水肥調(diào)控對(duì)設(shè)施延后栽培葡萄生長特性的影響

何岸镕，張 芮，安進(jìn)強(qiáng)，齊廣平，賈生海，王俊林，陳娜娜，王 菲

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，蘭州 730070； 2.張掖市節(jié)水灌溉試驗(yàn)研究中心，甘肅 張掖 734000)

0 引 言

設(shè)施延后栽培是通過日光溫室大棚人為調(diào)節(jié)設(shè)施內(nèi)光照溫度水肥等，以達(dá)到延后作物成熟時(shí)間的目的，使得果品可以在淡季供應(yīng)，提高作物在市場上的覆蓋時(shí)間和市場競爭力[1]。隨著人民生活水平的提高，對(duì)于果品品質(zhì)的要求也日益增加，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中如何在保證產(chǎn)量的前提下充分提高作物的品質(zhì)成為農(nóng)民亟待解決的問題[2-4]。水肥在葡萄整個(gè)生育期的生命活動(dòng)中具有重要的作用，同時(shí)也是對(duì)葡萄產(chǎn)量品質(zhì)最重要的兩個(gè)影響因素[5-7]。研究表明從植物營養(yǎng)的角度分析，水肥對(duì)植物的耦合作用可以產(chǎn)生疊加效應(yīng)、拮抗效應(yīng)和協(xié)同效應(yīng)[8]。灌水量、氮肥和磷肥用量都和玉米植株呈正相關(guān)，過量的灌水和增施氮肥都對(duì)玉米的株高呈負(fù)相關(guān)，水與氮肥的交互作用、水與磷肥的交互作用，都與莖基寬呈正相關(guān)，灌水量、氮肥和磷肥對(duì)玉米產(chǎn)量呈正相關(guān)，且符合報(bào)酬遞減規(guī)律[9]。劉小剛等研究表明施氮可適當(dāng)提高POD、SOD酶活性活性, 但抽穗虧水和全生育期虧水高氮處理在抽雄期的酶活性降低[10-12]。張芮等認(rèn)為在葡萄果實(shí)膨大初期，抽蔓期、開花期中度水分脅迫處理縱徑和橫徑的膨大速率有所提高[13-14]。房玉林等人認(rèn)為調(diào)虧灌溉可使果實(shí)中可溶性固形物及還原糖含量增加，總酸含量降低，糖酸比升高,另外，輕度的調(diào)虧灌溉有利于葡萄皮中酚類物質(zhì)含量的提高[15]。邢英英等認(rèn)為滴灌施肥下，灌水量和施肥量均對(duì)番茄各品質(zhì)指標(biāo)有極顯著的影響，增大灌水量顯著降低番茄Vc、番茄紅素和可溶性糖含量；增大施肥量，番茄品質(zhì)指標(biāo)呈先增大后降低的趨勢[16]。此外，還有大量的研究表明，適量的水分虧缺和增肥可以增加作物的水分利用效率，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[17-19]。通過上述研究可以發(fā)現(xiàn)水肥調(diào)控對(duì)于作物生長特性及產(chǎn)量和品質(zhì)是具有重要影響的，截至目前，我國擁有設(shè)施溫棚栽培的面積已有2.3 萬hm2左右，排名是世界第一，其中延后溫室栽培的面積已有1 000 hm2，延后栽培主要分布在甘肅、青海等西北地區(qū)，而甘肅冷涼地區(qū)的葡萄延后栽培面積約占全國90%以上，但目前針對(duì)不同水分虧缺水平和不同養(yǎng)分耦合對(duì)設(shè)施延后栽培葡萄影響的報(bào)道較少，對(duì)設(shè)施延后栽培葡萄水肥調(diào)控與產(chǎn)量品質(zhì)間的響應(yīng)機(jī)理的研究也較少，無法對(duì)其實(shí)施精準(zhǔn)的水肥品質(zhì)調(diào)控管理，不僅造成了水肥的浪費(fèi)，也對(duì)設(shè)施環(huán)境造成了短期內(nèi)不可逆轉(zhuǎn)的不利影響，本文重點(diǎn)探討不同水分水平和不同養(yǎng)分水平耦合對(duì)設(shè)施延后栽培葡萄生長特性及產(chǎn)量品質(zhì)的影響，以期尋找到設(shè)施延后栽培葡萄合理的灌溉施肥管理制度，為設(shè)施延后栽培葡萄的節(jié)水省肥及清潔優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年5月至2015年12月在甘肅省張掖市節(jié)水灌溉試驗(yàn)中心進(jìn)行，該試驗(yàn)中心占地13.3 hm2，擁有溫室大棚3座，試驗(yàn)于3號(hào)大棚進(jìn)行。張掖市地下水豐富，因此采用地下水提灌作為該試驗(yàn)主要灌溉方式。

1.2 試驗(yàn)區(qū)降雨及供試土壤

試驗(yàn)區(qū)葡萄生育期平均降雨量為157.9 mm，蒸發(fā)量為1 290.25 mm，屬典型的大陸性干旱氣候。實(shí)驗(yàn)區(qū)土壤為中壤土，田間持水率22.8%，pH值為7.8，呈堿性，土壤容重為1.45 g/cm3，0～20 cm有機(jī)質(zhì)含量1.365%，堿解氮61.8 mg/kg，速效磷13.4 mg/kg，速效鉀190.4 mg/kg。

1.3 供試作物

供試作物為6年樹齡的葡萄，品種為紅地球，株距1 m，行距2 m，灌溉方式采用低壓水塔自流式(井水)滴管灌溉，試驗(yàn)栽培設(shè)施采用日光溫室大棚，建筑面積10 m×80 m。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2015年度將紅地球生育期劃分為萌芽期(05-01-05-13)、抽蔓期(05-14-06-12)、開花坐果期(06-13-06-20)、漿果膨大期(06-21-09-01)、著色成熟期(09-01-12-20)。試驗(yàn)小區(qū)按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，采用水分和肥料兩種控制方式。水分分為4個(gè)灌水水平，灌水定額為270 m3/hm2，實(shí)驗(yàn)于4月28號(hào)灌初水，各處理灌水情況一致，其后灌水情況按各個(gè)灌水水平處理，即土壤相對(duì)含水率為75%～80%(豐水S1)、65%～70%(輕度脅迫S2)、55%～60%(中度脅迫S3)、45%～50%(重度脅迫S4)，實(shí)驗(yàn)肥料設(shè)3個(gè)水平，N∶P∶K=3.6∶1.2∶1固定，其中氮肥采用尿素，磷肥采用磷酸二銨，鉀肥采用硫酸鉀鎂，控制施入量，即高肥E3(N、P、K施入量分別為226.69、75.56和62.97kg/hm2)，中肥E2(N、P、K施入量分別為161.92、53.97和44.98 kg/hm2)、低肥E1(N、P、K施入量分別為97.15、32.38和26.99 kg/hm2)，按生育期進(jìn)行施肥量控制。實(shí)驗(yàn)共設(shè)12個(gè)處理，每處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)小區(qū)面積為8 m×2 m，灌水施肥的實(shí)際情況分別見圖1和表1。

表1 分期施肥方案Tab.1 Staging fertilization scheme

1.5 觀測指標(biāo)及測定方法

1.5.1 表觀品質(zhì)

(1)葡萄植株莖粗：自新梢生長開始后15 d，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取3株葡萄標(biāo)記，每隔7 d用游標(biāo)卡尺測定一次葡萄的莖粗。

(2)葡萄縱徑、橫徑：自盛花后15 d，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取三穗葡萄標(biāo)記，自漿果膨大期開始，每隔7 d用游標(biāo)卡尺測定一次每穗上中下三粒葡萄的縱橫徑，每處理9粒。

(3)單粒重：膨大期和采摘期分別在每個(gè)小區(qū)選取兩穗葡萄，每穗摘取上中下三粒，共18粒，用精度為0.01的電子秤測定。

1.5.2 土壤水分測量

自葡萄萌芽期開始，每7 d用土鉆取一次土，每小區(qū)取兩個(gè)點(diǎn)，測定深度為80 cm，即 0～20、20～40、40～60、60～80 cm，將土樣置于烘箱中烘至恒重采用稱重法測得土壤水分含量，每次灌水及降雨前后加測。

計(jì)算公式：土壤含水量=(濕土重-烘干土重)/烘干土重×100%。

1.5.3 生理生化指標(biāo)測量

(1)超氧化物歧化酶(SOD)：氮藍(lán)四唑(NBT)光還原法測定。

2017年10月23日傍晚18:00，黎永蘭自主呼吸消失，血壓靠大劑量升壓藥物維持。醫(yī)院邀請了權(quán)威專家進(jìn)行了會(huì)診，得出了結(jié)論是病情危重，自主呼吸基本無法恢復(fù)。

(2)過氧化物酶(POD)：愈創(chuàng)木酚法測定。

(3)植物體內(nèi)游離脯氨酸(Pro)含量：磺基水楊酸法測定。

1.5.4 產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)測量

在生長的各生育期內(nèi)，取同一植株外圍中部(固定節(jié)位)的新鮮葡萄和功能葉片，置于液氮罐中冷凍待測，每個(gè)處理3次重復(fù)，測定抗逆性指標(biāo)。

(1)產(chǎn)量。干質(zhì)量法測生物產(chǎn)量。采摘期，各小區(qū)葡萄單獨(dú)采收，用精度為0.01的電子秤測定各小區(qū)所有葡萄的產(chǎn)量，并換算為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量kg/hm2。

(2)葡萄品質(zhì)。膨大期和采摘期，每處理隨機(jī)從具有代表性的10個(gè)果穗上取20粒葡萄，用冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室，置于冰箱內(nèi)保鮮。

(1)單粒重：用精度為0.01的電子秤測定每個(gè)處理所摘取的20粒葡萄。

(2)可溶性固形物：手持測糖儀法。

(4)花色苷：分光光度法。

(5)蔗糖、果糖、葡萄糖：高效液相色譜法。

1.5.5 水分利用計(jì)算

(1)水分利用效率WUE計(jì)算公式為：

WUE=Y/ET

(1)

式中：Y為葡萄產(chǎn)量，t/hm2。

(2)耗水量用實(shí)驗(yàn)土壤含水率估算，依據(jù)《灌溉實(shí)驗(yàn)規(guī)范》(SL13-2004)規(guī)定，其計(jì)算公式如下：

(2)

式中：ET1-2為階段需水量，mm;γi為第i層的土壤干容重，g/cm3;Hi為第i層的土壤厚度，cm；θi1、θi2分別為第i層土壤計(jì)算時(shí)段始末的含水率(干土重的百分比)；M，P，K，C分別為時(shí)段內(nèi)灌水量、降雨量、地下水補(bǔ)給量和排水量，mm。

本試驗(yàn)區(qū)因覆蓋措施，降雨量可忽略不計(jì)，認(rèn)為M=K=C=0。

2 結(jié) 果

2.1 水肥調(diào)控對(duì)設(shè)施延后栽培葡萄莖粗的影響

施肥水平和施肥水平×灌水下限互作效應(yīng)對(duì)植株莖粗影響不顯著， 灌水下限對(duì)6月1日到6月10日的植株莖粗增長量呈極顯著水平(P<0.05)，對(duì)6月10日到6月30日的植株莖粗增長量影響不顯著(P<0.05),對(duì)6月30日和7月12日的植株莖粗呈顯著水平(P<0.05) 。由表2知，隨葡萄植株的生長發(fā)育，各處理葡萄莖粗都逐漸增加，從6月1日到7月12 日，葡萄莖粗生長速率逐漸減緩，平均值從0.108 mm/d變?yōu)?.039 9 mm/d。在同一灌水下限條件下，中肥(E2)處理的葡萄莖粗生長速度最快，S2E2處理產(chǎn)生最大值 0.241 mm/d， S3E2次之， 為 0.236 mm/d， 兩者之間無明顯差異。在同一施肥水平下，6月1日至6月30日，葡萄莖粗生長量呈 S4>S1>S3>S2,6月30日至7月12日，莖粗生長量呈S2>S1>S3>S4，葡萄莖粗總生長量則呈S1處理最大，S3處理最小。

表2 水肥調(diào)控對(duì)設(shè)施延后栽培葡萄莖粗的影響Tab.2 Vine diameter of greenhouse grape under delayed phonological period with different treatment

注:字母表示在0.05水平上差異顯著。

2.2 水肥調(diào)控對(duì)設(shè)施延后栽培葡萄膨大速率的影響

由表3可以看出，施肥水平和施肥水平×灌水下限互作效應(yīng)對(duì)葡萄橫縱徑的變化速率影響顯著。在膨大期初期7月5日到8月4日，豐水高肥條件下S1E3處理的橫徑和縱徑的膨大速率達(dá)到0.413 8 mm/d和0.489 2 mm/d同其余處理之間顯著最大，重度脅迫高肥條件下S4E3處理橫縱徑膨大速率均為最小。膨大期中期8月4日到8月16日，葡萄橫縱徑膨大速率放緩，輕度脅迫中度脅迫情況下橫徑膨大速率較大，其中S2E1和S3E2處理有顯著性差異，豐水情況下縱徑膨大速率較大，其中S1E3處理顯著最大，重度脅迫中肥處理S4E2橫縱徑膨大速率均最小。膨大期后期8月16日到9月10日，橫縱徑膨大速率均有回升，中度脅迫處理橫縱徑膨大速率較大，其中S3E1處理顯著最大，豐水低肥處理S1E1橫徑膨大速率最小，輕度脅迫高肥處理S2E3縱徑膨大速率最小。

表3 設(shè)施延后栽培葡萄橫縱徑膨大速率Tab.3 Growth rate of transverse and longitudinal diameter of greenhouse grape under delayed phonological period

注:字母表示在0.05水平上差異顯著。

2.3 水肥調(diào)控對(duì)設(shè)施延后栽培葡萄抗逆性的影響

由表4可以看出水肥調(diào)控對(duì)葡萄葉片POD酶活性無顯著性影響，對(duì)葡萄果實(shí)POD酶活性有顯著性影響，其中重度脅迫高肥處理S4E3葉片POD酶活性為8.27 μg/(g·min)最高，豐水低肥處理S1E1葉片POD酶活性為6.12 μg/(g·min)最低，重度脅迫高肥處理S4E3果實(shí)POD酶活性為1.01 μg/(g·min)顯著最小，豐水低肥處理S1E1果實(shí)POD酶活性為2.71 μg/(g·min)顯著最大，其余處理間葉片果實(shí)POD酶活性均無顯著性差異。水肥調(diào)控對(duì)葡萄葉片SOD酶活性有顯著性影響，對(duì)葡萄果實(shí)SOD酶活性無顯著性影響，其中重度脅迫高肥處理S4E3葉片SOD酶活性為733.39 U/(g·h)顯著最高，豐水低肥處理S1E1葉片SOD酶活性為705.72 U/(g·h)顯著最低，同時(shí)S1E3及S4E2處理有顯著性差異，重度脅迫高肥處理S4E3果實(shí)SOD酶活性為54.99 U/(g·h)最低，豐水低肥處理S1E1果實(shí)SOD酶活性為25.97 U/(g·h)最高，其余處理間葉片果實(shí)SOD酶活性均無顯著性差異。水肥調(diào)控對(duì)葡萄葉片和果實(shí)脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有顯著性影響，其中S4E2處理葉片脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著最高，S1E3處理葉片脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為最低，高肥條件下各水分處理葉片脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為較低，S4E1處理果實(shí)脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著最高，S1E3及S2E3處理果實(shí)脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著較低，其余處理間葉片和果實(shí)脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均無顯著性差異。

表4 水肥處理對(duì)抗逆性指標(biāo)的影響Tab.4 Effects of fertigation treatment on the resistance index

注:字母表示在0.05水平上差異顯著。

2.4 水肥調(diào)控對(duì)設(shè)施延后栽培葡萄產(chǎn)量品質(zhì)的影響

由表5可以看出水肥調(diào)控對(duì)設(shè)施延后栽培葡萄產(chǎn)量有著顯著性的影響，其中中度脅迫中肥處理S3E2產(chǎn)量達(dá)到32 319.68 kg/hm2，顯著高于豐水高肥處理S1E3，其余處理間無顯著性差異?？扇苄怨绦挝镓S水情況下顯著高于重度脅迫低肥處理S4E1?？傻味ㄋ彷p度脅迫情況下顯著高于重度脅迫情況，Vc含量及花色苷含量中度脅迫情況下顯著高于其他處理。糖酸比中度脅迫中肥處理S3E2和重度脅迫低肥處理S4E1顯著高于豐水高肥處理S1E3，其余處理間無顯著性差異。

3 討 論

水肥調(diào)控對(duì)葡萄植株莖粗影響不顯著，隨葡萄植株的生長發(fā)育，各處理葡萄莖粗都逐漸增加，葡萄莖粗生長變化速率逐漸減緩，這是因?yàn)橹仓隊(duì)I養(yǎng)生長逐漸變緩，水肥逐漸供于葡萄生殖生長，中肥情況下葡萄植株莖粗變化速率較大，葡萄莖粗總生長量則呈豐水處理最大，重度脅迫處理最小，輕度中度脅迫莖粗變化速率及總生長量無顯著性,這與孫占祥等[9]對(duì)玉米植株的研究接近。說明適量當(dāng)?shù)乃置{迫及施肥情況可以使葡萄的營養(yǎng)生長及生殖生長處于一個(gè)較為平衡的情況。

表5 水肥對(duì)葡萄營養(yǎng)品質(zhì)的影響Tab.5 Effects of fertigation treatments on nutritional quality and yield

注:字母表示在0.05水平上差異顯著。

設(shè)施延后栽培葡萄的橫徑和縱徑均隨葡萄的生長發(fā)育逐漸變大，橫徑和縱徑變化速率呈膨大期初期較大，膨大期中期減緩，膨大期后期又較大的情況。膨大期初期豐水情況下葡萄橫徑和縱徑膨大速率均大于其他水分情況，膨大期后期灌水下限對(duì)橫徑膨大速率呈顯著相關(guān)，施肥水平對(duì)縱徑膨大速率呈顯著相關(guān)，各處理的橫徑膨大速率均大于縱徑膨大速率，中度脅迫中肥處理S3E2橫徑膨大速率最大，中度脅迫低肥處理S3E1縱徑膨大速率最大，S2E3處理橫縱徑膨大速率最小，試驗(yàn)結(jié)果與張芮等[13-14]的研究接近。說明適當(dāng)?shù)乃置{迫和適量的肥料增施能提高漿果膨大速率。

設(shè)施延后栽培葡萄在水分虧缺條件下植株葉片和果實(shí)內(nèi)POD、SOD活性都會(huì)升高，但果實(shí)內(nèi)SOD活性較葉片內(nèi)SOD活性低很多；施肥水平對(duì)葉片內(nèi)SOD活性的影響達(dá)到顯著水平，高肥與低肥處理間達(dá)到極顯著水平，除S1E1與S4E3處理果實(shí)POD活性差異顯著外，其他處理POD活性差異均不顯著。同一灌水水平下，葉片和果實(shí)體內(nèi)SOD活性、葉片內(nèi)的POD活性隨施肥量的增加而增大，呈E3>E2>E1處理的趨勢，但果實(shí)內(nèi)的POD活性隨施肥量的增加而減小。脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在缺水條件下同樣會(huì)升高，果實(shí)內(nèi)的Pro質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于葉片內(nèi)的Pro質(zhì)量分?jǐn)?shù)，且果實(shí)內(nèi)的Pro質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨施肥量的增加而減小,試驗(yàn)結(jié)果與劉小剛等[10-12]接近。說明適當(dāng)?shù)乃痔澣焙头柿显鍪┛梢蕴岣呷~片保護(hù)酶POD、SOD活性，脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)，利于延緩植物衰老，增強(qiáng)植株抗旱抗寒能力。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明，在同一水分水平下，施肥量的增加對(duì)葡萄的產(chǎn)量形成了一定的影響，隨著水分虧缺程度的加深，增肥會(huì)使的葡萄的產(chǎn)量有所提高，這是因?yàn)樵谝欢ǖ乃置{迫水平下，施肥能增大氣孔阻力，減少蒸騰量，并且能促進(jìn)植株根系生長，吸收更多的水分和養(yǎng)分供給葡萄果實(shí)生長，同時(shí)增加了水分和肥料利用效率，但過度的水分虧缺則會(huì)使葡萄的生長因水分不足使得產(chǎn)量減少。以肥調(diào)水可以削弱水分過多不利于糖分積累這一不利因素，所以實(shí)驗(yàn)中豐水條件下，隨著施肥量的增減，可溶性固形物含量也逐漸增加，適當(dāng)?shù)乃痔澣焙褪┓柿吭黾?，可溶性固形物、維生素C、花色苷含量及糖酸比也逐漸增加，但是水分脅迫達(dá)到重度，施肥量達(dá)到高肥時(shí)，葡萄的各項(xiàng)營養(yǎng)指標(biāo)開始下降，試驗(yàn)結(jié)果與邢英英[15-16]研究結(jié)果接近。說明適量的水分虧缺和適量的增肥可以提高葡萄的產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)。

4 結(jié) 論

試驗(yàn)研究表明中肥條件下葡萄莖粗增長率較大，豐水和重度脅迫對(duì)植株的營養(yǎng)生長和生殖生長有一定的影響，輕中度脅迫則會(huì)使葡萄的營養(yǎng)生長和生殖生長較為平衡發(fā)展。增肥以及水分虧缺可以使葡萄果實(shí)的橫縱徑增大速率提高，但高肥及重度脅迫情況下葡萄果實(shí)的膨大速率則又會(huì)降低，中肥中度脅迫處理S3E2葡萄果實(shí)膨大速率為最優(yōu)。同一灌水水平下，葉片和果實(shí)體內(nèi)SOD活性、葉片內(nèi)的POD活性隨施肥量的增加而增大，但果實(shí)內(nèi)的POD活性隨施肥量的增加而減小，脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著水分虧缺而增加，但是重度虧缺下卻又會(huì)降低，果實(shí)內(nèi)的 Pro質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨施肥量的增加而減小，試驗(yàn)表明中肥中度水分脅迫處理S3E2葡萄的各項(xiàng)抗逆性指標(biāo)均較為高。增肥水分虧缺會(huì)提高葡萄產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)，但高肥中度水分脅迫葡萄的產(chǎn)量和各項(xiàng)營養(yǎng)品質(zhì)又會(huì)下降，試驗(yàn)表明中肥中度脅迫處理S3E2處理葡萄產(chǎn)量和各項(xiàng)營養(yǎng)品質(zhì)均較高。

結(jié)合葡萄的表觀莖粗及果實(shí)膨大速率，各項(xiàng)抗逆性指標(biāo)和產(chǎn)量品質(zhì)，灌水下限為土壤相對(duì)含水率達(dá)到55%～60%，施肥水平N、P、K分別為161.92、53.97和44.98 kg/hm2時(shí)，設(shè)施延后栽培紅地球葡萄表觀品質(zhì)最優(yōu)，各項(xiàng)抗逆性指標(biāo)較為平衡，產(chǎn)量較高，品質(zhì)較佳，水肥利用效率較高，是水肥處理最優(yōu)組合，可實(shí)現(xiàn)節(jié)水以及高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的，為設(shè)施延后栽培葡萄的灌溉制度及施肥提供依據(jù)。

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