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104hm2)最大,为2650,俄罗斯(2305)、中国(2295)和美国(2028)次之,其它种植大国有澳大利亚、哈萨克斯坦、加拿大及土耳其,种植面积超过或接近1000。
中国总产(×
104t)最高,达到9700,为世界第一主产国,其次为印度(7200)、美国(5728)及俄罗斯(4761)。
单产(kg·
hm-2)较高的国家有荷兰(8720)、德国(7465)、英国(7960)和法国(6984)等,但其面积均较小。
中国单产(4227)超过印度、美国和俄罗斯。
世界各国发展小麦生产的途径不尽相同,俄罗斯、加拿大、澳大利亚等国土地面积大,主要靠扩大种植面积增加总产,耕作粗放、单产较低;
荷兰、德国、英国、法国土地资源较少,主要靠高度机械化和科学管理,提高单产,而单产增加则主要是由于普遍采用高产、抗病、耐肥、抗倒伏品种,增施肥料(包括有机肥和无机肥),秸秆还田和种植绿肥作物培肥地力,扩大灌溉面积,改善灌溉方法,实行合理密植,进行化学除草等。
中国小麦在新石器时代就有种植,历史悠久。
据考古发现,河南陕县东关庙底沟原始社会遗址的麦类印痕,距今约7000年;
1955年在安徽亳州市发掘到西周时期炭化麦粒。
小麦在中国分布很广,南至海南岛,北到漠河,西起新疆,东抵沿海诸岛均有栽培。
1949年以来,中国小麦生产发展很快。
2005年,种植面积为2.30×
107hm2,总产9.70×
107t,单产达到为4265kg·
hm-2,与1949年相比,面积增加6.5%,单产增加558%,总产增加602.4%。
种植面积与总产最高的年份分别是1991年(3.09×
107hm2)与1997年(1.23×
108t)。
中国小麦生产发展主要是依靠单产的提高,尤其是1974年后,由于已初步形成间套复种、高效施肥、节水灌溉、机械化操作等一系列规范化、模式化、科学化的高产栽培技术体系,单产大幅度提高。
在肥水条件好的地区,单产可达7500kg·
hm-2以上。
2005年,中国小麦种植面积大且总产高的省份有河南(4.86×
106hm2、2.48×
107t)、山东(2.97×
106hm2、1.58×
107t)、河北(2.16×
106hm2、1.05×
107t);
hm-2)较高的省份为西藏(6429)、山东(5338)、北京(5179)、河南(5110)、河北(4873),但西藏与北京的种植面积均较小。
目前,中国小麦生产中存在的问题,主要是平均单产仍然较低,各地发展不平衡,2005年全国还有10个省单产低于3000kg·
hm-2;
其次是优质专用品种少、规模小,栽培技术不配套,产业化经营能力低,效益不高。
因此,根据中国自然气候特点和社会经济条件,稳定面积,提高单产,增加总产,改善品质,降低成本,提高效益,是今后生产发展的主要方向。
7.1.3中国小麦产区划分
7.1.3.1中国小麦种植分区
中国小麦分布地域辽阔,生产上以冬(秋播)麦为主,约占90%左右,主要分布在长城以南、岷山以东地区,且普通小麦占绝对多数,密穗小麦、圆锥小麦、硬粒小麦则只有零星种植。
中国幅员辽阔,自然条件复杂,气候类型繁多,小麦在全国形成了若干生态类型区。
1996年,《中国小麦栽培学》以播性为主区,以地理区域—播性—品种冬春性—熟期(指全国范围内相对的成熟、收获时间)为亚区,将中国小麦划分为3大主区,10个亚区。
3大主区大致以年极端最低气温-24℃为界,高于此限可种植冬小麦,低于此限只能种植春小麦。
(1)春(播)麦区主要分布在长城以北,岷山、大雪山以西,其最冷月(1月)平均气温及年极端最低气温分别为-10℃左右及-30℃上下,秋播小麦均不能安全越冬,故种植春小麦,种植制度以一年一熟为主。
①东北春(播)麦区。
该区在中国各春麦区中面积最大,总产最高,但单产较低。
包括黑龙江、吉林两省全部,辽宁省除大连、营口两市和锦州市个别县以外的大部,内蒙古东北部的呼伦贝尔、兴安和哲里木3个盟以及赤峰市。
本区西部干旱多风沙、东部部分地区雨多低洼易涝、北部高寒热量不足,是生产的不利因素。
②北部春(播)麦区。
该区自然条件差、土地贫瘠、管理粗放,平均单产全国最低。
包括大兴安岭以西,长城以北,西至内蒙古的伊克昭盟和巴彦淖尔盟。
全区虽日照充足,但水资源贫乏,干旱十分严重,是生产水平低而不稳的主要原因。
③西北春(播)麦区。
小麦为该区的主要粮食作物,在春麦区中单产最高。
包括甘肃、宁夏和内蒙古、青海、新疆的一小部分。
该区地处内陆,生育期短、热量不足、干旱少雨、多风沙,是制约生产的主要原因。
(2)冬(秋播)麦区冬(秋播)麦区是中国小麦产区的重要组成部分,面积大、产量高,主要分布在长城以南、岷山以西、大雪山以东。
①北部冬(秋播)麦区。
该区地势复杂、冬季严寒少雨、春季干旱多风,以杂粮为主,小麦单产较低。
包括河北的长城以南、山西的中部和东南、陕西北部、宁夏和辽宁南部、甘肃陇东及北京、天津。
种植制度以二年三熟为主,旱薄地为一年一熟,小麦使用冬性或强冬性品种。
干旱频繁是生产中的主要问题。
②黄淮冬(秋播)麦区。
该区生态条件最适宜小麦生长,是中国小麦主产区,面积最大、产量最高。
包括山东省全部、河南大部、河北中南部、江苏北部、安徽北部、陕西关中,山西南部、甘肃天水等地。
种植制度为一年两熟为主,旱地实行两年三熟,小麦生产使用冬性、半冬性和春性品种。
该区应合理利用水资源,提高灌溉技术,促进生产发展。
③长江中下游冬(秋播)麦区。
该区自然条件优越,比较适宜小麦生长,但其水田面积约占耕地面积的74%,以种植水稻为主。
包括浙江、江西及上海全部,河南信阳及江苏、安徽、湖北、湖南的部分地区。
种植制度为一年两熟或一年三熟,小麦使用半冬性和春性品种,湿涝和赤霉病危害是制约该区生产的主要因素。
④西南冬(秋播)麦区。
该区地形复杂,以山地为主,冬季气候温和,日照不足。
包括贵州全部、四川和云南大部、陕西南部、甘肃东南及湖南和湖北。
该区以种植水稻为主,一年两熟或三熟,小麦多使用春性品种,日照不足是生产中最不利的自然因素。
⑤华南冬(晚秋播)麦区。
该区地形复杂,多为山地丘陵,小麦面积小,产量低而不稳。
包括福建、广东、广西和台湾全部以及云南的一部分。
种植制度多为一年三熟,部分地区为稻麦二熟或二年三熟,小麦多使用春性品种。
该区雨量充沛,但季节间分布不均,与小麦需水规律不相协调,给麦田管理带来了诸多不利。
(3)冬春麦兼播区该区地势复杂,气候多变,差异极大。
雨量较少但雪水丰富,冬小麦一般可安全越冬,干旱发生较少。
①新疆冬春(播)麦区。
本区包括南疆和北疆,自然条件具有明显差异,种植制度以一年一熟为主,小麦类型繁多,包括春性、半冬性及冬性品种。
北疆温度偏低,雨量稍多,以春小麦为主,但耕作管理粗放,地力不足,常年发生春旱、冻害及后期干热风危害。
南疆气温稍高,为中国最干旱地区,以冬小麦为主。
②青藏春冬(播)麦区。
该区气温偏低、无霜期短,热量严重不足,有的地区全年霜冻,降水量分布不均,一年一熟。
包括西藏全部,青海大部及四川、甘肃西南等地。
7.1.3.2中国小麦品质分区
近些年来,中国小麦生产和消费形势发生了根本变化,普通品质的小麦积压,优质专用型小麦则需大量进口。
从1999年起,小麦优质化已成为中国种植业结构调整的重点,优质专用小麦播种面积持续增加。
2005年,中国优质小麦播种面积达9.33×
106hm2,占冬小麦播种面积的45.3%。
优质冬小麦主要集中在河南、河北、山东,总产量占全国小麦总产量的1/4。
全国小麦品质区划的目的,是依据生态条件和品种的品质表现,将小麦生产地区划分为不同类型,进而充分利用自然资源和品种潜力,实现优质小麦高效生产。
2005年,农业部组织有关单位拟定《中国小麦品质区划方案》(试行),除考虑生态环境因子、土壤类型、质地和肥力水平对小麦品质的影响外,还考虑了消费习惯、市场需求及优质专用小麦生产现状和发展趋势等因素,将全国分为3个大区10个亚区:
(1)北方强筋、中筋冬麦区该大区分为3个亚区:
①华北北部强筋麦区:
包括北京、天津,山西中部,河北中部、东北部地区,宜种植强筋小麦。
②黄淮北部强筋、中筋麦区:
包括河北南部、河南北部和山东中、北部、山西南部、陕西北部和甘肃东部等地。
土层深厚、土壤肥沃地区宜发展强筋小麦,其它如胶东半岛等地则宜种植中筋小麦。
③黄淮南部中筋麦区:
包括河南中部、山东南部、江苏和安徽北部、陕西关中、甘肃天水等地。
一般以发展中筋小麦为主,肥力较高的砂姜黑土和潮土发展强筋小麦,沿河冲积砂壤土发展白粒弱筋小麦。
(2)南方中筋、弱筋冬麦区该大区分为3个亚区:
①长江中下游中筋、弱筋麦区:
包括江苏、安徽两省淮河以南、湖北大部以及河南省南部。
大部地区适宜发展中筋小麦,沿江及沿海砂土地区可推广弱筋小麦。
②四川盆地中筋、弱筋麦区:
包括盆西平原和丘陵山地。
大部分地区宜发展中筋小麦,部分地区可种植弱筋小麦。
③云贵高原麦区:
包括四川省西南部、贵州全省以及云南省大部地区。
以发展中筋小麦为主,也可发展弱筋或部分强筋小麦。
(3)中筋、强筋春麦区该大区分为4个亚区:
①东北强筋春麦区:
包括黑龙江北部、东部和内蒙古大兴安岭等地,适于发展红粒强筋或中强筋小麦。
②北部中筋春麦区:
主要包括内蒙古东部、辽河平原、吉林省西北部和河北、山西、陕西等地,宜发展红粒中筋小麦。
③西北强筋、中筋春麦区:
主要包括甘肃中西部、宁夏全部以及新疆麦区。
河西走廊宜发展白粒强筋小麦,银宁灌区宜发展红粒中筋小麦,陇中和宁夏西海固地区适于发展红粒中筋小麦,新疆麦区肥力较高时宜发展强筋白粒小麦,其它地区可发展中筋白粒小麦。
④青藏高原春麦区:
宜种植红粒中筋小麦。
7.2小麦温光反应特性与器官建成
7.2.1小麦的起源与分类
小麦属于禾本科(Gramineae)小麦属(TriticumL.)。
其栽培历史约有一万年,原产地一般认为在中亚、西亚。
迄今,在土耳其、叙利亚、伊朗等地,还分布有乌拉尔图小麦、野生一粒小麦、野生二粒小麦等原始种。
小麦进化是近缘物种染色体重新组合,形成异源多倍体物种的过程。
六倍体栽培小麦(AABBDD)由野生种经过长期的演变进化而形成:
野生一粒小麦(A组染色体供源)进化为栽培一粒小麦,其体细胞染色体数(二倍体)为14。
野生一粒小麦与拟斯卑尔脱山羊草(B组染色体供源)天然杂交,经染色体加倍,产生野生四倍体二粒小麦,这是小麦进化的第1次飞跃。
然后,经过天然杂交或基因突变,形成其他四倍体的二粒系类型,构成二粒系(AABB),其体细胞染色体数(四倍体)为28。
四倍体二粒小麦与粗山羊草(D组染色体供源)天然杂交,再经染色体加倍而形成原始六倍体,即斯卑尔脱小麦,这是小麦进化的第2次飞跃。
然后,经基因突变或天然杂交,形成多种六倍体小麦类型,即普通小麦系(AABBDD),其体细胞染色体数(六倍体)为42。
因此,普通小麦是异源多倍体,含有多个二倍体的遗传物质,生态变异大,生产上经济价值最高、种植也最广。
它具有来自野生一粒小麦的优良穗部结构和抗性,也有来自野生二粒小麦的抗热性;
从四倍体到六倍体的进化过程中,引进了节节麦的遗传基础,既提高了面筋品质,也加强了对冬季严寒气候的适应性。
7.2.2小麦的阶段发育特性及其应用
7.2.2.1阶段发育特性
小麦一生中,须按顺序经历几个性质不同的质变阶段,不同阶段满足特定的外界条件后才能进入下一阶段,最终完成其生活周期,这种阶段性的质变过程称为小麦的阶段发育(phasicdevelopment),每一次质变过程即为一个发育阶段(decelopmentalstage)。
目前,研究较清楚的有春化阶段与光照阶段。
(1)春化阶段(感温阶段)在其它条件适宜的情况下,小麦萌动的胚或幼苗生长点,需要一定时间和程度的低温,才能由营养生长转入生殖生长,这个阶段称为春化阶段(vernalizationstage)。
根据不同品种通过春化所要求的低温程度和时间长短,一般可将之分为3个类型:
①冬性品种:
对温度要求极为敏感,一般在0~3℃条件下需35d以上才能完成春化阶段。
经春化处理可明显缩短生育期,未经春化的种子,春播时一般不能抽穗。
②春性品种:
对低温要求不甚严格,在0~12℃的条件下,经5~15d可通过春化阶段,未经春化处理的品种也能正常抽穗。
③半冬性品种:
在0~7℃的条件下,经15~35d可通过春化阶段,未经春化处理的种子春播,则不能正常抽穗或抽穗不整齐。
(2)光照阶段(感光阶段)通过春化阶段后,在其它条件都适宜的情况下,小麦还需要一定时间和长度的日照,才能完成正常的生长发育,这个阶段称为光照阶段(lightstage)。
光照阶段在幼穗分化至雌雄蕊原基(即顶小穗形成)时结束。
感应日长的部位为叶,故营养体生长状况、光照强弱等均会影响光照阶段进行。
延长光照阶段,推迟顶小穗形成,能增加每穗小穗、小花数,有利形成大穗。
根据不同品种对日长的反应,可将之分为3类型:
①反应迟钝型:
每天8~12h光照条件下,经16d左右即可通过光照阶段,原产低纬度的春性品种多属于此类。
②反应中等型:
每天8h光照条件下不能通过光照阶段,但12h光照经24d左右可通过光照阶段,一般半冬性品种属于此类。
③反应敏感型:
每天12h以上光照条件下经30~40d才能通过光照阶段,冬性品种和高纬度的春性品种属于此类。
7.2.2.2阶段发育理论在生产中的应用
(1)阶段发育理论是品种的基本特性之一,它在育种工作中占有重要地位阶段发育与小麦的熟性、耐寒抗冻性(力)、分蘖力、植株状态等密切相关。
一般冬性品种迟熟,耐寒抗冻,分蘖力强,植株匍匐;
而春性品种早熟,不耐寒抗冻,分蘖力弱,植株直立;
半冬性品种居中。
根据阶段发育理论,通过异地繁育或南繁北育或高山夏播等,可加速小麦世代,缩短育种周期。
(2)阶段发育理论是引种的重要依据在不同纬度(南种北移或北种南移)或不同海拔高度地区间引种时,要充分考虑具体小麦品种能否顺利通过阶段发育,以避免由于引种不当而造成的损失。
一般同纬度、同海拔地区间的光、温等生态条件相似,所以,引种较易成功。
(3)阶段发育理论是确定合理栽培技术的重要依据之一阶段发育理论在栽培上的应用主要体现在以下几个方面:
①品种布局与农时安排。
冬性品种宜安排在早茬地上,半冬性品种安排在中茬地上,春性品种安排在晚茬地上。
在既可种植半冬性又可种植春性品种的地区,应首先播种半冬性品种,然后是春性品种,顺序不可颠倒。
②播种期。
春性品种播种过早,将很快通过阶段发育,抗寒能力降低,易受冻害,一般当日平均气温降至16~14℃时开始播种。
冬性品种、半冬性品种比春性品种播种期为早,一般当日平均温度降至18℃时便可播种。
③播种量。
春性品种分蘖力弱,单株分蘖少,宜密植,播种量较大;
冬性品种分蘖力强,播种量相应宜小;
④田间管理措施。
对春性品种,冬前宜加大肥水以促进低位分蘖的发生,冬季控群体;
对冬性、半冬性品种,冬、春应合理调控群体,使群、个体充分协调。
⑤判断发育进程,并据此采取相应的措施以增加穗数或粒数,最终争取高产。
7.2.3小麦的器官建成
7.2.3.1小麦的一生
小麦的一生是指从种子萌发到产生新种子的过程,或称(全)生育期(growingperiod)。
生产上,通常以播种至收获的天数表示其长短。
在小麦的一生中,植株在形态、生理等方面都发生显著的变化,如根、茎、叶、蘖的形成,幼穗分化及开花结实等。
因此,小麦的一生既反映了不同时期的生物学特点,也反映了产量构成因素的陆续形成过程。
中国小麦的生育期长短差别较大,冬小麦多为230d左右或以上,春小麦多为100~120d或以下。
根据器官形成顺序和外部特征的明显差异,习惯上将小麦一生划分为出苗、三叶、分蘖、拔节、孕穗(挑旗)、抽穗、开花、灌浆和成熟等生育时期。
冬小麦的寒冷生长季节,还可分为越冬和返青两个时期。
当日平均气温降到3℃左右时,植株生长缓慢或停止生长,进入越冬期;
翌年春随气温回升,50%植株新长出的叶片伸出叶鞘1cm,且叶片由暗绿变为青绿色时为返青期。
栽培上,还可根据所形成器官的类型和生育特点的不同,将小麦一生划分为营养生长(种子萌发到幼穗分化开始)、营养生长和生殖生长并进(幼穗分化开始到抽穗)、生殖生长(抽穗开花至成熟)3个阶段。
各阶段相互联系,但生长中心不同,栽培管理的主攻方向也随之不同。
7.2.3.2种子萌发生理
(1)种子的形态与构造小麦的子实在植物学上称颖果(caryopsis),在生产上叫种子或子粒。
子粒的果皮和种皮紧密相连,不易分开,其外形可分为圆形、卵圆形和椭圆形等多种,横切面呈三角形或心脏形。
麦粒有红、白及中间过渡色等色泽,是区别品种的一个重要特征。
种子腹面有凹陷的腹沟,腹沟两侧为果颊。
与腹面对应的是种背或种脊,在其基部约1/4~1/3处着生胚,顶端的一簇茸毛称为冠毛。
种子由胚(embyro)、胚乳(endosperm)和皮层(seedcoat)3部分构成(图7-1)。
冠毛腹沟
腹沟
图7-1小麦的颖果及其果皮的纵切面
(湖北小麦,2002,p.25)
①胚:
由胚芽、胚轴、胚根和盾片等几部分组成(图7-2),占种子重的2%~3%。
胚芽位于胚的上端,被胚芽鞘包被,里面有生长锥及3片已分化的幼叶原始体与1个胚芽鞘腋芽原基。
胚根外包着胚根鞘,萌发后长成主胚根。
盾片与胚乳接触,萌发时盾片上表皮细胞不断伸长,其尖端膨大伸入胚乳中,并且不断释放出多种酶,如淀粉酶、酸性磷酸酶、腺苷三磷酸酶,分解胚乳内贮存的营养物质,然后被不断吸收运输到正在生长的胚中。
胚富有生命力,营养价值高,蛋白质占37.6%,糖占25%,脂肪占15%,其它为维生素和生长活性物质。
②胚乳:
约占种子重的90%左右,分为糊粉层(外层)与淀粉层(内层)两部分。
糊粉层由一层排列紧密而整齐、细胞壁较厚的大型细胞组成,约占种子重量7%左右。
淀粉层由胚乳细胞组成,细胞大而壁薄,含大小不同的淀粉粒和蛋白质。
胚乳是贮存营养的主要场所,其中淀粉约占3/4。
根据蛋白质含量的差异,胚乳可分为粉质、角质、半角质3种类型。
角质胚乳蛋白质含量高,质地透明,结构紧实,面筋含量高,宜制馒头、面包和面条;
粉质胚乳充满淀粉粒,只有少量蛋白质,宜制饼干。
③皮层:
由果皮和种皮组成,主要成分为纤维素,约占种子重的5%~7.5%,其厚薄、色泽因品种、气候及栽培条件而异。
加工过程中皮层与糊粉层一起,称为麦麸,约占子粒重量的15%~17%。
皮层中有一层薄壁细胞,因其所含色素多少不同,故有红粒和白粒之分。
红粒种子皮层厚,透性差,休眠期长;
白粒种子皮层薄,透性强,休眠期短,收获前遇雨易发生穗萌现象。
中国南方多雨,麦粒皮层厚,色泽呈红色,休眠期较长;
而北方气候干燥,麦粒皮层薄,色浅,休眠期短。
1.胚的纵切面2.子粒外型3.子粒纵切面
图7-2小麦胚的纵切面
(湖北小麦,2002,p.26)
(2)种子萌发与出苗过程通过休眠的种子,在温度、湿度、氧气等条件适宜时才能萌发。
种子萌发经历吸水膨胀、物质转化和发芽3个过程。
吸水膨胀过程是一个物理过程。
吸水达粒干重的42%~45%时,种子由凝胶变成溶胶状态,吸胀过程结束。
之后进入物质转化过程,胚乳中贮藏物质转化为易被胚所吸收利用的简单物质,这是一个生化过程。
当种子吸水45%~50%时进入发芽过程,此时胚根鞘突破种皮,随后胚芽鞘也破皮而出,这是一个生物学过程。
当胚根与种子等长、胚芽达种子1/2长时达发芽标准。
当第1片真叶从胚芽鞘中长出达2cm时为出苗,全田有50%植株达此标准为田间出苗期。
第3片真叶生长至2cm时为三叶期,此时幼苗由异养转向自养生长。
(3)种子萌发与出苗的条件影响种子萌发与出苗的因素主要有内因和外因两个方面:
①种子质量。
种子质量指标包括休眠期、种子生活力等。
休眠期长短在品种间差异很大。
种子生活力通常用发芽率和发芽势表示。
生活力高低与种子成熟度、贮藏条件、麦粒寿命等密切相关。
大而饱满的种子,出苗迅速而整齐,幼苗生长健壮。
②外界条件。
影响种子萌发出苗的外界因素主要是温度、湿度及氧气。
发芽出苗的适宜温度为20℃左右,最低为0~4℃,最高为35~40℃。
实践证明,最佳播种时期的气温并不与最适合发芽温度完全吻合,冬小麦适宜播种期的平均温度应适当低于最适发芽温度,一般在14~18℃之间。
适于种子萌发出苗的土壤相对含水量为70%~80%,低于60%时发芽困难,出苗率降低,幼苗不齐、不壮。
土壤水分过多,氧气缺乏,种子因无氧呼吸而中毒。
长期阴雨、排水不良、表土板结或播种过深时,会降低种子呼吸强度,易造成烂种、烂芽。
7.2.3.3根的生长
小麦根系为须根系(fibrousrootsystem)。
根系具有吸收、支持、固定、合成等功能。
根所吸收的磷酸和铵盐与地上部转运而来的光合产物,在根中合成多种氨基酸,然后运输到地上器官合成蛋白质;
根尖是细胞激动素的主要合成场所,对茎叶生长和延长叶片功能期具重要作用。
植株地上部的“叶光系统”和地下部的“根土系统”在产量形成过程中相辅相成,两系统协调发育才能达到高产优质的目的。
根据发生时间和部位的不同,将之分为初生根(又叫胚根、种子根)和次生根(又叫节根、不定根)两种类型(图7-3)。
①初生根(seminalroot)细而坚韧,在种子萌发时陆续发生,至第1真叶展开时停止发生,故又称种子根或胚根。
种子发芽时先长出一条主胚根,随后在胚轴基部两侧长出1~3对侧根,种子根数目基本稳定,但也依品种、子粒大小、饱满程度及萌发条件而定,一般有3~5条,多的达7~8条。
根的生长速度在苗期超过地上部,三叶期入土可达60cm。
初生根垂直向下生长,最深处达200~300cm,可吸收土壤深层水分和养分,在小麦一生中都起着重要作用,其中,出苗至拔节是其发挥功能的最主要时期。
初生根生长稳定,因而与稳产性关系密切。
②次生根(nodalroot)于分蘖期间在主茎和分蘖的基部分蘖节上发生,每节位上一般发生2~
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