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环渤海盐碱地适宜性多目标优化配置:以黄骅市为例

更新时间:2009-03-28

随着经济社会的发展,人们对土地在不同阶段会有不同的需求。在发展经济的同时,必须合理开发利用盐碱地等未利用土地,以维持土地的可持续发展[1-3]。一些专家呼吁,在获取自然资源时,不能只利用其经济效益,而应该同时兼顾其社会及生态服务效益[4-5]

前人在土地利用优化配置模型等方面进行了大量研究[6-9],刘晓娜等[10]提出了区域土地利用系统优化调控类型模式。李超等[11]在对土地适宜性评价的基础上,对土地利用方式进行优化模拟。随着计算机技术的应用,极大丰富了土地利用的优化配置方法,张乐等[12]将线性规划模型应用于土地利用优化模拟。张家其等[13]在进行生态安全评价过程中,引入了灰色关联模型。周宗丽等[14]运用LP-SD方法对秭归县土地利用格局进行优化配置。同时,遗传算法、Markov 模型、神经网络模型等在土地优化配置中的应用也极大推动了相关研究的进展。最近几年,国内一些学者结合生态学理论、数学模型和GIS 技术对土地利用进行了空间配置研究[15]

土地具有多种适宜性,如何确定土地特别是盐碱地的最佳开发利用方式,已成为当前资源科学研究的关键问题[16]。为此,以黄骅市盐碱地适宜性评价数据为基础,基于权衡理论构建适宜性多目标优化配置模型,将自然属性与社会经济等人类活动的干扰因素有效地结合起来,确定区域盐碱地开发利用的最佳方式,以实现盐碱地开发利用格局的优化,为科学利用土地资源提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

黄骅市是位于河北省东南部的县级市,该市与渤海相邻,其海岸线总长为65.8 km。全市共327个行政村。全域陆地总面积2 260.6 km2。位于黑龙港流域,海岸地貌为该区的主要地貌类型。黄骅市土壤主要分潮土、盐土和沼泽土3个土类。该市盐碱地主要包括荒草地、盐碱地、沙地和裸地。截止2017年,黄骅市未利用地面积共35 783 hm2,其中盐碱地为33 106 hm2,其他草地为2 677 hm2。根据黄骅市统计年鉴数据显示,近几年该市经济发展迅猛。

1.2 数据来源

遥感影像数据通过解译黄骅市TM遥感影像得到盐碱地及其他土地利用数据,建立黄骅市遥感影像分类系统,在同一投影坐标系下,利用ArcGIS中的空间分析工具,通过栅格重分类将土地类型合并为耕地、园地、建设用地、水域、盐碱地等六类,形成单独的栅格文件,最后将这些栅格图通过Arctoolbox模块转换成ASCⅡ格式[17]。在此基础上对遥感影像进行地类提取及数据检验。

以国土资源部环渤海野外科学观测研究基地为依托,收集土壤分布图、土地利用现状图等数据。布设样点326个,2015年7月进行样点数据采集,2016年4月进行数据补测。

变异系数没有量纲,可以直接进行客观比较.我们可以认为变异系数和极差、标准差和方差一样,都是反映数据离散程度的统计量.变异系数不仅受变量值离散程度的影响,而且还受变量值平均水平大小的影响.

1.3 研究方法

1.3.1 影像数据处理 通过解译研究区Landsat8遥感影像数据得到2014年土地利用覆被数据。处理过程参照陈影等[18]的方法: 1)基于ENVI软件对原始影像数据进行预处理。 2) 利用监督及非监督分类并结合目视解译,从影像数据中获取土地数据。3) 基于聚类分析方法对图像进行处理,以使图像更加平滑。4)结合实地调查,通过Google Earth及土地利用现状图的辅助,利用ENVI软件进行解译精度评价,计算Kappa系数达到85%,解译精度满足要求。

1.3.2 指标权重确定及评价方法 在对评价指标权重确定时主要选用了层次分析法,盐碱地评价模型采用加权指数法。对适宜性评价得到的结果进行分级主要依据评价单元的差异性以及参评因素的实际条件,对选取的指标值进行赋分,进一步得到评价单元不同参评因素的分值。

1.3.3 适宜性优化配置方法 盐碱地适宜性优化配置,通过确定每个盐碱地评价单元的最佳适宜方式,最终达到一定的社会、经济和生态目标的最优解。基于权衡理论(Trade-off theroy)对黄骅市盐碱地适宜性进行优化配置。

1) 土地适宜性评价的Trade-off理论框架。盐碱地适宜性评价是人们对盐碱地开发为某种土地利用类型的评估方式,盐碱地适宜性评价的最终目的是合理利用土地,因此,可以通过评价盐碱地开发利用方式及开发潜力所带来的各种效益来表示:

 

(1)

 

(2)

式中,Vs代表土地社会经济效益指数,Ve代表生态环境效益指数为无量纲值;xiyi代表土地经济效益和生态环境效益的指标;xi0yi0代表研究区域的基期年的第i项指标值;wi代表土地经济指标及生态环境效益的第i项指标权重;nm均表示年份。

2) 盐碱地适宜性多目标优化权衡模型的构建。权衡模型变量即权衡过程中的要素。在盐碱地适宜性优化配置过程中,在符合研究区的实际情况下选择变量,假设盐碱地需要对i个适宜性进行配置:

v={X1,X2,A,Xi}

环流形势场上,16日白天近地面华东大部为高压后部控制,高压中心位于东部海上,浅层切变位于苏皖中部。随着切变线南压,夜里12时华东东部沿海转为东南偏东风,风速3~6 m/s(图2a)。合适的风向风速条件把海上暖湿水汽向内陆输送,在遇到冷下垫面后,给华东中部沿海大范围地区带来平流大雾天气(图2b)。

(3)

式中,v表示土地总效益;Xi为权衡模型变量。

综上所述,在小学数学教学中培养学生的自主学习能力,需要加强教师对学生自主学习能力的重视,转变教师观念,积极进行课堂改革,形成有效的教学模式,引导学生进行自主学习,促进学生自主学习能力的培养。

在进行盐碱地适宜性区域优化配置的同时,考虑盐碱地适宜性目标及经济、社会、生态效益等多个目标。并据此建立目标函数:

 

(4)

式中:V1V2V3分别代表经济、社会和生态效益;xi分别为效益的对应变量,c1ic2ic3i分别为土地的经济效益系数、社会效益系数和生态效益系数;n表示年份。

3) 约束条件的确定。权衡模型的约束条件即实现权衡目标的限制因素,主要包括研究区土地利用条件状况约束和模型运算约束两方面。

 

(5)

式中:S.t为在约束条件下第i个约束条件下的j变量(xj)所对应的系数,i为约束条件。

4) 盐碱地适宜性优化配置权衡模型的实现方法。以遗传算法作为权衡理论的基础方法进行权衡模型的构建与求解。遗传算法是一类随机优化算法,它通过对遗传过程中染色体的不间断评价,进而利用已有信息来指导搜索,从而进行优化。

1.3.4 适宜性评价

1) 评价指标的处理。采用特尔菲法对选取的盐碱地适宜性评价指标进行分级,再基于层次分析法确定指标权重。

2) 适宜性评价结果分析。在确定指标权重基础上,将确定的各评价因子的属性值叠加,并为每个因子赋予相应的权重,基于GIS软件生成黄骅市盐碱地适宜性评价结果图。通过计算分析得到各评价单元适宜性评价结果,并依据其频率分布直方图将结果划分为4个级别,级别越高表示适宜性越好。

1.3.5 基于Trade-off理论的盐碱地适宜性多目标优化配置 黄骅市盐碱地权衡实现过程中,综合考虑预期的社会、经济、生态等多种影响因素外,还考虑了决策主体对土地利用方式的偏好。

1) 黄骅市盐碱地适宜性配置权衡模型构建。不同决策主体所追求的盐碱地开发方式之间存在一定的矛盾,为实现最终目标之间的相对均衡,需要在存在矛盾的目标之间寻求一个平衡点,遗传算法模型可以较好的解决这个问题[19]。权衡要素的设置综合考虑已有数据结果及变量的可操作性,设置宜耕、宜建和宜生态3种适宜性为变量,并用x1x2x3表示。建立的权衡目标由适宜性目标及经济、社会和生态三效益的综合效益目标集中连片目标组成。适宜性目标的计算:各评价单元的适宜性结果由属性表中提取,然后再求和得到研究区全域的盐碱地开发适宜性评价结果。

 

(6)

式中,f1为研究区盐碱地的适宜性目标,m为盐碱地适宜性类型数(m=1,2,3),n为评价单元个数,sij为评价单元j作为i种土地利用方式的适宜性大小,xij为每个评价单元的面积。

据了解,此次水上应急演习的参演单位之多堪称肇庆历史之最,演习由肇庆市交通运输局、肇庆海事局、肇庆市气象局联合承办,包括航道、消防、环保、渔政等18个单位共约150多人参加,投入演习船艇27艘,主要设置有人命救助、船舶救援、溢油应急、事故船清障布标等科目,演习中各成员单位和社会救助力量各司其职、反应快速、整体联动、配合有力、效果显著。据悉,这也是近年来首次由肇庆市政府牵头主办的大型水上安全应急演习。

政府制定产业政策的主要原因是当前的经济发展状况和产业发展状况决定的,为了更好地引导国家产业的发展方向,更好地推动产业结构升级转型,协调各方发展,最终实现国民经济持续健康发展。我国的经济发展状况在各地区都有着不同的特点,面临各种各样的问题,这些问题带有明显的地域特征,解决这些问题所采取的方法也不尽相同,因此在制定产业扶持的相关政策时也应该考虑不同地区的环境、社会、文化特征。乡镇经济作为组成我国经济的重要部分,在我国经济发展中占据重要地位。

以经济效益、社会效益和生态效益的综合效益值最优为目标。经济效益、社会效益、生态效益分别按如下公式计算:

 
 
 

(7)

式中,S为研究区盐碱地总面积,其他符号含义同上。

aibici在确定过程中,参考研究区现有农用地、建设用地、生态用地的实际利用效益情况,通过专家打分法、层次分析法与经验判断法相结合,采用相对效益系数的确定方法。

在考虑决策者不同偏好类型的基础上,将盐碱地开发利用的综合效益目标划分为经济效益侧重型、社会效益侧重型与生态效益侧重型,通过对3项效益目标的不同配比来反映不同偏好类型决策主体对盐碱地资源实际开发所造成的影响。盐碱地开发综合效益目标计算公式如下:

f2=max{pf21+qf22+rf23}

(8)

式中,f2为盐碱地开发利用的综合效益目标值,pqr为不同效益侧重情况下各分项效益的相对权重。

式中,x1为宜耕盐碱地,x2为宜建盐碱地,x1为宜生态盐碱地。

 

(9)

式中,f3表示集中连片目标;nij表示当评价单元j化为第i种用途时,与其相邻的评价单元也为第i种用途的数量;其他符号含义同上。

权衡模型约束条件主要包括研究区盐碱地条件状况约束与模型运算约束两方面。宜耕、宜建和宜生态三类用地的面积之和为研究区盐碱地的总面积,即:

采集研究区域样点数据后,在具有检测资质的重点实验室对全部土样进行化验,测定土壤pH、有机质、含盐量等指标数据。对于其他数据,如土体构型、地下水埋深和植被覆盖度等,均通过调查或处理遥感图像实现。气象数据采自中国气象数据资源共享服务网。根据河北省农业地质大调查数据,采集并化验黄骅市土壤的Cd、Pb、As、Cu等含量作为盐碱地适宜性评价的数据基础。

 

(10)

式中,f21f22f23分别为研究区盐碱地资源开发利用的经济效益、社会效益和生态效益,xij 对应宜耕、宜建和宜生态盐碱地3个变量的面积,aibici分别为第i类土地利用类型的经济、社会和生态的相对效益系数,其他符号含义同上。

[1] HONGYU D U ,WANG D D,WANG Y Y,et al.Influences of land cover types,meteorological conditions, anthropogenic heat and urban area on surface urban heat island in the Yangtze River Delta Urban Agglomeration[J].Science of the Total Environment,2016,571:461-470.

x1>0,x2>0,x3>0

(11)

为使黄骅市盐碱地的开发利用具有较好的空间连片性,减小地块的破碎度,设置集中连片目标:

逻辑约束:代表地块的每个评价单元必须有且只有1种对应的土地利用方式,不可出现空缺或重叠。

2) 权衡模型的计算。在对基于遗传算法的权衡模型进行求解时与GIS相结合,首先将前期处理的各种空间数据进行存储,结合研究区的相关土地利用状况,对评价单元进行编号;其次,在开始运行模型前,设置模型运行时的常规参数,主要包括兼容性约束参数、邻域大小、进化代数和种群大小等,之后即开始借助相应工具进行模型运算[27]。在软件支持下,如果解算完毕并终止优化配置过程,可以用Excel存储盐碱地适宜性优化配置的结果。将保存的Excel数据用ArcGIS软件打开,使其矢量化,然后与矢量数据格式格网图(优化配置前的)进行拼接,重新形成优化配置后矢量数据图层。此时,格网图中每个评价单元均显示优化配置后的地类,并用不同的参数对地类进行区分,以期更好地显示黄骅市盐碱地适宜性优化配置后的状况。

(2)辅助材料成本。报废的动力电池需要用酸、碱、有机溶剂、沉淀剂等进行处理,回收的工艺不同以及最后产品的不同,所使用的辅助材料也有所不同。

岩体稀土元素含量∑REE为116.43×10-6,∑Ce/∑Y比值为2.66,δEu为0.61。(La/Sm)N值为3.47,(Gd/Yb)N为0.91;为富轻稀土型。δEu<0.7,表明岩浆为上地壳经不同程度的部分熔融形成的。

1.3.6 适宜性优化配置方案 根据建立的权衡模型及遗传算法的运行原理,通过模型反复迭代、优化,求得模型的多个非劣解组合,供决策者从中选择。

2 结果与分析

2.1 黄骅市盐碱地适宜性评价指标及其分级与权重

根据黄骅市实地调查选取了适宜性评价指标,构建的评价指标体系见表1~3。宜耕性评价指标包括表土质地、有机质含量、地下水埋深度、盐分含量及土地构型;宜建性评价指标包括地基承载力、植被覆盖度、地下水埋深度、距水源距离及交通便利度;宜生态性评价指标包括土体构型、有机质含量、尚可容纳环境容量、盐分含量、表土质地、地下水埋深度、生物多样性指数、距河流水系的距离、植被覆盖度。

宜耕性的5个评价指标分别分为4个级别,权重最大的是土壤的盐分含量,为0.450 3;土地构型和地下水埋深度其次,均在0.15左右;表土质地和土壤有机质含量略低。宜建性5个评价指标分别分为4个级别,权重最大的是地下水埋深度,为0.299 5;距水源距离和交通便利度其次,均在0.19左右;植被覆盖度因子权重最低。宜生态性的9个评价指标分别分为4个级别,权重最大的是土体构型因子,距河流水系的距离因子权重最小。

 

表1 黄骅市盐碱地宜耕性评价指标体系

 

Table 1 Evaluation index system for cultivation suitability of saline-alkali soil in Huanghua City

  

评价因子Evaluationfactor分级标准Gradingstandard1234权重Weight表土质地Surfacesoiltexture砾质土砂土中壤、粘土轻壤0.1245有机质含量(%)Organicmattercontent<1.20.6~1.21.2~3>30.1064地下水埋深度(m)Groundwaterdepth<1.61.6~2.22.2~2.6>2.60.1567盐分含量(g/kg)Salinitycontent>64~62~4<20.4503土地构型Landstructure通体壤,壤/粘/壤粘/砂/粘壤/砂/砂,浅位姜通体砂,通体砾0.1621

 

表2 黄骅市盐碱地宜建性评价指标体系

 

Table 2 Evaluation index system for construction suitability of saline-alkali soil in Huanghua City

  

评价因子Evaluationfactor分级标准Gradingstandard1234权重Weight地基承载力(kPa/m2)Bearingcapacityoffoundationsoil100~200200~300300~400400~5000.1839植被覆盖度(%)Vegetationcoverage>0.80.5~0.80.2~0.5<0.20.1285地下水埋深度(m)Groundwaterdepth<1.61.6~2.22.2~2.6>2.60.2995距水源距离(m)Distancefromwater>30002000~30001000~2000<10000.1952交通便利度(m)Transportationconveniencedegree>500200~500100~200<1000.1929

 

表3 黄骅市盐碱地宜生态性评价指标体系

 

Table 3 Evaluation index system for ecological suitability of saline-alkali soil in Huanghua City

  

评价因子Evaluationfactor分级标准Gradingstandard1234权重Weight土体构型Soilstructure通体壤,壤/粘/壤粘/砂/粘壤/砂/砂,浅位姜通体砂,通体砾0.176有机质含量(%)Organicmattercontent<1.20.6~1.21.2~3>30.081尚可容纳环境容量Accommodatingenvironmentcapacity低中较高高0.071盐分含量(g/kg)Salinitycontent>64~62~4<20.071表土质地Surfacesoiltexture砾质土砂土中壤、粘土轻壤0.071地下水埋深度(m)Groundwaterdepth<1.61.6~2.22.2~2.6>2.60.071生物多样性指数Biodiversityindex1.45~31.30~1.451.15~1.301~1.150.096距河流水系的距离(m)Distancefromriversystem<500500~10001000~15001500~20000.059植被覆盖度(%)Vegetationcoverage>7030~5010~30<100.088

2.2 基于综合效益提高的黄骅市盐碱地利用的优化配置

宜耕、宜建及宜生态这3类用地的经济、社会、生态的相对效益系数中,宜耕性评价的社会效益系数最大(1.00),经济效益系数(0.34)和生态效益系数(0.33)相当;宜建性评价的经济效益系数最大(1.00),其次是社会效益系数(0.39),生态效益系数最小(0.03);在宜生态评级中,生态效益系数最大(1.00),其次是社会效益系数(0.30),最小的是经济效益系数(0.15)。

从表4看出,经济效益在侧重型盐碱地开发利用过程中,盐碱地主要开发为建设用地,经济效益的权重为0.5,最小的生态效益权重为0.2,保证了盐碱地开发的经济利益最大化;社会效益侧重型盐碱地开发利用过程中,主要开发为耕地,保证了粮食安全,社会效益的权重为0.5,最小的是生态效益权重;生态效益侧重型盐碱地开发利用过程中,主要开发为生态用地,生态效益的权重为0.5,最小的是经济效益权重,保证了盐碱地开发利用过程中生态功能不降低,维护了区域的生态平衡。

①项目区的划定主要是以乡镇为基本范围,但不限于按乡镇划分。根据规划投资控制规模,统筹考虑各级政府资金配套、资金整合和资金筹措能力,遵循“相对集中、地方自愿、公开公正”的原则合理选择项目区。

 

表4 黄骅市盐碱地不同效益侧重型各单项效益的相对权重

 

Table 4 Relative weight of each single benefit of saline-alkali soil in Huanghua City

  

效益类型Benefittype相对权重Relativeweight经济效益侧重型社会效益侧重型生态效益侧重型社会效益Socialbenefit0.30.50.3经济效益Economicalbenefit0.50.30.2生态效益Biologicalbenefit0.20.20.5

2.3 黄骅市盐碱地适宜性优化配置方案

从表5看出,宜耕、宜建、宜生态用地面积各不相同,将宜耕面积最大的确定为社会效益侧重型盐碱地适宜性优化配置方案,将宜建面积最大的确定为经济效益侧重型盐碱地适宜性优化配置方案,将宜生态面积最大的确定为生态效益侧重型盐碱地适宜性优化配置方案。在社会效益侧重型盐碱地适宜性空间分布中,宜耕盐碱地面积最大,达14 667.8 hm2,宜建和宜生态盐碱地面积差距不大;在经济效益侧重型盐碱地适宜性空间分布中,宜建盐碱地面积最大,为14 424.2 hm2,宜耕盐碱地面积为11 355 hm2,宜生态盐碱地面积最小,为10 031.4 hm2;在生态效益侧重型盐碱地适宜性空间分布中,生态适宜性盐碱地面积最大,达15 372.6 hm2

 

表5 黄骅市盐碱地适宜性优化配置方案

 

Table 5 Suitability optimization allocation scheme of saline-alkali soil in Huanghua City

  

用地类型Typeoflanduse方案1(社会效益侧重型)Scheme1面积(hm2)比例(%)方案2(经济效益侧重型)Scheme2面积(hm2)比例(%)方案3(生态效益侧重型)Scheme3面积(hm2)比例(%)宜耕Cultivationsuitability14667.840.9611355031.7110132.328.29宜建Constructionsuitability11087.630.9614424.240.2810305.628.78宜生态Ecologicalsuitability10055.228.0810031.428.0115372.642.93合计Total35810.6100.0035810.6100.0035810.6100.00

3 结论与讨论

基于权衡理论及遗传算法,在对区域盐碱地适宜性进行评价基础上对县域尺度盐碱地适宜性进行了多目标优化配置。以盐碱地适宜性评价结果数据为基础,建立盐碱地适宜性分配的权衡模型,以遗传算法作为权衡模型的实现方法,提出了基于权衡理论的环渤海县域尺度盐碱地适宜性多目标优化配置模型,以黄骅市盐碱地宜耕、宜建和宜生态三类用地类型为权衡变量,以盐碱地总面积等为约束条件,求得模型的最优解组合,实现了区域盐碱地开发利用的经济、社会和生态效益侧重型目标下的多种方案。

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仪器和设备。SP-752型紫外可见分光光度计;HZS-H型水浴恒温振荡器;KQ-100DB型超声波清洗器;YHG-50×55型远红外快速恒温干燥箱。

模型运算约束的系统变量非负约束:权衡模型中所涉变量为地类面积,必须保证为正数,不能为负。

从优化结果看出:社会效益侧重型的黄骅市盐碱地适宜性分区中,宜耕性盐碱地面积最大,为14 667.8 hm2,超过盐碱地面积的40%,这种分区方式可以使盐碱地最大程度地满足人们对耕地的需求;在经济侧重型盐碱地适宜性分区中,宜建盐碱地面积最大,说明在模型运算中考虑了黄骅市在经济发展中对建设用地的依赖,从而在分区中宜建盐碱地面积最大;生态效益为主的黄骅市盐碱地适宜性分区中,生态适宜性盐碱地面积最大,为15 372.6 hm2。该盐碱地评价结果可以在环渤海县域经济社会快速发展过程中维护区域生态平衡,进而保护环渤海生态脆弱区的生态安全。

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“敬礼!”夏国忠带领幸存下来的三十几名战士,向留在阵地上的这朵小黄花进行告别。从此,这朵顽强的小黄花将继续坚守在高家岭的阵地上。

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科思创中国区总裁盛秉勇(Bjoern Skogum)表示:“可持续发展是科思创的核心战略支柱之一,中国正对化工行业进行大规模整治重组,以实现可持续发展。在这一背景下成为行业榜样意义重大。作为一家跨国企业,科思创将继续为中国化工行业的可持续发展作贡献,到2025年将生产每吨产品产生的二氧化碳排放较2005年降低50%,利用我们全球化的专业知识让中国更美好。”

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(1) 合金钢板Q345。Q345即常说的16 Mn钢,一般其成本比普通Q235钢板高5%,耐磨性能比普通钢板略有提高,但抗砸性能较好。对于溜槽直接抗砸的部位,建议采用该衬板:如余吾煤业井底煤仓螺旋溜槽出口的耐磨格栅,五阳煤矿地面生产系统的矸石仓漏斗段的抗砸格栅等都使用该材料,在较低成本情况下取得了较好的抗砸效果。

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在我国,现在存有多种预算会计制度。这就导致了会计不统一,会计信息分散,难以实现规范、科学的财政管理,不利于财政制度的优化。在实行权责发生制政府综合财务报告编制之后,能够全方位反映出政府的资产、负债、收入以及费用等等,不仅可以加强政府的财务管理,还能够对预算会计制度的统一提供基础,从而提高我国政府财政管理的水平。

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陈影,何玲,张利,杨江燕,门明新
《贵州农业科学》 2018年第04期
《贵州农业科学》2018年第04期文献

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