哚-3-乙酸0.2份，蔗糖0.4份和磷酸二氢铵2份；
(4)加固处理：按800mL/m2的用量向基质层上喷施菌液，喷完后晾渗3h，再按1000mL/m2的用量喷施胶结液，喷完后覆膜15h，完成沙质河道基质生态改良；所用菌液为巴氏生孢八叠球菌的水溶液，菌液在分光光度计下测定波长为600nm的吸光度达1.5左右；所用胶结液为氯化钙和尿素的水溶液，并且溶液中氯化钙和尿素的浓度相同，均为1mol/L。
实施例6
一种沙质河道基质生态改良方法，本实施例中的改良方法主要针对细沙质河段，包括以下步骤：
(1)预处理：将沙质河道表层厚度为10cm左右的原沙铲除；
(2)铺设基质层：在预处理后的河道上铺设厚度为10cm的基质层，基质层由基料铺设而成，基料由沸石、陶粒、砾石和步骤(1)铲除的原沙复配而成，基料中原沙的质量百分比为85％，沸石、陶粒和砾石的质量之比为10:5:25，并且沸石、陶粒和砾石的粒径均为40mm；
(3)铺设养护层：在改良后的基质层上铺设厚度为10cm的养护层，养护层由养护料铺设而成，养护料由生物炭、促生剂和步骤(1)铲除的原沙复配而成，养护料中生物炭和促生剂的质量百分比分别为25％和0.5％；促生剂包括以下质量份的组分：
磷酸盐镁粉2份，尿素3份，吲哚-3-乙酸0.1份，蔗糖0.5份和磷酸二氢铵1份；
(4)加固处理：按600mL/m2的用量向基质层上喷施菌液，喷完后晾渗2h，再按800mL/m2的用量喷施胶结液，喷完后覆膜16h，完成沙质河道基质生态改良；所用菌液为巴氏生孢八叠球菌的水溶液，菌液在分光光度计下测定波长为600nm的吸光度达1.5左右；所用胶结液为氯化钙和尿素的水溶液，并且溶液中氯化钙和尿素的浓度相同，均为2mol/L。
实施例7
一种沙质河道基质生态改良方法，本实施例中的改良方法主要针对细沙质河段，包括以下步骤：
(1)预处理：将沙质河道表层厚度为20cm左右的原沙铲除；
(2)铺设基质层：在预处理后的河道上铺设厚度为20cm的基质层，基质层由基料铺设而成，基料由沸石、陶粒、砾石和步骤(1)铲除的原沙复配而成，基料中原沙的质量百分比为78％，沸石、陶粒和砾石的质量之比为5:10:15，并且沸石、陶粒和砾石的粒径均为20mm；
(3)铺设养护层：在改良后的基质层上铺设厚度为10cm的养护层，养护层由养护料铺设而成，养护料由生物炭、促生剂和步骤(1)铲除的原沙复配而成，养护料中生物炭和促生剂的质量百分比分别为18％和2％；促生剂包括以下质量份的组分：
磷酸盐镁粉5份，尿素1份，吲哚-3-乙酸0.3份，蔗糖0.3份和磷酸二氢铵3份；
(4)加固处理：按1000mL/m2的用量向基质层上喷施菌液，喷完后晾渗5h，再按1200mL/m2的用量喷施胶结液，喷完后覆膜12h，完成沙质河道基质生态改良；所用菌液为巴氏生孢八叠球菌的水溶液，菌液在分光光度计下测定波长为600nm的吸光度达1.5左右；所用胶结液为氯化钙和尿素的水溶液，并且溶液中氯化钙和尿素的浓度相同，均为2mol/L。
对比例1
一种沙质河道基质生态改良方法，本对比例中的改良方法主要针对砾石河段。操作过程与实施例1相比，省略了步骤(2)，即未对基底层进行改良，直接在基底层上铺设养护层，其余步骤与实施例1完全相同。
对比例2
一种沙质河道基质生态改良方法，本对比例中的改良方法主要针对砾石河段。操作过程与实施例1相比，省略了步骤(4)，即未进行加固处理，其余步骤与实施例1完全相同。
对比例3
一种沙质河道基质生态改良方法，本对比例中的改良方法主要针对细沙质河段。操作过程与实施例5相比，省略了步骤(4)，即未进行加固处理，其余步骤与实施例5完全相同。
对比例4
一种沙质河道基质生态改良方法，本对比例中的改良方法主要针对细沙质河段。操作过程与实施例5相比，步骤(3)在铺设养护层时，养护料由促生剂和步骤(1)铲除的原沙按1:99的质量比复配而成，即养护料中省略了生物炭，其余操作与实施例5完全相同。
结果分析
监测采用上述各实施例和对比例中的改良方法改良后河道的水土流失率，将其与未改良的河道水土流失率进行比较，将未改良的河道水土流失率设为1，则各实施例和对比例中河道的水土流失率如表1所示。
表1河道水土流失率
Figure BDA0003101983020000111
Figure BDA0003101983020000121
从表中可以看出，采用本发明中的方法改良后，河道的水土流失率相比于未改良的河道均有所下降，表明本发明中的改良方法对稳固河道具有较好的效果。
另外观察了改良后河道上的植被生长情况，实施例中改良后的河道植被长势良好，而对比例中改良后的河道植被长势相对于实施例较差，这是因为在对比例中并未对河道改良完全，植被的生长会受到一定的不利影响。
虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种沙质河道基质生态改良方法，包括砾石河段基质改良和细沙质河段基质改良，其特征在于，所述砾石河段基质改良包括以下步骤：
(1)预处理：将粒径为1～4mm的细沙填充至砾石河段的砾石孔隙之间，形成基底层；
(2)基底层改良：按3500～4000mL/m2的用量向基底层上喷施菌液，喷完后晾渗1～3h，再按4000～5000mL/m2的用量喷施胶结液，喷完后晾渗10～15h；随后重复前述喷施菌液和胶结液的操作2～4次；所述的菌液为高产脲酶的细菌的水溶液；所述胶结液为氯化钙和尿素的水溶液，并且溶液中氯化钙和尿素的浓度相同，均为1～2mol/L；
(3)铺设养护层：在改良后的基底层上铺设厚度为10～30cm的养护层，所述养护层由养护料铺设而成，所述养护料由生物炭、促生剂和粒径为1～4mm的细沙复配而成，所述养护料中生物炭和促生剂的质量百分比分别为18～25％和0.5～2％；
(4)加固处理：按800～1200mL/m2的用量向基质层上喷施菌液，喷完后晾渗2～5h，再按1500～2000mL/m2的用量喷施胶结液，喷完后覆膜12～16h，完成砾石河段基质生态改良；所用菌液和胶结液同步骤(2)；
所述细沙质河段基质改良包括以下步骤：
(1)预处理：将沙质河道表层厚度为10～20cm的原沙铲除；
(2)铺设基质层：在预处理后的河道上铺设厚度为10～20cm的基质层，所述基质层由基料铺设而成，所述基料由沸石、陶粒、砾石和原沙复配而成，所述基料中原沙的质量百分比为78～85％；
(3)铺设养护层：在基质层上铺设厚度为10～30cm的养护层，所述养护层由养护料铺设而成，所述养护料由生物炭、促生剂和原沙复配而成，所述养护料中生物炭和促生剂的质量百分比分别为18～25％和0.5～2％；
(4)加固处理：按600～1000mL/m2的用量向基质层上喷施菌液，喷完后晾渗2～5h，再按800～1200mL/m2的用量喷施胶结液，喷完后覆膜12～16h，完成沙质河道生态改良；所述菌液为高产脲酶的细菌的水溶液；所述胶结液为氯化钙和尿素的水溶液，并且溶液中氯化钙和尿素的浓度相同，均为1～2mol/L。
2.根据权利要求1所述的沙质河道基质生态改良方法，其特征在于：砾石河段基质改良的步骤(2)中菌液和胶结液分别喷施4次，菌液每次喷施量均为3800mL/m2，胶结液每次喷施量均为4500mL/m2。
3.根据权利要求1所述的沙质河道基质生态改良方法，其特征在于：砾石河段基质改良的步骤(2)先通过水浸的方式将基底层中的空气排出，再喷施菌液和胶结液。
4.根据权利要求1所述的沙质河道基质生态改良方法，其特征在于：所述基料中沸石、陶粒和砾石的质量之比为5～10:5～10:15～25。
5.根据权利要求1或4所述的沙质河道基质生态改良方法，其特征在于：所述沸石、陶粒和砾石的粒径为20～40mm。
6.根据权利要求1所述的沙质河道基质生态改良方法，其特征在于：所述养护料中生物炭和促生剂的质量百分比分别为20％和1％。
7.根据权利要求1或6所述的沙质河道基质生态改良方法，其特征在于：所述促生剂包括以下质量份的组分：
磷酸盐镁粉2～5份，尿素1～3份，吲哚-3-乙酸0.1～0.3份，蔗糖0.3～0.5份和磷酸二氢铵1～3份。
8.根据权利要求1所述的沙质河道基质生态改良方法，其特征在于：砾石河段基质改良步骤(4)加固处理时菌液喷施量为1000mL/m2，胶结液喷施量为1800mL/m2；细沙质河段基质改良步骤(4)加固处理时菌液喷施量为800mL/m2，胶结液喷施量为1000mL/m2。
9.根据权利要求1所述的沙质河道基质生态改良方法，其特征在于：所述高产脲酶的细菌为巴氏生孢八叠球菌，所述菌液在600nm下的吸光度为1～2；所述胶结液中氯化钙和尿素的浓度为1mol/L。
10.根据权利要求1所述的沙质河道基质生态改良方法，其特征在于：所述养护层的厚度为20cm。
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