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        施氮對(duì)貓尾草栽培草地飼草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

        2015-04-11 02:54:56楊開虎張前兵羅良俊楊國(guó)林和海秀
        草業(yè)科學(xué) 2015年12期
        關(guān)鍵詞:結(jié)實(shí)施氮飼草

        楊開虎,于 磊,張前兵,羅良俊,楊國(guó)林,和海秀

        (1.新疆石河子大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,新疆 石河子832003;2.新疆兵團(tuán)第四師76 團(tuán),新疆 昭蘇縣835600)

        栽培草地是現(xiàn)代畜牧業(yè)生產(chǎn)體系中的一個(gè)關(guān)鍵組成部分,栽培草地彌補(bǔ)了天然草地飼草生產(chǎn)不足的缺口,源源不斷地為家畜提供量多質(zhì)優(yōu)的飼草,在放牧家畜飼草四季供給平衡方面擔(dān)當(dāng)著不可或缺的角色,并在畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展中具有重要的作用。

        近年來(lái),氮肥的增產(chǎn)效應(yīng)和合理施用問題已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的關(guān)鍵問題之一[1]。有關(guān)禾本科牧草施氮的研究比較多,研究表明,施氮肥可以顯著提高狼尾草(Pennisetum alopecuroides)的株高、產(chǎn)量及粗蛋白的含量[2];一定范圍內(nèi)的施氮量對(duì)王草(P. typhoideum)的生產(chǎn)和品質(zhì)有顯著的促進(jìn)作用[3];施氮對(duì)黑麥草(Lolium perenne)的生產(chǎn)也有促進(jìn)作用,施氮對(duì)高寒地區(qū)混播栽培草地產(chǎn)量和品質(zhì)也有促進(jìn)作用[4]。單播貓尾草(Phleum pretense)栽培草地施氮肥研究以及施氮對(duì)貓尾草產(chǎn)量和品質(zhì)動(dòng)態(tài)影響尚未出現(xiàn)過(guò)相關(guān)報(bào)道,本研究以當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有貓尾草栽培草地大田條件為基礎(chǔ),參考新疆伊犁昭蘇縣內(nèi)小麥(Triticum aestivum)生產(chǎn)中氮肥的施入水平,采用追施氮肥技術(shù)研究不同施氮水平對(duì)貓尾草飼草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響作用,探尋提高飼草產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的最佳施氮量,以期為當(dāng)?shù)卦耘嗖莸厣a(chǎn)管理提供依據(jù),并為貓尾草栽培草地相關(guān)研究提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)區(qū)概括

        試驗(yàn)區(qū)位于新疆伊犁昭蘇縣境西北部的沙爾套山山麓帶上段現(xiàn)有的貓尾草栽培草地內(nèi)。其地理坐標(biāo)是43°08' N,80°42' E,研究區(qū)海拔1 906 m,氣候?qū)僦袦貛絽^(qū)濕潤(rùn)冷涼氣候類型;年均氣溫2.0 ℃,降水量500 mm 左右[5],研究區(qū)為建植生長(zhǎng)第2 年的貓尾草栽培草地。2013 年春季播種,采用油菜(Brassica campestris)作保護(hù)作物,貓尾草播種量為19.5 kg·hm-2,油菜播種量為12 kg·hm-2;播種深度2 ~3 cm,行距12 cm。施底肥復(fù)合肥15 kg·hm-2。試驗(yàn)區(qū)無(wú)灌溉條件,依賴自然降水,土壤類型為黑鈣土,土壤有機(jī)質(zhì)含量為14.45%,土壤全氮、全磷、全鉀含量分別為3.90、3.41、4.43 g·kg-1,速效氮、速效磷、速效鉀含量分別為399.0、13.2、383.0 mg·kg-1[6]。

        1.2 供試材料

        試驗(yàn)區(qū)栽培草地播種貓尾草為引入丹麥貓尾草品種,施用氮肥為尿素,其含氮量≥46%(由新疆宜化化工有限公司生產(chǎn))。

        1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        試驗(yàn)于2014 年5 -10 月開展。在貓尾草栽培草地大田內(nèi)隨機(jī)選取地勢(shì)平整、長(zhǎng)勢(shì)相近的20 m×40 m的樣地3 塊(間隔50 m 以上);每塊樣地設(shè)4 小區(qū),各小區(qū)內(nèi)土壤肥力均等,所處的坡向一致,每小區(qū)面積10 m×20 m;試驗(yàn)設(shè)置CK、N1、N2、N3共4 個(gè)施氮處理,施氮量分別為尿素0、90、180、270 kg·hm-2。分兩次施氮肥,每次施總量的一半,在中等雨量時(shí)均勻施撒。第1 次施肥日期為2014 年6 月24 日,貓尾草處于孕穗期,第2 次施肥日期為2014 年7 月13 日,貓尾草處于抽穗期。

        1.4 試驗(yàn)方法

        1.4.1 采樣時(shí)間 在貓尾草抽穗期(7 月11 日)、揚(yáng)花期(7 月25 日),結(jié)實(shí)初期(8 月6 日),結(jié)實(shí)后期(8月23 日)及再生草時(shí)期(9 月15 日)做產(chǎn)量測(cè)定并采集分析樣。

        1.4.2 飼草產(chǎn)量測(cè)定 每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取1 m×1 m 樣方,刈割留茬6 ~7 cm(模擬機(jī)械收割時(shí)的留茬高度);將剪割的草裝入布袋內(nèi)稱量鮮重,每個(gè)樣方取分析樣約500 g,將莖、葉、穗分開并稱重,置入室內(nèi)自然風(fēng)干測(cè)得干重,每個(gè)小區(qū)設(shè)3 次重復(fù)測(cè)定。

        1.4.3 再生草產(chǎn)量測(cè)定 再生草產(chǎn)量指貓尾草被機(jī)械收割后至家畜放牧利用前這一時(shí)期貓尾草的產(chǎn)量,該時(shí)期的生長(zhǎng)牧草是放牧利用,刈割留茬1 ~2 cm(模擬家畜放牧?xí)r的采食高度)。

        1.4.4 株高測(cè)定 每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取具有代表性的10 株貓尾草株叢用卷尺測(cè)量自然生長(zhǎng)的高度。

        1.4.5 粗蛋白含量測(cè)定 將采取的分析樣采置入105 ℃的烘箱內(nèi)烘6 h 后再放入干燥器內(nèi)冷卻30 min。采用凱氏定氮法測(cè)定[7],粗蛋白含量等于全氮含量×6.25。

        1.4.6 酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維測(cè)定 將采取的分析樣采置入105 ℃的烘箱內(nèi)烘6 h 后再放入干燥器內(nèi)冷卻30 min,采用van Soest 分析法[8]測(cè)定酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量。

        1.4.7 氮素生產(chǎn)效率評(píng)價(jià)指標(biāo) 參考王永軍等[9]的方法,評(píng)價(jià)指標(biāo)為干物質(zhì)生產(chǎn)效率(Dry Matter Production Effiency,DMPE),等于每公頃干物質(zhì)的產(chǎn)量與施氮量之比;粗蛋白生產(chǎn)效率(Crude Protein Production Effiency,CPPE)等于粗蛋白產(chǎn)量與施氮量之比。計(jì)算方法為:

        DMPE=每公頃干物質(zhì)產(chǎn)量/施氮量×100%;

        CPPE=每公頃粗蛋白產(chǎn)量/施氮量×100%。

        1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

        用Microsoft Excel 2003 處理試驗(yàn)數(shù)據(jù),用SPSS 20.0 對(duì)飼草產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量及氮素利用效率進(jìn)行單因素(One-way ANOVA)方差分析,比較不同施氮水平之間的差異性。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同施氮水平對(duì)貓尾草飼草產(chǎn)量及株高的影響

        2.1.1 飼草產(chǎn)量的分析與比較 隨著施氮量的增加,貓尾草各生育期風(fēng)干草產(chǎn)量均有不同程度的提高(表1)。從抽穗期到結(jié)實(shí)后期,風(fēng)干草產(chǎn)量不斷增加,各施氮處理貓尾草風(fēng)干草產(chǎn)量均在結(jié)實(shí)后期達(dá)到最大值;這是因?yàn)樵摃r(shí)期貓尾草完全成熟,干物質(zhì)積累量最大,其中N3處理(270 kg·hm-2)的產(chǎn)量最高,為7 133.6 kg·hm-2,比對(duì)照處理4 952.2 kg·hm-2高出44.1%。抽穗期N1、N2、N3處理分別較CK 增長(zhǎng)了850.9、1 348.6 和2 158.8 kg·hm-2;揚(yáng)花期N1、N2、N3處理分別較CK 增長(zhǎng)了1 216.5、1 351.9和2 272.2 kg·hm-2;結(jié)實(shí)初期N1、N2、N3處理分別較CK 增長(zhǎng)了1 064.2、1 267.1和2 377.2 kg·hm-2;結(jié)實(shí)后期N1、N2、N3處理分別較CK 增長(zhǎng)了623. 1、1 126. 2 和2 181.4 kg·hm-2。由此可得,隨著施氮量的增加,飼草增長(zhǎng)量也在提高,其中N3處理增幅最大;但是各物候期對(duì)氮肥的響應(yīng)程度不同,N1、N2處理下,揚(yáng)花期的增幅最大,N3處理下,結(jié)實(shí)初期增幅最大。

        2.1.2 再生草飼草產(chǎn)量的影響 再生草的產(chǎn)量是指貓尾草被機(jī)械收割后(8 月20 日)至家畜進(jìn)入栽培草地自由放牧?xí)r(9 月15 日)所生長(zhǎng)的再生飼草量,產(chǎn)量測(cè)定為模擬牲畜采食的留茬高度(1 ~2 cm),該時(shí)期再生草的生長(zhǎng)時(shí)間短,水熱條件差,貓尾草所累積生長(zhǎng)的產(chǎn)量十分低。各施氮處理下均對(duì)再生草的生長(zhǎng)及產(chǎn)量積累具有促進(jìn)作用,但不同施氮水平再生飼草產(chǎn)量之間有差異性;N3處理(270 kg·hm-2)風(fēng)干草產(chǎn)量最高,為761 kg·hm-2,比CK(279 kg·hm-2)高出172.8%,N1、CK 之間差異不顯著(P >0.05),其他各處理差異顯著(P <0.05)(圖1)。

        2.1.3 貓尾草飼草產(chǎn)量構(gòu)成動(dòng)態(tài)變化與分析 貓尾草飼草的產(chǎn)量由莖稈、葉片、穗序3 部分組成,不同生育期各部分占飼草產(chǎn)量的比例不同(圖2)。隨著生育期的推進(jìn),葉片占飼草產(chǎn)量的比例越來(lái)越低,莖稈和花穗占飼草產(chǎn)量的比例越來(lái)越高。在各生育期,施氮都增加了飼草的產(chǎn)量;在抽穗期,施氮對(duì)貓尾草莖稈、葉片、穗序的產(chǎn)量都有所提高;在揚(yáng)花期、結(jié)實(shí)初期和結(jié)實(shí)后期,施氮主要是增加了莖稈和穗序的產(chǎn)量比重,且隨著施氮水平的提高其莖稈和穗序產(chǎn)量所占比重在增加。

        表1 不同施氮水平下風(fēng)干草產(chǎn)量的比較Table 1 Yield comparison under different nitrogen treatments kg·hm -2

        圖1 不同施氮水平下再生草產(chǎn)量的比較Fig.1 Regeneration hay yield under different nitrogen treatments

        2.1.4 株高 施肥可以明顯促進(jìn)貓尾草株高的增加(表2)。處在同一生長(zhǎng)時(shí)期,隨著施氮量的增加貓尾草株高也逐漸增加,各生育期都呈現(xiàn)這一變化趨勢(shì)。全生育期內(nèi)株高增長(zhǎng)幅度抽穗期-揚(yáng)花期(38 cm)較揚(yáng)花期-結(jié)實(shí)期(4.5 cm)要大,這是由于處在抽穗和揚(yáng)花時(shí)期水熱條件俱佳,貓尾草生長(zhǎng)速度加快。處理N3(270 kg·hm-2)在結(jié)實(shí)后期株高達(dá)到最大值(126.7 cm),比CK(112.4 cm)高14.3 cm。分析結(jié)果表明,全生育期內(nèi)不同施氮量處理貓尾草的生長(zhǎng)株高與未施肥處理之間均差異顯著(P <0.05)。

        2.2 不同施肥水平對(duì)貓尾草各生育期飼草品質(zhì)的影響

        圖2 不同施氮水平下各生育期飼草產(chǎn)量動(dòng)態(tài)變化分析Fig.2 Yield dynamics with growth yield under different nitrogen treatments

        表2 不同施氮處理下貓尾草株高的變化Table 2 Changes of plant height under different nitrogen treatments cm

        牧草中蛋白質(zhì)含量的高低是衡量牧草品質(zhì)的重要指標(biāo),牧草蛋白質(zhì)含量越高,其品質(zhì)就越好。貓尾草飼草中粗蛋白的含量隨著生長(zhǎng)發(fā)育的推移而呈現(xiàn)不斷降低的趨勢(shì),不同施氮處理對(duì)處在不同時(shí)期飼草的粗蛋白含量差異顯著不同(表 3);在抽穗期和揚(yáng)花期,粗蛋白含量N3>N2>N1>CK,特別是N2、N3處理,粗蛋白含量顯著高于CK(P <0.05),而N2、 N3處理之間差異不顯著(P >0.05);結(jié)實(shí)初期和結(jié)實(shí)后期各處理之間表現(xiàn)是粗蛋白含量N2>N3>N1>CK,N2處理與其他各處理均差異顯著(P <0.05),N3處理與CK 差異顯著(P <0.05),N3、N1處理之間差異不顯著(P >0.05);在抽穗期和揚(yáng)花期,粗蛋白含量隨著施氮量的增加而增加,在結(jié)實(shí)期和結(jié)實(shí)后期,粗蛋白含量并不是隨著施氮量增加而增加,當(dāng)施氮量超過(guò)N2水平(180 kg·hm-2)時(shí)粗蛋白的含量降低。施氮在各個(gè)物候期都增加了貓尾草粗蛋白的含量,在各生育期增幅不同,在抽穗期N1、N2和N3處理分別較CK 增加了0.82%、1.42%和1.63%;在揚(yáng)花期N1、N2和N3處理分別較CK 增加了0.50%、1.11%和1.21%;在結(jié)實(shí)初期N1、N2和N3處理分別較CK 增加了0.70%、1.99%和1.13%;在結(jié)實(shí)后期N1、N2、N3處理分別較CK增加了0.83%、2.02%和1.43%。這表明,不同物候期貓尾草粗蛋白含量對(duì)氮肥響應(yīng)不同,N1處理在抽穗期和結(jié)實(shí)后期增幅最大,N2處理在結(jié)實(shí)后期增幅最大,N3處理在抽穗期增幅最大,抽穗期和揚(yáng)花期N3處理增加的最多,結(jié)實(shí)初期和結(jié)實(shí)后期N2處理增加的最多。

        在生長(zhǎng)期內(nèi),貓尾草ADF 和NDF 的含量均呈上升趨勢(shì),結(jié)實(shí)后期貓尾草的ADF 和NDF 含量最高(表3)。施氮降低了貓尾草ADF 和NDF 的含量,抽穗期和揚(yáng)花期貓尾草ADF 和NDF 的含量隨著施氮水平的增加而降低,N3<N2<N1<CK;在結(jié)實(shí)初期和結(jié)實(shí)后期飼草中NDF 和ADF 的含量并沒有一直隨著施氮的增加而降低,當(dāng)施氮量超過(guò)N2(180 kg·hm-2)時(shí)出現(xiàn)增加趨勢(shì),除結(jié)實(shí)初期NDF 表現(xiàn)為N1<N3外,其余處理表現(xiàn)為N2<N3<N1<CK。不同施氮在各生育期內(nèi)都降低貓尾草ADF 的含量,但各生育期降幅不同,抽穗期N1、N2、N3處理分別較CK 降低了1.8、2.25 和3.9 個(gè)百分點(diǎn);揚(yáng)花期N1、N2和N3處理分別較CK 降低了2.14、2.62 和7.17 個(gè)百分點(diǎn);結(jié)實(shí)初期N1、N2和N3處理分別較CK 降低了1.45、3.69 和2.71 個(gè)百分點(diǎn);結(jié)實(shí)后期N1、N2和N3處理分別較CK 降低了1.16、3.31 和2. 69 個(gè)百分點(diǎn)。由此可知,各生育期貓尾草ADF 含量對(duì)氮肥響應(yīng)不同,其N1、N2和N3處理均在揚(yáng)花期降幅最大,抽穗期和揚(yáng)花期N3處理降低的最多,結(jié)實(shí)初期和結(jié)實(shí)后期N2處理降低的最多。收獲時(shí)(結(jié)實(shí)后期)N2處理ADF 含量(50.43%)最低,比CK(53.74%)低3.31 個(gè)百分點(diǎn)。NDF 含量在各生育期降幅低于ADF 的含量,對(duì)氮肥響應(yīng)的變化趨勢(shì)與ADF一致。

        表3 不同施氮水平下貓尾草各生育期營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的變化Table 3 Changes in content of nutrients under different nitrogen treatments %

        2.3 不同施氮水平對(duì)飼草氮素生產(chǎn)效率的影響

        氮素生產(chǎn)效率是評(píng)價(jià)牧草生產(chǎn)對(duì)氮素利用成效的一種方式。不同施氮水平下貓尾草的干物質(zhì)生產(chǎn)效率(DMPE)隨著生育期的推進(jìn)均增大,至結(jié)實(shí)后期達(dá)到生育期內(nèi)最大值;N1和N3施氮水平下粗蛋白生產(chǎn)效率(CPPE)隨著牧草的生長(zhǎng)階段的推移而降低,抽穗期粗蛋白生產(chǎn)效率最高(表4)。從不同施氮水平進(jìn)行比較,牧草DMPE 和CPPE 均隨著施氮量的增加而降低,不同施氮水平之間差異均顯著(P <0.05),這說(shuō)明施氮越多,氮素利用效率越低,損失率也越大。

        表4 不同施氮水平下貓尾草的氮素利用效率Table 4 Production efficiency under different nitrogen treatments %

        3 討論

        禾本科牧草的生長(zhǎng)發(fā)育所需氮素依賴根系從土壤中吸收,但土壤中可利用的氮素難以滿足禾本科牧草高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的需要,施氮肥對(duì)于補(bǔ)充土壤氮素是提高牧草生產(chǎn)效率最有效的措施[9]。氮能顯著提高牧草產(chǎn)量[10],氮是葉綠素的主要成分,含氮量充足時(shí),光合作用增強(qiáng)[11],植物的株高增加[12]。因此,氮能顯著提高牧草的產(chǎn)量;氮能刺激植物的生長(zhǎng),尤能促進(jìn)分蘗及新生組織發(fā)育,增加物質(zhì)積累量。松中照夫和顧洪如[13]認(rèn)為,施氮使貓尾草單莖重增加,因而提高了產(chǎn)量。潘家榮等[14]研究表明,在一定施氮范圍內(nèi),牧草的產(chǎn)量隨著施氮量的提高而提高,但是當(dāng)施氮超過(guò)一定范圍,反而對(duì)牧草的生產(chǎn)不利,其原因可能是施氮肥過(guò)量時(shí),根系活力受到顯著影響,限制了牧草對(duì)氮素的吸收[15]。本研究表明,貓尾草在0 ~270 kg·hm-2的施氮范圍內(nèi)對(duì)貓尾草飼草產(chǎn)量增長(zhǎng)在各生育期都是促進(jìn)作用,但不同生育期對(duì)施氮量的響應(yīng)程度不同,其中N1、N2處理下處在揚(yáng)花期時(shí)增幅最大,N3處理下結(jié)實(shí)初期增幅最大。

        貓尾草以收獲飼草為目的,飼草粗蛋白和粗纖維含量的高低,直接關(guān)系到草食動(dòng)物的飼養(yǎng)效果。粗蛋白和粗纖維含量是牧草品質(zhì)的兩項(xiàng)重要指標(biāo),余有貴和賀建華[16]的研究表明,提高牧草粗蛋白含量和降低纖維素含量是提高牧草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、改善牧草品質(zhì)的重要內(nèi)容。適量的氮肥可改善禾本科牧草的品質(zhì),使其質(zhì)嫩、蛋白質(zhì)含量提高同時(shí)降低粗維含量[17-19]。本研究表明,不同施氮水平都能增加飼草粗蛋白的含量,并降低飼草ADF 和NDF 的含量。在抽穗期和結(jié)實(shí)期,施氮量與飼草粗蛋白的含量呈正相關(guān),與ADF 和NDF的含量呈負(fù)相關(guān);在結(jié)實(shí)初期和結(jié)實(shí)后期,N2處理(180 kg·hm-2)的飼草粗蛋白含量最高,當(dāng)施氮量超過(guò)這個(gè)水平,飼草粗蛋白含量增長(zhǎng)出現(xiàn)下降趨勢(shì)。這一結(jié)論與周青平等[20]和王月福等[21]的研究結(jié)果相似,即適量增施氮肥可以提高氮肥利用效率,提高牧草蛋白質(zhì)的含量,降低粗纖維的含量,而過(guò)量增施氮肥使牧草中粗蛋白質(zhì)含量增加的幅度變小,氮肥利用效率降低。不同生育期貓尾草營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量對(duì)氮肥的響應(yīng)也不同,貓尾草粗蛋白含量對(duì)氮肥響應(yīng)不同,N1處理在抽穗期和結(jié)實(shí)后期增幅最大,N2處理在結(jié)實(shí)后期增幅最大,N3處理在抽穗期增幅最大,抽穗期和揚(yáng)花期N3處理增加的最多,結(jié)實(shí)初期和結(jié)實(shí)后期N2處理增加的最多。N1、N2、N3處理ADF 含量均在揚(yáng)花期降幅最大,抽穗期和揚(yáng)花期N3處理降低的最多,結(jié)實(shí)初期和結(jié)實(shí)后期N2處理降低的最多。

        4 結(jié)論

        1)施用氮素增加了貓尾草的株高,提高了貓尾草飼草產(chǎn)量和再生飼草的產(chǎn)量,在0 ~270 kg·hm-2的施氮范圍內(nèi)施氮水平越高飼草產(chǎn)量越高。各生育期對(duì)氮的響應(yīng)程度不同,其中N1、N2處理下?lián)P花期的增幅最大,N3處理下結(jié)實(shí)初期增幅最大。

        2)施用氮素提高了飼草種粗蛋白的含量,并降低了飼草ADF 和NDF 的含量,從而提高了飼草品質(zhì)。但是施氮水平超過(guò)N2處理(180 kg·hm-2)時(shí),施飼草品質(zhì)呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。各生育期對(duì)氮肥的響應(yīng)變化不同,粗蛋白含量N1處理在抽穗期和結(jié)實(shí)后期增幅最大,N2處理在結(jié)實(shí)后期增幅最大,N3處理在抽穗期增幅最大;ADF 含量N1、N2、N3處理均在揚(yáng)花期降幅最大。

        3)施氮量與氮素生產(chǎn)效率和利用效率呈負(fù)相關(guān),施氮量越高,氮素利用效率越低。

        4)從飼草生產(chǎn)角度看,N3處理(270 kg·hm-2)飼草產(chǎn)量最大,從飼草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)角度分析最佳施氮水平為N2處理(180 kg·hm-2)。綜合考慮各因素,在當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件下以收獲最多的飼草為主要生產(chǎn)任務(wù)并兼顧飼草品質(zhì)和生產(chǎn)效率貓尾草的最佳收獲期是結(jié)實(shí)初期,最佳施氮水平為270 kg·hm-2。

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