胡鈞銘, 張雅婷, 李婷婷, 陳勝男, 寧文宇, 夏 旭
(1.農業(yè)部農業(yè)環(huán)境重點實驗室,北京 100081; 2.廣西農業(yè)科學院農業(yè)資源與環(huán)境研究所,廣西南寧 530007; 3.廣西大學農學院,廣西南寧 530004; 4.中國農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,北京 100081)
我國人多地少,需用世界7%耕地養(yǎng)活世界22%人口[1-2]。受以糧為綱影響[3],種植業(yè)過分依賴化肥、農藥等化學品投入,強化產出,耕地只種不養(yǎng),掠奪式生產導致農田土壤結構性退化問題日趨嚴重[4-5]。同時,隨著人們對肉制品及蛋白質需求量增長,集約化養(yǎng)殖業(yè)中產生大量的畜禽糞便得不到有效處理,引發(fā)環(huán)境污染風險加劇,制約著養(yǎng)殖業(yè)良性發(fā)展[6]。種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)之間缺乏協(xié)調合理規(guī)劃,種養(yǎng)割裂現(xiàn)象愈加明顯,造成環(huán)境生態(tài)壓力問題日趨嚴重。隨著現(xiàn)代社會經濟的迅速發(fā)展,消費需求逐漸從量上升到質的層面,對農產品質量和安全農產品的關注上升到空前的高度[7-8],糧食安全要轉變發(fā)展方式[9],農業(yè)亟待采取綠色生產方式和方法[10]。為此,從種養(yǎng)系統(tǒng)中農業(yè)污染物、系統(tǒng)承載量、生態(tài)環(huán)境、食品安全之間的聯(lián)系出發(fā),分析為養(yǎng)而種、為種而養(yǎng)內在規(guī)律,破解當前種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)與現(xiàn)代農業(yè)規(guī)模化發(fā)展之間的矛盾,實現(xiàn)禽糧耦合,促進農業(yè)綠色轉型,對我國現(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展具有極其重要的意義。
種植業(yè)是農業(yè)的基礎,我國種植業(yè)主要以糧食、棉花、油料、糖料作物為主。在國家糧食安全政策的支持下,主要谷物生產種植面積相對穩(wěn)定,略呈上升趨勢,這與農業(yè)生產技術進步密不可分,至2015 年,玉米種植面積比2006年提高了 34%,增長較快,而稻谷和小麥作物則較為穩(wěn)定。作物平均單產和總產量呈上升趨勢,糧食總產量比2006年增加12 340萬t,谷物總產量比2006年增加12 129萬t,從單個品種來講,稻谷總產量比2006年增加2 651萬t,小麥總產量比2006年增加2 172萬t,玉米總產量比2006年增加7 303萬t,增加倍數(shù)在1.1~1.5之間,其中玉米增長達到了1.48倍。同期化肥投入呈逐年增長,已從4 928萬t上升到6 023萬t,增長率達22%(圖1、圖2、表1)[11]。
我國是亞洲養(yǎng)殖業(yè)起步最早的國家[12]。養(yǎng)殖業(yè)在農業(yè)產業(yè)發(fā)展中占有特別重要的位置。自1988年“菜籃子”工程實施以來,為了緩解城鄉(xiāng)居民吃肉難,我國養(yǎng)殖業(yè)由從屬副業(yè)、小農生產、傳統(tǒng)農戶散養(yǎng)向專業(yè)化養(yǎng)殖、商品化生產、規(guī)?;?、集約化、標準化飼養(yǎng)轉變,集約化養(yǎng)殖蓬勃發(fā)展[13]。
表1 全國近10年主要農產品產量 萬t
注:數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒(2007—2016年)》[11]。
2006—2015年這10年畜產品產量處于穩(wěn)步增長,肉類市場供給從2006年的7 089萬t上升到2015年的8 625萬t,上升了22%,其中主要肉類豬、牛、羊肉類從2006年的5 591萬t上升到2015年的6 628萬t,增長18.5%,尤其是養(yǎng)豬業(yè)取得突破性發(fā)展,至2016年豬肉供應量占肉品供應總量的83%,集約化養(yǎng)殖業(yè)豐富了肉、蛋、奶等產品市場供應,提高了人們的生活水平,實現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖綜合效益提升(圖3)[11]。
種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)生產高投入、高消耗、低產出,資源被過度利用。農業(yè)資源是農業(yè)生產所需要的物質基礎[14],農業(yè)資源利用受到人類活動的影響[15]。農業(yè)生產過程實質上就是根據(jù)不同區(qū)域內農業(yè)資源的特征與發(fā)展方式,因地制宜,開發(fā)和利用自然和社會資源,保護生態(tài)環(huán)境,把農業(yè)資源潛在的生產力轉變?yōu)楝F(xiàn)實生產力的過程[16]。我國人均占耕地少,后備耕地資源少,由于人口增長及城市化進程不斷加快,耕地面積不斷減少,加劇人地矛盾[17]。農業(yè)基礎比較薄弱,種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)農業(yè)用水量驚人,水資源緊缺[18]。耕地呈分割小塊,結構不合理,不利于農機機械化作用。種植業(yè)復種指數(shù)高,耕地有機質營養(yǎng)消耗過快,使農作物減產,不得不過多地依賴施用化肥、農藥和激素化學品投入。農業(yè)資源開發(fā)利用和保護技術落后,農業(yè)資源不合理利用,浪費和破壞現(xiàn)象嚴重,形成惡性循環(huán)。
種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)閉環(huán)生產,系統(tǒng)間物質循環(huán)割裂、能量高耗、資源浪費。對種植業(yè)對種養(yǎng)結合的重要性認識不夠,同時種植業(yè)發(fā)展缺乏對畜禽糞便有效利用的考慮。受傳統(tǒng)糧食安全影響,傳統(tǒng)農業(yè)生產以糧為綱,往往強調以單一谷物生產為主,生產過程以品種和精耕細作提高單產[3-4]。20世紀60年代引進和使用速效化肥、農藥等投入品后,種植業(yè)為增加產量而盲目地大量使用化學肥料,有機肥投入量逐年減少。受市場經濟影響,農民種糧積極性不高,延續(xù)了4 000多年的種養(yǎng)業(yè)循環(huán)模式被打破[19]。傳統(tǒng)畜牧業(yè)是以家庭分散養(yǎng)殖為主,養(yǎng)殖飼料投入以農業(yè)生產和生活富余物為主。隨著人們對肉制品及蛋白質市場需求增長,畜牧養(yǎng)殖向規(guī)?;?、專業(yè)化方向發(fā)展,對發(fā)展我國經濟、提高城鄉(xiāng)居民生活水平作出了較大貢獻。受利益驅動,過分追求數(shù)量增長,片面追求養(yǎng)殖規(guī)模。沒有根據(jù)養(yǎng)殖對象的生物學特性,運用生態(tài)學、營養(yǎng)學原理來指導養(yǎng)殖生產,未將養(yǎng)殖產品質量放在首位,養(yǎng)殖業(yè)產生的廢棄物遠遠超出周圍自然環(huán)境的消納容量。
傳統(tǒng)種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)資源環(huán)境承載力超標,對自然生態(tài)系統(tǒng)干擾嚴重[20]。農業(yè)是一個生態(tài)系統(tǒng),具有一定的自凈能力,土壤和水體是一個半穩(wěn)定狀態(tài)的生態(tài)體系,對外界環(huán)境條件的變化和外來的物質有很大的緩沖能力和自我凈化能力。在自然凈化過程中,當外來物質進入數(shù)量和速度超過了土壤凈化能力時,就會破壞自然動態(tài)平衡,土壤和水體自身會遭受破壞[21]。我國是一個人口眾多的國家,化肥、農藥在糧食生產中占有重要的位置。種植業(yè)生產過程中盲目過分依賴化肥、農藥投入,未能根據(jù)作物需肥規(guī)律、土壤供肥性能、肥料效應及土壤、水體及大氣的承載力,造成超出周圍自然環(huán)境的消納容量[22]。傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)采用粗放式管理,盲目追求數(shù)量和高產,未把動物養(yǎng)殖與環(huán)境保護緊密結合,對畜牧生存環(huán)境與人類健康協(xié)調重視不足,養(yǎng)殖密度過大,養(yǎng)殖容量和環(huán)境控制手段落后,畜禽糞便產生量及單位面積的負荷量約有20個省超過本省50%環(huán)境容量[24]。動物藥品使用混亂,藥物殘留和病害問題嚴重。集約化養(yǎng)殖糞污造成土地承載量日益加重,缺乏消納畜禽糞便的農用地,畜禽糞便氮素耕地負荷報警值居全國首位[25]。農田化肥、農藥超標,養(yǎng)殖業(yè)承載力過高,污染嚴重,呈現(xiàn)雙向超標。
農業(yè)生產中長期重開發(fā)、輕保護,致使農業(yè)生態(tài)環(huán)境破壞日益加劇[26]?;省⑥r藥等農化產品不斷大量投入,雖然消滅了病蟲害,短期內提高了糧食產量,帶來了農業(yè)增產,但長期和大量施用化肥,會增加土壤溶液濃度影響作物生長[27],同時土壤中也形成大量無機物殘留,土壤質量不斷退化與惡化,影響土壤理化性狀,土壤通透性降低,土壤板結、酸化嚴重。土壤生物種類減少,生物多樣性喪失,肥力下降,土壤生態(tài)環(huán)境遭受破壞加重,增加土壤重金屬污染風險[28]。農藥大量施用后,造成農藥殘留或深入地下水,對水源也造成污染。農田不合理的灌溉導致土壤鹽堿化、水體富營養(yǎng)化[29-30]。畜牧養(yǎng)殖業(yè)的糞便排放已經成為我國影響最大的污染排放源之一。養(yǎng)殖場規(guī)劃布局不合理,養(yǎng)殖戶缺乏環(huán)保意識,分散式畜禽養(yǎng)殖,監(jiān)管力度小,重發(fā)展、輕監(jiān)管,污染處理水平低,缺乏糞污消納渠道[31]。畜禽糞污集約化養(yǎng)殖中產生的大量畜禽糞便沒有成規(guī)模的可供消納的種植基地,距離農田較遠,中轉距離成本高,加之農田生產的季節(jié)性,糞污超標排放對水體、土壤及大氣環(huán)境造成的生態(tài)破壞和環(huán)境問題日益突出,直接危害畜禽生產和人體健康[32]。
化肥農藥導致農產品有害化學物質殘留超標,通過食物鏈危害人類健康。隨著我國國民經濟的發(fā)展,國民生活水平不斷提高,人們對農產品從量的追求轉向對農產品質的需求,對綠色有機天然的農產品需求越來越重視。農藥殘留是影響我國蔬菜和果品質量安全的主要因素[33],而通常殘留的農藥種類主要為殺蟲劑[34]。作為主要糧食作物的水稻常由于不合理使用農藥,其農藥殘留超標,無法達到國家規(guī)定的食品安全標準[35]。養(yǎng)殖戶對飼料添加劑食品安全意識不強,養(yǎng)殖業(yè)中為了短時間內提高畜禽的生長速度,增加畜禽體質量,大量使用獸藥和激素,甚至使用違禁藥物、使用重金屬、激素超標的飼料添加劑,給養(yǎng)殖業(yè)和人類安全造成巨大的風險[36-37],嚴重影響農產品的質量和市場競爭力[38]。
農業(yè)發(fā)展面臨農產品價格封頂、生產成本抬升、資源環(huán)境約束加劇等挑戰(zhàn),迫切需要轉變農業(yè)的經營方式、生產方式和資源利用方式[39]。推動傳統(tǒng)農業(yè)向現(xiàn)代農業(yè)轉變,加快農業(yè)結構轉型是經濟社會發(fā)展的必然選擇,也是促進農業(yè)增效、農民增收的客觀要求[40]。2016年中央一號文件強調推動農業(yè)綠色發(fā)展。綠色農業(yè)指充分運用先進科學技術、先進工業(yè)裝備和先進管理理念,以促進農產品安全、生態(tài)安全、資源安全和提高農業(yè)綜合經濟效益的協(xié)調統(tǒng)一為目標,以倡導農業(yè)標準化為手段,推動人類社會和經濟全面、協(xié)調、可持續(xù)發(fā)展的農業(yè)模式,發(fā)展綠色農業(yè)是推動農業(yè)轉型升級和提質增效的重要途徑。
禽糧耦合是應用系統(tǒng)生態(tài)學理論,遵循循環(huán)農業(yè)發(fā)展理念,通過合理配置資源,促進系統(tǒng)內物質、養(yǎng)分和能量合理流動,促進農業(yè)轉型升級,建設環(huán)境友好型農業(yè)的綠色生產方式,在節(jié)約資源、保護環(huán)境的同時發(fā)展現(xiàn)代農業(yè),遏制農業(yè)污染和生態(tài)破壞,在全社會倡導資源節(jié)約的增長方式和健康文明的消費模式,使資源得到最佳配置,廢棄物得到有效利用,環(huán)境影響降低到最低水平,實現(xiàn)農業(yè)經濟效益、生態(tài)效益和社會效益的協(xié)調統(tǒng)一,通過為養(yǎng)而種、為種而養(yǎng)方式實現(xiàn)的新型禽糧耦合生態(tài)模式。
3.2.1 為養(yǎng)而種 集約化養(yǎng)殖實現(xiàn)健康養(yǎng)殖,必須解決糞污資源化循環(huán)利用。在推進“禽糧耦合”農業(yè)發(fā)展模式過程中,“為養(yǎng)而種”是防止畜禽糞便過量產出增加環(huán)境壓力,從種養(yǎng)系統(tǒng)中物質循環(huán)的角度合理規(guī)劃養(yǎng)殖規(guī)模。合理選擇畜禽糞便資源化利用方式對促進種養(yǎng)系統(tǒng)間物質養(yǎng)分良性循環(huán)起著至關重要的作用。目前,畜禽糞便資源化利用方式主要有畜禽糞便能源化、飼料化、肥料化等。能源化是進行厭氧發(fā)酵生產沼氣,為生產生活提供能源,同時沼渣和沼液可作為有機肥料和飼料[24]。飼料化是利用畜禽糞便中未消化的蛋白質、B族維生素、礦物質元素、粗脂肪、碳水化合物和氨基酸等,經過加工處理制作成畜禽飼料或魚類餌料[41]。肥料化是畜禽糞便經生物發(fā)酵無害化處理后還田,是目前畜禽糞便資源化的最主要方式,可以培肥土壤,促進作物生長,提高產量和改善品質[42]。通過“為養(yǎng)而種”模式能夠避免糞便資源化浪費,有效緩解養(yǎng)殖業(yè)對環(huán)境污染、降低環(huán)境風險,促進綠色農業(yè)轉型的發(fā)展。
3.2.2 為種而養(yǎng) 化學農業(yè)生產片面追求產量,耕地受到化肥、農藥等化學物質過量累積和侵蝕影響,土壤生物多樣性喪失,肥力下降,土壤板結,生態(tài)環(huán)境遭受破壞,農作物生產力和品質下降,導致的水體面源污染和大氣污染的次生災害,影響農業(yè)可持續(xù)發(fā)展[43]。養(yǎng)殖業(yè)本質上是動物經過馴化圈養(yǎng)方式,畜禽本性具有自我覓食特性,其中雞鴨等小型禽類,可以經過一定適應性訓練,適合野外農田生存,達到家禽農田外化,進行除草、除蟲、松土,增加農田生物多樣性,同時畜禽糞便還田達到資環(huán)化循環(huán)利用,減少化肥、農藥、飼料、激素等化學物質對農產品品質的影響。因此“為種而養(yǎng)”的生產方式,能夠增加土地肥力,改善土壤板結現(xiàn)象,把種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)有機結合在一起,遵循自然生態(tài),同時對農田生態(tài)環(huán)境達到保護和修復,發(fā)展高品質附加值農業(yè),實現(xiàn)農業(yè)綠色轉型。
3.3.1 資源循環(huán)化利用 資源循環(huán)化利用以資源利用最大化為目標,對農業(yè)生產過程中所產生的有機廢棄物,通過生物技術回歸農業(yè)生態(tài)系統(tǒng),重新成為可利用的資源。禽糧耦合可深度利用水分、土壤、光照、溫度等自然資源,提高土地立體空間利用率,提高綜合產出效率,對土壤污染耕地和鹽堿地等有改良和修復作用。畜禽糞尿經過土地的吸收變廢為寶得到資源化利用,凈化環(huán)境,改善畜禽養(yǎng)殖的生態(tài)條件,畜禽發(fā)病率、死亡率下降,生產性能得到提高。通過構建科學的種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)循環(huán)體系,將種養(yǎng)業(yè)廢棄物資源進行循環(huán)利用,讓牲畜與作物之間形成供給關系,相輔相成的同時,提高資源利用率。
3.3.2 促進生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定 禽糧耦合系統(tǒng)資源承載力適合,物質、養(yǎng)分和能源流動合理,有利于調整種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)的結構比例,使農業(yè)系統(tǒng)達到最佳優(yōu)化狀態(tài)。種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)結合,增加了農田有機肥的投入量,實行有機與無機相結合,減少無機肥及農藥的施用量,增強農作物的抗旱、抗凍和抗病蟲能力,促進農作物生長和改良土壤,極大地解決了因長期大量使用化肥而造成的土壤養(yǎng)分失衡、結構破壞、水體污染等問題,提高了農產品品質,使自然界和人、動植物以及微生物處于一個共生和諧的良性生態(tài)環(huán)境。同時養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)的耦合發(fā)展,形成種養(yǎng)加一體化的生態(tài)農業(yè)綜合經營體系,提高農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的綜合生產水平。實行種植養(yǎng)殖相結合,提高農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的自我調節(jié)能力,最終達到經濟、生態(tài)、社會效益高度統(tǒng)一。
3.3.3 培育綠色安全農產品 農產品質量安全是重要的民生工程,從生產源頭提升農產品質量安全水平和優(yōu)質農產品比重是重要的途徑。當前農業(yè)過度依賴化肥農藥與大型農機具,消耗大量不可再生能源,威脅生態(tài)平衡,原本能夠共生的動植物,逐漸消失甚至滅絕,土地肥力流失、土壤板結等現(xiàn)象愈發(fā)嚴重,這些都威脅著農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,因此要保證綠色農業(yè)的發(fā)展,必須推動農業(yè)轉型。禽糧耦合創(chuàng)造了不利于病蟲草害孳生和有利于各類天敵繁衍的環(huán)境條件,防止其對生產食品的污染,確保綠色食品的質量,保持農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的平衡與生物多樣性,起到防治病蟲害的作用,減少各類病蟲害所造成的損失。養(yǎng)殖業(yè)中禽糧耦合構建,使得養(yǎng)殖場規(guī)劃布局合理,畜禽糞便資源利用,畜禽生長環(huán)境衛(wèi)生健康,增加肉類綠色農產品供給。禽糧耦合模式達到了相互依存,相互促進,實現(xiàn)了糧—畜—肥—糧的良性循環(huán),為社會綠色農產品供給增加重要保障環(huán)節(jié)。
黨的十八大提出生態(tài)文明發(fā)展理念,2017年中央一號文件指出要深入推進化肥農藥零增長行動,開展有機肥替代化肥試點,促進農業(yè)節(jié)本增效。十九大指出加快生態(tài)文明體制改革,建設美麗中國。禽糧耦合生態(tài)模式在一定程度上推進了農業(yè)發(fā)展,在解放勞動力、提高生產效率的基礎上,降低生產成本,實現(xiàn)糧禽增產、農民增收。對提高農業(yè)資源的利用率和改善農村生態(tài)環(huán)境,發(fā)展農業(yè)循環(huán)經濟起到了一定促進作用,可以說禽糧耦合符合我國基本國情,響應了國家綠色發(fā)展理念。禽糧耦合綠色生產模式有利于實現(xiàn)現(xiàn)代農業(yè)優(yōu)產、高質、速效、環(huán)保、綠色;促進現(xiàn)代農業(yè)生產向生態(tài)化、優(yōu)質化、高效化方向發(fā)展,實現(xiàn)口糧絕對安全的發(fā)展目標。
農業(yè)廢棄物是放錯位置的有機資源,畜禽養(yǎng)殖中產生的糞污造成環(huán)境污染完全是人為因素造成,必須加快轉變農業(yè)發(fā)展方式,節(jié)約土地資源,保護耕地和生態(tài)環(huán)境,才可能實現(xiàn)農業(yè)的有序發(fā)展。禽糧耦合促進種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)之間物質、能量流動,通過將種、養(yǎng)進行科學、高效、有機結合,實現(xiàn)農業(yè)生產過程廢棄物就地消納,改良土壤,培肥地力,提高耕地質量,實現(xiàn)藏糧于地,支持化肥農藥減量增效,降低農業(yè)生產活動對環(huán)境的有害影響程度,促進農業(yè)生態(tài)環(huán)境平衡。禽糧耦合利于實現(xiàn)農業(yè)廢棄資源循環(huán)化利用,實現(xiàn)保育土壤,發(fā)展健康養(yǎng)殖,增強農業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力。
綠水青山就是金山銀山。農業(yè)科技進步是農業(yè)投入品減量高效利用、廢棄物資源化利用、產地環(huán)境修復等制約農業(yè)綠色發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。在工業(yè)化、城市化加速發(fā)展以及資源整體匱乏現(xiàn)況下,遵循循環(huán)農業(yè)生產的禽糧耦合生態(tài)模式,有利于打造種養(yǎng)匹配、生態(tài)循環(huán)、環(huán)境優(yōu)美的田園生態(tài)系統(tǒng),加強生態(tài)環(huán)境保護,實現(xiàn)尊重自然、順應自然,增加生物多樣性,推進綠色防控,對確保我國可持續(xù)發(fā)展的道路具有一定的意義與作用,有利于解決生產與保護的資源環(huán)境承載合理分配,有利于促進農業(yè)資源環(huán)境承載能力監(jiān)測與預警,形成重視先進技術的創(chuàng)新與研發(fā),促進科技支撐在農業(yè)發(fā)展領域的布局,禽糧耦合模式是綠色農業(yè)轉型的發(fā)展必然趨勢。
品牌化是傳統(tǒng)農業(yè)向現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的必由之路。禽糧耦合有利于推行綜合防控和減量化生產,確保產品質量安全。有利于培育新型生產經營主體,發(fā)展分散式小農經濟和集約化大型種養(yǎng)基地,促進綜合利用企業(yè)與農民合作社等新型經營主體有機結合,優(yōu)化產業(yè)布局,拓展農業(yè)產業(yè)鏈,增加農業(yè)產品附加值,提升農業(yè)的生態(tài)價值、休閑價值和文化價值,擴大綠色食品發(fā)展規(guī)模,發(fā)展有機農業(yè)和有機農產品,提升優(yōu)勢農產品品牌影響力、號召力和競爭力。
農業(yè)結構轉型是經濟社會發(fā)展的必然選擇,我國是以農業(yè)為主的人口大國,屬于發(fā)展中國家,改革開發(fā)以來,扶貧一直備受國家重視,7億農村貧困人口擺脫貧困是黨新時期的重大攻堅任務。產業(yè)扶貧,科技先行,精準扶貧進入攻堅階段,增加農技推廣服務供給,依靠科技進步支撐貧困地區(qū)發(fā)展特色優(yōu)勢產業(yè),是帶動貧困戶脫貧致富的有效途徑。禽糧耦合是實現(xiàn)脫貧致富最有效、最根本的措施,根據(jù)各地資源稟賦、環(huán)境容量,挖掘資源,通過不同資源配置,推進一二三產業(yè)融合,實現(xiàn)結構轉型,助推特色優(yōu)勢產業(yè)發(fā)展,為脫貧攻堅提供科技支撐。
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