張德楠 周龍武 段春燕 陳霞霞 何文 滕秋梅 孫英杰 張中峰 徐廣平

摘要：桂林市龍勝縣作為羅漢果的三大主產(chǎn)區(qū)之一，種植區(qū)土壤重金屬含量及羅漢果質(zhì)量影響到該區(qū)羅漢果產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。為探索龍勝縣丘陵山區(qū)典型貧困村羅漢果園的安全性，該文研究了寶贈(zèng)村典型羅漢果園土壤及羅漢果果實(shí)中砷、銅、鋅、鉛、鎘、鉻、汞7種重金屬含量，并采用Hankanson指數(shù)法分析了其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明：（1）龍勝丘陵山區(qū)羅漢果園土壤（0～10 cm，10～20 cm）重金屬含量均達(dá)到國(guó)家農(nóng)業(yè)用地土壤篩選值標(biāo)準(zhǔn)（GB156182018），其中0～10 cm土壤中砷、銅、鋅、鉛、鎘、鉻、汞的含量分別為3.67、18.00、58.39、17.01、0.10、28.57、0.08 mg·kg1，10～20 cm土壤中砷、銅、鋅、鉛、鎘、鉻、汞的含量分別為1.93、12.56、21.47、10.51、0.04、17.09、0.02 mg·kg1。（2）在0～10 cm和10～20 cm土層中，重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況總體上處于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為105.29和38.96;0～10 cm土層不同重金屬潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)楣?鎘>鉛>銅>砷>鋅>鉻，汞、鎘的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分別為50.16、42.05，在總重金屬風(fēng)險(xiǎn)中貢獻(xiàn)率分別占所有重金屬的47.6%和39.9%，已達(dá)中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí);在10～20 cm土層中，7種重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大小關(guān)系為鎘>汞>銅>鉛>砷>鉻>鋅。（3）研究區(qū)羅漢果果實(shí)中砷、銅、鋅、鉛、鎘、鉻、汞的含量分別為0.000 24、0.273、1.10、0.001 6、0.000 13、0.000 13、0.000 12 mg·kg1，其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況均處于輕微風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，7種重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)楣?銅>鎘>鋅>鉛>砷>鉻，綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為0.211 93，幾乎不存在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。因此，在龍勝縣丘陵山區(qū)典型貧困村——樂江鎮(zhèn)寶贈(zèng)村推廣種植的羅漢果達(dá)到了安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞： 羅漢果， 土壤， 重金屬， 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：Q948.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：10003142（2021）02024308

Abstract：Longsheng County is one of the three main producing areas of Siraitia grosvenorii in Guilin City， the contents of heavy metals in soil and S. grosvenorii might affect the healthy development of S. grosvenorii in this area. To explore the safety of S. grosvenorii orchard， heavy metals （As， Cu， Zn， Pb， Cd， Cr， Hg） in the soil（0-10 cm，10-20 cm） and fruit of S. grosvenorii in the hilly region in Longsheng were measured， and their potential ecological risks were evaluated through Hankanson method. The results were as follows： （1） The average content of the heavy metals in the soil（0-10cm，10-20 cm） of S. grosvenorii orchard reached the EcoSSLs standard request of the national agricultural land evaluation criterion （GB156182018）， with the average values in soil（0-10 cm） of As， Cu， Zn， Pb， Cd， Cr， Hg were 3.67， 18.00， 58.39， 17.01， 0.10， 28.57， 0.08 mg·kg1， and in soil（10-20 cm） were 1.93， 12.56， 21.47， 10.51， 0.04， 17.09， 0.02 mg·kg1， respectively. （2） The ecological risk status of heavy metals in soil （0-10 cm） of S. grosvenorii orchard in the hilly region of North Guangxi was a low ecological risk generally. The average ecological risk index values at different points were 105.29， which represented a low ecological risk. The potential ecological risk decreased with the sequence of Hg， Cd， Pb， Cu， As， Cr and Zn， and all the metals except for Hg and Cd had a low ecological risk. The potential ecological risk index caused by Hg and Cd reached 50.16 and 42.05， representing a moderate ecological risk， which contributed around 47.6% and 39.9% of the total potential ecological risk. The ecological risk status of heavy metals in soil （10-20 cm） of S. grosvenorii orchard was a low ecological risk. The average ecological risk index values at different points were 38.96， which had a low ecological risk. The potential ecological risk decreased following the sequence of Cd， Hg， Cu， Pb， As， Cr and Zn. （3） The average content of the heavy metals in the fruit of S. grosvenorii orchard with the values of As， Cu， Zn， Pb， Cd， Cr， Hg were 0.000 24， 0.273， 1.10， 0.001 6， 0.000 13，0.000 13 and 0.000 12 mg·kg1， respectively， which represented a low ecological risk. The potential ecological risk decreased with the sequence of Hg， Cu， Cd， Zn， Pb， As and Cr. It was showed that the average ecological risk index values of different samples were 0.211 93， with little ecological risk. Therefore， the S. grosvenorii planted at Baozeng Village reached the safety and quality standard.

Key words： Siraitia grosvenorii， soil， heavy metal， ecological risk assessment

龍勝縣地處廣西北部、南嶺山系的西南部，平均海拔低，氣候溫和，光照充足，四季分明，氣候條件優(yōu)越，土層深厚，耕作性好，宜發(fā)展各種旱地作物特別適合羅漢果種植。桂北地區(qū)做為羅漢果的栽培起源中心，在我國(guó)民間已有300多年的歷史（白先達(dá)等，2009），其種植面積、產(chǎn)量占全國(guó)的95%，全球90%的羅漢果產(chǎn)自于桂北地區(qū)（曾其國(guó)，2012）。羅漢果作為藥食兩用及桂北地區(qū)重要進(jìn)出口商品，其質(zhì)量安全直接影響該地區(qū)的生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。開展土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與評(píng)估等研究，有助于推進(jìn)土壤潛在污染防治工作，從而促進(jìn)區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)健康、穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展（陳衛(wèi)平等，2018）。因此，加強(qiáng)對(duì)羅漢果種植區(qū)土壤及羅漢果重金屬元素等的研究，對(duì)于評(píng)價(jià)羅漢果質(zhì)量安全和產(chǎn)地環(huán)境都至關(guān)重要。

環(huán)境中的重金屬具有來源廣、殘毒時(shí)間長(zhǎng)、不易被微生物分解等特點(diǎn)，會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問題（Loizidous et al.， 1991;Savvides et al.， 1995;范成新等，2002）。環(huán)境中的重金屬通過各種方式在生態(tài)系統(tǒng)中遷移循環(huán)，最終可進(jìn)入人體中，產(chǎn)生嚴(yán)重危害（文湘華，1993;賈振邦等，2001;徐爭(zhēng)啟等，2004a，b;王曉等，2006;丁振華等，2006）。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)羅漢果的研究主要集中在種質(zhì)資源（常放箏等，1981;李鋒等，2008）、生態(tài)環(huán)境（彭云滔等，2005）、藥理（周欣欣和宋俊生，2004;陳全斌等，2005a，b）、栽培技術(shù)（范承彪，2008）、化學(xué)成分（劉金磊等，2007）和開發(fā)利用（黎霜等，2003）等方面。近年來，在桂林市龍勝縣中高海拔的丘陵山地也逐漸推廣和試種羅漢果，在典型貧困村——樂江鎮(zhèn)寶贈(zèng)村，已建立“企業(yè)+科研院所+農(nóng)戶”的羅漢果種植模式，但該村有關(guān)土壤和羅漢果果實(shí)中重金屬的污染及潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)方面的研究尚不清楚。因此，通過研究寶贈(zèng)村羅漢果種植區(qū)土壤及羅漢果果實(shí)中的重金屬含量，運(yùn)用Hakanson指數(shù)法等對(duì)重金屬的潛在生態(tài)危害進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在為該地區(qū)的羅漢果產(chǎn)業(yè)的安全發(fā)展提供理論依據(jù)。

1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西北部羅漢果的主產(chǎn)區(qū)——桂林市西北部的龍勝縣。該區(qū)總面積2 538 km2，109°43′—110°21′ E、25°29′—26°12′ N，東、南、北三面高而西部低，高、低海拔垂直高差1 777 m，山峰與山坡呈階梯狀傾斜（陳建設(shè)等，2019）。選擇的研究區(qū)域?qū)儆谇鹆晟降?，基巖裸露，土壤比較貧瘠，生態(tài)環(huán)境比較脆弱;屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫18～19 ℃，大于或等于10 ℃的積溫為5 064～6 383 ℃;年均日照時(shí)數(shù)1 237.3～1 626.4 h，全年無霜期308～314 d;雨量充沛，年均降雨量為1 500～2 400 mm之間。羅漢果主要種植于海拔300～800 m丘陵、坡地，土壤多由碳酸鹽發(fā)育而來，由砂壤土和粘土組成紅壤（曾其國(guó)，2012）。

2材料與方法

2.1 采樣方法

在廣西桂林龍勝縣樂江鎮(zhèn)寶贈(zèng)村羅漢果種植地（109°50′14″ E、25°59′13″ N，海拔523～650 m），選擇具有代表性的不同海拔高度的3塊種植地，每塊地1 hm2，按照0～10 cm，10～20 cm土層采樣，運(yùn)用“五點(diǎn)采樣法”，各采集同層5個(gè)點(diǎn)的土壤合并為1份樣品，每份土壤樣品1.5 kg，每樣地采集土樣3份。土壤樣品經(jīng)過前處理、風(fēng)干、磨細(xì)過0.150 mm土壤篩備用。在土壤采樣點(diǎn)，選取100 cm × 100 cm的樣方進(jìn)行羅漢果采樣，選取生長(zhǎng)期為90～100 d，果柄泛黃，果皮青黃色的成熟青皮果羅漢果果實(shí)，每種植地采集3份羅漢果，每份羅漢果9個(gè)（大、中、小果各3個(gè)），將采集好的羅漢果樣品保存于保鮮袋中帶回實(shí)驗(yàn)室后放入烘箱恒溫65 ℃下烘烤制成干燥果實(shí)樣品，備后續(xù)實(shí)驗(yàn)分析用。

2.2 測(cè)試方法

采用IRIS1000ER/S型等離子體發(fā)射光譜儀（Therm Jerrell Ash Co.，USA）測(cè)定砷（As）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、鉻（Cr）和汞（Hg）的元素含量（沈育伊等，2012），工作參數(shù)如下：高頻功率1 150 W，霧化器壓力為30.06 psi （1 psi=6.89×103 Pa），輔助氣流量0.5 L·min1，蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速100 r·min1，進(jìn)樣清洗時(shí)間45 s，提升量1.85 mL·min1;儀器檢測(cè)的最低極限值<0.000 01。微波消解儀（德國(guó)，ETHOS1）功率為1 000 W，微波消解程序：20～180 ℃，升溫10 min;180 ℃保持20 min;180～20 ℃，降溫30 min。所用化學(xué)試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)室用水為超純水（Elga purel ab Classic超純水機(jī)系統(tǒng)，英國(guó)Elga公司）;ER180A萬分之一全自動(dòng)分析天平（日本島津）、電熱恒溫干燥箱（上海實(shí)驗(yàn)儀器廠）等;As、Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Hg的標(biāo)準(zhǔn)溶液（國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心提供）均用1% HNO3配制而成;稱取試樣0.500 0 g置于石英消解罐中，加

8 mL硝酸于微波消解儀中按照程序進(jìn)行消解;同時(shí)做樣品空白對(duì)照，待消化完全后取下，放在消解器上加熱，趕酸，待溶液體積為0.5～1.0 mL時(shí)將其轉(zhuǎn)移到50 mL容量瓶中，反復(fù)清洗消解罐，合并移入容量瓶中，并用超純水定容至刻度。土壤和植物樣品中元素含量以干物質(zhì)中元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。

2.3 單因子污染指數(shù)法（周笑白等，2015）

利用單因子污染指數(shù)法，評(píng)價(jià)土壤和羅漢果果實(shí)中重金屬污染物的超標(biāo)情況。具體如下：

式中：PIi為采樣點(diǎn)的重金屬i的污染指數(shù);Ci為該樣點(diǎn)重金屬i的實(shí)測(cè)含量;Si為重金屬i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)含量。

2.4 土壤及羅漢果果實(shí)潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法（周笑白等，2015）

采用瑞典科學(xué)家Hakanson提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法，對(duì)土壤及羅漢果果實(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)（徐爭(zhēng)啟等，2008）。通過分析土壤及羅漢果果實(shí)中各個(gè)重金屬污染物的釋放能力和生物毒性強(qiáng)度，將土壤及羅漢果果實(shí)中污染物的含量折算成生物毒性風(fēng)險(xiǎn);對(duì)于多種重金屬共存情況，通過加和的處理方式來衡量。計(jì)算方法如下：

式中：Ein為重金屬i的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);Tir為重金屬i的毒性系數(shù)（表1）（徐爭(zhēng)啟等，2008）;Sis為重金屬i的實(shí)測(cè)值;Cin為重金屬i的評(píng)價(jià)參考值，該研究選用廣西土壤重金屬背景值為參考值（表1）（楊勝香等，2006;程峰，2014;趙慧芳等，2016;王佛鵬等，2018）;RI為土壤及羅漢果果實(shí)中重金屬污染物的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。Hakanson的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)污染程度的劃分如表2 所示。

2.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2007和SPSS19 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)不同重金屬污染物進(jìn)行方差分析，對(duì)土壤不同重金屬元素含量進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析。

3結(jié)果與分析

3.1 龍勝丘陵山區(qū)羅漢果果園土壤中重金屬的含量分析

本次調(diào)查土壤樣品中的7種重金屬平均含量均遠(yuǎn)低于國(guó)家農(nóng)業(yè)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值（GB156182018），說明桂北典型丘陵山區(qū)寶贈(zèng)村羅漢果果園土壤均達(dá)到國(guó)家農(nóng)用地土壤篩選值標(biāo)準(zhǔn)。0～20 cm土壤中重金屬含量由高至低為鋅>鉻>銅>鉛>砷>鎘>汞（表3），所有樣點(diǎn)中土壤均可滿足羅漢果培育等用地要求。

龍勝丘陵山區(qū)寶贈(zèng)村羅漢果果園土壤（0～10 cm）中7種重金屬的平均值均低于桂東北農(nóng)業(yè)土壤中重金屬含量，除汞以外的其他6種重金屬含量均低于西江流域背景值和全國(guó)土壤背景值?；诠饢|北農(nóng)業(yè)土壤重金屬含量值，符合正常標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)數(shù)據(jù)，說明本研究區(qū)域內(nèi)土壤質(zhì)量?jī)?yōu)于桂東北農(nóng)業(yè)土壤。該研究土壤 （10～20 cm） 中7種重金屬的平均值均低于桂東北農(nóng)業(yè)土壤、西江流域背景值和全國(guó)土壤背景值，隨土層深度增加其重金屬含量隨之減少。

3.2 龍勝丘陵山區(qū)羅漢果果實(shí)中重金屬的含量分析

表4數(shù)據(jù)表明，研究區(qū)域羅漢果果實(shí)中7種重金屬含量達(dá)到了國(guó)家食品污染物限量標(biāo)準(zhǔn)，砷、鉛、鎘、鉻和汞在果實(shí)中的含量幾乎接近于零;該研究中的羅漢果果實(shí)重金屬砷、銅、鉛、鎘和汞含量完全符合藥用植物綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（WM/T22004）。

3.3 龍勝丘陵山區(qū)羅漢果園土壤與果實(shí)中重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析

表5數(shù)據(jù)顯示，龍勝丘陵山區(qū)羅漢果園表層土壤（0～10 cm）中重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況總體上處于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，7種重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)楣?鎘>鉛>銅>砷>鋅>鉻。所有重金屬中汞的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值最高（50.16），平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到了中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度，鎘的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值次之（42.05），平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)亦達(dá)到中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度。汞和鎘在重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)中的貢獻(xiàn)率分別占所有重金屬的47.6%和39.9%。汞、鎘生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高與汞、鎘的生物毒性較高和近年來累積速度較快有關(guān)。

10～20 cm層土壤中重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況均處于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，7種重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大小關(guān)系為鎘>汞>銅>鉛>砷>鉻>鋅。羅漢果果實(shí)中重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況均處于輕微風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，7種重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大小表現(xiàn)為汞>銅>鎘>鋅>鉛>砷>鉻，其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值非常低，幾乎不存在風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 龍勝丘陵山區(qū)羅漢果園土壤中重金屬的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析表明，土壤金屬鎘與鉻之間相關(guān)性不顯著（P=0.527，r=0.038），鎘與鋅具有較好的相關(guān)性（P=0.839，r=0.002），類金屬砷和汞具有較好的相關(guān)性（P=0.635，r=0.001）。重金屬和類金屬之間的相關(guān)性說明這些重金屬和類金屬有一定的同源性（張雷等，2011）。

4討論與結(jié)論

龍勝丘陵山區(qū)寶贈(zèng)村羅漢果果園土壤（0～10 cm）重金屬砷、銅、鋅、鉻的含量相對(duì)于背景值沒有明顯的變化，鋅、鎘和汞的含量有所升高，含量達(dá)到了背景值的1.1倍，但未超過國(guó)家農(nóng)用地土壤篩選值標(biāo)準(zhǔn)，汞含量低于鄭武（1993）測(cè)定的桂東北地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤的汞含量。這可能與研究區(qū)域周邊無汞的污染源，地處貧困深山區(qū)，土壤未受到污染有關(guān)。

本研究區(qū)域羅漢果果實(shí)中7種重金屬含量遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中食品污染物限量，砷、鉛、鎘、鉻和汞在果實(shí)中的含量幾乎已達(dá)到儀器檢測(cè)的最低極限值，銅和鋅遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，僅為國(guó)標(biāo)的2.73%和2.2%，這與曾其國(guó)（2012）在龍勝縣開展的研究結(jié)果相似。與同屬桂北羅漢果主產(chǎn)區(qū)臨桂和永福的羅漢果果實(shí)重金屬含量（李斐，2007）相比較表明，該研究中的羅漢果果實(shí)重金屬砷、銅、鉛、鎘和汞僅為上述兩地羅漢果重金屬含量的1/1000、1/20、1/1000、1/2000和1/100;該研究中的羅漢果果實(shí)重金屬砷、銅、鉛、鎘和汞含量完全符合藥用植物綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（WM/T22004），僅為此標(biāo)準(zhǔn)值的1/10000、1/100、3/10000、1/2500和3/2500。由此證明，研究區(qū)域內(nèi)產(chǎn)的羅漢果更綠色、更安全，也表明該區(qū)域種植和發(fā)展羅漢果產(chǎn)業(yè)是安全和可行的。

綜上所述，龍勝丘陵山區(qū)典型貧困村寶贈(zèng)村羅漢果果園土壤重金屬含量遠(yuǎn)低于國(guó)家農(nóng)業(yè)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值，該區(qū)域土壤均達(dá)到國(guó)家農(nóng)用地土壤篩選值標(biāo)準(zhǔn)。表層土壤（0～10 cm）中重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況總體上處于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，7 種重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)楣?鎘>鉛>銅>砷>鋅>鉻。所有重金屬中汞、鎘的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高，在總重金屬風(fēng)險(xiǎn)中貢獻(xiàn)率分別占所有重金屬的47.6%和39.9%，達(dá)到了中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。土壤（10～20 cm）中重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況均處于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，7種重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)殒k>汞>銅>鉛>砷>鉻>鋅。龍勝丘陵山區(qū)典型貧困村寶贈(zèng)村羅漢果果實(shí)中重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況均處于輕微風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，7種重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)楣?銅>鎘>鋅>鉛>砷>鉻，幾乎不存在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，可放心入藥和食用。因此，建議在龍勝典型丘陵山地寶贈(zèng)村及周邊的貧困山區(qū)，羅漢果可作為優(yōu)先發(fā)展的綠色產(chǎn)業(yè)來種植和推廣。

致謝感謝程桂霞、劉建春、蔣玉龍等在實(shí)驗(yàn)樣品分析方面提供的幫助！

參考文獻(xiàn)：

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