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Effects of a long-term utilization of different base-fertilizers on soil environment in solar greenhouse

长期施用不同基肥对日光温室土壤环境的影响研究



全 文 :长期施用不同基肥对日光温室土壤环境的影响研究 倡
    倡 �北京市自然科学基金重点项目(6011002) 、“十五”国家科技攻关项目(2004BA521B01)和北京市教委项目(XK100190553)资助
    倡倡 �通讯作者
收稿日期 :2005唱05唱27   改回日期 :2005唱08唱06
陈劲憬1  曹之富2  任华中1  高丽红1 倡倡 张福墁1
(1畅中国农业大学农学与生物技术学院  北京   100094 ;2畅北京市农业技术推广站  北京   100101)
摘  要  试验研究长期施用不同种类基肥对日光温室土壤理化特性以及生物环境的影响结果表明 :秸秆有机肥处
理土壤物理性状良好 ,土壤速效养分含量 、土壤酶活性及放线菌数量较高 ,细菌和真菌数量比值(B/ F)稳定 ,综合
土壤肥力在 3个处理中最高 ;长期施用膨化鸡粪处理土壤酸化快 ,土壤养分含量处于中等 ,土壤酶活性较高 ,土壤
细菌和真菌数量增多 ,可能会引起致病菌的增殖 ;缓释肥作为基肥施用 ,可加速土壤速效养分积累 ,但土壤有机质
含量较低 ,土壤酶活性和微生物活性都不高 。生产上应该根据实际情况 ,利用有机唱无机肥料的配合施用以达到理
想效果 。
关键词  基肥  日光温室  土壤环境
Effects of a long唱term utilization of different base唱fertilizers on soil environment in solar greenhouse .CHEN Jin唱Jing1 ,
CAO Zhi唱Fu2 ,REN Hua唱Zhong1 ,GAO Li唱Hong1 ,ZHANG Fu唱Man1 (1 .College of Agronomy and Biotechnology ,China
Agricultural University ,Beijing 100094 ,China ;2 .Beijing Agricultural Extended Unit ,Beijing 100101 ,China) ,CJEA ,
2007 ,15(1) :37 ~ 41
Abstract   An elementary study was conducted to study the influence of a long唱term utilization of different base唱fertilizers
on physical and chemical properties ,and the bio唱environment of soil in solar greenhouse .The results show that the soil
treated by straw organic fertilizer owns good physical and chemical properties ,and higher fertility .The enzyme activity of
the treated soil is high with vigorous microorganism vitality and the ratio of bacteria to fungi is stable .The general soil fer唱
tility of soil treated by straw organic fertilizers is the highest among the three treatments .The long time application of the
processed chook manure fertilizer induces the soil摧s acidity stronger ,the soil nutrient content is the mediam of three treat唱
ments ,the enzyme activity higher ,the population of soil bacteria greater ,but the fungi quantity excessive ,which may cause
the multiplication of germina .As the base唱fertilizer ,the slow唱released fatty has positive influences on soil available nutri 唱
ents .But the organic matter content ,soil enzyme activity and microorganism activity of the treated soil are all lower .The
cooperative application of organic唱inorganic fertilizers according to the actual circumstance should be taken to attain the
ideal results in the production .
Key words   Base唱fertilizers ,Solar唱greenhouse ,Soil environment
(Received May 27 ,2005 ;revised Aug .6 ,2005)
   蔬菜生产中通常把增施有机肥作为作物增产的重要技术措施之一 。但已有研究表明 ,长期大量施用畜
禽粪便可能会导致土壤重金属的污染 。而基肥种类的相对单一 ,可能会导致某种重金属或营养元素的快速
积累[1 ~ 3] 。对生产中日光温室基肥种类和施用量的调查结果显示 ,生产上普遍存在基肥施用量大 、品种单
一问题 。以北京为例 ,北京市郊日光温室有机肥施用量一般为 150 ~ 180m3 /hm2 ,品种多以鸡粪为主 ,占有
机肥施用总量的 70% 。由于鸡粪中的有机酸对土壤中 P的活化作用 ,二元有机酸和三元有机酸可减少土壤
中铁铝胶体对 P的吸附 ,提高土壤中 P的有效性 ,可显著提高土壤速效磷含量 ,因此有人担忧长期大量施用
鸡粪作为基肥 ,可能会导致土壤中 P含量的集聚而影响土壤养分平衡[4 ~ 6 ,19] ,但对于长期以鸡粪为基肥对
土壤环境的影响目前尚无系统研究报告 ,同时对目前市场上新出现的其他基肥种类的使用效果的相关报道
也很少 。近年来研制出能控制浓度障害的复合肥料 ,这种迟效性肥料具有缓溶解 、慢释放 、不挥发 、少固定 、
利用率高等特点 ,作为基肥使用可省时省工 ,但该肥料并未得到广泛应用[7] 。本试验在对京郊日光温室不
第 15 儍卷第 1期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol .15 换  No .1
2 0 0 7 乔年 1 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture Jan .,  2007 後
同使用年限温室土壤环境特征调查研究基础上 ,针对北京郊区温室土壤有机质 、速效磷 、速率钾总体水平偏
低的状况 ,研究长期使用秸秆有机肥 、膨化鸡粪和缓释肥对土壤肥力的影响 ,为生产上基肥的合理选择应用
提供依据 。
表 1  不同处理施肥量
Tab .1   Amount of fertilizer of different treatments
处   理
T reatments
秸秆有机肥/g·株 - 1 p
Straw organic fertilizer
膨化鸡粪/g·株 - 1 R
Chook manure
fertilizer
缓释肥/g·株 - 1
Slow唱released
fertilizer
基 肥 500 M500 X65 �/10
追 施 N 12 M12 X12 :
追施 P2 `O5 6 M6 X6 %
追施 K2 tO 12 M12 X12 :
1  试验材料与方法
考虑到基肥对土壤的影响有一
个长期过程 ,因此在本试验前 ,两种
有机肥试验土壤已连续生产 3茬 ,缓
释肥土壤为两种有机肥的混合土壤 ,
在此基础上 ,又连续 3 茬进行不同基
肥处理试验 。试验于 2003年 3月 ~
2004年 7 月在中国农业大学设施园
艺工程研究所日光温室内进行 ,供试
   作物为番茄 ,品种为中国农业科学院蔬菜花卉所提供的“中杂 9”( Lycopersicum esulentum Mill .Zhongza唱9)。
本试验基肥所选用的膨化鸡粪经过了高温处理 ,秸秆有机肥为作物秸秆与牛粪经微生物发酵后烘干的商品
肥料 ,缓释肥是中国农业大学针对果菜类蔬菜需肥特性开发的专用配方缓释肥 ,基肥处理方案及后期追肥
量见表 1 ,各基肥及第 1 次施肥后土壤基本养分状况见表 2 。采用 100 目尼龙网袋栽培方式 ,每袋容积
27dm3 ,盛栽培土壤 15kg ,定植密度 30cm × 100cm ,3次重复 ,随机区组排列 ,每小区种植 15株 ,每茬作物在
番茄开花结果期间每隔 10d左右进行 1次追肥 ,其他管理相同 。
土 壤 采 用 多 点 取 样
法[7 ~ 10] ,用土钻取土 ,取土深
度为0 ~ 20cm 。用环刀法测定
土壤容重 ,用 1∶2畅5 水土比悬
液电位法测定 pH值 ,用 1∶5水
土比土壤悬液电导法测定 EC
值 ,用半微量凯氏定 N 法测定
全 N ,用碱解扩散法测定速效
氮 ,用 0畅5mol/L NaHCO3 浸提唱
钼锑抗吸光光度法测定速效
磷 ,用醋酸铵浸提 、火焰光度法
表 2  不同处理基础养分含量
Tab .2   The nutrient contents in different fertilizer treatments
处   理 全 N/g·kg -1 觋速效氮/mg·kg - 1 m速效磷/mg·kg -1 ǐ速效钾/mg·kg - 1 殚有机质/g·kg - 1
T reatments Total N Available N Available P Available K Organic matter
膨 化 鸡 粪 6 哪畅05 1025 }畅5 1077 Ζ畅27 4422 滗畅34 219 畅97
秸 秆 有 机 肥 9 哪畅12 949 }畅20 1517 Ζ畅75 5498 滗畅32 243 畅27
缓 释 肥 — 308000 }56000 Ζ56000 滗      —
秸秆有机肥土壤 2 哪畅23 418 }畅03 148 Ζ畅48 208 滗畅53 23 畅98
膨化鸡粪土壤 2 哪畅43 293 }畅71 140 Ζ畅56 136 滗畅87 19 畅93
缓 释 肥 土 壤 2 哪畅18 937 }畅37 148 Ζ畅99 194 滗畅09 21 畅84
测定速效钾 ,用重铬酸钾容量法测定土壤有机质 ,用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基唱稀释平板计数法测定土壤细
菌 ,用马丁氏琼脂培养基唱稀释平板计数法测定土壤真菌 ,用淀粉铵盐琼脂培养基唱稀释平板计数法测定土壤
放线菌 ,用 M .Kpermep法测定土壤磷酸酶 ,用 pH6畅7柠檬酸缓冲液比色法测定土壤脲酶 ,用 0畅1mol/L高锰
酸钾滴定法测定土壤过氧化氢酶 。
表 3  不同基肥处理对土壤理化特性的影响
Tab .3   Effects of different base唱fertilizer treatments
on the physical and chemical properties of the soil
处   理   容重/g·cm - 3 /孔隙度/% pH EC/ms·cm - 1 技
Treatments Bulk density Porosity
2003 B年冬春茬 秸秆有机肥 1 哪畅24aA 56 +畅1aA 6 A畅76bB 0 �畅53bB
膨 化 鸡 粪 1 哪畅18aA 54 +畅9aA 6 @畅80aA 0 �畅51bB
缓 释 肥 1 哪畅14aA 52 +畅9aA 6 C畅71cC 0 ~畅84aA
2003 B年秋冬茬 秸秆有机肥 1 排畅14bB 56 +畅2aA 6 @畅67aA 0 �畅60bB
膨 化 鸡 粪 1 哪畅34aA 49 ,畅8bB 6 A畅58bB 0 �畅59bB
缓 释 肥 1 哪畅33aA 50 ,畅3bB 6 @畅76aA 0 ~畅70aA
2004 B年冬春茬 秸秆有机肥 1 哪畅05aA 59 +畅4aA 6 @畅67aA 0 ~畅59aA
膨 化 鸡 粪 1 哪畅08aA 58 +畅4aA 6 A畅54bB 0 �畅54bB
缓 释 肥 1 哪畅04aA 59 +畅7aA 6 @畅70aA 0 亖畅49cC
2  结果与分析
2畅1  不同基肥处理对土壤
    理化特性的影响
土壤松紧状况是土壤
重要物理性质之一 ,直接影
响土壤肥力状况和植物根
系发育[11] 。表 3表明 ,秸秆
有机肥 、膨化鸡粪和缓释肥
3种基肥处理在两季冬春茬
生产中 ,对土壤物理性状的
影响无显著差异 ,其容重和
   
38  中 国 生 态 农 业 学 报 第 15 卷
孔隙度都适合番茄的生长 ,但在 2003年秋冬茬生产中 ,秸秆有机肥处理土壤容重显著小于其他两个处理 ,孔
隙度大 ,透气性好 。从总趋势看 ,秸秆有机肥处理土壤物理性状有一定改善 。不同基肥处理经过 3茬番茄生
产后 ,土壤 pH也发生变化 ,总的趋势是秸秆有机肥和膨化鸡粪处理土壤 pH逐渐降低 ,膨化鸡粪对土壤的酸
化程度更大 ,缓效肥对土壤 pH影响较小 ,pH值保持在 6畅70 ~ 6畅76范围内 。 3种基肥处理对土壤 pH的影
响达极显著差异水平 。由于初次缓效肥施肥量较大 ,导致 2003年冬春茬缓效肥处理土壤 EC 值最高 ,且与
两种有机肥处理的差异达极显著水平 ,在后两次栽培中 ,降低了缓释肥用量 ,使土壤 EC 值呈降低趋势 ,膨化
鸡粪和秸秆有机肥处理土壤 EC值不同茬口存在差异 ,但两种基肥处理土壤 EC值总体差异不显著 。
2畅2  不同基肥处理对土
    壤养分状况的影响
土壤养分状况主要
由有机质 、速效氮 、速效
磷 、速效钾等组成 。 经
过多茬作物栽培试验 ,
秸秆有机肥处理土壤总
体肥力水平较高 ,速效
氮 、磷 、钾水平和全 N 、
有机质含量一直处于最
高 ,到 2004年冬春茬结
束时 ,与其他 2种基肥
表 4  不同基肥处理对土壤养分状况的影响
Tab畅4   Effects of different base唱fertilizer treatments on the nutrient status of the soil
处   理 全 N/g·kg - 1 2速效氮/g·kg - 1 i速效磷/g·kg - 1 ~速效钾/g·kg - 1 摀有机质/g·kg - 1 è
T reatments Total N Available N Available P Available K Organic matter
2003 浇年冬春茬 秸秆有机肥 2 畅14aA 246 ?畅12aA 108 T畅53aA 330 i畅85aA 29 ~畅7aA
膨 化 鸡 粪 1 畅77bB 220 ?畅49aA 104 T畅44aA 264 i畅17aA 19 �畅5bB
缓 释 肥 1 畅64cB 241 ?畅91aA 100 T畅02aA 229 i畅40aA 21 �畅1bB
2003 浇年秋冬茬 秸秆有机肥 2 畅20aA 248 ?畅00aA 152 T畅62aA 340 i畅29aA 30 ~畅3aA
膨 化 鸡 粪 1 �畅64bAB 161 D畅03cB 99 N畅38bB 307 j畅87bB 25畅3bB
缓 释 肥 1 畅88bB 216 <畅94bA 108 U畅80bB 305 j畅47bB 23 亖畅3cC
2004 浇年冬春茬 秸秆有机肥 2 畅65aA 272 ?畅60aA 161 T畅63aA 369 i畅11aA 32 ~畅0aA
膨 化 鸡 粪 1 畅80bB 245 <畅27bA 128 U畅05bB 343 f畅90bA 25 �畅7bB
缓 释 肥 1 畅59cB 228 <畅37bA 122 U畅73bB 336 n畅69cB 24 �畅8bB
处理的差异达到显著或极显著水平 ;与处理前土壤速效养分含量相比 ,土壤全 N 和速效氮含量 3 种基肥处
理均呈递减趋势 ,而土壤速效磷和速效钾含量则均呈递增趋势 。长期施用有机肥有利于土壤中有机质含量
增加 ,但有机肥种类对土壤有机质的影响不同 ,秸秆有机肥效果比膨化鸡粪好 。施用化肥也能使作物繁茂 ,
根茬 、枝叶等残留量增多 ,缓释肥处理也使土壤中有机质含量有一定程度的增加(表 4) 。总之 ,从 3种基肥
处理的土壤培肥效果看 ,膨化鸡粪处理效果优于缓释肥处理 ,秸秆有机肥处理效果又优于膨化鸡粪处理 。
表 5  不同基肥处理对土壤酶活性的影响
Tab .5   Effects of different base唱fertilizer treatments on the enzyme activities of the soil
处   理
Treatments
磷酸酶/mg
(酚)·g -1 Ζ(干土)
Phosphatase
脲酶/mg (NH3 唱
H)·g -1(干土)
Urease
过氧化氢酶/mg
(0 珑畅1mol/LKMnO4)
·g -1(干土) Catalase
2003 k年冬春茬 秸秆有机肥 0 ?畅91aA 0 乙畅35cC 5 *畅45aA
膨 化 鸡 粪 0 <畅71bA 0 舷畅46aA 5 ǐ畅36bB
缓 释 肥 0 C畅53cB 0 行畅43bB 5 �畅30cB
2003 k年秋冬茬 秸秆有机肥 1 ?畅40aA 0 行畅15bB 5 *畅48aA
膨 化 鸡 粪 0 @畅80bB 0 舷畅18aA 5 *畅46aA
缓 释 肥 0 C畅58cB 0 行畅16bB 5 *畅42aA
2004 k年冬春茬 秸秆有机肥 1 ?畅17aA 0 佑畅24cB 6 ǐ畅68bB
膨 化 鸡 粪 0 @畅68bB 0 烫畅27bA 7 *畅08aA
缓 释 肥 0 B畅59cC 0 舷畅28aA 6 ǐ畅63bB
2畅3  不同基肥处理对土壤酶活
     性的影响
番茄生长结束后 ,取不同基
肥处理的土壤 ,对其进行酶活性
和微生物活性的分析 。 表 5 表
明 ,秸秆有机肥处理土壤磷酸酶
活性最高 ,且随多次施用磷酸酶
活性有增长趋势 ,能够稳定在
1畅1mg(酚)/g (干土)左右 ,膨化
鸡粪和缓效肥处理在试验过程
中变幅较小 ,分别保持在 0畅75和
0畅55mg(酚)/g (干土)附近 ,且 3
种处理之间差异显著 。 3种基肥
处理脲酶活性总的变化趋势是
秸秆有机肥处理脲酶活性相对
   最低 ,而膨化鸡粪处理脲酶活性最高 ,冬春季节脲酶活性要高于秋冬季节 ,这与温度影响有关 ;有研究表明 ,
脲酶能促进土壤有机氮转化 ,提高土壤 N肥力[12] ,膨化鸡粪处理土壤脲酶的相对高活性是否与土壤有机氮
含量较高有关尚需进一步研究 。番茄栽培过程中 3种基肥处理过氧化氢酶活性均呈缓慢增长趋势 ,但处理
间总体差异不明显 ,以秸秆有机肥处理过氧化氢酶活性相对较高 。过氧化氢酶促进过氧化氢的分解 ,有利
于防止过氧化氢对生物体的毒害作用 。
第 1 媼期 陈劲憬等 :长期施用不同基肥对日光温室土壤环境的影响研究 39 
2畅4  不同基肥处理对土壤微生物数量的影响
   对不同基肥处理后土壤微生物的研究结果表明 ,秸秆有机肥处理土壤放线菌数目随种植茬次的增加而
逐渐增加 ,2003年冬春茬后为 54100 个/g(干土) ,到 2004年冬春茬后增至 86500个/g(干土) ,而膨化鸡粪
和缓释肥处理放线菌数量都减少 ,降幅分别为 22% 和 34畅6% ,3种处理之间存在极显著差异(见表 6) 。有研
究表明 ,放线菌数量的减少与土壤通气状况与氧化还原状况的变化有关 ,通气状况不佳则放线菌数量减
少[13] ,秸秆有机肥处理土壤孔隙度比其他两个处理大 ,这可能是秸秆有机肥处理土壤放线菌数量多的原因
之一 。长期不同基肥处理对土壤真菌 、细菌数量也产生了一定影响 ,但 3种基肥处理后的总体趋势一致 ,随
种植时间(茬次)增加 ,细菌 、真菌数量均呈增加趋势 ,其中以膨化鸡粪处理土壤真菌和细菌数量最多 ,缓释
肥处理最少 。从细菌和真菌数量的比值(B/F)分析 ,冬春茬栽培细菌占微生物总量的比例要比秋冬茬大 。
不同基肥种类之间 ,缓释肥处理的 B/F从 2700∶1 增加到后来的 75157∶1 ,说明缓释肥细菌数量增长快速 ,
    表 6  不同基肥处理对土壤微生物数量的影响
Tab .6   Effects of different fertilizer treatments on the number of microbes of the soil
处   理
Treatments
细菌/百万个·
  g -1 趑(干土)
放线菌/万个·
  g - 1 2(干土)
真菌/万个·
  g -1 p(干土)
细菌/真菌
  B/F
Bacteria Actinomycets Fungi
2003 B年冬春茬 秸秆有机肥 1 哪畅66aA 5 畅41bB 0 ,畅115bB 1459 &
膨 化 鸡 粪 1 哪畅16cB 7 畅04aA 0 +畅190aA 615 &
缓 释 肥 1 哪畅4bA 6 畅39aAB 0 .畅055cC 2700 &
2003 B年秋冬茬 秸秆有机肥 1 哪畅25bB 6 畅19aA 0 ,畅175bB 715 &
膨 化 鸡 粪 1 哪畅57aA 5 畅25bB 0 +畅290aA 543 &
缓 释 肥 1 哪畅09cB 3 畅47cC 0 .畅105cC 1058 &
2004 B年冬春茬 秸秆有机肥 175 哪cC 8 畅65aA 0 ,畅194bB 86690 &
膨 化 鸡 粪 182 哪aA 5 畅49bB 0 +畅228aA 79824 &
缓 释 肥 102 哪bB 4 畅18cC 0 0畅134cB 75157 &
真菌增加趋势缓慢 ,这与缓
释肥含大量速效氮肥有
关[14] ,膨化鸡粪处理的 B/
F值在前二茬试验中变化
很小 ,但 2004年冬春茬时递
增至 79824∶1 ,具体原因需
进一步探讨 。 秸秆有机肥
处理 B/F 值增长稳定 ,达
到 86690∶1 左右 ,细菌和真
菌数量增长速度稳定 。 一
般来讲土壤中的真菌受细
菌作用支配 ,依靠土壤存留
的作物残渣 、根茬等来腐生
竞争[15 ,20] ,细菌和真菌的
   B/F值稳定 ,说明土壤由于长期精耕细作加速了土壤熟化过程 ,土壤理化性状得以改善[21] ,为微生物活动
提供了较好的生活空间和食粮 ,构成了适于微生物繁殖 、竞争的生态环境 ,使微生物的种群和数量表现较
好[15 ,16] 。
3  小结与讨论
秸秆有机肥 、膨化鸡粪 、缓释肥 3种基肥处理对土壤物理特性的影响无显著差别 ,长期使用有机肥做基
肥土壤 pH降低幅度要大于缓释肥 。温室土壤多茬种植后均有酸化趋势 ,长期施用有机肥做基肥与缓释肥
相比 ,可能有加快土壤酸化的作用 ,该研究结果是否具有普遍性尚需进一步试验证明 。不同基肥种类对土
壤速效养分和有机质含量的影响也以有机肥做基肥的效果好于缓释肥 ,其中秸秆有机肥的效果优于膨化鸡
粪 ,这可能与秸秆有机肥中含有大量作物秸秆 ,经微生物分解后其速效养分含量多 ,且由于秸秆在改善土壤
结构方面的潜在优势及其对土壤生物环境特征的影响 ,长期使用后土壤肥力得到提高 。本试验中长期施用
鸡粪(6茬)并未造成速效磷的大量积累 ,这与对北京郊区日光温室土壤肥力调查时所得结论相似 。
土壤酶活性表征了土壤的综合肥力特征及土壤养分转化进程 ,也是植物养分的活性库 ,可作为衡量土
壤肥力水平高低的较好指标[17 ,22 ,23] 。其中水解酶是对土壤肥力具有重要作用的酶类 ,主要包括脲酶 、磷酸
酶 、过氧化氢酶等[18] 。本试验研究结果表明 ,长期使用不同种类有机肥做基肥 ,对土壤的生物环境会产生不
同的效果 。秸秆有机肥处理土壤磷酸酶活性提高较大 ,而膨化鸡粪处理土壤脲酶和过氧化氢酶活性最大 ,
且膨化鸡粪处理土壤细菌和真菌数量较高 ,秸秆有机肥处理土壤放线菌较多 ,细菌和真菌数量居中 ,缓释肥
处理土壤微生物数量相对较少 ,土壤中水解酶的活性在 3种处理中相对最低 。这与 Hunter(1998)提出的土
壤酶活性与有机质含量呈较好正相关结果一致 。但不同基肥处理对土壤生物环境的影响机制尚需进一步
试验研究 。
整体来看 ,施用不同种类基肥对日光温室中土壤环境的影响非常明显 。与施无机肥相比 ,施有机肥可
逐渐改善土壤物理性状 ,提高土壤养分含量 ,土壤酶活性和微生物活性较大 ,有利于作物生长 ,施秸秆有机
40  中 国 生 态 农 业 学 报 第 15 卷
肥的效果又优于膨化鸡粪 。但生产中还要考虑不同基肥长期使用可能带来的负面效应 ,而且单一施用某种
基肥并不能保证土壤环境一直处于优势 ,如长期施用鸡粪可能会导致土壤酸化以及因此引起的致病菌增加
等问题 ,缓释肥的运用虽然减少了生产上的麻烦 ,但长期施用土壤有机质含量低 ,土壤酶活性不高 ,不利于
土壤中养分的转化 。秸秆有机肥虽然是一种相对较好的肥源 ,但因其尚未规模化生产 ,成本较高限制了其
大规模生产应用 。因此 ,在可能情况下 ,应尽量使基肥种类多样化 ,以弥补各自的不足 。
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