白博文 劉善江 申俊峰 孫昊 吳榮

摘要?土壤改良一般是根據(jù)各地的自然、經(jīng)濟條件，采取因地制宜的措施，以有效地達到改善土壤生產(chǎn)性狀和環(huán)境條件的目的，其過程就是控制土壤退化和增加土壤有機質(zhì)及養(yǎng)分。其中，土壤調(diào)理劑能有效地改善土壤養(yǎng)分狀況及其理化性質(zhì)，促進土壤團粒的形成、降低土壤密度、提高肥力、改善土壤保水保肥性、提高糧食產(chǎn)量，對土壤問題起到積極的修復(fù)作用。經(jīng)查閱大量相關(guān)文獻，總結(jié)了土壤調(diào)理劑及其在各類土地上的應(yīng)用進展，并在土壤調(diào)理劑的研究方面提出展望。

關(guān)鍵詞?土壤調(diào)理劑;研發(fā);應(yīng)用;土壤結(jié)構(gòu);酸化土地;鹽堿地;重金屬污染

中圖分類號?S156?文獻標(biāo)識碼?A?文章編號?0517-6611（2021）03-0014-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.03.004

Abstract?Soil improvement is generally based on the natural and economic conditions in different places， and measures are taken to effectively improve soil production characteristics and environmental conditions. The process is to control soil degradation and increase soil organic matter and nutrients. Among them， soil conditioner can effectively improve the soil nutrient status and its physicochemical properties， promote the formation of soil aggregates， reduce soil density， improve soil fertility， improve soil water retention and fertility， and increase grain yield to play a positive role in the rehabilitation of soil problems. The progress of soil conditioners and their applications in various kinds of land were summarized by referring to a large number of related literatures. At the same time， it puts forward the prospect in the research of soil conditioners.

Key words?Soil conditioner;Research and development;Application;Soil structure;Acidified land;Salinealkali land;Heavy metal pollution

土壤退化是指人類對土壤的不合理利用而引起的土壤性質(zhì)變差及生產(chǎn)力下降的過程，主要有土壤侵蝕、土壤酸化堿化以及肥力下降等形式。隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，土壤問題嚴(yán)重限制了生產(chǎn)力，土壤退化問題日趨引起人們的重視[1-2]。根據(jù)2000年世界糧農(nóng)組織（FAO）的報告指出，全球嚴(yán)重土地退化面積約為35億hm2，占總土地面積的26%，其中由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動造成的嚴(yán)重土地退化面積占總土地面積的9%[2-3]。我國有1.3億hm2耕地，其中退化耕地約為0.25億hm2。據(jù)國內(nèi)外研究預(yù)測，到2050年，世界近6億hm2的土地沙漠化，約有200萬hm2土壤遭到鹽漬化侵蝕。筆者對土壤改良劑研究現(xiàn)狀、主要種類、功能作用、使用技術(shù)、存在問題及應(yīng)用前景等進行了探討。

1?土壤調(diào)理劑的發(fā)展與分類

從19世紀(jì)末開始，眾多學(xué)者開始研究土壤調(diào)理劑，距今已有100多年的歷史。在研究的早期主要是針對干旱、半干旱和鹽堿地，研究較多的有沸石、粉煤灰和污泥等單一原料，但會引起一些負(fù)面效果，如重金屬超標(biāo)污染等[3-4]。根據(jù)土壤調(diào)理劑的來源、制法和性質(zhì)等可以劃分為天然土壤調(diào)理劑和人工合成土壤調(diào)理劑。天然土壤調(diào)理劑的研究主要從19世紀(jì)末開始。眾多學(xué)者主要研究的是天然的有機高分子化合物（如瓜爾豆提取液、淀粉共聚物、纖維素、多糖和淀粉等），但是此類調(diào)理劑易被土壤中的微生物分解，釋放較多陽離子，對土壤有很大的毒害作用;早期施用量較大，成本較高，在生產(chǎn)中難以推廣[5]。

19世紀(jì)50年代，隨著對人工合成類的土壤調(diào)理劑研究的進行，學(xué)者逐漸對一些合成高聚物材料包括聚丙烯酰胺（PAM）、聚乙烯醇（PVA）等進行了較為深入的研究，發(fā)現(xiàn)PAM對退化土壤的改良效果很明顯，同時也是應(yīng)用最廣泛的土壤調(diào)理劑之一[6-7]。但是在20世紀(jì)末，高性能的PAM高聚物才得到較為廣泛的應(yīng)用，主要以比利時的TC調(diào)理劑（terra cottem）和印度的Agri-CS土壤調(diào)理劑最為成功[5]。2000年以后，研究者利用農(nóng)業(yè)或工業(yè)廢棄物、礦石等作為原料，研發(fā)出一系列環(huán)保且高效的產(chǎn)品，如土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑、土壤保水劑等，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中，以應(yīng)對越來越嚴(yán)重的土壤與環(huán)境問題[8]。

我國的土壤改良劑研究開始于20世紀(jì)80年代初期。例如中國農(nóng)業(yè)大學(xué)張青文教授研制出的“康地寶”脫鹽劑，是通過生物絡(luò)合、置換反應(yīng)來清除土壤團粒上多余的Na+來改善鹽漬化[9]。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所研制的土壤改良劑“液態(tài)地膜”，能吸附土壤中不同粒級的團粒，達到改善退化土壤的效果[10]。

目前對土壤調(diào)理劑的分類并沒有明確的規(guī)定，根據(jù)前人的研究，筆者將土壤調(diào)理劑按原料分類如表1所示。

2?土壤調(diào)理劑的作用

2.1?改良土壤物理性狀

土壤物理性狀包括土壤三相比、孔隙度、容重、水分等，影響著土壤的通氣狀況、氧化還原性和含氧量，從而影響土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化速率和賦存狀態(tài)、土壤水分的性質(zhì)和運行規(guī)律以及植物根系的生長力和生理活動。不良土壤物理性狀限制根系對水分、養(yǎng)分的吸收，影響根系正常生長。研究土壤調(diào)理劑是如何改善土壤物理性狀這一問題逐漸引起學(xué)者的重視[11]。

2.1.1?改善土壤結(jié)構(gòu)。

土壤結(jié)構(gòu)關(guān)系到土壤肥力，土壤結(jié)構(gòu)與決定土壤肥力的化學(xué)因素（黏粒物質(zhì)、酸堿度、氧化還原電位等）、生物因素（微生物、 活性酶等）、物理因素（機械強度、通透性、溫度、水分等）都密切相關(guān)[7]。長期以來國內(nèi)外眾多學(xué)者在土壤調(diào)理劑的研究方面得出了較為成熟的成果：施用土壤調(diào)理劑可促進土壤團粒的形成，降低土壤容重，增大土壤孔隙度、通氣和透水性，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力[12-14]。

孫云秀等[15]的田間試驗表明，地表噴施土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑，可以增加5 cm耕層內(nèi)大于1 mm的土壤水穩(wěn)性團粒結(jié)構(gòu)的形成率，提高土壤結(jié)構(gòu)保持率0.4倍，同時減少容重0.01～0.03 g/m3，增加孔隙度8.0%～8.3%?；袅?xí)良等[16]研究發(fā)現(xiàn)，施用沸石能促進土壤團聚體的形成，土壤總孔隙度增加1.7%，容重降低0.1 g/cm3，更有利于作物的生長。邵玉翠等[17]研究表明，施用膨潤土可使土壤容重降低12.23%，孔隙度增加12.28%。趙英等[18]在砂土中添加不同比例的粉煤灰，檢測出砂粒含量降低11%～18%，而且土體中粉粒所占比例也顯著提高，有效降低了砂土的砂粒含量。Blanco-Canqui[19]研究表明，生物炭作為土壤調(diào)理劑可以降低土壤密度（3%～31%），增加土壤孔隙度（14%～31%），同時效果隨著生物炭施用量的增加呈線性上升。

2.1.2?改善土壤蓄水能力，提高水分利用率。

土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑與土壤混合，由于氫鍵和靜電的作用，對電解質(zhì)離子、有機分子、絡(luò)合物等發(fā)生吸附，而促使分散的土壤顆粒團聚形成團粒，增加了土壤水中穩(wěn)性團粒的含量及其穩(wěn)定度[20-22]。

1987—1989年的試驗證明，施用土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑，能顯著增加土壤的水穩(wěn)性團粒，而且0.3%的土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑能顯著增加水穩(wěn)性團粒，而且隨著施用濃度的增加而增長[23]。陳伏生等[24]研究表明泥炭改良風(fēng)沙土能提高土壤保水能力。姜淳等[25]研究發(fā)現(xiàn)，沸石可使耕作層田間持水量比對照提高5%～15%，最高接近28%。沸石內(nèi)部有較多孔隙，比表面積較大，從而能吸附更多的水分子，增加土壤的保水性，并且沸石能夠與土壤中的陽離子發(fā)生交換吸附[26]。黃靜[21]研究表明，施入過氧化鈣和生物炭后，外界因素對20～60 cm層的土壤的影響力逐漸減小，土壤趨于穩(wěn)定，調(diào)理劑能很好地起到蓄水、保水作用。

2.1.3?改善土壤保肥能力，增加作物產(chǎn)量。

疏松的土壤有利于土壤中的水、氣、熱等的交換及微生物的活動，及時通氣排水，調(diào)節(jié)水氣矛盾，協(xié)調(diào)水肥供應(yīng)，并利于植物根系在土體中穿插生長。

高永恒[27]研究表明，施用土壤調(diào)理劑后，增加了草坪床土壤的有機質(zhì)和全氮含量。郭和蓉等[28]研究表明，營養(yǎng)型土壤調(diào)理劑能活化酸性土壤中的磷和鉀，促進氮和鉀的緩效化，有利于養(yǎng)分的保蓄，防止土壤養(yǎng)分的次生鹽漬化與淋失，提高了養(yǎng)分利用率。沸石作為礦物型土壤調(diào)理劑能夠在土壤中長期保持溫度，并且持續(xù)為植物提供水分，同時可以促進氮素硝化作用，顯著降低作物的硝酸鹽含量[29]。王志玉等[30]利用土壤調(diào)理劑MDM檢驗其對水稻生長的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)出苗率比對照組高 14.29%。唐澤軍等[31]在PAM對玉米的影響中發(fā)現(xiàn)，PAM覆蓋率80%及60%試驗地的高稈（高于1.60 m）和中稈（1.0～1.6 m）分別比對照多13%和2%，鮮物質(zhì)質(zhì)量分別比對照提高31%和24%。

2.2?改善土壤化學(xué)性狀

土壤化學(xué)性狀是指土壤的酸堿度、養(yǎng)分、陽離子吸附和交換性能、還原性物質(zhì)的含量等，土壤酸堿度與土壤養(yǎng)分的有效性之間也存在一定相關(guān)性。同時，土壤改良劑對重金屬離子具有良好的吸附固定能力，常被用作修復(fù)劑用于固定土壤中的重金屬離子與吸附鹽分;土壤膠體與土壤溶液之間時刻都在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，土壤所有的外在性狀表現(xiàn)全都是微觀的土壤化學(xué)性質(zhì)的反映，所以改善土壤化學(xué)性質(zhì)是改良土壤的根本所在。

龍明杰等[32]研究表明，中性和兩性型聚合物調(diào)理劑均能增加土壤對養(yǎng)分離子的吸附量并提高土壤含肥料元素離子的抗淋溶作用，陰離子型聚合物增加土壤對 NH4+、K+的吸附量及其抗淋溶作用，降低土壤對 NO3-、PO43-的吸附量及其抗淋溶作用。Hailegnaw等[33]研究發(fā)現(xiàn)，8%的生物炭施用量能夠最有效地提高酸性土壤的pH，并且CEC增幅可達到35.4%，Ca2+的增幅高達38.6%。關(guān)連珠等[34]研究發(fā)現(xiàn)，沸石可吸附NH4+和P，并且大部分是可解吸的。沸石也可活化土壤難溶性P，改善土壤供鉀狀況。土壤中施用 PAM可使土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量增加。PAM與土壤混合能增加土壤對NH4+、 NO3-、K+、PO43-的吸附量，減少其淋溶損失。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)?2021年

2.3?改善土壤生物學(xué)性狀

土壤生物是土壤生命力的重要部分，生物與微生物的多樣性為維持土壤肥力、構(gòu)造土壤結(jié)構(gòu)做出了巨大貢獻。土壤生物是土壤有機質(zhì)的分解者、土壤營養(yǎng)循環(huán)的促進者。微生物群落機構(gòu)失調(diào)會造成土傳病害加重。微生物數(shù)量直接影響土壤的生物化學(xué)活性及土壤養(yǎng)分的組成與轉(zhuǎn)化。

邢世利[35]研究表明，施用土壤調(diào)理劑后耕層土壤各種細(xì)菌的數(shù)量以及土壤過氧化氫酶等多種酶的活性對比都有不同程度的提高。施用腐殖酸和蚯蚓肥料能改變優(yōu)勢鹽堿土細(xì)菌（酸桿菌）和真菌（擔(dān)子菌和球孢菌）的豐度，提高玉米根系的耐鹽性和土壤養(yǎng)分有效性，從而提高玉米地上部和根部的N、P、K含量[36]。董曉偉[37]用牡蠣殼制成的土壤調(diào)理劑施于大棚土壤，研究結(jié)果表明，牡蠣殼一定程度上影響了土壤酶活性，抑制了脲酶活性，提高了尿素的利用率，促進了淀粉酶活性，為土壤微生物提供了豐富的碳源，有效地提高了土壤肥力。孫薊鋒[38]在研究麥飯石、硅鈣礦、牡蠣殼和蒙脫石4種調(diào)理劑對土壤生物特性的影響時發(fā)現(xiàn)，施用牡蠣殼調(diào)理劑后，土壤堿性磷酸酶、脲酶和過氧化氫酶活性均得到顯著提高;而施用硅鈣礦調(diào)理劑后，土壤微生物總量與對照相比提高了64.1%。張曉海等[39]研究發(fā)現(xiàn)，禾本科秸稈改良土壤可增加長期施化肥的煙地土壤中微生物數(shù)量。姜井軍等[40]研究表明，生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)及其對水肥的吸附作用使其可稱為土壤微生物的良好棲息環(huán)境，保護土壤中有益微生物，促進微生物繁殖。

3?土壤調(diào)理劑的應(yīng)用

3.1?在酸化土地上的改良應(yīng)用

土壤酸化是指土壤中氫離子增加，同時伴有鋁溶出形成鋁毒的過程，酸性土壤鋁毒害是抑制作物生長和導(dǎo)致作物減產(chǎn)的主要原因。酸性土壤是指pH小于6.5的土壤的統(tǒng)稱。影響土壤酸化的因素可分為自然因素和人為因素2個方面，其中人為因素起著決定性作用。土壤酸化面積呈加速擴大的趨勢，已成為制約我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要問題之一[41-43]。

傳統(tǒng)的石灰石化學(xué)調(diào)理劑雖然可以降低土壤酸度，但若長期使用則會加強土壤酸化程度，所以需要配合其他堿性肥料共同使用。某些礦物和工業(yè)廢棄物同樣可以改良土壤酸度，如白云石、粉煤灰和制漿污泥等。低溫生物炭在施入茶園酸性土壤時，能發(fā)生明顯的石灰化反應(yīng)，使酸性土壤的pH和交換性陽離子顯著提高[44-45]。生物質(zhì)灰（biochar ashes）在施入酸性土壤中，顯著提高了Ca、Mg、K和P的含量[46]，并且有研究表明，生物質(zhì)灰、骨粉和堿渣的聯(lián)合使用，不僅能夠降低土壤酸度，同時也能提高交換陽離子的含量[47]。生物改良技術(shù)主要是運用肥和土壤中的一些生物來改善酸性土壤 [37，48-49]。矯威[50]的水稻季試驗結(jié)果也表明，施用石灰類和氨基酸類調(diào)理劑均能不同程度提高土壤pH。文星等[51]研究表明，在酸性水稻土中分別施用堿性氧化物調(diào)理劑（生石灰、白云石粉、鈣鎂磷肥等）后，改變了原土壤pH增加幅度。敖俊華等[52]的土壤培養(yǎng)試驗表明，石灰用量與供試酸性土壤pH、鈣、鎂、硅等的有效含量呈顯著正相關(guān)。儲祥云等[53]研究也發(fā)現(xiàn)，在酸性土壤中施用石灰，能夠提高有效磷的含量，而在土壤含磷高的情況下，施用石灰提高的作物產(chǎn)量主要源自土壤補鈣。魏嵐等[54]通過盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，施用0.67 g/kg的堿渣處理，能使土壤pH提高1.72，并能有效降低土壤中交換性鋁的含量。張文玲等[55]研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭可有效吸附銨鹽、硝酸鹽、磷及其他水溶性鹽離子。

3.2?在鹽堿地上的改良應(yīng)用

鹽堿土也稱鹽漬土，是鹽化或堿化土壤的總稱。土壤含鹽量大于0.6%的稱為鹽土，土壤膠體的交換Na+占總交換陽離子超過20%且pH>9的稱為堿土。我國鹽堿土面積約為1.0×108 hm2，主要分布在濱海、黃淮海平原、東北松嫩平原、西北干旱半干旱地區(qū)和青新極端干旱漠境等地[56]，且呈整體惡化、面積增加的趨勢，現(xiàn)已成為影響我國區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)恢復(fù)建設(shè)的重要因素之一[57-58]。

郝秀珍等[59]研究表明，早在20世紀(jì)60年代日本就已經(jīng)將沸石用作土壤調(diào)理劑。左建等[60]研究表明，施用沸石可使土壤中的堿化度降低，并對土壤pH起到緩沖作用。凹凸棒石為一種晶質(zhì)水合鎂鋁硅酸鹽礦物，具有獨特的層鏈狀結(jié)構(gòu)特征，其獨特的性質(zhì)對鹽堿地土壤改良具有重要的研究和推廣意義[61]。王相平等[62]將石膏與腐殖酸結(jié)合使用，發(fā)現(xiàn)石膏與腐殖酸質(zhì)量配比為9∶1，施用量為3 000 kg/hm2的條件下，可使0～20 cm土壤含鹽量較對照下降24.3%，棉花增產(chǎn)24%。生物炭能顯著降低玉米育苗期和收獲期0～20和20～40 cm鹽堿土層的pH、鹽分和Na+濃度，顯著提高土壤有機質(zhì)、CEC、Ca2+和Mg2+等。同時，生物炭能促使土壤中的水向下流動，將鹽分從根區(qū)淋洗出來，并且最佳施用量為20 t/hm2[63]。張黎明等[13]研究表明，脫硫石膏在6年的施用期內(nèi)對鹽堿土的團聚體、pH和ESP均有較大改善，并且經(jīng)過改良的復(fù)墾鹽堿地的有機碳含量增加至22.5%[64]。秸稈和脫硫石膏的聯(lián)合使用降低了土壤的鹽堿程度，秸稈提供了適宜的環(huán)境促使了脫硫石膏和土壤的反應(yīng)，使Na+和Cl-隨水流到土層深部，且改良效果與脫硫石膏用量成正比[65]。

3.3?在重金屬污染土地上的修復(fù)應(yīng)用

隨著工業(yè)的發(fā)展，重金屬污染土壤已經(jīng)不能忽視。目前修復(fù)重金屬污染土壤的方法有物理化學(xué)修復(fù)、微生物修復(fù)、植物修復(fù)等，而物理化學(xué)修復(fù)包括化學(xué)固化、土壤淋洗和電動修復(fù)等。其中的化學(xué)固化包括加入土壤調(diào)理劑，通過對重金屬離子的吸附或（共）沉淀作用改變其在土壤中的存在形態(tài)，從而降低其生物有效性和遷移性[66-67]。

在目前日漸受關(guān)注的重金屬污染上，土壤調(diào)理劑也能發(fā)揮重要的作用。鎘（Cd）對土壤和農(nóng)作物的污染是一個無處不在的環(huán)境問題，王凱榮等[68]研究重金屬污染土壤施用不同土壤調(diào)理劑對降低水稻糙米鉛鎘含量的作用發(fā)現(xiàn)，堿性煤渣的改良效果最突出，糙米Pb、Cd含量降低到國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)允許的含量以下。在土壤中添加石膏可以促進土壤中硫化物的形成，能夠顯著降低Cr和Pb的濃度（6個月后分別降低24%和64%）[69]。龔海軍等[70]研究發(fā)現(xiàn)，施用土壤調(diào)理劑能降低土壤有效態(tài) Cd、Pb及水稻糙米Cd、Pb含量。王毅等[71]對硫代蒙脫石用于鉛、汞吸附試驗進行了研究并取得了較好的效果，對鉛離子飽和吸附值達70 mg/g，而對汞離子的飽和吸附值達65 mg/g。麥飯石經(jīng)風(fēng)化、蝕變而形成多孔海綿狀結(jié)構(gòu)，對重金屬離子也同樣具有強大的吸附性能，其對砷、汞、鉛、鉻等重金屬的吸附可達96%[72-73]。同時有研究表明，磷酸鹽作為土壤調(diào)理劑可以有效降低土壤砷污染，特別是在中性條件下，可以除去污染土壤中80%的砷[74-75]。生物炭可以作為污染土壤的一種化學(xué)鈍化劑，相比石灰具有更穩(wěn)定的效果。通過吸附、沉淀、絡(luò)合、離子交換等一系列反應(yīng)，降低污染物的可遷移性和生物可利用性，并且越來越受到學(xué)者關(guān)注[76]。生物炭對鉛的固化效果較好，隨著生物炭的比例和試驗時間的增加，固化效果增強[77]。Liu等[78]研究了我國西南地區(qū)鉈（Tl）污染土壤，在施用了由不同硅酸鹽礦物合成的堿性改良劑SMA后，土壤pH上升0.46～2.13個單位，土壤中Tl的含量明顯降低，并且使Tl從活性成分轉(zhuǎn)化為殘留組分而失去活性。

4?問題與展望

土壤調(diào)理劑具有改良土壤結(jié)構(gòu)、保水保肥和改善土壤微生物環(huán)境等優(yōu)點，但是在環(huán)境保護、研發(fā)推廣等方面還有許多問題亟待探討：天然土壤調(diào)理劑改良效果較為局限，廢棄物和高分子聚合物作為調(diào)理劑造成潛在的環(huán)境風(fēng)險很大等問題;在農(nóng)業(yè)推廣方面，土壤調(diào)理劑的效果較好但是成本高;產(chǎn)品研發(fā)材料較為單一，導(dǎo)致產(chǎn)品土壤調(diào)理劑質(zhì)量和效果不穩(wěn)定;對土壤調(diào)理劑的成分分類模糊，對學(xué)者的研究造成一定困擾。

對于優(yōu)質(zhì)土壤調(diào)理劑的研發(fā)，應(yīng)該注意以下幾點：

①我國退化土壤類型多樣，在研究中應(yīng)該針對不同的土壤質(zhì)地、酸堿度和農(nóng)作物進行研制，進一步提高土壤調(diào)理劑的針對性和創(chuàng)新性，同時達到改良土壤以及作物增產(chǎn)等要求。

②土壤調(diào)理劑應(yīng)該能夠同時實現(xiàn)保水保肥，改善根系生長環(huán)境和土壤結(jié)構(gòu)等功能。

③現(xiàn)有部分土壤調(diào)理劑具有一定的環(huán)境污染性，易對土壤造成二次污染。所以在研發(fā)過程中，應(yīng)注意改良土壤后殘留組分對土壤不會造成污染?？傊寥勒{(diào)理劑的生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用研究不斷發(fā)展，使土壤調(diào)理劑在遏制土壤退化、改良中低產(chǎn)田、增容擴蓄等方面的應(yīng)用越來越廣泛。

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