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1、水域环境监测与评价,Monitoring and Assessment of Aquatic Environment,前言,一、课程性质、地位和任务,水域环境监测与评价是通过对影响水域环境质量因素的代表值的测定，确定水域环境质量（或污染程度）及其变化趋势的科学。交叉学科：水域污染对淡水生态系统群落结构、功能的整体效应及其原理、水域污染的生态监测与评价、水生态毒理学、水污染的生物控制与利用途径等。基本目标：及时、准确、全面的反映水域环境质量现状及发展趋势，为水域环境规划、水域环境评价、水域环境治理和水域环境科学研究提供可靠的依据。,二、教学要求,（一）理论知识方面1重点内容（1）水环境调查、布点
2、和采样、监测方法选择和方案实施（2）生物监测的基本原理、方法、技术和应用（3）环境监测与评价新方法、新技术2基础内容（1）水域环境监测和评价的基本概念及其特点（2）常规生物理化指标监测的原理与方法,(二)实验技能方面1重点技术（1）常规水样理化指标的测定与分析（2）水域环境指示生物的监测，包括生物鉴别、各种指数的确定等2一般技术（1）水样和水生生物采集、保存与处理（2）水质分析仪的使用,（二）实验部分（8学时）,水域基本环境要素调查 水样的采集与处理技术水样常规物理、化学指标测定水质分析仪的使用浮游生物和大型底栖动物采集与分析,三、教学参考书目及网站,1黄玉瑶编著，内陆水域污染生态学，北京：科
3、学出版社，2001。2陈玲、赵建夫主编，环境监测，北京:化学工业出版社，2004。3沈韫芬等编著，微型生物监测新技术，北京：中国建筑工业出版社，1990。http:/www.epa.gov/waterscience/,第一章 绪论,1.1 内陆水域概况1.2 水域污染的概念、污染物来源及影响1.3 水域环境监测与评价的定义、目的及对象1.4 水域环境监测与评价的发展概况1.5 水域环境监测与评价特点和监测技术概述1.6 水域环境标准,第一节 内陆水域概况,1内陆水域是国家重要的自然资源,内陆水域是指河流、湖泊、水库、池塘等水体地球上的水大部分分布在海洋，仅有2.8分布在陆地仅有约占总水量0.0
4、3的水分布在河流、湖泊、水库、池塘等内陆水域,饮用水源农业灌溉工业生产水产养殖,内陆水体主要用途,航运交通水力发电游乐健身调节气候,2我国内陆水域概况,我国大小河川总长约达42104 km，流域面积在1 000 km2以上的河流有1500多条,面积在1 km2以上的天然湖泊有2600余个，总面积约为 71 230 km2左右，其中大部分为浅水型湖泊。咸水湖大约占我国湖泊总数的一半,我国是贫水国家：我国淡水资源总量虽达2.81012 m3，在世界各国排名第六位；但人均占有水量只有约2000 m3，不及世界人均占有量的 14，排名第88位降水量年际变化大，洪涝、干旱频繁发生,水资源特点,水量地区分
5、布不匀，约占国土面积47的西北部地区，农业每年缺水300108 m3，8 000万农村人口饮水困难。现约有300多个城市缺水。,水污染加剧，生态环境恶化水资源浪费严重,东湖蓝藻,太湖蓝藻水华,滇池蓝藻水华,周边的自来水厂大部分已经关闭，损失惨重，剩下的一些水厂其源水的安全状况也令人堪忧。,洞庭湖和鄱阳湖局部水域的蓝藻水华,2013年云南洱海的蓝藻水华卫星遥感图,云南洱海蓝藻水华的演变趋势，水华发生日益频繁。,世界各地的蓝藻水华,蓝藻水华的主要危害-生物毒素,所选的毒素与化学毒剂对实验小白鼠致死性的比较,一种常见微囊藻毒素MC-LR的化学结构图,微囊藻毒素的化学性质十分稳定，能耐高温（达300）
6、，耐酸碱，因此，泡茶和烹饪对其影响甚微（Zhang et al.2010）。这也意味，在自来水中或进入水产品中的毒素大部分将通过饮水或食物链危害消费者的健康，长期的慢性暴露将带来不容忽视的健康风险（Xie et al.2005,谢平2006，Chen et al.2009,Zhang et al.2009）。,微囊藻毒素专一性地与细胞（如肝、肾）内的蛋白磷酸酶结合，在致死剂量暴露的情况下，15-60 min之内即发生不可逆的器官损伤，在这种情况下，具有重要功能的肝脏、肾脏等被严重损伤以致治疗可能作用甚微或毫无价值。最新的研究表明，这种毒素对生殖、神经和心脏等的影响亦不可小视（Qiu et al
7、.2009,Liu et al.2010,Li et al.2012,Zhao et al.2012,Chen et al.2015）。,产毒蓝藻,已报道的从自然水体中采集的水华蓝藻中的MC含量，以中国的7300g g-1dw（Zhang et al.1991）和葡萄牙的7100 g g-1dw（Vasconelos et al.1996）为最高。,蓝藻毒素重大进展或事件回顾,导致60多人死亡的巴西透析水藻毒素污染事件,巢湖渔民血液中的MC含量（引自Chenet al.2009a）,巢湖专业渔民长期暴露于蓝藻毒素的高风险之中，因为他们饮用未经处理的巢湖水，取食含有毒素的各种水产品。通过对在湖面
8、生活过5-10年的专业渔民的流行病学调查，从渔民的血液中普遍检测出毒素（图10），通过与21种血液生化指标的相关分析，发现引发了一些个体的实质性肝损伤（图11）。,根据巢湖渔民血液样本中的微囊藻毒素浓度和21种血液生化指标做成的PCCA图，血清中微囊藻毒素含量与主要肝功能指标间存在正相关关系（引自Chen et al.2009a）,每个渔民MC的日摄食量为2.2-3.9g MC-Lreq世界卫生组织确定的日容许摄入量（2.4 g MC-LReq)世界卫生组织制定的日允许摄入值存在健康风险，需要向下修订（Chen et al.2009a）。利用大鼠的代谢组学研究也支撑了这一结论（He et al
9、.2012）。,安徽巢湖甲壳动物、软体动物和鱼类肌肉/足中的毒素含量（引自Chenet al.2009a）,微囊藻毒素通过食物链向人的传递,蓝藻毒素的暴露途径包括：饮水摄入（主要途径）、水产品消费（我国民众MC摄入的重要途径之一）、静脉输入（透析病人）、娱乐活动的皮肤暴露。,江苏太湖各种鱼类、甲鱼、家鸭以及水鸟中的微囊藻毒素含量,基于动物体内微囊藻毒素含量以及每人每日平均消费量，对太湖和巢湖经济水产品的食用安全性的评估,蓝藻生态风险的管控对策,2005年11月22日，航拍受污染的松花江,05年11月13日中石油吉林石化公司双苯厂发生爆炸，发生苯污染,第二节、水域污染、污染物来源及影响,水污染,
10、人类活动是罪魁祸首！定义：水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境境，造成水质恶化的现象水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染。根据污染杂质的不同而主要分为三大类化学性污染物理性污染生物性污染,水域污染是指各种物理、化学或生物因子进入水体，超过水体自净能力，引起水域生态系统的结构和功能朝着不利于人类所期望的方向改变。这种改变导致水质恶化，水产资源质量下降或枯竭，水域景观破坏，影响人类的利用，甚至威胁人体健康。,印度恒河,1、国外水域污染及影响,在20世纪5060年代，英国伦敦、美国洛杉矶、日本四日市相
11、继发生化学烟雾事件，许多人中毒死亡50年代日本水俣病（汞中毒）、痛痛病（镉中毒）引起世人对重金属污染的关注海上原油泄漏造成严重的生态破坏，近海赤潮频繁发生和湖泊富营养化现象广泛出现，以及有机氯农药污染，带来一系列严重的生态后果,日本水俣病事件,日本九州熊本县南端的水俣(yu)湾原因：含有甲基汞的工业废水排入水体中,1950年，猫发病：步态不稳，抽筋麻痹，发疯痉挛，纷纷跳海自杀1956年，出现与猫症状相似的人，口齿不清，面部痴呆，进而耳聋眼瞎，全身麻木，最后神经失常,日本痛痛病事件,日本富山县通川河原因：开发铅锌矿时，镉随选矿废水排入河中，使下游居民发生慢性镉中毒，潜伏期长达1030年,1955
12、年1972年，痛痛病发生在日本富山县神通川流域。自1955年起，居住在富山市神通川下游地区的农民得了一种奇怪的病。得病初期，患者只感到腰、背和手足等处关节痛，后来发展到神经痛。得了这种病，人的身高缩短，骨骼变形、易折，轻微活动，甚至咳嗽一声，都可能导致骨折。一些人痛不欲生，自杀身亡。1961年才查明原因,50年代初，英国泰晤士河被称为臭水河和死水河，19571958年连续两年调查伦敦下游68 km河段的鱼类，除发现一种耐污的黄鳝外，没有发现任何其他鱼类生存北欧许多河流酸化严重，影响鲑鱼洄游，鱼产量大幅度下降美国伊利湖受到底特律、布法罗等城市生活污水、特别是含磷洗衣粉的污染，富营养化严重，优质鱼
13、产量下降90以上美国加利福尼亚圣克来尔湖受到农药DDT的污染，水鸟繁殖率大大降低，生态平衡受到破坏,渤海湾原油泄漏（20万！？）,后果很严重！,康菲溢油使3万亩虾池成油池,养虾户损失2亿。,2、我国水域污染及影响,（1）水域污染状况 据1985年调查，532条（个）河（湖）中受污染的占82。据1982年的调查资料，在监测的50 000 km总长的河段中，严重污染不能用于灌溉的河段长12 600 km，约占监测河流总长的14 据25个大型湖泊调查结果，趋于富营养化的湖泊占92%。水污染程度还有加速发展的趋势，、级水越来越少，级水越来越多,2007年中国水污染状况,状况全国地表水污染依然严重：七大
14、水系总体为中度污染，浙闽区河流和西南、西北诸河水质良好，湖泊富营养化问题突出长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河等七大水系,长江水系：总体水质良好。103个地表水国控监测断面中，类、类、类和劣类水质的断面比例分别为81.5%、3.9%、7.8%和6.8%。主要污染指标为氨氮、石油类和五日生化需氧量。长江干流总体水质优。长江支流总体水质良好：雅砻江、大渡河、嘉陵江、乌江、沅江和汉江水质优；岷江、沱江、湘江和赣江水质良好，但岷江在眉山市段为重度污染，沱江在自贡市段、赣江在南昌市段为中度污染。主要污染指标为氨氮。,黄河水系：总体为中度污染。44个地表水国控监测断面中，类、类、类和劣类水质的断面
15、比例分别为63.7%、9.1%、4.5%和22.7%。主要污染指标为氨氮、石油类和五日生化需氧量。黄河干流总体水质优。山东菏泽段、河南三门峡段为轻度污染，其它河段水质优或良好。黄河支流总体为重度污染。除伊河、洛河、沁河水质优或良好外，其余支流普遍污染严重。渭河下游西安段和渭南段，湟水河西宁下游段，汾河太原段、临汾段和运城段，北洛河渭南段，涑水河运城段污染严重。,珠江水系：总体水质良好。33个地表水国控监测断面中，类、类和劣类水质的断面比例分别为81.8%、15.2%和3.0%。主要污染指标为石油类、溶解氧和氨氮珠江干流总体水质良好。珠江广州段为轻度污染珠江支流总体水质良好。深圳河为重度污染。,
16、2007年12月26日，温家宝总理主持召开国务院常务会议，审议通过水专项实施方案。水专项共设立湖泊富营养化控制与治理、河流水环境综合整治、城市水污染控制与水环境整治、饮用水安全保障、流域水环境监控预警与综合管理、水环境战略政策与管理六大主题33个项目，以“三河”（淮河、海河、辽河）、“三湖”（太湖、巢湖、滇池）、“一江”（松花江）、“一库”（三峡库区）为重点研究流域，集成控源治污、生态修复关键技术，突破饮用水源保护和饮用水安全保障技术，创新流域水质监控、预警技术和政策管理机制。国家将投入300多亿元支持水专项，遵照循序渐进原则，用13年的时间，分三个阶段实施，最终将建立适合我国国情的水污染防治
17、监控预警和水污染控制两大技术支撑体系，形成国家水环境综合管理技术平台。,（2）水域污染对水生生物的影响,A、对鱼类资源的影响 水中有毒污染物超过一定浓度，可引起鱼类等水生生物急性中毒死亡；或者由于溶解氧严重不足导致鱼、贝类窒息致死，造成死鱼的污染事故时有发生据1985年全国9省市调查，污染造成淡水天然鱼类资源年损失8万吨，淡水养殖鱼类损失1.7万吨,我国淡水鱼类有800多种，产量位居世界首位。据初步调查统计，我国淡水鱼类中已有近100种濒临灭绝 长江中、下游湖泊中原生活有100余种野生鱼类，现在一般仅有二三十种，而且出现明显的小型化。有名的长江鲢、鳙、草鱼的渔业资源处于严重衰退之中，长江口受到
18、严重污染，阻断了鱼类的洄游，使鳗鲡、河蟹、鲻、梭鱼、鲈和鲥等数量大大减少,洞庭湖水产资源日趋衰竭，据调查，原有的114种鱼类中已经灭绝8种，另有15种已成稀有种类武汉东湖共有鱼类67种，近年仅发现38种鱼类，鲥、短颌鲚、暗色东方鲀等20多种鱼类已基本绝迹湖北最大的淡水湖洪湖，50年代原有100余种鱼类，到目前只剩下31种，天然鱼产量也由50年代的10 000 t下降到目前的3 0004 000 t，减产23左右河北白洋淀1958年有鱼类54种，1975年降到35种，目前仅发现24种，鱼产量下降80以上,B、对生物群落结构与功能的影响,水体受到污染以后，敏感种类消失，耐污种类数量增加，物种多样性
19、下降，群落结构改变或破坏，群落功能失调，环境质量恶化 水体变黑发臭，失去了利用价值 引起湖泊、水库发生富营养化。敏感藻类不能生存，蓝、绿藻类大量发展，形成“水华”洞庭湖、巢湖、太湖无、类水，类水占总水面24，类水占70，类水占6。所调查的25个湖泊中多数湖泊总氮浓度高出512.5倍，总磷浓度高出1050倍,C、残毒含量,一部分污染物如汞、DDT、多氯联苯等易溶于脂肪中，具有很强的生物富集能力。这些污染物能直接从水中和沿食物链途径进入生物体内，并逐步积累和放大，生物浓缩系数可达几千到几万倍。残毒积累不仅影响水生生物的生存、繁衍，也威胁人体健康。著名的日本水俣病就是食用含汞鱼类的缘故,（二）污染的
20、原因,1城市污水排放 2水土流失 3水产和畜禽养殖 4其他人为活动的影响,（三）主要污染物,物理污染物包括固体悬浮物、热排放、放射性物质等化学污染物主要包括一般无毒耗氧有机物、农药、重金属、有毒有机物、生物营养盐类，酸碱物质、油脂和合成洗涤剂等几大类生物污染主要包括各种病原菌、寄生虫、藻类等。化学污染物种类多，数量大，范围广，是防治的主要对象,第三节 水域环境监测与评价的定义及对象,水域环境监测(Waters environmental monitoring)：就是通过对影响水域环境质量因素的代表值的测定，确定水域环境质量（或污染程度）及其变化趋势。也可表示为用科学的方法监测和测定代表水域环境
21、质量及发展变化趋势的各种数据的全过程水域环境评价(assessment of waters environment)：根据水域生态系统结构与功能特征的变化，应用数学模型的方法对水域环境质量进行定量评价,一、定义,二、监测对象,1、反映环境质量变化的各种自然因素（地表水、地下水）或称环境质量状况（水体）2、对人类活动与环境有影响的各种人为因素（三废）或称污染源（包括工业、农业、交通、医院、城市第三产业污水、灌溉污染源等）3、对环境造成污染危害的各种成分,第四节 水域环境监测与评价的发展概况,与环境化学、环境地学、环境卫生学、环境工程学等分支学科关系密切，是环境科学的重要组成部分 1963年美国女
22、生物学家卡尔森出版著名的科普专著寂静的春天一书，详细论述盲目使用农药给环境带来的严重危害，引起社会各界对农药污染问题的重视,国外,20世纪60年代开始，科学家们对水域环境包括河流、湖泊、海洋进行广泛的调查评价，探讨污染的成因、污染的危害、污染物毒性毒理、污染治理以及污染水域的恢复途径等，取得大量研究成果70年代以后，发达国家十分重视对水域环境的保护，投人大量资金治理污染。经过20多年的努力，点源污染已得到较好的控制，水域污染的势头受到有效抑制，不少水域环境质量已有明显的改善和恢复,欧洲一些国家开展了大量的水域生态系统恢复研究工作，并已取得明显成效。英国应用生物操纵技术使伦敦附近水库的水质一直保
23、持良好状态。20世纪60年代以后，英国政府对泰晤士河进行大规模的综合治理，使河流重新充满生机,美国1972年公布了清洁水法。1975年通过国会拨款支持清湖计划，控制污水的排放浓度。7080年代大力开展湖泊恢复的研究和技术发展工作。目前主要采取流域控制和湖内治理相结合的途径，再加上行政管理措施，取得显著效果。美国90年代初对河流、湿地生态系统的恢复也提出庞大的计划，并正在逐步实施之中，有的河流的水质有了很大改善,Clean Water Act(1972),“Conserve and restore the biological,chemical,and physical integrity of
24、 the nations waters”,目前，发达国家在淡水生态系统研究中，政府和科学家们的关注焦点已迅速从对内陆水体生物生产力的开发转移到水环境保护上来总的发展趋势是政府加大经费支持，在已有调查分析资料的基础上，决策部门做出统一的生态恢复规划，要求各有关行政管理部门给予密切配合,在恢复计划的具体操作过程中，科学家和工程技术人员按照生态系统的恢复与重建原则，全面研究水域生态系统的功能设计、生态恢复的操作程序、风险评价、恢复与重建的指标体系与恢复的技术方法，提出恢复方案。在方案实施过程中，应用并发展许多新的技术，把湖泊、河流和湿地的局部恢复扩大到整个流域的恢复，不但达到内环境结构和功能的协调完
25、善，而且最终在景观和生态系统水平上恢复其美学价值,国内,我国于70年代初开始重视环境保护1973年，对官厅水库污染现状、污染源分布、污染引起的生态效应、对人体健康的影响等进行全面调查研究，提出一系列研究报告和保护对策与建议（环境专业）1978年成立全国性环境科学学会。“六五”、“七五”期间，国家科技攻关项目中都列入了水源保护的研究课题，“八五”期间，重点对全国湖泊富营养化状况进行调查评价，开展污水净化治理研究。“九五”期间，三河（淮河、海河、辽河）三湖（太湖、巢湖、滇池）的治理与恢复列入了国家的行动计划,20多年来，我国内陆水域污染状况调查、评价及防治研究取得了很大成绩，体现出一定的特色我国著
26、名生态学家马世骏在理论上提出社会经济自然复合生态系统原理由于种种原因，我国水污染治理的力度还跟不上污染发展的速度。目前，我国江河湖海水质局部有所改善，大部分还在继续恶化。控制污染，改善环境，任重而道远，还需要作更大的、长期的努力,基本对策,1根据国情特点制定标准与对策 2结合水域功能目标制定政策 3不同性质污染物区别对待 4重视生物净化与控制 5保护与利用协调发展,第五节 水域环境标准,环境标准(environmental standards)定义：是为了保护人群健康，防治环境污染，合理利用资源，促进经济发展，依据环境保护法和有关政策,对环境中有害成分含量及其排放源规定的限量阈值和技术规范,环
27、境标准的分类和分级,我国的环境标准体系分为“六类两级”六类：环境质量标准、污染物排放标准、环境基础标准、环境方法标准、环境标准物质标准、环保仪器设备标准两级：国家环境标准和地方环境标准,环境质量标准为了保护人类健康，维持生态良性平衡和保障社会物质财富，并考虑技术条件，对环境中有害物质和因素所作的限制性规定制订环境质量标准应遵循的一般原则是（1）保证居民不发生急性或慢性中毒（2）对主观感觉无不良影响（3）对人体健康无间接影响（4）对自然环境无劣化作用,水质标准,水质标准是环境质量标准的重要组成部分，包括环境水质标准和污染物控制标准两大类环境水质标准即地面水环境质量标准（GB 3838 88）及密
28、切相关并派生出来的标准，有饮用水标准、渔业水质标准、农田灌溉用水标准、海水水质标准。排放标准有污水综合排放标准（GB 8978 88）及医院污水排放标准,（一）地面水环境质量标准,1、水域功能分类依据地面水水域使用目的和保护目标，将其划分为五类:类 主要适用于源头水、国家自然保护区类 主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护 区、鱼虾产卵区等类 主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区类 主要适用于一般工业用水及人体非接触的娱乐用水区类 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域同一水域兼有许多类功能的，依最高功能划分类别。有季节性功能的，可分季节划分类别
29、,2、水质要求本标准规定不同功能水域执行不同标准值，地面水五类水域的水质要求按地面水环境质量标准执行（1）不得用瞬时一次监测值使用本标准（2）标准值单项超标，即表明使用功能不能保证。危害程度应参考背景值及水生生物调查数据、硬度修正方程及有关基准资料综合评价,3、水质监测（1）监测取样点，应布设于各功能区代表位置（2）本标准各参数的检测分析方法按地面水环境标准选配分析方法（GB 3838-88）执行,（二）生活饮用水标准,饮用水的标准是以维护人的健康为基本点的，不存在自净，因此没有COD及BOD指标1、与地面水环境质量的五类标准对比，其有害物质如重金属等基本上与类标准相接近，自来水厂对重金属一般
30、不做处理，只不过是感官指标，如颜色、浑浊度、嗅觉和味觉、肉眼可见物及细菌学指标有了具体的定量数据,2、用液氯或漂白粉（CLO）消毒，保证余氯（即游离氯）大于0.3mg/L时，则可保证杀死大肠杆菌。但余氯过高，饮用时对人体有害，再者，若水中含有机物，则会与之生成氯胺、氯酚。氯胺有毒，氯酚有强烈气味，故国外有采用臭氧和二氧化氯消毒的,（三）污水综合排放标准,污水综合排放标准以GB 897888代替GBJ473（废水部分）。该标准适用于排放污水和废水的一切企事业单位1、标准分级（1）本标准按地面水域使用功能要求和污水排放去向，对地面水水域和城市下水道排放的污水分别执行一、二、三级标准（2）对排入城镇
31、下水道并进入二级污水处理厂的城镇下水道的污水，必须根据下水道出水受纳水体的功能要求按（1）中的、条规定，分别执行一级或二级标准,2、标准值本标准将排放的污染物按其性质分为二类第一类污染物，指能在环境或植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响者，含有此类有害污染物质的污水，不分行业和污水排放方式，也不分受纳水体的功能类别，一律在车间或车间处理设施排出口取样，其最高允许排放浓度应符合（第一类污染物最高容许排放浓度）的规定常见的一类污染物有：总汞、烷基汞、总镉、总铬、六价铬、总砷、总铅、总镍、苯并(a)芘等,第二类污染物，指其长远影响小于第一类的污染物质，在排污单位排出口取样，其最高允许排放浓度必须
32、符合第二类污染物最高允许排放浓度的规定常见的二类污染物有：pH、色度、悬浮物、BOD、CODcr、石油类、动植物油、挥发酚、氰化物、硫化物、氨氮、氟化物、磷酸盐、甲醛、苯胺类、硝基苯类、阴离子合成洗涤剂、铜、锌、锰等3、标准中项目的分析方法本标准采用国家颁布的分析方法,专题讨论,主要无机污染物种类及其危害主要有机污染物种类及其危害水域污染主要指示生物及其相关研究我国江河、湖泊、水库、养殖水域污染现状,21世纪的水资源问题,印度-恒河-孟加拉土耳其-底格里斯河和幼发拉底河-叙利亚和伊拉克1967年，叙利亚-加利利海西岸湿地与戈兰高地-以色列苏丹及埃塞俄比亚-尼罗河-埃及安哥拉-奥卡万戈河-纳米比亚-博茨瓦纳加拿大-美国(90%)-科罗拉多河-格兰德河-墨西哥匈牙利、保加利亚及荷兰-90%以上进口,
