馮曉燕 殷金巖 汪田野 王東棟 樊騰新 梁令帥 裴福云

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摘要：以小蚌蘭、翠蘆莉及顆粒基質(zhì)為材料，開展顆粒基質(zhì)保水性能的蒸發(fā)試驗(yàn)及盆栽植物控水干旱試驗(yàn)，以獲得相關(guān)性能指標(biāo)[不同干旱處理下（0、7、14、21 d）基質(zhì)含水量、植物葉片相對(duì)含水量、葉綠素含量（SPAD值）、凈光合速率、蒸騰速率、相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛（MDA）含量及根系生物量等指標(biāo)，并采用隸屬函數(shù)法對(duì)不同處理各指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析]，探究自主研發(fā)的輕型顆粒基質(zhì)抗旱保墑性能及相關(guān)植物的耐旱性。結(jié)果顯示，顆粒基質(zhì)具有良好的吸水、保水性能，在干旱條件下能為植物提供較為適宜的基質(zhì)生長(zhǎng)條件;小蚌蘭在同等干旱條件下比翠蘆莉更具有耐旱性。本研究將為顆粒基質(zhì)抗旱保墑性能的評(píng)價(jià)及輕質(zhì)、節(jié)水型屋頂綠化景觀的建立提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：屋頂綠化;干旱脅迫;顆?；|(zhì);小蚌蘭;翠蘆莉;基質(zhì)含水量;葉片生理指標(biāo);綜合評(píng)價(jià);隸屬函數(shù)值

中圖分類號(hào)： S152;S688 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2020）10-0162-06

收稿日期：2019-05-12

基金項(xiàng)目：廣東省深圳市節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)（編號(hào)：深發(fā)改[2016]1023號(hào)）。

作者簡(jiǎn)介：馮曉燕（1989—），女，河南信陽人，碩士，中級(jí)工程師，主要從事植物廢棄物資源化利用、立體綠化等研究。E-mail：elain2016@163.com。

通信作者：裴福云，博士，工程師，主要從事納米材料在土壤修復(fù)、光催化領(lǐng)域方面的應(yīng)用及新型基質(zhì)材料研究。E-mail：peify@126.com。

隨著城市化進(jìn)程加快，屋頂綠化作為一種新型的綠化方式，不僅可以彌補(bǔ)平地綠化的不足，緩解建筑面積和綠地面積之間的矛盾，還可以改善人居環(huán)境，彰顯出不可低估的生態(tài)、社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。但屋頂環(huán)境較為特殊，屋頂綠化不僅要考慮承重，還須考慮強(qiáng)光照、大風(fēng)、極端溫度等惡劣的環(huán)境條件，而且基質(zhì)不與地表相連，易缺水干旱[3]。而干旱一直是制約植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要逆境因子，在園林植物選材日益豐富的情況下，抗旱品種的供應(yīng)需求也日趨旺盛[4]。鑒于栽培基質(zhì)占屋頂綠化系統(tǒng)質(zhì)量比重較大，對(duì)植物的生長(zhǎng)也影響最大，因此對(duì)基質(zhì)的要求更高[5]，可見選擇吸水、保水性能好、輕質(zhì)的基質(zhì)材料至關(guān)重要。本研究通過試驗(yàn)探究自主研發(fā)的輕型顆?；|(zhì)的吸水、保水性能及耐旱性，并研究2種不同植物對(duì)基質(zhì)及干旱脅迫的適應(yīng)性，旨在為建立輕質(zhì)、節(jié)水型屋頂綠化景觀、實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)材料與試劑 供試材料包括顆粒基質(zhì)、普通營(yíng)養(yǎng)土、植物（翠蘆莉、小蚌蘭）、自封袋、信封、濾紙、花盆、直尺等。試劑包括三氯乙酸（TCA）、2-硫代巴比妥酸（TBA）等，均購自東莞市常平正科化玻儀器店。

1.1.2 儀器與設(shè)備 培養(yǎng)皿、鑷子、研缽、分析天平、篩子、離心管，均購自東莞市常平正科化玻儀器店;移液槍、便攜氣象計(jì)、紫外分光光度計(jì)、電導(dǎo)儀、手持便攜式葉綠素儀、Li-6400全自動(dòng)便攜式光合測(cè)量?jī)x等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 室內(nèi)常溫常壓蒸發(fā)試驗(yàn) 在關(guān)閉門窗（以保持室內(nèi)無風(fēng)狀態(tài)且其溫濕度變化較小）的環(huán)境條件下進(jìn)行試驗(yàn)。顆?；|(zhì)為試驗(yàn)組，普通基質(zhì)土為對(duì)照，每組3個(gè)平行試驗(yàn)。試驗(yàn)中使用開口培養(yǎng)皿為蒸發(fā)器皿，以精度為0.01 g的電子天平和電子溫濕度表為稱量?jī)x器，具體試驗(yàn)方法如下：稱量一定體積顆粒基質(zhì)及普通基質(zhì)土為試驗(yàn)材料，使試樣達(dá)到飽和，將飽和后的試樣均勻攤鋪在培養(yǎng)皿內(nèi)，記錄時(shí)間、溫度和相對(duì)濕度以及試樣和蒸發(fā)器皿的總質(zhì)量。每 3 h 稱量蒸發(fā)器皿質(zhì)量、溫度和相對(duì)濕度，直至蒸發(fā)過程結(jié)束[6]。

1.2.2 盆栽控水干旱試驗(yàn)及指標(biāo)測(cè)定 試驗(yàn)于2018年6—7月進(jìn)行，在廣東省東莞市鐵漢生態(tài)農(nóng)業(yè)觀光園的抗逆植物大棚（114.10°E、22.99°N）內(nèi)開展盆栽控水干旱試驗(yàn)，花盆規(guī)格為15 cm×15 cm×18 cm，試驗(yàn)組（T）所用基質(zhì)為自制顆?；|(zhì)，對(duì)照組（CK）為普通營(yíng)養(yǎng)土，分別作控水（T干、CK干）和正常澆水養(yǎng)護(hù)（T水、CK水）2組處理。選取株齡長(zhǎng)勢(shì)大小一致的翠蘆莉、小蚌蘭植株定植于試驗(yàn)組及對(duì)照組花盆中，定植密度為1株/盆?？厮M在6月下旬進(jìn)行干旱脅迫，在控水前1 d澆透水，使每盆的基質(zhì)相對(duì)含水量基本飽和，然后開始控水，連續(xù)控水21 d;澆水組每周澆水1次。分別于控水0、7、14、21 d測(cè)定土壤指標(biāo)及植物光合和生理生化指標(biāo)。

基質(zhì)含水量、葉片相對(duì)含水量及根系生物量采用烘干法[7]測(cè)定;葉綠素含量（以SPAD值計(jì)）采用手持便攜式葉綠素儀（SPAD-502，Japan）測(cè)定;相對(duì)電導(dǎo)率采用電導(dǎo)儀[7]測(cè)定;光合指標(biāo)采用Li-6400全自動(dòng)便攜式光合測(cè)量?jī)x測(cè)定;丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法[8]測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 室內(nèi)常溫常壓蒸發(fā)試驗(yàn)結(jié)果分析

基質(zhì)水分蒸發(fā)是基質(zhì)內(nèi)部水分經(jīng)過基質(zhì)表面以水蒸氣的狀態(tài)擴(kuò)散到大氣的過程。影響基質(zhì)水分蒸發(fā)的因素有很多，歸納起來可分為2類：內(nèi)因和外因。內(nèi)因是指與基質(zhì)自身相關(guān)的各類化學(xué)物理性質(zhì)因素，主要影響水分在基質(zhì)內(nèi)的運(yùn)移特征。外因是指基質(zhì)蒸發(fā)時(shí)的外部環(huán)境因素，主要影響液態(tài)水汽化所需要的能量供應(yīng)強(qiáng)度[9]。本試驗(yàn)各個(gè)處理組處于同一環(huán)境條件下，變動(dòng)幅度不大，所以影響基質(zhì)蒸發(fā)的主要因素為內(nèi)因。

如圖1所示，隨著蒸發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，前期基質(zhì)水分蒸發(fā)速率較大，然后逐漸降低，這主要是因?yàn)榍捌诨|(zhì)蒸發(fā)的水分主要是毛管水，較容易蒸發(fā)，然后是薄膜水和吸著水，在同等條件下幾種水分蒸發(fā)越來越難。由表1可知，同等體積的基質(zhì)，顆?；|(zhì)初始含水量（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，下同）是普通基質(zhì)土的4.8倍，蒸發(fā)9 h后，顆粒基質(zhì)含水量仍高達(dá)98.70%，而普通基質(zhì)土僅有12.07%;室內(nèi)蒸發(fā)50 h后，普通基質(zhì)土含水量?jī)H剩0.20%，基本蒸發(fā)完全，而顆粒基質(zhì)為589%。由此可以看出，在同等蒸發(fā)時(shí)間及蒸發(fā)條件下，顆?；|(zhì)具有良好的吸水、保水性能。

2.2 盆栽控水干旱試驗(yàn)各指標(biāo)分析

2.2.1 干旱脅迫對(duì)基質(zhì)含水量的影響 一般隨著

干旱脅迫加劇，基質(zhì)含水量會(huì)呈不同程度的下降趨勢(shì)。由表2可知，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，控水干旱脅迫下試驗(yàn)組及對(duì)照組基質(zhì)含水量均呈持續(xù)下降趨勢(shì)，前期下降速率快，后期較為緩慢。其中，顆?；|(zhì)飽和含水量較高，能達(dá)基質(zhì)自身干質(zhì)量的近15倍。顆粒基質(zhì)（T）含水量在持續(xù)干旱（控水）過程中一直高于CK普通營(yíng)養(yǎng)土，干旱21 d后，小蚌蘭的T干旱組比CK干旱組基質(zhì)含水量高5.31百分點(diǎn)，翠蘆莉T干旱組比CK干旱組基質(zhì)含水量高2.36百分點(diǎn)，T澆水組基質(zhì)含水量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CK澆水組，說明顆粒基質(zhì)具有良好的吸水、保水性能，且顆粒基質(zhì)材質(zhì)輕，更符合屋頂綠化承重要求。通過顆粒基質(zhì)T干旱組數(shù)據(jù)可以看出，小蚌蘭基質(zhì)含水量持續(xù)高于翠蘆莉;CK干旱組的小蚌蘭的基質(zhì)含水量脅迫0～14 d均高于翠蘆莉組，21 d時(shí)接近持平，由此推測(cè)小蚌蘭抗旱性優(yōu)于翠蘆莉。

2.2.2 干旱脅迫對(duì)葉片相對(duì)含水量的影響 一般情況下，植物在受到干旱脅迫時(shí)，會(huì)導(dǎo)致葉片水分虧缺，相對(duì)含水量會(huì)呈下降趨勢(shì)，通常其下降的速率與抗旱能力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。植物在遭受同樣的干旱時(shí)，抗旱性越強(qiáng)的植物葉片相對(duì)含水量下降的幅度越小;抗旱性越差的植物葉片相對(duì)含水量下降幅度越大[10]。由表3可以看出，澆水組基本上處于動(dòng)態(tài)平衡過程。干旱組在持續(xù)水分脅迫下， 小蚌蘭與翠蘆莉葉片相對(duì)含水量整體呈持續(xù)下降趨勢(shì)，顆粒基質(zhì)干旱組脅迫7 d后葉片相對(duì)含水量基本與飽和含水量持平，總體下降趨勢(shì)較為平緩，但CK干旱組下降速率快，干旱脅迫21 d，小蚌蘭及翠蘆莉CK干旱組葉片相對(duì)含水量分別比T干旱組低23.62、31.08百分點(diǎn)，可推測(cè)顆?；|(zhì)在干旱條件下更適宜植物生長(zhǎng)。干旱脅迫21 d后，T干旱組的小蚌蘭葉片相對(duì)含水量下降1.86百分點(diǎn)，翠蘆莉下降3960百分點(diǎn);CK干旱組的小蚌蘭下降25.50百分點(diǎn)，翠蘆莉下降71.07百分點(diǎn)，說明小蚌蘭在干旱條件下自身反饋調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，能夠更好地適應(yīng)于干旱脅迫。

2.2.3 干旱脅迫對(duì)葉綠素含量的影響 由于植物在遭受干旱脅迫時(shí)其葉片葉綠素含量關(guān)系著植物的光合同化過程，所以葉綠素含量是衡量植物抗旱性的重要生理指標(biāo)之一[11]。一般在遭受到干旱脅迫時(shí)植物的葉綠素含量都呈下降趨勢(shì)，所以通過測(cè)量各處理植物在干旱脅迫時(shí)葉綠素含量可以反映出不同種類植物對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)機(jī)制。由表4可以看出，隨著干旱脅迫加劇，小蚌蘭的葉綠素含量呈持續(xù)下降趨勢(shì)，T干旱組脅迫期內(nèi)降低 5.4，且CK干旱組脅迫后期，降幅較大，脅迫期內(nèi)降低132，可推測(cè)干旱脅迫下，顆?；|(zhì)因保水性更好，能為植物提供適量水分，緩解葉綠素分解速度;而翠蘆莉T干旱組則呈“升高—降低—升高”趨勢(shì)，分析原因可能是干旱脅迫初期，葉片內(nèi)部保護(hù)機(jī)制使得葉綠素含量減少，并且葉片中含水量降低，導(dǎo)致葉綠素含量反而增加，中期葉綠素分解加劇導(dǎo)致含量降低，后期葉片發(fā)生萎蔫，葉綠素濃縮導(dǎo)致含量增加。翠蘆莉CK干旱組呈持續(xù)上升的趨勢(shì)，由此推測(cè)，隨著水分脅迫的持續(xù)，葉片含水量降低，而葉片葉綠素含量因葉綠素濃縮而持續(xù)上升。

2.2.4 干旱脅迫對(duì)植物相對(duì)電導(dǎo)率的影響 葉片細(xì)胞膜相對(duì)透性（相對(duì)電導(dǎo)率）是生物膜系統(tǒng)能否穩(wěn)定的重要指標(biāo)，膜系統(tǒng)穩(wěn)定是細(xì)胞進(jìn)行正常生理功能的基礎(chǔ)。植物在遭受到干旱脅迫后，葉片細(xì)胞膜受到損傷，質(zhì)膜透性會(huì)增加，細(xì)胞內(nèi)含物外滲，電導(dǎo)率會(huì)增大[12]。如表5所示，隨著水分脅迫加劇，植物葉片的相對(duì)電導(dǎo)率均呈不同程度的動(dòng)態(tài)變化，其中小蚌蘭T干旱組呈持續(xù)上升趨勢(shì)，脅迫后21 d

相對(duì)電導(dǎo)率增加38.35百分點(diǎn)，CK干旱組呈先升后降趨勢(shì)，可能是植物自身對(duì)干旱脅迫的調(diào)節(jié)機(jī)制，對(duì)干旱有一定的適應(yīng)性，葉片相對(duì)電導(dǎo)率也隨之小幅度下降，最終（脅迫后21 d）增加41.64百分點(diǎn)，比T干旱組多增加3.29百分點(diǎn);翠蘆莉的T干旱組與CK干旱組相對(duì)電導(dǎo)率均呈“升高—降低—升高”趨勢(shì)，在土壤水分脅迫前期相對(duì)電導(dǎo)率升高，一段時(shí)間后，植株對(duì)脅迫形成了一定的抗性，相對(duì)電導(dǎo)率降低，但隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)和程度加劇，植物自身調(diào)節(jié)幅度達(dá)到極限，導(dǎo)致相對(duì)電導(dǎo)率再次升高。

2.2.5 干旱脅迫對(duì)MDA含量的影響 植物在遭受到干旱脅迫時(shí)會(huì)導(dǎo)致大量的自由基產(chǎn)生，致使MDA生成。一般來說，在干旱脅迫下，葉片MDA含量越高，其抗旱性越差[13]。由表6可以看出，在水分脅迫期內(nèi)，不同處理的MDA含量均整體呈不同程度的增加，其中小蚌蘭T干旱組在脅迫后21 d時(shí)增加19.76 μmol/g，CK干旱組增加31.29 μmol/g;翠蘆莉T干旱組增加7.40 μmol/g，CK干旱組增加70.95 μmol/g，CK干旱組的增幅比T干旱組多6355 μmol/g?？梢姡w?；|(zhì)因保水性較好，植物在同等水分脅迫條件下，產(chǎn)生的MDA也較少。

2.2.6 干旱脅迫對(duì)凈光合速率的影響 植物在遭受到干旱脅迫時(shí)，凈光合速率會(huì)下降，下降的幅度與植物的抗旱性呈正相關(guān)[14]。由表7可以看出，干旱處理組小蚌蘭和翠蘆莉凈光合速率均呈持續(xù)下降趨勢(shì);CK干旱組脅迫21 d后，小蚌蘭、翠蘆莉凈光合速率均出現(xiàn)負(fù)值，極度缺水會(huì)抑制光合作用，T干旱組凈光合速率仍為正值，說明顆粒基質(zhì)更能適應(yīng)干旱環(huán)境，更能為植物在干旱環(huán)境中提供生存條件。澆水組凈光合速率也會(huì)一定程度降低，但植物能保持正常的生長(zhǎng)。

2.2.7 干旱脅迫對(duì)蒸騰速率的影響 植物的蒸騰作用在植物水分代謝中起著很重要的調(diào)節(jié)支配作用，隨著干旱脅迫加劇，通過氣孔關(guān)閉來減少水分散失。由表8可以看出，隨著干旱脅迫的持續(xù)，小蚌蘭不同處理蒸騰速率呈“降低—升高—降低”趨勢(shì)，原因可能是干旱脅迫7 d時(shí)，剛雨過天晴，空氣濕度較大，蒸騰速率低;而翠蘆莉干旱組持續(xù)下降，澆水組則呈“降低—升高— 降低”趨勢(shì)。干旱脅迫21 d后，小蚌蘭的T干旱組蒸騰速率降低3.19 mmol/（m2·s），CK干旱組蒸騰速率降低3.93 mmol/（m2·s），說明顆?；|(zhì)優(yōu)于普通營(yíng)養(yǎng)土; 翠蘆莉組分別降低 3.95、3.23 mmol/（m2·s），說明普通營(yíng)養(yǎng)土則優(yōu)于顆?；|(zhì)。

2.2.8 干旱脅迫對(duì)根系生物量的影響 一般植物在缺少水分的環(huán)境下，會(huì)形成較大的根冠比，以充分吸收、利用水分，維系正常生理活動(dòng)。如圖2所示，干旱脅迫21 d后，干旱組與對(duì)照組根系生物量差異不顯著，但小蚌蘭和翠蘆莉T干旱組根系生物量值大于CK干旱組，結(jié)合表2可以看出，T干旱組基質(zhì)因含水量高于CK干旱組，有利于植物根系生長(zhǎng)，另外顆粒基質(zhì)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)有利于根系穿插生長(zhǎng)。通常建筑屋頂?shù)某兄赜邢蓿糜谖蓓斁G化的土壤基質(zhì)往往特別淺?。?～15 cm），因而在屋頂綠地環(huán)境中植物的根系生長(zhǎng)所必需的資源與其發(fā)展所必需的空間十分有限，因而大體量的根系系統(tǒng)也不適合在屋頂基質(zhì)中生長(zhǎng)[3]。故翠蘆莉這種根系發(fā)達(dá)、根系體量大的植物也不適宜于屋頂種植，以免爭(zhēng)奪資源而對(duì)屋頂產(chǎn)生破壞性影響。

2.3 盆栽控水干旱試驗(yàn)各指標(biāo)綜合分析評(píng)價(jià)

由于抗旱性受多因素相互作用、相互影響，單一的抗旱性指標(biāo)往往難以全面反映植物對(duì)干旱適應(yīng)

的綜合能力，所以采用隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)法能夠消除單個(gè)指標(biāo)帶來的片面性，以對(duì)比各物種抗旱差異性[15]，故采用隸屬函數(shù)法對(duì)不同處理干旱脅迫21 d的生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)。由表9可以看出，小蚌蘭的不同處理中CK澆水組值最高，各處理依次表現(xiàn)為CK水>T干>T水>CK干，干旱組的顆粒基質(zhì)優(yōu)于CK普通土，說明對(duì)于小蚌蘭而言，使用顆?；|(zhì)在低澆水量條件下就可以接近普通土在高澆水量條件下的生長(zhǎng)水平。翠蘆莉不同處理中T澆水組值最高，各處理依次表現(xiàn)為T水>CK水>T干>CK干。在澆水狀態(tài)下，小蚌蘭的CK優(yōu)于T，干旱狀態(tài)下的T處理僅次于CK水;對(duì)于翠蘆莉，澆水組優(yōu)于干旱組，干旱狀態(tài)下T優(yōu)于CK。可見，顆?；|(zhì)在干旱條件下的性能優(yōu)于普通基質(zhì)土，因具有良好的吸水、保水性能，能為植物提供良好的土壤生長(zhǎng)環(huán)境，在干旱環(huán)境條件下也表現(xiàn)優(yōu)異。而小蚌蘭的T干旱組隸屬函數(shù)值為0.70，翠蘆莉?yàn)?45，說明小蚌蘭耐旱性優(yōu)于翠蘆莉，更能適應(yīng)屋頂干旱缺水的環(huán)境條件。

3 討論與結(jié)論

屋頂綠化由于屋頂承重限制及其特殊的環(huán)境條件，所需栽培基質(zhì)較普通綠化有著不同的要求。輕質(zhì)保水型屋頂綠化栽培基質(zhì)能夠直觀地減少荷載，對(duì)屋頂綠化的建設(shè)有直接的推動(dòng)作用[16]。本研究以自主研發(fā)的輕型顆?；|(zhì)為研究對(duì)象，通過顆?；|(zhì)的室內(nèi)蒸發(fā)試驗(yàn)及盆栽控水干旱試驗(yàn)可以看出，當(dāng)干旱脅迫程度及時(shí)間呈梯度變化時(shí)，基質(zhì)指標(biāo)、植物的生理生化指標(biāo)及光合指標(biāo)會(huì)出現(xiàn)不同趨勢(shì)及程度的變化，且各指標(biāo)會(huì)相互作用、相互影響，并對(duì)耐旱性產(chǎn)生影響。通過基質(zhì)蒸發(fā)試驗(yàn)可知，顆?；|(zhì)相對(duì)于普通基質(zhì)土而言，具有良好的吸水、保水性能，在干旱條件下能為植物提供較為良好的土壤條件。

通過小蚌蘭和翠蘆莉2種不同植物在干旱脅迫和正常澆水養(yǎng)護(hù)條件下的各指標(biāo)變化趨勢(shì)及幅度可得出，小蚌蘭的抗旱性要強(qiáng)于翠蘆莉，翠蘆莉在干旱脅迫21 d時(shí)，已出現(xiàn)凈光合速率為負(fù)值、植物葉片嚴(yán)重萎蔫現(xiàn)象，且根系較為龐大，可能會(huì)對(duì)屋頂結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生破壞性影響，故不適宜用于基質(zhì)層較淺、管養(yǎng)頻率過低的屋頂綠化工程。

由于華南地區(qū)易遭受臺(tái)風(fēng)暴雨，干旱試驗(yàn)在大棚內(nèi)，采用盆栽控水法開展研究，故所測(cè)試的植物會(huì)受花盆容積的限制，不能廣泛扎根，并且與室外屋頂環(huán)境不一致，該研究只能做初步對(duì)比研究，日后還須開展屋頂試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

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