有機(jī)碳肥嘗試補(bǔ)天缺

2014-08-15 00:51:32馬彥平

化工管理 2014年34期

文/馬彥平

近兩年，作物的“碳營養(yǎng)”成為了不少業(yè)界專家和企業(yè)人士的關(guān)心話題?？蒲腥藛T研究發(fā)現(xiàn)，作物生長僅靠自然狀態(tài)下的二氧化碳營養(yǎng)是不夠的，這種靠天吃飯似的補(bǔ)碳方式僅能滿足作物需求的五分之一，大量作物仍然長期處于“碳饑餓”的狀態(tài)中。前不久，在哈爾濱召開的中國植物營養(yǎng)與肥料學(xué)會(huì)2014年學(xué)術(shù)年會(huì)上，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院新肥料資源研究中心教授廖宗文的一篇關(guān)于作物營養(yǎng)碳短板與有機(jī)碳肥的報(bào)告引起了與會(huì)人士熱議。有機(jī)碳肥補(bǔ)碳可以實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)平衡，有效消除作物“碳饑餓”的說法靠譜嗎？作為一個(gè)長期未受重視的研究盲區(qū)，有機(jī)碳肥又能得到肥料企業(yè)的熱捧嗎？對此筆者進(jìn)行了深入調(diào)查。

“碳營養(yǎng)”引發(fā)熱議

“2008年中國南方出現(xiàn)罕見特大冰雪災(zāi)害，即使地處最南端的海南，許多作物也出現(xiàn)了不同程度的凍害，然而使用海藻肥（含有機(jī)碳）的文昌冬瓜、西瓜、黃瓜等作物，因?yàn)榭箖鲂詮?qiáng)，在災(zāi)后都得到了快速恢復(fù)，其中就是碳營養(yǎng)起了重要作用。”廖宗文如是說。

中國植物營養(yǎng)與肥料學(xué)會(huì)秘書長趙秉強(qiáng)指出，近年來，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中出現(xiàn)了一些有機(jī)碳營養(yǎng)現(xiàn)象，僅用礦質(zhì)營養(yǎng)理論難以圓滿解釋，若用有機(jī)碳營養(yǎng)理論則可得到很好的解釋。比如牛奶西瓜、牛奶芹菜、牛奶草莓等現(xiàn)象，正是牛奶在土壤中分解后，除可提供礦質(zhì)營養(yǎng)外，還可以產(chǎn)生氨基酸、多肽等小分子有機(jī)碳物質(zhì)，這些物質(zhì)可被植物根系直接吸收，參與體內(nèi)代謝，節(jié)省能量，簡化有機(jī)產(chǎn)物合成途徑，從而起到提高作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)的作用。

“設(shè)施大棚黃瓜生產(chǎn)中，低溫或光照不足都會(huì)引起黃瓜花芽分化不良，造成落花落果，而噴施少量葡萄糖等小分子有機(jī)碳物質(zhì)后，癥狀可明顯改善；低溫可導(dǎo)致豆角落花落果，而噴施一定濃度的葡萄糖可予以矯正。有機(jī)肥料可以改善作物品質(zhì)、提高作物產(chǎn)量，除了利用礦質(zhì)營養(yǎng)理論解釋以外，還很有可能是有機(jī)肥料被分解為小分子有機(jī)碳物質(zhì)后，直接被作物吸收利用，有機(jī)碳營養(yǎng)在發(fā)揮作用?！壁w秉強(qiáng)說。

不久前，在北京召開的水溶肥鋅肥暨水肥一體化推廣應(yīng)用交流研討會(huì)上，山西奧德福生物科技有限公司董事長張銘強(qiáng)展示的一種碳能生物水溶肥引起了與會(huì)人士的極大興趣。張銘強(qiáng)指出，人們通常把陰雨連綿造成果樹萎頓甚至黃葉落葉歸咎于“水浸”，其實(shí)大多是因缺乏光合作用導(dǎo)致嚴(yán)重缺碳造成的“碳饑餓癥”。這個(gè)時(shí)候給果樹補(bǔ)充有機(jī)碳，讓根系直接吸收能量及最需的“碳”元素，不需進(jìn)行光合作用、直接參與果實(shí)生長，調(diào)節(jié)果皮與果肉細(xì)胞分裂速度，減少裂果，增加樹體碳水化合物，進(jìn)而使果實(shí)在陰雨天不受影響，促進(jìn)果實(shí)膨大著色，作物碳營養(yǎng)可謂無處不在。

為進(jìn)一步解釋作物“碳營養(yǎng)”正逐漸被認(rèn)識(shí)，張銘強(qiáng)講了一個(gè)神奇案例，今年9月份，正當(dāng)紅富士等晚熟蘋果步入膨果、著色期，過多的降雨造成了土壤水分飽和，根系呼吸受阻，果實(shí)膨大加快、裂果增多、樹體猛長、花芽沖跑、葉片黃化等一系列病變。試了好多的辦法，最終還是碳能生物水溶肥解決了問題，即作物的碳營養(yǎng)起了作用。

作物生長暴露短板

據(jù)了解，在碳攝入量相當(dāng)?shù)那闆r下，植物的有機(jī)碳營養(yǎng)效應(yīng)會(huì)比礦質(zhì)碳營養(yǎng)效應(yīng)更大，作物生長也更好。農(nóng)田試驗(yàn)表明，與傳統(tǒng)肥料相比，含有腐植酸、氨基酸、海藻酸等有機(jī)碳小分子物質(zhì)的肥料，較傳統(tǒng)肥料增產(chǎn)效果更加明顯，其重要原因就是有機(jī)碳營養(yǎng)在起作用。但由于業(yè)界對碳營養(yǎng)，尤其是對有機(jī)碳營養(yǎng)的重要作用缺乏認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致作物的“碳短板”逐步顯現(xiàn)。

“現(xiàn)在施肥面臨的重大挑戰(zhàn)之一就是缺乏有機(jī)碳肥。”廖宗文直言不諱地指出，農(nóng)民不斷施用氮磷鉀復(fù)合肥，作物生長所需的有機(jī)碳元素卻長期被忽視，直接導(dǎo)致作物養(yǎng)分嚴(yán)重失衡，生長差、抗性低。研究顯示，最近30年我國土壤中的碳元素降低了50%，而氮元素卻增加了30%。

眾所周知，經(jīng)典植物營養(yǎng)理論認(rèn)定了17種必需元素。其中，碳、氫、氧3種元素主要來源于二氧化碳和水，一般在化肥工業(yè)中不予考慮；而二氧化碳?xì)夥识嘤糜诖笈铮y以在大田使用?；使I(yè)誕生至今100多年來，除自然狀態(tài)的二氧化碳外，碳肥的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用基本處于“有名無實(shí)”狀態(tài)，盡管理論有其名，而施肥實(shí)踐中卻缺其用。而隨著化肥施用量不斷增大，作物“碳短板”現(xiàn)象愈發(fā)突出。

廖宗文表示，植物營養(yǎng)學(xué)理論指出，碳在植物體內(nèi)的含量平均為45%左右，遠(yuǎn)超大中微量元素之和數(shù)倍之多。大量施用化肥需要考慮各養(yǎng)分元素之間的平衡，這也是測土配方施肥的目標(biāo)。但是，在氮磷鉀施肥量大幅度增加的情況下，卻沒有考慮對碳的補(bǔ)充，使“碳短板”更為尖銳，平衡施肥的實(shí)際效果大打折扣。

據(jù)了解，目前大田碳營養(yǎng)的補(bǔ)充基本都依靠大氣中的二氧化碳來自然補(bǔ)充，遠(yuǎn)不能滿足平衡施肥的需要，尤其是在化肥施用量大的情況下更是如此。盡管一般的有機(jī)肥含有大量的碳，但其有效性甚低，水溶性一般小于10%，難以被根系吸收，這正是施了有機(jī)肥后，作物的“碳短板”依然凸顯的根本原因。

據(jù)廖宗文介紹，經(jīng)典植物營養(yǎng)原理的“最小因子律”可以表現(xiàn)為木桶原理圖，它形象地顯示了營養(yǎng)元素短板對增產(chǎn)的重要性。碳在經(jīng)典理論中雖有其名，但在木桶圖中卻無其位。長期以來，人們僅依賴無機(jī)二氧化碳提供碳營養(yǎng)，卻未考慮在氣態(tài)碳肥以外開發(fā)有機(jī)碳液肥或固態(tài)肥?？梢?，正是認(rèn)識(shí)上的“碳短板”，導(dǎo)致實(shí)踐中植物出現(xiàn)了“碳饑餓”的病癥。

養(yǎng)分失衡元兇現(xiàn)形

專家們表示，隨著化肥施用量的不斷增大，“碳短板”更為突出，對養(yǎng)分平衡造成了很大的制約。首先，隨著化肥的用量越來越大，土壤中的有效碳含量卻越來越低；其次，作物低產(chǎn)、劣質(zhì)多與“碳短板”有關(guān)，例如果蔬的口感差、維生素C含量低、硝酸鹽含量高、不耐貯藏等農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降的問題，都與有機(jī)碳缺乏而導(dǎo)致的養(yǎng)分不平衡有關(guān)。

趙秉強(qiáng)也表示，“碳短板”制約植物養(yǎng)分平衡，使作物品質(zhì)變差和抗逆性減弱。部分科學(xué)論文已報(bào)道了高等植物對有機(jī)物的吸收研究，但主要集中在作物對有機(jī)氮營養(yǎng)的吸收與利用上。研究證實(shí)，氨基酸、尿素等可直接被作物吸收，且氨基酸等有機(jī)氮對作物的營養(yǎng)效應(yīng)優(yōu)于無機(jī)氮。但是，這方面的研究均從氮磷營養(yǎng)的角度來開展，未注意到有機(jī)碳架，尤其是不含氮的有機(jī)碳架進(jìn)入植物體后的轉(zhuǎn)化機(jī)制與作用機(jī)理。

“一般有機(jī)肥的當(dāng)季肥效不明顯，實(shí)際上，有機(jī)肥的肥效不一定慢，慢是因?yàn)槠溆行己康?。若提高其有效碳含量，肥效則快，尤其是在化肥用量偏高的情況下，補(bǔ)充有效碳，可消除‘碳短板’而恢復(fù)碳平衡，且見效快速。目前平衡施肥中缺乏對解決‘碳短板’的技術(shù)措施，若能改進(jìn)，可收到‘四兩撥千斤’之功，使平衡施肥的效果更上一層樓?！绷巫谖恼f。

據(jù)廖宗文介紹，有機(jī)碳肥一直難以在平衡施肥中得以應(yīng)用，主要原因是有機(jī)物種類太多，難以一一計(jì)算并調(diào)節(jié)其平衡。他認(rèn)為，可以從有機(jī)物的碳鏈、碳環(huán)入手，將各種有機(jī)物均歸納為碳，以碳氮比為量化指標(biāo)，則可實(shí)現(xiàn)以簡馭繁，指導(dǎo)肥料生產(chǎn)及施用。研究證明，有機(jī)與無機(jī)元素配合，可大大提高養(yǎng)分的有效性及生理功能，從而更好地實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分平衡。

補(bǔ)碳還需有機(jī)碳肥

長期以來，作物依靠自然狀態(tài)獲得碳營養(yǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能滿足其需求而處于“碳饑餓”中。通過有機(jī)碳肥補(bǔ)碳，可以有效地消除“碳饑餓”而實(shí)現(xiàn)碳平衡?！疤寄苌锼芊实男Ч黠@就在于它加速了植物新陳代謝和光合速率，同樣投入情況下投入產(chǎn)出比更高，靠有機(jī)碳肥補(bǔ)充‘碳短板’是可行的?！睆堛憦?qiáng)介紹說。

“通過補(bǔ)碳來實(shí)現(xiàn)碳與其他元素平衡是完全可以的，這方面已有一些成功的例子。如福建、廣東、山西和內(nèi)蒙古均有一些企業(yè)生產(chǎn)出水溶性很高的有機(jī)碳系列肥料，增產(chǎn)效果很明顯?！绷巫谖恼f。

據(jù)悉，有機(jī)碳肥是指能夠提供水溶性高、易被植物吸收的液體或固體有機(jī)碳營養(yǎng)的肥料，例如糖、酸、醇類及氨基酸等。有機(jī)碳肥可為液態(tài)、固態(tài)，使用較氣態(tài)碳肥方便，可廣泛用于大田及大棚。就形態(tài)、應(yīng)用范圍及條件而言，有機(jī)高效水溶碳肥較二氧化碳更為優(yōu)越。

眾所周知，有機(jī)碳肥已經(jīng)是有機(jī)態(tài)，無需消耗光能進(jìn)行有機(jī)物轉(zhuǎn)化，這部分節(jié)省的光合能可用于其他生化反應(yīng)，制造其他必需物質(zhì)，從而促進(jìn)作物更好、更快地生長。有效地消除“碳短板”，可使作物的產(chǎn)量、品質(zhì)躍升到一個(gè)新的臺(tái)階。目前，中國已經(jīng)出現(xiàn)了一些有機(jī)碳肥的成功企業(yè)，其有機(jī)質(zhì)水溶性高達(dá)50%～90%，是普通有機(jī)肥的20倍，增產(chǎn)增收效果明顯。

廖宗文告訴筆者，根據(jù)原料及加工技術(shù)的特點(diǎn)，有機(jī)碳肥生產(chǎn)技術(shù)大致有三類：一是以發(fā)酵工業(yè)廢液（酒精、味精、酵母）和生物質(zhì)（蔗渣、秸稈）為原料，通過活化降解廢液提高有機(jī)碳產(chǎn)物活性。對于蔗渣則采取以厭氧為主的少翻堆技術(shù)，減少氧化以免二氧化碳損失，同時(shí)促進(jìn)有機(jī)物分子降解為小分子，提高其活性。二是以中藥渣等生物質(zhì)為原料，通過分解反應(yīng)使有機(jī)物降解為小分子，但不是徹底分解為二氧化碳和水，而是以高活性小分子有機(jī)碳形式存在。三是以褐煤為原料，通過加堿及微生物進(jìn)行化學(xué)及生化反應(yīng)，生成水溶性高、生理活性高的腐植酸系列產(chǎn)品。

“鋅腐酸肥料增效劑以風(fēng)化煤或褐煤為主要原料，利用專門的微生物發(fā)酵技術(shù)，提取濃縮后形成的高分子活性腐植酸增效液，該增效劑為天然物質(zhì)提取，安全環(huán)保，其中含有大量羧基、酚羥基、羰基等活性基團(tuán)，可調(diào)節(jié)作物有機(jī)碳營養(yǎng)平衡。因此在促進(jìn)作物生長，增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)作物增產(chǎn)優(yōu)質(zhì)方面效果明顯?！被试鲋诞a(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟、秦皇島五弦維愛科技開發(fā)有限公司總經(jīng)理田耀雄對公司的招牌產(chǎn)品鋅腐酸增值肥有著這樣的定位。

推廣應(yīng)用效果良好

廖宗文告訴筆者，其實(shí)在生產(chǎn)實(shí)踐中，基層農(nóng)技人員和農(nóng)民已經(jīng)有應(yīng)用有機(jī)碳營養(yǎng)的經(jīng)驗(yàn)。例如，山東農(nóng)民在櫻桃開花期噴施白糖，可使花期延長，授粉率提高；廣東、山東的農(nóng)民對于受農(nóng)藥危害或受寒露風(fēng)危害的水稻等作物噴施紅糖也有良效。這與受害作物的光合作用受阻、碳水化合物合成不足有關(guān)，噴糖可以補(bǔ)充光合產(chǎn)物，因而可減輕藥害或冷害。

“在生產(chǎn)實(shí)踐中，有機(jī)碳肥顯示出很好的增產(chǎn)效果。錦州保豐肥業(yè)有限公司利用有機(jī)碳營養(yǎng)理論建成有機(jī)碳控釋尿素生產(chǎn)線，產(chǎn)品在內(nèi)蒙古通遼玉米上效果明顯，對比等價(jià)值施用有機(jī)碳控釋尿素和傳統(tǒng)尿素，玉米增產(chǎn)8%～15%，畝增產(chǎn)值100元以上，而且玉米籽粒成熟早、不禿尖?！绷巫谖呐e例說。

廖宗文表示，水溶性有機(jī)碳營養(yǎng)的優(yōu)越性表現(xiàn)在，跨越了從二氧化碳經(jīng)過光合反應(yīng)生成有機(jī)物的過程，因而節(jié)約了光能，肥效快，而且便于在大田施用，這些突出特性是二氧化碳不能比擬的。因此，開發(fā)非氣態(tài)有機(jī)碳肥消除“碳短板”，在改善碳營養(yǎng)、活化礦物養(yǎng)分及調(diào)控土壤微生態(tài)方面均有明顯的效果。有機(jī)碳肥的研究及應(yīng)用，將改變千百年來農(nóng)作物“靠天補(bǔ)碳”的狀態(tài)，開創(chuàng)“有機(jī)碳肥補(bǔ)天缺”的高產(chǎn)新途徑。它不僅是肥料技術(shù)創(chuàng)新的一個(gè)制高點(diǎn)，植物營養(yǎng)研究中富有生機(jī)的學(xué)術(shù)點(diǎn)，而且是肥料企業(yè)效益新的增長點(diǎn)。