灌溉對番茄生長發育、產量和品質影響的研究進展

龔一丹 王衛華 管能翰 劉艷偉

摘? ? 要：通過總結灌溉水量、灌溉方式及水質量對番茄生長發育、產量和品質的影響，給出適宜番茄生長及提高番茄品質的條件。在此基礎上，進一步分析了現有研究存在的問題，提出今后應著重開展水肥調控根區微環境研究，同時關注土壤理化性質、土壤參數并根據不同地區水資源概況、市場需求來選擇番茄在不同生育期的最優灌溉水量、灌溉方式、營養液、調虧程度、水肥處理的最佳調控指標，改善土壤中大量養分流失、土壤貧瘠的現狀，旨在為建立完善番茄種植培育體系提供參考并促進土壤與農業可持續發展。

關鍵詞：番茄;品質;灌溉水質量;灌溉方式;營養液;調虧灌溉;水肥處理

中圖分類號：S641.2 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2020）07-007-07

Abstract： This paper summarized the most suitable growing conditions of tomato and its quality improvement. These conditions are concluded by examining the influences ranging from irrigation water quality and quantity， irrigation method， nutrient solution， deficit regulation irrigation and water-fertilizer treatment. Furthermore， In the future， we should focus on the study of water and fertilizer regulation of root microenvironment， and pay attention to soil physical and chemical properties， soil parameters and soil respiration and analysis of existing research problems will contribute to the viewpoint that selection of the most optimized irrigation water quantity， irrigation method， nutrient solution， deficit regulation degree and water-fertilizer treatment of tomato in different growth period are determined by water resources and market demand in different regions. This perspective aims to improve the current situation of nutrient loss and barren land in soil and provide valuable references for the potential development and improvement of tomato cultivation system and promoting the sustainable development of soil and agriculture.

Key words： Tomato; Quality; Irrigation water quality; Irrigation method; Nutrient solution; Regulated deficit irrigation; Water and fertilizer treatment

番茄是遍布全世界的重要茄果類蔬菜，在我國全年均有大量栽培，是我國設施栽培最重要的蔬菜品種，其在我國農業經濟發展和城鄉“菜籃子”供給中占有十分重要的地位。番茄營養豐富，維生素C含量高，其品質是番茄關鍵的商品屬性，受遺傳、氣候、水質、土壤環境等因素的影響，對番茄價格和農業經濟效益起到關鍵性作用[1]。

目前，隨著現代農業的快速發展，水資源短缺日益嚴重。番茄種植者為了追求產量，不斷增加灌溉量、肥料與農藥使用量，會造成資源浪費，威脅農業環境的可持續發展與食品安全;隨著番茄產量的增加和人們對食品品質要求的不斷提高，評估、鑒別和評定番茄果實品質，選育優質番茄，以及番茄品質基因遺傳的研究逐漸成為大眾關注的熱點。如何協調水資源短缺和農業生產用水量大之間的沖突，如何在節約各項資源的情況下同時保障番茄品質與產量成為了目前亟待解決的問題。

為滿足人們對番茄增產提質的需求，提供適宜的灌溉水量和礦質營養是重要措施，因此筆者分別從番茄灌溉水質水量、灌溉方式、營養液、調虧灌溉及水肥一體化處理對番茄生長發育及品質、產量的影響等方面的研究進展進行了歸納、總結、分析與討論，提出了栽培番茄中水分管理需解決的問題，并指出今后主要的研究方向。

1 灌溉水量

灌溉水量對番茄生長發育及果實品質有著很大影響，如灌溉水量對番茄莖粗有較大影響，且莖粗是番茄增產的一項重要指標，莖稈的粗細決定了產量的高低，莖粗產量高，莖細則產量低[2]。灌溉水量也會對番茄根系的生長量造成影響，而番茄根系垂直分布與水平分布的生長量的比值會對根系發育造成影響?？茖W的灌水量是獲得高產的關鍵，能夠有效促進番茄生長、提高番茄品質和產量。目前許多番茄種植者受傳統經驗影響，認為灌溉水量越多越好，但這種做法不僅不會提高經濟效益還會造成水資源浪費、土壤板結、番茄根系活力降低等現象[3]，若要節約水資源且保證番茄增產提質，必須要科學合理地控制灌溉水量。灌水量對番茄生長及產量影響深遠[4]，灌水量過多或過少都不利于番茄的生長發育以致產量降低[5]。

1.1 充足灌水量

灌溉水量對土壤體積含水量有著直接影響，張坤等[6]用不同灌溉量對不同品種的番茄進行灌溉，發現充足灌溉下（100%作物蒸發蒸騰量為灌溉量）‘PT-501Q‘亨氏H1015及‘農番3號葉綠素含量、葉面積、株高及產量均高于中水灌溉（75%作物蒸發蒸騰量為灌溉量）和低水灌溉（50%作物蒸發蒸騰量為灌溉量）。說明充足灌溉有助于作物的生長發育和提高產量，這與吳宣毅等[7]的研究結果一致。馮騰騰等[4]通過對大棚春番茄設置不同的灌水量發現，在充足灌水量下番茄株高與單株總產量最高，過量灌溉下（125%充足灌水量、150%充足灌水量）番茄株高、葉綠素含量與產量逐漸降低，這表明過量灌溉并不利于番茄的生長發育及增產。研究表明，灌溉水量過大會造成番茄根系氣孔閉合，不利于根系吸水與發育，番茄葉片萎蔫，葉面積減小，不利于植株進行光合作用，降低番茄干物質量的積累，還阻礙植物體內赤霉素和細胞分裂素合成，乙烯含量增加，使酶保護系統遭受破壞，不利于番茄生長發育，且灌溉水量過大時會將土壤表層植株根系吸收完剩余的硝態氮滲入土壤深層造成淋溶損失和地下水污染。

果實硬度、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、有機酸含量、維生素C含量和番茄紅素含量與番茄的品質及口感息息相關，吳泳辰等[8]通過設置充分灌溉、中度調虧及重度調虧3個處理發現，灌水量與番茄果實硬度、維生素C含量、可溶性固形物含量呈負相關。馮騰騰等[4]研究發現，充足灌水量下番茄紅素含量、核糖比、有機酸含量、可溶性糖含量均低于非充分灌溉。這說明充分灌溉不利于番茄果實的營養品質與口感，這與龔雪文等[9]的研究結果一致。

綜上，番茄的產量與品質無法同時達到最高，應根據市場不同需求進行選擇;同一地區相同灌水量下的不同品種番茄生長指標、品質指標又不盡相同[6]，應根據不同品種的特點、不同地點的生態條件以及對品質、產量、水分利用率的要求，對不同品種采取不同的灌溉策略，確定合理的節水灌溉方案。

1.2 調虧灌溉

調虧灌溉（RDI）是指在作物適宜的生育階段實施適度的水分虧缺來調控植物營養生長和生殖生長的速率，達到增產提質的目標[10]。土壤水分過多會降低水分利用效率，嚴重的水分虧缺將抑制番茄體內蛋白合成[11]，造成根系活力下降，從而降低作物的生物量、產量及收獲指數;灌溉水量過低也不利于番茄植株的光合作用，降低其凈光合速率，而凈光合速率對產量有極大的影響，與番茄產量呈正相關，所以灌溉量過低會對番茄產量造成不利影響[7]。適當的生長期內適度的水分虧缺可以節約灌溉用水并提高作物果實品質[12]，在一定程度上提高果實商品價值，如周繼瑩[13]等研究發現，番茄硬度、可溶性糖含量、果形指數及可溶性固形物含量均與灌水量成反比，有機酸含量與灌水量成正比，所以降低灌水量顯著提升了番茄外觀及口感。

不同栽培方式、不同區域、不同土壤理化性質、不同水質下實施水分虧缺的生育期不同，灌溉水量也不同[14]。王峰等[15]研究表明，在苗期適當進行水分虧缺處理可以控制幼苗地上部徒長，促進根部生長，有利于作物之后的生長發育。如龔雪文等[9]研究表明，在華北地區日光溫室番茄開花坐果期減少水分供應量將會給植株后期的生長發育造成不利影響，但可溶性糖含量、糖酸比和硬度有所提高，在結果期適度水分虧缺，有利于植株生長發育，顯著提高了番茄產量和水分利用效率;品質方面，除果實硬度，番茄在成熟采摘期虧水50%可顯著提高果實營養品質，全生育期灌水量約為230 mm時達到節水高產和高效的統一，可作為華北地區溫室滴灌番茄的經濟耗水指標。鄭鳳杰等[16]研究表明，在河套灌區使用畦灌對加工番茄在全生育期均進行調虧處理時會限制番茄的莖粗莖長，不利于番茄的生長發育，但在坐果期適當進行調虧灌溉可以提高番茄產量，因為此時果實中細胞的數量已確定，所以對產量影響不大，調虧灌溉可以有效改善番茄品質，尤其是番茄硬度。吳泳辰等[8]研究表明，在加工番茄苗期用充分灌溉、中度虧缺和重度虧缺3種灌溉水量處理對番茄產量影響不大，但在番茄開花坐果期、果實膨大期和成熟采收期進行調虧灌溉處理，僅中度虧缺處理對產量影響較大，能獲得產量最大值，與各時期均充分灌溉相比，各時期中度調虧的番茄紅素較高，番茄果實總酸度與虧水程度成反比，番茄果實中可溶性固形物和維生素C含量均與虧水程度成正比。有研究表明，番茄果實含水量與調虧灌溉程度成反比，與可溶性固形物含量成正比，可滴定酸含量在正常灌溉水量的50%時最高，糖酸比及維生素C含量在重度調虧灌溉的時候最多[17]。

總之，種植者在生產時應考慮到不同品種的特點，然后根據其地理位置、品種特性、當地的生態環境以及市場對番茄產量、品質和水分利用率等不同需求采取不同的灌溉方式，確定最優灌溉水量，達到節水灌溉與番茄增產提質雙豐收。

綜上，灌水量對番茄的生長發育、產量及品質均會造成影響，但是全國針對番茄的灌溉指標研究分布并不全面，中西部居多，沿海地區較少，很多地區沒有明確的灌水指標，而且目前研究中未能考慮生理、生化指標，一些影響產量的其他重要指標未能包括進去，還需進一步的研究。

2 灌溉方式

我國是缺水國家，2013年農業用水占總用水量的63.4%[18]，其中作物生產用水約占農業用水的30% [19]。水資源緊缺與農業生產的矛盾日益嚴峻，而傳統的灌溉方式“大水漫灌和畦灌”會導致土壤板結、土壤鹽堿化、有害細菌傳播等，這不僅浪費水資源，給作物的生長發育、產量帶來不良影響，還降低了農業經濟效益。因此，改變傳統灌溉方式，建立科學合理的灌溉制度迫在眉睫。

目前，我國常用的節水灌溉方式有滴灌、噴灌，不同的灌溉方式會對設施土壤理化性質及作物生理生長、產量造成不同影響，因為作物品質與灌水量相關，所以灌溉方式對作物品質影響不顯著[20-21]。研究表明，與漫灌和畦灌相比，滴灌和噴灌不僅提高了番茄水分利用率，還能較大程度提高番茄產量，但單果質量差異不大[22-23]，因為漫灌和畦灌會使土壤水很快飽和或者過飽和，進而使土體緊實，干密度、體積質量增大，土壤孔隙度減小[24]，不利于番茄根系生長及產量增加。從對番茄產量的影響來說，滴灌和噴灌的差異不顯著，但從經濟效益來看，在充分供水處理條件下采用滴灌的灌溉方式，番茄種植的產量、水分利用效率、經濟效益較其他灌溉方式都高[25]。

番茄的主要根系分布在5～30 cm的土層，膜下暗灌和普通溝灌的方式使多余水分淋出根區，作物無法吸收，造成了水資源的浪費[26]，所以這2種灌溉方式下番茄根系吸收的水分無太大區別，其對番茄的品質及產量造成的影響不顯著。研究表明，不同灌水方式對番茄土壤養分、電導率及地溫造成顯著影響，其中膜下滴灌和隔溝交替灌溉不僅保持了番茄品質與產量還降低了土壤硝態氮淋溶，可作為番茄適宜的灌水方式[20]。楊洋等[27]研究表明，滴灌處理之后土壤腐殖質含量高于溝灌、滲灌處理，最大程度提升了土壤肥力水平，有益于番茄養分供應，促進番茄的生長發育。

3 水質量

隨著水資源枯竭和水質惡化問題日益嚴重，淡水資源短缺已成為限制農業發展的主要因素。為解決我國農業水資源緊張的現狀，一方面要大力發展節水灌溉技術，另一方面則應開發如再生水、微咸水等新的灌溉水源。因非常規水獨特的特性必然使大家關注其在農業利用過程中對作物造成不同程度的影響，筆者對再生水及微咸水對番茄生長發育及產量品質的影響做出了總結。

3.1 再生水灌溉

再生水是指污水或者雨水經適當處理后，達到水質指標要求并滿足某種使用要求，能夠利用的、有益的水[28]。再生水總量大、水質穩定、富含氮磷等養分，重金屬污染物等毒理指標量低，利用其灌溉既能有效利用污水，還能利用土壤特性凈化水質減少農業環境的污染[29]。

栗巖峰等[30]分別使用再生水與混合水灌溉番茄，發現再生水灌溉可以提高番茄產量及灌溉水分生產率，且再生水灌溉可提高果實的可溶性糖含量和可滴定酸度，有利于改善番茄口感，其對番茄維生素C含量和可溶性固形物含量等營養指標無明顯不利影響。王偉娜等[31]通過研究不同水質水量對設施大棚番茄品質及產量的影響得出，使用再生水灌溉的番茄的可溶性蛋白含量大于清水灌溉，使用再生水灌溉未對番茄產量及品質造成不良影響。但也有研究表明，再生水中過高的養分會導致作物減產或品質下降，再生水和自來水混合灌溉的方式更有利于作物的生長發育。如于輝等[32]通過設置再生水、自來水混合比例由1∶0、1∶1至1∶3來灌溉飼用甜高粱，結果發現，再生水所占灌水比例與飼用甜高粱干草產量、粗蛋白質含量呈反比，其對可溶性糖含量無明顯影響。但目前再生水灌溉對番茄的生理特性、產量品質，及灌溉對土壤及環境的影響的研究尚不充分，有待進一步的探索。

3.2 微咸水灌溉

微咸水（礦化度在2～5 g·L-1）在我國華北、西北及沿海地區分布廣泛，且大部分資源尚未開發利用。目前，研究微咸水灌溉對作物的影響越來越受到國內外學者的重視。前人研究表明，干旱地區土壤溶液濃度大，滲透勢高，微咸水灌溉可以有效緩解這種狀況，而且微咸水灌溉不僅可以提供作物所需水分，還可以通過淋洗減少作物根系部分的鹽分，有利于作物的生長發育[33]。微咸水的灌溉水量和灌溉次數均會對土壤積鹽造成影響，適當增大灌溉量有利于土壤鹽分的淋洗，緩解鹽害，促進作物生長。如吳蘊玉等[34]設置不同的鹽分濃度（1.0、3.0、5.0 dS·m-1）和灌水量（280、320、360 mm）對番茄進行灌溉，發現低水高鹽降低了番茄最大葉面積指數，不利于番茄生長及產量，但提高了番茄果實密度、可溶性固形物含量、總酸含量、維生素C含量及糖酸比，提高了番茄品質，且水鹽濃度和灌水量對番茄品質均有顯著影響，但其交互作用對番茄品質指標的影響不顯著，并提出鹽分3.0 dS·m-1、灌水量360 mm為最佳微咸水灌溉方案。吳蘊玉等[34]也通過研究證實微咸水直接灌溉番茄果實會增加果實各部位蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶的活性，促進蔗糖的合成積累;提高轉化酶AI、NI活性，并促進蔗糖分解，有助于果實中糖分積累，但果實產量也顯著降低。但是微咸水灌溉不當會造成土壤鹽漬化或者灌溉和降雨淋洗將土壤中的鹽分帶入地下水，造成地下水污染，所以在使用微咸水灌溉時不僅要考慮到作物的耐鹽性，還要考慮微咸水灌溉對土壤和環境造成的影響。

目前利用微咸水灌溉主要以直接灌溉、咸淡水混灌和咸淡水輪灌的方式為主[35]。已有的研究結果表明，微咸水通過滲透、鹽離子作用以及土壤理化性質的變化影響作物的生長、產量和果實品質，尤其是果實中的糖分含量[36]，微咸水中含有大量的鹽離子，若灌溉方式不當會增加土壤中的鹽分，造成土壤鹽漬化，引起作物根區土壤溶液滲透勢下降，造成植株吸水困難，嚴重時可導致植株生理干旱而死亡[37]。研究表明，同一種礦化度的灌溉用水使用不同的灌溉方式會造成不同的灌溉效果[38]。因此要對番茄進行微咸水灌溉研究，達到既能有效利用微咸水，還能保證番茄正常生長，同時提高番茄品質與產量。郭夢吉[39]等試驗結果表明，在結果期進行微咸水灌溉處理能促進番茄根部生長，有利于番茄的生長發育;微咸水灌溉對根系的影響主要表現在直徑<2 mm的根系上，微咸水灌溉對番茄根系的空間分布基本沒有影響?？梢詰枚唐谖⑾趟喔群徒档臀⑾趟V化度的灌溉方式，不僅能夠節約淡水資源，避免了微咸水直接灌溉對植株生長發育帶來的危害，還補充了植物所需的營養元素[35]。

總之，科學合理的灌溉方式在農業節水灌溉中起到非常重要的作用，應加大推廣力度，加快發展科學灌溉體系。目前針對一種灌溉方式對番茄生長、產量和水分利用率影響的研究比較多，但是針對多種灌溉方式對番茄影響的研究較少，應進一步完善番茄生產管理指標。

3.3 營養液

適宜的營養液供應量對果實產量和品質均有重要影響，如適宜的營養液可以提高番茄產量，改善果實營養品質，提高番茄果實硬度，有利于番茄果實的貯存和運輸，還可改善果實的風味品質，如增加果實揮發性物質，提高特征香氣物質含量等[40]。有研究發現，每株番茄在全生育期施加58.5 L營養液時，果實品質最佳[41];番茄果實可溶性糖、番茄紅素、維生素C含量隨著營養液濃度的增加先增加后降低，當營養液含量為3.593 kg·cm-2時，可有效提高番茄果實硬度、可溶性糖含量、番茄紅素含量、維生素C含量、株高和生長速率[42]。研究表明，科學使用配方營養液可促進番茄生長發育、增產提質、提高水肥利用率。番茄溫室栽培前期宜采用園試配方營養液，后期宜使用山東番茄的營養配方，這2種營養液相互配合不僅促進番茄生長，還可達到增產提質的效果[43]。在番茄不同生育期施加不同比例的營養液對番茄造成的影響又不盡相同，如坐果后施加合理比例的鉀氮營養液可以促進番茄植株的生長，進而使番茄增產提質，促進植物吸收養分及合理分配營養物質。不同的栽培條件下最佳營養液的配比也不相同，如在沙培條件下，綜合植株生長發育、果實品質、產量、養分等各項指標，認為mK∶mN=2.1∶1為番茄第一穗果坐果后營養液最適宜的鉀氮比;在基質培條件下，營養液K/N比與果實硬度、可溶性固形物含量、可溶性總糖含量及有機酸含量呈現出正相關趨勢，提高營養液鉀氮比，果實硬度、可溶性固形物含量、可溶性總糖含量及有機酸含量都逐漸增加，當營養液中mK∶mN=2.9∶1時番茄果實品質最佳;當營養液中mK∶mN=2.1∶1時，可在不降低番茄產量的基礎上一定程度改善果實品質[44]。

總之，營養液的添加量并不是越多越好，應針對番茄不同的生長期選擇最適宜的營養液及合適的供應量、供應濃度。不同的栽培條件下最適宜的元素配比不同。

3.4 水肥處理

將灌溉與施肥結合起來的栽培管理技術稱為“水肥一體化”，該技術把施肥裝置與微灌系統融為一體，將可溶性固體肥料或液體肥料融入灌溉水，隨灌溉系統將肥料均勻、準確地輸送到作物根部土壤，該灌溉模式具有高效的節水、節肥、增產等特點，顯著提高綜合經濟效益[45]。相關研究表明，水分利用效率和施肥程度相關，一般來說，合理施肥會促進植株水分利用效率的增加。已有研究表明，合理施肥有利于提高水分利用效率;中水中肥或者低水中肥條件下番茄的綜合品質較好，高水高肥反而會造成番茄品質的下降[46]。目前，種植番茄面積非常大且灌水施肥時，大水大肥的現象非常普遍，這種做法超出了作物生長發育的需求，不僅會造成作物減產，而且長期以來會造成土壤鹽分積累、酸化、地下水硝酸鹽污染，嚴重影響了土壤的可持續發展，所以完善水肥一體化灌溉施肥制度迫在眉睫[47-49]。

已有研究表明，不同水肥處理對番茄的生長發育有顯著影響。王秀康等[50]研究表明，灌水量與施肥量均對番茄株高產生影響，水肥交互作用對番茄株高可造成明顯的影響，整個生育期內，番茄的莖粗與施肥量差異顯著。張國紅等[51]的研究表明，日光溫室種植的番茄，其株高、莖粗、葉片數、葉面積隨施肥量的提高逐漸增加。邢英英等[52]的研究表明，番茄產量與根長、根質量、根體積及根表面積均呈現顯著的線性正相關關系。因此，適度提高施肥量確實能夠促進番茄的生長發育，在一定程度上提高作物產量。不同的水肥處理對番茄的品質和風味影響顯著，有研究表明，番茄干物質積累量受施加肥量影響顯著[50]。維生素C和番茄紅素含量隨施肥量的增加而先增加后降低，可溶性糖含量與施肥量呈負相關[52]。周繼瑩等[13]的研究結果表明，番茄的顏色指數（Color index）與硬度都與灌水量呈負相關，減少灌水量可提高可溶性糖含量、降低有機酸含量。水肥過高并不能達到增產提質的效果，只有施加適宜的水肥量才能提高番茄品質。在日光溫室種植番茄模式下，施肥量與維生素C、有機酸、游離氨基酸、硝酸鹽含量呈正相關，與可溶性糖含量、糖酸比呈負相關，果實風味變差[51]。

綜上所述，目前我國可參考的水肥指標嚴重分布不均，西北居多，其余較少，應考慮到不同地區農業生產條件差異，通過試驗找到適合當地土壤、氣候、作物和栽培季節等特點的水肥一體化灌溉指標，不能為了高產而忽視作物的品質和環境的可持續發展，應采取按需、合理、平衡的施肥灌溉方式。

4 研究展望

國內外學者圍繞灌溉水質水量、灌溉方式、營養液、調虧灌溉和水肥一體化等單一因素影響下對番茄的生長、生理特性、品質及產量等方面做了大量研究工作，也取得了較大成果，但仍存在以下問題：（1）番茄水肥一體化灌溉施肥制度有待完善，目前研究多偏重于一種灌溉方式下不同水肥水平對番茄產量、品質、水分利用率的影響，而其針對土壤養分狀況、土壤呼吸、土壤溫度影響的研究較少。在施肥的同時應不僅關注產量，同時注意環境的可持續發展。（2）目前我國針對番茄水肥一體化指標研究分布不均，大多分布在西北地區。（3）目前針對不同栽培方式下灌溉水質水量、營養液、水肥對番茄品質、產量及生理特性的影響的研究較少。（4）在研究番茄水肥一體化指標時未能考慮到水肥互交作用以及土壤水分對番茄根系的調節作用。

對前人的研究結果進行總結，發現在番茄種植過程中栽培方式、灌溉方式和水肥的研究往往是單獨進行的。目前，番茄種植者為了利益最大化，過于注重產量，片面認為灌水和施肥較多產量就會提高，但不合理灌水和施肥不僅會導致水肥利用效率降低，集中降雨期會加重農業面源污染，而且也會引起病蟲害增多，最終導致番茄減產和品質降低。一方面沒有綜合考慮水肥互交作用對土壤環境的影響;另一方面也很少從水肥調控根區微環境的角度出發，研究番茄優質高產的最優水肥模式與抑制番茄病蟲害發生的最佳供水供肥供藥指標體系。結合以上客觀存在的兩個問題，建議今后應著重加強以下兩方面：（1）當前絕大多數試驗研究只是針對一種番茄品種，可以針對同一地區多種番茄品種，明確標明最適宜的栽培方式及水肥用量，建立合理的水肥水平與產量、品質的關系模式，力求在水分利用效率、產量、環境、經濟效益等方面達到有機的統一。（2）探索番茄病害與水肥的關系，爭取通過控制灌溉量、施肥、施藥來減少番茄病害，保護農業生態環境和保障食品品質安全。

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