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文檔簡介

1、小氣候與農(nóng)業(yè)小氣候小氣候與農(nóng)業(yè)小氣候第1頁/共41頁 第一節(jié) 小氣候的特點(diǎn)第2頁/共41頁不同下墊面麥地麥地坡地坡地水域與山地水域與山地花卉花卉 第3頁/共41頁棉田棉田草原草原林地林地水域水域第4頁/共41頁 小氣候形成和變化的因素有兩個:一個是輻射因素,另一小氣候形成和變化的因素有兩個:一個是輻射因素,另一個是局地平流或湍流因素。前者為熱力因素,后者為動力基個是局地平流或湍流因素。前者為熱力因素,后者為動力基礎(chǔ)。礎(chǔ)。小氣候形成因素小氣候形成因素 第5頁/共41頁很穩(wěn)定 小氣候規(guī)律具有相對穩(wěn)定性。由于小氣候尺度小,所產(chǎn)生的小氣候差異不易被混和。因此,各處小氣候現(xiàn)象比較穩(wěn)定,幾乎天天具有相同的

2、規(guī)律性。但不同季節(jié)和天氣類型略有差異。小氣候的特點(diǎn)小氣候的特點(diǎn)第6頁/共41頁第7頁/共41頁研究對象水平范圍垂直范圍大氣候105107102105小氣候10-210410-2102第8頁/共41頁第二節(jié)、農(nóng)田小氣候形成的物理基礎(chǔ)第二節(jié)、農(nóng)田小氣候形成的物理基礎(chǔ) 一一 活動面和活動層活動面和活動層1、活動面、活動面 活動面是熱量和水分交換最顯著的物體表活動面是熱量和水分交換最顯著的物體表 面。農(nóng)田土壤、植物和大氣各組成部分之間的物質(zhì)輸送面。農(nóng)田土壤、植物和大氣各組成部分之間的物質(zhì)輸送 和能量轉(zhuǎn)換,在小氣候形成上起非常重要的作用。和能量轉(zhuǎn)換,在小氣候形成上起非常重要的作用。 2、 活動層活動層

3、實(shí)際上,對小氣候形成起物理基礎(chǔ)作用的不實(shí)際上,對小氣候形成起物理基礎(chǔ)作用的不 局限于活動面,而是以發(fā)生在具有一定厚度的層次中,局限于活動面,而是以發(fā)生在具有一定厚度的層次中, 這一發(fā)揮物理基礎(chǔ)作用的層次稱為活動層或作用層。這一發(fā)揮物理基礎(chǔ)作用的層次稱為活動層或作用層。第9頁/共41頁二、二、 活動面的能量平衡活動面的能量平衡R RT T =P+B+LE =P+B+LEC C+I+IA A+Q+QC C+Q+QT T R RT T為農(nóng)田活動面的凈輻射;為農(nóng)田活動面的凈輻射; P P為農(nóng)田活動面與大氣的亂流熱交換;為農(nóng)田活動面與大氣的亂流熱交換; B B為活動面與下層土壤間的熱交換;為活動面與下層

4、土壤間的熱交換; LELEC C為農(nóng)田蒸散耗熱;為農(nóng)田蒸散耗熱; I IA A為作物凈光合作用消耗的熱量;為作物凈光合作用消耗的熱量; Q QC C為葉片積累的熱量;為葉片積累的熱量; Q QT T為葉片與株莖內(nèi)部的熱交換。為葉片與株莖內(nèi)部的熱交換。IA,QC C,QT T很小可以忽略不計(jì),上式可簡化為:很小可以忽略不計(jì),上式可簡化為: RT =P+B+LEC C 第10頁/共41頁第11頁/共41頁 太陽輻射到達(dá)農(nóng)田植被上表面時,一部分被植物葉面反射,一部分被葉面吸收,一部分穿過植株空隙或透過葉面深入到下面各層直至地面。對于不同作物,或者同一作物不同的生育期,其對太陽輻射的反射、吸收和透射能

5、力不同。 第三節(jié)、農(nóng)田小氣候的基本特征第三節(jié)、農(nóng)田小氣候的基本特征 一一 農(nóng)田中光的分布農(nóng)田中光的分布第12頁/共41頁 農(nóng)田中總輻射強(qiáng)度、直接輻射強(qiáng)度和散射強(qiáng)度的垂直分布,趨勢是相似的,都從植株頂部向下遞減,并都是在開始時遞減較慢,在中間層迅速削弱,再往下遞減速度又緩慢下來。因此,過分密植的農(nóng)田不利于下層透光,培植適當(dāng)?shù)闹晷?,對有效利用太陽能很重要。?3頁/共41頁 光能在植物群體中的鉛直分布,符合比爾一朗伯特光能在植物群體中的鉛直分布,符合比爾一朗伯特(Beer(BeerLambert)Lambert)指數(shù)定律,即光線自上而下依次減弱。指數(shù)定律,即光線自上而下依次減弱。I I。: :到達(dá)

6、株頂?shù)恼斩?;到達(dá)株頂?shù)恼斩龋?I:I:株頂向下至某一高處的照度;株頂向下至某一高處的照度; I IIo:Io:相對照強(qiáng)度;相對照強(qiáng)度; E:E:自然對數(shù)的底;自然對數(shù)的底; F:F:株頂向下至某一高度的累計(jì)葉面積指數(shù);株頂向下至某一高度的累計(jì)葉面積指數(shù); K:K:葉層的消光系數(shù)。葉層的消光系數(shù)。 第14頁/共41頁 農(nóng)田中溫度的分布,決定于農(nóng)田輻射差額和農(nóng)田亂流情況。不同作物、不同生長期和栽培措施下,溫度分布是不同的。生長發(fā)育初期生長發(fā)育初期 谷類作物在分蘗以前,因莖葉幼小,與裸地情況基本相同,即白晝盛行日射型,夜間盛行輻射型的溫度分布。第15頁/共41頁 作物的生長盛期作物的生長盛期,莖高葉

7、茂,株間和株頂以上的空氣交換大為降低。溫度垂直分布:午間最高溫度和夜間最低溫度出現(xiàn)在作物層中的莖葉最密集的部位(外活動面)。 作物發(fā)育后期,作物發(fā)育后期,莖葉枯黃脫落,太陽投入株間的光和輻射增多。農(nóng)田的溫度分布,與生育初期相近,最高和最低溫度,出現(xiàn)在地面附近。第16頁/共41頁 水田的溫度分布,水田的溫度分布,緊貼水面的一薄層,白天蒸發(fā)耗熱多,夜緊貼水面的一薄層,白天蒸發(fā)耗熱多,夜間冷卻慢,所以與旱地情況相反,間冷卻慢,所以與旱地情況相反,白晝?yōu)檩椛湫停归g為日白晝?yōu)檩椛湫?,夜間為日射型的溫度分布射型的溫度分布。溫度在水田上的分布情況和旱地有異溫度在水田上的分布情況和旱地有異 第17頁/共41

8、頁 農(nóng)田中的濕度分布和變化,決定于溫度、農(nóng)田蒸發(fā)、亂流水汽交換強(qiáng)度的變化。白晝空氣亂流使水汽蒸發(fā)向上輸送,夜間使水汽流向作物層,并凝結(jié)為露或霜。 作物生長初期,作物蒸騰面不大,作物的蒸騰量不是農(nóng)田蒸散量的重要部 分,農(nóng)田絕對濕度分布和裸地一樣,白晝隨高度降低,夜間相反。作物生長后期,農(nóng)田的絕對濕度分布又和裸地幾乎一樣,即白晝隨高度降低,夜間相反。 第18頁/共41頁 農(nóng)田中相對濕度的分布農(nóng)田中相對濕度的分布 決定于溫度和絕對濕度的分布。作物生長初期,相對濕度的分布與裸地相同,不論晝夜相對濕度都是隨高度而降低作物生長末期,白天相對濕度和生育中期相近,夜間地表溫度較低,最大相對濕度又出現(xiàn)在地表附近

9、。作物生長盛期,白天相對濕度在莖葉密集區(qū)域附近最高,地表附近次之;夜間氣溫都較低,株間相對濕度在所有高度上都比較接近。第19頁/共41頁 四四 農(nóng)田中風(fēng)的分布農(nóng)田中風(fēng)的分布 從風(fēng)速的水平分布看,風(fēng)速由農(nóng)田邊行向農(nóng)田中部不從風(fēng)速的水平分布看,風(fēng)速由農(nóng)田邊行向農(nóng)田中部不斷減弱,最初減弱很快,以后減慢,到達(dá)一定距離后不斷減弱,最初減弱很快,以后減慢,到達(dá)一定距離后不再變化。從垂直方向看,風(fēng)速在作物層中葉稠密部位受再變化。從垂直方向看,風(fēng)速在作物層中葉稠密部位受到較大削弱,頂部和下部莖葉稀少,風(fēng)速較大,離邊行到較大削弱,頂部和下部莖葉稀少,風(fēng)速較大,離邊行較遠(yuǎn)的地方的作物層下部風(fēng)速較小。較遠(yuǎn)的地方的作

10、物層下部風(fēng)速較小。第20頁/共41頁第21頁/共41頁 五五 農(nóng)田中二氧化碳的分布農(nóng)田中二氧化碳的分布作物層內(nèi)二氧化碳濃度在莖葉密度最大層次附近為最低。作物層內(nèi)二氧化碳濃度在莖葉密度最大層次附近為最低。從清晨到中午從清晨到中午 ,作物莖葉密集的高度上二氧化碳濃度最低作物莖葉密集的高度上二氧化碳濃度最低 ,午后可降至最接近地面的地方。夜間,從傍晚到清晨,午后可降至最接近地面的地方。夜間,從傍晚到清晨,由于作物的呼吸作用放出二氧化碳,農(nóng)田中二氧化碳的由于作物的呼吸作用放出二氧化碳,農(nóng)田中二氧化碳的濃度由下向上不斷遞減。濃度由下向上不斷遞減。第22頁/共41頁 第23頁/共41頁一、 耕作措施的小氣

11、候效應(yīng)耕作措施的小氣候效應(yīng) 耕翻土壤疏松,孔隙度增大,土壤熱容量和導(dǎo)熱率減小。 白晝和夏季,熱量積集表層,在耕翻層,溫度比未耕地的高,具增溫效應(yīng),下層溫度較低,具降溫效應(yīng)。 夜間或冷季,深層向土表輸送的熱量較小,耕層的溫度比未耕地的偏低,具降溫效應(yīng),下層則較高,具增溫效應(yīng)。第24頁/共41頁1、松土、松土 (1)使土壤疏松,增加土壤的透氣性和透水性,提高土壤的)使土壤疏松,增加土壤的透氣性和透水性,提高土壤的蓄水能力,對下層土壤來說,有保墑效應(yīng);蓄水能力,對下層土壤來說,有保墑效應(yīng);(2)使土壤熱容量和導(dǎo)熱率減小,削弱上下層土壤間熱交換,)使土壤熱容量和導(dǎo)熱率減小,削弱上下層土壤間熱交換,增加

12、土壤表層溫度的日較差;增加土壤表層溫度的日較差;(3)低溫季節(jié),松土層有降溫效應(yīng),下層有增溫效應(yīng),高溫)低溫季節(jié),松土層有降溫效應(yīng),下層有增溫效應(yīng),高溫季節(jié),松土層有升溫效應(yīng),下層有降溫效應(yīng)。季節(jié),松土層有升溫效應(yīng),下層有降溫效應(yīng)。2、鎮(zhèn)壓、鎮(zhèn)壓 (1)減小土壤透氣性和透水性,增加土壤的毛管量,加速)減小土壤透氣性和透水性,增加土壤的毛管量,加速土壤水份蒸發(fā);土壤水份蒸發(fā);(2)增加土壤的熱容量和導(dǎo)熱率,減小土壤溫度的日較差;)增加土壤的熱容量和導(dǎo)熱率,減小土壤溫度的日較差;(3)在土壤干燥時,鎮(zhèn)壓可以保持土壤水分。)在土壤干燥時,鎮(zhèn)壓可以保持土壤水分。 第25頁/共41頁3、壟作、壟作 其小

13、氣候效應(yīng)與松土相似其小氣候效應(yīng)與松土相似 。另一方面使壟面凸起另一方面使壟面凸起,增加增加了土表與大氣接觸面積。白天增加對太陽輻射的總吸收面,了土表與大氣接觸面積。白天增加對太陽輻射的總吸收面,熱量聚集在表層土壤,壟溫比平作偏高,壟作地土壤溫度熱量聚集在表層土壤,壟溫比平作偏高,壟作地土壤溫度日變幅比平作大。土壤愈干燥,這種效應(yīng)愈顯著。日變幅比平作大。土壤愈干燥,這種效應(yīng)愈顯著。 一般南北壟的東西兩側(cè),土壤溫度相關(guān)不大;而東西一般南北壟的東西兩側(cè),土壤溫度相關(guān)不大;而東西壟的南北兩側(cè)溫度有顯著差異,南側(cè)溫度遠(yuǎn)高于北側(cè),就壟的南北兩側(cè)溫度有顯著差異,南側(cè)溫度遠(yuǎn)高于北側(cè),就整體平均來看,南北壟的土

14、壤溫度高于東西壟。整體平均來看,南北壟的土壤溫度高于東西壟。 壟作地凸起壟作地凸起,蒸發(fā)面加大,上層土壤干燥疏松,下導(dǎo)土蒸發(fā)面加大,上層土壤干燥疏松,下導(dǎo)土壤濕潤。壤濕潤。 第26頁/共41頁種植行向的氣象效應(yīng) 夏季,東西行向的受照時間比南北行向要多,并且并且差別相當(dāng)顯著,冬季,日出、日落方位偏南,東西行與南北行遮蔭情況比較比較復(fù)雜,一般地,在高緯度地區(qū)在作物高度與行寬的比值較大時,南北行種植較東西行種植受光有利。 行向?qū)r(nóng)田的通風(fēng)狀況有很大的影響。為了使農(nóng)田通風(fēng)良好,在行向的選擇上,除考慮光照條件外,還要使行向與作物生長盛期出現(xiàn)最多的風(fēng)向一致。 行向的影響在平原地區(qū)最明顯,而在地形復(fù)雜的丘陵

15、或山地,則往往因地形的影響而受到干擾和破壞。第27頁/共41頁 農(nóng)田通風(fēng)、透光性隨密度的加大而減弱,農(nóng)田的空氣隨密度加大而增加。另外,另外密植皮對氣溫有很大影響,白天或暖季,由于密植后得到的太陽輻射減少,蒸騰耗熱增加,所以作物層中的氣溫隨密度增大而降低;夜間或冷季,由于密植能減小地面有效輻射,所以密度越大,氣溫越高,密植皮有保溫作用,以上氣溫的差別一般在封行前較大,封行后陽光不易透入,各密度間的氣溫差異就不明顯了。 種植密度的氣象效應(yīng)第28頁/共41頁 第29頁/共41頁 灌溉可以提高土壤濕度,反射率降低,提高對太陽輻射的吸收率;同時由于農(nóng)田中地的蒸散加劇,土壤溫度降低,空氣濕度加大,使地面有

16、效輻射減小,因而灌溉地的輻射平衡較大,但是由于灌溉后蒸散量大增加,而且溫度越高時增加越多,所以在午后高溫時間灌溉地上形成逆溫,氣溫比未灌溉地低;而在夜間低溫時,灌溉地的氣溫較高,灌溉后土壤熱容量和導(dǎo)熱率都較大,因此白天土壤增溫和夜間降溫都比較緩慢,表層土壤的日較差減小。第30頁/共41頁藍(lán)色膜對水稻育苗效果好,因?yàn)樗{(lán)色膜比無色膜透過的藍(lán)紫光多,增溫和緩,保濕適宜,秧苗葉綠色含量增加,立枯病發(fā)病低,有利于培育壯秧。又如,銀色膜對冬春蔬菜大棚栽培效果好,因?yàn)殂y色膜反射性能好,當(dāng)太陽光照在膜上時可以全反射出來,有利于蔬菜全面受光,使莖葉粗壯,果實(shí)提早成熟,著色好。另外,銀色膜還可以驅(qū)走蚜蟲,減輕作物

17、病蟲害。第31頁/共41頁第五節(jié)第五節(jié) 地形和水域小氣候地形和水域小氣候一、地形小氣候一、地形小氣候 (一一) 坡地小氣候坡地小氣候 太陽輻射在坡地上的分布規(guī)律是:在緯度太陽輻射在坡地上的分布規(guī)律是:在緯度3050N的地的地區(qū),到達(dá)各種坡度的偏南坡地上的太陽輻射總量都比水平面上區(qū),到達(dá)各種坡度的偏南坡地上的太陽輻射總量都比水平面上多,而偏北坡地都比水平面上少;東坡與西坡介于南、北坡之多,而偏北坡地都比水平面上少;東坡與西坡介于南、北坡之間,兩者相差不大。間,兩者相差不大。 坡地地面上日平均溫度的高低主要取決于坡地吸收輻射能坡地地面上日平均溫度的高低主要取決于坡地吸收輻射能的多少,所以它的分布規(guī)

18、律與太陽輻射的分布相似。對于北回的多少,所以它的分布規(guī)律與太陽輻射的分布相似。對于北回歸線以北地區(qū),坡地地面上日平均溫度總是以南坡最高,東南、歸線以北地區(qū),坡地地面上日平均溫度總是以南坡最高,東南、西南坡次之,北坡最低。西南坡次之,北坡最低。 坡地上的氣溫分布與地面溫度分布一致。在陰天時,由于坡地上的氣溫分布與地面溫度分布一致。在陰天時,由于各坡地上的輻射總量相差不大,所以氣溫的差異也就不存在了。各坡地上的輻射總量相差不大,所以氣溫的差異也就不存在了。至于坡向?qū)ν寥罎穸鹊挠绊?,一般與對太陽輻射的影響相反至于坡向?qū)ν寥罎穸鹊挠绊?,一般與對太陽輻射的影響相反 地形對風(fēng)速影響的規(guī)律一般是:凸出地形頂

19、部風(fēng)速最大,地形對風(fēng)速影響的規(guī)律一般是:凸出地形頂部風(fēng)速最大,側(cè)風(fēng)坡中部次之,迎風(fēng)坡較小,背風(fēng)坡和低洼處最小。側(cè)風(fēng)坡中部次之,迎風(fēng)坡較小,背風(fēng)坡和低洼處最小。 第32頁/共41頁(二)谷地小氣候(二)谷地小氣候 由于周圍山地的遮蔽,使谷地的日照時間比空曠平地短,太陽輻射總量比平地少,與外界熱量和水汽的交換也受到很大限制,因此形成了谷地小氣候。由于周圍山地的遮蔽,使谷地的日照時間比空曠平地短,太陽輻射總量比平地少,與外界熱量和水汽的交換也受到很大限制,因此形成了谷地小氣候。 谷地的氣溫日變化較四周山坡和山頂劇烈。谷地的氣溫日變化較四周山坡和山頂劇烈。 谷底和山坡之間有山谷風(fēng)存在。山谷風(fēng)在夏季最明

20、顯,而在冬季較弱。白天,谷風(fēng)把水汽帶到山頂,使山頂濕度增加,谷底濕度減??;夜間,山風(fēng)又把水汽帶回谷中,使谷底濕度增加,山頂減小。谷底和山坡之間有山谷風(fēng)存在。山谷風(fēng)在夏季最明顯,而在冬季較弱。白天,谷風(fēng)把水汽帶到山頂,使山頂濕度增加,谷底濕度減??;夜間,山風(fēng)又把水汽帶回谷中,使谷底濕度增加,山頂減小。 第33頁/共41頁二、水域小氣候二、水域小氣候 水面的輻射平衡比陸地大。由于水體吸收的輻射能主要用于蒸發(fā)耗熱和水體儲存熱量的能力很強(qiáng),所以水體溫度升高不大。水面的輻射平衡比陸地大。由于水體吸收的輻射能主要用于蒸發(fā)耗熱和水體儲存熱量的能力很強(qiáng),所以水體溫度升高不大。 水域上空氣溫變化的大小與水域面積

21、和深度有關(guān)。水域面積越大,深度越深,氣溫變化越??;反之,則氣溫變化較大。水域上空氣溫變化的大小與水域面積和深度有關(guān)。水域面積越大,深度越深,氣溫變化越??;反之,則氣溫變化較大。 水域?qū)ρ匕蛾懙氐拇杭净嘏颓锛窘禍囟加醒泳徸饔茫瑢Χ窘禍匾灿芯徍妥饔?。因此對沿岸的越冬作物和果樹有良好的保護(hù)作用。在春、秋兩季,當(dāng)霜凍發(fā)生時,沿岸農(nóng)田也能減輕或免受霜凍的危害。水域?qū)ρ匕蛾懙氐拇杭净嘏颓锛窘禍囟加醒泳徸饔?,對冬季降溫也有緩和作用。因此對沿岸的越冬作物和果樹有良好的保護(hù)作用。在春、秋兩季,當(dāng)霜凍發(fā)生時,沿岸農(nóng)田也能減輕或免受霜凍的危害。 第34頁/共41頁第六節(jié)第六節(jié) 果園小氣候果園小氣候(一)果園中

22、的光照狀況(一)果園中的光照狀況 當(dāng)陽光照射到樹冠上時,由于樹冠的吸收與反射,越到樹冠內(nèi)部光照越弱當(dāng)陽光照射到樹冠上時,由于樹冠的吸收與反射,越到樹冠內(nèi)部光照越弱 。 從從樹形樹形來看,小型果樹的生產(chǎn)力比大型果樹高,因?yàn)闃涞谋砻娣e占樹體積的比重大。來看,小型果樹的生產(chǎn)力比大型果樹高,因?yàn)闃涞谋砻娣e占樹體積的比重大。 從從栽種方式栽種方式看,一般認(rèn)為寬行距、窄株距的方式可以增加單位面積的栽植密度,減少光能浪費(fèi),較為有利??矗话阏J(rèn)為寬行距、窄株距的方式可以增加單位面積的栽植密度,減少光能浪費(fèi),較為有利。 從從行向行向來說,一般認(rèn)為南北行向的果園,在一天中樹冠上光照分布均勻,上午東面受光,下午西面

23、受光,光照時問也相等。而東西行向的果園,在生長期內(nèi)樹冠南、北兩側(cè)面的直接輻射相差太大。來說,一般認(rèn)為南北行向的果園,在一天中樹冠上光照分布均勻,上午東面受光,下午西面受光,光照時問也相等。而東西行向的果園,在生長期內(nèi)樹冠南、北兩側(cè)面的直接輻射相差太大。第35頁/共41頁(二)果園內(nèi)的溫度狀況(二)果園內(nèi)的溫度狀況 冬季,果園內(nèi)的日平均氣溫較果園外稍高。冬季,果園內(nèi)的日平均氣溫較果園外稍高。 春季,對落葉果園來說,白天氣溫比果園外高,夜間氣溫卻較果園外低。春季,對落葉果園來說,白天氣溫比果園外高,夜間氣溫卻較果園外低。 夏季,白天氣溫比果園外低;夜間氣溫反比果園外高。夏季,白天氣溫比果園外低;夜

24、間氣溫反比果園外高。 秋季,對落葉果園來說,又恢復(fù)到春季的情況。秋季,對落葉果園來說,又恢復(fù)到春季的情況。(三)果園內(nèi)的濕度狀況(三)果園內(nèi)的濕度狀況 果園內(nèi)空氣濕度幾乎全年都高于果園外空曠地的濕度。果園內(nèi)空氣濕度幾乎全年都高于果園外空曠地的濕度。第36頁/共41頁(四)果園內(nèi)風(fēng)的狀況(四)果園內(nèi)風(fēng)的狀況 一般密植果園內(nèi),冠層風(fēng)速明顯小于裸地,而樹冠內(nèi)幾乎沒有風(fēng)。當(dāng)行向與風(fēng)向平行時,園內(nèi)風(fēng)速減弱較小,但仍較裸地小一般密植果園內(nèi),冠層風(fēng)速明顯小于裸地,而樹冠內(nèi)幾乎沒有風(fēng)。當(dāng)行向與風(fēng)向平行時,園內(nèi)風(fēng)速減弱較小,但仍較裸地小1/21/3 。(五)果園小氣候的調(diào)節(jié)(五)果園小氣候的調(diào)節(jié) 1,果園地面覆蓋,果園地面覆蓋 2,果園灌溉,果園灌溉 3,樹干涂白,樹干涂白 4,修剪整形,修剪整形 5,興建果園防護(hù)林,興建果園防護(hù)林第37頁/共41頁 第七節(jié)、護(hù)田林帶小氣候第七節(jié)、護(hù)田林帶小氣候 農(nóng)田營造防護(hù)林后,能產(chǎn)生多種有利于作物生長的小農(nóng)田營造防護(hù)林后,能產(chǎn)生多種有利于作物生長的小

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