旱地红壤反硝化功能基因丰度对长期施肥的响应 被引量：16

1

作者 宛颂 段春健 +4 位作者 樊剑波 叶桂萍 王全成 贺纪正 林永新 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第11期3729-3736,共8页

农田施肥会影响土壤微生物驱动的氮素转化和氧化亚氮(N2O)排放。基于32年的长期肥料定位试验,研究了旱地红壤反硝化功能基因(nirS、nirK、nosZ Ⅰ和nosZ Ⅱ)对不同长期施肥处理的响应及其关键影响因素。试验包括6个处理,分别为不施肥(CK... 农田施肥会影响土壤微生物驱动的氮素转化和氧化亚氮(N2O)排放。基于32年的长期肥料定位试验,研究了旱地红壤反硝化功能基因(nirS、nirK、nosZ Ⅰ和nosZ Ⅱ)对不同长期施肥处理的响应及其关键影响因素。试验包括6个处理,分别为不施肥(CK)、单施化肥、化肥+花生秸秆、化肥+水稻秸秆、化肥+萝卜菜和化肥+猪粪。结果表明:与单施化肥相比,化肥和有机物料配施可以有效缓解红壤酸化、提高土壤有机碳含量,其中以化肥和猪粪配施的效果最好。长期施肥对nirK基因丰度没有显著影响,但显著影响nirS基因丰度;与CK相比,长期单施化肥可显著增加nirS基因丰度,增幅达426%,但与单施化肥相比,化肥和有机物料配施降低了nirS基因丰度。旱地红壤中nosZ Ⅰ基因丰度远高于nosZ Ⅱ基因丰度,表明nosZ Ⅰ在酸性红壤中占主导地位;长期施肥对nosZ Ⅱ基因丰度没有显著影响。但长期施用化肥+猪粪显著提高了nosZ Ⅰ基因丰度,增幅为138%。逐步回归分析表明,有效磷含量是影响nosZ Ⅰ基因丰度的关键环境因子,而nosZ Ⅱ基因丰度则主要受硝态氮含量的影响。化肥和猪粪配施处理的(nirS+nirK)/(nosZ Ⅰ+nosZ Ⅱ)值最低,表明化肥和猪粪配施可能会降低旱地红壤的N2O排放能力。 展开更多

关键词 红壤 长期施肥 反硝化微生物 nosZⅠ nosZⅡ

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长期缺素施肥及石灰石膏施用对江西鹰潭红壤反硝化微生物功能基因丰度的影响 被引量：9

2

作者 段春健 宛颂 +4 位作者 叶桂萍 樊剑波 王全成 贺纪正 林永新 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期2209-2216,共8页

反硝化功能基因丰度是决定温室气体氧化亚氮(N_(2)O)排放潜力的重要生物因素。反硝化功能基因主要包括产生N_(2)O的关键基因nirK和nirS,以及将N_(2)O还原成氮气的基因nosZⅠ和nosZⅡ。本研究利用实时荧光定量PCR,研究了32年缺施氮(N)、... 反硝化功能基因丰度是决定温室气体氧化亚氮(N_(2)O)排放潜力的重要生物因素。反硝化功能基因主要包括产生N_(2)O的关键基因nirK和nirS,以及将N_(2)O还原成氮气的基因nosZⅠ和nosZⅡ。本研究利用实时荧光定量PCR,研究了32年缺施氮(N)、磷(P)或钾(K)肥,以及施用石灰、石膏处理下江西鹰潭红壤反硝化功能基因的丰度,分析了其关键影响因素。结果表明:与平衡施肥的NPK处理相比,缺施P肥显著降低了nirK、nirS、nosZⅠ和nosZⅡ基因丰度;缺施N肥显著降低了nirK、nosZⅠ和nosZⅡ丰度,对nirS丰度无显著影响;缺施K肥则对反硝化功能基因丰度无显著影响。逐步回归和随机森林分析表明,土壤pH值是影响旱地红壤nosZⅠ和nosZⅡ基因丰度的关键环境因子。施用石灰或石灰+石膏提高了土壤pH值,进而显著提高了nosZⅡ基因丰度和nosZⅡ/nosZⅠ比值,增幅分别为151%~233%和127%~155%。旱地红壤施用石灰或石灰+石膏更有利于nosZⅡ型N_(2)O还原菌生长,可能提高nosZⅡ在N_(2)O还原中的相对重要性。缺施P肥对红壤反硝化功能基因丰度的负面影响最大,而施用石灰或石灰+石膏可以提高nosZⅡ丰度和nosZⅡ/nosZⅠ比值,有利于降低红壤N_(2)O排放潜力。 展开更多

关键词 农田土壤 长期施肥 石灰 nosZⅠ nosZⅡ

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天然林转人工林对亚热带森林土壤团聚体中亚硝酸盐还原基因丰度的影响 被引量：4

3

作者 邓米林 叶桂萍 +3 位作者 胥超 宛颂 贺纪正 林永新 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期25-30,共6页

我国亚热带地区大面积天然林已转变为人工林,对森林生态系统结构和功能产生了极大影响。为揭示森林土壤团聚体中N_(2)O产生的关键基因亚硝酸盐还原基因(nirK和nirS)对森林转换后的响应特征,本研究选取中亚热带米槠天然林、杉木人工林和... 我国亚热带地区大面积天然林已转变为人工林,对森林生态系统结构和功能产生了极大影响。为揭示森林土壤团聚体中N_(2)O产生的关键基因亚硝酸盐还原基因(nirK和nirS)对森林转换后的响应特征,本研究选取中亚热带米槠天然林、杉木人工林和马尾松人工林为对象,分析了3种林分土壤和团聚体中nirK和nirS基因丰度。结果表明:天然林转变成人工林后,土壤pH值升高,但铵态氮含量下降。森林转换对土壤团聚体结构组成影响不大,但不同粒径团聚体中nirK和nirS基因丰度存在差异,以小团聚体分布最多,粉-黏颗粒分布最少。各林分土壤中nirK基因丰度均显著高于nirS基因丰度,表明nirK在酸性森林土壤中占主导。天然林转人工林显著增加全土和团聚体中nirK及nirS基因丰度,表明森林转换有利于提高nirK和nirS基因丰度,这可能与pH值的提高有关。综上,天然林转变为杉木或马尾松人工林显著提高了土壤和团聚体中nirK和nirS丰度,但对团聚体质量分数无显著影响。 展开更多

关键词 森林转换 土壤团聚体 NIRK nirS

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杉木人工林土壤微生物生物量和碳源利用能力对模拟氮沉降和干旱的响应 被引量：6

4

作者 宋鸽 李晓杰 +4 位作者 王全成 吕茂奎 谢锦升 贺纪正 郑勇 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2388-2396,共9页

杉木林是我国亚热带地区最主要的人工林和重要的碳汇。本研究以杉木人工林为对象,通过设置氮素添加(40 kg N·hm^(-2)·a^(-1))和隔离降雨(-50%)试验分别模拟氮沉降和干旱,在夏季(7月)和冬季(1月)采集表层土壤,通过磷脂脂肪酸... 杉木林是我国亚热带地区最主要的人工林和重要的碳汇。本研究以杉木人工林为对象,通过设置氮素添加(40 kg N·hm^(-2)·a^(-1))和隔离降雨(-50%)试验分别模拟氮沉降和干旱,在夏季(7月)和冬季(1月)采集表层土壤,通过磷脂脂肪酸、平板计数、Biolog等方法综合分析土壤微生物生物量、数量及碳源利用能力。结果表明:土壤微生物生物量及微生物组成在两季节间存在显著差异;氮添加和隔离降雨可在一定程度上减少可培养细菌和真菌的数量,细菌数量较真菌数量对氮添加和隔离降雨的响应更敏感。隔离降雨显著抑制了土壤中微生物的碳源利用能力,而氮添加无显著影响。土壤细菌数量与微生物碳源利用能力呈显著正相关,表明可培养细菌是介导微生物碳转化的关键组分。本研究强调了氮沉降和干旱对亚热带杉木人工林表层土壤微生物的影响,可为评估未来全球变化情景下亚热带森林生态系统的土壤微生物生态功能提供科学依据。 展开更多

关键词 BIOLOG CFUs 碳源利用能力 模拟氮沉降 干旱 磷脂脂肪酸

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模拟氮沉降降低亚热带米槠天然林土壤氧化亚氮排放潜势 被引量：6

5

作者 邓米林 冯蒙蒙 +3 位作者 刘小飞 陈仕东 贺纪正 林永新 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期2705-2710,共6页

我国亚热带地区大气氮沉降量逐年上升,对森林土壤生物地球化学循环造成严重影响。本研究设置了对照(不添加氮)、低氮(40 kg·hm^(-2)·a^(-1))和高氮(80 kg·hm^(-2)·a^(-1))处理,分析了亚热带米槠天然林土壤反硝化功... 我国亚热带地区大气氮沉降量逐年上升,对森林土壤生物地球化学循环造成严重影响。本研究设置了对照(不添加氮)、低氮(40 kg·hm^(-2)·a^(-1))和高氮(80 kg·hm^(-2)·a^(-1))处理,分析了亚热带米槠天然林土壤反硝化功能基因丰度和N_(2)O排放潜势对氮沉降的响应。结果表明:高氮处理显著降低土壤N_(2)O排放潜势。长期(8年)氮沉降对nirS、nirK、nosZⅠ和nosZⅡ基因丰度均无显著影响,但nosZⅠ丰度均显著高于nosZⅡ丰度,表明nosZⅠ在酸性森林土壤中占主导。与对照相比,高氮处理显著降低(nirK+nirS)/(nosZⅠ+nosZⅡ)值。(nirK+nirS)/(nosZⅠ+nosZⅡ)值与土壤pH值呈显著正相关。长期高氮沉降可能通过降低土壤pH值使得土壤(nirK+nirS)/(nosZⅠ+nosZⅡ)值下降,从而降低森林土壤N_(2)O排放潜势。 展开更多

关键词 氮添加 森林土壤 N_(2)O排放 反硝化基因

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40 a施肥措施对黑土土壤酶化学计量特征的影响

6

作者 邓慧玉 马星竹 +5 位作者 刘子恺 刘妍霁 郝小雨 赵月 贺纪正 沈菊培 《环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期4915-4922,共8页

为探究长期施肥措施对黑土土壤养分平衡和酶化学计量特征的影响,选取长期定位实验(40a)样地4种不同施肥处理:不施肥、施氮肥、施磷肥和氮磷混施,分别在2021年4月和2022年4月采集土壤样品,测定土壤4种水解酶活性并分析酶化学计量特征.结... 为探究长期施肥措施对黑土土壤养分平衡和酶化学计量特征的影响,选取长期定位实验(40a)样地4种不同施肥处理:不施肥、施氮肥、施磷肥和氮磷混施,分别在2021年4月和2022年4月采集土壤样品,测定土壤4种水解酶活性并分析酶化学计量特征.结果表明,施氮和氮磷混施均显著提高酸性磷酸酶和β-D-葡萄糖苷酶活性,分别提高68%~158%和26%~222%.施磷和氮磷混施则显著影响β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性,其酶活性最高达75.48 nmol·(g·h)^(-1)和106.81 nmol·(g·h)^(-1).双因素方差分析显示氮和磷输入对土壤酶活性均产生显著影响.冗余分析表明酶活性变化的主要影响因子为土壤pH值、微生物生物量磷和有效磷.通过计算酶化学计量比,发现氮处理显著增加酶矢量长度,其数值主要在1.32~1.52之间,而酶矢量角度均>45°,表明黑土主要受碳磷共同限制.通过以上分析可以发现40 a长期施肥处理对黑土土壤酶及资源利用策略有显著影响,研究结果为评估长期施肥处理对土壤养分平衡和可持续利用具有重要的生态学意义. 展开更多

关键词 长期定位实验 氮肥 磷肥 酶矢量长度 酶矢量角度 磷限制

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非共生生物固氮微生物分子生态学研究进展 被引量：33

7

作者 徐鹏霞 韩丽丽 +2 位作者 贺纪正 罗锋 张丽梅 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第10期3440-3450,共11页

氮是限制生态系统生产力的主要元素,生物固氮是自然生态系统中氮的主要来源.生物固氮包括共生、联合和自生固氮3种类型,其中联合固氮和自生固氮统称为非共生固氮.相对于共生固氮而言,非共生固氮速率虽然较低,但其不需要与其他生物形成... 氮是限制生态系统生产力的主要元素,生物固氮是自然生态系统中氮的主要来源.生物固氮包括共生、联合和自生固氮3种类型,其中联合固氮和自生固氮统称为非共生固氮.相对于共生固氮而言,非共生固氮速率虽然较低,但其不需要与其他生物形成共生体系就可以生存并进行固氮,在时空分布上更加广泛,因此对生态系统氮循环特别是素输入具有重要贡献.本文对近年有关非共生固氮微生物的多样性、土壤和叶际固氮微生物的分布特征及影响因素等研究进展进行了综述,并在此基础上阐述了现有研究中存在的问题和发展前景. 展开更多

关键词 联合固氮菌 自生固氮菌 土壤 叶际

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模拟氮沉降对干旱半干旱温带草原土壤细菌群落结构的影响 被引量：11

8

作者 李宗明 沈菊培 +3 位作者 张丽梅 刘国平 白文明 贺纪正 《环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期5665-5671,共7页

随着社会经济发展,活性氮源随人为活动逐年递增,导致氮沉降相应增加,由此带来的生态环境问题也日益严重.本研究基于细菌16S rRNA基因高通量测序技术,分析长期人工模拟氮沉降氮输入量为0、1、4、8、32 g·(m^2·a)^(-1)对干旱半... 随着社会经济发展,活性氮源随人为活动逐年递增,导致氮沉降相应增加,由此带来的生态环境问题也日益严重.本研究基于细菌16S rRNA基因高通量测序技术,分析长期人工模拟氮沉降氮输入量为0、1、4、8、32 g·(m^2·a)^(-1)对干旱半干旱区草原土壤微生物群落结构的影响.结果表明,模拟氮沉降7 a增加了土壤中可利用氮含量,引起草原土壤酸化.高通量测序结果表明,细菌OTU(operational taxonomy unit)数量随氮输入量的增加呈现增加的趋势,高氮处理[8 g·(m^2·a)^(-1)和32g·(m^2·a)^(-1)]显著高于低氮和对照处理;细菌α多样性指数呈现先增加后降低的趋势.不同氮输入水平下土壤细菌群落结构差异显著,且与土壤p H和氮的有效性显著相关.不同细菌相对丰度在纲的水平对氮输入的响应趋势不同.氮的长期大量输入可直接或间接通过改变土壤性状而影响草地土壤细菌群落结构和多样性. 展开更多

关键词 氮沉降 细菌群落 多样性 高通量测序 温带草原

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亚热带米槠天然林土壤氨氧化微生物对模拟氮沉降的响应 被引量：7

9

作者 冯蒙蒙 林永新 +6 位作者 贺子洋 刘小飞 陈仕东 宛颂 段春健 叶桂萍 贺纪正 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1622-1628,共7页

我国亚热带地区是全球氮沉降的热点区域。氮沉降会影响氨氧化微生物的丰度和群落结构,进而改变土壤微生物驱动的养分循环。目前对新近发现的完全氨氧化菌认识不足,极大地制约了对森林土壤氨氧化微生物响应氮沉降的整体认识。本研究以福... 我国亚热带地区是全球氮沉降的热点区域。氮沉降会影响氨氧化微生物的丰度和群落结构,进而改变土壤微生物驱动的养分循环。目前对新近发现的完全氨氧化菌认识不足,极大地制约了对森林土壤氨氧化微生物响应氮沉降的整体认识。本研究以福建省三明市辛口镇格氏栲自然保护区长期模拟氮沉降处理土壤为研究对象,利用实时定量PCR方法,研究氨氧化微生物(包括氨氧化细菌AOB、氨氧化古菌AOA和完全氨氧化菌comammox Nitrospira),尤其是完全氨氧化菌的amoA基因丰度。模拟氮沉降处理包括:不添加N(CK)、低氮(添加40 kg N·hm^(-2)·a^(-1),LN)和高氮(添加80 kg N·hm^(-2)·a^(-1),HN)。结果表明:8年的氮添加降低了土壤pH值和有机碳含量,提高了土壤硝态氮含量。供试土壤的AOB丰度低于检测限,无法获得目的片段。高氮处理显著提高了AOA丰度,但对完全氨氧化菌clade A和clade B丰度无显著影响。两种氮添加处理均降低了完全氨氧化菌/AOA值,表明氮添加降低了完全氨氧化菌在亚热带森林土壤氨氧化微生物类群中的相对竞争力。针对完全氨氧化菌clade A和clade B的扩增都存在非特异性产物,表明针对森林土壤的高特异性和覆盖度设计引物的必要性。Clade A和clade B丰度与总氮和铵态氮含量呈显著正相关,clade B丰度还与有机碳含量呈显著正相关。总之,模拟氮沉降提高了AOA在亚热带米槠天然林土壤硝化过程中的相对重要性,这些发现可为该地区应对全球变化和氮沉降的风险评估提供理论依据。 展开更多

关键词 氮添加 亚热带森林 硝化微生物 完全氨氧化菌

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联合固氮菌叶面接种剂的优化及其在玉米叶际的定殖 被引量：6

10

作者 葛安辉 方萍 +2 位作者 熊超 张丽梅 贺纪正 《微生物学通报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1303-1313,共11页

【背景】联合固氮菌由于不具有宿主专一性,在土壤、叶际中广泛存在,对生态系统氮素供应有着重要贡献,它还可以通过分泌生长激素等间接作用促进植物生长,可作为重要的农业生产菌剂。土壤接种剂由于受土著微生物的竞争和土壤抑菌物质等的... 【背景】联合固氮菌由于不具有宿主专一性,在土壤、叶际中广泛存在,对生态系统氮素供应有着重要贡献,它还可以通过分泌生长激素等间接作用促进植物生长,可作为重要的农业生产菌剂。土壤接种剂由于受土著微生物的竞争和土壤抑菌物质等的影响,接种效果不稳定,难以推广使用。相比于土壤环境,叶际生境相对简单且表面积巨大,进行叶际接种是固氮菌剂推广应用的一个新思路。【目的】优化联合固氮菌菌株W12接种添加剂,制备液体接种剂并研究其在玉米叶际的定殖效果。【方法】对菌株W12进行菌落PCR测序,构建系统发育树并确定分类地位。分别在培养液中添加不同浓度梯度的羧甲基纤维素(Carboxymethyl cellulose,CMC)和甘油(Glycerol,Gly),测量菌株W12生长曲线和固氮酶活性,优化添加剂浓度并制备液体接种剂,对接种剂的有效保存时间进行检测。将接种剂喷洒到玉米叶际,测量其对玉米产量和植株含氮量的影响,并通过低氮培养基进行回收计数。【结果】固氮菌菌株W12的16S r RNA基因序列与变栖克雷伯氏菌(Klebsiella variicola)的相似性高达99%,在培养液中添加CMC和甘油对菌株W12的生长无明显促进和抑制效果,但均提高了固氮酶活性。添加甘油制备的接种剂在盆栽和大田玉米叶面喷施后,在玉米生长末期叶际回收到的W12类似菌分别为4.3×105 CFU/g叶片和1.7×105 CFU/g叶片,显著高于未接种的处理;而且大田玉米籽粒、茎部和叶片的含氮量高于不接种的对照处理。经过90 d贮藏后,4°C保存的接种剂剩余活菌数均高于1.0×108 CFU/m L。【结论】羧甲基纤维素和甘油的添加不仅有利于固氮菌液体接种剂在叶片的附着,并能显著提高联合固氮菌菌株W12的固氮酶活性,低温冷藏可保证液体接种剂的有效活菌数;液体接种剂在玉米叶际喷施后,菌株W12能够成功定殖,并显著提高玉米植株和籽 展开更多

关键词 联合固氮 添加剂 液体接种剂 叶际定殖

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丛枝菌根真菌对大气CO_(2)浓度升高和增温响应研究进展 被引量：2

11

作者 宋鸽 王全成 +1 位作者 郑勇 贺纪正 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1709-1718,共10页

全球变化深刻影响着陆地生态系统生物多样性及生态功能。丛枝菌根(AM)真菌可与绝大多数陆生植物根系形成互惠共生体,在协助宿主养分吸收、促进植物生长、维持植物多样性等方面发挥着重要作用。本文主要分析了大气CO_(2)浓度升高(eCO_(2)... 全球变化深刻影响着陆地生态系统生物多样性及生态功能。丛枝菌根(AM)真菌可与绝大多数陆生植物根系形成互惠共生体,在协助宿主养分吸收、促进植物生长、维持植物多样性等方面发挥着重要作用。本文主要分析了大气CO_(2)浓度升高(eCO_(2))和增温对森林和草地生态系统AM真菌群落组成及其功能的影响。eCO_(2)主要通过影响宿主植物、土壤碳(C)输入等方式间接影响AM真菌,可增加AM真菌的多度和活性,影响AM真菌的多样性与群落组成。增温可直接或间接地(通过宿主植物和土壤途径)影响AM真菌,显著改变森林土壤AM真菌的群落组成,但对草地土壤AM真菌群落组成的影响尚无定论。我们提出了当前研究中存在的主要问题及未来应重点关注的内容。本文旨在明晰AM真菌对eCO_(2)和增温的响应和适应,增进对AM真菌介导的土壤生态功能的认识,为利用AM真菌缓解全球变化、增强土壤功能的韧性和全球变化的生态系统适应性提供依据。 展开更多

关键词 丛枝菌根真菌 群落组成 多样性 二氧化碳浓度升高 全球变化 森林生态系统

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定量稳定性同位素探针技术及其在微生物生态学研究中的应用

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作者 邹文萱 沈菊培 +3 位作者 张丽梅 胡盎 王建军 贺纪正 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第7期2615-2622,共8页

定量稳定性同位素探针技术(qSIP)是将生态系统中微生物分类性状与代谢功能联系起来的有效工具,能够定量测定特定环境中单个微生物类群暴露于同位素示踪剂后微生物代谢活动或生长速率。qSIP技术采用定量PCR与高通量测序技术并结合稳定同... 定量稳定性同位素探针技术(qSIP)是将生态系统中微生物分类性状与代谢功能联系起来的有效工具,能够定量测定特定环境中单个微生物类群暴露于同位素示踪剂后微生物代谢活动或生长速率。qSIP技术采用定量PCR与高通量测序技术并结合稳定同位素探针技术(SIP),通过向环境样品添加标记底物进行培养,提取微生物生物标记物,利用超高速等密度梯度离心将被同位素标记的重链核酸与未被标记的轻链核酸进行分离,并对所有组分微生物类群进行绝对定量和测序分析,基于GC含量和未标记处理DNA密度曲线量化参与吸收转化的DNA同位素丰度。本文重点阐述qSIP的技术原理、数据分析流程及其在微生物生态学研究中的应用进展,并对该技术存在的问题进行了分析和展望。 展开更多

关键词 同位素标记 微生物生长速率 高通量测序 微生物功能 微生物分类单元

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