翁伯琦,張偉利
(1.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,福建 福州 350013;2.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)政策研究室,福建 福州 350003)
萬物土中生,食以土為本,土壤不僅是人類生存的基本資源,也是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。土壤肥力是農(nóng)田最本質(zhì)的特征,能夠提供作物生長(zhǎng)所需的水分和養(yǎng)分,肥沃的農(nóng)田與潔凈的土壤是生產(chǎn)高優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品的基本保證。就目前而言,提高土壤質(zhì)量、維護(hù)生態(tài)環(huán)境安全以及推動(dòng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展是現(xiàn)代土壤學(xué)的根本方向和主要任務(wù)。科學(xué)研究表明,土壤中的養(yǎng)分含量與作物生長(zhǎng)之間必須維持供需平衡,必須注重調(diào)節(jié)。如果不注重土壤保育,不注重合理施肥,農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量的惡化,必然會(huì)致使作物減產(chǎn)、品質(zhì)下降,必然嚴(yán)重危害我國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性、食物鏈安全、人類的健康、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的穩(wěn)定,必然會(huì)影響到我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展甚至世界地位。因此,探究土壤變化規(guī)律,研發(fā)土壤保育技術(shù),有效防控環(huán)境污染,無疑是維持 “人口-資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)”這個(gè)大系統(tǒng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和持續(xù)發(fā)展的根本保證。
眾所周知,農(nóng)業(yè)是以土地、水、能源和生物等自然資源為基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè),自然資源的數(shù)量與質(zhì)量狀況對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展至關(guān)重要。中國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國,從業(yè)人口超8億的農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的牢固基礎(chǔ)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)不僅面臨人口增加、資源緊缺、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的新挑戰(zhàn),也會(huì)受到國際農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)與貿(mào)易的深刻影響。就世界耕地而言,質(zhì)量較好的土壤僅占總耕地面積的40%,其余大約有60%是低產(chǎn)出高消耗的類型,其中還包括受工業(yè)廢棄物、化學(xué)農(nóng)藥、重金屬污染的土壤占一定的比例。因此,合理利用與有效保護(hù)土壤資源是一項(xiàng)十分長(zhǎng)期的戰(zhàn)略任務(wù)。據(jù)有關(guān)資料顯示,我國土壤資源與合理利用存在的問題主要是:土壤資源退化,肥力下降,每公頃耕地的作物產(chǎn)量小于2250kg的低產(chǎn)田大約占了1/3;土壤侵蝕嚴(yán)重,危害巨大,尤其值得關(guān)注是黃土高原與紅壤丘陵地區(qū)土壤侵蝕面面積達(dá)5000萬hm2以上;優(yōu)質(zhì)土地被占用,耕地減少,可墾或者待墾的宜農(nóng)耕地資源已不足2000萬hm2[1]。因此,無論是世界還是中國,現(xiàn)代土壤學(xué)理論與技術(shù)研究面臨的重要任務(wù)之一,就是加強(qiáng)土壤資源的保護(hù)、合理開發(fā)以及實(shí)施土壤資源的綜合治理。
2020-2030年是中國發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期,占世界22%人口的中國要全面實(shí)現(xiàn)小康是史無前例的目標(biāo)。在食物安全方面,要滿足13億人口的營養(yǎng)與健康,在經(jīng)濟(jì)安全方面,要保證13億人口的收入增長(zhǎng)翻兩番,這就要求既要滿足其所需要的水土資源和能礦資源,又要解決人口與經(jīng)濟(jì)發(fā)展所帶來的生態(tài)環(huán)境問題。例如相當(dāng)部分地區(qū)水土流失、沙漠化、土壤次生鹽漬化、面源污染等問題仍較為嚴(yán)重。據(jù) 《2012年中國環(huán)境狀況公報(bào)》報(bào)道,全國現(xiàn)有水土流失面積294.91萬km2,占普查范圍總面積的31.12%。其中,水力侵蝕面積129.32萬km2,風(fēng)力侵蝕面積165.59萬km2[2]。農(nóng)業(yè)面源污給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失,據(jù)環(huán)保部統(tǒng)計(jì),我國被污染的耕地面積約為1000萬hm2,占耕地總面積的1/10以上[3]。由于農(nóng)藥、化肥和工業(yè)導(dǎo)致的土壤污染,我國糧食每年因此減產(chǎn)100億kg,全國每年因重金屬污染的糧食高達(dá)1200萬噸,造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過200億元[3]。
與以往相比,我國農(nóng)業(yè)資源仍十分緊張,人均耕地不足1067m2,并呈現(xiàn)逐年減少的趨勢(shì),現(xiàn)有耕地中有近一半的土地肥力較差或存在某些障礙因素。2012年,農(nóng)業(yè)部對(duì)全國107個(gè)國家級(jí)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分析顯示,近十多年我國基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率下降了5%[4]。各項(xiàng)建設(shè)占用的耕地大部分為城鎮(zhèn)周圍地勢(shì)平坦、交通便利、水利條件較好,土質(zhì)較肥沃的優(yōu)質(zhì)耕地,而新增耕地的主要途徑是未利用土地的開發(fā)利用、農(nóng)村居民點(diǎn)整理、耕地整理及廢棄地復(fù)墾利用等,開發(fā)出的耕地質(zhì)量較差,很難形成一定的生產(chǎn)能力,導(dǎo)致新增耕地與被占用耕地的質(zhì)量差別較大,產(chǎn)出水平相差達(dá)1.0~1.5倍。據(jù)統(tǒng)計(jì),1987-1996年全國新減少耕地679萬hm2(產(chǎn)糧能力為600億kg),新增耕地395萬hm2(產(chǎn)糧能力為110億kg),兩者產(chǎn)糧能力相差490億kg,相當(dāng)于中國目前糧食總產(chǎn)量的10%[5]。
從2001年聯(lián)合國開展千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估以來,國際上日益關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀、變化趨勢(shì)和應(yīng)對(duì)政策的研究,日益關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的保護(hù)和建設(shè),對(duì)土壤學(xué)研究也提出了新的更高要求。在丘陵生態(tài)脆弱區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)領(lǐng)域,國內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)從生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建發(fā)展到生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)提高,日益強(qiáng)調(diào)恢復(fù)生態(tài)環(huán)境保護(hù)功能和提高生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)合,重視農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和健康質(zhì)量的提高。目前,我國在南方紅壤退化治理實(shí)踐中形成了系列紅壤治理技術(shù),如在退化紅壤肥力重建方面,形成了提高作物養(yǎng)分資源利用效率的根際調(diào)控技術(shù)、貧瘠紅壤養(yǎng)分庫恢復(fù)的種植模式和施肥技術(shù)、紅壤酸化的化學(xué)綜合治理技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綠肥開發(fā)利用技術(shù)、堆肥環(huán)境生物與控制關(guān)鍵技術(shù)等。但是與農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)實(shí)要求相比,與土壤生態(tài)面臨的危機(jī)與挑戰(zhàn)相比,土壤學(xué)研究現(xiàn)狀還有一定的差距,必須針對(duì)當(dāng)前存在問題開展有針對(duì)性研究。
全面深入分析中國農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境面臨的問題,并切情探索出改善生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的對(duì)策措施,這無疑是實(shí)現(xiàn)中國農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展與保障糧食安全的迫切需要。就理論層面認(rèn)識(shí),土壤質(zhì)量是指土壤肥力的豐缺、土壤生態(tài)的優(yōu)劣及土壤的健康狀況等三個(gè)方面的綜合質(zhì)量的體現(xiàn)。一般認(rèn)為,它是保障土壤生態(tài)安全和資源可持續(xù)利用的能力的重要標(biāo)志,也是現(xiàn)代土壤學(xué)深入研究的核心內(nèi)容。通過對(duì)土壤質(zhì)量的時(shí)空演變規(guī)律,即土-氣、土-水、土-植的物質(zhì)交換,紅壤、潮土、黑土、水稻土等質(zhì)量演變與持續(xù)利用研究,提出不同類型與區(qū)域的土壤質(zhì)量指標(biāo)評(píng)價(jià)體系,建立土壤質(zhì)量的變化趨勢(shì)預(yù)警與技術(shù)調(diào)控對(duì)策,是十分必要的。就實(shí)踐意義認(rèn)識(shí),就是要通過對(duì)環(huán)境質(zhì)量的演變規(guī)律、界面過程及環(huán)境保護(hù)的重建對(duì)技術(shù)的集成研究,力求突破關(guān)鍵環(huán)節(jié),優(yōu)化組合技術(shù),防控面源污染,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的循環(huán)利用,實(shí)現(xiàn)種田和養(yǎng)地的有機(jī)統(tǒng)一。通過多年來的努力,在許多領(lǐng)域的研究取得了進(jìn)展,如對(duì)我國南方沿海地區(qū)、長(zhǎng)江流域地區(qū)及珠江三角洲區(qū)域的農(nóng)田土壤質(zhì)量和大氣環(huán)境變化規(guī)律及其調(diào)控技術(shù)進(jìn)行的系統(tǒng)研究,對(duì)地區(qū)污染物的產(chǎn)生過程、擴(kuò)展機(jī)理、污染狀況,尤其是土壤重金屬、有機(jī)污染物、營養(yǎng)鹽形成的復(fù)合污染及修復(fù)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有了深入了解,并結(jié)合區(qū)域生產(chǎn)實(shí)際,提出了區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的調(diào)控技術(shù)。許多研究與實(shí)踐都對(duì)豐富現(xiàn)代土壤學(xué)理論與技術(shù)體系做出了新的貢獻(xiàn)。
新世紀(jì)的全球戰(zhàn)略任務(wù)之一就是要著力解決全球及地區(qū)性環(huán)境及其質(zhì)量問題,其中包括自然環(huán)境及其質(zhì)量、社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境及其質(zhì)量、人類生存與健康環(huán)境及其質(zhì)量問題等。從土壤學(xué)角度看,除了要深入研究土壤自身基本性質(zhì)及其發(fā)生規(guī)律外,其重點(diǎn)是探索土壤及環(huán)境質(zhì)量的命題,具體包括土壤全球變化與環(huán)境、土壤圈層與物質(zhì)循環(huán)、土壤生態(tài)與環(huán)境質(zhì)量、土地利用與土壤退化、農(nóng)業(yè)土壤與產(chǎn)品質(zhì)量、種田養(yǎng)地與保護(hù)耕作、資源利用與農(nóng)業(yè)開發(fā)、土壤肥力與水土保持、土壤污染與優(yōu)化修復(fù)和城鄉(xiāng)建設(shè)及環(huán)境保護(hù)等。土壤是作物生長(zhǎng)與環(huán)境科學(xué)研究的主體,必須要有系統(tǒng)工程理論的指導(dǎo)和多學(xué)科、多專業(yè)的參與。從土壤學(xué)研究歷史看,人們預(yù)測(cè)到2020年前將轉(zhuǎn)入對(duì)社會(huì)環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)價(jià),尤其會(huì)對(duì)土壤與社會(huì)環(huán)境系統(tǒng)相關(guān)性進(jìn)入深入的研究,力求闡明內(nèi)在變化與優(yōu)化調(diào)控技術(shù),提升土壤質(zhì)量與保育水平,為綠色發(fā)展與生態(tài)保護(hù)提供科技支持[6]。
就發(fā)展趨勢(shì)分析,今后現(xiàn)代土壤學(xué)研究將更加關(guān)注土壤質(zhì)量與生態(tài)環(huán)境相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)研究。專家認(rèn)為,其重點(diǎn)主要集中在五個(gè)方面:一是土壤質(zhì)量的時(shí)空變化與發(fā)展動(dòng)態(tài)研究,主要涉及不同時(shí)間尺度土壤質(zhì)量動(dòng)態(tài)變化與內(nèi)在變化規(guī)律、空間差異分布與土壤內(nèi)在特點(diǎn)、土壤質(zhì)量演變與影響因素等。二是農(nóng)田土壤質(zhì)量的演變過程與形成機(jī)理,主要涉及土壤物理、化學(xué)性質(zhì)應(yīng)變及交互過程和作用機(jī)理,尤其要深入探討并揭示人為活動(dòng)對(duì)土壤質(zhì)量演變的影響及反饋機(jī)理。三是土壤肥力的指標(biāo)體系與優(yōu)化調(diào)控原理,主要涉及土壤質(zhì)量的自然與人為指標(biāo)體系、土壤肥力演變的信息數(shù)據(jù)庫與政策咨詢系統(tǒng)的建設(shè)、土壤肥力的調(diào)控原理研究等。四是土壤養(yǎng)分在土壤圈中循環(huán)及交互作用,主要涉及土壤養(yǎng)分形態(tài)及其動(dòng)態(tài)平衡,農(nóng)田耕作層土壤養(yǎng)分、根系分布、微生物與土壤酶活性之間相互關(guān)系及其作用。五是不同類型土壤的持續(xù)重建與定向培育,主要涉及水土保持、養(yǎng)分流失、種田養(yǎng)地、土壤保育等方面理論研究與技術(shù)體系構(gòu)建。必須強(qiáng)調(diào)是,農(nóng)田質(zhì)量、耕地土壤以及合理施肥的科技創(chuàng)新研究應(yīng)結(jié)合綠色發(fā)展理念與區(qū)域農(nóng)村產(chǎn)業(yè)需求進(jìn)行,只有這樣才能使土壤環(huán)境研究更具實(shí)踐意義。
不言而喻,當(dāng)前我國的農(nóng)田資源和土壤環(huán)境正面臨著新的形勢(shì)與挑戰(zhàn),土壤的重要性正從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)向環(huán)境安全、資源利用、生態(tài)建設(shè)及全球變化等方向轉(zhuǎn)變。與此同時(shí),環(huán)境學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、生態(tài)化學(xué)、數(shù)學(xué)及信息科學(xué)等學(xué)科的發(fā)展,則為土壤科學(xué)領(lǐng)域與資源利用技術(shù)研發(fā)注入了新的活力,提供了更豐富的理論指導(dǎo)、更多的應(yīng)用方法和先進(jìn)的技術(shù)手段,促進(jìn)了土壤學(xué)科之間的交融與支撐,必將使我國的土壤科學(xué)與肥料技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用取得更大突破。毫無疑問,土壤科學(xué)也必將在新的需求和與其他學(xué)科發(fā)展的推動(dòng)下,取得新的成績(jī)。
眾所周知,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不僅是農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的主要環(huán)節(jié),而且也是農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的周期性與連續(xù)性有賴于優(yōu)質(zhì)土壤和有效肥力的支撐。那么如何保育土壤,怎樣培肥地力呢?實(shí)踐證明,必須實(shí)行種地與養(yǎng)地的有機(jī)結(jié)合,其中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是要進(jìn)行定位試驗(yàn)與野外觀測(cè),以了解變化動(dòng)態(tài),分析內(nèi)在規(guī)律,指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。福建地處我國南方紅壤區(qū),受東南季風(fēng)影響,高溫多雨,礦物風(fēng)化和淋溶作用強(qiáng)烈,土壤多呈酸性反應(yīng),陽離子交換量低,土壤有機(jī)質(zhì)含量較低,大量與微量養(yǎng)分元素缺乏,保肥供肥性能差,土壤自然肥力不高。同時(shí)還由于不合理的開發(fā)利用,導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重,尤其是旱地土壤養(yǎng)分貧瘠化現(xiàn)象十分嚴(yán)重。因此,應(yīng)當(dāng)針對(duì)紅壤地區(qū)農(nóng)田養(yǎng)分庫退化、土壤生物功能退化、有益動(dòng)物和微生物減少、病原微生物和有害動(dòng)物增加、土壤生態(tài)循環(huán)功能下降等問題,研究并建立土壤生物功能與養(yǎng)分供應(yīng)能力監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系,研究土壤養(yǎng)分庫的快速激活與恢復(fù)技術(shù)、土壤生態(tài)功能的生化調(diào)控技術(shù)等,集成構(gòu)建退化紅壤質(zhì)量的綜合修復(fù)技術(shù)體系,增強(qiáng)紅壤旱作生態(tài)系統(tǒng)土壤生物的多樣性及其穩(wěn)定性,提高旱作綜合生產(chǎn)能力與經(jīng)濟(jì)效益。
就種植業(yè)而言,農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境科學(xué)是研究農(nóng)業(yè)生物生產(chǎn)活動(dòng)中的基本資源問題及其與生態(tài)、環(huán)境之間的相互關(guān)系,跟蹤研究農(nóng)業(yè)自然資源的演化和開發(fā)利用過程、格局與調(diào)控機(jī)理,研究農(nóng)業(yè)資源開發(fā)利用的環(huán)境影響和開發(fā)廢棄物資源化技術(shù)、環(huán)境修復(fù)技術(shù),揭示和發(fā)現(xiàn)自然資源利用與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相互作用機(jī)理、資源流動(dòng)機(jī)制,其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量與高優(yōu)產(chǎn)品開發(fā)都是至關(guān)重要的。發(fā)展農(nóng)業(yè)資源科學(xué)和生態(tài)環(huán)境科學(xué),也一直是農(nóng)業(yè)高優(yōu)生產(chǎn)與保護(hù)資源環(huán)境領(lǐng)域的重要研究任務(wù)和重點(diǎn)。而野外長(zhǎng)期觀測(cè)與定位試驗(yàn)是開展農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究的基本手段。通過長(zhǎng)期定位試驗(yàn)所提供的土壤質(zhì)量演變、生態(tài)環(huán)境變化數(shù)據(jù)與資料,是科學(xué)研究的珍貴資源與基礎(chǔ)積累。
福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所野外臺(tái)站由全國化肥網(wǎng)設(shè)置的一個(gè)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)點(diǎn)逐步發(fā)展起來的,自1983年建站至今已走過30年的歷程。從20世紀(jì)70~80年代中低產(chǎn)田改良攻關(guān)到現(xiàn)今的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè),從水稻專用配方肥研發(fā)到全省各大作物的專用肥配方提供,從傳統(tǒng)的單質(zhì)肥料到復(fù)混肥、穩(wěn)定性肥料以及水溶性肥料研發(fā)與養(yǎng)分資源高效利用,從綠肥品種選育篩選到分子輔助育種以及綜合利用,土壤肥料研究所老中青幾代科技人員在臺(tái)站發(fā)展中均留下了辛勤耕耘的足跡。如今,臺(tái)站已發(fā)展形成包括福州市閩侯縣、莆田市荔城區(qū)、寧德市福安市、漳州市角美區(qū)等多個(gè)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的觀測(cè)點(diǎn),形成一站多網(wǎng)的分布格局,涉及的研究領(lǐng)域包括施肥與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、紫云英與土壤肥力、面源污染、重金屬源頭控制、耕作輪作制度、生物多樣性等。同時(shí),通過野外長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究得出的理論成果與配套技術(shù)已直接服務(wù)于生產(chǎn)。
在當(dāng)前土壤科學(xué)快速發(fā)展的形勢(shì)下,土壤肥料和農(nóng)業(yè)資源環(huán)境領(lǐng)域的科技工作者應(yīng)針對(duì)國家、社會(huì)的需求發(fā)現(xiàn)問題與制定目標(biāo),持之以恒地開展野外科技研究,為發(fā)展高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)和安全型的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)做出新的貢獻(xiàn)。同時(shí),要重視傳統(tǒng)肥料的作用和農(nóng)家肥的積造,經(jīng)過漚制、燒制、腐熟、消毒后的農(nóng)家肥,肥力強(qiáng)、肥效長(zhǎng),含有豐富的有機(jī)質(zhì),對(duì)于改良土壤物理性質(zhì)、耕作性能,從而提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量,有著化學(xué)肥料不可替代的作用。就野外觀測(cè)臺(tái)站深化研究而言,必須要把握六個(gè)重要環(huán)節(jié):一是單項(xiàng)研究要持之以恒,長(zhǎng)期堅(jiān)持,分析肥力變化動(dòng)態(tài)與消長(zhǎng)規(guī)律;二是不同處理要優(yōu)化調(diào)整,充實(shí)完善,分析不同因素影響與配套技術(shù);三是資源利用要拓展研究,高值開發(fā),探討運(yùn)作管理模式與機(jī)制創(chuàng)新;四是保護(hù)生態(tài)要種田養(yǎng)地,注重保育,不斷創(chuàng)新基礎(chǔ)理論與集成技術(shù);五是構(gòu)建野外觀測(cè)臺(tái)站群,完善體系,提升土壤質(zhì)量管理與保育水平;六是深化閩臺(tái)交流與合作,互相借鑒,構(gòu)建聯(lián)合觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)資源共享??傊?,我們必須不斷提升對(duì)土壤變化規(guī)律和生態(tài)保育重要性的認(rèn)識(shí),并與時(shí)俱進(jìn)地不斷推動(dòng)土壤科學(xué)創(chuàng)新,以更好適應(yīng)我國未來土壤肥料與資源利用科學(xué)的發(fā)展,為福建農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展提供了理論指導(dǎo)與技術(shù)支撐。
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