林明水，鐘耀宗

（福建師范大學(xué)旅游學(xué)院，福建福州350007）

空氣作為生活環(huán)境的重要組成部分，不僅影響著當(dāng)?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量，同時(shí)也是地方發(fā)展旅游休閑的重要基礎(chǔ)環(huán)境因素[1-3].特別是近些年來(lái)，隨著城市的不斷建設(shè)，城市空氣質(zhì)量不容樂(lè)觀，人們常樂(lè)于到一個(gè)空氣質(zhì)量?jī)?yōu)越的地方去休閑游憩[4-6].所以空氣質(zhì)量的的測(cè)量評(píng)價(jià)，對(duì)地方旅游休閑的開(kāi)發(fā)建設(shè)有重要的參考依據(jù)[7-11].福州大學(xué)城作為福建省人才培養(yǎng)、科研和學(xué)術(shù)交流中心，面積占地約2000 hm2，聚集著超過(guò)20萬(wàn)的人口數(shù)量，其環(huán)境質(zhì)量建設(shè)和維護(hù)顯得極為重要.大學(xué)城空氣質(zhì)量影響著人們的工作效率和精神狀態(tài).本文以福州大學(xué)城為試點(diǎn)研究對(duì)象，以空氣負(fù)離子濃度作為控制質(zhì)量的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，嘗試對(duì)大學(xué)城空氣質(zhì)量進(jìn)行描述.

1 空氣負(fù)離子概述

1.1 產(chǎn)生機(jī)理

空氣是由氮、氧、二氧化碳、水蒸汽等分子組成的混合物，這些氣體分子和原子在正常狀態(tài)下，內(nèi)部的正電荷與負(fù)電荷相等，表現(xiàn)出電中性.分子中原子的內(nèi)部，電子在原子核的吸引力作用下沿電子軌道層運(yùn)動(dòng).越外圍的電子因?yàn)槭艿降脑雍艘^小，其穩(wěn)定性越差，當(dāng)外層電子受到來(lái)自外來(lái)的能量，如光線、射線、電磁輻射、電擊、撞擊、生物代謝、氣象活動(dòng)等的影響時(shí)，容易脫離運(yùn)動(dòng)軌道，成為自由電子.電子帶負(fù)電極性，自由電子重新與空氣中其他中性分子結(jié)合，形成帶負(fù)電極性的“空氣離子”，即我們所說(shuō)的空氣負(fù)離子，它是一種空氣微粒.而大地是呈負(fù)電極性的，所以正離子受到吸引容易下沉，空氣中負(fù)離子濃度一般大于正離子濃度[12].

1.2 空氣負(fù)離子效用

空氣負(fù)離子因其具有強(qiáng)氧化性、弱堿性、高活性等積極性質(zhì)，經(jīng)理論研究和大量臨床試驗(yàn)，人體吸入負(fù)離子后，能夠加強(qiáng)大腦的活動(dòng)過(guò)程、擴(kuò)張血管、減緩血凝時(shí)間、加強(qiáng)呼吸系統(tǒng)氧的吸收、殺滅細(xì)菌病毒等，從而使人精神振奮、睡眠質(zhì)量提高、改善心血管功能、增強(qiáng)肺功能、增強(qiáng)免疫力等[12].并且負(fù)離子在一定范圍內(nèi)對(duì)人體的作用是隨著濃度的增高而加強(qiáng).表1 反應(yīng)了空氣中負(fù)離子濃度與人體健康的關(guān)系.本文對(duì)負(fù)離子濃度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用表1的標(biāo)準(zhǔn)[12].

表1 負(fù)離子濃度與人體健康的關(guān)系Tab.1 Relationship of negative air ions concentration and human health

2 負(fù)離子濃度的測(cè)定

范海蘭等[13]和鄭曉虹等[14]的相關(guān)研究均有涉及探尋大學(xué)城相關(guān)區(qū)域空氣負(fù)離子濃度.前者以福州郊區(qū)為對(duì)象，描述了大學(xué)城的負(fù)離子濃度，研究區(qū)域較為宏觀；后者針對(duì)福建師范大學(xué)旗山校區(qū)室內(nèi)空氣有害物質(zhì)情況，研究區(qū)域較為微觀.兩者均未能較全面和有針對(duì)性地描述福州大學(xué)城區(qū)域空氣負(fù)離子濃度的分布情況.

為了獲得大學(xué)城各個(gè)學(xué)校整體的空氣負(fù)離子水平分布，本研究以福建師范大學(xué)、協(xié)和學(xué)院、福建工程學(xué)院、福州大學(xué)、江夏學(xué)院、福建醫(yī)科大學(xué)、福建中醫(yī)學(xué)院、閩江大學(xué)8個(gè)院校為采樣范圍，采取較平均分布，考慮代表性的取點(diǎn)方案，共測(cè)量30處.空氣負(fù)離子測(cè)量?jī)x器選用國(guó)產(chǎn)DLY-6A（232）空氣離子測(cè)量?jī)x（檢測(cè)范圍10～40 萬(wàn)個(gè)離子/cm3，分辨率10 個(gè)離子/cm3），溫濕度測(cè)量?jī)x器選用博洋HTC-1型數(shù)字溫濕度計(jì).因?yàn)闇y(cè)量范圍較大，無(wú)法在同一時(shí)間取得不同地方的數(shù)據(jù)，為了避免其他因素（如天氣、溫度、濕度等）對(duì)不同地點(diǎn)測(cè)量值的影響，筆者選擇2013年1月份天氣情況極為相似的14、15、16日連續(xù)3 d進(jìn)行測(cè)量，時(shí)間控制于13：00～15：00.同時(shí)采用控制變量的方式，對(duì)另外一些對(duì)照組進(jìn)行了測(cè)量.

因?yàn)榭諝庵械呢?fù)離子分布并不均勻，所以測(cè)量結(jié)果并非一個(gè)穩(wěn)定的值，而是一個(gè)瞬間值，測(cè)量時(shí)數(shù)值在一定范圍內(nèi)波動(dòng).采用瞬間值記錄具有較大的隨機(jī)性，為了簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)，更好地表現(xiàn)不同地點(diǎn)水平的對(duì)比，本文的負(fù)離子濃度數(shù)據(jù)記錄波動(dòng)范圍值后取范圍中間值處理.圖1 顯示30 個(gè)測(cè)量點(diǎn)的分布，表2顯示各測(cè)量點(diǎn)測(cè)量結(jié)果.

圖1 福州大學(xué)城各測(cè)量點(diǎn)分布示意圖Fig.1 Distribution of measuring points in Fuzhou University Town

表2 福州大學(xué)城各測(cè)量點(diǎn)測(cè)量結(jié)果Tab.2 Measurement results of negative air ions concentration in Fuzhou University Town

3 測(cè)量結(jié)果分析

3.1 總體評(píng)價(jià)

從表2 數(shù)據(jù)得到，福州大學(xué)城空氣負(fù)離子的濃度基本分布在200～900個(gè)/cm2之間，在福州大學(xué)小山上出現(xiàn)最大值1250 個(gè)/cm3.有9 個(gè)點(diǎn)分布于500～1000個(gè)/cm3之間，20個(gè)點(diǎn)在500個(gè)/cm3以下.對(duì)照表1的評(píng)價(jià)指標(biāo)，有三分之二的測(cè)量點(diǎn)的負(fù)離子濃度處于不清新，處于誘發(fā)疾病的邊緣.作為校園學(xué)習(xí)環(huán)境來(lái)說(shuō)，總體空氣質(zhì)量偏差.

負(fù)離子濃度水平分布也不均勻，閩江學(xué)院因樹(shù)木綠化程度高，且緊鄰旗山山脈，整體水平相對(duì)較高.中醫(yī)學(xué)院、醫(yī)科大學(xué)、江夏學(xué)院以及福州大學(xué)教學(xué)區(qū)，因建筑較密集，同時(shí)緊鄰上街鎮(zhèn)中心商業(yè)活動(dòng)中心，該區(qū)域的空氣負(fù)離子水平呈現(xiàn)較低水平.福建師范大學(xué)和福建工程學(xué)院綠化多以草坪為主，相對(duì)臨近烏龍江畔，但建筑較密集，樹(shù)木綠化面積較低，空氣負(fù)離子水平相對(duì)一般，處于中等水平.

3.2 空氣負(fù)離子濃度與各環(huán)境因素的關(guān)系

為了說(shuō)明各環(huán)境因素與空氣負(fù)離子濃度的關(guān)系強(qiáng)度，本文取無(wú)綠化遠(yuǎn)離建筑物的空地上（測(cè)量點(diǎn)7、19、21、26）的四個(gè)點(diǎn)的平均值作為基礎(chǔ)參照值，用字母m代替.則

m=423 個(gè)/cm3.

3.2.1 負(fù)離子濃度與人群密度的關(guān)系

1）與人群集聚度的關(guān)系.

這里的人群集聚度用建筑的密集程度來(lái)衡量，采取的是不同地點(diǎn)的變量對(duì)比.為了說(shuō)明人群集聚度與負(fù)離子濃度的關(guān)系，這里將不同地點(diǎn)類(lèi)型的人群集聚度進(jìn)行歸類(lèi)，并劃分為三個(gè)等級(jí)，并計(jì)算各個(gè)梯度集聚度地點(diǎn)的負(fù)離子濃度平均值，見(jiàn)表3.

表3 人群集聚度與負(fù)離子濃度的關(guān)系Tab.3 Relationship of negative air ions concentration and crowd degree

從表3不同集聚度的空氣負(fù)離子濃度的平均值得出，集聚度與空氣負(fù)離子的濃度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，即人群越集聚，空氣負(fù)離子的濃度相對(duì)越低.

2）與人群活動(dòng)頻率的關(guān)系.

人群活動(dòng)頻率采用的是同一地點(diǎn)不同活動(dòng)頻率的對(duì)比.這里選擇地點(diǎn)4（福建師范大學(xué)理工樓前），進(jìn)行不同活動(dòng)頻率的測(cè)量對(duì)比.分別測(cè)量在上午11點(diǎn)上課期間室外活動(dòng)人群較少及中午12 點(diǎn)下課后活動(dòng)頻率高時(shí)間點(diǎn)，共測(cè)量3d（見(jiàn)表4）.

表4 人群活動(dòng)頻率與負(fù)離子濃度的關(guān)系Tab.4 Relationship of negative air ions concentration and crowd event frequency

由表4得出在人群活動(dòng)頻率低的上課時(shí)段的負(fù)離子濃度平均值為416.7 個(gè)/cm3，下課后人群活動(dòng)頻率大大增加，負(fù)離子濃度的平均值下降到376.7 個(gè)/cm3.可見(jiàn)，人群活動(dòng)對(duì)空氣負(fù)離子的影響呈負(fù)相關(guān).即人群活動(dòng)越頻繁，空氣負(fù)離子濃度也越低.這也符合我們?nèi)粘５闹庇^感受，在人多的地方空氣質(zhì)量一般比較差.

3.2.2 負(fù)離子濃度與綠化程度的關(guān)系

植物不僅可以光合作用釋放氧氣、吸附噪音、營(yíng)造美麗的景觀，同時(shí)它還能吸附粉塵、中和正離子、產(chǎn)生負(fù)離子，所以植物對(duì)空氣質(zhì)量的提高有著明顯的作用.從表2 數(shù)據(jù)的再分析我們可以發(fā)現(xiàn)植物的確對(duì)空氣負(fù)離子的貢獻(xiàn)不容忽視.我們從表2 中提取以樹(shù)木綠化為主的高綠化地點(diǎn)、以草坪綠化為主的中綠化地點(diǎn)以及以廣場(chǎng)空地為代表的低綠化地點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表5.

表5 綠化程度與負(fù)離子濃度的關(guān)系Tab.5 Relationship of negative air ions concentration and greening degree

福州大學(xué)城的綠化樹(shù)大多為闊葉樹(shù)種，且樹(shù)種相對(duì)一致，所以不區(qū)分對(duì)比.由表5很清晰地看出樹(shù)木能夠顯著地提高空氣負(fù)離子的濃度，使空氣保持清新，而且影響程度較草地的作用大出許多.

以低綠化的空地為基準(zhǔn)參考值，用不同影響變量的值與基準(zhǔn)值的比值作為影響程度的表現(xiàn)值：

則高綠化對(duì)負(fù)離子的作用程度

m1=925/m=2.19，

中綠化對(duì)負(fù)離子的作用程度

m2=445/m=1.05.

可見(jiàn)樹(shù)木對(duì)負(fù)離子的作用明顯強(qiáng)于草地的作用.

3.2.3 空氣負(fù)離子與水的關(guān)系

1）靜態(tài)湖水.

在所測(cè)量的八個(gè)院校中，大大小小均有建造靜態(tài)水的小湖泊.湖水可以增加濕度，調(diào)節(jié)氣溫，營(yíng)造氛圍，同時(shí)有很好的觀賞性.提取在湖邊的測(cè)量值（見(jiàn)表6），對(duì)比在空地上的負(fù)離子水平，求出這個(gè)影響程度值m3.

表6 水與空氣負(fù)離子濃度的關(guān)系Tab.6 Relationship of negative air ions concentration and static water

那么

m3=460/m=1.09.

說(shuō)明湖水對(duì)空氣負(fù)離子是有積極作用的，且作用比草地的作用稍大.

2）動(dòng)態(tài)溪水.

為了研究動(dòng)態(tài)水對(duì)負(fù)離子的影響程度，筆者在溪源江福建師范大學(xué)到工程學(xué)院段岸邊測(cè)量了A1、A2、A3、A4四個(gè)點(diǎn)，結(jié)果見(jiàn)表6.

計(jì)算動(dòng)態(tài)水對(duì)空氣負(fù)離子的影響程度

m4=510/m=1.2

可見(jiàn)動(dòng)態(tài)水優(yōu)于靜態(tài)水.

3）噴泉.

在大學(xué)城研究的8個(gè)院校中，福建師范大學(xué)、福州大學(xué)、醫(yī)科大學(xué)、中醫(yī)學(xué)院均有噴泉景觀，表5 中點(diǎn)21、26的測(cè)量值剛好是在噴泉未開(kāi)放時(shí)同樣地點(diǎn)的測(cè)量值，所以只需測(cè)量點(diǎn)21、26 噴泉開(kāi)放時(shí)的負(fù)離子值B21、B26，另外測(cè)量了B1（福建師范大學(xué)圖書(shū)館前噴泉）、B2（福州大學(xué)圖書(shū)館前噴泉）.B2剛好是點(diǎn)16的值.測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表6.

計(jì)算噴泉對(duì)空氣負(fù)離子的影響程度值

m5=902.5/m=2.13.

噴泉因?yàn)殪F化分解了水，容易產(chǎn)生較多的負(fù)離子，作用明顯強(qiáng)于靜態(tài)水和動(dòng)態(tài)水.

3.2.4 室內(nèi)外的空氣負(fù)離子水平對(duì)比

大學(xué)城校園主要有五類(lèi)室內(nèi)環(huán)境，教室、辦公室、圖書(shū)館、宿舍以及餐廳.為了便于測(cè)量和比較，從福建師范大學(xué)選取了與五個(gè)類(lèi)型室內(nèi)環(huán)境對(duì)應(yīng)的五個(gè)測(cè)量點(diǎn)，并測(cè)量就近的室外空曠處負(fù)離子值作為參照.表7描述了五個(gè)點(diǎn)的具體位置和測(cè)量值.

表7 室內(nèi)外空氣負(fù)離子濃度值Tab.7 Negative air ions concentration of indoor and outdoor

室內(nèi)的負(fù)離子濃度均呈現(xiàn)低水平，沒(méi)有達(dá)到保證健康所需要的負(fù)離子濃度，而且遠(yuǎn)低于室外的負(fù)離子濃度.空間越狹小，空氣越缺乏流通，則負(fù)離子的濃度就越低.所以在條件允許的情況下，要讓室內(nèi)保持與室外空氣的流通，同時(shí)在工作學(xué)習(xí)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)經(jīng)常到室外呼吸空氣，防止因空氣質(zhì)量差誘發(fā)一些疾病.

3.2.5 空氣負(fù)離子的日變化

空氣負(fù)離子的濃度不僅在空間上分布不均勻，同一地點(diǎn)在不同時(shí)刻空氣負(fù)離子的濃度也出現(xiàn)不同的值.一方面因?yàn)樨?fù)離子空間分布不均勻，而空氣的流動(dòng)會(huì)使同一地點(diǎn)的空氣產(chǎn)生變化；另一方面，一些生物也會(huì)因?yàn)樘?yáng)高度以及溫度濕度等的變化而變化.為了避免人為的日?；顒?dòng)對(duì)日變化產(chǎn)生的明顯影響，把研究日變化的測(cè)量點(diǎn)選在點(diǎn)29、點(diǎn)1、點(diǎn)22，分別位于閩江學(xué)院樹(shù)木綠化地、福建師范大學(xué)南區(qū)操場(chǎng)、福建醫(yī)科大學(xué)湖邊.測(cè)量時(shí)間分別點(diǎn)29 為2012 年12 月31 日，點(diǎn)1 為2013 年1 月6 日，點(diǎn)22 為2013 年1 月14 日.時(shí)間從9：00—21：00，每2h 測(cè)量1次.測(cè)量環(huán)境均為晴天，微風(fēng).結(jié)果見(jiàn)圖2.

圖2 空氣負(fù)離子的日變化Fig.2 Diurnal variation of Negative air ions concentration

從折現(xiàn)圖（圖2）可以清楚地發(fā)現(xiàn)，在三個(gè)測(cè)量點(diǎn)，均在下午15 時(shí)出現(xiàn)一個(gè)高點(diǎn)，因?yàn)闇y(cè)量點(diǎn)選擇已避免人為活動(dòng)的影響，所以我們可以推測(cè)午后植物的光合作用較強(qiáng)烈，使得空氣負(fù)離子的濃度上升.因此可見(jiàn)光合作用的確能夠使植物的代謝產(chǎn)生負(fù)離子.同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)空氣負(fù)離子濃度從17：00到21：00均表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，也反面證明光合作用對(duì)負(fù)離子的貢獻(xiàn)作用.反映了白天的空氣負(fù)離子濃度一般高于夜晚的空氣負(fù)離子濃度.

3.2.6 天氣情況與空氣負(fù)離子濃度的關(guān)系

在晴空萬(wàn)里的時(shí)候，我們總感覺(jué)心情舒暢，而陰雨天氣不僅讓人心情煩悶，甚至壓抑難受.當(dāng)然這其中有多方面因素的結(jié)果，不過(guò)經(jīng)過(guò)對(duì)不同天氣空氣負(fù)離子濃度的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)這些情況發(fā)生的一部分原因還是因?yàn)榭諝庵胸?fù)離子濃度的變化.因?yàn)闅庀鬆顩r復(fù)雜多變，難以對(duì)每一種氣象情況都記錄.這里選擇較典型的晴天、陰天、小雨天為研究對(duì)象，選擇師大校園內(nèi)點(diǎn)1（南區(qū)操場(chǎng)）、點(diǎn)3（圖書(shū)館前湖邊）、點(diǎn)4（理工樓前）.晴天選擇的時(shí)間為2013 年1 月14 日，陰天選擇的時(shí)間為2013年1月17日，雨天選擇2013年1月11日.測(cè)量時(shí)間均為下午14：00左右.

圖3是三個(gè)測(cè)量點(diǎn)在不同天氣測(cè)量結(jié)果繪制的柱狀圖，根據(jù)柱狀高度的變化，我們可以直觀地發(fā)現(xiàn)空氣負(fù)離子濃度的變化規(guī)律是“晴天＞陰天＞雨天”.

圖3 天氣情況與空氣負(fù)離子濃度的關(guān)系Fig.3 Relationship of Negative air ions concentration and weather

天氣變化會(huì)引起溫度、濕度、光照強(qiáng)度等的變化，如果不考慮溫度變化對(duì)負(fù)離子濃度的影響，同時(shí)上面在日變化的研究中已經(jīng)驗(yàn)證光照對(duì)負(fù)離子的促進(jìn)作用，可以推測(cè)空氣中相對(duì)濕度越大，負(fù)離子濃度越低，二者呈負(fù)相關(guān).為了證明該推測(cè)的真實(shí)性，在測(cè)量三個(gè)地點(diǎn)不同天氣負(fù)離子值的時(shí)候，也記錄了當(dāng)時(shí)的相對(duì)濕度值.因?yàn)槿齻€(gè)地點(diǎn)距離較近，濕度值接近，這里只研究一個(gè)點(diǎn)的相關(guān)情況.另為了防止光照強(qiáng)度差異較大影響結(jié)果，只分析陰天與雨天，并將兩種天氣狀況的光照強(qiáng)度等同看待.結(jié)果見(jiàn)圖4.

圖4 相對(duì)濕度與空氣負(fù)離子濃度的關(guān)系Fig.4 Relationship of Negative air ions concentration and relative humidity

圖4反映了了相對(duì)濕度與空氣中負(fù)離子濃度的負(fù)相關(guān)性.這主要是因?yàn)楫?dāng)空氣濕度增大時(shí)，空氣中的水汽含量高，其半徑大，導(dǎo)致負(fù)離子附著在水汽離子上發(fā)生沉降，使得空氣中的負(fù)離子濃度降低.但是該氣象變化產(chǎn)生的變化多樣且復(fù)雜，無(wú)法做到完全控制變量，該結(jié)果是在不考慮其他影響因素的前提下得出的.

4 主要結(jié)論與建議

1）福州大學(xué)城空氣質(zhì)量水平一般.福州大學(xué)城位于福州遠(yuǎn)郊地帶，處于旗山腳下，與市區(qū)有烏龍江隔斷，故空氣質(zhì)量應(yīng)該處于較高水平.但是城市建設(shè)腳步的加快，大學(xué)城及周邊的商業(yè)區(qū)、工業(yè)地等的開(kāi)發(fā)建設(shè)力度不斷加大，植被不斷減少，施工帶來(lái)的粉塵、廢氣等使空氣質(zhì)量下降.因此，福州大學(xué)城空氣的整體質(zhì)量水平處于維持健康基本需要水平，并未能達(dá)到清新的狀態(tài)，而且在大學(xué)城中心區(qū)，緊鄰上街鎮(zhèn)中心商業(yè)中心，空氣負(fù)離子濃度更是偏低，空氣不清新.

2）福州大學(xué)城急需維護(hù)和改善空氣質(zhì)量.空氣負(fù)離子被有些學(xué)者稱為“空氣維生素”，它對(duì)人類(lèi)健康有著多方面的積極作用，呼吸負(fù)離子濃度高的空氣可以使人興奮、穩(wěn)定情緒、集中精力、防止疾病發(fā)生等；但是如果濃度很低，對(duì)人類(lèi)又產(chǎn)生諸多不良的影響，如引起頭痛、失眠、疲倦、呼吸道疾病、過(guò)敏、煩躁等.特別在大學(xué)城這樣一個(gè)科研、學(xué)習(xí)、教學(xué)、學(xué)術(shù)交流的文化集中地，良好的空氣質(zhì)量更是人們所需要的.因此，建設(shè)部門(mén)在規(guī)劃建設(shè)上要注重綠化，特別強(qiáng)調(diào)植樹(shù)型的綠化.同時(shí)在校園內(nèi)引入活水，讓校園的水系統(tǒng)活動(dòng)起來(lái)，并適當(dāng)增加噴泉的開(kāi)放時(shí)間，提升小環(huán)境負(fù)離子濃度，提升空氣質(zhì)量.

3）師生要科學(xué)選擇學(xué)習(xí)工作的時(shí)間和地點(diǎn).室內(nèi)的空氣負(fù)離子值明顯低于室外的空氣負(fù)離子值，并且室內(nèi)空間越狹小，越缺乏通風(fēng)，負(fù)離子濃度可能越低.學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候應(yīng)該避免在宿舍、人多的教室等長(zhǎng)時(shí)間學(xué)習(xí)，應(yīng)該盡量選擇通風(fēng)良好、空間較大的地方，同時(shí)中間應(yīng)該經(jīng)常到室外進(jìn)行活動(dòng)呼吸.在好天氣的時(shí)候多到室外活動(dòng)，選擇草坪、樹(shù)蔭學(xué)習(xí)和休閑也不失為一個(gè)好的選擇.

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