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平衡施肥 勿忘补碳
作者:管理员    发布于:2017-07-18 18:56:30    文字:【】【】【
 平衡施肥是作物高产优质的重要技术,碳是名列首位的营养元素。但笔者以为,碳营养补充长期成为短板,业内鲜有关注。随着化肥施用量不断增大,“碳短板”愈发突出,引起作物低产、劣质、抗逆性降低等问题。作物依靠自然状态的二氧化碳营养,这种靠天补碳方式仅能满足其需求的五分之一,作物长期处于“碳饥饿”中。通过有机碳肥补碳,可以有效地消除“碳饥饿”而实现碳平衡。当前国内有机碳肥领域是个未受重视的研究盲区,同时也是生机勃勃的学术前沿和技术制高点,因此,肥料企业应抓住有机碳肥发展的重大机遇。

作物“碳饥饿”是常态  经典的植物营养理论认定了17种必需元素,其中,碳、氢、氧三种元素主要来源于二氧化碳和水,一般在化肥工业中不予考虑。二氧化碳气肥多用于大棚,难以在大田使用。化肥工业诞生至今100多年来,除自然状态的二氧化碳外,碳肥的研究、生产和应用基本处于“有名无实”状态,在理论中有其名,而施肥实践中缺其用。

  笔者认为,“碳短板”源于大家对碳营养,主要是有机碳营养的重大作用缺乏认识。碳营养的重要性,在于其提供构建植物体内各有机成分的必需成分——碳架,包括链状、环状的各类碳架,是植物合成糖类、蛋白质、氨基酸、酶、激素、信号传递物质等的基础物质。

  当今国内外许多与肥料相关的重大问题,如平衡施肥、水体富营养化、农产品高产优质、提高肥料利用率等,不仅与现有化肥产品提供的养分有关,而且与碳营养有密切关系。目前大田碳营养的补充基本都依靠大气中的二氧化碳来自然补充,远不能满足平衡施肥的需要,尤其是在化肥施用量大的情况下更是如此。一般有机肥是否可以作为人工补碳的有效途径呢?据了解,有机肥含有大量的碳但有效性甚低,水溶性一般小于10%,大都在2%左右,因此难以被根系吸收。

    部分科学论文已报道了高等植物对有机物的吸收研究,但主要集中在作物对有机氮营养的吸收与利用上。研究证实,氨基酸、尿素等可直接被作物吸收,且氨基酸等有机氮对作物的营养效应优于无机氮。但是,这方面的研究均从氮磷营养的角度来开展,未注意到有机碳架,尤其是不含氮的有机碳架进入植物体后的转化机制与作用机理。

   另外,经典植物营养原理的“最小因子律”表达为木桶原理图,它形象地显示了营养元素短板对增产的重要性。但是,碳在经典理论上虽有其名,而在现有文献中的木桶图中却无其位。长期以来,人们仅依赖无机二氧化碳提供碳营养,却未考虑在气态碳肥以外开发有机碳液肥或固态肥。可见,正是认识上的“碳短板”,导致实践中植物营养“碳饥饿”。

   有资料报道只有在二氧化碳密度为3时才能满足作物需要,然而空气中二氧化碳密度只有0.01,远远不够作物吸收。

碳短板”制约养分平衡  当前随着化肥施用量不断增大,“碳短板”更为突出,主要表现为以下三方面:一是土壤肥力下降。土壤有机质浓度下降的后果众所周知,但是,其中有效碳(包括水溶碳、活性有机质)浓度的下降,更是值得关注的深层次原因。当下,化肥的用量越来越大,与土壤有效碳含量越来越低有关,亦即与土壤中“碳短板”越来越短有关。二是作物低产、劣质多与“碳短板”有关。尤其是农产品质量下降,例如果蔬的口感差、维生素C含量低、硝酸盐含量高、不耐贮藏等,均与有机碳缺乏而导致的养分不平衡有关。三是抗逆性低。作物对于寒、热、旱、涝等逆境均有一套内在的对应机制,但是,若缺乏必需的信号物质及其传导、接收,则作物无法发挥其抗逆功能,而“碳短板”使得抗逆信号物质的产生、传导等受到抑制。同样,对于病虫害的抗御,发挥作物的内在机制,也需要克服“碳短板”才能充分发挥作用。

    所以说,通过补碳而实现碳与其他元素平衡是完全可以的,这方面已有一些比较好的例子。如福建、广东、山西和内蒙古均有一些企业生产出水溶性较高的有机碳系列肥料,增产效果很明显。最近华奥联合(北京)农业科技有限公司生产的培多根有机水溶肥系列,采用新型全水溶有机质原料,可以迅速补充土壤碳元素。

    植物营养学理论指出,碳是植物营养中的大量元素,碳在植物体内的含量平均为45%左右,远超大中微量元素之和数倍之多。大量施用化肥需要考虑各养分元素之间的平衡,这也是测土配方施肥的目标。但是,在氮磷钾施肥量大幅度增加的情况下,却没有考虑对碳的补充,使“碳短板”更为尖锐,平衡施肥的实际效果大打折扣。若通过施肥补碳,调整及优化植物营养平衡而消除“碳饥饿”,可以预计,现有平衡施肥的增产潜力将得到进一步大幅提高。植物营养平衡中的碳平衡不仅是一个重大的植物营养理论问题,同时也为肥料新产品开发提供了一个新的技术制高点。

有机碳肥补“碳短板”  长期以来,作物依靠自然状态获得碳营养,远远未能满足其需求而处于“碳饥饿”中。通过有机碳肥补碳,可以有效地消除“碳饥饿”而实现碳平衡。有机碳肥是指能够提供水溶性高、易被植物吸收的液体或固体有机碳营养的肥料,例如糖、酸、醇类及氨基酸等。有机碳肥可为液态、固态,使用较气态碳肥方便,可广泛用于大田及大棚。就形态、应用范围及条件而言,有机高效水溶碳肥较二氧化碳更为优越。

    众所周知,有机碳肥已经是有机态,无需消耗光能进行有机物转化,这部分节省的光合能可用于其他生化反应,制造其他必需物质,从而促进作物更好、更快地生长。有效地消除“碳短板”,可使作物的产量、品质跃升到一个新的台阶。目前,中国已经出现了一些有机碳肥的成功企业(华奥联合北京公司),其有机质原料水溶性高达98%以上,是普通有机肥的20 倍,增产增收效果明显。

  在生产实践中,基层农技人员和农民均有应用有机碳营养的经验,这也反映出有机碳营养的重要性。例如,山东农民在樱桃开花期喷施白糖,可使花期延长,授粉率提高。广东、山东的农民,对于受农药危害或受寒露风危害的水稻等作物喷施红糖也有良效。这与受害作物的光合作用受阻、碳水化合物合成不足有关。喷糖可以补充光合产物,因而可减轻药害或冷害。

     根据原料及加工技术的特点,常规有机碳肥生产技术大致有三类:一是以发酵工业废液(酒精、味精、酵母)和生物质(蔗渣、秸秆)为原料,通过活化降解废液提高有机碳产物活性。对于蔗渣则采取以厌氧为主的少翻堆技术,减少氧化以免二氧化碳损失,同时促进有机物分子降解为小分子,提高其活性。二是以中药渣等生物质为原料,通过分解反应使有机物降解为小分子,但不是彻底分解为CO2和H2O,而是以高活性小分子有机碳形式存在。该反应4小时内完成,水溶性达90%以上。三是以褐煤为原料,通过加碱及微生物进行化学及生化反应,生成水溶性高、生理活性高的腐植酸系列产品。还有一种新型的有机碳肥原料,吉林原始森林红松、白松天然厌氧处理原料,全水溶有机质高达85%。目前很少企业在使用这种碳肥。

重新认识有机碳肥营养  基于有效碳营养的认识,业内需要对有机肥的作用、生产技术、有机碳营养的优点及养分平衡等方面进行深入思考,对有机肥尤其是有机碳肥方面的技术创新有重要的促进作用。有机碳肥可归于有机肥,但前者的水溶性、生理活性远高于后者,两者不能混为一谈。

   一般有机肥的当季肥效不明显,其肥效主要是通过改土而慢慢显示出来。实际上,有机肥的肥效不一定慢,慢是因为其有效碳含量低。若提高其有效碳含量,肥效则快,尤其是在化肥用量偏高的情况下,补充有效碳,可消除“碳短板”而恢复碳平衡,且见效快速。目前平衡施肥中缺乏对解决“碳短板”的技术措施,若能改进,可收到“四两拨千斤”之功,使平衡施肥的效果更上一层楼。

   国内外研究早已证实,小分子有机物如氨基酸、糖、维生素等可被作物吸收。早在上世纪80年代,浙江农大孙羲先生领导的有机营养研究所就进行了作物的有机营养研究,证明有机肥中有机养分对作物的直接作用及其优越性。长期积累的研究成果为有机碳肥的研究提供了重要的基础。但是,有机碳肥一直难以在平衡施肥中得以应用,其主要原因是有机物种类太多,远超17种营养元素,难以一一计算并调节其平衡。笔者以为,可以从有机物的碳链、碳环入手,将各种有机物均归纳为碳,以碳氮比为量化指标,则可实现以简驭繁,指导肥料生产及施用。试验结果表明,碳氮比在1左右,通常有很好的效果。而且研究证明,有机与无机元素配合,可大大提高养分的有效性及生理功能。

有机碳肥前景广阔

     目前有机碳肥按化学类型大致可分三类:有机酸类,如乙酸、丙酸、氨基酸;糖类,如单糖、双糖、多糖;醇类,如乙醇、丙醇等。需要指出的是,由于缺乏有机碳营养这一概念,许多含氮的有机碳营养,如氨基酸营养液多标为有机氮,其肥效被归于有机氮的贡献。有机碳营养发挥了作用而得不到确认。这种概念的模糊妨碍了公众对有机碳营养的认识,而化肥工业未能充分开发利用有机碳肥,尤其是无氮类有机碳(酸、醇等新物质)营养。

   在生产实践中,有机碳肥显示出很好的增产效果。辽宁一家企业利用有机碳营养理论建成有机碳控释尿素生产线,产品在内蒙古通辽玉米上试验。数据显示,对比等价值施用有机碳控释尿素和传统尿素,玉米增产8%~15%,亩增产值100元以上;而且玉米籽粒成熟早,不秃尖。

    有机肥生产的主流技术是发酵,最近西北农林科技大学研发成功的非生物发酵技术可保留大量的有机碳,避免了有机碳以二氧化碳形式排放而损失。该技术使大分子有机物迅速转化为可溶性有机碳,开拓了一条快速生产高效水溶性有机碳的新途径。还有个新例子,华奥联合(北京)农业科技有限公司的全水溶有机质系列产品(有机碳含量很高85%)肥效好、起效快,其生化处理技术及应用涉及到多个领域。

    水溶性有机碳营养的优越性表现在,跨越了从二氧化碳经过光合反应生成有机物的过程,因而节约了光能,肥效快,而且便于在大田施用,这些突出特性是二氧化碳不能比拟的。因此,开发非气态有机碳肥消除“碳短板”,在改善碳营养、活化矿物养分及调控土壤微生态方面均有明显的效果。

    有机碳肥的研究及应用,将改变千百年来农作物“靠天补碳”的状态,开创“有机碳肥补天缺”的高产新途径。它不仅是肥料技术创新的一个制高点,植物营养研究中富有生机的学术点,而且是肥料企业效益新的增长点。

脚注信息
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