华北落叶松人工林林缘土壤化学性质研究

郑素珊　张育松　张忠洋

摘 要：通过以冀北山地6种不同密度华北落叶松人工林为研究对象，分析林分边缘不同距离土壤pH、有机质和速效养分含量等化学性质主要得出以下结论：中密度条件下华北落叶松林分边缘的土壤有机质和速效养分含量较高。华北落叶松林分边缘土壤有机质含量、pH值和速效养分含量并未随林缘距离的增加而表现出较为明显的边缘效应。

关键词：华北落叶松；人工林；林缘；化学性质

中图分类号 S579 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）09-83-04

华北落叶松（Larix principic-rupprechtii）是北方地区重要的森林生态树种。主要分布在我国河北、山西、陕西、内蒙古、山东等省，其中河北省北部山地分布最为广泛。该树种是我国蓄积量较大的树种，是用于景观生态的主要树种之一，多用于较高海拔和纬度地区的景观配置。冀北山地广泛的华北落叶松是缓解北方沙尘天气对京、津地区侵袭的重要天然屏障。目前，国内外学者对华北落叶松的研究多集中在林木器官生物分配、生物量变化规律、群落结构和林下枯落物土壤水文效应等方面，而对不同密度下华北落叶松林分边缘土壤理化性质等方面的研究还较少[1]。因此，本文通过分析冀北山地6种不同密度华北落叶松人工林林缘不同距离土壤pH、有机质和速效养分等的规律，找出华北落叶松林分边缘不同距离土壤的化学特征及最能反映林分边缘效应的因子，为冀北山地华北落叶松合理经营提供参考。

1 研究内容及方法

1.1 标准地设置 采用典型标准地法进行抽样调查。在河北围场县木兰林管局管辖下的八英庄林场选择密度分别为630株/hm2、920株/hm2、1 180株/hm2、1 500株/hm2、

1 850株/hm2、2 150株/hm2的30a生华北落叶松人工纯林，设置30m×30m的标准地，分别记录不同密度下标准地的坡度、坡向、坡位、海拔、郁闭度等环境和生态因子；对标准样地内胸径超过5cm的华北落叶松人工林进行每木检尺，统计出标准地内林分的平均树高、胸径、灌幅、枝下高等（见表1）。

1.2 样点设置及化学性质测定 已有研究表明，不同程度的植被边缘效应主要发生在距林缘30m的范围以内[2-3]。因此，本研究所调查的样带选取为与华北落叶松人工林边缘垂直的30m×1m的连续样带，走向为东西走向（林缘-林内）。每5m布设一个样点，采集土壤样本。每次做3次重复，取其平均值。各测定方法如下：

土壤pH值采用酸度计法；土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法-外稀释法进行测定；土壤碱解氮采用碱解扩散法测定；土壤速效磷采用钼锑抗比色法测定；土壤速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法测定[4]。

2 数据处理

采用Excel和spss17.0统计软件对数据进行分析处理。

3 结果分析

3.1 不同密度及林缘不同距离对土壤pH值的影响 土壤酸碱性能是衡量土壤化学性质的重要指标之一。土壤酸碱性的变化不仅对土壤生态系统的化学过程产生影响，而且对土壤生态系统中的生物变化过程具有明显的制约作用[5]。同时，土壤养分的迁移和重金属的污染均可能对土壤的化学性质产生重要影响。图1显示了不同密度下华北落叶松不同林分边缘土壤pH值的变化规律。由图可以明显看出，6种不同密度林分和不同林缘处土壤pH值均呈现出弱酸性，pH范围在4.91～6.02之间。同一密度华北落叶松人工林土壤pH值与距林分边缘的距离没有明显变化规律。而处于1 850株/hm2的华北落叶松人工林林缘的土壤pH值相对较高。

对华北落叶松林地6种不同密度及距林分边缘距离分别做单个变量S-N-K多重检验，并对林缘处土壤pH值做双因素方差分析，得出结果如表2所示。通过组间效应可得，不同密度下林分边缘处土壤pH值差异性极显著（F=171.526，显著水平0.000<0.01）；距林分边缘不同距离与土壤pH值之间差异性不显著（F=1.955，显著水平0.107>0.05）。对密度进行多重检验可得，密度为630株/hm2和2 150株/hm2的华北落叶松人工林林缘土壤pH值均值分别为5.043 9和5.059 6，均值比较他们的概率p值为0.562，大于0.05，因此，可认为该密度下两者林缘处土壤pH值没有明显差异；而处于其他四种密度下的华北落叶松人工林则分别与其他密度林缘处土壤pH值差比较显著。由此可知，不同林缘处的土壤pH值不能反应华北落叶松林的边缘效应。

3.2 不同密度及林缘不同距离对土壤有机质的影响 土壤中有机质不仅是土壤中氮、磷等重要营养物质的来源，而且对土壤理化性质具有调节作用，是土壤中各种微生物活动所需能源的重要组成部分之一[6]。土壤中有机质的含量一定程度能反映土壤的健康状况。图2显示了华北落叶松人工林林缘不同距离土壤有机质的变化规律。由图可明显看出，不同密度下林缘土壤有机质含量大小不一，有机质含量在55.48～93.45g/kg。同一密度华北落叶松林分，其林缘土壤有机质含量与林缘距离的大小没有明显的关系。

对华北落叶松人工林6种不同密度及距林分边缘不同距离分别做单个变量S-N-K多重检验，并对林缘处土壤有机质含量做双因素方差分析，得出结果如表2所示。通过组间效应可得，不同密度下林分边缘土壤有机质含量差异性极显著（F=6.172，显著水平0.000<0.01）；林缘不同距离处土壤有机质含量差异不显著（F=0.105，显著水平0.996>0.05）。由此可知，不同林缘距离处的华北落叶松人工林林缘土壤有机质含量不能较好的反映出边缘效应。通过密度的多重检验可得，密度为630株/hm2、1 850株/hm2和2 150株/hm2的林分林缘土壤有机质含量均值分别为72.814 6、63.097 1和69.398 4，均值比较他们的概率p值为0.072，大于0.05。由此可见，该3种密度下华北落叶松人工林林缘土壤有机质含量间没有明显差异；密度为1 500株/hm2的林分林缘土壤有机质含量均值为76.413 3，将其与密度为630株/hm2和2 150株/hm2进行比较可得，三者之间均值比较的概率p值为0.292，大于0.05，因此，该3种密度下林缘土壤有机质含量同样没有差异；密度为920株/hm2、1 180株/hm2的林分土壤有机质含量均值分别为82.797 5、81.534 8，两者分别与630株/hm2、1 500株/hm2密度林分均值比较的概率p值为0.108，同样大于0.05，由此可知，该4种密度下华北落叶松人工林林缘土壤有机质含量之间无明显差异。endprint

3.3 不同密度及林缘不同距离对土壤速效养分的影响 氮、磷和钾等一些养分在土壤中通常为无效状态的，当这些养分被植物利用前必须由无效态转变为有效态的碱解氮、速效磷和速效钾等。在植物体内从无效态到有效态的转换这一平衡过程中，利用速效态养分（如碱解氮、速效磷和速效钾等）在植物体内的含量大小，可以较好的衡量植物对养分的需求[7]。表3显示了速效磷等华北落叶松人工林林缘不同距离土壤的3种速效养分含量。可以明显看出，不同密度下华北落叶松林缘土壤各速效养分含量与距林分边缘距离大小没有明显关系，由此表明，土壤中速效养分含量不能较好显示华北落叶松林分的边缘效应。

对华北落叶松人工林六种不同密度及距林分边缘距离分别做单个变量S-N-K多重检验，并对林缘处土壤速效养分含量做双因素方差分析，得出结果如表4所示。通过组间效应可得，不同密度下林缘边缘处土壤碱解氮含量差异性极显著（F=19.419，显著水平为0.000<0.01）；而土壤中碱解氮含量与距林分边缘不同距离的差异性不显著（F=0.162，显著水平为0.0.986>0.05）。通过多重检验可知，密度为1 850株/hm2的林分土壤碱解氮含量均值是54.768 0（均小于其他密度下碱解氮含量），明显与其他密度条件下土壤碱解氮含量存在差异；密度为630株/hm2、920株/hm2、1 500株/hm2和2 150株/hm2的华北落叶松人工林林缘土壤中碱解氮含量均值为75.857 6、69.757 8、68.833 7和75.983 8，均值比较他们的概率p值为0.088，略大于0.05，由此可得，该4种密度下华北落叶松人工林林缘土壤碱解氮含量间没有明显差异；而在密度为1 180株/hm2的华北落叶松人工林林分土壤中碱解氮含量为80.535 7（均大于其他密度下的碱解氮含量），这一均值与密度为630株/hm2和2 150株/hm2的华北落叶松林分林缘土壤中碱解氮含量均值进行比较的概率p为0.258，明显大于0.05，由此可知，该3种密度下华北落叶松林林缘土壤碱解氮含量间没有明显差异。

对林缘土壤速效磷含量分析可知（表4），不同密度华北落叶松人工林林分边缘土壤速效磷含量存在显著差异，其中F=7.062，显著水平为0.000<0.01，而距林缘不同距离土壤速效磷含量没有明显差异性（F=0.157，显著性水平为0.987>0.05）。通过多重检验可得，密度在630株/hm2、1 180株/hm2、1 500株/hm2和2 150株/hm2的华北落叶松人工林林缘土壤速效磷含量均值分别是24.220 9、20.840 8、21.640 6和24.469 6，对他们的均值比较的概率p值为0.517，明显大于0.05，由此可得，该4种密度下华北落叶松林缘土壤速效磷含量之间没有明显差异；密度为1 850株/hm2的华北落叶松人工林林缘的土壤速效磷含量均值是30.556 9，这一均值与密度为630株/hm2和2 150株/hm2的华北落叶松林缘土壤中速效磷含量均值进行比较的概率p为0.054，稍大于0.05，由此可知，该3种密度下华北落叶松林分林缘土壤速效磷含量间没有明显差异。而密度为920株/hm2的华北落叶松人工林林缘土壤速效磷含量均值是32.985 6（均大于其他密度下的速效磷含量），这一均值与密度为1 850株/hm2的华北落叶松林分土壤中速效磷含量均值进行比较的概率p为0.361，明显大于0.05，由此可知，该2种密度下华北落叶松林分土壤速效磷含量间没有明显差异。

对林缘土壤速效钾含量分析可知（表4），不同密度华北落叶松人工林林分边缘土壤速效钾含量存在显著差异，其中F=14.273，显著水平为0.000<0.01，而距林缘不同距离土壤速效钾含量没有明显差异性（F=0.849，显著性水平为0.545>0.05）。通过对密度的多重检验可得，密度在630株/hm2、920株/hm2和1 500株/hm2的华北落叶松人工林林缘土壤速效钾含量均值分别是93.868 9、126.948 2和126.940 9，对他们的均值比较的概率p值为0.099，明显大于0.05，由此可得，该3种密度下华北落叶松林缘土壤速效钾含量之间没有明显差异；密度在1 850株/hm2和2 150株/hm2的华北落叶松林分边缘土壤速效钾含量均值分别是147.379 4和140.379 3，这一均值与密度为920株/hm2和1 850株/hm2的华北落叶松林分边缘土壤中速效钾含量均值进行比较的概率p为0.557，明显大于0.05，由此可知，该4种密度下华北落叶松林分土壤速效钾含量间没有明显差异；而密度为1 180株/hm2的华北落叶松林分边缘的土壤速效钾含量均值是217.605 2（均大于其他密度下的速效钾含量），这一均值明显与其他密度下林分土壤速效钾含量间存在差异。

4 结论

中密度条件下华北落叶松林分边缘的土壤有机质和速效养分含量较高。不同密度下华北落叶松林分边缘土壤有机质含量、pH值和速效养分含量均存在极显著差异；而在林缘不同距离处土壤中有机质含量、pH值和速效养分含量的差异性却不显著。由此表明，华北落叶松林分边缘土壤有机质含量、pH值和速效养分含量并未随林缘距离的增加而表现出较为明显的边缘效应。

参考文献

[1]田超.冀北山地华北落叶松人工林不同经营密度及林缘效应研究[D].保定：河北农业大学，2011.

[2]王如松，马世骏.边缘效应及其在经济生态学中的应用[J].生态学杂志，1985，2：38-42.

[3]肖笃宁，李秀珍，高峻，等.景观生态学[M].北京：科学出版社，2003.

[4]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2002：25-282.

[5]王海燕，雷相东，陆元昌，等.海南4种典型林分土壤化学性质比较研究[J].林业科学研究，2009，22（1）：129-133.

[6]赵广亮，王继兴，王秀珍，等.油松人工林密度与养分循环的研究[J].北京林业大学学报，2006，28（4）：39-44.

[7]陈声明，林海萍，张立钦.微生物生态学导论[M].北京：高等教育出版社，2007.

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3.3 不同密度及林缘不同距离对土壤速效养分的影响 氮、磷和钾等一些养分在土壤中通常为无效状态的，当这些养分被植物利用前必须由无效态转变为有效态的碱解氮、速效磷和速效钾等。在植物体内从无效态到有效态的转换这一平衡过程中，利用速效态养分（如碱解氮、速效磷和速效钾等）在植物体内的含量大小，可以较好的衡量植物对养分的需求[7]。表3显示了速效磷等华北落叶松人工林林缘不同距离土壤的3种速效养分含量。可以明显看出，不同密度下华北落叶松林缘土壤各速效养分含量与距林分边缘距离大小没有明显关系，由此表明，土壤中速效养分含量不能较好显示华北落叶松林分的边缘效应。

对华北落叶松人工林六种不同密度及距林分边缘距离分别做单个变量S-N-K多重检验，并对林缘处土壤速效养分含量做双因素方差分析，得出结果如表4所示。通过组间效应可得，不同密度下林缘边缘处土壤碱解氮含量差异性极显著（F=19.419，显著水平为0.000<0.01）；而土壤中碱解氮含量与距林分边缘不同距离的差异性不显著（F=0.162，显著水平为0.0.986>0.05）。通过多重检验可知，密度为1 850株/hm2的林分土壤碱解氮含量均值是54.768 0（均小于其他密度下碱解氮含量），明显与其他密度条件下土壤碱解氮含量存在差异；密度为630株/hm2、920株/hm2、1 500株/hm2和2 150株/hm2的华北落叶松人工林林缘土壤中碱解氮含量均值为75.857 6、69.757 8、68.833 7和75.983 8，均值比较他们的概率p值为0.088，略大于0.05，由此可得，该4种密度下华北落叶松人工林林缘土壤碱解氮含量间没有明显差异；而在密度为1 180株/hm2的华北落叶松人工林林分土壤中碱解氮含量为80.535 7（均大于其他密度下的碱解氮含量），这一均值与密度为630株/hm2和2 150株/hm2的华北落叶松林分林缘土壤中碱解氮含量均值进行比较的概率p为0.258，明显大于0.05，由此可知，该3种密度下华北落叶松林林缘土壤碱解氮含量间没有明显差异。

对林缘土壤速效磷含量分析可知（表4），不同密度华北落叶松人工林林分边缘土壤速效磷含量存在显著差异，其中F=7.062，显著水平为0.000<0.01，而距林缘不同距离土壤速效磷含量没有明显差异性（F=0.157，显著性水平为0.987>0.05）。通过多重检验可得，密度在630株/hm2、1 180株/hm2、1 500株/hm2和2 150株/hm2的华北落叶松人工林林缘土壤速效磷含量均值分别是24.220 9、20.840 8、21.640 6和24.469 6，对他们的均值比较的概率p值为0.517，明显大于0.05，由此可得，该4种密度下华北落叶松林缘土壤速效磷含量之间没有明显差异；密度为1 850株/hm2的华北落叶松人工林林缘的土壤速效磷含量均值是30.556 9，这一均值与密度为630株/hm2和2 150株/hm2的华北落叶松林缘土壤中速效磷含量均值进行比较的概率p为0.054，稍大于0.05，由此可知，该3种密度下华北落叶松林分林缘土壤速效磷含量间没有明显差异。而密度为920株/hm2的华北落叶松人工林林缘土壤速效磷含量均值是32.985 6（均大于其他密度下的速效磷含量），这一均值与密度为1 850株/hm2的华北落叶松林分土壤中速效磷含量均值进行比较的概率p为0.361，明显大于0.05，由此可知，该2种密度下华北落叶松林分土壤速效磷含量间没有明显差异。

对林缘土壤速效钾含量分析可知（表4），不同密度华北落叶松人工林林分边缘土壤速效钾含量存在显著差异，其中F=14.273，显著水平为0.000<0.01，而距林缘不同距离土壤速效钾含量没有明显差异性（F=0.849，显著性水平为0.545>0.05）。通过对密度的多重检验可得，密度在630株/hm2、920株/hm2和1 500株/hm2的华北落叶松人工林林缘土壤速效钾含量均值分别是93.868 9、126.948 2和126.940 9，对他们的均值比较的概率p值为0.099，明显大于0.05，由此可得，该3种密度下华北落叶松林缘土壤速效钾含量之间没有明显差异；密度在1 850株/hm2和2 150株/hm2的华北落叶松林分边缘土壤速效钾含量均值分别是147.379 4和140.379 3，这一均值与密度为920株/hm2和1 850株/hm2的华北落叶松林分边缘土壤中速效钾含量均值进行比较的概率p为0.557，明显大于0.05，由此可知，该4种密度下华北落叶松林分土壤速效钾含量间没有明显差异；而密度为1 180株/hm2的华北落叶松林分边缘的土壤速效钾含量均值是217.605 2（均大于其他密度下的速效钾含量），这一均值明显与其他密度下林分土壤速效钾含量间存在差异。

4 结论

中密度条件下华北落叶松林分边缘的土壤有机质和速效养分含量较高。不同密度下华北落叶松林分边缘土壤有机质含量、pH值和速效养分含量均存在极显著差异；而在林缘不同距离处土壤中有机质含量、pH值和速效养分含量的差异性却不显著。由此表明，华北落叶松林分边缘土壤有机质含量、pH值和速效养分含量并未随林缘距离的增加而表现出较为明显的边缘效应。

参考文献

[1]田超.冀北山地华北落叶松人工林不同经营密度及林缘效应研究[D].保定：河北农业大学，2011.

[2]王如松，马世骏.边缘效应及其在经济生态学中的应用[J].生态学杂志，1985，2：38-42.

[3]肖笃宁，李秀珍，高峻，等.景观生态学[M].北京：科学出版社，2003.

[4]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2002：25-282.

[5]王海燕，雷相东，陆元昌，等.海南4种典型林分土壤化学性质比较研究[J].林业科学研究，2009，22（1）：129-133.

[6]赵广亮，王继兴，王秀珍，等.油松人工林密度与养分循环的研究[J].北京林业大学学报，2006，28（4）：39-44.

[7]陈声明，林海萍，张立钦.微生物生态学导论[M].北京：高等教育出版社，2007.

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3.3 不同密度及林缘不同距离对土壤速效养分的影响 氮、磷和钾等一些养分在土壤中通常为无效状态的，当这些养分被植物利用前必须由无效态转变为有效态的碱解氮、速效磷和速效钾等。在植物体内从无效态到有效态的转换这一平衡过程中，利用速效态养分（如碱解氮、速效磷和速效钾等）在植物体内的含量大小，可以较好的衡量植物对养分的需求[7]。表3显示了速效磷等华北落叶松人工林林缘不同距离土壤的3种速效养分含量。可以明显看出，不同密度下华北落叶松林缘土壤各速效养分含量与距林分边缘距离大小没有明显关系，由此表明，土壤中速效养分含量不能较好显示华北落叶松林分的边缘效应。

对华北落叶松人工林六种不同密度及距林分边缘距离分别做单个变量S-N-K多重检验，并对林缘处土壤速效养分含量做双因素方差分析，得出结果如表4所示。通过组间效应可得，不同密度下林缘边缘处土壤碱解氮含量差异性极显著（F=19.419，显著水平为0.000<0.01）；而土壤中碱解氮含量与距林分边缘不同距离的差异性不显著（F=0.162，显著水平为0.0.986>0.05）。通过多重检验可知，密度为1 850株/hm2的林分土壤碱解氮含量均值是54.768 0（均小于其他密度下碱解氮含量），明显与其他密度条件下土壤碱解氮含量存在差异；密度为630株/hm2、920株/hm2、1 500株/hm2和2 150株/hm2的华北落叶松人工林林缘土壤中碱解氮含量均值为75.857 6、69.757 8、68.833 7和75.983 8，均值比较他们的概率p值为0.088，略大于0.05，由此可得，该4种密度下华北落叶松人工林林缘土壤碱解氮含量间没有明显差异；而在密度为1 180株/hm2的华北落叶松人工林林分土壤中碱解氮含量为80.535 7（均大于其他密度下的碱解氮含量），这一均值与密度为630株/hm2和2 150株/hm2的华北落叶松林分林缘土壤中碱解氮含量均值进行比较的概率p为0.258，明显大于0.05，由此可知，该3种密度下华北落叶松林林缘土壤碱解氮含量间没有明显差异。

对林缘土壤速效磷含量分析可知（表4），不同密度华北落叶松人工林林分边缘土壤速效磷含量存在显著差异，其中F=7.062，显著水平为0.000<0.01，而距林缘不同距离土壤速效磷含量没有明显差异性（F=0.157，显著性水平为0.987>0.05）。通过多重检验可得，密度在630株/hm2、1 180株/hm2、1 500株/hm2和2 150株/hm2的华北落叶松人工林林缘土壤速效磷含量均值分别是24.220 9、20.840 8、21.640 6和24.469 6，对他们的均值比较的概率p值为0.517，明显大于0.05，由此可得，该4种密度下华北落叶松林缘土壤速效磷含量之间没有明显差异；密度为1 850株/hm2的华北落叶松人工林林缘的土壤速效磷含量均值是30.556 9，这一均值与密度为630株/hm2和2 150株/hm2的华北落叶松林缘土壤中速效磷含量均值进行比较的概率p为0.054，稍大于0.05，由此可知，该3种密度下华北落叶松林分林缘土壤速效磷含量间没有明显差异。而密度为920株/hm2的华北落叶松人工林林缘土壤速效磷含量均值是32.985 6（均大于其他密度下的速效磷含量），这一均值与密度为1 850株/hm2的华北落叶松林分土壤中速效磷含量均值进行比较的概率p为0.361，明显大于0.05，由此可知，该2种密度下华北落叶松林分土壤速效磷含量间没有明显差异。

对林缘土壤速效钾含量分析可知（表4），不同密度华北落叶松人工林林分边缘土壤速效钾含量存在显著差异，其中F=14.273，显著水平为0.000<0.01，而距林缘不同距离土壤速效钾含量没有明显差异性（F=0.849，显著性水平为0.545>0.05）。通过对密度的多重检验可得，密度在630株/hm2、920株/hm2和1 500株/hm2的华北落叶松人工林林缘土壤速效钾含量均值分别是93.868 9、126.948 2和126.940 9，对他们的均值比较的概率p值为0.099，明显大于0.05，由此可得，该3种密度下华北落叶松林缘土壤速效钾含量之间没有明显差异；密度在1 850株/hm2和2 150株/hm2的华北落叶松林分边缘土壤速效钾含量均值分别是147.379 4和140.379 3，这一均值与密度为920株/hm2和1 850株/hm2的华北落叶松林分边缘土壤中速效钾含量均值进行比较的概率p为0.557，明显大于0.05，由此可知，该4种密度下华北落叶松林分土壤速效钾含量间没有明显差异；而密度为1 180株/hm2的华北落叶松林分边缘的土壤速效钾含量均值是217.605 2（均大于其他密度下的速效钾含量），这一均值明显与其他密度下林分土壤速效钾含量间存在差异。

4 结论

中密度条件下华北落叶松林分边缘的土壤有机质和速效养分含量较高。不同密度下华北落叶松林分边缘土壤有机质含量、pH值和速效养分含量均存在极显著差异；而在林缘不同距离处土壤中有机质含量、pH值和速效养分含量的差异性却不显著。由此表明，华北落叶松林分边缘土壤有机质含量、pH值和速效养分含量并未随林缘距离的增加而表现出较为明显的边缘效应。

参考文献

[1]田超.冀北山地华北落叶松人工林不同经营密度及林缘效应研究[D].保定：河北农业大学，2011.

[2]王如松，马世骏.边缘效应及其在经济生态学中的应用[J].生态学杂志，1985，2：38-42.

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