生态工程主要知识点.docx
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生态工程主要知识点
生态工程原理及应用
主要知识点汇总
（2013级环境生态工程专业）
一、课程性质与教学目标
课程性质：
生态工程原理与设计在简洁了解生态学理论的基础上，注重生态工程基本原理与实际应用的结合的方式，重点介绍生态环境的特点以及当前存在的主要问题，阐述了生态系统服务、人为干扰对生态系统的损伤、生态恢复、生态建设及可持续发展理论等，全面论述生态工程的基本理论、研究方法和重要意义。
教学目标：
通过该课程的学习，使学生掌握生态工程的概念，生态工程学的形成过程及发展趋势、研究内容、理论、研究方法及实际应用。
了解受损生态系统变化，掌握生态系统的演替规律以及修复对策，掌握生态工程的原理、目标，生态系统的管理和可持续发展理论，逐步形成系统的生态学思想，并具备分析与解决生态问题的基本能力，可提高学生整体综合素质。
二、教学内容
第一章绪论
主要内容：
第一节生态工程的概念及学科
第二节国内外生态工程特征比较
第三节生态工程研究与实践进展
重点与难点：
1、教学重点生态工程的基本原理
2、教学难点生态工程的系统学和工程学原理
第二章生态工程原理
主要内容：
第一节生态工程的生态学原理
第二节生态工程的经济学原理
第三节生态工程的工程学原理
重点与难点：
1、教学重点生态工程的生态学原理
2、教学难点生态学原理的介绍及应用
第三章生态工程规划与评价
主要内容：
第一节生态工程规划概述
第二节生态工程规划原理
第三节生态工程的评价
重点与难点：
1、教学重点生态工程规划模式设计及模式的分类
2、教学难点生态工程的评价评价原则、内容及方法，生态工程的评价效益分析
第四章生态工程设计与监理
主要内容：
第一节生态工程设计
第二节生态工程的监理
第三节典型生态工程设计案例
重点与难点：
1、教学重点生态工程设计、
2、教学难点典型生态工程设计案例
第五章农业生态工程
主要内容：
第一节农业生态工程概述
第二节农业生态工程的类型及模式
第三节农业生态工程技术
第四节装配农业生态工程
重点与难点：
1、教学重点农业生态工程的应用及发展
2、教学难点农业生态工程的规划
第六章产业生态工程
主要内容：
第一节产业生态学及其应用
第二节清洁生产
第三节经济生态学与产业生态建设
重点与难点：
1、教学重点产业生态学及其应用
2、教学难点经济生态学相关原理及应用
第七章环境生态工程
主要内容：
第一节人类所面临的主要环境问题
第二节环境生态学的概念及研究内容
第三节污染生态工程
第四节湿地生态工程
重点与难点：
1、教学重点污染生态工程和湿地生态工程的原理
2、教学难点环境生态工程在现实中的应用
第八章林业生态工程
主要内容：
第一节林业生态工程概况
第二节林业生态工程原理
第三节林业生态工程规划设计
第四节中国林业生态工程概况
重点与难点：
1、教学重点林业生态工程原理的特性、原则、方法
2、教学难点林业生态工程规划设计实例分析
第九章景观生态工程
主要内容：
第一节景观生态学基本原理
第二节景观生态工程建设
第三节景观退化与景观安全
重点与难点：
1、教学重点景观生态学的基本原理
2、教学难点景观安全的实例分析
第十章城市生态工程
主要内容：
第一节生态城市概论
第二节城市生态系统的结构、功能与特点
第三节生态城市规划
重点与难点：
1、教学重点城市生态系统的结构、功能与特点
2、教学难点生态城市规划的实例分析
教材及参考书
教材：
生态工程原理及应用白晓慧高等教育出版社2008年12月第一版
参考书目：
1、生态工程学（第二版），钦佩，安树青，颜京松，南京：
南京大学工业出版社，2002.
2、生态工程，云正明，北京：
气象工业出版社，1999.
第一章绪论
1、第一生态环境问题：
即原生环境问题，主要指自然界发生的异常变化，包括自然灾害、地方病
第二生态环境问题：
即次生环境问题。
A生态的破坏：
①森林植被破坏②沙漠化③土壤侵蚀④环境地质问题⑤生物物种的消灭。
B环境的污染：
①大气污染②水源与江河水污染③噪声污染④土地污染（废弃物）
2、生态工程：
是应用生态学、经济学有关理论和系统论的方法以生态环境保护与社会经济协调发展为目标，对人工生态系统、人类社会生态环境和资源进行保护、改造、治理、调控和建设的综合工艺技术体系或综合工艺过程。
3、生态工程的应用：
1设计各种生态系统，来代替人工系统或能源密集型系统，从而满足人类需要（如环境工程）；
2恢复受损生态系统，缓解对资源的过度开发（如生态恢复）；
3管理、利用和保护自然资源（如林业生态工程）；
4将人类社会与生态系统紧密结合起来，进行环境治理和环境建没（如景观生态工程、城市生态工程）。
4、环境工程、清洁生产和生态工程的关系
5、生态工程的研究进展
数学模型及新技术应用:
卞有生等建立了留民营的系统分室模型MichaelTrepel等利用地理信息系（GIS）和湿地模型来确定湿地的位置和效果
设计原理的充实和扩展:
Mitsch提出注重生态系统设计和管理王如松等提出了生态工程调控的8项原则Scott提出了生态工程的5项设计原则
多尺度作用的研究:
Tilley研究了城市化程度不同地区的雨水湿地处理模型，研究指出不同尺度上湿地功能有不同的要求。
5、生态工程的实践进展
在西方发达国家和地区，生态工程主要是针对现代农业出现的一系列弊端所采取的替代性措施开始的。
20世纪30年代，西方国家实现了农业生产的机械化、化学化后，使农业劳动生产率、农畜产品的产量大幅度提高。
但是随着时间的推移，进入20世纪60年代以来，这种生产方法带来了许多不可避免的负面影响及累积效应。
中国生态工程自形成至今，历史虽短，但是发展很快，特别是在生产实际的应用中取得了长足的进步，并取得了较大的成绩。
在生态工艺方面初步总结出加环（生产环、增益环、减耗环、复合环和加工环），联结相对独立与平等的一些生态系统为共生网络；调整内部结构，充分利用空间、时间、营养生态位，多层分级利用物质、能量，充分发挥物质生产潜力，减少废物；根据自然、经济（特别是市场）情况，因地制宜地促进良性循环，使破坏的生态系统恢复和重建等方法。
举世瞩目的五大防护林生态工程：
三北防护林体系、太行山绿化工程、海岸带防护林体系、长江中上游防护林体系和农田林网防护林体系，对防风固沙，减少径流，改善保护区内农田小气候，促进农业增产及多种经营，显示了良好的效益。
我国环保生态工程类型也很多样，如湖北鸭儿湖治理有机磷和有机氯农药污染的生态工程，苏州外城河葑门支塘污水资源化生态工程，防治太湖局部水体饮用水源蓝藻的生态工程以及多种多样的城市污水资源化生态工程等。
第二章生态工程原理
1、生态学原理：
生态位原理，限制因子原理，食物链原理，整体效应原理，生物与环境相互适应协同进化原理，效益协调统一原理，物种多样性原理
经济学原理：
可持续发展理论，自然资源价值理论，生态经济理论。
生态与经济协调发展，生态经济系统为研究对象，生态和经济的矛盾要经济生态化
工程学原理：
系统工程理论，整体协调理论，层次结构理论
2、生态位：
生态系统中各种生态因子都具有明显的变化梯度，这种变化梯度中能被某种生物占据利用或适应的部分称为生态位。
又称小生境或生态区位，是一个物种所处的环境以及其本身生活习性的总称。
生态位包括该物种觅食的地点，食物的种类和大小，还有其每日的和季节性的生物节律。
3、相生相克现象：
植物通过向环境释放化学物质，影响周围其他植物的现象。
释放的大部分克生化合物都对他种植物起作用，克生化合物具有选择性、专一性的特点。
研究农作物间、作物与杂草间的相生相克关系，并在农业生态工程中模仿这种行为，以最小的经济投入，获得最大的生态、经济产出。
4、最小因子定律：
植物的生长取决于处于最少量因素的营养元素
耐性定律：
任何生态因子不足或过多，接近或超过了某种生物的耐受限度，该种生物的生存就会受到影响，甚至灭绝。
5、人工食物链在林业生态工程中的应用：
①天敌的放养和招引②提高人工生态系统效益：
林地养鸡③加工价值：
把低价值产品经加工增值、废品合理利用，加工剩余物归于土壤库，减少物质能量损失
6、食物链加环：
根据物质能量通过食物链发生富集以及生物之间相生相克的原理，以人工生物种群来代替自然生物种群，达到废弃物的多级综合利用，增加高能量、高价值的产品生产和抑制能量物质损失的生物工艺过程
生物调控：
用食物链控制湖泊富营养化，控制“水华”。
7、协同进化：
两个相互作用的物种在进化过程中发展的相互适应的共同进化。
生态系统既要求生物适应期生存环境，又同时伴有生物对生存环境的改造，环境和生物的统一。
8、油松人工林的“天然化”，即在人工辅助下使油松林能够克服多样性低、抗逆性低、稳定性差、地力消耗大等缺点，从而接近天然林的过程（奥小平，2001；王国祥，2012），主要措施有：
第一，建议参照油松天然林的生境种植油松人工林，即可将油松种植于天然散生的油松疏林中；
第二，加强封山育林，从而提高人工林的成活率，进而增加群落的物种多样性与稳定性；
第三，合理分类经营管理。
现有油松人工林在发挥防护效益的同时，宜按不同立地类型确定不同的培育目标，进行分类经营。
如根据立地生产力水平的差异，将太行山西侧油松人工林分为4个立地类型组。
7、生态经济理论
生态经济学是以生态经济系统为对象，研究社会再生产过程中，经济系统与生态系统之间物质循环、能量转化和价值增值规律及其应用的科学。
生态经济学是一门新兴的经济科学，它由生态学和经济学交叉渗透形成。
进入20世纪60年代末，生态与经济不协调的问题已经愈来愈明显，向人们提出了必须改变人类社会中长期以来不可持续发展经济的模式，转向采取可持续发展经济的模式。
随着生态与经济矛盾的日益尖锐化，在世界范围内同时也出现了一个日益明显的“经济生态化”发展趋势。
人们遵循自然规律与经济规律，科学地组织经济活动，根据资源承载力和环境容量进行适度的经济活动，实现对自然资源合理的开发利用，获得较高的经济效益，同时对资源再生和环境保护投入日益增多的资金，使资源不断更新以满足经济发展对资源日益增长的需求，使污染物的治理量不断增大，污染物的积累量小于环境容量，又获得较好的资源效益和环境效益。
资源、环境状况的改善又促进社会经济发展，进而获得良好的社会效益。
8、生态工程学原理
生态工程是应用生态系统中物种共生、物质循环再生、结构与功能协调原则，结合系统工程的最优化方法，设计分层多级利用的生产工艺系统。
生态工程学是研究生态工程技术原理及装配设计和维护生态工艺系统的应用生态学分支。
人工生态系统的建造和调控是生态工程的主要目的所在。
对于所面对的生态系统中的环境问题，需要通过设计、建造人工生态系统才能加以解决。
系统工程是一门新兴的高度综合的科学。
它从系统的观点出发，跨学科地考虑问题，运用现代科学和技术的方法去研究和解决各种系统的问题。
系统工程也是一种组织管理的科学方法，它把所研究的对象看成一个系统，解决如何对系统进行规划、治理、组织和管理，使之获得最佳效益。
整体协调理论：
一个系统既然是一个有机整体，它本身必须具备自然或人为划定的明显边界，边界内的功能具有明确的相对独立性。
生态工程实施中必须把环境与生物进行充分协调与选择，从而构成一个和谐而高效的人工系统。
层次结构理论：
作为一个稳定高效的系统必然是一个和谐的整体，各组分之间必须有适当的比例关系和明显的分工和协调，只有这样才能使得系统顺利完成能量、物质、信息、价值的转换和流通。
因此，当系统中某个组分发生量的变化后，必然影响其他组分的反应，最终影响整体系统。
生态工程设计和建造过程中，一个重要任务就是如何通过整体结构而实现人工生态系统的高效功能。
第三章生态工程规划与评价
1、生态工程规划：
以社会-经济-自然复合生态系统为规划对象，应用生态学原理、方法和系统科学的手段，去辨识、设计和模拟人工生态系统内的各种生态关系，确定最佳生态位，并突出人与环境协调的优化方案的规划。
内涵：
以人为本，追求人与自然的和谐；以资源环境承载力为前提；规划标准从量到序；规划目标从优到适
2、生态工程规划的基本特征、原则和内容
（1）生态工程规划的基本特征
综合性：
即规划对象是某一区域内所有的生态环境要素、社会经济要素、技术要素综合作用而形成的生态经济地域综合体，在重视区域经济发展的前提下，综合考虑生态、经济、社会复合系统的结构优化和强化功能。
协调性：
即在规划中必须使区域的经济、社会和生态效益始终相协调。
战略性：
即生态规划应是一个高度概括性的生态经济战略思想。
区域性：
即由于不同的自然、经济条件和社会基础，规划中的战略布局发展方向、规划重点和建设步骤都要有鲜明的地域性。
实用性：
即生态规划作为区域规划的重要组成部分，应当成为区域决策部门的宏观决策依据，因此必须有很强的实用价值和可操作性。
（2）生态工程规划的原则
a.经济建设、城乡建设和生态工程同步原则。
经济建设、城乡建设、生态工程同步规划、同步实施和同步发展，实施经济效益、社会效益和环境效益的统一，促进经济、社会和环境持续、协调地发展。
b.系统原则。
生态工程规划的对象是一个综合体，用系统论方法进行生态工程规划具有更强的实用性。
c.可持续发展原则。
在规划中要体现可持续发展原则。
即不仅要治理、改善生态环境，而且要通过治理环境，促进经济、社会的持续发展，达到生态可持续、经济可持续、社会可持续三者的协调统一。
d.因地制宜、因害设防、分类指导、分区突破原则。
生态工程涉及的内容多，项目复杂，规划一定要根据某一地区的生态环境现状和存在的问题，因地制宜地提出适合当地生态环境治理的科学模式。
e.整体优化原则。
生态工程规划应把某一地区作为一个完整的系统进行规划，即不仅要考虑其自然环境，而且要综合体现社会经济环境因素。
f.统筹兼顾、分步实施、先易后难、先急后缓原则。
规划要认真贯彻国家的生态工程建设方针政策，正确处理治理与开发、整体与局部、近期与远期、经济效益与社会效益、生态效益等各种关系。
（3）生态工程规划的主要内容
生态工程规划是环境规划的一个重要方面，其内容主要有：
水资源利用规划、土地利用规划、流域治理规划、防沙治沙规划、林业生态工程规划、草原保护规划、自然保护区规划以及土地整理与复垦规划等。
3、生态工程规划的目的、任务及类型
生态工程规划的基本目的就是在区域规划的基础上，通过对某一区域生态环境和自然资源条件的全面调查、分析与评价，以环境容量和承载力为依据，把区域内生态建设、环境保护、自然资源的合理利用以及区域社会经济发展与城乡建设有机地结合起来，培育蓝天最终实现区域经济效益、社会效益、生态效益高度统一的可持续发展。
生态工程规划的基本任务是探索不同层次生态系统发展的动力学机制和控制论方法，辨识系统中局部与整体、眼前与长远、环境与发展、人与自然的矛盾冲突关系，寻找调和这些矛盾的技术手段、规划方法、管理工具。
生态工程规划的类型：
（1）按规划期划分。
按规划期可分为长期生态工程规划、中期生态工程规划以及年度生态工程建设规划。
（2）按性质划分。
生态工程规划从性质上分，有土地利用规划、水资源利用规划、水土保持工程规划、林业生态工程规划、防沙治沙规划、生态农业工程规划、草地保护与建设规划、自然保护区规划及土地整理与复垦规划。
（3）按人工化程度划分。
按照人工化的程度可将生态工程规划分为自然保护和生态建设两类。
自然保护规划指采用行政、技术、经济和法律等各种手段，对自然环境和自然资源实行保护。
生态建设规划主要是对受人为活动干扰和破坏的包括水生和陆生生态系统在内的生态系统进行生态恢复和重建。
（4）按保护规模划分。
大尺度往往是指大流域或跨流域的大区域性的破坏和保护，面积在几百万平方千米。
中尺度往往是流域内、省内、地区间或地区内的某项保护工程，面积在几万平方千米。
小尺度往往是县域内的、小的自然保护区。
4、原理：
人地关系协调理论；可持续发展理论；生态系统理论；空间结构理论。
5、生态工程规划的内涵
（1）以人为本。
生态工程规划强调从人的生活、生产活动与自然环境和自然生态过程的关系出发，追求系统总体关系的和谐，各部门、各层次之问的和谐，人与自然的和谐。
（2）以资源环境承载力为前提。
生态工程规划强调系统的发展应立足于当地的资源环境承载力，要求充分了解系统内部资源与自然环境特征及其环境容量，了解自然生态过程的特征与人类活动的关系，在此基础上确定科学合理的资源开发利用规模和人类社会经济活动的强度和空间布局。
（3）规划标准从量到序。
生态工程规划特别注重系统的可持续发展，在规划中强调对生态过程和关系的调节，以及系统复合生态序的诱导，而非单纯的系统组分数量的多少。
（4）规划目标从优到适。
传统规划多基于数学方法和物理系统，但由于区域是以人为中心的复合生态系统，不同于简单的物理系统，当用该方法进行规划时，往往要基于许多假设得出“最优规划”，其规划结果在实践中很难实现。
生态工程规划则不同，它是基于一种生态思维方式，强调系统思想、共生思维和演替思想，注重系统过程，采用进化式的动态规划，引导一种实现可持续发展的进化过程。
系统思想强调系统是一个功能整体，而不是简单组分的集合，因而规划的核心是对系统整体功能的调节，而不是每一个组分细节关系。
6、生态工程规划的作用
（1）保障生态工程活动纳入国民经济和社会发展计划。
生态工程建设是我国经济生活中的重要组成部分，它与经济、社会活动有密切联系，必须将生态建设活动纳入国民经济和社会发展计划之中，进行综合平衡，才能顺利进行。
（2）体现了生态环境保护以预防为主方针的落实。
我国生态环境保护工作必须坚持一个基本方针，即“预防为主，防治结合的方针”。
另外，“三同时”（同时设计、同时施工、同时投产），“生态环境影响评价”等制度也都体现了预防为主的方针。
（3）各级政府和生态环境保护部门开展生态环境保护工作，进行有效的生态环境管理的重要依据。
生态工程规划制定的功能区划、质量目标、控制指标和各种措施以及工程项目，给人们提供了生态环境保护工作的方向和要求，可以指导生态环境建设和生态环境管理活动的开展，对有效实现生态环境科学管理起着决定性的作用。
（4）为国家制定国民经济和社会发展规划、国土规划、区域经济社会发展规划及城市总体规划提供科学依据。
生态工程规划的正确与否关系到是否能遏制区域生态恶化趋势，是否改善生态环境现状，是否使地区经济、生态、社会步人良性循环的轨道，因此各级人民政府应当将生态工程规划确定的任务，纳入国民经济和社会计划，安排专项资金，组织实施。
7、生态工程的评价
（1）生态工程评价的原则
生态工程的评价指标体系一般分为三层：
第一层为综合效益；第二层为经济效益、生态效益、社会效益；第三层为各种具体指标。
生态工程评价的原则包括：
因地制宜原则、整体性原则、重点与全面相结合的原则、可比性原则、实用性原则、定量与定性相结合原则。
（2）生态工程评价内容
生态工程建设评价内容主要包括结构评价、功能评价和效益评价。
系统的结构决定功能，进而决定系统所达到的效益高低。
（3）生态工程评价方法
层次分析法（Theanalytichierarchyprocess）简称AHP，在20世纪70年代中期由美国运筹学家托马斯·塞蒂（T.L.Saaty）正式提出。
它是一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析方法。
第四章生态工程设计与监理
1、生态工程设计原则：
（1）因地制宜原则：
紧紧围绕当地的自然、社会、经济条件进行生态工程设计
（2）生态学原则：
①适当输入辅助能的原则。
主要能源是太阳能
②再生循环及商品生产原则
③生物多样性原则。
充分利用各类生态位和多层分级利用物质
④环境时间节律与生物机能节律原则。
合理利用不同生物的机能节律，与当地环境节律配合
⑤生物种群选择原则。
根据生态工程建设的主要目的和所处的自然环境特征来选择
⑥种群匹配原则。
选择匹配次要种群，建造复合群体，形成互惠共存的群落
⑦人工压缩演替周期原则
⑧种群置换原则。
既具有自然生态系统的物种多样性又具有较高的经济效益
⑨经济效益原则
2、生态工程设计基本程序：
①拟定目标：
社会、经济、生态②背景调查：
自然资源条件，社会经济条件，生态环境条件，数据整理③系统分析：
构建数学模型④可行性评价
3、生态工程设计的技术路线：
①建立互利共生网络：
提高效率，促进物质的良性循环
②延长食物链：
增加环节，提高物质能量利用率。
有生产环、增益环、减耗环、复合环、加工环
4、生产环：
所加入的环，可使非经济产品或废物（或部分用非经济产品与废物）直接生产出为人利用的经济产品增益环：
所加之环，虽不能直接生产出商品，但有利于生态环境的改善或间接提高生产环效益。
如凤眼莲处理有机废水
减耗环：
在食物链中，有的环节只能是消耗者或破坏者，称为损耗环，为抑制损耗环对物质和能量的过度消耗，在损耗环上增加一新环节，使之抑制和削弱损耗环的作用。
如天敌的引入。
复合环：
所加之环，往往起到各环的多种功能。
如农林生态系统中引入蜜蜂
加工环：
物理、化学过程，不是生物学过程，不属于食物链网的范畴，但对经济效益，生态环境及社会效益有很大影响。
加工增值；减少对环境的影响
5、工程监理基础
建设工程监理的概念：
所谓建设工程监理是指具有相应资质的工程监理企业接受建设单位的依托，承担其项目管理工作，并代表建设单位对承建单位的建设行为进行监督管理的专业化服务活动。
建设监理的范围，按照工程覆盖范围的监理范围，建设监理应该覆盖建设工程的项目，也就是所有建设工程项目都必须接受政府的监理；按照工程项目建设阶段的监理范围，一个工程项目建设中包含建设项目准备阶段，项目实施准备阶段，项目实施和项目验收等阶段。
建设监理的任务：
投资控制、进度控制、质量控制、合同管理、信息管理以及对工程建设中出现的各种矛盾和问题进行协调。
6、生态工程监理的特点
生态工程监理的特点：
①点多面广，受季节和农事活动影响大，例如植树造林
②生态环境建设的参与施工者，绝大多数为当地农民，虽然有责任心，但缺乏技术，没有工程管理经验，不专业切一年一换
③有些工程作业设计滞后，给工程质量、工期控制带来困难
5态工程建设是一项跨行业、跨地区、多学科的系统工程
7、生态工程监理内容
（1）加强监理资质管理是实施监理制的基础
（2）施工阶段是实施监理制的重点
a.质量控制
b.工期控制
c.投资控制
（3）逐步实行全过程监理
a.项目建设前期阶段
b.项目实施阶段
第五章农业生态工程
1、农业生态系统：
人们运用生态学原理和系统工程方法，利用农业生物与环境之间，以及生物种群之间相互作用建立起来的，按社会需求进行物质生产的有机整体，是一种被人类驯化、较大程度上受人为控制的自然生态系统。
2、农业生态系统的结构：
农业生态系统组分在空间、时间上的配置及组分间的能流、物流顺序关系。
组分结构：
农业生物的组成结构及农业生物种群结构。
空间结构：
水平结构和垂直结构
时间结构：
生物种类的生长发育进程与环境资源节律变化的吻合状态
营养结构：
生物间通过营养关系联结起来的联系方式。
主要指食物链结构和食物网结构。
3、农业生态工程：
有效地运用生态系统中生物物种充分利用空间和资源的生物种群共生原理，多种成份相互协调和促进的功能原理，以及物质和能量多层次、多途径利用和转化的原理，而建立的合理利用自然资源、保持生态稳定和持续高效功能的农业生态系统。
原理：
①使不同种的生物群体在有限的空间内各得其所，充分利用有限的物质与能量的生物共生原理。
②多层结构，充分挖掘生产潜力的物质循环再生原理。
③包括食物链的富集与转换作用的多种成分相互协调的功能原理。
④生物与环境相互适应原理。
基本原则：
整体性原则；层次性原则；因地制宜原则；科技先导原则；可持续性原则；市场协调原则
4、农业生产面临的生态问题：
①资源匮乏，
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