MATERIA ORGÁNICA DEL SUELO. Deposición atmosférica Materia orgánica del suelo lixiviación Muerte radicular Fotosíntesis Descomposición Biomasa microbiana

MATERIA ORGÁNICA DEL MATERIA ORGÁNICA DEL SUELOSUELO

Deposición atmosférica

Materia orgánica del suelo

lixiviación

Muerte radicular

Fotosíntesis

Descomposición

Biomasa microbiana

Subproductos de excreción y

muerte

resto

s

Término Definición

Residuos orgánicos

Biomasa del suelo. Humus

Tejidos vegetales y animales no descompuestos y sus productos de descomposición parcial Materia orgánica presente en los tejidos vivos de los microoganismos del suelo. Totalidad de los compuestos orgánicos del suelo excepto los dos anteriores


Sustanciasno húmicas

Tejidos vegetales y animales no descompuestos y sus Compuestos pertenecientes a clase bioquímicas conocidas como carbohidratos, grasas, ceras, resinas, aminoácidos y ácidos orgánicos. El humus contiene, si no todos, la mayoría de los compuestos bioquímicos sintetizados por los organismos vivos.


Sustancias húmicas

Compuestos de peso molecular relativamente elevado, de color desde marrón a negro formadas por reacciones secundarias de síntesis. Se usa como nombre genérico para describir el material coloreado o sus fracciones que se obtiene en base a propiedades de solubilidad. Estos compuestos se distinguen en el suelo o el medio ambiente en que son distintos a los biopolímeros de los microorganimos y las plantas superiores (incluyendo la lignina)


Humina

Ácido húmico Ácido fúlvico Ácido himatomelánico

La fracción del humus insoluble en álcali El material de color oscuro que puede extraerse del suelo mediante diferentes reactivos y que es insoluble en ácido diluido. El material coloreado que permanece en disolución después de eliminar todo el ácido húmico por acidificación. La porción de ácido húmico soluble en alcohol.

Sustancias no Sustancias no húmicashúmicas

Sustancias Sustancias húmicashúmicas

Fraccionamiento en función de la solubilidad

Soluble en ácidoSoluble en álcali

Insoluble en ácidoSoluble en álcali

Insoluble en ácidoInsoluble en álcali

ÁCIDO FÚLVICO ÁCIDO HÚMICO HUMINA

HUMUSHUMUS

Funciones de Funciones de la Materia la Materia

Orgánica del Orgánica del SueloSuelo

FuncionesFunciones

NNutricional:utricional: Fuente de N, P etc. para las plantas. Efecto sobre la toma

BBiológica:iológica: afecta la actividad de los microorganismos del suelo

FFísicoísico--química:química: favorece la buena estructuración del suelo, aumenta la capacidad tampón y la CIC de los suelos

FuncionesFunciones

NNutricional:utricional:

• Fuente de N, P etc. para las plantas. Mineralización

• Fuente de energía de organismos simbiontes/colaboradores

• Agente quelante/reductor

FuncionesFunciones

BBiológica:iológica: afecta la actividad de los microorganismos del suelo

• Fuente de energía tanto para la macrofauna como para la microfauna del suelo.

• Efecto fisiológico directo sobre el crecimiento vegetal.

• Organismos patógenos en el suelo

FuncionesFunciones

FFísicoísico--química:química: favorece la buena estructuración del suelo

• El deterioro de la estructura puede minimizarse si el suelo contiene un suministro adecuado de humus. Cuando éste desaparece, el suelo se vuelve duro y compactado.

FuncionesFunciones


• La adición frecuente de materia orgánica fácilmente descomponible da lugar a la formación de compuestos orgánicos complejos que enlazan las partículas de suelo

FuncionesFunciones


• El agua se infiltra mejor y percola hacia abajo a través del suelo.

• Los grandes poros permiten un mejor intercambio de gases entre el suelo y la atmósfera.

• Aumenta la capacidad del suelo para resistir la erosión.

FuncionesFunciones

Agregado suelo arenoso

FuncionesFunciones

FFísicoísico--química:química: aumenta la capacidad tampón

•Debido a su estructura química, la m.o. controla el pH y las concentraciones de nutrientes en un amplio rango

FuncionesFunciones

FFísicoísico--química:química: aumenta la CIC de los suelos

• Entre el 20 y el 70% de la CIC de muchos suelos es debida a sustancias húmicas coloidales. La acidez total de las fracciones aisladas del humus varía entre 300 a 1400 mmol/100 g.

Contenido de Contenido de Materia Orgánica en Materia Orgánica en

el Sueloel Suelo

Contenido de Materia Contenido de Materia OrgánicaOrgánica

Se mide como %C o %N

Histosoles: 100%

Suelos Minerales: 0.5 – 5%

Mollisol: 5% Psamment: 1%


Depende:Depende:

•Tiempo

•Clima

•Vegetación

•Material original

•Topografía


Tiempo

250 0 500 1000 1500 2000

Año

N t

ota

l (%

)

0,08

0,06

0,04

0,00

BosqueBosque CultivoCultivo

PromedioPromedio

Extremo

FuturoFuturo

Supuesta evolución de la materia orgánica del sueloSupuesta evolución de la materia orgánica del suelo

110 años

textura fina

1500

textura arenosa


Tiempo

250 0 500 1000 1500 2000

Año

N t

ota

l (%

)

0,08

0,06

0,04

0,00

BosqueBosque CultivoCultivo

PromedioPromedio

Extremo

FuturoFuturo

Supuesta evolución de la materia orgánica del sueloSupuesta evolución de la materia orgánica del suelo


Tiempo

Factores de equilibrio:

Sustancias orgánicas inertes

Estabilización por cationes polivalentes y arcillas

Limitación en nutrientes esenciales


ClimaClima


ClimaClima

Mayor cantidad en zonas húmedas

Desiertos, semidesiertos, trópicos

Contenidos mínimos, pero abundancia de SH


ClimaClima


ClimaClima

Efecto de la montmorillonita en la descomposición Efecto de la montmorillonita en la descomposición de gelatinade gelatina


OrganismoOrganismoss

Menor en suelos de bosque que de pradera:

o Mayor cantidad de plantas

o Inhibición de la nitrificación

o Mayor zona de rizosfera (síntesis de humus)

o Fijación de amonio por lignina



0,20

0,16

0,14

0,10

Años de cultivo

0 20 40 60

N (

%)

Influencia de las prácticas agrícolas en el Influencia de las prácticas agrícolas en el nivel de materia orgánica del suelonivel de materia orgánica del suelo


OrganismoOrganismoss Acumulación de N y C orgánico en los Acumulación de N y C orgánico en los

primeros 23 cm de un antiguo campo de primeros 23 cm de un antiguo campo de cultivo de Rothamsted, que no se trabaja cultivo de Rothamsted, que no se trabaja desde 1882.desde 1882.



Responsables de la mineralización. realizada por los microorganismos del suelo.

Deficit de oxígeno, acumulación de depósitos de turba. = Frío extremo o la acidez




Material original Material original (textura)(textura)Influencia del tamaño de partícula en la materia

orgánica del suelo


TopografíaTopografía

Influye a través de:

Clima,

Escorrentía,

Evaporación

Transpiración.



Los suelos húmedos y con drenaje impedido contienen grandes cantidades de materia orgánica.



Los suelos de las pendientes orientadas al norte en el hemisferio norte, son más frías y húmedas, contienen mayores cantidades de materia orgánica que los suelos orientados al sur, más cálidos y secos.

Composición de la Materia Orgánica

del Suelo

Composición

Constituyentes principales:

C 52-58%

O 34-39%

HH 3,3-4,8%3,3-4,8%

N 3,7-4,1%

P y S

Composición

carbohidratos

proteínas

grasas

...

Composición

Lípidos:

2% en humus de suelos forestales

20% de los suelos de turbas.

Proteínas:

entre el 15 y el 45%

Carbohidratos:

entre 5 y el 25%.

Composición

Sustancias húmicas:

entre el 33 y el 75%

FH65%

AH35%

bosque pradera

Sustancias no húmicas


CCarbohidratosarbohidratos

entre el 5 y el 25% de la materia orgánica

Restos vegetales:

azúcares, hemicelulosa y celulosa

bacterias,

actinomicetos

hongos

nuevos polisacáridos y carbohidratos.




CCarbohidratosarbohidratos. Funciones. Funciones

Capacidad de los polisacáridos de enlazar partículas inorgánicas para formar agregados estables.

Complejos con metales

“Ladrillos” de construcción en la síntesis del humus.

Estimulación de la germinación de las semillas y la elongación radicular.


CCarbohidratosarbohidratos. Funciones. Funciones

CIC

grupos COOH de los ácidos urónicos,

Retención de aniones

grupos NH2

Actividad biológica

fuente de energía



En el suelo se encuentran como:

azúcares libres en la disolución del suelo

polisacáridos complejos

moléculas poliméricas de varias formas y tamaños muy fuertemente unidas a coloides inorgánicos y/o húmicos




LípidosLípidos

Sustancias diversas:

ácidos grasos

esteroles

terpenos

clorofila

grasas

ceras (2-6%)

resinas


LípidosLípidos

En suelos aeróbicos, los lípidos proceden mayoritariamente de remanentes de tejidos vegetales y animales.


LípidosLípidos

Los lípidos son fisiológicamente activos.

Efecto depresor del crecimiento vegetal

Hormonas de crecimiento.


LípidosLípidos

Las ceras y materiales relacionados pueden ser las responsables del la repulsión del agua por ciertas arenas


AminoácidosAminoácidos

libres en la disolución del suelo y en los microporos,

aminoácidos, péptidos o proteínas enlazados a minerales de arcilla tanto en las superficies internas como en las externas

enlazados a sustancias húmicas

mucoproteínas y ácido murámico.


AminoácidosAminoácidos

son rápidamente descompuestos por los microorganismos del suelo.

El contenido en el suelo depende de:

tiempo atmosférico

la humedad

el tipo de vegetación

época de crecimiento

adiciones de residuos orgánicos

condiciones de cultivo.

Sustancias Sustancias HúmicasHúmicas


Las sustancias húmicas son moléculas constituidas por largas cadena enrolladas o macromoléculas bi o tridimensionales entrecruzadas

Carga negativa por ionización de grupos funcionales de carácter ácido.


Peso molecular medio:

500 y 5000 para los ácidos fúlvicos

3000 a 1000000 para los ácidos húmicos.


La cantidad de C orgánico en forma de AH es unas 10 veces superior que la que está presente en los organismos vivos

Aguas

Lodos

Compost

Sedimentos marinos y lacustres

Pantanos turbosos

Esquistos carbonosos

Lignitos

Carbones.


Ácidos húmicos (%)

Ácidos fúlvicos (%)

Carbono 58,8-58,7 40,7-50,6

Hidrógeno 3,2-6,2 3,8-7,0

Oxígeno 32,8-38,3 39,7-49,8

Nitrógeno 0,8-4,3 0,9-3,3

Azufre 0,1-1,5 0,1-3,6


Fuente H/C O/C N/C

Ácidos fúlvicos del suelo

Promedio de muchas muestras

1,4 0,74 0,04


0,83 0,70 0,06


0,93 0,64 0,03

Ácidos húmicos del suelo


1,0 0,48 0,04


1,1 0,50 0,02

Promedio en suelos neutros

1,1 0,47 0,06

Ácido húmico de Aldrich 0,8 0,46 0,01

AH/AF del Amazonas 0,97 0,57 0,04


Grupo funcional

Estructura

Grupos ácido

Carboxilo

Enol

Fenol

Quinona

Grupos neutros

Alcohol

Éter

Cetona

Aldehído

Ester

Grupos básicos

Amina

Amida


Los ácidos húmicos de diferentes suelos poseen una estructura polimérica en forma de anillos, cadenas y clusters.

El tamaño de estas macromoléculas varía entre 60 y 500 Å


turbo-arenoso faeozem podzol


Parece que además estas estructuras contienen:

aminoácidos

péptidos

compuestos alifáticos

Pequeñas cantidades de ácidos nucleicos y sus derivados,

clorofilas y sus productos de degradación

fosfolípidos

aminas

vitaminas





Contribución relativa (%)

Grupo de suelos CIC media (cmol/kg)

m.o. Arcilla

Entisoles

Psamments 5,26 74,9 25,1

Aquipsamments 3,84 86,8 15,2

Quartipsamments 5,63 75,7 24,3

Familia ácida 3,83 78,7 21,3

Familia no ácida 4,21 95,4 4,6

Familia fosfatídica

10,58 77,4 22,6

Inceptisoles

Aquepts y Umbrepts

8,17 69,2 30,8

Mollisoles

Aquolls 12,93 66,4 33,6

Espodosoles

Aquods 5,53 95,5 3,5

Todos los suelos 6,77 76,1 23,9


Complejante o ligando:

Cualquier compuesto, en forma de partícula o disuelto, orgánico o inorgánico que puede formar una combinación química con un catión inorgánico

ComplejaciónComplejación


Complejo:Complejo:

El resultado de la unión entre un ligando y un catión.

Pueden ser:

mononucleares: un único catión

polinucleares: más de un catión.

Complejación


Complejo:

Un único agente complejante puede contener uno o varios centros de complejación.

Un centro de complejación se define como el lugar exacto del agente complejante al que se fija el metal.

Complejación


Complejo:

El metal ser fijado por uno (centro unidentado) o por varios (centros polidentados) átomos donadores de electrones (quelato).

Complejación


CH3-CH-C

NH2

O

O-

M+

R

O

O-C

OH

CH3-CH-C

NH2

O

O-

R

O

OC

O M

COO-

O

O OR R

OH OH

COOM+

O

O OR R

OH OH

FeOFe

OH OH

FeOFe

O O

M

FeOFe

OH OH

FeOFe

F OH

Complejante Catión Ejemplo de complejo

Ligandos inorgánicos simples

OH- M M(OH)20

Cl- M MCl+

M

Centro complejante de un compuesto fúlvico

M

Centro complejante de un polisacárido

M

Centros de complejación superficial del oxohidróxidos de Fe(III)

M

Fluoruro F-

Ligando bidentado orgánico


R-C=O:

-H: R-S-H:

:

R-O::-HR-N-H:

-H

C=C-O- > -NH2 > -N=N- > =N > -COO- > -O- > C=Oenolato amino azo anillo carboxilo éter carbonilo

Fe3+ > Cu2+ > Ni2+ > Co2+ > Zn2+ > Fe2+ > Mn2+


Formación de complejos de Cu con ácidos fúlvicosFormación de complejos de Cu con ácidos fúlvicos


La complejación de las sustancias húmicas con metales puede resultar tanto beneficiosa como dañina en lo que respecta al movimiento de los metales en suelos y aguas.


Los ácidos húmicos pueden actuar como agentes reductores

Las sustancias húmicas pueden servir como transportadores de metales tóxicos.

Las sustancias húmicas también pueden aumentar la disolución mineral.


Los ácidos húmicos pueden extraer metales de:

galena (PbS)

pirolusita (MnO2)

calcita (CaCO3)

malaquita (Cu2(OH)2CO3).


Con ácidos de bajo peso molecular (acéticos, oxálicos, fumárico, etc) algunos minerales (magnesita, calcita, siderita, etc.) reaccionan formando las sales correspondientes.


Los ácidos fúlvicos o húmicos se forman fulvatos y humatos que son los compuestos más característicos de las sustancias húmicas.

Los grupos funcionales carboxilo pierden su protón y se unen a Na+, K+, Mg2+ o Ca2+.

Muchas de las sustancias húmicas se encuentran en el suelo mezcladas con hidróxidos de Fe y Al.


complejo arcillo-húmico


complejo arcillo-húmico


+ - + - + - + - + - + - + - +

- + - + - + - + - + - + - + -

FUERZAS DE van der WAALSFUERZAS DE van der WAALS


O

O

O

O

Si

Si

Si

R-C M2+

O

O

ENLACE POR PUENTES CATIÓNICOSENLACE POR PUENTES CATIÓNICOS


R-C

O

O

Al

O

O

HH

HH

+

ENLACE DE HIDRÓGENOENLACE DE HIDRÓGENO


O

O

O

O

Si

Si

Si

R-C Fe

O

O

HO

HO

O

O

+

ENLACE POR ÓXIDOS HIDRATADOSENLACE POR ÓXIDOS HIDRATADOS


adsorción en el espacio interlaminar de las arcillas

POSIBLES MECANISMOS DE UNIÓN DE LAS POSIBLES MECANISMOS DE UNIÓN DE LAS PARTÍCULAS DEL SUELO PARA FORMAR PARTÍCULAS DEL SUELO PARA FORMAR

AGREGADOSAGREGADOS

UNIONES SILICATO – SILICATOUNIONES SILICATO – SILICATO

Cara - cara: Puentes canónicos:

Cara----Mn+---Cara Borde - cara: Lugares positivos del borde con negativos de la

cara

Borde Al-OH2+----Cara

POSIBLES MECANISMOS DE UNIÓN DE LAS PARTÍCULAS DEL POSIBLES MECANISMOS DE UNIÓN DE LAS PARTÍCULAS DEL SUELO PARA FORMAR AGREGADOSSUELO PARA FORMAR AGREGADOS

UNIONES CUARZO-(COLOIDES ORGÁNICOS E INORGÁNICOS)-UNIONES CUARZO-(COLOIDES ORGÁNICOS E INORGÁNICOS)-CUARZOCUARZO

Enlaces entre superficies de cuarzo de silicatos alumínicos hidratados y grupos activos de otros constituyentes del agregado. Granos de cuarzo contenidos en una matriz de limo y silicato estabilizado principalmente por:

- Partículas de silicato orientadas

-Silicatos, sesquióxidos, o complejos ácidos húmicos

-Sesquióxidos deshidratados irreversiblemente

-Compuestos húmicos deshidratados irreversiblemente.

-Microagregados de tamaño limo estabilizados por humatos de hierro.

-Coloides orgánicos y silicatos unidos por los mecanismos citados en A y B.


UNIONES SILICATO - POLÍMEROS ORGÁNICOS - SILICATOUNIONES SILICATO - POLÍMEROS ORGÁNICOS - SILICATO

Borde - polímero orgánico

- Intercambio aniónico entre carga positiva del borde con carboxilo del polímero

- Puente de hidrógeno entre hidroxilo del borde y carbonilo o

amída del polímero - Puente catiónico entre carga negativa de borde y carboxílo

de polímero

Borde-0----Mn+----OOC-R-COO---- - Atracciones de van der Waals entre borde y polímero


UNIONES SILICATO - POLÍMEROS ORGÁNICOS - UNIONES SILICATO - POLÍMEROS ORGÁNICOS - SILICATOSILICATO

Cara - polímero orgánico: - Puente de hidrógeno entre hidroxilo del polímero u

oxígenos de las caras internas o externas del silicato.

Cara Si-O-----HO-R-OH---- - Puente catiónico entre cara externa y carboxilo y

otro grupo polarizable del polímero

Cara externa----Mn+----OOC-R-COO---- - Atracciones de van der Waals entre cara y polímero

Propiedad Aclaraciones Efecto en el suelo

Color El color típico de muchos suelos está causado por la materia orgánica.

Puede facilitar el calentamiento

Retención de agua

La materia orgánica puede retener hasta 20 veces su masa en agua

Ayuda a prevenir el secado y la contracción. Puede mejorar significativamente la capacidad de retención de humedad de un suelo arenoso.

Combinación con minerales de arcilla

Cementa las partículas de suelo en unidades estructurales denominadas agregados

Permite el intercambio gaseoso. Estabiliza la estructura. Aumenta la permeabilidad.

Quelación Forma complejos estables con Cu2+, Mn2+, Zn2+ y otros cationes polivalentes

Puede aumentar la disponibilidad de micronutrientes para las plantas superiores. Solubilidad en

aguaLa insolubilidad de la m.o. es debida a su asociación con arcillas. También las sales de los cationes divalentes o trivalentes son insolubles. La m.o. aislada es parcialmente soluble en agua.

Se pierde poca m.o. por lavado.

Capacidad tampón

La m.o. tiene capacidad para tamponar en el rango de pH ligeramente ácido, neutro y alcalino.

Contribuye a mantener uniforme la reacción del suelo.

Mineralización La descomposición de la m.o. da CO2, NH4

+, NO3-, PO4

3- y SO42-.

Fuente de nutrientes para las plantas

Combinación con otras sustancias orgánicas

Afecta a la bioactividad, persistencia y biodegradabilidad de los plaguicidas y otros compuestos de síntesis

Modifica las dosis de aplicación de plaguicidas mediante control efectivo.

resumen de las propiedades de la m.o.

Tipos de humus del suelo


Tipo de humus:

forma morfológica de sustancias húmicas acumuladas de forma natural en el perfil o en la superficie del suelo

condicionadas por la dirección general de los procesos formadores y la humificación de la materia orgánica.


mor:

predomina en los bosques de coníferas y de brezos.

deriva de la baja actividad biológica del suelo. (La mineralización de la materia orgánica es lenta):

Hongos acidófilos

Invertebrados de baja actividad

relación C/N siempre mayor de 20, e incluso 30-40



moder:

forma de transición característica de los suelos podzólicos, loess y suelos de pradera de montaña.

Hongos acidófilos y artrópodos,

C/N es igual a 15/25.

Complejos orgánicos lábiles y débilmente enlazados a la fracción mineral del suelo.



mull:

característico de kastanozems, phaeozems, rendzinas y otros suelos. Se desarrolla en praderas.

materia orgánica bien humificada, que se produce en un habitat muy activo desde el punto de vista biológico.

pH neutro,

relación C/N próxima a 10

capacidad de formación de complejos organominerales estables.



Primer tipo de humus:

Característico de los suelos podzólicos, suelos gris-marrón y suelos lateríticos de comunidades forestales.

relación AH/AF <1.

poca extensión de la condensación de anillos aromáticos y se parecen a los ácidos fúlvicos.

formación de quelatos metálicos con cationes polivalentes y capacidad de desplazamiento en profundidad a través del perfil.


Segundo tipo de humus:

característico de phaeozems, rendzinas, tierras negras y suelos marrones.

relación AH/AF>1.

mayor condensación de anillos aromáticos en los AH, lo que los hace más hidrofóbicos y los incapacita para formar quelatos.

Los AH se encuentran fuertemente unidos a la porción mineral del suelo.


Tercer tipo de humus: característico de los suelos semidesérticos.

predomina la fracción fúlvica

AH fuertemente enlazados a la fracción mineral del suelo.

Formación de las sustancias húmicas


Ligninas modificadas

Transformación por microorganismos

azúcares polifenolesCompuestos Compuestos

aminoamino

Productos de descomposición de

la lignina

Quinonas Quinonas

Sustancias húmicasSustancias húmicas

Residuos vegetalesResiduos vegetales

Mecanismos de formación de las Mecanismos de formación de las sustancias húmicassustancias húmicas

142 3


Mecanismos de formación de las sustancias Mecanismos de formación de las sustancias húmicashúmicas

Lignina: Lignina:

Suelos pobremente drenados

Sedimentos húmedos

Polifenoles:Polifenoles:

Suelos forestales

Azúcar-aminoAzúcar-amino

Fluctuaciones bruscas de humedad, temperatura e irradiación


Lignina

Unidades de lignina

ataque por microorganismos

Residuo

Utilización posterior por los microorganismos

desmetilación, oxidación y

condensación con compuestos

nitrogenados

Ácidos Ácidos húmicoshúmicos

Ácidos Ácidos fúlvicosfúlvicos

fragmentación


Datos a favor de la Teoría de la Lignina

Tanto la lignina como los ácidos húmicos se descomponen con mucha dificultad por los microorganismos del suelo

Ambos son solubles en alcohol y piridina

Los dos son solubles en álcali y precipitados por ácidos

Los dos contienen grupos metoxi



Ambos son de naturaleza ácida

Cuando las ligninas se calientan con bases disueltas, se transforman en ácidos húmicos que contienen grupos metoxi.

Los ácidos húmicos tienen propiedades similares a las ligninas oxidadas



lignina


Datos en contra de la Teoría de la Lignina

Supone que los residuos vegetales no descompuestos se acumularían hasta eliminar el CO2 de la atmósfera.


Lignina

Celulosa u otras sustancias no ligninas

ataque por microorganismos

Polifenoles

Utilización posterior por los

microorganismos

Ácidos Ácidos húmicoshúmicos

Ácidos Ácidos fúlvicosfúlvicos

aldehídos fenólicos y ácidos

utilización microbiana

Quinonas

compuestos amino compuestos amino

enzimas fenoloxidasas

teoría de los polifenoles


teoría de la condensación azúcar-amino

azúcar + compuesto amino

N-glicosamina

aminodesoxicetosa

reductonas, furfural

Productos de fisión (acetol, diacetil)

polímeros nitrogenados polímeros nitrogenados marronesmarrones

deshidratación fragmentación

compuestos amino compuestos amino

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