羅家尕塬遺址出土彩陶成分與工藝分析

張玉巧 黃天呈 龔鈺軒

［摘要］ 馬家窯文化距今5000年左右，而彩陶是其文化特征的典型代表。本文以羅家尕塬遺址出土的三件彩陶殘片為研究對(duì)象，采用X射線衍射（XRD）、X熒光光譜（XRF）、巖相、熱膨脹、吸水率和孔隙度等方法對(duì)其陶胎成分、工藝進(jìn)行了科學(xué)分析，同時(shí)對(duì)遺址土層成分進(jìn)行了原料溯源測(cè)定分析，并結(jié)合其他新石器時(shí)期遺址進(jìn)行了橫向?qū)Ρ确治觥Ｑ芯勘砻鬟z址出土馬家窯文化彩陶具有高鈣特征，制作原料應(yīng)取自當(dāng)?shù)氐牡谌o(jì)紅黏土，陶器表面彩繪成分為磁鐵礦；制陶工藝成熟，燒成溫度在1000℃以上，高于多數(shù)新石器時(shí)期陶器；孔隙直徑約為6-7nm，吸水率為13%-16%，陶胎質(zhì)地較為致密；原料經(jīng)人工篩選，添加了植物纖維及其他羼和料，塑形時(shí)人為拉坯。本研究將為補(bǔ)充和完善馬家窯文化彩陶基礎(chǔ)研究提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

［關(guān)鍵詞］ 馬家窯文化；羅家尕塬遺址；彩陶成分；工藝分析

［中圖分類(lèi)號(hào)］ K878.3? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A? ? ［文章編號(hào)］1005-3115（2024）01-0185-08

一、引言

馬家窯文化（射性碳素?cái)啻⒔?jīng)校正，年代為公元前3280年至公元前2050年）是繼承黃河流域的廟底溝類(lèi)型、石嶺下類(lèi)型發(fā)展而成的，其主要分布在甘肅省境內(nèi)，范圍以隴西為中心，東起隴東山地，西到河西走廊和青海東北部，北達(dá)甘肅北部和寧夏南部，南抵甘南山地和四川北部［1］。羅家尕塬遺址位于甘肅省臨夏市南龍鎮(zhèn)羅家灣村北15米處的大夏河?xùn)|岸二、三級(jí)臺(tái)地上，東西長(zhǎng)約600米、南北寬約300米，占地約18萬(wàn)平方米。該遺址1976年由臨夏州文物普查隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)，遺跡存于距地表0.5-1.2米處的斷崖上，暴露文化層達(dá)3-5米，出土陶片為泥質(zhì)橙紅陶和紅陶，彩陶飾黑彩，有條紋、圓點(diǎn)紋，其特征屬于馬家窯文化遺址；灰層上部有白灰層居住面和籃紋、繩紋素陶片，經(jīng)鑒定為齊家文化遺址。此外，在周?chē)€發(fā)現(xiàn)有夾砂陶、飾紅彩帶紋陶片的辛店文化遺物。因此，可以斷定該遺址為馬家窯文化、齊家文化、辛店文化共存遺址［2］。

羅家尕塬遺址出土彩陶均為黑彩陶片，陶胎致密堅(jiān)硬，呈淡黃色，為馬家窯文化中馬家窯類(lèi)型的典型器物，對(duì)于馬家窯類(lèi)型彩陶的考古研究具有重要價(jià)值。目前有關(guān)馬家窯文化彩陶溯源研究主要是通過(guò)彩陶器型、紋飾、制作痕跡等宏觀觀察方法，而涉及胎體礦物成分、燒成工藝等的相關(guān)綜合性研究成果相對(duì)較少，尤其是相關(guān)馬家窯文化不同遺址出土彩陶成分和工藝方面的基礎(chǔ)研究甚是甚少。針對(duì)上述情況，本研究選取羅家尕塬遺址出土的三塊彩陶殘片，應(yīng)用現(xiàn)代儀器分析方法，揭示了該遺址彩陶陶胎及原料、顏料成分和工藝特征，并首次采用氮?dú)馕椒椒▽?duì)孔隙率和吸水性進(jìn)行了測(cè)定分析。

二、研究?jī)?nèi)容

（一）樣品信息

彩陶殘片樣品均源自羅家尕塬遺址出土，分別編號(hào)為ZHB 001、ZHB 004和ZHB 005（見(jiàn)圖1）。樣品表面均有弧線型彩繪紋飾，黑色線條流暢細(xì)膩，旋紋具有強(qiáng)烈的節(jié)奏感，在馬家窯文化彩陶中有著廣泛的應(yīng)用［3］。此外，殘片表面只有黑彩，且以單一的黑色為主，表明樣品的時(shí)期為馬家窯文化早期或中期，工藝上通過(guò)對(duì)線條精確的掌握和嫻熟的繪畫(huà)技巧，在單一顏色的條件下，使馬家窯彩陶紋飾也能表達(dá)出多樣的紋樣風(fēng)格，使得馬家窯彩陶具有審美藝術(shù)功能［4］。

（二）研究方法

1.巖相分析

將陶器樣品制成0.03毫米厚的薄片，用光敏膠固定在載玻片上，采用德國(guó)蔡司（Zeiss）公司生產(chǎn)的AxioScope A1型偏光顯微鏡，對(duì)樣品組織、均勻度、相分布及夾雜物形貌、特征、分布等進(jìn)行觀察和分析。

2.熱膨脹分析

將樣品切割成大小一致的長(zhǎng)方體（5毫米×5毫米×20毫米），含有彩繪的樣品需要將顏料全部打磨掉，防止顏料膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差，樣品兩個(gè)斷面的平行度應(yīng)小于25μm。采用德國(guó)耐馳（NETZSCH）公司生產(chǎn)的DIL402 ExpedisSelect型熱膨脹儀，將制好的樣品放入爐體，測(cè)試升溫速率為10℃/min，吹掃氣體為氮?dú)猓髁繛?0mL/min，測(cè)量陶片重?zé)臒崤蛎浨€。

3. X射線衍射分析

取少量陶器樣品，烘干后用瑪瑙研缽研磨成粉末，過(guò)200目篩，以確保研磨的精細(xì)度。實(shí)驗(yàn)儀器采用多功能轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀，型號(hào)為Rigaku SmartLab，衍射角掃描范圍為10-70°，工作電壓和電流分別為40KV和200mA，掃描速度5°/min，掃描步長(zhǎng)0.02。

4. X射線熒光分析

將樣品用瑪瑙研缽研磨成細(xì)粉，用硼酸壓片，實(shí)驗(yàn)儀器采用日本島津公司生產(chǎn)的XRF-1800 型波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜儀。分析區(qū)域直徑為2厘米。設(shè)定參數(shù)為銠靶（Rh）的工作電壓和電流分別為40kV和95mA，檢測(cè)元素范圍為9F-92U。

5.吸水率分析

用清水洗去樣品表面污染物，再用去離子水沖洗，然后將樣品放入燒杯，加熱煮沸8小時(shí)，冷卻至室溫后取出，用濾紙吸去樣品表面水分，立刻稱(chēng)重，得到濕重W濕，再將稱(chēng)重后的樣品置于電熱干燥箱中，在100℃溫度下烘干12小時(shí)，再冷卻至室溫，稱(chēng)得干重W干。根據(jù)公式：吸水率=（W濕-W干）/W干×100％，計(jì)算得出樣品吸水率。

6. 孔隙率分析

將彩陶的殘片切割成質(zhì)量小于0.5g的小塊，并用去離子水清洗干凈表面灰塵，再進(jìn)行烘干，采用全自動(dòng)比表面積及孔隙分析儀（儀器型號(hào)為MicromeriticsTristar II 3020）對(duì)樣品的孔隙體積和比表面積進(jìn)行氮?dú)馕綔y(cè)量，通過(guò)加熱和抽真空脫氣，測(cè)量預(yù)先設(shè)定的不同壓力點(diǎn)下被測(cè)樣品吸附氮?dú)饬浚M(jìn)而通過(guò)BET計(jì)算機(jī)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出總孔體積（孔容）和比表面積。

三、 結(jié)果與討論

（一）陶胎成分及原料分析

羅家尕源遺址出土馬家窯文化彩陶陶胎X射線熒光光譜成分分析結(jié)果見(jiàn)表1，陶胎成分X射線衍射分析圖譜見(jiàn)如圖2所示；為進(jìn)一步說(shuō)明羅家尕塬遺址彩陶的原料來(lái)源，研究工作采集了羅家尕塬遺址的土壤樣品以及遺址所在地層的土壤樣品，其X射線熒光光譜成分分析見(jiàn)表2，X射線衍射分析圖譜見(jiàn)如圖3所示。

圖2分析結(jié)果表明，三件樣品的XRD衍射峰均擁有極為明顯的二氧化硅（SiO2）特征峰，說(shuō)明這三件樣品胎體的主要礦物均為石英（SiO2）。此外，ZHB 001號(hào)樣品還檢測(cè)到硫化硅（SiS2）的特征峰（見(jiàn)圖3a），表明該樣品的胎體原料中可能存在硫化物，或者原料中混入了硫化物，高溫?zé)坪笊缮倭苛蚧瑁侵挥衂HB 001號(hào)樣品的XRD衍射峰出現(xiàn)了硫化硅的峰，ZHB 004和ZHB 005號(hào)樣品沒(méi)有發(fā)現(xiàn)硫化硅的峰，所以原料中的硫化物應(yīng)該不是有意添加進(jìn)陶器原料的。通過(guò)對(duì)陶器表面黑彩的XRD檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，樣品表面黑彩的XRD圖譜上顯示有石英（SiO2）和磁鐵礦（Fe3O4）的特征峰（圖3d），結(jié)合楊真真等在關(guān)于甘肅地區(qū)馬家窯彩陶的黑彩的呈色物相研究表明了馬家窯文化彩陶表面黑彩的主要成分為磁鐵礦和黑錳礦［5］，與本文的分析結(jié)果相吻合，亦說(shuō)明了羅家尕塬遺址中的彩陶黑彩顯色成分為磁鐵礦。

由表1的XRF檢測(cè)結(jié)果可知，三件樣品的石英（SiO2）含量均沒(méi)有超過(guò)60%，與上山文化遺址［6］以及麥坪遺址［7］等其他遺址出土的新石器陶器相比，石英的比例較低，但是氧化鈣（CaO）的含量的卻明顯高出數(shù)倍。在洪玲玉、崔劍鋒等人的研究中明確提出［8］，甘肅地區(qū)的馬家窯彩陶胎體成分中最突出的特征就是鈣（Ca）含量較高，原因是甘肅地區(qū)黃土層之下廣泛分布有一種“第三紀(jì)紅黏土”，這種黏土本身含有較高的鈣元素，因此使用該原料燒制的馬家窯文化彩陶氧化鈣含量較高。從空間分布看來(lái)，本研究使用的樣品的出土遺址都地處紅黏土分布區(qū)域之內(nèi)，從時(shí)代背景看來(lái)，在馬家窯文化早期階段，甘肅地區(qū)極少有跨區(qū)域的陶器交換行為［9］，不同地區(qū)的原料和產(chǎn)品，很難進(jìn)行交易或互換，說(shuō)明這些樣品應(yīng)是就地取材，使用當(dāng)?shù)爻霎a(chǎn)的第三紀(jì)紅黏土制作而成。表2的分析結(jié)果顯示，兩份土樣的元素比例排序基本一致，具體數(shù)值略有不同，鈣元素的含量?jī)H排在氧元素和硅元素之后的第三位，這充分說(shuō)明了遺址所在地的土壤具有豐富的鈣元素，能夠?yàn)榱_家尕塬遺址彩陶提供具有高鈣成分的原料。

圖4的XRD的檢測(cè)結(jié)果表明，羅家尕塬遺址土壤樣品和羅家尕塬遺址土層樣品的主要成分都是二氧化硅（SiO2），除二氧化硅之外，兩份樣品均顯示有明顯的碳酸鈣成分的峰。其中羅家尕塬遺址土壤樣品還檢測(cè)出硫化硅的特征峰，與ZHB 001號(hào)樣品的XRD結(jié)果相近，但是由于樣品數(shù)量較少且硫化硅的特征峰并不明顯，故無(wú)法證明硫化硅成分與羅家尕塬遺址具有相關(guān)性，后續(xù)對(duì)于羅家尕塬遺址的科學(xué)研究可以注意硫化硅這一線索。同時(shí)，將羅家尕塬遺址的土樣成分與其他不同地區(qū)的新石器時(shí)代遺址土樣成分作對(duì)比，例如衛(wèi)俊杰等人對(duì)福建海島型新石器晚期遺址的陶片和遺址附近的土樣進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鈣元素的含量?jī)H有0.22%-1.51%［10］；郝守剛、馬學(xué)平等人對(duì)北京齋堂東胡林新石器早期遺址的土樣進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該地層土壤中氧化鈣（CaO）的含量?jī)H有1.52%-6.54%［11］。從這些數(shù)據(jù)中不難發(fā)現(xiàn)，其他地區(qū)的新石器時(shí)代遺址，不論是早期還是晚期，在對(duì)應(yīng)地層土壤的成分中，均無(wú)大量鈣元素，與這些土樣對(duì)應(yīng)的遺址中出土的陶片胎體成分，也未見(jiàn)較多的鈣化合物。由此表明，鈣元素含量較高屬于甘肅地區(qū)土壤的顯著特征，有助于鑒別彩陶的原料來(lái)源，羅家尕塬遺址出土的馬家窯文化彩陶再一次證明了這一觀點(diǎn)。

對(duì)三件樣品陶胎進(jìn)行巖相顯微觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)，其主要成分均為一種含砂、粉砂質(zhì)的黏土，樣品的胎體顆粒大小較均勻，最大粒徑約0.2毫米，磨圓度多為次圓-次棱狀，其中黏土成分占60%-70%，細(xì)砂及粉砂占20%-30%，中粗砂占15%-20%，空隙1%-3%，且存在少量的氣泡。結(jié)合XRD檢測(cè)結(jié)果以及巖相分析可知，可見(jiàn)多處白色顆粒均為石英顆粒。ZHB 001號(hào)樣品胎體含有較多大顆粒的石英，相比之下，ZHB 004號(hào)和ZHB 005號(hào)樣品的胎體成分更為均勻，可能是制作之前對(duì)黏土原料進(jìn)行了淘洗處理（見(jiàn)圖4）。

（二）工藝分析

1.燒制溫度

研究工作采用熱膨脹法測(cè)量陶器的燒制溫度，其原理是：陶器在重新加熱的過(guò)程中，在重?zé)蛎浨€中出現(xiàn)一個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)即他的燒成溫度。熱膨脹法需要將樣品切割成5毫米×5毫米×20毫米尺寸的長(zhǎng)方體，ZHB 005號(hào)樣品的尺寸過(guò)小，無(wú)法滿(mǎn)足熱膨脹實(shí)驗(yàn)的要求，因此本次只測(cè)量了ZHB 001和ZHB 004號(hào)樣品的燒成溫度。

熱膨脹實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)顯示ZHB 001和ZHB 004號(hào)樣品的燒成溫度在1000℃之前都沒(méi)有發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（見(jiàn)圖5），說(shuō)明羅家尕塬彩陶的燒制溫度應(yīng)高于1000℃。在此前對(duì)于新石器時(shí)代陶器的燒成溫度研究中，黃河流域遺址出土的陶器的燒成溫度明顯高于長(zhǎng)江中下游流域遺址，可以達(dá)到900℃-1000℃乃至以上［12］，造成這種情況的原因是北方黃河流域的地形更適合挖掘窯口［13］，利用陶窯燒制陶器，能夠有效提高陶器的燒制溫度。經(jīng)查閱《甘肅東鄉(xiāng)林家遺址發(fā)掘報(bào)告》之后，明確記錄了在距羅家尕塬遺址約五里地的林家遺址中，發(fā)現(xiàn)有三座窯址，窯址存在于遺址晚期地層之中，這說(shuō)明羅家尕塬遺址所在地區(qū)，新石器時(shí)代居民已經(jīng)熟練掌握了較先進(jìn)的掘窯燒陶工藝。

2.孔隙率測(cè)定

孔隙率測(cè)試結(jié)果表明（見(jiàn)表3），羅家尕塬遺址出土的馬家窯文化彩陶存在孔徑約為6-7nm的孔隙，可能是原材料燒制后本身內(nèi)部存在的或陶器內(nèi)部混入的有機(jī)物燃燒后留下的孔隙。

2.吸水率的測(cè)定

吸水率是指物質(zhì)再特定條件下能夠吸收水分的能力，它是衡量陶器物理性能的重要指標(biāo)。一般吸水率的大小主要受燒制溫度和胎體原料影響，通常燒成溫度越高吸水率越低，原料方面夾炭陶的吸水率明顯高于夾砂陶和泥質(zhì)陶［14］。例如湖西等遺址陶器的吸水率普遍為10%-20%，個(gè)別樣品超過(guò)20%［6］；雙墩遺址和侯家寨遺址彩陶的吸水率為9%-18%［15］。吸水率的測(cè)定結(jié)果表明，三個(gè)樣品的吸水率為13%-16%（見(jiàn)表4），與其他新石器時(shí)代遺址的數(shù)據(jù)屬于同一區(qū)間。

（三）討論

1.原料及來(lái)源

此前相關(guān)研究中已經(jīng)多次發(fā)現(xiàn)，馬家窯文化先民在制作彩陶時(shí)，常使用含鈣（Ca）元素較高的第三紀(jì)紅黏土作為原料。而本研究的XRF數(shù)據(jù)也顯示出羅家尕塬遺址出土的彩陶具有明顯的馬家窯文化彩陶的標(biāo)志成分，即高鈣黏土的成分。說(shuō)明甘肅地區(qū)的馬家窯文化先民們?cè)陂L(zhǎng)期的制陶過(guò)程中，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到第三紀(jì)紅黏土是制作陶器的絕佳原料，且利用第三紀(jì)紅黏土燒造出了優(yōu)質(zhì)的羅家尕塬彩陶，展示出馬家窯文化先民在制陶工藝上的高超水平。還有一點(diǎn)值得注意，鈣元素是一種能夠影響陶器成色的著色劑，當(dāng)燒制溫度達(dá)到800℃時(shí)，鈣元素會(huì)和其他元素形成化合物，使陶器呈現(xiàn)偏黃和偏白的色調(diào)［8］。本研究中測(cè)量溫度的兩件樣品，燒制溫度均超過(guò)了800℃，陶片顏色呈淡黃色，符合鈣元素著色規(guī)律。將本研究中的陶器成分與遺址的土樣和遺址所在地層土樣成分分析比對(duì)，結(jié)果也證明了陶器原料與遺址的土樣成分極為接近。并且與同時(shí)期甘肅不同地區(qū)發(fā)現(xiàn)的其他馬家窯遺址出土的彩陶胎體成分對(duì)比，其中四種主要金屬元素成分大致范圍分別為：鈉（0.5%-1.1%）、鎂（3.0%-4.4%）、鈣（7.8%-12.2%）、鐵（6.1%-7.2%），對(duì)比本研究的XRF數(shù)據(jù)，三件樣品的胎體成分也基本符合馬家窯類(lèi)型彩陶的特點(diǎn)［16］。在彩陶的顏料成分方面，調(diào)查秦安大地灣文化［17］以及仰韶文化［18］中彩陶顏料成分發(fā)現(xiàn)，黃河中上游流域的新石器遺址彩陶顏料一般使用的是以鐵元素為主的礦石原料，黑色為磁鐵礦，紅色為氧化鐵，羅家尕塬遺址也繼承了這一工藝，也使用磁鐵礦作為彩陶著色的顏料。

相較于仰韶廟底溝類(lèi)型、半山、馬廠類(lèi)型的彩陶，出土于拉毛遺址和河?xùn)|臺(tái)遺址的馬家窯類(lèi)型彩陶胎質(zhì)非常細(xì)膩，巖相照片中的粗砂、礦石顆粒明顯更小且更均勻［19］，而同為馬家窯類(lèi)型的羅家尕塬遺址彩陶樣品砂質(zhì)也符合這一特點(diǎn)。此外，陶胎中發(fā)現(xiàn)了少量深褐色長(zhǎng)條熟料顆粒和巖屑，可能是黏土原料中混入了較多的巖石風(fēng)化粉末，說(shuō)明黏土原料的取材可能取自山體附近或巖石分布較多的區(qū)域。并且總體看來(lái)，三件樣品中大部分石英顆粒大小較均勻，說(shuō)明樣品中的砂礫在風(fēng)化破碎之后經(jīng)歷了一定距離的搬運(yùn)［20］，在過(guò)程中經(jīng)過(guò)自然打磨淘洗，形成了均勻的顆粒。

2.制陶工藝

觀察樣品胎體的巖相顯微圖片，ZHB 001號(hào)和ZHB 004號(hào)樣品部分區(qū)域石英顆粒形狀具有一定的方向性，可能是人為拉坯時(shí)拉伸原料，致使原料中的石英顆粒也跟著一起運(yùn)動(dòng)拉伸造成的，說(shuō)明羅家尕塬遺址的先民可能已經(jīng)掌握了拉坯成型的制陶工藝。ZHB 005號(hào)樣品可見(jiàn)多處長(zhǎng)條形空洞，長(zhǎng)短不一，甘肅地區(qū)馬家窯文化彩陶在制作時(shí)會(huì)加入一些羼合料以增加粘土的可塑性，并提高陶器的耐熱性能［19］，這些空洞可能是陶器制作時(shí)添加的植物纖維或者其他羼和料燃燒后形成的。羅家尕塬遺址彩陶的吸水率數(shù)據(jù)相比于其他遺址出土彩陶整體偏小，更有利于盛水或其他液體。

羅家尕塬遺址彩陶的熱膨脹曲線顯示其燒制溫度都在1000℃之上，說(shuō)明該遺址彩陶的燒制使用了陶窯進(jìn)行燒制，高于大部分新石器時(shí)期陶器燒制溫度。本研究對(duì)樣品的孔徑、比表面積和孔容進(jìn)行了精確測(cè)量。因國(guó)內(nèi)對(duì)于新石器陶器的介孔孔隙度測(cè)量數(shù)據(jù)較少，故選擇調(diào)研了國(guó)外的新石器時(shí)代遺址出土的陶器孔隙率數(shù)據(jù)，出土于捷克Bylany的公元前5000年的陶器碎片，測(cè)得的孔徑為20-60nm，比表面積為4-11m2/g［21］；出土于意大利東北部Trieste Karst的公元前5500年的新石器時(shí)代陶片［22］，測(cè)得孔容為0.026-0.119cm3/g。羅家尕塬遺址的馬家窯彩陶不論是孔徑、孔容還是比表面積，都比同時(shí)期的其他遺址出土陶器小很多，這說(shuō)明該遺址陶器的陶胎內(nèi)部孔隙較小，致密度高，制作工藝水平較高。制作出如此致密度的陶器，可能是該遺址的先民再制作陶器時(shí)總結(jié)創(chuàng)造了了人為控制排出黏土氣體的工藝技術(shù)，比如對(duì)黏土進(jìn)行揉捏、拍打等技法。

四、結(jié)語(yǔ)

研究工作選取羅家尕塬遺址出土的三件彩陶殘片，采用X射線衍射（XRD）、X射線熒光（XRF）、巖相切片觀察、熱膨脹分析，以及吸水率、孔隙率測(cè)定分析，通過(guò)對(duì)該遺址出土彩陶礦物成分、工藝對(duì)比分析和討論，得出如下結(jié)論：羅家尕塬遺址彩陶陶胎具有高鈣特征，其原料應(yīng)取自當(dāng)?shù)氐牡谌o(jì)紅黏土，彩繪為磁鐵礦顏料；制陶工藝成熟，燒成溫度在1000℃以上，高于多數(shù)新石器時(shí)期陶器；孔隙直徑約為6-7nm，吸水率為13%-16%，胎體質(zhì)地較為致密；彩陶原料經(jīng)人工篩選，添加了植物纖維及其他羼和料，塑形時(shí)人為拉坯。

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