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桂西南蚬木林凋落物和表土理化性状分析

更新时间:2009-03-28

蚬木(Excentrodendron hsienmu)是桂西南喀斯特地区特有的原生性树种之一,也是维持和改善岩溶区生态系统及生物多样性的优势植被之一[1]。其与肥牛树(Cephalomappa sinensis)、金丝李(Garcinia paucinervis)等组成具有代表性的石灰岩季节性雨林,是一种隐地带性的土壤演替顶级群落[2]。蚬木作为我国著名的硬木和优良材用树种,经济价值高,但长期遭受乱砍滥伐,缺乏有效保护,导致种群数量不断下降,现已列为国家Ⅱ级保护植物。近年来,蚬木越来越受到人们的重视,对其研究主要在生物学特性和保护生态学[3-4]、群落生态学[5]、种群结构和数量动态[6]、物种多样性及其影响因子[7-8]、种群天然更新[9-10]、土壤呼吸[11]、苗木扦插[12]、幼苗生长节律[13]、人工造林[14]等,关于蚬木天然林或人工林凋落物和林区土壤的理化性质对比分析的研究报道较少。

凋落物是森林生态系统的重要结构和功能单元,具有涵养水源、保持水土、促进森林生态系统物质循环和养分平衡的功能[15],其数量动态、水分特性和化学性质反映着森林生态系统间的差别和动态特征[16]。土壤与植物关系密切,不同森林类型会使其生长的土壤理化性质产生差异,而土壤理化性质又作用于群落内的许多生态过程[17]。研究喀斯特地区蚬木林的凋落物生物量、持水量、养分含量,以及土壤密度、孔隙度、持水量、养分含量等理化性质,能够充分掌握蚬木的生长环境特征,对蚬木种群的保护以及喀斯特地区的生态恢复重建具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 样地设置

蚬木优势种群落主要分布在石山地区,受地形影响,连片面积不大,因此在靖西县等6个地点共设置了18个20 m×20 m的标准样地,每个地点3个,每个样地划分成4个10 m×10 m的小样方进行乔木层调查,对样地内胸径大于1 cm的活立木进行每木检尺,测定胸径、树高、冠幅等生长指标,同时记录样地的经纬度、海拔、坡向、坡度、坡位等环境因子(表1)。

靖西蚬木林位于广西邦亮长臂猿国家级自然保护区,该保护区是与越南交界的桂西南重要的生物多样性区域;天等蚬木林位于村口,人们以风水林对其进行保护;隆安蚬木林分布地已封山育林,人为干扰较少;武鸣蚬木林分布在广西三十六弄——陇均自治区级自然保护区内;龙州弄岗蚬木林位于广西弄岗国家级自然保护区内;龙州上龙蚬木林是20世纪70年代种植的人工林。6个样地均属典型的北热带湿热气候、石灰岩岩溶地貌。

 

表1 不同地区蚬木林基本信息Tab.1 The basic information ofExcentrodendron hsienmuforest in different regions

  

样地号JX TD LA WM LZNG LZSL地点靖西天等隆安武鸣龙州弄岗龙州上龙林分类型天然林天然林天然林天然林天然林人工林经度(E)106 26′33″107 16′58″107 24′6″107 51′53″106 56′37″106 55′7″纬度(N)22 53′33″23 8′28″23 4′24″23 16′4″22 27′53″22 20′59″海拔/m 353 429 432 271 198 145坡向353°075°108°194°207°261°坡度40°40°48°35°45°30°坡位中上下中部下部下部中下部郁闭度90 90 90 90 85 85平均胸径/cm 05.0 09.0 06.7 12.4 15.0 12.7最大胸径/cm 036.4 130.1 024.5 036.5 039.4 026.8

1.2 凋落物生物量和持水量测定

在每个样地取3个25 cm×25 cm相对平均的小样方内的全部凋落物,现场称其鲜重,装袋带回实验室于85℃烘干至恒重,以干质量计算凋落物生物量,同时计算含水率。

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将烘干的凋落物装入100目的尼龙网袋并完全浸入清水中,分别在浸水0.25、0.5、1、2、4、8、12、24 h后,将网袋从水中取出并悬挂在空中静置约5 min,当无水滴滴下时立刻称量,计算不同浸泡时段凋落物的持水量、持水率和吸水速率,计算公式如下[18]

从表5可知,不同地区蚬木林土壤的物理性状和持水量均存在显著差异(P<0.05)。6个地区的蚬木林表层土壤密度较轻,变化幅度为0.60~1.11 g/cm3,只有龙州上龙土壤密度大于1.00 g/cm3;非毛管孔隙度范围为3.08%~12.40%,大小顺序为隆安>武鸣>靖西>天等>龙州弄岗>龙州上龙;毛管孔隙度范围为38.87%~55.73%,大小顺序为龙州弄岗>靖西>龙州上龙>天等>武鸣>隆安;总孔隙度范围在51.27%~60.97%之间,大小顺序为靖西>龙州弄岗>武鸣>龙州上龙>天等>隆安;非毛管持水量、毛管持水量、最大持水量的变化幅度分别为26.20~136.45、388.68~557.26、512.73~609.71 t/hm2,且土壤持水量的变化规律与相应的孔隙度一致。

对不同地区蚬木林的凋落物持水量W与浸水时间t进行回归分析,均发现两者之间呈极显著的对数函数关系(P<0.001),拟合的方程表达式为:W=a+bInt,回归方程的相关系数R2>0.9(表3)。

凋落物最大持水率Rmax=(M24-MD)/MD×100%

云模型主要使用期望Ex、熵En和超熵He三个参数来表示其数字特征。Ex表示云滴在论域空间分布的期望,是概念在论域空间的中心值。En是定性概念不确定性的度量,是由定性概念的随机性和模糊性共同决定的。He是熵的不确定性的度量,即熵的熵,它的大小由熵的随机性和模糊性共同决定。该三个参数可采用如下公式计算[13]:

凋落物最大持水量Wmax=M×Rmax

由表2可知,桂西南不同地区蚬木林凋落物生物量(5.73~17.86 t/hm2)、最大持水率(160.48%~195.22%)、最大持水量(10.21~29.96 t/hm2)、最大拦蓄量(8.73~22.29 t/hm2)等均存在显著差异(P<0.05)。凋落物生物量的大小顺序为天等>隆安>龙州上龙>武鸣>靖西>龙州弄岗;最大持水量大小顺序与生物量基本一致,除了隆安>天等;最大拦蓄量与最大持水量的大小顺序也基本一致,除了龙州上龙>天等。

由表3可知,凋落物吸水速率V与浸水时间t之间存在极显著的幂函数关系(P<0.001),回归分析拟合的方程表达式为:V=kt-a,且凋落物的吸水速率与浸水时间相关性很好,回归方程的相关系数R2均在0.9以上。

式中:M0MDM24分别为凋落物自然湿质量、干质量、浸水24 h后的湿质量;M为凋落物生物量;Mtt时刻凋落物持水量(g/kg);t为凋落物浸泡时间;0.85为有效拦蓄量调整系数。

1.3 随访方法 所有患者以自制表调查问卷,同时以电话、短信、电子邮件并且通过门诊和住院资料等方式定期随访,术后第1年前半年每个月复查1次,后半年每3个月复查1次,第2年每半年复查1次,第3年以后每年复查1次,随访日期截止到2016年10月,除随访过程中患者死亡之外,所有病例随访至少70个月。

1.3 凋落物养分元素测定

在每个样地按“梅花”五点法收集凋落物混合样,重复3次,装袋带回实验室,于75℃烘干粉碎,测定有机碳、全氮、全磷、全钾等养分指标。测定方法按照LY/T 1271-1999《森林植物与森林枯枝落叶层全氮、磷、钾、钠、钙、镁的测定》和吴良欢等[19]植物有机碳测定。

2.1 4组患者治疗前后肺部感染及留置胃管情况比较 治疗4周后,3个观察组肺部感染及留置胃管率较治疗前及对照组治疗后显著下降(均P<0.05);3个观察组之间肺部感染及留置胃管率比较差异无统计学意义。见表2。

1.4 土壤物理性状和持水量测定

由于样地岩石裸露率高,土层浅,无法挖深土壤剖面,因此在每个标准样地内刨去表面凋落物后,取0~10 cm的表层土壤环刀样品,重复3次,带回实验室,测定土壤密度、孔隙度、持水量等物理性状指标[20]

1.5 土壤养分元素测定

由表4可知,不同地区蚬木林的土壤有机质等养分指标不同,且差异显著(P<0.05)。6个地区的土壤pH均>7.0,呈弱碱性,武鸣地区的碱性最强,隆安地区的碱性较弱;有机质、全氮、全磷、全钾含量的变化范围分别为97.15~174.81、5.11~8.82、0.62~1.88、2.29~14.98 g/kg。天等地区的蚬木林土壤有机含量最高;靖西地区的全氮和全磷含量最高;龙州弄岗地区的有机质、全氮和全钾含量均最低;龙州上龙的全钾含量最高,而其有机质、全氮和全磷的含量较低,仅大于最低值。

2 结果与分析

2.1 凋落物生物量和持水量

凋落物吸水速率V=Mt/t

 

表2 不同地区蚬木林凋落物生物量和持水量Tab.2 Litter biomass and water-holding capacity ofExcentrodendron hsienmuforest in different regions(mean±se,n=9)

  

同列不同小写字母表示在a=0.05水平上的差异显著。下同。

 

样地号JX TD LA WM LZNG LZSL生物量/(t/hm2)08.59±0.94 a 17.86±1.47 c 15.56±1.17 bc 13.60±1.58 b 05.73±0.38 a 14.00±1.36 b自然含水率(%)38.26±5.08 b 54.86±4.55 c 48.09±5.13 bc 47.77±5.24 bc 25.79±1.37 a 22.87±0.78 a最大持水率(%)188.81±11.98 bc 166.71±9.53 ab 195.22±7.93 c 160.48±6.41 a 181.13±9.01 abc 168.88±6.40 abc最大持水量/(t/hm2)16.10±2.03 b 29.73±2.72 d 29.96±1.71 d 21.57±2.27 bc 10.21±0.49 a 23.10±1.66 c最大拦蓄率(%)150.57±10.83 b 111.85±6.70 a 147.14±7.95 b 112.73±7.91 a 155.36±9.42 b 146.01±6.82 b最大拦蓄量/(t/hm2)12.66±1.45 b 19.81±1.65 c 22.29±0.88 c 14.74±1.39 b 08.73±0.46 a 19.86±1.34 c有效拦蓄率(%)122.25±9.23 b 086.85±5.45 a 117.86±7.05 b 088.65±7.22 a 128.19±8.09 b 120.68±5.87 b有效拦蓄量/(t/hm2)10.24±1.16 b 15.35±1.26 c 17.80±0.69 c 11.50±1.10 b 07.20±0.38 a 16.39±1.09 c

2.2 凋落物持水动态分析

2.2.1 凋落物持水量变化过程

6个地区的蚬木林凋落物持水量不同,从大到小依次为隆安、天等、龙州上龙、武鸣、靖西、龙州弄岗,但其均随着浸水时间的增加而不断增加,浸水前0.25 h增量较大,之后增速变缓,24 h后达到饱和(图1)。

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2.2.2 凋落物持水率变化过程

随着浸水时间的增加,凋落物的持水率明显增加,当浸水0.25 h时,6个地区的蚬木林凋落物持水率达到93.97%~120.71%之间(图2)。但不同地区蚬木林的凋落物持水率随着浸水时间的增加,表现出一致的变化规律,即刚开始浸水时持水率快速增加,增量达到最大值,0.25 h后,累积持水率增幅逐渐减小,慢慢趋于稳定值。

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图1 不同地区蚬木林落物持水量与浸水时间的关系Fig.1 Relationship between the water-holding capacity of litter and the immersion time of Excentrodendron hsienmuforest in different regions

  

图2 不同地区蚬木林凋落物持水率与浸水时间的关系Fig.2 Relationship between the water content rate of litter and the immersion time ofExcentrodendron hsienmuforest in different regions

经过回归分析可知,不同地区的蚬木林凋落物持水率R与浸水时间t之间呈极显著的对数函数关系(P<0.001),方程表达式为:R=a+bInt,回归方程的相关系数R2>0.9,亦表明持水率与浸水时间的相关性很好(表3)。

2.2.3 凋落物吸水速率变化过程

从图3可看出,不同地区蚬木林的凋落物吸水速率随着浸水时间的增加而降低,刚浸水时吸水速率很高,0.5h后明显降低,4h后降幅变小,最后渐渐趋于0。不同地区蚬木林的凋落物吸水速率存在差异,当吸水0.25 h时,6个地区蚬木林的凋落物吸水速率变化范围在5638.34~7242.87g/(kg·h)之间。

凋落物有效拦蓄量Wsv=(0.85Rmax-R0)×M

  

图3 不同地区蚬木林凋落物吸水速率与浸水时间的关系Fig.3 Relationship between the water-absorption rate of litter and the immersion time ofExcentrodendron hsienmuforest in different regions

 

表3 凋落物持水量、持水率、吸水速率和浸水时间的回归方程Tab.3 Regress analysis between the water-holding capacity,water-holding rate,the water-absorption rate and the immersion time of litter

  

样地号JX TD LA WM LZNG LZSL持水量与浸泡时间的关系式W=12.234+1.086Int W=21.558+2.34Int W=21.976+2.426Int W=15.286+1.8Int W=18.687+1.746Int W=21.976+2.426Int R2 R2 R2 0.951**0.946**0.986**0.978**0.991**0.967**持水率与浸泡时间的关系式R=143.971+12.526Int R=121.971+12.91Int R=144.582+16.148Int R=114.795+13.109Int R=129.181+16.263Int R=126.333+11.939Int 0.938**0.948**0.988**0.978**0.991**0.968**吸水速率与浸泡时间的关系式V=1584.833t-0.971 V=1338.023t-0.954 V=1585.874t-0.95 V=1 259.839t-0.948 V=1415.173t-0.938 V=1390.61t-0.966 0.997**0.997**0.996**0.996**0.996**0.996**

2.3 凋落物养分含量

方差分析表明,不同地区蚬木林的凋落物养分指标除了有机碳不存在显著差异外,其余均存在显著差异(P<0.05)。靖西蚬木林凋落物有机碳、全氮、全磷含量均最高,分别为439.15、20.28、0.83 g/kg;龙州上龙的全钾含量最高(2.50 g/kg),且明显大于其他地区,但其有机碳和全氮含量均最低,分别只有369.59、10.28 g/kg;天等地区的全磷含量最低(0.55 g/kg);武鸣地区的全钾含量最低,仅0.65 g/kg(表4)。

 

表4 不同地区蚬木林凋落物和土壤养分指标Tab.4 Litter and soil nutrient element ofExcentrodendron hsienmuforest in different regions(mean±se,n=9)

  

凋落物土壤样地号JX TD LA WM LZNG LZSL有机碳/(g/kg)439.15±3.55 423.18±9.04 399.32±21.73 430.39±14.90 391.39±14.76 369.59±19.98全氮/(g/kg)20.28±0.17 c 14.15±0.67 b 16.56±1.81 b 14.60±0.82 b 13.68±0.34 b 10.28±0.58 a全磷/(g/kg)0.83±0.03 b 0.55±0.06 a 0.57±0.03 a 0.64±0.07 a 0.60±0.03 a 0.58±0.06 a全钾/(g/kg)0.74±0.02 ab 0.73±0.08 ab 0.76±0.08 ab 0.65±0.08 a 0.96±0.04 b 2.50±0.16 c pH 7.49±0.11 abc 7.24±0.09 ab 7.11±0.08 a 7.76±0.02 c 7.61±0.10 bc 7.29±0.21 ab有机质/(g/kg)156.42±21.96 bc 174.81±20.34 c 144.18±6.59 bc 172.66±5.77 bc 97.15±7.06 a 126.28±13.4 ab全氮/(g/kg)8.82±1.08 c 8.37±0.77 bc 6.81±0.28 ab 7.75±0.29 bc 5.11±0.26 a 5.35±0.32 a全磷/(g/kg)1.88±0.12 d 1.26±0.06 c 0.62±0.03 a 1.37±0.09 c 0.88±0.05 b 0.81±0.02 ab全钾/(g/kg)7.81±0.86 c 2.38±0.25 a 3.24±0.49 ab 4.37±0.26 b 2.29±0.16 a 14.98±0.49 d

2.4 土壤物理性状与持水量

凋落物自然含水率R0=(M0-MD)/MD×100%

 

表5 不同地区蚬木林土壤物理性状和持水量Tab.5 Soil physical properties and water-holding capacity ofExcentrodendron hsienmuforest in different regions(mean±se,n=9)

  

样地号JX TD LA WM LZNG LZSL土壤密度/(g/cm3)0.68±0.02 ab 0.77±0.05 b 0.60±0.02 a 0.73±0.02 b 0.99±0.04 c 1.11±0.04 d非毛管孔隙度(%)07.23±1.22 b 05.70±1.21 b 12.40±0.75 c 11.40±0.51 c 05.11±0.57 ab 03.08±0.35 a毛管孔隙度(%)53.75±2.24 c 49.59±1.77 b 38.87±1.30 a 48.60±0.57 b 55.73±1.09 c 53.61±1.02 c总孔隙度(%)60.97±2.24 d 55.29±1.27 b 51.27±1.78 a 60.01±0.60 cd 60.84±0.66 d 56.69±0.93 bc非毛管持水量/(t/hm2)079.48±13.40 b 062.75±13.35 b 136.45±8.28 c 125.45±5.60 c 026.20±6.29 ab 033.89±3.84 a毛管持水量/(t/hm2)537.45±22.42 c 495.84±17.68 b 388.68±12.98 a 486.04±5.71 b 557.26±10.91 c 536.08±10.23 c最大持水量/(t/hm2)609.71±22.35 d 552.88±12.71 b 512.73±17.81 a 600.08±6.00 cd 608.35±6.57 d 566.90±9.31 bc

2.5 土壤养分含量

在每个样地的对角线上采集0~10 cm土层的混合样品3个,分别装袋带回实验室。待土样自然风干后测定pH、有机质、全氮、全磷、全钾等养分指标。测定方法按照LY/T1239-1999《森林土壤pH值的测定》;LY/T1238-1999《森林土壤有机质的测定》;LY/T 1228-1999《森林土壤全氮的测定》;LY/T 1232-1999《森林土壤全磷的测定》;LY/T 1234-1999《森林土壤全钾的测定》。

根据全国第二次土壤普查分类标准(表6),桂西南蚬木林的土壤有机质、全氮和全磷平均含量为1级;而全钾平均含量为5级。

 

表6 土壤养分分级标准Tab.6 Classification standards of soil nutrients g/kg

  

级别1很高2高3中等4低5很低6极低有机质>40 30~40 20~30 10~20 06~10<6全氮>2.0 1.5~2.0 1.0~1.5 0.75~1.00 00.5~0.75<0.5全磷>1.0 0.8~1.0 0.6~0.8 0.4~0.6 0.2~0.4<0.2全钾>30 20~30 15~20 10~15 05~10<5

3 结论与讨论

凋落物是森林生态系统物质循环和能量流动的重要环节,其生物量与累积年限、分解速度、林分组成、林分发育、气候状况和人为活动等有关[21]。一般情况下,凋落物现存量越高,持水量越大[22]。本研究中不同地区蚬木林凋落物生物量、最大持水率、最大持水量、最大拦蓄量等指标均存在显著差异,其中生物量的变化范围在5.73~17.86 t/hm2之间,平均12.56 t/hm2,均大于广西平果县喀斯特山地的灌丛林、灌木林、乔灌过渡林、蚬木林和仪花(Lysidice rhodostegia)林的凋落物生物量[23]。除了龙州弄岗和靖西,其余地区的蚬木林凋落物生物量均大于珠江流域广西苍梧县的马尾 松(Pinus massoniana)林 和 红 锥(Castanopsis hystrix)林[24]。蚬木是半常绿阔叶树种,每年进行换叶,落叶量大、且分解较缓慢,有利于凋落物生物量的积聚,而龙州弄岗和靖西的蚬木分布数量较少[8],是导致其凋落物生物量少的主要原因。本研究结果表明,6个地区的蚬木林凋落物的持水动态变化规律一致,即凋落物持水量、持水率均随着浸水时间的增加而增加,与浸泡时间均呈对数关系,吸水速率则随着浸水时间的增加而降低,与浸泡时间呈幂函数关系,这与顾宇书[25]、刘毅[18]等的研究结果一致。

本研究中蚬木林凋落物有机碳、全氮、全磷、全钾含量平均值分别为408.84、14.92、0.63、1.06 g/kg。与桂西北喀斯特地区6种群落凋落物的平均值[26]相比,有机碳、全氮含量较高,其中全氮含量甚至高于全球平均水平(10.9 g/kg);全磷含量较低,未达到全球平均水平(0.9 g/kg)。

喀斯特地区岩石裸露率高、土层浅薄且土被不连续,土壤尤为珍贵。本研究中不同地区蚬木林0~10 cm土壤密度平均仅0.81 g/cm3,偏轻,低于大多数林分土壤[27],且在不同地区间存在显著差异,这可能与蚬木林的林分组成、凋落物量不同有关。土壤容重直接影响土壤疏松度和通气性,一般疏松多孔的土壤容重低[28]。彭玉华等[23]的研究表明,土壤总孔隙度以50%或稍大于50%最好;过小,水气状况不良;过大,植物的根系不能与土壤密切结合,吸收养分和水分困难。本研究发现蚬木林土壤的总孔隙度平均为57.51%,最大持水量平均为575.11 t/hm2,表明蚬木林土壤透气性好,具有一定的保水能力,而持水量的变化规律与相应的孔隙度保持一致。何琴飞等[27]的研究表明,土壤容重越小、孔隙状况越好,土壤蓄渗能力越强。

土壤作为植物生存的物质基础,为植物生长提供养分是其重要的生态功能之一。土壤pH值会影响养分的转化、存在形态和有效性、以及植被的营养状态[29]。本研究中不同地区蚬木林的土壤pH值7.11~7.76,表明桂西南喀斯特地区蚬木林土壤呈弱碱性,与其生长的石灰岩环境、以及蚬木凋落物叶片含有大量的钙、对土壤酸化作用不明显有关[5],这有利于土壤有机质的积聚和改良土壤理化性状。本研究表明蚬木林土壤养分含量在不同地区之间存在显著差异,其中有机质、全氮、全磷含量丰富(达到1级),平均值分别为145.25、7.03、1.14 g/kg,均高于广西老虎跳自然保护区青梅(Vatica mangachapoi)林地(32.75、1.74、0.89g/kg)[30];全钾含量相对偏低,(5.85g/kg),只有蚬木林场人工林的全钾含量最高(14.98 g/kg),但也低于青梅林地(16.26 g/kg),这与青梅林地土壤强酸性、人为干扰大有关[30]。本研究中蚬木林土壤的全磷、全钾含量与木论保护区喀斯特常绿落叶阔叶混交林土壤(1.60、5.42 g/kg)水平接近[31],且全磷和全钾含量高于凋落物,而有机质和全氮含量低于凋落物,这与曾昭霞等[26]研究结果一致。凋落物是养分回归土壤的主要途径,土壤养分供应状况的改变会影响植物的光合作用和矿质代谢等过程,植物能够主动地调整养分需求灵活地适应周围生长环境的变化[32]

Linsanity:翻译为中文是林书豪热、林疯狂。这个词就是:林书豪的姓的首字母L+insanity(疯狂)组合起来的新词。当时Jeremy Lin 的表现越来越神勇了,刚拿下NBA东部一周最佳球员称号,又在与猛龙的对决中最后0.5秒3分绝杀带领球队取得了六连胜。球迷们用新词“Linsanity”来对林书豪人气进行概括。

桂西南喀斯特地区存在十分严重的石漠化现象。蚬木是喀斯特石山地区优良的造林树种,在涵养水分、防止水土流失、改良土壤理化性状、提高土壤肥力等方面发挥着重要作用,因此,要大力加强蚬木群落的保护与恢复。

1.2.2 不同因素对花青素提取量的影响 参照文献[5-11]的方法测定不同因素处理山竹果皮花青素的提取率。

参考文献

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何琴飞,彭玉华,欧芷阳,谭一波,郑威,申文辉,何峰
《广西林业科学》 2018年第01期
《广西林业科学》2018年第01期文献

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