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基金项目:中国科学院创新团队国际合作伙伴计划项目()*+, −!""..);国家科技支撑计划(!""’/0,%#/"1)资助。
作者简介:闵炬(%2&!—),女,新疆和硕人,博士研究生,主要从事蔬菜氮素营养与环境效应的研究。345678:957:; 7<<6<= 6>= >:
!通讯作者 345678:?5<@7; 7<<6<= 6>= >:
不同施氮量对太湖地区大棚蔬菜产量、
氮肥利用率及品质的影响
闵 炬,施卫明!
(中国科学院南京土壤研究所,土壤与农业可持续发展国家重点实验室,江苏南京 !%"""&)
摘要:在大棚栽培条件下,采用田间小区试验方法观测了太湖地区稻田改种大棚蔬菜的土壤上不同施氮量对一年
中两季蔬菜番茄和黄瓜产量、氮肥利用率及品质的影响。结果表明,与农民习惯施氮量相比,减氮 ("A能保持番茄
和黄瓜果实产量,习惯施氮反而有导致减产的趋势。减氮 ("A处理的氮素当季利用率显著高于习惯施氮,并且随
施氮量的增加和土壤供氮水平的提高氮素当季利用率开始出现降低的趋势。番茄、黄瓜果实硝酸盐含量随施氮量
的增加呈线性增加,习惯施氮下番茄、黄瓜果实硝酸盐含量分别达 ("’B%和 1!&B& 5C D EC,其中,番茄硝酸盐含量已
经临近我国蔬菜卫生安全标准。各处理中减氮 !"A!("A番茄可溶性糖含量较高,减氮 ("A黄瓜维生素 )含量、
可溶性糖含量最高;氮肥用量继续增加,黄瓜维生素 )含量、可溶性糖含量有降低趋势。在太湖地区的大棚生产条
件下,比习惯施氮量减氮 !"A!("A可以保证产量和较好的果实品质;大棚蔬菜生产采取节肥减氮措施具有很大
的潜力。
关键词:大棚;蔬菜;氮肥;产量;品质
中图分类号:F’!.B. G . 文献标识码:0 文章编号:%""&.".∗(!""2)""%.%"# !""#%& ’" ()""#*#+% , *-%#& ’+ %.# /)#0(,, 1&# #""))#+/ -+( "*1)% 21-0)%/
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塑料大棚、日光温室、中小拱棚及少量玻璃温室。其
中,中小拱棚(俗称大棚)约占 %"#,主要分布在南
方,用于时令及反季节蔬菜的生产。由于设施园艺
有着“高投入、高产出、高效益”的特性,在经济利益
的驱动下,许多菜农盲目高量投入化肥(尤其是氮
肥)。在江苏等一些氮肥施用量高的省份,蔬菜生产
中氮素的当季利用率远低于 &"#。另外,氮肥的大
量投入导致作物营养失调,硝酸盐含量升高,品质下
降,病虫害易发[’(%]。大量的氮素在土壤中逐年累
积使得菜地土壤退化、环境污染等问题日益突
出[)(*],已逐步威胁到人民健康和设施栽培的可持
续发展。因此,为了实现蔬菜生产的高产、优质、安
全无公害和可持续发展,必须加强设施菜地合理施
肥措施的研究。
近年来,国内关于蔬菜合理施肥以及施肥对蔬
菜产量、品质等方面的研究较多。孙小凤[!]研究表
明,氮肥施用量与油白菜产量呈二次曲线关系,与硝
酸盐含量呈显著直线正相关关系,基于产量和品质
的适宜施 +量为 ’!" ,- . /0;诸海焘等[1]报道,施 氮量为 ’&) ,- . /0,既能获得产量和较好的品质,同
时也保证了青花菜较低的硝酸盐含量;2343564,7和
803593,[’"]的研究表明,施氮量从 + !" 增加到 ’",−./0,花椰菜的维生素 :含量降低了 *#,结球生
菜的维生素 :含量与施氮量呈正相关关系[’’]。蔬
菜种类间的差异可能与不同生长习性和种植环境有
关[’]。 番茄和黄瓜产量和经济效益较高并适于设施栽 培,是大棚生产中栽培范围较广的蔬菜品种。在北 方的日光温室生产条件下,前人对这类果菜类蔬菜 的合理施肥已经做了较多的研究。马文奇等[’&]研 究表明,山东寿光大棚黄瓜平均施化肥 + ’*!
,- . /0,是推荐量的!;倍。据报道,在北方保护
地生产条件下,秋冬茬黄瓜目标产量为 ;"! *"
< . /0时,化肥氮施用量为+′;)!),−./0;冬春
茬番茄目标产量为 1"!’"<./0 时,化肥氮(+)施
用量为 )!$!),−./0$[′
日收获完毕。栽培方式为传统的畦栽,畦面宽 ;"
90,沟宽 %" 90,每畦两行,间距 &" 90,株距 %" 90,
)’ 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ’)卷 植株留 !穗。 !"# 试验处理及管理 试验设 "个处理;#)%:对照处理,不施化肥
氮。&)!:习惯施氮(纯,下同)处理,根据试验所
在地农户的平均施氮水平确定,黄瓜、番茄施氮量分
别为 &’%、(%% )* + ,-&。()(:减氮处理 #,根据农民 习惯施氮量减少 &%.,黄瓜、番茄施氮量分别为 &#/、&!% )* + ,-&。!)&:减氮处理 &,根据农民习惯
施氮量减少 !%.,黄瓜、番茄施氮量分别为 #/&、#0%
)* + ,-&。")#:减氮处理 (,根据农民习惯施氮量 减少 /%.,黄瓜、番茄施氮量分别为 #%0、#&% )* + ,-&。小区面积为 &1"- 2 ’-,重复 ! 次,随机区 组排列。氮肥施用普通尿素,采用 "%.在定植前作 基肥,在初果期(第一穗果膨大期)和盛果期(第一穗 果采收期)按 (%.和 &%.的比例分 &次追施。各处 理磷、钾肥和有机肥用量相同,于移栽前按 3&4" #0% )* + ,-&(钙镁磷肥 ),5&4 #"% )* + ,-&(硫酸钾)和腐 熟鸡粪(含 &1&.)6%% )* + ,-& 作底肥一次施入。
基肥撒施后翻入土中,追肥时尿素撒施后浇水。
田间水分管理采用当地农民传统的浇灌方法,
通常在移栽当天灌水(约 /" -( + ,-&)及追肥后浇水
或视土壤干湿状况而定,每季为 &!( 次(每次约
!#1" -( + ,-&)。病虫害防治等与当地农民传统方法
相同,在黄瓜、番茄的生育期内每隔 #%!#" 7 喷施 #
次杀菌剂和去虫剂,防治霜霉病及蚜虫和螨虫等。
田间管理方式各小区相同。
!"样品采集及项目测定 #1(1# 样品采集 土壤样品采集:基础土样对整 个试验田进行“8”形取样,%—&% 9-土层采集 &%点 土样组成混合样,将新鲜土样至于塑料袋中直接带 回实验室(部分土壤样品当时不能测定则在 :&%; 冷冻保存,用于测定其硝态氮和铵态氮含量)。植物 样品采集:黄瓜、番茄收获期间每隔 (!" 7采 #次 样,详细记录每个小区各次收获果实的鲜重,以每小 区全部称重计产。分别于初果期和盛果期取充分膨 大,且外观、大小近似的商品果实测定其品质,每次 (次重复。各小区选取 (株,累积收集果实,收获后 取整株地上部,用于测定茎、叶和果实中的含氮量, 以及植株吸氮量。 #1(1& 果实品质及养分的测定 <9的测定采用 &, /:二氯靛酚滴定法[&#];可溶性糖的测定采用蒽酮 比色法[&#];有机酸的测定采用标准碱液滴定法[&#]; 硝酸盐的测定按 => + ?"%%61((食品中亚硝酸盐与硝 酸盐的测定方法。 植株样品干物重测定:采用 #%";烘 (% -@A,然 后 ’%;下烘 ’& , 后秤重;全氮用浓 B&84!:B&4&消 煮[&#],自动定氮仪(>CDBE (66)测定。茎、叶和果分 开进行。 #1(1( 土壤理化性状的测定 FB值用 FB计(FB &##型)测定。有机质采用重铬酸钾容量法测定[&&]。 全氮用浓 B&84! :B&4&消煮[&&],自动定氮仪(>CDBE (66)测定。速效氮采用 #-GH + I 5DH溶液浸提[&&],浸 提液用紫外分光光度计进行测定。速效磷测定采用 %1" -GH + I的JBD4( 浸提—钼锑抗比色法[&&]。速
效钾采用 #1% -GH + I的 B!4K9 浸提—火焰分光光 度法[&&]。 # 结果分析 #"! 不同氮肥用量对番茄、黄瓜产量的影响 表 #看出,与对照相比,施氮处理番茄果实产量 增加了 (#10! ""1# L + ,-&;黄瓜增产 #%16! #61’ L + ,-&,差异均达 ".显著水平。表明在试验区的大 棚蔬菜地土壤上氮肥可显著地提高番茄和黄瓜的产 量。两季作物#(减氮 /%.)处理的果实产量与
&、(和 !处理也存在显著差异,但#增产幅度
最小,比 &、(和 !处理的增产率分别低"#
处理的氮肥增产效益也为最低。说明当氮肥用量比
习惯施氮量减少 /%.时,显著降低番茄或黄瓜的果
实产量。另外,两季作物的果实产量 &、( 和 !处理之间差异不显著,& 处理均稍高于其他处理;
氮肥增产效益也以 &处理较其他处理高。 #"# 不同氮肥用量对番茄、黄瓜季氮素表观利用率 的影响 根据公式,氮素表观利用率(.)M(施氮区地 上部吸氮量 : 不施氮区地上部吸氮量)+施氮量 2 #%%,计算不同处理化肥氮利用率。结果(图 #)表 明,番茄季氮素利用率以& 处理较高,达 &61(.,
显著高于其他处理。#(习惯施氮)和(、!(用氮 量减少 &%.和 /%.)处理氮素利用率差异不显著, 分别为 #010.、&%1&.和 #01!.。& 处理(用氮量
减少 !%.)分别比 #、(、!的氮素利用率增加了 #%1"、61#、#%16个百分点。黄瓜季氮素利用率以&
处理较高,达 &&1!0 .,显著高于其他处理。#、(
和 !处理氮素利用率分别为 #01/(.、#61(&.和 #/1#/.,处理间差异不显著;(处理的氮素利用率
显著高于 !处理 (1#/个百分点。 ("##期 闵炬,等:不同施氮量对太湖地区大棚蔬菜产量、氮肥利用率及品质的影响 表 ! 不同氮水平下番茄和黄瓜的产量 "#%& ! ’(&%) *+ ,*-#,* #.) /0/0-&1 (. )(++&1&., ,1&#,-&.,2 处理 !"#%&#’%
产量 ()#*+
(% , -&.)
增产 /’0"#&#’% 增产效益 122)0)#’03
(34’ , -&.)番茄 !5&%5 黄瓜 6404&7#"
番茄 !5&%5 黄瓜 6404&7#"
9: ;:<: 0 =><. 0 — — — — — —
9= ?=<@ 7 .A<= 7 ;=<@ =:?<= =::A<= =.?=.<=
9. @A<= $ ;;9; CC<: $ ;.
E&# 7#*5HG 增产率(8)I(施氮区产量 J不施氮区产量),不施氮区产量 K =::。/’0"#&#’%* " O")0# )E .<: 34’ , MF(O4"# 9 O")0# )E ><;A 34’ , MF),%5&&1
9:; 不同氮肥用量对番茄、黄瓜果实硝酸盐含量的
影响
蔬菜硝酸盐含量的高低是评价蔬菜卫生安全品
质标准的一个重要指标。研究表明,蔬菜积累硝酸
盐除与生物学特性、光照、湿度等有关外,还与栽培
基质中氮营养水平、氮素形态等有关[.;J.A]。图 .看
出,与对照(9:)相比,两季作物施氮处理的果实硝
酸盐含量分别增加了 .
一季番茄试验中,9=、9.、9;和 9>处理的果实硝酸
盐含量差异达 =8极显著水平,9: 和 9= 处理的差
异不显著,且 9> P 9; P 9. P 9=!9:。表明在试验
的供氮水平内,随着施氮量的增加,番茄果实中的硝
酸盐含量显著增加(除 9= 处理外),当施氮量最大
时(9> 处理),硝酸盐含量也最大,高达 >:?<=
&F , MF。第二季黄瓜试验中,9:与 9=处理果实硝酸
盐含量无显著差异,9.、9; 和 9> 处理均显著高于
9:和 9=处理的硝酸盐含量,9> 处理与 9; 处理无
显著差异,但 9>处理显著高于 9.处理。表明随施
氮量增加黄瓜果实中硝酸盐含量也有增加的趋势。
9:、9=、9. 和 9; 处理黄瓜果实中的硝酸盐含量分
别比番茄高 ;;<=、?;处
理番茄硝酸盐含量比黄瓜高 CC<. &F , MF。
图 9 不同处理的番茄、黄瓜果实硝酸盐含量
3(459 7(,1#,& /*.,&., *+ ,*-#,* #.) /0/0-&1 <(,= )(++&1&., ,1&#,-&.,2 9:> 不同氮肥用量对番茄、黄瓜果实营养品质的影 响 试验的供氮水平内,番茄果实的维生素 6含量 随施氮量的增加而增加。由表 .可知,番茄果实 9: 处理维生素 6含量均显著低于其他处理,而 9.、9; >A= 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 =A卷 和 !"处理又显著高于 !#处理,!和 !%处理及 !%
和 !"处理间无显著差异,但 !" 处理显著高于 !处理。番茄果实的可溶性糖含量! 和 !% 处理显
著高于 !&,而 !&、!#和 !"处理之间无显著差异,表
明在一定范围内,土壤中氮水平增加可促进番茄果
实中可溶性糖积累,当氮水平较高时又产生抑制作
用。施氮量增加可降低番茄果实中有机酸含量,其
含量顺序为:!& ’ !# ( !(!)]。
!%处理的番茄果实糖酸比较高,但与 !、!"处理无 显著差异。 黄瓜果实 !&处理的维生素 -含量显著低于其 他处理,!" 和 !#、!、!% 处理间无显著差异,表明
施氮量增加可提高黄瓜果实维生素 -含量,但当氮
肥用量增加到 #)./012(!处理)时,不表现出增加的趋势。黄瓜果实可溶性糖含量!处理显著高
于其他各处理,其中比 !" 处理高出 3#*%4。黄瓜
果实有机酸含量施氮处理均显著高于不施氮对照,
但不同施氮量处理间无差异。
表 ! 不同氮肥处理对番茄和黄瓜果实品质的影响
"#&.
处理
5678927:9
番茄 5;289; 黄瓜 -<=<2>76
?=
(2/ 0 ./)
可溶性糖(4)
@;A<>A7 B有机酸(4)
C6/8:D= 8=DE
糖酸比
@?=
(2/ 0 ./)
可溶性糖(4)
@;A<>A7 B有机酸(4)
C6/8:D= 8=DE
糖酸比
@!& %"*3, E #*,& = &*%G 8 "*,# = #&*)% = &*,3 = &*#3 > 3*G, >
!# "%*&# = *#% >= &*%& > G*#3 >= #+*+& > #*"& > &*% 8 )*&, >
!"3*)& >*+G 8> &*, > #&*3# 8>)*%) 8 ∗G 8 &*8+∗3"8! = #&*) 8> *+3 8> #*3& > &*#+ 8 G*)# 8> 6 讨论 678 太湖地区大棚蔬菜生产中氮肥投入量偏高,需 要适量降低 本试验结果表明,在太湖地区大棚栽培条件下, 早春番茄在习惯施氮量(!)%&& ./ 0 12$下,其产量为 G,*# 9 0 12$,当施氮量比习惯施氮量减少 "&4后,即 施氮量为 ! #,& ./ 0 12$,产量可达 ,3*# 9 0 12$。同 样,秋延后黄瓜在习惯施氮量为 ! $G& ./ 0 12$,其产 量为 %&*3 9 0 12$,而当减少施氮 "&4后,即施氮量为 !#)$ ./ 0 12$,其产量可达 %%*+ 9 0 12$。表明减氮 "&4仍能保持番茄和黄瓜的果实产量,不会降低其 经济效益。这是由于当氮肥施用过量,达到产量增 加的潜力限度时,作物过多吸收的养分可能就成为 一种奢侈吸收,不但造成养分浪费,同时对蔬菜的品 质也可能会产生负面影响。张福锁等[#%]在北方日 光温室的试验结果表明,冬春茬番茄目标产量为 +& 9 0 12$时的氮肥适宜施用量为 !3 ./ 0 12,较农民习惯施氮量降低&4!%&4。可见,尽管最佳施氮
量有所不同,但是无论北方日光温室还是南方大棚,
番茄的习惯施氮量都高于适宜施氮量,减少氮肥用
量存在较大的空间。对秋冬茬黄瓜推荐施氮量的研
究中,北方日光温室生产条件下,秋冬茬黄瓜目标产
量为 )& 9 0 12时,氮肥施用量为 ! #)3 ./ 0 12,而本
研究在施氮量为 ! #)./012时,产量仅为 %%*+
9 0 12。其原因可能是因为在太湖地区 #月以后开
始出现霜冻天气,若延长黄瓜的生长期需加盖防冻
布等追加成本,黄瓜也处于采收的后期,从经济利益
上考虑,一般在此时停止采收,所以与北方相比,太
湖地区大棚黄瓜生长期较短,产量也相对较低。
本研究结果表明,太湖地区大棚中两季作物的
氮肥当季利用率均以 !处理(! #,&、#) ./ 0 12)最高,其产量也最高,表明在!处理土壤中施入的氮
肥被作物充分的吸收利用,并用于增加果实的产量。
!#、!%和 !"处理氮素表观利用率无显著差异,说明
氮素的吸收虽与施入同比例增加,施氮量高时作物
仍然吸收了较多氮素,但吸收的氮素并未在产量上
发挥作用,而是以硝酸盐的形式累积在果实或茎叶
中(图 )。在北方日光温室蔬菜生产区,农民习惯的水肥投入方式是采用大水畦灌、随水冲肥的方法,特别是在黄瓜等果菜类蔬菜的生产中几乎是采用一水一肥的冲肥方法。白优爱等[G]研究结果表明,京
郊保护地番茄推荐施氮量为 ! $$3 ./ 0 12$下,氮肥
利用率为 ##*)"4;杨治平等[$,]报道,在山西榆次
市东阳镇上丁里村,大棚黄瓜推荐施肥处理氮素利
用率较传统施肥处理高,但也只有 #&*3+4。这均
33##期 闵炬,等:不同施氮量对太湖地区大棚蔬菜产量、氮肥利用率及品质的影响
与种植蔬菜习惯于大水、大肥致使氮素流失严重有
关。本试验观测到太湖地区大棚番茄和黄瓜的氮肥
当氮季利用率分别为 !"#$!%和 !!#&’%,明显高于
北方日光温室条件下的氮素利用率。其原因除了土
壤供氮水平不同以外,还可能由于太湖地区地下水
位普遍较高,水补充较多,灌水少,从而氮素通过淋
洗途径的损失相对较少有关。
!"# 高量施氮显著提高了番茄果实硝酸盐含量至
临近卫生安全标准,降低营养品质
试验表明,两季作物果实内的硝酸盐含量 (&
处理均显著高于 (! 处理。且 (& 处理番茄果实硝
酸盐含量已达 &)*#+ ,- . /-,已接近国家对无公害蔬
菜安全要求—瓜果类蔬菜硝酸盐以 (01$ 计!&$’
,- . /-(23+’&)*#+4!))+)的指标。一般来说,在高施
氮环境下叶菜类蔬菜较容易出现硝酸盐积累超过卫
生安全标准的问题,而果菜不易累积硝态氮。本研
究表明,氮肥施用量较多时亦可引起果菜类蔬菜果
实中硝态氮的大量积累,且随氮肥用量的增加而增
加。这主要是因为植物积累硝酸盐的根本在于其吸
收量超过还原同化的量。随着施肥量的增加,蔬菜
从土壤中吸收的 (01$ 也增加,而 (01$ 还原的速度赶
不上吸收的速度,从而造成 (01$ 的大量积累。这与
一些研究结果一致[!"4$)]。虽与叶菜类硝态氮积累
相比较低,但由氮肥施用过量造成果菜中硝态氮积
累临近卫生安全标准的现象应引起重视。在两种作
物之间,果实硝酸盐积累与土壤供氮水平的关系又
有所不同。()、(+、(!处理黄瓜果实中的硝酸盐含
量均高于番茄,这可能与土壤中氮水平有关,因为黄
瓜种植期间的土壤氮水平高于第一季番茄种植期间
的氮水平。但是在高氮水平下((&处理),番茄硝酸
盐含量反而显著高于黄瓜,因为黄瓜季土壤供氮水
平高于番茄季,因此番茄果实硝酸盐积累高于黄瓜
的原因可能不是由于土壤供氮水平的差异,更可能
是由于作物本身的生物学特性不同所致。推测在高
氮水平下番茄果实积累硝酸盐能力较黄瓜果实强。
尽管果菜类蔬菜积累高量硝酸盐的生理机制有待深
入研究,但是我们的结果显示,长期过量施用氮肥会
造成大棚番茄果实硝酸盐的超标,大棚黄瓜果实也
存在潜在的超标风险。因此,需要对大棚栽培条件
下的果菜类蔬菜卫生安全问题给与关注。
研究表明,两季作物施用氮肥后,果实的维生素
5含量、可溶性糖含量不同程度的增加,有机酸含量
有增有减,但果实的糖酸比均比对照有所提高。在
氮肥用量较习惯用氮量减少 &)%和 !)%((!和 ($
处理)时,番茄可溶性糖含量最高,比对照提高了
*6#)%和 7$#"%。其中以 (!处理时维生素 5含量
和可溶性糖含量最高,比对照分别提高了 +&’#)%、
+*7#+%。随氮肥用量继续增加,黄瓜维生素 5 含
量、可溶性糖含量有降低趋势。这与他人研究结果
相一致。一般认为,适量施用氮肥可以显著提高蔬
菜产品中可溶性固形物以及含氮物质如氨基酸、蛋
白质、有机酸、胡萝卜素等含量,但过量施肥却会降
低其非氮源营养成分如维生素 5、总糖以及可溶性
糖等的含量。
综上所述,对一年中大棚两季蔬菜番茄和黄瓜
轮作体系的研究结果表明,太湖地区稻田改种大棚
蔬菜后,适量施用氮肥有利于大棚番茄、黄瓜产量和
品质的提高。然而,太湖地区大棚菜地由稻田改种,
由于犁底层的存在,土壤深度不如北方日光温室土
层深厚使得供肥总潜力弱于北方菜地,但现阶段大
棚蔬菜栽培也存在过量施用氮肥的现象。长期过量
施用氮肥不仅造成肥料浪费,而且导致蔬菜产品硝
酸盐含量增加,并存在卫生安全超标的风险,营养品
质下降以及食味变差。较农民习惯施氮量减少
&)%的氮肥用量((!处理)能保持番茄和黄瓜的果
实产量,不会降低其经济效益,采取节肥减氮措施具
有巨大的潜力。这些结果对于指导太湖地区及其他
灌水较少的南方大棚蔬菜生产地区氮肥合理投入提
供了基础。为了获得更加广泛的适合太湖地区大棚
蔬菜生产的区域适宜氮肥用量,将需要多年多点的
长期试验研究。同时,大棚栽培条件下大量氮肥施
入后的氮素去向及其环境效应,还需在今后的工作
中进行深入的研究。
参 考 文 献:
[+] 李俊良,陈新平,李晓林,张福锁 8 大白菜氮肥施用的产量效
应、品质效应和环境效应[9]8 土壤学报,!))$,&)(!):!*+4!**#
:; 9 :,5<=> ? @,:; ? :,A- C D8 EFF=GH IF ( F=JH;K;LBH;I> I>
M;=KN,>;HJBH= GI>H=>H B>N ( BOOBJ=>H KIPP=P IF 5<;>=P= GBQQB-=8[9]8
RGHB @=NIK 8 D;>8,!)),&)(!):!*+4!**# [!] 张永春,沈其荣,于杰,等 8 不同形态氮肥对小白菜品质及产量 的影响[9]8 江苏农业学报,!))&,!)():+’&4+’’#
A- S 5,D<=> T U,SV 9 !" #):+’&4+’’#
[]孙兴祥,王健,周毅,沈其荣8不同氮素水平对菠菜生长和品质的影响[9]8南京农业大学学报,!))6,!′():+!*4+!’#
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