用碳氢核肥
农作物疯狂生长

浅析碳肥产品应用及发展现状!

境由光生 | 揭开“高光家族”成员的身世之谜

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碳居于植物必需的6种大量元素之首,占农作物有机质质量的58%,干物质质量的30~35%。碳养分是土壤肥力的基础物质,也是优质土壤的重要骨架之一。在我国耕地质量持续恶化的现实面前,已经有部分人意识到土壤碳缺失的现状,相应地,碳肥在国内兴起。

碳肥概念被炒得越来越火,产品也是五花八门。当下大多数经销商对碳肥都还是一知半解,遑论零售商与种植户。本文旨在简要分析碳肥的组成、机理及作用效果,让大家对碳肥有一个更加客观的认识。

植物体内的碳素来源

首先,我们先来梳理一下植物体内碳元素来源,有三条途径。

第一,绝大部分植物通过光合作用把空气中的CO2转化为碳水化合物,主要存在形式为葡萄糖、淀粉、蛋白质等,用于植物细胞的呼吸作用、能量储存、细胞结构形成等生命活动(图1)。

浅析碳肥产品应用及发展现状!

图1 光合作用和呼吸作用之间的能量转变

过去的30年,农业耕作偏重于“一通道说”,即认为植物营养仅来源于光合作用转化,不认为植物根系能直接吸收有机碳养分。

第二,植物根部可以直接吸收溶解于水的有机营养物质,输入植物内部经另一性质的电化学反应形成植物的组织结构。在原生态环境中,植物根部吸收地表腐殖质的水溶物(类黄腐酸),其中有机碳占50~60%。

可以被植物直接吸收利用的有机营养物质数量不大,但种类繁多。葡萄糖、氨基酸、有机磷、核苷酸和核酸等小分子有机物,可以在植物体内被迅速转运和转化,甚至被植物优先吸收,高于相应的无机养分。

表1 可以被植物直接吸收利用的有机营养物质

种类

举例

含氮化合物

氨基酸、酰胺

含磷化合物

RNA、DNA及其降解产物(核苷酸、嘧啶、嘌呤和肌醇-磷酸等)

多种可溶性糖

如蔗糖、阿拉伯糖、果糖、葡萄糖、麦芽糖等

一些酚类

——

有机酸

如羟苯甲酸、香草酸、丁香酸等

但在人工种植中,由根系吸收有机营养的“二通道说”未受到足够的重视,尤其是在忽视有机肥、偏施化肥的情况下,作物根部几乎吸收不到有机碳,土壤得不到碳源补偿,导致土壤贫瘠和农作物缺碳。

农作物缺缺碳,就会出现作物根系衰弱、叶片变薄、茎干虚胖(干物质少)、容易发病、植株早衰和果实口感差等问题,所以给农作物根部施加碳肥是必不可少的。

第三,通过人工根施、叶面喷施等,施加商品有机肥、小分子有机物等。

华南农业大学资环学院新肥料资源研究中心廖宗文教授认为,碳营养补充长期成为短板,且“碳短板”愈发突出,作物依靠自然条件下的CO2,仅能满足其需求的1/5。通过有机碳肥补碳,可以有效地解除“碳饥饿”,最终实现碳平衡。

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。

认识植物缺碳表现:

1.根系衰弱

根的趋水趋肥性使其获得了一种内在由外向下伸长的刺激。缺乏有机质的土壤含水性差,各营养趋于根部的动力减弱,导致根系生长的内在刺激不足。

另外,土壤有机质中的有机碳绝大部分是不溶于水的,这些碳素不能直接被植物吸收利用,需要经过土壤微生物的分解转化。而土壤微生物的正常繁殖需要足量的水溶性有机碳肥,长期忽视碳肥使用,致使土壤微生物不能正常繁殖,造成土壤板结。这个问题若得不到充分的认识,会直接影响市场上大热的品类——微生物菌剂的应用效果。

因此,土壤缺乏能被根系和土壤微生物直接吸收有效碳,造成农作物根系衰弱、老化,这也是农作物减产和抗逆性差的根源所在。

2.作物早衰

根系衰弱是造成农作物早衰的直接原因。

植物器官和内部组织所需的碳水化合物如木质素、纤维素和糖份,在白天光照充足的情况下,可以通过叶片光合作用转化CO2满足需求。但在夜晚或阴雨天,光合作用无法进行,在根部无有效碳转化的情形下,只能靠消耗植物自身储存的可溶性碳水化合物进行转换,这种消耗自身的收支不均衡现象便是导致作物早衰的另一原因。

3.黄叶病和失绿症

连续阴雨天气,作物光合作用近乎停止,作物无法固定空气中的CO2维系碳源平衡,只能消耗自身储存能量物质暂时满足作物生命活动。作物碳营养和碳能源均下降,叶片发黄凋落,新叶失绿。

4.亚健康

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当前,农作物的化肥营养供应是充足的,但却忽视了有机营养的补充,植物缺碳严重。植物通过光合作用和根系吸收有机碳营养这两条途径受到限制,而植物新陈代谢又要不断消耗碳,那么植物就会出现“透支”,不能正常生长并进行物质积累,即处于一种“亚健康”状态。

目前来看,碳肥主流产品分为有机碳肥和生物炭肥两个方向。

碳肥产品之有机碳肥

1.概念和性质

作物补碳经历了使用农家肥、商品有机肥的过程,因其不容忽视性缺点存在,迫切需要新的产品出现,有机碳肥应运而生。

有机碳肥利用固液有机废弃物为原料,经微生物发酵或生化裂解,生产出液态有机碳肥和高碳有机肥。它还具有如下性质,有机分子粒径<800nm;亲水,在溶液中呈无定形的云团状;易吸收,能随水流进入植物根毛孔,直接供植物吸收利用,快速补充碳营养。

2.功能及应用

有机碳肥中的有效碳含量可以达到5~15%,是传统有机肥有机肥力的5~10倍,搭配功能微生物更有利于肥效增强。有机碳肥用量少、水溶性好,所以施用方便,填补了传统有机肥施用难的缺陷。另外,有机碳肥还可用以滴灌、无土栽培甚至气雾栽培等环节中。

除了单独使用外,有机碳肥还可与化肥搭配使用,有机无机相结合,改善C/N,提高肥料利用率。

有机碳肥提高作物防病抗逆机能。作物养分充足,根深叶茂,抗病能力和自我修复功能就增强。故致病菌难以繁衍,农作物染病的机会减少。

有机碳肥的应用有利于生产出高品质农产品。有机碳肥应用于土壤中,土传病害受到抑制,作物生长健壮,病虫害发生减少,农药使用量减少;化肥利用率提高,大化肥的使用量减少。在药、肥双减的情况下,农产品产量不仅不会下降,品质还会得到大幅度提升。

3.性价比

优秀的碳能肥料由于加工技术较为复杂,往往单价会偏高,但是这类产品因为吸收利用率高且用量较少,其实在实际亩成本上并不比普通的腐植酸类产品高多少。比如农巧施推广的宝杉,实际一亩地一次仅需使用200~250克,叶面喷施则可以达到1000~1500倍,因此实际应用成本大多数人还是可以接受的。

碳肥产品之生物炭肥

1.概念和性质

生物炭( Biochar) 是在低氧和缺氧条件下,将农作物秸秆、木质物质、禽畜粪便和其他材料等有机物质经过高温热解而形成的产物。

生物炭是含碳量丰富的多孔性物质,其容重小,比表面积大,吸附能力强,稳定性强,在自然条件下通常呈碱性。生物炭添加到土壤中可以增加土壤有机碳的含量,提高土壤有效性营养元素的含量,从而促进植物生长。同时还可以改变土壤的物理、化学和生物学性质。

2.功能及应用

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图2 生物炭理化特性与常见土壤障碍性引子对比

(图片来源:武玉等《生物炭对土壤理化性质影响的研究进展》)

施用生物炭可以提高土壤肥力、增加作物产量。生物炭在促进作物增产方面主要是通过改变土壤的物理、化学和微生物学性质来实现的。如图2主要反映了生物炭对土壤物理和化学性质的影响。

在农学上,农业效益的高低与土壤容重密切相关。一般地,具有较高有机质含量的低容重土壤在土壤营养释放、养分保留(化肥的存储)以及土壤板结程度降低上更加有利。我们知道,生物炭的容重是远低于矿质土壤的,那么将其施入到土壤中就可以降低土壤容重,并最终提高土壤肥力。

生物炭具有多孔结构,应用到土壤中,能增加土壤的孔隙度。对土壤微生物群落和土壤整体吸附能力都有益,不仅可以促进微生物的活动,也可以增加土壤孔隙度。

生物炭高表面积也可以导致土壤持水力上升。当生物炭加入土壤时,土壤表面积增加,对土壤微生物群落和土壤整体的吸附能力都有益,随后会提高土壤的保水性。

生物炭还可以通过提高植物根系的生长速度,刺激土壤团聚体的形成;生物炭可以加强尤其是细菌和真菌的生物活性,进而影响与菌丝形成有直接联系的根系系统。上述均有利于土壤团粒结构的形成和保持稳定。

另外生物炭还能调节土壤pH值,影响土壤阳离子交换量(CEC)、电导率(EC)、促进碳循环。

碳肥市场存在的问题及展望

目前,几乎90%以上的碳肥是采用腐植酸为材料去推广的,如果除去该部分,市场上能称得上碳肥的产品少之又少,国内大约不超过10家。但是,这些企业的推广能力却是堪忧的,远远不如那些“所谓的”腐植酸碳肥。

笔者采访到国内碳肥优秀企业代表农巧施,其总经理贾晖认为,“现在很多企业(包括一些国外企业)看到碳肥概念比较火,便纷纷把腐植酸肥料摇身一变当做碳肥去推广,所以前段时间国家腐植酸协会就这个问题提出了很大异议,这个异议是有一定道理的。虽然腐植酸含碳量也比较高,但若称之为碳肥还是有很多缺陷的,最简单的就是混配性能的问题,腐植酸类产品更多的是建议土壤施用而不能叶面喷施。”

他又说到,“真正好的碳能肥料(有机碳肥)是完全可以叶面施用的,其余农药不仅可以混配,甚至还能够协助进行鳌合提高药液的稳定性。”

从当下市场状况来看,碳肥前景堪忧。市场鱼目混珠,优秀碳肥很难凸显出来,普通产品实际使用效果不能达到预期。因此,很有可能会造成用户的负面情绪,从而影响整体碳肥品类。

从土壤及作物需求来看,碳肥市场空间巨大。只要合理引导,正确推进,让碳真正发挥第一元素的作用,让老百姓真正受益,碳肥也就能逐步被农民接受并大量使用。

碳肥推广工作任重道远,当下如果任由市场继续混乱发展,碳肥这条路会越来越窄,越来越难走。笔者也希望真正的碳肥企业可以抱团协作,让真正的碳肥溯本清源,做主流,不要被“逐流之辈”裹挟着前行。

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