CN105399473A - 一种生物有机肥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物有机肥及其制备方法。本发明利用秸秆等木质纤维素原料经过预处理、纤维素酶酶解及发酵后的纤维燃料乙醇的废渣,主要为纤维素20~50%,半纤维素2~15%,木质素30%~60%,以及蛋白质、氮磷钾等组分,以此为原料进行二次腐熟好氧堆肥,其产品有机质高达80%以上,富含木质素,具有氮、磷、钾缓释效果,同时不含畜禽粪便中的蛔虫卵,可以有效改善土壤板结、松散、肥料流失的作用。
Description
技术领域
本发明属于肥料技术领域,具体涉及一种生物有机肥及其制备方法,尤其是涉及一种纤维乙醇发酵酒糟粉碎后,利用EM生物菌剂堆沤发酵制成的生物有机肥及其制备方法。
背景技术
化学肥料的推广对农业增产增收起到了关键作用,由于近年来化肥的大量施用,造成了土壤污染、板结、退化、肥力下降、结构被破坏,有害菌大量繁殖,肥料利用率下降,大大制约了中国农产品走向国际市场,即便在国内,品质低下的农产品也逐渐无人问津。同时,化学肥料污染已经成为当今世界一大公害。要解决这个问题的根本办法是采用有机肥、生物有机肥等新型高效的无公害、无污染绿色肥料代替化肥。
传统有机肥,俗称农家肥,包括以各种动物、植物残体或代谢物组成,如人畜粪便、秸秆、动物残体、屠宰场废弃物等。以它的恶臭、笨重、费工、未经无害化处理,携带大量有害病原菌,虫卵等,致使农作物根系易腐烂、烧苗、病虫害严重等,也越来越受到农民朋友的冷落。
为了解决传统有机肥的弊端,生物有机肥,以各类秸秆、落叶、青草、动植物残体、人畜粪便为原料,按比例相互混合或与少量泥土混合进行好氧发酵腐熟而成的一种肥料,受到我国有机农业种植者的青睐。特别是农业机械的发展,农作物秸秆是重要的肥料品种之一直接用于还田,作物秸秆含有作物所必需的营养元素有N、P、K、Ca、S等。然而,农业上目前用秸秆直接还田替代一部分基肥,虽然起到了一定的肥效,但是秸秆原料的天然抗降解屏障,具有粒度大、难以利用、造成病虫害积累等弊端。
(1)秸秆还田存在区域气候限制。秸秆还田后只有腐烂分解了,才能不影响耕作和作物生根发芽,才能释放养分。腐烂分解需要一定的温度和湿度,寒冷地区就比温湿地区难分解,甚至需要一年的时间。对于北方寒冷地区,既不休耕也不换茬的情况下,土壤中掺入大量“生”秸秆,影响当季作物生长是在所难免的。
(2)秸秆还田有量和粒度的限制。按秸秆干基计算,秸秆还田量每亩最好不要超过300公斤,而每亩秸秆和茬总量会达到500公斤,都进入土壤,会影响种子和根系与土壤接触,也造成土壤孔隙太大,不利于保墒保水。秸秆还田适宜的粉碎粒度应在3公分以内,秸秆粒度太大,会延长分解周期,阻碍种子发芽扎根,减弱作物抗倒伏能力。目前收割还田一体机还做不到这样的粉碎粒度,即使能做到,粉碎费用也无法接受。
(3)秸秆还田会造成病虫害累积。秸秆还田后病虫进入土壤,增加治理难度,而且每茬还田,越积累越多,影响收成,降低粮食品质,增加农药使用量。土壤用农药往往是高毒农药,农药残留势必会影响作物品质。
申请号为201210443696.6的专利申请公开了一种利用啤酒生产废弃物制取堆肥的方法,其采用脱水污泥和啤酒糟为堆肥机制,其中酒糟成分主要为粗蛋白、粗脂肪、粗纤维及灰分,其纤维含量不足10%,蛋白含量~20%左右,属于低纤维高蛋白原料;申请号为201310151094.8的专利申请公开了一种酒糟有机肥的生产方法,其方法特征在于使用部分酒糟添加农业剩余物(麸皮、米糠等)及牲畜粪便加发酵菌剂生产;申请号为201310667601.3的专利申请公开了一种有机肥及其制备方法,也是使用部分酒糟与米糠添加菌剂发酵制得有机肥。以上酒糟进行堆肥发酵主要利用的酒糟中的蛋白质、脂肪等营养物质,粗纤维主要靠堆肥工艺后期添加,这类农业剩余物粗纤维未得到有效分解,具有天然抗降解性,在土壤中分解周期较长,不利于微生物堆肥发酵利用,在施用田里后也不利于肥效及时释放,而且作为生物有机肥而言,所述有机肥使用后,土壤肥力下降较快。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题,发明人通过研究发现,不同类型的酒糟,微生物堆肥发酵后的生物有机肥,其土壤肥力、肥效缓释、肥料利用率等存在明显不同,利用木质纤维素发酵乙醇后的酒糟,添加尿素和少量麦麸、EM菌剂进行堆肥发酵,可以获得土壤肥力、肥效缓释、肥料利用率良好的生物有机肥,不仅解决了秸秆直接还田导致的问题,而且不含畜禽粪便,不含生物有机肥中常见的粪大肠菌群、蛔虫卵;并且进一步的,为了提高生物有机肥的使用效果,发明人通过研究发现,在堆肥阶段加入苏云金芽孢杆菌,不仅利用了苏云金芽孢杆菌的生物发酵功能,将生物活性杀虫剂(包括苏云金芽孢杆菌本身及其分泌的杀虫物质)包含在有机肥中,作为土壤基肥使用,能够有效杀灭土壤中鳞翅目类幼虫,起到提前防御的功能。
具体的,本发明涉及以下技术方案:
首先,本发明涉及木质纤维素原料进行产乙醇发酵后的酒糟作为堆肥基质生产生物有机肥的应用。
不同类型的酒糟,其成分存在明显差异,其堆肥获得的生物有机肥肥力、肥效缓释、肥料利用率等存在明显不同。
本发明使用木质纤维素原料进行产乙醇发酵后的酒糟,其组分有机质含量达80%以上,其中70%以上纤维质物质,以纤维素与木质素为主。纤维乙醇酒糟来源于木质纤维素原料经物理粉碎、高温高压处理,后期经复合半纤维素酶、纤维素酶酶解并经酵母液态发酵处理,纤维素链聚合度低,原料分子结构松散,极易被降解成有机质,同时富含的木质素可作为矿质元素缓释肥。主要为纤维素20~50%,半纤维素2~15%,木质素30%~60%,少量乙醇,以及丰富的酵母细胞蛋白、氮、磷、钾等营养元素(蛋白质、氮、磷、钾等组分均为3~6%)。以此为原料进行二次腐熟好氧堆肥,无需添加畜禽粪便,无需除臭,同时不含畜禽粪便中的蛔虫卵及粪大肠杆菌,可以有效改善土壤板结、松散、肥料流失的作用并且肥效的缓释效果显著。
啤酒糟成分主要为粗蛋白、粗脂肪、粗纤维及灰分,其纤维含量不足10%,蛋白含量~20%左右,属于低纤维高蛋白原料;白酒糟,其主要利用高粱、小麦、玉米、谷物等粮食为主进行发酵酒精,其发酵后的酒糟纤维素、半纤维素、木质素含量极少;葡萄酒糟,主要包括葡萄皮渣、籽渣和梗等。发明人通过实验研究,所述啤酒糟、白酒糟、葡萄酒糟用于堆肥时其进一步提高土壤肥力、改善土壤肥力和缓释效果的能力均明显不足。
其次,本发明还涉及一种生物有机肥的制备方法,其特征在于,将木质纤维素原料进行产乙醇发酵后的酒糟为主要堆肥基质,按质量份计的组分:酒糟100份、尿素0.5~2份,麦麸1~2份,加入发酵菌剂,调整pH进行堆肥4~20天,获得生物有机肥。
具体的,将以木质纤维素等原料经过发酵后制备纤维乙醇的醪液,经过分离,获得发酵残渣(即酒糟),主要为纤维素20~50%,半纤维素2~15%,木质素30%~60%,以及蛋白质、氮、磷、钾等组分均为3~6%;对过滤残渣进行烘干,将水分控制为40~60%之间后粉碎至不成块,不结团分散状,按质量份计的组分:酒糟100份、尿素0.5~2份,麦麸1~2份和发酵菌剂0.1~1份,调整pH5.0~8.0,进行堆肥4~20天。发明人通过研究发现,添加适量尿素、麦麸可以适量补充木质纤维素发酵酒糟堆肥的N、P等元素,使得肥效更全面。
优选的,上述酒糟的有机肥的生产方法,包括如下步骤:
(1)发酵物料配制:取一定量的酒糟进行烘干,粉碎至约<5cm颗粒,均匀撒上酒糟质量0.5~3%的生石灰,将pH调整至pH5.0~8.0,对于盐碱地,优选pH5.5~7.0;对于酸性土壤优选pH7.5~8.0,充分混匀完成发酵物料配制。
(2)接菌种:将菌种(活菌数为108CFU/mL)按照酒糟质量0.2~1%的比例均匀喷撒在配置好的发酵物料上,混合均匀。
(3)预混堆垛:将以上调节好并接上菌种的物料,并保证含水量在40~60%,堆成宽1.2~2m,高1~1.5米的长条形堆垛或,直径1.2~3m,高1.5~2m的圆形堆垛。
(4)发酵:为三段式发酵,第一阶段,升温发酵,时间1~2天,堆垛垛内温度升到45~65℃,进行第一次翻堆;第二阶段,高温发酵,待再次升到60~65℃,再进行翻堆,发酵过程中以保持堆垛温度不超过70℃的原则调整翻堆的频率,待翻堆3-7次,一般高温维持3-20天;第三阶段:降温发酵,即腐熟期:温度不在升高、料为黑褐色,具有醇香味,即表示发酵结束,一般发酵周期为4~20天。发酵结束时水分控制在20%~30%。
(5)粉碎及制粒:将堆肥后的物料进行粉碎,控制力度在20~80目之间,即为粉末状生物有机肥;或将粉末状有机肥直接在造粒机上进行制粒,制成颗粒状有机肥。
上述堆肥条件,发明人通过多次试验进行优化获得,其堆肥效果优于常规。
以上所述的菌剂可以是固体菌剂也可以是液体菌剂。
以上菌剂的菌种为EM发酵菌,有效菌数≥2×108cfu/g的菌种。
优选的,以上菌剂的菌种为EM发酵菌,同时添加苏云金芽孢杆菌。
其中,所述发酵菌剂中EM发酵菌与苏云金芽孢杆菌比5~30:1。
此外,本发明还涉及上述制备方法得到的生物有机肥及其应用。
本发明相对于现有技术具有如下优点和效果:
(1)解决了秸秆直接还田导致的问题。本有机肥采用工业预处理工艺后,将原料经过酶解、微生物发酵已经完全腐熟,并且其有机质为短链纤维和木质素,完全解决了秸秆还田生料的影响。本有机肥在工业加工过程就进行粉碎,通过高压蒸煮,粒径大小在20目左右,完全小于5cm,将原料经过酶解、微生物发酵后随着纤维的利用,单体颗粒粒径约在80目左右,与土壤颗粒大小类似,完全不影响种子扎根。
(2)产品不含畜禽粪便,不含生物有机肥中常见的粪大肠菌群、蛔虫卵,防止叶菜类蔬菜导致人类直接使用的蛔虫病传染。本有机肥中的木质纤维素在工业加工过程就进行粉碎,通过高压蒸煮,实现了秸秆病虫害的杀灭,基本不会有病虫害积累,不会增加农药使用量,纤维乙醇发酵酒糟中含有大量纤维素、木质素、酵母蛋白等并且富含有机质,相比其他废物如食品垃圾、环境污泥等具有污染少,不含重金属的特点,是制作绿色生物有机肥料的理想原料,使用发酵酒糟制作有机肥具有产出稳定,原料来源丰富,供给稳定的优点。
(3)产品含有大量纤维素酶,可以有效将添加的少量纤维素以及土壤中的纤维素类有机质进行分解,提高土壤肥力。
(4)优选的产品中含有苏云金芽孢杆菌,不同与以往苏云金芽孢杆菌菌剂使用方式,直接喷洒在植株上,本发明可以直接杀灭土壤中的直翅目、鞘翅目、双翅目、膜翅目等病虫害幼虫,达到防治作用,降低后期处理病虫害成本。
(5)本产品中含有大量酶解木质素,作为有效缓释肥,可以防止土壤中的N、P、K等营养物质流失,有效改善土壤肥力,防止土壤板结。
(6)本产品中的纤维素比秸秆类原料相比属于经过预处理酶解后、二次腐熟的短纤维,更有利于降解,避免长纤维利用难导致作物生长缓慢,见效慢的问题。
本发明生产纤维乙醇酒糟有机肥的方法时间短,发酵程度可控,含有丰富的有益菌,不含任何化学成份,具有高效、无毒、改良土壤品质,抗害虫等功能,市场需求巨大。通过本方法得到的生物有机肥鲜重中有机质含量为600~950g·kg-1,全氮含量为15~20g·kg-1,P2O5含量为15~20g·kg-1,K2O含量为15~20g·kg-1。
具体实施方式
实施例1
取一定量的玉米芯为原料的纤维乙醇发酵后酒糟,烘干至水分为50%,粉碎至约1~3cm颗粒,均匀撒上酒糟质量0.5%的生石灰,将pH调整至pH5.0~6.0;将菌种按照酒糟质量0.5%的比例均匀喷撒配置好的发酵物料上,菌种为EM菌与苏云金芽孢杆菌(Bacillusthuringiensis)。其菌种比例5~30:1。(苏金云芽孢杆菌来源于中国工业微生物菌种保藏管理中心,菌株编号:CICC10061)。
将以上调节好并接上菌种的物料,并保证含水量在40~60%,堆成宽约2m,高1~1.5米的长条形堆垛进行发酵。为三段式发酵,第一阶段,升温发酵,时间1~2天,堆垛垛内温度升到45~65℃,进行第一次翻堆;第二阶段,高温发酵,待再次升到60~65℃,再进行翻堆,发酵过程中以保持堆垛温度不超过70℃的原则调整翻堆的频率,待翻堆3~7次,高温维持15天;第三阶段:降温发酵,即腐熟期:温度不再升高、料为黑褐色,具有醇香味,即表示发酵结束,发酵周期为20天。发酵结束时水分控制在20%~30%。发酵结束后将堆肥后的物料进行粉碎,控制粒度在20目之间,即为粉末状生物有机肥。
产品质量,其中有机质为89%,含氮量为3.2%,K与P含量为3.4%,EM菌含量为1.6×108,苏云金芽孢杆菌菌为6×106,pH7.2,蛔虫卵及粪大肠杆菌未检出,重金属复合NY884-2012标准。
1亩地添加600kg本方法制备生物有机肥,油菜、生菜地中菜青虫、小菜蛾、甜菜夜蛾等叶菜病害明显减少。玉米地中玉米螟未出现规模性繁殖。
实施例2
取一定量的玉米芯为原料的纤维乙醇发酵后酒糟,烘干至水分为50%,粉碎至约1~3cm颗粒,均匀撒上酒糟质量0.5%的生石灰,将pH调整至pH5.0~6.0;将EM菌按照酒糟质量0.5%的比例均匀喷撒配置好的发酵物料上。
将以上调节好并接上菌种的物料,并保证含水量在40~60%,堆成宽~2m,高1~1.5米的长条形堆垛进行发酵。为三段式发酵,第一阶段,升温发酵,时间1~2天,堆垛垛内温度升到45~65℃,进行第一次翻堆;第二阶段,高温发酵,待再次升到60~65℃,再进行翻堆,发酵过程中以保持堆垛温度不超过70℃的原则调整翻堆的频率,待翻堆3-7次,高温维持15天;第三阶段:降温发酵,即腐熟期:温度不再升高、料为黑褐色,具有醇香味,即表示发酵结束,一般发酵周期为20天。发酵结束时水分控制在20%~30%。发酵结束后将堆肥后的物料进行粉碎,控制粒度在20目之间,即为粉末状生物有机肥。
产品质量,其中有机质为85%,含氮量为3.0%,K与P含量为3.1%,EM菌含量为1.8×108,pH7.2,蛔虫卵及粪大肠杆菌未检出,重金属复合NY884-2012标准。
1亩地添加600kg本方法制备生物有机肥,油菜、生菜地中菜青虫、小菜蛾、甜菜夜蛾等叶菜病害明显减少但比实施例1要严重。玉米地中玉米螟未出现规模性繁殖。
实施例1与实施例2对比后,酒糟中添加EM菌和苏金云杆菌发酵有机肥比单独EM菌在有机肥含量及病虫害效果上要显著。
实施例3
取一定量的秸秆为原料的纤维乙醇发酵后酒糟,烘干至水分为50%,粉碎至约1~3cm颗粒,均匀撒上酒糟质量0.5%的生石灰,将pH调整至pH5.0~6.0;将菌种按照酒糟质量0.8%的比例均匀喷撒配置好的发酵物料上,菌种为EM菌与苏云金芽孢杆菌,其比例20:1。
将以上调节好并接上菌种的物料,并保证含水量在40~60%,堆成宽~2m,高1~1.5米的长条形堆垛进行发酵。为三段式发酵,第一阶段,升温发酵,时间2天,堆垛垛内温度升到45~65℃,进行第一次翻堆;第二阶段,高温发酵,待再次升到60~65℃,再进行翻堆,发酵过程中以保持堆垛温度不超过70℃的原则调整翻堆的频率,待翻堆7次,高温维持20天;第三阶段:降温发酵,即腐熟期:温度不再升高、料为黑褐色,具有醇香味,即表示发酵结束,一般发酵周期为20天。发酵结束时水分控制在20%~30%。发酵结束后将堆肥后的物料进行粉碎,控制粒度在20目之间,即为粉末状生物有机肥。
产品质量,其中有机质为91%,含氮量为3.6%,K与P含量为3.1%,EM菌含量为1.9×108,苏云金芽孢杆菌菌为6.6×106,pH7.15,蛔虫卵及粪大肠杆菌未检出,重金属复合NY884-2012标准。
1亩地添加600kg本方法制备生物有机肥,油菜、生菜地中菜青虫、小菜蛾、甜菜夜蛾等叶菜病害明显减少。玉米地中玉米螟未出现规模性繁殖。
对比例1
取一定量的啤酒糟,烘干至水分为50%,粉碎至约2~5cm颗粒,均匀撒上酒糟质量0.5%的生石灰,将pH调整至pH5.0~6.0;将EM菌按照酒糟质量0.5%的比例均匀喷撒配置好的发酵物料上。
将以上调节好并接上菌种的物料,并保证含水量在40~60%,堆成宽~2m,高1~1.5米的长条形堆垛进行发酵。为三段式发酵,第一阶段,升温发酵,时间1~2天,堆垛垛内温度升到45~65℃,进行第一次翻堆;第二阶段,高温发酵,待再次升到60~65℃,再进行翻堆,发酵过程中以保持堆垛温度不超过70℃的原则调整翻堆的频率,待翻堆5次,高温维持20天;第三阶段:降温发酵,即腐熟期:发酵周期为20天。发酵结束时水分控制在20%~30%。发酵结束后将堆肥后的物料进行粉碎,控制粒度在20目之间,即为粉末状生物有机肥。
产品质量,其中有机质为60%,含氮量为1.0%,K与P含量为1.15%,EM菌含量为1.0×106,pH7.6,蛔虫卵及粪大肠杆菌未检出,重金属复合NY884-2012标准。
1亩地添加600kg本方法制备生物有机肥,油菜、小菜蛾、甜菜夜蛾等叶菜病害明显减少但比实施例1要严重,与实施例2无明显差异。玉米地中玉米螟未出现规模性繁殖。
对比例2
取一定量的葡萄酒糟,烘干至水分为50%,粉碎至约1~5cm颗粒,均匀撒上酒糟质量0.5%的生石灰,将pH调整至pH5.0~6.0;将EM菌按照酒糟质量0.5%的比例均匀喷撒配置好的发酵物料上。
将以上调节好并接上菌种的物料,并保证含水量在40~60%,堆成宽~2m,高1~1.5米的长条形堆垛进行发酵。为三段式发酵,第一阶段,升温发酵,时间2天,堆垛垛内温度升到45~65℃,进行第一次翻堆;第二阶段,高温发酵,待再次升到60~65℃,再进行翻堆,发酵过程中以保持堆垛温度不超过70℃的原则调整翻堆的频率,待翻堆5次,一般高温维持20天;第三阶段:降温发酵,即腐熟期:发酵周期为15天。发酵结束时水分控制在20%~30%。发酵结束后将堆肥后的物料进行粉碎,控制粒度在20目之间,即为粉末状生物有机肥。
产品质量,其中有机质为55%,含氮量为0.9%,K与P含量为0.98%,EM菌含量为0.8×106,pH4.2,蛔虫卵及粪大肠杆菌未检出,重金属复合NY884-2012标准。
1亩地添加600kg本方法制备生物有机肥,油菜、生菜地中菜青虫、甜菜夜蛾等叶菜病害明显减少但比实施例1要严重,与实施例2无明显差异。玉米地中玉米螟未出现规模性繁殖。
应注意的是,以上实例仅用于说明本发明的技术方案而非对其进行限制。尽管参照所给出的实例对本发明进行了详细说明,但是本领域的普通技术人员可根据需要对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.木质纤维素原料进行产乙醇发酵后的酒糟作为堆肥基质生产生物有机肥的应用。
2.一种生物有机肥的制备方法,其特征在于,将木质纤维素原料进行产乙醇发酵后的酒糟为主要堆肥基质,按质量份计的组分:酒糟100份、尿素0.5~2份,麦麸1~2份,加入发酵菌剂,调整pH进行堆肥4~20天,获得生物有机肥。
3.根据权利要求2所述方法,其特征在于,将以木质纤维素原料经过发酵后制备纤维乙醇的醪液,经过分离,获得发酵残渣,即酒糟,主要为纤维素20~50%,半纤维素2~15%,木质素30%~60%,以及蛋白质、氮、磷、钾组分均为3~6%;对过滤残渣进行烘干,将水分控制为40~60%之间后粉碎至不成块,不结团分散状,按质量份计的组分:酒糟100份、尿素0.5~2份,麦麸1~2份和发酵菌剂0.1~1份,调整pH5.0~8.0,进行堆肥4~20天。
4.根据权利要求2所述方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)发酵物料配制:取一定量的酒糟进行烘干,粉碎至约<5cm颗粒,均匀撒上酒糟质量0.5~3%的生石灰,将pH调整至pH5.0~8.0,对于盐碱地,优选pH5.5~7.0;对于酸性土壤优选pH7.5~8.0,充分混匀完成发酵物料配制;
(2)接菌种:将菌种按照酒糟质量0.2~1%的比例均匀喷撒在配置好的发酵物料上,混合均匀;
(3)预混堆垛:将以上调节好并接上菌种的物料,并保证含水量在40~60%,堆成宽1.2~2m,高1~1.5米的长条形堆垛或直径1.2~3m,高1.5~2m的圆形堆垛;
(4)发酵:为三段式发酵,第一阶段,升温发酵,时间1~2天,堆垛垛内温度升到45~65℃,进行第一次翻堆;第二阶段,高温发酵,待再次升到60~65℃,再进行翻堆,发酵过程中以保持堆垛温度不超过70℃的原则调整翻堆的频率,待翻堆3-7次,一般高温维持3-20天;第三阶段:降温发酵,即腐熟期:温度不再升高、料为黑褐色,具有醇香味,即表示发酵结束,一般发酵周期为4~20天,发酵结束时水分控制在20%~30%;
(5)粉碎及制粒:将堆肥后的物料进行粉碎,控制力度在20~80目之间,即为粉末状生物有机肥;或将粉末状有机肥直接在造粒机上进行制粒,制成颗粒状有机肥。
5.根据权利要求2-4任一项所述方法,其特征在于,发酵菌剂的菌种为EM菌,有效菌数≥2×108cfu/g。
6.根据权利要求2-4任一项所述方法,其特征在于,发酵菌剂的菌种为:EM菌,同时添加苏云金芽孢杆菌。
7.根据权利要求6所述方法,其特征在于,所述发酵菌剂中EM菌与苏云金芽孢杆菌添加比例为5~30:1。
8.根据权利要求2-4任一项所述方法,其特征在于,所述菌剂是固体菌剂或液体菌剂。
9.根据权利要求2-8任一项制备方法制备得到的生物有机肥。
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