Chapter IV Site Quality and Stand Density
林分生长量与收获量的高低与林地固有的生长潜力
及其生长潜力的充分利用程度有关系外,还与林分年龄
(异龄林的年龄分布)、林分经营措施(如施肥、疏伐
等)等因子相关。本章重点介绍立地质量的概念及其评
价方法,以及林分密度对林分生长的影响。同时,也简
要地介绍了地位指数表的编制方法和单木竞争指标,为
研究林分生长收获预估模型奠定基础。
第四章 立地质量与林分密度
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第一节 立地质量及立地质量的评价方法
一、立地和立地质量
立地(Site)和立地质量(Site Quality)是两个既有联系
又有区别的概念。
立地在生态学上又称作“生境”,指的是“林地环境和由
该环境所决定的林地上的植被类型及质量” 。更确切地说,立
地是森林或其他植被类型生存的空间及与之相关的自然因子的
综合。它有两个含义,第一,立地这个词具有地理位置的含义;
第二,它是指存在于一个特定位置的环境条件(生物、土壤、
气候、地文)的综合。因此,可以认为立地在一定的时间内是
不变的,而且,与生长于其上的树种无关。
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立地质量则指在某一立地上既定森林或者其他植被类型的生
产潜力,所以立地质量与树种相关联,并有高低之分。一个既定
的立地,对于不同的树种来说,可能会得到不同的立地质量。立
地的调查应包括两个内容,一个是立地的分类,一个是立地质量
的评价。一般来说,具体的森林经营工作总是针对一定的树种和
一定的地理区域而言的,因此,在测树学中关于这部分内容是以
立地质量评价为主。
第一节 立地质量及立地质量的评价方法
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二、立地质量评价方法的分类
直接评定法
(1)根据林分蓄积量或收获量评定立地质量;
(2)根据林分高评定立地质量。
间接评定法
(1)根据不同树种间树木生长量之间的关系进行评定的方法;
(2)多元地位指数法;
(3)植被指数法。
第一节 立地质量及立地质量的评价方法
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三、立地质量的直接评定方法
1、根据林分蓄积量或收获量评定立地质量
林分蓄积量是用材林经营中最关心的指标之一,直接利用林分蓄
积量评定立地质量既直观又实用。但是,由于影响林分蓄积量的因子
不仅仅是立地质量,因此,采用这种方法时应将林分换算到某一相同
密度状态下才为有效,否则,评定结果是难以置信的。另外,这种评
定方法一般适用于同龄林。
⑴利用固定标准地或根据林分蓄积量的历史记录评定立地质量;
⑵利用正常收获表的蓄积量估计值评定立地质量。
第一节 立地质量及立地质量的评价方法
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2、利用林分高评定立地质量
⑴ 地位级法
地位级是反映林地生产力的一种相对度量指标,它是依据林
分条件平均高与林分平均年龄的关系。如果是复层混交林,则应
依据主林层中的优势树种来确定地位级。
⑵ 地位指数法
地位指数是指在某一立地上特定基准年龄时林分优势木的平
均高度值。
第一节 立地质量及立地质量的评价方法
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三、立地质量的间接评定方法
1、根据上层木树种间的关系评定立地质量
在立地质量评定中,当当所所要要研研究究的的树树种种尚尚未未生生长长在在将将要要评评定定
的的立立地地上上时时,只能采用间接的方法评定该树种在此立地上的立地
质量。
譬如,在某一立地上现时生长着马尾松,欲知道在马尾松采
伐后营造杉木林的生长潜力,这时就可以利用上层木树种间的关
系进行立地质量评定。
采用这种方法的前提是所评定的树种的生长型和现实林分主要
树种的生长型之间存在着密切的关系,适合使用这种方法的最普
通的关系为两个树种的地位指数之间呈线性关系。
第一节 立地质量及立地质量的评价方法
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2、多元地位指数法
多元地位指数法主要是用以评定无林地的立地质量评定无林地的立地质量,这种
方法是利用地位指数与立地因子之间的关系利用地位指数与立地因子之间的关系建立多元回归方程,
然后用以评价宜林地对该树种的生长潜力。所选择的定性因子可
以分别为土壤类型、质地、PH值、碳酸盐、有无粘土层、地下
水位、小地形、林分郁闭度、地被物覆盖度、茅草群落等生态因
子。
这种方法对于造林区划非常有用,但是,由于一些立地因子
难以测定,使该方法的实际应用受到一定限制。
第一节 立地质量及立地质量的评价方法
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3、植被指示法
人类很早就认识到,一定的植物生长于一定的环境之中,因
此,可以利用植被类型评定其立地质量。在实际工作中,一般将
林下地被某些植物及其林分特征结合起来较准确地评定立地质量。
在利用植被组成、结构等特征进行立地质量评定中,以荷兰林学
家所倡导的森林立地类型分类和美国林学家提出的生境类型分类
为代表。前者是以林下植物种作为立地分类的基础;后后者者则则是是强强
调整个群落对立地的指示作用作为立地分类的基础。调整个群落对立地的指示作用作为立地分类的基础。
第一节 立地质量及立地质量的评价方法
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⑴ 森林立地类型法
荷兰林学家认识到植被与森林立地质量存有一定的关系,并进行了分类。
如果一定的植物经常与某种立地质量结合在一起,而不存在于其它立地质量中,
这种植物可称作指示种。该方法强调下木组成,而且下木在指示立地上能够比
乔木提供更多有效的信息。该立地分类系统分为三级,即立地类型级(Site-
type class)、立地类型(Site type)及林型(Forest type) 。 立地类
型级和立地类型是通过下木群落的差异进行划分,而林型则是利用林冠层结合
下木一起来确定
由此可见,该立地分类系统是将立地类型划分和立地质量评价结合在一起,
构成一个多层次的立地分类及立地质量评价系统。这种方法适合于寒冷地区,
因为在寒冷的纬度区各物种的生态幅度较窄。因此,该方法在北欧、加拿大东
部及前苏联等地区得到广泛的应用。
第一节 立地质量及立地质量的评价方法
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⑵林型学分类法
前苏联的林学家在“森林是一种地理现象”概念的基础上,逐步发展形
成了林型学的立地类型评价方法。并认为“所有一切森林组成部分,森林的综
合因子,都是处于相互影响之中”。林型——就是在树种组成\其他植被层的
总的特点,动物区系,综合的森林植物生长条件(气候、土壤和水文),植物
和环境之间的相互关系,森林的更新过程和更替等方向都相似,而且在同样经
济条件下采用同样措施的森林地段(各个森林生物地理群落)的综合。这一方
法的实质也是借助于植物群落分类进行立地分类。
林型的分类系统沿用了植物群落分类体系,林型是最小单位,相近的林型
合并为林型组,再上升为群系(formation)、群系组(group formation)、
群系纲(class formation)和植被型(vegetation type)。
苏卡乔夫认为林型只能在有林地区划分,对于无林地区,则需按其能生长
某一森林的适宜程度划分植物立地条件类型。
第一节 立地质量及立地质量的评价方法
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一、林分密度对林分生长的影响
在影响林分生长的几个因素中,林分密度(stand
density)是营林工作中能够有效控制的因子。林分密
度在很大程度上决定了林分的内部结构,从而决定了林
分的产量结构(不同材种出材量的分配状况)。如何控
制和调整林分密度,成为森林经营者和研究者共同关心
的问题。
第二节 林分密度和林分生长
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密度对林分生长的影响,主要体现在对林分因子生长的影响,
具体情况如下。
1、林分密度对树高生长的影响
林分密度对上层木树高的影响是不显著的,林林分分上上层层高高的的差差异异
主主要要是是由由立立地地条条件件的的不不同同而而引引起起的的。。除过大密度的林分外,不同密
度之间的林分平均高差异不显著。
2、林分密度对胸径生长的影响
密密度度对对林林分分平平均均直直径径有有显显著著的的影影响响,即密度越大的林分其林分
平均直径越小,直径生长量也小。反之,密度越小则林分平均直径
越大,直径生长量也越大。
第二节 林分密度和林分生长
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3、林分密度对材积生长的影响
密密度度对对平平均均单单株株材材积积的的影影响响类类似似于于对对平平均均直直径径的的影影响响,,而而对对林林
分分蓄蓄积积量量的的影影响响情情况况较较为为复复杂杂。总的来说,在相当大的一个密度范
围内,密度对林分蓄积量的影响不大,一般地说,密度大的林分蓄
积量要大些,较疏的林分蓄积量要低些,这一般性的规律又依林分
年龄的不同又有所变化。从理论上讲,对于成过熟林,密度对林分
蓄积量的影响不大。
4、林分密度对林木干形的影响
林分密度对树干形状的影响较大,一般地说,密度大的林分内
其林木树干的削度小,密度小的林分内其林木树干的削度大。也可
以说,在密度大的林分中,其林木树干上部直径生长量较大,而下
部直径生长量相对较小。
第二节 林分密度和林分生长
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5、林分密度对林分木材产量的影响
林分的木材产量是由各种规格的材种材积构成的,而各种规格
材的材积取决于林木大小、尖削度以及林木株数3个因素,这3个
因素均与林分密度紧密相关,因此,使得林分密度与林分木材产量
之间的关系较为复杂。一般地说,密密度度小小的的林林分分其其木木材材产产量量较较低低,,
但但大大径径级级材材材材积积占占木木材材产产量量的的比比例例较较大大。。而而密密度度大大的的林林分分木木材材总总产产
量量较较高高,,但但大大径径级级材材材材积积占占总总木木材材产产量量的的比比例例较较小小,,小小径径级级材材材材积积
则则占占的的比比例例较较大大。。因此,在森林经营中,应根据森林不同的培育目
标及不同的发育阶段,确定其应保留的林分密度,这也正是林分密
度控制所要解决的问题。
第二节 林分密度和林分生长
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另外,林分密度及林分密度控制措施对木材性质有
明显的影响,即林分密度越小,林木的年轮幅度越宽,
管胞长度下降,而对晚材的影响不明显。在中等密度状
况下,木材的顺纹抗压强度、抗弯强度达到最大。
第二节 林分密度和林分生长
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二、林分密度指标
林分密度指标(Stand density index)是评定林分内林木
间拥挤程度的尺度。林分中林木间的拥挤程度取决于单位面积
上的林木株数、林木平均大小以及林木在林地上的分布。对于
人工林,林分内林木在林地上的分布相对均匀,因此,单位面
积上的林木株数和平均林木大小是经常采用的林分密度指标。
另外,随着营林技术的发展,在此基础上又出现了一些林分密
度指标。当前,常用的林分密度指标有以下几种。
第二节 林分密度和林分生长
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1、株数密度
株数密度可定义为单位面积上的林木株数(Number of trees per
hectare),常用每公顷上的林木株数(N/hm2)表示。
株数密度是一个很有用的密度指标,株数的多少可直接反映出
林分中每株林木平均占有的林地面积。由于株数密度作为密度指标
具有直观、简单易行的特点,所以它一直是广泛用于反映人工林密
度的密度指标。譬如,在实际生产中,常用林分的初始株数密度
(即造林时的单位面积上的林木株数)来表示林分密度。
第二节 林分密度和林分生长
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2、每公顷断面积
林地上每公顷的林木胸高断面积之和即为每公顷断面积,常用
G(m2/hm2)表示。由于断面积易于测定,而且断面积的大小与
林木株数及林木大小有关,同时,它又与林分蓄积量紧密相关,所
以,每公顷断面积也是一个广泛使用的林分密度指标。
3、疏密度
疏密度是林分每公顷胸高断面积(或蓄积)与相同立地条件下
标准林分每公顷胸高断面积(或蓄积)之比值。疏密度是一个相对
密度指标,在东欧、前苏联及我国,它是最常采用的林分密度指标
之一。一般认为,当林分的疏密度达到时,应对林分进行间间伐,
经营合理的林分其疏密度不应低于。
第二节 林分密度和林分生长
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44、立木度、立木度
立立木木度度((stockingstocking))是是现现实实林林分分的的密密度度((可可以以用用株株数数、、断断面面积积或或蓄蓄
积积量量表表示示))与与最最理理想想林林分分的的密密度度的的比比值值。。最理想林分可理解为“能够最
大限度满足经营目标的林分”。在西方国家常用立木度作为密度指标,
立木度可以给经营者一种表示林分达到经营目的的潜力的概念。
根据立木度的高低可以将林分分为不足立木度、完满立木度和过高
立木度。显然,由于经营目的的多样化,对同一个林分,因经营目标不
同则会有不同的立木度。正如丹尼尔(Daniel .,1979)等所说,立木
度常因人们对林分和已有经营措施的认识而变,所以它被认为是一个“
多少带有主观性的指标,具有一定株数的林分,有可能是不足立木度,
也可能是过高立木度,全依经营目的而变”。
立木度的计算方法类似于疏密度,同时也需要具备分别立地质量编
制的“理想”林分的断面积(株数或蓄积量)表。
第二节 林分密度和林分生长
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5、郁闭度
林冠的垂直投影面积与林地面积之比称为郁闭度,它可以反映
林冠的郁闭程度及树木利用空间的程度。林冠的垂直投影面积与树
冠的垂直投影面积之和是两个不同的概念,同时在其数值上也常常
是不相等的,只有在林分未达到郁闭时(林分中各单株树冠互不相
接)的林分中两者的数值才相等。否则,林分的单株树冠垂直投影
面积之和将大于林冠的垂直投影面积。
一般认为,郁闭度达到以上的林分应进行间伐,合理经营的
林分其郁闭度不应小于。
第二节 林分密度和林分生长
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6、林分密度指数
林分密度指数(Stand Density Index,简称SDI)为现实林
分的株数换算到标准平均直径(亦称比较直径)时所具有的单位面
积林木株数,赖内克(1933)提出的这个密度指标。
林分的林分密度指数(SDI)的具体求算方法为
式中:N——现实林分每公顷株数;
D
0
——标准平均直径(我国一般D
0
=10cm);
D——现实林分平均直径。
第二节 林分密度和林分生长
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7、树冠竞争因子
林林分分中中所所有有树树木木可可能能拥拥有有的的潜潜在在最最大大树树冠冠面面积积之之和和与与林林地地面面积积的的
比比值值称称为为树树冠冠竞竞争争因因子子((Crown Crown Competition Competition FactorFactor,,简简称称CCCCFF))。每
株树木的潜在最大树冠面积是根据自由树的冠幅和胸径的线性关系推
算出来的。
在林分中空地上生长的树木称为自由树(Open—growing tree)。
自自由由树树的的树树冠冠冠冠幅幅与与树树木木胸胸径径之之间间呈呈有有显显著著的的线线性性正正相相关关,这种线性
关系不随树木的年龄及立地条件的变化而改变,这正是利用树冠反映
林分密度的可靠依据。Krajecek等(1961)利用这一关系提出了树冠
竞争因子(CCF)。
第二节 林分密度和林分生长
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林分中林木间的拥挤程度取决于:林木株数、平均大小及林木
的空间格局(林木在林地上的分布)。上述数种林分密度指标都是
考虑了这3个因子中的某一个或某几个因子,从这个意义上说,可
以对上述7个林分密度指标做一个简单的评述。
⑴ 株数密度考虑了林分中个体的多少,但没有考虑个体的大
小及其空间格局,因此,该密度指标适用于林木分布比较均匀、且
林木直径差异不大的初植人工林。所以该密度指标常作为人工林初
植时的林分密度。
第二节 林分密度和林分生长
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⑵ 断面积是一个既考虑了林木株数又考虑了平均单株大小的
综合性密度指标。但是,两个断面积相同的林分,其林木株数及平
均单株大小则可能不同(两个林分分别由不同的株数及平均单株大
小构成的),而且,断面积与林分年龄及立地质量相关。因此,不
宜采用断面积作为比较不同林分的密度大小。而在反映同一林分的
生长过程时,则适合采用断面积作为林分密度指标。
第二节 林分密度和林分生长
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⑶ 疏密度和郁闭度都是相对的林分密度指标,两者都能够较直
观地反映林分的疏密度程度。但是,由于确定林分疏密度时,需使
用标准表,所以标准表的质量则成为使用疏密度反映现实林分密度
准确度的关键。在实际工作中,关于标准林分的标准难以准确把握,
所以编制高质量的标准表很困难。
郁闭度需先确定林冠的垂直投影面积之后方可计算出来,这样
确定郁闭度的外业工作太大、成本高及效率低。而实际工作中常采
用的样点法又过于粗放,使之郁闭度成为一个近似的粗略指标。正
因如此,仅在外业调查时才使用郁闭度作为林分密度指标。
第二节 林分密度和林分生长
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⑷ 林分密度指数被认为是一个适用性较广的密度指标,由于
对同一树种的不同林分来说,最大密度线比较稳定,从而为以林
分密度指数作为比较同一树种不同林分密度的指标奠定了基础。
但是,在林分的初期生长(未郁闭)阶段,林分的林分密度指数
是不稳定的。另外,由于天然林中林木空间格局不均匀,可能会
使林分平均直径(Dg)与林木株数(N)之间的关系不稳定,因
此,也不宜采用林分密度指数作为密度指标。相对而言,林分密
度指数宜作为人工林的密度指标。
第二节 林分密度和林分生长
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⑸ 树冠竞争因子是以林分内林木潜在占有空间为基础的相对
密度指标,所以能够较好地反映林分占有空间的能力。但是,由
于树冠竞争因子与林分年龄及立地质量有关,所以不宜用于比较
不同林分的密度。
不同的密度指标各有其适用条件及适用范围,应根
据使用的目的和用途选定反映林分密度的指标。
第二节 林分密度和林分生长
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第三节 单木竞争指标
林林分分密密度度指指标标是是反反映映整整个个林林分分的的平平均均拥拥挤挤程程度度或或林林
分分对对其其所所处处立立地地的的充充分分利利用用程程度度。。对对于于单单木木来来说说,,它它只只
能能反反映映林林分分内内每每木木平平均均占占有有的的空空间间。。事事实实上上,,林林分分内内不不
同同大大小小的的单单株株木木所所拥拥有有的的生生长长空空间间是是不不同同的的,,它它们们各各自自
承承受受着着不不同同的的竞竞争争压压力力,,而而单单株株木木所所承承受受的的竞竞争争压压力力的的
不不同同,,则则导导致致林林分分内内林林木木生生长长产产生生分分化化。。因因此此,,为为描描述述
单单株株木木的的生生长长动动态态,,引引入入了了单单木木竞竞争争指指标标(Individual (Individual
tree competition index)tree competition index)。。
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一、基本概念
⑴ 林木竞争:在林分内由于树木生长不断扩大空间而使林分结
构发生变化,而林分的生长空间是有限的,于是树木之间展开了争取
生长空间的竞争,竞争的结果导致一些树木死亡,一些树木勉强维持
生存,另一些树木得到更大的生长空间,这种现象称为林木竞争。
⑵ 竞争指标:表示林木间竞争强烈程度的数量指标。
⑶ 对象木(亦称目的树):对象木是指计算竞争指标时所针对
的树木(如图4—18中的A树)。
第三节 单木竞争指标
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图4—8 树木竞争示意图(A为对象木)
第三节 单木竞争指标
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⑷ 竞争木:指对象木周围与其对象木有竞争关系
的林木(如图4—8中的B、C、D、E树)。
⑸ 影响圈:是指林木潜在生长得以充分发挥时所
需要的生长空间,常以自由树的树冠面积表示。
⑹ 自由树:是指其周围没有竞争木与其争夺生长
空间、可以充分生长的林木。
第三节 单木竞争指标
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二、几种常见的竞争指标
根据竞争指标中是否含有对象木与竞争木之间相对位置的指
标(距离),可将竞争指标分为两类,即与距离无关的竞争指标及
与距离有关的竞争指标。
1、与距离无关的单木竞争指标
相对直径(或相对断面积):林木的相对直径(或相对断面积)
可表示为:
(4—24)
当R
d
(或R
g
)值较大时,则可认为该林木具有较大的生长活力,
在竞争中处于较有利的地位。
第三节 单木竞争指标
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2、与距离有关的单木竞争指标
这类竞争指标一般以对象木的大小、竞争木的大小及两者之
间的距离为主要因子计算单木竞争指标。在与距离有关的单木竞
争指标中,经常采用的有以下两种。
⑴ 简单竞争指标:Hegyi(1974)直接使用对象木与竞争木
之间的距离及竞争木与对象木的直径之比构造了一个单木竞争指
标,称为简单竞争指标,其表达式为:
(4—26)
式中:CI
i
——对象木i的简单竞争指标;D
i
——对象木i的直
径;D
j
——对象木周围第j株竞争木的直径(j=1,2,…,N);
(DIST)
ij
——对象木i与竞争木j之间的距离。
第三节 单木竞争指标
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经过实践表明,在与距离有关的单木竞争指标类型中,
由于林木之间的距离测定困难,使得这类指标在实际工作难以
应用,而且,有研究表明,就模拟单株林木的生长来说,与距
离有关的单木竞争指标并不比与距离无关的单木竞争指标有明
显的优点。与距离无关的单木竞争指标具有计算方法简单、易
于应用的优点,但是,对于间伐后的林分,无法利用保留木的
生长评价间伐效果。因此,这类指标不能用于模拟经营林分单
木生长的模型中,这一点不及与距离有关的单木竞争指标。
第三节 单木竞争指标
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兴安落叶松:
森林群落类型森林群落类型
兴安落叶松-草类林兴安落叶松-草类林
兴安落叶松-杜鹃林兴安落叶松-杜鹃林
兴安落叶松-偃松林兴安落叶松-偃松林
兴安落叶松-杜香林兴安落叶松-杜香林
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