陳永安+張金莎+舒東膂+趙淙云+胡長安
摘要:將園內集中收集的枯枝、落葉經過破碎、調制、發酵、干燥、粉碎、包裝等工藝生產出適合于花卉苗木容器苗培養的專用基質,篩選出適合園林廢棄物發酵的優良復合菌種及氮源補充輔助材料,對生產的基質按不同比例組合進行了苗木繁殖試驗,研究表明:經過鄧恩桉、紅葉石楠、紅豆杉組培苗等苗木的培植試驗,該基質可完全替代泥炭土,綜合基質成本下降40%~50%;苗木培植基質最佳組合比例為70%基質+30%種植土 (體積比)。
關鍵詞:園林廢棄物;種苗基質;泥炭土;復合菌種;基質組合
中圖分類號:TU986文獻標識碼:A文章編號:1674—9944(2014)09—0129—03
1引言
早在20世紀90年代,國外大多數國家就對園林有機廢棄物提出了填埋和焚燒禁令。1999年歐盟明確提出到2006年城市可降解城市廢棄物填埋量是1995年填埋的75%,到2009年填埋量則為1995年的50%,到2016年則為1995年的35%。在美國,園林有機廢棄物的收集處置不僅是園林部門自身的問題,美國環境保護署將園林有機廢棄物作為城市固體廢棄物的重要組成部分,從環境立法角度確保園林有機廢棄物資源化利用。與之配套的還有一系列的補貼和鼓勵政策,這些措施促進了園林有機廢棄物的堆肥處置率和資源化利用率的提高。美國園林有機廢棄物用于堆肥的比例從1990年的12.4%上升到2005年的62%,增加了4倍,堆肥的比例逐年上升。
國外利用園林有機廢棄物進行堆肥處置是從20世紀30年代開始的,進入90年代以后,由于對園林有機廢棄物等城市垃圾再生利用的廣泛重視,歐美等發達國家開始進行園林有機廢棄物的循環利用加工工藝研究,相繼開發出適宜在園林花卉上使用的產品如花卉專用栽培基質、土壤高效改良劑、噴播纖維等產品,這些產品目前已經進入我國并得到應用。加拿大、美國、日本和德國等發達國家均非常重視利用堆肥技術處置園林有機廢棄物,這樣不僅能解決園林有機廢棄物堆放、填埋和焚燒所帶來的污染問題,同時又能生產出園林綠化急需的土壤改良劑和有機質,使城市生態進入良性循環。從20世紀90年代開始,國外一些研究機構已開始利用微生物有氧發酵技術處置園林有機廢棄物,并利用處置后的產物加工園林專用種植基質、土壤改良劑和噴播纖維等產品。例如德國生產的“富利禾”系列產品就是利用園林有機廢棄物經過微生物發酵后加入禽畜糞便,再經二次發酵后形成的,由于其有機質含量高,達到90%以上,施入土壤能夠顯著改善土壤結構,增強土壤微生物活性,因此具有明顯的改土效果,除用于園林綠化,也廣泛應用于高檔蔬菜的生產中。
目前,我國對園林綠化廢棄物的資源化利用正處于起步階段,雖然部分省市做了有益的嘗試,但產業鏈條尚未形成,使得產業發展受到一定阻礙。認真梳理園林綠化廢棄物資源化利用產業發展中存在的問題,分析諸問題之間的關系并尋找解決途徑,對該產業的發展是非常有益的。枯枝、落葉、草屑及其他綠化修剪物等園林綠化廢棄物在傳統觀念中被當作“廢棄物”處理,大部分的園林綠化廢棄物與生活垃圾一起進入填埋場,這樣做既增加了垃圾的處理成本,又浪費了有限的土地資源,還會污染地下水、土壤及大氣,對環境產生長久的危害。園林綠化廢棄物的簡單處理不能適應可持續發展的要求,無害化、資源化處理是其必然趨勢。開發利用城市園林綠化廢棄物,對于改善城鄉生態環境、構建和諧城市、增加就業和促進經濟發展意義重大,必將產生顯著的生態效益、社會效益和經濟效益。北京、上海的有關部門自2007年起也根據當地實際情況開展了園林有機廢棄物的資源化利用研究并開發出各種產品,應用于綠化前、后的土壤改良,能提高園林植物的成活率,提高園林綠化的生態效益,間接降低綠化成本;應用于立體綠化,可替代常用的泥炭等輕型基質;還可以應用于容器苗木集約化種植。
2材料和方法
2.1試驗區概況
基質科研與生產區位于長沙市雨花區省森林植物園內,試驗區總面積1000m2左右,建有200余m2簡易大棚一座;高速公路生態修復示范推廣區在湖南寧道高速公路27、29合同段、湖南道賀高速公路12合同段、湖南懷通高速公路50合同段,推廣示范面積10萬m2;紅豆杉、鄧恩桉等容器苗培植、佛甲草草毯及屋頂綠化生產示范區位于植物園內。
2.2材料及設備
主料是園林綠化廢棄物,輔料是雞糞、牛糞等。主要是利用園內每年進行的專類園改造、樹木修剪、自然災害等遺留的枯枝、落葉等,也有少部分利用城市行道樹修剪主動送來的廢棄物。
破碎機為美國產VermeerBC600XL;粉碎機為中國河南產500型樹枝粉碎機;復合菌種為四川產美博士、河南產BM秸稈腐熟劑、廣東產農冠和金葵子、廣西產百惠群林等。
對不同菌種、不同菌種組合、不同氮源輔助材料等進行了試驗。同時,生產的基質按不同的比例組合與泥炭土對比應用于高速公路生態修復工程、苗木栽植、屋頂綠化、佛甲草草毯等項目。
3基質生產工藝流程及關鍵步驟說明
3.1工藝流程
枯枝、落葉收集→分揀→破碎→粉碎→加入復合肥、過磷酸鈣等→加入菌種及輔助材料→翻動拌勻→放入發酵池→加水→蓋薄膜→高溫階段通氣降溫→第一次發酵完成→第二次發酵→烘干→檢測理化指標→調制→包裝→成品入庫。
3.2關鍵步驟說明
(1)枯枝及落葉收集,為了降低成本,可預先聯系園林部門、苗圃及有關單位,希望在樹木修剪、大樹移植及枯枝落葉清理過程中將園林廢棄物集中送達至指定的地方,這樣可以節省人工及運輸成本,同時,為了不占用太多的空間,應隨到隨處理。
(2)原料破碎、粉碎,在原料破碎前必須進行分揀處理,一則為了安全必須清理石塊、鐵丁及白色垃圾,二則為了不同的質量要求必須將竹類、較大的枝條等難破碎、難發酵的物料分揀出來,有條件的可將樹葉、灌木整形修剪、機械打草后遺留的草末等容易發酵的集中收集處理。同時,為了生產出高端的園藝種苗基質,還必須進行第二次粉碎,篩網直徑為0.6~0.8cm,也可以發酵完成后再進行二次粉碎。endprint
(3)加入復合肥、過磷酸鈣,加入復合肥的目的一則是補充微生物繁殖所需的氮源,二則是經過有益微生物的發酵使得不易被植物利用的礦物質成分變成易被植物吸收的礦質元素如磷、鎂等。在發酵前合理、適量的加入復合肥及其他礦物質是確保發酵后的基質營養更全面、更接近或超過泥炭土或草炭的關鍵。根據多次試驗:每5m3發酵物料加入復合肥5kg、干雞糞40~50kg、過磷酸鈣10kg為適宜,復合肥最好用溶解性好的俄羅斯復合肥,N∶P∶K=16∶16∶16。
(4)通氣降溫,在物料發酵進入高溫階段進行降溫、通氣是必不可少的,是確保有益微生物活性并使發酵得以完成的關鍵,以往大多數小企業都是通過人工或機械每隔幾天翻動一次的辦法,不僅勞動強度大、成本高,而且效果不理想,因為翻動只能零時起到降溫的作用,通氣的效果就更不理想。因為物料發酵一旦進入高溫區以后好氧微生物大量繁殖,不僅使物料溫度急劇上升需要進行降溫處理,要不然大量不耐高溫的有益復合菌將被殺死。同時,也消耗了大量的氧氣需要進行及時補充,要不然微生物就變成了厭氧呼吸,將嚴重影響基質的最終品質。經過多年的試驗:在發酵池內預先用孔徑40cm或50cm的PVC硬塑管或透水管,并用電鉆打孔(孔徑10~12mm、兩孔間隔10~20cm);安裝的高度應在離池底略低一點的位置(離頂部1/3~1/4的位置)。為了確保通風效果,一臺鼓風機只能一次滿足5~10m3物料的通氣,每天可通氣50m3物料,如果規模擴大可加大鼓風機功率及管道直徑,原則上每次通氣1~2h,每1~2d通氣一次就能實現降溫的效果。
(5)第二次發酵,由于園林綠化廢棄物主要的成分是纖維素、半纖維素、木質素等,尤其是木質素很難降解。以前往往靠一次發酵很難達到高端基質的要求,必須進行第二次發酵,最好是采用換池的辦法,在原來的一組發酵池邊留一個空池,通過換池一則可以使處于休明的復合菌在換池過程中得到激活,二則在換池的同時也要及時補充通過擴繁的菌種并添加輔助材料以調節C/N比,根據需要還要補充適當的水分,這樣才能確保第二次發酵順利完成。
(6)調制,對于烘干后的基質經過檢測后根據產品的不同要求,可適當添加微量元素及其他輔助材料,以滿足不同客戶、不同檔次及不同用途的要求。
4結果與分析
不同菌種對發酵結果的影響見表1。
時間/d1基質感官性狀金葵子141151311大部分發黑、有菌絲、有少量刺激味農冠151121301大部分發黑、有菌絲、有少量刺激味BM秸稈腐熟劑131151291全部發黑、有大量菌絲、有少量刺激味美博士131171251全部發黑、有大量菌絲、無氣味百惠群林151101321大部分發黑、有菌絲、無氣味
添加不同輔助材料對發酵結果的影響見表2。
從表1、表2可以看出:添加四川產美博士復合菌種,同時以干雞糞、俄羅斯產復合肥為氮源補充材料,最終形成的基質產品從外觀上看腐熟度明顯優于其他幾組處理;而對于苗木的栽植對比試驗也證明了這一點。其中,在紅豆杉、鄧恩桉、紅葉石楠的容器苗培植中,以菌種為美博士復合菌種,基質配比以70%基質+30%種植土(體積比)效果最好。
0%種植土;處理6 100%泥炭土(東北泥炭),紅豆杉為組培苗,以上為上盆后10個月的記錄情況。
5問題與討論
(1)在發酵前合理、適量的加入復合肥及其他礦物質是確保基質品質的關鍵技術之一,能使難以溶解、難以被植物吸收的養分通過有益微生物酶的作用下變成易溶解、易吸收的礦物質,確保發酵后的基質營養更全面、更接近或超過泥炭土或草炭。
(2)在高溫發酵階段通過簡易的通風裝置使降溫效果更好,能平均縮短發酵周期5~7d,使綜合成本下降40%~45%。通過通風裝置降溫后的基質無論從檢測結果還是從外觀上看腐熟效果(腐熟度)都比人工翻動降溫好。如果將通風裝置再加以適當改進,對今后社區、小企業甚至家庭熱心從事園林廢棄物的再利用工作將提供強有力的技術支撐,這項工作發達國家已早早走在前面了,如果有政府相應的法律政策支持,加之人們環保意識的不斷加強,園林廢棄物的再利用將形成“燎原之勢”。
2014年9月綠色科技第9期(3)園林廢棄物由于采集地不同,加之分揀工作是一項很繁重、很復雜的工作,如果稍微疏忽或者怕麻煩,很可能造成很多白色垃圾、有毒物質混入到物料里面,雖然大量的有益微生物通過一系列酶的神奇作用能吸收、降解一部分毒素,但還是有一部分會遺留在最后的基質產品里面,如果作為蔬菜或者水果的基質,今后還有可能被人體吸收,將對人體健康造成極大的危害。因此,必須借鑒發達國家的經驗,必須把分揀工作作為一項很重要的工作來抓,同時,如果將基質用于蔬菜或水果,則必須先進行嚴格的重金屬及有毒成分的檢測,或者盡量只限于作為花卉栽培、苗木移植、屋頂綠化等的基質。
(4)由于園林綠化廢棄物主要的成分是纖維素、半纖維素、木質素等,雖然有機質含量極高,但很難徹底降解,尤其是木質素很難降解。單靠一種復合菌很難發酵徹底,從而難以滿足高端花卉、珍貴苗木對基質的品質要求。因此,有必要進行更深入的研究,通過改進工藝,尤其能找到更多的降解木質素的優勢復合菌種很有必要,確保基質產品質量更穩定,從而最終替代進口泥炭,以緩解我國在高品質花卉、珍貴苗木的生產中需要大量進口優質泥炭土的壓力。這樣不僅能極大地改善人們生活居住的環境,而且能產生很好的經濟和生態效益,為實現中國夢作出應有的貢獻。
參考文獻:
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[10] 徐凱,黃明勇,邳學杰.園林廢棄有機物堆肥化處置的初步研究[J].天津農業科學,2008,14(3):40~42.
[11] 于鑫,孫向陽.北京市園林綠化廢棄物現狀調查及再利用對策探討[J].山東林業科技,2009(4).endprint
(3)加入復合肥、過磷酸鈣,加入復合肥的目的一則是補充微生物繁殖所需的氮源,二則是經過有益微生物的發酵使得不易被植物利用的礦物質成分變成易被植物吸收的礦質元素如磷、鎂等。在發酵前合理、適量的加入復合肥及其他礦物質是確保發酵后的基質營養更全面、更接近或超過泥炭土或草炭的關鍵。根據多次試驗:每5m3發酵物料加入復合肥5kg、干雞糞40~50kg、過磷酸鈣10kg為適宜,復合肥最好用溶解性好的俄羅斯復合肥,N∶P∶K=16∶16∶16。
(4)通氣降溫,在物料發酵進入高溫階段進行降溫、通氣是必不可少的,是確保有益微生物活性并使發酵得以完成的關鍵,以往大多數小企業都是通過人工或機械每隔幾天翻動一次的辦法,不僅勞動強度大、成本高,而且效果不理想,因為翻動只能零時起到降溫的作用,通氣的效果就更不理想。因為物料發酵一旦進入高溫區以后好氧微生物大量繁殖,不僅使物料溫度急劇上升需要進行降溫處理,要不然大量不耐高溫的有益復合菌將被殺死。同時,也消耗了大量的氧氣需要進行及時補充,要不然微生物就變成了厭氧呼吸,將嚴重影響基質的最終品質。經過多年的試驗:在發酵池內預先用孔徑40cm或50cm的PVC硬塑管或透水管,并用電鉆打孔(孔徑10~12mm、兩孔間隔10~20cm);安裝的高度應在離池底略低一點的位置(離頂部1/3~1/4的位置)。為了確保通風效果,一臺鼓風機只能一次滿足5~10m3物料的通氣,每天可通氣50m3物料,如果規模擴大可加大鼓風機功率及管道直徑,原則上每次通氣1~2h,每1~2d通氣一次就能實現降溫的效果。
(5)第二次發酵,由于園林綠化廢棄物主要的成分是纖維素、半纖維素、木質素等,尤其是木質素很難降解。以前往往靠一次發酵很難達到高端基質的要求,必須進行第二次發酵,最好是采用換池的辦法,在原來的一組發酵池邊留一個空池,通過換池一則可以使處于休明的復合菌在換池過程中得到激活,二則在換池的同時也要及時補充通過擴繁的菌種并添加輔助材料以調節C/N比,根據需要還要補充適當的水分,這樣才能確保第二次發酵順利完成。
(6)調制,對于烘干后的基質經過檢測后根據產品的不同要求,可適當添加微量元素及其他輔助材料,以滿足不同客戶、不同檔次及不同用途的要求。
4結果與分析
不同菌種對發酵結果的影響見表1。
時間/d1基質感官性狀金葵子141151311大部分發黑、有菌絲、有少量刺激味農冠151121301大部分發黑、有菌絲、有少量刺激味BM秸稈腐熟劑131151291全部發黑、有大量菌絲、有少量刺激味美博士131171251全部發黑、有大量菌絲、無氣味百惠群林151101321大部分發黑、有菌絲、無氣味
添加不同輔助材料對發酵結果的影響見表2。
從表1、表2可以看出:添加四川產美博士復合菌種,同時以干雞糞、俄羅斯產復合肥為氮源補充材料,最終形成的基質產品從外觀上看腐熟度明顯優于其他幾組處理;而對于苗木的栽植對比試驗也證明了這一點。其中,在紅豆杉、鄧恩桉、紅葉石楠的容器苗培植中,以菌種為美博士復合菌種,基質配比以70%基質+30%種植土(體積比)效果最好。
0%種植土;處理6 100%泥炭土(東北泥炭),紅豆杉為組培苗,以上為上盆后10個月的記錄情況。
5問題與討論
(1)在發酵前合理、適量的加入復合肥及其他礦物質是確保基質品質的關鍵技術之一,能使難以溶解、難以被植物吸收的養分通過有益微生物酶的作用下變成易溶解、易吸收的礦物質,確保發酵后的基質營養更全面、更接近或超過泥炭土或草炭。
(2)在高溫發酵階段通過簡易的通風裝置使降溫效果更好,能平均縮短發酵周期5~7d,使綜合成本下降40%~45%。通過通風裝置降溫后的基質無論從檢測結果還是從外觀上看腐熟效果(腐熟度)都比人工翻動降溫好。如果將通風裝置再加以適當改進,對今后社區、小企業甚至家庭熱心從事園林廢棄物的再利用工作將提供強有力的技術支撐,這項工作發達國家已早早走在前面了,如果有政府相應的法律政策支持,加之人們環保意識的不斷加強,園林廢棄物的再利用將形成“燎原之勢”。
2014年9月綠色科技第9期(3)園林廢棄物由于采集地不同,加之分揀工作是一項很繁重、很復雜的工作,如果稍微疏忽或者怕麻煩,很可能造成很多白色垃圾、有毒物質混入到物料里面,雖然大量的有益微生物通過一系列酶的神奇作用能吸收、降解一部分毒素,但還是有一部分會遺留在最后的基質產品里面,如果作為蔬菜或者水果的基質,今后還有可能被人體吸收,將對人體健康造成極大的危害。因此,必須借鑒發達國家的經驗,必須把分揀工作作為一項很重要的工作來抓,同時,如果將基質用于蔬菜或水果,則必須先進行嚴格的重金屬及有毒成分的檢測,或者盡量只限于作為花卉栽培、苗木移植、屋頂綠化等的基質。
(4)由于園林綠化廢棄物主要的成分是纖維素、半纖維素、木質素等,雖然有機質含量極高,但很難徹底降解,尤其是木質素很難降解。單靠一種復合菌很難發酵徹底,從而難以滿足高端花卉、珍貴苗木對基質的品質要求。因此,有必要進行更深入的研究,通過改進工藝,尤其能找到更多的降解木質素的優勢復合菌種很有必要,確保基質產品質量更穩定,從而最終替代進口泥炭,以緩解我國在高品質花卉、珍貴苗木的生產中需要大量進口優質泥炭土的壓力。這樣不僅能極大地改善人們生活居住的環境,而且能產生很好的經濟和生態效益,為實現中國夢作出應有的貢獻。
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(4)通氣降溫,在物料發酵進入高溫階段進行降溫、通氣是必不可少的,是確保有益微生物活性并使發酵得以完成的關鍵,以往大多數小企業都是通過人工或機械每隔幾天翻動一次的辦法,不僅勞動強度大、成本高,而且效果不理想,因為翻動只能零時起到降溫的作用,通氣的效果就更不理想。因為物料發酵一旦進入高溫區以后好氧微生物大量繁殖,不僅使物料溫度急劇上升需要進行降溫處理,要不然大量不耐高溫的有益復合菌將被殺死。同時,也消耗了大量的氧氣需要進行及時補充,要不然微生物就變成了厭氧呼吸,將嚴重影響基質的最終品質。經過多年的試驗:在發酵池內預先用孔徑40cm或50cm的PVC硬塑管或透水管,并用電鉆打孔(孔徑10~12mm、兩孔間隔10~20cm);安裝的高度應在離池底略低一點的位置(離頂部1/3~1/4的位置)。為了確保通風效果,一臺鼓風機只能一次滿足5~10m3物料的通氣,每天可通氣50m3物料,如果規模擴大可加大鼓風機功率及管道直徑,原則上每次通氣1~2h,每1~2d通氣一次就能實現降溫的效果。
(5)第二次發酵,由于園林綠化廢棄物主要的成分是纖維素、半纖維素、木質素等,尤其是木質素很難降解。以前往往靠一次發酵很難達到高端基質的要求,必須進行第二次發酵,最好是采用換池的辦法,在原來的一組發酵池邊留一個空池,通過換池一則可以使處于休明的復合菌在換池過程中得到激活,二則在換池的同時也要及時補充通過擴繁的菌種并添加輔助材料以調節C/N比,根據需要還要補充適當的水分,這樣才能確保第二次發酵順利完成。
(6)調制,對于烘干后的基質經過檢測后根據產品的不同要求,可適當添加微量元素及其他輔助材料,以滿足不同客戶、不同檔次及不同用途的要求。
4結果與分析
不同菌種對發酵結果的影響見表1。
時間/d1基質感官性狀金葵子141151311大部分發黑、有菌絲、有少量刺激味農冠151121301大部分發黑、有菌絲、有少量刺激味BM秸稈腐熟劑131151291全部發黑、有大量菌絲、有少量刺激味美博士131171251全部發黑、有大量菌絲、無氣味百惠群林151101321大部分發黑、有菌絲、無氣味
添加不同輔助材料對發酵結果的影響見表2。
從表1、表2可以看出:添加四川產美博士復合菌種,同時以干雞糞、俄羅斯產復合肥為氮源補充材料,最終形成的基質產品從外觀上看腐熟度明顯優于其他幾組處理;而對于苗木的栽植對比試驗也證明了這一點。其中,在紅豆杉、鄧恩桉、紅葉石楠的容器苗培植中,以菌種為美博士復合菌種,基質配比以70%基質+30%種植土(體積比)效果最好。
0%種植土;處理6 100%泥炭土(東北泥炭),紅豆杉為組培苗,以上為上盆后10個月的記錄情況。
5問題與討論
(1)在發酵前合理、適量的加入復合肥及其他礦物質是確保基質品質的關鍵技術之一,能使難以溶解、難以被植物吸收的養分通過有益微生物酶的作用下變成易溶解、易吸收的礦物質,確保發酵后的基質營養更全面、更接近或超過泥炭土或草炭。
(2)在高溫發酵階段通過簡易的通風裝置使降溫效果更好,能平均縮短發酵周期5~7d,使綜合成本下降40%~45%。通過通風裝置降溫后的基質無論從檢測結果還是從外觀上看腐熟效果(腐熟度)都比人工翻動降溫好。如果將通風裝置再加以適當改進,對今后社區、小企業甚至家庭熱心從事園林廢棄物的再利用工作將提供強有力的技術支撐,這項工作發達國家已早早走在前面了,如果有政府相應的法律政策支持,加之人們環保意識的不斷加強,園林廢棄物的再利用將形成“燎原之勢”。
2014年9月綠色科技第9期(3)園林廢棄物由于采集地不同,加之分揀工作是一項很繁重、很復雜的工作,如果稍微疏忽或者怕麻煩,很可能造成很多白色垃圾、有毒物質混入到物料里面,雖然大量的有益微生物通過一系列酶的神奇作用能吸收、降解一部分毒素,但還是有一部分會遺留在最后的基質產品里面,如果作為蔬菜或者水果的基質,今后還有可能被人體吸收,將對人體健康造成極大的危害。因此,必須借鑒發達國家的經驗,必須把分揀工作作為一項很重要的工作來抓,同時,如果將基質用于蔬菜或水果,則必須先進行嚴格的重金屬及有毒成分的檢測,或者盡量只限于作為花卉栽培、苗木移植、屋頂綠化等的基質。
(4)由于園林綠化廢棄物主要的成分是纖維素、半纖維素、木質素等,雖然有機質含量極高,但很難徹底降解,尤其是木質素很難降解。單靠一種復合菌很難發酵徹底,從而難以滿足高端花卉、珍貴苗木對基質的品質要求。因此,有必要進行更深入的研究,通過改進工藝,尤其能找到更多的降解木質素的優勢復合菌種很有必要,確保基質產品質量更穩定,從而最終替代進口泥炭,以緩解我國在高品質花卉、珍貴苗木的生產中需要大量進口優質泥炭土的壓力。這樣不僅能極大地改善人們生活居住的環境,而且能產生很好的經濟和生態效益,為實現中國夢作出應有的貢獻。
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