炭基肥對辣椒生長及根際土壤細菌群落結構的影響

Effects of biochar-based fertilizer on pepper growth and rhizosphere soi bacterial community structure

WANG Weiwei， SHEN Feng， MEI Yi， WU Yongcheng， ZHENG Jiaqiu， ZHANG Lina，

FENG Ruchao， ZU Yanxia， LIU Zhe

（Jiangsu Coastal Area Institute of Agricultural Sciences，Yancheng 2240O2，China）

Abstract：Inorder to clarifytheefects of biochar-based fertilizer onpepper growthand development，nutrient absorption，soil physicaland chemical properties and microbial community structure，a pot experiment was conducted in this study，with treatments including no fertilizationcontrol（CK）and compound fertilizer（HF）with N， P₂0₅ and K₂O contents of 15% ， 15% and 15% ，biochar-based fertilizer1（TF1）with N， P₂0₅ and K₂O contents of 15% ， 15% and 15% ， biochar-based fertilizer 2（TF2）with N， P₂O₅ and K₂O contents of 15% ， 10% and 10% ，biochar-based fertilizer 3（TF3）

with N， P₂0₅ and K₂O contents of 10% ！ 10% and 10% ， respectively.Theeffectsofbiochar-basedfertilizer preparedbydifferentratiosofbiocharand chemical fertilizer on the growth of pepper and the quality of rhizosphere soilwere analyzed.The resultsshowed thatcompared with HF treatment，the stem diameter，root dry matter weight perplant，dry fruitweightperplant and fruit dry matter

distributionratioofpeppertreatedwithTF1-TF3treatmentsincreased.ThesoiltotalnitrogencontentsofTF-TF3treatments weresignificantly higher than thoseof HFtreatmentand CK.Compared with HF treatment，theabsorptivecapacity anddistribution proportionof nutrient elementssuchas nitrogen，phosphorus and potassiumin fruitstreatedwith TF1-TF3 showed increasing trends.The Richnessindex，Chaol index，Ace index and Shannon index of pepper rhizosphere soil bacteriaunder TF1-TF3 treatmentswere higher thanthoseunderHFtreatment.Thedominantphylaofsoilbacterialcommunity indiferentfertilizationtreatmentswereAcidobacteria，ProteobacteriaandGemmatimonadetes，andthecumulativerelative abundances were 74.69 %-82.46% .Therelative abundances of Acidobacteria in TF1，TF3 and HF treatments were significantlylowerthanthatin CK.Therelative abundancesof Myxomycota treated with TF1-TF3and HF weresignificantly lower thanthatofCK.Therelativeabundanceof Methylomirabilota bacteriainHF treatment was higherthan thosein CKand TF1-TF3 treatments.TherelativeabundancesofGemmatimonadetes inTF1-TF3 treatmentwere significantlyhigher than thoseinHFtreatmentandCK.Insummary，theapplicationofbiochar-basedfertilizercannotonlyenhance theabsorption capacityof pepperplants tonutrients，mprovethedistributionratioof nutrients infruits，butcanalsooptimize soil physical and chemical properties，improve soil microbial diversity，and then increase pepper fruit yield.

Keywords：biochar-based fertilizer；nutrientabsorptionand partition；soil physicochemical properties；soil bacterial communitystructure

辣椒（CapsicumannuumL.）是重要的茄果類蔬菜作物，在世界范圍內被廣泛種植。近年來，中國棘椒的種植面積保持在 2.10×10⁶hm² 以上，居蔬菜作物首位[1]。辣椒種植過程中，施用化肥是提質增產的關鍵因素。然而，不少生產者為了片面追求高產，盲目投入大量化肥，這種做法雖然短期內能提高效益，但長期過量施用化肥會造成土壤板結、速效養分富集、有機質含量減少、土壤微生物群落結構失衡等問題，進而影響作物的生長發育，導致產量和品質大幅下滑[2-4]

生物炭是農作物秸稈等廢棄生物質在高溫缺氧環境下熱解生成的產物，具有較高的有機碳含量、豐富的孔隙和較高的比表面積。施用生物炭能夠持留土壤中的養分，有效減緩養分的釋放速度，降低養分的流失，提升作物對養分的吸收與利用效率，進而起到土壤改良與作物增產的雙重效果[5-7]。然而，生物炭自身的養分含量較低，單獨施用很難滿足作物在生長發育過程中對養分的需求[8-9]。因此，將生物炭與化肥、有機肥或其他營養元素采用化學或物理方法混合制成的炭基肥，不僅能夠改善土壤質量、提高肥料利用率、穩定農作物產量，還能減少化肥使用次數和總量，進而減輕化學肥料對環境的不良影響[10]。李昌娟等[\"研究結果表明，施用炭基肥能夠顯著減緩茶園土壤酸化進程，提升土壤速效養分含量，加強茶樹對養分的吸收與利用，從而顯著提升茶葉的產量與品質。同時，施用炭基肥還能調控土壤微生物群落結構與多樣性。陳懿等[12]研究發現，施用炭基肥能增加種植煙草土壤中細菌物種的操作分類單元（OTU）數量、群落豐富度和多樣性，降低土壤真菌群落的OTU數量、群落豐富度和多樣性，這對優化土壤生態環境、降低煙草赤星病發病率具有重要作用。目前，炭基肥對茶樹[]、煙草[12]等作物產量和品質的影響已有初步研究，而其在辣椒生產中的應用還鮮有報道。此外，生物炭與化學肥料不同配比的炭基肥對作物生長的影響亦缺乏分析。因此，本研究利用生物炭與化肥混合制備3種不同 N，P₂O₅，K₂O 含量的的炭基肥，并分析其對辣椒生長、養分吸收和根際土壤細菌群落結構的影響，為炭基肥在辣椒生產中的推廣與應用提供依據。

材料與方法

1.1試驗材料

供試辣椒品種為鹽椒4號。試驗用土取自試驗田 0～20cm 土層，其有機質含量 48.6g/kg ，全氮含量 1.37g/kg ，全磷含量 0.86g/kg ，全鉀含量12.15g/kg，pH 值8.19。炭基肥由尿素、磷酸二氫鉀、氯化鉀與稻殼炭（生物炭）等材料制作而成，其中稻殼炭含量 30% 。稻殼炭的有機質含量 499.7g/kg ，全氮含量 2.2g/kg ，全磷含量 1.36g/kg ，全鉀含量7.63g/kg，pH 值 9.98 。根據不同材料中養分含量的差異，設置不同的配比，制得 N，P₂O₅，K₂O 含量分別為 15%.15% 、 15% 的炭基肥1與 N，P₂O₅，K₂O 含量分別為 15% 、 10% 、 10% 的炭基肥2及 N，P₂0₅ 、K₂O 含量分別為 10% 、 10% 、 10% 的炭基肥3。

1.2試驗設計

試驗于2024年在南洋試驗基地連棟塑料大棚中進行。4月利用穴盤進行辣椒育苗，同時，將取自農田耕作層的土壤風干過篩后裝入底口徑15.5cm 、上口徑 22.0cm 高 15.0cm 的花盆中，每盆裝 3.0kg 風干土，共180盆。試驗設不施肥對照（CK）與4個施肥處理：復合肥、炭基肥1、炭基肥2、炭基肥3。除CK不施肥外，其他處理每盆均統一施0.45gN 。各處理肥料均在移栽前作基肥一次性施入，此后不再施肥。6月進行辣椒苗移栽，每盆種植1株。每個處理設3次重復，每個重復12盆。其他管理措施按當地常規辣椒栽培技術進行。

1.3樣品采集與測定

1.3.1植株農藝性狀與產量辣椒成熟期選取各處理長勢一致的植株，調查株高、株幅、莖粗和產量。株高為地表至植株最高處的距離，株幅為植株在水平方向最大開展度；莖粗為主莖最粗部位的直徑。

1.3.2土樣采集和指標測定棘椒成熟后，采用抖根法收集辣椒植株根際土壤，分別采用鉻酸鉀外加熱法、凱氏定氮法、堿解擴散法、 .NaOH 堿熔-鉬梯抗分光光度法、 NaHCO₃ 浸提-鉬銻抗比色法、 NaOH 堿熔-火焰光度法， ΔNH₄OAc 浸提-火焰光度法測定土壤有機質含量、全氮含量、堿解氮含量、全磷含量、有效磷含量、土壤全鉀含量和速效鉀含量[13]。土壤微生物測定與分析方法如下：采用土壤DNA提取試劑盒（美國O-megaBio-Tek公司產品）提取土壤細菌的總DNA，用1% 瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA的質量，檢測合格的樣本利用引物338F（ 5^′ -ACTCCTACGGGAGGCAGCA- ?3^′ ））和806R（ 5^′ -GGACTACHVGGGTWTCTAAT- ?3^′ ）進行擴增并構建文庫，擴增產物委托北京組學生物科技有限公司進行高通量測序和分析。利用QIIME2軟件進行測序數據分析。采用Silva（v138）分類數據庫對土壤微生物擴增子序列變體（Ampliconsequencevariants）進行物種注釋。利用QIMME2軟件進行土壤微生物的 α 多樣性和 β 多樣性分析?；贐inary-Jaccard距離矩陣的主坐標分析法分析比較微生物群落 β 多樣性，并用QIMME1軟件進行非參數方差分析檢驗（A-donis），明確不同處理微生物群落結構差異是否具有顯著性。利用DESeq2工具明確不同分類水平下，處理間差異顯著的物種。

1.3.3植株養分測定辣椒成熟期每處理選取代表性植株6株，按器官分為根、莖葉、果實3部分，殺青后，烘干至恒重，記錄干重，磨碎混勻。采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰原子吸收分光光度法[14]分別測定各處理植株根、莖葉、果實等器官的氮含量、磷含量和鉀含量，并根據各器官干重和養分含量計算各器官養分吸收量。

1.4數據分析

使用Excel2010軟件進行試驗數據處理、圖表繪制，利用SPSS20軟件進行處理間差異顯著性分析（ α=0.05 。

2 結果與分析

2.1炭基肥對辣椒農藝性狀的影響

不同施肥處理對辣椒農藝性狀的影響如表1所示。從表中可以看出，施用復合肥（HF處理）有利于辣椒地上部枝葉的生長，其株高、株幅、單株秸稈干重、單株根干重、單株鮮果重和單株干果重均顯著高于不施肥對照（CK）。與HF處理相比，施用炭基肥（TF1＼～TF3處理）辣椒莖粗增加 13.47%. ）20.84% ，單株鮮果重增加 45.26%～130.32% ，單株干果重增加 42.42%～123.22% ，單株根干重增加12.33%～17.26% 。由此可見，施用炭基肥對辣椒的莖粗、果實和根系的生長有明顯的促進作用。

不同施肥處理對辣椒干物質分配比例的影響如表2所示。從表中可以看出，HF處理辣椒秸稈干物質分配比例比不施肥對照（CK）高11.73個百分點，而根和果實的干物質分配比例分別比CK低1.09個百分點和10.64個百分點。與HF處理相比，TF1＼～TF3處理的秸稈干物質分配比例分別降低5.53個百分點、14.22個百分點、14.63個百分點，而果實的干物質分配比例分別增加4.71個百分點、13.67個百分點、13.64個百分點，根的干物質分配比例分別增加0.82個百分點、0.55個百分點、0.99個百分點。由此可見，與施用復合肥相比，施用炭基肥能降低秸稈的干物質分配比例，提高果實的干物質分配比例。

2.2炭基肥對辣椒養分吸收的影響

2.2.1炭基肥對辣椒氮素吸收的影響施肥處理能夠顯著促進辣椒植株對氮素的吸收（表3）。3個炭基肥處理及復合肥處理植株吸氮量均顯著高于不施肥對照（CK）。其中，TF3處理單株吸氮量最高，達到 536.63mg ，其次為HF處理和TF2處理，CK單株吸氮量僅 174.17mg 。不同施肥處理下器官間的吸氮量也存在較大差異。HF處理辣椒秸稈吸氮量分別比TF1、TF2、TF3處理增加 36.77%.36.91% 和16.25% ，而果實的吸氮量分別比TF1、TF2、TF3處理下降 19.12%.47.95%.50.89% 。相應地，不同施肥處理辣椒各器官的氮素分配比例亦存在差異。TF1＼～TF3處理辣椒果實氮素分配比例顯著高于HF處理，而秸稈氮素分配比例比HF處理下降15.78%～26.35% 。

2.2.2炭基肥對辣椒磷素吸收的影響與吸氮量相似，不同施肥處理對辣椒植株吸磷量亦存在較大影響（表4）。單株吸磷量由高到低依次為TF3、TF2、TF1、HF處理和 cK 。TF1＼～TF3處理和HF處理的單株秸稈吸磷量無顯著差異，分別比CK增加77.92%.75.18%.91.69% 和 93.06% ，而 TF1＼～ TF3處理單株果實吸磷量分別比CK和HF處理增加30.68% 和 75.53% 、 105.26% 和 175.69% 、101. 19% 和 170.23% ，且CK比HF處理高 34.31% 。TF1＼～TF3處理和CK辣椒果實磷分配比例分別比HF處理增加14.91個百分點、26.13個百分點、20.47個百分點、21.45個百分點，而秸稈磷分配比例分別比HF處理低13.34個百分點、22.63個百分點、22.25個百分點、20.12個百分點。

2.2.3炭基肥對辣椒鉀素吸收的影響同樣的，不同施肥處理對辣椒植株鉀吸收與分配有較大影響（表5）。TF1＼～TF3處理和HF處理的單株辣椒吸鉀量無顯著差異，分別比CK增加 143.17% 、126. 68% 、 136.54% 和 123.44% 。TF1＼～TF3 和 HF處理的單株秸稈吸鉀量分別比CK增加191. 61% ！122. 15% 、153.37%和 209.47% ;TF1＼～TF3處理單株辣椒果實吸鉀量分別比CK和HF處理增加 72.25% 和 49.59% 、 149.65% 和 116.81% 、 105.79% 和78.72% 。HF處理秸稈鉀分配比例比TF1處理提高9.91個百分點，而TF1處理秸稈鉀分配比例又高于TF2、TF3處理和CK，TF2和CK果實鉀分配比例顯著高于TF1處理和HF處理。

2.3炭基肥對土壤理化性質的影響

不同施肥處理對土壤理化性質的影響如表6所示。從表中可以看出，TF1＼～TF3處理土壤有機質含量比CK分別增加 14.94% 、 17.45% 和 17.15% 。TF1＼～TF3處理土壤全氮含量顯著高于HF處理和CK 。TF3處理土壤有效磷含量顯著高于其他處理。TF1＼～TF3處理土壤速效鉀含量與HF處理無顯著差異，但分別比CK增加11. 02% 、11. 12% 、 18.14% 。不同施肥處理（TF1＼～TF3和HF）與CK土壤堿解氮含量、全磷含量和全鉀含量均無顯著差異。

2.4炭基肥對土壤微生物群落的影響

2.4.1不同施肥處理對土壤細菌群落組成的影響門水平上，不同施肥處理土壤細菌群落主要由酸桿菌門、變形菌門、芽單胞菌門、Methylomirabilota、黏菌門、放線菌門等細菌組成。優勢菌門為酸桿菌門、變形菌門和芽單胞菌門，各處理下累計相對豐度為

74.69%～82.46% 。TF1、TF3和HF處理酸桿菌門細菌的相對豐度顯著低于CK；TF1＼～TF3和HF處理的黏菌門細菌的相對豐度顯著低于CK；HF處理Methylomirabilota門細菌的相對豐度高于CK和TF1＼～TF3處理。TF1＼～TF3處理芽單胞菌門細菌的相對豐度顯著高于HF處理和CK（圖1A）。

屬水平上，不同施肥處理土壤主要優勢菌屬為Vicinamibacteraceae、SO134_terrestrial_group、MND1、Rokubacteriales、Subgroup_7。TF1＼～TF3 和HF處理Vicinamibacteraceae、MND1和Subgroup_7等屬細菌的相對豐度低于CK，TF1和TF3處理Vicinami-bacteraceae菌屬細菌的相對豐度顯著低于CK和HF處理;TF1和HF處理MND1、Subgroup_7菌屬細菌的相對豐度顯著低于 cK 。TF1＼～TF3處理 S0134_terrestrial_group菌屬細菌的相對豐度顯著高于CK和HF處理;HF處理Rokubacteriales菌屬細菌的相對豐度顯著高于CK和TF處理（圖1B）。

A 1.00 其他； B 1.00 其他；MBNT15; Longimicrobiaceae;Dependentiae; Haliangium;0.75 微門； 0.75 BD2-1terrestialgroup;浮霉菌門； Subgroup_17；

豐灰 0.50 門 豐灰 0.50 S0.25 0.25 S0134_terrestrial_group；芽單胞菌門； 變形菌門； 未成功培養0 酸桿菌門 0CK TF1TF2TF3 HF CKTF1TF2TF3 HF處理 處理

A：門水平；B：屬水平。CK、HF、TF1、TF2、TF3見表1注。

2.4.2土壤細菌群落多樣性不同施肥處理對土壤細菌 α 多樣性指數的影響如表7所示。從表中可以看出，各處理的覆蓋度均 ?0.989 ，說明測序深度基本覆蓋樣品中所有的物種，分析結果具有代表性。HF處理土壤細菌群落的Richness指數顯著低于CK，而TF1＼～TF3處理Richness指數與CK無顯著差異。TF1和TF2處理土壤細菌群落的Chao1指數和Ace指數顯著高于HF處理。HF、TF1和TF2處理土壤細菌群落的Shan-non指數顯著低于CK，且TF2處理和TF3處理Shan-non指數均顯著高于HF處理，說明施肥處理后土壤細菌的多樣性和均勻度有降低趨勢。不同施肥處理細菌群落的Simpson指數無顯著變化。

基于Binary-Jaccard距離進行主坐標分析（PCoA）的結果如圖2所示。從圖中可以看出，第一主坐標（PC1）和第二主坐標（PC2）對細菌群落結構總變異的貢獻率分別為 16.77% 和 9.88% 。非參數方差分析檢驗（Adonis）結果表明，不同施肥處理土壤細菌群落組成差異極顯著（ R²=0.36196 ， P= 0.001）。TF3處理樣本的主坐標位置與TF1處理重合，與TF2處理部分重合，說明TF1、TF2和TF3處理土壤細菌群落組成相似，CK樣本的主坐標位置與TF1、TF2和TF3處理距離較近，與HF處理距離較遠，表明TF1 ～ TF3處理的土壤細菌群落結構與CK更相似。

2.4.3土壤細菌群落顯著富集種群差異分析屬水平上，不同處理間差異顯著的土壤細菌屬如圖3所示。與CK相比，TF1＼～TF3處理溶桿菌屬（Ly-sobacter）、Longimicrobiaceae、SOl34_terrestrial_group等15個屬細菌的相對豐度顯著增加，Vogesella、IS-44、Steroidobacter等18個屬細菌的相對豐度顯著降低。與HF處理相比，TF1＼～TF3處理 Subgroup_7、OM190、Longimicrobium等10個屬細菌的相對豐度顯著升高，而PseudomonasGaiellales-uncultured等屬細菌的相對豐度顯著下降。

CK、HF、TF1、TF2、TF3見表1注。

3討論

3.1炭基肥對辣椒植株生長的影響

以生物炭為載體制備炭基肥被認為是一種能彌補生物炭自身養分不足、提高肥料利用率、增加作物產量的有效途徑[15]。肖琳等[16]的研究結果表明，與單施復合肥、生物炭處理相比，施用炭基肥能夠促進火力楠生長，提高其生物量。其中，木屑炭基肥處理后火力楠的株高、冠幅、莖生物量和總生物量明顯高于其他處理。謝婷婷等[]研究發現，與施用常規化肥相比，施用炭基肥能顯著提高鮮食玉米的干物質積累量，增加收獲期玉米籽粒的干物質分配比例，進而增產 25.43%～35.26% 。本研究結果顯示，施用炭基肥能促進辣椒莖、果實和根部的生長，與單施復合肥處理相比，施炭基肥（TF1＼～TF3處理）辣椒莖粗增加 13.47%～20.84% ，單株鮮果重增加 45.26% l130.32% ，單株干果重增加 42.42%～123.22% ，果實的干物質分配比例增加4.71＼～13.67個百分點，這與前人的研究結果[相似。其原因可能是一次性施肥情況下，復合肥前期養分釋放速率快，促進了辣椒地上部生長，后期土壤養分供應不足，限制了辣椒植株的生殖生長；炭基肥中的生物炭對養分具有吸持作用，能夠在生育后期緩慢釋放養分，滿足植株對養分的需求，有利于后期辣椒果實的生長。

3.2炭基肥對辣椒養分吸收和土壤理化性質的影響

植物對氮、磷、鉀等營養元素的吸收與利用，極大程度地影響著植株的生長發育和產量形成。與施用常規化肥相比，施用炭基肥能促進烤煙及蔬菜作物對土壤氮、磷和鉀素的吸收，提高肥料農學利用率[18-19]。這可能與炭基肥中的生物炭具有改良土壤、增強土壤通透性、提升土壤持水能力有關，且炭基肥料能夠為根系的生長發育提供良好的生態環境，促進根系生長，進而促進植株對養分的吸收和積累[20]。本研究結果表明，不同施肥措施對辣椒植株養分吸收和分配有較大影響。與施用復合肥相比，施用炭基肥能在不同程度上促進辣椒植株對氮和磷的吸收，并提高辣椒果實中的氮、磷、鉀分配比例。

炭基肥的施用效果很大程度上受到炭基肥種類、施用量、作物類型以及試驗地土壤特性等因素的影響。葉菁等2研究發現，炭基肥替代化肥連續施用5年能改善土壤的理化性質，且隨著替代比例的增加，土壤pH、有機質含量、全氮含量等均顯著提升。但任依等[22]研究發現，炭基肥施用后土壤的理化性狀與常規施肥處理無顯著差異。本研究結果表明，與HF處理相比，TF3處理能明顯提高土壤全氮含量和有效磷含量，而對土壤堿解氮含量、全磷含量、全鉀含量、速效鉀含量的影響不明顯，這與高文慧等[23]的研究結果基本一致。生物炭內含豐富的碳元素，且結構穩定，被施加到土壤中后，微生物很難對其進行分解利用，因此，施用炭基肥能提升土壤有機質含量。本研究中可能生物炭的添加量較低，導致TF1＼～TF3處理的有機質含量與施用復合肥處理相比無顯著差異。

CK、HF、TF1、TF2、TF3見表1注。 FC ：差異倍數。

3.3炭基肥對土壤微生物的影響

微生物群落的多樣性是影響土壤生態系統功能的關鍵因素之一，其水平與生態系統的健康程度成正比[24]。本研究結果表明，與施用復合肥相比，施用炭基肥處理（TF1＼～TF3處理）土壤微生物群落的Shannon指數、Chao1指數和Ace指數整體上呈增加趨勢，這與高文慧等[23]和駱曉聲等[25]的研究結果一致。上述結果說明施用炭基肥可以在一定程度上增加土壤微生物群落的豐富度，這可能是由于炭基肥的施用增加了土壤中的碳源[26-27]，且生物炭的多孔結構能為土壤微生物提供適宜的生存環境，進而提高土壤微生物群落的多樣性[28]

土壤微生物能參與土壤有機物分解和養分循環等關鍵生態過程[29-30]。放線菌門和酸桿菌門細菌含有多種纖維素、半纖維素和多糖降解基因，能夠有效促進土壤中的有機物降解和土壤碳循環[31]，而變形菌門和芽單胞菌門細菌則分別在土壤氮循環和土壤固氮過程中發揮著重要作用[32-33]。本研究結果表明，5個處理的優勢菌門均為酸桿菌門、變形菌門和芽單胞菌門，總相對豐度為 74.69%～82.46% 。其中，TF1＼～TF3處理芽單胞菌門細菌的相對豐度顯著高于HF處理和CK，且TF1＼～TF3處理還能有效提高辣椒根系和果實的干物質積累量，這可能與芽單胞菌門細菌能促進土壤固氮相關。此外，本研究發現，TF1、TF3和HF處理酸桿菌門細菌的相對豐度顯著低于CK，這與劉威帆等[34]、張毅等[35]的研究結果一致?？赡茉蚴撬釛U菌門作為一種嗜酸性細菌，適宜在低pH的環境中生存，而炭基肥能夠很大程度地降低土壤中的交換性鋁含量，明顯提升土壤的pH ，從而導致酸桿菌門細菌相對豐度降低[36-37]

4結論

炭基肥能夠顯著增加土攘全氮含量和有效磷含量，提高土壤細菌多樣性和優勢菌門細菌的總相對豐度，同時促進養分在根部與果實間的分配，在一定程度上增加辣椒植株對氮、磷的吸收，有助于植株的生長，從而顯著提高辣椒產量。

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