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07景观生态学与土地持续利用
07景观生态学与土地持续利用
第七章景观生态学与土地持续利用
教学目的：
通过本章的学习，掌握土地持续利用和土地质量指标的基本概念；掌握土地持续利用的景观生态学评价的基本类型；掌握土地持续利用评价的方法；熟悉土地持续利用评价指标体系的内容；了解土地持续利用的综合评价。
重点难点：
教学重点土地持续利用评价的指标体系；土地持续利用的评价方法。
第一节景观生态学与土地持续利用评价
土地从一开始就是景观生态学的主要研究对象，一定意义上，景观生态学也称作地生态学（Geoecology）。
现代景观生态学的应用主要以土地利用为主，它注重土地利用如何影响物质流和能量流，注重结构和过程的相互关系分析，与空间土地利用规划关系密切。
一、土地持续利用的基本概念
土地持续利用的思想，是1990年2月在新德里由印度农业生态研究会（ICAR）、美国农业部（USDA）和美国Rodale研究中心共同组织的首次土地持续利用研讨会上正式确认的。
1、几个典型的土地持续利用的概念
⏹Young（1990）：
获得高的收获产量，并保持土地赖以生产的资源，从而维持允许的生产力的土地利用。
⏹林培和刘黎明等认为：
是通过技术与行政手段使一个区域的土地利用类型的结构、比例、空间分布与本区域的自然特征和经济发展相适应，使土地资源充分发挥其生产与环境功能，既满足人类经济生活与环境要求，又能不断改善资源本身的质量特性。
⏹魏杰（1996）：
从经济学角度讲，是指土地不断地被高效使用。
周诚（1996）：
土地作为生态系统的功能和人类直接联系的非农利用功能在生态系统、生态经济系统和区域空间中的协调。
2、我国现行土地利用规划的景观生态学反思
随着土地利用总体规划在我国的开展，以农地规划为主要内容的传统土地利用规划被赋予覆盖区域整体土地空间的规划内涵，是我国目前开展的土地利用总体规划的主要形式，其主要目的就是协调城乡建设用地和农用地之间的关系，保障土地的可持续利用。
但现行土地利用规划在回答诸如全球性的土地退化、环境污染、景观分割和景观破碎导致的大量物种消失等环境问题时常常处于尴尬境地，从景观生态学观点来看，其主要问题有:
首先，乡村居民点布局散乱，城乡居民点体系调控不力。
此种状况使得城乡居民点景观破碎/分割、景观飞地普遍，致使生态景观斑块缩小，进而使得生物多样性降低、土地的生态价值下降，危及区域生态安全。
其次，对土地可持续利用问题研究不够深人，说服力弱。
在实践中，土地利用规划甚至把土地的可持续利用理解为单方面保护耕地，控制建设用地，一味追求耕地总量的动态平衡，忽视了耕地、建设用地和其他具有生态保障功能的土地利用类型之间的转换机制研究和景观格局—过程分析，没能从区域景观生态整体安全性的高度思考土地利用问题，土地可持续利用的目标难以实现。
第三，土地利用配置重数量优化，轻布局优化和格局过程分析。
这种空间配置优化，未考虑各种土地利用类型的空间关系，忽视了土地利用空间格局对诸多生态过程的影响。
二、土地持续利用评价的景观生态学基础
景观生态学与持续发展概念有高度的一致性,按照景观生态学的思想和理论,土地持续利用就是协调人类当代与后代之间在经济、社会与环境方面的需求,同时维持与加强土地资源质量.
1.综合整体性
按照景观生态学的综合整体观,土地是一个综合的功能整体,与广义的“景观”概念是一致的,它不仅涉及到土地的自然特性,还包含了人类的干预。
土地的性质取决于全部组成要素的综合特征,而不从属于其中任何一个单独要素。
土地利用目的与管理措施组成了土地利用方式,土地利用方式与土地单元组成了一个土地利用系统,由不同的土地利用系统镶嵌形成了土地利用的景观或区域。
土地持续利用评价是一个多级、多阶段的综合评价，包括土地利用方式评价，土地利用系统的适宜性评价，土地利用系统的持续性评价，以及景观或区域的现状稳定性与时间持续性评价。
2.尺度性
A时间尺度
土地利用的持续性存在时间尺度性,强调的人类世代的时间尺度,一般从几十年到几百年甚至千年,与景观生态学研究的中等时间尺度一致。
持续性是一个动态概念,是一个朝向持续发展目标的一个动态过程,而不是一个具体的终点。
在持续性评价之前,需要对当地的土地问题有一个全面的了解,指标的选择要针对特定的土地问题。
B空间尺度
不同空间尺度,土地利用持续性的含义不同,表现为土地利用评价单元与空间范围两个方面。
空间尺度：
⏹不同空间尺度的评价，其详细程度也不同。
⏹按照景观生态学的等级—尺度理论，大尺度上的持续性是小尺度上持续性的综合。
C重点尺度
景观生态学的等级尺度观,除强调土地利用持续发展的多重尺度外,还特别重视土地持续利用最适宜的尺度与评价的重点尺度。
土地利用的持续发展最适宜的尺度应该是一个中等尺度，即景观或区域
全球是最高等级的尺度,大陆有明显的边界,区域或景观是土地利用持续发展最适宜的候选尺度,景观镶嵌体中的生态系统也不是土地持续利用的适宜尺度。
3.空间格局与生态过程
A空间镶嵌稳定性
土地利用的持续性与稳定性的关系非常复杂,持续性是以稳定性为基础的。
在景观镶嵌体中,因为邻近景观元素之间的相互作用,从整体上衰减了外界干扰与环境变化对系统带来的波动,从而达到空间镶嵌稳定性。
尽管在景观镶嵌体内,各种土地利用系统是处于不断变化之中,只要这些要素构成的镶嵌体在总体上达到稳定,就认为这个景观的土地利用是持续的。
B空间格局评价法
以空间镶嵌稳定性为基础,导致了“空间解决法”（Spatialsolution）的形成,为土地持续利用评价提出了一条新的途径。
理论上可以假设,任何景观都存在一个土地利用系统的最佳空间配置,可以同时满足人类各世代的基本需求,并维持土地质量,即达到土地利用的持续发展目标。
土地持续利用评价的重点是“空间格局评价”,评价一个景观或区域的土地利用系统的空间格局是否最合理。
斑块--廊道--基质模型是土地利用的空间格局评价的基本模型。
C空间格局与生态过程的关系分析
景观的空间镶嵌结构决定着物种、物质、能量和干扰在景观中的流动,景观抗性指空间格局对景观流动速率的阻碍作用。
因此,通过景观结构（土地利用结构）和生态过程的相互关系分析,通过对结构和过程的相互作用分析与模拟,探讨合理的土地利用配置,是土地持续利用评价的基础。
4.干扰与人类影响
A干扰与适应性持续性是一个时间尺度上的动态稳定性。
适应性（不是恒定性）是土地利用持续性的核心,只有适应变化的土地利用系统才能持续下去。
干扰是景观或区域的必然因子,干扰与系统的适应性与稳定性的关系非常复杂。
B人类的影响景观生态学认为人类的影响是必然的,景观兼具自然性和人文性,尤其是人类的主导性。
土地持续利用评价中的人类影响,表现为:
生态环境与人类社会经济之间的协调,
多层次和多领域人的参与与干预,
人际关系的协调（凝聚力）,
人类土地利用的历史经验与教训。
生态环境和社会经济的协调与统一是土地利用持续发展的核心。
从人类利用土地的历史可见,造成土地利用持续性降低的主要原因是水问题、土壤侵蚀、人口密度、战争以及出口降低;其他原因还有,整体资源基础、森林采伐、过牧、地方政府的专制、主要灌溉系统崩溃"相反,促进土地利用持续性的主要因子是文化凝聚力、人口增长缓慢与健康的进出口贸易;其他还有资源基础的整体水平与配置、宗教凝聚力、与相邻地区关系多样化、主要的灌溉系统和渠道系统。
这些历史经验与教训,拓宽了土地持续利用评价的思路,为指标选择指示了方向。
5.多重价值与多目标性
景观作为一个由不同土地利用镶嵌组成,具有明显视觉特征的地理实体,兼具经济、生态、社会等多重价值,持续性追求多重价值的优化而不是单价值的最大化。
土地持续利用的目标是协调当代与后代在环境、经济与社会方面利益,同时维持与加强土地（土壤、水与大气）资源的质量。
土地持续利用就是土地利用必须满足不断变化的人类需求（农业、林业与保护）,同时确保土地保持长期的社会、经济与生态功能。
生产性、安全性、保护性,可行性与接受性这5个目标构成了土地持续利用评价的基本框架,是土地持续利用的基本原理与基础。
土地利用持续性评价就是在特定时期,特定地区和特定的土地利用方式下,测定这5个目标能否实现,缺一不可。
土地利用的持续性存在数量差别,即不同土地利用方式达到这5个目标的水平不一样,因而持续性高低也不同。
如果在可预见的一定时期内,总体上满足这些5个目标就可以认为土地利用是持续的。
第二节土地质量指标体系
一、土地质量指标的基本概念
土地质量：
土地的状态或条件（包括土壤、水文和生物特性），及其满足人类需求（包括农林业生产、自然保护以及环境管理）的程度。
土地质量指标：
描述土地质量及其相关的人类活动，描述土地满足人类需求的条件，这些条件的变化，以及相关的人类行为。
按照压力-状态-响应（P-S-R）框架，土地质量指标可分三组：
⏹压力指标：
人类活动对土地资源施加的压力。
⏹状态指标：
土地资源的现状及其时间变化。
⏹响应指标：
各级层次的管理者、决策者和政策制订者对土地压力、土地质量状态及其变化所做出的响应。
二、土地质量指标体系
针对土地侵蚀的土地质量指标
类型
指标
压力指标
没有采取适宜保护措施的坡
状态和影响指标
实际观测或模拟的侵蚀率
表土有机质与营养的流失，表层丢失的土壤剖面
侵蚀现象的范围与强度
响应指标
土壤保护措施的采用程度（单位面积或农场数）
热衷于土壤保护的农民协会的个数
弃耕
针对森林退化的土地质量指标
类型
指标
压力指标
木材生产/森林更新
燃材、家用材和木炭短缺，表现魏价格高
森林的非法采伐
状态和影响指标
国家和集体林的退化，森林调查或定性观察
响应指标
森林保护与管理的群体参与高涨
农林复合经营增多
针对地下水位下降的土地质量指标
类型
指标
压力指标
农场需水量超出地下水储存量
状态和影响指标
在某些地方出现地下水位下降
水井干枯
灌溉不足造成农作物减产的报道
响应指标
水井加深
加强管理，提高水利用率
第三节土地持续利用评价的指标体系
一、生态指标体系
生态持续性：
土地持续利用的基础，通常包括气候条件、土壤条件、水资源、立地条件、生物资源。
指标分类
气候条件：
太阳辐射、温度、降水量、气候灾害
土壤条件：
土壤肥力、土壤结构、土壤污染、土壤侵蚀、土壤退化
水资源：
水资源量水质
立地条件：
地貌特征
生物资源：
动物、植物、生物组成、生物多样性
二、经济指标体系
经济指标主要包括：
经济资源、经济环境、经济态度和综合效益。
三、社会指标体系
社会指标主要包括：
社会政治环境、社会承受能力、社会保障水平和公众参与程度等。
四、环境效应指标体系
环境效应指标体系包括：
主动环境效应和被动环境效应两种类型。
主动环境效应：
指评价区内的土地利用活动所引起的，对评价区以外的环境产生作用。
施肥，灌溉和排水
被动环境效应：
指由于评价区外的活动获条件的变化，引起评价区内土地利用持续性的改变。
建立水坝，采伐森林，城镇和公路建设
五、景观指标体系
景观生态指标包括：
结构、功能、变化与稳定性指标四大类。
第四节土地持续利用评价的方法与过程
土地持续利用评价的对象主要有：
Ø土地利用方式：
由特定的土地利用目的与管理措施组成。
Ø土地利用系统：
由特定的土地利用方式与特定的土地单元组成。
Ø景观或区域：
由土地利用系统空间镶嵌组成。
他们组成了景观或区域土地利用的3级结构。
相应地，土地持续利用评价也主要有3步：
Ø土地利用方式评价：
分析土地利用目的与管理措施的协调性，确定土地利用方式，诊断当地主要的土地利用问题。
Ø土地利用系统评价：
是诊断土地利用方式与土地单元的适宜性，分析土地利用方式和土地单元组成的土地利用系统在时间上的持续性。
Ø景观或区域评价：
分析由土地利用系统组成的景观或区域整体的现状稳定性及将来的持续性。
土地利用方式评价
确定土地利用目的
确定土地管理措施
确定土地利用方式
诊断土地利用问题
土地利用问题
✓土地利用系统不适宜：
不适宜的土地利用系统可以给土地质量带来压力，造成土地退化。
✓土地退化：
土地的生产能力或环境管理潜力下降，即土地质量降低。
✓土地利用政策不健全：
指国家层次上的政策效应及其对农场层次上土地使用者的影响。
土地利用系统评价
土地利用系统的适宜性评价
✓确定土地利用方式
✓分析土地利用方式对土地和环境的要求
✓描述土地评价单元及其土地特征
✓比较土地利用要求和土地特征
✓进行土地效益比较与社会经济分析，提出土地管理和改良的措施
土地利用系统的持续性分析
✓土地本身因素的持续性分析
✓景观单元的持续性分析
✓环境效应分析
持续性评定与调整
Ø如果最后的分析结果是持续的，那么经济环境变化预测与判别
Ø如果最后的分析结果是非持续性，那么进行下述步骤：
✓首先调整土地利用方式
✓然后重新进行持续性分析。
✓最后依次对其他土地利用系统，重复本杰的A和B两步。
景观或区域评价
景观或区域评价是对土地利用系统组成的景观或区域整体，分析其结构、功能、变化、稳定性及环境效应，进行现状稳定性与持续性评价。
第四节景观评价
景观评价是指根据特定的程序、按照景观生态学的有关原理，对景观的现状及可能利用方案、生态功能进行综合评价的过程，主要是对景观功能的综合认识，与以往的土地评价、环境评价等有重要的区别，以往的评价基本上是对生态系统以下水平进行评价，注重景观斑块的性质，而忽视景观过程，至少把景观过程作为景观评价的主要依据。
景观评价是对景观进行科学规划与科学管理之前必须进行的前期工作。
其主要内容包括：
1、现存景观质量状况的评价，包括景观稳定性与敏感性、景观持续性、景观抗性等景观自然属性的评价
2、对景观的利用评价或适宜性评价，包括对景观组成、结构、功能、动态的分析，结合特定的景观功能需求、提出并比较不同规划与管理方案优劣的评价过程。
3、对景观生态功能作用进行评价，并对景观功能进行价值评估，甚至将景观功能货币化。
景观质量评价、景观适宜性评价与景观价值评价，在许多方面都洋剖相通之处，只是评价的目的性有较大的差异。
景观质量评价通过评价景观的健康状况，对景观进行保护和提出建设性的建议；景观应用评价则是通过对景观可能的若干规划方案进行适宜性评估，更多地是为了发展生产的需要；而景观价值评估则是景观资产评估的过程，实质上是对景观质量、景观生产价值进行综合货币化的过程，注重景观价值潜力的转化过程。
通过景观评价，可以对景观状况、景观系统不同局部的敏感性、干扰水平及其干扰状况等级、抗性阈值及其等级分布、生产力水平格局等有一个全面的认识，使景观规划有据可依、有法可循，同时也是景观科学管理的必要基础。
一、景观评价的时空尺度
景观评价严重依赖时空尺度。
在合适的尺度上进行评价是相当重要的，然而景观系统的复杂性及多尺度性使得景观评价变得较为困难。
景观的各种生态过程是景观评价的基础，如景观的稳定性、敏感性、多样性、抗性、完整性等，在不同的时空尺度下可以有不同的评价。
因此景观评价指标的选择必需充分考虑景观属性的尺度效应。
1、空间尺度
主要景观生态过程发生的范围与同步性是景观空间尺度选择的依据，也是该生态过程作为评价指标所适用的空间尺度。
2、时间尺度
时间尺度往往在景观评价中没有得到重视，但时间对于了解景观的发展却相当重要。
通过时间比价，可以帮助我们认识系统的整体性、系统受严重干扰的恢复能力。
时间尺度的长短与空间尺度的大小有相关性。
一般短的时间尺度的生态过程其影响范围小或比较局部。
在景观评价过程中，较高组织水平的评价指标体系应突出较长时间尺度的生态因子。
二、景观评价指标及程序
通过景观评价，应该可以对景观的健康状况、景观稳定性、景观生产力等有定性或定量的认识，在某些情况下，可归结为对景观质量的认识。
1、景观评价的程序
（1）确定待评价景观的空间地理范围及时间跨度
空间范围主要取决于景观生态客体流发生的时空范围。
（2）研究与景观评价相关的景观过程与主要问题
分析并罗列主要生态过程及相应的景观要素链，并通过对生态过程发生的强度和时空范围的分析，对景观进行功能区的划分。
（3）景观评价的指标体系及景观属性分析
景观稳定性评价及稳定性分级，包括稳定性、敏感性分析等。
（4）景观过程的因子分析、阈值分析及等级区划
对影响景观链动态的生态过程及外界条件进行分析，列表各功能区的主导生态因子，特别注意干扰发生的范围及影响。
（5）景观健康、景观适宜性评价及等级区划
综合以上分析结果，对景观嵌块的生产力水平、可利用方案、健康状况进行分析，评价生态债务、并划区分片。
（6）报表及景观评价图的编制
对以上结果进行报表，并编制相应的景观评价图，为政府决策部门进行生态、景观规划等提供依据。
2、景观评价指标
1）生态过程指标
完整性：
是系统的一种综合能力，是指景观系统支撑并维持与区域自然生境相一致的平衡、完整、有适应能力的具有一定物种组成、生物多样性和功能特性的生物群落的能力。
是景观功能的重要体现。
评价景观系统的生物学完整性是一项复杂的工作，作用于生物组织的各级水平的生态学过程具有多维时空尺度，因此需要一系列指标来表征。
破碎度：
是影响景观完整性的一个常见的生态学过程，有大量的资料可以说明这类问题。
景观破碎度的计量可用景观要素的形状、大小、密度、空间格局等多种指标进行量化。
敏感度与稳定性：
敏感度是景观对干扰的响应特征，也是景观的时间特性。
评价景观的稳定性与敏感度特别注意时空尺度，在不同的时空尺度下，景观的敏感度与稳定度的影响因子可能不同。
恢复力与抗性：
是景观稳定的两个重要方面，但这两个方面往往在生态系统中不可兼得。
通过恢复力与抗性的研究，可对系统稳定性进行更深入的分析。
干扰指标：
干扰强度是景观评价的一个重要指标，对景观或景观的不同部分可以分为未受干扰、轻度干扰、中度干扰、严重干扰几个等级。
2）景观格局与动态指标
演替与干扰：
景观要素动态链代表景观的动态特征，而演替发生的速度与方向则与景观的干扰状况密切相关。
土地利用变化：
土地利用格局变化更多的反映了功能链的变化，是景观变化的重要内容，但其规律性较少，在小尺度上主要受人的主观需求影响；但在大尺度上，景观土地利用变化还是有一定规律的，即人类活动受景观资源的支配，尤其市土地生产力水平是决定土地利用变化的重要因素，通过土地利用评价，可以合理指导人类的生产经营活动，是景观适宜性评价的重要内容。
植被格局变化：
在景观变化中一般是宏观的、大尺度的、时间跨度大，往往是景观变化中的慢变量。
但其对景观功能的作用是相当大的，是景观健康的重要参考指标。
土壤性质变化：
土壤的发育过程相当缓慢，但其侵蚀却相当块。
由于景观系统受干扰的不断加剧，景观的土壤性质可能发生严重的变化，而且几乎都有破坏性的恶化过程。
由于土壤是景观系统最重要的物质基础，因此，土壤状况的变化应该成为景观评价的重要指标之一。
其他的指标：
包括各类有关景观组成、结构、功能、动态的景观指数，诸如景观优势程度、邻接度、分维数等景观状态的数量指标。
3）生物指标
关键种评价。
关键种是景观评价的一个重要指标。
区域景观的生物多样性指标。
区域景观的生物多样性指标是景观功能的一个重要方面。
动物行为与资源可利用性评价。
4）其他景观评价标准
景观评价需要研究景观的每一种属性特征。
如镶嵌性评价，包括景观辍块的类型及其空间关系的镶嵌特征的分析。
三、景观评价内容
（一）、景观健康评价
1、景观健康
生态系统健康是环境保护领域新兴的科学，反映生态系统内部秩序和组织的整体状况。
可以以之监测或评估生态系统和景观的状况和质量。
健康景观的一般特征是恢复力、多样性和生产力，这些基本特征决定了景观所提供的自然服务。
由于人类是景观的组成部分而不能脱离景观。
因此景观满足人类需求和愿望的程度用该纳入景观健康的评价之中。
2、景观健康的特征及其评价
提供生态系统商品和服务，以满足现在和将来的需求；景观的外部补贴最小甚至无需提供补贴就能维持生态系统服务的功能；对邻近景观和生态系统没有负面一向或者破会最小化。
景观健康评价的指标体系包括非生物环境指标（如水质、大气状况、土壤理化性质等）、生态学指标（营养循环的变化、能量流动、初级生产力、生物多样性、群落结构、稳定性、抵抗力、恢复力、调节功能、生态系统服务功能等）和社会经济指标（人类健康水平、区域经济的可持续性、技术发展水平、公众环境意识和政府决策等）三大类。
（二）、景观适宜性评价
主要指景观相对于特定生态过程的适宜性水平。
例如对以生物多样性保护为目的的景观适宜性评价，其主要考虑点是生境条件对于物种生存的影响。
当前景观适宜性评价的内容较少，可以借鉴土地适宜性评价的内容。
提出景观适宜性评价的步骤：
1）确定待评价对象的空间和时间范围；
2）收集资料，根据评价目的考虑可能的景观利用类型。
根据评价目的及地区的自然、经济和社会北京确定这些景观规划类型。
3）确定适宜性评价的类别。
选择定量评价还是定性评价，目前适宜性评价还是潜在适宜性评价，应根据评价的目的、范围和深度而定。
如为一般景观规划目的，通常为定性评价；为提出比较具体的建议方案的评价，常用定量评价。
4）适宜度的确定。
根据景观规划方案造成的景观格局变化、对生态系统的影响、环境变化、美学价值、经济社会影响等，确定侯选方案的适宜程度。
5）提交评价结果。
（三）、景观价值评价
景观价值评价试图用货币单位对景观的自然价值与服务功能进行价值评估。
由于景观或生态系统具有不可替代性，对其自然价值的评估往往缺乏充分的说服力，因此价值评估主要通过对景观中生态系统的服务功能的评价来实现。
景观作为一个由不同空间单元镶嵌组成，具有明显视觉特征与功能关系的地理实体，它既是生物的栖息地，更是人类的生存环境，从而具有经济、生态和文化的多重价值。
这种多重价值的评判是一切景观规划和管理的基础。
景观生态学作为一门研究景观空间结构与形态特征对生物活动与人类活动影响的科学，其目的不是研究单一的景观组分（地貌、土壤、植物、动物等），而是强调景观的整体性及其空间异质性；不是去分别寻求景观的经济价值（生物生产力、土地区位等）、生态价值（生物多样性、系统服务等）和文化、美学价值，而是致力于发挥其综合价值。
1、景观价值评价的内涵
景观价值的评价是一个十分复杂的问题，包含着多方面的内容。
一般而言，可以从以下几个方面进行分析。
（1）景观的稀有性
景观外貌形态及其所代表的自然过程的稀有性是重要的景观特征，按其重要性的差别可划分为世界级、国家级和地方级。
如世界自然遗产（worldheritage）标准之一即规定为代表地球演化主要阶段的突出事件或有意义的地貌或自然地理特征；标准之三又规定为包含有超一流的自然现象或不同寻常的自然美和美学重要性的地区；标准之四则规定为对生物多样性就地保护具有最重要和最有意义的自然生境。
某种景观被破坏后可能恢复的时间愈长（年，世纪），则愈为稀有。
依据综合稀有性级别与可能恢复的时间尺度两方面，可对景观独特性价值进行综合判断，划分为低、中、高、最高等级别，如林区火山地貌类景观和温泉类景观即属世界级稀有性景观，其综合价值为最高。
同理，景观的社会文化意义也可以按其影响的范围而区分为地方、区域、国家和国际等级别。
只有地方社区价值的文化景观如教堂、公园、海湾等；具有区域价值的景观如绿色村庄等；具有国家价值的如国家公园、国家风景名胜地等，美国的国家级景观划分非常细，冠以National的就有15种之多；至于具备国际价值的景观则
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