基于LMDI模型的山東省交通碳排放分析研究

郝晴　回曉洋　閆桂煥　郭東彥

摘要：本文基于2000～2014年山東省交通運(yùn)輸業(yè)能源消費(fèi)數(shù)據(jù)，計(jì)算山東省交通能源碳排放；構(gòu)建山東省交通碳排放迪氏（Divisia）指數(shù)分解模型，運(yùn)用LMDI算法分析山東省交通能耗碳排放驅(qū)動(dòng)因素，得出結(jié)論：（1）山東省交通能源消費(fèi)以油品為主，交通碳排放總量及強(qiáng)度呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)。（2）基于LMDI分解結(jié)果，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出因素和能源強(qiáng)度因素是交通碳排放的主要正向驅(qū)動(dòng)因素；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素是山東省交通碳排放的唯一負(fù)向驅(qū)動(dòng)因素。建議山東省穩(wěn)步優(yōu)化當(dāng)前產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低山東省交通運(yùn)輸業(yè)能源強(qiáng)度；調(diào)整交通能源結(jié)構(gòu)，提升電力和天然氣比重；適當(dāng)控制人口規(guī)模。

關(guān)鍵詞：LMDI算法，山東省，交通碳排放，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：X24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-8256.2017.06.010

Research on the Transportation Carbon Emission in Shandong Province Based on the LMDI Model

HAO Qing， HUI Xiaoyang， YAN Guihuan， GUO Dongyan

（Ecology Institute of Shandong Academy of Science，Shandong Provincial Key Laboratory of Applied Microbiology，Jinan 250014，Shandong，China）

Abstract： In this paper， transportation carbon emission in Shandong province was calculated based on the transportation energy consumption from 2000 to 2014. The Divisia index decomposition model of Shandong transportation carbon emission was established and the LMDI algorithm was used to analyze the driving factors of Shandong transportation carbon emission. And the conclusions ： （1） Oil products remain to be the major energy consumed in Shandong transportation system. The transportation carbon emission and intensity shows a trend from rise to decline. （2）Energy intensity and economic output prove to be two main positive driving factors for the Shandong transportation carbon emission based on the LMDI decomposition results. While the industrial structure turns to be the only negative driving factor for the transportation carbon emission. It's suggested the current industrial structure should be optimized steadily. Meanwhile， the energy intensity should be further reduced， and the transportation energy structure needs improving so as to increase the proportion of natural gas and electricity. Moreover， controlling the population would avail to the reduction of carbon emission.

Keywords： LMDI algorithm； Shandong province； Transportation carbon emission； Industrial structure

0 引言

隨著汽車保有量的快速增加，交通用能增長(zhǎng)迅速[1]，交通領(lǐng)域碳排放已逐漸成為二氧化碳排放控制的重點(diǎn)。據(jù)測(cè)算，2008年到2012年，全球交通領(lǐng)域碳排放量由66億噸增長(zhǎng)到71.87億噸，年均增長(zhǎng)率超過50%，其碳排放量?jī)H次于工業(yè)領(lǐng)域[2]。因此，研究交通碳排放及其驅(qū)動(dòng)因素的空間格局和時(shí)間演變規(guī)律有助于分析交通運(yùn)輸業(yè)碳排放現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，為我國(guó)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、降低碳排放量提供參考和借鑒[3]。

山東省交通基礎(chǔ)設(shè)施完善，具有公路、鐵路、航空、水運(yùn)互相連接的立體網(wǎng)絡(luò)和綜合運(yùn)輸體系[4]。目前，在城市化進(jìn)程加快、能源需求量不斷增加的大背景下，山東省交通部門已成為僅次于工業(yè)和居民生活的第三大排放部門。2003～2012年，山東省交通能源消費(fèi)量年均增速38.46%，交通碳排放年均增速33.7%，遠(yuǎn)高于第三產(chǎn)業(yè)增加值增速17.95%，研究山東省交通碳排放對(duì)于發(fā)展低碳交通、實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗具有現(xiàn)實(shí)意義。目前，針對(duì)山東省碳排放的研究主要集中于山東省旅游交通碳排放[4]、山東省能源消費(fèi)碳排放相關(guān)研究[5]、山東省能源消費(fèi)分析及碳排放預(yù)測(cè)[6-8]、山東省能耗和城市化關(guān)系研究[9]、山東省能源效率研究[10]等，尚未開展針對(duì)山東省交通運(yùn)輸業(yè)（交通運(yùn)輸、倉儲(chǔ)和郵政業(yè)，簡(jiǎn)稱交通運(yùn)輸業(yè)，下同）能源消費(fèi)碳排放驅(qū)動(dòng)因素的相關(guān)研究?；诖耍疚脑跍y(cè)算2000～2014年山東省交通運(yùn)輸業(yè)能源消費(fèi)碳排放的基礎(chǔ)上，結(jié)合山東省交通運(yùn)輸業(yè)行業(yè)特點(diǎn)、發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)，運(yùn)用LMDI算法分析交通能源消費(fèi)碳排放各驅(qū)動(dòng)因素，定量描述各驅(qū)動(dòng)因素對(duì)碳排放的影響，研究碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源利用之間的關(guān)系，為交通運(yùn)輸業(yè)低碳發(fā)展政策制定及規(guī)劃提供科學(xué)參考。endprint

1 研究方法及數(shù)據(jù)來源

1.1 碳排放測(cè)算

本文采用自上而下的計(jì)算方法測(cè)算山東省交通運(yùn)輸業(yè)的能源消費(fèi)二氧化碳排放，計(jì)算公式如下：

其中，CE為交通運(yùn)輸部門碳排放總量，ECi為i種能源消耗量，TCi為i種能源的折標(biāo)煤系數(shù)，PCi為i種能源的碳排放系數(shù)，Oi為i種能源的碳氧化率，i表示能源類型，IN表示碳與二氧化碳之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)，IN=44/12。表1表示各類能源的碳排放相關(guān)參數(shù)。

1.2 交通碳排放驅(qū)動(dòng)因素分解

交通運(yùn)輸業(yè)二氧化碳排放與地區(qū)經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)及人口規(guī)模因素息息相關(guān)，基于此，構(gòu)建山東省交通碳排放迪氏（Divisia）指數(shù)分解模型，具體表達(dá)式如下：

其中，i表示交通能源種類；CEi表示i類交通能源的碳排放量；ECi表示i類交通能源消耗量；EC表示交通能源總消耗量；GDPtr表示交通運(yùn)輸業(yè)增加值；GDP3表示第三產(chǎn)業(yè)增加值；PO表示地區(qū)人口數(shù)量。為明確各類因素對(duì)碳排放變化的影響，令：

其中，ai表示i類交通能源碳排放系數(shù)，為能源碳排放強(qiáng)度因素；bi表示i類能源在交通能源消耗中所占份額，為能源結(jié)構(gòu)因素；c表示交通運(yùn)輸業(yè)單位增加值能耗，為能源強(qiáng)度因素；d表示交通運(yùn)輸業(yè)產(chǎn)值占第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的比重，為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素；e表示人均第三產(chǎn)業(yè)增加值，為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出因素；f為地區(qū)人口數(shù)量，為人口規(guī)模因素。公式（2）進(jìn)一步表示為：

交通運(yùn)輸業(yè)碳排放變化分解為能源碳排放強(qiáng)度、能源結(jié)構(gòu)、能源強(qiáng)度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出及人口規(guī)模等6種驅(qū)動(dòng)因素定量影響之和，為對(duì)碳排放變化進(jìn)行合理分解，消除分解余量，更好地表示各指標(biāo)的兩期均值，采用Ang和Choi[12，13]提出的LMDI算法，具體表達(dá)式如下：

其中，t表示時(shí)期，為t期碳排放總量，為初期（基準(zhǔn)期）碳排放總量，?CEa、?CEb、?CEc、?CEd、?CEe及?CEf分別表示碳排放強(qiáng)度效應(yīng)、能源結(jié)構(gòu)效應(yīng)、能源強(qiáng)度效應(yīng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出效應(yīng)及人口規(guī)模效應(yīng)；此處考慮到各類交通能源碳排放系數(shù)為固定值，碳排放效應(yīng)可忽略，即?CEa=0。

1.3 數(shù)據(jù)來源

本文能源消費(fèi)數(shù)據(jù)來源于2000～2015年《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》、2000～2015年《山東統(tǒng)計(jì)年鑒》。折標(biāo)煤系數(shù)來源于《綜合能耗計(jì)算通則》（GB/T 2589-2008），碳排放系數(shù)及氧化率來源于《省級(jí)溫室氣體清單編制指南》。

2 山東省交通碳排放及其驅(qū)動(dòng)因素分析

2.1 山東省交通碳排放

山東省交通碳排放量如表2所示，2000～2014年，交通能源消費(fèi)碳排放總量總體呈上升趨勢(shì)。各年份增速波動(dòng)較大，年均增速17.67%；由圖1可看出，柴油碳排放量增長(zhǎng)最快，由2000年的93.59萬噸增長(zhǎng)至2013年的2569.88萬噸，自2003年，柴油消費(fèi)碳排放量一直占據(jù)主導(dǎo)地位。汽油、燃料油和煤炭消費(fèi)碳排放量先升后降。2005年前，各類交通能源碳排放所占比例起伏較大；2005年后，能源碳排放所占比例趨于穩(wěn)定，柴油及電力碳排放所占比例波動(dòng)性上升，到2014年，其所占比例分別為57.17%、16.07%；2014年汽油及燃料油消費(fèi)碳排放占比分別為7.41%和14.86%；煤油、液化石油氣、煤炭、天然氣、其他油制品碳排放所占比例較低。

蒸汽機(jī)車不斷淘汰是山東省交通運(yùn)輸業(yè)煤炭消費(fèi)碳排放下降的主要原因；同時(shí)，雖然能源利用效率有所提高，但以柴油為主的內(nèi)燃機(jī)車及電力機(jī)車的普及，機(jī)動(dòng)車保有量的快速上升、道路運(yùn)輸需求的不斷增加是柴油及電力消費(fèi)碳排放上升的重要驅(qū)動(dòng)因素，交通運(yùn)輸業(yè)電力碳排放由2000年的117.88萬噸增長(zhǎng)至2014年的722.54萬噸，年均增長(zhǎng)率為11.38%。2014年，山東省交通運(yùn)輸業(yè)汽油、柴油及燃料油消費(fèi)碳排放比上年有明顯下降，這主要?dú)w因于公路運(yùn)輸中，新增重型貨車、營(yíng)運(yùn)客車、公交車、出租車中LNG等新能源車輛比重的提升，以及黃標(biāo)車及老舊船舶的不斷淘汰?？偟目磥恚合M(fèi)對(duì)交通運(yùn)輸業(yè)碳排放影響較小且趨于穩(wěn)定，油品依然是交通運(yùn)輸業(yè)的主要能源，其消費(fèi)量在一定程度上決定著山東省交通運(yùn)輸業(yè)碳排放的變化趨勢(shì)。

如圖2所示，山東省交通運(yùn)輸業(yè)人均碳排放由2000年的0.06萬噸/萬人增長(zhǎng)至2012年的0.71萬噸/萬人，隨后降至2014年的0.46萬噸/萬人，總體呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)。單位交通運(yùn)輸業(yè)增加值碳排放先由2000年的0.95萬噸/萬元增至2005年的3.75萬噸/萬元，隨后降至2014年的1.93萬噸/萬元，總體呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，單位交通運(yùn)輸業(yè)增加值碳排放表征碳排放強(qiáng)度，第三產(chǎn)業(yè)增加值增長(zhǎng)反映著能耗量的增長(zhǎng)，碳排放強(qiáng)度先升后降說明節(jié)能減排技術(shù)不斷進(jìn)步，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)逐漸優(yōu)化，經(jīng)濟(jì)與能源的脫鉤效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)。

2.2 山東省交通碳排放驅(qū)動(dòng)因素分析

利用LMDI算法對(duì)山東省交通碳排放進(jìn)行完全分解，各驅(qū)動(dòng)因素對(duì)相對(duì)基準(zhǔn)年碳排放變化的累積效應(yīng)和相對(duì)上一年碳排放變化的單年效應(yīng)如圖3、表3及表4所示。

截至2014年，能源結(jié)構(gòu)因素、能源強(qiáng)度因素、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出因素、人口規(guī)模因素的累積效應(yīng)都對(duì)山東省交通碳排放起正向驅(qū)動(dòng)作用，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素累積效應(yīng)起負(fù)向驅(qū)動(dòng)作用。相比基準(zhǔn)年，各驅(qū)動(dòng)因素累積效應(yīng)依次為189.93萬噸、1375.09萬噸、3363.15萬噸、134.85萬噸、-1175.82萬噸。

經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出和能源強(qiáng)度因素是拉動(dòng)山東省交通碳排放增長(zhǎng)的主要因素。2000年到2014年，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出效應(yīng)貢獻(xiàn)的碳排放由85.45萬噸增長(zhǎng)至3859.92萬噸，隨后降至3363.15萬噸。人均第三產(chǎn)業(yè)增加值從0.32萬元/萬人增長(zhǎng)至2.64萬元/萬人，增長(zhǎng)了7.25倍。人均第三產(chǎn)業(yè)增加值是衡量經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展程度的重要標(biāo)志；山東省作為人口大省，其人均第三產(chǎn)業(yè)增加值的快速增長(zhǎng)意味著山東經(jīng)濟(jì)正由工業(yè)主導(dǎo)型向服務(wù)主導(dǎo)型轉(zhuǎn)變，這間接反映了山東省以旅游、運(yùn)輸?shù)葌鹘y(tǒng)性行業(yè)為主的服務(wù)貿(mào)易的快速發(fā)展。分析表4中2003～2004年、2005～2006年、2006～2007年、2007～2008年、2008～2009年、2009～2010年、2010～2011年、2011～2012年、2013～2014年等9組碳排放量變化相對(duì)平穩(wěn)的時(shí)間段發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出因素是交通碳排放的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因素，未來山東省經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨于平穩(wěn)，適當(dāng)調(diào)整人均第三產(chǎn)業(yè)GDP可有效控制山東省交通碳排放。endprint

山東省交通能源強(qiáng)度由2000年的0.34萬噸/萬元升高至2005年的1.69萬噸/萬元，而后降至2014年的0.80萬噸/萬元，其趨勢(shì)與交通運(yùn)輸業(yè)碳排放量增長(zhǎng)呈正相關(guān)；這表明交通能源消費(fèi)量增長(zhǎng)效應(yīng)大于能源利用效率提升與能源技術(shù)進(jìn)步效應(yīng)之和。2005年，山東交通能源強(qiáng)度達(dá)到峰值1.69萬噸/萬元，貢獻(xiàn)了2287.66萬t交通碳排放；相比之下，其他一些省份[14，15]能源強(qiáng)度處于下降狀態(tài)，這表明山東省交通能源利用技術(shù)及利用效率仍有較大提升空間，2005年以后，能源強(qiáng)度開始下降，到2013年，能源強(qiáng)度下降至0.8萬噸/萬元，其貢獻(xiàn)的碳排放量降至1375.09萬噸。如表4所示，2004～2005年，山東交通能源碳排放增加1939.88萬噸，能源強(qiáng)度因素貢獻(xiàn)的碳排放量為1441.67萬噸，正向貢獻(xiàn)量最大，貢獻(xiàn)率為74.32%；2012～2013年，山東交通碳排放降低2320.73萬噸，能源強(qiáng)度因素貢獻(xiàn)的碳排放量為-1160.38萬噸，負(fù)向貢獻(xiàn)量最大，貢獻(xiàn)率為50%；交通能源強(qiáng)度降低有望成為抑制山東省交通碳排放的關(guān)鍵因素。

交通能源結(jié)構(gòu)和人口規(guī)模因素在一定程度上加速了山東省交通碳排放增長(zhǎng)，但其效應(yīng)相對(duì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出和能源強(qiáng)度的效應(yīng)較弱。由表2可知，柴油消費(fèi)占據(jù)主導(dǎo)地位，油品消費(fèi)比重不斷增加；液化石油氣及天然氣等清潔能源使用率較低，2005年前，交通運(yùn)輸業(yè)尚未使用天然氣，交通電力能源利用逐年增長(zhǎng)，但其所占比例不高，整體來看，山東省能源結(jié)構(gòu)不夠合理，能源利用效率有待提升，LNG車輛、CNG車輛及以氫氣為燃料的車輛亟需大規(guī)模推廣。分析表3可知，2005年后，能源結(jié)構(gòu)因素累積效應(yīng)變化與交通碳排放趨勢(shì)保持一致，2012年，其碳排放貢獻(xiàn)量達(dá)到峰值228.11萬噸。結(jié)合表2可知，柴油消費(fèi)量增加是碳排放增長(zhǎng)的最主要原因。

分析表3可知，人口因素所產(chǎn)生的碳排放累積效應(yīng)較弱。2000～2014年，山東省人口由8998萬人增長(zhǎng)至9733萬人，而其對(duì)應(yīng)的碳排放累積效應(yīng)由3.49萬t增長(zhǎng)至134.85萬噸；人口數(shù)量變化對(duì)碳排放變化有著相對(duì)重要的影響。隨著人口不斷增加，城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速與信息化發(fā)展，城鄉(xiāng)人員流動(dòng)性增強(qiáng)，大城市居住域郊區(qū)化[16]，居民出行率提升，在一定程度上加速了交通碳排放增長(zhǎng)。

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)即交通運(yùn)輸業(yè)增加值占第三產(chǎn)業(yè)增加值的比例是對(duì)交通碳排放起到抑制作用的唯一因素，其累積效應(yīng)與交通運(yùn)輸業(yè)增加值增速和第三產(chǎn)業(yè)增加值增速的關(guān)系變化一致；山東省交通運(yùn)輸業(yè)增加值占第三產(chǎn)業(yè)增加值的比例由2000年的18.26%降至2014年的12.19%。相對(duì)基準(zhǔn)年，2001年，交通運(yùn)輸業(yè)增加值增速高于第三產(chǎn)業(yè)增加值增速，碳排放累積效應(yīng)為正；其余年份，交通運(yùn)輸業(yè)增加值增速低于第三產(chǎn)業(yè)增加值增速，碳排放累積效應(yīng)為負(fù)。2004～2005年，交通碳排放量增長(zhǎng)1939.88萬噸，而產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素的貢獻(xiàn)量為-81.51萬噸，2012～2013年，交通碳排放量下降2320.73萬噸，而產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素的貢獻(xiàn)量為-334.58萬噸，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素與交通碳排放量變化呈現(xiàn)一定的脫鉤現(xiàn)象?？傮w來看，當(dāng)前交通運(yùn)輸業(yè)增加值變化與第三產(chǎn)業(yè)增加值變化發(fā)展處于較好勢(shì)態(tài)，適當(dāng)控制交通運(yùn)輸業(yè)增加值增速、提高第三產(chǎn)業(yè)增加值增速可降低山東省交通碳排放。

3 結(jié)論

本文根據(jù)山東省2000～2014年交通運(yùn)輸業(yè)能源消費(fèi)數(shù)據(jù)，計(jì)算2000～2014年山東省交通運(yùn)輸業(yè)碳排放，2000～2014年，山東省交通碳排放總量先升后降，2012年山東省交通碳排放達(dá)到峰值6889.86萬噸，2014年碳排放量降至4496.17萬噸；人均碳排放出現(xiàn)波動(dòng)，2005年為人均碳排放峰值年，碳排放強(qiáng)度先升后降。自2003年開始，山東省歷年交通運(yùn)輸業(yè)油品消費(fèi)碳排放占到總碳排放量的75%以上，以油品消費(fèi)為主交通能源結(jié)構(gòu)有待繼續(xù)優(yōu)化，節(jié)能減排技術(shù)仍需進(jìn)一步提高。

通過LMDI算法對(duì)交通能源碳排放進(jìn)行因素分解，結(jié)論如下：

（1）基于LMDI分解結(jié)果累積效應(yīng)分析，能源結(jié)構(gòu)因素、能源強(qiáng)度因素、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出因素和人口因素是交通碳排放總量上升的正向驅(qū)動(dòng)因素，其中，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出因素和能源強(qiáng)度因素的累積貢獻(xiàn)度較大，2014年的累積效應(yīng)分別為3363.15萬噸、1375.09萬噸；人均三產(chǎn)增加值的快速提升直接反映著山東省以旅游、運(yùn)輸?shù)葌鹘y(tǒng)性行業(yè)為主的服務(wù)貿(mào)易行業(yè)的快速發(fā)展，山東省交通碳排放降低的重點(diǎn)應(yīng)放在能源強(qiáng)度降低和節(jié)能減排技術(shù)提升方面。2014年，能源結(jié)構(gòu)和人口因素的累積效應(yīng)分別為189.94萬噸、134.85萬噸；從能源結(jié)構(gòu)角度看，LNG等新能源車輛的推廣使用將降低本省交通碳排放，同時(shí)，人口數(shù)量變動(dòng)產(chǎn)生的累積碳排放效應(yīng)不可忽略。

（2）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素是山東省交通碳排放的唯一負(fù)向驅(qū)動(dòng)因素。2014年，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素產(chǎn)生的累積效應(yīng)為-1175.82萬噸。2000～2014年，第三產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展是山東省交通碳排放增長(zhǎng)的主要影響因素；分解結(jié)果顯示，交通運(yùn)輸業(yè)增加值增速小于第三產(chǎn)業(yè)增速時(shí)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)累積效應(yīng)為負(fù)。在不阻礙經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提下，適當(dāng)控制交通運(yùn)輸業(yè)經(jīng)濟(jì)份額有利于降低交通碳排放。

基于2000～2013年山東省交通碳排放狀況及分解結(jié)果，為進(jìn)一步優(yōu)化山東省交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整與碳排放之間的關(guān)系，建議山東省繼續(xù)保持并穩(wěn)步優(yōu)化當(dāng)前產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，適當(dāng)控制交通運(yùn)輸業(yè)經(jīng)濟(jì)份額；進(jìn)一步提升交通能源利用技術(shù)及利用效率；著力降低山東省交通運(yùn)輸業(yè)能源強(qiáng)度；改善交通能源結(jié)構(gòu)，提升天然氣及電力能源占比；有序擴(kuò)大城市規(guī)模，適當(dāng)調(diào)整人口規(guī)模及流動(dòng)性。

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（編輯：張萌）endprint