翁伯琦,雷錦桂,胡習斌,王義祥,江枝和
福建省農業科學院農業生態研究所,福建 福州 350013
如何應對全球氣候變化,已引起世界各國的高度關注。1997年 12月出臺了《京都協議書》[1],2007年12月聯合國氣候變化大會在印尼通過了《巴厘路線圖》[2],2009年12月7月18日,近200個國家和地區的代表又聚會丹麥首都哥本哈根,商討《京都協議書》第一承諾期結束后全球的策略與舉措。中國作為負責任的發展中國家已莊嚴承諾,到2020年實現單位國內生產總值(GDP)下降40%~45%[3],目標十分明確,任務異常艱巨,當前各行各業都在積極探索節能減排對策。[4]全球范圍興起的低碳經濟熱潮,正風聲水起,洶涌而至,如何順勢而發,怎樣切情探索,人們都在積極尋求發展策略。在農業領域,如何有效依靠科技進步,因地制宜發展低碳農業,創建富有中國特色的持續農業的發展問題,迫在眉睫。
專家認為,氣候變化和已走向末路的化石燃料時代,給農業和人類發展帶來新的挑戰。氣候變化造成的水資源短缺與燃料價格波動都將直接影響到糧食生產的穩定性。與此同時,農業用地釋放出大量的溫室氣體,超過全球人為溫室氣體排放總量的30%,相當于150億t[5],如何固碳減排,無疑也是現今及未來相當長歷史時期農業發展的重要目標與努力方向。現階段人們關注低碳經濟,以講工業的多,講城市的多,講鄉村的少,講農業的少,實際上發展低碳農業潛力巨大。就理論意義認識,我國是一個氣候條件復雜,生態環境脆弱,自然災害頻發,易受氣候變化影響的國家。因此,減輕全球氣候變暖對我國糧食安全與農業安全的影響,增強農業抗御氣候風險的能力,應當成為我國加強應對能力建設與推動農業可持續發展的重要任務。就實踐意義而言,低碳農業是一個發展目標,要通過一系列技術對策實施,使之實現高產、優質、高效、安全、生態的綜合效益。為此,結合農業生產實際,貫徹科學發展戰略,應對全球氣候變化,積極尋求技術對策,構建低碳農業模式,促進生態經濟發展。通過對一系列適用的資源節約型,環境友好型與生態文明型的配套技術的攻關,并推廣與應用,發揮集成效應,這無疑要大力依靠科技進步,使傳統農業產業與耕作方式優化轉型,實現新的跨越。
目前,“低碳”兩字似乎已經成為各主流媒體的熱門詞匯,出現頻率甚高,關注程度炙熱。發展低碳經濟不僅成為很多研究者與決策者的共識,也成為不同行業與不同區域的共同追求。如何發展低碳經濟,怎樣實現轉型升級?這無疑是令人矚目的新課題。毋庸置疑,雖然在技術層面上,我們對低碳經濟可能還不是十分明確。但可以預見的是,作為人類一種新的經濟發展模式,低碳經濟發展必定會給全球發展帶來巨大而深遠的影響。
事實上,低碳經濟之所以能夠迅速在全世界范圍內引起巨大共鳴,其主要原因在于我們正遭受著由于高碳發展所引發的種種危機,最明顯的例證就是全球氣候變化。有人預測,倘若全球仍然按現在的高能耗狀態發展下去,到 2100年,全球平均溫度將上升1.4 ℃至5.8 ℃[6],北極夏季冰川將消失殆盡,北冰洋將變成無冰洋,威尼斯、倫敦、紐約、東京、孟加拉國大片地區以及美國佛羅里達州等地將被淹沒,全球1/3的大地變成沙漠。此外,聯合國《保護生物多樣性圍際公約》執行秘書艾哈邁德·朱格拉夫指出:如今,每天有超過150個物種徹底消失,每年則有1.8萬到5.5萬個物種變為瀕危物種[7]。如此的情形,絕非危言聳聽。眾多事例業已告誡人們,科學發展,善待自然,決不可為所欲為。
持續發展是人類共同的追求。為此,必須因地制宜選擇正確的發展道路與適宜的發展模式。人們之所以關注低碳經濟,之所以推廣低碳技術,其愿景與期望是十分明確的,其意義與影響也是不言而喻的。很顯然,要尋求經濟持續發展的良方,就必然要考慮積極發展低碳經濟。在全球攜手應對氣候變暖、減少溫室氣體排放的背景下,政治、經濟、環保等領域的專家認識到,發展低碳經濟是解決氣候變化與經濟發展矛盾的有效途徑。一方面,低碳經濟和低碳技術可以減少二氧化碳的排放,有效應對氣候變化;另一方面,通過對新技術的投入和發展綠色經濟,可以增加就業,促進經濟增長。例如,煤炭、鋼鐵、石油等支柱產業曾經促進了我國很多城市的快速騰飛,但也在短短的幾十年內讓 40余個城市資源枯竭[8],陷入發展危機,有的城市甚至曾經連續幾次被聯合國評為世界污染之都[9]。如果繼續這樣的發展道路,城市不僅得不到持續健康的發展,生態環境還將進一步惡化,從而影響人們的生活質量,離宜居的生活將會越來越遠。
低碳經濟的提出既是為了應對氣候變化,但又超出了氣候變化本身。據政府間氣候變化專門委員會(IPCC)報告,全球1970年代至今,溫室氣體排放量的近70%來自于能源、工業、交通以及住宅與建筑四大部門[10]。低碳經濟就是要對高耗能行業進行“減碳”[11]的改造和轉型,通過以減少溫室氣體排放為前提來謀求最大產出,是通過人類的經濟行為實現人與自然的和諧相處,進而增強人類活動可持續性的一種新的發展模式。毫無疑問,低碳經濟引發的是一場系統的新技術革命,以能源的技術創新為核心,緊密聯系信息技術、管理經營、農業生產等領域,其可實現節能減排和促進經濟發展的雙重目標,從而倡導“低碳”的生產生活方式。
未來的 30年,低碳經濟對于我國既有挑戰,也是機遇。在全球將低碳經濟作為新的經濟增長點來投資、規劃和發展的時期,也正是我國處在落實科學發展觀、轉變經濟增長方式的關鍵時刻,因此發展低碳經濟將推動我國盡快擺脫金融危機的影響,促進經濟持續、健康、快速發展。就具體舉措而言,抓好節能減排工作是重心,其不僅是基礎性工作,也是一項民心工程。在發展低碳工業與農業的過程中,通過率先發展節能減排項目,不僅可以吸引資金和技術,促進產業升級和優化,還將提高能源效率,優化經濟結構,促進消費者行為的低碳性,使之成為發展經濟的一個新機遇。
當今,世界主要發達國家已將發展低碳經濟作為應對金融危機的主要抓手之一。為了擺脫全球金融危機,發達國家紛紛將刺激經濟的重點放在新能源開發、節能技術和智能電網等領域,將低碳經濟、低碳技術作為新的戰略增長點。根據相關資料分析,許多發達國家都將發展新能源和提高能效作為應對氣候變化的核心措施之一。作為有效的政策引導,一般都是通過政府投資或鼓勵私營部門加大投資來實現向低碳經濟的轉型。這些投資、計劃有助于緩解金融危機對全球經濟的沖擊,而且效果已經開始顯現。此外,國際能源署在《世界能源展望2008》中估計,未來 30~40年,全球每年低碳經濟投資將至少在5000億美元以上[12]。
目前,雖然工業節能[13]、植樹造林[14]、草原恢復[15]等舉措被公認為減少溫室氣體排放的重要手段,但從科學角度分析,農業和農村的碳減排貢獻也不能忽視。隨著農民生活水平的不斷提高,農民對能源的需求量將急劇膨脹,存在著與城市爭能源的問題,溫室氣排放潛力必將釋放出來。如果我們發展生態循環農業,則既可變廢為寶,促進農區畜牧等產業業發展,解決秸稈焚燒等造成的環境污染問題。更值得關注的是,如果充分發揮耕地土壤的固碳功能,將有利于中國政府碳減排目標的實現[16]。土壤是個巨大的碳庫,其主要為有機碳,大部分來自動植物、微生物殘體、排泄物、分泌物等,而且這些成分分解后以土壤腐殖質形式存在,相對穩定。然而長期以來“用地不養地”,導致土壤有機質下降嚴重。中國科學院的數據表明,東北地區坡耕地黑土層厚度已從60~70年前的80~100 cm減少到現在的20~30 cm,土壤有機質含量由12%下降到2%~3%,大量的碳以溫室氣體的形式進入大氣中,85%的黑土地處于養分虧缺狀態[17]。
據測算,我國目前有1.2億hm2農田[18],按平均容重1.2 t/m3計算[19],如將土壤有機質含量提高1%的話,相當于土壤從空氣中凈吸收了 306億 t CO2,如果以30年來時間完成,則每年也約有10億t CO2被固定在耕地里。目前,我國經濟活動排放的二氧化碳約為70億t,2015年將超過100億t。根據我國在哥本哈根會議宣布的減排目標,到2020年單位GDP二氧化碳排放減少40%~45%的計算,則至少要減少 28~31.5億 t絕對碳排放,按照保守估計的耕地固碳量測算,其貢獻率也將達32%以上[20]。因此,耕地固碳是農業產量提高的副產物,從技術而言,具有較強的可操作性。
當然,我們也要注意到,發展低碳經濟不是一蹴而就的。它需要一個長期的過程,需要決策者做出詳細的、切實可行的、符合區域與行業實際的規劃。如何抓住先機,促進低碳經濟發展,尚需人們付出更多的努力,更多的探索,更多的創新。
何謂循環農業呢?從理論內涵來認識,循環農業是指在農作系統中推進各種農業資源往復多層與高效流動的活動,以此實現節能減排與增收的目的,促進現代農業與農村的可持續發展。通俗地講,循環農業就是運用物質循環再生原理,物質多層次利用技術實現較少廢棄物的生產以及提高資源利用效率的農業生產方式[21]。
循環農業,其創意與運作自古有之。我國傳統農作采用的是一種初級的循環生產方式,是經濟產出和人類需求都處于低級階段的低層次循環農業。在生產過程中,結合勞動力、簡單技術與土地,并利用農業投入品及光水等自然資源,創造出滿足生命需求的農產品,其后,城鄉生產和生活中幾乎所有的“廢棄物”都被用作肥料,返回土壤,參加“再循環”。如此年復一年,周而復始,形成中國農耕文明的優良傳統。該階段的循環農業的特點主要體現一是很少有廢棄物,二是產生的廢棄物可充分再利用。
現代循環農業必須遵循“4R”原則。一是“減量化”[22],盡量減少進入生產和消費過程的物質量,節約資源使用,減少污染物的排放;二是“再利用”[23],提高產品和服務的利用效率,減少一次用品污染;三是“再循環”[24],物品完成使用功能后能夠重新變成再生資源;四是“可控化”,通過合理設計,優化布局接口,形成循環鏈,使上一級廢棄物成為下一級生產環節的原料,有序循環,實現“低開采、高利用、低排放、再循環”。現代循環農業通過科學研究,合理配置,能最大限度地利用物質和能量,有效防控有害物質或不利因素進入循環鏈,提高經濟運行的質量和效益,達到經濟發展與資源節約、環境保護相協調,并符合可持續發展戰略的目標。
多年的實踐業已表明,循環農業除了具備一般循環經濟的運作規律外,還保持著與農業自身發展相適應的六個特點:一是有條不紊的食物鏈條。農業內部參與循環的物體往往互為食物,以生態食物鏈的形式循環,循環中的各個主體互補互動、共生共利性更強;二是富有活力的綠色生產。循環農業對產品的安全性更為強調控制化肥農藥的施用量;三是回歸大地的干凈消費。在循環農業的運行過程中,主副產品在“吃干榨凈”后回歸大地;四是有利凈化的合理流程。“萬物土中生”,“萬物離不開水”,土壤、耕地和水資源的保護和可持續利用要予以特別關注;五是比較寬廣的應用領域。不僅包括農業內部生產方式的循環,而且包括了對農產品加工后廢棄物的再利用;六是雙贏互利的和諧措施。清潔和增收有機結合,既要潔凈,又要增收,二者不可偏廢[25]。
科技興農,發展循環農業,不僅要利用新興的農業科學技術,還要加強現代工業技術成果在農業上結合與應用。為此,要把握好三個環節:其一,依靠科技進步。要加強循環農業生產中的科技支撐力度,加強循環農業關鍵技術的引進與集成,組裝應用現有農業科技成果,通過各級推廣渠道,構建循環農業生產全過程的技術體系。其二,實施組裝配套。例如,[26]秸稈直接還田既可增加土壤有機質,又可歸還農田急需的養分。實踐表明,如果操作不當,會降低下茬作物產量及水分的流失,為此可通過機械切碎、翻壓技術優化、加氮調肥、病蟲害防治等耕作配套技術,提高其生產效益和增強可續發展能力。其三,政策引導扶持。要加強宣傳力度,要建立多部門聯動機制,強化多元扶持,加大政府投資力度,保證其持續發展。
人們已經注意到,隨著農業社會向工業社會的演變,農業的生產方式發生了顯著變化。首先是農業生產過程中充分的利用現代科學研究的成果,大量運用農業機械,施用化肥農藥,從而使農業勞動生產率大幅提高,農產品產量大幅增長。其次在受益于科學成果同時也帶來了負面影響,化肥、農藥的濫施,塑料薄膜的廢棄,導致土壤質量下降,農藥殘留的事例不斷涌現,正沖擊著食品安全的防線;再次,由于生產過程中的化石燃料的廣泛應用,養殖業的畜禽糞便不合理處置,家庭新型燃具的使用,影響了秸稈的充分利用等,造成了環境污染日益嚴重[27]。面對出現的新挑戰,各行各業都在探索應對之舉,積極探索開發利用農產品可食用部分以外的資源和循環利用的新途徑,創立了模式,積累了經驗,但就規模和深度而言,都有待于完善與提升,有待于總結與推廣。
于我國而言,循環農業尚處于起步階段,需要進一步開發和深入研究。就發展對策而言,應著力抓好六個重點環節:一要突出“綠色”,調整結構。農業結構的戰略性調整已取得明顯成效,今后要在結構優化上下功夫,要突出發展綠色食品、無公害食品和有機食品的生產,同時注重保護水土,節約資源。二要保護耕地、提升質量。堅持推廣秸稈返田與保護性耕作技術,生物防治技術,發展節水農業等,實現種地與養地有機結合,加強耕地質量工程建設。三要項目帶動、企業參與。農村發展農產品加工或其他工業,要做到防污于未然,必須做到低排污與達標排放。四要發展沼氣、有效轉化。最近幾年,各地還以戶用沼氣工程為重點,結合農村改圈、改廁、改廚,大力推廣以“豬—沼—菜[28](糧—果—漁)”等為主要內容的生態模式,實現村莊庭院廢棄物再生利用的良性循環。有效的實踐已充分說明循環農業與科技、經濟與環保可以實現相互支持與良性互動。五要優化布局、整體規劃。因地制宜發展循環農業,建立適宜的循環模式,并依照不同模式的特定優勢,進行布局配置、結構調整,延長產業鏈、優化循環節,促進循環農業的健康、安全、有序生產。六是正確引導、有序推動。發展循環農業要加強領導,需要政策引導,強化多元扶持,加以輻射拓展,促進循環農業的可持續發展。
實踐證明,循環農業作為一項環境友好型農作方式,其有序的運作與優化的建模必將成為發展低碳農業經濟的有效載體,其具有較強的社會效益、經濟效益和生態效益。目前的循環農業模式多以個體的自我發展為主,諸多環節的技術難以及時到位,迫切需要政府部門及科研院所的大力支持。只有不斷輸入技術、信息與資金,使之成為充滿活力的系統工程,才能更好地推進農村資源的循環利用與現代農業的持續發展。
低碳農業,是以高效益,低能耗、低污染,低排放為基礎的農業發展模式。專家認為,低碳農業的實質是資源高效利用,綠色產品開發,發展生態經濟的問題,核心是科技進步,固碳減排,產業升級和管理創新以及人類生存與發展觀念的根本性轉變。發展低碳農業,必須依靠科技進步。就實踐意義而言,要切情抓好三個環節:
一是減量化技術的運用——推行“九節一減”。[29]九節即節地、節水、節肥、節藥、節電、節油、節柴(節煤)、節糧,一減就是減少從事“一產”的農民。以節柴為例,足可以說明減量化技術的有效性。俗語道,節柴等于減排,造林就是固碳。實踐業已表明,森林生態系統是陸地中重要的碳匯和碳源,在這個系統中,森林的生物量,植物碎屑和森林土壤固定了碳素而成為碳匯,森林以及森林中微生物、動物、土壤等的呼吸、分解釋放碳素到大氣中成為碳源。在陸地生態系統中,森林生態系統作為吸收二氧化碳釋放氧氣的一個大碳匯,在碳循環中起著非常重要的作用。全球森林面積為 41.61億hm2,其中熱帶、溫帶、寒帶分別占32.9%、24.9%和42.1%。全球陸地生態系統地上部的碳為562 Gt,森林生態系統地上部的含碳量為483 Gt,占了86%。全球陸地生態系統地下部含碳量為1272 Gt,而森林地下部含碳約927 Gt,占整個世界土壤含碳量的73%[30]。但隨著森林破壞,過量砍伐,林地退化以及一些干擾因素的影響,森林生態系統就可能成為碳源,這將加劇全球的溫室效應。
國內外的一些研究表明,溫帶和北部寒帶森林是碳匯,如北方森林每年凈吸收碳量為0.4~0.6 Pg碳,俄羅斯森林每年固碳0.36~0.45 Pg碳。在溫帶,森林每年凈吸收碳量為0.17~0.35 Pg碳,美國東南部的森林生態系統每年固碳0.07 Gt碳。此外,森林蓄積每生長1 m3,平均吸收1.83 t CO2,放出1.62 t O2[31]。人工林的固碳作用更加顯著,如人工按樹林生產力相當于天然林(針葉林)的20~30倍,5~7年就可以成材,生物量相當于原始林在自然情況下 100~150年產量[32]。不言而喻,如果突破技術環節,加快人工林培育,減少林材消耗,擴大森林資源,則是有效的“貯碳”措施。從發展戰略高度認識,抓好“九節一減”,不僅可以降低生產成本,增加農民收入;還可增強土壤的固碳能力,保護農業生態環境,減少溫室氣體排放。此外,發展循環農業、低碳農業,應對氣候變化,也是建設社會主義新農村有效實現形式。
二是再利用技術的運用——充分挖掘潛力。發展現代低碳農業,其目標依然是高效,低耗、高產、安全、生態。除了要注重扶持種養業之外,要著力發展加工產業,對農產品進行深度加工。同時將各類農產品加工后的副產品及有機廢棄物化害為利,變廢為寶,進行系列開發、深度加工,有時其效益超過主產品的效益,既節約了能源資源,又解決了對生態環境的污染,可以有效地控制溫室氣候排放。如何充分挖掘潛力,這就要求我們要因地制宜建模式,技術創新求突破,讓農業廢棄資源得以充分利用。以農作物秸稈再利用為例,其開發潛力巨大。
首先是要挖掘秸稈潛力。我國每年產生的秸稈量達7億t,60%以上的秸稈被閑置浪費或在田間直接焚燒。按照中國科學院蔣高明研分析,目前用來養殖的秸稈約占25%,如加上把閑置燒掉部分的秸稈25%轉化為飼料,則可養活20億頭羊或4億頭牛。再按照40%的保守屠宰率[33]以及“1斤肉等于5斤糧”(扣除養殖過程中需要的2斤糧后為3斤糧)推算,相當于從秸稈里得到3.6~4.2億t糧食,這等于在2004年糧食總量的基礎上增產41%。因此,從燒掉的秸稈中“奪糧”是最大的糧食增產計劃。其次是要挖掘土壤潛力。盡管我國有 18億畝農田,實際上高產穩產田占不到1/3,如果提升中低產田,具有較大的增產空間。試驗表明,改良土壤最好的辦法是用有機肥養地。據估算,秸稈占中國有機資源總量比例在l2%~19%之間,其氮、磷、鉀等養分資源占有機養分資源的25%~35%[34]。如將全國50%的秸稈利用起來,可增加牛糞32.8~38.3億t。這些肥料均為有機肥,折合2835~3310萬t硫酸胺。如果以有機肥養地,則可把部分地區的中低產田改良為高產或中產田,從而減小糧食生產的壓力。再次是要挖掘草原潛力。[35]全國草原面積近4億hm2,約占國土面積的40%,目前許多的山地丘陵的草地均沒有得到有效的利用。據調查,我國每年有1.2億t糧食是作為飼料消耗的,其中雞是耗糧大戶。如將雞放養于草原,讓其自覓食物滿足自身一部分需要,可減少飼料投喂,保守估計僅從雞嘴里就可“奪食”329億kg,相當于增產6.8%的糧食產量[36]。可以看出,畜牧養殖業如果充分利用草和灌木等資源,則將充分節省糧食,必會促進我國低碳農業經濟的發展。
三是再循環技術的運用——強化綜合開發。進入 21世紀,依靠水土為中心的傳統農業將接近或達到承載能力的臨界狀態,這就需要尋求新的出路。專家預測,可出三方面著手,探尋循環利用,實現低碳農業目標的新出路。出路之一就是微生物的利用,專家們稱之為白色農業[37]。它是把傳統農業的動植物資源利用擴展到微生物資源利用,創建以微生物產業為中心的新型工業化農業。目前運用最廣泛最富有成效的是沼氣,沼氣的殘留物——沼液可以代替農藥、(葉面肥)沼渣可以代替化肥,是廣大農村發展安全優質農產品必不可少的重要條件。出路之二是將農村各種廢棄物化害化為利、變廢為寶,進行循環利用、深度利用。出路之三是充分利用太陽能和智能代替化學能。這三條新出路,是以發展農村低碳農業的著力點,可有效地減少溫室氣體排放,應對氣候變化。
目前,對于秸稈資源的綜合利用就是發展低碳農業的一個突出范例。我國是個農業大國,秸稈資源豐富,從古至今就有利用秸稈資源的傳統,合理利用秸稈資源,保護環境,直接關系到國民經濟的可持續發展。通過科研攻關,政策引導,技術推廣,秸稈的利用已實現一料“四用”,提高了資源利用效率。一是用秸稈作肥料。對土壤肥力而言,秸稈還田無疑會增加土壤有機質含量,從而提高土壤肥力。這是由于秸稈本身就是有機物質,是土壤有機質的主要來源[38]。二是用秸稈作原料。目前秸稈在建筑材料領域內目前的應用已相當廣泛,秸稈消耗量大、產品附加值高,又能節約木材,因此可利有用秸稈做各種類型的纖維板、木塑型材,以此大大減少高耗能的鋼材、水泥、磚瓦的運用,緩解對森林的砍伐。此外,還可利用秸稈生產替代塑料的可降解包裝材料、一次性降解餐具、活性碳等,這些技術的應用減輕了對生態的破壞及碳排效應。三是用秸稈做飼料。中國民間素有利用秸稈作粗飼料養畜的傳統。隨著青貯、氨化、“人工瘤胃”等秸稈發酵技術以及品種改良、科學補飼技術和快速育肥技術的普及,中國農作物秸稈的利用步伐明顯加快。據測算,利用“人工瘤胃”技術開發的豬飼料,育肥1頭豬可節省糧食 100~150 kg,養殖母豬可節省4/5糧食。四是用秸稈做燃料。秸稈來源廣,取材方便,資源豐富,是優質的生物質能源。當前,生物質能源的開發是個新興產業,隨著農村經濟和生產水平的提高,秸稈直接燃燒已顯落后,農民迫切需要優質、清潔、方便的能源,這為秸稈作為生物質能源的開發提供了契機。目前已研究開發了生物質能源多聯產綜合利用等技術,利用該技術除了產生大量的熱值外,還生產了氣、液、碳等副產物,可作為消毒液、農藥、肥料、肥料緩釋劑、生活用碳等用途。該實用技術的應用前景是十分廣闊,這足以說明依靠科技進步,可以大幅度提高廢棄物資源化綜合利用水平與效率,發展低碳農業離不開科學技術。
低碳經濟不僅是經濟發展思維,而且是全社會的發展思維,關乎經濟發展模式與人們的生產生活習慣、產業結構發展。由此引申,低碳農業是低碳經濟的一個追求的目標,它是一個復合的技術體系,其涵蓋了綠色農業、循環農業、生態文明、可持續發展理念,從某種程度上說,與中國提出的科學發展觀不謀而合。低碳農業是新經濟,是新的產業革命、技術革命,新的經濟增長點,如何通過科學技術的突破,改造提升低碳農業技術,發展低碳農業生產、改變農業現有的“高能耗、高污染”的生產狀況,實現低碳生產生活方式的轉變,這必將是眾多的科研工作者追求的目標。
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