陳菁
(莆田學(xué)院環(huán)境與生命科學(xué)系,福建莆田351100)
城市化是指人口向城市地區(qū)集中和農(nóng)村地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘械貐^(qū)的過(guò)程[1]。城市化具有多維涵義,它主要包括人口遷移、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、空間擴(kuò)張和生活提高之間互相聯(lián)系、互相促進(jìn)。其中,經(jīng)濟(jì)發(fā)展是基礎(chǔ),人口遷移和地域擴(kuò)張是表現(xiàn),生活水平提高是最終結(jié)果或目標(biāo)[2]。而生態(tài)環(huán)境是指與生物體相互作用的資源環(huán)境或與生物體進(jìn)行物質(zhì)能量流動(dòng)眾多因素的集合[3]。根據(jù)生態(tài)環(huán)境諸要素對(duì)城市化的不同作用,可將生態(tài)環(huán)境劃分為生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀、生態(tài)環(huán)境壓力和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。城市化與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系就是城市化中的人口、經(jīng)濟(jì)、空間和社會(huì)城市化的4個(gè)方面與生態(tài)環(huán)境的3個(gè)子環(huán)境之間的相互作用、相互耦合中形成的。城?市化與生態(tài)環(huán)境是一種相互作用、交互耦合的關(guān)系。其人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源能源消耗和城市的地域擴(kuò)張都對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生脅迫作用,而另一方面,生態(tài)環(huán)境通過(guò)環(huán)境選擇、人口遷移、資金分配、政策制度影響和環(huán)境變化等都對(duì)城市化的進(jìn)程產(chǎn)生約束作用。
地學(xué)信息圖譜是進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái),由著名地理學(xué)家陳述彭等首次提出,是中國(guó)科學(xué)家首創(chuàng)的一種新概念和新方法[4-6]。它是按照一定指標(biāo)遞變規(guī)律或分類規(guī)律排列的一組能夠反映地球科學(xué)時(shí)空信息規(guī)律的數(shù)字形式的地圖、圖表、曲線或圖象[7]。目前在地學(xué)信息圖譜的研究主要有:(1)對(duì)定義和科學(xué)內(nèi)涵的理解[8-9];(2)總結(jié)地學(xué)信息圖譜的理論基礎(chǔ)[10-11];(3)理論體系與技術(shù)手段方面的研究[12-13];(4)進(jìn)行地學(xué)信息圖譜的應(yīng)用實(shí)例的研究[14-15]。對(duì)城市化過(guò)程中的生態(tài)環(huán)境的圖譜研究主要是以生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)為信息源,經(jīng)過(guò)圖形思維與抽象概括,并以計(jì)算機(jī)多維動(dòng)態(tài)可視化技術(shù),顯示城市化和生態(tài)環(huán)境耦合的空間形態(tài)結(jié)構(gòu)與時(shí)空變化規(guī)律[16-17]。本文主要通過(guò)城市化與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系的研究,結(jié)合地學(xué)信息圖譜的方法論,利用耦合度和耦合協(xié)調(diào)度模型,對(duì)城市化和生態(tài)環(huán)境之間的耦合關(guān)系進(jìn)行定量分析,以圖譜的形式來(lái)表達(dá)二者之間的耦合關(guān)系。
福建省地處中國(guó)東南部,陸域介于北緯 23°30′-28°22′,東經(jīng) 115°50′-120°40′之間,東西最寬約為 480 km,南北最長(zhǎng)約為530 km,陸域面積12.4萬(wàn)km2,海域面積為13.63萬(wàn)km2,海岸線總長(zhǎng)6 128 km,其中大陸線3 752 km,居全國(guó)第一位。福建省氣候溫和,雨量充沛,擁有豐富的自然資源。福建省人均土地資源和耕地面積遠(yuǎn)低于全國(guó)平均水平,人地矛盾突出。近10年來(lái),土地利用/土地覆蓋結(jié)構(gòu)變化劇烈,耕地面積銳減,居民點(diǎn)和工礦用地以及園地迅速擴(kuò)大,交通用地顯著增加,未利用地大面積開(kāi)發(fā),土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整余地十分狹小。福建地表水資源比較豐富,但時(shí)空差異較大,洪澇干旱災(zāi)害頻繁發(fā)生,沿海水資源供需平衡矛盾突出,對(duì)局部生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定壓力。
福建省城市化水平存在明顯的區(qū)域差異。至2009年末,全省總?cè)丝谶_(dá)3 627萬(wàn)人,全年凈增人口23萬(wàn)人,城鎮(zhèn)化水平為51.4%,但是城市化水平呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異。首先,最主要的差異體現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展總體水平的差異,閩東南沿海地區(qū)和內(nèi)地沿主要交通干線地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平普遍高于閩西北、閩東北欠發(fā)達(dá)地區(qū)。其次,進(jìn)一步的差異主要體現(xiàn)為“人口城市化水平”和“城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)”的差異。在工業(yè)化基礎(chǔ)較好的地區(qū),第三產(chǎn)業(yè)興旺發(fā)達(dá),城鎮(zhèn)體系完善,這都是城市化進(jìn)程深化的表現(xiàn),是城市化向后城市化階段過(guò)渡的標(biāo)志,如福州市。但在一些工業(yè)基礎(chǔ)較薄弱地區(qū),或?qū)R月糜螛I(yè)等第三產(chǎn)業(yè)為支柱產(chǎn)業(yè)的地區(qū),盡管城市化總體水平不高,但第三產(chǎn)業(yè)與第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比卻較高,如武夷山市、寧德市,這是一種具有地方特色的城市化道路[18]。
本研究所使用的數(shù)據(jù)主要包括福建省及其各地市2007年統(tǒng)計(jì)年鑒及統(tǒng)計(jì)公報(bào),空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用1∶100萬(wàn)的中國(guó)國(guó)家自然地圖集(包含植被區(qū)劃圖、土地利用圖、土壤侵蝕圖、土壤區(qū)劃圖、人口密度圖等)。利用SPSS 16.0軟件對(duì)指標(biāo)層各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理以消除量綱的影響。由于城市化與生態(tài)環(huán)境之間存在耦合、互動(dòng)的關(guān)系,為了揭示它們之間發(fā)展的耦合強(qiáng)度與協(xié)調(diào)程度,根據(jù)指標(biāo)選取的主導(dǎo)性、層次性、動(dòng)態(tài)性和可操作性原則,分別對(duì)區(qū)域城市化和生態(tài)環(huán)境指標(biāo)予以篩選,建立指標(biāo)體系,如表1。
采用層次分析法確定指標(biāo)體系中各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。層次分析法的步驟主要包括:建立層次結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)造兩兩判斷矩陣、單準(zhǔn)則排序、一致性檢驗(yàn)、得出權(quán)重結(jié)論。本文在構(gòu)建福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合指標(biāo)的基礎(chǔ)上,以德?tīng)柗品橹饕椒?確定指標(biāo)體系中各指標(biāo)及各目標(biāo)層之間的權(quán)重關(guān)系,構(gòu)建了判斷矩陣 A 、B1、B2、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7。通過(guò)20位有權(quán)威和代表性專家對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行的評(píng)分之后 ,利用判斷矩陣 A 、B1 、B2 、C1 、C2 、C3 、C4 、C5 、C6 、C7和權(quán)重計(jì)算公式,見(jiàn)公式(1)。通過(guò)評(píng)定的各指標(biāo)的相對(duì)重要性,然后數(shù)量化確定各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重Wj,專家打分后綜合,得到各指標(biāo)的最終權(quán)重。最后通過(guò)滿意的一致性檢驗(yàn),認(rèn)為判斷矩陣具有一致性,說(shuō)明評(píng)價(jià)因素的權(quán)重分配是合理調(diào)整判斷矩陣。
式中:R——判斷矩陣;r ij—— 第 i行的指標(biāo)對(duì)第j列指標(biāo)的重要系數(shù);n——行或者列的指標(biāo)數(shù)量;Wj——第j列指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。通過(guò)專家的評(píng)分和計(jì)算,可以得到各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。具體各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重見(jiàn)表1。
表1 福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合指標(biāo)及其各層次權(quán)重分配表
耦合度就是描述系統(tǒng)或要素相互彼此作用影響的程度。系統(tǒng)由無(wú)序走向有序機(jī)理的關(guān)鍵在于系統(tǒng)內(nèi)部序參量之間的協(xié)同作用,它左右著系統(tǒng)相變的特征與規(guī)律,耦合度正是反映這種協(xié)同作用的度量[19]。由此,可以把城市化與生態(tài)環(huán)境兩個(gè)系統(tǒng)通過(guò)各自的耦合元素產(chǎn)生相互彼此影響的程度定義為城市-生態(tài)環(huán)境耦合度[20],它的大小反映了對(duì)區(qū)域社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境系統(tǒng)的作用強(qiáng)度和貢獻(xiàn)程度[21]。二者是一種相互作用、交互耦合的關(guān)系。本文中的城市化與生態(tài)環(huán)境耦合交互作用的模型由兩部分組成,即耦合度模型與耦合協(xié)調(diào)度模型[22]。
借鑒物理學(xué)中的容量耦合概念及容量耦合系數(shù)模型,可以得到城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合度函數(shù)[23]。對(duì)耦合度值C進(jìn)行劃分并定義,如表2。
由于每個(gè)地區(qū)的城市化與生態(tài)環(huán)境建設(shè)的影響因素都有其交錯(cuò)復(fù)雜、變化和不均衡的特性,單純依靠耦合度判別有可能產(chǎn)生誤導(dǎo),為此,構(gòu)造城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度函數(shù)[24-25],其目的是評(píng)判區(qū)域城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的協(xié)調(diào)程度。為便于使用,耦合協(xié)調(diào)度(D)可劃分為:(1)0<D≤0.446,為低度協(xié)調(diào)耦合;(2)0.446<D≤0.507,為中度協(xié)調(diào)耦合;(3)0.507<D≤0.6,為高度協(xié)調(diào)耦合。
本文利用層次分析法的加權(quán)求和法對(duì)福建省各縣市的城市化指數(shù)和生態(tài)環(huán)境指數(shù)進(jìn)行計(jì)算,并根據(jù)耦合度和耦合協(xié)調(diào)度模型,利用城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合度函數(shù)和耦合協(xié)調(diào)度函數(shù)對(duì)福建省各縣市的耦合指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果如表3所示。根據(jù)表3利用地學(xué)信息圖譜的方法建立耦合度和耦合協(xié)調(diào)度的空間格局圖,如圖1和圖2所示。
表2 城市化與生態(tài)環(huán)境耦合值劃分
圖1 福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合度空間格局圖
(1)2007年福建各個(gè)市區(qū)的城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的時(shí)序基本處在頡頏時(shí)期,但耦合度明顯存在著地域差異,如圖1所示。依據(jù)大小排序?qū)Φ貐^(qū)的耦合強(qiáng)度進(jìn)行劃分,可將福建67個(gè)縣市劃分為3類:①高強(qiáng)度耦合作用地區(qū);②低強(qiáng)度耦合作用地區(qū);③中等耦合強(qiáng)度的其它地區(qū)。
圖2 福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合協(xié)調(diào)度空間格局圖
(2)耦合協(xié)調(diào)度數(shù)值較小說(shuō)明城市發(fā)展與生態(tài)環(huán)境建設(shè)的目標(biāo)不盡一致,相互協(xié)調(diào)程度不夠。如圖2所示,從2007年福建耦合協(xié)調(diào)度的空間分布看,不僅福建省城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)的類型存在地區(qū)差異,而且耦合協(xié)調(diào)的程度也明顯存在著地域差異,市轄區(qū)的協(xié)調(diào)發(fā)展程度普遍高于其它地區(qū)。結(jié)合耦合協(xié)調(diào)度區(qū)間劃分的標(biāo)準(zhǔn),可以將福建省67個(gè)縣市劃分為3類:①高度協(xié)調(diào)地區(qū),說(shuō)明城市化與生態(tài)環(huán)境同步型、較理想;②低度協(xié)調(diào)地區(qū),說(shuō)明城市化發(fā)展超前型、超過(guò)生態(tài)環(huán)境承載力閾值范圍內(nèi);③中度協(xié)調(diào)地區(qū),說(shuō)明城市化發(fā)展滯后型、保持在環(huán)境承載力閾值內(nèi)。
表3 福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表
(3)對(duì)比圖1、圖2可得知,2007年福建省城市化與生態(tài)環(huán)境耦合強(qiáng)度與耦合協(xié)調(diào)程度在空間分布不具有對(duì)稱性,依據(jù)耦合度和耦合協(xié)調(diào)度的組合可以將67個(gè)地區(qū)劃分為8類,其分級(jí)面積比見(jiàn)圖3:①高強(qiáng)度耦合高水平協(xié)調(diào)發(fā)展型,主要是大部分市轄區(qū),屬于福建省經(jīng)濟(jì)發(fā)展最高水平地區(qū),其城市-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)環(huán)境顯示出互相促進(jìn),相互發(fā)展的態(tài)勢(shì);②高強(qiáng)度耦合中等水平協(xié)調(diào)發(fā)展型,包括莆田市轄區(qū)、寧德市轄區(qū)等一些經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)區(qū)域,其城市化發(fā)展與生態(tài)環(huán)境建設(shè)也顯得較為和諧;③高強(qiáng)度耦合低水平協(xié)調(diào)發(fā)展型,包括永定、周寧兩地區(qū),這兩個(gè)地區(qū)城市化水平得到迅速提高,但由于本地生態(tài)環(huán)境承載力的限制,其城市化與生態(tài)環(huán)境共同發(fā)展的協(xié)調(diào)程度很差,急需改變發(fā)展方式來(lái)調(diào)整二者的發(fā)展關(guān)系;④中等強(qiáng)度耦合高水平協(xié)調(diào)發(fā)展型,包括明溪地區(qū),城市化得到較快的提高,并且當(dāng)?shù)乇旧淼沫h(huán)境承載力較強(qiáng);⑤中等強(qiáng)度耦合中等水平協(xié)調(diào)發(fā)展型,包括建甌、長(zhǎng)泰、華安、仙游等地區(qū),由于這些地區(qū)城市化發(fā)展已有一定歷史基礎(chǔ),它們的城市化與生態(tài)環(huán)境建設(shè)協(xié)調(diào)已經(jīng)處于一定適度范圍內(nèi);⑥中等強(qiáng)度耦合低水平協(xié)調(diào)發(fā)展型,包括上杭、柘榮等地區(qū),它們都是城市化發(fā)展基礎(chǔ)較差的地區(qū),近年來(lái)在快速推進(jìn)城市化進(jìn)程中導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境破壞,與城市建設(shè)不協(xié)調(diào);⑦低強(qiáng)度耦合中水平協(xié)調(diào)發(fā)展型,包括閩侯、武平、連城等地區(qū),經(jīng)濟(jì)落后,但對(duì)生態(tài)環(huán)境的建設(shè)卻有足夠的重視。⑧低強(qiáng)度耦合低水平協(xié)調(diào)發(fā)展型,包括壽寧、尤溪、清流等地區(qū),是福建省經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后地區(qū),由于歷史和自然條件的限制,其城市化與生態(tài)環(huán)境建設(shè)壓力都很大,這些區(qū)域目前也急需要調(diào)整發(fā)展方式。
圖3 福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合強(qiáng)度與耦合協(xié)調(diào)程度分級(jí)面積比
從各地市的地區(qū)分異來(lái)看,如圖4所示:(1)廈門(mén)市的的耦合協(xié)調(diào)度和耦合度都很好,是高強(qiáng)度高協(xié)調(diào)的地區(qū)。事實(shí)上,廈門(mén)的高強(qiáng)度高協(xié)調(diào)的耦合現(xiàn)狀是依靠該地區(qū)發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)支撐著。(2)福州市的耦合程度從圖4中可以看出該地區(qū)的中強(qiáng)度中協(xié)調(diào)的面積比較大,其次是低強(qiáng)度中協(xié)調(diào)和低強(qiáng)度低協(xié)調(diào)程度,高的協(xié)調(diào)度和耦合度在該地區(qū)所占的面積比較小。(3)莆田市地區(qū)的耦合和協(xié)調(diào)程度相對(duì)比較好,莆田市的人口城市化指數(shù)很低,這就制約著莆田市的城市化發(fā)展。在協(xié)調(diào)程度上,雖然莆田市是中等協(xié)調(diào)程度,但環(huán)境污染卻較重,這說(shuō)明它是典型的以犧牲生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為代價(jià)來(lái)?yè)Q取經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,還是走先污染再治理的老路。(4)三明市各地區(qū)的耦合和協(xié)調(diào)度情況主要呈低強(qiáng)度低協(xié)調(diào)程度的狀態(tài)。雖然在生態(tài)環(huán)境水平上該地區(qū)指數(shù)都比較高,但是由于對(duì)環(huán)境的保護(hù)不重視,導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境的破壞。環(huán)境的破壞也大大影響了城市化的進(jìn)程,使得二者不能建立一種很好的協(xié)調(diào)耦合關(guān)系。(5)泉州市地區(qū)整體耦合強(qiáng)度和協(xié)調(diào)程度良好。在圖4中,該市耦合度與協(xié)調(diào)度等級(jí)主要是高強(qiáng)度中協(xié)調(diào)、高強(qiáng)度高協(xié)調(diào)和中強(qiáng)度中協(xié)調(diào)這3個(gè)程度等級(jí)上面。(6)漳州市地區(qū)耦合強(qiáng)度和耦合協(xié)調(diào)程度主要集中分布在中強(qiáng)度中協(xié)調(diào)度和低強(qiáng)度中協(xié)調(diào)度上。在該地區(qū)突出的一點(diǎn)是環(huán)境壓力總體上都很大,單方面的發(fā)展城市化,忽視了生態(tài)環(huán)境的保護(hù),使得環(huán)境失衡。所以,未來(lái)這個(gè)地區(qū)的工作重點(diǎn)應(yīng)放在減少生態(tài)環(huán)境壓力這方面。(7)南平市協(xié)調(diào)程度都在中等程度以上,城市化和生態(tài)環(huán)境二者的整體協(xié)同效應(yīng)是比較好的。(8)龍巖市地區(qū)的耦合強(qiáng)度和協(xié)調(diào)度的面積比分布較分散,程度等級(jí)分布也很分散。可以充分發(fā)揮其生態(tài)環(huán)境水平的優(yōu)勢(shì),加快該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,優(yōu)化人口密度,利用生態(tài)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)來(lái)帶動(dòng)該地區(qū)的城市化發(fā)展。(9)寧德市協(xié)調(diào)程度都是在中低水平,城市化與生態(tài)環(huán)境的整體協(xié)同效應(yīng)不好,城市化不能很好協(xié)同生態(tài)環(huán)境的發(fā)展。因此,在城市化與生態(tài)環(huán)境的發(fā)展中,要一方面加大人口城市化,同時(shí)也要注意保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
圖4 各地市生態(tài)環(huán)境與城市化耦合強(qiáng)度與耦合協(xié)調(diào)程度分級(jí)面積比
在本次生態(tài)環(huán)境和城市化耦合關(guān)系的研究中將地學(xué)信息圖譜和層次分析法相結(jié)合,充分發(fā)揮信息圖譜的空間分析能力和層次分析法善于多要素綜合評(píng)價(jià)的長(zhǎng)處,實(shí)現(xiàn)圖譜和數(shù)學(xué)模型的結(jié)合,以圖形與譜系的方式來(lái)表達(dá)生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量,建立福建省生態(tài)環(huán)境和城市化耦合關(guān)系信息圖譜,并分別從綜合評(píng)價(jià)的等級(jí)圖譜、綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性及各個(gè)地區(qū)的具體現(xiàn)實(shí)情況3方面對(duì)福建省的生態(tài)環(huán)境和城市化耦合關(guān)系進(jìn)行深入的分析,具體分析了各個(gè)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和城市化耦合關(guān)系的情況和存在的問(wèn)題,并就具體的問(wèn)題提出具體的解決方案,為生態(tài)環(huán)境和城市化耦合關(guān)系研究提供了新思路。從福建省的總體情況來(lái)看有這樣的一些特點(diǎn):
(1)一個(gè)地區(qū)的市轄區(qū)的耦合程度優(yōu)良,而下屬的幾個(gè)縣區(qū)的情況比較差,區(qū)域間的不平衡發(fā)展是一個(gè)很大的問(wèn)題,一個(gè)地區(qū)不能只發(fā)展龍頭區(qū)域,轄區(qū)的發(fā)展也要能帶動(dòng)地方縣區(qū)的共同發(fā)展。
(2)福建省的人口城市化、空間城市化和生態(tài)環(huán)境水平優(yōu)良所占的比例比較高。福建省是全國(guó)植被覆蓋率最高的一個(gè)省份,這對(duì)生態(tài)環(huán)境水平有良好的促進(jìn)作用,也是一個(gè)巨大的生態(tài)環(huán)境優(yōu)勢(shì)。雖然人口城市化指數(shù)高的地區(qū)比較多,但是福建省人口密度分布不均勻,形成兩極分化,高的上千,低的只有幾十。密度高的主要集中在沿海的幾個(gè)比較發(fā)達(dá)的城市。應(yīng)大力推動(dòng)人口向內(nèi)地遷移。推動(dòng)空間城市化的動(dòng)力來(lái)自人口密度,而推動(dòng)人口密度平衡發(fā)展的動(dòng)力來(lái)自于經(jīng)濟(jì)的平衡發(fā)展。社會(huì)城市化是福建省的主要薄弱環(huán)節(jié)。
(3)從整體上看福建省生態(tài)環(huán)境與城市化的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系,中強(qiáng)度中協(xié)調(diào)的地區(qū)比較多,低強(qiáng)度低協(xié)調(diào)的地區(qū)比較少。福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合關(guān)系較好,協(xié)調(diào)度比較高,生態(tài)環(huán)境和城市化的整體協(xié)同效應(yīng)比較好。二者協(xié)同發(fā)展的能力比較強(qiáng),對(duì)于福建省這個(gè)高森林覆蓋率的省份,是一個(gè)很好的契機(jī)。
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