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delle malerbe, ma tale da consentire una rapida degradazione scongiurando pertanto ogni
possibile effetto negativo sull ambiente circostante (Vicari et al., 2001).
Il tempo di persistenza di una molecola varia solitamente in funzione del campo di
applicazione del prodotto. Gli erbicidi con una persistenza inferiore ai 30 giorni sono
solitamente utilizzati per il controllo della vegetazione presente al momento del
trattamento, mentre gli erbicidi aventi una persistenza di 30-90 giorni sono solitamente
utilizzati per proteggere le colture nelle fasi iniziali di sviluppo. Tempi di persistenza
variabili da 90 a 144 giorni sono tipici dei principi attivi utilizzati per tenere il terreno
libero dalle infestanti per tutta la stagione produttiva, come appunto nel caso dei frutteti o
dei vigneti, mentre persistenza superiori ai 360 giorni sono tipiche dei prodotti utilizzati
per il controllo totale della vegetazione in aree non interessate dall attivit agricola
(Monaco et al., 2002).
La durata del periodo di degradazione Ł determinata dalle caratteristiche strutturali della
molecola, la sostituzione di alcuni gruppi funzionali o la presenza di composti aromatici
all interno della struttura molecolare possono allungare sensibilmente la persistenza
ambientale degli erbicidi. Ne Ł un esempio l erbicida quinclorac, usato fino al 2007 in
risaia per controllo in post-emergenza del giavone bianco (Echinocloa phyllopogon), che
differisce dall erbicida quinmerac per la sostituzione di un gruppo metilico con un atomo
di cloro. Questa sostituzione ha notevolmente aumentato la stabilit della molecola alla
degradazione fotolitica: mentre l emivita del quinmerac alla luce Ł pari a 165 ore, la
molecola di quinclorac resiste alla degradazione anche dopo prolungati periodi di
irraggiamento. (Pinna e Pusino, 2008) I lunghi periodi di persistenza tipici degli erbicidi
residuali comportano solitamente maggiori rischi di impatto ambientale poichØ,
mantenendosi inalterati nel tempo, possono essere allontanati dal suolo con il conseguente
inquinamento degli altri comparti ambientali. Il caso piø eloquente Ł forse rappresentato
dall atrazina, erbicida triazinico di pre-emergenza impiegato per la lotta contro le specie a
foglia larga nel mais. La sua introduzione negli anni 60 ha reso possibile la coltivazione
del mais in monosuccessione nella pianura padano-veneta per circa un ventennio prima del
divieto di impiego dovuto ai numerosi casi di contaminazione delle acque di falda
(Vidotto, 2008). La persistenza prolungata di un diserbante pu influenzare pesantemente
gli indirizzi colturali dell azienda od alcune sue pratiche colturali. L uso di certi principi
attivi infatti impedisce l adozione di rotazioni colturali con specie sensibili, come indicato
in Tabella 1(Havens et al., 1995).
3
Tabella 1 : esempi di erbicidi residuali che possono impedire l esecuzioni di rotazioni colturali (Vicari et
al., 2001)
Erbicida Coltura trattata Specie sensibili
atrazine mais bietola, soia, erba medica, tabacco
chlorsulfuron cereali autunno vernini bietola, mais, brassicaceae, pisello
trialosulfuron cereali autunno vernini bietola
imazamethabenz frumento, girasole bietola orticole colza
imazethapyr soia bietola
chlorotoluron frumento brassicaceae, cetriolo
methabenzthiazuron frumento lattuga finocchio
lenacil bietola brassicaceae, insalate
In altri casi l uso di erbicidi residuali pu condi zionare l esecuzione di alcune pratiche
colturali. Ne Ł un esempio l erbicida cyclossidim, impiegato comunemente in risicoltura
per il controllo del riso crodo durante gli interventi di fasa semina. Questa classe di principi
attivi, gli arilossifenossipropionati, Ł caratterizzata da uno spettro d azione esclusivamente
graminicida (Onofri et al., 2001) e pertanto risulta attiva sia nei confronti del riso crodo
che nei confronti del riso coltivato. Pertanto, Ł consigliato effettuare il lavaggio della
camera di risaia prima della semina, onde evitare emergenze incomplete della coltura.
Il tempo di emivita, Ł uno dei parametri piø comunemente usati per la rappresentazione
della persistenza ambientale degli agrofarmaci. ¨ s olitamente rappresentato con T‰. e
indica il tempo necessario alla degradazione del 50% del prodotto applicato. Un altro
parametro utilizzato allo stesso scopo Ł T90 che indica il tempo necessario all abbattimento
della concentrazione iniziale del principio attivo del 90%.
In Figura1 Ł possibile avere una visione dei principali aspetti che caratterizzano il destino
ambientale dei fitofarmaci a seguito della loro immissione nell ambiente.
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Figura1: Diagramma delle reazioni che determinano il destino ambientale degli agrofarmaci.
La distribuzione degli agrofarmaci viene effettuata, nella maggior parte dei casi, mediante
l utilizzo di botti irroratrici che, per effetto di un getto d aria convogliato in un ugello,
nebulizzano finemente la miscela fitosanitaria al fine di rendere la distribuzione in campo
del prodotto il piø uniforme possibile. In seguito a questa operazione il destino dei principi
attivi presenti nella miscela fitosanitaria Ł determinato da processi di:
− Volatilizzazione
− Deriva
− Lisciviazione
− Ruscellamento
− Assorbimento ed essudazione da parte delle piante
− Adsorbimento e Desorbimento
− Fotolisi
− Degradazione abiotica
− Degradazione microbica
− Fitodisinquinamento
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1.1 La volatilizzazione
Le perdite di principio attivo dal suolo identificate col termine di volatilizzazione possono
avvenire a seguito di fenomeni di fenomeni di evaporazione, se il principio attivo passa
dallo stato liquido a quello gassoso, o di sublimazione se il passaggio allo stato gassoso
avviene a partire dallo stato solido. Come si pu o sservare in Tabella 2, l entit di questi
fenomeni pu costituire una frazione importante del le perdite degli erbicidi per effetto
dell elevata superficie di scambio tra i comparti suolo ed atmosfera (Grower, 1991).
Tabella 2: Incidenza dei vari processi ambientali sulle perdite di principi attivi nei suoli euro-
americani (Ferrari et al., 2008)
Processo o sorgente Suoli
italiani
Suoli UE-
USA
Lisciviazione <1% 0-5%
Scorrimento superficiale <1,3% 0-6.6%
Volatilizzazione da suolo, acqua e piante 0-60% 0-90%
Drenaggio laterale <3% 0-10%
Deriva <1% Nd
Residui legati (ad/assorbimento) Nd 0-90%
Trasformazione (chimica, fotochimica e microbiologica) 0-100% 0-100%
La quantificazione analitica della volatilizzazione di un qualsiasi principio attivo si rende
necessaria per la scelta di una corretta tecnica di distribuzione che consenta da un lato di
massimizzare l efficacia del trattamento e dall alt ro di minimizzare la dissipazione
dell agrofarmaco nell ambiente. Il caso piø noto Ł rappresentato dal trifluralin, un erbicida
di pre-semina largamente impiegato per il contrasto della vegetazione spontanea in
agricoltura. Questo prodotto, come molti altri erbicidi della sua famiglia, mostra un elevata
volatilit e fotolabilit (Onofri et al.,. 2001) che lo rende particolarmente instabile
nell ambiente. Studi condotti in America hanno mostrato come il 90% del prodotto
applicato sulla superficie del suolo Ł in grado di passare nell ambiente circostante per
effetto dei fenomeni di volatilizzazione. Analoghe prove di degradazione hanno messo in
luce che questa frazione di erbicida dispersa nell ambiente si pu fortemente ridurre in
caso di interramento del principio attivo. Infatti, interrando il prodotto a 2,5 cm di
profondit , si Ł avuta una dissipazione del 22% del principio attivo applicato in un lasso di
tempo di 120 giorni (Riley e Eagle, 1990).
Il passaggio dei principi allo stato gassoso Ł un processo che dipende sia dalle
caratteristiche intrinseche della molecola che dall interazione con la matrice in cui si va a
distribuire la sostanza. Nel caso degli erbicidi la matrice Ł rappresentata dal suolo, un
6
sistema in continua evoluzione per effetto del mutare delle condizioni ambientali o delle
tecniche colturali (Figura 2).
Figura 2: Elementi che possono influenzare la volatilizzazione (Ferrari et al., 2008)
Per la misura della volatilit di un principio atti vo si considerano due parametri distinti a
seconda che la molecola si trovi nel suo stato fondamentale o in soluzione con altre
sostanze (Vicari et al., 2001). Nel primo caso il parametro piø utilizzato Ł la tensione di
vapore (VP), ossia la pressione, espressa in Pascal, che raggiunge il suo vapore quando
viene raggiunto l equilibrio tra la fase solida e/o liquida e quella gassosa (Otto et al.,
2001). Maggiore Ł il valore della tensione di vapore e maggiore Ł la tendenza della
sostanza a volatilizzare. Come indicazione generale Ł possibile dire che tutte le molecole
che hanno un valore di VP superiore a 10-2 Pa, necessitano di interramento subito dopo la
distribuzione in campo, mentre al di sotto di tale valore l entit dei processi di
volatilizzazione Ł tale da consentire la distribuzione del principio attivo sul suolo nudo
senza che l efficacia del trattamento venga compromessa. Il valore di VP pari a 0 viene
attribuito esclusivamente ai principi attivi formulati come sale (Vicari et al., 2001).
Per quanto riguarda invece le sostanze attive presenti in soluzione, il grado di volatilit
viene misurato mediante la costante di Henry (H), determinata analiticamente dal rapporto
tra la tensione di vapore e la solubilit della mol ecola in questione. Anche in questo caso
un elevato valore di H indica che la molecola ha un elevata tendenza a passare dalla fase
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liquida a quella aeriforme in condizioni di equilibrio. Il valore di H pu variare anche di
alcuni ordini di grandezza passando dai valori inferiori a 10-3 caratteristici delle molecole
poco affini con la matrice gassosa, ai valori superiori ad 1 tipici delle molecole che
mostrano un elevata affinit con l aria (Vicari et al.,. 2001). Quanto visto finora Ł valido
per le molecole presenti sulla superficie evaporante, ma i fenomeni di volatilizzazione si
assistono anche per le molecole presenti all interno del suolo. In questo caso infatti il
passaggio del principio attivo al comparto atmosferico Ł determinato esclusivamente dai
fenomeni di diffusione e convezione. L allontanamento degli erbicidi per effetto dei moti
di tipo convettivo si verifica in suoli provvisti di una buona dotazione idrica quanto
persistono condizioni di forte insolazione o ventosit . Il flusso evaporativo che si viene ad
instaurare in queste condizioni provoca l allontanamento dal suolo di tutte le sostanze
polari, tra cui gli erbicidi, disciolte nella fase liquida (Vicari et al., 2001). Quando per il
tenore idrico del suolo si abbassa, i moti convettivi diminuiscono di intensit poichØ si
instaura una certa competizione tra l acqua della soluzione circolante e gli erbicidi in essa
disciolti per i siti di adsorbimento dei colloidi del suolo (Riley e Eagle, 1990). In queste
condizioni il trasporto degli erbicidi pu avvenire solamente per effetto dei moti di tipo
diffusivo che saranno a loro volta determinati dalla costante di Henry se il suo valore nel
soluto Ł superiore a 10-4 Pa (Ferrari et al., 2008).
I fenomeni di evaporazione dei principi attivi dal suolo sono incrementati dall azione della
temperatura poichØ un suo incremento determina un aumento della velocit sia dei moti di
tipo diffusivo che convettivo (Riley e Eagle, 1990). Studi condotti hanno infatti dimostrato
come il flusso di agro farmaci aumenti durante le ore piø calde della giornata e decresca
durante le ore notturne. Nel caso dei principi attivi lindano e diedrin si Ł osservato come la
loro concentrazione in atmosfera, a parit di conce ntrazione nel suolo, sia in grado di
raddoppiare in seguito all aumento della temperatura ambiente da 20 a 30 C (Ferrari et al.,
2008). Anche le precipitazioni giocano un ruolo importante sul destino ambientale degli
agrofarmaci. Numerosi studi di campo hanno infatti dimostrato come l aumento
dell umidit in seguito a precipitazioni, rugiada o irrigazione, tenda ad incrementare, se
non addirittura a reinnescare i processi di trasporto dei principi attivi dal suolo alla
superficie evaporante, sempre che l intensit delle precipitazioni non sia tale da causare
fenomeni di lisciviazione (Riley e Eagle, 1990, Ferrari et al., 2008). Anche l aumento della
ventosit dell ambiente circostante pu determinare un aumento dei fenomeni di tipo
evaporativo poichØ tende ad aumentare la quantit di principio attivo richiamata verso la
8
superficie evaporante per ristabilire la pressione di vapore alle condizioni di equilibrio
(Vicari et al., 2001).
1.2 La deriva
¨ un fenomeno indesiderato che consiste nel movimen to in aria di una massa di erbicida
verso un sito diverso dal bersaglio e che pu causa re perdita di efficacia del trattamento,
contaminazione ambientale e danni da fitotossicit alle colture sensibili limitrofe (Zanin et
al., 1993). Questo fenomeno di trasporto si verifica, con entit differente a seconda delle
condizioni ambientali, durante o subito dopo l applicazione del prodotto. Anche in
condizioni di scarsa ventosit infatti circa il 5% del principio attivo distribuito tende a
spostarsi nella direzione del vento (Wolf e Cessna, 2004). L entit di questo fenomeno pu
altres essere influenzata anche dalle condizioni operative del trattamento. Una errata
regolazione della pressione di esercizio pu infatt i aumentare il fenomeno della deriva,
visibile spesso sottoforma di una fitta nebbiolina posteriormente alla barra irroratrice.
(Figura 3)
Figura 3: Rilevamento della quantit di prodotto pe rso per deriva durante il trattamento. (Vidotto,
2008)
A seconda del tipo di danno e dell origine del fenomeno si possono identificare tre
differenti fenomeni di deriva:
− Deriva da goccioline
− Deriva da vapore
− Deriva termica
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1.2.1 La deriva da goccioline
Questo tipo di deriva si presenta all atto stesso della distribuzione del fitofarmaco in
quanto le gocce molto fini tendono a rimanere in sospensione nell aria o, peggio, ad essere
trasportate dal vento anche a grande distanza dal luogo di esecuzione del trattamento. Cos
facendo una parte, talvolta anche consistente, del prodotto non raggiunge l organismo
bersaglio ma viene dispersa nell atmosfera con evidenti rischi per l ambiente circostante e
per gli stessi operatori. Le gocce con diametro inferiore ai 10 µm possono infatti essere
inalate dagli operatori e penetrare fino all interno dei polmoni, mentre quelle di diametro
inferiore al micrometro sono rapidamente assorbite dall organismo (Cerruto e Schillaci,
2008). La principale causa dei fenomeni di inquinamento ambientale per deriva sono le
gocce che presentano un diametro compreso tra 10 e 50 µm. Al di sotto di tale soglia infatti
le gocce della soluzione erbicida contengono una quantit di principio insufficiente a
causare danni agli organismi non bersaglio, mentre al di sopra le gocce, essendo piø
pesanti, tendono a spostarsi prevalentemente secondo il moto gravitazionale raggiungendo
comunque l organismo bersaglio (Vicari et al., 2001). Studi recenti hanno messo in luce
che le goccioline aventi un diametro di 10 µm cadano verso il suolo ad una velocit di circa
3 mm•s-1. In condizioni di moderata ventosit , all incirca 1,5 m•s-1, questa goccia potrebbe
essere trasportata fino a 1,5 km di distanza prima di depositarsi al suolo (Cerruto e
Schillaci, 2008).
L azione delle correnti d aria non influisce solame nte sulla dispersione nello spazio della
miscela fitosanitaria ma va anche a regolare la durata della sua attivit nel tempo,
risultando questa, direttamente proporzionale al tenore di umidit relativa dell aria. Al di
sotto di un certo tenore di umidit i principi atti vi in formulazione salina tendono a
precipitare, perdendo buona parte della loro azione erbicida, al contrario degli esteri che,
tendono a mantenere quasi inalterata la loro capacit d azione anche in presenza di una
ridotta presenza di solvente. Grazie a questa caratteristica gli erbicidi formulati come esteri
sono responsabili dei maggiori danni da deriva poichØ possono penetrare all interno dei
tessuti vegetali anche alcune ore dopo il trattamento, per effetto dei fenomeni di
risolubilizzazione causati da deboli precipitazioni o dalla rugiada notturna (Vicari et al.,
2001).
I danni causati dal fenomeno della deriva si possono facilmente identificare poichŁ,
osservando la zona sottovento limitrofa al campo trattato, si possono facilmente osservare
10
macchie o striscie sulla vegetazione colpita, di intensit inversamente proporzionale alla
distanza dal trattamento (Vicari et al., 2001).
1.2.2 La deriva da vapore
La deriva da vapore Ł un fenomeno di trasporto che, come tutti i tipi di deriva, interessa sia
gli erbicidi applicati alla vegetazione che quelli applicati al suolo ma, a differenza di
quanto visto in precedenza, i danni si possono manifestare anche a distanze rilevanti dagli
appezzamenti trattati (Cerruto e Schillaci, 2008). Le cause di questo complesso fenomeno
di deriva sono riconducibili a tre fattori: l alta temperatura, la stabilit dell atmosfera e il
diametro delle gocce nebulizzate. Le alte temperature sono responsabili dell aumento della
tensione di vapore degli erbicidi poichØ generano un flusso di evapotraspirazione che
richiama i principi attivi verso lo strato inattivo e, in seguito, a fenomeni di trasporto
passivo, nell atmosfera. Trattandosi di un processo di volatilizzazione l entit del
fenomeno Ł, come gi riportato nel paragrafo precedente, direttamente proporzionale alla
temperatura (Vicari et al., 2001). Una volta superata la superficie evaporante, il movimento
dei principi attivi risulta influenzato dall entit del rimescolamento degli strati d aria
dell atmosfera, ossia dal grado di stabilit dell atmosfera stessa. Tale parametro dalla
resistenza che la massa d aria oppone a qualsiasi modificazione di temperatura o vento e
pu essere stimato analiticamente mediante il rappo rto di stabilit (R.S.) (Vicari et al.,
2001).
(T10 T 2,5)
R.S. = 105
U2
Dove: T10 e T2,5 indicano rispettivamente la temperatura dell aria a 10 e 2,5 metri di altezza
ed U velocit del vento espressa in cm/s misurata t ra 2,5 e 10 metri di altezza.
Con un valore di R.S. pari o superiore a 1,3 si Ł in presenza di una condizione di stabilit
atmosferica caratterizzata da una temperatura degli strati d aria che cresce all aumentare
della quota. In queste condizioni il rimescolamento degli strati d aria tende ad essere
limitato, mentre risultano favoriti i movimenti orizzontali delle masse d aria con relativo
spostamento degli erbicidi presenti nell atmosfera. Se il valore di R.S. Ł inferiore a 0 si Ł in
presenza di fenomeni di turbolenza con conseguente elevato rimescolamento degli strati
d aria. In queste condizioni gli erbicidi presenti nella matrice gassosa sono fortemente
11
diluiti a causa degli elevati fenomeni di trasporto verticale e il loro movimento sul piano
orizzontale risulta alquanto contenuto (Vicari et al., 2001).
La stabilit atmosferica si pu anche stimare empir icamente osservando vedendo il
comportamento dei pennacchi di fumo o di altri parametri naturali come riportato in
Tabella 3.
Tabella 3: Indicatori della stabilit atmosferica per l esecuz ione dei trattamenti parzialmente
modificata. (Cerruto e Schillaci, 2008)
Velocit del
vento m•s-1
Descrizio
ne del
vento
Segni visibili
Comportamento
operativo
Rischio ambientale
< 0,5 Calma Il fumo sale
verticalmente
Evitare di irrorare in
giornate calde e
soleggiate.
Elevate perdite per
deriva da vapore.
Rischio di trasporto
orizzontale dei p.a.
0,5 0,9
Aria
leggera
La direzione del
fumo indica indica la
direzione del vento
Evitare di irrorare in
giornate calde e
soleggiate.
Elevate perdite per
deriva da vapore.
Rischio di trasporto
orizzontale dei p.a.
0,9 1,8
Brezza
leggera
Le foglie
ondeggiano ed il
vento Ł percepito in
faccia
Condizioni ideali Limitati rischi di
impatto ambientale
1,8 2,7
Brezza
moderata
Foglie ramoscelli
sono in movimento
costante
Evitare l irrorazione
di sostanze
potenzialmente
pericolose
Scarso rimescolamento
dell atmosfera,
persistono entrambe le
tipologie di trasporto
2,7 - 4
Vento
moderato
I rami si muovono,
si alza la polvere e le
foglie si disperdono
Evitare l irrorazione
Forti rischi di
rimescolamento
verticale dei p.a.
1.2.3 La deriva termica
Il fenomeno della deriva termica Ł tipico dei trattamenti effettuati a fondovalle nelle prime
ore del mattino di giornate con forte insolazione poichØ, in tali condizioni, l aria a contatto
col suolo tende a scaldarsi rapidamente e, per effetto della minor densit , tende a salire di
quota. Nelle ore pomeridiane per , quando l irraggi amento solare del terreno perde di
intensit , si assiste ad una rapida diminuzione del la temperatura degli strati d aria piø a
contatto col suolo stesso con la conseguente generazione di uno stato di inversione termica.
Si genera cos un gradiente positivo in cui la temperatura dell aria tende a diminuire con la
quota impedendo il rimescolamento degli strati d aria soprasanti il suolo (Vicari et al.,
2001). Alla luce di quanto appena descritto Ł possibile comprendere come tale fenomeno
sia particolarmente pericoloso dal punto di vista ambientale poichØ il fenomeno
12
dell inversione termica tende ad aumentare la concentrazione dei principi attivi in quota e
quindi a favorirne la successiva rideposizione per effetto delle precipitazioni o della
sedimentazione del particolato atmosferico (Cerruto e Schillaci, 2008).
In conclusione si pu osservare come i tre fenomeni di deriva qui descritti separatamente
per praticit , in natura tendano ad essere strettam ente correlati tra loro in quanto sono tutti
influenzati da fattori comuni quali la temperatura, la ventosit e il diametro delle
goccioline nebulizzate. Pertanto all atto dell esec uzione dei trattamenti erbicidi si assiste
nelle prime ore delle giornata a perdite per effetto della deriva termica e, a seguito
dell innalzamento delle temperature, a perdite per deriva da vapore (Vicari et al., 2001). La
deriva da goccioline invece tende ad essere meno legata ai parametri ambientali in quanto
dipende prevalentemente dallo stato di manutenzione delle macchine irroratrici, dalla
pressione di esercizio e dal tipo di ugelli impiegati in fase di trattamento. I molti studi
effettuati in merito a questi aspetti mirano a ridurre l entit globale di queste perdite
andando ad agire prevalentemente sull entit delle perdite per deriva da goccioline poichØ
quest ultima, oltre a generare danni anche di elevata intensit , va ad influire notevolmente
anche sulle altre tipologie di deriva. La deriva pu essere contenuta dotando le barre
irroratrici di particolari tipi di ugelli, noti come antideriva, in grado di ridurre il numero
delle gocce di piccolo diametro, quelle che, come visto in precedenza, sono maggiormente
soggette all azione del vento. Sono disponibili due tipologie di ugelli antideriva che
prevedono la presenza, tra la camera di turbolenza e il foro di uscita, di una precamera in
cui, in un caso, si riduce la pressione della miscela fitosanitaria, mentre nell altro si
provvede a miscelare il liquido irrorato con l aria (Cerruto e Schillaci, 2008). Il risultato
finale di entrambe i sistemi Ł la realizzazione di una popolazione di gocce di diametro
superiore e, pertanto, dotate di un inerzia sufficiente a resistere all azione del vento. La
riduzione degli altri due tipi di deriva Ł piø complessa in quanto, trattando in ambienti
aperti e non climatizzati, non Ł possibile andare a modificare le condizione
meteorologiche; in questi casi si cerca di migliorare l efficacia del trattamento mediantela
scelta del momento piø opportuno di trattamento, il miglioramento della stabilit degli
erbicidi, l aumento della loro velocit di penetraz ione nei tessuti vegetali e, infine,
l aumento della velocit di degradazione.
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