CN108129235A - 一种离子型稀土矿尾砂地改良剂及植被复垦方法 - Google Patents

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CN108129235A CN201711459031.3A CN201711459031A CN108129235A CN 108129235 A CN108129235 A CN 108129235A CN 201711459031 A CN201711459031 A CN 201711459031A CN 108129235 A CN108129235 A CN 108129235A
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Abstract

本发明公开了一种离子型稀土矿尾砂地改良剂，其制备原料由以下重量份数组分组成：泥炭藓20‑30份、海藻泥20‑30份、有机钙基蒙脱土10‑15份、椰壳纤维素1‑5份、多聚磷酸铵5‑10份、生化黄腐酸钾5‑10份、有机肥20‑30份。此外，本发明还提供了一种离子型稀土矿尾砂地的植被复垦方法。本发明以泥炭藓、海藻泥、椰壳纤维素、有机钙基蒙脱土、多聚磷酸铵、生化黄腐酸钾及有机肥为改良剂，通过种植狼尾草和糖蜜草达到植被复垦目的，有效解决了离子型稀土矿尾砂地土壤保水保肥能力弱、有机质含量低的问题，还解决了土壤中稀土金属及重金属超标问题，经过植被复垦后，离子型稀土矿尾砂地改良效果持久、土壤保水保肥能力强。

Description

一种离子型稀土矿尾砂地改良剂及植被复垦方法
技术领域
本发明属于稀土矿尾砂地治理修复技术领域，具体涉及一种离子型稀土矿尾砂地改良剂及植被复垦方法。
背景技术
离子型稀土矿是我国重要的战略资源，主要分布在南方的江西、广东、福建、湖南和广西，其中以江西省赣州市开采时间最早、开采量最多，也为当地经济发展做出了巨大贡献。但长期以来，离子型稀土矿开采特别是早期开采多采用堆浸工艺，即富含稀土的矿砂从位于表土下层的风化层和半风化层搬运至堆浸场，用硫酸铵反复浸取，得到稀土母液的同时，遗留了大量的稀土尾砂。这些尾砂不仅占用大量土地资源，还破坏矿区及其周边正常植被，产生严重的水土流失，导致当地河流堵塞、农田被淹、水库淤积；尾砂地残留的硫酸铵易随水土流失进入当地水体，造成水体氮素和硫酸根污染；此外，稀土矿区土壤环境中稀土金属以及重金属的含量均比较高，矿区周边水体中稀土金属以及重金属含量远远高于一般淡水。稀土尾砂地给当地的生态环境以及当地居民的身心健康带来严重的威胁。
废弃稀土矿区生态恢复与重建的关键在于土壤基质的重构，只有恢复土壤生态系统应有的功能，才能为废弃稀土矿区生态恢复提供根本保障。但由于土壤生态系统自身的复杂性、空间地域的差异性和有毒元素污染严重的特殊性，限制了研究的进展速度，成为学术界及工程界的一大共同难点。目前，修复稀土尾砂地的方法有以下几种：直接在稀土尾砂地种植杉木、马尾松和桉树；覆盖肥沃客土；施用大量化肥，以此提高尾砂地的复垦效果。上述几种方法复垦效果较差、成本高昂，土源无法保证，化肥与尾砂无法共生，且化肥容易影响环境，造成农业面源污染，进而影响人类生存环境。
由于离子型稀土矿尾砂地生态系统的修复重建相对于其他脆弱生态系统而言更为特殊、复杂，因此，开展技术研究，找出有效可行的技术方法恢复重建离子型稀土矿尾砂地至关重要。
发明内容
本发明提供了一种离子型稀土矿尾砂地改良剂及植被复垦的方法，解决了现有技术对尾砂地改良技术研究不足，复垦植物选择不佳，改良目的不明确，很多治理点不经土壤改良直接种植树木，导致复垦效果很不理想的问题。
本发明的第一个目的是提供一种离子型稀土矿尾砂地改良剂，其制备原料由以下重量份数的组分组成：泥炭藓20-30份、海藻泥20-30份、有机钙基蒙脱土10-15份、椰壳纤维素1-5份、多聚磷酸铵5-10份、生化黄腐酸钾5-10份、有机肥20-30份。
优选的，所述有机肥为鲜牛粪、鲜羊粪、鲜猪粪中的一种或几种。
优选的，所述离子型稀土矿尾砂地改良剂的制备原料由以下重量份数的组分组成：泥炭藓25份、海藻泥25份、有机钙基蒙脱土10份、椰壳纤维素3份、多聚磷酸铵5份、生化黄腐酸钾10份、有机肥25份。
需要说明的是，上述离子型稀土矿尾砂地改良剂的制备方法采用常规工艺，即按重量份称取按照上述个组分，然后将各组分加入到混料机内，混合均匀后即可得到所述离子型稀土矿尾砂地改良剂。
本发明的第二个目的是提供一种离子型稀土矿尾砂地植被复垦方法，包括以下步骤：
步骤1，在离子型稀土矿尾砂地土壤层0-10cm处施加所述改良剂，施加量为80-100kg/亩，施加完毕后翻耕、整平；
步骤2，种子的预处理：将狼尾草种子和糖蜜草种子用浓度为200ppm的苄氨基嘌呤水溶液浸泡6-8h，浸泡完毕得到处理好的种子；
步骤3，播种：将步骤2中处理好的狼尾草和糖蜜草种子按一行狼尾草一行糖蜜草的条播种植方式播种于步骤1处理过的离子型稀土矿尾砂地土壤层中；播种完毕后覆土、淋足水分，待狼尾草和糖蜜草秆长至10-15cm时，每5天往叶面喷施浓度为0.5mmol/L的氨基酸螯合钙溶液一次，连续喷施3次；
步骤4，施肥：狼尾草和糖蜜草长播种10天后，往狼尾草和糖蜜草幼苗根部土壤内接种AMF菌剂，接种量为5-10kg/亩；狼尾草和糖蜜草播种30天后，往幼苗根部施加复合肥一次，施加量为30-50kg/亩；
其中，所述复合肥中N：P2O5：K2O＝15:15:15；
步骤5，收割:每当糖蜜草或狼尾草长至高度≥1m时对其进行收割，每次收割完毕后灌水施加所述改良剂，施加量为30-50kg/亩；
待糖蜜草和狼尾草均收割5-10次后，即完成所述离子型稀土矿尾砂地的植被复垦。
优选的，所述步骤3中狼尾草和糖蜜草播种时相邻两行之间的行距为30-50cm。
优选的，所述AMF菌剂为内球囊霉菌菌剂或聚丛球囊霉菌菌剂中的一种。
优选的，所述AMF菌剂中有效活菌数为1×108-2×108个/g。
优选的，所述步骤5中糖蜜草或狼尾草收割时收割位置位于地面以上15-20cm处。
优选的，所述步骤5中收割到的糖蜜草或狼尾草作为生物能源回收利用。
狼尾草与糖蜜草均为江西省赣州市区域内生长广泛的乡土植物，其中，狼尾草须根较粗壮，秆直立，丛生，高30-120cm，在花序下密生柔毛，叶鞘光滑，两侧压扁，主脉呈脊，在基部者跨生状，秆上部者长于节间。狼尾草是一种草本能源植物，生长迅速，生物产量高，抗逆性强，适应性广，已有研究多涉及狼尾草属植物对单一重金属污染元素的富集提取效果，但对于多种复合污染土壤的修复潜能如何，目前还不清楚。
糖蜜草为多年生伸展形禾本科牧草，茎蔓延絮结成大而松散的草丛，根系发达，茎多毛，株高1.0-1.8m，叶秆宽条形至窄披针形，长10-15cm，宽0.7-1.2m，布满浓密的粘性绒毛，呈红色，具粘性分泌物，有浓烈的糖浆状甜味。此外，糖蜜草非常耐旱和耐酸瘦土壤，是草地改良和水保的先锋草种。目前没有任何研究报道过糖蜜草对稀土矿区土壤质量具备改良作用，也没任何研究报道过糖蜜草对重金属污染土壤有修复作用。
本发明将狼尾草与糖蜜草组合套种，并且在种植的过程中施用针对这两种植物生长以及促进其对稀土金属、重金属吸附能力的改良剂，实验发现，在本发明的离子型稀土矿尾砂地改良剂的促进作用下，一方面，狼尾草与蜜糖草能够相互配合，互相促进，从而能够对稀土矿区土壤中多种重金属和稀土金属进行吸收，此外，两种草套种增加了植物群落的物种多样性，增强了修复的生态系统的稳定性，同时还使污染土壤性能得到改进。
本发明的离子型稀土矿尾砂地改良剂中，泥炭藓和海藻泥内均具有大量特殊的孔隙，这些孔隙均具备极强的物理吸附性能，能够将土壤中的重金属和稀土金属进行吸附，进而将其转移到植物细胞内，为植物所富集；泥炭藓和海藻泥内含有丰富的钠、钾、钙、镁、铅、磷、铁等微量元素，能够为植物生长提供营养，此外，泥炭藓和海藻泥附有特有的储水细胞，储水保肥能力能力强，能够对土壤性能进行改善。
有机钙基蒙脱土呈碱性，提高了土壤的pH值，其能够有效降低土壤中交换态的重金属离子和稀土金属离子的含量，提高土壤中碳酸盐结合态和残渣态的重金属离子和稀土金属离子的含量，这是因为，有机钙基蒙脱土能使土壤pH值显著升高，一方面使土壤中胶体表面负电荷增加，对重金属离子和稀土金属离子的吸附能力增强，另一方面可以使土壤中的铁锰等离子形成羟基化合物，提供更多的吸附位点；椰壳纤维素是由许多B-D-葡萄糖基通过1，4苷键连接起来的一种纤维状、多毛细管的线性高分子聚合物，具有多孔性和大比表面积的特点，分子内含有大量亲水性基团羟基，具有一定的吸附性，同时，化学结构中所含的羧基、氨基也可以成为重金属离子、稀土金属离子的吸附点位，有机钙基蒙脱土和椰壳纤维素独特的结构能够大大提高植物对土壤中重金属和稀土金属的吸收、富集。
多聚磷酸铵、生化黄腐酸钾、有机肥能够能够给修复植物提供其生长所需要的营养元素氮磷钾，同时，生化黄腐酸钾还能够改良土壤结构，疏松土壤，提高土壤的保肥能力，调节pH值，降低土壤中重金属的含量，减少盐离子对修复植物幼苗的危害。AMF菌剂能够和修复植物形成共生菌根，增强其对重金属和稀土金属的吸收能力。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明以泥炭藓、海藻泥、椰壳纤维素、有机钙基蒙脱土、多聚磷酸铵、生化黄腐酸钾以及有机肥作为改良剂，并通过种植狼尾草和糖蜜草达到植被复垦的目的，有效的解决了离子型稀土矿尾砂地土壤物理结构差造成的土壤保水保肥能力弱、有机质含量极低和养分匮乏等植被复垦障碍因子，经过植被复垦后，离子型稀土矿尾砂地的改良效果持久、土壤保水保肥能力强，且经过植被复垦后，离子型稀土矿尾砂地土壤中稀土金属和重金属均得到很好的处理。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明各实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所用原料如无特殊说明，均为常规试剂。
实施例1-3实验地点选择江西省赣州市寻乌上甲村离子型稀土矿尾砂地。
实施例1
一种离子型稀土矿尾砂地改良剂，其制备原料由以下重量份数的组分组成：泥炭藓25份、海藻泥25份、有机钙基蒙脱土10份、椰壳纤维素3份、多聚磷酸铵5份、生化黄腐酸钾10份、鲜牛粪25份。
利用上述离子型稀土矿尾砂地改良剂对离子型稀土矿尾砂地植被复垦的方法，包括以下步骤：
步骤1，在离子型稀土矿尾砂地土壤层表层处施加所述改良剂，施加量为80kg/亩，施加完毕后翻耕、整平；
步骤2，种子的预处理：将狼尾草种子和糖蜜草种子用浓度为200ppm的苄氨基嘌呤水溶液浸泡6h，浸泡完毕得到处理好的种子；
步骤3，播种：将步骤2中处理好的狼尾草和糖蜜草种子按一行狼尾草一行糖蜜草的条播种植方式播种于步骤1处理过的离子型稀土矿尾砂地土壤层中，且狼尾草和糖蜜草播种时相邻两行之间的行距为50cm；播种完毕后覆土、淋足水分，待狼尾草和糖蜜草秆长至10cm时，每5天往叶面喷施浓度为0.5mmol/L的氨基酸螯合钙溶液一次，连续喷施3次；
步骤4，施肥：狼尾草和糖蜜草长播种10天后，往狼尾草和糖蜜草幼苗根部土壤内接种AMF菌剂，接种量为5kg/亩；狼尾草和糖蜜草播种30天后，往幼苗根部施加复合肥一次，施加量为30kg/亩；
其中，复合肥中N：P2O5：K2O＝15:15:15；
步骤5，收割:每当糖蜜草或狼尾草长至高度≥1m时对其进行收割，每次收割时收割位置位于地面以上18cm处，收割完毕后灌水施加改良剂，施加量为50kg/亩；
待糖蜜草和狼尾草均收割10次后，即完成离子型稀土矿尾砂地的植被复垦。
实施例2
一种离子型稀土矿尾砂地改良剂，其制备原料由以下重量份数的组分组成：泥炭藓20份、海藻泥30份、有机钙基蒙脱土15份、椰壳纤维素5份、多聚磷酸铵10份、生化黄腐酸钾5份、鲜鸡粪20份。
利用上述离子型稀土矿尾砂地改良剂对离子型稀土矿尾砂地植被复垦的方法，包括以下步骤：
步骤1，在离子型稀土矿尾砂地土壤层5cm处施加所述改良剂，施加量为90kg/亩，施加完毕后翻耕、整平；
步骤2，种子的预处理：将狼尾草种子和糖蜜草种子用浓度为200ppm的苄氨基嘌呤水溶液浸泡7h，浸泡完毕得到处理好的种子；
步骤3，播种：将步骤2中处理好的狼尾草和糖蜜草种子按一行狼尾草一行糖蜜草的条播种植方式播种于步骤1处理过的离子型稀土矿尾砂地土壤层中，且狼尾草和糖蜜草播种时相邻两行之间的行距为40cm；播种完毕后覆土、淋足水分，待狼尾草和糖蜜草秆长至12cm时，每5天往叶面喷施浓度为0.5mmol/L的氨基酸螯合钙溶液一次，连续喷施3次；
步骤4，施肥：狼尾草和糖蜜草长播种10天后，往狼尾草和糖蜜草幼苗根部土壤内接种AMF菌剂，接种量为8kg/亩；狼尾草和糖蜜草播种30天后，往幼苗根部施加复合肥一次，施加量为40kg/亩；
其中，复合肥中N：P2O5：K2O＝15:15:15；
步骤5，收割:每当糖蜜草或狼尾草长至高度≥1m时对其进行收割，每次收割时收割位置位于地面以上15cm处，收割完毕后灌水施加改良剂，施加量为40kg/亩；
待糖蜜草和狼尾草均收割8次后，即完成离子型稀土矿尾砂地的植被复垦。
实施例3
一种离子型稀土矿尾砂地改良剂，其制备原料由以下重量份数的组分组成：泥炭藓30份、海藻泥20份、有机钙基蒙脱土12份、椰壳纤维素1份、多聚磷酸铵8份、生化黄腐酸钾8份、鲜猪粪30份。
利用上述离子型稀土矿尾砂地改良剂对离子型稀土矿尾砂地植被复垦的方法，包括以下步骤：
步骤1，在离子型稀土矿尾砂地土壤层10cm处施加所述改良剂，施加量为100kg/亩，施加完毕后翻耕、整平；
步骤2，种子的预处理：将狼尾草种子和糖蜜草种子用浓度为200ppm的苄氨基嘌呤水溶液浸泡8h，浸泡完毕得到处理好的种子；
步骤3，播种：将步骤2中处理好的狼尾草和糖蜜草种子按一行狼尾草一行糖蜜草的条播种植方式播种于步骤1处理过的离子型稀土矿尾砂地土壤层中，狼尾草和糖蜜草播种时相邻两行之间的行距为30cm；播种完毕后覆土、淋足水分，待狼尾草和糖蜜草秆长至15cm时，每5天往叶面喷施浓度为0.5mmol/L的氨基酸螯合钙溶液一次，连续喷施3次；
步骤4，施肥：狼尾草和糖蜜草长播种10天后，往狼尾草和糖蜜草幼苗根部土壤内接种AMF菌剂，接种量为10kg/亩；狼尾草和糖蜜草播种30天后，往幼苗根部施加复合肥一次，施加量为50kg/亩；
其中，复合肥中N：P2O5：K2O＝15:15:15；
步骤5，收割:每当糖蜜草或狼尾草长至高度≥1m时对其进行收割，每次收割时收割位置位于地面以上,20cm处，收割完毕后灌水施加改良剂，施加量为50kg/亩；
待糖蜜草和狼尾草均收割5次后，即完成离子型稀土矿尾砂地的植被复垦。
需要说明的是，AMF菌剂为内球囊霉菌菌剂或聚丛球囊霉菌菌剂中的一种，且AMF菌剂中有效活菌数为1×108-2×108个/g。
进一步需要说明的是，步骤5中收割到的糖蜜草或狼尾草作为生物能源回收利用。
实施例1-3均制备出了性能良好的离子型稀土矿尾砂地改良剂，对实施例1-3制备出的离子型稀土矿尾砂地改良剂应用于离子型稀土矿尾砂地植被复垦后的性能进行测试。
需要说明的是，实验中设计了一系列对比实验，具体处理方式如下：
对比例1
与实施例1的植被复垦方法相同，不同之处在于将实施例1中施加的离子型稀土矿尾砂地改良剂换成N：P2O5：K2O＝15:15:15的复合肥，且离子型稀土矿尾砂地土壤层中种植的植物为糖蜜草。
对比例2
与实施例1的植被复垦方法相同，不同之处在于将实施例1中施加的离子型稀土矿尾砂地改良剂换成N：P2O5：K2O＝15:15:15的复合肥中，且离子型稀土矿尾砂地土壤层中种植的植物为狼尾草。
对比例3
与实施例1的植被复垦方法相同，不同之处在于离子型稀土矿尾砂地土壤层中种植的植物为糖蜜草。
对比例4
与实施例1的植被复垦方法相同，不同之处在于离子型稀土矿尾砂地土壤层中种植的植物为狼尾草。
具体实验结果见表1-3。
表1复垦前离子型稀土矿尾砂地土壤理化性质
容重(g/m3) 有机质(％) 有效磷(mg/kg) 速效钾(mg/kg) 全氮(％) 孔隙度(％)
1.45 0.158 2.86 49.56 0.016 46.8
表2复垦前离子型稀土矿尾砂地土壤中稀土金属以及重金属浓度(mg/kg)
La Ce Pr Sm Gd Y Hg As Cd Cr Pb
426.58 462.26 45.78 74.81 43.44 203.64 0.229 3.853 6.148 9.01 352.1
由表1-2可以看出，尾砂地土壤全氮、有机质含量低于全国第二次土壤普查推荐的土壤养分分级标准中的6级指标0.05％、0.6％，土壤有效磷、速效钾分别属于全国第二次土壤普查推荐的土壤养分分级标准中的6级指标和5级指标。土壤全氮、有机质缺失严重，氮磷钾比例失调，养分极低；此外，土壤中稀土金属、重金属的浓度也高，污染非常严重。
表3复垦后离子型稀土矿尾砂地土壤性能
表4复垦后离子型稀土矿尾砂地土壤中稀土金属、重金属浓度(mg/kg)
由表3-4可以看出，经过本发明方法处理后，尾砂地土壤容重、有机质含量、有效磷、速效钾、全氮、空隙率都得到了很大改善，有效的解决了离子型稀土矿尾砂地土壤粘粒含量低、容重大等物理结构差造成的土壤保水保肥能力弱、有机质含量极低和养分匮乏等植被复垦障碍因子，经过植被复垦后，离子型稀土矿尾砂地的改良效果持久、土壤保水保肥能力强。此外，经过处理后，土壤中稀土金属和重金属含量均得到很大降低。
需要说明的是，本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例1-3相同，为了防止赘述，本发明的描述了优选的实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种离子型稀土矿尾砂地改良剂，其特征在于，其制备原料由以下重量份数的组分组成：泥炭藓20-30份、海藻泥20-30份、有机钙基蒙脱土10-15份、椰壳纤维素1-5份、多聚磷酸铵5-10份、生化黄腐酸钾5-10份、有机肥20-30份。
2.根据权利要求1所述的离子型稀土矿尾砂地改良剂，其特征在于，所述有机肥为鲜牛粪、鲜羊粪、鲜猪粪中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的离子型稀土矿尾砂地改良剂，其特征在于，其制备原料由以下重量份数的组分组成：泥炭藓25份、海藻泥25份、有机钙基蒙脱土10份、椰壳纤维素3份、多聚磷酸铵5份、生化黄腐酸钾10份、有机肥25份。
4.一种利用权利要求1所述离子型稀土矿尾砂地改良剂对离子型稀土矿尾砂地植被复垦的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在离子型稀土矿尾砂地土壤层0-10cm处施加所述改良剂，施加量为80-100kg/亩，施加完毕后翻耕、整平；
步骤2，种子的预处理：将狼尾草种子和糖蜜草种子用浓度为200ppm的苄氨基嘌呤水溶液浸泡6-8h，浸泡完毕得到处理好的种子；
步骤3，播种：将步骤2中处理好的狼尾草和糖蜜草种子按一行狼尾草一行糖蜜草的条播种植方式播种于步骤1处理过的离子型稀土矿尾砂地土壤层中；播种完毕后覆土、淋足水分，待狼尾草和糖蜜草秆长至10-15cm时，每5天往叶面喷施浓度为0.5mmol/L的氨基酸螯合钙溶液一次，连续喷施3次；
步骤4，施肥：狼尾草和糖蜜草长播种10天后，往狼尾草和糖蜜草幼苗根部土壤内接种AMF菌剂，接种量为5-10kg/亩；狼尾草和糖蜜草播种30天后，往幼苗根部施加复合肥一次，施加量为30-50kg/亩；
其中，所述复合肥中N：P2O5：K2O＝15:15:15；
步骤5，收割:每当糖蜜草或狼尾草长至高度≥1m时对其进行收割，每次收割完毕后灌水施加所述改良剂，施加量为30-50kg/亩；
待糖蜜草和狼尾草均收割5-10次后，即完成所述离子型稀土矿尾砂地的植被复垦。
5.根据权利要求4所述离子型稀土矿尾砂地改良剂对离子型稀土矿尾砂地植被复垦的方法，其特征在于，所述步骤3中狼尾草和糖蜜草播种时相邻两行之间的行距为30-50cm。
6.根据权利要求4所述离子型稀土矿尾砂地改良剂对离子型稀土矿尾砂地植被复垦的方法，其特征在于，所述AMF菌剂为内球囊霉菌菌剂或聚丛球囊霉菌菌剂中的一种。
7.根据权利要求6所述离子型稀土矿尾砂地改良剂对离子型稀土矿尾砂地植被复垦的方法，其特征在于，所述AMF菌剂中有效活菌数为1×108-2×108个/g。
8.根据权利要求4所述离子型稀土矿尾砂地改良剂对离子型稀土矿尾砂地植被复垦的方法，其特征在于，所述步骤5中糖蜜草或狼尾草收割时收割位置位于地面以上15-20cm处。
9.根据权利要求4所述离子型稀土矿尾砂地改良剂对离子型稀土矿尾砂地植被复垦的方法，其特征在于，所述步骤5中收割到的糖蜜草或狼尾草作为生物能源回收利用。
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