本文摘要:摘要:基于價(jià)值量、熱點(diǎn)分析、最小累計(jì)阻力(MCR)模型和距離衰減等多種方法和模型,量化分析長三角城市群2010年和2018年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求,揭示其供需盈虧關(guān)系;根據(jù)整體供需空間格局,確定生態(tài)源地到生態(tài)需求地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)路徑與價(jià)值流轉(zhuǎn)量.結(jié)果表明
摘要:基于價(jià)值量、熱點(diǎn)分析、最小累計(jì)阻力(MCR)模型和距離衰減等多種方法和模型,量化分析長三角城市群2010年和2018年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求,揭示其供需盈虧關(guān)系;根據(jù)整體供需空間格局,確定生態(tài)源地到生態(tài)需求地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)路徑與價(jià)值流轉(zhuǎn)量.結(jié)果表明:長三角城市群2010年和2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給變化微小,而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求顯著增長;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給呈南高北低的分布形態(tài),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求呈東高西低的分布形態(tài);供需盈余區(qū)主要分布于皖南山地丘陵,供需赤字區(qū)主要分布于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市的主城區(qū);研究年份內(nèi),供需平衡區(qū)面積減少,供需失衡區(qū)面積增加,經(jīng)濟(jì)發(fā)展與土地利用變化導(dǎo)致供需空間異質(zhì)性增強(qiáng);將生態(tài)源地與生態(tài)需求地之間的重要生態(tài)廊道作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)路徑,2010年和2018年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值流轉(zhuǎn)總量分別為127.1,272.6億元.
關(guān)鍵詞:長三角城市群;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù);供需平衡;空間流轉(zhuǎn)
隨著人口劇增與快速城市化,城市群生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能均受到人類活動(dòng)的干擾[1],區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需失衡,威脅著生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡是區(qū)域生態(tài)環(huán)境健康程度的重要衡量指標(biāo)之一[2],而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)是實(shí)現(xiàn)生態(tài)服務(wù)供給和人類需求耦合的重要橋梁[3],對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的傳輸、轉(zhuǎn)化和消費(fèi)具有重要的作用[4].
因此,基于供給和需求關(guān)系的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)研究能夠明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的產(chǎn)生源頭、耗散過程及受益區(qū)域,有助于優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理,改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)是指重要生態(tài)服務(wù)功能通過一定的流通介質(zhì)流轉(zhuǎn)到區(qū)域外的地區(qū),并產(chǎn)生效應(yīng)[56],是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求關(guān)聯(lián)研究的深化[7],關(guān)于這方面的研究尚處于起步階段,并向空間制圖與定量分析的方向發(fā)展[89].
目前,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)研究主要是對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從產(chǎn)生到耗散過程中受益區(qū)接受的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量進(jìn)行評估[1011],且主要集中于單一區(qū)域供給服務(wù)的流轉(zhuǎn)研究[12],關(guān)于跨區(qū)域空間流轉(zhuǎn)及綜合考慮供需關(guān)系的研究仍然較少.長江三角洲(長三角)城市群是我國人口最密集、經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)、城市化進(jìn)程最快的地區(qū)之一.
2019年,國家政府工作報(bào)告提出,將長三角區(qū)域一體化發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略,建設(shè)生態(tài)型城市群[13].近年來,長三角地區(qū)在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí),出現(xiàn)了生物多樣性銳減、河流湖泊水質(zhì)惡化、城市空氣質(zhì)量下降等一系列生態(tài)環(huán)境問題,城市生態(tài)空間遭受不同程度的破壞,其實(shí)質(zhì)是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系的空間差異或失衡[14].基于此,本文對供需關(guān)系下長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)進(jìn)行研究.
1研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來源
1.1研究區(qū)域
長三角城市群是由上海市及江蘇省、浙江省、安徽省的25個(gè)地級市組成,面積為21.17萬km2,地形以平原和丘陵為主,氣候類型主要為亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候.2018年統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)表明,長三角城市群城鎮(zhèn)化率為68%;2018年土地利用分類數(shù)據(jù)中,長三角城市群建設(shè)用地比例約為20%,城市用地類型及空間結(jié)構(gòu)變化顯著.快速的城市化在促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí),也削弱了生態(tài)系統(tǒng)為城市提供的重要生態(tài)服務(wù)功能[15],城市群空間的高強(qiáng)度開發(fā)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需失衡等一系列環(huán)境問題愈演愈烈,協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展成為長三角城市群綠色一體化發(fā)展的重要任務(wù).
1.2數(shù)據(jù)來源
使用的4類數(shù)據(jù)來源如下.
1)土地利用數(shù)據(jù).
該數(shù)據(jù)包括長三角城市群2010年、2018年的土地利用數(shù)據(jù)(30m×30m),來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心.2010年的土地利用數(shù)據(jù)以當(dāng)年LandsatTM遙感影像為主信息源,通過人工目視解譯生成;2018年的土地利用數(shù)據(jù)是在2015年土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,基于Landsat8遙感影像,通過人工目視解譯生成.兩期遙感影像的獲取時(shí)間均為云覆蓋較少(云量小于10%)的5—9月,解譯精度達(dá)90%以上.
2)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù).該數(shù)據(jù)包括2010年、2018年全國與長三角城市群城鄉(xiāng)居民人口、人均可支配收入、地區(qū)生產(chǎn)總值、糧食產(chǎn)值與產(chǎn)量等,來源于國家統(tǒng)計(jì)局、長三角城市群各市統(tǒng)計(jì)局.3)植被凈初級生產(chǎn)力(NPP)、年降水量數(shù)據(jù).該數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心.4)長三角城市群主要河流、主要道路、行政邊界等矢量數(shù)據(jù).該數(shù)據(jù)來源于長江三角洲科學(xué)數(shù)據(jù)中心.
2研究方法
2.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需核算
2.1.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給價(jià)值核算
由于采用全國參數(shù)表征長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給價(jià)值具有一定的誤差,因此,對研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量系數(shù)進(jìn)行調(diào)整:采用社會(huì)經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)因子修正糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[18],采用NPP時(shí)空調(diào)節(jié)因子和降水時(shí)空調(diào)節(jié)因子修正價(jià)值當(dāng)量系數(shù)[17].
2.2基于供需關(guān)系的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)
2.2.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)路徑的確定
生態(tài)源地具有高供給價(jià)值,是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)和傳遞的源頭[1];生態(tài)需求地具有高需求指數(shù),是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主要受益區(qū).生態(tài)廊道是由阻力較小的景觀類型構(gòu)成的條帶狀通道,是區(qū)域內(nèi)物質(zhì)交換及能量流動(dòng)的載體[24].
基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間格局確定生態(tài)源地與生態(tài)需求地,采用最小累積阻力(MCR)模型提取生態(tài)廊道[25].將熱點(diǎn)分析結(jié)果識(shí)別出的供需盈余區(qū)判定為生態(tài)源地,供需赤字區(qū)判定為生態(tài)需求地,利用ArcGIS平臺(tái)的成本路徑工具,以所有生態(tài)源地質(zhì)心為源,以生態(tài)需求地質(zhì)心為目標(biāo),生成阻力最小的成本路徑(最小成本路徑),作為兩地之間的潛在生態(tài)廊道;通過重力模型計(jì)算生態(tài)源地與生態(tài)需求地之間的相互作用矩陣,提取最小成本路徑作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)的最優(yōu)路徑.
2.2.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值流轉(zhuǎn)量的構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有一定的方向性和區(qū)域性,不同位置發(fā)生的效用不同,發(fā)生流轉(zhuǎn)的價(jià)值量基本遵循距離衰減規(guī)律[12].根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)的特點(diǎn),借鑒康維斯在引力模型基礎(chǔ)上提出的斷裂點(diǎn)公式,模擬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從生態(tài)源地向生態(tài)需求地流動(dòng)的邊界,再根據(jù)場強(qiáng)理論計(jì)算單位面積內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流轉(zhuǎn)強(qiáng)度[6],可得生態(tài)源地到生態(tài)需求地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值流轉(zhuǎn)量(犈s,d).
3研究結(jié)果與分析
3.1長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間特征
3.1.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給空間特征
2010年和2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給價(jià)值.2010年和2018年長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給價(jià)值分別為65694,67312元·km-2,鹽城、紹興、臺(tái)州等個(gè)別區(qū)/縣供給價(jià)值增加,常州和上海的部分區(qū)/縣供給價(jià)值減少,研究年份內(nèi),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給價(jià)值變化微小;長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給呈南高北低的分布形態(tài),供給高值區(qū)主要分布于杭州市淳安縣、安慶市宿松縣及蘇州市吳中區(qū),該區(qū)域土地利用類型主要為林地、草地和水域,提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的能力較強(qiáng),蘇州市吳中區(qū)擁有180余千米的親水岸,占太湖水域的3/5,水資源供給和水源涵養(yǎng)服務(wù)價(jià)值極高,供給價(jià)值達(dá)1326元·km-2,是供給值最高的區(qū)/縣單元;供給低值區(qū)主要分布于南京市秦淮區(qū)、杭州市下城區(qū)及上海市區(qū),供給最低值區(qū)為上海市靜安區(qū)(6.5元·km-2),土地利用類型主要是生態(tài)服務(wù)功能極少的建設(shè)用地.
3.1.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求空間特征
2010年和2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求指數(shù),如圖3所示.由圖3可知:2010年和2018年長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求指數(shù)分別為520.48,798.50,呈明顯的增長趨勢,南京、紹興、金華、寧波等地區(qū)大部分區(qū)/縣需求指數(shù)顯著增加;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平密切相關(guān),各區(qū)/縣差異顯著,整體呈東高西低的分布形態(tài);需求高值區(qū)主要分布于南京、杭州、合肥、上海等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市的中心城區(qū),需求最高值區(qū)為上海市黃浦區(qū)(地均GDP高達(dá)1107630.17萬元·km-2,人口密度為31955人·km-2,建設(shè)用地比例為91.70%);需求低值區(qū)主要分布于安慶、池州、宣城及杭州西南部的區(qū)/縣,需求最低值區(qū)為安慶市岳西縣(地均GDP為171.98萬元·km-2,人口密度為136人·km-2,建設(shè)用地比例僅為0.2%),土地的開發(fā)程度明顯不足,各項(xiàng)指標(biāo)均遠(yuǎn)低于平均值.
3.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡分析
盈余充足區(qū)和盈余一般區(qū)稱為供需盈余區(qū);赤字嚴(yán)重區(qū)和赤字一般區(qū)稱為供需赤字區(qū).2010年和2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點(diǎn)分析結(jié)果。
2010年和2018年分別有9個(gè)和11個(gè)大斑塊為供需失衡的關(guān)鍵區(qū)域;2010年有4個(gè)斑塊為供需盈余區(qū),主要分布于池州、安慶、銅陵3市交界處的區(qū)/縣,總面積為13023.56km2,2010年有5個(gè)斑塊為供需赤字區(qū),分布于上海、南京、杭州等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市的主城區(qū),總面積為20082.03km2;2018年有5個(gè)斑塊為供需盈余區(qū),總面積為19921.69km2,比2010年增加6898.13km2,增加的斑塊主要位于杭州市桐廬縣、杭州市建德市和寧波市寧?h,桐廬縣2018年森林覆蓋率達(dá)75.31%,林地面積顯著增加,總供給價(jià)值增加48.15元·km2,建德市2010年至2018年城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展分散,需求增長不顯著,生態(tài)服務(wù)供給富余。
寧?h近8年間生態(tài)治理成效顯著,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給充足,2018年有6個(gè)斑塊為供需赤字區(qū),總面積為24079.65km2,比2010年增加3997.62km2,增加的斑塊主要位于南京市江寧區(qū)、鎮(zhèn)江市句容市、蘇州市張家港市、無錫市江陰市,自2010年后,江寧區(qū)進(jìn)入工業(yè)化后期階段,區(qū)域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展,生態(tài)需求顯著提升,句容市大力推進(jìn)城鎮(zhèn)化建設(shè),研究年份內(nèi)建設(shè)用地比例增加12.5%,江陰市和張家港市位列2018年中國縣域經(jīng)濟(jì)百強(qiáng)排行榜前三,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以第二產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo),工業(yè)發(fā)達(dá),部分生態(tài)用地被占用,區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需失衡.
3.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)路徑與價(jià)值流轉(zhuǎn)量
3.3.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)路徑
將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需盈余和供需赤字的斑塊分別判定為生態(tài)源地和生態(tài)需求地,考慮到部分斑塊區(qū)/縣數(shù)不止一個(gè),且少數(shù)相鄰區(qū)/縣集中連片,文中生態(tài)源地和生態(tài)需求地的名稱用其中面積最大且聚集程度最高的區(qū)/縣名稱表示.2010年,有4個(gè)主要生態(tài)源地(安慶市太湖縣、池州市貴池區(qū)、銅陵市樅陽縣和常州市溧陽市),5個(gè)主要生態(tài)需求地(南京市六合區(qū)、湖州市德清縣、嘉興市桐鄉(xiāng)市、杭州市蕭山區(qū)和上海全區(qū)/縣).
2018年,有5個(gè)主要生態(tài)源地(安慶市宿松縣、池州市貴池區(qū)、銅陵市樅陽縣、杭州市建德市和寧波市寧?h),6個(gè)主要生態(tài)需求地(杭州市蕭山區(qū)、嘉興市海寧市、嘉興市桐鄉(xiāng)市、無錫市江陰市、南京市江寧區(qū)及上海全區(qū)/縣).由ArcGIS平臺(tái)的成本路徑工具生成生態(tài)源地和生態(tài)需求地之間的多條潛在生態(tài)廊道.2010年和2018年生態(tài)廊道、生態(tài)源地和生態(tài)需求地的空間分布.根據(jù)重力矩陣可得2010年和2018年生態(tài)斑塊的相互作用矩陣。
2010年的5個(gè)生態(tài)需求地均與貴池區(qū)的相互作用力最強(qiáng),表明貴池區(qū)與各生態(tài)需求地進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流轉(zhuǎn)的可能性最大,進(jìn)而提取出5條重要生態(tài)廊道.2018年的6個(gè)生態(tài)需求地均與建德市的相互作用力最強(qiáng),由此提取出6條重要生態(tài)廊道作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從生態(tài)源地到生態(tài)需求地的流轉(zhuǎn)路徑.重要生態(tài)廊道將生態(tài)需求地與生態(tài)源地進(jìn)行了有效連通,以此作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流轉(zhuǎn)的最佳路徑,建立起自然生態(tài)系統(tǒng)與城鎮(zhèn)需求空間的聯(lián)系紐帶。
4討論與結(jié)論
2018年供需失衡區(qū)面積的增加導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價(jià)值流轉(zhuǎn)量的增多,以及生態(tài)源地和生態(tài)需求地空間 分布格局的改變,其關(guān)鍵原因在于區(qū)域經(jīng)濟(jì)水平的提升使生態(tài)需求指數(shù)顯著增長,第二、三產(chǎn)業(yè)是區(qū)/縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要?jiǎng)恿,為滿足人們對更高生態(tài)質(zhì)量的需求提供各種原材料和消費(fèi)品,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供不應(yīng)求.此外,城鎮(zhèn)化進(jìn)程改變原有土地利用結(jié)構(gòu),建設(shè)用地?cái)U(kuò)張占用部分生態(tài)用地,自然生態(tài)系統(tǒng)受到人為活動(dòng)干擾程度加深,導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能下降,供需空間異質(zhì)性增強(qiáng).
結(jié)合長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系,通過構(gòu)建生態(tài)源地和生態(tài)需求地之間的重要生態(tài)廊道確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流轉(zhuǎn)路徑,并計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值流轉(zhuǎn)量,可為相關(guān)部門制定生態(tài)補(bǔ)償?shù)瓤鐓^(qū)域環(huán)境協(xié)調(diào)治理政策提供一定的科學(xué)依據(jù);根據(jù)生態(tài)源地流轉(zhuǎn)到生態(tài)需求地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值流轉(zhuǎn)量比例,地方政府可以進(jìn)行生態(tài)服務(wù)價(jià)值補(bǔ)償出資比例的安排,從而保障地區(qū)公平的發(fā)展權(quán).基于價(jià)值量、熱點(diǎn)分析、MCR模型和距離衰減等多種模型和方法,量化分析長三角城市群2010年和2018年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求,揭示其供需空間格局特征,并確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)路徑和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值流轉(zhuǎn)量,可得以下3個(gè)結(jié)論.
1)長三角城市群2010年和2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給變化微小,而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求顯著增長;在空間分布上,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給呈南高北低的分布形態(tài);需求大致呈現(xiàn)東高西低的分布形態(tài),沿海、沿江明顯高于內(nèi)陸地區(qū).2)供需盈余區(qū)主要分布于皖南山地丘陵,供需赤字區(qū)主要分布于上海、南京、杭州等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市的主城區(qū),研究年份內(nèi),供需平衡區(qū)面積下降,供需失衡區(qū)面積增加,經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與土地利用方式的變化導(dǎo)致供需空間異質(zhì)性增強(qiáng).3)將生態(tài)源地和生態(tài)需求地之間的重要生態(tài)廊道作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流轉(zhuǎn)路徑,可得2010年和2018年長三角城市群生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值流轉(zhuǎn)總量為127.1,272.6億元.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程,不同廊道間傳遞的服務(wù)流量各有差異.
文中構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)模型有一定的不足:首先,評估模型中用于反映自然影響因素的修正因子的選取多為經(jīng)驗(yàn)值,隨著對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流轉(zhuǎn)規(guī)律認(rèn)識(shí)的加深,需進(jìn)一步提高其準(zhǔn)確性;其次,在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流轉(zhuǎn)過程中僅考慮了自然因素,忽略了人為活動(dòng)的影響.今后的研究還需借助多種技術(shù)手段與數(shù)據(jù)信息,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流轉(zhuǎn)的路徑方向、流量大小、衰減特征等進(jìn)行具體、準(zhǔn)確的描述.
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作者:陳燕1,2,譚堰琴1,邱曉敏3,宋新山1,周鎮(zhèn)宇1,萬榮榮
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