摘要:為了探明不同施氮量下留杈處理對烤煙初烤上部葉質量的影響,以云煙87上部葉為材料,采用雙因素隨機區(qū)組設計,設置不同氮肥施用量[正常施氮處理(N1處理),施氮量為105 kg/hm2;增施氮肥處理(N2處理),施氮量為135 kg/hm2]與不同留杈方式(L0處理,不留杈;L1處理,留1杈;L2處理,留2杈)2個因素,研究施氮量與留杈數(shù)及其互作對煙葉化學成分、物理特性、評吸質量、經(jīng)濟性狀、外觀質量的影響,并計算效果指數(shù)。結果表明,增施氮肥的烤后上部煙葉的質量下降,各質量效果指數(shù)均表現(xiàn)為N1gt;N2;留杈后的煙葉質量明顯提升,與不留杈處理相比,在留1杈的N1處理下,各質量效果指數(shù)提升了4.72%~8.39%,N2處理下的各質量效果指數(shù)提升了4.14%~21.49%。與不留杈處理相比,在留2杈的N1處理下,各質量效果指數(shù)提升了7.52%~13.64%,N2處理下的各質量效果指數(shù)提升了8.75%~29.02%,留杈處理對N2處理上部葉質量的改善效果大于N1處理。從產(chǎn)值來看,N1L1處理的產(chǎn)值(17 096.47元/hm2)最高,N2L2處理的產(chǎn)值(17 010.53元/hm2)與N1L2處理的產(chǎn)值(16 958.63元/hm2)略低于N1L1處理,但三者間無顯著差異。施氮量與留杈數(shù)互作對烤后煙葉各質量效果指數(shù)均有極顯著影響。綜合來看,N1L2處理初烤上部煙葉的整體質量最好,N2L2處理介于N1L0處理與N1L1處理之間。由研究結果可知,留杈有利于改善上部葉質量,其中留2杈的改善效果最好,生產(chǎn)上不鼓勵多施氮肥,因此無論是在正常施氮情況還是因不可控因素造成氮素過高時,均可通過留杈來改善上部葉的品質。
關鍵詞:烤煙;上部葉;施氮量;留杈;互作;烤后質量;效果指數(shù)
中圖分類號:S572.04;S572.06" 文獻標志碼:A
文章編號:1002-1302(2025)03-0069-09
張鴻飛,張洪霏,潘" 洪,等. 施氮量、留杈數(shù)及其互作對烤煙上部葉質量的影響與綜合評價[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學,2025,53(3):69-77.
doi:10.15889/j.issn.1002-1302.2025.03.010
收稿日期:2024-08-22
基金項目:貴州省煙草公司黔東南州公司科技項目(編號:2022522600270019);中國煙草總公司貴州省公司科技項目(編號:201812)。
作者簡介:張鴻飛(1998—),男,貴州甕安人,碩士研究生,主要從事煙草栽培與調(diào)制方面的研究。E-mail:2390536794@qq.com。
通信作者:艾復清,碩士,教授,碩士生導師,主要從事煙草栽培與調(diào)制方面的研究。E-mail:afq2006@sina.com。
上部葉是卷煙生產(chǎn)的重要原料,隨著中細支香煙在市場上的流行,上部葉在卷煙配方中的作用越來越重要,但是烤后的上部葉存在煙堿含量高、填充性低、雜氣含量高等質量問題。調(diào)整種植密度、改變施肥方式、調(diào)控打葉時期、施用外源物質等方式都能改善上部葉質量,提高其工業(yè)可用性[1-4],而針對提升上部葉品質措施的研究屢見報道,說明優(yōu)化上部葉是烤煙生產(chǎn)上十分注重的問題。
合理施用氮肥是保障烤煙品質的重要措施,增施氮肥后,煙葉的干物質積累量有明顯提高,尤其是上部葉,從而有效提升了煙葉產(chǎn)量,但是會導致煙葉品質下降[5-7]。留杈是一種二次平衡煙株營養(yǎng)的措施,留杈后杈煙的頂端優(yōu)勢明顯,能夠提高養(yǎng)分向上運輸?shù)男?,同時杈煙也參與養(yǎng)分的分配。盧彬榮等認為,在煙株頂部留2個煙杈,能提高常規(guī)施氮處理上部葉的品質,而當施氮量減少時,留杈則會降低煙葉品質[8];曹安全等認為,煙株現(xiàn)蕾打頂后,在倒數(shù)第2或第3葉位留1杈(長出4~6張杈葉后再次打頂)能夠提高上二棚煙葉化學成分的協(xié)調(diào)性[9];魏新亮等研究發(fā)現(xiàn),上部葉第2葉位留1杈(杈葉4~6張)能提高上部葉的感官質量及化學成分協(xié)調(diào)性從而提高其工業(yè)可用性[10]。有關留杈改善上部葉質量的研究尚有報道,但是關于留杈后對煙葉烤后質量的測定分析還不夠完善,且效果指數(shù)在留杈對煙葉影響上的應用也鮮有報道。因此,本研究擬分析施氮量與留杈數(shù)及其互作對上部葉化學成分、物理特性、評吸質量、經(jīng)濟性狀、外觀質量的影響,并計算各類質量指標的效果指數(shù),旨在為如何優(yōu)化上部葉提供一定參考。
1" 材料與方法
1.1" 試驗地概況及材料
試驗地位于貴州省黔東南州鎮(zhèn)遠縣魏家屯,該地屬于中亞熱帶濕潤氣候,海拔為493 m,年平均氣溫為16.6 ℃,年降水量為1 057 mm,土壤類型為黃壤,有機質含量為25.87 g/kg,總氮含量為1.94 g/kg,全磷含量為0.58 g/kg,全鉀含量為16.10 g/kg,堿解氮含量為119.55 mg/kg,有效磷含量為 9.18 mg/kg,速效鉀含量為115.52 mg/kg。供試品種為云煙87。
1.2" 主要栽培措施
于2022年采用漂浮育苗井窖式移栽,種植密度為16 500株/hm2,N、P2O5、K2O的施用比例為 1 ∶1 ∶2.3,基肥和追肥的比例為6 ∶4,有效留葉數(shù)18張,其他栽培措施按照當?shù)貎?yōu)質煙生產(chǎn)技術要求進行。
1.3" 試驗設計
試驗采用雙因素隨機區(qū)組試驗,施氮量設為2個水平,分為正常施氮處理(N1處理,施純氮 105 kg/hm2)、增施氮肥處理(N2處理,施純氮 135 kg/hm2);留杈方式設為3個水平,分別為L0處理(不留杈,對照)、L1處理(留1杈)、L2處理(留2杈),杈上留杈葉數(shù)固定為2張。試驗共設6個處理,每個處理重復3次,共18個小區(qū),小區(qū)面積為100 m2。
1.4" 試驗要求
(1)初花打頂,除L0處理全部抹除煙杈外,其余處理待杈煙長出3張葉片后去除多余葉片,留杈位置為倒2葉位(L1)或倒2、3葉位(L2),其余煙杈全部抹除。(2)待上部煙葉綜合變黃70%左右、主脈變白2/3左右時,分批次采烤。(3)對于成熟度達標的煙葉,分小區(qū)采收、綁竿后掛牌烘烤,再將烘烤的煙葉置于烤房中層;采用“三段式”烘烤工藝進行烘烤,烘烤結束后按處理進行堆放。(4)每個小區(qū)分別取0.5 kg B2F等級煙葉送至貴州大學煙草品質分析重點實驗室進行物理特性、化學成分的測定。
1.5" 項目測定及方法
1.5.1" 化學成分的測定" 總糖、還原糖及淀粉含量用DNS(3,5-二硝基水楊酸)比色法[11]測定;煙堿含量用紫外分光光度法[12]測定;總氮、鉀含量用H2SO4-H2O2消煮法[13]測定;氯含量采用莫爾法[11]測定。
1.5.2" 物理特性的測定" 煙葉厚度的測定參考GB/T 451.3—2002《紙和紙板厚度的測定》[14],含梗率的測定參照YC/T 142—2010《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查方法》[15],拉力的測定參考GB/T 12914—2008《紙和紙板抗張強度的測定》[16],填充值的測定參照YC/T 152—2001《卷煙" 煙絲填充值的測定》[17],柔軟度采用柔軟度值測定儀(RH-R1000,廣州潤湖儀器有限公司)進行測定,葉質重的測定參照鄧小華等的方法[18]。
1.5.3" 評吸質量的測定" 各小區(qū)分別取15張烤后煙樣送至貴州中煙工業(yè)有限責任公司技術中心,參照YC/T 138—1998《煙草及煙草制品" 感官評價方法》[19]對香氣質、香氣量、濃度、勁頭、雜氣、刺激性、余味、甜感共8個指標進行評吸鑒定。
1.5.4" 經(jīng)濟性狀的測定" 參照烤煙分級標準GB 2635—1992《烤煙》[20],對各小區(qū)初烤上部葉進行分級,并統(tǒng)計上等煙率、上中等煙率、橘黃煙率、雜色煙率、均價、產(chǎn)量、產(chǎn)值等。
1.5.5" 外觀質量的測定" 參照GB 2635—1992《烤煙》對各小區(qū)煙葉的6個外觀質量指標(顏色、成熟度、葉片結構、身份、油分、色度)進行評分。
1.6" 綜合評價方法
用各質量效果指數(shù)代表綜合評價得分。步驟為數(shù)據(jù)無量綱化→確定指標權重→計算效果指數(shù)。
1.6.1" 數(shù)據(jù)無量綱化" (1)化學成分數(shù)據(jù)的無量綱化處理。采用模糊數(shù)學理論隸屬性函數(shù)進行化學成分數(shù)據(jù)的無量綱化處理[21]。以貴州中煙工業(yè)有限責任公司對云煙87上部葉優(yōu)質煙的要求和常延斌等的研究[22-24]為參考,確定本試驗中化學成分各指標隸屬性函數(shù)類型及拐點(表1),根據(jù)指標所屬類型及數(shù)據(jù)所屬范圍將原始變量x代入公式(1)、公式(2)、公式(3)計算無量綱化數(shù)值。
P:f(x)=1""""""" x2≤x≤x3
0.9(x-x1)x2-x1+0.1x1≤x≤x2
1-0.9(x-x3)x4-x3x3≤x≤x4
0.1xlt;x1,xgt;x4。(1)
S:f(x)=1""""""""" x≤x1
0.9(x-x1)x4-x1+0.1x1lt;xlt;x4
0.1x≥x4。(2)
反S:f(x)=1""""""" xlt;x1
1-0.9(x-x1)x4-x1x1≤x≤x4
0.1xgt;x4。(3)
(2)物理特性、評吸質量、經(jīng)濟性狀及外觀質量等數(shù)據(jù)的無量綱化處理。采用灰色局勢決策中的效果測度方法對數(shù)據(jù)進行無量綱化處理[25],其中含梗率、柔軟度、雜色煙率采用下限效果測度模型進行處理,詳見公式(4);煙葉厚度、葉質重、拉力、填充值采用適中效果測度模型進行處理,詳見公式(5);評吸質量、外觀質量與經(jīng)濟性狀除雜色煙率外其余指標均采用上限效果測度模型進行處理,詳見公式(6):
rij=minuijuij;(4)
rij=ui0j0ui0j0+|uij-ui0j0|;(5)
rij=uijmaxuij。(6)
其中:uij為局勢的實際效果,即各指標的實測值;minuij為所有局勢效果的最小值;ui0j0為局勢效果指定的適中值;maxuij為所有局勢效果的最大值。查閱相應參考文獻后確定煙葉厚度、葉質重、拉力、填充值的適中值分別為120 μm、85 g/m2、2.0 N、3.5 g/cm3;含梗率、柔軟度、雜色煙率的最小值分別為20%、30 mN、5%;上等煙率、上中等煙率、橘黃煙率、均價、上部葉產(chǎn)量、上部葉產(chǎn)值的最大值分別為80%、95%、90%、30元/kg、900 kg/hm2、20 000元/hm2[26-28];評吸質量各指標的最大值為9分;外觀質量各指標的最大值為10分。
1.6.2" 確定指標權重" 采用主成分分析法確定化學成分、物理特性、評吸質量、經(jīng)濟性狀等指標的權重,即先計算線性組合系數(shù)矩陣,然后計算綜合系數(shù),歸一化處理后得到權重[29]。外觀質量指標權重參考王彥亭等對煙葉外觀質量指標賦予的權重,即顏色值為0.29,成熟度為0.26,葉片結構為0.15,身份為0.11,油分為0.10,光澤為0.09[30]。
1.6.3" 計算效果指數(shù)" 采用指數(shù)和法分別計算各質量效果指數(shù)。
效果指數(shù)=∑xj=1Qij×Wj×100%。(7)
式中:x為指標數(shù)量;Qij為指標無量綱化數(shù)值,Wj為對應指標的權重。
1.7" 數(shù)據(jù)處理
用Excel整理數(shù)據(jù),用SPSS 23.0進行數(shù)據(jù)分析,用OriginPro 2024作圖。
2" 結果與分析
2.1" 施氮量、留杈數(shù)及互作對初烤上部葉化學成分的影響
從圖1可以看出,增施氮肥后煙葉總糖含量、還原糖含量及糖堿比、鉀氯比均極顯著降低,而淀粉、煙堿、總氮、鉀、氯含量及氮堿比均顯著或極顯著增高;隨著留杈數(shù)的增加,總糖含量、還原糖含量及糖堿比、鉀氯比也隨之增加,淀粉含量、煙堿含量、總氮含量、鉀含量、氯含量、氮堿比隨之下降。
從表2可看出,N2處理的化學成分效果指數(shù)(CCEI)顯著低于N1處理;隨著留杈數(shù)的增加,CCEI隨之增加;與不留杈處理相比,N1處理下留1杈、留2杈處理的CCEI分別提升了7.78%、13.64%,N2處理下留1杈、留2杈處理的CCEI分別提升了15.61%、29.02%,說明留杈有利于改善上部葉化學成分,且留杈對N2處理上部葉化學成分的改善效果要大于N1處理。由總體排名可以看出,N1L2互作處理的表現(xiàn)最佳,N1L1、N2L2處理次之。施氮量對各化學成分指標均存在極顯著影響,而留杈數(shù)對除鉀氯比外其余指標存在顯著或極顯著影響,二者互作對除鉀含量、氯含量、氮堿比、鉀氯比外的其余指標存在顯著或極顯著影響。比較F值可知,施氮量是除總糖含量外其余指標的主要影響因子,留杈數(shù)對總糖含量的影響要大于施氮量的影響及施氮量與留杈數(shù)互作的影響。
2.2" 施氮量、留杈數(shù)及互作對初烤上部葉物理特性的影響
從圖2可以看出,增施氮肥后,煙葉厚度、葉質重、柔軟度均極顯著提高,含梗率、拉力、填充值均顯著或極顯著降低;隨著留杈數(shù)的增加,含梗率、拉力、填充值隨之提高,厚度、葉質重、柔軟度隨之降低。
從表3可以看出,N2處理的物理特性效果指數(shù)(PPEI)顯著低于N1處理,而隨著留杈數(shù)的增加,PPEI呈增加趨勢;與不留杈處理相比,N1處理下留1杈、留2杈的PPEI分別提升了7.60%、7.52%,N2處理下留1杈、留2杈的PPEI分別提升了5.72%、12.86%,說明適當留杈能改善上部葉的物理特性,且留1杈對N1處理上部葉物理特性的改善效果更好,留2杈對N2處理的改善效果更好??傮w來看,N1L1與N1L2互作處理的效果最佳。從互作效應可以看出,施氮量與留杈數(shù)對各指標均有極顯著影響,而二者互作對拉力、柔軟度及PPEI有極顯著影響,對填充值有顯著影響。比較F值可知,施氮量是除含梗率外其余指標的主要影響因子,而留杈數(shù)是含梗率的主要影響因子。
2.3" 施氮量、留杈數(shù)及互作對初烤上部葉評吸質量的影響
從圖3可以看出,增施氮肥后,烤后煙葉的香氣質、濃度、雜氣、刺激性、余味得分極顯著降低,甜感得分略微降低,勁頭得分極顯著增加,香氣量得分略微增加;而增加留杈數(shù)后,勁頭得分極顯著降低,其余評吸指標得分均極顯著增加。
從表4可以看出,N1處理的評吸質量效果指數(shù)(SQEI)顯著高于N2處理,并且隨著留杈數(shù)的增加,SQEI隨之升高;與不留杈相比,N1處理下留1杈、留2杈的SQEI分別提升了6.58%、10.78%,N2處理下留1杈、留2杈的SQEI分別提升了4.14%、8.75%,說明適當留杈有利于上部葉評吸質量的提升,且留杈對N1處理評吸質量的改善效果大于N2處理??傮w來看,N1L2處理的SQEI顯著高于其他互作處理,N1L1、N2L2處理次之;從互作效應可以看出,施氮量對除香氣量外其余指標均有顯著或極顯著影響,而留杈數(shù)對所有指標均有極顯著影響,二者互作對香氣質、濃度有顯著影響,對雜氣及SQEI有極顯著影響。比較F值可知,施氮量是濃度、勁頭、刺激性、余味的主要影響因子,而留杈數(shù)是其余各指標的主要影響因子。
2.4" 施氮量、留杈數(shù)及互作對初烤上部葉經(jīng)濟性狀的影響
從圖4可以看出,增施氮肥后,烤后煙葉上等煙率、上中等煙率、橘黃煙率、均價及產(chǎn)值顯著或極顯著降低,雜色煙率、產(chǎn)量極顯著增加;隨著留杈數(shù)增加,除雜色煙率、產(chǎn)量外,其余指標均隨之極顯著提高。
從表5可以看出,N1處理的經(jīng)濟性狀效果指數(shù)(ECEI)顯著高于N2處理,并且隨著留杈數(shù)的增加,ECEI隨之升高;與不留杈處理相比,留1杈、留2杈的N1處理的ECEI分別提升了8.39%、10.65%,留1杈、留2杈的N2處理的ECEI分別提升了6.64%、13.98%, 說明適當留杈能夠改善上部葉經(jīng)濟性狀,且留1杈對N1處理上部葉經(jīng)濟性狀的改善效果更好,而留2杈對N2處理的改善效果更好。由總體排名可以看出,N1L2處理的ECEI顯著高于其他互作處理;從產(chǎn)值來看,N1L1處理最高,但N1L1、N1L2、N2L2處理間無顯著差異。從互作效應可以看出,施氮量及留杈數(shù)對所有指標均有極顯著影響,而二者互作對除上部葉產(chǎn)量外的其余指標有顯著或極顯著影響。比較F值可知,施氮量是除上部葉產(chǎn)值外其余指標的主要影響因子,而留杈數(shù)對上部葉產(chǎn)值的影響要大于施氮量的影響及施氮量與留杈數(shù)互作的影響。
2.5" 施氮量、留杈數(shù)及互作對初烤上部葉外觀質量的影響
從圖5可以看出,增施氮肥后,烤后煙葉外觀質量的各指標得分均顯著降低;隨著留杈數(shù)增加,各指標得分均隨之增加。從表6可以看出,N1處理的外觀質量效果指數(shù)(AQEI)顯著高于N2處理,并且隨著留杈數(shù)的增加,AQEI隨之增加;與不留杈相比,留1杈、留2杈的N1處理的上部葉AQEI分別提升了4.72%、8.12%,留1杈、留2杈的N2處理的上部葉AQEI分別提升了21.49%、26.22%,說明適當留杈能改善上部葉外觀質量,且增施氮肥后留杈對煙葉外觀質量的提升更為明顯??偟膩砜?,N1L2處理的AQEI顯著高于其他互作處理;從互作效應可以看出,施氮量、留杈數(shù)對煙葉外觀質量各指標均有極顯著影響,而二者互作對顏色、油分、結構及AQEI均有極顯著影響;比較F值可知,施氮量是除成熟度、油分外其余指標的主要影響因子,而留杈數(shù)對成熟度、油分的影響要大于施氮量的影響及施氮量與留杈數(shù)互作的影響。
3" 討論
3.1" 施氮量對上部葉質量的影響
本研究結果表明,增施氮肥后初烤上部葉質量降低,但產(chǎn)量會增加,與郭春燕等的研究結果[31]一致。究其原因,可能由于施氮量的增加使上部葉的長勢增強。趙會杰等研究發(fā)現(xiàn),增加施氮量對上部葉同化13C的能力有較大提升,因此葉片中的干物質含量增多,細胞間隙變小,導致葉片組織結構緊密[32],并且高氮含量會使煙葉易烤性變差、耐烤性變強[33],使得烘烤過程中的內(nèi)含物質轉化不充分,因此烤后煙葉質量下降,但產(chǎn)量得到了提高。
3.2" 留杈對上部葉質量的影響
本研究發(fā)現(xiàn),留杈能提高煙葉烤后質量,與曹安全等的研究結果[9-10]吻合,并且隨著留杈數(shù)的增加,提升效果隨之增加,留杈后總糖、還原糖含量增加,煙堿、總氮含量等下降。究其原因,可能由于留杈后杈煙的頂端優(yōu)勢明顯,提高了煙株養(yǎng)分的頂端運輸效率,同時杈煙作為新代謝庫,使煙葉光合作用的同化物質以糖的形式儲存在葉片中[34],但是杈煙對物質的吸收能力更強,主莖上部葉內(nèi)含物質會向杈煙移動,從而產(chǎn)生稀釋效應,且杈葉越多,稀釋效應越強,這導致主莖上部葉的干物質減少,也使煙葉厚度、葉質重等降低。
稀釋效應的產(chǎn)生也使主莖葉片細胞間隙擴大,組織結構變得疏松,而總氮含量的降低在一定程度上意味著多酚氧化酶(PPO)活性的降低[35],酶促棕色化反應變?nèi)?,因此烘烤時內(nèi)含物質轉化得更為充分,烤后煙葉的黑色素含量減少,烤后煙葉的上等煙比例、柔軟性、填充值等得到提升。然而,留杈處理雖然降低了煙葉產(chǎn)量,但是煙葉質量提高的同時也增加了煙葉均價,相比之下產(chǎn)值有所提升。
評吸質量、外觀質量與化學成分含量密切相關,留杈后糖含量增加,總氮含量降低,這意味著留杈具有改善上部葉氮含量高、糖含量低的效果,即改善上部葉的酸堿平衡,降低上部葉雜氣、刺激性及提高煙葉甜感,從而使評吸質量得以提升。外觀質量的提高也是由糖含量增加、氯含量降低等造成的。
3.3" 綜合評價方法
質量效果指數(shù)(CCEI、PPEI、SQEI、ECEI、AQEI)是煙葉各質量指標的量化體現(xiàn)。本試驗在數(shù)據(jù)無量綱化時均以貴州中煙工業(yè)有限責任公司對上部葉的要求為標準,在此基礎上參考前人的研究[22-24],最終確定隸屬性函數(shù)的拐點及局勢效果上、下限與適中范圍的取值,使指標無量綱化體系的建立更合理且更符合當?shù)乜緹煹奶匦?。因前人對化學成分、物理特性、評吸質量、經(jīng)濟性狀的研究指標各不相同,至今對煙葉各質量綜合評價還未有包含所有指標的完善體系,因此除外觀質量指標外,其余指標權重的確定均采用主成分分析法,最終所得結果較為客觀地反映了煙葉的質量。
3.4" 留杈的優(yōu)勢
留杈究其本質是通過增加煙株葉片數(shù)來消耗干物質,而多留葉(主莖)少采葉也是一種增加煙株葉片數(shù)以消耗干物質的措施,二者的相同點都是通過增加葉片數(shù)達到減少上部葉干物質的目的,但二者的不同點在于多留葉(主莖),因其頂上葉較早消耗上部葉的干物質,可能會影響上部葉的開片[36],而留杈則因其消耗養(yǎng)分相對較晚,使其對開片的影響較小。本研究僅設置了留1杈、2杈處理,從結果來看,留2杈處理對上部葉質量的改善效果最好,但繼續(xù)增加留杈數(shù)后的改善效果如何還有待進一步研究。
4" 結論
增施氮肥后,上部葉質量變差,但留杈處理能有效改善上部葉質量,無論是正常施氮還是增施氮肥,留杈處理均能提高初烤上部葉的化學成分、物理特性、評吸質量、經(jīng)濟性狀、外觀質量效果指數(shù),并且隨著留杈數(shù)的增加,改善效果隨之增加。綜合來看,施氮量為105 kg/hm2時留2杈的上部葉質量最佳;施氮量與留杈數(shù)互作對上部葉各質量效果指數(shù)均有極顯著影響,施氮量越高,留杈對上部葉的質量改善效果越好。在生產(chǎn)上可以通過留杈方式來改善上部葉品質,若因氣候條件等不可控因素造成煙株氮素吸收過多的偶發(fā)情況,留杈也是挽救煙葉品質的一種有效措施。
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