倪志強 郜斌斌 石偉琦 樊秉乾 周爽 張強 陳清

摘 要 我國南方酸性土壤常存在交換性鋁含量極高和磷素供應不足的問題，如何有效改良南方酸化土壤，提高土壤活性磷含量是個重要的問題。本文以南方酸性紅壤為供試土壤，通過土壤培養(yǎng)試驗和玉米盆栽試驗探究了基于磷尾礦、磷酸鎂銨和石灰等為主要原料的供磷營養(yǎng)型土壤調(diào)理劑對酸性土壤的改良效果和對玉米磷素養(yǎng)分利用的影響。采用添加不同原料比例和數(shù)量的土壤調(diào)理劑進行土壤培養(yǎng)，結果表明施用量在4～8 g/kg時，可使土壤pH升高1.1～1.6個單位，顯著降低土壤交換性鋁和有效鐵含量，增加土壤交換性鈣、鎂和有效磷含量；盆栽玉米試驗結果表明，與空白對照相比，施用C3配方土壤調(diào)理劑明顯改善玉米苗期生長和植株磷素營養(yǎng)，但是土壤調(diào)理劑中輔料（白云石/石灰+膨潤土）對促進磷酸二銨的肥效要明顯優(yōu)于土壤調(diào)理劑的供磷主料（磷酸銨鎂+磷尾礦），說明在供磷方面主料的作用效果優(yōu)于與輔料相混，輔料在增加土壤酸性改良效果的同時也鈍化了主料中的磷素，該調(diào)理劑的配方需要進一步調(diào)整。

關鍵詞 營養(yǎng)型土壤調(diào)理劑；酸性土壤；改良效果；養(yǎng)分供應

中圖分類號 S143 文獻標識碼 A

Abstract Excessive soil exchangeable aluminum and phosphorus （P） deficiency are the common problems in acidic soils in Southern China. How to improve the soil quality and increase the soil available P in acidic soils are quite important and need to be studied. In this study， soil incubation experiments and pot experiments were conducted to investigate the improvement effects and nutrient supply of the nutritional soil conditioners in acidic red soil from Southern China. The soil conditioners were based on phosphorus tailings， ammonium magnesium phosphate and lime. Different components ratio and dosage of soil conditioners were incubated with acidic soil in the laboratory. The results showed that the soil pH raised by 1.1 to 1.6 with 4-8 g/kg soil conditioners added. Besides， soil exchangeable aluminum and efficient iron reduced significantly. And the exchangeable calcium，magnesium and effective P increased substantially. The results of the maize pot experiment showed that soil conditioners could significantly improve the growth of maize seedling stage and P absorption when compared with the control . But the supplementary components in the soil conditioners （dolomite or lime + bentonite） （S） could better improve the nutrient utilization of diammonium phosphate （DAP）， compared with the nutrient utilization of the main components （phosphorus tailings + ammonium magnesium phosphate） （M）. This indicated that the effect of M in P utilization was better than that of M and S together. S improved the quality of acid soil while stabilizing P in M. And the formula of soil conditioners in this experiments needs to be further adjusted.

Key words soil nutritional conditioners； phosphorus； acidic soil； improvement effect； nutrient supply

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.04.032

南方廣大亞熱帶地區(qū)是我國酸性土壤的主要分布地區(qū)，由于過量施用化肥導致的土壤酸化問題突出。例如云南省西雙版納傣族自治州土壤酸化現(xiàn)象普遍，部分地區(qū)屬于強酸性土壤，酸性土壤比例在全州達85.40%[1]。酸性紅壤含有大量易吸附固定磷素的鐵鋁化合物，極易造成水溶態(tài)磷素的固定，影響其有效性[2-4]。因此針對南方大面積土壤酸化導致的作物生長障礙和磷素有效性低等問題，如何組合礦物型酸性土壤調(diào)理劑，在有效改良土壤酸性的同時，通過礦物緩慢釋放一些磷素來替代部分水溶性磷素，減少磷素的固定對于南方酸性土壤可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

已有研究報道采用含營養(yǎng)元素的堿性礦物質(zhì)來解決酸性土壤問題[5]，但缺乏運用無害性礦物資源與緩釋性養(yǎng)分結合的酸性土壤改良劑。本研究利用工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量磷尾礦粉無害性工業(yè)廢棄物、石灰、膨潤土等礦物資源及磷酸銨鎂，研制針對南方土壤酸化問題的一種供磷營養(yǎng)型酸性土壤調(diào)理劑，探究其對南方酸性紅壤的改良和磷素養(yǎng)分的供應作用。其中磷酸銨鎂為工業(yè)物料回收轉化的副產(chǎn)物，將其施入土壤后具有緩釋養(yǎng)分作用，且能中和土壤酸性[6-8]，因此將其肥料化施用既能節(jié)省肥料，改良土壤，也能實現(xiàn)固體廢物資源化利用。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試土壤 培養(yǎng)試驗與盆栽試驗供試土壤均采自廣東湛江地區(qū)的酸性磚紅壤，分別取自同一地點的0～20 cm和60～80 cm土層。所取土壤經(jīng)風干、過篩后去除石塊及植物殘體等雜物，充分混合均勻后備用。供試土壤基本理化性質(zhì)見表1，培養(yǎng)試驗所用土壤其他指標如下：交換性鋁1.19 cmol/kg、交換性氫0.40 cmol/kg、交換性鎂207.5 mg/kg、交換性鈣476.2 mg/kg、有效鐵72.1 mg/kg。

1.1.2 供試調(diào)理劑 供試調(diào)理劑為實驗室自制供磷營養(yǎng)型酸性土壤調(diào)理劑。調(diào)理劑主料以磷尾礦和磷酸銨鎂為主，分別加入白云石、生石灰、膨潤土等輔料，經(jīng)過磨碎、過篩、按不同比例混合配制，調(diào)理劑編號為C1、C2、C3。其中C1和C2兩個配方調(diào)理劑用于土壤培養(yǎng)試驗；C3是在C1、C2基礎上優(yōu)化配制而成，用于玉米盆栽試驗。土壤調(diào)理劑組成、pH、礦質(zhì)成分與比表面積等指標特性見表2，土壤調(diào)理劑中的氮、磷養(yǎng)分來源于于主料中，而輔料中不含氮、磷養(yǎng)分。

1.2 方法

1.2.1 土壤培養(yǎng)試驗 將C1、C2配方的土壤調(diào)理劑分別按0、4、8 g/kg的用量與200 g土樣充分混勻，裝入廣口聚乙烯塑料瓶內(nèi)，添加去離子水至土壤田間持水量的60%，塑料瓶覆蓋打孔塑膜后，放入恒溫（T=25 ℃）恒濕（濕度=70%）培養(yǎng)箱中進行為期2個月的培養(yǎng)，試驗過程中添加去離子水維持其恒重。試驗處理編號分別為：CK、4C1、4C2、8C1、8C2。在培養(yǎng)第1、3、7、15、31、60天，分別從各處理組取出3個聚乙烯塑料瓶中的土壤，風干后過篩，測定土壤pH、交換性氫、交換性鋁、交換性鈣、交換性鎂、有效鐵、有效磷含量。

1.2.2 盆栽試驗 盆栽試驗在廣東湛江中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院南亞熱帶作物研究所的溫室內(nèi)進行，供試作物為玉米，品種為美玉后13號糯玉米。

試驗按照等養(yǎng)分施用的原則（帶入0.175 g P即0.40 g P2O5，0.16 g N），共設5個處理：CK：對照處理；DAP：施用磷酸二銨0.75 g/kg；S+DAP：施用土壤調(diào)理劑C3配方的輔料（不帶入N、P養(yǎng)分）+磷酸二銨0.75 g/kg；M：施用土壤調(diào)理劑C3配方的主料2.5 g/kg（帶入N、P養(yǎng)分）；S+M：施用土壤調(diào)理劑C3配方的主料和輔料。每盆土壤同時施尿素（從尿素中扣除磷酸二氫銨帶入的N）和氯化鉀，補足一致為原則；各處理物料添加量見表3，每個處理5次重復。

將物料與土樣（8 kg/盆）均勻混合裝入直徑34 cm高23 cm的盆中，在土壤表面下1.5 cm處種植3粒玉米種子，待出苗后僅留一株，種植42 d收獲。每盆玉米隨機排列，期間進行常規(guī)管理并定期測量植株高度，玉米收獲后測定植株的干重與吸磷量。

1.3 樣品分析

調(diào)理劑粒徑和比表面積采用養(yǎng)分資源高效開發(fā)與綜合利用國家重點實驗室中的激光粒度衍射儀測定；礦質(zhì)成分鈣鎂硅采用氯化銨浸提，ICP-AES測定；磷采用磷鉬酸喹啉重量法測定；氮采用凱氏定氮法測定。土壤理化性質(zhì)分析采用實驗室常規(guī)方法：土壤pH用酸度計測定（無CO2蒸餾水浸提，水土比1∶2.5）；有效磷采用鹽酸-氟化銨法；交換性鈣、鎂采用乙酸銨浸提，ICP-AES測定；有效鐵采用鹽酸浸提-原子吸收法測定；交換性氫、鋁采用氯化鉀交換-中和滴定法測定。全磷采用酸溶-鉬銻抗比色法測定，植株株高用卷尺測量。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理和作圖，利用SPSS（Version 17.0）軟件進行統(tǒng)計檢驗與數(shù)據(jù)分析。采用最小顯著法（LSD）檢驗試驗數(shù)據(jù)的差異顯著性水平（p敿0.05）。

2 結果與分析

2.1 施用調(diào)理劑對酸土的改良效果

2.1.1 土壤酸度 從圖1-a可見，在培養(yǎng)期間，施用調(diào)理劑處理的土壤pH均先升高后逐漸下降并趨于穩(wěn)定，添加4、8 g/kg調(diào)理劑處理后pH分別保持在5.3和5.8左右，與對照相比，pH升高1.1～1.6個pH單位。施用調(diào)理劑處理的交換性氫先急劇下降后顯著上升，穩(wěn)定后逐漸升高（除4C1處理）；而對照處理則呈先下降后升高，最后逐漸升高保持穩(wěn)定的趨勢，但均高于施調(diào)理劑的處理（圖1-b）。各處理交換性鋁在初始階段都是先急劇下降，施調(diào)理劑的處理中期緩慢上升，后期緩慢下降，趨于穩(wěn)定狀態(tài)；對照處理中期急劇上升，后期緩慢上升，保持穩(wěn)定狀態(tài)，對照處理的交換性鋁均高于施調(diào)理劑的處理（圖1-c）。

2.1.2 土壤交換性鈣、鎂和有效鐵含量 從圖2可看出，在培養(yǎng)的前兩周，施用調(diào)理劑處理的土壤交換性鈣含量均呈上升趨勢，其后添加8 g/kg調(diào)理劑的處理保持穩(wěn)定，添加4 g/kg調(diào)理劑的處理先下降后穩(wěn)定；且與對照相比，添加調(diào)理劑的處理可以顯著提高酸性紅壤中交換性鈣的含量，添加量為4、8 g/kg時，交換性鈣含量分別提高396～467 mg/kg和703～785 mg/kg。添加4、8 g/kg調(diào)理劑處理的土壤交換鎂含量的變化趨勢均隨培養(yǎng)時間的延長而逐漸增加，在培養(yǎng)的第31天達最大并保持穩(wěn)定，與對照相比，交換性鎂含量分別提高360、635 mg/kg左右。添加調(diào)理劑處理的土壤有效鐵含量則先下降（除8C2處理），其后與對照變化一致，上升后下降，且在培養(yǎng)期間一直低于對照處理。

2.1.3 土壤有效磷含量 從圖3可知，隨著培養(yǎng)時間的變化，添加調(diào)理劑各處理中土壤有效磷含量整體均呈下降趨勢，而對照處理中有效磷含量初期略有上升，其后呈下降趨勢。整個培養(yǎng)過程中添加調(diào)理劑處理的土壤有效磷含量均高于對照組，在培養(yǎng)末期，添加調(diào)理劑處理的有效磷含量提高了16～31 mg/kg。

2.2 調(diào)理劑對玉米生長及磷素吸收的影響

2.2.1 調(diào)理劑對玉米株高的影響 由表4可知，與對照相比，添加磷肥或調(diào)理劑均能顯著促進作物生長。其中，S+DAP處理的玉米長勢最快，在第42天株高達到73.08 cm，顯著高于DAP處理，增幅為7.41%；CK處理玉米生長最慢，且在第42天出現(xiàn)衰老。在玉米生長初期即第7天左右，S+DAP、M及S+M處理的玉米株高均顯著大于不加調(diào)理劑成分的CK和DAP處理，而在玉米生長的中后期卻沒有此現(xiàn)象發(fā)生。中、后期各處理玉米長勢依次為：S+DAP>DAP>M>S+M>CK。

2.2.2 玉米植株干物質(zhì)量與磷素吸收 不同處理對玉米植株干物質(zhì)量及吸磷量的影響見表4。與對照相比，添加磷肥或調(diào)理劑均能顯著提高玉米的干物質(zhì)量和吸磷量；其中S+DAP處理效果最佳，單株玉米干物質(zhì)量和吸磷量分別為13.25 g和33.90 mg，且相對于DAP處理，分別提高了36.3%和76.4%。收獲時，M和S+M處理的玉米植株干物質(zhì)量和吸磷量分別是CK處理的10.1、25.6倍和3.6、7.0倍，但顯著低于DAP處理。M和S+M處理間差異顯著（p<0.05）。

3 討論

我國集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和不合理施肥造成農(nóng)田土壤大面積酸化，氮肥過量施用、水沖洗、以及農(nóng)作物收獲帶走大量的鈣、鎂等堿性離子，是造成土壤酸化的主要原因[9-10]。傳統(tǒng)酸性土壤改良劑主要有石灰等堿性物質(zhì)，粉煤灰、堿渣、磷石膏等工業(yè)廢棄物，有機肥、作物秸稈、生物炭等有機物質(zhì)，以及他們相互復合的改良劑[11]。磷尾礦是磷礦采礦與選礦過程中產(chǎn)生的一種工業(yè)固體廢棄物，其含有鎂、鈣、少量的磷等有價值的成分[12]。本文中改良劑以磷尾礦為主，并添加磷素緩釋肥磷酸銨鎂，再搭配傳統(tǒng)石灰/白云石等，對工業(yè)廢棄物進行了資源化利用；而且在改良土壤酸性的同時，具有提高酸性土壤磷素供應的功能。

土壤的酸堿度是影響土壤養(yǎng)分平衡和作物生長的重要因素，施用土壤調(diào)理劑能夠直接影響土壤的酸堿度。本試驗結果表明，施用調(diào)理劑能顯著改善酸性土壤理化特性，調(diào)理劑中鈣、鎂鹽能抑制酸性土壤中鐵、鋁對磷素的固定，增加磷素的有效性。施用調(diào)理劑后，由于中和作用及外源添加的鈣、鎂等堿性物質(zhì)使土壤pH升高，交換性氫和交換性鋁含量減少，但隨著培養(yǎng)時間的延長，土壤自身的潛在性酸釋放和緩沖性能使pH略有下降。而紅壤中的潛在性酸度95%以上是交換性Al3+產(chǎn)生的[13]，交換性鋁與pH的變化呈顯著負相關[14]，pH在很大程度上決定于交換性鋁[15]。因此，pH的變化是酸性土壤自身性質(zhì)與外源堿性物質(zhì)共同作用的表現(xiàn)。酸度的降低有助于消除鋁毒，在土壤pH為5左右時，交換性鋁含量開始明顯下降，pH為5.5左右時，幾乎沒有交換性鋁。此外，土壤調(diào)理劑自身含有豐富的交換性鹽基離子，施入土壤后這些鹽基陽離子會與土壤交換性鋁發(fā)生交換作用，從而降低土壤中交換性鋁含量，緩解鋁毒。調(diào)理劑含有大量石灰/白云石、鎂礦性物質(zhì)，能引起交換性鈣、鎂顯著增加，有效鐵明顯下降。隨著培養(yǎng)時間的延長，Ca2+、Mg2+進入土壤溶液后部分被土壤膠體吸附轉變?yōu)榻粨Q性鈣或交換性鎂，而交換性鈣鎂與溶液中的鈣鎂處于一種動態(tài)平衡，使其各自含量維持在一定水平[16]。溶解的鈣易與磷酸根結合而被固定，使交換性鈣含量下降，并最終保持穩(wěn)定。而交換性鎂含量與交換性鈣含量變化趨勢的差異化主要是由于土壤溶液中Ca2+的交換能力大于Mg2+，且其自身礦質(zhì)組成中鈣含量遠大于鎂含量，所以本研究中交換性鎂的變化趨勢沒有呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。添加調(diào)劑處理的有效鐵含量在培養(yǎng)后第3天下降，主要是調(diào)理劑為堿性物質(zhì)所致，之后由于前期快速的中和作用，堿性降低，暫時引起有效鐵含量上升，之后又下降，主要原因是有效鐵含量與調(diào)理劑中堿性物質(zhì)添加比例呈負相關。同時酸性紅壤中Fe礦物溶解釋放出的Fe3+引起磷素固定等消耗鐵的因素存在[3， 17-18]。這些因素共同作用使有效鐵含量處于動態(tài)變化之后達到平衡。

在本研究中，添加調(diào)理劑各處理中土壤有效磷含量整體均呈下降趨勢，但整個培養(yǎng)過程中添加調(diào)理劑處理的土壤有效磷含量均高于對照組，這主要是土壤pH等自身特性及外源添加磷素與鈣鎂等綜合作用的結果[5]。在培養(yǎng)第1天，由于添加調(diào)理劑中外源磷素的投入，處理組有效磷含量較高，隨后土壤中的有效磷被酸性土壤的Fe3+和Al3+固定，導致土壤有效磷含量迅速下降。在酸性土壤中，鈣可以減輕或消除鐵、鋁、錳過量存在而對磷的抑制作用，在一定范圍內(nèi)鈣對磷的活化有一定促進作用[19-20]。且當鐵、鋁磷化合物的沉淀和溶解是控制水溶態(tài)磷含量的主要因素時，隨著土壤pH值的增加，鐵、鋁磷化合物的溶解性增強，磷的有效性增加。因此，添加調(diào)理劑的處理由于外源鈣鎂的添加與土壤pH的增加，導致土壤有效磷含量呈上升趨勢。而在培養(yǎng)7 d后，pH達到最高且保持穩(wěn)定趨勢時，酸性紅壤中含有大量鋁和鐵與外源添加的鈣和鎂，與土壤磷素形成一定轉化體系，使可溶性磷酸鹽固定，形成鈣、鎂、鐵、鋁等磷酸鹽，磷的有效性降低[16]。

玉米盆栽試驗結果表明，調(diào)理劑在玉米生長初期對玉米生長的影響較大，具有明顯促進作用。主要因為天然礦物型調(diào)理劑以微?；蚍蹱畹男问绞┯脮r，能有效提高種子的發(fā)芽和生長，通過調(diào)節(jié)管理碳代謝流及與植株生長相關蛋白質(zhì)的表達，從而影響植株早期的生長和發(fā)育[21]。一方面，磷酸二銨作為磷源，全部為有效磷供應，而調(diào)理劑主料或調(diào)理劑中的磷素只有一部分為有效磷供應；因此，DAP處理玉米長勢優(yōu)于M和S+M處理。另一方面，調(diào)理劑輔料中含有大量的鈣、鎂，可以抑制酸性土壤中鐵、鋁過量存在對施入磷肥中有效磷的固定作用[19-20]；所以，調(diào)理劑輔料與磷酸二銨混施，促進了磷素的供應，使玉米長勢優(yōu)于單施磷酸二銨處理。M處理的玉米長勢優(yōu)于S+M處理，增幅達38.65%，這說明調(diào)理劑輔料的存在，減弱了調(diào)理劑主料的供磷能力，這主要可能是由于磷酸銨鎂具有一定緩釋肥料效果[8]，且在酸性條件下有利于磷酸銨鎂養(yǎng)分的釋放，符合其易溶于酸，不溶于堿的特性[22]；調(diào)理劑成分呈堿性，施調(diào)理劑的條件下，調(diào)理劑主料和輔料同時存在，使得調(diào)理劑堿性增強，這不利于磷酸銨鎂養(yǎng)分的釋放，從而降低了植物的吸磷量。另一方面可能的原因是，調(diào)理劑主料中也含有高量鈣、鎂，與調(diào)理劑輔料一起施用，使得鈣、鎂鹽的施用量大大升高，而已有研究指出，適量施用白云石或石灰促進作物生長，高量施用白云石或石灰使作物減產(chǎn)[9-11]。調(diào)理劑C3主料與輔料之間的拮抗機理還需進一步研究，固土壤調(diào)理劑配方也需進一步調(diào)整完善。

施用磷肥的基礎上，施用堿性的調(diào)理劑輔料，不僅改善了土壤的理化性狀，而且促進了土壤磷素的活化，提高玉米對磷的吸收利用效率[19]，進而提高了玉米產(chǎn)量。不同處理玉米植株干物質(zhì)量和吸磷量的差異與玉米株高的差異一致，其可能的原因也相同。M和S+M處理的玉米植株干物質(zhì)量和吸磷量明顯高于對照組，但顯著低于施磷酸二銨的處理。可見，在初始盆栽土壤全磷量極低的情景下，施用調(diào)理劑能明顯提高玉米的生物產(chǎn)量和植株的吸磷量，但不如施用全部供應速效磷養(yǎng)分的磷酸二銨的處理；處理M和S+M之間的差異顯著，表明調(diào)理劑自身所含成分之間存在拮抗問題。

調(diào)理劑輔料存在抑制調(diào)理劑主料中磷素養(yǎng)分釋放的問題，這可能是調(diào)理劑主料和輔料同時存在，增加了調(diào)理劑的pH，減緩了主料中磷酸銨鎂養(yǎng)分的釋放；因此，和磷酸銨鎂等類似磷素緩釋肥搭配施用的酸性土壤調(diào)理劑，其調(diào)理劑堿性不易過強。另外，主料與輔料同時存在提高了鈣、鎂的施入，這與已有的報道中酸性土壤里高量鈣、鎂的投入并不利于作物增產(chǎn)的研究結果一致[23-25]。

關于磷尾礦用作酸性土壤調(diào)理劑的研究國內(nèi)鮮有報道。歐陽玲等[26]施用脫硫石膏和生石灰組合改良劑（用量生石灰3.06 g/kg和脫硫石膏4.24 g/kg），使盆栽土壤酸度（pH值4.92）提高約1.58個單位。胡敏等[27]的土壤（pH值3.9）培養(yǎng)試驗（用量1.8 g/kg）表明，90 d后以石灰降酸效果最好，相比對照提高了0.66個單位，其次為鉀硅肥（提高0.15個單位）和有機肥（提高0.14個單位）。姜超強等[28]的不同改良劑（生石灰、白云石粉和熟石灰）盆栽試驗（用量0.66 g/kg）顯示，生石灰效果最好，將酸性土壤pH從5.60提高了0.52個單位。杜玉鳳等[29]通過盆栽試驗（土壤pH值4.96）表明，單施磷礦粉（用量0.64 g/kg）提高0.27個pH單位，施用磷礦粉和白云石、牡蠣殼、有機肥（用量10 g/kg）的復合調(diào)理劑，分別提高0.45、0.29、0.49個pH單位。范文靜等[30]的棕壤（pH值5.67）盆栽試驗表明，施用硅鈣鎂鉀調(diào)理劑4.89 g/kg土時，土壤pH提高1.83個單位。本研究培養(yǎng)試驗結果表明，調(diào)理劑施用量在4～8 g/kg時，可使土壤pH從4.30升高1.1～1.6個單位，和傳統(tǒng)石灰類等改良劑的酸度改良效果相當；但考慮到成本和石灰類改良劑長期或過量施用的負作用問題，本研究調(diào)理劑實際應用前景更好。

綜合而言，該供磷型酸性土壤調(diào)理劑具有改良酸土、提供養(yǎng)分、活化土壤磷素，提高肥料利用效率等多重功能，但調(diào)理劑主料與輔料的拮抗問題需要進一步研究，調(diào)理劑配方也需要進一步調(diào)整；而且下幾季作物長勢情況也需要追蹤[31]。供磷型酸性土壤調(diào)理劑與磷肥混施，在保證不減產(chǎn)的情況下，調(diào)理劑自身的養(yǎng)分能替代多少當量的磷肥，以及其在不同質(zhì)地酸土上的改良效果如何，也有待研究。

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