深圳福田秋茄红树林生态系统碳循环的初步研究 - 生态环境学报
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1190 生 态 环 境 学 报 第 21 卷 第 7 期 (2012 年 7 月 )面 积 为 56.2 hm 2 。 优 势 物 种 有 秋 茄 Kandelia candel、白 骨 壤 Avicennia marina 、 桐 花 树 Aegicerascorniculatum、 海 桑 Sonneratia caseolaris 和 无 瓣 海桑 Sonneratia apetala 等 。研 究 区 位 于 观 鸟 厅 西 侧 , 自 陆 地 向 海 洋 选 择 了内 滩 、 中 滩 和 外 滩 3 种 不 同 滩 位 的 秋 茄 纯 林 为 研 究对 象 , 其 中 内 滩 群 落 为 天 然 林 , 林 龄 30 a, 中 滩 和外 滩 群 落 为 人 工 林 , 林 龄 18 a。 每 个 样 地 确 定 了 10m×10 m 范 围 典 型 群 落 作 为 固 定 样 方 , 样 方 的 基 本情 况 见 表 1。项 目株 数 密 度/( 株 ·hm -2 )表 1 研 究 样 地 基 本 概 况Table 1 The condition of the studied sites内 滩 中 滩 外 滩2011-04 2012-04 2011-04 2012-04 2011-04 2012-0432 400 32 400 18 800 18 800 7 200 7 200平 均 胸 径/cm9.404 7 9.8546 7.896 9 8.427 6 8.653 2 9.193 9平 均 高 度 /m 6.15 6.40 5.50 5.75 5.85 6.10坐 标 位 置22°31′42.97″N;114°00′08.80″E2 研 究 方 法2.1 生 态 系 统 碳 储 量 及 其 增 量 的 测 定 和 计 算2.1.1 植 被 碳 储 量 及 其 增 量分 别 于 2011 年 4 月 和 2012 年 4 月 对 4 个 样 地(10 m×10 m) 中 的 每 株 树 木 测 定 胸 径 和 树 高 , 采 用软 尺 测 量 1.3 m 处 胸 径 , 采 用 树 高 测 定 仪 测 量 树 高 ,[20]由 生 物 量 与 树 高 和 胸 径 的 异 速 生 长 方 程 推 算 样地 内 每 株 树 的 生 物 量 ( 公 式 1)。22= + ⋅ ( ) 或 B = a ⋅ ( D H ) blg B lg a b lg D H22°31′42.28″N;114°00′07.05″E22°31′41.50″N;114°00′06.83″E(1)式 中 ,B 表 示 生 物 量 (kg);D 表 示 1.3 m 处 胸径 (cm);H 表 示 树 高 (m);a、b 为 公 式 的 关 系 系数 , 根 据 昝 启 杰 等 (2001) 的 研 究 结 果 获 得 ( 见 表1)。表 2 生 物 量 异 速 生 长 方 程 的 关 系 系 数 和 有 机 碳 含 量Table 2 Coefficient of relative growth equations and organic carboncontent for biomass in different populations组 分有 机 碳 含 量 /%异 速 生 长 方 程 的 关 系 系 数a b 相 关 系 数叶 50.23 0.067 5 0.485 5 0.87枝 51.22 0.124 0 0.576 2 0.95皮 干 50.41 0.488 4 0.254 2 0.88花 果 51.34 0.000 7 1.061 0 0.85根 49.94 0.064 4 0.9919 0.95采 用 异 速 生 长 方 程 分 别 计 算 植 被 叶 、 枝 、 皮 干 、花 果 和 根 的 生 物 量 , 然 后 再 累 加 获 得 样 地 单 位 面 积的 生 物 量 。 根 据 2011 年 和 2012 年 的 监 测 结 果 求 得植 被 生 物 量 的 净 增 量 。 另 外 , 在 监 测 的 同 时 采 集 植物 各 组 分 样 品 带 回 实 验 室 , 经 80 ℃ 烘 干 , 研 磨 成粉 , 用 PE240C 型 元 素 分 析 仪 , 同 步 测 定 有 机 碳 的含 量 , 按 植 物 各 组 分 的 含 碳 量 ( 见 表 1) 换 算 得 到碳 密 度 (t/hm 2 ) [21] 。2.1.2 粗 木 质 残 体 和 凋 落 物 的 碳 储 量 及 其 变 化 量(1) 枯 立 木枯 立 木 是 指 森 林 中 未 倒 下 的 枯 死 树 。 根 据 红 树林 枯 立 木 的 分 解 状 态 , 进 一 步 分 为 4 类 :Ⅰ 类 的 特征 为 大 、 中 、 小 枝 完 整 ( 与 活 立 木 相 比 , 只 是 没 有叶 和 花 果 );Ⅱ 类 的 特 征 为 无 小 枝 , 但 有 中 、 大 枝 ;Ⅲ 类 的 特 征 为 只 有 大 枝 ;Ⅳ 类 的 特 征 为 完 全 没 有枝 , 只 剩 主 干 。 采 用 软 尺 和 树 高 测 定 仪 分 别 测 量 枯立 木 的 胸 径 (1.3 m 处 ) 和 树 高 , 利 用 修 改 的 活 立木 生 物 量 异 速 生 长 方 程 计 算 生 物 量 ( 公 式 2)。2bB = a⋅ D H ⋅ − ω(2)( ) ( )a1式 中 ,B a 表 示 枯 立 木 的 生 物 量 (t/hm 2 );D、H、a、b 等 系 数 含 义 见 公 式 (1);ω 表 示 枯 立 木 缺 枝 少叶 的 折 算 系 数 , 对 于 上 述 Ⅰ 类 枯 立 木 ,ω=0.02~0.03;对 于 Ⅱ 类 ,ω=0.2; 对 于 Ⅲ 类 和 Ⅳ 类 枯 立 木 ,ω 值分 别 设 定 为 0.3 和 0.5。 另 外 , 由 于 枯 立 木 地 下 部 分的 分 解 要 比 地 上 部 分 慢 得 多 , 因 此 , 本 研 究 从 保 守的 角 度 没 有 考 虑 枯 立 木 的 分 解 。(2) 枯 倒 木枯 倒 木 指 倒 下 的 枯 死 树 。 本 研 究 将 枯 倒 木 的 密度 级 划 分 为 腐 木 、 半 腐 木 、 未 腐 木 3 级 , 通 过 用 弯刀 敲 击 枯 倒 木 , 如 果 刀 刃 反 弹 回 来 , 即 为 未 腐 木 ;如 果 刀 刃 进 入 少 许 , 则 为 半 腐 木 ; 如 果 枯 倒 木 裂 开则 为 腐 木 。 在 样 地 中 调 查 测 定 不 同 密 度 级 的 所 有 枯倒 木 , 以 1 m 区 分 段 长 度 测 定 每 一 区 分 段 两 端 的 直径 , 假 定 每 一 区 分 段 为 圆 柱 体 , 以 其 两 端 直 径 的 平均 值 作 为 区 分 段 的 平 均 直 径 , 计 算 每 区 分 段 的 体积 , 累 加 得 每 一 密 度 级 的 材 积 , 根 据 不 同 密 度 级 推算 枯 倒 木 生 物 量 。BD= ⋅ ⋅ ⋅ρ(3)n m 2dc,ijbπ Ldc,iji= 1 j=1 4式 中 :B b 表 示 枯 倒 木 的 生 物 量 (t/hm 2 );D dc,ij表 示 某 密 度 级 第 i 棵 枯 倒 木 第 j 区 分 段 的 平 均 直 径(cm);L dc,ij 表 示 某 密 度 级 第 i 棵 枯 倒 木 第 j 区 分 段的 长 度 (cm);ρ 表 示 相 应 密 度 级 枯 倒 木 的 密 度(t/cm 3 ), 在 样 地 监 测 中 , 分 别 随 机 选 择 每 个 密 度 级的 3~5 棵 样 木 测 定 。(3) 凋 落 物在 各 样 地 中 随 机 设 置 1 m×1 m 的 样 方 4~5 个 ,采 集 沉 积 物 表 层 的 枯 落 物 层 , 用 清 水 冲 洗 风 干 后 ,
毛 子 龙 等 : 深 圳 福 田 秋 茄 红 树 林 生 态 系 统 碳 循 环 的 初 步 研 究 1191测 量 其 总 量 和 枝 、 叶 量 。分 别 于 2011 年 4 月 和 2012 年 4 月 在 固 定 样 方中 测 定 枯 立 木 、 枯 倒 木 和 枯 落 物 的 生 物 量 ( 枯 落 物 的随 机 取 样 在 不 同 的 位 置 ), 进 而 求 得 2 a 的 变 化 量 。2.1.3 土 壤 碳 储 量 及 其 增 量在 样 地 内 分 别 选 择 5 个 有 代 表 性 的 采 样 点 , 用PVC 管 挖 掘 土 壤 剖 面 , 按 照 10 cm 间 隔 将 土 壤 剖 面分 为 5 层 , 分 层 采 土 样 , 于 80 ℃ 下 烘 干 至 恒 量 后测 定 其 容 重 , 并 利 用 重 铬 酸 钾 氧 化 法 测 定 其 有 机 碳含 量 , 根 据 容 重 和 有 机 碳 含 量 数 据 ( 表 2), 计 算 得到 50 cm 深 土 层 有 机 碳 总 量 , 从 而 得 到 单 位 面 积 的土 壤 碳 储 量 [21] 。2.2 凋 落 物 生 成 量 的 测 定 和 计 算于 2011 年 4 月 开 始 至 2012 年 4 月 , 在 5 个 样地 中 分 别 设 置 1 m×1 m 的 收 集 器 5 个 , 每 间 隔 l~2个 月 收 集 其 中 的 凋 落 物 , 分 成 枝 、 叶 、 果 于 70 ℃烘 干 后 称 量 。2.3 生 态 系 统 呼 吸 量 的 测 定 和 计 算2.3.1 植 被 地 上 部 分 呼 吸(1) 叶 呼 吸于 2011 年 4 月 开 始 至 2012 年 4 月 , 每 隔 两 个月 在 黎 明 前 分 别 采 取 树 冠 低 、 中 和 高 的 枝 条 , 然 后将 枝 条 基 部 用 湿 润 纱 布 裹 住 , 立 刻 带 回 实 验 室 , 将枝 条 基 部 插 入 水 桶 内 , 放 置 在 阴 暗 处 。 所 有 的 测 量工 作 在 采 下 枝 条 的 6 h 内 完 成 。 在 静 态 暗 箱 中 通 过控 温 装 置 设 定 当 月 最 低 温 和 最 高 温 范 围 , 采 用 红 外线 CO 2 测 定 仪 测 量 植 物 叶 呼 吸 CO 2 , 建 立 植 物 叶 呼吸 与 温 度 间 的 曲 线 关 系 [22] , 公 式 如 下 :0.082T2Rl = 0.083 2e ( R = 0.82)(4)式 中 ,R l 为 叶 片 单 位 面 积 的 呼 吸 速 率(μmol·m -2·s -1 );T 为 气 温 (℃)。 进 而 通 过 叶 面 积 指数 求 出 单 位 群 落 面 积 的 叶 片 呼 吸 量 , 公 式 如 下 :R = R ⋅ B /LMAL l l (5)式 中 ,R L 为 单 位 群 落 面 积 叶 片 呼 吸 量(μmol·m -2·s -1 );R l 为 叶 片 单 位 面 积 的 呼 吸 速 率(μmol·m -2·s -1 );LMA 为 叶 片 单 位 面 积 质 量 (m 2·t -1 ),通 过 对 秋 茄 群 落 的 测 定 ,LMA 为 1.094 9 m 2·t -1 ;B l为 单 位 群 落 面 积 的 叶 生 物 量 , 根 据 公 式 (1) 求 出 。(2) 树 干 呼 吸于 2011 年 4 月 开 始 至 2012 年 4 月 , 在 样 地 中选 取 21 株 红 树 植 物 测 定 树 干 呼 吸 ( 内 滩 、 中 滩 和外 滩 各 7 棵 ), 胸 径 范 围 为 15~25 cm。 在 测 定 前 24h, 用 硅 酮 胶 将 PVC 环 粘 在 树 干 1.3 m 处 , 采 用 红外 线 CO 2 测 定 仪 测 量 植 物 树 干 呼 吸 CO 2 。 另 外 , 为减 少 边 缘 对 测 定 值 的 影 响 , 本 研 究 本 着 尽 量 少 用 密封 防 水 硅 酮 胶 的 原 则 [22] 。利 用 最 小 二 乘 法 建 立 树 干 呼 吸 与 气 温 之 间 的指 数 模 型 :0.091T2Rt = 0.4017e ( R = 0.86) (6)式 中 ,R t 为 树 干 单 位 面 积 的 呼 吸 速 率(μmol·m -2·s -1 );T 为 气 温 (℃)。 利 用 树 干 呼 吸 速 率与 大 气 温 度 间 的 相 关 关 系 换 算 得 到 研 究 时 段 内 的树 干 呼 吸 通 量 。[23]采 用 Xu 等 的 方 法 , 利 用 公 式 (7) 将 树 干 呼吸 速 率 从 单 位 面 积 换 算 为 单 位 材 积 树 干 呼 吸 速 率 :RT= 400 Rt/ D(7)式 中 ,R T 为 单 位 材 积 树 干 呼 吸 速 率 ;R t 为 树 干单 位 面 积 的 呼 吸 速 率 (μmol·m -2·s -1 );D 为 胸 径(cm)。 基 于 胸 径 和 树 高 计 算 的 材 积 量 换 算 得 到 单 位面 积 林 地 的 树 干 呼 吸 速 率 。2.3.2 土 壤 异 氧 呼 吸 和 根 系 呼 吸于 2011 年 1 月 初 , 在 各 样 地 随 机 选 取 2 个 小样 方 做 切 根 处 理 : 先 量 好 50 cm×50 cm 小 区 并 做 好标 记 , 再 在 四 周 垂 直 向 下 挖 50 cm 深 、15 cm 宽 的壕 沟 切 断 根 系 , 然 后 紧 贴 沟 内 壁 插 入 0.5 cm 厚 的PVC 板 ( 板 相 邻 的 4 个 角 留 有 4~5 cm 重 叠 ), 板 外围 用 原 土 按 层 依 次 回 填 、 压 实 ( 尽 量 保 持 土 壤 容 重等 其 他 理 化 性 质 与 周 边 一 致 )。 处 理 小 区 内 被 切 断的 根 系 不 做 任 何 处 理 , 任 其 自 然 分 解 , 在 切 根 处 理小 区 旁 约 2 m 处 选 取 50 cm×50 cm 作 为 原 样 对 照 ,在 四 周 作 好 标 记 。 经 过 约 3 个 月 平 衡 后 进 行 数 据 采集 , 对 照 及 切 根 处 理 的 小 区 内 定 期 齐 地 面 剪 掉 所 有Table 3表 3 土 壤 剖 面 的 有 机 碳 含 量 和 容 重The contents of organic carbon and bulk density of soil profiles时 间 2011 年 4 月 2012 年 4 月滩 位 内 滩 中 滩 外 滩 内 滩 中 滩 外 滩有 机 碳 含项 目量 /%容 重 / 有 机 碳 含 容 重 / 有 机 碳 含(g·cm -3 ) 量 /% (g·cm -3 ) 量 /%容 重 / 有 机 碳 含 容 重 / 有 机 碳 含(g·cm -3 ) 量 /% (g·cm -3 ) 量 /%容 重 / 有 机 碳 含(g·cm -3 ) 量 /%容 重 /(g·cm -3 )0~10 cm 9.81±0.95 0.97±0.02 4.88±0.44 0.96±0.03 3.97±0.42 0.95±0.02 9.95±0.88 0.97±0.02 4.90±0.21 0.96±0.05 3.98±0.37 0.95±0.0210~20 cm 9.53±0.67 0.96±0.03 4.76±0.47 0.96±0.01 3.95±0.23 0.95±0.05 9.55±0.86 0.97±0.04 4.81±0.42 0.97±0.03 3.95±0.34 0.94±0.0520~30 cm 8.95±0.88 0.97±0.05 4.05±0.51 0.97±0.10 3.90±0.31 0.97±0.03 9.06±0.95 0.98±0.01 4.04±0.35 0.97±0.09 3.91±0.29 0.98±0.0430~40 cm 8.04±0.69 0.98±0.02 3.86±0.86 0.98±0.09 3.81±0.34 0.99±0.01 8.05±0.73 0.98±0.03 3.88±0.53 0.97±0.02 3.80±0.41 0.98±0.0740~50 cm 7.46±0.62 0.99±0.03 0.53±0.21 1.23±0.03 3.78±0.68 0.99±0.03 7.43±0.56 0.99±0.02 0.51±0.19 1.25±0.03 3.79±0.87 0.99±0.03平 均 8.758± 0.974 3.616 1.02 3.882 0.97 8.808 0.978 3.628 1.024 3.88 0.968
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1190 生 态 环 境 学 报 第 21 卷 第 7 期 (2012 年 7 月 )面 积 为 56.2 hm 2 。 优 势 物 种 有 秋 茄 Kandelia candel、白 骨 壤 Avicennia marina 、 桐 花 树 Aegicerascorniculatum、 海 桑 Sonneratia caseolaris 和 无 瓣 海桑 Sonneratia apetala 等 。研 究 区 位 于 观 鸟 厅 西 侧 , 自 陆 地 向 海 洋 选 择 了内 滩 、 中 滩 和 外 滩 3 种 不 同 滩 位 的 秋 茄 纯 林 为 研 究对 象 , 其 中 内 滩 群 落 为 天 然 林 , 林 龄 30 a, 中 滩 和外 滩 群 落 为 人 工 林 , 林 龄 18 a。 每 个 样 地 确 定 了 10m×10 m 范 围 典 型 群 落 作 为 固 定 样 方 , 样 方 的 基 本情 况 见 表 1。项 目株 数 密 度/( 株 ·hm -2 )表 1 研 究 样 地 基 本 概 况Table 1 The condition of the studied sites内 滩 中 滩 外 滩2011-04 2012-04 2011-04 2012-04 2011-04 2012-0432 400 32 400 18 800 18 800 7 200 7 200平 均 胸 径/cm9.404 7 9.8546 7.896 9 8.427 6 8.653 2 9.193 9平 均 高 度 /m 6.15 6.40 5.50 5.75 5.85 6.10坐 标 位 置22°31′42.97″N;114°00′08.80″E2 研 究 方 法2.1 生 态 系 统 碳 储 量 及 其 增 量 的 测 定 和 计 算2.1.1 植 被 碳 储 量 及 其 增 量分 别 于 2011 年 4 月 和 2012 年 4 月 对 4 个 样 地(10 m×10 m) 中 的 每 株 树 木 测 定 胸 径 和 树 高 , 采 用软 尺 测 量 1.3 m 处 胸 径 , 采 用 树 高 测 定 仪 测 量 树 高 ,[20]由 生 物 量 与 树 高 和 胸 径 的 异 速 生 长 方 程 推 算 样地 内 每 株 树 的 生 物 量 ( 公 式 1)。22= + ⋅ ( ) 或 B = a ⋅ ( D H ) blg B lg a b lg D H22°31′42.28″N;114°00′07.05″E22°31′41.50″N;114°00′06.83″E(1)式 中 ,B 表 示 生 物 量 (kg);D 表 示 1.3 m 处 胸径 (cm);H 表 示 树 高 (m);a、b 为 公 式 的 关 系 系数 , 根 据 昝 启 杰 等 (2001) 的 研 究 结 果 获 得 ( 见 表1)。表 2 生 物 量 异 速 生 长 方 程 的 关 系 系 数 和 有 机 碳 含 量Table 2 Coefficient of relative growth equations and organic carboncontent for biomass in different populations组 分有 机 碳 含 量 /%异 速 生 长 方 程 的 关 系 系 数a b 相 关 系 数叶 50.23 0.067 5 0.485 5 0.87枝 51.22 0.124 0 0.576 2 0.95皮 干 50.41 0.488 4 0.254 2 0.88花 果 51.34 0.000 7 1.061 0 0.85根 49.94 0.064 4 0.9919 0.95采 用 异 速 生 长 方 程 分 别 计 算 植 被 叶 、 枝 、 皮 干 、花 果 和 根 的 生 物 量 , 然 后 再 累 加 获 得 样 地 单 位 面 积的 生 物 量 。 根 据 2011 年 和 2012 年 的 监 测 结 果 求 得植 被 生 物 量 的 净 增 量 。 另 外 , 在 监 测 的 同 时 采 集 植物 各 组 分 样 品 带 回 实 验 室 , 经 80 ℃ 烘 干 , 研 磨 成粉 , 用 PE240C 型 元 素 分 析 仪 , 同 步 测 定 有 机 碳 的含 量 , 按 植 物 各 组 分 的 含 碳 量 ( 见 表 1) 换 算 得 到碳 密 度 (t/hm 2 ) [21] 。2.1.2 粗 木 质 残 体 和 凋 落 物 的 碳 储 量 及 其 变 化 量(1) 枯 立 木枯 立 木 是 指 森 林 中 未 倒 下 的 枯 死 树 。 根 据 红 树林 枯 立 木 的 分 解 状 态 , 进 一 步 分 为 4 类 :Ⅰ 类 的 特征 为 大 、 中 、 小 枝 完 整 ( 与 活 立 木 相 比 , 只 是 没 有叶 和 花 果 );Ⅱ 类 的 特 征 为 无 小 枝 , 但 有 中 、 大 枝 ;Ⅲ 类 的 特 征 为 只 有 大 枝 ;Ⅳ 类 的 特 征 为 完 全 没 有枝 , 只 剩 主 干 。 采 用 软 尺 和 树 高 测 定 仪 分 别 测 量 枯立 木 的 胸 径 (1.3 m 处 ) 和 树 高 , 利 用 修 改 的 活 立木 生 物 量 异 速 生 长 方 程 计 算 生 物 量 ( 公 式 2)。2bB = a⋅ D H ⋅ − ω(2)( ) ( )a1式 中 ,B a 表 示 枯 立 木 的 生 物 量 (t/hm 2 );D、H、a、b 等 系 数 含 义 见 公 式 (1);ω 表 示 枯 立 木 缺 枝 少叶 的 折 算 系 数 , 对 于 上 述 Ⅰ 类 枯 立 木 ,ω=0.02~0.03;对 于 Ⅱ 类 ,ω=0.2; 对 于 Ⅲ 类 和 Ⅳ 类 枯 立 木 ,ω 值分 别 设 定 为 0.3 和 0.5。 另 外 , 由 于 枯 立 木 地 下 部 分的 分 解 要 比 地 上 部 分 慢 得 多 , 因 此 , 本 研 究 从 保 守的 角 度 没 有 考 虑 枯 立 木 的 分 解 。(2) 枯 倒 木枯 倒 木 指 倒 下 的 枯 死 树 。 本 研 究 将 枯 倒 木 的 密度 级 划 分 为 腐 木 、 半 腐 木 、 未 腐 木 3 级 , 通 过 用 弯刀 敲 击 枯 倒 木 , 如 果 刀 刃 反 弹 回 来 , 即 为 未 腐 木 ;如 果 刀 刃 进 入 少 许 , 则 为 半 腐 木 ; 如 果 枯 倒 木 裂 开则 为 腐 木 。 在 样 地 中 调 查 测 定 不 同 密 度 级 的 所 有 枯倒 木 , 以 1 m 区 分 段 长 度 测 定 每 一 区 分 段 两 端 的 直径 , 假 定 每 一 区 分 段 为 圆 柱 体 , 以 其 两 端 直 径 的 平均 值 作 为 区 分 段 的 平 均 直 径 , 计 算 每 区 分 段 的 体积 , 累 加 得 每 一 密 度 级 的 材 积 , 根 据 不 同 密 度 级 推算 枯 倒 木 生 物 量 。BD= ⋅ ⋅ ⋅ρ(3)n m 2dc,ijbπ Ldc,iji= 1 j=1 4式 中 :B b 表 示 枯 倒 木 的 生 物 量 (t/hm 2 );D dc,ij表 示 某 密 度 级 第 i 棵 枯 倒 木 第 j 区 分 段 的 平 均 直 径(cm);L dc,ij 表 示 某 密 度 级 第 i 棵 枯 倒 木 第 j 区 分 段的 长 度 (cm);ρ 表 示 相 应 密 度 级 枯 倒 木 的 密 度(t/cm 3 ), 在 样 地 监 测 中 , 分 别 随 机 选 择 每 个 密 度 级的 3~5 棵 样 木 测 定 。(3) 凋 落 物在 各 样 地 中 随 机 设 置 1 m×1 m 的 样 方 4~5 个 ,采 集 沉 积 物 表 层 的 枯 落 物 层 , 用 清 水 冲 洗 风 干 后 ,
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