周云龍, 黃健鋒 , 林 嘉

(1.華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510631; 2.華南師范大學(xué)園林綠化服務(wù)中心，廣東廣州 510631)

華南師范大學(xué)人工湖水體富營(yíng)養(yǎng)化及其對(duì)策研究

周云龍1, 黃健鋒2*, 林 嘉1

(1.華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510631; 2.華南師范大學(xué)園林綠化服務(wù)中心，廣東廣州 510631)

以華南師范大學(xué)石牌校區(qū)人工湖為對(duì)象，對(duì)湖中的浮游藻類進(jìn)行了重點(diǎn)的調(diào)查、分析和研究，同時(shí)對(duì)湖中的固體污染物、人群活動(dòng)也進(jìn)行了深入的調(diào)研.調(diào)查結(jié)果顯示,人工湖共有浮游藻類植物37 屬，隸屬于7 個(gè)門，其中綠藻門(Chlorophyta) 13 屬35 種，占該湖浮游藻類總屬數(shù)的35.14%；藍(lán)藻門(Cyanophyta)有10屬15種，占總屬數(shù)的27.03%；硅藻門(Bacillariophyta)6 屬占16.22%；黃藻門(Xanthophyta)有4 屬，占10.81%,綠藻和藍(lán)藻類是人工湖中的主要優(yōu)勢(shì)藻類.按照浮游植物組成特點(diǎn)劃分，2個(gè)人工湖均屬于綠藻-藍(lán)藻型湖泊，多樣性指數(shù)(Margalef)顯示，整個(gè)湖區(qū)已處于較為嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài). 分析了導(dǎo)致人工湖富營(yíng)養(yǎng)化的原因. 建議通過(guò)防滲整修、 有規(guī)律地輪換湖水、湖岸淺水區(qū)建立人工濕地及在湖中投放人工浮島等措施,來(lái)降低或徹底改變?nèi)斯ず乃|(zhì)污染.

人工湖;浮游藻類; 富營(yíng)養(yǎng)化; 對(duì)策

近50年來(lái)，中國(guó)平均每年有近20個(gè)天然湖泊消亡，75%的天然湖泊和人工湖泊出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化.我國(guó)的天然湖泊和人工湖泊正面臨著大規(guī)模的生態(tài)威脅.湖泊生態(tài)系統(tǒng)不僅維持著相關(guān)自然資源的產(chǎn)能，而且長(zhǎng)期地為人類提供用水、灌溉、防洪、交通、觀光游憩等服務(wù).如今，由于人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等的影響，我國(guó)湖泊水質(zhì)污染嚴(yán)重，部分湖泊富營(yíng)養(yǎng)化已經(jīng)接近臨界點(diǎn)，湖體水質(zhì)出現(xiàn)加快惡化的趨勢(shì).后果是生物多樣性的破壞，嚴(yán)重?fù)p害人民群眾的環(huán)境權(quán)益，對(duì)于社會(huì)的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生非常不利的影響.

湖泊污染的防治，已迫在眉睫.然而，擺在人們面前的，除了湖泊污染防治的嚴(yán)峻形勢(shì)，更緊迫的是缺少相關(guān)的專業(yè)治理技術(shù)，這些年來(lái)也采用過(guò)不少治理技術(shù)，然而治理效果卻差強(qiáng)人意.因此，尋找符合我國(guó)國(guó)情的湖泊治理模式，為更多的湖泊治理提供可供借鑒的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)和治理措施，已經(jīng)成為一種必然.

華南師師范大學(xué)人工湖既是城市人工湖泊的一個(gè)組成部分，也是校園景觀的重要組成要素，并兼具調(diào)節(jié)小氣候、分隔不同功能區(qū)、阻隔噪音、休閑娛樂(lè)等功能.但是由于主觀和客觀的原因，這些年來(lái)人工湖同樣面臨著嚴(yán)重的水質(zhì)污染，與美麗的校園環(huán)境極不協(xié)調(diào).

本文調(diào)查了華南師大石牌校區(qū)人工湖的浮游藻類及其變化規(guī)律，分析了水體的富營(yíng)養(yǎng)化及其原因，并提出相應(yīng)的治理措施.由于目前我國(guó)城市湖泊普遍存在類似的問(wèn)題，因此，該研究對(duì)我國(guó)城市湖泊的管理有一定的參考意義.

1 人工湖概況

1.1人工湖及其周邊環(huán)境

華南師范大學(xué)石牌校區(qū)人工湖由中心湖(暫定名)和南湖(暫定名)組成, 分別位于中區(qū)和南區(qū).

中心湖為不規(guī)則的類長(zhǎng)方形，湖的最長(zhǎng)直徑約為150 m，最長(zhǎng)寬約為80 m，最大水深約為1.5 m. 湖上有2座橋，位于中部的是一座單孔拱橋，位于東部的是一座三折曲橋.湖近西南岸及北岸中部處各有一座孤島，湖的東北角混植一小片荷花與睡蓮. 湖的東西兩岸各有一小片樹(shù)林，林中建有小公園，其中東岸小公園設(shè)有公共運(yùn)動(dòng)設(shè)施. 湖的北面鄰中區(qū)教工住宅區(qū)，南向中區(qū)學(xué)生宿舍與沁園(學(xué)生食堂)，中心湖與兩岸建筑均間隔一條校園道路.

南湖為不規(guī)則的類橢圓形，湖的最長(zhǎng)直徑約為120 m，最長(zhǎng)寬約為60 m，最大水深約為1.8 m. 南湖西鄰中心湖，東鄰?fù)＼噲?chǎng)與教工住宅區(qū)，北面華師附屬小學(xué)，南迎教工俱樂(lè)部與校醫(yī)院. 與中心湖一樣，南湖與兩岸建筑之間被一條校園道路隔開(kāi).

1.2人工湖功能與現(xiàn)狀

華南師范大學(xué)石牌校區(qū)人工湖是校園景觀的重要組成要素，既為學(xué)生、教工提供了一個(gè)學(xué)習(xí)、休閑的場(chǎng)所，也調(diào)節(jié)了校區(qū)的小氣候,改善了周邊的環(huán)境.近幾年來(lái)，人工湖的富營(yíng)養(yǎng)化情況愈加嚴(yán)重，多番整治都沒(méi)有好轉(zhuǎn). 特別是到了炎熱的夏季,2湖湖水出現(xiàn)明顯的“水華”現(xiàn)象，水體透明度下降，濁度增加，并發(fā)黃(綠)、發(fā)臭，已嚴(yán)重影響其應(yīng)有功能的發(fā)揮.

2 人工湖水質(zhì)狀況研究分析

2.1水質(zhì)調(diào)查

2.1.1 樣品采集 將采水瓶沉沒(méi)到水面表層以下0.5 m[1]，待3～5 min后，將瓶提出水面，瓶?jī)?nèi)水樣倒入保存瓶待用.

2.1.2 樣品的采集時(shí)間及處理過(guò)程 從2008年8 月到2009 年3月，每季(夏、冬、春季)在人工湖的北面、西面、南面和東面各設(shè)1～2個(gè)取樣點(diǎn), 每點(diǎn)取水樣體積1 L. 采集的水樣加入固定劑(魯哥氏液)，固定劑用量為1L 水樣中加15 mL魯哥氏液. 水樣靜置沉淀48 h，然后去除上層的清液，最后留下約20 mL時(shí)，將沉淀物放入容積為50 mL的試劑瓶中，用吸出的上層清液沖洗原裝盛水樣容器壁2～3次，一起放入試劑瓶中，定容到40 mL，然后制作臨時(shí)玻片，進(jìn)行鏡檢、計(jì)數(shù)、種類鑒定.

2.2樣品鑒定、分析及評(píng)價(jià)

2.2.1 浮游藻類組成 統(tǒng)計(jì)結(jié)果(見(jiàn)表1)表明：(1)人工湖共發(fā)現(xiàn)浮游藻類37屬，隸屬于7個(gè)門，其中綠藻門(Chlorophyta)13屬，占該湖浮游藻類總屬數(shù)的35.14%；藍(lán)藻門(Cyanophyta)10屬，占27.03%；硅藻門(Bacillario-phyta)6屬，占16.22%；黃藻門(Xanthophyta)有4 屬，占10.81%；(2)綠藻和藍(lán)藻類是人工湖中的主要優(yōu)勢(shì)藻類，其中藍(lán)藻門10屬15種，主要是顫藻屬(Oscillatoria)、螺旋藻屬 (Spirulina)；綠藻門13 屬35 種，主要是性喜生長(zhǎng)在有機(jī)質(zhì)豐富水體中的綠球藻目(Chlorococcales)[2]，達(dá)33 種，占綠藻種數(shù)的94.86%，以柵藻屬(Scenedesmus)、纖維藻屬(Ankistyodesmus)為主. 按照浮游植物組成特點(diǎn)劃分，2個(gè)人工湖均屬于綠藻-藍(lán)藻型湖泊[3].

表1 藍(lán)藻-綠藻種類一覽表Tab.1 Cyanophyta-Chlorophyta list

2.2.2 浮游藻類變化規(guī)律 表2結(jié)果表明：8月藻類總屬數(shù)最多，11 月下降，3月份最少；8月和11月綠藻、藍(lán)藻和硅藻的種類變化不大；3月綠藻、藍(lán)藻和硅藻的種類明顯下降. 出現(xiàn)以上現(xiàn)象，主要是和觀測(cè)期間的氣候有關(guān)，氣候是造成水體中浮游藻類呈季節(jié)性變化的主要原因，2008年下半年氣溫高，高溫天氣持續(xù)至2008年11月，而高溫適宜綠藻和藍(lán)藻生長(zhǎng). 2008年12月—2009年3月氣溫低，不適宜綠藻和藍(lán)藻生長(zhǎng). 另一方面，由于2008年下半年，中心湖曾進(jìn)行整修清理，整修后又經(jīng)歷低溫天氣，故藻類種數(shù)有所減少.

表2 藻類各門屬數(shù)變化表Tab.2 Algal species in the artificial lake

2.2.3 水質(zhì)分析 藻類的種群結(jié)構(gòu)和污染指示種是湖泊營(yíng)養(yǎng)型評(píng)價(jià)的重要參數(shù), 尤其是那些在某種特定的環(huán)境(營(yíng)養(yǎng)) 條件下能大量生存的藻類, 即污染指示藻類的種類和數(shù)量, 在一定程度上可直接反映出環(huán)境條件的改變和水體的營(yíng)養(yǎng)狀況，主要指示藻類為藍(lán)藻類和綠藻類[3].

表1統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，人工湖中藍(lán)藻門有顫藻屬Oscillatoria2種、項(xiàng)圈藻屬Anabaenopsis1種、微囊藻屬M(fèi)icrocystis1種、色球藻屬Chroococcus3種等，綠藻門中有四星藻屬Tetrastrum3種、四角藻屬Tetraedrom3種、四棘鼓藻屬Arthrodesmus2種等，這些都是富營(yíng)養(yǎng)型水體的主要指示藻類[3]，因此，人工湖的水質(zhì)已處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，水體的特點(diǎn)是有機(jī)物濃度高, 耗氧量大, 白天因藻類光合放氧強(qiáng)使水中溶氧飽和, 夜間因生物呼吸作用強(qiáng)而使水體溶氧量急劇下降.

2.2.4 生物多樣性指數(shù)-污染程度評(píng)價(jià) 一般而言,水體發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)使不適應(yīng)高營(yíng)養(yǎng)的藻類滅亡,從而導(dǎo)致多樣性的降低[4].因此可用生物的多樣性指數(shù)來(lái)判斷水體的受污染程度[5].

多樣性指數(shù)(Margalef)[6]d=(s-1)·(lnN)-1,式中：s為藻類的屬數(shù)，N為總個(gè)數(shù).

判斷標(biāo)準(zhǔn)：dgt;4時(shí)清潔，3～4 輕污染，2～3 中污染，1～2 重污染，0～1 嚴(yán)重污染(表3、表4).

由表3可見(jiàn), 中心湖多樣性指數(shù)變化范圍為1.132～0.556.需要說(shuō)明的是2009年3月份的多樣性指數(shù)最低，為0.556，理應(yīng)屬于嚴(yán)重污染，但是2008年下半年中心湖曾進(jìn)行整修及清理，并于2009年初換入清潔湖水，使得3月份采集的樣品中藻類的屬數(shù)和密度減少，非因污染嚴(yán)重導(dǎo)致生物多樣性的下降；8月份多樣性指數(shù)最高(1.132)，但仍然屬于重污染水平. 11月比8月生物多樣性指數(shù)小，即污染程度更重，可能是因?yàn)?008年下半年持續(xù)高溫少雨天氣，9—11月份旱情持續(xù)加重，高溫使蒸發(fā)量大，少雨使人工湖水位迅速下降，自凈能力減弱，加重水體富營(yíng)養(yǎng)化情況；由于11月采樣期間中心湖有部分整修工作正在進(jìn)行，施工的廢棄物等對(duì)湖泊也有一定的污染.

表3 中心湖生物多樣性指數(shù)Tab.3 Biological diversity index in Center Lake

由表4 可見(jiàn),南湖多樣性指數(shù)變化范圍0.645～1.108. 2009年3月份多樣性指數(shù)最低(0.645)，冬季污染程度最嚴(yán)重. 其可能原因：浮游藻類一般喜溫性，在20 ℃以下和40 ℃以上，其增殖速度較小，在25 ℃以上其速度急劇上升[7]；在亞熱帶，夏季水溫較高，適合藻類的大量生長(zhǎng)，引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化[8]；冬季水溫較低，不適宜部分藻類生長(zhǎng)，致使藻類生物多樣性下降，又因持續(xù)少雨天氣，湖泊水位迅速下降，自凈能力減弱，某些適應(yīng)型藻類大量生長(zhǎng)，引起水體嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化. 2008年11月份比8月生物多樣性指數(shù)小，受污染程度更重，其可能原因與中心湖相同.

表4 南湖生物多樣性指數(shù)Tab.4 Biological diversity index in South Lake

3 人工湖固體污染物研究及分析

人工湖的固體污染物主要是枯枝落葉、荷花枯葉、修整工程廢棄的竹竿和生活垃圾，如果皮、紙張(報(bào)紙、宣傳廣告單、稿紙等)、紙質(zhì)飲料杯、紙質(zhì)餐碗、一次性木筷子；另外還包括一些不可分解的污染物，如玻璃酒瓶、塑料飲料瓶、食品包裝袋、塑料袋、塑料飯盒、易拉罐、破舊鞋子等.分析其原因，主要是因?yàn)橹行暮湍虾暇N植著大量園林綠化植物，季節(jié)更替，植物新陳代謝，大量脫落枝葉掉落或被吹入湖中，或漂浮或沉降于湖底，被湖中微生物分解，引起湖水富營(yíng)養(yǎng)化，并影響水面景觀.生活垃圾是由于人群活動(dòng)較多產(chǎn)生較多的垃圾引起的，另外中心湖畔有數(shù)段湖岸沒(méi)有種植有阻隔作用的綠籬，再加上2湖區(qū)域常有大風(fēng)，垃圾易被風(fēng)吹落到湖中，當(dāng)然也不排除有些低素質(zhì)的人隨手扔到湖中.

3.1主污染源討論

人工湖長(zhǎng)期處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，一方面是由于當(dāng)初設(shè)計(jì)不當(dāng)，主要表現(xiàn)在：(1)沒(méi)有設(shè)計(jì)湖水流動(dòng)系統(tǒng)及水體更換系統(tǒng)，湖水不流動(dòng)，更換不及時(shí)，致使2湖長(zhǎng)期處于不流動(dòng)的“死水”狀態(tài)；(2)湖壁及湖底封閉程度低，使湖水的滲漏損失大，水量少，導(dǎo)致湖水自凈能力差；另一方面，由于湖的周邊植物落葉不斷落入水中，而湖中又缺乏其他可利用落葉分解釋放營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生物，從而使湖水中的藻類，尤其是藍(lán)藻和綠藻大量繁殖，引起嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化.

3.2其它影響因素討論

除湖畔植物的落葉外，生活垃圾也是湖水富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因，尤其是對(duì)中心湖的影響最為突出，湖中的垃圾多與飲食有關(guān)，如果皮、零食包裝、塑料餐具等. 分析其原因，這類垃圾多數(shù)是在湖畔活動(dòng)的人群丟棄的. 可見(jiàn)部分人員的環(huán)保意識(shí)還有待加強(qiáng). 另外，人工湖畔的垃圾筒數(shù)量不夠也是引發(fā)亂扔垃圾行為的原因之一，尤其是在中心湖，只有西岸小公園中有1個(gè)垃圾筒，雖然兩側(cè)校道上設(shè)有幾個(gè)垃圾筒，但大部分都距離人群活動(dòng)頻繁區(qū)較遠(yuǎn)，許多人不是看不到就是不愿意多走. 此外，近幾年廣州天氣異常，持續(xù)的高溫少雨天氣也助長(zhǎng)了藻類的生長(zhǎng)，加劇了湖水的富營(yíng)養(yǎng)化.,

4 建議

(1)建立一個(gè)水循環(huán)系統(tǒng). 當(dāng)富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)超標(biāo)時(shí)，及時(shí)更換部分污水，同時(shí)放入等量的清水，始終保持水中各項(xiàng)指數(shù)在正常的范圍內(nèi). 這是最基本的治本措施，雖然投資較多，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，這種投資是值得的，因?yàn)樗o校園營(yíng)造了和諧環(huán)境，帶來(lái)了優(yōu)美生態(tài)景觀，提供了舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境.

(2)防滲漏. 湖水的滲漏極大地削弱了湖水自凈能力，即使有了一個(gè)比較完善的水循環(huán)系統(tǒng)，如果不能解決湖水的滲漏，不僅白白地浪費(fèi)大量的水資源，還會(huì)使湖水的凈化能力降低，富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)快速增長(zhǎng)，加重水質(zhì)污染. 建議湖底及周邊鋪設(shè)自然粘土防滲. 自然粘土最大的特點(diǎn)在于它的自然性，不會(huì)阻斷人工湖水環(huán)境與地下水環(huán)境、周邊環(huán)境的相互作用，并且鋪設(shè)自然粘土工期短、成本低[9～10].

(3)建立人工濕地. 建立人工濕地是指在人工湖邊的淺水區(qū)合理搭配混種某些水生植物. 人工濕地常用植物有水罌粟(Hydrocleysnymphoies)、鳶尾(Iristectorum)、雨久花(Monochoriakorsakowii)、梭魚(yú)草(Pontederiacordata)、千屈菜(Lythrumsalicaria)、水龍(Ludwigiaadscendens)、澤瀉(Alismaorientale)、半枝蓮(Scutellariabarbata)、荷花(Nenumbanucefera)等. 植物的生長(zhǎng)和繁殖離不開(kāi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),水體中的相當(dāng)部分的營(yíng)養(yǎng)物被植物轉(zhuǎn)化或保存在植物體內(nèi). 相對(duì)而言，漂浮植物吸收能力強(qiáng)于挺水植物,沉水植物最差，與木本植物相比草本植物對(duì)污水中的污染物則具有較高的去除率. 其次，一些植物釋放的克生物質(zhì)對(duì)其它植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制或促進(jìn)作用, 表現(xiàn)植物間的相生相克作用.鳳眼蓮(Eichhorniacrassipes)、水花生(Alternantheraphiloxeroides)、寬葉香蒲(Typhlatifolia)等可以分泌出克藻物質(zhì),對(duì)水體中藻類的繁殖具有明顯的克制作用[11-12].

(4)建立人工浮島. 人工浮島是指在漂浮載體上種植植物，使之漂浮于水面上，利用其上的植物達(dá)到美化和治理的效果, 一般以栽植草本植物和低矮灌木為宜.常見(jiàn)的種類有風(fēng)車草(Cyperusalternifo-lius)[13-15]、蘆葦(Phragmitescommunis)、香蒲(Typhaorient-talis)、美人蕉(Cannaglauca‘Golden yellow’)[16-17]等.這些植物易栽植而且水中生長(zhǎng)的根系能大量吸收利用生長(zhǎng)所需的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素，從而直接將水體中的富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸出. 人工浮島還可通過(guò)植物根系形成一個(gè)生物膜，通過(guò)其中微生物的分解和合成代謝作用，有效地去除污水中的有機(jī)污染物和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),具有較好的凈化水質(zhì)效果. 此外，人工浮島上種植的植物可以填補(bǔ)水域單調(diào)、景觀空曠的不足，創(chuàng)造出柔和、綠色、自然的生態(tài)景觀[13].

(5)其它措施. 除了上述治理措施外，其它措施也是非常重要的，如：(a)及時(shí)撈出落入湖中的枯枝落葉，盡量不讓其腐敗在湖中；(b)定期清理湖底腐敗動(dòng)、植物殘?bào)w；(c)湖中種植的水生植物要定期收割，這樣，既可及時(shí)帶出大量的氮、磷，又可促進(jìn)生物的生長(zhǎng)；(d)如果湖中放養(yǎng)的水生動(dòng)物,應(yīng)根據(jù)生長(zhǎng)情況，適當(dāng)追放或撈出，使整個(gè)湖中的食物鏈保持通暢[9]. 另外，要特別加強(qiáng)環(huán)保及公共道德宣傳教育，并適當(dāng)在湖畔增設(shè)垃圾筒，從各個(gè)方面最大限度降低湖水污染.

致謝華南師大生科院李楊博士對(duì)人工湖藻類植物的鑒定給予大力的幫助，作者表示衷心的感謝.

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Keywords： South China Normal University; artificial lake; planktonic algae; eutrophication; countermeasters

【責(zé)任編輯 成 文】

COUNTERMEASURESANDEUTROPHICATIONOFTHEARTIFICIALLAKESINSOUTHCHINANORMALUNIVERSITY

ZHOU Yunlong1, HUAN Jiangfen2*, LIN Jia1

(1．School of Life Science, South China Normal University, Guangzhou 510631, China;2．Center of Landscaping, South China Normal University, Guangzhou 510631, China)

The floating algae in artificial pools in South China Normal University were carefully investigated and analyzed. The research involved solid contamination and human activities. It turns out that there are altogether 37 genus floating algae which can be assorted to 7 phylum. Among all the algae, Chlorophyta (13 genus, 35 species) accounts for 35.14% of the total genus, which are mainly Chlorococcales (Scenedesmus, Ankistyodesmus); Cyanophyta (10 genus 15 species) accounts for 27.03% of the total genus, which are mainly Oscillatoria and Spirulina; Bacillariophyta (6 genus) and Xanthophyta (4 genus) account for 16.22% and 10.81% respectively. Chlorella and blue-green algae are two dominant species in the pools.The two artificial pools are all Chlorella-blue-green algae-type lakes according to the composition of the floating plants. The margalef indicates that the whole pools are in serious eutrophication status. Continuous eutrophication can be attributed to the poor self-clean ability of pool water caused by improper design earlier and overnutrition because of the degradation of falling leaves from surrounding plants. Several measures can be adopted to lower or change the water contamination completely, including anti-leakage, renovation, water recycle regularly, putting up artificial wetlands in the shallow water and locating artificial floating islands in the pools, etc.

2009-09-22

周云龍(1955—)，男，江蘇漣水人，華南師范大學(xué)副教授，主要研究方向：植物學(xué)，Email:zhouyl@scnu.edu.cn；黃健鋒(1965—)，男，廣東恩平人，華南師范大學(xué)園林綠化服務(wù)中心工程師.

*通訊作者

1000-5463(2010)01-0082-06

Q949.2

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