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土壤学报 2025年第2期62卷 515-527页

作者：张雨婷胥文昊王清奎田鹏安徽农业大学林学与园林学院林木资源培育安徽省重点实验室合肥230036 中国科学院沈阳应用生态研究所中国科学院森林生态与管理重点实验室湖南会同森林生态实验站沈阳110016

土壤有机碳(SOC)与铁氧化物之间的关系对土壤碳持久性的调节至关重要。在陆地生态系统中,亚表层土壤作为重要的有机碳库,其动态过程越来越受到关注。然而,不稳定碳输入如何影响土壤矿物与有机碳之间的相互作用尚不清楚,尤其在亚表层土... 详细信息

土壤有机碳(SOC)与铁氧化物之间的关系对土壤碳持久性的调节至关重要。在陆地生态系统中,亚表层土壤作为重要的有机碳库,其动态过程越来越受到关注。然而,不稳定碳输入如何影响土壤矿物与有机碳之间的相互作用尚不清楚,尤其在亚表层土壤中研究甚少。为了解决这个问题,本试验研究了两种不同晶体形态的铁氧化物—针铁矿和水铁矿,对亚热带森林表层土壤(0~10 cm)和亚表层土壤(20~40 cm)碳激发效应的影响。通过室内培养试验,加入13C标记的葡萄糖来量化激发效应的强度。结果表明:激发效应随着土层深度的增加而减小,表层和亚表层土壤碳激发效应分别为1.63 mg·g^(-1)和0.61 mg·g^(-1)。铁氧化物类型与土层深度之间对土壤碳激发效应产生交互影响。在表层土壤中,针铁矿的添加显著降低了激发效应的强度(P<0.05),水铁矿的添加对激发效应没有影响。亚表层土壤中,水铁矿的添加显著增加了激发效应的强度(P<0.05),针铁矿添加对激发效应没有显著影响。表层土壤中,针铁矿添加后,共沉淀产生铁结合有机碳抑制了SOC的矿化,激发效应受到碳限制的影响。在亚表层土壤中,激发效应受到碳限制和磷限制的影响。水铁矿的还原溶解,降低了铁氧化物对SOC的保护作用,进而增强了土壤有机碳矿化。可见,铁氧化物既可通过矿物保护固持SOC,又能通过氧化还原反应导致SOC矿化。总之,表层和亚表层土壤碳激发效应对铁氧化物的响应存在差异,铁氧化物对有机碳的累积作用受到自身性质和土壤条件的影响。

关键词：激发效应土壤深度铁氧化物矿物保护土壤碳限制

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杉木不同组织/器官非结构性碳水化合物季节变化特征及其对修枝的响应

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林业科学研究 2025年第1期38卷 150-159页

作者：植可翔关欣黄苛杨佳敏张伟东杨庆朋中国科学院沈阳应用生态研究所中国科学院森林生态与管理重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院大学资源与环境学院北京101408 湖南会同森林生态系统国家野外科学观测研究站亚热带森林生态系统结构与服务功能湖南省重点实验室湖南会同418307

[目的]分析杉木不同组织/器官非结构性碳水化合物(NSC)的季节动态及其对修枝的响应,帮助理解杉木生理特性和生长机制,并为人工林修枝强度的制定提供科学依据。[方法]在杉木人工林中比较了杉木各组织/器官间NSC及其组分含量的差异,并分... 详细信息

[目的]分析杉木不同组织/器官非结构性碳水化合物(NSC)的季节动态及其对修枝的响应,帮助理解杉木生理特性和生长机制,并为人工林修枝强度的制定提供科学依据。[方法]在杉木人工林中比较了杉木各组织/器官间NSC及其组分含量的差异,并分析了经历修枝10 a后杉木各组织/器官中NSC及其组分含量的季节动态。[结果]杉木各组织/器官间NSC及其组分含量存在显著差异。叶片的可溶性糖和总NSC含量最高,平均达到了100.66±2.74 mg·g^(-1)和153.28±3.51 mg·g^(-1),且叶片的可溶性糖和NSC含量受到叶龄的显著控制(p<0.001)。而粗根的淀粉含量最高(69.09±5.26 mg·g^(-1)),比细根高34.13%。此外,杉木各组织/器官中NSC及其组分含量对修枝缺乏长期响应,但均具有显著的季节变化特征。其中以叶片中NSC及其组分含量的季节波动最大,在春季初下降,在夏季生长旺盛时持续积累至次年。在1 a内,叶片可溶性糖和NSC含量的最高值(1月)比最低值(6月)分别高95.57%和57.61%。相比之下,木质部中NSC及其组分含量的季节波动最小,总NSC含量的范围在53.42~90.50 mg·g^(-1)之间。[结论]杉木组织/器官中NSC及其组分含量存在显著的时间变异,且修枝对杉木NSC含量的潜在影响可能在长时间后消失。

关键词：非结构性碳季节动态修枝杉木

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亚热带四种造林树种细根分解的主场效应

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土壤通报 2025年第2期 491-501页

作者：罗淼田向荣张伟东尹攀张勰吉首大学生物科学与环境资源学院中国科学院森林生态与管理重点实验室中国科学院沈阳应用生态研究所中国科学院会同森林生态实验站亚热带森林生态系统结构与服务功能湖南省重点实验室中国科学院大学资源与环境学院湖南省林业科学院

【目的】探讨细根在不同林分中的分解速率差异，检验不同树种细根分解主场效应的强弱及主场效应驱动因子。【方法】以亚热带4种人工林造林树种杉木（Cunninghamia lanceolata）、马尾松（Pinus massoniana）、火力楠（Michelia macclure... 详细信息

【目的】探讨细根在不同林分中的分解速率差异，检验不同树种细根分解主场效应的强弱及主场效应驱动因子。【方法】以亚热带4种人工林造林树种杉木（Cunninghamia lanceolata）、马尾松（Pinus massoniana）、火力楠（Michelia macclurel）和木荷（Schima superba）为研究对象，采用凋落物分解袋法研究不同树种的细根在不同人工林中的分解速率，解析不同树种细根的初始化学质量以及不同林分土壤环境的差异性对于细根分解速率的影响。【结果】细根初始化学质量、林分环境及其交互对细根分解速率有显著影响；受细根初始化学质量影响，火力楠和马尾松细根的分解常数在各林分中都较大，而杉木和木荷细根的分解常数较小。细根初始化学质量和林分土壤环境共同调控细根的分解速率，细根初始碳含量与细根分解速率呈负相关，细根初始氮和磷含量与细根分解速率显著正相关，土壤养分对细根分解的影响因物种而异，火力楠细根显著受各林分土壤养分的影响。4个树种细根的主场效应显著不同，相对于土壤分解能力主场效应受凋落物指数显著影响且细根及土壤的磷含量均与细根分解的主场效应显著负相关。【结论】细根与林分的养分状况共同影响着细根分解及其主场效应，细根养分状况是细根在局域尺度上分解及主场效应的重要驱动因子。未来在研究局域尺度上的分解及碳循环过程时需综合考虑细根和林分养分情况。

关键词：细根分解凋落物质量主场效应亚热带人工林

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氮添加对多伦草原土壤微生物呼吸及其温度敏感性的影响

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生态学报 2020年第5期40卷 1551-1561页

作者：赵学超徐柱文刘圣恩王清奎中国科学院沈阳应用生态研究所森林生态与管理重点实验室沈阳110016 中国科学院大学北京100049 中国科学院会同森林生态实验站会同418307

人类活动导致氮和磷输入到草原生态系统,对土壤有机碳循环产生影响,但是土壤微生物呼吸(Soil microbial respiration,Rs)及其温度敏感性(Q10)对于氮沉降和磷有效性增加的响应还存在争议。因此,依托多伦草原氮添加样地(0、50 kg N hm-2 ... 详细信息

人类活动导致氮和磷输入到草原生态系统,对土壤有机碳循环产生影响,但是土壤微生物呼吸(Soil microbial respiration,Rs)及其温度敏感性(Q10)对于氮沉降和磷有效性增加的响应还存在争议。因此,依托多伦草原氮添加样地(0、50 kg N hm-2 a-1和100 kg N hm-2 a-1),并添加磷进行室内恒温培养(10℃和15℃),研究氮添加和磷有效性增加对Rs及其Q10的影响。结果发现:氮添加显著降低胞壁酸含量和显著增加真菌丰富度(Fungal richness, F-richness)。与N0处理相比,N50和N100处理使累积呼吸量显著降低了61.2%和67.1%,但Q10显著升高了32.7%和50.8%;磷有效性增加没有对累积呼吸量及其Q10产生显著影响。逐步回归结果表明,F-richness和pH值分别是累积呼吸量及其Q10最重要的影响因子。研究表明氮添加抑制Rs,减少土壤有机碳损失,但增加气候变暖对多伦草原土壤有机碳分解的影响,在全球变暖背景下增加土壤有机碳排放的不确定性。

关键词：氮添加磷有效性土壤微生物呼吸温度敏感性

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施肥对杉木林土壤酶和活性有机碳的影响

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生态学杂志 2016年第10期35卷 2722-2731页

作者：李艳鹏贺同鑫王清奎中国科学院沈阳应用生态研究所森林生态与管理重点实验室沈阳110016 中国科学院大学北京100049 中国科学院会同森林生态实验站湖南会同418307

以中亚热带地区的5年生杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象,探讨施肥对土壤酶活性和活性有机碳含量的影响,实验包括对照(CK)、施氮肥(200 kg N·hm^(-2)·a^(-1))、施磷肥(50 kg P·hm^(-2)·a^(-1))、施... 详细信息

以中亚热带地区的5年生杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象,探讨施肥对土壤酶活性和活性有机碳含量的影响,实验包括对照(CK)、施氮肥(200 kg N·hm^(-2)·a^(-1))、施磷肥(50 kg P·hm^(-2)·a^(-1))、施氮磷肥(200 kg N·hm^(-2)·a^(-1)和50 kg P·hm^(-2)·a^(-1))等4个处理。结果表明:在表层(0~10 cm)土壤中,施NP肥处理的土壤蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别比CK降低了40.2%和36.5%,β-葡萄糖苷酶活性比施P肥处理降低了31.1%;亚表层(10~20 cm)土壤中,施N肥处理的脲酶活性显著低于CK;施N肥、P肥和NP肥处理的蔗糖酶活性分别比CK降低了46.9%、37.8%和42.4%;施NP肥处理的过氧化氢酶活性比施P肥处理降低了22.6%;在表层土壤中,施N肥、P肥处理的土壤水溶性有机碳含量分别比CK降低24.1%和29.4%;施NP肥处理的微生物生物量碳显著低于CK;土壤活性有机碳组分在不同土层之间差异显著,均表现为表层土壤活性有机碳含量高于亚表层土壤。相关性分析结果显示:蔗糖酶活性与硝态氮含量呈极显著负相关,表明施NP肥增加了硝态氮含量,一定程度上抑制了蔗糖酶的活性;水溶性有机碳与脲酶活性呈显著正相关,土壤微生物生物量碳与脲酶、过氧化氢酶和β-葡萄糖苷酶活性呈显著正相关。研究表明,水溶性有机碳、微生物生物量碳和土壤酶活性的降低可能会抑制土壤碳的释放,从而增加土壤碳的固定。

关键词：施肥杉木林酶活性土壤有机碳活性有机碳

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沼泽交错带白桦个体生长动态及径级结构与种内种间竞争

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生态学杂志 2017年第3期36卷 577-583页

作者：巢林刘艳艳张伟东杨庆朋汪思龙中国科学院沈阳应用生态研究所森林生态与管理重点实验室沈阳110164 中国科学院大学北京100049 中国科学院会同森林生态实验站湖南会同418307

根据野外调查数据,对长白山沼泽交错带白桦个体生长动态、径级结构以及种内和种间竞争强度进行研究,并探讨竞争强度与径级之间的关系。结果表明:白桦植株胸高断面积与树高之间存在显著的Sigmoid函数关系,胸径和树高分别为18.3 cm和19.4... 详细信息

根据野外调查数据,对长白山沼泽交错带白桦个体生长动态、径级结构以及种内和种间竞争强度进行研究,并探讨竞争强度与径级之间的关系。结果表明:白桦植株胸高断面积与树高之间存在显著的Sigmoid函数关系,胸径和树高分别为18.3 cm和19.4 m,是白桦由高生长向径生长过渡阶段;白桦种群更新幼苗稀少,径级结构呈纺锤形,径级-株数密度分布规律可以用Lognormal函数很好地表征;白桦种内和种间竞争强度分别为48.80%和51.20%;白桦种内和种间竞争强度的顺序为:白桦种内>长白落叶松>辽东桤木>山杨>蒙古栎>稠李>水曲柳>色木槭>茶条槭>春榆;竞争强度随对象木胸径的增加而降低,当对象木胸径在20 cm以内时,竞争强度较大,当胸径达20 cm以上时,竞争强度变化很小,竞争强度与对象木胸径较好地服从幂函数关系(CI=AD^(-B)),该模型能够较好地预测沼泽交错带白桦种内和种间竞争强度。

关键词：白桦径级结构种内竞争种间竞争竞争指数

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氮沉降和土壤线虫对落叶松人工林土壤有机碳矿化的影响

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生态学杂志 2017年第8期36卷 2085-2093页

作者：刘静孙涛程云云王清奎中国科学院森林生态与管理重点实验室(沈阳应用生态研究所) 沈阳110016 中国科学院大学北京100049 中国科学院会同森林生态实验站湖南会同418307

大气氮沉降不仅含有无机态氮,还含有大量有机态氮,然而目前大部分研究主要关注无机态氮沉降对土壤有机碳(SOC)矿化的影响,对于有机态氮沉降的影响关注甚少。为更全面地了解大气氮沉降对SOC矿化的影响,我们在温带落叶松(Larix gmelinii)... 详细信息

大气氮沉降不仅含有无机态氮,还含有大量有机态氮,然而目前大部分研究主要关注无机态氮沉降对土壤有机碳(SOC)矿化的影响,对于有机态氮沉降的影响关注甚少。为更全面地了解大气氮沉降对SOC矿化的影响,我们在温带落叶松(Larix gmelinii)人工林长期氮沉降试验样地中采集了对照(CK)、无机氮(IN)、有机氮(ON)及无机氮有机氮混施(IN∶ON=7∶3;MN)4种不同氮沉降处理的表层土壤(0~10 cm),然后进行室内恒温(25℃)培养62 d,测定SOC矿化速率。同时,为了研究氮沉降背景下土壤线虫在SOC矿化中的作用,我们将每个氮沉降处理的土壤分为2组,分别添加或不添加线虫抑制剂。结果显示:与CK处理相比,IN、ON及MN处理均显著降低了SOC矿化速率,其SOC累积矿化量分别降低了15.7%、23.9%和34.3%,表明无机有机氮混施处理对SOC矿化的抑制作用大于无机氮沉降和有机氮沉降。因此,单一形态的氮沉降模拟研究可能低估了大气氮沉降对SOC矿化的抑制作用。另外,添加线虫抑制剂促进了SOC矿化,且添加线虫抑制剂在IN、ON和MN处理中对SOC累积矿化量影响的效应值较CK处理分别增加了0.08%、42.40%和29.0%,该结果表明,土壤线虫对SOC矿化的影响与氮沉降形态有关。相关性分析结果显示,SOC累积矿化量与土壤C∶N、有效磷含量及真菌∶细菌呈显著正相关,与土壤硝态氮含量和革兰氏阳性细菌∶革兰氏阴性细菌比呈显著负相关。因此,在全球变化背景下,氮沉降的增加有利于降低温带森林生态系统土壤碳释放。

关键词：有机氮沉降土壤有机碳矿化土壤线虫磷脂脂肪酸落叶松人工林

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增温和氮添加对不同类型森林表层土壤有机碳分解的耦合影响

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应用与环境生物学报 2023年第5期29卷 1164-1170页

作者：刘芳王萌萌张子璇杨少博王梁田鹏王清奎安徽农业大学林学与园林学院合肥230036 中国科学院沈阳应用生态研究所森林生态与管理重点实验室会同森林生态实验站沈阳110016

全球变暖和大气氮沉降增加是全球环境变化的主要现象.为深入了解全球变暖和氮沉降增加对森林土壤有机碳(SOC)分解的耦合影响并探究其内在机理,采用室内模拟增温(20℃和25℃)和氮沉降增加(N 100 mg/kg,干土)方法,分析亚热带与暖温带过渡... 详细信息

全球变暖和大气氮沉降增加是全球环境变化的主要现象.为深入了解全球变暖和氮沉降增加对森林土壤有机碳(SOC)分解的耦合影响并探究其内在机理,采用室内模拟增温(20℃和25℃)和氮沉降增加(N 100 mg/kg,干土)方法,分析亚热带与暖温带过渡区杉木林、黄山松林、山核桃林和茅栗林等4种典型森林表层(0-10 cm)土壤有机碳的分解速率,并测定土壤主要理化性质和微生物特征SOC.结果显示:(1)增温显著促进SOC分解(P<0.001),而氮添加显著抑制SOC分解(P<0.001),但是增温和氮添加对SOC分解的共同作用不显著,针叶林(杉木林和黄山松林)SOC分解速率显著低于阔叶林(山核桃林和茅栗林)(P<0.001);(2)氮添加显著增加了黄山松林SOC分解的温度敏感性(P<0.05),但对杉木林、山核桃林和茅栗林SOC分解的温度敏感性影响不显著;(3)土壤无机氮、革兰氏阳性细菌和阴性细菌、真菌以及放线菌与SOC分解显著相关,是影响SOC分解的重要因素.上述结果表明增温和氮添加对SOC分解的影响与林分类型有关,且增温显著促进了SOC分解而氮添加抑制了SOC分解;研究揭示了亚热带与暖温带过渡区森林表层土壤有机碳分解对增温和氮添加的响应,可为全球变化背景下该区域森林SOC的管理提供理论依据.

关键词：增温氮添加土壤有机碳分解温度敏感性

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杉木幼苗生物量分配格局对氮添加的响应

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植物生态学报 2021年第11期45卷 1231-1240页

作者：王娇关欣张伟东黄苛朱睦楠杨庆朋中国科学院会同森林生态实验站中国科学院森林生态与管理重点实验室中国科学院沈阳应用生态研究所沈阳110016 亚热带森林生态系统结构与服务功能湖南省重点实验室湖南会同418307 中国科学院大学资源与环境学院北京101408

大气氮(N)沉降的急剧增加可能会对植物碳(C)固定和分配产生深远影响。然而,N添加如何影响碳水化合物在植物不同器官之间的分配动态并不十分清楚。该研究利用杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗盆栽试验,设置N添加处理,测定分析幼苗非结... 详细信息

大气氮(N)沉降的急剧增加可能会对植物碳(C)固定和分配产生深远影响。然而,N添加如何影响碳水化合物在植物不同器官之间的分配动态并不十分清楚。该研究利用杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗盆栽试验,设置N添加处理,测定分析幼苗非结构性碳水化合物(NSC)与结构性碳水化合物(SC)含量和库的变化,以探讨N添加后杉木幼苗不同器官中NSC与SC的分配模式及调控机制。结果发现:(1)N添加虽然显著增加叶片净光合速率(143.96%),但却降低了叶片中的NSC含量和库;N添加导致一年生茎的淀粉含量显著下降,而可溶性糖含量的变化不显著,当年生茎的NSC组分含量和库没有显著变化;幼苗根系的NSC及其组分含量和库也有降低的趋势。(2)N添加后地下与地上生物量的比值降低22.09%,其中SC库比值降低31.07%,而NSC库比值无显著变化。(3)N添加使地上部分的磷(P)库显著增加,使地下与地上P库的比值降低了57.02%,而N库的比值无显著变化。(4)N添加后土壤pH由(4.94±0.09)显著降低到(4.02±0.04),铵态N和硝态N含量分别增加7.17倍和11.55倍,土壤有效P含量也增加了42.86%,而土壤中脲酶(62.75%)和酸性磷酸酶(56.52%)的活性显著降低。研究表明,低养分条件下杉木幼苗主要通过构建根系结构增加养分吸收,而非通过向根系分配更多的NSC,而N添加驱动的养分缓解使更多的碳水化合物分配到地上器官,导致地上部分SC积累。

关键词：氮添加生物量分配碳水化合物非结构性碳磷最优分配理论

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杉木人工林土壤质量演变过程中土壤微生物群落结构变化

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生态学报 2013年第15期33卷 4692-4706页

作者：刘丽徐明恺汪思龙张倩茹王楠潘华奇胡江春中国科学院沈阳应用生态研究所/森林与土壤生态国家重点实验室沈阳110016 中国科学院会同森林生态实验站湖南418307 中国科学院沈阳应用生态研究所沈阳110016

以中国科学院会同森林生态站自然林、杉木连栽林和杉木阔叶树混交林地土壤为研究对象,采用PCR-DGGE、DNA-sequencing和主成分分析(PCA)等方法分析土壤微生物群落结构变化及其与土壤质量变化之间的关系。结果表明,该地区杉木人工林土壤... 详细信息

以中国科学院会同森林生态站自然林、杉木连栽林和杉木阔叶树混交林地土壤为研究对象,采用PCR-DGGE、DNA-sequencing和主成分分析(PCA)等方法分析土壤微生物群落结构变化及其与土壤质量变化之间的关系。结果表明,该地区杉木人工林土壤中细菌优势种群为α-、β-、γ-proteobacteria和Cytophaga-Flexibacter-Bacterioides(CFB)类群;真菌优势种群为子囊菌(Ascomycetes)和担子菌(Basidiomycetes)亚门的种属。杉木人工林替代自然林后,土壤细菌多样性指数显著降低,且随连栽代数增加呈持续降低趋势;杉木人工林土壤中与Pedobacter cryoconitis亲缘关系密切的细菌种群消失,出现与Xanthomonas sp.和Rhodanobacter sp.亲缘关系密切的细菌种群。土壤真菌群落结构的变化与细菌相反,杉木人工林替代自然林后并不断连栽时,土壤真菌多样性指数呈现上升的趋势,自然林土壤中优势真菌种群在杉木三代林中消失。杉木与火力楠或桤木混交后土壤细菌和真菌种群结构与自然林类似。土壤细菌多样性指数与土壤总有机碳、全氮、可溶性有机碳、铵态氮、速效磷、速效钾含量以及土壤pH值呈显著正相关关系(P<0.05)。土壤真菌多样性指数仅与土壤碳氮比呈显著正相关关系,而与土壤pH值呈显著负相关关系。杉木林土壤质量变化对土壤细菌和真菌优势种群有较大影响,细菌Burkholderia sp.、Pedobacter sp.、Xanthomonassp.和真菌Sclerotinia sclerotiorum、Mycosphaerella cannabis可能是引起土壤质量变化的关键种群。

关键词：杉木人工林微生物群落 DGGE PCA 土壤质量

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