陳寶霖 翟云夢(mèng)

摘 要：【目的】在生態(tài)文明建設(shè)背景下，基于城鎮(zhèn)化構(gòu)建昌都市區(qū)域生態(tài)安全格局，有利于促進(jìn)區(qū)域生態(tài)與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，保障區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，推進(jìn)國(guó)土空間戰(zhàn)略發(fā)展。【方法】通過MSPA和電路理論，分別識(shí)別昌都市生態(tài)源地、生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn)，并構(gòu)建昌都市生態(tài)安全格局。【結(jié)果】昌都市共識(shí)別20處生態(tài)源地，44條生態(tài)廊道，其中關(guān)鍵生態(tài)廊道為16條，一般生態(tài)廊道為28條。共提取13處生態(tài)夾點(diǎn)和14處生態(tài)障礙點(diǎn)。其中生態(tài)源地主要分布在中北部與東部，生態(tài)廊道沿著金沙江、瀾滄江流向分布，而生態(tài)夾點(diǎn)與生態(tài)障礙點(diǎn)集中分布在生態(tài)廊道路徑周圍。【結(jié)論】通過構(gòu)建昌都市生態(tài)安全格局，對(duì)其開展生態(tài)修復(fù)分區(qū)，包括生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)修復(fù)區(qū)和生態(tài)提升區(qū)，并結(jié)合實(shí)際分別對(duì)其提出相應(yīng)的修復(fù)措施。研究結(jié)果為今后國(guó)土空間修復(fù)、城市生態(tài)安全格局構(gòu)建提供一定的參考和理論支撐。

關(guān)鍵詞：昌都市；生態(tài)安全格局；電路理論；MSPA

中圖分類號(hào)：X321? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1003-5168（2024）06-0105-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.06.021

Construction of Ecological Security Pattern in Qamdo City Based on MSPA and Circuit Theory

CHEN Baolin ZHAI Yunmeng

（School of Land Engineering， Chang 'an University， Xi 'an 710054， China）

Abstract：[Purposes] Under the background of ecological civilization construction， the construction of regional ecological security pattern based on urbanization in Qamdu City is conducive to promoting the coordinated development of regional ecology and economy， ensuring the stability of regional ecosystem， and promoting the strategic development of territorial space. [Methods] B ased on MSPA and circuit theory， the ecological source area， ecological corridor and ecological node of Qamdu City were identified respectively， and the ecological security pattern of Qamdu City was constructed. [Findings] There are 20 ecological sources and 44 ecological corridors in Qamdu City， of which 16 are key ecological corridors and 28 are general ecological corridors， and 13 ecological spots and 14 ecological obstacles are extracted. The ecological source areas are mainly distributed in the northern and eastern parts of the corridor， the ecological corridor flows along the Jinsha River and Lancang River， and the ecological pinch points and ecological obstacle points are concentrated around the corridor path. [Conclusions] By constructing the ecological security pattern of Qamdu City， ecological restoration zones were carried out， including ecological conservation area， ecological restoration area and ecological improvement area， and corresponding restoration measures were proposed based on the actual situation. The research results provide some reference and theoretical support for the future restoration of national space and the construction of urban ecological security pattern.

Keywords： Qamdo City; ecological security pattern; circuit theory; MSPA

0 引言

當(dāng)前，在我國(guó)城市快速擴(kuò)張的背景下，人地關(guān)系緊張的矛盾和人與自然和諧共處的問題亟待解決，對(duì)此，自然資源部辦公廳印發(fā)的《市級(jí)國(guó)土空間總體規(guī)劃編制指南 （試行）》中指出，構(gòu)建“連續(xù)、完整、系統(tǒng)的生態(tài)安全格局”是保障生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的重要途徑。

生態(tài)安全格局最早起源于20世紀(jì)80年代，涉及的學(xué)科包括景觀生態(tài)學(xué)、地理學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)等，俞孔堅(jiān)［1］在優(yōu)化Forman的景觀利用格局理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合生物多樣性保護(hù)的觀點(diǎn)，提出了“生態(tài)源地識(shí)別—阻力面建立—生態(tài)廊道構(gòu)建”的生態(tài)安全格局體系，之后在不斷地發(fā)展和演變過程中逐步融入生態(tài)夾點(diǎn)、生態(tài)障礙點(diǎn)及生態(tài)斷裂點(diǎn)等內(nèi)容。從研究方法上看，早期識(shí)別提取生態(tài)源地時(shí)，多數(shù)學(xué)者采用選取研究區(qū)自然保護(hù)區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)、形態(tài)學(xué)空間格局分析（MSPA）及基于InVEST模型的生境質(zhì)量評(píng)價(jià)等方法。在阻力面的構(gòu)建上采用最小成本路徑（MCR）模型［2］、電路理論［3］及重力模型等。其中電路理論基于電荷游走的特性，能夠較為有效地展現(xiàn)生物在景觀空間內(nèi)遷徙、擴(kuò)展的可能性，從而識(shí)別出更具說服力的生態(tài)夾點(diǎn)和障礙點(diǎn)［3］。

昌都市地處藏川滇青4省區(qū)接合部，被譽(yù)為西藏的“東大門”，是藏中經(jīng)濟(jì)圈和成渝經(jīng)濟(jì)圈重點(diǎn)結(jié)合部位，同時(shí)也是三江并流的聚集區(qū)和西藏第二大林區(qū)，蘊(yùn)含著極為豐富的有色金屬礦產(chǎn)資源，對(duì)橫斷山區(qū)以及青藏高原的水土保持、水源涵養(yǎng)等方面具有重要的作用。近年來，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，城鎮(zhèn)化帶來的人地關(guān)系緊張、礦產(chǎn)資源的無序開采和工業(yè)污染物的隨意排放，極大程度上影響了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)健康穩(wěn)定?；诖?，本研究通過MSPA提取生態(tài)源地，借助電路理論構(gòu)建生態(tài)阻力面、識(shí)別生態(tài)廊道，并通過識(shí)別提取生態(tài)夾點(diǎn)、生態(tài)障礙點(diǎn)來構(gòu)建昌都市生態(tài)安全格局，以期為國(guó)土空間治理，城市生態(tài)安全修復(fù)提供理論依據(jù)和決策參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

昌都市（28°5′N～32°6′N，93°6′E～99°2′E）位于西藏自治區(qū)，地處橫斷山脈東北部、三江（金沙江、瀾滄江以及怒江）流域中部，是我國(guó)川藏公路和滇藏公路的必經(jīng)之地。昌都市轄1個(gè)市轄區(qū)、10個(gè)縣，人口共計(jì)為76萬人，全市面積為10.98萬km?。該區(qū)域位于我國(guó)第一、第二階梯，屬高原亞溫帶濕潤(rùn)氣候，平均海拔為3 600 m。由于地勢(shì)較為復(fù)雜，多山地丘陵，自西北部向東南部氣候逐漸濕潤(rùn)溫和。全區(qū)主要地類為草地，人均面積為10.4 hm2，但草地質(zhì)量較差，西北部存在大面積裸地、冰川和永久積雪等不宜利用地，礦產(chǎn)資源和藥用植物資源較為豐富，被譽(yù)為“藏醫(yī)藥的故鄉(xiāng)”（如圖1所示）。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所使用的數(shù)據(jù)均來自國(guó)內(nèi)線上公開數(shù)據(jù)。其中，昌都市行政區(qū)劃數(shù)據(jù)來源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：∕∕www.resdc.cn）；土地利用數(shù)據(jù)來源于GlobeLand30全球地理信息公共產(chǎn)品（http：//www.globallandcover.com/）；高程模型（DEM）數(shù)據(jù)來源于來自地理空間數(shù)據(jù)云（https：//www.gscloud.cn）；道路交通數(shù)據(jù)源于Open Street Map 平臺(tái)（http：∕∕www.openstreetmap.org）；河流數(shù)據(jù)源于地球大數(shù)據(jù)科學(xué)工程（https：//data.casearth.cn/）；歸一化植被指數(shù)（NDVI）數(shù)據(jù)源于國(guó)家科技資源共享服務(wù)平臺(tái)（http：//www.nesdc.org.cn/）。本研究涉及相關(guān)數(shù)據(jù)全部采用設(shè)置柵90 m的格空間分辨率和WGS 1984 UTM投影坐標(biāo)。

2 研究?jī)?nèi)容與方法

2.1 生態(tài)源地識(shí)別

生態(tài)源地是研究區(qū)域內(nèi)生境質(zhì)量較高的景觀斑塊，對(duì)于促進(jìn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定、維持生物多樣性具有重要意義。昌都市景觀格局中占比較大的地類包括林地和草地，而草地大多數(shù)質(zhì)量較差。林地資源能夠有效提升生物多樣性、促進(jìn)物種交流。本研究采用MSPA方法，結(jié)合景觀連通性評(píng)價(jià)，以2020年昌都市土地利用覆被數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將林地作為前景值，其他地類作為背景值來提取生態(tài)源地?；贛SPA獲取核心區(qū)斑塊，并通過景觀斑塊連通性指數(shù)（PC）和斑塊重要性（dPC）開展連通性評(píng)價(jià)［4］，最終選擇dPC值最高的20個(gè)景觀斑塊作為生態(tài)源地。其計(jì)算公式如式（1）至式（3）。

2.2 生態(tài)阻力面構(gòu)建

物種在空間格局進(jìn)行交流、遷徙和擴(kuò)散等活動(dòng)時(shí)往往會(huì)受到外界土地利用類型、地形、人類活動(dòng)等要素的影響和干擾［5］。本研究在借鑒以往研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合昌都市自然經(jīng)濟(jì)狀況，選擇土地利用類型、NDVI、DEM、距河流距離和距道路距離數(shù)據(jù)作為阻力因子，依據(jù)層次分析法（AHP）和專家打分法確定各個(gè)阻力因子權(quán)重［6］，通過Arcgis 10.6的柵格計(jì)算器疊加構(gòu)成綜合生態(tài)阻力面，具體阻力因子及權(quán)重賦值見表1。

2.3 生態(tài)廊道提取

生態(tài)廊道在整個(gè)景觀空間格局是各個(gè)物種之間進(jìn)行信息交流、能量流動(dòng)的重要渠道。其能夠更好地促進(jìn)各個(gè)生態(tài)源地之間開展聯(lián)系，對(duì)于維持整個(gè)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定、促進(jìn)各個(gè)景觀斑塊之間的聯(lián)系及保障景觀格局連通性等方面具有較大的作用。電路理論中，電荷的隨機(jī)游走特性能夠較好地展現(xiàn)生物在受到阻力時(shí)所產(chǎn)生的遷徙、移動(dòng)方向和路徑，兩者相結(jié)合能夠較好地評(píng)價(jià)最小成本路徑，具體原理如圖2所示［7］。本研究基于電路理論來提取生態(tài)廊道，通過電流密度來識(shí)別廊道，即電流密度越強(qiáng)的區(qū)域，其生物移動(dòng)、遷徙所受到的阻力越小，生態(tài)阻力值越低［8］。

2.4 生態(tài)夾點(diǎn)和生態(tài)障礙點(diǎn)提取

生態(tài)夾點(diǎn)是生態(tài)源地之間開展物種遷徙、信息交流最為活躍的區(qū)域，對(duì)于整個(gè)景觀生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有積極意義。本研究在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Pinchpoint Mapper工具，選擇“all to one”模式［9］識(shí)別生態(tài)夾點(diǎn)，并基于自然斷點(diǎn)法將其分為5級(jí)，從5級(jí)到1級(jí)電流密度逐漸增強(qiáng)，提取最高級(jí)電流密度區(qū)作為生態(tài)夾點(diǎn)。生態(tài)障礙點(diǎn)是阻礙生物開展信息、物質(zhì)交流的區(qū)域，運(yùn)用Barrier Mapper工具，結(jié)合研究現(xiàn)狀和相關(guān)文獻(xiàn)［10-11］，將最小搜索半徑設(shè)置為90 m，最大搜索半徑為360 m，依照90 m步長(zhǎng)，采取窗口移動(dòng)法搜索生態(tài)障礙點(diǎn)，得出累積電流恢復(fù)值示意圖作為生態(tài)障礙點(diǎn)選取依據(jù)。然后根據(jù)自然斷點(diǎn)法將電流密度值分為5級(jí)，從5級(jí)到1級(jí)電流密度逐漸增強(qiáng)，選取最高級(jí)電流密度區(qū)域作為生態(tài)障礙點(diǎn)。

3 結(jié)果和分析

3.1 生態(tài)源地識(shí)別

根據(jù)MSPA方法和Conefor2.6 軟件分析，昌都市共識(shí)別核心區(qū)面積為8 909 km?，占研究區(qū)面積的8.2%，并通過連通性評(píng)價(jià)，最終選擇dPC值最高的20個(gè)景觀斑塊作為生態(tài)源地（如圖3所示）。從數(shù)量特征上看，昌都市共提取20處生態(tài)源地斑塊，其中最大斑塊面積為895 km?，最小斑塊面積為70 km?，共計(jì)面積為6 294 km?。從空間分布上看，生態(tài)源地主要分布在昌都市中北部和東部，具體分布在中北部的卡若區(qū)、類烏齊縣和東部的貢覺縣、芒康縣和江達(dá)縣；西部分布較少，主要分布在邊壩縣。

3.2 阻力面構(gòu)建

基于表1計(jì)算得出的各阻力因子指標(biāo)繪制相應(yīng)的阻力面，并依照權(quán)重通過柵格計(jì)算器構(gòu)建綜合阻力面（如圖4所示）。結(jié)果顯示，昌都市整體生態(tài)阻力較高，平均生態(tài)阻力為3.92，并且空間分布上差異較大，整體上呈現(xiàn)西北高、東南低和中部低、四周高的趨勢(shì)。具體上看，昌都市高阻力值區(qū)域主要分布在西北部的丁青縣、類烏齊縣和東北部的江達(dá)縣和貢覺縣；低阻力值區(qū)域主要分布在中部的卡若區(qū)、察雅縣和東南部的芒康縣和左貢縣。

3.3 生態(tài)廊道提取

通過ArcGIS的Linkage Mapper Toolkit插件，提取昌都市生態(tài)廊道，并借助成本加權(quán)距離（CWD）與最小成本路徑長(zhǎng)度（LCPL）比值來反映生態(tài)源地之間的流通性，結(jié)合屬性表比值結(jié)果劃分關(guān)鍵生態(tài)廊道和一般生態(tài)廊道（如圖5所示）。從數(shù)量特征上看，昌都市最終共識(shí)別出44條生態(tài)廊道，最長(zhǎng)生態(tài)廊道為348.66 km，最短生態(tài)廊道為0.25 km，其中關(guān)鍵生態(tài)廊道共16條，一般生態(tài)廊道為28條。從空間分布上看，昌都市關(guān)鍵生態(tài)廊道主要分布在東部江達(dá)縣和貢覺縣，整體分布較為密集，長(zhǎng)度適中，與周邊生態(tài)源地緊密相連；一般生態(tài)廊道主要分布在西部邊壩縣、洛隆縣、丁青縣、八宿縣及察雅縣。

3.4 生態(tài)安全格局構(gòu)建

運(yùn)用Pinchpoint Mapper工具，昌都市共提取13處生態(tài)夾點(diǎn)，總面積為206.8 km?，其中最大夾點(diǎn)斑塊面積為65.9 km?，最小夾點(diǎn)斑塊面積為1.1 km?。從空間分布上看，生態(tài)夾點(diǎn)主要分布在東部靠近邊界處的江達(dá)縣和貢覺縣，并沿著一般生態(tài)廊道與周邊生態(tài)源地交相分布；其他生態(tài)夾點(diǎn)零星散落在昌都市西部、中部，但都基本沿著一般生態(tài)廊道軌跡分布。運(yùn)用Barrier Mapper工具，昌都市共提取14處生態(tài)障礙點(diǎn)，總面積為471.6 km?，其中最大障礙點(diǎn)斑塊面積為104.2 km?，最小障礙點(diǎn)斑塊面積為10.1 km?。從空間分布上看，生態(tài)障礙點(diǎn)主要分布在中東部地區(qū)，包括江達(dá)縣、卡若區(qū)及察雅縣，其主要沿著關(guān)鍵生態(tài)廊道軌跡分布，并處于中部與東部生態(tài)源地之間（如圖6所示）。

4 討論

通過構(gòu)建生態(tài)安全格局，不僅能夠統(tǒng)籌規(guī)劃區(qū)域自然資源，保障生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定，維持和提升景觀空間格局穩(wěn)定性和連通性，同時(shí)還可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)相互促進(jìn)、統(tǒng)一協(xié)調(diào)，從而達(dá)到生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益三者的統(tǒng)一。通過MSPA與電路理論識(shí)別昌都市生態(tài)源地、生態(tài)廊道及生態(tài)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建生態(tài)安全格局，從宏觀角度對(duì)該區(qū)域未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)提供指導(dǎo)，能夠極大地提升社會(huì)、自然資源的利用效率。

從空間生態(tài)格局上看，目前昌都市生態(tài)源地分布不均勻，大多數(shù)地區(qū)缺乏為生物提供棲息、生存的高質(zhì)量生態(tài)環(huán)境。其中昌都市西北部和東南部大面積區(qū)域?yàn)槁愕睾捅ㄅc永久積雪，這些地類占有面積大，開采難度大，可利用程度小。而除去生態(tài)源地所在區(qū)域?yàn)榱值赝?，剩余大部分區(qū)域?yàn)橘|(zhì)量較為低下的草地。由于昌都市海拔較高，地勢(shì)起伏較為嚴(yán)重，極易受到外界環(huán)境的影響，而經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求也導(dǎo)致交通、居住產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施等建筑用地面積不斷擴(kuò)大， 這些都在不斷地改變?cè)械孛?。同時(shí)礦產(chǎn)資源的開采、生活污水的排放，進(jìn)一步擴(kuò)大其周邊影響范圍，致使生物多樣性降低的風(fēng)險(xiǎn)大大增加，生態(tài)安全進(jìn)一步受到威脅。

從生態(tài)修復(fù)分區(qū)上看，結(jié)合昌都市生態(tài)安全格局發(fā)現(xiàn)，大致可以分為三個(gè)生態(tài)修復(fù)區(qū)，分別是生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)修復(fù)區(qū)和生態(tài)提升區(qū)。其中，生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)包括昌都市東部沿金沙江分布的江達(dá)縣、貢覺縣和芒康縣。該區(qū)涵蓋絕大多數(shù)生態(tài)夾點(diǎn)和大部分的生態(tài)源地，主要地類為林地和草地，整體生境質(zhì)量較高，通過一般生態(tài)廊道將生態(tài)源地相互連接起來，能夠保障動(dòng)植物遷徙、交流等活動(dòng)的正常運(yùn)行。該區(qū)的生態(tài)修復(fù)措施應(yīng)該集中擴(kuò)大和保護(hù)現(xiàn)有生態(tài)源地，在此基礎(chǔ)上根據(jù)金沙江流動(dòng)方向新增生態(tài)源地或擴(kuò)大現(xiàn)有生態(tài)源地面積。針對(duì)生態(tài)夾點(diǎn)區(qū)域，結(jié)合實(shí)際狀況制定生態(tài)保護(hù)相關(guān)政策，包括防止植被亂砍濫伐、維護(hù)森林資源、種植原始林木、擴(kuò)大生態(tài)效益林面積、改善水土流失等。生態(tài)修復(fù)區(qū)主要以瀾滄江為軸心，包括中部類烏齊縣、卡若區(qū)及察雅縣。該區(qū)除沿瀾滄江河流分布外，其他區(qū)域生態(tài)阻力值較高，整體生境質(zhì)量分布不均，致使該區(qū)雖涵蓋大面積生態(tài)源地和多條關(guān)鍵生態(tài)廊道，但生態(tài)障礙點(diǎn)也分布在通往生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的關(guān)鍵生態(tài)廊道周圍，即該區(qū)存在較大的安全隱患。相關(guān)修復(fù)措施應(yīng)集中整治生態(tài)障礙點(diǎn)區(qū)域，改善過度放牧導(dǎo)致的草場(chǎng)退化、草地質(zhì)量下降等現(xiàn)象。通過定時(shí)定點(diǎn)放牧政策逐步改善草地生態(tài)環(huán)境，擴(kuò)大草場(chǎng)面積，逐步將周邊裸地轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸?，提升現(xiàn)有草地質(zhì)量。確保生物通過關(guān)鍵生態(tài)廊道開展生物交流、信息傳遞等活動(dòng)時(shí)不受阻礙，加強(qiáng)生態(tài)修復(fù)區(qū)與生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)之間的景觀連通度。生態(tài)提升區(qū)主要包括西北部和西南部諸縣，包括邊壩縣、洛隆縣、丁青縣、八宿縣及左貢縣。該區(qū)以怒江為軸心，四周除邊壩縣、洛隆縣涵蓋部分草地，其他均為裸地、冰川和永久積雪，其開采難度大，生態(tài)穩(wěn)定性差，極易影響周邊草地。該區(qū)的生態(tài)修復(fù)措施主要是集中整治裸地、保護(hù)現(xiàn)有草地，通過封育圍欄、人工種草、退牧還草等措施保護(hù)草原生態(tài)系統(tǒng)，逐步恢復(fù)和提升生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)、水土保持能力。加大草原生態(tài)保護(hù)工程建設(shè)力度，實(shí)施高寒草地修復(fù)工程、天然草地改良及補(bǔ)水工程，有效遏制草場(chǎng)退化，強(qiáng)化鼠荒地、沙化草地、石礫草地、毒害草地和蟲害生物防治。

5 結(jié)論

本研究以西藏昌都市為研究區(qū)，借助MSPA和電路理論，構(gòu)建昌都市生態(tài)安全格局主要結(jié)論如下。

①昌都市共識(shí)別出20處生態(tài)源地，共計(jì)面積為6 294 km?，占總面積5.7%，集中分布在昌都市中北部和東部，分別沿著瀾滄江和金沙江從北向南分布。

②昌都市共提取44條生態(tài)廊道，其中關(guān)鍵生態(tài)廊道共16條，一般生態(tài)廊道為28條，其中關(guān)鍵生態(tài)廊道分布在金沙江和瀾滄江之間，數(shù)量多，長(zhǎng)度短；一般生態(tài)廊道分布在怒江與金沙江之間，數(shù)量少，長(zhǎng)度大。

③昌都市共提取13處生態(tài)夾點(diǎn)和14處生態(tài)障礙點(diǎn)，與生態(tài)源地、生態(tài)廊道共同構(gòu)成生態(tài)安全格局。綜合考慮將其劃分為生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)修復(fù)區(qū)以及生態(tài)提升區(qū)，并分別給出了不同的修復(fù)建議。

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