河南省節(jié)水潛力及實(shí)施半旱地農(nóng)業(yè)可行性研究

黃修橋，王景雷

(1.水利部中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所，河南新鄉(xiāng)453002;2.農(nóng)業(yè)部作物需水與調(diào)控重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，河南新鄉(xiāng)453002)

1 前言

河南省糧食播種面積和產(chǎn)量均占全國(guó)的10%左右，是國(guó)家確定的重要糧食生產(chǎn)核心區(qū)。最近國(guó)務(wù)院出臺(tái)的“關(guān)于支持河南省加快建設(shè)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的指導(dǎo)意見(jiàn)”中更是將加強(qiáng)河南省糧食生產(chǎn)能力建設(shè)提升到保障國(guó)家糧食安全的高度。雖然河南省糧食產(chǎn)量取得了“七連增”，夏糧生產(chǎn)取得了“九連增”，但由于河南省水資源匱乏，有限的可耕地大多分布在降水量小于1 000 mm的常年灌溉帶和不穩(wěn)定灌溉帶，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)灌溉的依賴性極強(qiáng)，要保證糧食的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，必須把提高水資源的利用效率和效益作為糧食再上新臺(tái)階的主攻方向。

目前，河南省有效灌溉面積與解放初期相比增長(zhǎng)了12倍，91%以上的低洼易澇農(nóng)田和87%以上的鹽堿地得到了不同程度的治理，已經(jīng)初步形成除澇與灌溉相結(jié)合的比較完善的工程體系。但由于水利基礎(chǔ)設(shè)施大多興修于20世紀(jì)80年代以前，工程老化失修嚴(yán)重，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)灌溉水的利用率也僅為40% ～55%，糧食作物的水分利用效率(WUE)為1.2 kg/m3左右，因此在現(xiàn)有灌溉工程措施的基礎(chǔ)上，將節(jié)水灌溉措施與干旱半干旱地區(qū)應(yīng)用比較成熟的旱地節(jié)水農(nóng)業(yè)措施有機(jī)結(jié)合，探索河南省實(shí)施半旱地農(nóng)業(yè)的可行性及農(nóng)業(yè)水資源的安全高效利用技術(shù)或模式，對(duì)于促進(jìn)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)糧食生產(chǎn)能力建設(shè)和維護(hù)我國(guó)糧食安全均具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

2 河南省農(nóng)田水利及節(jié)水灌溉發(fā)展現(xiàn)狀

河南省十分重視水利建設(shè)，特別是從1991年以來(lái)，通過(guò)開(kāi)展“紅旗渠精神杯”競(jìng)賽活動(dòng)等，農(nóng)田水利建設(shè)取得長(zhǎng)足發(fā)展。截至2008年底，全省共有各類水庫(kù)2 344座，總庫(kù)容400.81×108m3;全省有效灌溉面積達(dá)到4 989.2×103hm2，旱澇保收面積達(dá)到3 992.5 ×103hm2，初步治理水土流失面積4 347.98×103hm2，興建村鎮(zhèn)供水工程2 617處，解決了農(nóng)村1 108萬(wàn)人的飲水安全問(wèn)題。近年來(lái)，節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用有了長(zhǎng)足發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，節(jié)水灌溉面積從2003年的1 171.61×103hm2增加到2008年底的1 412.18×103hm2，6年間發(fā)展節(jié)水灌溉面積240.57×103hm2，增加了20.5%。2003—2008年節(jié)水灌溉面積發(fā)展情況見(jiàn)表1[1]。

表1 河南省節(jié)水灌溉面積(2003—2008)Table 1 Water saving irrigation area in Henan Province(2003—2008)

節(jié)水灌溉的蓬勃發(fā)展和農(nóng)民節(jié)水意識(shí)的普遍提高，使得大型灌區(qū)、中型灌區(qū)、井灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)分別從1997年的0.36、0.40、0.58增加到2008年的0.421、0.436和0.660。經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展，大型灌區(qū)和井灌區(qū)經(jīng)過(guò)節(jié)水技術(shù)改造灌溉水利用系數(shù)提高幅度較大，而目前中型灌區(qū)由于國(guó)家投入有限，灌溉水利用系數(shù)提高并不大。

3 農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力分析

這里的農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力是指通過(guò)一定的技術(shù)手段而節(jié)省的灌溉用水量，這部分用水量可以被再利用，例如可以擴(kuò)大灌溉面積或者用于保障環(huán)境用水等，而不是所謂的水資源量[2]。

將河南省灌溉面積分為大型灌區(qū)、中型灌區(qū)、小型灌區(qū)和純井灌區(qū)4種類型，每種類型的灌區(qū)均選擇相應(yīng)數(shù)目的典型灌區(qū)。首先根據(jù)典型灌區(qū)的氣象和土壤條件利用FAO56推薦的作物需水量計(jì)算方法估算主要作物的需水量[3]，然后根據(jù)土壤和每種作物生育期降雨情況確定每種作物的有效降雨量，進(jìn)而確定每種作物的凈灌溉定額[4]，最后根據(jù)典型灌區(qū)的作物種植結(jié)構(gòu)確定灌區(qū)的凈灌溉需水量，根據(jù)現(xiàn)狀年的典型灌區(qū)的平均灌溉用水量減去凈灌溉需水量即為典型灌區(qū)的農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力，這個(gè)數(shù)值是通過(guò)提高灌溉水利用效率所能達(dá)到的最大節(jié)水潛力，可以根據(jù)節(jié)水灌溉的發(fā)展程度來(lái)確定不同水平年的節(jié)水潛力[5，6]。

綜合考慮了河南省各類灌區(qū)的工程設(shè)施狀況、管理水平、灌溉水源條件(提水、自流引水)、作物種類和種植結(jié)構(gòu)、地形地貌等因素。同類型樣點(diǎn)灌區(qū)重點(diǎn)兼顧不同工程設(shè)施狀況和管理水平等，使選擇的樣點(diǎn)灌區(qū)綜合后能代表河南省該類型灌區(qū)的平均情況。最終選擇了大型灌區(qū)35處，中型灌區(qū)15處，小型灌區(qū)22處，純井灌區(qū)24處。

根據(jù)目前節(jié)水農(nóng)業(yè)投入和灌溉管理狀況，灌溉水利用系數(shù)基本上每年增加0.005左右，這里按照每年灌溉水利用系數(shù)增加0.005進(jìn)行2015年、2020年和2030年節(jié)水潛力的估算。

根據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心、石家莊農(nóng)業(yè)科學(xué)院和河北省旱作農(nóng)業(yè)研究所等的研究，通過(guò)種植抗旱節(jié)水品種和充分利用天然降雨，在產(chǎn)量基本相同的情況下，作物耗水量可以降低1/3左右，但這是通過(guò)生物措施(節(jié)水品種)、農(nóng)藝措施、工程措施和管理措施共同作用的結(jié)果，這里綜合考慮各種措施作用的合理分?jǐn)?，擬定2015年、2020年和2030年作物綜合凈灌溉定額分別比現(xiàn)狀減少15 mm(150 m3/hm2)，22.5 mm(225 m3/hm2)和30 mm(300 m3/hm2)。綜合考慮品種節(jié)水及灌溉用水效率提高估算的河南省不同類型灌區(qū)節(jié)水潛力結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 河南省不同類型灌區(qū)節(jié)水潛力Table 2 Water saving potential different type irrigate district in Henan Province

將每種類型的節(jié)水潛力換算為單位面積上的節(jié)水潛力，然后根據(jù)每個(gè)分區(qū)各類灌區(qū)規(guī)模所占比例推算各區(qū)的節(jié)水潛力[7]，繪制河南省不同年份的節(jié)水潛力分布圖(見(jiàn)圖1)。

圖1 河南省不同水平年節(jié)水潛力空間分布Fig.1 Spatial distribution of water saving potential in different years in Henan Province

4 實(shí)施半旱地農(nóng)業(yè)的可行性分析

4.1 降水資源分析與利用現(xiàn)狀

河南省地處黃、淮、海、長(zhǎng)江四大流域，自然地理?xiàng)l件復(fù)雜，氣象、水資源、土壤等條件差異較大，為合理分析確定農(nóng)作物降雨利用情況，根據(jù)《河南省綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃》、《河南土壤區(qū)劃》、《河南省農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃》及《河南省水利區(qū)劃簡(jiǎn)明報(bào)告》等資料，綜合考慮地形地貌、水資源、土壤類型、水文氣象以及行政區(qū)劃等條件，將全省農(nóng)業(yè)灌溉類型劃分為4個(gè)二級(jí)區(qū)和8個(gè)三級(jí)區(qū)。4個(gè)二級(jí)區(qū)分別為黃淮海平原區(qū)Ⅰ、豫北豫中區(qū)Ⅱ、豫西區(qū)Ⅲ和江淮區(qū)Ⅳ。8個(gè)三級(jí)區(qū)分別為豫北平原區(qū)Ⅰ1、豫東平原區(qū)Ⅰ2、淮北平原區(qū)Ⅰ3、豫北山區(qū)Ⅱ1、豫中區(qū)Ⅱ2、豫西區(qū)Ⅲ、南陽(yáng)盆地區(qū)Ⅳ1和淮南區(qū)Ⅳ2(見(jiàn)圖2)。在8個(gè)節(jié)水分區(qū)內(nèi)選擇典型灌區(qū)或站點(diǎn)分別進(jìn)行降水資源利用的分析評(píng)價(jià)。各分區(qū)代表性站點(diǎn)的多年月平均降雨分布情況見(jiàn)表3。

圖2 河南省節(jié)水灌溉分區(qū)Fig.2 Zoning of water-saving irrigation in Henan Province

表3 代表性站點(diǎn)多年月平均降水分布Table 3 Distribution of the monthly mean precipitation at representative stations

從表3可看出，各站點(diǎn)降雨量大都集中在6—9月份，其中河南北部Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅱ1區(qū)4個(gè)月的降雨量占年度總降雨量的63%以上，河南南部的Ⅳ1、Ⅳ2區(qū)4個(gè)月的降雨量也占到年度總降雨量的60%左右。

在確定主要作物生育期的基礎(chǔ)上，確定了各分區(qū)典型站點(diǎn)主要作物生育期降雨量分布如表4、表5所示。

表4 各分區(qū)典型站點(diǎn)冬小麥生育期降雨量Table 4 Monthly mean precipitation in growing stages of winter wheat at representative stations mm

表5 典型站點(diǎn)夏玉米生育期降雨量分布Table 5 Monthly mean precipitation in growing stages of summer maize at representative stations

從表4和表5可看出，由于河南省小麥生育期在10月至翌年的5月底或6月初，因此小麥生育期降雨量相對(duì)偏少，只有駐馬店和信陽(yáng)的全生育期降雨量在400 mm以上，其他地方都在350 mm以下，豫北的新鄉(xiāng)小麥生育期降雨量甚至不到200 mm。而玉米生育期幾乎與降雨同步，各區(qū)生育期降雨量均在290 mm以上南部的Ⅳ1、Ⅳ2區(qū)都在400 mm以上。

4.2 典型站點(diǎn)主要作物需水量、有效降水量及其產(chǎn)量

收集整理各典型站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)、主要作物生育期和作物需水量資料[8]，得到各分區(qū)主要作物需水量、有效降雨量即平均產(chǎn)量(見(jiàn)表6和表7)。

表6 典型站點(diǎn)冬小麥各生育期需水量及有效降雨量Table 6 Water requirements and effective precipitation in growing stages of winter wheat at representative stations

表7 典型站點(diǎn)玉米各生育期需水量及有效降雨量Table 7 Water requirements and effective precipitation in growing stages of summer maize at representative stations

從表6和表7可看出，河南北部小麥需要灌溉2～3水才能基本滿足小麥的生長(zhǎng)需要，而玉米大多數(shù)地方灌溉1水即可滿足生長(zhǎng)需要，河南南部的南陽(yáng)、信陽(yáng)等地基本上不需要灌溉即可滿足作物生長(zhǎng)需要。

4.3 不同分區(qū)實(shí)施半旱地農(nóng)業(yè)的可行性分析

根據(jù)各分區(qū)種植結(jié)構(gòu)、水利工程、降雨利用和水資源開(kāi)發(fā)難易程度等綜合考慮，分析確定各分區(qū)采用的技術(shù)措施如下:

豫西、豫西北山地丘陵區(qū)水利設(shè)施缺乏，水資源開(kāi)發(fā)利用困難，作物生育期具有一定的降雨，應(yīng)該積極推行集雨節(jié)灌等農(nóng)業(yè)措施。

豫北、豫東等地是我國(guó)重要的糧棉油生產(chǎn)基地，河南省確定的糧食核心區(qū)，對(duì)水資源的保障率要求較高，也具有較好的引、提水設(shè)施和輸配水設(shè)施，應(yīng)積極實(shí)施水旱結(jié)合措施，提高水資源的利用效率和效益。

南陽(yáng)盆地、淮南山丘區(qū)降雨量較大，平水年基本上不需要灌溉即可基本滿足作物生長(zhǎng)需要，可推行半旱地農(nóng)業(yè)。

5 發(fā)展半旱地農(nóng)業(yè)的主要技術(shù)措施

5.1 進(jìn)一步抓好水源工程建設(shè)與改造

5.1.1 興建一批中小型灌溉水庫(kù)和引水設(shè)施

河南河流眾多，北部是黃河的中下游地段，南方也有淮河發(fā)源，現(xiàn)又有南水北調(diào)工程通過(guò)。目前中小型水庫(kù)及引水設(shè)施的建設(shè)重點(diǎn)多集中在黃河等大江大河上，而中小河流也可適度發(fā)展，坑塘引水也有一定的發(fā)展?jié)摿?。一方面要?duì)新建中小型水庫(kù)或引水設(shè)施進(jìn)行合理規(guī)劃，全面統(tǒng)籌各個(gè)引黃灌區(qū)用水調(diào)度要求，另一方面要加快現(xiàn)有中小型水庫(kù)的除險(xiǎn)加固和引水渠道的清淤。

5.1.2 更新、修復(fù)和新打一批機(jī)井，合理開(kāi)采地下水

在豫東、豫南等地，更新、修復(fù)和新打一批機(jī)井。通過(guò)機(jī)井合理布局、修復(fù)與井型結(jié)構(gòu)及成井技術(shù)的改進(jìn)，提出與之適應(yīng)的地下水開(kāi)發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合地下水與地表水聯(lián)合應(yīng)用的時(shí)空調(diào)度和監(jiān)控技術(shù)以及評(píng)價(jià)體系的建立，解決制約地下水資源可持續(xù)利用的關(guān)鍵技術(shù)。

5.1.3 適當(dāng)發(fā)展農(nóng)村集雨工程建設(shè)

使用集雨工程可解決降水時(shí)間分布不均問(wèn)題，有效利用夏秋多余水分灌溉冬春作物。集雨工程可修建在地表水、地下水匱乏地區(qū)或者雖有其他水源、但使用不便，如豫西伏牛山區(qū)，太行山東麓及林州盆地。這3個(gè)地區(qū)的自然環(huán)境等特點(diǎn)應(yīng)修建水窖、水池，采用集雨節(jié)灌技術(shù)進(jìn)行節(jié)水灌溉。

5.1.4 積極開(kāi)展再生水灌區(qū)建設(shè)試點(diǎn)

在鄭州等中心城市郊區(qū)，建設(shè)若干以再生水為水源的灌區(qū)。再生水是指對(duì)排放的污水進(jìn)行處理后達(dá)到某種使用要求的水資源。采用再生水灌溉農(nóng)田必須滿足《農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)要求》等相關(guān)規(guī)范要求。

5.2 以支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)為目的，完善輸配水工程

5.2.1 對(duì)現(xiàn)有骨干渠道進(jìn)行防滲襯砌，提高輸水能力

黃、淮兩岸和豫南的大中型自流灌區(qū)，應(yīng)抓緊進(jìn)行節(jié)水改建配套，對(duì)大型骨干渠道進(jìn)行襯砌，提高輸水能力，減少輸水損失。

5.2.2 合理發(fā)展管道輸水技術(shù)

在地面平坦開(kāi)闊的井灌區(qū)，有經(jīng)濟(jì)條件地區(qū)可采用管道輸水代替渠道灌溉。

5.2.3 推廣應(yīng)用精確量水技術(shù)

減少水的浪費(fèi)，首先需要對(duì)各個(gè)階段的過(guò)水量進(jìn)行有效監(jiān)控，這就需要精確量水技術(shù)。目前量水設(shè)備包括巴歇爾槽等固定在渠道的水泥砌體，也有超聲波等移動(dòng)便攜式量水設(shè)備，國(guó)內(nèi)對(duì)干渠等量水設(shè)備已基本應(yīng)用，而斗渠以下量水技術(shù)尚待改進(jìn)。量水技術(shù)在井渠灌區(qū)都可使用，可準(zhǔn)確表征用水量，進(jìn)而對(duì)水資源的統(tǒng)一調(diào)配提供工程技術(shù)支撐。

5.3 大力發(fā)展田間節(jié)水灌溉工程

堅(jiān)持水旱結(jié)合，灌區(qū)節(jié)水與旱地節(jié)水建設(shè)并重，工程措施與農(nóng)業(yè)措施互補(bǔ)，重點(diǎn)推廣低壓管道輸水、大田噴灌、棉花膜下滴灌等高效節(jié)水灌溉技術(shù)，秸桿覆蓋、地膜覆蓋、抗旱抑蒸劑、保水劑、優(yōu)良耐旱品種等農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)。

5.3.1 重視地面灌溉節(jié)水技術(shù)

現(xiàn)階段適合河南省應(yīng)用的地面灌溉節(jié)水技術(shù)很多，如長(zhǎng)畦改短畦、寬畦改窄畦，實(shí)現(xiàn)園田化小畦灌溉;隔溝灌、細(xì)流溝灌;精耕細(xì)作，平整土地;覆膜灌溉、坐水點(diǎn)種等。這些技術(shù)投入很低，農(nóng)民易于掌握，節(jié)水效果也比較明顯，特別適宜目前農(nóng)村生產(chǎn)責(zé)任制三十年不變的管理體制，應(yīng)提倡大力發(fā)展。在經(jīng)濟(jì)實(shí)力較強(qiáng)、農(nóng)民技術(shù)水平較高的地區(qū)，也可以試用波涌灌、采用激光平地進(jìn)行水平畦田灌等新型的地面灌溉節(jié)水技術(shù)。

5.3.2 有條件地發(fā)展噴灌和微灌

現(xiàn)階段河南省發(fā)展噴灌和微灌應(yīng)是有條件地發(fā)展。在作物對(duì)象上宜選擇經(jīng)濟(jì)作物、蔬菜、果樹(shù)、花卉等高附加值的作物;在水源等自然條件上應(yīng)優(yōu)先選擇在灌溉水源十分缺乏、高揚(yáng)程灌區(qū)、因土壤或地形采用地面灌溉很困難的地區(qū)、水源有天然水頭落差的地區(qū);在經(jīng)濟(jì)和管理?xiàng)l件上宜選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng)、農(nóng)民技術(shù)水平較高、適度規(guī)模經(jīng)營(yíng)、統(tǒng)一種植、統(tǒng)一管理的城市郊區(qū)、溫室大棚等。低壓管道輸水灌溉也是井灌區(qū)發(fā)展節(jié)水灌溉的一種好形式，河南省低壓管道輸水灌溉面積絕大部分在井灌區(qū)，由于投入較低、效益好、易于管理，特別適宜一家一戶的生產(chǎn)責(zé)任制，很受農(nóng)民歡迎，今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)還會(huì)存在。

5.3.3 全面推廣非工程節(jié)水技術(shù)措施

非工程節(jié)水技術(shù)措施包括水管理措施和農(nóng)業(yè)節(jié)水增產(chǎn)技術(shù)措施。水管理措施包括采用節(jié)水灌溉制度和水源的優(yōu)化配置。當(dāng)前節(jié)水灌溉制度對(duì)于旱作物常采用非充分灌溉，對(duì)于水稻常采用“淺、濕”灌溉，一般可節(jié)水20% ～30%，對(duì)產(chǎn)量并無(wú)明顯影響。灌溉水資源優(yōu)化配置是按水的經(jīng)濟(jì)效益最高來(lái)安排灌溉用水，一般可提高灌溉水效益30%以上。農(nóng)業(yè)節(jié)水增產(chǎn)技術(shù)措施包括調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)、采用耐旱節(jié)水品種、秸稈或塑膜覆蓋、培肥改土、施用化學(xué)保水劑等。這些農(nóng)業(yè)節(jié)水增產(chǎn)技術(shù)措施配套采用，一般可提高水分生產(chǎn)率30%以上。非工程節(jié)水技術(shù)措施投入較低，農(nóng)民易于掌握，節(jié)水增產(chǎn)效果顯著，應(yīng)組織大面積推廣應(yīng)用。

5.4 積極培育節(jié)水灌溉設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)

我省現(xiàn)有高效節(jié)水灌溉設(shè)備企業(yè)生產(chǎn)工藝落后、生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品質(zhì)量和性能低下以及生產(chǎn)高新技術(shù)產(chǎn)品的能力嚴(yán)重不足。高效節(jié)水灌溉設(shè)備企業(yè)的發(fā)展，需要工藝先進(jìn)、制造精度高、成本低的先進(jìn)設(shè)備。

節(jié)水灌溉設(shè)備是具有較高技術(shù)含量的產(chǎn)品，消費(fèi)者對(duì)于售后服務(wù)的要求會(huì)越來(lái)越高，目前省內(nèi)節(jié)水灌溉設(shè)備企業(yè)在售后服務(wù)方面還不能很好地滿足消費(fèi)者需求，一般沒(méi)有提供專業(yè)化的售后服務(wù)。今后，節(jié)水灌溉設(shè)備企業(yè)要加大售后服務(wù)的投入，使售后服務(wù)制度化、專業(yè)化，不斷提高服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)水平，通過(guò)市場(chǎng)不斷孕育出更多屬于自己的節(jié)水品牌，以適應(yīng)節(jié)水市場(chǎng)的快速發(fā)展。

節(jié)水灌溉設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)處于一個(gè)難得的發(fā)展機(jī)遇中，只有不斷提升企業(yè)自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力，加快產(chǎn)品、技術(shù)的革新速度，積極融入到省外甚至國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中去，加強(qiáng)行業(yè)交流與合作，提高農(nóng)業(yè)用水效率，為增強(qiáng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)特別是農(nóng)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力服好務(wù)，才能得以長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，也才能在發(fā)展中不斷壯大，并成為河南省經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)中的一個(gè)新亮點(diǎn)。

[1]《中國(guó)水利年鑒》編纂委員會(huì).中國(guó)水利年鑒2004—2009[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2004—2009.

[2]李英能.區(qū)域節(jié)水灌溉的節(jié)水潛力簡(jiǎn)易計(jì)算方法探討[J].節(jié)水灌溉，2007(5):41－44.

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