旋耕深度、施氮量和栽植密度對(duì)水稻產(chǎn)量與氮素分配利用的影響

李美玲　王文第　韓凱　王術(shù)　黃元財(cái)　王巖　賈寶艷

摘要：采用裂區(qū)試驗(yàn)，以常規(guī)粳稻沈稻505和雜交粳稻粳優(yōu)165為試驗(yàn)材料，設(shè)置4種肥密水平和2種旋耕深度，測(cè)定分析水稻產(chǎn)量及氮素吸收、利用等相關(guān)指標(biāo)，研究旋耕深度、施氮量和栽植密度對(duì)水稻產(chǎn)量與氮素分配利用的影響。結(jié)果表明，2種旋耕深度、2個(gè)品種的4個(gè)肥密處理水平均表現(xiàn)為N3處理的產(chǎn)量高于其他處理，粳優(yōu)165達(dá)到顯著水平;2個(gè)品種的深旋肥密處理的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)平均值均高于淺旋處理。2個(gè)時(shí)期植株各部位的含氮量、氮素積累量均表現(xiàn)為深旋N3處理顯著高于其他處理，且深旋高于淺旋，粳優(yōu)165高于沈稻505。氮素農(nóng)學(xué)效率表現(xiàn)為粳優(yōu)165深旋與淺旋的N3處理均高于N1、N2處理，最大值為深旋N3處理;而沈稻505深旋與淺旋的N2處理均高于N1、N3處理，最大值為淺旋N2處理。氮肥偏因素生產(chǎn)力為淺旋粳優(yōu)165、沈稻505及深旋沈稻505的N2處理顯著高于N1、N3處理，深旋粳優(yōu)165的N2、N3處理顯著高于N1處理。氮肥利用率、氮素吸收利用率均為2種旋耕深度2個(gè)品種的N3處理均顯著高于N1處理。由此可見，氮肥適當(dāng)后移配合深旋處理可提高水稻產(chǎn)量，減氮增密可不同程度提高氮肥偏因素生產(chǎn)力。

關(guān)鍵詞：水稻;旋耕深度;肥密處理;產(chǎn)量;氮肥利用率

中圖分類號(hào)：S511.04文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）04-0055-07

作者簡(jiǎn)介：李美玲（1987—），女，吉林伊通人，碩士，主要從事作物栽培學(xué)與耕作學(xué)研究。E-mail：limeiling0612@163.com。

通信作者：賈寶艷，博士，副教授，主要從事作物栽培學(xué)與耕作學(xué)教學(xué)與科研工作。E-mail：nxyjby2004@syau.edu.cn。

氮肥利用率是反映作物對(duì)氮肥吸收狀況的一個(gè)重要指標(biāo)，它的大小除受肥料三要素施肥比例影響外，主要還受施氮水平大小的影響，但施氮水平對(duì)它的影響并不像對(duì)作物邊際產(chǎn)量的影響一樣呈遞減規(guī)律，因此，氮肥利用率高低并不能直接反映增產(chǎn)效果的好壞[1]。自20世紀(jì)70年代以來，氮肥在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用急劇增加。過量的施用氮肥，增加了水稻生產(chǎn)的成本，并且降低了氮肥的利用率，使環(huán)境受到污染。提高植物氮素利用率和減少氮肥對(duì)環(huán)境的影響一直是當(dāng)前研究的重點(diǎn)[2-17]。

水稻產(chǎn)量受氮總積累量和氮素稻谷生產(chǎn)效率的影響。增加穴栽苗數(shù)的數(shù)量反而會(huì)降低水稻的穗平均總粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)與結(jié)實(shí)率，進(jìn)而影響到水稻產(chǎn)量[3]。隨著施氮量的增加，水稻產(chǎn)量有增加趨勢(shì)，但同時(shí)增產(chǎn)幅度有下降趨勢(shì)。在不過量施加氮肥的前提下適當(dāng)提高水稻的有效穗數(shù)，能有效地提高水稻產(chǎn)量[4]。在水稻生長(zhǎng)前期降低施氮量，后期增施穗粒肥，能有效提高水稻產(chǎn)量[5]。中密度栽植方式能夠有效達(dá)到高產(chǎn)的目的，而高密度栽植不但不能夠增加產(chǎn)量，且容易引起水稻植株的病蟲害發(fā)生[6]。水稻合理的栽培品種和管理方法，包括氮肥的施用和種植密度大小，可改善谷物品質(zhì)[7]。

水稻的光合作用離不開水，且水分的多少?zèng)Q定著功能葉的吸收及轉(zhuǎn)化功能，因此應(yīng)該保證水稻葉片含水量在一個(gè)合理范圍內(nèi)。葉綠素的含量能影響光合作用，且對(duì)水稻的產(chǎn)量也有不同程度的影響[8]。葉綠素和植株體內(nèi)的相關(guān)代謝酶的含量受氮素多少的影響，從而對(duì)產(chǎn)量有一定程度的影響。葉面積指數(shù)和凈光合速率均與產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。水稻栽植密度過低，植株覆蓋面積小，透光性強(qiáng)，整體光能利用率低，造成光能浪費(fèi)從而降低產(chǎn)量[9]。水稻的栽植密度在合理值范圍內(nèi)栽植密度越大則會(huì)對(duì)氮素吸收和利用起到提高的效果，若是密度過大則會(huì)適得其反，不僅浪費(fèi)秧苗還不能夠達(dá)到預(yù)計(jì)的高產(chǎn)目標(biāo)[10]。對(duì)多蘗小穗型品種在施氮量一定條件下使基蘗肥數(shù)量充足，前期抓住足夠的分蘗穗數(shù);而對(duì)少蘗大穗型品種適當(dāng)增加施氮量和穗粒肥比例，后期獲得較多粒數(shù)是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵[11]。

高氮肥處理下氮肥后移能有效地提高其除穗部以外的其他部位的干物質(zhì)氮的含量，而在低或中等級(jí)氮量的氮肥后移處理則表現(xiàn)出水稻植株各部位的氮素含量均有所增加的現(xiàn)象[5]。用相同的氮肥量，采用實(shí)地和實(shí)時(shí)2種養(yǎng)分管理模式與農(nóng)戶管理方法對(duì)比，實(shí)地養(yǎng)分管理模式能夠顯著地提高輻射利用率，由此光合產(chǎn)物隨之增加，使干物質(zhì)量增加，另外實(shí)地養(yǎng)分管理模式對(duì)水稻病害也有一定程度的影響，尤其針對(duì)紋枯病效果更加顯著[12]。抽穗期到成熟期的干物質(zhì)積累量是物質(zhì)量積累的重要項(xiàng)，與產(chǎn)量呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)[13]。施氮量對(duì)稻米的品質(zhì)有一定的影響[7]。

降低水稻生長(zhǎng)前期的施氮量、降低土壤背景中氮素含量、選育新型品種、生長(zhǎng)中期不曬田均對(duì)水稻氮肥利用率有著相對(duì)可觀的提高[14]。水稻的密度增加氮總積累量也隨之增加，并且稀植低于中密度和高密度處理的氮總積累量。水稻栽植密度增加的同時(shí)氮吸收率有減小的現(xiàn)象。而氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率在不同栽培密度下無明顯差異[15]。在水稻生產(chǎn)中增加氮肥的施用量能夠有效地提高水稻氮、磷、鉀總積累量，同時(shí)增加穗粒肥中氮肥的施用量，可以提高蛋白質(zhì)的含量，降低直鏈淀粉含量。高水平施氮量情況下，改善大米的外觀品質(zhì)可以通過減少穗粒肥的施用量來達(dá)到[16]。水稻栽植的土壤環(huán)境、栽植的品種及栽植施肥比例均能夠影響氮肥利用率[10]。在水稻生產(chǎn)中能夠獲得較好的產(chǎn)量歸因于大量的化肥投入，特別是氮肥[16]。

對(duì)水稻氮肥的農(nóng)學(xué)利用率和生理利用率影響較大的是水稻施用氮肥后的產(chǎn)量反應(yīng)，即施肥與對(duì)照比增產(chǎn)量大的農(nóng)學(xué)利用率高，如果吸收的氮素相等，那么相應(yīng)的生理利用率也表現(xiàn)較高。因此，提高水稻氮肥利用率，重點(diǎn)要解決好如何提高水稻的生理利用率，而減少過量吸收將是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要途徑[18]。合理的肥料運(yùn)籌不但能提高水稻氮素吸收利用率、減少氮肥施用，而且能提高水稻產(chǎn)量、改善水稻品質(zhì)。因此氮肥運(yùn)籌是水稻栽培措施的最重要組成部分。在不增加或減少氮肥施用量的前提下，通過調(diào)整不同生育期的施氮量可以提高氮肥利用率并增加產(chǎn)量，這為建立水稻生產(chǎn)過程中控制氮肥施用量的新型栽培調(diào)控技術(shù)模式提供了重要理論依據(jù)[18]。“前氮后移”可以促進(jìn)水稻莖蘗數(shù)的提高，增加干物質(zhì)的積累，隨施肥量的增加，有效穗數(shù)和產(chǎn)量均有所增加，氮肥的合理運(yùn)籌有利于水稻建立更加科學(xué)的群體結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)產(chǎn)量構(gòu)成因素，產(chǎn)投比高，效益好[19]。

在相同氮水平下，密植增加了單位穗數(shù)，提高了作物生物質(zhì)量從而提高了氮素的積累總量，增加了氮肥吸收量，減少氮素?fù)p失[20]。水稻低氮密植栽培保持了穩(wěn)定高產(chǎn)，同時(shí)可以顯著提高氮肥利用率，是一種可實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)高效的栽培模式[21]。氮有許多損失的機(jī)會(huì)，也是最難管理的營(yíng)養(yǎng)因素。將氮供應(yīng)與作物氮吸收平衡是改善作物氮管理的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)這種匹配的一種常見方式是分割應(yīng)用氮[22]。水稻氮肥的利用率低，其主要原因是施加土壤中的氮肥部分通過水分揮發(fā)、部分殘留于土壤中、部分在衰老死亡的植物器官中被浪費(fèi)。

對(duì)土壤進(jìn)行深旋耕處理，可以將其多年來形成的犁底層打破，使土壤的密度降低，孔隙率增加，蓄水能力增強(qiáng)，有效地促進(jìn)水稻根系對(duì)肥料及礦物質(zhì)的吸收[23]。常規(guī)耕作（通過刮土板犁和旋轉(zhuǎn)）是我國(guó)水稻生產(chǎn)中最廣泛使用的整地方法。然而，這種做法不僅需要大量的能源和勞動(dòng)力，而且還會(huì)加速有機(jī)物的礦化，降低土壤肥力，增加水的消耗，并破壞土壤的化學(xué)和物理性質(zhì)[22]。氮肥的施用維持了土壤氮素水平，未被當(dāng)季作物吸收利用和土壤殘存的氮素占當(dāng)季氮肥投入總量的55%[24]。隨著土層的加深，氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)含量均明顯下降。隨著施氮量增加，土壤pH值和有機(jī)質(zhì)含量有所下降，速效鉀含量升高，肥料偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率降低，產(chǎn)量先升高后降低;隨著栽植密度增加，土壤pH值與速效磷含量有所下降，表層土壤堿解氮含量略有升高，有機(jī)質(zhì)含量與產(chǎn)量及肥料偏生產(chǎn)力均先升高后降低，氮肥農(nóng)學(xué)利用效率降低[25]。分層旋耕對(duì)解決南方稻麥輪作區(qū)連年淺耕土壤硬化問題具有一定的推廣意義。分層旋耕可以結(jié)合秸稈還田方式等其他耕作方式，增加土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，能夠更好地改善土壤的耕層構(gòu)造;或者結(jié)合輪耕的方式，減少能量投入[26]。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地點(diǎn)及供試材料

田間試驗(yàn)地點(diǎn)位于遼寧省鞍山市臺(tái)安縣黃沙坨鎮(zhèn)五間房村（122°57′35.6″E，41°21′83.7″N）。水稻主要生育階段的日平均溫度、日照時(shí)數(shù)和降水量見表1。

試驗(yàn)材料為沈稻505（常規(guī)粳稻）和粳優(yōu)165（雜交粳稻）2個(gè)品種。沈稻505由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)2005年選育，粳優(yōu)165為遼寧省水稻研究所2010年選育。試驗(yàn)田土壤基礎(chǔ)理化指標(biāo)：pH值為6.16，有機(jī)質(zhì)含量為35.30g/kg，全氮含量為0.17%，全磷含量為0.03%，全鉀含量為1.69%，速效氮含量為141.67mg/kg，速效磷含量為15.13mg/kg，速效鉀含量為216.33mg/kg。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究通過2018—2019年2年大田試驗(yàn)，設(shè)置4種肥密水平（表2）和2種旋地深度（淺旋參考農(nóng)戶常規(guī)操作水平，為15cm;深旋為25cm），采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，旋耕深度為主處理，肥密和品種為副處理，小區(qū)行長(zhǎng)6.5m，每個(gè)小區(qū)10行，每穴3株苗，3次重復(fù)。4月21日育苗，5月25日采用人工插秧的方式進(jìn)行移栽。

各處理的磷肥和鉀肥基施，無氮對(duì)照及以上3個(gè)處理磷、鉀肥施用量參考當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶施肥情況：有效磷為109.5kg/hm2，有效鉀為90kg/hm2。田間管理按照《水稻安全生產(chǎn)技術(shù)指南》操作[27]。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理的水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

從表3可以看出，不同處理?xiàng)l件下，有效穗數(shù)2個(gè)品種淺旋均是N3處理高于其他處理;粳優(yōu)165深旋與淺旋處理一致，而沈稻505深旋則以N1處理的有效穗數(shù)最高。每穗粒數(shù)深旋處理2個(gè)品種均為N3處理呈現(xiàn)最高值，而淺旋處理以粳優(yōu)165的N1處理最高、沈稻505的N0與N3處理高于其他2個(gè)處理。結(jié)實(shí)率淺旋的2個(gè)品種、深旋的沈稻505均為N0處理最高，深旋粳優(yōu)165以N1處理的最高。千粒質(zhì)量旋耕深度和肥密處理間差異不顯著，而2個(gè)品種間差異顯著，粳優(yōu)165顯著高于沈稻505。產(chǎn)量以粳優(yōu)165深旋與淺旋的N3處理顯著高于其他處理，產(chǎn)量分別達(dá)到11.81、10.72t/hm2。沈稻505深旋和淺旋的N3處理產(chǎn)量明顯高于其他處理，分別達(dá)9.95、10.18t/hm2。

表4為2個(gè)品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的相關(guān)性分析結(jié)果，上三角為沈稻505、下三角為粳優(yōu)165。從表4中可以看出，粳優(yōu)165的產(chǎn)量與有效穗數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與每穗粒數(shù)呈顯著正相關(guān)，與結(jié)實(shí)率呈負(fù)相關(guān)，接近顯著水平;有效穗數(shù)與結(jié)實(shí)率呈顯著負(fù)相關(guān);每穗粒數(shù)與有效穗數(shù)呈正相關(guān)，與結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量均呈負(fù)相關(guān)。沈稻505的產(chǎn)量與有效穗數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量均呈負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)到顯著水平;有效穗數(shù)與每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量及每穗粒數(shù)與千粒質(zhì)量間均呈負(fù)相關(guān)，但未達(dá)到顯著水平;每穗粒數(shù)與結(jié)實(shí)率、結(jié)實(shí)率與千粒質(zhì)量呈正相關(guān)，但未達(dá)到顯著水平。

2.2不同處理水稻氮素積累、分配及氮肥利用率

2.2.1不同處理對(duì)水稻植株各部位含氮量的影響

從表5可以看出，抽穗期粳優(yōu)165葉的含氮量明顯高于莖鞘和穗部含氮量，穗部氮含量高于莖鞘含氮量。抽穗期葉的含氮量以淺旋粳優(yōu)165、沈稻505和深旋粳優(yōu)165的N3處理顯著高于其他處理，深旋沈稻505的N3顯著高于N0和N2處理，與N1處理差異不顯著;成熟期葉的含氮量以淺旋粳優(yōu)165、深旋粳優(yōu)165的N3處理顯著高于其他處理，淺旋、深旋沈稻505的N3處理顯著高于N0和N2處理，與N1處理差異不顯著。抽穗期莖鞘的含氮量淺旋、深旋的2個(gè)品種均為N3處理顯著高于其他處理;成熟期莖鞘的含氮量淺旋和深旋粳優(yōu)165以N3處理顯著高于其他處理，淺旋沈稻505的N3處理高于其他3個(gè)處理但差異不顯著，深旋沈稻505的N3處理顯著高于N0和N2，與N1差異不顯著。抽穗期穗的含氮量深旋粳優(yōu)165以N3處理顯著高于其他處理，淺旋粳優(yōu)165和深旋沈稻505的N3處理顯著高于N0和N2處理，與N1處理差異不顯著，淺旋沈稻505的N3處理顯著高于N0處理，但與N1和N2處理差異不顯著;成熟期穗的含氮量以深旋粳優(yōu)165均以N3處理顯著高于N0和N2處理，但與N1處理差異不顯著，淺旋粳優(yōu)165、淺旋沈稻505、深旋沈稻505的N3處理顯著高于N0處理，但與N1和N2處理差異不顯著。

2.2.2不同處理對(duì)水稻氮素分配的影響

從表6可以看出，2個(gè)品種各處理的植株各部位氮素積累量，抽穗期表現(xiàn)為葉積累量>莖鞘積累量>穗積累量;成熟期表現(xiàn)為穗積累量>葉積累量>莖鞘積累量。抽穗期的氮素積累量為深旋處理高于淺旋，粳優(yōu)165在深旋N3處理下氮素積累量最大，葉、莖鞘、穗部氮素積累量的最大值分別為77.28、49.35、17.10kg/hm2;淺旋粳優(yōu)165各氮密處理均高于沈稻505的各處理。成熟期葉片的氮素積累量以淺旋的粳優(yōu)165高于沈稻505，莖鞘氮素積累量為沈稻505高于粳優(yōu)165。抽穗期與成熟期葉、莖鞘及穗的氮素積累量2種旋耕深度的2個(gè)品種均表現(xiàn)為N3處理顯著高于其他處理。

2.2.3不同處理對(duì)水稻氮肥利用率的影響

由表7可知，2個(gè)品種的氮素積累量在深旋N3肥力處理?xiàng)l件下顯著高于其他處理，粳優(yōu)165N3處理下抽穗期與成熟期的最高值分別為143.73、206.64kg/hm2，且深旋高于淺旋，粳優(yōu)165高于沈稻505，呈現(xiàn)出N3>N1>N2>N0的趨勢(shì)。

2個(gè)品種的氮素利用效率淺旋處理高于深旋，同一旋耕深度處理沈稻505的氮素利用效率高于粳優(yōu)165。2個(gè)品種淺旋處理及粳優(yōu)165深旋處理均表現(xiàn)為N2處理下的氮素利用率顯著高于N3和N0處理，N2處理會(huì)提高氮素利用效率。氮素農(nóng)學(xué)效率表現(xiàn)為粳優(yōu)165深旋與淺旋的N3處理均高于N1、N2處理，最大值為深旋N3處理，為17.68kg/kg[JP3];而沈稻505深旋與淺旋的N2處理均高于N1、N3處理，最大值為淺旋N2處理，為13.54kg/kg。

氮肥偏因素生產(chǎn)力表現(xiàn)為淺旋粳優(yōu)165、沈稻505及深旋沈稻505的N2處理均顯著高于N1、N3處理，深旋粳優(yōu)165的N2、N3處理顯著高于N1處理。

氮肥利用率為沈稻505在深旋N3處理下呈現(xiàn)最高值（16.66%），整體看各處理間氮肥利用率均是以N3處理最高，N1次之，N2最低，且深旋高于淺旋;粳優(yōu)165深旋以N3處理最高，N2處理最低，平均值表現(xiàn)為淺旋高于深旋。

氮素吸收利用率為粳優(yōu)165在2種旋耕深度下均在N3處理下呈現(xiàn)最高值，沈稻505在深旋處理下在N2處理呈現(xiàn)最高值，在淺旋處理下N3處理高于N1、N2處理，且深旋高于淺旋。

3討論與結(jié)論

3.1不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

本試驗(yàn)中，常規(guī)施氮和氮肥后移處理下施氮量均為240kg/hm2，而在氮肥后移處理時(shí)將施肥時(shí)期相對(duì)后移，在生長(zhǎng)后期施加30%的穗粒肥。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在產(chǎn)量方面，粳優(yōu)165深旋與淺旋的N3處理顯著高于其他處理，產(chǎn)量分別達(dá)11.81、10.72t/hm2。沈稻505深旋和淺旋的N3處理的產(chǎn)量高于其他處理，分別達(dá)9.95、10.18t/hm2。氮肥后移對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素也有一定程度的影響。2個(gè)品種的深旋肥密處理的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)平均值均高于淺旋處理，由此可知，在一定條件下通過深旋處理，可以增加有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)，從而提高產(chǎn)量。

減氮增密處理的施氮量為192kg/hm2，2種旋耕處理下沈稻505的產(chǎn)量與N3處理差異不顯著，粳優(yōu)165產(chǎn)量低于N1、N3處理，但是氮素利用效率高于其他處理。因此，某些品種減少施氮量、增加密度，產(chǎn)量下降不顯著，可以節(jié)本增效。

3.2不同處理對(duì)水稻氮素積累、分配及氮肥利用率的影響

本試驗(yàn)中，常規(guī)施氮和氮肥后移處理下施氮量均為240kg/hm2，而在氮肥后移處理時(shí)將施肥時(shí)期相對(duì)后移，在生長(zhǎng)后期施加30%的穗粒肥。抽穗期與成熟期葉、莖鞘及穗的氮素積累量2種旋耕深度的2個(gè)品種均表現(xiàn)為N3處理顯著高于其他處理，表明氮肥后移可以提高水稻各部位的氮素積累量。粳優(yōu)165深旋與淺旋N3處理的氮素農(nóng)學(xué)效率均高于N1、N2處理，最大值為深旋N3處理，為17.68kg/kg;氮肥利用率、氮素吸收利用率均為2種旋耕深度2個(gè)品種的N3處理顯著高于N1處理。

減氮增密處理的施氮量為192kg/hm2，此處理下水稻植株不同部位的氮素積累量均低于常規(guī)施氮處理;氮素利用效率高于常規(guī)施氮處理;氮素農(nóng)學(xué)效率高于常規(guī)施氮處理，而氮肥偏因素生產(chǎn)力顯著高于常規(guī)施氮處理;沈稻505的氮素吸收利用率高于常規(guī)施氮處理。

綜上所述，在常規(guī)施氮水平下，適當(dāng)增施穗粒肥配合深旋處理，能提高水稻的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、氮肥利用率、氮素吸收利用率與氮素積累量，從而提高水稻產(chǎn)量。在減氮增密處理下，淺旋粳優(yōu)165與深旋沈稻505產(chǎn)量差異不顯著，但可以提高氮肥偏因素生產(chǎn)力及一定的品種和旋耕處理的氮素農(nóng)學(xué)效率、氮素利用效率，從而節(jié)省成本、增加經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

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