王越 溫祥珍 李亞靈

摘要：為了尋找一種較為簡單的基質(zhì)栽培番茄的營養(yǎng)液代替方案，實(shí)現(xiàn)番茄無土栽培的輕簡化，以番茄品種“夏朗”為試驗(yàn)材料，采用腐熟羊糞和泥炭（1 ∶5）為基質(zhì)進(jìn)行封閉式營養(yǎng)液循環(huán)栽培，以市售AB肥作為對(duì)照（CK），以尿素類化肥（T1）、硝酸類化肥（T2）、高氮鉀復(fù)合肥（T3）、氮磷鉀平衡復(fù)合肥（T4）配制簡化營養(yǎng)液，澆灌番茄，比較各簡化營養(yǎng)液配方對(duì)番茄植株生物量、產(chǎn)量及系統(tǒng)中養(yǎng)分變化的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：以T1處理植株干物質(zhì)積累量最高，超過CK 13.5%，果實(shí)產(chǎn)量也略高于CK，氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收率分別為65%、103%、44%，氮肥的損耗率只有7%，可以忽略不計(jì)，磷肥不僅沒有損耗，還吸收了基質(zhì)中的養(yǎng)分。T3處理植株干質(zhì)量只有CK的77%，果實(shí)產(chǎn)量只有CK的57%，氮、鉀的養(yǎng)分吸收率不足30%，但是肥料損耗率卻達(dá)到44%、73%?？梢姡驹囼?yàn)所采用的幾種肥料配制的營養(yǎng)液一定程度上均可滿足番茄的生長需求，但是尿素類肥料是營養(yǎng)液配制中氮源的較好來源;如采用復(fù)合肥配制營養(yǎng)液時(shí)最好采用氮磷鉀平衡肥，這樣肥料容易被植株吸收利用，損耗率小。

關(guān)鍵詞：番茄;無土栽培;營養(yǎng)液;養(yǎng)分吸收率;養(yǎng)分消耗率

中圖分類號(hào)： S641.204? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）23-0139-06

收稿日期：2021-08-16

基金項(xiàng)目：山西省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（編號(hào)：201803D2210001-1）。

作者簡介：王 越（1995—），男，山西太原人，碩士研究生，主要從事蔬菜栽培生理研究。E-mail：1023698637@qq.com。

通信作者：李亞靈，博士，教授，主要從事蔬菜栽培生理研究。E-mail：yalingli1988@163.com。

番茄是設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的主要蔬菜之一[1]。在設(shè)施生產(chǎn)中，土壤鹽漬化、連作障礙等一系列問題，致使設(shè)施番茄產(chǎn)量降低，而在設(shè)施生產(chǎn)中使用無土基質(zhì)栽培是解決設(shè)施番茄生產(chǎn)連作障礙的重要措施之一[2]。但是由于無土栽培基質(zhì)成本較高、技術(shù)復(fù)雜，特別是營養(yǎng)液配制技術(shù)難度大，直接購買商品營養(yǎng)液不僅昂貴，而且難以適應(yīng)當(dāng)?shù)胤N植要求，因此研究一種比較簡單且便宜的營養(yǎng)液代替配方就顯得尤為重要。蔣衛(wèi)杰等通過研究發(fā)現(xiàn)，在添加一定基肥的條件下無土栽培中基質(zhì)本身就可以提供充足的Ca、Fe、Mn、Zn、Cu等營養(yǎng)元素，作物的需求重點(diǎn)在N、P、K三要素[3]。鄭光華等通過研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥配合無機(jī)肥施用，比單純施用有機(jī)肥效果好[4]。在此基礎(chǔ)上，已有許多關(guān)于代替營養(yǎng)液方面的研究，譚學(xué)文等利用普通化肥代替化學(xué)試劑配制營養(yǎng)液，大幅降低了成本，并且發(fā)現(xiàn)適當(dāng)比例的銨態(tài)氮能促進(jìn)黃瓜總產(chǎn)量的提高，硝態(tài)氮和酰胺態(tài)氮的化肥同時(shí)作氮源時(shí)，可不同程度地促進(jìn)黃瓜的生殖生長[5]。楊紅麗等利用復(fù)合肥與沖施有機(jī)肥進(jìn)行番茄育苗取得了不錯(cuò)的效果[6]。但這些研究大多集中于不同代替方案對(duì)植株生長及生理方面的影響上[7-8]，而對(duì)基質(zhì)內(nèi)養(yǎng)分變化規(guī)律及肥料的吸收與利用方面卻缺乏報(bào)道。本試驗(yàn)采用封閉式基質(zhì)營養(yǎng)液循環(huán)栽培，希望通過比較基質(zhì)中養(yǎng)分變化規(guī)律的差異，尋找一種較為簡單的營養(yǎng)液代替方案，實(shí)現(xiàn)無土栽培的輕簡化。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施農(nóng)業(yè)工程研究所三連跨溫室中進(jìn)行。供試番茄品種為夏朗，2020年6月17日定植，9月24日拉秧，共種植 98 d。栽培槽采用硬質(zhì)PVC塑料，縱切面為等腰梯形，其上口寬19 cm，下底寬12 cm，高為16 cm。每個(gè)槽長為8 m，栽培槽用角鋼支架支起，前端（供水端）距離地面 50 cm，與地面夾角為1°，在栽培槽后端（出水端）設(shè)置1排液管與營養(yǎng)液桶相連，營養(yǎng)液桶容積為 450 L。栽培槽間距1.5 m，每2個(gè)相鄰的栽培槽由1個(gè)營養(yǎng)液桶供液。在營養(yǎng)液桶中加入所需要的肥料，按照比例配制營養(yǎng)液。在栽培槽中安裝滴灌帶，營養(yǎng)液從供水端進(jìn)入，從出水端經(jīng)出水口海綿過濾雜質(zhì)后排出回到營養(yǎng)液桶，不斷循環(huán)供應(yīng)。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)將每2個(gè)槽設(shè)為1個(gè)處理，每個(gè)處理面積為24 m2（8 m×3 m），種植番茄64株，株距為 25 cm。栽培槽內(nèi)的基質(zhì)為腐熟羊糞 ∶泥炭=1 ∶5，其理化性質(zhì)如表1所示，基質(zhì)的量達(dá)到栽培槽深度的2/3以上，平均每株番茄的基質(zhì)占有量為6.25 L。

以市售無土栽培固體AB肥為對(duì)照，分別以當(dāng)?shù)厣a(chǎn)者常用的普通市售尿素、硝酸類肥料、高氮鉀復(fù)合肥、氮磷鉀平衡復(fù)合肥配制營養(yǎng)液。具體試驗(yàn)設(shè)置處理如下：

CK，市售A肥、B肥（福建萬果農(nóng)資有限公司），按照其提供的標(biāo)準(zhǔn)A ∶B=1.4 ∶1配制，其中A肥N ∶P2O5 ∶K2O為11 ∶9 ∶30，B肥 N ∶P2O5 ∶K2O 為12 ∶1 ∶1，最終添加的營養(yǎng)液 N ∶P2O5 ∶K2O 為12 ∶6 ∶18。T1，以市售尿素為主，添加尿素、磷酸二氫鉀、硝酸鉀，其氮磷鉀比例按照CK配制。T2，以硝酸類肥料為主，添加市售常見農(nóng)用化肥硝酸鈣、磷酸二氫鉀、硝酸鉀，其氮磷鉀比例按照CK配制。T3，以市售常見高氮鉀復(fù)合肥（復(fù)合肥Ⅰ，深圳市杜高生物新技術(shù)有限公司）為主，其固有的 N ∶P2O5 ∶K2O 為25 ∶8 ∶20。T4，以市售常見平衡復(fù)合肥（復(fù)合肥Ⅱ，深圳市杜高生物新技術(shù)有限公司）為主，其固有的 N ∶P2O5 ∶K2O 為18 ∶18 ∶20。

根據(jù)每生產(chǎn)1 000 kg番茄需要N、P、K分別為4.0、1.8、4.8 kg的標(biāo)準(zhǔn)[9]計(jì)算，肥料的添加量按目標(biāo)產(chǎn)量為24 000 kg/hm2計(jì)，同時(shí)考慮了肥料的吸收率（氮吸收率為60%，磷為30%，鉀為70%[10]）。由于T3、T4為市售復(fù)合肥，其N、P、K比例固定，所以添加量是以CK中K的添加量為基準(zhǔn)，使其K含量與其處理相同，整個(gè)試驗(yàn)各個(gè)處理的最終肥料添加量結(jié)果如表2所示。由于基質(zhì)中添加了羊糞，含有一定量的養(yǎng)分，因此各處理定植后的3周只澆清水不加肥，在第4、第5周統(tǒng)一加入A肥、B肥進(jìn)行緩苗。其余肥料從定植后42 d（即7月28日）開始按照表2的量平均分4次加入。肥料的施用方法是將肥料溶入營養(yǎng)液桶中，然后隨日常澆水供應(yīng)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

在番茄生長期間每隔14 d（6月30日開始）測(cè)量番茄各部分干鮮質(zhì)量。將植株整株取樣，洗凈植株上的泥土后擦干，分為根、莖、葉、果四部分，分別測(cè)量其鮮質(zhì)量，后放入烘箱105 ℃殺青，80 ℃烘干后測(cè)量其干質(zhì)量，每次每個(gè)處理測(cè)4株。采收期（8月21日開始）每隔1周采果1次，統(tǒng)計(jì)其單株產(chǎn)量。在植株最后一次測(cè)量根、莖、葉、果實(shí)部位干質(zhì)量后，將所得的干樣混勻后，用于礦質(zhì)養(yǎng)分含量測(cè)定。采用奈氏比色法測(cè)定全氮含量，鉬銻抗比色法測(cè)全磷含量，火焰光度法測(cè)定全鉀含量。

在番茄生長期間每隔14 d（6月17日開始）分別取栽培槽內(nèi)基質(zhì)（距離植株基部10 cm處取樣）、營養(yǎng)液桶中的營養(yǎng)液，測(cè)定其氮磷鉀的含量。使用堿解氮擴(kuò)散法、凱氏定氮法測(cè)定速效氮、全氮含量;用碳酸氫鈉浸提、鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷及全磷含量;用醋酸銨浸提、火焰光度法測(cè)定速效鉀及全鉀含量。對(duì)于營養(yǎng)液使用過硫酸鉀氧化-紫外分光度法測(cè)定總氮含量，過硫酸鉀氧化-鉬銻抗比色法測(cè)定總磷含量，火焰光度法測(cè)定總鉀含量[11-12]。本研究所用概念與計(jì)算公式[13-14]如下：

肥料投入量即各處理所投入的化肥量;

殘留量=基質(zhì)中的速效養(yǎng)分量+營養(yǎng)液桶中的殘留量;

累積加肥量=基質(zhì)中的原始速效養(yǎng)分量+肥料投入量;

肥料消耗量=累積加肥量-殘留量;

肥料消耗率=肥料消耗量/肥料投入量;

番茄養(yǎng)分吸收量=根系中元素的含量×根系干質(zhì)量+莖中元素的含量×莖干質(zhì)量+葉中元素的含量×葉的干質(zhì)量+果實(shí)的元素含量×果實(shí)干質(zhì)量;

番茄養(yǎng)分吸收率=番茄養(yǎng)分吸收量/肥料投入量;

肥料損耗率=肥料消耗率-番茄養(yǎng)分吸收率。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和 SPSS 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植系統(tǒng)中N、P、K養(yǎng)分含量的變化

試驗(yàn)中各處理均處于封閉式循環(huán)中，所以不存在養(yǎng)分流失的問題，定植前基質(zhì)中的速效養(yǎng)分與投入的肥料量之和定義為累積加肥量，因此其一部分被植物吸收或者被基質(zhì)固定（這部分定義為消耗量），一部分留存在基質(zhì)和營養(yǎng)液桶中（定義為殘留量）。

2.1.1 系統(tǒng)中N累積加肥量、殘留量及消耗量 隨著栽培時(shí)間的延長和植株的生長，不斷地往營養(yǎng)液桶中添加肥料。由圖1可知，在定植后42 d，隨著氮肥不斷添加，其中T1、T2與CK接近，最后的累積加肥量達(dá)到5 000 mg/kg;而T3、T4在最后一次施肥后氮肥累積加肥量分別達(dá)到 7 546、5 723 mg/kg，是CK的1.73、1.20倍。

系統(tǒng)中氮肥的殘留量是由基質(zhì)中的堿解氮含量與營養(yǎng)液桶總氮含量相加得出的。由圖1可知，在整個(gè)栽培時(shí)期，各處理的殘留量整體隨著施加量的增加呈上升趨勢(shì)，其中T3上升速度最快，在最后一次測(cè)定時(shí)其殘留量也是最高的，為2 715 mg/kg，是CK的1.71倍;其次是T4，為2 159 mg/kg，是CK的1.36倍;T1、T2中的氮?dú)埩袅颗cCK接近，為CK的1.19、1.05倍，均低于2 000 mg/kg。

累積加肥量減去當(dāng)時(shí)所測(cè)定的殘留量，獲得了氮肥的消耗量。為了進(jìn)一步研究系統(tǒng)中肥料消耗量與肥料投入量之間的關(guān)系，利用氮肥消耗量除以氮肥的投入量即氮肥的消耗率（表3）。由表3可知，各處理氮肥的消耗率約占投入量的75%，其中T1處理最小，為72%。從最終氮肥消耗量來看，T1、T2與CK相似，均在 3 500 mg/kg 左右;T3消耗量最多，為5 494 mg/kg，是CK的1.60倍;T4次之，其消耗量為4 226 mg/kg，為CK的1.23倍。

另外，從圖1可知，栽培系統(tǒng)中的速效氮消耗量在定植后14 d時(shí)呈現(xiàn)負(fù)值，其原因可能是基質(zhì)通過分解釋放出了一部分養(yǎng)分，釋放養(yǎng)分的量超過了這段時(shí)間植株所吸收的量，所以其系統(tǒng)中的殘留量超過其累積加肥量，從而導(dǎo)致消耗量為負(fù)。

2.1.2 系統(tǒng)中P、K累積加肥量、殘留量及消耗量 類似于氮肥的方法，圖2、圖3為不同處理系統(tǒng)內(nèi)P、K的累積加肥量、基質(zhì)及營養(yǎng)液桶中的殘留量以及肥料消耗量的動(dòng)態(tài)變化。從圖2可知，T1、T2處理P的累積加肥量與CK接近，CK最后達(dá)到 1 134 mg/kg;T3、T4分別為1 324、2 461 g/kg，是CK的1.17、2.17倍。各處理使用鉀肥作為配制標(biāo)準(zhǔn)，所以各處理添加鉀肥的量相同，最后鉀肥的累積加肥量均在9 185 g/kg左右（圖3）。

基質(zhì)及營養(yǎng)液桶中磷肥和鉀肥的殘留量的測(cè)定結(jié)果也如圖2、圖3所示。從最后一次測(cè)定看P的殘留量，T1處理比CK略低，為590 mg/kg，T2、T3處理與CK相比降幅較大，T4殘留量最高，為? 968 mg/kg。幾個(gè)處理之間K的殘留量相差不大，為 4 000 g/kg 左右，是CK的1.20～1.40倍。

與氮肥相類似，考察磷肥、鉀肥消耗量與投入量之間的關(guān)系， 計(jì)算其消耗率，結(jié)果見表3。從表3可以看出，P的消耗率在52%～88%，K的消耗率都在90%以上，而且還出現(xiàn)了大于100%的情況。

2.2 番茄干物質(zhì)生產(chǎn)及果實(shí)產(chǎn)量

由圖4可知，各處理植株的干質(zhì)量在定植后 42 d 施加肥料處理前大致相同，而在施加肥料后各處理開始出現(xiàn)差異，其中T1的干質(zhì)量與CK類似，增加最快。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，T1的植株干質(zhì)量達(dá)到 114.24 g/株，超過CK（100.68 g/株）13.47%，T2、T3、T4的植株干質(zhì)量分別為79.02、77.51、86.00 g/株，只有CK的78.49%、76.99%、85.42%。番茄果實(shí)的干質(zhì)量與植株干質(zhì)量的變化趨勢(shì)大致相同。

由表4可知，T1單株產(chǎn)量為946.7 g，比CK的933.9 g略高，兩者差異不顯著，T3處理產(chǎn)量最低為532.9 g，僅為CK的57%，顯著小于CK和T1處理。

T4處理為 785.68 g，達(dá)到CK產(chǎn)量的84%。由單株產(chǎn)量計(jì)算出了1 hm2的產(chǎn)量，T1處理以及CK較高，達(dá)到24 000 kg/hm2以上，超過了預(yù)期產(chǎn)量。

2.3 番茄植株體內(nèi)養(yǎng)分吸收量、吸收率與損耗率

試驗(yàn)結(jié)束時(shí)分別測(cè)定番茄植株根、莖、葉、果實(shí)不同部位氮磷鉀養(yǎng)分含量，根據(jù)各部位干質(zhì)量計(jì)算植株全株養(yǎng)分的吸收量（表5）。由表5可知，植株氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收量都以T1處理最高，分別為2.90、1.01、2.56 g/株，比CK高16.94%、12.22%、18.52%，T2、T3、T4的養(yǎng)分吸收量均比CK低。這與T1單株長勢(shì)最好、干質(zhì)量大有直接關(guān)系。

根據(jù)植株養(yǎng)分的吸收量和各處理肥料的投入量，計(jì)算出養(yǎng)分的吸收率并列于表5。由表5可知，氮肥的吸收率以T1最高為65%，是CK的1.18倍，而T3最低為29%，只有CK的52.73%;T2、T4處理為CK的70%左右。T1處理磷肥的吸收率為103%超過1，說明植株不僅吸收了追肥中的磷，還吸收了部分基質(zhì)中的磷;T4處理磷肥的吸收率最低，只有29%;T2、T3處理為60%左右。從鉀肥的吸收率來看，T1處理最高，也僅為44%;而T2、T3、T4處理分別為32%、27%、28%。

肥料的消耗率（表3）與植株養(yǎng)分的吸收率（表5）之差看作為速效養(yǎng)分的損耗率（表5），正值說明追肥中部分肥料并沒有被植株吸收，可能被轉(zhuǎn)化固定在基質(zhì)中， 負(fù)值說明基質(zhì)不僅沒有固定追肥中的養(yǎng)分，還釋放出了基質(zhì)中原有的遲效養(yǎng)分。由表5中的損耗率可知，相對(duì)于氮肥、磷肥來說，鉀肥的損耗率在所有處理中都很高，T1處理最小，但也達(dá)到47%，其他處理在67%～74%之間，說明鉀肥整體過量。T1處理氮的損耗率只有7%，T2、T3、T4處理高達(dá)35%、44%、36%。T1處理磷肥的耗損率為負(fù)值，而T3、T4處理為24%、37%。對(duì)照處理的氮肥損耗率為24%，磷肥也是負(fù)值。

3 討論與結(jié)論

營養(yǎng)液是無土栽培的核心，基質(zhì)栽培需通過營養(yǎng)液的不斷供應(yīng)來滿足作物的生長需求[15]。營養(yǎng)液配方組成和濃度是否合適、是否滿足植物各個(gè)生長階段的要求，很大程度上決定了無土栽培能否成功[16]。本試驗(yàn)中，各處理的番茄均能正常生長并獲得產(chǎn)量，說明所采用的幾種肥料配制的營養(yǎng)液一定程度上均可滿足番茄的生長需求。

從養(yǎng)分變化情況看，陳新之等的研究表明，NH+4與K+同時(shí)使用會(huì)降低土壤的固鉀率，使得NH+4與K+的固定率都會(huì)下降，使土壤中的NH+4與K+含量上升[17]。因?yàn)槟蛩卦谑褂脮r(shí)可釋放出NH+4，而NH+4與K+存在一定的拮抗作用，進(jìn)而使系統(tǒng)中N、K含量相對(duì)升高，所以在施肥量相同的3個(gè)處理CK、T1、T2中，施加尿素的T1處理在系統(tǒng)中的N、K殘留量最高。試驗(yàn)中N、P施加量較高的T3、T4處理中的N、P殘留量隨施肥量的增加均有不同程度的增加，并高于其余3個(gè)處理，廉曉娟等的研究表明，隨著土壤中N、P施入量的增加，土壤中的堿解氮、速效磷呈增加趨勢(shì)[18]。由于T3處理采用的復(fù)合肥是高氮鉀肥，而T4處理是氮磷鉀平衡肥，于丹等的研究表明，營養(yǎng)液中的可溶性化學(xué)磷肥施入土壤中會(huì)很快轉(zhuǎn)化為緩效磷，且在基質(zhì)中的固定率較高，固定速度也較快[19-20]。張學(xué)軍等的研究表明，NO-3在基質(zhì)中移動(dòng)性較強(qiáng)，容易被淋溶。以上說明P在基質(zhì)中易被固定，而NO-3在基質(zhì)中移動(dòng)性較強(qiáng)，容易被淋溶，試驗(yàn)中氮肥的增幅要高于磷肥的增幅[21]。這也就說明了氮肥對(duì)系統(tǒng)中養(yǎng)分含量的影響要大于磷肥的影響。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，T1處理和CK產(chǎn)量較高，這可能是由于CK采用AB肥，其氮磷鉀配方較為合理，T1處理中添加了尿素肥料，適當(dāng)比例的尿素有一定的增產(chǎn)作用，喬慧萍等研究表明尿素部分代替硝態(tài)氮可以增加作物的產(chǎn)量[22]。對(duì)于施加復(fù)合肥的T3、T4處理，所添加肥料的質(zhì)量量相同，但是產(chǎn)量較低。陳連發(fā)等研究表明，隨著系統(tǒng)中氮磷鉀補(bǔ)充水平的逐步提高，番茄的干物質(zhì)和產(chǎn)量呈現(xiàn)出先增加后減少的情況[23]。T3處理中氮肥施入過多，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。T2、T4處理產(chǎn)量相似，這是由于其氮肥的添加量大致相等，磷肥添加量相差雖大，但P在系統(tǒng)中易被固定，從而其對(duì)作物生長的影響也較小。

在肥料的吸收率方面，在施肥量相同的處理上，T1處理的利用率要高于CK、T2處理，而T3、T4處理的N、P利用率分別最低。這與楊竹青等的研究結(jié)果：施入肥料過多會(huì)導(dǎo)致其肥料的吸收量和吸收率均降低，添加適量銨態(tài)氮會(huì)提高氮肥利用水平[24-26]一致。劉代歡研究表明系統(tǒng)中養(yǎng)分含量的上升會(huì)使基質(zhì)對(duì)養(yǎng)分的固定量上升[27]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，T1處理中由于NH+4與K+存在一定拮抗作用，因此氮肥損耗率只有7%（表5），可以忽略不計(jì)，鉀肥的損耗率在各處理中也是最低。氮肥施加量大致相同的T2、T4處理養(yǎng)分的N、K損耗率相近，而氮肥施加量較高的T3處理氮、鉀的損耗率是所有處理中最高的。

本試驗(yàn)在營養(yǎng)液配制中以鉀肥為參照，原因是各復(fù)合肥與AB肥相比鉀肥的比例較小，以鉀肥為參照可以保證各處理獲得足夠的N、P養(yǎng)分量。然而過量的肥料不僅造成肥料較高的損耗率和較低的利用率，更對(duì)植株的生長造成了抑制。適當(dāng)降低復(fù)合肥的添加量會(huì)對(duì)系統(tǒng)養(yǎng)分變化和植株養(yǎng)分吸收造成什么程度影響還值得進(jìn)一步研究。

綜上所述，基質(zhì)無土栽培中尿素類、硝酸類以及復(fù)合肥均可以用來配制番茄生長的營養(yǎng)液，其中尿素類肥料是營養(yǎng)液配制中較好的氮源。采用復(fù)合肥配制營養(yǎng)液時(shí)最好采用氮磷鉀平衡肥，這樣肥料容易被植株吸收利用，肥料的損耗率小。

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