郝德有 劉梅 陳永 曹九生 李偉 郭安強(qiáng) 趙軒宇 王秀果
摘要 從技術(shù)要點(diǎn)與適用范圍、技術(shù)關(guān)鍵與創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)引領(lǐng)與學(xué)術(shù)意義、技術(shù)難度與攻堅(jiān)過程、推廣效益與應(yīng)用前景等方面對小麥機(jī)械化無壟栽培技術(shù)進(jìn)行了綜述。
關(guān)鍵詞 小麥;機(jī)械化;無壟栽培技術(shù);種植
中圖分類號 S504.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 0517-6611(2018)31-0034-03
Abstract The mechanized ridgeless cultivation technique of wheat was reviewed from the technical points and scope of application, technology key and innovation, technology leadership and academic significance,technical difficulty and tackling process, promotion benefits and application prospects and other aspects.
Key words Wheat;Mechanization;Ridgeless cultivation technique;Planting
通過對小麥生物學(xué)特性和植物學(xué)特征的研究,發(fā)現(xiàn)小麥生長發(fā)育最適于單株均勻分布。1996年在景縣試區(qū)進(jìn)行了“縮行闊株”試驗(yàn),2001年開展撒播栽培試驗(yàn),從2004年開始研究機(jī)械化撒種旋耕播種技術(shù),2006年研制出首臺小麥聯(lián)合撒播機(jī),2010年改進(jìn)為小麥無壟聯(lián)合耕播機(jī)。在多年的試驗(yàn)示范中,利用這一栽培技術(shù),增加75萬~150萬穗/hm 每穗增加2~3個粒,千粒重增加2 g左右[1]。2009—2011年實(shí)收測產(chǎn)增加1 500 kg/hm2以上,尤其2011年河南、山東示范區(qū)增產(chǎn)1 800 kg/hm2以上,而且節(jié)水、節(jié)能、節(jié)本、抗逆效果顯著,省工省時,簡化栽培。此項(xiàng)研究使小麥機(jī)械化栽培無壟種植宏觀理論與農(nóng)藝技術(shù)體系都得到完善,農(nóng)機(jī)產(chǎn)品以均勻種植為核心研制出小麥無壟聯(lián)合耕播機(jī)系列產(chǎn)品。同時,審定標(biāo)準(zhǔn)2部,申報國際發(fā)明專利1項(xiàng),獲國家專利授權(quán)6項(xiàng),建立了無壟高產(chǎn)栽培技術(shù)體系。
鑒于小麥無壟均勻種植顯著的增產(chǎn)增收效果,引起了各級領(lǐng)導(dǎo)的重視,河北省沈省長和農(nóng)業(yè)部種植業(yè)管理司分別推廣,新華社于2009年10月23日與2011年10月16日內(nèi)參報道都得到國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)的批示[2],CCTV-7于2010年4月22日科教片在《科技苑》欄目播出。2011年4月20日,小麥無壟聯(lián)合耕播機(jī)項(xiàng)目列入河北省重點(diǎn)建設(shè)計劃。2011年5月20—22日河北與河南示范區(qū)測產(chǎn),國家級媒體新華社與CCTV-7等中央媒體以及科技報、農(nóng)民報等省級媒體跟蹤報道,項(xiàng)目主持人郝德有在河北電視臺新聞聯(lián)播對該技術(shù)進(jìn)行了介紹。2011年9月27日新華網(wǎng)進(jìn)行大型專題報道“為了大地的豐收——小麥機(jī)械化無壟栽培均勻種植技術(shù)促進(jìn)小麥大幅度增產(chǎn)”;2015年再次錄制科技宣傳片,并在《農(nóng)廣天地》播出;2013年國家小麥工程技術(shù)研究中心、2014年中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所分別簽署合作推廣協(xié)議。
1 技術(shù)要點(diǎn)與適用范圍
1.1 技術(shù)要點(diǎn)
1.1.1 小麥的需肥規(guī)律與施肥要領(lǐng)。
①需肥規(guī)律。氮、磷、鉀需求比例為3∶1∶3;氮肥營養(yǎng)臨界期為苗期,三葉期為磷營養(yǎng)臨界期;鉀肥營養(yǎng)關(guān)鍵期為苗期與拔節(jié)期(兼顧營養(yǎng)生長與生殖生長)。
②施肥要領(lǐng)。底肥充足,春追要晚(控基部節(jié)間),拔節(jié)追肥。
1.1.2 小麥需水規(guī)律與灌溉要領(lǐng).
①需水規(guī)律。需水臨界期為苗期;需水關(guān)鍵期為拔節(jié)、孕穗、灌漿期。
②灌溉要領(lǐng)可概括為“兩足、一控、三關(guān)鍵”:底墑足、冬墑足;早春控;關(guān)鍵期為拔節(jié)、孕穗、灌漿期。
1.1.3 小麥無壟栽培均勻種植農(nóng)藝要點(diǎn)。
①底墑充足,提倡澆“蒙頭水”,搶農(nóng)時,早出苗,節(jié)水。
②正常播量3000 kg/hm 早播播量2250~262.5 kg/hm 晚播(土里捂)3750~4500 kg/hm2。
③冬墑要足,早春控。澆好北方麥區(qū)關(guān)鍵水:拔節(jié)水、孕穗水、灌漿水。
④防治病蟲,經(jīng)常觀察,及時防治,尤其抽穗后注重防病與治蚜[3]。
1.1.4 無壟聯(lián)合耕播機(jī)操作要點(diǎn)。
①仔細(xì)閱讀使用說明書,認(rèn)真觀看操作指南;
②保證旋耕深度在15 cm以上;
③行進(jìn)速度50~60 m/min,低Ⅱ檔位,保證耕種質(zhì)量[4];
④根據(jù)墑情與土質(zhì)調(diào)整鎮(zhèn)壓器絲杠,掌握適宜的鎮(zhèn)壓土壤緊實(shí)度,以利于出苗。
1.2 適用范圍
小麥無壟栽培均勻種植技術(shù)作為種植方式,適宜麥稻類作物應(yīng)用,機(jī)械化無壟栽培則要根據(jù)全國麥區(qū)不同生態(tài)、生產(chǎn)條件選擇不同機(jī)型的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品。以華北麥區(qū)為核心的北方冬麥區(qū)適宜小麥聯(lián)合等深勻播機(jī)型或小麥無壟聯(lián)合耕播機(jī)型;長江中下游以及黃淮南片麥區(qū)多為砂礓土,雨多地黏,適于撒種旋耕播的小麥無壟聯(lián)合耕播機(jī)與小麥聯(lián)合耙播機(jī);北部春麥區(qū)適于等深勻播的聯(lián)合作業(yè)機(jī)型[5]。作物聯(lián)合篩播機(jī)最適于要求精量播種與預(yù)留作業(yè)帶或間作帶的地方,秸稈還田小麥無壟聯(lián)合耕播機(jī)適合于長著玉米秸稈地塊的聯(lián)合耕種作業(yè)。
2 技術(shù)關(guān)鍵與創(chuàng)新點(diǎn)
2.1 技術(shù)關(guān)鍵
此項(xiàng)研究涵蓋農(nóng)藝?yán)碚搫?chuàng)新、種植方式變革、農(nóng)機(jī)產(chǎn)品發(fā)明三大領(lǐng)域革命,最根本的技術(shù)關(guān)鍵在于農(nóng)學(xué)理論、農(nóng)藝技術(shù)、農(nóng)機(jī)產(chǎn)品三大革命集成的創(chuàng)新。
農(nóng)藝?yán)碚搫?chuàng)立的技術(shù)關(guān)鍵在于以小麥的生物學(xué)特征特性適應(yīng)為本,對前人研究成果經(jīng)過系統(tǒng)辨識與解析,科學(xué)推理,提出小麥無壟栽培的新概念與技術(shù)思想,通過生產(chǎn)性試驗(yàn)示范,研究建立小麥無壟栽培的機(jī)制體系,創(chuàng)立并完善了全方位歸真的小麥無壟栽培新理論[6]。
小麥無壟栽培的技術(shù)關(guān)鍵與核心是均勻種植,將傳統(tǒng)的行壟種植方式改為無行無壟,“草坪式”無壟栽培,把傳統(tǒng)行壟種植的苗株一維行距改為二維株距,均衡小麥單株的營養(yǎng)空間,將邊行優(yōu)勢升華為單株優(yōu)勢,將原始撒播上升為現(xiàn)代科學(xué)[7]。
農(nóng)機(jī)產(chǎn)品發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵在于耕種聯(lián)合作業(yè)條件下無壟栽培的機(jī)械化實(shí)現(xiàn),首先在旋耕機(jī)上實(shí)現(xiàn)勻肥勻種、耕播鎮(zhèn)壓以及筑埂或開溝一次作業(yè)完成全部耕種程序,尤其是玉米聯(lián)合收后的無壟栽培耕種作業(yè)一次成型,每一項(xiàng)在農(nóng)機(jī)研發(fā)史上都是創(chuàng)新,所有這些創(chuàng)新集成才實(shí)現(xiàn)了小麥無壟栽培聯(lián)合作業(yè)的機(jī)械化;其次,不同生態(tài)類型區(qū)選用不同的最適機(jī)型,以實(shí)現(xiàn)小麥無壟栽培聯(lián)合耕種對各種類型區(qū)的技術(shù)覆蓋[8]。
此項(xiàng)研究作為三大領(lǐng)域革命集成創(chuàng)新的重要關(guān)鍵在于三者集成的內(nèi)在有機(jī)聯(lián)系,首先是小麥無壟均勻種植理論上的發(fā)現(xiàn),而勻播理論指導(dǎo)無壟栽培農(nóng)藝試驗(yàn)、驗(yàn)證與新理論體系的創(chuàng)立,進(jìn)而指導(dǎo)機(jī)械化均勻種植聯(lián)合耕種機(jī)械的研制發(fā)明。通過多年多區(qū)域的生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn),無壟栽培理論得到逐步完善,無壟栽培技術(shù)進(jìn)一步成熟,農(nóng)機(jī)及其系列產(chǎn)品日趨完善。如果沒有農(nóng)學(xué)理論的發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新,就沒有小麥無壟栽培方式對傳統(tǒng)行壟種植的革命;如果沒有堅(jiān)實(shí)的理論支撐與可靠的生產(chǎn)性農(nóng)藝技術(shù)驗(yàn)證,就不可能有小麥無壟栽培耕種機(jī)械的研制與發(fā)明,這也正是農(nóng)藝農(nóng)機(jī)融合創(chuàng)新的真諦。
2.2 創(chuàng)新點(diǎn)
(1)提出了小麥無壟栽培的新概念,創(chuàng)立了以物性發(fā)展為本,以小麥生物學(xué)特性及其適應(yīng)系統(tǒng)建構(gòu)為核心,以無壟栽培增產(chǎn)機(jī)制為關(guān)鍵的小麥無壟栽培理論,顛覆了小麥行壟種植的傳統(tǒng)理論與觀念,實(shí)現(xiàn)了小麥栽培理論的全方位歸真。
(2)研究形成小麥機(jī)械化無壟栽培新技術(shù),徹底改變了小麥主產(chǎn)區(qū)沿襲幾千年的行壟種植方式,將小麥的“一維行距”變?yōu)椤岸S株距”,全方位提高了小麥農(nóng)田資源的利用率,經(jīng)過多年大范圍的生產(chǎn)性試驗(yàn)與示范,確立了小麥不同區(qū)域群體最佳與個體最優(yōu)的技術(shù)指標(biāo),使小麥在相當(dāng)大程度上打破了畝穗數(shù)與單穗重之間的高度負(fù)相關(guān)性,從而大幅度提高畝穗數(shù),以提高單產(chǎn)[9]。
(3)研制發(fā)明了集筑埂或開溝、撒肥撒種、旋耕、鎮(zhèn)壓等全部耕種程序全功能聯(lián)合的小麥無壟聯(lián)合耕播機(jī),開發(fā)了全國不同生態(tài)類型區(qū)最適用的無壟聯(lián)合耕種系列機(jī)型。小麥無壟聯(lián)合耕播機(jī)在整機(jī)設(shè)計上將旋耕裝置、排種排肥裝置、鎮(zhèn)壓裝置一體化設(shè)計,在旋耕機(jī)上實(shí)現(xiàn)撒肥撒種機(jī)械化和無壟耕種一體化,為國際首創(chuàng);在部件設(shè)計上,加密復(fù)合耕刀及其刀軸裝置的創(chuàng)新設(shè)計將普通旋耕機(jī)原初設(shè)計的二次作業(yè)變?yōu)橐淮巫鳂I(yè);鎮(zhèn)壓力可調(diào)、復(fù)合鎮(zhèn)壓裝置設(shè)計,可根據(jù)墑情與土質(zhì)調(diào)節(jié)鎮(zhèn)壓強(qiáng)度來達(dá)到最佳的播種、出苗效果;犁鏡式筑埂裝置設(shè)計,實(shí)現(xiàn)秸稈還田情況下鐵茬作業(yè);犁尖前置裝置技術(shù)設(shè)計保證了秸稈還田情況下作業(yè)順暢與全幅種苗均勻[10]。在系列機(jī)型設(shè)計上,以耙播器、篩播器的發(fā)明為特征,研發(fā)出小麥聯(lián)合耙播機(jī)、麥稻草蔬作物聯(lián)合篩播機(jī)等適于不同區(qū)域的聯(lián)合勻播新機(jī)型,實(shí)現(xiàn)了全國不同生態(tài)類型區(qū)無壟耕種聯(lián)合作業(yè)技術(shù)的全覆蓋。
3 技術(shù)引領(lǐng)與學(xué)術(shù)意義
此項(xiàng)研究引領(lǐng)了農(nóng)機(jī)產(chǎn)品研發(fā)和農(nóng)藝研究的新方向。自第一臺小麥聯(lián)合耙播機(jī)問世以來,由于其示范應(yīng)用效果突出,在相關(guān)生產(chǎn)、科研領(lǐng)域和農(nóng)業(yè)、農(nóng)機(jī)管理部門引起了較大反響,農(nóng)機(jī)制造商紛紛圍繞勻播種勻施肥聯(lián)合耕種的農(nóng)藝目標(biāo)仿造產(chǎn)品;小麥無壟栽培理論的創(chuàng)立與機(jī)械化無壟栽培技術(shù)的發(fā)明對小麥農(nóng)藝研究也具有廣泛的引領(lǐng)作用,多家農(nóng)業(yè)研究單位相繼開展小麥勻播技術(shù)研究。小麥無壟栽培理論徹底顛覆了傳統(tǒng)行壟種植的理論與觀念,從根本上改變了幾千年沿襲的種植方式,對于豐富和發(fā)展小麥栽培理論與農(nóng)藝技術(shù)具有重要而深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。
此項(xiàng)研究確立了農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合創(chuàng)新的典范,科學(xué)詮釋了農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合創(chuàng)新的內(nèi)涵與外延:以農(nóng)業(yè)理論的創(chuàng)新,指導(dǎo)形成農(nóng)藝技術(shù)上的革命,進(jìn)而指導(dǎo)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用,最終實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)為農(nóng)藝服務(wù),滿足符合農(nóng)學(xué)原理與規(guī)律的科學(xué)農(nóng)藝需要[11]。此項(xiàng)研究打破了3個固有格局:農(nóng)藝、農(nóng)機(jī)各自為戰(zhàn)的格局、農(nóng)機(jī)研發(fā)一直落后于生產(chǎn)實(shí)踐需求的格局、農(nóng)藝被動適應(yīng)農(nóng)機(jī)技術(shù)的格局。
此項(xiàng)研究的另一重要意義在于方法論上的創(chuàng)新與應(yīng)用。尤其在農(nóng)藝?yán)碚搫?chuàng)新方面,通過系統(tǒng)辨識與解析前人研究成果,系統(tǒng)總結(jié)了小麥生物學(xué)特性的已有成果,并結(jié)合生產(chǎn)性試驗(yàn)系統(tǒng)解析原理與機(jī)制,運(yùn)用科學(xué)的推理方法,建立了小麥無壟栽培理論雛形,指導(dǎo)形成無壟栽培新技術(shù),進(jìn)而指導(dǎo)完成小麥均勻耕種機(jī)械的發(fā)明,并在生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)過程中使得理論日益完善,技術(shù)更加成熟,產(chǎn)品不斷進(jìn)步。在科技創(chuàng)新的方法論上打破了自然科學(xué)研究“試驗(yàn)—總結(jié)”的線性模式,將社會科學(xué)研究方法融入自然科學(xué)的研究創(chuàng)新模式中,形成了“總結(jié)辨識—解析推理—試驗(yàn)驗(yàn)證—總結(jié)升華”的“螺旋模式”,把哲學(xué)作為統(tǒng)領(lǐng)科技創(chuàng)新的金鑰匙[12]。正是通過這種科技創(chuàng)新的“螺旋模式”,才形成了此項(xiàng)研究的農(nóng)學(xué)理論、農(nóng)藝技術(shù)、農(nóng)機(jī)產(chǎn)品三大革命集成的創(chuàng)新成果。
4 技術(shù)難度與攻堅(jiān)過程
首先,此項(xiàng)研究的技術(shù)難度體現(xiàn)在農(nóng)學(xué)理論、農(nóng)藝技術(shù)、農(nóng)機(jī)產(chǎn)品三大革命的集成創(chuàng)新上。農(nóng)學(xué)理論顛覆傳統(tǒng),不僅需要建立科學(xué)完整的新的理論體系,而且必須經(jīng)過充分的實(shí)踐驗(yàn)證。農(nóng)藝技術(shù)徹底改變了沿襲幾千年的種植方式,不僅形成一套經(jīng)得起生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)的新技術(shù),而且這種革命性的新技術(shù)要有比傳統(tǒng)理論更先進(jìn)、更科學(xué)的理論支持。一是農(nóng)機(jī)產(chǎn)品創(chuàng)新革命直接依靠農(nóng)學(xué)理論、農(nóng)藝技術(shù)形成的技術(shù)革命指導(dǎo)完成,農(nóng)機(jī)產(chǎn)品先于生產(chǎn)實(shí)踐,作為新農(nóng)藝技術(shù)的載體,實(shí)現(xiàn)新的革命性生產(chǎn)實(shí)踐;二是新型農(nóng)機(jī)產(chǎn)品需要集成一系列農(nóng)機(jī)技術(shù)上的重大創(chuàng)新,包括加密復(fù)合耕刀裝置、鎮(zhèn)壓力可調(diào)復(fù)合鎮(zhèn)壓裝置、犁鏡式開溝筑埂裝置、犁尖前置設(shè)計以及耙播器、篩播器、環(huán)式鎮(zhèn)壓器等;三是要根據(jù)不同生態(tài)類型區(qū)的氣候、土質(zhì)類型研制出最適宜的機(jī)型(包括無壟聯(lián)合耕播機(jī)、聯(lián)合勻播機(jī)、聯(lián)合耙播機(jī)、聯(lián)合篩播機(jī)),以實(shí)現(xiàn)新技術(shù)的全覆蓋[13]。三大革命既獨(dú)成體系又有機(jī)集成。
其次,在方法論上的難度不僅是農(nóng)藝?yán)碚撏黄苿?chuàng)新的哲學(xué)思維與社會科學(xué)的創(chuàng)新方式所體現(xiàn)的難度以及三大革命集成創(chuàng)新的“螺旋模式”,而且農(nóng)藝研究不僅僅是試驗(yàn)田的數(shù)據(jù)分析,而是多年、多地的生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)驗(yàn)證,農(nóng)機(jī)產(chǎn)品研制也并非簡單的車間試驗(yàn)過程,而是針對全國不同生態(tài)類型區(qū)對應(yīng)研究開發(fā)的過程。
此項(xiàng)研究集20多年的農(nóng)學(xué)理論研究積淀,10多年的農(nóng)藝技術(shù)檢驗(yàn)完善,8年的農(nóng)機(jī)研發(fā)與示范。由于顛覆了傳統(tǒng)理論,研究立項(xiàng)過程艱難,即使在2007年衡水市科學(xué)技術(shù)局組織專家對小麥機(jī)械化無壟栽培技術(shù)測產(chǎn)為增產(chǎn)效果顯著后,仍被個別專家譏笑為離經(jīng)叛道的“瞎胡鬧”。在衡水市科學(xué)技術(shù)局、河北省科技廳的支持下,小麥無壟聯(lián)合耕播機(jī)經(jīng)過3次申請,于2012年終獲國家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金支持。
5 推廣效益與應(yīng)用前景
多年的試驗(yàn)示范結(jié)果表明,小麥機(jī)械化無壟栽培均勻種植技術(shù)全方位效能突出。首先,近年來的實(shí)收測產(chǎn)結(jié)果表明,小麥機(jī)械化無壟栽培均勻種植比傳統(tǒng)行壟種植增產(chǎn)8010~1 897.2 kg/hm 增產(chǎn)率9.15%~29.21%;平均增產(chǎn)1 324.2 kg/hm 增產(chǎn)率達(dá)到19.43%。按照累計推廣面積4 066.67 hm2、增產(chǎn)1 324.2 kg/hm2計算,共增產(chǎn)小麥6.1萬t。小麥價格按照2.1元/kg計,可實(shí)現(xiàn)增收12 810.31萬元[14]。其次是節(jié)能。實(shí)行耕種聯(lián)合作業(yè),消滅了單純播種程序,比傳統(tǒng)常規(guī)作業(yè)可減少粉碎秸稈、施肥、旋耕、播種、鎮(zhèn)壓各1次,拖拉機(jī)減少進(jìn)地5次,節(jié)約農(nóng)機(jī)作業(yè)成本712.5元/hm2(扣除多用種子費(fèi)用外),在推廣的4 066.67 hm2耕地面積中共節(jié)約成本3 282.25萬元。第三是節(jié)水。一方面,小麥苗期提早封壟有效減少了土壤表面蒸發(fā);另一方面,玉米生長前期的麥茬麥秸的均勻覆蓋節(jié)水,節(jié)水率達(dá)到24.2%。第四是減輕環(huán)境污染。小麥無壟聯(lián)合耕播均勻種植的抑制雜草效果突出,可減少除草劑應(yīng)用,不僅節(jié)約成本而且減少農(nóng)藥殘留污染[15];同時,提高了肥料利用率,減少了高氮施入形成亞硝酸鹽對地下水的污染;此外,節(jié)約了能源,減少了燃油廢氣污染。
該技術(shù)提高了機(jī)械化作業(yè)程度,耕種作業(yè)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。農(nóng)機(jī)產(chǎn)品已通過省級農(nóng)技產(chǎn)品推廣鑒定,并列入國家推廣目錄,產(chǎn)生了顯著的社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益[16]。
6 結(jié)語
此項(xiàng)研究在宏觀理論與農(nóng)藝方式上對傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了顛覆,所以在微觀研究方面帶來了廣泛的研究領(lǐng)域,根、莖、葉生長發(fā)育問題、光合作用問題、抗逆性問題、增產(chǎn)途徑問題及其對下茬作物的影響等都有待進(jìn)一步的田間與室內(nèi)試驗(yàn)研究,以豐富和發(fā)展小麥耕作栽培理論與技術(shù),形成更完善的小麥無壟栽培理論技術(shù)體系。
小麥機(jī)械化無壟栽培能一次完成播種、施肥、覆土、鎮(zhèn)壓等多項(xiàng)作業(yè),可減輕勞動強(qiáng)度,降低生產(chǎn)成本,又能達(dá)到苗齊、苗壯、苗勻,提高播種質(zhì)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率,節(jié)約種子,增強(qiáng)土壤保墑能力,實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收,對于國家糧食安全、農(nóng)民增收意義重大,尤其適應(yīng)土地流轉(zhuǎn)規(guī)模化集約經(jīng)營的發(fā)展趨勢,政府應(yīng)大力推廣應(yīng)用。
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