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1} 77 底泥释磷及其对杭州西湖富营养化的影响 弓辱≥


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第 5卷 第 1期 
19 9 3年 3月  

湖  泊 科  学   
j oURNAL  OF  LAKE  CI S ENCES  

Vo .5 No   1 . .1
M ar 1 3 .. 99  

1  7   } 7

底 泥 释 磷 及 其 对 杭 州 西 湖 富 营 养 化 的 影 响 
韩伟 明  
( 州市坪 境 挥护科 学研 究所 , 螂 3oo ) 杭 机 1 o 7 

弓 辱≥?     弓

提要 

杭 州西 湖是 一 个 小型 拽 水 湖泊 . 泥 由上 部 藻骷 腐 泥 和下 部 泥 嶷层 构成 , 显 著  底 其

特 点是 有 机碳 含量特 别 高 , 含量也 相 当 高  氮 而磷 的富 集程 度相 对鞍 低 。  

通 过 实验 室 和 现场 模 拟 研 究 , 察 了 p 值 . 考 H 温度  解 氯, 溶 氯化 还 原 电 位及 上 覆 水 种类 等  环境 固索对 底泥 释碡 量和 释磷 速 率 的髟 响 .上 覆水 p H值 在 6 5 70 圈 内底扼 释磷 量最 低 I .— . 范  
在较 高或较 征 P 值 时 , H 释磷 量倍增 。 高水 温 或 降低 上覆 承溶 解氯 浓度均 能加 速释 礴 实验 塞  升 模 数西 胡底 泥最 大释 磷 量为 o 3 8 s / .夏 季 现场 模 拟 平 均释 磷速 率 为 1 0 rg P m ? 由  . 6F P 8 . 2n   / d‘

此 估算 底 泥释 磷量 达 1 36P a 相 当于 年平 均 外部 入 胡磷 负荷 的 3.  .底 泥释 磷 对西 湖 富  .4t / , 64
营 养化 起 着不 窖忽视 的 影响 .  
4 


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关键词 
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惟   嗄\ j  

驰名中外的杭州西湖 , 因库容量 小、 自然补给水 源不足 , 加上 流域 内经济迅 速发展而环 

境 保护未能 协调发 展 , 使氟 、 致 磷等营养物大 量 积蓄 , 7 至 O年代 已重度 富营养化 , 严重 影响 
其游 览观 瞻 的 利 用 价值 .  

为恢复 和保护西 湖原有 良好 的生态 环境 ,0 7 年代 末 以来 , 州市有关 部门采取 搬迁 、 杭 截  污、 疏浚 、 引水和绿化等 措施全面综台整 治西 湖 。 这对改善西湖水质 、 减瑗 富营养化 有一定的  效 用 , 未 见 明 显 的 改 善 。 西 湖 目前 仍 属 富营 养化 湖 泊 。 但   本文 采用实验室和现 场模 拟两种方 法对底 泥释磷 进行 较 系统 的研 究 , 考察了 p D   H、 O 温度和 上覆 水种类等环境因 索对底泥 释磷的影响 , 获得 了底泥释磷速率和释磷量 , 量估 算  定 了底泥释磷 对西 湖富 营养 化过程 的影 响程度 , 并结台有关资 料[探讨 了对策 . 】    




西 湖 底泥 的营养 状况 

根 据对 西 湖 2 监 测 点 的底 泥 柱 状 样 和 表 层 样 的 系 统 调 查 Ⅱ , 0个 3 湖底 沉积 物 自下 而 上分  为 四层 : 底 軎 砂 层 、 基 } 泥炭 层 、 腐 泥 层和 上 腐 泥 层 。基 底 上 部 湖沼 层 的 平均 厚 度 为 0 8 m, 下 .6  

总体积达 4 8 ×1% ’ . 5 0 n .泥 炭层 由沼泽化沉积所致 , 腐泥层 系藻骸沉积物 各层 的营 养状 况 
见表 1  .

国 塞 七 五 ’ 关  目的 干 谦 曩 ( 0 0 一 O ~7 2 . 攻 6 - 2 l — ) 
车 文 予 1 9 年 9月 2 9 ] 3目 收 剜 , 9 1年 1 19 2月 9 日改 回 .  

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朝 

泊 

科 

学 

5卷 

由表 1 见 , 可 基底 粉砂 层的营养物 含量明显低于上覆各层 . 故对 西湖 富营养化产生影 响  的 主 要 是 基 底 上 部 的 湖 沼 相 沉积 层 。与 国 内部 分 湖 泊相 比 , 湖底 泥 的 有 机 碳 含 量 特 别 高 , 西   如 泥 炭 层 已属 重 污 染 水 平 ; 含 量 亦 较 高 , 中等 污染 ; 磷 含 量 相 对 较 低 , 氮 属 而 属轻 污 染 。泥 炭 
层 有 机 碳 含 量 特 高 并 不 完 全 由现 代 人 类 活 动 所 致 , 氨 、 古 量 自下 而 上 大 致 呈 增 加 趋 势 , 但 瞬   这 与 人类 活动 有 较 大 的 关 系 。  
表 1 西 朝和 其 他湖 靖底 泥 营葬 钳平 均古 量 的比较 
Ta .   Av r R   u  ̄e tc n e t b 1 e a e n t n  o t n   屡 厚 
( ) 功  

s dm e si  e tlk   n   h rl k s e i nt n W s a ea d e  a e   TN 
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蠢 西 西 期 下

名, 景 上 膏 膏

位  泥 祀 层  甚 

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N/  P 1. 6 33  1.4 12 

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1 1  .8 01  .3
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1.2 2 7  5  

平 均 ‘不 分 基 底 )   投 

m 6 0 3  9 5 O 0 C 1— .3 ‘ 一 . 7 

I  I

期 

11  .l

00E . 5 

08 5 

二 、底 泥 释 磷 
1 8 年采 用实验 室和现场 模拟两种方法 , 系统地研究 了底泥释磷 , 果如下 : 99 较 结   ( ) 科 和 方法  一 材
1实 验 童 模 拟   .

() 1 底泥 用 采泥器分别采 集潮心和浦 金门 ( 离岸 约 5 m) 0 两处 的表 胺底 泥 , 静置过夜 、   沥 去水分后用塑料袋密封 , 置于 5 " C左右 冰箱 内待 用 , 其理化性质 觅表 2  .
表 2 试 验 用底 坭的特 性 
T小 .   S m ec a a t rsisO  e i m si  ̄ muae  e t  2 o   h rc e itc  fs d me  n lt d ts s

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() 覆水 z上

取 含 磷 较 低 的 三 潭 内胡 水 、 0 4  徽 孔 滤 膜 过 滤 后 作 试 验 甩 上 爱 水 ; 经 .5  

另取闱 口钱塘江水进行 上覆 水种类的影响试验 。 3 出上覆水化学组成 , 表 列 潮心水 样数 据仅 

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I 期 

韩 伟 明: 泥释 磷 及其 对杭 州西 湖富 营养 化的 影 响  底

供 比较 。  
表 3 上 覆水 韵 化学 组 成  T .  C e cl o o io  fo e ligwae   i ltdts s   3 h mi   mp st no v r n   tri smuae  e t ac i y n  
项 
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单 位 : /  mg L
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05  .2 0. 09   0 1 0. 3   19 I 95 ?  

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53  .7 O 1   .0 09 0 6I .0   16  .2

() 磷 量 试验 3释

在 烧 杯 中 加 入 ¥g底 泥 和 1 5 0 . L试 验 用 水 , O 恒 温 下 连 续 搅 拌 . 2℃ 使 

泥 水全部 混匀成泥桨 , 隔 1 每 h或 2 h取 一 均 匀 泥 浆 样 , 即 离 心 分 离 , 定 上清 液 中 总 可 溶  立 测 性磷( TDP) 。由此 可 得 TD 一 间 衄线 并 据 此 获 知 达 最 大 TDP浓 度 所 需 的 时 间 ( “ 衡 时  P时 称 平 间 )并 按 下 式 计 算 最 大 释 磷量 ; ,  
W = — ( C
— -  

Co ) V 


式 中 , 和 c 分 别 是 起 始 和 达 。 衡 时 间  时 的 TD   平 P浓 度 (g L) V 试 验 用 水 体 积 ( ;  / ; L) G 
底 泥千 重 ( )  g。

( ) 响 因素 试 验 4影

取 三 角 烧 瓶若 干 只 , 别 加 入 5 分 g底 泥 和 适 量 水 , 后 在 预 定 的 影 响  而

因 素 ( H, p DO、 度 及 上 覆 水 种 类 ) 件 下连 续 振 荡 至 “ 衡 时 闯 , 即将 内含 物 离 心 分 离 , 温 条 平 立  
测 定 上 清 液 中 TD P浓 度 。  

() 磷速 率试 验 5释

在 内 径 8 mm 带 电动 搅 拌 的 玻 璃 简 内 , 入 适 量 的 底 泥 和 试 验 用  S 加

水 , 泥 层和 水 层 深 度 分 别 约 为 2 0和 1 0 使 5 5 mm, 加 搅 拌 后 静 置 过 夜 , 日取 上 覆 水 作 为 起  稽 次 始 样 品 。试 验 在 好 氧 、 光 及 预 定 的 p 温 度 条 件 下 进 行 , 制搅 拌 速 度 以 消 除 上 覆 水 中磷  遮 H、 控 酸 盐 的 浓 度 梯 度 但 不 至 于 扰 动 底 泥 。每 隔 1或 2日测 上 覆 水 的 TDP浓 度 , 时 补 充 原 先 的  同 试 验 用水 。按 《 泊 富营 养 化 调 查 规 范 ’ 算 释 磷速 率 。 湖 计   2现 场模 拟  . 现 场 试 验 点 设 在 涌 金 门 附 近 离 岸 S m 左 右 的 湖 内 , 处 水 深 约 1 5 , 泥 理 化 状 况 见  0 该 .m 底 表2 。现 场 垂 直 设 置 试 验 筒 三 个 : 个 是 内径 0 4 m 的 无 底 透 光 筒 , 拟 湖 内泥 水 闻 的 磷交  一 .2 模 换; 另一 个 是 内 径 0 3m 的 无 底 遮 光 筒 , 拟 抑 制 藻 类 生 长 时 的 泥 水 问 磷 交 换 ; 有 一 个 是  .0 模 还 内 径 O 2 m 的 有 底 透 光 桶 , 拟 无 底 泥 时 藻类 生 息 。 验 前 注 入 三潭 内 湖 水 , 日起逐 日测  .4 模 试 次 定 上 覆 水 及 筒 外 湖 水 的 TP、 TDP TN、H、 O、 h- 温 度 等 指 标 。   p D C ls及  

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7  4

湖 

泊 

科 

学 

5卷 

( ) 果 与讨 论  - 结

1 释磷 量及 影 响 因 素  . ( ) 磷量 1释
( )H 2p

在 2 E 、H8 0左 右连 续 进 行 了 2h释 磷 量 试 验 , 现 4 0 :0 . 4 发 h时 , 中 TDP 水  

达 最 大 值 (. 0 g L)折 算 西 湖 底 泥 最 大 释 磷 量 为 0 3 8 g g。 时 确 定 “ 衡 时 间 ” 4 。 54// , z .6B/ 同 平 为 h 
在 2 ℃ 、 H3 0 9 8范 围 内测 定 了 9种 不 同 p 条 件下 的 释 磷 量 。 现 p 对  O p .— . H 发 H

底 泥释 磷有 重要 影响 。 H6 5 p . 左右释 磷量最小 ; 升高 或降低 p H值 时释磷量倍增 。 P释放  TD
量 (  )与 p   )呈抛 物 线 相 关 ( 1 , H( 图 ) 回归 方 程 为 y= 2 . 1 4 5 3— 7 5 2 + 0 5 6 。 . 7x . 8    p . H65左 右 , 中正 磷 酸 盐 主 要 以 HP  ̄ 水 O, 一和 H:O  的 形 态存 在 , 易 被 底 泥 吸 附 , P 最 故 

此 时释磷量最 小 。降低 p 释磷 以溶解作 用为主 , H, 随着氢离子浓度 增大 (H 降低) 释磷量  p , 增大 ; 而升高 p 释磷以离子交换 为主 , 系中 OH一 H, 体 与铁 、 铝磷酸盐 复合体 中磷酸盐发生交  换 , 使释磷量增大0 。西 湖水 年平均 p 在 8 5 . 范围 内波动 , 亦 ] H .—9 5 呈微碱性  季常维持  夏
在p H9以 上 , 样 的 p 条件 有 助 于 底 泥释 磷 。 这 H  

圈 1 p 对 释磷 量 的影响 ( 0C时 )   H 2"  
F g 1 If e c  fp Olp 0 p o 5 rl s  i.   n u ne o  H  i h s h nI ee e l     a
( 0℃ ) 2  

图 2 温度 对释 碡 量 的影响 
Fg 2 If ec  ftmp r tr n p o p ou   i.  n u neo  ̄ cau eo   h s h r¥ l
rl a e ee s  

() 度 和 上 覆 水 3温

在 1 ℃ 、0 0 2 ℃和 3 U条 件 下 , 别 以三 潭 内 湖 水 和 闸 口钱 塘 江 水 进  0 分

行 释 磷量试验 。温度 升高 , 释磷 量 明显增大 ( 2 .三潭 内湖水 释磷 量 与温度呈 正相 关 :   图 ) y ; 一 0 5 5+ 0 1 3 r 0 9 6 。 高 温 度 能 增加 底 泥 中 生 物 活 动 , 进 生 物 扰 动 、 .7 . 4 x( = . 6 ) 升 促 矿化 作  用和 厌氧转化 , 导致 问酸水耗 氧 , 使底 泥表 面星还原状 态 , 利于 F “一F   , e e 加速释磷0 。还  ] 发现 1 ℃时上述两种 水中释磷 量相仿 , 0 升高温度时 . 潭 内湖 水 中释 磷量 明显大 于闸 口江  三
水。  

() O- 氧 化 还 原 电位 ( ) 在 3 U 、H80左 右 分 别 考 察 D 为 0和 6 5 mg L时  4D - Eh 0 p . o .2 /

的释 磷量 , 发现 厌氧 释磷量达 1 8  ̄ / , . 2 g g 为好 氧时的 一倍左 右 。 一般 认为底泥释 磷与铁磷关  系密 切 , 当表 屡底泥 E h较高 时 , 于 F  一F  反应 , F ”与磷 酸盐结 合成 难溶 的磷酸  利 e e 使 e
盐; 当 E 而 h较 低 ( 于 2 0 小 0 mV) , 助 于 F   --e 反 应 , 铁 和 被 吸 附 的磷 酸 盐 转 变 成  时 有 e ,   F 使 溶 解 态 而 释 出0 。西 湖 底 泥 一 水 界 面 的 E ] h在 6 - 11 7 4 mV 之 间 , 弱 酸 性 还 原 状 态 。因 此 , 呈   尽 管 西 湖 水 中 溶 解 氧 充 沛 , 泥 一 承 界 面 的还 原 状 态 有 助 于 底 泥 释 磷  但 ( ) 磷与释铁 5释 试 验 还 发 现 上 覆 水 TP浓 度 与 铁 浓 度 呈 正 线 性 相 关 : y= 0 0 6+  .7

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1期 

韩伟 明  泥释 磷及 其 对杭 州酉 胡 富 耆养 化 的影 响  底

O 0 5 r= 0 9 6 。 亦 证 实 底 泥 中可 释放 的 磷 与 铁 磷  . 9 x(o . 8 )这 密切相关 。   2 底 泥 释 磷 速 率  . 在 l 、 0和 3 ℃ 三 种 温 度 下 分 别进 行 l 02 0 8天 释 磷 速  。  
一 ‘  

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I  

辜试 验 , 温度 越高 , 释磷 速率 越高 , 两者量 正线性 相关 :   ,
一一 O 07 . 1 7+ 0 O 7 5 r一 0 9 8 。 0℃ 平 均 释 磷 速  ? 0 3 x( . 9)l 率为 003 / . 5 mg m  d, 0 3 ℃时 增 至 0 2 mg m  d   .0 / 。
‘ 

口6 0 

同时, 2℃、H . 左右澍定了闸r江水作上覆 { n4 在 o p 90 l 0  
水的平均 释磷速 率 为 0 0 6 / ? , . 8 mgm  d 略低 于三潭 内湖
水 ( . 3 mg m。- )  O 15 / d。

:  
} 0,    n
c   =  ;

3 现 场 模 拟 试验   . 现场试 验 于 18 9 9年 夏 季 ( 6月 7日 至 7胃 4 日) 进  行, 时 2 历 5天 . 光 筒 试 验 尽 可 能 模 拟 西 湖 实 际 环境 , 透 上  覆 水 TP、 TDP浓 度 变 化 是 底 泥 释 磷 、 类 摄 磷 、 粒 物 图 3 现场横拟 试验测定 T 藻 颗 P和 T P D  矿 化 、 附 、 降 及 扩 散 等 过 程 的 综 合 影 响 的 结 果 , 获  吸 沉 所 笠亿  的 释磷 速 率 其 实 是 上 覆 水 TDP的 增 长 速 度 。 光 筒 模 拟  A? 遮 透光筒 ?? B 遮光筒 ,? c 筒外湖水 

抑 藻 生长 件 底泥 磷, 验7 后 覆水   制 类 条 下 释 试 天 上 中
DO、H 急剧 下 降 , 厌 氧 、 p 呈 中性 状 态 , 泥 释 放 的 大 部 分   底

: e I       h: 砷 : “ 『  。 “

积 蓄 在上 覆水 中 , 第 l 至 7天 , 覆 水 TDP浓 度 达 0 0 5 / 上 覆 水 TP和 TDP浓 度 变 化  上 . 6 mg L。 见图 3 底 泥 释 磷 速 度 列 入表 4 夏 季 现 场 模 拟 西 湖 底 泥 平 均 释 磷 速 度 为 1 0 mg m  d  , . .2 / 。 参 照实 验 室 试 验 获 得 的 释 磷 速 率 与 温 度 的 相 关 关 系 , 由夏 季 现 场 试 验 值 推 算 出春 、 和  秋

冬 季的释磷速 率 .由此推算 , 西湖底 泥全年 向湖水 释放 T P达 】 3 6。 D .4t  
表 4 现场 试验 底混 释 磷 速率 
Ta 4 P  ̄ p r   l日 r t ∞ m  e me t  b.   h o us e  aeJ s dl n  ̄ o t e S OttS S n- ̄ -p  e t 

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三 、底 泥释 磷 的 污 染影 响 及 其对 策 
据最新研 究成 果∞, 由湖 面降 水 、 入湖 径流 、 引水及未 截污 水等外部 负荷年输 入西湖 的 
磷 总 量 达 3 ?t 而 按 底 泥 释磷 研 究 怙 算 , 湖 底 泥 年 释 磷 量 为 1 3 6 , 当 于 外 部 输 入 磷  .0; 西 . 4 t相 负 荷 的 3 .  。因此 , 湖 底 泥 释 磷 是威 胁 西 胡 水 体 的 一 个 重 要 污 染 源 , 西 胡 富营 养 化 产  64 西 对 生 不可 忽视 的 影 响 。  

为捎 除底 泥释磷 的污染影响 , 结合西湖的实际 情况 , 建议 采取下述 对策 :   1琏 浚 底泥   目前 , 年 疏 浚 3 6 Om’ 泥 , 对 改 善 西 湖 水 质 效 果 不 明 显 。建 议  . 每 — ×l' 底 但

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襁 

泊 

科 

学 

5   卷

清 除 0 8 m 厚 的 湖 泊 沉 积 层 , 注 意 以 下 三 点 : 是 要 重 点 疏 浚 西 湖南 区 及近 岸 湖 区 等 重  .6 并 一 污染 地带 ; 是 研 究 开 发 适 宜 于半 流 动 态 腐 泥 的 疏 浚 技 术 和 设 备 , 二 力求 将营 养 盐 丰 富 的 腐 泥  清除 干净 ; 三是 妥 善 解决 底 泥 的 出 路 , 止 二 次 污 染 。 防   2合理养殖水生物 . 在 不 影 响 西 湖 景 观 的 前 提 下 , 植 能 吸 收 水 中氨 、 等 营 养 盐 的 水   种 磷

生植物 , 如水葫芦 、 荷花等 , 但要妥善管理 、 及时收 集残 枝 。 同时在 不投 放饵料 的前提 下 , 量  适
放养吞食藻类的鱼 类 , 降低水体营养水平 。 以   3 充 分 发 挥 引 水 效 能 根 据 西 湖 水 情 , 尽 可 能 增 加 引 水 量 , 速 湖 水 更 新 , 低 水 中  . 应 加 降 营 养 盐 及 藻 类 含 量 。进 一 步 研 究 引 水 流 向 . 湖 面 水 流均 匀 , 高 引 水 效 果 。 使 提   为制 止 西 湖 富 营 养化 进 程 , 了 上述 消 除 底 泥 释 磷 的 污 染 影 响 治 理 措 蘸 外 , 必 须 进 一  除 还 步 发 挥截 污 工 程 的 效 能 , 强 湖 区 旅 游 业 及 流 域 内 经 济 活 动 的管 理 , 效 地 控制 外 部 营 养 源  加 有

的输 入 。 于底 泥释瞵研 究的试验 条件与西湖 的实际环境情 况 尚有较大的差异 ; 鉴 而湖泊富营 
养 化 机 理 十 分 复 杂 , 今 对 西 湖 水 生 态 中 的不 步 关 键 环节 和 影 响 因子 还 不 甚清 楚 。 因此 , 至 西  湖 的 进 一步 治理 对 策 , 待 今 后 深 入 研 究 。 有   致谢
并致 谢 。  

张 国勋 同 志 参 加 底 泥 释磷 研 究 , 国环 境 科 学 研 究院 金 相 灿 副 研 究 j 和本 所 吴  中 l

静 波 南衄 I 程 师 给 予 指 导 和 帮助 , 所 仪 墨 室 和 西湖 课 题 组 同 志 协助 部 分 分 析 I 作 , 此 一  本 在

参 

考 

文 

献 

[ ] 盒相 灿 辱 .中罾 鞠泊富 昔葬 化 .北 京 ? 1 中目环 境 科学 出版牡 ?9 0 4  ̄ 4 2  19  4- 7? [ ] A. o n . .   n 2 P    P G 珏 . 内负荷 的怍 甩 .环 境辩学 与技 术 , 9 7 ‘ ) 5 6 ? 1 8 ?n     B   [ ] ^念 意 .关 于沉 积钧 释碑 问蠢的 研 究. 洋潮{ 量报 ? 9 9 ( ) 8 一8 ? 3    召 18 ? 2 ?D ●  

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1 期 

韩伟 明 。 泥释 磷 及其 对抗 州西 胡言 营 养化 的 影响  底

7  7

PHOS PHORUS RELEAS FROM     E  TH E  EDI ENTS OF W ES   S M     T LAKE  N  ANGZHOU  l H AND  TS EFFECTS ON  I     LAKE  EUTRO PHl CATl ON 
● 

H a   em i g nW i n  
t “ g= H   l tt#   ̄r u t  ̄ Em   ∞ m “   IP  lci Sc ̄ c H a g ̄ o   1 0 )   ef  i e_ x u 3 0 07  

Ab t a t s r c 

W e tLa e i   a g h u i    i als a lw  a e Is s   ca  e me t r   t a u i  s  k  n H n z o  s a s i h lo Ik . t   u n   i Is di n a y s r t m s c m p s d o   l a   a lc Im m  a e  n   e t ly r a d i  anl  h r c e ie   y h g   o o e   f ag e f u s h a l y r a d p a  a e , n  s m i y c a a t z d b   ih r o ga i c r o   o t n   nd e te   gh n t o e   o tnt h tb   ea i ey l w  e r e o   r n c a b n c n e ta   x r me hi   ir g n c n e , u   y r ltv l o d g e   f  
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A  i u in s ud  n lb r t r   n   f t e s o  a   o d c e   o d t r ie t e e — sm hto   t y i  a o a o y a d o  h   p tw sc n u t d t   e e m n  h   f 
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