全 文 ：第20卷 第4期
Vol.20 No.4
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2012年 7月
Jul. 2012
退化羊草草原改良研究进展
张文军,张英俊*,孙娟娟,杨高文
(中国农业大学动物科技学院,北京 100193)
摘要:分析了羊草(Leymuschinensis)草原退化的原因,概述了常用的农艺、化学和生物措施,如浅耕翻、松土、火烧、
施肥、灌溉,补播、施枯草或秸秆、石膏改良技术等,在此基础上,论述了不同技术的优缺点、适用范围与改良机制。
通过改良,土壤的物理化学性状明显改善,羊草根茎得到充分发展、占据了较大的生态位且竞争能力进一步加强,
同时地上植被的恢复速度显著加快,地上和地下产生了积极的正向耦合效应。最后提出了重度、中度和轻度退化
羊草草原的3种综合治理模式。
关键词:退化羊草草原;改良;综合治理;模式
中图分类号:S812.8 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2012)04-0603-06
LeymusChinesisGrasslandImprovements(Review)
ZHANGWen-jun,ZHANGYing-jun*,SUNJuan-juan,YANGGao-wen
(DepartmentofGrasslandScience,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China)
Abstract:MechanismsofdegradedLeymuschinensisgrasslandsandcommonlyusedagronomic,chemical
andbiologicalmeasureswerereviewedinthispaper.Theadvantagesanddisadvantagesofeachimproving
methodsuchasplowing,loosing,burning,over-sowing,fertilizationandtheapplicationsofsubtilis,corn
stalksorgypsumwerefurtherclarified.Physicalandchemicalsoilpropertiesweresignificantlyimproved;
Leymuschinensisrootswerefulydevelopedandoccupiedalargerecologicalniche,andthecompetitivea-
bilitywasfurtherstrengthenedinimprovinggrassland.Recoveryspeedofabovegroundvegetationwasap-
parentlyaccelerated.Abovegroundandundergroundmaterialshadapositivecouplingeffect.Finaly,
threecomprehensiveimprovingmodelsaccordingtothedifferentdegradedlevelsofLeymuschinensis
grasslandwereproposedinthispaper.
Keywords:DegradedLeymuschinensisgrassland;Improvement;Comprehensivetreatment;Model
羊草(Leymuschinensis)草原是以羊草为建群
种或优势种,并伴生其他草本类植物为特征的草原
类型,为欧亚大陆草原区东缘所特有,广泛分布在我
国东北及内蒙古东部,是在森林草原带与典型草原
带的偏湿润一侧分布面积最广的草原群系之一,是
当地经济价值最高的天然放牧场和最优质的割草地
资源。羊草除满足本地区畜牧业发展的需求外,还
大量出口到国外或调往内地,是当地农业经济发展
的支柱之一[1-2]。近年来,羊草草原退化严重,草地
质量下降,产草量减少,给畜牧业发展和生态环境建
设带来了严重问题,因此对退化羊草草原的改良已
迫在眉睫。本文在研究退化草原改良的研究进展基
础上,提出了一些新的综合改良建议。
1 羊草草原退化的原因
我国退化草原改良研究始于20世纪80年代,
中国科学院等科研院所相继在内蒙古和东北等地设
立了自己的草原定位研究站点,全面开展草原研
究[3]。研究认为,羊草草原退化是指不合理的管理
与超限度地利用生态地理条件下造成的草原生产力
衰退与环境恶化的过程。从生态学规律来认识,草
原退化属于逆行生态演替。草原退化又往往是多因
素叠加耦合作用的复杂过程。其主要表现是草原生
物组成与植被退化、土壤退化、水文循环系统的恶化
及近地表小气候环境的恶化等。总之,羊草草原退
化是土地荒漠化和盐碱化的重要表现形式和类型,
收稿日期:2012-01-04;修回日期:2012-03-26
基金项目:国家牧草产业技术体系(CARS-35)资助
作者简介:张文军(1976-),男,甘肃定西人,博士研究生,研究方向为草地管理与生态,E-mail:zhang8gong@tom.com;*通信作者Author
forcorrespondence,E-mail:zhangyj@cau.edu.cn
草 地 学 报 第20卷
也是草原生态系统健康阈值的衰退[4]。草原退化的
原因和程度不同,其生态系统所处的状况也不尽相
同,故采取的改良措施应当有差别。
2 退化羊草草原改良的措施
2.1 农艺改良措施
2.1.1 浅耕翻改良技术 浅耕翻是改良退化羊草
草原的重要措施,即利用三铧犁或双铧犁先翻耕草
地,深度控制在15~20cm,翻后用耙耙碎土块,耙
平耙实土壤的一种改良方法[5]。浅耕翻能改善土壤
结构、增加土壤养分、促进根茎禾草生长和改善群落
结构[6]。
羊草是根茎类禾草,克隆繁殖是其繁衍后代的
主要方式。2005年Crowley等[7]首次提出克隆植
物的断裂具有功能意义的不同论点,认为断裂参与
植物生长、繁殖和进化等重要活动。在实践中,我国
东北的农牧民发现羊草根茎具有断后生长和更新旺
盛的特性,后来在草原科技人员配合下发明了“羊草
草原浅翻轻耙更新草原法”,此种方法可提高产草量
50%,具有巨大的经济效益[8]。宝音陶格涛[9]在内
蒙古草原的研究表明,浅耕翻后土壤容重比天然放
牧场降低22.30%,含水量提高93.71%,真菌数量
提高53.06%,放线菌提高41.72%,浅耕翻处理恢
复过程中多样性指数、均匀性指数总变化趋势为开
口向上的抛物线状。闫志坚等[10]关于大针茅(Sti-
pagrandis)+羊草退化草原的改良技术研究表明,
浅耕翻能抑制丛生禾草的生长,促进根茎禾草的生
长,浅耕翻后第3年大针茅的株丛数明显下降,比例
由48.8%下降到5.4%,而羊草的比例由39%上升
到55.9%,群落总盖度由改良前的25%增加到
45%,地上生物量大针茅由318.40kg·hm-2减少
到76.24kg·hm-2,羊草则由265.23kg·hm-2增
加到787.59kg·hm-2,增加了196%,羊草地下生
物量比对照增加28%。浅耕翻草地按有效期8年
计算,改良草地新增纯收益330.45元·hm-2[10]。
但祝廷成等[11]则认为,东北盐碱化羊草草原的植被
层厚度为30cm左右,改良前先要熟悉土壤特征,如
果将积盐层翻耕到土表层,又不及时灌溉和洗盐时,
翻耕后的草场会变成不毛之地。一些研究结果表
明,浅耕翻改良应选择在羊草密度为15株·m-2以
上且有一定板结现象的草原上进行,时间应在雨季
到来之前作业[12]。由于对土壤的翻垡大,植被的破
坏率几乎达100%,浅耕翻后前2年减产严重,应结
合补播一年生优质牧草同时进行。
2.1.2 松土改良技术 松土改良退化羊草草原或
盐碱化草原广泛应用于黑龙江、吉林、河北及内蒙古
等省(区)。松土也叫少耕法,是利用机械进行条状
窄带间隔松土的技术,与浅耕翻相比,松土不翻垡草
原土壤,地表植被破坏率小于30%,减少了草原沙
化的可能。松土能改善土壤理化性能、提高作物产
量和降低盐碱化程度。卢文喜等[13]通过对比研究
表明,吉林西部严重退化草地采用浅耕翻(18cm)和
深松(35cm)并补播沙打旺(Astragalusadsur-
gens)、无芒雀麦(Bromusinermis)等牧草可以明显
改善土壤环境,相比之下深松效果比浅耕翻更好,第
2年深松小区生物量和盖度分别是浅耕翻小区的
1.87和1.33倍。保平[14]在内蒙古锡林郭勒草原的
研究中指出,松土改良后土壤硬度由原来的50~65
kg·cm-2降低到12~20kg·cm-2,土壤有机质增
加4.2%,氮、磷、钾分别增加21.44%,7.85%和
8.31%,鲜草产量由原来的3900kg·hm-2增加到
5684.7kg·hm-2,增产45%,但植被的基本结构保
持不变,松土当年产草量略有下降,从第2年开始起
连续4年平均增长40%,到第5年开始产草量又逐
年下降,所以松土后4~5年为一个循环周期。司振
江等[15]在松嫩草原的研究表明,采用振动深松和施
土壤改良剂后,前3年0~40cm土层固相与空隙率
均在1.0以下,土壤有效蓄水能力较对照区提高
12.8%,改良后0~10cm的总盐含量由0.4573%
下降到0.1337%,土壤由重度盐碱化转变为轻度盐
碱化。采用振动深松集成技术改良退化、盐碱化草
原,一次投入至少5~7年受益[15]。张秀春等[16]则
认为,目前盐碱化草原治理最突出的问题是受传统
耕作方式的影响,25~50cm的板结层得不到彻底
的根治。
2.1.3 火烧改良技术 用控制火烧的方法改良退
化羊草草原是简便易行的方法之一。据鲍雅静
等[17]在内蒙古羊草草原的研究表明,火烧处理能增
加建群种羊草的产量,抑制优势种大针茅的发展,改
善群落结构。火烧后羊草的枝条数有显著提高,由
140.45枝·m-2升高到436.00枝·m-2;地上生物
量由193.54g·m-2上升到211.89g·m-2;羊草
的重要值显著提高,由13.92%变为33.7%,而大针
茅由12.55%下降到8.88%;但群落内物种多样性
由3.4568降低到3.0633[17]。羊草增加的原因,可
能是火烧伤害了大针茅的地上芽,而羊草的地下根
茎得以充分发展、占据了更大的生态位,竞争能力更
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第4期 张文军等:退化羊草草原改良研究进展
强造成的。据研究,火烧主要通过改变群落小环境,
土壤表层的微生物和土壤有效氮等影响地上部植物
的变化,退化羊草草原秋烧比春烧取得更好的效
果[17]。
2.1.4 施肥改良技术 草地施肥是改善土壤营养
状况、提高牧草产量和改变草群组成的一项重要措
施。据李楠等[18]研究,吉林省西部半干旱羊草草原
限制牧草营养成分的主要是氮和磷,其次是锌、钾元
素;施肥 N90kg·hm-2、P2O590kg·hm-2、
ZnSO427kg·hm-2时,即N∶P∶Zn的比例控制
在1∶1∶0.3,干草产量从1650kg·hm-2可达3345
~4425kg·hm-2,增收14.55~29.15元·hm-2。李本
银等[19]在内蒙古退化草地的研究表明,连续2年各
施包膜肥和控释肥(均含N25%,P2O515%)105kg
N·hm-2后,土壤肥力有了明显提高,0~20cm土
层中全磷、水解氮和有效磷含量都有一定程度的提
高,其中速效磷由1.90mg·kg-1增加到7.16
mg·kg-1,增加了227%;土壤水解氮含量由47.2
mg·kg-1上升到64.3mg·kg-1,增加了36%;施
肥处理后,牧草种类增多,劣质草冷蒿(Artemisia
frigida)由66%降低到20%~45%,而优质牧草羊
草由0%上升到4%~6%。退化羊草草原选择在秋
季或春季施肥,并结合灌溉、松土、补播等一系列草
地改良措施,增产效果十分显著。据刘泽东等[20]在
黑龙江松嫩平原研究,施肥与灌水处理对植被高度、
盖度和产草量影响显著:施尿素225kg·hm-2和磷
酸二铵150kg·hm-2后灌一次水,牧草生长高度增
加27.51~22.83cm,植被盖度增加13.33%~
31.66%,干草产量达3466.3kg·hm-2和3178
kg·hm-2,比对照增产1866.7kg·hm-2和1578
kg·hm-2,增产率为116.7%和98.6%。但是
Scholefield等[21]研究表明,人为大量投入肥料所产
生的投入产出比的失衡,使得草原生产系统已经不
再被认为是良性发展。
2.1.5 灌溉改良技术 在半干旱的草原区,水分是
对植物生产起主导作用的环境因子。灌溉可以补充
植物水分、提高牧草产量和改变草群组成。据研究,
干旱的春季和夏初灌水能明显提高牧草产量,当灌
水量为6000m3·hm-2时,牧草可增产一倍[22]。但
受条件限制,目前我国天然草原大都未能实行灌溉,
因此研究降水量对草原初级生产力的影响非常重
要。袁文平等和王玉辉等[23-24]认为,降水量与草原
生物量之间的关系复杂,生物量的年际变化与年降
水量、月降水量、关键时期降水量和1-7月降水量
没有相关性,而与前一年11月至当年4月份的降水
量成正相关。2004年Bai等[25]在《Nature》提出内
蒙古针茅+羊草草原上每年1-7月的降水量是影
响草原生物量变化的主要因素,不考虑4个降水过
多的年份,降水量可以解释生物量变化的35%~
49%[26]。高天明等[27]研究表明,灌溉可以显著提高
草地植被的生产性能,但对群落生态结构无显著影
响,分蘖期抽穗开花关键期的灌溉比充足灌溉(只要
土壤水分低于5%时灌溉)更节约成本,而且也有利
于改善种子库,是值得推荐的方式。内蒙古科尔沁
羊草草地的施肥灌溉改良试验,投入氮肥50~150
kg·hm-2时,单位施氮量的年产草量在10kg·hm-2
左右,增产幅度仅为97%~277%,灌水100~400
mm后,产量是对照处理的185%~470%,比单纯
施肥增产65%[28]。根据乌恩旗等[29]的研究结果,
灌溉+施肥和未灌溉相比,施尿素112.5kg·hm-2
产鲜草量6750kg·hm-2,增产309%,但如果不灌
溉,要达到同样的增产效果,至少需要尿素187.5
kg·hm-2,所以灌溉比未灌溉每公顷能节约化肥
45kg。综上所述,研究退化羊草草原需水与降雨、
土壤水、草地植被盖度、生物量的定量关系,分析不
同水文年草原生态需水量和阈值,确定合理灌溉量
和临界期灌溉量有十分重要的意义[30]。
2.2 生物改良措施
2.2.1 补播改良技术 补播改良主要指在退化草
地或盐碱化草地上补种合适的豆科或禾本科优良牧
草,补播能增加草地植被盖度和提高生产力、改良盐
渍化土壤,增加草地生态系统的多样性与稳定
性[31-32]。王殿才等[33]通过松土补播羊草改良重度
退化草场后,土壤理化性状、牧草种群和产草量都有
显著变化,改良第2年,10~30cm土壤含水量为
20%,比对照提高了28.37%;改良2~3年时,羊草
平均高度分别为49.26和51.35cm,比对照区高出
14.16和21.3cm,羊草株数分别为32株· m-2和73
株·m-2,比对照区增加28%和192%,植被覆盖度分
别为70%和85%,比对照区增加75%和112%;干
草产量分别为1275和1820kg·hm-2,比对照的
795和870kg·hm-2分别增产60.4%和109.2%。
在盐渍化程度高的羊草草原补播牧草,可以先选择
一些先锋植物改良土壤,为羊草的侵入或补播创造
条件[34]。如虎尾草(Chlorisvirgata)、碱茅(Puc-
cinelliaspp)、星星草(Puccinelliatenuiflora)等。
根据孙国荣等[35]的研究,种植星星草1年,2年和3
年后,0~10cm 土层盐含量分别比碱斑土壤减少
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草 地 学 报 第20卷
0.11%,0.36%和0.54%,脱盐率相应为11.0%,
36.36%和54.5%,种植星星草后土壤(0~20cm)
盐分向下层(20~40cm)移动,层间盐分含量差异较
大。乌恩旗等[29]研究认为,呼伦贝尔草原补播应选
择植被密度较小的地段,可在植被盖度小于30%的
退化草原进行,如果密度过大,虽然能出苗,但幼苗
成活比较困难。而张春江[36]认为在盐碱化严重的
草原补播,对于土壤pH 值大于10的地区,选用羊
草及披碱草(Elymusdahuricus)均无法生长,故应
当选用星星草。
2.2.2 施枯草或秸秆改良技术 施枯草或秸秆是为
了增加土壤有机质,改变盐碱化土壤的理化性质,以便
种植耐盐碱植物或直接播种羊草及其他优良牧草,加
快植被的恢复速度。李建东等[22]在松嫩草地施枯草治
理盐碱化的研究表明,平均每施入100g·m-2枯草,孔
隙度增加3.1%,含水率提高1.04%,当枯草量达
1kg·m-2时,土壤容重由对照的1.71减少到1.54
g·cm-3,当枯草量达2kg·m-2时,土壤容重减少到
0.98g·cm-3。同量枯草随着混合方式的不同,改良效
果不同,混草后有机质含量达2.14%,盖草和盖草+混
草分别为1.13%和1.64%,混草效果好于盖草处理和
盖草+混草处理[22]。刘巽浩等和李万良等[37-38]研究表
明,连续多年秸秆还田可逐步增加土壤有机质,平均年
增率为0.01%,耕层土壤容重比对照降低0.07~0.12
g·cm-3,土壤孔隙度增加2%~8%,土壤容重下降
0.201g·cm-3,孔隙度上升11.03%。
2.3 化学改良措施
化学改良是应用一些酸性盐类的化学物质来改
变盐碱土的性质,是治理重度盐碱化土壤的有效措
施。施用化学药剂的作用,一是改变土壤胶体吸附
性离子的组成,二是调剂土壤酸碱度。常用的化学
改良剂有石膏、氯化钙、工业废酸、工业废弃物磷石
膏、粉煤灰等。罗成科等[39]的研究表明,施用11250
kg·hm-2脱硫石膏对中度苏打盐渍土改良效果最
佳,耕作层土壤碱化度、总碱度和pH 值分别降至
6%,0.2cmol·kg-1和8.5以下。司振江等[15]采
用振动深松+生化土壤改良剂3.75kg·hm-2后
pH由对照的9.43下降到8.69,总盐由0.4573%降
低到 0.1337%,Na+K 则从 0.1273% 减少到
0.0444%,土壤从中、重度转化为轻度盐化土,原来
寸草不生的盐碱地开始生长水稗草、香蒿等植物,第
3年羊草覆盖率超过80%,优质率达90%以上,平
均株高62cm,草原生态环境得到恢复。在重度盐
碱化的草原区,若化学措施不与生物及农业措施相
结合,很难达到改良的目的和效果。由于地下水的
碱会源源不断地补给土壤,仅靠一次性施用化学药
剂很难凑效。黑龙江省曾用石膏、腐殖酸和磷酸三
钠渣等改良苏打盐碱化土壤,取得了较好的效果。
由于成本较高或生产能力有限,改良剂难以推广使
用,随着经济的发展,此项措施也将成为苏打盐碱化
土壤改良的一项重要措施[11]。
上述改良措施中,生物措施要比化学及物理措
施成本低、见效快、易推广、材料来源广泛、且可就地
取材,是一种行之有效的草地治理措施。在实践中
往往将物理、化学和生物措施结合使用,构成复合改
良措施,可以取得比单一措施更好的效果[40]。通常
有松土+补播、浅耕翻+补播、松土+施肥+补播、
施肥+灌溉等。
3 改良机制
3.1 土壤物理特性的变化
土壤物理性状主要包括土壤容重、土壤含水量
和孔隙度等。从土壤物理性状看,羊草草原退化的
原因主要是由于土壤质地紧密,孔隙度小,有效水贮
存能力差及空气含量低。据报道,当土壤空气含量
低于10%~17%时,植物的种子会因缺氧而不能萌
发,植物的根系生长不良;退化羊草草原土壤的空气
含量仅为9.97%左右,在这种条件下,植物的萌发、
定居和生长是不可能的[8]。不同的改良措施主要是
通过影响草原表层土壤的通透性、保水性来影响地
上部植物的生长,如农艺措施松土、灌溉等能降低土
壤的容重,提高空气含量,增加土壤水分;生物措施
补播牧草、施枯草等能减少地表蒸发及增加土壤有
机质,使土壤团粒结构发生变化,提高土壤的贮水、
保水能力,为植物的定居、生长和繁殖创造了良好的
环境。经过改良,从地上到地下的整个生态系统都
发生了明显的变化[23]。根据陈自胜等[41]的研究,在
土壤板结、植被稀疏、产量低的盐碱化草场上松土一
年后,草场含水率提高了0.7%~3.6%,土壤孔隙
度增加了3.22%~4.15%,土壤容重减少了0.08~
0.11g·cm-3,加速了土壤有机质的分解,提高了土
壤的营养状况,速效N、速效 K及速效P含量分别
增加了46.97,1.29和51.12ppm,从而提高了牧草
产量,松土后1~2年增产10%,第3,4,5年分别增
产21.4%,47.2%和78.2%。
3.2 土壤化学特性的变化
土壤的化学特性与物理特性是相互联系、相互
606
第4期 张文军等:退化羊草草原改良研究进展
影响的,二者构成了土壤的特征。退化羊草草原土
壤的普遍特点是有机质含量低、氮磷元素缺乏、pH
值高、盐分积聚地表,导致土壤物理性状恶化、粘重
紧实、通气透水性差、有机质分解快及土壤贫瘠化,
这些特性是阻碍植物不能在盐碱土上生长的主要原
因。物理措施改良后,植物根系得到更好的生长。
一方面由于庞大致密的根系对土壤的穿插和挤压作
用,改善了土壤的结构,使其朝良性方向发展,促进
了盐分向下淋溶作用;另一方面植被覆盖地表,减少
了土壤水分的直接蒸发,增加了水分的叶面蒸腾,从
而抑制了土壤返盐。同时,随着植物根系的增多,微
生物活性增强,土壤有机质含量增加,再加上根系分
泌少量的有机酸,因此0~50cm深度土层的pH值
逐渐下降。武霞等[42]研究发现,浅耕翻可使土壤中
全氮、速效氮、全磷和速效磷含量分别增加0.22%,
27.95mg·kg-1,0.20%和1.85mg·kg-1。光碱
斑地上补播虎尾草后第2年,土壤有机质含量增加
到1.25%,比光碱斑提高了1.4倍,土壤pH 值由
10.05降至9.2,含盐量由0.56%降到了0.425%;
改良后第4年土壤有机质含量可达1.62%,pH 值
为9.0~8.6左右,含盐量为0.354%,对N和P主
要营养元素的测定结果表明,N和P的含量比光碱
斑分别提高了1.3倍和0.3倍,K的含量略有下
降[22]。
3.3 植被特征的变化
植被特征主要包括盖度、高度、密度和生物量
等。植被-土壤之间的系统耦合与系统相悖是草地
生态系统的主要生态过程[43]。通过采用各种措施,
土壤的物理化学性质得到了改善,植被的恢复速度
明显加快。在羊草退化草原进行的松土试验结果显
示,羊草地上生物量增加了49%,其他禾草比例由
43% 上 升 到 57.2%,豆 科 比 例 由 6.2% 增 至
12.3%,而菊科由41.14%降至16.6%[44]。在盐碱
化羊草草原,用补播虎尾草改良光碱斑地取得了良
好的效果,改良第4年,光碱斑已完全被植被覆盖,
植株密度增加到3000株·m-2,羊草在群落中占有
较大的比例,约占群落总产量的45%以上,总地上
生物量大大提高[22]。
4 结论与建议
随着科学技术的发展,新的研究方法和手段将
不断涌现。目前,退化羊草草原改良由原来单一的
农艺措施、化学措施发展到了以水肥为中心的农艺
措施、化学措施、生物措施相结合的综合改良措施。
退化羊草草原改良是一项复杂的系统工程,应
运用恢复生态学、区域经济学、草业科学及土壤学等
相关科学知识,遵循改良和利用并重的原则,逐步实
现科学的治理。依据土壤和植被退化程度,将草原
划分为重度退化区、中度退化区和轻度退化区[45],
采用综合改良措施进行治理,在此基础上提出3种
治理改良模式:
碱斑面积大于50%、pH值大于10.0及每公顷
产草量小于450kg的草原区,采用深松翻耕+秸秆
+全面播种(羊草和星星草混播)+起垄+施肥的治
理模式,适用于重度盐碱化草原,实施第3年可达到
一、二级采草场。
碱斑面积为30%~50%、pH值为8.1~9.0及
每公顷产草为450~750kg的草原区,采用振动深
松+施肥+局部补种(羊草和披碱草(Elymus
dahuricus)混播)的治理模式,适用于中度盐碱化和
重度退化的草原,实施第2年可达到一、二级采草
场。
碱斑面积15%~30%、pH值小于8.0、每公顷
产草大于750kg、且草原原始植被具有可恢复性的
草原区,宜采用灌溉+施肥的治理模式,适用于轻度
盐碱化和中、轻度退化草原,实施当年即可见效。
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