楊希 楊可輝 卜銀軍 李仁忠
摘 要:利用閩西北11個(gè)縣近37年1—4月氣象數(shù)據(jù),采用現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷方法分析閩西北烤煙移栽期前后霜期時(shí)空分布特征和突變趨勢(shì),為合理安排烤煙移栽期提供基本的氣候參考。結(jié)果表明:(1)不同區(qū)域霜日、不同程度霜凍日均呈現(xiàn)緩慢減少趨勢(shì),西北部霜日明顯多于東南部,3月上旬仍可能出現(xiàn)大范圍霜日;(2)終霜日呈現(xiàn)緩慢提前趨勢(shì),各縣平均終霜日為2月11日至3月8日,均遲于烤煙移栽期。(3)M-K檢驗(yàn)表明,霜日的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)為減少趨勢(shì),雖存在3個(gè)時(shí)段的突變期,但未改變其減少趨勢(shì)。綜上可知,霜日減少、終霜日提前為適當(dāng)提前烤煙移栽期提供了較好的參考依據(jù),西北部提前移栽期應(yīng)適當(dāng)謹(jǐn)慎,東南部移栽期可適當(dāng)前移,但移栽過(guò)程中仍應(yīng)通過(guò)地膜覆蓋、適度深栽、營(yíng)養(yǎng)土移栽等方式保護(hù)煙株免受霜凍危害。
關(guān)鍵詞:烤煙;移栽期;霜;氣候傾向率;Mann-Kendall檢驗(yàn)
中圖分類號(hào):S572.01 文章編號(hào):1007-5119(2018)02-0025-07 DOI:10.13496/j.issn.1007-5119.2018.02.004
Effect of Frost Change on Transplanting Time of Flue-cured Tobacco in Northwest Fujian
YANG Xi1, YANG Kehui2, BU Yinjun1, LI Renzhong1*
(1. Sanming Meteorological Bureau of Fujian Province, Sanming, Fujian 365000, China; 2. Sanming Tobacco Company of Fujian Province, Sanming, Fujian 365000, China)
Abstract: Using the meteorological data from January to April of 11 counties in northwest Fujian in the past 37 years, temporal and spatial distribution characteristics and change patterns of frost during flue-cured tobacco transplanting period in northwest Fujian were analyzed with the modern climatic statistical diagnostic tools, aiming to provide reference for proper transplanting time of flue-cured tobacco. The results showed that: (1) Frost days in different regions and frost injury days in different degrees showed a slowly decreasing trend, and frost days of northwest were significantly more than southeast, large range of frost may still occur in early March. (2) Last frost date showed a slowly advancing trend, and the average last frost date was between February 11 and March 08, later than flue-cured tobacco transplanting time. (3) M-K test showed that the long-term change trend of frost days was a decreasing trend. Although there were 3 periods of sudden changes, they did not change the decreasing trend. In summary, this work provides a good basis for advancing the transplanting time of flue-cured tobacco properly, based on that frost days are becoming less and last frost date is advancing. The northwest should be appropriately cautious on advancing the transplanting time, while the southeast can advance properly. The tobacco plants however should be protected from frost damage by the way of mulching, moderate deep planting and vegetative soil transplanting.
Keywords: flue-cured tobacco; transplanting time; frost; climate tendency; Mann-Kendall test
烤煙是一種移栽經(jīng)濟(jì)作物,選擇合適的移栽期是烤煙種植的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié),適宜的移栽期有利于烤煙大田期充分利用氣候資源生長(zhǎng)發(fā)育,避免遭受霜凍危害,進(jìn)而提高煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)[1-2]。在福建煙區(qū),移栽期過(guò)早易造成煙苗遭遇霜凍危害,影響煙株生長(zhǎng),甚至造成早花;移栽期過(guò)遲不僅浪費(fèi)春季有效的氣候資源,而且易造成后期高溫逼熟,影響煙葉品質(zhì)[3-4]。近年來(lái)對(duì)烤煙移栽期的研究一般采用某年某地田間小區(qū)試驗(yàn)方法,通過(guò)分析不同移栽期的氣候資源變化[5-7],及其對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育生理生化的影響[8-10],以煙葉產(chǎn)量、品質(zhì)和感官評(píng)吸質(zhì)量等方面對(duì)比反推最適宜的移栽期[11-12],在常年霜期資
作者簡(jiǎn)介:楊 希(1982-),男,工程師,主要從事專業(yè)氣象服務(wù)工作。E-mail:37314820@qq.com。*通信作者,E-mail:64929567@qq.com
收稿日期:2017-12-07 修回日期:2018-02-14
料對(duì)移栽期變化方面的研究較少。氣候變暖背景下,閩西北三明煙區(qū)正積極探索適當(dāng)提前烤煙移栽期,以期更好地利用氣候資源,提高煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)。本文通過(guò)閩西北三明煙區(qū)11個(gè)縣近37年1—4月的氣象資料,采用現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷方法分析烤煙移栽期前后霜期的時(shí)空分布特征和突變情況,以期為合理安排烤煙移栽期提供基本的氣候參考。
1 材料與方法
1.1 數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)資料采用閩西北三明市(以下簡(jiǎn)稱閩西北)11個(gè)地面觀測(cè)站(以下稱縣或站點(diǎn))1980—2016年(以下簡(jiǎn)稱近37年)1—4月逐日氣象觀測(cè)資料,包括最低氣溫、地面0 cm最低地溫、天氣現(xiàn)象3個(gè)要素。
1.2 標(biāo)準(zhǔn)及定義
滿足日最低氣溫≤2 ℃,或者地面0 cm日最低地溫≤0 ℃,或者觀測(cè)到霜,或者觀測(cè)到結(jié)冰4個(gè)條件之一作為判定霜的標(biāo)準(zhǔn)[13]。將三明、永安、沙縣、尤溪和大田等5個(gè)站點(diǎn)歸為東南部,將明溪、清流、寧化、將樂(lè)、泰寧、建寧等6個(gè)站點(diǎn)歸為西北部。
霜凍是指霜對(duì)農(nóng)作物造成危害影響的一種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害,因受災(zāi)程度不同,有不同的等級(jí)劃分。本文將最低氣溫>0 ℃的霜造成的影響定義為輕度霜凍,?2~0 ℃的霜造成的影響定義為中度霜凍,2 ℃的霜造成的影響定義為重度霜凍。將1~3個(gè)站點(diǎn)同一日出現(xiàn)霜定義為小范圍霜日,4~7個(gè)站點(diǎn)同一日出現(xiàn)霜定義為中范圍霜日,8~11個(gè)站點(diǎn)同一日出現(xiàn)霜定義為大范圍霜日。
1.3.1 氣候傾向率 在氣候?qū)W中,可以用氣象要素的時(shí)間序列與自然數(shù)數(shù)列之間的相關(guān)系數(shù)(也稱趨勢(shì)系數(shù)),來(lái)反映氣象要素的長(zhǎng)期傾向性變化。該趨勢(shì)系數(shù)是一元線性回歸系數(shù)y(t)=at+b,式中t為時(shí)間序列(單位:a),趨勢(shì)變化率為dy(t)/dt=a。通常把a(bǔ)×10作為氣候變化傾向率,單位為/10a。其參數(shù)采用最小二乘法求得。該趨勢(shì)系數(shù)消去了氣象要素的均方差和單位對(duì)線性回歸系數(shù)數(shù)值大小的影響,因此可以比較不同氣象要素和不同地區(qū)之間的趨勢(shì)變化程度[4]。
1.3.2 Man-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn) 設(shè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)(x1,x2,…,xn),是n個(gè)獨(dú)立的、隨機(jī)變量同分布的樣本。定義統(tǒng)計(jì)量S為:
其中,sign( )為符號(hào)函數(shù)。當(dāng)xi-xj<、=或>0時(shí),sign(xi-xj)分別為-1、0或1。當(dāng)S>、=、<0時(shí)M-K統(tǒng)計(jì)量公式分別為:
Z為正值表示增加趨勢(shì),負(fù)值表示減少趨勢(shì)。Z的絕對(duì)值在≥1.28、1.64、2.32時(shí)表示分別通過(guò)了信度90%、95%、99%顯著性檢驗(yàn)[14]。
1.3.3 Mann-Kendall突變檢驗(yàn) 設(shè)時(shí)間序列為(x1,x2,…,xn),Sk表示第i個(gè)樣本xi>xj (1≤j≤i)的累積數(shù),定義統(tǒng)計(jì)量:
在時(shí)間序列隨機(jī)獨(dú)立等假設(shè)下,Sk的均值和方差分別為:
E[Sk]=k(k-1)/4
var[Sk]=k(k-1)(2k+5)/72
將Sk標(biāo)準(zhǔn)化,得到
之后,將UFk連成一條UF曲線,通過(guò)信度檢驗(yàn)可得出其是否有明顯的變化趨勢(shì)。把此方法應(yīng)用到反序列中,計(jì)算得到另一條曲線UB,兩條曲線的交點(diǎn)為突變點(diǎn)[14]。
2 結(jié) 果
2.1 烤煙移栽期前后霜凍時(shí)空分布
2.1.1 烤煙移栽期前后霜凍年變化 近37年閩西北烤煙移栽期前后不同區(qū)域霜日、不同程度霜凍日年變化均呈現(xiàn)緩慢減少的趨勢(shì)。由圖1可知,西北部霜日整體明顯多于東南部,但是減少趨勢(shì)要小于東南部,東南部個(gè)別年份霜日為0,西北部和東南部較多霜日的年份不一定吻合,出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要是因?yàn)槔淇諝鈴奈鞅狈较蛉肭秩鳎承┠攴堇淇諝獠粔驈?qiáng)時(shí),對(duì)西北部影響較大,而對(duì)東南部的影
響卻很小。閩西北烤煙移栽期前后霜日減少,東南部霜日減少趨勢(shì)略大于西北部,為調(diào)整烤煙移栽期,減少霜凍危害提供了依據(jù)。由圖2可知,不同程度霜凍日減少趨勢(shì)大體相當(dāng),歷史上出現(xiàn)多次重度霜凍日為0的情況,從整體來(lái)看,輕度霜凍日要多于中度和重度霜凍日,但個(gè)別年份重度霜凍日超過(guò)中度霜凍日,重度霜凍日波動(dòng)較大,有些年份達(dá)到平均數(shù)的3倍。異常偏多重度霜凍日時(shí)有發(fā)生,表明閩西北境內(nèi)偶有超強(qiáng)冷空氣活動(dòng),可能對(duì)植物造成嚴(yán)重的凍害。
圖1 近37年閩西北烤煙移栽期前后霜日年變化
Fig. 1 Changes of frost days during transplanting period of flue-cured tobacco in northwest Fujian in
the past 37 years 圖2 近37年閩西北烤煙移栽期前后不同程度霜凍日年變化
Fig. 2 Changes of frost injury days in different degrees during transplanting period of flue-cured tobacco
in northwest Fujian in the past 37 years
2.1.2 烤煙移栽期前后霜日站點(diǎn)分布 由表1可知,閩西北各旬霜日均表現(xiàn)為西北部多東南部少,較多的為西北部(除將樂(lè))各個(gè)縣,較少的為東南部各縣和西北部的將樂(lè)。年平均霜日最多為建寧25.81 d,最少為三明6.95 d,相差近4倍。東南部霜日在同1旬結(jié)束,而西北部從3月下旬至4月中旬歷時(shí)1個(gè)月才結(jié)束,各站點(diǎn)在霜日結(jié)束前1旬霜日年均低于0.1 d,即近37年出現(xiàn)霜日為1~3 d。東南部霜日峰值在1月中旬,較西北部提前1旬。翠碧一號(hào)為較耐寒烤煙品種,抗逆性較強(qiáng),受霜凍的影響雖低于K326、云煙87等常規(guī)烤煙品種,但霜凍仍會(huì)不同程度地推遲其大田生育期,移栽期安排在霜日峰值之后較為合理。
2.2 烤煙移栽期前后終霜日時(shí)空分布
由圖3可知,閩西北烤煙移栽期前后終霜日呈現(xiàn)緩慢提前趨勢(shì),終霜日提前意味著植物幼苗、新梢受到霜凍危害的可能性減小。終霜日變化有一定階段性,1983—1996年和2003—2010年終霜日多數(shù)年份推遲,而其余時(shí)段終霜日多數(shù)年份提前。由表2可知,各縣平均終霜日為2月11日至3月8日,東南部各縣和西北部的將樂(lè)平均終霜日分布在2月中旬,西北部其余各縣平均終霜日分布在3月上旬,相差近2旬。各站點(diǎn)最遲終霜日比平均終霜日遲1個(gè)月左右,最早終霜日和最遲終霜日之間跨度為2~4個(gè)月,可見(jiàn)全球變暖背景下氣候仍有較大的波動(dòng)性。部分縣最早終霜日、最遲終霜日時(shí)間一
表1 閩西北各站點(diǎn)逐旬平均霜日
Table 1 Annual average frost days per ten-day of each station in northwest Fujian d
站點(diǎn)
Station 1月Jan. 2月Feb. 3月Mar. 4月Apr.
上旬
First ten-day 中旬
Middle ten-day 下旬
Last ten-day 上旬
First ten-day 中旬
Middle ten-day 下旬
Last ten-day 上旬
First ten-day 中旬
Middle ten-day 下旬
Last ten-day 上旬
First ten-day
三明Sanming 1.41 1.59 1.54 1.30 0.35 0.27 0.43 0.05 — —
永安Yongan 1.78 1.84 1.62 1.27 0.41 0.35 0.46 0.03 — —
沙縣Shaxian 1.73 1.97 1.76 1.41 0.49 0.32 0.51 0.03 — —
尤溪Youxi 2.03 1.95 1.81 1.41 0.46 0.30 0.65 0.05 — —
大田Datian 1.97 2.11 1.73 1.51 0.57 0.41 0.68 0.03 — —
明溪Mingxi 3.05 3.32 2.97 2.41 1.24 0.62 1.41 0.16 0.11 0.03
清流Qingliu 3.38 3.32 3.41 2.78 1.38 0.62 1.16 0.16 0.08 —
寧化Ninghua 3.78 3.73 3.92 3.16 1.70 0.78 1.35 0.30 0.19 0.03
將樂(lè)Jiangle 1.89 2.05 2.05 1.43 0.49 0.27 0.62 0.05 — —
建寧Jianning 4.51 5.03 5.27 4.41 2.59 1.51 1.86 0.35 0.22 0.05
泰寧Taining 4.03 4.24 4.62 3.35 1.97 1.16 1.73 0.24 0.14 0.03
圖3 近37年閩西北烤煙移栽期前后終霜日年變化
Fig. 3 Changes of last frost date during transplanting period of flue-cured tobacco
in northwest Fujian in the past 37 years
表2 閩西北各站點(diǎn)終霜日日期
Table 2 Last frost dates of each station in northwest Fujian
序號(hào)No. 站點(diǎn)Station 平均終霜日Average last frost date 最早終霜日
Earliest last
frost date 最遲終霜日
Latest last
frost date
1 三明Sanming 02-11 2012-12-31 2009-03-15
2 永安Yongan 02-12 2012-12-31 2010-03-11
3 沙縣Shaxian 02-13 2012-12-31 2010-03-11
4 尤溪Youxi 02-13 1988-12-19 2003-03-11
2010-03-11
5 大田Datian 02-16 2012-12-31 2010-03-11
6 明溪Mingxi 03-04 2012-02-01 1991-04-01
7 清流Qingliu 03-01 2007-02-05 2016-03-28
8 寧化Ninghua 03-06 2000-02-08 1991-04-01
9 將樂(lè)Jiangle 02-14 1981-01-19
2013-01-19 1983-03-18
10 建寧Jianning 03-08 2007-02-06 1996-04-04
11 泰寧Taining 03-05 2009-01-27 1991-04-01
致也說(shuō)明極端天氣過(guò)程對(duì)三明的影響有比較明顯的地域特點(diǎn),與各縣的移栽期能較好地對(duì)應(yīng)。閩西北各縣翠碧一號(hào)每年1月下旬至2月上旬移栽,移栽期在平均終霜日之前,應(yīng)通過(guò)有效的移栽方式來(lái)避免凍害。
2.3 烤煙移栽期前后區(qū)域范圍霜日變化
由表3可知,閩西北1—4月小范圍霜日、中范圍霜日和大范圍霜日分別為10.14、8.92和8.22 d,不同范圍霜日相差不大。小范圍和中范圍霜日1月下旬發(fā)生最多,比大范圍霜日推遲1旬,峰值過(guò)后除個(gè)別旬外均呈現(xiàn)逐旬遞減的趨勢(shì)。區(qū)域范圍霜日的變化特點(diǎn)為1月上旬、中旬大范圍霜日占主導(dǎo),1月下旬和2月上旬中范圍霜日發(fā)生次數(shù)最多,2月下旬過(guò)后主要是小范圍霜日,階段性主導(dǎo)明顯。值得關(guān)注的是3月上旬大范圍霜日仍有0.57 d,烤煙移栽前應(yīng)多關(guān)注當(dāng)?shù)刂虚L(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào),盡可能減少凍害造成的損失。
表3 閩西北逐旬區(qū)域范圍霜日
Table 3 Frost days per ten-day in different regional range in northwest Fujian d
月份
Month 旬
Ten-day 小范圍
Small area 中范圍
Medium area 大范圍
Large area
1月Jan. 上旬 1.38 1.70 1.76
中旬 1.81 1.46 2.00
下旬 1.84 1.97 1.65
2月Feb. 上旬 1.57 1.59 1.35
中旬 1.30 0.92 0.51
下旬 1.05 0.30 0.35
3月Mar. 上旬 0.78 0.73 0.57
中旬 0.22 0.14 0.03
下旬 0.16 0.11 —
4月Apr. 上旬 0.03 — —
合計(jì)Total 10.14 8.92 8.22
2.4 Man-Kendall檢驗(yàn)
從圖4閩西北烤煙移栽期前后霜日的M-K檢驗(yàn)結(jié)果UF曲線來(lái)看,僅1986年在零線以上,1984年、1987年和2011年在零線上,其他年份均在零線以下,這說(shuō)明閩西北地區(qū)移栽期前后霜日長(zhǎng)期保持減少趨勢(shì),1981—1983年、1990—1994年、2000—2003年減少勢(shì)頭明顯,其中1991年突破0.05顯著性水平,前期存在每10年1次快速減少趨勢(shì)的準(zhǔn)周期,2010年之后無(wú)此特點(diǎn)。從UF和UB曲線相交的情況來(lái)看,閩西北地區(qū)移栽期前后霜日變化趨勢(shì)在1985—1988年、1996—1998年、2008—2016年發(fā)生了突變,前2次突變?cè)?~4年完成,最后1次突變時(shí)間跨度較長(zhǎng),目前仍處于最后一次突變期,變化趨勢(shì)尚不確定。
圖4 閩西北烤煙移栽期前后霜日的M-K檢驗(yàn)結(jié)果
Fig. 4 M-K test results of frost days during transplanting period of flue-cured tobacco in northwest Fujian
3 討 論
隨著全球氣候變暖,各地紛紛開(kāi)展氣候變化對(duì)烤煙移栽期、種植布局、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃和產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的研究[4,15-17],閩西北三明煙區(qū)也正致力于更好地安排烤煙生長(zhǎng)期的研究。翠碧一號(hào)是三明煙區(qū)主栽的特色品種,該品種為早春煙品種,較為耐寒,一般在1月下旬至2月上旬移栽,6月底至7月初采摘結(jié)束。翠碧一號(hào)生長(zhǎng)期均可能受到氣象災(zāi)害的嚴(yán)重影響,即前期可能遭受凍害,后期可能受到高溫和水災(zāi)的影響,這些都可能大面積的影響煙葉的產(chǎn)量和質(zhì)量。研究閩西北霜期的時(shí)空變化特征,適當(dāng)提前移栽期,從而整體提前生育期,減少烤煙成熟期受到高溫逼熟和水淹危害的幾率,就成為合理利用氣候資源的關(guān)鍵。
閩西北地區(qū)烤煙移栽期前后不同區(qū)域霜日、不同程度霜凍日減少以及終霜日提前,都較好地反應(yīng)了全球氣候變暖的影響。霜日減少使得烤煙可能受到霜凍危害的幾率減少,終霜日提前使得移栽后烤煙植株長(zhǎng)出覆膜時(shí)被霜凍壞的風(fēng)險(xiǎn)降低,這些都為適當(dāng)提前烤煙移栽期提供了較好的參考依據(jù)。本文
根據(jù)三明的氣候特點(diǎn)分區(qū)分析了霜期變化,西北部各縣(除將樂(lè))之間霜日差別不大,東南部各縣之間霜日也比較接近,這也較好地驗(yàn)證霜的區(qū)域分布特點(diǎn)。冷空氣通常從西北方向入侵三明煙區(qū),造成西北部大部分縣霜日要明顯多于東南部;而另一方面氣候變暖大背景下,冷空氣整體強(qiáng)度有所減弱,受地理位置影響,西北部霜日減少要略少于東南部。故西北部的明溪、清流、寧化、建寧和泰寧提早翠碧一號(hào)移栽期應(yīng)適當(dāng)謹(jǐn)慎,西北部的將樂(lè)和東南部的三明、永安、沙縣、尤溪、大田翠碧一號(hào)移栽期可適當(dāng)前移。烤煙移栽期雖以輕度霜凍為主,但偶有重度霜凍出現(xiàn),且移栽期在平均終霜日之前,通過(guò)地膜覆蓋、適度深栽、營(yíng)養(yǎng)土移栽等方式保護(hù)煙株免受霜凍危害很有必要[18-20]。大范圍霜日在3月上旬仍大于0.5 d,即每2年就會(huì)出現(xiàn)一次,這也從另一方面說(shuō)明即使到了3月上旬,閩西北地區(qū)也有較強(qiáng)冷空氣活動(dòng)影響,而此時(shí)烤煙植株已經(jīng)長(zhǎng)出覆膜一定高度,霜可能大面積凍傷烤煙植株,造成無(wú)法補(bǔ)救的后果,這也是移栽期不能過(guò)度提前的主要原因之一。因此每年移栽時(shí)除了要關(guān)注當(dāng)?shù)刂虚L(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)外,還應(yīng)采取規(guī)范落實(shí)移栽技術(shù)、加強(qiáng)栽后追肥、培土等措施作為保障,促進(jìn)煙株根系生長(zhǎng),提高煙株抗逆性。M-K檢驗(yàn)也表明,閩西北烤煙移栽期前后霜日變化趨勢(shì)為減少趨勢(shì),目前正處于突變階段,氣候變化總是以一定周期交替出現(xiàn)的,今后的變化趨勢(shì)可能會(huì)改變或逆轉(zhuǎn)。因此后續(xù)更應(yīng)加強(qiáng)跟蹤研究,找出長(zhǎng)期的變化趨勢(shì)和短期的突變特征,才能更好的為閩西北地區(qū)確定最合適的烤煙移栽期提供強(qiáng)有力的科技支撐。
4 結(jié) 論
綜合閩西北地區(qū)烤煙移栽期前后不同區(qū)域霜日、不同程度霜凍日、終霜日等變化趨勢(shì),以及不同范圍霜日的分布情況和M-K檢驗(yàn)結(jié)果,表明霜對(duì)烤煙的影響在減小,這為適當(dāng)提前烤煙移栽期提供了較好的氣象科技支撐,西北部提前移栽期應(yīng)適當(dāng)謹(jǐn)慎,東南部移栽期可適當(dāng)前移,但移栽過(guò)程中應(yīng)通過(guò)地膜覆蓋、適度深栽、營(yíng)養(yǎng)土移栽等方式保護(hù)煙株免受凍害。由于氣候的波動(dòng)性,每年移栽期也會(huì)有所變動(dòng),應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀蟛块T短期、中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)才能確定更加合適的移栽期。本研究?jī)H從霜期和霜凍變化的角度討論提前移栽期的可靠性,未考慮提前烤煙生育期相應(yīng)的氣溫、光照、降水和濕度等氣象要素對(duì)烤煙產(chǎn)量、品質(zhì)等的影響,這些有待于下一步深入研究。
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