董婭瑋，李楊揚(yáng)，杜濤，唐小威，馬震

陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站，陜西 西安 710054

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2014—2015年關(guān)中地區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量狀況對(duì)比分析

董婭瑋，李楊揚(yáng)，杜濤，唐小威，馬震

陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站，陜西 西安 710054

利用2014—2015年關(guān)中地區(qū)6個(gè)城市6種大氣污染物(PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了全年環(huán)境空氣質(zhì)量變化特征及影響因素。結(jié)果表明：就全年的綜合情況而言，影響關(guān)中地區(qū)空氣質(zhì)量的污染物依次為PM2.5、PM10、NO2和O3，呈現(xiàn)以顆粒物污染為主的復(fù)合型污染特征。PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO濃度的月變化特征均為冬季最高，夏季最低；O3濃度則表現(xiàn)為夏季最高，冬季最低。2015年關(guān)中地區(qū)各城市空氣質(zhì)量綜合指數(shù)較2014年同比均有下降，但平均優(yōu)良天數(shù)僅占全年的71.9%，污染現(xiàn)狀仍然不容樂觀。2015年關(guān)中地區(qū)SO2、NOx和煙(粉)塵總量的減排對(duì)減輕環(huán)境空氣污染起到重要作用，采暖期內(nèi)氣象因素對(duì)空氣質(zhì)量的影響較為明顯。

空氣質(zhì)量；對(duì)比分析；變化特征；影響因素；關(guān)中地區(qū)

目前，我國大氣污染形勢十分嚴(yán)峻，并已進(jìn)入嚴(yán)重的區(qū)域復(fù)合污染階段，區(qū)域型大氣污染問題發(fā)生頻率之高，影響范圍之大，污染程度之重，嚴(yán)重威脅人民群眾的身體健康和生態(tài)安全[1]。

陜西關(guān)中平原為暖溫帶半干旱或半濕潤氣候，空氣干燥，降水量小，冬春季大風(fēng)天氣多，易造成嚴(yán)重的揚(yáng)塵[2]。特別是以煤炭為主的能源消費(fèi)和機(jī)動(dòng)車輛的尾氣排放，導(dǎo)致陜西關(guān)中地區(qū)以PM2.5和PM10為特征污染物的區(qū)域性復(fù)合型大氣污染問題日益突出，區(qū)域內(nèi)空氣重污染現(xiàn)象大范圍同時(shí)出現(xiàn)的頻次日益增多，嚴(yán)重制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，威脅人民群眾身體健康[3-6]，近些年來，由于關(guān)中地區(qū)城市化進(jìn)程的加快，其環(huán)境問題受到關(guān)注，部分學(xué)者就關(guān)中地區(qū)污染物時(shí)空分布、影響因素等方面開展了一些研究工作[6-8]。但其研究大多面向某種污染物或某一季節(jié)的污染狀況，鮮有針對(duì)多種污染物的全年濃度特征的研究。此外，目前國內(nèi)外關(guān)于大氣污染物濃度特征及影響因素的研究多以城市為對(duì)象，鮮有對(duì)某個(gè)城市群大氣污染現(xiàn)狀的相關(guān)研究。筆者依據(jù)2014—2015年關(guān)中地區(qū)5個(gè)設(shè)區(qū)市(西安市、寶雞市、咸陽市、銅川市、渭南市)和楊凌區(qū)(示范區(qū))的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測資料，采用環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)、空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)等評(píng)價(jià)和分析方法，對(duì)關(guān)中地區(qū)近2年的環(huán)境空氣質(zhì)量變化情況及影響因素進(jìn)行分析與研究，以期為關(guān)中地區(qū)大氣污染防治工作提供決策依據(jù)。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

采用2014—2015年關(guān)中地區(qū)西安市、寶雞市、咸陽市、銅川市和渭南市5個(gè)設(shè)區(qū)市和楊凌區(qū)污染物監(jiān)測國控點(diǎn)數(shù)據(jù)，以PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3(8 h)濃度的日均值(O3濃度為8 h平均值)進(jìn)行年際和年內(nèi)污染分析。所用數(shù)據(jù)來自陜西省2014—2015年環(huán)境空氣質(zhì)量公報(bào)、國家空氣質(zhì)量監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)(省級(jí)版，網(wǎng)址：http:192.168.6.210:8000)。

1.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值：PM10、PM2.5、SO2、NO2日均限值分別為150、75、150、80 μgm3，年均限值分別為70、35、60、40 μgm3；CO日均限值為4 mgm3；O3(8 h)平均濃度限值為160 μgm3。

1.3 評(píng)價(jià)方法

環(huán)境空氣質(zhì)量狀況評(píng)價(jià)采用環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)反映空氣質(zhì)量的年際變化特征，用污染負(fù)荷系數(shù)表征主要污染物對(duì)環(huán)境空氣整體污染水平的貢獻(xiàn)率。環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)是描述城市環(huán)境空氣質(zhì)量綜合狀況的無量綱指數(shù)，其綜合考慮了PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3等6項(xiàng)污染物的污染程度，數(shù)值越大表明綜合污染程度越重。計(jì)算公式為：

Ii=CiSi

(1)

Isum=∑Ii

(2)

Fi=IiIsum

(3)

式中：Ci為污染物i的濃度〔當(dāng)i表示PM10、PM2.5、SO2及NO2時(shí)，Ci為年均值；當(dāng)i表示CO和O3時(shí)，Ci分別為CO日均值的第95百分位數(shù)濃度以及O3(8 h)平均濃度值的第90百分位數(shù)濃度〕；Si為污染物i年均濃度的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(當(dāng)i為CO時(shí)，為日均濃度的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值；當(dāng)i為O3時(shí)，為8 h平均濃度的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值)；Isum為環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)；Ii為污染物i的單項(xiàng)指數(shù)，i包括全部6項(xiàng)指數(shù)；Fi為第i項(xiàng)污染物對(duì)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)的貢獻(xiàn)率，即污染負(fù)荷。

2 結(jié)果與分析

2.1 空氣質(zhì)量狀況

2.1.1 污染物濃度水平

根據(jù)2014年和2015年關(guān)中地區(qū)5個(gè)設(shè)區(qū)市和楊凌區(qū)PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO和O3監(jiān)測結(jié)果(表1)可知：2014年，關(guān)中地區(qū)PM10年均濃度為129 μgm3，超標(biāo)0.84倍，各市及區(qū)的年均濃度均超標(biāo)；PM2.5年均濃度為70 μgm3，超標(biāo)0.99倍，各市及區(qū)的年均濃度均超標(biāo)；SO2年均濃度為31 μgm3，各市及區(qū)均達(dá)標(biāo)；NO2年均濃度為37 μgm3，西安市超標(biāo)，其余5市及區(qū)均達(dá)標(biāo)；CO日均濃度的第95百分位數(shù)為3.0 mgm3，各市及區(qū)均達(dá)標(biāo)；O3(8 h)平均濃度的第90百分位數(shù)為133 μgm3，各市及區(qū)均達(dá)標(biāo)。2015年，關(guān)中地區(qū)PM10年均濃度為113 μgm3，較2014下降12.7%，超標(biāo)0.61倍，各市及區(qū)的年均濃度均超標(biāo)；PM2.5年均濃度為59 μgm3，較2014年下降15.6%，超標(biāo)0.68倍，各市及區(qū)的年均濃度均超標(biāo)；SO2年均濃度為22 μgm3，較2014年下降29.0%，各市及區(qū)的年均濃度均達(dá)標(biāo)；NO2年均濃度為36 μgm3，較2014年下降0.9%，除西安市超標(biāo)外，其余5市及區(qū)的年均濃度均達(dá)標(biāo)；CO日均濃度的第95百分位數(shù)為2.8 mgm3，較2014年下降7.8%；O3(8 h)平均濃度的第90百分位數(shù)為135 μgm3，較2014年上升1.6%，各市及區(qū)均達(dá)標(biāo)。說明關(guān)中地區(qū)2015年大氣污染較2014年總體有降低的趨勢，但仍處在較高的水平。

表1 2014年和2015年關(guān)中6市及區(qū)主要大氣污染物監(jiān)測結(jié)果

Table 1 Concentrations of major air pollutants of six districts in Guanzhong area during 2014 and 2015 μgm3

表1 2014年和2015年關(guān)中6市及區(qū)主要大氣污染物監(jiān)測結(jié)果

市及區(qū)PM10濃度2014年2015年P(guān)M2.5濃度2014年2015年SO2濃度2014年2015年NO2濃度2014年2015年CO濃度1)2014年2015年O3(8h)濃度2)2014年2015年西安市1471267658322447443.03.4131145寶雞市1211077057241436363.42.7120132咸陽市1331187163312438392.32.3131137銅川市1171046958352540363.42.5148132渭南市1281107260362337392.32.6123132楊凌區(qū)1281116057282221233.63.1144132平均1291137059312237363.02.8133135

2.1.2 空氣質(zhì)量綜合指數(shù)

由表2和表3可知，各市及區(qū)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)整體相差不大，西安市相對(duì)較高，較低的是楊凌區(qū)和寶雞市。主要是由于關(guān)中盆地南倚秦嶺，北接渭北北山，渭河橫貫盆地匯入黃河，河槽地勢低平，基本地貌類型是河流階地和黃土臺(tái)塬，關(guān)中地區(qū)的特殊地形使局地回轉(zhuǎn)風(fēng)形成，不利于空氣污染物的稀釋，易造成空氣污染。而且，關(guān)中四季分明，年均降水量較低，冬季逆溫層厚，靜風(fēng)頻率高，不利于污染物的稀釋，易導(dǎo)致空氣污染加重[7]。各市及區(qū)均以PM2.5污染負(fù)荷系數(shù)最高，其次為PM10，各市及區(qū)PM2.5、PM10指標(biāo)污染負(fù)荷系數(shù)之和均達(dá)50%以上。就全年綜合情況而言，影響關(guān)中地區(qū)空氣質(zhì)量的污染物依次為PM2.5、PM10、NO2和O3，呈現(xiàn)以顆粒物污染為主的復(fù)合型污染特征。

表2 2014年關(guān)中地區(qū)6市及區(qū)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)

表3 2015年關(guān)中地區(qū)6市及區(qū)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)

2.1.3 空氣質(zhì)量級(jí)別

根據(jù)HJ 633—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)》[9]分級(jí)方法得出：0

表4 2014—2015年關(guān)中地區(qū)空氣質(zhì)量比較

2.1.4 污染物月均濃度

2014—2015年關(guān)中地區(qū)6種污染物月均濃度變化見圖1。

圖1 2014—2015年關(guān)中地區(qū)6項(xiàng)污染物月均濃度變化特征Fig.1 Monthly average concentration of six kinds of pollutantsin Guanzhong area during 2014-2015

由圖1可知，除O3外，其余5種大氣污染物(PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO)月均濃度呈U型分布，均為夏季(6—8月)<秋季(9—11月)<春季(3—5月)<冬季(12—次年2月)，這一現(xiàn)象主要是由于冬季采暖，消耗大量化石燃料，春運(yùn)期間交通運(yùn)輸量急劇增加，都會(huì)提升大氣中PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO的濃度。同時(shí)，冬季溫度低，大氣層易出現(xiàn)輻射逆溫現(xiàn)象，不利于污染物的擴(kuò)散遷移，使污染物濃度上升，造成冬季污染明顯重于其他季節(jié)[10-12]。O3濃度表現(xiàn)為夏季最高，春季次之，秋、冬季較低。O3的月變化特征與前5類污染物大致相反，最高和最低值分別出現(xiàn)在夏季和冬季。夏季太陽輻射強(qiáng)烈，有利于生成O3的光化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行；秋季過后太陽光減弱，生成O3的光化學(xué)反應(yīng)速率減緩。此外，夏季植被茂盛，能產(chǎn)生大量揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs，O3的前體物)[13]。

2.2 空氣質(zhì)量對(duì)比分析

2.2.1 空氣質(zhì)量綜合指數(shù)變化

圖2 2014—2015年關(guān)中地區(qū)6市及區(qū)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)變化Fig.2 Variations of air quality comprehensive index of six city districts in Guanzhong area during 2014-2015

2014—2015年關(guān)中地區(qū)各市及區(qū)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)變化見圖2。各市及區(qū)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)同比均下降，其中，銅川市、寶雞市和西安市空氣質(zhì)量綜合指數(shù)同比下降10%以上。

2.2.2 污染物濃度變化

圖3為2014—2015年關(guān)中地區(qū)6市及區(qū)主要大氣污染物的年際變化。由圖3可知，2015年，關(guān)中地區(qū)PM10、PM2.5、SO2、NO2和CO年均濃度同比2014年分別下降12.7%、15.6%、29.0%、0.9%和7.8%，O3平均濃度同比上升1.6%。5市1區(qū)PM10年均濃度同比下降10%～15%；PM2.5年均濃度同比均下降，其中，西安市下降超過20%，楊凌區(qū)下降小于10%，其他市及區(qū)下降10%～20%；SO2年均濃度同比下降均在20%以上，其中，寶雞市下降超過40%；NO2年均濃度除西安市、銅川市有小幅降低，寶雞市基本保持不變，其他3市及區(qū)同比增加；CO年均濃度西安市、渭南市同比上升，其他市及區(qū)同比下降，其中寶雞市、銅川市下降比例超過20%；O3濃度除銅川市、楊凌區(qū)有小幅降低，其他市及區(qū)同比增加。總體來看，各市及區(qū)降幅較大的污染物主要有SO2、PM2.5和PM10。

圖3 2014—2015年關(guān)中地區(qū)6市及區(qū)主要大氣污染物年際變化Fig.3 Annual variations of major air pollutants in Guanzhong area during 2014-2015

3 環(huán)境空氣質(zhì)量影響因素分析

根據(jù)國務(wù)院頒布的《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，2014年，陜西省也隨之出臺(tái)相應(yīng)的實(shí)施細(xì)則，即《陜西省“治污降霾·保衛(wèi)藍(lán)天五年行動(dòng)計(jì)劃(2013—2017年)》，對(duì)關(guān)中地區(qū)的空氣質(zhì)量改善目標(biāo)提出了“以2012年環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)為基數(shù)，到2017年，關(guān)中地區(qū)PM10年均濃度下降15%以上；NO2年均濃度下降10%以上；SO2年均濃度零增長；西安市PM2.5年均濃度下降10%以上”的具體要求，并與環(huán)境保護(hù)部簽署了《陜西省大氣污染防治目標(biāo)責(zé)任書》，各地市也分別與省政府簽署了大氣污染防治目標(biāo)責(zé)任書。之后又陸續(xù)發(fā)布實(shí)施了《陜西省油氣回收綜合治理工作方案》、《陜西省建筑施工揚(yáng)塵治理行動(dòng)方案》、《陜西省能源行業(yè)加強(qiáng)大氣污染防治工作實(shí)施方案》、《陜西省水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整工作方案(2013—2017年)》、《關(guān)中地區(qū)燃煤火電機(jī)組超低排放改造實(shí)施方案》、《陜西省大氣污染重點(diǎn)防治區(qū)域聯(lián)動(dòng)機(jī)制改革方案》、《關(guān)中地區(qū)2015—2017年燃煤消費(fèi)減量替代工作實(shí)施方案》等專項(xiàng)方案，開展能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、污染源綜合整治等多項(xiàng)工作，對(duì)減輕關(guān)中地區(qū)空氣污染、改善環(huán)境空氣質(zhì)量起到重要的作用。

3.1 污染物排放量

污染物排放量是影響全年空氣質(zhì)量的關(guān)鍵因素。根據(jù)陜西省環(huán)境保護(hù)廳統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2015年，關(guān)中地區(qū)累計(jì)淘汰鋼鐵產(chǎn)能132萬t、水泥產(chǎn)能439萬t；實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐拆改7 850臺(tái)，共計(jì)20 236蒸噸，16臺(tái)628萬kW燃煤火電機(jī)組實(shí)現(xiàn)超低排放，占關(guān)中現(xiàn)役機(jī)組總臺(tái)數(shù)的44%，燃煤消費(fèi)量比2014年減少300萬t，年排放SO2為35.89萬t、NOx為34.22萬t、煙(粉)塵為22.09萬t，較2014年分別下降4.86%、11.96%、15.28%。

與2014年相比，2015年關(guān)中地區(qū)年均濃度PM10和PM2.5均下降了10%以上，SO2下降了20%以上，NO2降低了0.9%，說明工業(yè)減排、壓煤、改氣、抑塵等措施取得了一定的成效。但是楊凌區(qū)、渭南市、咸陽市等3市及區(qū)NO2濃度同比有所增加，這一方面是由于目前關(guān)中許多市及區(qū)集中供熱站脫硝設(shè)施不完善，或者運(yùn)行狀況較差，導(dǎo)致氮氧化物減排力度不足；另一方面可能是由于機(jī)動(dòng)車保有量的快速增加。

3.2 氣象因素

氣象因素對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響也不容忽視。能夠影響大氣污染物濃度的氣象要素主要為：日最高氣溫、日最低氣溫、日平均氣溫、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速、氣壓、水汽壓、總云量、相對(duì)濕度、混合層高度[14]。由于可用數(shù)據(jù)的限制，本文僅簡要分析關(guān)中地區(qū)大氣污染物日均濃度與風(fēng)速、氣溫和相對(duì)濕度3種常規(guī)氣象要素的關(guān)系。同時(shí)，風(fēng)速、氣溫和相對(duì)濕度是除非常規(guī)氣象要素外，對(duì)大氣污染影響最主要的氣象因素。關(guān)中地區(qū)2014年和2015年的氣象要素相比，全年尺度上的風(fēng)速、氣溫和相對(duì)濕度變化很小，不能客觀地描述空氣質(zhì)量與氣象因素對(duì)的關(guān)系。以2015年1月和2015年2月(采暖期)為例，分析空氣質(zhì)量與氣象因素的關(guān)系。2015年1月和2月PM10、PM2.5、SO2和NO2的月均濃度和氣象因子見表5。

表5 2015年影響空氣質(zhì)量的氣象因子

由表5可知，2015年2月的空氣質(zhì)量明顯好于1月，3個(gè)氣象要素中差異最大的是溫度，其次是風(fēng)速和相對(duì)濕度。1月平均氣溫較2月低2.7 ℃，溫度較高時(shí)，大氣對(duì)流層內(nèi)垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，有利于污染物的運(yùn)輸擴(kuò)散[15]；除溫度外差別最大的是風(fēng)速，1月平均風(fēng)速比2月低0.8 ms，占2月風(fēng)速的27.6%，風(fēng)速越大越有利于污染物的稀釋擴(kuò)散，相應(yīng)的污染物濃度較低；1月相對(duì)濕度比2月高14.7%，鄧?yán)旱萚16]研究認(rèn)為，在一定濕度范圍內(nèi)，相對(duì)濕度越大越有利于形成顆粒物，在高濕度情況下更容易發(fā)生嚴(yán)重污染。由此可以得出，采暖期內(nèi)氣象因素對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響較為明顯。

4 結(jié)論

(1)2014年關(guān)中地區(qū)PM10、PM2.5年均濃度超標(biāo)，2015年各項(xiàng)污染物除O3外年均濃度同比均有所下降，但仍處在較高的水平；影響關(guān)中地區(qū)空氣質(zhì)量的污染物依次為PM2.5、PM10、NO2和O3，呈現(xiàn)以顆粒物污染為主的復(fù)合型污染特征；2015年關(guān)中地區(qū)平均優(yōu)良天數(shù)比2014年增加36 d，重污染天數(shù)比2014年減少10 d，但關(guān)中地區(qū)平均優(yōu)良天數(shù)僅占全年的71.9%，污染形勢仍不容樂觀。

(2)2014—2015年關(guān)中地區(qū)PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO月均濃度總體變化趨勢一致，表現(xiàn)為夏季<秋季<春季<冬季；O3濃度表現(xiàn)為夏季最高，冬季最低。

(3)2015年關(guān)中地區(qū)各市及區(qū)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)較2014年均同比下降?？傮w來看，各市及區(qū)降幅較大的污染物主要有SO2、PM2.5和PM10。

(4)2015年關(guān)中地區(qū)SO2、NOx和煙(粉)塵的減排對(duì)減輕空氣污染起到重要的作用，采暖期內(nèi)氣象因素對(duì)空氣質(zhì)量的影響較為顯著。

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Comparative Analysis of Air Environmental Quality during 2014-2015 in Guanzhong Area

DONG Yawei, LI Yangyang, DU Tao, TANG Xiaowei, MA Zhen

Shaanxi Province Environmental Monitoring Center, Xi'an 710054, China

Air quality and its trend during 2014-2015 were analyzed based on the monitoring data of six air pollutants of six districts in Guanzhong area. The analysis results showed that as the whole year was concerned, PM2.5was the major pollutant, followed by PM10, NO2and O3, exhibiting the complex pollution characteristics dominated with particulate pollution. The monthly change feature of PM10, PM2.5, SO2, NO2and CO concentrations were highest in winter and lowest in summer, while the feature of O3was highest in summer and lowest in winter. For each city of the Guanzhong area, the air quality comprehensive index in 2015 was lower than that in 2014. However, the average percentage of days that the air quality meets the Level Ⅱ ofNationalAirQualityStandardin the Guanzhong area is only 71.9%, indicating the status of still severe air pollution. The reduction of emissions in SO2, NOxand smoke (powder) dust in the Guanzhong area during 2015 played an important role in air quality improvement, and the air quality was more likely to be directly influenced by the meteorological conditions during the winter heating season.

air environmental quality; comparative analysis; variational characteristics; influence factors; Guanzhong area

2016-04-27

董婭瑋(1983—)，女，工程師，碩士，主要從事大數(shù)據(jù)的分析評(píng)價(jià)，dongyawei029@163.com

X513

1674-991X(2016)06-0532-07

10.3969j.issn.1674-991X.2016.06.077

董婭瑋，李楊揚(yáng)，杜濤,等.2014—2015年關(guān)中地區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量狀況對(duì)比分析[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2016,6(6):532-538.

DONG Y W, LI Y Y, DU T, et al.Comparative analysis of air environmental quality during 2014-2015 in Guanzhong area[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2016,6(6):532-538.