趙春

摘 要：為了明確農(nóng)村種植業(yè)廢棄物的種類和數(shù)量，為農(nóng)作物秸稈的綜合利用提供參考，對北京市農(nóng)作物秸稈資源進(jìn)行全面調(diào)查，研究了各地區(qū)的秸稈資源量及利用現(xiàn)狀，根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展趨勢對作物秸稈資源的分布特點(diǎn)以及利用途徑進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，2012年北京地區(qū)農(nóng)作物秸稈主要是玉米和小麥，占全部秸稈產(chǎn)量的94.9%，秸稈利用主要以秸稈還田為主。除家庭燃用、秸稈還田以及養(yǎng)畜等用途外，北京仍有10%的剩余秸稈資源。通過分析農(nóng)作物秸稈的綜合利用價(jià)值以及利用過程中存在的問題，提出了北京郊區(qū)作物秸稈綜合利用的建議和對策。

關(guān)鍵詞：農(nóng)作物秸稈；利用方式；北京

中圖分類號：S19 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號：2014-0839

Utilization Status of Crop Straws and Sustainable Development in Beijing

Zhao Chun

（Dongying Vocational College， Dongying 257091， Shandong， China）

Abstract： In order to well understand the varieties and quantities of the waste from crop farming and provide reference for the comprehensive utilization of crops straw， the crop straw resource of Beijing was detailed surveyed， the crop straw resource and utilization status was obtained， and characteristics of its distribution and utilization status were analyzed according to the economic development status. The results showed that main crop straw resource was corn and wheat， accounting for 94.9% in the whole province. The utilization of crop straw was main return to field. In 2012， there are more than 10% straw resources were remaining， apart from the amount deducted for the competitive usages such as cooking and heating of rural residents， return to field and used as forage. This paper explored the utilization value and existent problems of comprehensive utilization of crop straw， put forward some suggestions and countermeasures for the development of comprehensive utilization technique of crop straw in Beijing suburbs.

Key words： Crops Straw； Utilization； Beijing

0 引言

中國是一個(gè)典型的農(nóng)業(yè)國家，有著豐富的秸稈資源，作物秸稈是農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要生物質(zhì)資源。近年來，一些城市郊區(qū)和糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，加之秸稈的分布零散、體積大、收集運(yùn)輸成本高、利用的經(jīng)濟(jì)性差和產(chǎn)業(yè)化程度低等，導(dǎo)致剩余秸稈處理難[1-2]。研究農(nóng)作物秸稈的綜合利用不僅能夠改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)對提高清潔能源的比重、增加資源化再利用率也大有裨益[3-4]。趙荷娟等[5]通過調(diào)查研究分析了南京市農(nóng)作物秸稈綜合利用存在的問題，提出了相應(yīng)的發(fā)展建議；戴志剛等[6]對中國2009年主要農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量、養(yǎng)分總量進(jìn)行評估，同時(shí)對秸稈還田配套措施進(jìn)行了總結(jié)。目前對秸稈利用的研究主要集中在秸稈利用數(shù)量、利用方式分析以及培肥土壤的方面，而分析、評價(jià)典型地區(qū)秸稈利用現(xiàn)狀以及技術(shù)發(fā)展的研究工作較少[7-9]。對于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)狀況較好、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展較快的北京市而言，其秸稈資源利用狀況及存在問題具有前瞻性和代表性，而對于這一方面缺乏技術(shù)集成與示范以及針對具體農(nóng)村的實(shí)證和案例研究。因此，筆者通過調(diào)查研究提出了如何高效利用農(nóng)作物秸稈資源，這對于中國農(nóng)村廢棄物綜合利用具有重要的示范意義。

1 數(shù)據(jù)來源與估算方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

通過農(nóng)業(yè)局工作人員的帶領(lǐng)與鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)人員和村的主要干部進(jìn)行訪談，所獲信息可以充分反映和代表當(dāng)?shù)氐目傮w發(fā)展情況。實(shí)地調(diào)查以問卷調(diào)查為主，共獲得190份有效農(nóng)戶問卷調(diào)查表。資料收集來源于農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)報(bào)表等，主要是2012年北京市農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)年鑒和國內(nèi)外公開發(fā)表的文獻(xiàn)資料。

1.2 農(nóng)作物秸稈資源數(shù)量估算方法

作物秸稈是指其收割時(shí)丟棄的根、莖、葉、花。中國在研究作物秸稈資源時(shí)，將作物秸稈產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的比值，均稱為“草谷比”。草谷比通過查閱中國農(nóng)業(yè)大學(xué)謝光輝《中國非禾谷類大田作物收獲指數(shù)和秸稈系數(shù)》[10]、《中國禾谷類大田作物收獲指數(shù)和秸稈系數(shù)》[11]和《可再生能源資源的系統(tǒng)評價(jià)方法及實(shí)例》[12]得到。農(nóng)作物秸稈資源數(shù)量的計(jì)算方法是不同農(nóng)作物的產(chǎn)量值與該種農(nóng)作物對應(yīng)的草谷比相乘，公式如式（1）。

Qi=Pi ×Ri…（1）

式中，Qi為農(nóng)作物i的廢棄物年估計(jì)總量（t），Pi為農(nóng)作物i的年產(chǎn)量（t），Ri為農(nóng)作物i的草谷比。

2 北京市農(nóng)作物秸稈產(chǎn)生情況

對作物秸稈的調(diào)查總體上采取按單位面積進(jìn)行隨機(jī)抽樣調(diào)查的方式[13]。農(nóng)作物不同其秸稈總量的是不同的，在糧食作物中，統(tǒng)計(jì)計(jì)算包括了北京市主要種植作物，按照前述公式計(jì)算北京市2012年各種農(nóng)作物秸稈資源的總量。

2.1 北京市作物秸稈主要類型及數(shù)量特征

表1中數(shù)據(jù)為北京市2012年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)生量。玉米和小麥?zhǔn)潜本┦性耘嗝娣e最大的農(nóng)作物，分別占到總播種面積的66%和26%。根據(jù)草谷比計(jì)算，2012年全年農(nóng)作物理論秸稈產(chǎn)生總量為150萬t。其中主要以玉米為主，年產(chǎn)生總量達(dá)到111萬t，占總量的73.69%；其次是小麥，為32萬t，占總量的21.28%，這2種主要糧食作物的秸稈產(chǎn)量比率就達(dá)到94.97%。

2.2 農(nóng)作物秸稈的利用價(jià)值

農(nóng)作物秸稈含有大量的粗纖維、粗蛋白、粗脂肪等成分，不同作物秸稈的有機(jī)質(zhì)組成和營養(yǎng)成分各不相同，因此在后續(xù)的開發(fā)利用中應(yīng)根據(jù)各自的性質(zhì)和組成加以區(qū)別[14-15]。不同作物秸稈中的營養(yǎng)成分如表2所示。

例如農(nóng)作物秸稈是大型牲畜的主要飼料之一，用作飼料的秸稈其粗蛋白、粗脂肪的含量要高而纖維素、木質(zhì)素和灰分的含量要低，玉米秸稈即為粗蛋白含量較多，營養(yǎng)成分含量較高的秸稈；農(nóng)作物秸稈中含有豐富的有機(jī)物質(zhì)，用于秸稈還田能夠?yàn)橥寥捞峁┐罅康酿B(yǎng)分，約占農(nóng)業(yè)有機(jī)肥總養(yǎng)分的13%～19%；用作能源材料的秸稈要求其纖維素、木質(zhì)素含量和熱值要高而與蛋白質(zhì)、脂肪的含量關(guān)系不大，農(nóng)作物秸稈的熱值相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤的50%，而含硫量遠(yuǎn)低于煤，是清潔能源的首選原料。

3 北京市秸稈綜合利用現(xiàn)狀分析

3.1 當(dāng)前秸稈處置利用方式

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)每年都會產(chǎn)生大量的農(nóng)作物秸稈，這些秸稈若不及時(shí)處理，會在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中造成嚴(yán)重的堆積。調(diào)查研究結(jié)果表明，北京市主要有表3中的幾種利用和處理方式。北京市機(jī)械化秸稈粉碎還田面積較大，由于小麥和玉米為大面積種植的糧食作物，方便實(shí)現(xiàn)直接還田，其中北京市小麥秸稈粉碎還田比例最大，達(dá)到90%以上，玉米的直接還田比例也達(dá)到了60%以上，而其他作物由于種植面積不集中，不利于大型機(jī)械作業(yè)，導(dǎo)致秸稈還田的比例較小。

對于用作飼料，玉米秸稈營養(yǎng)成分較高，利于集中收集，主要用于大型養(yǎng)殖場的飼料，利用率達(dá)到21.2%，其他作物（主要是豆類、薯類和花生）秸稈多用于飼喂家畜和家禽。北京市秸稈能源化比例較高，能源化的方式主要包括秸稈生產(chǎn)固體成型燃料、秸稈生產(chǎn)熱解氣、秸稈生產(chǎn)沼氣等，玉米、小麥和其他作物（主要是稻草、棉花稈和油料作物秸稈）能源化比例分別達(dá)到了8.9%、5.8%和37.6%。焚燒還田和用作其他的比例較低。以玉米秸稈為例，2012年焚燒的秸稈達(dá)到 10萬t以上，因此秸稈綜合利用仍有很大的發(fā)展空間。

3.2 秸稈利用方式存在的問題

北京市“十二五”發(fā)展規(guī)劃提出全力推進(jìn)糧食生產(chǎn)全程機(jī)械化，到2015年北京市基本實(shí)現(xiàn)糧食生產(chǎn)全程機(jī)械化。2014年中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于全面深化農(nóng)村改革加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的若干意見》[16]也指出加快發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化。調(diào)查結(jié)果與當(dāng)前的北京農(nóng)村的政策扶持和能源結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，目前大型農(nóng)業(yè)機(jī)械普及，因此秸稈還田率較高，秸稈直接還田可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量、培肥土壤，對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義，但還有很多問題尚未解決，如秸稈的碳氮比高，持續(xù)全量還田不利于土壤微生物降解，可能導(dǎo)致作物缺氮而生長不良，秸稈還可能傳播部分病害，導(dǎo)致作物減產(chǎn)等。

選擇利用秸稈喂牲畜的也比較多，主要是當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖企業(yè)收購，而且經(jīng)過牲畜的過腹還田也會變成很好的有機(jī)肥料，但飼用秸稈蛋白質(zhì)、可溶性碳水化合物、礦物質(zhì)等含量偏低，粗纖維含量較高，因此消化率低、適口性差。利用秸稈漚制肥料存在纖維素的降解問題，收效很低，所以很少有人利用其快速漚肥和堆肥。

秸稈作為能源利用的主要方式是直燃發(fā)電和生產(chǎn)沼氣、乙醇等。由于科技轉(zhuǎn)化力度不夠、實(shí)施成本太高，且這些方式大多適合規(guī)?；褂?，不適合散戶和個(gè)體農(nóng)戶使用，而大規(guī)模、工廠化利用農(nóng)作物秸稈還需要在政策和技術(shù)等方面不斷提升。目前秸稈生產(chǎn)沼氣和氣化技術(shù)已經(jīng)在京郊部分鄉(xiāng)村成功應(yīng)用，機(jī)械壓塊也在推廣應(yīng)用中，但集中供氣設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)并未覆蓋到全北京的各個(gè)縣區(qū)。

通過表3顯示，京郊農(nóng)戶對秸稈的處理方式中選擇直接在地里燒掉的也占一定比例，特別是經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)的縣區(qū)多數(shù)以天然氣作為主要燃料，焚燒秸稈的情況尤為嚴(yán)重，但卻忽視了對環(huán)境的影響。采取生物技術(shù)的手段利用秸稈發(fā)酵生產(chǎn)糠醛、苯酚、單細(xì)胞蛋白等也是秸稈的一大用途，但中國在這方面的技術(shù)研究和應(yīng)用推廣相對落后，且易造成環(huán)境污染和纖維素降解等技術(shù)難題。

4 北京市作物秸稈資源的利用建議

為加快推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用，指導(dǎo)各地秸稈規(guī)劃的實(shí)施，2011年11月29日，國家發(fā)展改革委、農(nóng)業(yè)部、財(cái)政部以發(fā)改環(huán)資[2011]2615號印發(fā)《“十二五”農(nóng)作物秸稈綜合利用實(shí)施方案》[17]，大大推動中國農(nóng)作物秸稈的利用水平。由于北京的秸稈利用率已經(jīng)很高，進(jìn)一步提高的空間受到限制，因此應(yīng)重點(diǎn)突破秸稈的傳統(tǒng)利用方式，追求處理技術(shù)高、綜合利用潛力大的利用方式。

4.1 持續(xù)完善扶持政策

由于秸稈綜合利用項(xiàng)目一次性投入較大、風(fēng)險(xiǎn)高，必須加大重要秸稈能源化技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目的投入力度以及秸稈發(fā)電、秸稈生產(chǎn)乙醇等生產(chǎn)企業(yè)的稅收優(yōu)惠政策和財(cái)政補(bǔ)貼。目前，秸稈飼料、秸稈還田都出臺了具體的補(bǔ)貼政策，秸稈能源化利用還沒有，不利于農(nóng)村生活能源的發(fā)展，應(yīng)繼續(xù)實(shí)施《秸稈能源化利用補(bǔ)助資金管理暫行辦法》，而且還要加大秸稈補(bǔ)貼的范圍和力度，例如在投資建設(shè)、設(shè)備購置、秸稈收集、加工、運(yùn)輸?shù)确矫妫雠_一些可操作性強(qiáng)的補(bǔ)貼政策，以鼓勵企業(yè)及從業(yè)人員積極參與；地方政府更應(yīng)做好當(dāng)?shù)嘏涮渍?，企業(yè)和市場才能有良性發(fā)展。建議政府部門妥善處理現(xiàn)存問題，區(qū)域?qū)用婵茖W(xué)規(guī)劃綜合利用途徑、產(chǎn)業(yè)布局、處理規(guī)模和政策支持[18-20]。

4.2 秸稈能源化處理技術(shù)

農(nóng)作物秸稈作為生物質(zhì)能資源的主要來源，具有可再生和環(huán)境友好的雙重屬性，可以按任何規(guī)格加工、包裝，真正實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源的有效收集、方便運(yùn)送、高效燃燒和便捷利用，是國家重點(diǎn)鼓勵發(fā)展領(lǐng)域之一，大力開發(fā)利用秸稈能夠開拓新的能源途徑，保證農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

4.2.1 秸稈壓縮成型處理技術(shù) 以農(nóng)村的玉米秸稈、小麥秸稈、棉稈、花生殼等廢棄物為原料，經(jīng)粉碎加壓增密成型和炭化工藝加工成燃料。成型產(chǎn)品的體積相當(dāng)于原秸稈的1/10～1/15，能提高容重和熱值，便于貯存和運(yùn)輸。秸稈壓縮成型燃料可以代替煤炭、木柴、液化氣等廣泛用于各種類型家庭取暖爐、小型熱水鍋爐或是小型發(fā)電設(shè)施，是新型環(huán)保、清潔、再生能源，是農(nóng)村地區(qū)充分利用秸稈等生物質(zhì)資源替代煤炭的重要途徑。

全面發(fā)展生物質(zhì)成型燃料符合中國北方農(nóng)村養(yǎng)殖集約化后農(nóng)戶禽畜糞便較少，冬季需要采暖，農(nóng)業(yè)、林業(yè)廢棄物較多，農(nóng)村青壯年勞動力大量外出等現(xiàn)狀。生物質(zhì)成型燃料可以針對沼氣工程不能采暖、受溫度季節(jié)限制，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，產(chǎn)氣量有限等不足形成有利的補(bǔ)充，進(jìn)而逐步實(shí)現(xiàn)“以秸稈成型燃料為主、沼氣為輔”的多能互補(bǔ)局面。北京市周邊山區(qū)，經(jīng)濟(jì)相對欠發(fā)達(dá)，農(nóng)戶日常生活不舍得用燃?xì)?，而為美化、凈化村容環(huán)境，要求禁止堆放柴堆和秸稈垛，可以使用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)秸稈的減量化。

4.2.2 秸稈沼氣和氣化技術(shù) 在秸稈燃料方面多數(shù)研究者認(rèn)為秸稈氣化和沼氣能源能夠提高農(nóng)作物秸稈的利用效率，解決“三料”競爭問題[21]。以農(nóng)作物秸稈為主要原料，在嚴(yán)格的厭氧環(huán)境和一定的溫度、水分、酸堿度等條件下，通過微生物的厭氧發(fā)酵，生產(chǎn)沼氣和優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥。秸稈沼氣在一定程度上解決煤、石油等燃料的需求量，在緩解環(huán)境壓力，推動社會可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮重要作用。秸稈產(chǎn)氣后剩余的沼渣可作為優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料還田，有效地改善土壤理化性質(zhì)，增強(qiáng)保水保肥能力。因此加快沼液沼渣利用研究，才能實(shí)現(xiàn)秸稈的二次利用。

秸稈氣化集中供氣技術(shù)是中國農(nóng)村能源建設(shè)推出的一項(xiàng)新技術(shù)。是以秸稈為原料經(jīng)過熱解和還原反應(yīng)生成可燃性氣體，產(chǎn)生的生物質(zhì)炭和燃?xì)饪勺鳛檗r(nóng)戶或工業(yè)用戶的生產(chǎn)生活燃料。該項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了秸稈資源的高效利用，不僅可生產(chǎn)家庭型、多功能型秸稈生物質(zhì)氣化爐灶，還可建秸稈生物質(zhì)氣化站，組織成百上千戶居民集中供氣，在煤、液化氣價(jià)格居高不下的今天，秸稈氣化技術(shù)的推廣和應(yīng)用具有廣闊的市場發(fā)展前景。然而要實(shí)現(xiàn)秸稈氣化工作的可持續(xù)發(fā)展，必須進(jìn)行設(shè)備改進(jìn)并加強(qiáng)后續(xù)的設(shè)備維護(hù)管理工作。

4.2.3 秸稈直燃發(fā)電技術(shù) 秸稈直燃發(fā)電和常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)和原理基本相同，是將經(jīng)過粉碎、干燥等處理后的秸稈作為燃料直接送入鍋爐中燃燒，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽并推動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。目前由國內(nèi)自主設(shè)計(jì)的65T/H秸稈直燃鍋爐以用于秸稈直燃發(fā)電，并作為新一代國產(chǎn)秸稈鍋爐推向市場。一臺25 MW的機(jī)組一年需要秸稈15萬t～20萬t，可以滿足人口在15萬～25萬城鎮(zhèn)的居民日常用電。因此秸稈直燃發(fā)電也面臨著秸稈大規(guī)模收集、運(yùn)輸和跨季節(jié)儲存等諸多未徹底解決的問題。但從當(dāng)前技術(shù)成熟度和經(jīng)濟(jì)效益2個(gè)方面綜合性能比較優(yōu)，秸稈直燃發(fā)電技術(shù)是當(dāng)前大規(guī)模利用秸稈資源的理想選擇。

4.3 秸稈其他處理技術(shù)

農(nóng)作物秸稈還有其他多種的綜合利用技術(shù)。如通過微生物技術(shù)來提取農(nóng)作物殘?bào)w中的碳水化合物、蛋白質(zhì)、醇類、醛、酮和有機(jī)酸等，丹麥、瑞典和美國等科技研究小組已研制出從秸稈所含纖維素中提取乙醇燃料的技術(shù)。秸稈的飼料化也是目前常用的提高秸稈利用率的方式，主要是利用營養(yǎng)成分較高的薯類藤蔓、玉米秸、豆類秸稈等加工制成青貯飼料，提高秸稈的營養(yǎng)價(jià)值。在這方面應(yīng)提高農(nóng)民采用秸稈現(xiàn)代化利用方式的積極性，增加秸稈利用的科技含量。調(diào)查發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)科技培訓(xùn)班在農(nóng)村非常受歡迎，培訓(xùn)內(nèi)容包括秸稈的微貯、畜牧養(yǎng)殖以及市場分析等。

5 結(jié)語

2012年北京市郊農(nóng)作物秸稈產(chǎn)生總量約為150萬t，其中玉米和小麥秸稈占95%左右。由于不同種類的農(nóng)作物秸稈營養(yǎng)成分含量不同，導(dǎo)致其利用途徑也不盡相同，主要分為直接還田、飼料和能源等幾種利用方式，基本上做到了二次利用，能夠充分地發(fā)揮秸稈的價(jià)值。但秸稈焚燒仍占一定比例，不但沒有實(shí)現(xiàn)秸稈的再利用，而且對區(qū)域環(huán)境造成了極大的污染。

北京市作為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，作物秸稈綜合利用率較高，各縣區(qū)可因地制宜選擇秸稈利用方式，根據(jù)本文調(diào)查結(jié)果農(nóng)作物秸稈高效利用仍有很大的提升空間。應(yīng)重點(diǎn)突破傳統(tǒng)的秸稈還田和秸稈飼料的利用方式，追求秸稈現(xiàn)代化利用方式，增加秸稈利用的科技含量。尤其是作為清潔能源的利用，在當(dāng)?shù)卣拇罅χС趾唾Y金投入下充分調(diào)動農(nóng)民的積極性，可以更上一個(gè)臺階。國能新能[2014]14號國家能源局公布創(chuàng)建新能源示范城市（產(chǎn)業(yè)園區(qū)）名單（第一批），北京市昌平區(qū)居于首位，重點(diǎn)發(fā)展太陽能、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能，到2015年建設(shè)生物質(zhì)氣化、固體燃料和聯(lián)村供氣示范項(xiàng)目和高端園區(qū)新能源綜合應(yīng)用工程滿足居民用能需求。

總之，秸稈作為可再生生物資源，具有多種用途，因此作為肥料、飼料、燃料和工業(yè)原料常存在一定的矛盾，在考慮秸稈資源綜合利用時(shí)，如果只注重單一用途，就會顧此失彼。應(yīng)根據(jù)不同秸稈的營養(yǎng)特征，將秸稈資源經(jīng)過加工，分離出能源和養(yǎng)分以實(shí)現(xiàn)其綜合利用；或是通過單項(xiàng)利用技術(shù)的技術(shù)集成，以減少污染，增加附加值，向綜合利用和多級利用方向轉(zhuǎn)化，使秸稈具有更高的資源利用效率，提高其社會、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。

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