基于PSR模型的A市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)及障礙因子診斷

黃良偉

摘要 本研究基于PSR模型構(gòu)建土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用熵權(quán)法進(jìn)行客觀賦權(quán)，結(jié)合綜合指數(shù)法和障礙因子診斷模型，評(píng)價(jià)A市2006—2021年土地生態(tài)安全發(fā)展?fàn)顩r并分析其障礙因子。結(jié)果表明，2006—2021年該市土地生態(tài)安全綜合指數(shù)呈先緩慢下降后迅速上升趨勢(shì)，安全等級(jí)從Ⅲ級(jí)提高到Ⅳ級(jí)，達(dá)到較安全水平；子系統(tǒng)土地生態(tài)安全指數(shù)變化較明顯，壓力指數(shù)在2006—2015年呈下降趨勢(shì)，此后開(kāi)始回升；狀態(tài)指數(shù)穩(wěn)步上升，呈現(xiàn)出積極的發(fā)展態(tài)勢(shì)；響應(yīng)指數(shù)呈波動(dòng)上升趨勢(shì)；土地生態(tài)安全壓力層障礙度持續(xù)增加，狀態(tài)層和響應(yīng)層障礙度隨之下降，障礙度逐漸由狀態(tài)層、響應(yīng)層向壓力層進(jìn)行轉(zhuǎn)移，主要障礙因子為農(nóng)藥施用量、化肥施用量和人口密度等。

關(guān)鍵詞 土地生態(tài)安全；PSR模型；熵權(quán)法；綜合指數(shù)法；障礙因子

中圖分類(lèi)號(hào) X826；F301.2? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 1007-7731（2024）09-0070-07

Evaluation of land ecological security and diagnosis of obstacle factors

in City A based on PSR model

Abstract In this study， the land ecological security evaluation index system was constructed based on the PSR model， and the entropy weight method was objectively assigned， combined with the comprehensive index method and the barrier factor diagnosis model. The development status of land ecological security in A city from 2006 to 2021 was evaluated， and the barrier factors were analyzed. The results showed that， from 2006 to 2021， the comprehensive index of land ecological security in the city showed a slow decline and then a rapid rising trend， and the security level increases from Class III to Class IV， reaching a safer level. The sub-system land ecological security index changed significantly， and the pressure index showed a downward trend from 2006 to 2015， and then began to rise. The status index steadily increases， showed a positive development. The response index showed a fluctuating upward trend， the obstacle degree of the pressure layer of land ecological security continues to increase， and the obstacle degree of the state layer and the response layer decreases， and the obstacle degree was gradually shifted from the state layer and the response layer to the pressure layer.The main obstacle factors were the amount of pesticide application， chemical fertilizer application， and the density of the population.

Keywords land ecological security; PSR model; entropy weight method; comprehensive index method; obstacle factors

土地是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是一種不可再生的自然資源[1]。隨著土地資源開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度日益增大，土地生態(tài)問(wèn)題日漸凸顯，生態(tài)環(huán)境承受較大壓力。土地生態(tài)安全是土地資源可持續(xù)利用的基礎(chǔ)與核心之一，有助于維持自然—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期協(xié)調(diào)發(fā)展[2]。有關(guān)土地生態(tài)安全已有相關(guān)研究，部分學(xué)者從生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[3]、土地利用變化[4]等角度切入進(jìn)行生態(tài)安全研究，還有學(xué)者從評(píng)價(jià)尺度的確定、評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建和評(píng)價(jià)方法的選擇等多方面開(kāi)展了研究[5]。在評(píng)價(jià)尺度上，有省、市和縣等行政區(qū)劃尺度，也有流域[6]、綠洲[7]和喀斯特地貌[8]等區(qū)域尺度。從評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建來(lái)看，PSR（壓力—狀態(tài)—響應(yīng)）、DPSIR（驅(qū)動(dòng)力—壓力—狀態(tài)—影響—響應(yīng)）和EES（經(jīng)濟(jì)—環(huán)境—社會(huì)）等模型在構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中得到廣泛使用[9]。評(píng)價(jià)方法的選擇較為多元化，主要有主成分分析[8]、物元分析[9]和突變級(jí)數(shù)法[10]等。本研究基于A市自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r，采用PSR模型對(duì)研究區(qū)2006—2021年的土地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，運(yùn)用障礙因子診斷模型找出影響土地生態(tài)安全發(fā)展的主要障礙因子。針對(duì)改善該市土地生態(tài)安全狀況提出可行性建議，為該地可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)基本情況

研究區(qū)位于湘中偏西南，地理坐標(biāo)介于25°58′～27°40′ N，109°49′～112°57′ E，總面積20 824 km2。屬典型中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，全年四季分明，雨量充沛，年平均氣溫18.2 ℃，年日照時(shí)數(shù)1 380.6 h，年降水總量1 178.3 mm。地形以丘陵、山地為主，地貌復(fù)雜多樣，地勢(shì)西高東低。截至2021年，該地區(qū)年生產(chǎn)總值達(dá)2 461.5億元，年末常住人口646.83萬(wàn)人，耕地面積39.5 hm2。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究數(shù)據(jù)來(lái)源于研究區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)，部分指標(biāo)數(shù)據(jù)可直接獲取，其他指標(biāo)數(shù)據(jù)根據(jù)原始數(shù)據(jù)計(jì)算得出。

1.3 研究方法

1.3.1 指標(biāo)體系構(gòu)建? 構(gòu)建科學(xué)的指標(biāo)體系是開(kāi)展土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是確保評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確、客觀的重要保障。PSR模型是在一種用于生態(tài)環(huán)境研究的模型。該模型被廣泛用于構(gòu)建土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，研究人類(lèi)生產(chǎn)生活和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系[11]。本研究根據(jù)PSR模型框架，遵循指標(biāo)選取系統(tǒng)性、科學(xué)性和可操作性等原則，充分考慮自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的影響因素，并參考相關(guān)研究成果[12-13]，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，選取了人口密度、人口自然增長(zhǎng)率和城鎮(zhèn)化率等18項(xiàng)指標(biāo)，構(gòu)建研究區(qū)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，詳見(jiàn)表1。

1.3.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

1.3.2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理? 通過(guò)極差標(biāo)準(zhǔn)化消除原始數(shù)據(jù)因不同量綱和變異范圍帶來(lái)的影響。極差標(biāo)準(zhǔn)化使各個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)按照一定比例轉(zhuǎn)換后落入0～1區(qū)間內(nèi)且處于同一數(shù)量級(jí)上，從而便于比較與分析各個(gè)指標(biāo)的影響力。

式（1—2）中，xij指第j項(xiàng)指標(biāo)第i年的指標(biāo)值；x'ij表示xij的標(biāo)準(zhǔn)化值；max（xij）和min（xij）分別表示第j項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值。

1.3.2.2 熵權(quán)法? 采用熵權(quán)法進(jìn)行客觀賦權(quán)，通過(guò)信息熵越大攜帶的信息量越多，不確定性就越小原理來(lái)確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，為科學(xué)、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)研究區(qū)土地生態(tài)安全狀況提供依據(jù)。具體計(jì)算步驟如式（3—6）。

首先，計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)在第i年的所占比重：

其次，確定第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值：

其中，k=1/ln（rn），且k>0。

再次，確定第j項(xiàng)指標(biāo)的信息效用值：

[gj=1-ej] （5）

最后，計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重：

1.3.3 土地生態(tài)安全綜合指數(shù)計(jì)算及等級(jí)劃分

1.3.3.1 綜合指數(shù)計(jì)算? 在對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理和權(quán)重計(jì)算后，選擇綜合指數(shù)法對(duì)研究區(qū)2006—2021年的土地生態(tài)安全值進(jìn)行測(cè)算。計(jì)算公式如下。

式（7）中，Vi指研究區(qū)域土地生態(tài)安全值，當(dāng)Vi越趨近于1時(shí)，表明該研究區(qū)域土地生態(tài)安全水平越高，反之則越低。

1.3.3.2 安全等級(jí)劃分? 為保證土地生態(tài)安全等級(jí)判定客觀，結(jié)合相關(guān)研究成果[14-15]以及研究區(qū)生態(tài)環(huán)境實(shí)際狀況，采用等間距劃分法將研究區(qū)土地生態(tài)安全等級(jí)劃分為5個(gè)等級(jí)，安全等級(jí)及對(duì)應(yīng)指數(shù)區(qū)間見(jiàn)表2。

1.3.4 障礙因子診斷? 使用障礙度診斷模型分析影響研究區(qū)土地生態(tài)安全的主要障礙因子，計(jì)算公式如下。

式（8—10）中，Pij為指標(biāo)偏離度，即單項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值與最優(yōu)值的差距；Mij為第i年各單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)該年土地生態(tài)安全的障礙度；Nij為準(zhǔn)則層指標(biāo)障礙度。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地生態(tài)安全綜合狀況分析

將18項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化值，通過(guò)加權(quán)計(jì)算，得到研究區(qū)2006—2021年土地生態(tài)安全壓力、狀態(tài)、響應(yīng)和綜合指數(shù)結(jié)果，并根據(jù)綜合指數(shù)值確定土地生態(tài)安全等級(jí)，如表3所示。

從圖1可以看出，2006—2021年研究區(qū)土地生態(tài)安全綜合指數(shù)和安全等級(jí)呈先緩慢下降后迅速上升趨勢(shì)，綜合指數(shù)整體上有較大提升。由表3可知，2006—2012年綜合指數(shù)呈下降趨勢(shì)，由0.440下降至0.310，在2008年安全等級(jí)由Ⅲ級(jí)降至Ⅱ級(jí)；2013—2021年綜合指數(shù)總體呈上升趨勢(shì)，從0.317上升到0.761，安全等級(jí)也由Ⅱ級(jí)提高到Ⅳ級(jí)，其中在2016年安全等級(jí)達(dá)到Ⅲ級(jí)，處于臨界安全水平，2020年則進(jìn)一步提高至Ⅳ級(jí)，達(dá)到較安全水平。

2.2 土地生態(tài)安全子系統(tǒng)分析

2.2.1 土地生態(tài)安全壓力系統(tǒng)分析? 從表3和圖1可以看出，2006—2015年研究區(qū)土地生態(tài)安全壓力指數(shù)呈下降趨勢(shì)，由2006年的0.256下降至2015年的0.070；2016—2021年壓力指數(shù)整體呈上升趨勢(shì)，在2021年回升至0.205。其主要原因可能是2006—2015年研究區(qū)人口數(shù)量增大，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張等因素促進(jìn)了城市化進(jìn)程，在一定程度上導(dǎo)致農(nóng)用地面積減少，且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥施用量的增加也給土地生態(tài)帶來(lái)了一定負(fù)荷。2016—2021年壓力指數(shù)有所回升，主要原因可能是隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，研究區(qū)人口增速放緩，人口密度逐漸穩(wěn)定，更加注重高質(zhì)量發(fā)展，全面實(shí)施化肥、農(nóng)藥減量增效技術(shù)，化肥、農(nóng)藥施用量逐年減少，土地生態(tài)安全狀況有了較大程度改善。

2.2.2 土地生態(tài)安全狀態(tài)系統(tǒng)分析? 由表3和圖1可知，2006—2021年研究區(qū)土地生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)總體呈穩(wěn)步上升趨勢(shì)，由2006年的0.043上升至2021年的0.229，狀態(tài)指數(shù)提升較大。其原因可能是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值增長(zhǎng)迅速，農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力不斷提高，土地集約利用水平進(jìn)一步提升；此外，以打造“宜居、宜業(yè)、宜行、宜游”山水園林城市和創(chuàng)建國(guó)家園林城市為目標(biāo)，大力實(shí)施公園提質(zhì)工程，建設(shè)林蔭小區(qū)，公園綠地面積逐年增加，有效提高了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

2.2.3 土地生態(tài)安全響應(yīng)系統(tǒng)分析? 從表3和圖1可以看出，研究區(qū)土地生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)。其中，2006—2012年響應(yīng)指數(shù)波動(dòng)較大；2008年響應(yīng)指數(shù)下降幅度較大，其主要原因可能是罕見(jiàn)的低溫雨雪冰凍災(zāi)害導(dǎo)致農(nóng)作物受災(zāi)，糧食產(chǎn)量有所下降；2009—2012年由于第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重和一般工業(yè)固體廢物綜合利用率不高，響應(yīng)指數(shù)呈下降趨勢(shì)；2013—2021年研究區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，固定資產(chǎn)投資和第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重大幅提高，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，農(nóng)村居民可支配收入穩(wěn)定增漲，響應(yīng)指數(shù)穩(wěn)步上升，土地生態(tài)安全健康發(fā)展。

2.3 障礙因子診斷分析

2.3.1 準(zhǔn)則層障礙度分析? 在上述評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過(guò)障礙因子診斷模型計(jì)算出2006—2021年研究區(qū)土地生態(tài)安全準(zhǔn)則層障礙度，具體如表4所示。

由表4可知，2006—2021年研究區(qū)土地生態(tài)安全3個(gè)準(zhǔn)則層的障礙度都有較為明顯的變化。總體上來(lái)看，2006—2021年壓力層障礙度持續(xù)上升，由22.59%增長(zhǎng)到74.35%，障礙度增加了51.76個(gè)百分點(diǎn)；而狀態(tài)層和響應(yīng)層障礙度整體呈下降趨勢(shì)，其中狀態(tài)層障礙度減少了28.78個(gè)百分點(diǎn)，響應(yīng)層障礙度減少了22.99個(gè)百分點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，2006—2008年，響應(yīng)層和狀態(tài)層障礙度相對(duì)較高，對(duì)土地生態(tài)安全的影響較大；2008—2021年，壓力層障礙度增長(zhǎng)迅速，逐漸成為影響土地生態(tài)安全的主要障礙因素，而狀態(tài)層障礙度呈下降趨勢(shì)，響應(yīng)層障礙度在2009—2019年較為穩(wěn)定，在2020—2021年下降較為明顯。

總體來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)則層障礙度呈由狀態(tài)層、響應(yīng)層向壓力層逐漸轉(zhuǎn)移的發(fā)展態(tài)勢(shì)，這在一定程度上與當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)相符。隨著社會(huì)進(jìn)步和高質(zhì)量發(fā)展理念的提出，研究區(qū)既大力發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟(jì)，同時(shí)注重生態(tài)文明建設(shè)，不斷完善和優(yōu)化污染防治措施，積極推進(jìn)山水林田湖草沙一體化保護(hù)和系統(tǒng)治理。實(shí)踐中，部分城市擴(kuò)張和人口增長(zhǎng)使土地資源需求增加，增大了土地生態(tài)負(fù)荷，因此，對(duì)土地資源進(jìn)行合理規(guī)劃和利用是土地生態(tài)安全進(jìn)一步提升的關(guān)鍵。

2.3.2 指標(biāo)層障礙因子分析? 為進(jìn)一步確定影響研究區(qū)土地生態(tài)安全的障礙因子，本研究選取2006—2021年每年障礙度排名前5的指標(biāo)作為主要障礙因子進(jìn)行分析，障礙因子排序及障礙度見(jiàn)表5。

從表5可以看出，2006—2013年，農(nóng)藥施用量（C6）和農(nóng)村居民人均可支配收入（C16）位于障礙因子前列，但障礙度總體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)；化肥施用量（C5）在2009年開(kāi)始邁入主要障礙因子行列，障礙度在8.68%～15.94%波動(dòng)；而單位耕地糧食產(chǎn)量（C15）和人口密度（C1）障礙度呈上升趨勢(shì)，2011年單位耕地糧食產(chǎn)量（C15）障礙度達(dá)到12.24%，超過(guò)農(nóng)藥施用量（C6）障礙度位列首位。這表明這一時(shí)期農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模效益有待提高，粗放經(jīng)營(yíng)給土地生態(tài)安全帶來(lái)了一定壓力，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率有待提高，并且隨著人口增長(zhǎng)，糧食和其他農(nóng)產(chǎn)品的需求不斷增大，加大了土地資源的承載壓力。2014—2021年，主要障礙因子集中在人口密度（C1）、單位耕地糧食產(chǎn)量（C15）、化肥施用量（C5）、農(nóng)藥施用量（C6）和一般工業(yè)固體廢物綜合利用率（C18）。其中，人口密度（C1）在2014年躍升至主要障礙因子首位，一般工業(yè)固體廢物綜合利用率（C18）在主要障礙因子第4～5位波動(dòng)。此外，城鎮(zhèn)化率（C3）在2018年成為主要障礙因子，并且障礙度逐年上升。表明隨著人口數(shù)量的增加、城鎮(zhèn)建設(shè)用地的擴(kuò)張，土地生態(tài)的壓力負(fù)荷越來(lái)越大，化肥、農(nóng)藥施用和工業(yè)固體廢物等因子對(duì)土地生態(tài)的長(zhǎng)期影響不容忽視，需要在化肥、農(nóng)藥零增長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，持續(xù)推進(jìn)化肥、農(nóng)藥減量增效，以及固體廢物處置基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以進(jìn)一步改善區(qū)域土地生態(tài)安全狀況。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

（1）總的來(lái)說(shuō)，2006—2021年研究區(qū)土地生態(tài)安全綜合指數(shù)呈先緩慢下降后迅速上升趨勢(shì)，整體上有較大提升，安全等級(jí)從Ⅲ級(jí)提高到Ⅳ級(jí)，達(dá)到較安全水平，有望達(dá)到安全水平（V級(jí)）。其中2006—2012年綜合指數(shù)小幅下降，由0.440下降至0.310，2013—2021年綜合指數(shù)總體呈上升趨勢(shì)，在2021年達(dá)到0.761。

（2）從子系統(tǒng)土地生態(tài)安全狀況來(lái)看，研究區(qū)土地生態(tài)安全壓力指數(shù)在2006—2015年呈下降趨勢(shì)，此后開(kāi)始回升；狀態(tài)指數(shù)多年來(lái)持續(xù)穩(wěn)步上升，呈現(xiàn)出積極的發(fā)展態(tài)勢(shì)；響應(yīng)指數(shù)呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，自2016年起逐步高于壓力指數(shù)和狀態(tài)指數(shù)，土地生態(tài)安全狀況整體較好。

（3）從土地生態(tài)安全障礙度來(lái)看，準(zhǔn)則層的障礙度均有較為明顯的變化，其中壓力層障礙度持續(xù)增加，狀態(tài)層和響應(yīng)層障礙度隨之下降，表明障礙度逐漸由狀態(tài)層、響應(yīng)層向壓力層轉(zhuǎn)移；指標(biāo)層主要障礙因子集中在農(nóng)藥施用量（C6）、化肥施用量（C5）、人口密度（C1）和單位耕地糧食產(chǎn)量（C15）等，且各因子障礙度有向人口密度（C1）、城鎮(zhèn)化率（C3）轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。

3.2 建議

（1）緩解土地資源的承載壓力。大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，逐步提高農(nóng)村產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化水平，優(yōu)化城鄉(xiāng)產(chǎn)業(yè)用地布局以促進(jìn)城鄉(xiāng)融合發(fā)展，通過(guò)對(duì)城鄉(xiāng)人口流動(dòng)進(jìn)行科學(xué)引導(dǎo)和管理，有利于減輕人口密集地區(qū)的土地生態(tài)環(huán)境壓力。

（2）發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)和生態(tài)產(chǎn)業(yè)。進(jìn)一步加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染防治，積極推進(jìn)化肥、農(nóng)藥減量增效，加強(qiáng)耕地保護(hù)和質(zhì)量建設(shè)，實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用；鼓勵(lì)發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè)，倡導(dǎo)采用節(jié)能減排措施，降低工業(yè)廢棄物的產(chǎn)生和排放，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)向高效、環(huán)保的方向邁進(jìn)，以促進(jìn)資源的循環(huán)利用。

（3）進(jìn)一步健全土地生態(tài)安全監(jiān)管機(jī)制。進(jìn)一步完善土地生態(tài)保護(hù)的相關(guān)政策和法律體系，規(guī)范土地開(kāi)發(fā)和利用行為，運(yùn)用“3S”等新技術(shù)對(duì)土地生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，切實(shí)守住耕地紅線和生態(tài)保護(hù)紅線，為可持續(xù)發(fā)展提供有力的支持和保障。

綜上，本研究基于A市自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r，采用PSR模型對(duì)該地2006—2021年的土地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，運(yùn)用障礙因子診斷模型找出主要障礙因子，針對(duì)改善研究區(qū)土地生態(tài)安全狀況提出可行性的建議，為可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)提供參考。

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