城市發展指數和生態足跡在直轄市可持續發展評估中的應用

郭慧文，嚴力蛟

浙江大學生命科學學院生態研究所，杭州　310058

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城市發展指數和生態足跡在直轄市可持續發展評估中的應用

郭慧文，嚴力蛟*

浙江大學生命科學學院生態研究所，杭州310058

綜合應用城市發展指數(CDI)和生態足跡(EF)指標，分析各直轄市1978—2012年的可持續發展情況，衡量發展方式由資源消耗型向環境友好型轉變的程度。研究表明：各直轄市的CDI不斷增長，至2012年均達到80左右，基本處于同一層次水平，城市經濟社會發展狀況總體良好。EF的動態變化呈現階段性發展的特點，各直轄市間也存在顯著差異，除上海市，其他3個直轄市的EF呈現增長態勢，至2012年，北京EF最高(2.60 hm2/人)，重慶最低(1.79 hm2/人)，是唯一一個低于全國平均EF的直轄市。綜合分析CDI和EF，在相似的社會經濟發展水平下，重慶市的資源消耗較低，可持續發展潛力較大；天津市一直處于資源消耗型發展中，亟待轉型；近十年來，上海和北京的城市建設模式出現了一定轉變，由以消耗環境資源為代價的發展模式轉變為環境友好型的發展模式。

可持續發展；城市發展指數；生態足跡；直轄市

自1978年改革開放開始，中國城市進入到真正意義上的快速發展階段[1]。在高速的城市化進程中，中國享受經濟發展帶來的成果，同時也面臨很多問題，尤其是在環境方面，諸如城市化過程中土地利用變化引起的景觀破碎化，生物多樣性喪失，生態系統退化等[2-4]。如何衡量城市的可持續發展水平，一直是學者們重點關注的問題。

在若干評估城市發展的方法中，指標評價具有指示性、靈活性和政策相關性，在環境與生態學領域已經應用半個多世紀[5]。美國賓夕法尼亞大學Estes教授1974年構建了涉及教育、健康、婦女地位、國防、經濟、人口、地理、政治參與、文化、福利成就等10個領域共36個指標的社會進步指數(ISP)[6]，美國海外開發委員會1975年提出了為測度物質福利水平的綜合指標，物質生活質量指數(PQLI)，由嬰兒死亡率、預期壽命和識字率3個指標組成。聯合國開發計劃署(UNDP)1990年選用收入水平、預期壽命和教育指數3項指標構建了人類發展指數(HDI)，衡量國家經濟社會發展水平[7]。由于側重點的不同，每種評價指標和方法可以在一定程度上反映國家和地區自然環境與經濟社會協調發展的狀況。

城市發展指數(CDI)在1996年聯合國人類住區規劃署(United Nations Human Settlements Programme (UN-Habitat))第二次人居大會上第一次被提出[8]，是為評價城市可持續發展所創建的指標體系，在一定條件下可以進行全球范圍內的城市比較[9]。它包括健康、教育、基礎設施、廢物處理和城市產值五個維度，能夠反應出城市的社會經濟建設情況和管理的有效程度，相較GDP等單一維度的指標，是能夠較為全面的衡量城市建設發展的指標。目前，國內還未有研究使用該指標對城市社會經濟發展進行評價[8]。到目前為止，CDI仍是唯一一個實際衡量世界城市發展水平的單一聚合性指數。

生態足跡(EF)是20世紀90年代由Willian E.Rees提出的一種從生態環境角度來衡量可持續發展程度的方法[10]。在城市尺度，生態足跡能夠定量的測度城市人類活動對生態系統產生的壓力和影響程度，衡量一個城市對自然資源的供需，為城市生態建設提供新的思路和方向[11]。

中國直轄市為副省級城市，直接享有中央的政策扶持和稅收優惠，人口密度大，城鎮化水平高，社會經濟發展程度高，且由于中央直屬管理，城市建設管理更加高效，社會經濟發展程度與其他城市存在階梯化差異。

因此，本文的研究目的在于，通過對直轄市城市發展指數和生態足跡的測算，找出直轄市城市發展的特點，評估其城市社會經濟發展對環境資源的損耗情況，對其可持續發展提出建議。

1　研究方法

1.1城市發展指數

城市發展指數(CDI)包括基礎設施、廢物處理、健康、教育及城市產值5個維度，取值區間為0—100，每個維度占CDI的20%，具體指標體系如表1所示。每個指標的權重主要由主成分分析法確定。CDI能夠反映城市社會經濟發展狀況與管理水平。其中，城市生產總值直接代表城市產值,作為直接體現城市經濟發展水平的指標，在CDI指標權重設置中，占有最大比重(20%)。健康、教育、基礎設施這3個維度可以很好的衡量貧富及其城市的產出。基礎設施、廢物處理和城市產值能夠直接反應城市管理的有效程度。

表1　城市發展指數指標體系

城市發展指數(CDI)的計算：

CDI=(基礎設施維度+廢物處理維度+健康維度+教育維度+城市產值維度)/ 5

(1)

基礎設施維度 =自來水普及率×25% +污水下水道用戶接管率×25% +

戶通電率×25% +住宅電話普及率×25%

(2)

廢物處理維度=污水處理率× 50% +生活垃圾無害化處理率× 50%

(3)

健康維度=(人口平均預期壽命-25)× 50/60+(32 -五歲以下兒童死亡率)× 50/31.92

(4)

教育維度=成人識字率× 25% +綜合入學率× 25%

(5)

城市產值維度=(城市生產總值-4.61)×100/5.99

(6)

1.2生態足跡

生態足跡衡量在一定的人口單位條件下，需要具備生物生產力的土地(biological productive land)和水域，來生產所需資源和吸納所衍生的廢物的量。生態足跡通過測定現今人類為了維持自身生存而利用自然資源的量來評估人類對生態系統的影響。將生態足跡同某地區范圍內所能提供的生物生產面積(即生物承載力，BC)相比較，就能判斷某地區的生產消費活動是否處于當地的生態系統承載力范圍之內。

本文主要參考環球足跡網絡機構(Global Footprint Network, GFN)的計算框架[12]。

根據生態系統服務(主要指生產力大小)不同，生態足跡和生物承載力將地球表面的生物生產性土地分為以下6種，1)耕地：用來種植人類消費的食物和纖維，以及生產牲畜飼料、油料、橡膠等農產品所需的農田面積；2)草地：用來支持肉、奶、毛、皮畜牧產品生產所需的草地面積；3)水域：根據水產品數據推算的支持捕撈淡水與海水產品生產所需水域面積；4)林地：用來支持木材、紙漿、薪柴等林木產品生產所需的林地面積；5)二氧化碳吸收用地：表示扣除海洋碳吸收后，吸收化石燃料燃燒排放二氧化碳所需的森林與草地面積；6)建筑用地：表示住房和基礎設施所占用的土地面積[12]。

生態足跡為生物資源消費生態足跡和能源消費生態足跡之和，前者包括食物和木材；后者目前僅指CO2生態足跡。生態足跡的計算公式為：

(7)

式中,Pi為消費項目i的消費量或CO2排放量；YN,i為全球生物資源產品i的平均生產力或全球林地和草地的平均CO2吸收能力；YFN,i為 提供消費項目i或吸收CO2的生物生產性土地的產量因子(產量因子描述的是“給定區域某一類土地面積的生產能力與對應的整體平均水平的差異”)；YFw,i為是消費項目i的全球平均產量；EQFi為提供消費項目i或吸收CO2的生物生產性土地的均衡因子(均衡因子是均衡不同土地生產能力的因子。

2　數據來源與整理

指標中數據來源于各《城市統計年鑒》、《中國電力年鑒》、《中國能源統計年鑒》、《中國統計年鑒》、《國民經濟與社會發展統計公報》、《中國環境統計年鑒》等，研究年份為1978年到2012年。

CDI中，基礎設施方面，“污水下水道用戶接管普及率”這一概念在臺灣地區已使用，而大陸與之最相近的是“污水管道普及率”，“污水管網覆蓋率”，城市統計年鑒及相關資料中未找到，統一記為0；“住宅電話普及率”在部分城市中，未有數據來源，以“移動電話普及率”代替。健康方面，“五歲以下兒童死亡率”若無，用“嬰兒死亡率”代替。教育方面，“成人識字率”在統計年鑒中對應為“文盲率”指標，“綜合入學率”在收集時，以1/3(小學毛入學率+中學毛入學率+大學毛入學率)組成。表征城市生產力的“城市生產總值”以“人均GDP”記錄。

EF中，生物資源消費收集“糧食、食用植物油、鮮菜、豬肉、牛羊肉、鮮蛋、肉禽類、水產品、茶葉、鮮瓜果、鮮奶、木材”共12個類目，能源消費收集“原煤、洗精煤、其他洗煤、型煤、焦炭、焦爐煤氣、其他煤氣、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油氣、煉廠干氣、天然氣、其他石油制品、其他焦化產品、熱力、電力”共19個類目。土地利用類型數據盡量采用通過遙感解譯得到的、發表在外文期刊上的土地利用類型數據。參數中，全球平均產量參照《城市生態可持續發展規劃》。

3　結果與分析

3.1各直轄市CDI年際變化

參照公式(1)，得出各直轄市1978—2012年城市發展指數，如表2所示。1978年，上海的CDI最高，為60.43，北京與天津相近，約為上海CDI的75%，重慶26.04最低，低于上海CDI的一半；到2012年，北京CDI最高，為86.25，天津次之，均已超過上海。重慶79.83，仍為最低，但各直轄市的CDI已基本達到了80，處于同一水平線。

表2　各直轄市1978—2012年城市發展指數

3.2各直轄市EF年際變化

參照公式(7)，得出各直轄市1978—2012年人均生態足跡，如表3所示。1978年上海與北京的EF值相同，為0.98 hm2/人，天津較低，為0.66 hm2/人，重慶數據缺失。到2012年，北京EF最高，為2.60 hm2/人，上海次之，重慶最低，為1.79 hm2/人，是各直轄市中，唯一小于EF全國平均水平2 hm2/人的城市[13]。天津2012年數據急劇下降是因為缺少能源消費占用的生態足跡數據，故不能直接用于比較。但從2011年數據看，天津EF較高，數值與北京相近。

表3　各直轄市1978—2012年人均生態足跡(hm2/人)

3.3各直轄市CDI增長率分析

根據表2所得1978—2012年各直轄市CDI值，做散點圖，進行回歸分析得到結果如圖1所示。

比較四條漸近線的斜率得出，CDI增速重慶>北京>天津>上海。總的來說，四大直轄市的CDI值都經歷了較大的增長。上海市的相關指數R2最小，增速亦最小，說明上海市的CDI處于緩慢平穩增長的狀態。2005年前后，北京、天津的CDI紛紛超過上海，1978年上海CDI的完全領先優勢已消失并被趕超。重慶市的CDI由于起點低，1978—1988的波動，R2較小。從重慶市的CDI增長率看，CDI值將在近年超過上海。

分別計算1978—2012年來四大直轄市CDI的方差，北京、天津、上海、重慶分別為185.10、136.62、54.50、270.74，由此得出，重慶市數據波動最大，上海最小。

3.4各直轄市EF增長率分析

根據表3所得1978—2012年各直轄市EF值，做散點圖，進行回歸分析得到結果如圖2所示。

圖1　1978—2012年各直轄市城市發展指數(CDI)增長率Fig.1　The growth rate of city development index (CDI) in municipalities during 1978—2012

圖2　1978—2012年各直轄市生態足跡(EF)增長率Fig.2　The growth rate of ecological footprint (EF) in municipalities during 1978—2012

比較四條漸近線的斜率得出，EF增速天津>北京>上海>重慶。總的來說，北京、天津、上海的EF增速較大，重慶較小，有顯著差別。北京與上海的EF漸近線近乎平行，二者增速相近。從近5年數據看，天津EF已超過上海，若仍以此增速發展，幾年內天津的EF值將超過北京。由于重慶市EF起點值小，增長率低，EF始終處于四大直轄市中最小值水平。

分別計算1978—2012年來四大直轄市EF的方差，北京、天津、上海、重慶分別為0.26、0.29、0.26、0.04，由此得出，天津市數據波動最大，重慶最小。

4　討論

4.1對各直轄市CDI的討論分析

由于聯合國人居署最近一次發布全球城市CDI指數在2002年的Global Urban Indicators Database (version 2)，其中統計數據使用的是世界各國1998年的統計數據資料，所以本文參照1998年世界各地城市發展指數(表5)[8]，將各直轄市1998年數據(表4)與之進行對比。各直轄市距離全球前十位城市的CDI差距仍然較大，“廢物處理”指標差距最為顯著。“健康”“教育”水平較為接近，體現出我國社會管理及社會功能建設的進步。通過與世界上160個主要城市及區域平均CDI比較(表6)[8]得出，中國各直轄市的CDI處于世界中等水平。由于CDI的取值區間是0—100，最大值為100，經過10余年的發展，至2012年各直轄市CDI值約為80水平線，預測各直轄市的CDI可處于世界中上等水平。

表4　各直轄市1998年CDI情況

表5　全世界前十位城市1998年CDI情況

表6　1998年區域平均CDI情況

4.2對各直轄市EF的討論分析

本文討論的EF均為人均EF，若考慮四大直轄市人口因素，則地區總EF呈現如圖3所示規律。

對比表3得到的結果，地區總EF值與其差異較大。地區總EF重慶最高，天津最低。重慶是四大直轄市中，行政轄區最大、人口規模最多的城市，至2012年，人口接近3000萬，因此，重慶市地區總EF與人均EF處于直轄市中完全相反的位置。北京與上海的人口規模相似，至2012年，均為2000萬以上，兩市的地區總EF基本保持一致的增長曲線。天津的地區總EF增長較為平緩，低于人均EF增長速率。但從2002年起，天津的地區總EF增長速率明顯加快，人口增長速度增加不顯著，因此，這與人均EF的快速增長密切相關，應引起重視。

1996年，重慶市的總EF發生了巨大的增長，人均EF處于正常的增長水平，查詢人口數據發現，1996年的人口總數幾乎翻了1995年的1倍。具體分析是由于農村人口比1995年多出近2000萬人。這是由于在1997年重慶市成為直轄市前期，進行了區劃調整。

4.3CDI與EF綜合分析下的各直轄市城市發展特點

CDI表征城市社會經濟綜合發展情況，CDI越大，說明城市的社會經濟發展水平越高。EF表征城市對自然資源的消耗程度。在中國處于生態赤字的背景下，較低的EF代表較少的消耗環境資源。因此，在同樣的CDI水平下，EF降低，或增長速度減緩，都是城市建設的資源環境發展目標[14]。較為理想的城市可持續發展方式應該是在CDI 提高的同時，EF呈現負增長，或者低于全國平均水平的增長[15]。

從資源消耗角度看，單位CDI消耗的EF可以反映城市在發展相同的城市社會經濟方面的同時，消耗的環境資源量的差別，進而體現出城市社會經濟增長模式的區別。圖4是各直轄市1978—2012年單位CDI消耗的EF情況。重慶的單位CDI消耗的EF呈現顯著下降趨勢，從2007年左右開始，單位CDI增長保持相對穩定的EF值消耗，且處于各直轄市最低水平，為最高的北京市的70%左右。北京市與上海市在經歷了20余年的消耗型增長后，分別于1999年、2003年開始，轉變經濟增長方式，單位CDI消耗的EF大幅降低。而天津市的單位CDI增長持續消耗更多的EF，已于2011年與北京持平。按相同的增長速度推算，近兩年將超過北京，成為各直轄市單位CDI增長消耗EF最多的城市，即單位社會經濟增長消耗自然資源最多的城市。城市建設及經濟發展方式亟待轉型。

圖3　各直轄市總EF年際變化Fig.3　EF of municipalities in 1978—2012

圖4　各直轄市1978—2012年單位CDI消耗的EF情況Fig.4　Consumption of EF per CDI of municipalities in 1978—2012

EF/CDI曲線的年際變化趨勢可判斷地區發展由資源消耗型向資源友好型轉變的情況。以四條曲線的漸近線斜率為參考，以1978年—2012年為評價范圍，判斷各直轄市資源利用轉化程度，得出：重慶>北京>天津>上海，且北京、天津、上海均處于負增長。而以近10年(2002年—2012年)的數據判斷，得出重慶>上海>北京>天津，且天津處于負增長。通過總數據趨勢和近10年的數據趨勢對比得出，近10年來上海、北京兩大直轄市的城市建設模式出現了一定轉變，由以消耗環境資源為代價的發展模式轉變為環境友好型的發展模式。綜合分析CDI與EF，對每個直轄市的城市建設發展特點總結如下：

北京：作為首都和最早設立的直轄市，在1978年改革開放初期，社會經濟發展水平處于內陸一線城市水平，但同沿海開放城市，如上海的社會經濟發展水平，仍存在一定差距[16]。但經過30余年的發展及其首都經濟的行程，基礎設施、醫療、教育等維度的建設，尤其是廢物處理，相較1978年有了極大的發展，因此CDI在2012已處于四大直轄市領先水平[16-20]。

天津：毗鄰北京，屬于京津冀一體化圏，同北京錯位發展。由于天津EF消耗最高，且今年較快增長，具體分析天津市的EF組成得出，EF中的能源消費為四大直轄市最高，而重慶恰恰在能源消耗上極低，因此EF較低。天津市仍處于高環境資源消費階段，需要轉變經濟增長方式，減少對資源環境的消耗，提高利用率[21-23]。

上海：由3.3中計算的方差可以推斷，上海市城市發展速率穩定，說明經濟政策合理且具有前瞻性，發展有連貫性。但從另一方面來說，上海市CDI起點遠高于其他城市，現有的CDI增長率較低，發展空間小，動力略顯不足。CDI中，基礎設施及廢物處理兩個維度仍有一定的發展空間。

重慶：作為西部地區唯一的直轄市，是中西部地區發展循環經濟的示范區。重慶市行政轄區面積廣，人口基數大，從CDI和EF綜合來看，發展方式尚屬可持續。在CDI指數中，重慶市的城市產值略低于其他幾個城市，城市的經濟建設仍有待加強。但其他城市發展的維度，如基礎設施、教育、健康等維度都發展迅速，尤其廢物處理維度，遠高于其他3個直轄市水平，是典型的可持續發展的標識[24-25]。

4.4數據分析局限性

在計算人均生態足跡時，本文所選取的參數已在2中進行說明。不同參數的選取可能導致EF值存在一定差異，所以在比較時，盡量在同種算法內縱向比較。因此，本文僅與全國平均EF進行了比較，將其作為參考平均水平線，定位各直轄市的EF水平，未與其他大型城市進行對比分析。為更準確的測算直轄市的實際人均生態足跡，可以對全球產量因子等參數進行地域化取值。

由于本研究中大部分數據來源均來自相關統計資料，根據數據的實際可獲得性，CDI指標在“基礎設施”部分，國內的“污水下水道用戶接管普及率”數據空缺，使得計算得出的“基礎設施”值小于真實值。2002年聯合國人居署發布的全球城市CDI值中[8]，包括包含香港和呼和浩特兩個中國城市。從1998年的人均GDP來看，呼和浩特市為7067元/人，北京市為19128元/人，天津市為14243元/人，上海市為25206元/人，重慶市為5579元/人。若算法相同，則呼和浩特的城市產值應小于上海、北京、天津市，大于重慶市。但呼和浩特市的城市產值卻均大于各直轄市。說明算法執行與數據收集使用上存在一定區別。本文采用的方法在“城市產值”的計算中，結果小于真實值。因此，得到的CDI值也均較真實值偏小。所以在同世界其他城市的CDI比較中，較保守的估計出，中國各直轄市的城市發展指數處于中上等水平。

5　結論

本文首次綜合應用城市發展指數和生態足跡指標，通過1978年改革開放到2012年的三十余年數據，綜合評估直轄市的可持續發展情況，可以有效地衡量由浪費資源的發展方式向環境友好型轉變的程度。

(1)通過對各直轄市1978—2012年城市發展指數的分析發現，總體來說，各直轄市的CDI不斷增長，社會經濟發展狀況良好，雖起步不同，增長速度不同，但通過30余年的城市建設，現基本處于同一水平層次，在全世界城市發展中，處于中上等水平。

(2)通過對各直轄市1978—2012年人均生態足跡的分析發現，EF的動態變化呈現階段性發展的特點，各直轄市間也存在顯著差異。除上海市，其他3個直轄市的EF呈現增長態勢，上海市自2005年開始，開始回落。其他3個直轄市中，北京市近10年EF增長速度最為緩慢，增長率僅為14%左右，而天津最高，為47%，亟需改變資源城市資源消耗方式。重慶是各直轄市中EF唯一低于全國平均水平的城市[13]。

(3)綜合分析CDI和EF，評估各直轄市的城市建設可持續發展水平，可將各直轄市分為兩大集團。第一集團為上海市和重慶市，二者對于EF的消耗都進行了有效的控制，并且在CDI上仍然保持較好的發展態勢。第二集團為北京市和天津市，在同樣的城市發展份額下，二者消耗的環境資源較多。尤其是天津市的發展模式需要重新審視。北京市由于EF基數大、總量大，對于環境的消耗一直處于四大直轄市中的前列，但是從2000年開始，得到了有效的控制，并在近10年內大趨勢上一直減少，說明北京市意識到該市在城市可持續發展中面臨的挑戰，正在以資源節約型、環境友好型的方式踐行城市建設。

致謝：黃璐和李婧對寫作給予幫助，特此致謝。

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The application of city development index and ecological footprint in the assessment of sustainable development of China′s municipalities

GUO Huiwen, YAN Lijiao*

InstituteofEcology,CollegeofLifeSciences,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China

Indexes emphasize the correct direction of evolution and play the role of adjusting deviation, analyzing the patterns of evolution, and understanding influence. This paper, for the first time, used integrated application of City Development Index (CDI) and Ecological Footprint (EF) to analyze the status of sustainable development of China′s municipalities during the 1978—2012 period. They were also used for the measurement of the transformation degrees of these municipalities′ development from resource-consumption mode to environment-friendly mode. The results demonstrated that the CDI of each municipality has been increasing continuously. The CDI value of Beijing, Tianjin, Shanghai, and Chongqing were 86.25, 83.75, 70.60,and 79.83 respectively in 2012. Each municipality reached almost the same level 80 in 2012. Overall, city economic and social development conditions were both favorable. Although four municipalities′ CDI value began at different levels and suffered from different growth rates, through more than 30 years of city construction, they reached almost the same destination. Compared with other cities′ CDIs from around the world, the CDI value of China′s municipalities ranked in the upper medium. Different from the variations in CDI values, variations in EF values showed the characteristics of stage development. There are significant differences among municipalities. In contrast to the EF value of Shanghai, the EF values of the other three municipalities presented a rising tendency. Since 2005, the EF value of Shanghai began to decline. Among the other three municipalities, the EF value of Beijing grew slowest, with a growth rate of about 14%, while the EF value of Tianjin grew fastest, with a growth rate of about 47%. The EF value of Beijing was highest (2.60 hm2/cap), while that of Chongqing was lowest (1.79 hm2/cap). Chongqing was the only municipality whose value stayed below the national average. After a comprehensive analysis of CDI and EF values to evaluate the status of sustainable development of China′s municipalities, the four cities were divided into two groups. Shanghai and Chongqing were in the group that carried out effective control of EF values and kept CDI in a good development trend. Beijing and Tianjin were in the other group, because these two cities consumed more environmental resources to achieve the same share of city development. Tianjin′s development mode in particular needs to be re-examined. The consumption of EF per CDI in Beijing was high, due to a large base and a large total amount. However, since 2000, the consumption of EF per CDI in Beijing has been effectively controlled and reduced in the last ten years, indicating that Beijing has realized that the city was facing the challenges of sustainable development. Thus, Beijing changed the mode of city construction from resource consumption to environment friendly. To sum up, Chongqing has maintained a rapid growth and stays in the city construction mode of environment friendly. Tianjin has been in the development mode of resource consumption, which needs to be changed as soon as possible. In the past decade, Shanghai and Beijing′s ecological civilization construction patterns went through certain changes, from the model of development at the expense of resource consumption into environment friendly.

sustainable development; city development index; ecological footprint; China′s municipalities

浙江省科技廳科技攻關項目(2005C30013)；國家科技支撐計劃課題資助項目(2014BAL07B02)

2014-12-25; 網絡出版日期:2015-10-30

Corresponding author.E-mail: yanlj@zju.edu.cn

10.5846/stxb201412252575

郭慧文，嚴力蛟.城市發展指數和生態足跡在直轄市可持續發展評估中的應用.生態學報,2016,36(14):4288-4297.

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