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1、第六章 土地資源人口承載力,1、概述 2、土地資源人口承載力研究概況 3、土地資源人口承載力的研究方法 4、土地生產(chǎn)潛力的測算 5、土地資源人口承載力的計算 6、糧食安全與耕地保護(hù) 7、土地資源人口承載力研究的發(fā)展趨勢,6.1 概述,土地人口承載潛力,是,即,在一定的區(qū)域范圍內(nèi),根據(jù)其土地資源的自然生產(chǎn)潛力,用不同的投入(物質(zhì)的、技術(shù)的)水平所能生產(chǎn)的食物總量,可以供養(yǎng)一定生活水平的人口數(shù)量。,單位面積土地人口承載潛力,指在一定條件下,單位面積土地的生產(chǎn)潛力與一定生活水平下的人均消費標(biāo)準(zhǔn)之比。,在一定生產(chǎn)條件下,土地資源的生產(chǎn)力和一定生活水平下所承載的人口限度,1 、土地承載力的四個要素:,生
2、產(chǎn)條件,決定,土地生產(chǎn)力,正比,土地承載人口的限度,反比,被承載人口的生活水平,因此:影響土地人口承載潛力( PSCL )的因素為單位面積的生產(chǎn)潛力、土地面積和平均人口的基本糧食需求。,PSCL=P(e)A/N,P(e)單位面積的生產(chǎn)潛力;A土地面積; N平均人口的基本糧食需求。,2、土地承載力研究的四個必要前提:,土地能夠生產(chǎn)出人類賴以生存的食物; 土地具有生物生產(chǎn)力,并且不同類型的土地其生產(chǎn)力不同,相同類型的土地生產(chǎn)不同生物產(chǎn)品的能力也不同; 在一定生產(chǎn)條件下,土地生產(chǎn)力是有限的; 不同社會文化背景的人口,其食物結(jié)構(gòu)及生活方式不同,對土地的需求利用不同,但對最低熱量和蛋白質(zhì)的生理需求是一致
3、的,并且是可比的。,3、土地資源人口承載力研究的目的、意義,查明不同的投入水平下土地的潛在人口承載能力; 確定和預(yù)測區(qū)域性糧食安全; 為合理的農(nóng)業(yè)政策和人口政策、指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)、編制國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、加強(qiáng)土地管理、合理利用土地、保證土地資源的可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。,目 的,意義:,進(jìn)行土地人口承載力研究,測算出區(qū)域內(nèi)不同 消費水平下所能持續(xù)供養(yǎng)的人口數(shù)量,對指導(dǎo)農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)、編制國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、加強(qiáng)土地管理、合理利用土地、保證土地資源的可持續(xù)利用都具有重要意義。,6.2 土地資源人口承載力研究概況,(1)國外土地承載力研究可以簡單地劃分為兩個階段,A)前期(1970年以前)
4、的土地承載力研究:大多是生態(tài)學(xué)上承載力定義的直接延伸,較有影響的研究當(dāng)推威廉福格特的生存之路和威廉阿倫的計算方法。,威廉福格特的生存之路,論據(jù),CB:E,于1948年出版后,曾多次再版。用作者的話說,撰著此書是因為世界人口激增造成了人口過剩,全球及各國人口的數(shù)量已超越其土地負(fù)載能力。,式中:C代表土地負(fù)載能力(土地能夠供養(yǎng)的人口數(shù)量); B代表土地可以提供的食物產(chǎn)量; E代表環(huán)境阻力(環(huán)境對土地生產(chǎn)能力所加的限制)。,福格特斷言:地球上土地的負(fù)載能力已達(dá)極限,耕地太少,已容納不了現(xiàn)存的世界人口數(shù)量。,英國的威廉阿倫的土地資源人口承載力研究,在1965年提出了以糧食為標(biāo)志的土地資源人口承載力計算
5、公式。其目的是計算出某個地區(qū)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所提供的糧食能夠養(yǎng)活多少人口,或者說給出承載人口的上限。,主要考慮總土地面積、耕地面積和耕作要素等,它不考慮人口對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的反饋作用, 因此只能作粗略估計。,B)后期(1970年以來)的土地資源人口承載力研究: 20世紀(jì)60年代以來,較具影響的研究有3個,澳大利亞的土地承載力研究,發(fā)展中國家土地的潛在人口承載能力 研 究,資源承載力研究的ECCO模型,發(fā)展中國家土地的潛在人口承載能力 研 究,聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)與教科文組織(UNESCO)在19711981年間,合作完成并出版了全套世界土壤圖(1978年)。同時,糧農(nóng)組織還制定了土地評價綱要,提出
6、土地評價原則。在此基礎(chǔ)上糧農(nóng)組織嘗試把評價原則應(yīng)用于世界土壤圖,以估算發(fā)展中國家適合于生產(chǎn)各種特定作物的土地資源數(shù)量,這就可以評估作物產(chǎn)量和投入水平。,這是一種綜合探討農(nóng)業(yè)規(guī)劃和人口發(fā)展的方法,它將氣候生產(chǎn)潛力和土壤生產(chǎn)潛力相結(jié)合,來反映土地用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際潛力,并考慮了對土地的投人水平和社會經(jīng)濟(jì)條件,對人口、資源和發(fā)展之間的關(guān)系進(jìn)行了定量評價。指出不同的土地利用方式(投人水平)下,可以有不同的人口承載量。,資源承載力研究的ECCO模型,提高承載力的策略模型 Enhancement of Carrying Capacity Options,20世紀(jì)80年代初,在聯(lián)合國教科文組織的資助下,EC
7、CO模型開始設(shè)計,并在非洲試運行。它是由英國科學(xué)家斯萊瑟教授提出的一種承載力估算的綜合資源計量技術(shù),它采用系統(tǒng)動力學(xué)方法,綜合考慮人口、資源、環(huán)境與發(fā)展之間的關(guān)系,可以模擬不同發(fā)展策略下,人口變化與承載力之間的動態(tài)變化。,澳大利亞1973年采用多目標(biāo)決策分析法,從各種資源對人口的限制角度出發(fā),討論了土地承載力,提出了若發(fā)展勞動密集型農(nóng)業(yè),充分利用一切土地資源,低生活水平條件下,能養(yǎng)活2億人;若讓每個人都生活在高于當(dāng)時中等以上水平,能養(yǎng)活的人口將不超過1200萬人。,澳大利亞的土地承載力研究,(2)國內(nèi)土地資源承載力的研究,土地資源的人口承載能力問題在我國也受到廣泛的關(guān)注。全國農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會于1
8、986年9月委托中國科學(xué)院自然資源綜合考察委員會主持“中國土地資源生產(chǎn)能力及人口承載量研究”項目,在此項目的帶動下,國內(nèi)眾多學(xué)者紛紛開展不同區(qū)域不同層次的土地資源人口承載力研究,最有影響的當(dāng)推中國土地資源生產(chǎn)能力及人口承載量研究。,6.3 土地資源人口承載力的研究方法,從土地資源承載力與土地生產(chǎn)力的關(guān)系出發(fā),可以認(rèn)為土地資源承載力的核心就是土地生產(chǎn)力。,1、農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法的內(nèi)涵(AEZ法),按比例尺,通過氣候圖、土壤圖、地形圖、水文圖和土地利用現(xiàn)狀圖件的疊加或借助于地理信息系統(tǒng)軟件完成。,劃分為,土地,人口承載力,取決于,農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)內(nèi)的自然生產(chǎn)潛力、灌溉條件、投入水平和人均糧食消耗。,生產(chǎn)條件、
9、氣候、土壤、地形、水文等相對一致,作物種類與種植制度相似,自然生產(chǎn)潛力相似。,特征,農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)(單元),土地評價單元和制圖單元,2、農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法的步驟(AEZ法),土地資源清查,包括,氣候資源、土壤資源、土地數(shù)量、作物種植制度、土地利用現(xiàn)狀等。,劃分農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū),包括,光溫土生態(tài)區(qū)圖和光溫水土生態(tài)區(qū)圖,由氣候圖、土壤圖、地貌圖和行政界線圖手工或計算機(jī)軟件疊加,或用地理信息系統(tǒng)軟件在計算機(jī)上生成。,計算生態(tài)區(qū)的生產(chǎn)力,在農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)圖的基礎(chǔ)上,疊加作物種類與種植制度分區(qū)圖,以便匹配、修正與計算出兩個生態(tài)區(qū)圖的某個生態(tài)單元的作物產(chǎn)量,即光溫生產(chǎn)力(灌溉農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力)與光溫水生產(chǎn)力(旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力)。,統(tǒng)
10、計出每個行政區(qū)內(nèi)的土地生產(chǎn)力,在光溫土生態(tài)區(qū)圖與光溫水土生態(tài)區(qū)圖及其生產(chǎn)力計算的基礎(chǔ)上,分別疊加耕地資源調(diào)查圖,一方面是在生態(tài)區(qū)圖中輸入了行政區(qū)的內(nèi)容,另一方面是在每個基礎(chǔ)行政區(qū)內(nèi),根據(jù)其灌溉地(水澆地、水田)、非灌溉地(旱地)、草地、水域等的面積統(tǒng)計,以及相應(yīng)生態(tài)單元的匹配而計算出耕地、草地、水域等的土地生產(chǎn)力,最后可以統(tǒng)計出每一個行政區(qū)的土地生產(chǎn)力。,確定投入水平,進(jìn)一步考慮經(jīng)濟(jì)投人的水平,使土地生產(chǎn)潛力的計算與一定的社會經(jīng)濟(jì)條件緊密聯(lián)系。,計算一定行政區(qū)內(nèi)的土地人口 承 載 力,按人均(含不同年齡、性別、不同工種)統(tǒng)計每人每年所需熱量、蛋白質(zhì)折合為平均糧食量,并按一定行政區(qū)內(nèi)的土地生產(chǎn)潛
11、力,并通過投入水平系數(shù)修正來計算所能承載的人口數(shù)量。,土地數(shù)量清查,主要是對土地利用類型和面積的調(diào)查與核實。土地利用類型包括:耕地、園地、林地、牧草地、居民點及工礦用地、交通用地、水域和未利用土地八大類,可通過土地利用現(xiàn)狀調(diào)查來進(jìn)行土地數(shù)量清查工作。,氣候清查,氣候調(diào)查有三個目的,即為了劃分農(nóng)業(yè)生態(tài)單元;為了進(jìn)行農(nóng)作物的氣候適宜性評價;為了計算最大潛力產(chǎn)量和氣候產(chǎn)量。主要調(diào)查熱量、溫度和水分條件。,土壤清查,是在土壤普查的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。根據(jù)土壤普查的結(jié)果和近年來土壤變化情況進(jìn)行修正,歸納出各土壤類型的土壤理化性質(zhì)、肥料水平、生產(chǎn)性能等因素。同時對地形地貌、地下水位、農(nóng)田建筑等自然和人為因素進(jìn)行
12、清查。,3、農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法的特點及應(yīng)用中需注意的問題,(1)農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法的特點,農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法方法先進(jìn),結(jié)果比較準(zhǔn)確 該法比較全面系統(tǒng)地考慮到了影響土地資源生產(chǎn)力的各個方面 ,及人均消費的合理標(biāo)準(zhǔn)。同時其土地生產(chǎn)力的計算方法,采用了比較先進(jìn)的作物生長動態(tài)模擬模型,通過作物的生長環(huán)境計算產(chǎn)量,結(jié)果能夠與實際情況較好地吻合。,農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法機(jī)制合理、思路嚴(yán)謹(jǐn);,農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法簡便易行,可操作性強(qiáng) 。,(2)農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法在應(yīng)用中需注意的問題,農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法所需的有關(guān)參數(shù)要根據(jù)實際情況修訂; 我國目前的土地資源評價結(jié)果不能滿足土地資源承載力研究的要求; 投入水平只是生產(chǎn)條件的標(biāo)志,而不同于一般意義上試驗田式的投
13、人產(chǎn)出。,6.4 土地生產(chǎn)潛力的估算,1、土地資源生產(chǎn)潛力的層次,光合生產(chǎn)潛力,作物的光合潛力是在假設(shè)各種環(huán)境因素均處于最適宜條件下,高光合效能作用組成的群體所能產(chǎn)生的生物量(干物質(zhì)),即僅把光照作為惟一的考察因素,而假設(shè)其他因素都不起任何限制作用。,光溫生產(chǎn)潛力,是土地生產(chǎn)潛力的上限,需要在光合生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上進(jìn)行溫度衰減,即乘以溫度訂正系數(shù),得到光溫生產(chǎn)潛力。,光溫水生產(chǎn)潛力 (氣候生產(chǎn)潛力),光溫生產(chǎn)潛力進(jìn)行水分衰減,乘以水分訂正系數(shù),得到光溫水生產(chǎn)潛力,2、土地資源生產(chǎn)潛力的計算方法,(1)試 驗 法 根據(jù)某一作物生長發(fā)育的生理需求,人為地創(chuàng)造作物生長的最佳環(huán)境,通過田間實際栽培,來取
14、得作物最高產(chǎn)量;再通過對該地區(qū)土地生態(tài)條件(包括輻射平衡、熱量平衡、水分平衡、養(yǎng)分平衡等)的定位觀測,研究各種因素對作物產(chǎn)量的影響,推算出一定地區(qū)土地的生產(chǎn)潛力。,(2)典型調(diào)查分析,是通過廣泛的社會經(jīng)濟(jì)調(diào)查和自然綜合考察,發(fā)現(xiàn)土地高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)典型,以此作為參照系,來計算作物的生產(chǎn)潛力。,(3)機(jī)制法,即根據(jù)作物生產(chǎn)力形成的機(jī)理,考慮光、溫、水、土等生態(tài)因子及作物截光持征和光合途徑的綜合作用來估算作物生產(chǎn)潛力。它一般根據(jù)作物將自然界和人工投入的能源轉(zhuǎn)化為化學(xué)潛能的層次,進(jìn)行逐步“衰減”計算,3、 土地生產(chǎn)潛力的計算,(1)光溫潛力(PT Y或P)的計算,A)統(tǒng)計型模型: 該模型是一種通過廣泛布點,
15、反復(fù)采樣,用數(shù)理統(tǒng)計方法,建立起給定區(qū)域生物生產(chǎn)力與某一自然因子的相關(guān)統(tǒng)計模型,被用來粗略計算區(qū)域總的第一性生物生產(chǎn)力或?qū)^(qū)域內(nèi)某種作物生產(chǎn)力進(jìn)行估計,稱作生物生產(chǎn)力的統(tǒng)計模型,適用于全球范圍綜合的生物生產(chǎn)量的估算。代表模型有邁阿密模型和桑斯維特紀(jì)念模型。,用降水量和平均溫度估算生物產(chǎn)量的邁阿密模型(miamimodel):,或,式中:y生物生產(chǎn)量(gm2y) t年平均溫度() p年降水量(mm)。,計算同一地點的資料,會出現(xiàn)不同的數(shù)值。根據(jù)Liebig 定律,最小量因子制約生產(chǎn)水平,因此要選用生產(chǎn)力數(shù)值中最低的值。,用實際蒸散量估算生物生產(chǎn)力的桑斯韋特紀(jì)念模型即(蒙特利爾模型),式中: P生
16、物生產(chǎn)量(gm2y) E年平均實際蒸散量(mm) e自然對數(shù)的底。,B)機(jī)理型模型: 是按一定生物生理、生態(tài)機(jī)理建立的生物干物質(zhì)積累動態(tài)模型,由于以實驗手段獲取各種與生物干物質(zhì)形成有關(guān)的生理和物理參數(shù),其要求的參數(shù)多,測定較為復(fù)雜,因此,適用于小范圍的估算某些或某種作物產(chǎn)量的數(shù)學(xué)模型。,瓦赫寧根(Wageningen)方法:,該法主要適用于估算小麥、玉米、高粱、苜蓿等作物的產(chǎn)量。,式中:,yo標(biāo)準(zhǔn)作物干物質(zhì)產(chǎn)量毛重(Kghm2d); F白日的陰天部分(小數(shù)); yc給定地區(qū)的全天陰天時的標(biāo)準(zhǔn)作物下物質(zhì)產(chǎn)量毛重( Kghm2d ), ye給定地區(qū)的全晴天時的標(biāo)準(zhǔn)作物干物質(zhì)的毛重; Rse植彼地面
17、在晴天里吸收的短波幅射最大值 (卡/cm2d); Rs植被地面實際吸收的短波幅射值(卡cm2d); ETM生育期內(nèi)日平均最大蒸散量(mm/d) CT溫度訂正系數(shù); CH經(jīng)濟(jì)系數(shù);G為生長期(天);Y為光溫生產(chǎn)潛力,其中:,其基本思路與瓦赫寧根法相同,但比其適用的作物面廣,是求算生產(chǎn)潛力應(yīng)用最廣泛的方法,農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法,當(dāng)ym20時,當(dāng)ym20時,式中:Y為光溫潛力(千克公頃); ym為一定溫度下的干物質(zhì)生產(chǎn)率(千克公頃.小時); CL為葉面積訂正系數(shù); CN為干物質(zhì)產(chǎn)量訂正系數(shù); 其他符號表征意義與瓦赫寧根法公式相同。,C)混合模型:,綜合生物生產(chǎn)光溫潛力計算的公式(國內(nèi)提出):,式中:Y為光
18、溫生產(chǎn)潛力(0.5千克畝);n為無霜期(天);Q為太陽總輻射(4.18焦耳厘米2)。,或:,式中: Y為光溫生產(chǎn)潛力(0.5千克畝); q為呼吸作用率(溫度t時呼吸損失光合產(chǎn)物的百分?jǐn)?shù)); Pt為相對光合速率(Pt0.492t-6.610-4t2, t為氣溫(); Q為太陽總輻射。,光合生產(chǎn)潛力加溫度訂正法,PT= NPP*Pt,(2)氣候生產(chǎn)潛力(Pw)的計算,作物生產(chǎn)與水分的關(guān)系是確定氣候生產(chǎn)潛力的關(guān)鍵。, 根據(jù)降水量(R )、蒸發(fā)力(E)和 徑流量(F)確定 。,計算時段內(nèi)作物耗水量與需水量的比率或其因數(shù)來確定。,其中,式中:R為作物全生育期內(nèi)的降水量;,E為作物需水量;,Cg為降水截流
19、系數(shù);,為局地坡度對截流系數(shù)訂正項;,為局地植被對截流系數(shù)的訂正項;,a為全地域植被的平均截流系數(shù);,為某一植被類型的截流系數(shù);,b為降水強(qiáng)度訂正系數(shù);c為某地的年平均徑流系數(shù)。,作物實際耗水量和農(nóng)田可能蒸散量確定,聯(lián)合國糧農(nóng)組織提出的計算方法(常用):,f(w)W1Ky(1ETaETm),式中:Ky為產(chǎn)量反應(yīng)系數(shù),ETm為最大蒸散量,即供水充足條件下作物的最大蒸散量,ETa為實際蒸散量(需要在既無徑流又無地下滲漏的情況下才能實現(xiàn))。,氣候生產(chǎn)潛力,PwPTW,式中: ES為作物實際耗水量; ET為農(nóng)田可能蒸散量。,(3)土地生產(chǎn)潛力(氣候土壤生產(chǎn)潛力)的計算,土壤有效系數(shù)的確定成為土地生產(chǎn)潛
20、力計算的關(guān)鍵。,土壤有效系數(shù)的確定,是以土壤或土地質(zhì)量評價為基礎(chǔ),土地(或土壤)的質(zhì)量等級越高,則其限制性越小,土地有效系數(shù)也就越大。反之則土壤有效系數(shù)越小。,我國學(xué)者對土壤有效系數(shù)的確定,多是設(shè)理想土壤狀態(tài),其土壤有效系數(shù)為1,然后根據(jù)土壤的實際情況與理想土壤的差距,具體賦值,用數(shù)學(xué)公式表示為:,式中: TL為理想土壤狀態(tài)肥力特征值; Tr為土壤實際情況特征值。,土壤有效系數(shù)的計算:,例如:中國科學(xué)院地理所孫惠南在計算我國土地生產(chǎn)潛力時,便是首先設(shè)想一般土壤比理想至少要減少10,即將土壤有效系數(shù)確定為0.9;其次考慮到南方丘陵山地,大小興安嶺,黃土高原,均有較大的起伏,保水保肥條件較差,有的
21、pH值偏小、偏大,又要衰減15,取值0.85;青藏高原海拔高度太大,成土條件差,取值0.7;橫斷山脈南端的云貴高原則取0.8,這樣以上地區(qū)土壤的有效系數(shù)就可能分別為0.77,O.63和0.72。,土壤有效系數(shù)也可按照土壤或土地評價等級而分要素或綜合賦值計算確定。 S(F1a1十 F2a2十 F3a3)(F) 式中: F1一等地面積;F2二等地面積;F3三等地面積; F耕地總面積,a1,a2,a3分別為一、二、三等在一定條件下的產(chǎn)量比值。,土地生產(chǎn)潛力的計算主要受制于氣候、土壤和土地質(zhì)量,但自然災(zāi)害的突發(fā)性危害、栽培技術(shù)、農(nóng)田管理措施、耕作制度等對其也有所影響,這也是土地生產(chǎn)潛力中應(yīng)予重視的因素
22、。,(4)投入水平訂正系數(shù),投入水平訂正系數(shù)尚未見特定的計算公式。一般考慮一些主要的投入因素(如化肥投入量)由于不能滿足作物生長要求而造成減產(chǎn)的程度,主要依靠投入因素與產(chǎn)量的相關(guān)分析,生產(chǎn)經(jīng)驗或?qū)<掖蚍值确绞酱_定訂正系數(shù)。,4、土地利用結(jié)構(gòu)與土地資源生產(chǎn)潛力,土地利用結(jié)構(gòu),密切相關(guān),土地資源承載力,土地利用效益,勞動、技術(shù),投 入,土地 儲存,提高,土地資源承載力,5、土地投入水平與土地資源生產(chǎn)潛力,質(zhì)量和生產(chǎn)能力提高,6.5 土地資源人口承載力的計算,1、測算方式,(1)按糧食生產(chǎn)總量與每年人均消費糧食的數(shù)量來計算,不考慮年齡、性別、職業(yè)和糧食品種,是一種概算,(2)按每人每天需要多少焦耳的熱量和多少克蛋白質(zhì)計算,將按不同的年齡、勞動強(qiáng)度和性別的人折合為一個“平均人”,并將不同糧食品種的產(chǎn)品分別折合成熱量與蛋白量并計算為相應(yīng)的農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)的單位面積的生產(chǎn)量,兩者相除即得到單位面積土地所承載的人口數(shù)量上限。,2、計算標(biāo)準(zhǔn),依據(jù):一般糧食的熱量轉(zhuǎn)換系數(shù)與蛋白質(zhì)含量和人均需要,主要糧食作物熱量蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換,人體各種營養(yǎng)物質(zhì)的日消耗量,根據(jù)我國的實際情況,可以將人均消耗水平標(biāo)準(zhǔn)分為溫飽型、營養(yǎng)型、能量型三類(P203),3、土地資源人口承載力計算,(1)計算糧食生產(chǎn)總量,YPAR,式中:Y是糧食生產(chǎn)總量;P是土地生產(chǎn)潛力(單位面積產(chǎn)量)水
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