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ELEMENTOS TRAZA Y NUTRIENTES EN SUELOS Y HERBÁCEAS DEPARQUES Y ZONAS VERDES DE SEVILLA

F. MADRID, E. DÍAZ-BARRIENTOS, L. MADRID (*)Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla (C.S.I.C.), Apartado 1052,41080 Sevilla, madrid@irnase.csic.es (*) Autor para correspondencia.

Abstract. The use of urban soils, unlike the traditional agricultural use of soils in rural areas, is in mostcases of a recreational and ornamental character. For that reason it is often forgotten or disregarded thaturban soils have a direct influence on public health. Such urban soils receive significant inputs of pollutantsfrom human activities, and they can enter organisms as airborne dust, by direct contact or even by ingestion.It is thus necessary to know the quality of urban soils, especially concerning pollutant concentration and avai-lability.

Urban soils of Sevilla were sampled in 154 sites, 85 of them covered by grasses. Soils were charac-terised and their contents in potentially toxic metals (PTM) were measured, both by aqua regia digestion(pseudo totals) and by extraction with 0.05 M EDTA (available fraction). The concentrations of PTM in thegrasses were also determined.

Most soils were found to be neutral, rich in lime, low organic matter contents and particle size distri-butions within the various loam classes.

An incipient or moderate pollution in Cu, Pb and Zn is observed, particularly within the historic quar-ters, as well as low contents of other PTM. Concentrations of PTM in the grasses are quite comparable tothose commonly found in non-polluted areas. The relationship between metal grass contents and soil con-centrations is highly significant only in the case of Cd or Zn, but not for the other metals.

Multivariate analysis shows that no relation exists between metals in soils and in plants in any case,but a strong association exists among the soil concentrations of Ba, Cu, Pb and Zn and that of organic mat-ter.

It is concluded that urban soils of Sevilla show an incipient to moderate pollution with PTM in somesites, particularly in areas close to the historic centre, where a periodic monitoring is recommended. Appli-cation of some non-toxic material with metal-immobilising power might be convenient to reduce metal avai-lability.

Key words: Urban soils, toxic metals, metals in grass, pollution.

Resumen. La función de los suelos urbanos frecuentemente no es la tradicional de suelos agrícolas,ya que sobre todo es estética y recreativa, por lo que suele olvidarse que estos suelos tienen una influenciadirecta sobre la salud de los ciudadanos, considerándose poco significativa. Sin embargo, estos suelos reci-ben aportaciones muy significativas de contaminantes procedentes de diversas actividades humanas, y pue-den introducirse en el organismo como polvo en suspensión, por contacto directo e incluso por ingestión.Es pues necesario conocer la calidad de los suelos urbanos, especialmente el contenido y disponibilidad decontaminantes.

Se escogieron 154 suelos urbanos de Sevilla, 85 de ellos cubiertos por herbáceas. Los suelos se ca-racterizaron y se midieron sus contenidos en metales potencialmente tóxicos (MPT) por digestión con aguaregia (pseudo totales) y extracción con EDTA 0,05 M (fracción disponible). Igualmente se midieron los mis-mos metales en las herbáceas.

La mayoría de las muestras son neutras, calizas, con materia orgánica baja y distribuciones de tama-

MADRID et al.

INTRODUCCIÓN

La mayoría de los suelos en áreas urba-nas cumplen funciones diferentes de la tradi-cional en zonas rurales como medio deproducción de alimentos. Son evidentes en sue-los urbanos su función estética y recreativa enparques y jardines públicos y su contribución apreservar la biodiversidad. Por otra parte, enáreas urbanas el suelo tiene una influencia di-recta sobre la salud de los ciudadanos frecuen-temente olvidada o considerada como poco

significativa. Esta tendencia a minimizar la im-portancia de los suelos urbanos en la salud hu-mana es, en parte, la causa de que sólo algunospaíses incluyan en sus normativas medioam-bientales límites máximos específicos en loscontenidos de metales potencialmente tóxicos(MPT) para suelos de áreas residenciales y deesparcimiento, y en la mayoría de los países seestablecen valores umbral o indicativos parasuelos en general, sin especificar uso. Algunosejemplos al respecto se enumeran en la tabla 1.Sin embargo, los suelos urbanos están expues-

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ños de partículas equilibradas.Se observa una contaminación incipiente en Cu, Pb y Zn, especialmente en el casco antiguo, y con-

tenidos bajos de otros MPT. Los contenidos en las herbáceas son comparables a los considerados normales.La relación entre el Cd y el Zn de las plantas y de los suelos (totales o disponibles) es muy significativa, aun-que no para otros metales.

El análisis multivariante confirma que no existe relación entre los metales en los suelos y las plantas.Sí existe fuerte asociación entre el Cu, Pb y Zn de los suelos y la materia orgánica.

La contaminación con metales en suelos de Sevilla puede considerarse como moderada o incipiente,pero conviene realizar un seguimiento en algunos puntos, en especial en jardines cercanos al casco antiguo.En tales casos se recomienda enmendar los suelos de estos puntos con sustancias inocuas inmovilizadorasde metales.

Palabras clave: Suelos urbanos, metales tóxicos, metales en herbáceas, contaminación.

TABLA 1. Límites aceptables máximos (mg kg-1) establecidos en varios países o regiones para los conteni-dos de algunos MPT en suelos para los usos especificados.

ELEMENTOS TRAZA EN SUELOS URBANOS DE SEVILLA

tos a aportaciones muy significativas de conta-minantes diversos procedentes del tráfico, acti-vidades industriales, desechos, etc., y susubstrato está frecuentemente mezclado conmateriales antropogénicos que modifican sus

propiedades (Bullock y Gregory, 1991). Debetenerse en cuenta además que los suelos urba-nos pueden introducirse en el organismo comopolvo en suspensión, por contacto directo, e in-cluso por ingestión (De Miguel et al., 1997;

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FIGURA 1. - Situación de los puntos de muestreo.

a Sitios residenciales, recreativos e institucionales (Ministère de l’Environnement du Québec, 2001).b Zonas residenciales y de parques (Canadian Council of Ministers of the Environment, 2001).c Zonas verdes y residenciales (Ministero dell’Ambiente, 1999).d “KM”, tierras con uso “sensible” (residenciales, guarderías infantiles, agrícolas, etc.) (Swedish Environ-mental Protection Agency, 1997).e No se hace distinción para ningún uso específico.f Valores “diana” y de “intervención” (Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieu-beheer, 2000).g Valores “límite”, de “advertencia” y “críticos” (Anónimo, 1997).h Se dan valores diferentes para pH menor o mayor que 7.i (Ministerios da Agricultura, Desenvolvimento Rural e das Pescas e do Ambiente, 1996).j Parques (Sociedad Pública de Gestión Ambiental, 2002).k Valores propuestos como de “investigación requerida”. Se dan intervalos en lugar de valores específicos(Aguilar et al., 1999).l Valores “umbrales” (ICRCL) (Department of the Environment, 1987).m Jardines y parcelas de cultivo domésticas.n Parques, campos de juego y espacios abiertos.o Cualquier uso donde crezcan plantas.p Valores guía típicos para áreas residenciales sin recogida de plantas (CLEA) (Department of the Envi-ronment, Food and Rural Affairs, 2002).

MADRID et. al.32

Mielke et al., 1999). Una revisión de las impli-caciones directas de los suelos contaminadosen la salud humana no relacionada con la pro-ducción de alimentos ha sido dada por Abra-hams (2002).

Es por tanto importante el conocimientode las características de los suelos de las gran-des ciudades, con vistas a mejorar la calidad devida de sus habitantes. En España se han pu-blicado algunos estudios sobre suelos urbanosde Madrid (De Miguel et al., 1998), Salamanca(Sánchez-Camazano et al., 1994) y Valladolid(Sánchez-Martín et al., 2000). En los últimosaños hemos realizado un estudio de los suelosurbanos de Sevilla con un número limitado demuestras restringidas a algunos de los parquesprincipales de la ciudad (Madrid et al., 2002,2004). Una generalización o comprobación delas conclusiones alcanzadas en aquel estudioprecisa un muestreo más detallado que incluyanumerosos puntos no considerados en aquellosestudios previos, como son otros parques peri-féricos y numerosos jardines de pequeño ta-maño situados en plazas públicas del cascoantiguo con abundante afluencia de visitanteso a lo largo de avenidas de tráfico intenso. Enel texto que sigue se describen algunos de losresultados así obtenidos.

MATERIAL Y MÉTODOS

Un total de 154 puntos se eligieron den-tro de los límites urbanos de Sevilla. En 85 deellos los suelos estaban cubiertos por plantasherbáceas (grama o césped). Los puntos apare-cen en la figura 1.

Los suelos se muestrearon a una profun-didad de 0-10 cm, evitando utilizar material deacero inoxidable. En parques y jardines, cadamuestra se obtuvo mezclando tres sub muestrastomadas al azar dentro de 1 m2. En los bordesde avenidas y en las orillas del río, cada mues-tra se obtuvo mezclando tres sub-muestras to-madas a lo largo de unos 10 m, a una distanciamáxima de 2 m de la calzada o del río. En todos

los puntos cubiertos de herbáceas se tomaronmuestras de éstas.

Los suelos se secaron al aire y se tami-zaron a 2 mm. Una porción de cada muestra semolió hasta < 0.5 mm para digestión con aguaregia. La distribución de tamaños de partículase determinó por el método del hidrómetro(Gee y Bauder, 1986). El pH se determinó enagua (1:2.5), conductividad eléctrica en el ex-tracto 1:5 en agua, el contenido de carbonatos(expresado en equivalente de carbonato cál-cico) por el método manométrico, materia or-gánica por oxidación con K2Cr2O7, Pdisponible por extracción (1 g:20 ml) conNaHCO3 0.5 M a pH 8.5, y K disponible porextracción de 5 g con 50 ml de NH4CH3COO1 M a pH 7 (Page et al., 1982). Los MPT se ex-trajeron de 1 g durante una hora con 10 ml deEDTA 0.05 M (Ure et al., 1993) y por diges-tión de 1 g de suelo con 4 ml de agua regia du-rante 15 minutos en horno microondas(Kingston y Haswell, 1997). La extracción conEDTA se incluyó porque se admite que da unabuena estimación de la fracción disponible paralas plantas (Quevauviller et al., 1997; Aramba-rri et al., 1999). La digestión con agua regia seconsidera adecuada para determinar los conte-nidos totales recuperables en suelos (Vercou-tere et al., 1995), de tal forma que los metalesresiduales no liberados por el agua regia se su-ponen unidos principalmente a silicatos, y seconsideran poco importantes en lo que respectaa movilidad y comportamiento de dichos me-tales (Niskavaara et al., 1997; Chen y Ma,2001). Las cantidades extraídas por agua regiase consideran frecuentemente como “pseudototales”, y se relacionan con el riesgo de tomadirecta de metales por personas y animales(Gupta et al., 1996).

Las muestras de herbáceas se analizarondespués de lavarlas con agua desionizada y se-carlas a 70ºC durante 48 horas, moliéndolas ydigiriendo 0.5 g en 4 ml de HNO3 concentradodurante 15 minutos en horno microondas(Jones y Case, 1990). Las mezclas se filtraron

ELEMENTOS TRAZA EN SUELOS URBANOS DE SEVILLA 33

a continuación por papel Whatman núm. 2 ylos volúmenes se completaron hasta 50 ml.

Las concentraciones de MPT se determi-naron por ICP-OES. Todos los productos quí-micos fueron de calidad analítica y seincluyeron blancos en cada tanda de extraccio-nes. Se evitó el uso de materiales de acero in-oxidable en todo momento y periódicamente seincluyeron materiales de referencia (CRM-600para EDTA, CRM-141R para agua regia, yCRM-281 para digestión de plantas). Desvia-ciones de ±10 % de los valores certificados seconsideraron aceptables.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la figura 2 se han representado las tex-turas de todas las muestras, según la clasifica-ción del USDA. La mayor parte de las muestraspresentan textura franca (49) o franco-arcillosa(32), seguidas por la franco-arcillo-limosa (18),franco-limosa y franco-arenosa (ambas con16). Por tanto, la mayoría de los suelos de Se-villa presentan distribuciones de tamaño de par-tículas equilibradas, favoreciendo una buenaretención de agua sin excesiva tendencia al en-charcamiento.

FIGURA 2. Texturas de las muestras de suelos urbanos de Sevilla.

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La tabla 2 presenta un resumen de los re-sultados obtenidos para las propiedades gene-rales de los suelos. Puede observarse quepresentan valores de pH neutros o ligeramentebásicos, con contenidos moderadamente altosen carbonatos y valores generalmente bajos demateria orgánica. En general, salvo el pH todaslas variables estudiadas presentan amplios in-tervalos de valores, si bien los coeficientes devariación, cociente entre la desviación típica yla media (no se muestra), no son muy elevadosen la mayoría de los casos, indicando que losvalores muy bajos o muy altos de cada variableno son frecuentes y pueden considerarse ex-cepcionales. Los contenidos en nutrientes pue-den considerarse adecuados para el crecimientovegetal en general, incluso en algunos casospueden considerarse altos, quizás debido a fer-tilizaciones frecuentes por parte de los servi-cios de parques y jardines.

La tabla 3 muestra los contenidos en di-versos metales, tanto solubles en EDTA 0.05 M

como extraídos por digestión con agua regia(pseudo totales), así como la razón entre lasfracciones más lábiles, estimadas con EDTA, ylos pseudo totales. Esta razón nos puede daruna idea de la “disponibilidad” relativa de cadametal. Como estimación de los contenidos to-tales, los metales solubles en agua regia de latabla 3 pueden compararse con los límites es-tablecidos en diversos países (Tabla 1), lo quenos dará una idea de la situación en que se en-cuentran estos suelos.

Los límites en los contenidos de MPTpropuestos para Andalucía no son rebasadospor los suelos de Sevilla en la mayoría de loscasos. Sólo destacan dos casos: el valor má-ximo encontrado para el Pb (751 mg kg-1) su-pera ampliamente los intervalos propuestospara Andalucía y que aparecen en la tabla 1,mientras que el máximo para Cu (365 mg kg-1)está dentro del intervalo de valores definidoscomo de “investigación requerida” para pH delsuelo superior a 7. El máximo encontrado para

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TABLA 2. Medias, medianas, máximos, mínimos y desviaciones típicas de algunas propiedades de los sue-los estudiados.

a Equivalente en carbonato cálcico.b Carbono orgánico.c Tamaños de partícula según el Departamento de Agricultura de EEUU (ver figura 2).d Capacidad de intercambio catiónico.

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TABLA 3. Medias, medianas, máximos, mínimos y desviaciones típicas de los metales disueltos por ex-tracción con EDTA 0.05 M o por digestión con agua regia, así como de la relación entre las cantidades ex-traídas por ambos métodos.

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el Zn entra en el intervalo de valores propues-tos para suelos con pH menor de 7, pero no enel de pH mayor. El valor máximo observadopara el Pb supera también el límite establecidoen Euskadi para parques, pero el sistema se-guido en esta comunidad autónoma para calcu-lar los límites de Cu y Zn no permite lacomparación para estos dos metales (SociedadPública de Gestión Ambiental, 2002). Algunoslímites definidos en otros países son amplia-mente superados por estos tres metales en Se-villa: el máximo para el Cu supera los límitesestablecidos para zonas residenciales o simila-res de Canadá y de su región autónoma de Qué-bec, con normativa propia, así como de Italia oSuecia. También supera otros límites no espe-cíficamente definidos para zonas residencialeso recreativas, como son los establecidos en losPaíses Bajos, Eslovenia, Portugal o el ReinoUnido (antes de 2002). Algo similar ocurre conel Pb y, en menor medida, con el Zn. OtrosMPT, como Cr o Ni, superan sólo ocasional-

mente alguno de los límites de la tabla 1 y nopresentan por tanto situaciones preocupantes enlos suelos de Sevilla. Parece por tanto aconse-jable un seguimiento de la contaminación (quepodríamos considerar como moderada o inci-piente) con Cu, Pb y Zn de los suelos urbanosen Sevilla (y posiblemente en muchas otrasgrandes ciudades españolas). Por otra parte,considerando las dificultades que implica la eli-minación de un exceso de metales en los sue-los, parece también recomendable eltratamiento de los suelos de Sevilla más ex-puestos a contaminación por MPT con en-miendas que lleven a la inmovilización deéstos. El uso de suelos para la producción dealimentos dentro de la ciudad es muy escaso yen la mayor parte de los casos de carácter mar-ginal, pero no deben olvidarse otros riesgospara la población causados por un exceso deMPT en los suelos (Abrahams, 2002; Mielke etal., 1999).

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TABLA 4. Concentraciones de MPT en herbáceas de las zonas verdes de Sevilla.

En la tabla 4 se han resumido las concen-traciones de MPT encontradas en las plantas delos 85 puntos donde los suelos se encontraroncubiertos con herbáceas. Los valores medios

son comparables a los valores dados por Bar-gagli (1998) para hierbas silvestres en zonas nocontaminadas de Europa y a los consideradoscomo normales en plantas (Greger, 1999).

ELEMENTOS TRAZA EN SUELOS URBANOS DE SEVILLA

En la tabla 5 se muestran los coeficientesde correlación lineal encontrados ente estasconcentraciones y las cantidades extraídas delsuelo respectivo con EDTA o por digestión conagua regia (pseudo totales). En la tabla 5 se hanincluido también las pendientes calculadas paralos ejes mayores reducidos (Webster, 1997).Mientras que la relación entre el Cd o el Zn enlas herbáceas y los contenidos en los suelos esfuertemente significativa, los otros metales pre-sentan relaciones no significativas, o sólo dé-bilmente significativas en los casos de Fe o Mndisueltos por agua regia y el Pb extraído conEDTA. Sin embargo, en ninguna de estas rela-ciones significativas se encuentran valores altosde los contenidos en plantas para los contenidosmás altos en el suelo, debido a que los ejesprincipales reducidos calculados tienen en la

mayoría de los casos pendientes pequeñas. Pa-rece por tanto que la aparente situación de mo-derada contaminación en algunos suelos deSevilla no se refleja en unos contenidos altosde metales en las plantas. La ausencia de rela-ción entre los MPT del suelo y sus concentra-ciones en las herbáceas se puso de manifiestoigualmente por medio del análisis multiva-riante. La tabla 6 muestra un resumen de los re-sultados del análisis de componentesprincipales, con rotación Varimax, aplicado avarios MPT del suelo y de las plantas y al con-tenido en C orgánico del suelo. La inclusión deotras propiedades de los suelos o de otros MPTno mejoró la proporción de varianza explicada,o bien dio como resultado bajos valores de co-munalidad, por lo que se excluyeron del análi-sis final. Como ya se encontró anteriormente

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TABLA 5. Correlaciones entre los contenidos de cada MPT en las herbáceas existentes en 85 puntos demuestreo y las concentraciones en los suelos correspondientes, disponibles (extraídos con EDTA 0.5 M) ypseudo-totales ( disueltos por digestión con agua regia).

(1) Coeficiente de correlación lineal.(2) Significación: **** P < 0.001. *** P < 0.01. **P < 0.02. * P < 0.05.

n. s. No significativo.(3) Pendiente del eje principal reducido (Webster, 1997).

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para un conjunto de muestras de suelos de Se-villa más limitado (Madrid et al., 2004), existeuna fuerte asociación entre los contenidos deCu, Pb y Zn de los suelos (extraídos tanto poragua regia como por EDTA) y la materia orgá-nica dentro del primer componente principal.En el caso presente se ha incluido también elBa, y también este metal resulta asociado en elprimer componente del análisis con los otrostres citados. Este resultado está en consonanciacon la conclusión de De Miguel et al. (1997),según la cual Ba, Cu, Pb y Zn forman parte delgrupo de metales considerados de origen “ur-

bano”. En cambio otros MPT del suelo, Ni y Cr(componente 2), y los contenidos en las plantas(componentes 3 y 4) aparecen en la tabla 6 aso-ciados con factores o componentes diferentes,mostrando así la falta de relación entre los con-tenidos en el suelo y las plantas. La separaciónde los MPT de los suelos en dos grupos, obser-vada aquí, se ha encontrado también en suelosurbanos de otras ciudades europeas (Biasioli etal., The soils of three cities in Southern Europe,enviado para publicación en European Journalof Soil Science).

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TABLA 6. Análisis de componentes principales: coeficientes de correlación entre el carbono orgánico en sue-los, metales de los suelos solubles en agua regia o extraídos con EDTA, y en plantas, y los primeros cuatrofactores tras rotación Varimax, junto con los autovalores y porcentajes de varianza explicada por cada fac-tor. Las correlaciones iguales a o mayores que 0.6 están resaltadas. La comunalidad indica la proporción dela varianza de cada variable explicada por los cuatro factores.

ELEMENTOS TRAZA EN SUELOS URBANOS DE SEVILLA

En la figura 3 se han representado deforma esquemática los contenidos pseudo tota-les de Cu encontrados en los diversos suelosmuestreados durante este estudio. Las cantida-des extraídas con EDTA y los resultados paraPb y Zn siguen distribuciones muy similares ala encontrada para el Cu, por lo que no se

muestran aquí. Lo mismo puede decirse del Ba,aunque con diferencias menos marcadas. Comopuede observarse, generalmente los contenidosmás altos de Cu se concentran en las proximi-dades del casco antiguo de la ciudad, situadoen el área central izquierda de la fotografía par-cialmente rodeado por el meandro del río. Otras

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FIGURA 3. Distribución espacial de las concentraciones de Cu extraído por digestión con agua regia en lasmuestras de suelos.

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zonas verdes más modernas, incluso parquesrodeados por carreteras con un tráfico superiora 100000 vehículos de motor por día, general-mente no muestran contenidos en ese metal es-pecialmente elevados. Parece por tanto que laaparente contaminación con algunos MPT delos considerados de origen “urbano” según DeMiguel et al. (1997) tiene un origen que podrí-amos llamar “histórico”. El cambio a combus-tible sin plomo es probable que frene laacumulación de este metal, pero no de otrosMPT relacionados con otras causas de carácterantropogénico (lubricantes, desgaste de alea-ciones metálicas, posible uso de enmiendas or-gánicas de baja calidad, etc.).

CONCLUSIÓN

Como resumen de los resultados expues-tos podemos decir que, aunque la situación engeneral no es alarmante, los contenidos relati-vamente altos encontrados en algunos puntosaconsejan someter dichos puntos a una vigi-lancia periódica, e incluso considerar la posi-bilidad de someter dichos puntos a tratamientoscon materiales inocuos, como pueden ser de-terminados minerales u otros materiales sinté-ticos específicamente recomendados en labibliografía como activos inmovilizadores demetales para reducir la disponibilidad de éstos.En el momento presente estamos ensayando losefectos de algunos de estos materiales en expe-rimentos “in situ” en puntos escogidos de laciudad acompañados de experimentos en el la-boratorio, en colaboración con el Servicio deParques y Jardines del Excmo. Ayuntamientode Sevilla.

AGRADECIMIENTOS

Los autores manifiestan su agradeci-miento al Dr. D. Eduardo Ruiz Cortés, Dª.Rocío Reinoso Limones y D. Francisco J. Fer-nández Farrán por los muestreos y análisis quí-micos y por la confección de la Figura 1, al

Excmo. Ayuntamiento de Sevilla por su cola-boración durante el proceso de muestreo, y a laComisión Europea y la Dirección General deInvestigación del Ministerio de Educación yCiencia por la ayuda económica a los proyectosde investigación EVK4-CT-2001-00053 yCTM2005-02256, respectivamente.

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