貴州省水耕人為土的形成、分類與分布規律

章明奎 邱志騰

摘要：為了解中國西南山區水耕人為土的分布特征，促進土壤分類的定量化，利用2015—2017年筆者在貴州省調查的代表性土壤剖面的分析結果，結合貴州省以往的土壤調查資料，應用中國土壤系統分類的診斷分類方法探討了貴州省水耕人為土的形成、分類、分布及其與成土環境的關系。結果表明，貴州全省擁有潛育、鐵滲、鐵聚和簡育等4類水耕人為土，共鑒出11個亞類。出現的診斷層有“水耕表層”、“鐵滲淋亞層”、“鐵聚水耕氧化還原層”、“漂白層”等4個，鑒出的診斷特性包括“潛育特征”和“復鈣作用”等2個。該省水耕人為土具有明顯的有機質積累、粘粒淋淀特點，土壤酸堿度變化較大。研究結果表明，影響貴州省水耕人為土土類分異的主要成土因素是地形，簡育水耕人為土和鐵聚水耕人為土是該省水耕人為土的主要類型。

關鍵詞：水耕人為土；形成；分類；診斷層；診斷特征；分布規律

中圖分類號：S151，S55文獻標志碼：A論文編號：cjas19030010

Stagnic Anthrosols in Guizhou： Formation， Taxonomic Classification and Geographical Distribution

Zhang Mingkui， Qiu Zhiteng

（College of Environmental and Resource Sciences， Zhejiang University， Hangzhou 310058， Zhejiang， China）

Abstract： To understand the distribution characteristics of the stagnic anthrosols in mountainous areas of southwest China and promote the quantitative soil classification， based on the analysis data of representative soil profiles obtained from soil investigation in Guizhou from 2015 to 2017， and combined with previous soil survey data in Guizhou， we studied the formation， taxonomic classification and geographical distribution of stagnic anthrosols in Guizhou and their relationship with the soil formation environments by applying the diagnostic classification method of Chinese soil taxonomy. The results show that： there are 4 groups of stagnic anthrosols in Guizhou （i.e， gleyi- ， Fe- leachi- ， Fe- accumuli- ， and Hapli- stagnic anthrosols）， and 11 subgroups of them are identified； the diagnostic horizons of Guizhou include“anthrostagnic epipedon”，“Feleachi-hydragric horizon”，“Fe-accumuli-hydragric horizon”， and“albic horizon”； the identified diagnostic characteristics include“gleyic fertures”and“secondary calcic accumulation”； the stagnic anthrosols in Guizhou has obvious characteristics of organic matter accumulation and clay vertical migration， and the soil pH value varies greatly. The topographic condition is the main factor that affects the differentiation in groups and subgroups of the stagnic anthrosols in Guizhou， the main soil groups are Fe-accumuli-stagnic anthrosols and Hapli-stagnic anthrosols.

Keywords： Stagnic Anthrosols； Soil Formation； Taxonomic Classification； Diagnostic Horizon； Diagnostic Characteristics； Geographical Distribution

0引言

水耕人為土的形成是受人類活動的影響、長期種植水稻的結果。該類土壤具有相對均衡的土壤溫度狀況和人為調控的土壤水分狀況，其發生學性狀獨特，氧化還原作用隨時間和剖面深度有較大的變化，明顯不同于植稻前的起源土壤?，F代土壤學科建立初期，中國學者就開始關注植稻土壤的性狀、發生與分類問題[1]，研究涉及土壤的形成與演變、肥力特征、高產水稻土的培育、生態環境功能、土壤類型及其鑒定[2-4]，但有關這類土壤的分類一直存在不同的觀點[4-6]，許多學者從不同的側面和觀點對其分類提出了不同方案，包括水分類型發生分類、地理發生分類、過程發生分類和系統分類等[2，4，6]。中國第二次土壤普查采用地理發生分類，把其作為一個土類，稱之為“水稻土”（屬人為土土綱、人為水成土亞綱），下分為潴育、淹育、滲育、潛育、脫潛、漂洗、鹽漬和咸酸等8個水稻土亞類[7]，各亞類之間的性狀差異也多與水分條件有關，主要根據土壤剖面中發生層的構成情況、氧化鐵錳在剖面上的分布差異及積鹽狀況等進行鑒定[7-8]，但由于缺乏嚴格的鑒定標準[2，4，7]，該分類在實際應用時經常產生“異土同名”或“同土異名”的問題[9]。

進入20世紀80年代，國際土壤分類向著以診斷層和診斷特性為基礎的定量化和標準化分類方法發展，中國也開始以診斷層和論斷特性為基礎對土壤分類方法進行改進[5，10]，經多次修改完善建立了“中國土壤系統分類”，并在國際上第一次提出了水耕人為土的診斷層和診斷特性，建立了水耕人為土的分類體系。該分類提出并建立了人為滯水水分狀況、水耕表層及水耕氧化還原層的診斷標準，并以此作為水耕人為土的診斷鑒別依據。在《中國土壤系統分類檢索》（第三版，2001）中把水耕人為土作為人為土（土綱）的一個亞綱[6]，并依次根據潛育特征、鐵滲淋亞層、鐵聚水耕氧化還原層等診斷層、診斷特性分別鑒定潛育、鐵滲、鐵聚和簡育等4類水耕人為土土類；根據潛育特征、鐵滲淋亞層、鐵聚水耕氧化還原層及變性現象、含硫層、鹽積現象和石灰反應出現是否及出現的深度等鑒定變性潛育水耕人為土等21個亞類[6]。中國土壤系統分類中對以上診斷層/診斷特性有嚴格的定義（包括厚度、形態及出現的深度），避免了“同土異名”和“異土同名”問題，但同時對土壤類型的田間鑒定在性狀量化方面提出了更高、更嚴的要求[11]。

貴州省以高原山地居多，素有“八山一水一分田”之說，全省地貌主要由高原、山地、丘陵、盆地（壩子）、臺地及河流階地組成，其中92.5%的面積為山地和丘陵，因此該省的水耕人為土的成土環境與其他地區有著明顯的差異。同時，貴州省各地的成土物質也因地貌不同有較大的變化，因此，省內水耕人為土的理化性狀及發生學特征也存在顯著的地理差別[12-13]。在貴州省第二次土壤普查期間，該省農業部門對全省植稻土壤的發生學性狀、養分等作了詳細的調查，共劃分為6個亞類，續分為33個土屬和97個土種[12]。近年來，一些學者開始應用中國土壤系統分類的分類思想開展貴州省土壤研究[14-18]，其中也涉及水耕人為土的分類探討[16]。但總體上，貴州省水耕人為土的定量分類研究還較為薄弱。為此，本研究利用2015—2017年課題組在貴州省土壤調查的成果，結合貴州省土壤調查的歷史資料[12，11- 22]，采用規范的田間觀測和室內分析方法[23-25]及土壤定量分類方法對貴州省全域水耕人為土進行了較為全面的鑒定和系統分類高級單元劃分，并對其形成特點及其分布規律進行了總結，以期為促進貴州省水耕人為土壤的定量化研究與應用提供借鑒。

1水耕人為土形成的時間

水耕人為土是指當前仍在種植水稻并滿足水耕人為土診斷要求的土壤，區別于傳統的“水田”。中國土壤系統分類把水耕人為土歸設為獨立的亞綱，對其有嚴格的定義，要求同時具備“水耕表層（含耕作層和犁底層）”和“水耕氧化還原層”2個診斷土層[5]。水耕人為土的形成需要滿足地表平整且地面較為穩定（有足夠的時間形成水耕人為土的特征）、合適的氣候和具有一定的灌溉與排水設施等稻作環境。

一般認為，規模化的水耕人為土的形成需具備以下的條件：（1）具備種植水稻的基本條件，包括具有平整的土地、耕作的農具及用于水稻生長的灌溉設施；這在地表起伏較大的貴州尤為重要；（2）足夠數量的人口及人類對糧食的需求。貴州省地勢起伏較大，缺乏平原，耕地分布較為零散，土壤瘠薄，農業基礎條件差，在沒有大量人力和財力投入的情況下很難大規模地開展水稻種植。據考證[26-28]，歷史上貴州地區的發展經歷了宋以前人口稀少至明清以后人口密集的變化歷程。在春秋戰國時期，貴州與中原有了較為密切的聯系，帶來了中原地區的文化和生產技術；漢進入貴州后，實行戎兵屯墾，進入了“耕田，有邑聚”的農耕階段。在黔西南等地漢墓出土的鐵斧、鐵犁鐵鋤、鐵刀等文物表明[27-28]，此時已具備用于水田耕作的條件，但由于缺少水利設施，尚不具備大面積種植水稻的條件。在唐代，遵義等地已開始修建山塘庫堰及圍堵泉水用于灌溉，并在烏江以北地區出現稻田二熟制的耕作制度，但這一階段的多數地區還是以刀耕火種的畬田和休閑耕作為主。在明朝，貴州開始具有獨立的行政中心，此后人口、耕地和屯田均有了較快的發展。清初后，貴州境內社會穩定，人口和屯墾規模迅速增加[28-29]，水利建設也有了較大的發展。至清末的公元1893年，貴州地區人口已經達到1040萬，耕地面積也擴大至133萬hm2。這一時期，各族民眾從貴州地區水土資源缺乏、壩少山多及土地貧瘠的客觀自然條件出發，根據各地水源和地形的特點，通過以石壘坎和挑土填石進行開山造地、改土為田[12]。民國時期是貴州地區人口和耕地增長較快的階段[21- 22]，人口由1914年的800萬增加至1949年的1416萬，耕地面積也由1914年的143萬hm2增至1949年的180萬hm2，相應地水稻種植面積由52萬hm2擴大到78萬hm2，土地開發由平地水田農業向山坡旱地發展[30]。至1998年，貴州省人口上升到3657萬。

基于以上對水耕人為土的成土條件和歷史時期貴州省人口變化與農業技術發展特點的演變分析，大致可以認為：唐宋之前，貴州省內水耕人為土僅零星分布，規模較大的水耕人為土的形成開始于明朝，在清朝、民國和20世紀50—70年代各階段都有較快速的發展。因此，貴州境內的水耕人為土基本上形成于近800年內，大部分水耕人為土的年齡在300年之內。

2水耕人為土的形成與發育特點

水耕人為土是各類旱地土壤或母質經過人工平整造田，進行水旱輪作，并根據水稻生長需要進行周期性的灌排、施肥、耕作下逐步形成的一類特殊土壤。調查表明，貴州省的水耕人為土成土過程主要表現在耕作熟化與水耕表層的形成、氧化還原作用與水耕氧化還原層的形成及鹽基、粘粒的淋溶與淀積等方面。

2.1土壤剖面中有機質的積累

長期淹水植稻有利于土壤有機質的積累。調查分析表明，貴州省水耕人為土的有機質普遍較高，耕作層土壤有機質含量基本上在30 g/kg以上，多數在35 g/kg以上，部分達60 g/kg以上，明顯高于鄰近的旱地土壤。調查還表明，貴州省水耕人為土有機質的積累不僅出現在表土，許多剖面深處也有較高的有機質積累。由沖積物、坡積物、洪積物成土母質上形成的水耕人為土整個剖面的土壤有機質均呈現較高的積累，由剖面上部至下層呈現緩慢下降；而殘積母質上發育的水耕人為土有機質主要富集在表土，向下呈現顯著的下降。這可能與貴州省地勢起伏較大，沖積物、坡積物、洪積物的物質主要來自經短距離搬運的周圍山地的表土（本身含有較高的有機質）有關。當然，貴州省濕潤的大氣環境與長期淹水植稻不利于土壤有機質的分解，從而促使土壤全剖面有機質的積累[31-34]。另外，稻田采用秸稈還田技術也促進了土壤有機質的積累[35-37]。一般來說，地下水位較淺處的水耕人為土有機質積累明顯高于丘陵山地的水耕人為土。

2.2水耕表層的形成

“水耕表層”是通過長期淹水植稻逐漸形成的診斷表層，其由耕作層與犁底層2個發生土層組合而成。調查表明，貴州省水耕人為土的“水耕表層”總厚度多數在20～30 cm之間，其中耕作層厚度在12～21 cm之間，犁底層厚度在7～12 cm之間。耕作層土壤容重小于犁底層，耕作層土壤容重在0.75～1.21 g/cm3之間，犁底層土壤容重在0.98～1.58 g/cm3之間。除部分原地理發生分類的潛育型水稻土外，犁底層土壤容重一般都超過耕作層土壤容重的10%以上，符合水耕人為土的診斷要求[5]。調查還表明，該省的水耕人為土的水耕表層土壤結構面上均有明顯的大小不一的紅棕色銹斑，根際和孔隙中有少量至中量的銹紋分布，但數量因成土母質和植稻時間不同有所差異，一般在壤質土壤上最為明顯，粘質土壤較少。耕作層的銹紋斑一般多于犁底層，部分耕作層還可見明顯的“鱔血斑”。耕作層土壤結構主要為團塊狀或小塊狀結構，犁底層土壤結構主要為塊狀結構和核塊狀結構，少數為片狀結構。

2.3水耕氧化還原層的形成

“水耕氧化還原層”位于“水耕表層”以下，其是長期種植水稻的成土環境下氧化還原交替作用的結果[5]，具有顯著的氧化還原特征或有氧化鐵、錳的淀積[38-39]。調查表明，貴州省水耕人為土中“水耕氧化還原層”厚度多在30～60 cm之間，其全部土層或局部深度的結構體上可見鐵錳斑紋或鐵錳結核，但其數量可因地下水位、土壤質地、植稻時間等的不同有較大的差異?！八趸€原層”中部分終年受水飽和的層段常常呈現灰色或灰黑色，并有亞鐵反應；有時，潛育斑與銹斑紋可交錯分布。在某些緩坡的水耕人為土中，“水耕氧化還原層”的某些層段可見白色的土層，其是地下側流漂白作用的結果?！八趸€原層”土壤主要為塊狀和棱柱狀結構，其中，粘質土壤多為棱柱狀結構，輕質土壤以塊狀結構為主。

2.4鹽基的淋溶與復鹽基

淹水種植水稻可在垂直方向形成向下的水流，這可促進土壤中鹽基物質的淋失；但另一方面，施肥和灌溉可向土壤中輸入大量的鹽基，促進土壤的復鹽基作用。因此，鹽基的淋溶與復鹽基可同時存在于水耕人為土的形成之中，兩者的平衡取決于土壤的性狀及輸入鹽基物質的數量[4，40]。一般來說，碳酸鹽巖等發育的富有鹽基的母質發育的水耕人為土隨植稻時間的增加，土壤鹽基飽和度常呈現下降趨勢，而由酸性母質形成的水耕人為土在植稻過程中鹽基飽和度趨于增加。調查也表明，貴州省水耕人為土的酸堿度變化較大，多數土壤呈現微酸性和中性，但也有相當部分呈明顯的酸性，土壤酸化可能與長期施用化學肥料等有關[41-44]。在溶巖山體周邊的水耕人為土因復鈣作用，土壤常常呈現弱堿性，甚至有石灰反應。

2.5粘粒的淋淀

調查表明，貴州省水耕人為土粘粒含量較高，土壤質地多為粘質和壤質；表層土壤粘粒含量常常低于心土層，表土粘粒的減少可能是田面流失和垂直遷移共同作用的結果[45]，后者粘粒沿孔隙向下移動。田間調查中也常?？梢娫谒藶橥了趸€原層中存在灰色粘粒膠膜。

3水耕人為土中診斷特性和診斷層的出現

為了全面鑒定水耕人為土的類別，中國土壤系統分類設有多種診斷層和診斷特性用于水耕人為土土類和亞類的鑒定[6]。其中，診斷層包括“鐵滲淋亞層”、“鐵聚水耕氧化還原層”及“漂白層”、“含硫層”、“鹽積現象”等，診斷特性包括“潛育特征”、“變性現象”和“復鈣作用”。調查表明，除“水耕表層”作為水耕人為土必備的診斷層外，貴州省水耕人為土中出現的診斷層還有“鐵滲淋亞層”、“鐵聚水耕氧化還原層”和“漂白層”，鑒出的診斷特性有“潛育特征”、“復鈣作用”，但調查沒有發現存在“含硫層”、“鹽積現象”和“變性現象”。具“潛育特征”的土層主要出現在地勢低洼的槽谷底部、巖溶洼地、低山溝谷及平壩（盆地）低洼地等區域，其出現的深度與微地形密切相關，其上界在16～75 cm之間，厚度多在25～60 cm之間。“潛育特征”出現的層位主要受地下水位深淺的影響，地下水位越高的地區其“潛育特征”的土壤出現越接近地表。據實地調查，發生潛育化的原因有3個方面：一是地勢低洼、排水困難造成的潛育，二是地表水與地下水終年連接影響下的潛育，三是以地下水為主、地表水為輔的潛育。“復鈣作用”主要出現在巖溶地區的水耕人為土，其0～60 cm土體中有明顯的石灰反應，強度由上至下減弱，這是石灰巖山體風化產生的富含重碳酸鹽的巖溶水直接進入農田對稻田土壤復鈣的結果[4]，這類土壤的水耕氧化還原層下段多呈酸性至微酸性。

“鐵聚水耕氧化還原層”是“水耕氧化還原層”的一種，該診斷層中因氧化鐵沿剖面垂直向下移動淀積，游離氧化鐵相對富集，其游離氧化鐵含量超過耕作層的50%以上[6]。“鐵聚水耕氧化還原層”在貴州省的水耕人為土中分布較廣，集中分布于村寨附近，其地形主要為盆地中部、丘陵緩坡下段及河流階地，其厚度多在25～ 50 cm之間變化?！拌F滲淋亞層”及“漂白層”出現的地形地貌較為相似，其地貌以丘陵和盆地的邊緣緩坡、傾斜的臺地及低山斜坡地為主?！拌F滲淋亞層”出現在緊接水耕表層以下，“漂白層”的位置多在30 cm以下。貴州省的水耕人為土漂白層的成因復雜，除強烈的側流漂洗離鐵作用外[2，46-47]，還可能與母質中氧化鐵含量較低有關。

4水耕人為土的主要類型

基于中國土壤系統分類檢索（第3版）中有關水耕人為土土類和亞類的診斷要求[5]對貴州省土壤進行鑒定，貴州省擁有潛育、鐵滲、鐵聚和簡育等全部4類水耕人為土。調查表明，4個土類出現頻率最高的為簡育水耕人為土，其次為鐵聚水耕人為土，潛育水耕人為土和鐵滲水耕人為土僅零星分布。中國土壤系統分類共設立了21個水耕人為土的亞類，貴州省內共鑒出其中的11個亞類（見表1）。

貴州省第二次土壤普查的分類系統中把水稻土作為單獨的一個土類對待，下分為淹育、滲育、潴育、潛育、脫潛和漂洗等6個水稻土亞類，共66個代表性土種[12]。調查表明，除少數土壤外，該省水稻土在中國土壤系統分類中基本上都屬于人為土綱、水耕人為土亞綱。但發生分類中的個別水稻土（冷浸田、高位馬糞田、深腳爛泥田、淺腳爛泥田、爛銹田等土種）因缺少犁底層，沒有達到水耕人為土的診斷要求[6]，歸屬潛育土土綱和滯水潛育土和正常潛育土亞綱（見表2）。貴州省第二次土壤普查的主要土種與中國土壤系統分類水耕人為土的亞類的參比見表2。

5水耕人為土土類的分布規律

水耕人為土在貴州省各地均有分布，主要分布在海拔1500 m以下的山原地區、寬谷壩地、丘陵槽谷和河流附近，以黔南、黔東南和黔西南和銅仁等地分布較集中。但4個水耕人為土土類的分布在地貌上有較大的差異。

潛育水耕人為土的土壤剖面中在土表至60 cm深度范圍內部分土層（≥10 cm）具有潛育特征，其剖面構型為Ap1-Ap2-Br-G或Ap1-Ap2-Bg-G，包括了貴州省地理發生分類中潛育水稻土亞類的大部分及脫潛水稻土亞類的小部分，但剖面構型為Ap-G的潛育水稻土不屬于潛育水耕人為土。其主要分布在黔南、黔東南、遵義等地的巖溶洼地、低山溝谷下部、槽谷底部及盆地（平壩）低洼區等地勢低洼和排水困難的地區，地下多存在不透水層，它們的地下水位一般都在50 cm以內，整個剖面的土壤以還原狀態為主。潛育水耕人為土的成土母質包括坡積物的再積物、湖積物及河流沖積物，質地比較粘重，土壤有機質積累明顯。水耕氧化還原層常常具有較多的潛育斑，氧化鐵積累不明顯；土壤氧化鐵主要為無定形態，具較高的活化度。

鐵滲水耕人為土的水耕表層下有明顯的鐵淋失的亞層，其剖面構型主要為Ap1-Ap2-E-Br-C，是強烈還原和氧化鐵淋失的結果，零星分布在安順、黔東南、黔南、道義、黔西南等地的低山坡地、河流兩側的高階地、丘陵壩地與臺地邊緣緩坡地帶種植水稻時間較久的區域。鐵滲水耕人為土剖面上下土壤質地有一定的差異，一般呈上輕下重的特點。這類土壤的地表緩緩傾斜，或剖面下部土壤質地偏粘或其間有粘質夾層，影響水分的垂直移動[2]。

鐵聚水耕人為土具有明顯氧化還原淋溶及氧化鐵淀積作用，其剖面構型為Ap1-Ap2-Br-C或Ap1-Ap2-Br-G，在水耕氧化還原層中有明顯的鐵積累。貴州省鐵聚水耕人為土分布廣泛，在黔東南、黔西南、銅仁、遵義、安順等地的盆地平緩帶、丘陵緩坡下部、河流一級階地，在村寨附近分布較為集中。具有水源豐富、地下水位適中（60～120 cm之間）、種植水稻歷史悠久等特點。鐵聚水耕人為土質地多為壤土或粘壤土，部分剖面底層有粘質土層，其水耕氧化還原層中可見大量的棕紅色的氧化鐵膠膜和鐵錳結核。

簡育水耕人為土是發育較弱的一類水耕人為土，其剖面中由氧化還原作用引起的鐵錳淋溶淀積作用較弱，水耕氧化還原層中只可見少量銹色斑紋或斑塊，其剖面構型一般為Ap1-Ap2-Br-C或Ap1-Ap2-Br-G。該類水耕人為土廣泛分布于貴州省的丘陵坡地中上部及低山坡麓和河流兩側高階地，主要依靠天然降水、引水和提水及攔水進行灌溉，種植水稻時間相對較短。簡育水耕人為土剖面上下層間氧化鐵含量及鐵錳新生體的分布差異不明顯，剖面中既無鐵明顯損失的鐵滲亞層，也無鐵明顯富集的鐵聚層。

貴州省水耕人為土主要發育于丘陵山地的淋溶土、富鐵土和雛形土及溝谷與河谷平原的雛形土和新成土上，氧化鐵在土壤剖面中的垂直遷移是其最為顯著的成土作用，因此，在水耕人為土的形成與發育過程中，氧化鐵在水耕氧化還原層中的積累是普遍現象，所以鐵聚水耕人為土成為這一地區水耕人為土發育的主要方向。但因地形和植稻時間的限制，許多區域的水耕人為土并沒有形成鐵聚水耕人為土，例如，低洼地區因地下水位較淺，限制了氧化鐵的垂直遷移[2]，同時大量鐵的還原使水耕氧化還原層中產生明顯的潛育特征，從而形成的是潛育水耕人為土。但調查也表明，潛育水耕人為土經排水改良后，隨著地下水位的下降，氧化鐵垂直遷移逐漸明顯，也向鐵聚水耕人為土方向發展[39，48-49]。貴州省水耕人為土演變模式大致可總結如下見圖1。

6結論

（1）調查表明，貴州省境內水耕人為土中鑒定出的診斷層包括“水耕表層”、“水耕氧化還原層”（包括“鐵滲淋亞層”、“鐵聚水耕氧化還原層”）及“漂白層”，鑒出的診斷特性包括“潛育特征”和“復鈣作用”。調查共鑒出11個水耕人為土亞類，一些分布在低洼地區的稻田土壤（諸如第二次土壤普查中的冷浸田、高位馬糞田、深腳爛泥田、淺腳爛泥田、爛銹田等）因長期漬水難以形成犁底層，因此它們滿足水耕人為土的診斷要求。

（2）影響貴州省水耕人為土剖面中氧化鐵垂直及水耕人為土類別的主要因素是地形。水耕人為土的土類和亞類的分布具有明顯的區域特征，隨地形地貌變化而改變。水耕人為土的類別可隨水稻種植時間及土壤水分狀況的變化而發生演變，多數區域的水耕人為土朝鐵聚水耕人為土方向發展。簡育水耕人為土和鐵聚水耕人為土是貴州省的主要水耕人為土類型，而鐵滲水耕人為土和潛育水耕人為土僅零星分布。

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