ÍNDICE DE ESTRÉS HÍDRICO DEL CULTIVO DE TOMATE DE CÁSCARA (Physalis ixocarpa Brot.)

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  259 Revista Chapingo Serie Horticultura 15(3): 259-267, 2009.Recibido: 2 de diciembre, 2008Aceptado: 21 de julio, 2009 ÍNDICE DE ESTRÉS HÍDRICODEL CULTIVO DE TOMATE DE CÁSCARA(  Physalis ixocarpa  Brot.) R. López- López 1 ; R. Arteaga-Ramírez 2 ; M. A. Vázquez-Peña 3 ; I. L. López-Cruz 2 ;I. Sánchez-Cohen 1 ; A. Ruiz-García 2 1 Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias.Km 1 Carretera Huimanguillo-Cárdenas. Huimanguillo, Tabasco, MÉXICO.Correo-e: lopez.rutilo@inifap.gob.mx ( ¶ Autor responsable). 2  Postgrado en Ingeniería Agrícola y Uso Integral del Agua.Universidad Autónoma Chapingo. Km 38.5 Carretera México-Texcoco.Chapingo, Estado de México. C. P. 56230. MÉXICO.Correo-e: arteagar@correo.chapingo.mx 3 Departamento de Irrigación. Universidad Autónoma Chapingo.Km 38.5 Carretera México-Texcoco. Chapingo, Estado de México. C. P. 56230. MÉXICO.Correo-e: mavazquez.coahuila@gmail.mx RESUMEN El uso de la termometría infrarroja para medir el índice de estrés hídrico de cultivos ( IEHC ) es una herramienta confiable en laprogramación de riegos, combinado con sistemas eficientes de riego permiten maximizar la productividad de cultivos. Los objetivosdel trabajo fueron determinar el IEHC  en tomate de cáscara ( Physalis ixocarpa  Brot.) producido con riego por goteo, su relación conláminas de riego y acolchado plástico en la programación del riego y predicción del rendimiento de frutos. El diseño experimental fuecompletamente al azar con tres repeticiones. Se estudiaron los efectos de cinco láminas de riego (reposición del 40, 60, 80, 100 y 120% de la evapotranspiración de referencia de Penman-Monteith ( ET 0 ). El IEHC  fue calculado a partir de mediciones de temperatura delcultivo y del aire, y de la humedad relativa con una pistola de rayos infrarrojos. Después el déficit de presión de vapor ( DPV ) seestimó. La ecuación que define el límite inferior del IEHC  expresa la relación entre el DPV  y la diferencia de temperatura del cultivo ydel aire (T c -T a ). Cuando el cultivo transpira, esta relación es: T  c  -T  a  = 1.21 - 131  DPV   (r  2  =0.68, P <0.01, n=42) y el límite superior fue de2.8 °C, cuando el cultivo no transpira. El rendimiento de frutos se correlacionó directamente con valores promedios de IEHC  y seobtuvo la ecuación lineal: Y = 52.53-69.7IEHC  (r  2  = 0.65, P <0.01 y n = 30). Los modelos que predicen el IEHC a partir de la lámina deriego y efecto de acolchado plástico se ajustan con r  2  de 0.87 a 0.96, P <0.01 y n=30. El IEHC  aumenta linealmente cuando disminuyeel potencial del agua. PALABRAS CLAVE ADICIONALES:  riego por goteo, programación del riego, predicción de rendimiento, acolchado plástico, potencialmátrico, evapotranspiración de referencia. CROP WATER STRESS INDEX FOR HUSK TOMATOES (  Physalis ixocarpa  BROT.)ABSTRACT The infrared thermometer used to measure crop water stress index ( CWSI ) is a reliable tool for irrigation scheduling, which,combined with efficient irrigation systems can maximize crop productivity. A study was conducted to determine the crop water stressindex in husk tomato, or tomatillo, ( Physalis ixocarpa  Brot.) under a drip irrigation system, its relationship with irrigation depth andplastic mulch in scheduling irrigation and predicting fruit yield. The experiment design was completely randomized with three replicates.Treatments consisted of five irrigation depths (replacement of 40, 60, 80, 100 and 120 % of the reference evapotranspirationestimated by the Penman-Monteith method). CWSI  was estimated using infrared radiation gun measurements of canopy temperature,air temperature, and relative humidity, and water vapor pressure deficit was calculated. The equation which defines the lower limitexpresses the relationship between vapor pressure deficit (VPD) and temperature difference (crop and air (Tc-Ta)). When the croptranspires, the relationship is: T  c  -T  a  = 1.21 - 131  DPV   (r  2  = 0.68, P  <0.01, n = 42), and the upper limit (stressed) was 2.8 °C, when  260 Índice de estrés... transpiration stops. Fruit yield showed a positive linear correlation with average CWSI  values: Y = 52.53-69.7CWSI,  (r  2  = 0.65, P <0.01 and n=30). Prediction models of CWSI and means of the effect of irrigation water and plastic mulch were fit with r  2 = 0.87 to0.96, P <0.01 and n=30. The CWSI  increases linearly when the soil water potential decreases.  ADDITIONAL KEY WORDS:  drip irrigation, irrigation scheduling, yield prediction, plastic mulch, drip irrigation, matric potential, referenceevapotranspiration. INTRODUCCIÓN La programación del riego tiene como objetivo estable-cer las láminas y fechas apropiadas a lo largo del ciclo fenoló-gico de un cultivo. El riego debe considerar diversos factores,como los requerimientos hídricos y las características decrecimiento propias de la especie y variedad, la demandaevaporante de la atmósfera, y las condiciones fisicoquímicasy biológicas del suelo que determinan su capacidad de reten-ción de agua ya que, junto con la profundidad del sistemaradical efectivo, determinan la cantidad de agua posible deser utilizada en el proceso evapotranspirativo del cultivo.Diversos enfoques y métodos para la programacióndel riego en cultivos se han usado en diferentes países:medición directa e indirecta de la humedad del suelo,mediciones del estado energético del agua en el suelo,estimaciones de la demanda atmosférica y, en condicionesexperimentales, determinaciones del potencial hídrico delas plantas (Buchner et al ., 1994) o termometría infrarroja(Giuliani et al ., 2001).Idso et al.  (1981) desarrollaron el método empírico delíndice de estrés hídrico para la cuantificación de la tensiónde humedad en los cultivos en regiones áridas, el cualdepende de la determinación de las líneas base sin y conestrés hídrico. Las líneas base son específicas del cultivo yestán influenciadas por el clima (Bucks et al ., 1985). Jackson et al . (1981) modificaron el IEHC  incluyendo: el déficit depresión del vapor ( DPV ), la radiación neta ( R n ) y la resistenciaaerodinámica (r  a ) para obtener una mejor predicción teóricade los efectos del clima sobre la temperatura del cultivo.Esta aproximación es mejor que el método empírico,especialmente en climas húmedos (Keener y Kircher, 1983).El método del IEHC  ha tenido un gran uso prácticodentro de la programación del riego de cultivos en regionesáridas y semiáridas (Calado et al.,  1990; Itier et al.,  1993;Anconelli et al ., 1994; Jones, 1999; Orta et al.,  2003; Yuan et al ., 2004; Simsek et al ., 2005; Erdem et al ., 2005). Estose debe principalmente a que los sensores requeridos parautilizarlo son de fácil manejo. En la agricultura de riego, elcosto económico y ecológico del agua es alto si seconsidera la incertidumbre en su disponibilidad acrecentadapor el cambio climático, de ahí que el costo de los sensorespara cuantificar las variables climáticas y el estrés hídricopuede justificar la inversión (Feldhake et al ., 1997).Cuando un cultivo presenta estrés hídrico, los estomasse cierran y la transpiración decrece por lo que la temperaturade la hoja se incrementa. Cuando una planta transpira com-pletamente, no hay estrés hídrico y la temperatura de lahoja oscila de 1 a 4 °C menos que la temperatura ambiental;en este caso el IEHC  es cero. Cuando la transpiracióndecrece, la temperatura de la hoja asciende y puede alcanzar de 4 a 6 °C más que la temperatura del aire. En este caso,el déficit hídrico es alto, y la transpiración de las hojas se vedrásticamente reducida con el incremento de la temperaturafoliar; cuando la planta está muerta o no transpira en muchotiempo el IEHC es uno (Jackson et al ., 1982).Los objetivos del presente trabajo fueron: i) determinar los límites inferior y superior del IEHC  para el cultivo detomate de cáscara en la programación del riego, ii) conocer el efecto de la lámina de riego y el acolchado plástico endiferentes etapas fenológicas del cultivo en el índice de estréshídrico para obtener modelos de predicción y iii) conocer elefecto del IEHC sobre el rendimiento de frutos del cultivopara la estimación del mismo y su relación con el potencialdel agua en el suelo. MATERIALES Y MÉTODOS El estudio se realizó en el Campo Experimental de laEstación Meteorológica de la Universidad Autónoma Chapin-go, situado geográficamente entre las coordenadas 19° 16’52" latitud norte y 99° 39’ 0" longitud oeste y altitud de 2,240m. Se cultivó tomate de cáscara con sistema de riego por goteo durante el periodo comprendido entre los meses demarzo a junio de 2007. El clima de la localidad es del tipoCb(Wo)(W)(i’)g, que corresponde a un templado suhhúmedocon lluvias en verano, una época seca en invierno y con po-ca oscilación térmica (entre 5 y 7 °C). La temperatura mediaanual es de 15.5 °C, mayo es el mes más caliente y eneroel más frío. La precipitación media anual es de 664 mm.El material vegetal que se utilizó fue una familia demedios hermanos maternos (F3) obtenida a partir de lavariedad “CHF1-Chapingo” de la Universidad AutónomaChapingo. La siembra de semillas para la producción deplántulas se realizó el 24 de febrero de 2007, en charolas depoliestireno de 200 cavidades, el sustrato utilizado fue peatmoss  más vermiculita (1:1), el trasplante fue realizado el 30de marzo (día juliano=89) y la fecha de la última cosechafue el 30 de junio (día juliano=181). El arreglo de plantaciónfue de 1.5 m entre hileras y 0.45 m entre plantas,obteniéndose una densidad de 14,815 plantas·ha -1 .Las características físicas del suelo determinadas encampo fueron: textura franca arcillosa; densidad aparentede 1.25 y 1.35 g·cm -3  a las profundidades de 10 y 30 cm,  261 Revista Chapingo Serie Horticultura 15(3): 259-267, 2009. respectivamente; la densidad real de 2.35 g·cm -3 a los 10cm y 2.39 g·cm -3  a los 30 cm de profundidad; el porcentajede humedad a capacidad de campo fue de 29.6 % y elpunto de marchitez permanente de 16.5 %. El espacioporoso o contenido volumétrico de humedad a saturaciónvaría de 0.47 cm 3 ·cm -3  a los 10 cm de profundidad y 0.43cm 3 ·cm -3 a los 30 cm.La evapotranspiración de referencia ( ET 0 ) se calculócon la ecuación de Penman-Monteith (Allen et al ., 1998): ( ) ( )( ) 220 34.01 273900408.0 ueeuT G R ET  asn ++Δ−++−Δ= γ  γ    1donde R n  es la radiación neta en la superficie del cultivo(MJ·m -2 ·d -1 ); G  es la densidad de flujo de calor del suelo(MJ·m -2  d -1 ); T  es la temperatura media diaria del aire (°C); u 2  es la velocidad del viento a 2 m de altura (m·s -1 ); e s  es lapresión de vapor a saturación (kPa); e a   es la presión devapor actual (kPa);   es la pendiente de la curva de presiónde vapor (kPa °C -1 ) y γ   es la constante psicrométrica (kPa°C -1 ).El diseño experimental fue un factorial 5 x 2, con cinconiveles de lámina de riego: 40, 60, 80, 100 y 120 % de la ET 0 , los cuales fueron codificados para el análisis estadísticocomo: 0, 1, 2, 3 y 4 respectivamente y dos niveles deacolchado plástico; sin y con, codificados como 0 y 1respectivamente. Los tratamientos fueron distribuidos enun diseño completamente al azar con tres repeticiones. Launidad experimental fue de 10 hileras de 35 m de longitudseparadas, en donde se asignó un tratamiento.El acolchado plástico de color plateado y negro seinstaló a la mitad de cada unidad experimentalcorrespondiente a una válvula. Las características delplástico son: ancho de 1.2 m, para una cama de 60 cm,perforación parcial con diámetro de 6.3 cm y espaciamientode 45 cm. La instalación se hizo con la acolchadoramecánica que contiene dispositivos para construir la cama,fertilizar, tirar la cinta y colocar el plástico.El método de riego fue por goteo con cintas, el cualfue evaluado con una eficiencia de uniformidad de 92 %según el método de Karmeli y Keller (1975). Lascaracterísticas nominales son: diámetro interno de 16 mm,flujo de 1 litro·h -1 , espacio entre emisores de 0.3 m, y presiónmáxima de 12 m de columna de agua.Con la pistola de monitoreo ambiental equipado conun sensor que mide la radiación en la banda del infrarrojoemitida por los cuerpos hacia donde se apunta. Se realizaronlas siguientes mediciones: temperatura del cultivo,temperatura del aire y la humedad relativa, con las cualesse determinó el IEHC . El microprocesador interno analizólos datos obtenidos para generar un reporte instantáneodel estado en que se encontraba el cultivo; indicó si estabademasiado húmedo, seco o dentro de los límitesaceptables. Las mediciones se realizaron entre 12:00 y15:00 horas, en días despejados.El IEHC se calculó con la expresión propuesta por Idso (1981) y Jackson et al . (1981): )()( lul dT dT dT dT CWSI  −−=  2donde dT  es la diferencia medida entre la temperatura delaire y del cultivo; dT u   es el límite superior de las temperaturasdel aire menos la temperatura del follaje (cultivo sintranspiración); y dT l  es el límite inferior de las temperaturasdel aire menos la temperatura del follaje (cultivo bien regado).Para determinar el límite superior e inferior en laecuación del IEHC, se usó el   método desarrollado por Idso et al . (1981) que considera los cambios en los límitessuperior e inferior debido a la variación del déficit de presiónde vapor (ecuación 3): DPV = e s - e a   3donde e s   es la presión de vapor a saturación para unatemperatura del aire dada; y e a  es la presión de vapor actual(presión parcial de vapor de agua en la atmósfera).La humedad relativa se estimó mediante la ecuación(4) 100 sa ee HR  =  4La presión de vapor de agua a saturación ( e s ) es lamáxima cantidad de vapor de agua que puede contener elaire a una temperatura ( T  en °C) dada y se calculó con laecuación 5 (Allen et al ., 1998): ( ) ⎥⎦⎤⎢⎣⎡ += 3.23727.17exp611.0 T T T e s  5La presión de vapor actual se obtuvo despejando e a   enla ecuación 4, así como usando la humedad relativa y latemperatura del cultivo medidas con la pistola de rayosinfrarrojos.Los parámetros de la regresión lineal o del límiteinferior (ecuación 6a) se determinaron a partir de lostratamientos de 120 % de la lámina de riego con y sinacolchado plástico, es decir, al considerar donde lastemperatura del cultivo fueron menores que la temperaturadel aire, lo cual indicó un cultivo con transpiración, sin estréshídrico y bien regado. El límite superior (ecuación 6b) seobtuvo a partir de las mediciones realizadas en el tratamiento  262 Índice de estrés... de 40 % de la lámina de riego sin acolchado plástico, porqueel cultivo fue severamente estresado con problemas detranspiración y la temperatura del cultivo fue mayor que latemperatura del aire. )(  DPV badT  l  +=  6a [ ] [ ] ( ) aT eT ebadT  asasu  +−+=  6bdonde a  es el valor del intercepto y b  es la pendiente de laecuación; e s  (T a )  es la presión de vapor a saturación a latemperatura del aire (kPa).Con el propósito de encontrar una relación entre elíndice de estrés y el rendimiento del cultivo, se hicieronanálisis de regresión. Así fue posible seleccionar lasfunciones con mayores coeficientes de correlación (r) ydeterminación (r  2 ). Para relacionar el índice de estrés hídricocon el potencial del agua del suelo se colocaron sensores watermark  con medidor electrónico de lectura digital entre0 y 200 kPa a dos profundidades: 10 y 30 cm por tratamiento. Las lecturas se hicieron diariamente antes dela aplicación del riego entre las 8 y 9 horas.Una vez obtenidos los datos promedio del IEHC  paralas diferentes etapas del cultivo en días soleados, así comoel rendimiento de frutos y el potencial mátrico por tratamiento y por factores, se hicieron análisis de varianzay prueba de medias (Tukey P ≤ 0.05), para comparar lostratamientos. El análisis de correlación se realizó para lasvariables continuas: rendimiento de frutos e índice de estréshídrico. Después se realizaron análisis de regresión simpley múltiple. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Límite inferior y superior del Índice de Estrés Hídricodel cultivo Debido a que la pistola de rayos infrarrojos para medir el índice de estrés hídrico requiere días soleados y elmétodo sugiere que sea la misma hora (de 12 a 15 horas),es decir, cuando la demanda hídrica del cultivo es alta, setomaron datos para todos los tratamientos los días: 123,136, 145, 147, 152, 161, 162, 163, 164, 165, 166, 167 y178. Se inició el día 123 porque a partir de esta fecha seobservó el efecto de la lámina de riego y el acolchadoplástico en el estrés hídrico del cultivo.De acuerdo con el método propuesto por Idso et al .(1981), en la Figura 1 se presentan los parámetros quedefinen los limites inferior y superior del IEHC . La ecuaciónque define el límite inferior del IEHC  es: T c  -T a  = 1.21 -1.31 DPV  (r  2  =0.68, P <0.01, n=42), donde T c -T a  está en °C,y el DPV  en kPa. Idso (1982) reportó la siguiente relaciónpara límite inferior en el cultivo de jitomate T c  - T a  = 2.86 -1.96DPV . Para el cultivo de maíz, Irmak et al . (2000)encontraron la relación: T c  - T a  = 1.39 -   0.86 DPV . Se observaque las relaciones son diferentes, lo cual concuerda conlos resultados obtenidos por Bucks et al . (1985) quienesseñalan que los valores del intercepto y la pendiente varíande acuerdo con el clima, tipo de suelo y especie cultivada.La línea inclinada (Figura 1) representa la línea basesin estrés hídrico, es decir la diferencia entre la temperaturadel aire y del cultivo durante periodos en que hubo unadecuado suministro de agua, a diferentes DPV ; en estecaso, se supone que los estomas se encontraban abiertosy que la diferencia estuvo en función del DPV , puesto queun aumento de éste implica un incremento del poder secantede la atmósfera y por ende de la transpiración de las plantas.La línea horizontal (límite superior, Figura 1) es la diferenciade la temperatura del aire y del cultivo asociada a períodosde mayor estrés (con limitaciones de agua), cuando no existetranspiración. El valor promedio fue de 2.8 °C con n=25.Para el cultivo de maíz, Irmak et al . (2000) determinaron unvalor promedio de 4.6 °C, valor mayor al del presente estudio,el cual significa que el tomate de cáscara es más sensiblea un posible estrés hídrico que el maíz.Un DPV  igual a cero indica que el aire contiene el má-ximo vapor de agua posible (humedad relativa=100 %). Ellímite inferior del IEHC  cambia como una función de lapresión de vapor debido al DPV . El IEHC varía entre 0 y 1cuando las plantas se someten a condiciones apropiadasde riego hasta condiciones totalmente de estrés hídrico. Ellímite inferior en este trabajo se desarrolló en un rango de DPV de 0.3 a 4.0 kPa. Gardner y Shock (1989) sugierenque es necesario que el rango del DPV  varíe de 1 a 6 kPapara definir la línea base que puede ser usada en otraslocalidades.El cálculo de el IEHC en forma gráfica (Figura 1) sepuede realizar a partir de la siguiente relación: IEHC=AC/BC , donde el punto  A es la diferencia entre las temperaturasde la hoja menos la del aire en el momento de medición, elpunto B  es la diferencia de temperatura máxima entre la FIGURA 1. Límite inferior (A-C) y superior del cultivo (B-C) detomate de cáscara para la determinación del índicede estrés hídrico del cultivo. S= Desviación estándar.  263 Revista Chapingo Serie Horticultura 15(3): 259-267, 2009. hoja y el aire (límite superior) y el punto C , la diferenciamínima (límite inferior) en las condiciones de DPV  en lascuales se realizó la medición de temperatura de la hoja yaire (  A ). Por lo tanto, el IEHC  está determinado por ladistancia relativa entre la línea inferior (  A-C ) que representalas condiciones sin estrés y la línea superior ( B-C ) dondeno hay transpiración. Por ejemplo, se considera que el punto  A tiene un valor de T c -T a   igual que 1.4 °C correspondiente aun valor de DPV  igual que 2.0 kPa. A partir de la definiciónde Idso (1981), la distancia entre el punto  A  y el límite inferior ( C ) es 2.8 °C y la distancia entre el límite superior e inferior en 2.0 kPa es 4.2°C. De esta manera, el IEHC  es igual quela razón de ambas distancias relativas 2.8/4.2=0.66. Estosignifica que una diferencia de temperaturas de 1.4 °C entreel cultivo y el aire, puede srcinar problemas de estrés hídricoen el cultivo.La termometría infrarroja para calcular el IEHC  puedeutilizarse en la programación de riegos del cultivo. Diversosinvestigadores han obtenido los parámetros del límite inferior y superior de otros cultivos (Idso, 1982; Jones et al ., 1997;Orta et al ., 2003; Erdem et al ., 2005). Efecto de la lámina de riego y acolchado plástico enel índice de estrés hídrico El análisis de varianza mostró que existen diferenciasaltamente significativas ( P <0.01), del efecto de la láminade riego en el IEHC  en las diferentes etapas de desarrollodel cultivo, y no así para el efecto de acolchado plástico,siendo únicamente significativo para la etapa de maduración(M), en los días 161 y 165; el efecto de interacción, fue nosignificativo ( P >0.05) en las diferentes etapas de desarrollodel cultivo. De acuerdo con el análisis de comparación demedias ( P <0.05) el acolchado presenta un promedio de0.15 a 0.2 en la etapa vegetativa (V), mientras que sinacolchado se obtuvo un valor promedio de 0.21 a 0.26(Cuadro 1). En las etapas reproductiva (R) y de maduraciónlos valores promedio varían de entre 0.14 a 0.28 conacolchado y de 0.27 a 0.33 sin plástico (Cuadro 2).En el Cuadro 2 se presenta la relación de las láminasde riego con el IEHC.  En general, se puede notar que eltratamiento de 40 % de la lámina de riego, presenta losvalores más altos de IEHC  en las diferentes etapas de CUADRO 1. Efecto del acolchado plástico en el índice de estrés hídrico en diferentes etapas de desarrollo del cultivo de tomatede cáscara. Acolchado Índice de estrés hídrico del cultivo (IEHC)  V 123 (3-05-07) y R.145 (25-05-07)M.178 (27-06-07) Sin Acolchado(0) 0.21 a 0.21 a 0.33 a z Con Acolchado(1) 0.20 a 0.15 a 0.28 aMEDIA 0.21 0.18 0.30DSH 0.085 0.064 0.084CME 0.012 0.007 0.012CV(%)54.1545.7636.38 z Valores con la misma letra dentro de columna son iguales de acuerdo con la prueba de Tukey a una P ≤ 0.05. y La notación V 123 (3-05-07) indica que V es la etapa vegetativa, 123 el día juliano y (3-05-07) la fecha correspondiente al día, mes y año.DSH: Diferencia Significativa Honesta.CME: Cuadrado Medio del Error.CV: Coeficiente de Variación. CUADRO 2. Efecto de la lámina de riego en el índice de estrés hídrico en diferentes etapas de desarrollo del cultivo de tomate decáscara.Lámina de riegoÍndice de estrés hídrico del cultivo ( IEHC )  V 123 (3-05-07) y R 145 (25-05-07) M 178 (27-06-07) 40 (0) 0.40 a0.37 a 0.53 a z 60 (1)0.17 b0.22 b0.42 ab80 (2)0.38 a0.12 b0.32 bc100 (3)0.08 b0.10 b0.11 cd120 (4)0.0 b0.10 b0.15 dMEDIA0.210.180.30DSH0.190.140.19CME0.0120.0070.012C.V. (%)54.1545.7636.38 z Valores con la misma letra dentro de columna son iguales de acuerdo con la prueba de Tukey a una P ≤ 0.05. y La notación V 123 (3-05-07) indica que V es la etapa vegetativa, 123 el día juliano y (3-05-07) la fecha correspondiente al día, mes y año.DSH: Diferencia Significativa Honesta.CME: Cuadrado Medio del Error y CV: Coeficiente de Variación.
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